GaN单晶衬底以2-4英寸为主,4英寸已实现商用,6英寸样本正开发。GaN单晶衬底的主要制备方法有氢化物气相外延法(HVPE)、氨热法和助熔剂法。http://www.ic-bom.com/
HVPE 方法生长速率快,易得到大尺寸晶体,是目前商业上提供GaN单晶衬底的主要方法,其缺点是成本高、晶体位错密度高、曲率半径小,且会造成环境污染。
氨热法生长技术结晶质量高,可以在多个籽晶上生长,易规模化生产,可以显著降低成本,缺点是生长压力较高,生长速率低。http://www.ic-bom.com/
助熔剂法生长条件相对温和,对生长装备要求低,可以生长出大尺寸的GaN单晶,缺点是易于自发成核形成多晶,难以生长出较厚的GaN晶体。
利用各种生长方法优势互补解决单一生长方法存在的问题是解决GaN单晶晶体质量、成本和规模量产的有效途径。2021年,三菱化学宣布采用低压酸性氨热法(LPAAT)开发出4英寸GaN单晶衬底,且晶体缺陷仅为普通GaN衬底的1/00-1/1000。三菱化学于2022年推出4英寸GaN单晶衬底。
开发生长尺寸更大、良率更高的GaN晶体制备方法将是GaN器件降本增效的关键,是能否在诸多下游应用领域渗透放量的关键。http://www.ic-bom.com/
目前,GaN材料主要有两种衬底技术,分别是GaN-on-Si(硅基氮化镓)和GaN-on-SiC(碳化硅基氮化镓)。另外,还有GaN-on-sapphire和GaN-on-GaN,不过这两种衬底的应用市场很有限。
目前,GaN材料主要有两种衬底技术,分别是GaN-on-Si(硅基氮化镓)和GaN-on-SiC(碳化硅基氮化镓)。另外,还有GaN-on-sapphire和GaN-on-GaN,不过这两种衬底的应用市场很有限。
由于GaN的熔点很高,且饱和蒸汽压较高,在自然界无法以单晶形式存在,必须采用外延法进行制备。MOCVD(金属有机物气相沉积法),MBE(分子束外延法),HVPE(氢化物气相外延法)等是比较传统的 GaN外延片制备方法。
从GaN产业链各环节来看,欧美日企业发展较早,技术积累、专利申请数量、规模制造能力等方面均处于绝对优势。中国在自主替代大趋势下,目前在产业链各环节均有所涉足,在政策支持下已在技术与生产方面取得一定进步。http://www.ic-bom.com/
全球范围内,无论是上游的衬底和外延片,还是中下游的芯片设计、制造,GaN产业链大都被美日欧的龙头企业把持着,如日本住友、罗姆,美国的Wolfspeed(Cree改名后的)、II-VI,德国英飞凌,韩国LG、三星等。
在中国大陆地区,GaN产业还处于起步阶段。本土IDM代表企业有三安光电、英诺赛科、士兰微电子、苏州能讯、江苏能华、大连芯冠科技等,Fabless企业主要有华为海思、安谱隆等,同时,海威华芯和三安集成可提供GaN芯片晶圆代工服务。
在衬底材料方面,天岳先进、三安光电、天科合达、英诺赛科等中国本土企业在全球范围内的合计市占率比较低,在10%左右,三安光电,英诺赛科等厂商在重点研发基站用GaN-on-Si射频和功率芯片(包括Sub-6GHz和毫米波两大频段)。外延片方面,代表企业包括苏州晶湛、聚能晶源和聚灿光电。GaN射频HEMT相关专利方面,中国的海威华芯、三安集成和华进创威等开始涉足,争取在国际大厂把持的GaN专利领域分得一杯羹。http://www.ic-bom.com/