氮化鎵（GaN） 是由氮和鎵組成的一種半導體材料，因為其禁帶寬度大于2.2eV，又被稱為寬禁帶半導體材料。寬禁帶半導體材料有著更高得多的臨界雪崩擊穿場強，較高的熱導率?；趯捊麕О雽w材料的電力電子器件具有比硅器件高得多的耐受高電壓的能力，低得多的通態(tài)電阻，更好的導熱性能和熱穩(wěn)定性，更強的耐受高溫和射線輻射的能力。它是微波功率晶體管的優(yōu)良材料，也是藍色光發(fā)光器件中的一種具有重要應用價值的半導體。GaN材料的研究與應用是目前全Q半導體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料。

氮化鎵延片可分為同質外延片與異質外延片。在氮化鎵單晶襯底上生長的化為同質外延片，生長在其他襯底材料上為異質外延片。目前常用的襯底材料包括藍寶石、碳化硅、硅與金剛石。其中硅基氮化鎵（GaN on Si）和碳化硅氮化鎵（GaN on SiC）是未來的主流技術方向。

氮化鎵（GaN）由于其寬禁帶特性而成為電力電子產品的絕佳材料。隨著交通電氣化，GaN功率器件變得越來越重要，器件成本和效率也隨之成為了至關重要的因素。對于許多應用而言，增強型或常閉模式器件對于故障安全要求是非常必要的，并且柵介電層（例如Al2O3）對于獲得更高效的在增強型模式下工作的器件也是至關重要的。

然而ALD技術使GaN功率器件增效方面有很大的優(yōu)勢，主要體現在以下五個方面：膜質量 (Film Quality)，一致性 (Conformality)，可控性 (Control)，低損傷 (Low Damage)，預處理 (Pre-treatments)。

膜質量 (Film Quality)

氮化鎵晶體管的柵極電介質薄膜必須是高質量的，這樣才能降低電流的泄漏，從而產生更高的擊穿電壓。等離子增強ALD（PEALD）技術的優(yōu)點是可以準確可靠地沉積致密層的，從而優(yōu)化器件性能。只有在高電壓下才會發(fā)生擊穿，而膜層具備高擊穿電壓的原因主要有兩方面：膜層質量高，以及由于ALD填充空穴的能力而造成針孔缺陷水平低。有意思的是，這些特性只有在200-400°C的適度溫度才可以產生，無需其他技術所需要的高溫過程。

一致性 (Conformality)

凹槽結構對于許多定向沉積技術（比如磁控濺射）都非常具有挑戰(zhàn)性，然而在氮化鎵中用到的凹槽幾何結構具有相對適中的高寬比，因此對于大多數ALD工藝來說是十分容易做到的。ALD工藝的獨特優(yōu)勢就是使得生長的膜層在整體器件結構中連續(xù)且厚度基本一致，且對高寬比變化不敏感，因此工藝窗口較大，一般不需要通過改變工藝菜單來保證沉積條件。

可控性 (Control)

在生產及研究過程中，厚度和性能控制都是必不可少的。ALD的工藝獨特性能使其在大尺寸襯底沉積中具有更優(yōu)異的均勻性，從而使所有的器件都具有相同的性能。由于所得到的薄膜厚度是根據所選擇的ALD循環(huán)次數來確定的，具有良好的重復性，因此不管是不同機臺之間，或者同一機臺的不同時間段都有非常好的沉積厚度重復性。ALD有著良好的階梯覆蓋特性，工藝菜單易于管理，同一腔室可以兼容多種材料沉積。這些特性使其符合未來材料改性和工藝改進的趨勢。例如，使用更高介電材料（如二氧化鉿）以及氮化電介質（如氮化鋁）。

低損傷 (Low Damage)

在電子工業(yè)中，氮化鎵與其他半導體相比是加工敏感性的材料之一，然而遠程可控等離子ALD（PEALD）技術對氮化鎵造成的損耗卻很低。優(yōu)化工藝條件以及控制離子能量和通量能夠使界面和薄膜產生較低的缺陷密度，與此同時，活性反應組分密度和通量足以生長高質量的膜層材料，且具備量產能力。

預處理 (Pre-treatments)

在ALD前序工藝中或者只是在空氣中暴露后，氮化鎵表面可能會產生低質量的表面氧化物，并可能含有缺陷和雜質，比如碳。遠程可控等離子體脈沖和ALD前驅體脈沖都可以用來減少上述缺陷和雜質。三甲基鋁(TMA)是一種常用于電介質氧化鋁生長的ALD前驅體。有意思的是，TMA實際上可以作為還原劑去除氮化鎵表面的一些氧化物。正如我們熟知的，氫和氮等離子體能夠減少表面氧化物，并且能夠去除雜質，比如碳。

GaN功率器件市場具有廣闊的發(fā)展前景，在未來幾年內市場規(guī)模有望繼續(xù)增長。全Q市場和中國市場對于這些領域的需求增加，對于碳化硅和氮化鎵功率器件的需求亦將不斷增長。在未來的市場競爭中，通過技術創(chuàng)新和質量提升將是半導體企業(yè)保持競爭力和獲得更多市場份額的重要策略，而ALD技術將會成為這一戰(zhàn)略中不可缺少的一員。