9月13-14日，“2021中國（南京）功率與射頻半導體技術(shù)市場應用峰會（CASICON 2021）”在南京召開。本屆峰會由半導體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導體產(chǎn)業(yè)主辦，并得到了南京大學、第三代半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導。
會上，蘇州晶湛半導體研發(fā)經(jīng)理向鵬博士帶來了“用于新型GaN功率器件的外延技術(shù)進展”的主題報告。在演講中，晶湛半導體成功展示了一系列用于200V、650V和1200V功率半導體器件的高質(zhì)量300mm GaN-on-Si HEMT外延片，并且具有優(yōu)異的厚度均勻性和低晶圓翹曲，這為使用更復雜精密的300mm CMOS兼容工藝線進行氮化鎵芯片制備鋪平了道路。
大尺寸Si襯底上GaN外延技術(shù)的突破，將GaN的卓越特性和CMOS兼容加工線的生產(chǎn)優(yōu)勢結(jié)合在一起，使GaN-on-Si功率器件具有優(yōu)異的性能和可靠性。如今，基于GaN-on-Si HEMT技術(shù)平臺的商用GaN功率器件已獲得巨大的發(fā)展機遇，GaN功率器件正在加速進入消費電子、工業(yè)電子、數(shù)據(jù)中心、能源、汽車和交通等廣闊的功率芯片應用領域，在進一步降低芯片成本和進行復雜電路設計和集成的驅(qū)動下，更大的晶圓尺寸已經(jīng)成為行業(yè)的發(fā)展方向。
繼2014年成功推出商用200mm GaN-on-Si HV HEMT外延片后，晶湛半導體已成功將其AlGaN/GaN HEMT外延工藝轉(zhuǎn)移到300mm Si襯底上，同時保持了優(yōu)異的厚度均勻性和50?m以內(nèi)的低晶圓翹曲。垂直電壓擊穿測量表明，300mm尺寸的晶圓同樣適合于200V、650V和1200V功率器件應用（圖1）。
圖1：晶湛半導體300mm GaN-on-Si HEMT外延片系列（200V，650V，1200V擊穿電壓應用）厚度均勻性分布圖和垂直擊穿電壓分布圖（漏電流=1?A/mm2@ RT）
為解決GaN外延中的晶圓開裂/彎曲和高晶體缺陷等關鍵問題，晶湛半導體此次發(fā)布的300mm GaN-on-Si HEMT結(jié)構(gòu)外延片采用了如圖2（a）所示的外延結(jié)構(gòu)。外延生長從AlN形核層開始，然后是應力弛豫緩沖層、GaN溝道層、AlGaN勢壘層和GaN帽層。如圖2（b）所示，窄的XRD AlN（002）峰和良好的半高寬均勻性表明整個300mm晶圓的晶體質(zhì)量較高。
圖2：（a）晶湛半導體300mm GaN-on-Si HEMT外延結(jié)構(gòu)示意圖
(b)AlN成核層XRD(002) FWHM分布圖， Avg=743arcsec（Std=2%）
圖3展示了從晶圓中心到晶圓邊緣的9個位置處測得的AlGaN勢壘層中的鋁成分含量及2DEG載流子濃度。測量結(jié)果顯示AlGaN勢壘中鋁成分的平均值為19.9%，標準差為0.68%（圖3a），表明300mm晶圓具有均勻的2DEG電學特性。CV測試同樣證實了這一點，測試結(jié)果顯示平均電子濃度為7.2E12 cm^-2，標準偏差<2%（圖3b）。
圖3：晶湛半導體300mm AlGaN/GaN HEMT外延片中勢壘層Al組分含量分布和2DEG濃度分布
晶湛半導體創(chuàng)始人兼CEO，程凱博士評論道：“基于我們優(yōu)化的AlN成核層技術(shù)，我們能夠在高達300mm的大尺寸硅襯底上生長無裂紋的GaN HEMT外延片，并且滿足相應的漏電流要求。盡管在300mm大晶圓尺寸下，外延工藝、應力管理和缺陷控制方面都存在巨大挑戰(zhàn)，我們?nèi)栽贏lGaN/GaN HEMT外延片中實現(xiàn)了優(yōu)異的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和電性能。這必將鼓勵大功率集成電路的發(fā)展，推動片上系統(tǒng)（SoC）的集成并進一步降低GaN功率器件的成本。
晶湛半導體已成為國內(nèi)首屈一指的氮化鎵外延片供應商，并具備了一定的國際影響力和競爭力。2014年底，晶湛半導體就率先在全球首次發(fā)布商用8英寸硅基氮化鎵外延片產(chǎn)品，經(jīng)有關下游客戶驗證，該材料具備全球領先的技術(shù)指標和卓越的性能，填補了國內(nèi)氮化鎵產(chǎn)業(yè)的空白。經(jīng)過多年的專注發(fā)展，晶湛半導體已經(jīng)與全球數(shù)百家知名半導體科技企業(yè)、高?？蒲性核蛻艚V泛深入的合作，并多次與合作伙伴聯(lián)合在行業(yè)頂級期刊Nature Electronics，IEEE Electron Device Letters，及國際頂級會議IEDM等發(fā)布相關創(chuàng)新成果，引起國際半導體界的廣泛關注和一致好評。
