东莞市中镓半导体科技有限公司近日宣布取得一项重大技术突破：成功攻克6英寸及8英寸氮化镓单晶衬底（Free-Standing GaN Substrate）的制备技术！该成果依托自主研发的超大型氢化物气相外延设备（HVPE）实现，这不仅填补了国际上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。

 

中镓半导体8英寸GaN单晶衬底 

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。 

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：

1. 用于GaN单晶生长的HVPE设备通常只兼容2-4英寸衬底；

2. 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。

 

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；近期更实现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基础。 

性能参数：

衬底厚度：＞450μm；

表面粗糙度：Ra＜0.1nm；

位错密度：＜2E6 cm-2；

FWHM：＜80 arcsec；

材料本底载流子浓度：<5E16 cm-3；

电子迁移率：>800 cm2/(V·s)

  

中镓半导体专利墙

产业价值

GaN单晶衬底步入8英寸时代，将带来以下产业价值：

1、产业战略意义：长期以来，大尺寸GaN单晶衬底技术主要由日本企业主导。本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；

2、大尺寸兼容性：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；

3、生产效率与成本效益的跃升：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。

 （来源：中镓半导体）