市场需求逐渐起量 GaN市场商机无限
氮化镓是一种宽能隙材料，它能够提供与碳化硅（SiC）相似的性能优势，但降低成本的可能性却更大。氮化镓电力电子器件具有更高的工作电压、更高的开关频率、更低的导通电阻等优势，并可与成本极低、技术成熟度极高的硅基半导体集成电路工艺相兼容，在新一代高效率、小尺寸的电力转换与管理系统、电动机车、工业电机等领域具有巨大的发展潜力。
业界认为，在未来数年间，氮化镓功率器件的成本可望压低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等价格。为助力中国第三代半导体行业发展提质增效，更好地整合国内外第三代半导体行业的优势资源，实现中国半导体行业迅速崛起。2017年11月1日，由国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟、北京市顺义区人民政府主办的第十四届中国国际半导体照明论坛暨 2017 国际第三代半导体论坛开幕大会在北京顺义隆重召开。会期两天半，同期二十余场次会议。2日上午，由中国电子科技集团第十三研究所和专用集成电路重点实验室共同协办的“氮化镓功率电子器件”技术分会由香港科技大学教授陈敬主持召开。
香港科技大学教授陈敬 主持会议
美国伦斯勒理工学院教授周达成分享“氮化镓和碳化硅的鲁棒性与可靠性”研究报告
加拿大多伦多大学教授Wai Tung NG则带来“GaN功率晶体管的栅极驱动器集成电路”研究报告
苏州纳维科技有限公司任国强博士分享“探索氮化物半导体的新应用”主题报告
中国科学院微电子研究所研究员黄森分享“基于超薄壁垒AlGaN / GaN 异质结构的常关型GaN MIS-HEMTs制造”报告
会上，来自美国伦斯勒理工学院教授周达成分享了“氮化镓和碳化硅的鲁棒性与可靠性”研究报告；加拿大多伦多大学教授Wai Tung NG则带来了“GaN功率晶体管的栅极驱动器集成电路”研究报告；苏州纳维科技有限公司任国强博士分享了“探索氮化物半导体的新应用”主题报告；中国科学院微电子研究所研究员黄森以“基于超薄壁垒AlGaN / GaN 异质结构的常关型GaN MIS-HEMTs制造”做了精彩分享；英诺赛科（珠海）科技有限公司副总经理金源俊介绍了“200mm CMOS晶圆厂无分散增强型650V GaN-on-Si HEMTs 器件工艺”报告；德国ALLOS Semiconductors GmbH市场总监Alexander LOESING带来了“无碳掺杂GaN-on-Si大外延片实现低漏电流”报告；中国科学院半导体研究所固态照明研发中心张连分享了“选择区域生长AlGaN/GaN异质结双极晶体管的n-AlGaN发射器”研究进展；北京大学微电子学院陶明带来了“高击穿电压高和低电流崩塌的常关硅基GaN MOSHEMT”新进展。
英诺赛科（珠海）科技有限公司副总经理金源俊介绍“200mm CMOS晶圆厂无分散增强型650V GaN-on-Si HEMTs 器件工艺”报告
德国ALLOS Semiconductors GmbH市场总监Alexander LOESING带来“无碳掺杂GaN-on-Si大外延片实现低漏电流”报告
中国科学院半导体研究所固态照明研发中心张连分享“选择区域生长AlGaN/GaN异质结双极晶体管的n-AlGaN发射器”研究报告
北京大学微电子学院陶明分享“高击穿电压高和低电流崩塌的常关硅基GaN MOSHEMT”新进展报告
周达成授表示，在过去十年中，基于两个宽禁带（WBG）半导体（GaN和SiC）的功率开关器件正在影响功率电子系统，这是由于其良好的工业效用和改善的性能，且比传统的硅基器件的功率损耗低和能量效率高。他表示，通过模拟和实验应力（如电流崩塌和高温反偏），评估了现有的商业化GaN和SiC功率器件的强度和可靠性。同时比较研究了横向和纵向GaN功率器件的二次击穿。依据横向和纵向的二次击穿，讨论了GaN功率器件的可靠性和故障，其主要受表面钝化和缓冲层性能的影响。通过持续不断的努力和优化，我们预计在不久的将来，这些WBG功率器件的可靠性将接近硅功率器件的可靠性。
“我们已经在（111）硅衬底上通过MOVPE生长了150mm的硅衬底GaN外延片；并且已经通过增加GaN厚度到7 ?m能够显示有效的隔离。同时，已经可以展示进一步提高晶体质量提高隔离效果；在XRD下的FWHM为 330arcsec（002）和420arcsec（102）。最后我们证明了通过优化GaN和Si衬底之间核/缓冲层以及GaN层的插入层的特殊的叠层设计可以减少漏电流。”德国ALLOS Semiconductors GmbH市场总监Alexander LOESING在演讲时表示。
GaN基异质结双极晶体管（HBT）具有本征优点，例如更高线性度，常关工作模式和更高的电流密度。然而，其发展进度缓慢。中国科学院半导体研究所固态照明研发中心张连表示，一个主要问题是由低自由空穴浓度引起的基极层的低导电性，以及外部基极区域的等离子体干蚀刻损伤。虽然一些研究人员使用选择性区域再生来减轻基层的损害，但工作后没有显着的进步。最常见的因素之一是难以获得高质量的选择性区域再生长基底层和发射极层。通过使用选择性区域生长在蓝宝石上的AlGaN / GaN异质结双极晶体管（HBT），再生长的n-AlGaN发射极金属有机化学气相沉积法（MOCVD）。
中国科学院微电子研究所研究员黄森表示，超薄势垒（UTB）AlGaN / GaN异质结用于制造常关断型GaN基MIS-HEMT。通过低压化学气相沉积（LPCVD）生长的SiNx钝化膜，有效地减少了超薄势垒（UTB） Al0.22Ga0.78N（5nm）/ GaN异质结构中2维电子气体（2DEG）的薄层电阻。制造的Al2O3 / AlGaN / GaN MIS-HEMT表现出正常的OFF特性，具有良好的VTH均匀性和低的VTH滞后。此外，还展示了开启电阻为0.75Ω，门宽20 mm功率器件。
为了替代商业的Si功率器件，GaN器件应当设计为增强型（e-mode），并通过低成本，可重复和可靠的生产工艺制造。英诺赛科（珠海）科技有限公司副总经理金源俊报表示，通过在栅极下添加p掺杂的GaN层，由此提升平衡态的导带并导致电子耗尽，从而实现增强型器件。在新的或现有的200mm中制造GaN-on-Si功率器件的能力生产设施提供进一步的成本竞争力。
由于对高速、高温和大功率半导体器件需求的不断增长，使得半导体业重新考虑半导体所用设计和材料。随着多种更快、更小计算器件的不断涌现，硅材料已难以维持摩尔定律。由于氮化镓材料所具有的独特优势，如噪声系数优良、最大电流高、击穿电压高、振荡频率高等，为多种应用提供了独特的选择，如军事、宇航和国防、汽车领域，以及工业、太阳能、发电和风力等高功率领域。
由于氮化镓光电半导体在军事、宇航、国防和消费电子的使用，使得光电半导体成为全球氮化镓半导体器件市场的主要产品类型，并占据绝对优势地位。其中功率半导体器件将随着工业应用对大功率器件需求的增长成为未来增长速度最快的器件。
此外，作为会议最后一个压轴报告，北京大学微电子学院陶明带来了“高击穿电压高和低电流崩塌的常关硅基GaN MOSHEMT”新进展。他介绍了一种无等离子体、自停止的栅刻蚀技术，在优化的HEMT结构上实现了高性能的增强型GaN MOSHEMT。栅漏间距15mm的增强型GaN MOSHEMT在栅电压8V下的最大饱和电流密度为396mA/mm，器件的开关比大于109，亚阈值摆幅为80mv/dec。栅压10V下的栅漏电低于10-7 mA/mm。 15mm栅漏间距器件的关态击穿电压为1532 V，比导通电阻为2.48 mΩ.cm2，对应的Baliga优值因子为945 MW/cm2。器件的动态导通电阻在10ms脉宽（100ms周期）、400V关态漏极电应力下仅仅是静态导通电阻的1.6倍。该增强型器件的优异性能主要得益于材料结构设计以及高质量LPCVD Si3N4钝化在内的先进工艺流程。
对于GaN的功率器件发展而言，市场需求牵引力至关重要。由于氮化镓材料所具有的独特优势，如噪声系数优良、最大电流高、击穿电压高、振荡频率高等，为多种应用提供了独特的选择，如军事、宇航和国防、汽车领域，以及工业、太阳能、发电和风力等高功率领域。使得光电半导体成为全球氮化镓半导体器件市场的主要产品类型，并占据绝对优势地位。其中功率半导体器件将随着工业应用对大功率器件需求的增长成为未来增长速度最快的器件。
本次会议，主要从前沿技术进行分享，对产业及市场做了初步预判。相信，在我国加速推动第三代半导体技术及产业发展的大背景下，未来产业化规模应用只是时间问题。（根据现场速记整理，如有出入敬请谅解！）
