与硅相比，GaN具有一些优势，如提高电子迁移率、耐热性和低能耗。
就在不久前，蓝光还被誉为数字视频领域的一项技术进步。但在流媒体时代，蓝光的光芒已经褪去。然而，使蓝光播放器得名的蓝色激光二极管技术——氮化镓(GaN)——正在成为半导体行业众多令人兴奋的新发展之一。
如今，GaN已被军方用于雷达系统、消费者和汽车电子产品作为超高速电源充电器，并用于电信行业的基站和数据服务器。与硅相比，氮化镓有几个优势。首先，氮化镓的电子迁移率比硅显著提高——根据各种文章，电子迁移率提高了1000倍——这一优势导致了其他优势。此外，GaN耐热，比其他半导体消耗更少的能量，在更低的电压下工作，能够增加小型化，提供更宽的带宽，并允许增加电子迁移率。
除了这些重要的卖点，在更广泛地采用这种化合物半导体时，有一个因素可能优先于所有其他因素:成本。幸运的是，GaN正在迅速成为一种有竞争力的选择，市场趋势表明它很快就会在成本和市场价值上与mosfet相媲美。
2022年1月，5G达到了一个重要的里程碑:Counterpoint Technology market Research的数据显示，5G手机销量首次超过4G手机，占据了全球51%的市场份额。由于化合物半导体的效率、降低的功率需求、耐热性和更宽的带宽，GaN作为5G基站的基板在5G领域的应用非常广泛。
此外，GaN作为移动设备的电源充电器也越来越受欢迎。由于电子在氮化镓中移动得更快，这类充电器为智能手机或笔记本电脑充电所需的时间是硅器件的一半，而且这些氮化镓充电器比硅器件更小、更轻。
说到移动设备，微led是GaN设备有可能颠覆市场的另一个领域。
图1:GaN HEMT制造的挑战。
然而，伴随着这些干扰和增长机会，制造商需要面对一系列挑战，包括:
衬底体积和Epi层缺陷: GaN与衬底热膨胀系数不匹配引起的晶圆弯曲应力可能导致表面开裂或引入缺陷。
多层厚度计量:一致的缓冲层和沟道层厚度可以减小深阱浓度、栅漏电流和击穿特性的变化。Epi厚度控制是提供一致的设备性能和产量的最重要参数之一。
AlGaN/GaN层厚度及均匀性:一致的缓冲层和沟道层厚度将最大限度地减小深阱浓度、栅漏电流和击穿特性的变化。多外延厚度控制通常被认为是高电子迁移率晶体管(HEMT)最重要的参数之一。
AlGaN合成控制:HEMT GaN器件在二维电子气(2DEG)饱和态下的电子密度随铝浓度的变化而变化。在HEMT器件制造过程中，AlGaN 2DEG的铝成分百分比测量是控制器件电学性能的关键。
栅极CD和叠加测量和控制:适当的栅极长度设计和控制对于HEMT GaN器件实现GaN通道内2DEG载流子强度的优化和栅极合理控制通道至关重要。gan基hemt的输出电流和跨导高度依赖于栅极/通道长度和源/栅极叠加。
金属厚度测量:饱和漏极电流依赖于接触垫的金属厚度，因此有效地监测金属厚度对于电流稳定性越来越重要，而设备的要求也在不断变化。同时和无损地监测多层金属厚度在几十纳米到几十微米范围内直接在设备上的能力是日益需要的最先进的设备制造。
接触蚀刻深度控制:源极和漏极触点、凹坑刻蚀深度和临界尺寸的精确控制是器件运行过程中实现最佳载流子电流的关键。
在线缺陷检查/最终出厂质量保证(OQA):在沉积和蚀刻之后，需要进行缺陷检查，以监控工艺的清洁和健康。OQA检查通常是在生产线前端(FEOL)处理之后，以及GaN器件包装期间和之后进行的。这些器件通常与硅器件一起封装，这也需要在组装之前和/或之后进行额外的缺陷检查和监控。
所需检验:粒子和蚀刻/图案保真度缺陷，外层位错后feol处理和OQA。GaN包装检查对以下方面至关重要:
幸运的是，有许多可用的工具可以满足GaN带来的制造挑战。考虑到这一点，以及GaN的许多强大优势，难怪这种化合物半导体正在成为行业巨头，在实现绿色技术方面发挥着越来越重要的作用，包括消费充电器、光伏充电器、电动汽车车载充电器和许多其他需要高开关频率和效率的设备。对于在这个领域工作的人来说，这显然是一个令人兴奋的时刻。
负责蓝色激光器的化合物半导体的未来已经进入了第二阶段。虽然GaN不会在奥斯卡之夜把金像带回家，但毫无疑问，地平线上有一颗新星。
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