日本开发出用于垂直晶体管的8英寸氮化镓单晶晶圆

1月8日消息，日本丰田合成株式会社（Toyoda Gosei Co., Ltd.）宣布，成功开发出了用于垂直晶体管的 200mm（8英寸）氮化镓 （GaN）单晶晶圆。

据介绍，与使用采用硅基GaN工艺的横向晶体管相比，采用氮化镓单晶构建垂直晶体管可提供更高密度的功率器件，可用于 200mm 和 300mm 晶圆。然而，制造尺寸大于4英寸的GaN单晶晶圆一直都面临困难。

大阪大学和丰田合成的研究人员制造了一种 200mm 的多点籽晶 （MPS） 衬底，并成功地在衬底上生长出对角线长度略低于 200mm 的六方 GaN 晶体。这使用了多点籽晶法和Na 助熔剂工艺。

多点籽晶法是一种将许多小型GaN籽晶预先分布在大型蓝宝石衬底上，并在晶体生长过程中使生长的晶体熔合在一起的技术。利用该技术可以生产大直径单晶。结合两种方法的特点，将有可能生产出高质量、大直径的GaN籽晶。

Na助熔剂工艺是日本东北大学山根久典教授于1996年发明的，通过将镓（Ga）和氮（N）溶解到液态钠（Na）中来生长高质量GaN单晶的技术。由于它是液相生长，因此适合生产高质量的晶体。Na 助熔剂工艺目前已经是一种成熟的高温液相外延（LPE） 工艺。

此前，丰田合成就曾成功制造150mm（6英寸）GaN单晶晶圆，此次成功开发出200mm GaN单晶晶圆可谓是又一大突破。

据介绍，该200mm GaN衬底可用于生长 600V 垂直 GaN 晶体管，常闭操作，栅极电压阈值超过 2 V，导通状态下最大漏极电流为 3.3 A。此外，它还表现出超过 600 V 的击穿电压和关断状态操作期间的低漏电流。

日本环境省正在领导一个 GaN 功率器件广泛应用的项目，丰田合成正在提供底层晶圆以获得理想的 GaN 晶体。该项目的成果之一是，在丰田合成与大阪大学共同开发的 GaN 籽晶上制造 GaN 衬底，使得功率器件性能得到了明显的改善。与在市售衬底上制造的功率器件相比，使用这些 GaN 衬底的功率器件在功率调节能力和良率方面都表现出更高的性能。

丰田合成表示，将继续与政府、大学和其他公司合作，尽早推广大尺寸GaN基板。