氮化镓（GaN）作为一种高性能半导体材料，因其在高频、高功率、高温和高压环境下的卓越性能而备受关注。随着对高性能电子器件需求的不断增长，GaN技术正逐渐从150mm和200mm晶圆向300mm晶圆过渡。

在氮化镓（GaN）技术向300mm晶圆尺寸迈进的过程中，面临了许多技术挑战：

1. 热膨胀系数（CTE）匹配问题：GaN与常用的硅基衬底的热膨胀系数不匹配，导致在大尺寸晶圆上生长GaN时容易出现翘曲和裂纹，从而影响器件的制造良率和可靠性。
2. 制造成本：尽管增加晶圆直径可以降低单位面积的生产成本，但大尺寸晶圆的制造和处理技术更为复杂，初期投资和运营成本较高。
3. 设备兼容性：现有的硅生产线需要进行改造以适应GaN的生产，这涉及到设备兼容性和升级的问题。

此外，传统的硅晶圆与GaN之间的CTE失配也限制了制造更高电压器件的能力，因为这需要更厚的GaN外延层。

GaN技术的一个重要里程碑

为了解决这些问题，美国Qromis公司开发了一种名为QST（Qromis Substrate Technology）的工程化衬底技术。

Qromis公司成立于 2015 年 3 月，位于加利福尼亚州硅谷，专注于节能、高性能宽带隙 (WBG) 半导体材料和设备解决方案。该公司开发的QST衬底具有与GaN相匹配的CTE，由多晶氮化铝陶瓷芯构成，并附有多层无机薄膜，顶部是一个二氧化硅（SiO2）键合层，允许单晶硅层作为外延GaN生长的成核层。

这种技术使得可以在300mm晶圆上实现高质量、无翘曲和无裂纹的GaN外延生长，从而显著降低了器件成本。

信越化学工业株式会社成功地利用QST技术开发出了300mm（12英寸）的GaN外延生长衬底，并于2024年9月初开始提供样品。

GaN 器件制造商由于缺乏适合 GaN 生长的大直径衬底，因此无法从增加材料直径中受益，这一成就标志着GaN技术的一个重要里程碑，制造商可以减少设备投资，降低成本。此外，它还促进了高频器件、功率器件和LED等应用领域的发展，尤其是在数据中心/电源方面的潜在应用。