三菱：4英寸GaN单晶衬底即将批量生产！

第三代半导体风向 · 2021-05-21

2021年3月，三菱化学曾透露，他们已开发出4英寸GaN单晶衬底，并且正在开发6英寸的产品，而且晶体缺陷仅为普通GaN衬底的大约1/100-1/1000，“几乎没有缺陷”。

三菱4英寸GaN衬底

三菱还表示，2021年上半年他们将在日本建设大规模生产线，以将4英寸GaN衬底进行商业化实验。最近，这条生产线传来新消息。

5月18日，日本制铁所宣布，他们将在日本室兰工厂安装一条批量生产GaN单晶衬底的示范生产线，并与三菱化学共同进行示范实验。而且他们将会从明年4月开始供应4英寸GaN单晶衬底。

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更大尺寸，压力降低一半

三菱用的是什么大招？

据介绍，三菱化学的4英寸GaN衬底采用的是独特的液相生长方法——低压酸性氨热法（LPAAT），这项技术是联合日本东北大学开发的，好处是可制造大直径、高质量和低成本的GaN衬底。

据“三代半风向”了解，从2015年开始，三菱化学就开发了特有的生产设备，采用液相法来提高氮化镓衬底的生产效率，2017年制作了高质量的2英寸GaN衬底，将平均缺陷密度减少到以往产品的数百分之一。

相关参数

这项技术持续在改良。2020年6月，东北大学、日本制钢所、三菱化学宣布开发出一种新SCAAT方法，实现了直径2英寸以上尺寸的高质量GaN单晶衬底的批量生产。最近，他们已经能够生产4英寸的GaN衬底。

据介绍，通常GaN单晶衬底的生长方法包括HVPE和酸性氨热法（SCAAT）和钠通量法。而东北大学的LPAAT工艺，与传统的SCAAT方法不同，它可以在低压下实现高质量晶体生长。（备注：日本制钢所将这种方法称为“SCAAT-LP”）。

据了解，该工艺的晶体生产压力条件相对较低，约为100MPa，大约是之前SCAAT工艺的一半左右。

几乎没有翘曲

高纯度无杂质

根据东北大学的论文，采用LPAAT制作的GaN衬底具有较低的晶体镶嵌特性，而且对称/不对称平面上的X射线锁定曲线的半值宽度在28秒以内。同时，其晶体结构特性非常好，曲率半径为约1.5km，基板几乎没有翘曲。

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此外，由于长晶炉的内壁涂有银，从抑制了铁、镍等污染，防止了意外的杂质混入GaN晶体中。通过低温光致发光发现，该方法获得了优异的结晶度和高纯度。

长晶炉结构图

根据日本制钢所的说法，室兰工厂示范线将对“SCAAT-LP”技术的稳定供应进行验证。据报道，该示范线的总面积为266m2，并引入了大型高压釜设备、加热器、控制设备、氨气供应/吸收设备、高纯度气体净化设备等。

实验完成后，他们将会把要将SCAAT-LP应用于120 mm或更大的长晶炉，以生产直径4英寸或更大且具有出色晶体结构特性的GaN衬底。同时，他们还将通过SCAAT-LP方法进一步改善GaN单晶的光学和电学特性。