Hexagem：唯一的出路是向上

随着行业参与者对 GaN 器件的关注度越来越高，一家瑞典初创公司计划用其颠覆性技术改变市场。

隆德大学的衍生公司 Hexagem 正在开创一种垂直纳米线生长工艺，以使 GaN-on-silicon 半导体与市场上最好的 GaN 器件一样高效。此外，与现今典型的横向 GaN 器件相比，这些器件每平方厘米包含的缺陷要少得多，这对英飞凌和意法半导体等器件制造商来说是个好消息。

作为首席执行官，Mikael Björk 说：“目前，[我们的半导体]每平方厘米有 1 亿个缺陷。但我们相信，我们可以显著提高材料质量，并很快接近每平方厘米 1000 万个缺陷，从而超越竞争对手。”

主要设施包括洁净室、Aixtron MOCVD 反应器以及计量、扫描电子显微镜设施。至关重要的是，Hexagem 一直在这里磨练其GaN-on-silicon工艺，使用 MOCVD 制造纳米线，最终在硅晶片上形成GaN薄层。

作为该工艺的一部分，氮化硅缓冲层被沉积在硅晶片上，然后用孔阵列对其进行图形化，为无位错 GaN 纳米线的选择性外延生长做好准备。一旦纳米线生长出来，就会进行侧向外延生长以加宽纳米线，直到它们几乎相互碰撞，形成一个聚结的 GaN 层。

“我们正在通过外延生长对材料进行‘改组’，以填充空隙，为我们提供这种平面薄膜，”Björk 说，“如果做得好，几乎不会出现位错。”

令人兴奋的是，这位Hexagem首席执行官估计他和同事们今年将在硅晶片上生长出10微米厚的薄膜，这足以制造许多业内人士一直在追逐的高压垂直 GaN 器件。“我们还认为，我们将能够使用更薄、质量更低的缓冲层，在上面生长我们的纳米线——这也将节省成本。”他补充道。

与众不同的GaN

垂直 GaN 器件并不新鲜。由于它有希望是极端高效的器件，可以在比传统横向器件更高的频率下开关、在非常高的电压下运行，无数研究人员一直在开发垂直 GaN 半导体，少数企业竞相将该技术推向市场。例如，总部位于美国的 NexGen Power Systems 正在将低缺陷密度的外延层生长到块状 GaN 衬底上。

然而，Björk 认为 Hexagem 的方法是独一无二的。“我们正在使用硅衬底并结合独特的纳米线聚结技术——我怀疑没有其他人正在这样做。”他强调说。

“当然，我们使用的光刻和图形化在外延中不是标准的，但在成本方面，我们将通过在硅片上使用那些较薄的缓冲层来补偿，”他说，“这对我们来说不是一场成本游戏——这是关于质量……一旦我们达到更大的晶圆尺寸，我们可能会更便宜，尽管这还有待观察。”

Hexagem 一直在使用 50 毫米晶圆，但目前正在进行 150 毫米晶圆的试验。据 Björk 称，公司还在与几家“大型工业企业”讨论扩大技术规模的问题。事实上，该公司通过其他欧盟资助的项目 UltimateGaN 和 YESvGaN 与英飞凌和博世建立了联系。

“今天的商业尺寸是 150 毫米，但我们也想发展 200 毫米晶圆，”Björk 说，“这仍然是几年后的事，但我们现在真的在推动目前 150 毫米的演示......由于我们独特的应变补偿方法，我们认为我们可以在这些更大的晶圆尺寸上实现至少 10 微米厚的外延层，而这可能会使我们到达1200V的垂直器件。”

展望未来，Björk 表示 Hexagem 没有建造生产线的计划，但打算将其技术授权给行业巨头。他预计包括电动汽车在内的电力电子市场将是他的硅基氮化镓晶圆的第一站，但他也有兴趣为射频和光电子应用制造材料。而且越来越厚的外延层也即将出现。

“我们将继续提高质量并实现更厚的层，”他说，“我们可以利用我们的技术在 SiC 和蓝宝石晶圆上进行生长，但也有机会将层转移到例如金属触点或其他衬底上——有很多有趣的方面值得关注。”

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