我們很難想象在不久的將來，硅上GaN能代替藍(lán)寶石上GaN用于高端市場(chǎng)，除非有了技術(shù)突破。如果近來在開發(fā)自支撐型GaN技術(shù)能繼續(xù)進(jìn)展下去，同時(shí)GaN晶片材料開始轉(zhuǎn)向大面積，那么誰還會(huì)反對(duì)在這種本征平臺(tái)上制備高功率LED呢?

　　GaN無線/射頻領(lǐng)域就像LED一樣，科研人員正在對(duì)幾種不同類型襯底的優(yōu)勢(shì)展開激烈的辯論，硅又一次被看作是一種促進(jìn)這個(gè)市場(chǎng)的低價(jià)平臺(tái)。然而這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中性能是成功的主要?jiǎng)恿Α?/p>

　　注重器件的性能使得SiC上GaN成為唯一的入選者，因?yàn)樗俏ㄒ荒軡M足市場(chǎng)需求的復(fù)合型材料。硅上GaN材料繼續(xù)在提升當(dāng)中，對(duì)大部分國防應(yīng)用來說它的增益和熱性能不夠好，并且很難見到這種類型的晶體管在性能上有所提升，使它能與最高水平的SiC上GaN晶體管匹敵。

　　圖1:IQE的GaN方案包括SiC上GaN、硅上GaN以及用來制備IQE射頻產(chǎn)品的藍(lán)寶石上GaN外延片。

　　當(dāng)然，SiC上GaN的世界并非完全美好，有關(guān)襯底質(zhì)量的問題糾纏該項(xiàng)技術(shù)多年了。但在過去的18個(gè)月里，通過提高材料的一致性和重復(fù)性，問題得以解決。今天SiC所遇的最大挑戰(zhàn)是成本，一塊3英寸的半絕緣(SI)SiC比Si(111)的價(jià)格要高上20倍。

　　一些供應(yīng)商通過轉(zhuǎn)向更大尺寸的襯底來降低材料的成本，比如，美國襯底供應(yīng)商Cree和II-VI公司首當(dāng)其沖。到2010年，它們將制備出很高質(zhì)量的100mm GaN晶片，并使得單位面積的成本低于3英寸的同類物質(zhì)，未來人們需要支付的成本將低于這個(gè)水平。但是，這是否意味著SiC的售價(jià)將最終達(dá)到與硅等同的地步，答案不確定;還有，真的有必要這樣嗎?

　　硅上GaN的性能低劣，這也是它在許多商業(yè)的射頻應(yīng)用(特別是雷達(dá))中失利的原因。然而，硅上GaN的研究人員能否在SiC上GaN的價(jià)格下降到一定程度之前，開發(fā)出一種更具成本優(yōu)勢(shì)的硅上GaN器件，使得器件質(zhì)量能突然得到提升并達(dá)到領(lǐng)先水平。

　　雖然我們無法弄清哪種方案更靠前，很明顯提高硅上GaN器件的性能所花的時(shí)間更長，而從成本上來說，SiC上GaN更有可能成為一個(gè)更有力的競(jìng)爭(zhēng)者，這是規(guī)模經(jīng)濟(jì)和經(jīng)驗(yàn)曲線進(jìn)展之后的必然結(jié)果。

　　硅上GaN可能在面向新興市場(chǎng)的無線/射頻產(chǎn)品中發(fā)揮重大作用，具有適當(dāng)性能的低成本器件才能隨著市場(chǎng)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。這個(gè)思路很尋常，有許多這樣的例子，低規(guī)格、高經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品能彌補(bǔ)市場(chǎng)的空白，甚至產(chǎn)生或替代一個(gè)原先由高規(guī)格高成本產(chǎn)品主導(dǎo)的市場(chǎng)。

　　此外，未來硅上GaN在功率電子市場(chǎng)上的潛力巨大。在此，顛覆現(xiàn)有技術(shù)才能獲得成功，硅正在逐步地克服來自另一種新興的寬禁帶技術(shù)(SiC)的威脅。盡管硅打低價(jià)牌，而SiC對(duì)器件的高性能做出承諾，硅上SiC被認(rèn)為兼具了兩者的長處。

　　在功率電子市場(chǎng)，雖然成本是首要因素，若只提供能降低成本的技術(shù)，并不能保證成功，這是由于從一種類型的器件轉(zhuǎn)向另一種會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的經(jīng)濟(jì)損耗問題。

　　因此，新的技術(shù)必須以某種形式體現(xiàn)出明確而引人注目的價(jià)值所在，比如功能獲得明顯的改良。由于硅上GaN具備了較高的效率、較小的尺寸、較強(qiáng)的可靠性以及長期與硅晶體管集成的可能性，它有潛力完成上述任務(wù)。

　　圖2:硅上GaN晶體管的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)比SiC上GaN的要低，即便如此，低劣的器件性能阻礙了硅上GaN晶體管向當(dāng)今國防應(yīng)用市場(chǎng)邁進(jìn)。

　　Yole Developpement預(yù)測(cè)，GaN功率電子市場(chǎng)仍處于胚胎時(shí)期，當(dāng)市場(chǎng)開始?jí)汛髸r(shí)，它們有機(jī)會(huì)在價(jià)值35億的功率電子市場(chǎng)分得一杯羹。無疑，對(duì)這類器件的投資不可或缺。這里存在一個(gè)問題，就是GaN功率器件的進(jìn)展是否快到足以和SiC或一種新興先進(jìn)的硅技術(shù)相抗衡。

　　IQE正在繼續(xù)開發(fā)其硅上GaN、SiC上GaN以及藍(lán)寶石上GaN技術(shù)，目標(biāo)是適量的生產(chǎn)并展開適當(dāng)?shù)拈_發(fā)活動(dòng)，為相關(guān)市場(chǎng)提供最合適的技術(shù)。

　　作者簡介

　　Bedwyr Humphreys是IQE集團(tuán)GaN產(chǎn)品的業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)，他的電子郵箱是BHumphreys@IQEP.com。他致謝IQE射頻研發(fā)總監(jiān)Shiping Guo、IQE銷售和業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Ivan Eliashevich，感謝他倆對(duì)這篇文章提供的幫助。