GaN 功率器件廣泛用于工業(yè)機(jī)械、汽車、家用電子等領(lǐng)域，隨著全球碳中和的目標(biāo)，GaN 功率器件作為減少電力損失的一種手段而被寄予厚望，因此需要更高質(zhì)量和更大直徑的 GaN 襯底，以實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率（降低成本）。

 

 

 

今年三月，據(jù)businesswire 報(bào)道，日本豐田合成宣布與日本大阪大學(xué)（OsakaUniversity）成功研制出尺寸超6英寸的GaN襯底，有助于GaN功率器件的低成本化。這一成果是由大阪大學(xué)的今西正幸副教授和森勇介教授等人組成的研究團(tuán)隊(duì)完成的。

 

 

這一項(xiàng)目是由日本環(huán)境省牽頭的“通過GaN技術(shù)實(shí)現(xiàn)脫碳社會(huì)·生活方式先導(dǎo)創(chuàng)新項(xiàng)目”，日本大阪大學(xué)、松下控股公司、豐田合成公司和 SCIOCS 公司共同合作，成功地采用了一種在鈉和鎵的液態(tài)金屬中生長 GaN 晶體的方法，來制造高質(zhì)量的 GaN 襯底，成功制造出了 6 英寸的襯底，為目前世界最大的襯底。另外，還全球首次證明了采用GaN晶體能以高成品率提高立式GaN晶體管的器件特性。豐田合成接下來將對 6 英寸襯底的批量生產(chǎn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，繼續(xù)提高質(zhì)量，并繼續(xù)增加直徑尺寸，有望超過 6 英寸。

 

圖1：利用新技術(shù)培育的研磨前的6英寸GaN晶體

 

 

圖2：研磨后的2英寸GaN晶體

 

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種全新的技術(shù)，利用在藍(lán)寶石基板上大量設(shè)置微小籽晶的多點(diǎn)種子，通過Na助熔劑法培育GaN晶體。采用通過Na助熔劑法制作的GaN晶體作為籽晶，然后再利用常規(guī)方法，如HVPE法、氨熱法、OVPE法等培育塊狀GaN晶體，作為GaN晶圓，這樣可以大幅提高立式GaN晶體管的性能，同時(shí)可以以低成本大規(guī)模生產(chǎn)。利用該技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)制作出了低翹曲度的高品質(zhì)6英寸大口徑GaN晶體，將市售的常規(guī)GaN晶體只有33％的晶體管成品率提高至72％。

 

森勇介教授表示：“如果用新方法制作的，利用其他方法，那么高品質(zhì)的大口徑GaN晶圓就能。有了這個(gè)GaN晶圓，就可以制作此前無法實(shí)現(xiàn)的高性能功率器件和雷達(dá)等，我們希望為節(jié)能和5G/6G等做出貢獻(xiàn)。”

 

 

 

圖3：利用多點(diǎn)種子，通過Na助熔劑法培育GaN晶體的新技術(shù)（供圖：大阪大學(xué)）

（來源：DT半導(dǎo)體）