电子设备展|氮化镓半导体产业化方兴未艾

氮化镓（GaN），作为一种无机化合物，是由氮和镓组成的化合物，通常呈现为白色或微黄色的粉末状固体。这种材料以其结构的稳定性、高熔点、耐高压和硬度而闻名，非常适合在极端条件下使用。氮化镓的禁带宽度可以通过制备固溶体来调整，从氮化铟的0.6电子伏特（eV）到氮化镓的3.4电子伏特（eV），再到氮化铝的6.2电子伏特（eV），覆盖了从近红外到可见光（包括红、黄、蓝、绿）以及深紫外区的发光波段。作为第三代半导体材料中的一员，氮化镓是一种重要的直接宽带隙半导体，以其卓越的物理和化学性质而受到重视。它在蓝光和绿光发光二极管、激光器、紫外探测器以及高温、大功率集成电路等领域有着广泛的应用，并作为一种环保材料在环境保护中发挥作用。氮化镓的这些特性使其成为研究的热点。

在氮化镓半导体的研发领域，产业化的挑战一直是研究的重点。氮化镓半导体的制备主要依赖于在蓝宝石、硅等异质衬底上的外延生长技术，而外延材料中的高缺陷密度是技术发展的主要障碍。 电子设备展了解到，2023年，北京大学沈波团队在这一领域取得了重要进展，他们发展了一种“可控离散和可控聚合”的外延方法，这一成果不仅发表在《自然-材料》上，还被评为“2023年度中国半导体十大研究进展”之一。从产业化的角度来看，氮化镓外延材料主要使用的衬底包括硅和碳化硅两种。硅衬底成本较低，但性能不足；而碳化硅衬底虽然在高温和高频性能上表现出色，但其生长速度慢、尺寸小、良率低，导致成本较高。未来，国内企业如中博芯等将致力于解决外延材料批量标准化生长过程中的设备、工艺和材料挑战。

 电子设备展了解到，氮化镓的产业化应用前景广阔，特别是在5G基站、新能源充电桩等新基建领域。GaN器件是“新基建”建设的关键部件，有助于实现“双碳”目标，推动绿色低碳发展。2017年至2021年，国内GaN功率器件和射频器件的市场规模从9.2亿元和12.1亿元增长至17.6亿元和73.3亿元，年复合增长率分别为17.6%和56.9%。随着新基建、新能源、新消费等领域的发展，预计GaN器件在5G基站、毫米波和数据中心等领域的应用将加速增长。市场研究机构预测，到2026年，全球氮化镓电子和光电子材料和器件的市场规模将超过423亿美元，年均复合增长率约为13.5%。

文章来源：宽禁带半导体技术创新联盟