一周新闻速览

1HVPE法氮化镓单晶衬底

2氮化镓在汽车市场的应用分析

3垂直GaN的技术进展

4GaN基蓝光激光器

5基于超表面调控的氮化镓基发光器件研究

01HVPE法氮化镓单晶衬底

氮化镓具有高的电高度，禁带宽度达到3.4eV，其相比第二代半导体化合物拥有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率和电子饱和速率及更优的抗辐照能力，可以用在高功率、高速的光电元件中，是生产微电子器件、光电子器件的新型材料。因其优异的物理特性，如高电子迁移率、高热导性、强耐化学性和高击穿电压，被广泛应用于LED、激光二极管、射频（RF）放大器和功率电子器件中。

GaN单晶衬底是外延GaN最理想的衬底，缺陷密度低，外延材料质量好。HVPE是一种相对较快的氮化镓生长方法，是目前商业上提供氮化镓单晶衬底的主要方法。它利用氯化氢和金属镓在高温下反应生成氯化镓，随后与氨气反应形成氮化镓。这种方法可以产生较厚的氮化镓层，适用于一些特定的应用，如功率电子和激光二极管的衬底。

镓特半导体是目前国内综合规模最大的GaN衬底制造基地，主营产品为4"和2"GaN衬底，该系列产品是基于HVPE(氢化物气相外延)生长技术，采用厚膜应力控制、自剥离技术、研磨抛光技术等先进工艺制造而成，获得50项专利授权，其中发明专利28项，另获得8项注册商标。

02GaN在汽车市场的应用分析

随着新能源汽车和自动驾驶技术的发展，对高效能、高密度的功率电子器件的需求日益增长。氮化镓作为一种新兴的半导体材料，因其优异的电子特性和潜在的系统成本优势，在汽车和移动手机市场中展现出巨大的商业潜力。

预计到2028年，SiC和GaN将代表功率市场的30%以上，显示出这两种材料的巨大商业机会。GaN功率器件市场正在迅速增长，预计到2028年将达到5.04亿美元的商业机会。这一增长主要得益于GaN在汽车动力系统中的高密度、高效率和潜在的更低。

功率GaN生态系统正在不断发展和成熟。随着新进入者的加入，预计未来几年将有更多的创新和突破。这些新进入者可能来自不同的领域，包括但不限于半导体、材料科学和汽车工程。除了在动力系统中的应用，GaN在汽车激光雷达（Lidar）领域也展现出巨大的潜力。激光雷达是自动驾驶技术的关键组成部分，GaN器件的高效率和紧凑尺寸使其成为激光雷达系统的理想选择。

03垂直GaN的技术进展

经过不断的技术改进，目前垂直GaN器件已能承受高达650V的电压，并且在20A电流下工作，这显示了垂直GaN在实际应用中的潜力。实验室阶段的成果表明，GaN器件相比于SiC，具有显著降低的ON电阻。

不同于水平GaN器件，垂直GaN在设计理念上有所创新。它们通常是将输入/控制端子置于器件的顶层，输出端子则放置于底层，通过垂直结构实现大电流的流动。这种设计可以实现更高的输出电流和更强的电压负载。垂直GaN技术的发展正迎合了当前市场对节能和高效率设备的需求。

放眼未来，这种具有强大电力处理能力的材料无疑将成为功率器件领域的重要选手，尤其是在新兴行业如电动汽车和可再生能源发电中，垂直GaN的潜力特别令人期待。垂直GaN技术的应用为我们描绘了一个电力设备效率更高，尺寸更小，性能更卓越的明天。与硅、SiC基器件相比，GaN有着不容忽视的性能优势，并有希望在不远的将来在功率器件市场中占据突出位置。

04GaN基蓝光激光器

随着移动激光投影和激光电视等新型显示技术的兴起，GaN基激光器经历了第二次热潮。尽管AlInGaP基红光激光器已较为成熟，但早期的蓝光和绿光只能通过使用非线性晶体实现GaAs基长波长激光器频率的翻倍。这种技术需要庞大的光学对准系统和昂贵的非线性光学晶体。相比之下，GaN基激光器能够直接发出蓝绿光，在激光显示领域取得了重要应用。

在激光显示市场的推动下，GaN基激光器由紫光发展到蓝光和绿光波段。自1999年日亚公司首次报道450 nm的蓝光激光器以来，外延、芯片和散热封装技术的不断提升使激光器的输出功率和寿命持续增加，取得了重大进展。

在国内，中国科学院半导体研究所、中国科学院苏州纳米所、北京大学、厦门大学、清华大学等多家学术机构进行了GaN基激光器的深入研究，取得了显著成果。2004年，中国科学院半导体研究所实现了国内首次GaN基蓝紫光激光器电注入激射，使我国成为当时少数几个掌握核心芯片技术的国家之一。目前，中国科学院半导体研究所研制的GaN基蓝光激光器连续输出功率已达到6W，还解决了可靠性难题，实现了寿命超过10000小时的GaN基蓝光激光器。

05基于超表面调控的氮化镓基发光器件研究

近日，由中国科学技术大学牵头，安徽格恩半导体有限公司和南京邮电大学作为合作与参研单位共同开展联合攻关的“十四五”国家重点研发计划“新型显示与战略性电子材料”重点专项 “基于超表面调控的氮化镓基发光器件研究”项目启动会在安徽格恩半导体有限公司举行。

该项目面向国家新型显示技术领域，以实现基于超表面的氮化镓基发光器件的光场多自由度调控的迫切需求，开展氮化镓基发光器件制备、超表面与氮化镓基发光器件光电耦合物理机制以及一体化集成与动态可调微显示应用等关键技术研究。

项目充分结合中科大、南邮、格恩半导体三方在氮化镓基光电器件、超表面研究领域的技术优势与产业化经验，针对关键技术难题组建课题攻关小组，提高材料生长、器件制备、超表面设计和系统集成等方面的技术创新能力，实现攻坚克难与关键核心技术的突破，促进我国激光显示以及新型显示技术水平进入国际先进行列。

来源：镓特半导体

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