近日，東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司（以下簡稱“中鎵半導(dǎo)體”）取得一項重大技術(shù)突破：成功攻克6英寸及8英寸氮化鎵單晶襯底（Free-Standing GaN Substrate）的制備技術(shù)。該成果依托自主研發(fā)的超大型氫化物氣相外延設(shè)備（HVPE）實現(xiàn)，這不僅填補了國際上HVPE工藝在6英寸及8英寸GaN單晶襯底領(lǐng)域的技術(shù)空白，更標志著我國在該領(lǐng)域成功搶占了技術(shù)制高點。
▲中鎵半導(dǎo)體8英寸GaN單晶襯底
氮化鎵（GaN）作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的代表性材料，憑借其寬帶隙、高擊穿場強、高電子遷移率、優(yōu)異的抗輻射能力等電學與物理特性，在消費電子、光電子、電力電子器件、通信與雷達等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。大尺寸襯底支撐的同質(zhì)外延生長優(yōu)勢，將進一步提升器件性能及拓展相關(guān)應(yīng)用。
目前，業(yè)界主流的GaN單晶襯底仍處在2-4英寸階段，其制約因素主要體現(xiàn)在兩點：GaN單晶生長的HVPE設(shè)備通常只兼容2-4英寸襯底；異質(zhì)襯底（如藍寶石、硅）與GaN間存在晶格失配與熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)致GaN中存在難以解決的晶格應(yīng)力及伴生的翹曲問題。
▲中鎵半導(dǎo)體2-8英寸GaN單晶襯底
中鎵半導(dǎo)體通過自主研發(fā)的超大型HVPE設(shè)備，于2024年初攻克了大尺寸GaN單晶生長中常見的開裂與翹曲難題，成功開發(fā)出6英寸GaN單晶襯底；近期更實現(xiàn)8英寸GaN單晶襯底的突破性開發(fā)，并通過研磨與粗精拋光工藝獲得完整單晶襯底，其關(guān)鍵性能指標已達到國際領(lǐng)先水平，為大尺寸GaN進入半導(dǎo)體制程奠定基礎(chǔ)。
中鎵半導(dǎo)體相關(guān)負責人表示，GaN單晶襯底步入8英寸時代，本次突破不僅打破了國外技術(shù)壟斷，更使我國在該領(lǐng)域掌握關(guān)鍵話語權(quán)，有望推動8英寸GaN單晶襯底成為國際主流工藝標準，重新定義行業(yè)新規(guī)范。
8英寸GaN單晶襯底可直接適配現(xiàn)有8英寸硅基半導(dǎo)體產(chǎn)線設(shè)備，顯著縮短GaN on GaN器件的研發(fā)周期，同時降低產(chǎn)線轉(zhuǎn)型成本，加速產(chǎn)業(yè)化進程。此外，8英寸GaN單晶襯底能提升材料利用率，單片晶圓可切割的芯片數(shù)量顯著增加，從而大幅降低器件單位成本，并提高整體生產(chǎn)效率。
據(jù)悉，中鎵半導(dǎo)體成立于2009年1月，是廣東光大企業(yè)集團在半導(dǎo)體領(lǐng)域布局的重點產(chǎn)業(yè)化項目，致力于第三代半導(dǎo)體氮化鎵研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的高新技術(shù)企業(yè)。中鎵半導(dǎo)體掌握GaN單晶襯底制備、GaN外延生長、GaN器件制造等核心技術(shù)，并自主開發(fā)HVPE氮化鎵晶體生長設(shè)備，形成核心技術(shù)壁壘。未來，該公司將以第三代半導(dǎo)體氮化鎵材料為重點發(fā)展方向，縱向整合襯底、外延、器件技術(shù)資源，目標成為全球知名的氮化鎵半導(dǎo)體制造商。
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