緩沖層技術(shù)是GaN研究的起點

GaN的晶體生長曾經(jīng)也是一大課題。關(guān)于這一材料，1986年名古屋大學(xué)教授赤崎勇（現(xiàn)任名城大學(xué)教授、名古屋大學(xué)名譽教授）等人采用“低溫沉積緩沖層技術(shù)”，在藍寶石基板上生長出了高品質(zhì)GaN晶體，以此為突破口，該材料的研究取得了進展。以后來的GaN藍色LED開發(fā)為契機，GaN的研發(fā)在世界各地活躍起來，技術(shù)開發(fā)快速推進。

發(fā)光元件方面，GaN被推廣到了藍光光盤裝置用藍紫色半導(dǎo)體激光器和白色LED用藍色LED芯片，電子產(chǎn)品方面，移動體通信用基站及雷達用GaN類半導(dǎo)體高頻功率元件實現(xiàn)了產(chǎn)品化。GaN功率開關(guān)元件應(yīng)用了以前在高頻功率元件中培育的技術(shù)，其研發(fā)動向從2005年前后開始備受關(guān)注。

GaN與SiC不同，是以不同種類的基板上的“異質(zhì)外延生長”為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。目前，被認(rèn)為最有力的GaN功率元件是“GaN-on-Si”功率元件，采用了在硅基板上實現(xiàn)異質(zhì)外延生長的GaN。與高價SiC基板上制作的SiC功率元件不同，GaN-on-Si的成本競爭力很高。雖然同為寬帶隙半導(dǎo)體，但SiC和GaN獲得了不同的發(fā)展，這一點十分有趣。

SiC、GaN功率元件上市

目前，SiC及GaN成了新一代功率元件的最有力材料，世界各地都在進行研發(fā)，盡管數(shù)量要比硅元件少，但采用SiC和GaN的功率元件已開始出現(xiàn)在市場上。尤其是SiC制SBD，日本國內(nèi)外的多家公司都在銷售，其影響力正不斷向電路技術(shù)人員滲透。實驗室水平遠遠超過硅的高性能功率元件已被接連不斷地試制出來。

從性價比、可靠性及產(chǎn)量等方面考慮，SiC、GaN功率元件要向硅制MOSFET及IGBT占支配地位的市場滲透，估計還需要一段時間。但目前多個應(yīng)用領(lǐng)域都在驗證這種元件的優(yōu)點，包括通過采用SiC或GaN功率元件來大幅節(jié)省系統(tǒng)總體能耗及縮小尺寸等。

下次將介紹使用SiC的功率元件的特點、最新開發(fā)動向及應(yīng)用事例等。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）