2017年12月，致力于“超越摩爾”產業發展的創新平臺的上海微技術工業研究院（SITRI）正式發布面向量產應用的HV600/HV650系列8英寸硅基GaN外延晶圓產品。該晶圓產品具備高晶體質量、高材料均勻性、高耐壓與高可靠性等特點，同時實現材料有效壽命超過1百萬小時，成功解決了困擾硅基GaN材料應用的技術難題，適用于中高壓硅基GaN功率器件的產業化應用。

相較于傳統半導體材料，第三代半導體材料GaN具有寬禁帶、高飽和載流子速度、高擊穿電場、耐高溫、抗輻射等突出優點，適用于新一代高速度、高效率功率器件制造，在無線充電、快充、云計算、5G通訊、激光雷達、新能源汽車等領域具有廣泛的應用前景。與此同時，硅基GaN材料具有明顯的成本優勢，在采用大尺寸硅晶圓作為外延襯底的情況下，可以實現媲美傳統硅基功率器件的低成本制造。因此，硅基GaN技術也被認為是新型功率電子器件的主流技術。

上海微技術工業研究院功率器件部門從2016年成立，從事面向產業化應用的硅基氮化鎵材料與器件開發。在近期舉行的”第三屆全國新型半導體功率器件及應用技術研討會”上，功率器件部門總監袁理博士介紹上海微技術工業研究院8英寸硅基GaN外延材料項目的最新進展，正式發布具備高可靠性和均勻性的HV600/HV650系列8英寸硅基GaN外延晶圓產品，獲得了與會者的廣泛關注和高度評價。

符合8英寸硅工藝線的外延結構

上海微技術工業研究院HV600/HV650系列硅基GaN材料采用低阻的8英寸硅襯底，通過預應變技術解決硅襯底和GaN的熱失配問題，并根據應用需求選擇合適的外延層結構。

圖1：HV600/HV650系列材料外延結構示意圖

優秀的材料質量

為滿足600 V/650 V耐壓需要，上海微技術工業研究院采用超過4微米的厚膜外延生長技術。通過優化的GaN外延晶體生長控制，解決了GaN與硅材料因晶格失配導致的晶圓翹曲、晶體質量缺陷等問題。HV600/HV650系列材料實現了無龜裂、低翹曲度（≤ ± 50 μm）與低表面粗糙度（≤ 0.3 nm），滿足了8英寸功率器件的量產加工要求。

圖2：HV600/HV650系列材料晶圓翹曲

低缺陷密度

HV600/HV650 采用了優化的GaN外延缺陷控制技術，在實現高耐壓厚膜生長的同時，實現了低位錯密度與高晶體質量，其XRD (002/102)半高寬分別小于400/500 arcsecs。

圖 3：HV600/HV650系列材料HRXRD GaN (002)

圖 4：HV600/HV650系列材料HRXRD GaN (102)

優秀的材料均勻性

HV600/HV650系列產品擁有優秀的材料均勻性。8英寸材料外延層厚度、AlGaN勢壘層Al組份的標準方差分別小于0.3%與2%，保證了大尺寸硅基GaN功率器件量產制造時的高一致性和高良率，克服了硅基GaN器件產業化應用中的瓶頸問題。

圖 5：HV600/HV650系列材料外延厚度分布

圖 6：HV600/HV650系列材料AlGaN勢壘層Al組份分布

充裕的耐壓性能

面向600 V/650 V中高壓應用，HV600/HV650系列產品具有充裕的耐壓能力。以漏電流1 μA/mm2這一業界嚴苛標準作為判據，HV600/HV650縱向耐壓分別為640/700 V。以同樣嚴苛的漏電流0.1 μA/mm作為判據，HV600/HV650在襯底接地時橫向耐壓為700 V/760 V，在襯底浮空時橫向耐壓為950 V/1010 V，完全滿足600 V/650 V應用需求。

圖 7：HV600/HV650系列材料垂直耐壓特性

圖 8：HV600/HV650系列材料橫向耐壓特性（襯底接地）

圖 9：HV600/HV650系列材料橫向耐壓特性（襯底浮空）

良好的正向導通特性

HV600/HV650系列材料具有良好的正向導通特性，其二維電子氣濃度大于9x10^12 cm^(-2)、二維電子氣遷移率大于1800cm2/V·s、方塊電阻小于400 Ω/sq。

圖 10：HV600/HV650系列材料方塊電阻分布

高可靠性材料

基于優化的硅基GaN外延生長技術，HV600/HV650系列產品具備優秀的材料可靠性。根據高壓TDDB測試，HV600/HV650系列材料在標稱耐壓下，有效壽命大于1,000,000小時（114年）。

圖 11：縱向高壓TDDB測試

與此同時，HV600/HV650系列材料也具有優秀的耐高溫特性。在150 oC及襯底接地的情況下，于600 V/650 V兩款產品橫向漏電分別為0.7與0.6 μA/mm，均小于1 μA/mm。保證了材料在功率器件常用溫區里的高效率與安全性。

圖12：HV600系列材料高溫下橫向耐壓特性（襯底接地）

圖13：HV650系列材料高溫下橫向耐壓特性（襯底接地）

上海微技術工業研究院成功研發的HV600/HV650系列8英寸硅基GaN外延晶圓產品，突破了硅基GaN器件量產制造的材料瓶頸，在業界率先實現了1百萬小時以上的高可靠性。與此同時，HV600/HV650系列產品中也擁有6英寸等小尺寸外延晶圓，滿足產業界對于多種尺寸的硅基GaN外延材料的需求。