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半导体行业观察|GaN路线之争再起波澜( 二 )


如下图所示 ， 可以在沟道下看到一层氮化铝（AlN）层 ， 它具有最高的带隙 。 这种势垒有助于将电子限制在沟道内 ， 这也是减小厚度的另一种方式 。
半导体行业观察|GaN路线之争再起波澜
文章图片
图2
从实际效果来看 ， 这种薄的外延层显示出了更高的击穿强度 ， 是硅的4倍 。
良率是一个非常重要的指标 ， 目前 ， GaN-on-Si的成品率仍约为60％ ， 因此仍然存在问题 。 采用该GaN-on-SiC方案 ， 其衬底比硅更容易处理 ， 因此 ， 产量会高得多 。
【半导体行业观察|GaN路线之争再起波澜】目前 ， 这种轻薄的GaN-on-SiC方案主要用于射频 ， 今后还会向功率应用方向迈进 。 因为它可以实现更高的功率 ， 与GaN-on-Si相比 ， 具有更强的不可替代性 ， 特别是在电动汽车应用中 ， 目标电压一般为900至1200V ， 这方面 ， GaN-on-SiC更具优势 ， 而且 ， 衬底的成本会降低 。 在过去三年中 ， GaN-on-SiC晶圆的成本已大大降低 。
GaN-on-SiC也在朝着8英寸晶圆进军 ， 因为这是晶圆代工厂的主流 ， 但就目前来看 ， 8英寸的SiC晶圆尚未广泛使用 。 业界有一种说法 ， 8英寸SiC将在两年内成为标准的晶圆产品 。
总之 ， 对于射频应用来说 ， GaN-on-SiC必须更薄 ， 并为甚高频设备提供更好的限制 。 而对于功率应用来说 ， 瑞典这家公司给出的结构就足够了 ， 但依然需要在成本上努力 ， 射频的批量订单将有助于降低基板成本 。
中国厂商也在积极发展GaN技术 ， 近些年 ， 陆续有相关的外延片项目投产 ， 如2019下半年 ， 北京耐威科技控股子公司聚能晶源投资建设的第三代半导体材料制造项目(一期)于9月正式投产 。 本项目设计产能为年产1万片GaN外延晶圆 ， 既可生产提供标准结构的GaN外延晶圆 ， 也可根据客户需求开发、量产定制化外延晶圆 。
与此同时 ， 西部地区首个GaN外延片工厂聚力成成功试产GaN外延片 。 在电力电子领域 ， 聚力成具备开发6英寸650V/100V硅基氮化镓(GaN-on-Si)外延片技术能力 ， 实现650V/15A硅基氮化镓功率器件的生产工艺 。 在微波射频领域 ， 该公司同样具有研发GaN-on-SiC外延材料的技术能力 ， 产品主要定位在射频通讯和射频能量市场 。
目前 ， 国内已有多家企业布局GaN外延片产业 ， 除了聚力成以外 ， 还有江苏能华、英诺赛科、三安集成、江苏华功、大连芯冠和海威华芯等 ， 其中英诺赛科的8英寸Si基GaN生产线已经相继开始启用 。
晶圆厂
目前 ， 无论是生产GaN-on-Si ， 还是GaN-on-SiC ， 多家晶圆代工厂和IDM都有涉猎 ， 且都是它们重点发展的对象 。
晶圆代工方面 ， 中国台湾地区的企业一马当先 ， GaN-on-S方面 ， 台积电已经开始提供6英寸的晶圆代工服务 。 嘉晶6英寸GaN-on-Si外延片 ， 已进入国际IDM厂认证阶段 ， 并争取新订单中 ， 汉磊科则已量产6英寸GaNonSi产品 ， 瞄准车用需求 。
化合物半导体晶圆代工厂稳懋已开始提供6英寸的GaN-on-SiC代工服务 ， 应用瞄准高功率PA及天线；而环宇也拥有4英寸GaN-on-SiC高功率PA产能 ， 且6英寸GaN-on-SiC晶圆代工产能已通过认证 。
世界先进也在GaN材料上投资超过4年时间 ， 持续与设备材料厂Kyma、及转投资GaN硅基板厂Qromis携手合作 ， 开发可做到8英寸的新基底高功率氮化镓技术GaN-on-QST ， 今年可望有小量送样 ， 初期主要瞄准电源应用 。
上周 ， 中美晶宣布入股宏捷科 ， 双方将合作加速开发GaN产品进程 。 宏捷科在砷化镓晶圆代工领域拥有自主技术 ， 近年来也积极开发GaN产品 ， 且从砷化镓到GaN-on-SiC制程转换相对较快 。
IDM方面 ， 目前 ， 国内外设计和生产GaN ， 特别是基站射频器件的厂商大概有20几家 ， 并不算很多 ， 有代表性的包括Qorvo、英飞凌、NXP、Cree、日本住友、ADI、MACOM ， 以及我国大陆地区的三安光电、海特高新（海威华芯）、苏州能讯和英诺赛科等 。


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