氮化镓的发展难题

发布时间：2023-12-19 11:43:12

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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氮化镓和碳化硅都是半导体产业中的重要材料，它们各有特点。尽管碳化硅的发展历史更长，但氮化镓凭借其独特的物理特性，如禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、饱和电子漂移速度高以及抗辐射能力强等，展现出了其优越性。

氮化镓的吸金能力也毫不逊色，据预测，到2026年，氮化镓功率市场规模将达到11亿美元。然而，氮化镓的发展并非一帆风顺，它也面临着种种技术挑战。

首先，衬底材料的选择是一个关键问题。目前最常用的衬底是蓝宝石(Al2O3)，虽然其制备简单、价格低廉、热稳定性良好，且可以用于生长大尺寸的薄膜，但由于其晶格常数和线膨胀系数与氮化镓相差较大，制备出的氮化镓薄膜可能会存在裂纹等缺陷。

其次，氮化镓薄膜的制备也是一个挑战。传统的GaN薄膜制备方法有MOCVD（金属有机物气相沉积法）、MBE法（分子束外延法）和HVPE（氢化物气相外延法）。其中，MOCVD法制备的产量大，生长周期短，适合用于大批量生产，但生长完毕后需要进行退火处理，最后得到的薄膜可能会存在裂纹，会影响产品的质量；MBE法只能用于一次制备少量的GaN薄膜，尚不能用于大规模生产；HVPE法生成的GaN晶体质量比较好，且在较高的温度下生长速度快，但高温反应对生产设备、生产成本和技术要求都比较高。

此外，获得高质量、大尺寸的GaN籽晶也是一个难题。直接采用氨热方法培育一个两英寸的籽晶需要几年时间，因此如何高效地获得GaN籽晶是亟待解决的问题。

最后，还有一些其他的技术挑战。例如，目前生长的基板碳化硅在尺寸上尚无法突破6英寸晶圆的大小，同时碳化硅的取得成本较高，导致目前既无法大量生产、价格也压不下来；另一方面，如何让氮化镓能在硅晶圆上面生长、并且拥有高良率，是业界要突破的技术难题。如果能够克服并运用现有的基础设施，氮化镓未来的价格跟产量就能有所改善。

要想提升氮化镓的产能、成本控制并形成完整的产业链，所面对的技术挑战不容小觑。然而，随着科技的不断进步和创新，我们有理由相信，这些技术难题终将被克服，氮化镓将在半导体产业中发挥更大的作用。