GaN Einkristallsubstrate sind hauptsächlich 2-4 Zoll groß, mit 4-Zoll kommerzieller Verwendung und 6-Zoll-Proben in der Entwicklung. Die wichtigsten Vorbereitungsmethoden für GaN Einkristallsubstrate umfassen Hydriddampfphasenepitaxie (HVPE), Ammoniak-thermische Methode und Flussverfahren.

Das HVPE-Verfahren hat eine schnelle Wachstumsrate und ist leicht zu erhalten große Kristalle. Es ist derzeit die wichtigste kommerzielle Methode zur Bereitstellung von GaN-Einkristallsubstraten. Seine Nachteile sind hohe Kosten, hohe Kristalldislokationsdichte, kleiner Krümmungsradius und Umweltverschmutzung.

Die Ammoniak-Wärmewachstumstechnologie hat eine hohe Kristallqualität und kann auf mehreren Samenkristallen wachsen, was es einfach macht, die Produktion zu skalieren und die Kosten erheblich zu senken. Nachteile sind jedoch hoher Wachstumsdruck und niedrige Wachstumsrate.http://www.ic-bom.com/

Die Wachstumsbedingungen der Flussmethode sind relativ mild, mit geringen Anforderungen an die Wachstumsausrüstung. Es kann große GaN-Einkristalle wachsen, aber der Nachteil ist, dass es einfach ist, polykristalline GaN-Kristalle spontan zu kernen und zu bilden, was es schwierig macht, dickere GaN-Kristalle zu züchten.http://www.ic-bom.com/

Die Nutzung der komplementären Vorteile verschiedener Wachstumsmethoden, um die Probleme einer einzelnen Wachstumsmethode zu lösen, ist eine effektive Möglichkeit, die Qualität, Kosten und Skalenproduktion von GaN Einkristallisten zu lösen. Mitsubishi Chemical kündigte die Entwicklung eines 4-Zoll-GaN-Einkristallsubstrats unter Verwendung der Niederdruck-sauren Ammoniak-thermischen Methode (LPAAT) an, wobei Kristalldefekte nur 1/00-1/1000 von denen gewöhnlicher GaN-Substrate aufweisen. Mitsubishi Chemical brachte in 2022 ein 4-Zoll-GaN-Einkristallsubstrat auf den Markt.

Die Entwicklung von GaN-Kristallpräparationsmethoden mit größerer Wachstumsgröße und höherem Ertrag wird der Schlüssel zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung von GaN-Geräten sein, und es ist auch der Schlüssel, ob sie in vielen nachgelagerten Anwendungsbereichen eindringen und freigeben können.

Derzeit gibt es zwei wesentliche Substrattechnologien für GaN-Materialien, nämlich GaN auf Si (siliziumbasiertes Galliumnitrid) und GaN auf SiC (siliziumkarbid basiertes Galliumnitrid). Darüber hinaus gibt es auch GaN auf Saphir und GaN auf GaN, aber der Anwendungsmarkt für diese beiden Substrate ist sehr begrenzt.

Derzeit gibt es zwei wesentliche Substrattechnologien für GaN-Materialien, nämlich GaN auf Si (siliziumbasiertes Galliumnitrid) und GaN auf SiC (siliziumkarbid basiertes Galliumnitrid). Darüber hinaus gibt es auch GaN auf Saphir und GaN auf GaN, aber der Anwendungsmarkt für diese beiden Substrate ist sehr begrenzt.

Aufgrund des hohen Schmelzpunktes und des gesättigten Dampfdrucks von GaN kann es in der Natur nicht als Einkristall existieren und muss epitaktisch hergestellt werden. MOCVD (Metal Organic Vapor Deposition), MBE (Molecular Beam Epitaxy), HVPE (Hydride Vapor Epitaxy), etc. sind relativ traditionelle Methoden zur Herstellung von GaN epitaxialen Wafern.http://www.ic-bom.com/

Von allen Gliedern der GaN-Industriekette haben sich europäische, amerikanische und japanische Unternehmen früher entwickelt und sind im absoluten Vorteil in Bezug auf Technologieakkumulation, Anzahl der Patentanmeldungen, Skalenfertigungskapazität usw. Im Zuge des Trends der unabhängigen Substitution ist China derzeit an allen Aspekten der industriellen Kette beteiligt und hat mit politischer Unterstützung gewisse Fortschritte in Technologie und Produktion erzielt.

Auf globaler Ebene, ob es sich um vorgelagerte Substrate und epitaxiale Wafer oder Chipdesign und -herstellung in der Mitte und nachgelagert handelt, wird die GaN-Industriekette hauptsächlich von führenden Unternehmen in den Vereinigten Staaten, Japan und Europa gesteuert, wie Sumitomo und Rom in Japan, Wolfspeed (nachdem Cree umbenannt wurde) und II-VI in den Vereinigten Staaten, Infineon in Deutschland, LG in Südkorea, Samsung und so weiter.http://www.ic-bom.com/

Auf dem chinesischen Festland steckt die GaN-Industrie noch in den Kinderschuhen. Lokale IDM-repräsentative Unternehmen umfassen San‘an Optoelektronics, InnoSecco, Silan Microelectronics, Suzhou Nexun, Jiangsu Nenghua, Dalian Core Technology usw. Fabless Unternehmen umfassen hauptsächlich Huawei Hiss, Amplon usw. Zur gleichen Zeit können Haiwei Huaxin und San‘an Integration GaN-Chipwafer-Gießerei-Dienstleistungen anbieten.

In Bezug auf Substratmaterialien haben chinesische lokale Unternehmen wie Tianyue Advanced, San‘an Optoelectronics, Tianke Heda und InnoSecco einen relativ niedrigen globalen Marktanteil von rund 10%. Hersteller wie San‘an Optoelectronics und InnoSecco konzentrieren sich auf die Entwicklung von GaN-auf-Si HF- und Leistungschips für Basisstationen (einschließlich Sub-6GHz- und Millimeterwellenfrequenzbändern). In Bezug auf epitaxiale Wafer gehören zu den repräsentativen Unternehmen Suzhou Jingzhan, Juneng Jingyuan und Jucan Optoelectronics. In Bezug auf GaN RF HEMT bezogene Patente haben chinesische Unternehmen wie Haiwei Huaxin, Sanan Integration und Huajin Chuangwei begonnen, einzutreten und bestrebt, einen Anteil am GaN-Patentbereich zu gewinnen, der von internationalen großen Herstellern kontrolliert wird.http://www.ic-bom.com/