氮化鎵外延片工藝介紹 氮化鎵外延片的應(yīng)用

2021年全球氮化鎵（GaN）外延片市場(chǎng)銷售額達(dá)到了4.2億美元，預(yù)計(jì)2028年將達(dá)到15億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為21.2%（2022-2028）。

氮化鎵外延片工藝介紹

氮化鎵外延片生長(zhǎng)工藝較為復(fù)雜，多采用兩步生長(zhǎng)法，需經(jīng)過(guò)高溫烘烤、緩沖層生長(zhǎng)、重結(jié)晶、退火處理等流程。兩步生長(zhǎng)法通過(guò)控制溫度，以防止氮化鎵外延片因晶格失配或應(yīng)力而產(chǎn)生翹曲，為目前全球氮化鎵外延片主流制備方法。

什么是外延片

外延片指在單晶襯底上生長(zhǎng)一層新單晶形成的產(chǎn)品，外延片決定器件約70%的性能，是半導(dǎo)體芯片的重要原材料。

外延片作為半導(dǎo)體原材料，位于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游，是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的支撐性行業(yè)。外延片制造商在襯底材料上通過(guò)CVD（Chemical Vapor Deposition，化學(xué)氣相沉積）設(shè)備、MBE（Molecular Beam Epitaxy，分子束外延）設(shè)備等進(jìn)行晶體外延生長(zhǎng)、制成外延片。外延片再通過(guò)光刻、薄膜沉積、刻蝕等制造環(huán)節(jié)制成晶圓。晶圓再被進(jìn)一步切割成為裸芯片，裸芯片經(jīng)過(guò)于基板固定、加裝保護(hù)外殼、導(dǎo)線連接芯片電路管腳與外部基板等封裝環(huán)節(jié)，以及電路測(cè)試、性能測(cè)試等測(cè)試環(huán)節(jié)最終制成芯片。上述芯片生產(chǎn)環(huán)節(jié)均需與芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)保持互動(dòng)，以確保最終芯片滿足芯片設(shè)計(jì)需求。

氮化鎵外延片的應(yīng)用

基于氮化鎵的性能，氮化鎵外延片主要適用于高功率、高頻率、中低電壓下的應(yīng)用場(chǎng)合。

具體體現(xiàn)在：

1）高禁帶寬度：高禁帶寬度使得氮化鎵器件耐壓水平提高，可以輸出比砷化鎵器件更高功率，特別適合5G通訊基站、軍用雷達(dá)等領(lǐng)域；

2）高轉(zhuǎn)換效率：氮化鎵開(kāi)關(guān)電力電子器件的導(dǎo)通電阻比硅器件低3個(gè)數(shù)量級(jí)，能明顯降低開(kāi)關(guān)導(dǎo)通損耗；

3）高熱導(dǎo)率：氮化鎵的高熱導(dǎo)率使其具備優(yōu)良散熱性能，適合用于大功率、高溫度等領(lǐng)域器件的生產(chǎn)；

4）擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度：雖然氮化鎵的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度與氮化硅接近，但受半導(dǎo)體工藝、材料晶格失配等因素影響，氮化鎵器件的電壓耐受能力通常在1000V左右，安全使用電壓通常在650V 以下。

氮化鎵外延片分類

氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，具有耐高溫、兼容性高、熱導(dǎo)率高、寬帶隙等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)應(yīng)用較為成熟。按照襯底材料不同，氮化鎵外延片又可分為氮化鎵基氮化鎵、碳化硅基氮化鎵、藍(lán)寶石基氮化鎵以及硅基氮化鎵四類。硅基氮化鎵外延片生產(chǎn)成本低且生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，為目前應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品。

文章整合自雪球、華經(jīng)市場(chǎng)研究中心