GaN 功率器件廣泛用于工業機械、汽車、家用電子等領域，隨著全球碳中和的目標，GaN 功率器件作為減少電力損失的一種手段而被寄予厚望，因此需要更高質量和更大直徑的 GaN 襯底，以實現更高的生產效率（降低成本）。

 

 

 

今年三月，據businesswire 報道，日本豐田合成宣布與日本大阪大學（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的今西正幸副教授和森勇介教授等人組成的研究團隊完成的。

 

 

這一項目是由日本環境省牽頭的“通過GaN技術實現脫碳社會·生活方式先導創新項目”，日本大阪大學、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金屬中生長 GaN 晶體的方法，來制造高質量的 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進行質量評估，繼續提高質量，并繼續增加直徑尺寸，有望超過 6 英寸。

 

圖1：利用新技術培育的研磨前的6英寸GaN晶體

 

 

圖2：研磨后的2英寸GaN晶體

 

研究團隊開發了一種全新的技術，利用在藍寶石基板上大量設置微小籽晶的多點種子，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，同時可以以低成本大規模生產。利用該技術，該團隊制作出了低翹曲度的高品質6英寸大口徑GaN晶體，將市售的常規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，那么高品質的大口徑GaN晶圓就能。有了這個GaN晶圓，就可以制作此前無法實現的高性能功率器件和雷達等，我們希望為節能和5G/6G等做出貢獻。”

 

 

 

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

（來源：DT半導體）