氮化镓外延片工艺介绍 氮化镓外延片的应用

2021年全球氮化镓（GaN）外延片市场销售额达到了4.2亿美元，预计2028年将达到15亿美元，年复合增长率（CAGR）为21.2%（2022-2028）。

氮化镓外延片工艺介绍

氮化镓外延片生长工艺较为复杂，多采用两步生长法，需经过高温烘烤、缓冲层生长、重结晶、退火处理等流程。两步生长法通过控制温度，以防止氮化镓外延片因晶格失配或应力而产生翘曲，为目前全球氮化镓外延片主流制备方法。

什么是外延片

外延片指在单晶衬底上生长一层新单晶形成的产品，外延片决定器件约70%的性能，是半导体芯片的重要原材料。

外延片作为半导体原材料，位于半导体产业链上游，是半导体制造产业的支撑性行业。外延片制造商在衬底材料上通过CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）设备、MBE（Molecular Beam Epitaxy，分子束外延）设备等进行晶体外延生长、制成外延片。外延片再通过光刻、薄膜沉积、刻蚀等制造环节制成晶圆。晶圆再被进一步切割成为裸芯片，裸芯片经过于基板固定、加装保护外壳、导线连接芯片电路管脚与外部基板等封装环节，以及电路测试、性能测试等测试环节最终制成芯片。上述芯片生产环节均需与芯片设计环节保持互动，以确保最终芯片满足芯片设计需求。

氮化镓外延片的应用

基于氮化镓的性能，氮化镓外延片主要适用于高功率、高频率、中低电压下的应用场合。

具体体现在：

1）高禁带宽度：高禁带宽度使得氮化镓器件耐压水平提高，可以输出比砷化镓器件更高功率，特别适合5G通讯基站、军用雷达等领域；

2）高转换效率：氮化镓开关电力电子器件的导通电阻比硅器件低3个数量级，能明显降低开关导通损耗；

3）高热导率：氮化镓的高热导率使其具备优良散热性能，适合用于大功率、高温度等领域器件的生产；

4）击穿电场强度：虽然氮化镓的击穿电场强度与氮化硅接近，但受半导体工艺、材料晶格失配等因素影响，氮化镓器件的电压耐受能力通常在1000V左右，安全使用电压通常在650V 以下。

氮化镓外延片分类

氮化镓作为第三代半导体材料，具有耐高温、兼容性高、热导率高、宽带隙等优势，在我国应用较为成熟。按照衬底材料不同，氮化镓外延片又可分为氮化镓基氮化镓、碳化硅基氮化镓、蓝宝石基氮化镓以及硅基氮化镓四类。硅基氮化镓外延片生产成本低且生产技术较为成熟，为目前应用最广泛的产品。

文章整合自雪球、华经市场研究中心