8月12日消息，深圳平湖实验室在GaN/SiC集成领域取得突破性进展，在国际上首次研制了商用8英寸4°倾角4H-SiC衬底上的高质量AlGaN/GaN异质结构外延。

该成果打破了大尺寸GaN与SiC材料单片集成的技术瓶颈，为GaN/SiC混合器件的发展及其产业化进程奠定基础，可批量应用于大尺寸、高质量GaN外延材料的制备，为现有硅基GaN技术路线提供了一种极具竞争力的替代方案。

该技术可批量制备大尺寸、高质量GaN外延材料，为现有硅基GaN路线提供了一种极具竞争力的替代方案。

与传统工艺相比，其在两个方面尤为突出：一是缺陷密度显著降低——GaN外延材料中的缺陷密度下降约10~15倍，有望从根本上改善器件可靠性，并通过超过10年的寿命验证；二是散热性能显著提升——SiC衬底的高热导率有助于提高GaN器件的功率密度和集成度。

图2 (a) AlGaN/GaN异质结构势垒层PL测试图谱 (b) 外延厚度测试图谱 (c) 8英寸SiC上GaN外延片翘曲测试，Bow = 8.3 μm

这项重大进展将为宽禁带半导体在新能源汽车、消费电子、人工智能等领域的规模化应用提供重要技术支撑。

碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）作为第三代半导体的代表，凭借高禁带宽度、高击穿场强、高电子饱和速度和高热导率等优异特性，特别适合制造高频、高功率、耐高温、抗辐照器件，广泛应用于新能源车、消费电子、光伏、电网等领域。

基于同质外延的4H-SiC器件具有低缺陷、高耐压、抗雪崩优势，但面临低沟道迁移率和栅氧可靠性挑战。

图3 (a) 4°倾角SiC衬底上GaN外延层的XRD (002)/(102)面摇摆曲线 (b) 外延层表面的原子力显微镜照片

图4  SiC衬底上AlGaN/GaN异质结构的霍尔测试结果

GaN HEMT拥有高开关频率和高沟道迁移率，但受限于Si基异质外延的高缺陷密度和横向结构，在高可靠性、高耐压及抗雪崩应用上竞争力不足。如何整合两者特性、实现优势互补是产业界和学术界的重大探索方向。