氮化鎵主要是由人工合成的一種半導體材料，禁帶寬度大于2.3eV，也稱為寬禁帶半導體材料，是研制微電子器件、光電子器件的新型材料。相比“得碳化硅者得天下”，氮化鎵就顯得低調許多，1969年日本科學家Maruska等人才在藍寶石襯底表面沉積出了氮化鎵薄膜，本世紀初氮化鎵進入了飛速發展階段。2019年，氮化鎵作為第三代半導體的主要材料之一首次進入主流消費應用，并在2020年因小米氮化鎵充電器而引發關注。

氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）同屬于第三代半導體。

第三代半導體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強等優勢。因此采用第三代半導體材料制備的半導體器件能在更高的溫度下穩定運行，適用于高電壓、高頻率場景。此外，它還能以較少的電能消耗，獲得更高的運行能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。

氮化鎵產業鏈上游原材料包括氮化鎵襯底及氮化鎵外延片，原材料成本較高，進口依賴嚴重，國產化率約10%。

GaN晶圓的分步制造：

第一步MOCVD生長前襯底的清洗

一名實驗室工程師在通風柜里檢查和清潔襯底基板。在這里，他為圖案生長或金屬有機化學氣相沉積做準備。ProNano的MOCVD反 應器的大容量，它在一輪可以外延生長七個50毫米的圓盤，或者- 輪可以外延生長一 個150毫米的圓盤。 當較小的圓盤的直徑增長時，并環總是利用全部容量，七個位置僅使用一到兩個圓盤。

第二步、掃描電鏡制模與表征

在可以生長納米結構之前，干凈的圓盤在潔凈室中經受許多工藝過程，例如沉積、旋轉和蝕刻。這在磁盤的整個表面上形成了納米尺度的空腔圖案。空腔的存在決定了納米結構將在哪里產性或不產生。

第三步、用MOCVD外延生長

襯底的圖案和晶面弓導生長呈現特定方向，使得高質量的膜或納米結構可以生長在襯底的頂部。襯底的所有操作都在受控的氮氣環境中進行。

第四步、掃描電鏡進-步表征

在外延晶體生長中，材料中會產生缺陷，也稱為位錯。導體晶片中的位錯越多，電轉換過程中浪費的能量就越多，能量效率就變得越低。RISE專家與客戶合作實現非常規的生長方法，如納米線的聚結，這些方法在GaN材料中實現更低的缺陷密度方面顯示出了有希望的結果。

第五步、部件制造和特性測試

用SEM分析GaN晶體后， RISE專家用半導體材料制造電子元件，如肖特基二 極管或p-n二極營。進行表征測試是為了測試材料的導電性、元素的成分和表面光滑度。在潔凈室中，使用平反印刷方法、蝕刻和沉積在培養材料頂部的金屬接觸來生產組件。然后，專家測元件的電容，如電流和電容，并根據擊穿電壓和泄漏電流等參數評估其性能。

氮化鎵的應用領域分析

氮化鎵的應用領域遠不止消費電子領域。據普華有策統計，氮化鎵通常用于微波射頻、電力電子和光電子三大領域，微波射頻方向包含了 5G 通信、雷達預警、衛星通訊等；電力電子方向包括了智能電網、高速軌道交通、新能源汽車、消費電子等；光電子方向則包括了 LED、激光器、光電探測器等。

而其中，5G 通信與新能源汽車也將成為氮化鎵未來重點投入的方向。隨著汽車電動化、5G通信、物聯網市場的不斷增長，在小尺寸封裝強大性能的加持下，GaN再次成為關注的焦點。在5G通信領域，GaN可以縮小 5G 天線的尺寸和重量，又能滿足嚴格的熱規范，所以適合毫米波領域所需的高頻和寬帶寬。在目前正熱的汽車電子市場，氮化鎵也可以將汽車的車載充電器（OBC）、DC-DC轉換器做得更小更輕，從而有空間放入更多的鋰電池，提升整車續航里程。

Yole更是預測，從2022年開始預計氮化鎵以小量滲透到OBC和DC-DC轉換器等應用中。因此到2026年，汽車和移動市場價值將超過1.55億美元，年復合成長率達185%。

文章整合自個人圖書館、星空財富、儀器小助手