越來越多的人在使用手機快充充電器的時候可能不經意間會發現氮化鎵（GaN）這個專業名詞，實際上，正是“氮化鎵”這一第三代半導體材料的技術突破，讓第三代半導體能實現更多的場景應用，例如氮化鎵電子器件具有高頻、高轉換效率、高擊穿電壓等特性，讓微顯示、手機快充、氮化鎵汽車等有了無限可能。

氮化鎵（GaN）主要是指一種由人工合成的半導體材料，是第三代半導體材料的典型代表， 研制微電子器件、光電子器件的新型材料。氮化鎵技術及產業鏈已經初步形成，相關器件快速發展。第三代半導體氮化鎵產業范圍涵蓋氮化鎵單晶襯底、半導體器件芯片設計、制造、封測以及芯片等主要應用場景。

氮化鎵應用范圍廣泛，作為支撐“新基建”建設的關鍵核心器件，其下游應用切中了 “新基建”中5G基站、特高壓、新能源充電樁、城際高鐵等主要領域。此外，氮化鎵的高效電能轉換特性，能夠幫助實現光伏、風電（電能生產），直流特高壓輸電（電能傳輸），新能源汽車、工業電源、機車牽引、消費電源（電能使用）等領域的電能高效轉換，助力“碳達峰，碳中和”目標實現。

氮化鎵材料的發展歷程及MOCVD制備工藝

氮化鎵發展較晚。1969年日本科學家Maruska等人采用氫化物氣相沉積技術在藍寶石襯底表面沉積出了較大面積的氮化鎵薄膜，但由于材料質量較差和P型摻雜難度大，一度被認為無應用前景。

氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導率大、飽和電子漂移速度高和抗輻射能力強等特點，是迄今理論上電光、光電轉換效率最高的材料。

氮化鎵的外延生長方法主要有金屬有機化學氣相沉積MOCVD、氫化物氣相外延HVPE、分子束外延MBE。MOCVD生長氮化鎵的基本化學原理是在反應腔中通入蒸汽狀態的Ga（CH）3和氣態的NH3，在高溫環境下發生一系列反應，最終在襯底表面生成氮化鎵外延層：

MOCVD技術最初由Manasevit于1968年提出，之后隨著原材料純度提高及工藝的改進，該方法逐漸成為砷化鎵、銦化磷為代表的第二代半導體材料和氮化鎵為代表的三族半導體材料的主要生長工藝。1993年日亞化學的Nakamura等人用MOCVD方法實現了高質量管理InGaN銦鎵氮外延層的制備，由此可見MOCVD在第三代半導體材料中的重要性。

MOCVD的優點是反應物以氣態形式進入反應腔，可以通過精確控制各種氣體流量來控制外延材料的厚度、組分和載流子密度等；第二是反應腔中氣體流動快，可以通過改變氣體來獲得陡峭的異質結界面；第三是獲得的雜質較少，晶體質量高；第四是設備相對簡單，有利于大規模產業化生產。

MOCVD在三族化合物半導體材料制備中的重要性越來越重要，在設備供應方面，除了德國愛思強和美國VECCO，中微公司也實現了重大突破，MOCVD實現了國產替代。

GaN晶圓的分步制造：

第一步、MOCVD生長前襯底的清洗

第二步、掃描電鏡制模與表征

第三步、用MOCVD外延生長

第四步、用掃描電鏡進一步表征

第五步、部件制造和特性測試

涂覆的方法叫做外延生長。在該過程中，氣體和金屬在良好控制的條件和高溫下與基底材料反應。這樣，GaN的薄層或納米線可以在晶片上“生長”。下一代半導體晶片具有GaN材料的元件。

然后將完成的晶片切割成郵票大小的小塊進行封裝。在日常語言中，封裝的半導體被稱為微芯片或僅僅是芯片。這些可謂是讓電子產品工作的大腦和內存。該芯片包含數百萬個晶體管。通常一個器件的晶體管越多，它執行任務的速度就越快。

來源：阿爾法經濟研究，央廣網，個人圖書館

審核編輯 ：李倩