6英寸高品质GaN晶体最新进展

来源：第三代半导体产业

GaN 功率器件广泛用于工业机械、汽车、家用电子等领域，随着全球碳中和的目标，GaN 功率器件作为减少电力损失的一种手段而被寄予厚望，因此需要更高质量和更大直径的 GaN 衬底，以实现更高的生产效率（降低成本）。

今年三月，据businesswire 报道，日本丰田合成宣布与日本大阪大学（OsakaUniversity）成功研制出尺寸超6英寸的GaN衬底，有助于GaN功率器件的低成本化。这一成果是由大阪大学的今西正幸副教授和森勇介教授等人组成的研究团队完成的。

这一项目是由日本环境省牵头的“通过GaN技术实现脱碳社会·生活方式先导创新项目”，日本大阪大学、松下控股公司、丰田合成公司和 SCIOCS 公司共同合作，成功地采用了一种在钠和镓的液态金属中生长 GaN 晶体的方法，来制造高质量的 GaN 衬底，成功制造出了 6 英寸的衬底，为目前世界最大的衬底。另外，还全球首次证明了采用GaN晶体能以高成品率提高立式GaN晶体管的器件特性。丰田合成接下来将对 6 英寸衬底的批量生产进行质量评估，继续提高质量，并继续增加直径尺寸，有望超过 6 英寸。

图1：利用新技术培育的研磨前的6英寸GaN晶体

图2：研磨后的2英寸GaN晶体

研究团队开发了一种全新的技术，利用在蓝宝石基板上大量设置微小籽晶的多点种子，通过Na助熔剂法培育GaN晶体。采用通过Na助熔剂法制作的GaN晶体作为籽晶，然后再利用常规方法，如HVPE法、氨热法、OVPE法等培育块状GaN晶体，作为GaN晶圆，这样可以大幅提高立式GaN晶体管的性能，同时可以以低成本大规模生产。利用该技术，该团队制作出了低翘曲度的高品质6英寸大口径GaN晶体，将市售的常规GaN晶体只有33％的晶体管成品率提高至72％。

森勇介教授表示：“如果用新方法制作的，利用其他方法，那么高品质的大口径GaN晶圆就能。有了这个GaN晶圆，就可以制作此前无法实现的高性能功率器件和雷达等，我们希望为节能和5G/6G等做出贡献。”

图3：利用多点种子，通过Na助熔剂法培育GaN晶体的新技术（供图：大阪大学）