使用GaN基板将GaN功率元件FOM减至1/3

　　什么是GaN？

　　GaN中文名：氮化嫁，用化学元素来解释就是V族化合物。六方晶系铅锌矿型结构，为直接带隙半导体。室温禁带宽度3.39eV。电子和空穴有效惯性质量分别为0.19和0.6。电阻率》107Ω·m，电子迁移率（1.25～1.50）×10-2m2/（V·s）。采用化学气相淀积法制备。什么是GaN？GaN中文名：氮化嫁，用化学元素来解释就是V族化合物。六方晶系铅锌矿型结构，为直接带隙半导体。室温禁带宽度3.39eV。电子和空穴有效惯性质量分别为0.19和0.6。电阻率大于107Ω·m，电子迁移率（1.25～1.50）×10-2m2/（V·s）。采用化学气相淀积法制备。松下试制出了使用GaN基板的GaN功率晶体管（「GIT」），并在“IEDM 2016”上发表（演讲序号：10.3）。与该公司已推出产品的以往Si基板产品相比，将导通电阻（Ron）降至2/3，将输出电荷（Qoss）减至约一半。这样便可将导通电阻与输出电荷的乘积——以关断开关为对象的“FOM（figure of merit）”减小至约1/3，实现高速关断。试制品尽管为AlGaN/GaN的HEMT构造，使用GaN基板，但却是电子沿器件水平方向移动的横式器件。可以说，器件构造与原来基本相同，只是改变了基板的种类。

　　松下在gan基板产品和Si基板产品方面试制了2.1mm×2.0mm测试芯片做了比较。Si基板产品的导通电阻为150mΩ，GaN基板产品的导通电阻为100mΩ。Qoss方面，Si基板产品为18.3nC，GaN基板产品为9.4nC。这样，与Si基板产品的FOM为2745mΩ·nC相比，GaN基板产品减小至940mΩ·nC。松下通过实施开关操作计算出了关断时的速度，与以往Si基板产品为285V/ns相比，GaN基板产品的速度达到了约2倍的140V/ns。

　　使用gan基板后导通电阻减小的原因于基板上的GaN类半导体的结晶缺陷减少。这样，电子迁移率得到提高，导通电阻随之减小。Qoss减小是因为加厚了设置于GaN基板正上方的缓冲层。Si基板产品缓冲层厚5μm，而GaN基板产品加厚至16μm。Si基板产品使材料与Si不同的GaN结晶生长，因此过于加厚缓冲层时，容易出现裂纹等。所以以5μm左右为极限。

　　此外，通过采用gan基板还可提高耐压并抑制电流崩塌现象。耐压方面，在缓冲层的厚度为16μm、栅漏间距（Lgd）为10μm时耐压达到1.5kV左右，Lgd为20μm时耐压达到2.8kV。Si基板产品中，缓冲层厚度为5μm、Lgd为10μm时耐压达到1kV左右。而且，即使将Lgd扩大至15μm，耐压也几乎不变。

　　电流崩塌现象方面，已确认最高到1kV也不会发生该现象。与松下正在销售的、设置有防电流崩塌构造的Si基板产品为同等水平。不设置该构造时，在1kV以下便会发生电流崩塌。