近日，东莞市中镓半导体科技有限公司（以下简称“中镓半导体”）宣布取得重大技术突破，成功攻克6英寸及8英寸氮化镓（GaN）单晶衬底的制备技术。
图片来源：中镓半导体
这一成果依托于#中镓半导体 自主研发的超大型氢化物气相外延设备（HVPE），不仅填补了国际上HVPE工艺在6英寸及8英寸GaN单晶衬底领域的技术空白，更标志着我国在该领域成功抢占了技术制高点。
氮化镓（GaN）作为第三代宽禁带半导体的代表性材料，凭借其宽带隙、高击穿场强、高电子迁移率、优异的抗辐射能力等电学与物理特性，在消费电子、光电子、电力电子器件、通信与雷达等领域具有重要应用。
大尺寸衬底支撑的同质外延生长优势，将进一步提升器件性能及拓展相关应用。然而，目前业界主流的GaN单晶衬底仍处在2-4英寸阶段，其制约因素主要体现在两点：一是用于GaN单晶生长的HVPE设备通常只兼容2-4英寸衬底；二是异质衬底（如蓝宝石、硅）与GaN间存在晶格失配与热膨胀系数差异，导致GaN中存在难以解决的晶格应力及伴生的翘曲问题。
图片来源：中镓半导体 图为中镓半导体2-8英寸GaN单晶衬底
中镓半导体通过自主研发的超大型HVPE设备，于2024年初攻克了大尺寸GaN单晶生长中常见的开裂与翘曲难题，成功开发出6英寸GaN单晶衬底；近期更进一步实现了8英寸GaN单晶衬底的突破性开发，并通过研磨与粗精抛光工艺获得完整单晶衬底，其关键性能指标已达到国际领先水平，为大尺寸GaN进入半导体制程奠定了坚实基础。
据悉，中镓半导体的8英寸GaN单晶衬底具备以下卓越性能指标：
衬底厚度＞450μm；
表面粗糙度Ra＜0.1nm；
位错密度＜2×10^6 cm^-2；
FWHM＜80 arcsec；
材料本底载流子浓度＜5×10^16 cm^-3；
电子迁移率＞800 cm²/(V·s)。
据悉，中镓半导体的这一技术突破具有重要的产业价值。长期以来，大尺寸GaN单晶衬底技术主要由日本企业主导。此次突破不仅打破了国外技术垄断，更使我国在该领域掌握关键话语权，有望推动8英寸GaN单晶衬底成为国际主流工艺标准，重新定义行业新规范。
8英寸GaN单晶衬底可直接适配现有8英寸硅基半导体产线设备，显著缩短GaN on GaN器件的研发周期，同时降低产线转型成本，加速产业化进程。此外，8英寸GaN单晶衬底能提升材料利用率，单片晶圆可切割的芯片数量显著增加，从而大幅降低器件单位成本，并提高整体生产效率。
公开资料显示，中镓半导体成立于2009年1月，是广东光大企业集团在半导体领域布局的重点产业化项目，致力于第三代半导体氮化镓研发与产业化的高新技术企业。公司位于广东省东莞市松山湖高新技术产业开发区，拥有氮化镓衬底材料及半导体设备生产基地。中镓半导体掌握GaN单晶衬底制备、GaN外延生长、GaN器件制造等核心技术，并自主开发HVPE氮化镓晶体生长设备，形成核心技术壁垒。
值得注意的是，目前，行业内多家企业在6/8英寸GaN衬底制备领域积极布局，展现出良好的发展态势。
镓仁半导体在今年上半年采用完全自主创新的铸造法成功实现8英寸氧化镓单晶生长，并可加工出相应尺寸的晶圆衬底；西电广研院已在6英寸、8英寸蓝宝石衬底上实现GaN功率器件的关键突破，外延片的晶体质量、均匀性均达到商用标准；中电化合物半导体则实现了4英寸、6英寸半绝缘碳化硅衬底上GaN异质结的稳定供应；英诺赛 在苏州建设的8英寸硅基GaN产线已实现量产，月产能达到3万片；晶湛半导体计划在未来几年内将12英寸GaN外延片的年产能提升至100万片。
（集邦化合物半导体 EMMA 整理）
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