GaN類功率二極管的產品特性：

• 耐壓可確保在 600V以上
• 利用GaN類半導體，仍可低成本製造
• 大幅減少功率損失

GaN類功率二極管的應用範圍：

• 麵向逆變器電路及功率因數校正電路等功率用途

從事GaN外延基板開發及銷售等業務的風險企業POWDEC，開發出了利用GaN類半導體的肖特基勢壘二極管（SBD）
，並於2010年11月30日在東京舉行了記者發布會。據介紹

，該二極管是麵向逆變器電路及功率因數校正電路等功率用途的產品
，耐壓可確保在 600V以上。其特點在於，在利用GaN類半導體的情況下，仍可低成本製造。POWDEC認為“原則上有望以相當於LED的低成本製造”。該公司表示
，通過使用藍寶石基板，降低製造成本已有了眉目。目標是2012年之前量產。

包括功率晶體管在內的GaN類功率半導體元件，與現有Si製(zhi)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)元(yuan)件(jian)相(xiang)比(bi)，是(shi)有(you)望(wang)大(da)幅(fu)減(jian)少(shao)功(gong)率(lv)損(sun)失(shi)的(de)新(xin)一(yi)代(dai)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)一(yi)種(zhong)。隨(sui)著(zhe)電(dian)氣(qi)特(te)性(xing)的(de)提(ti)高(gao)
，其(qi)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)的(de)削(xue)減(jian)成(cheng)了(le)開(kai)發(fa)上(shang)的(de)焦(jiao)點(dian)。

為實現GaN類功率半導體元件的成本削減
，使用Si基板的方法成了主流。而Si與GaN類半導體的熱膨脹係數及晶格常數不同。因此，為了減輕這一差異
，一般要在Si基板上層疊稱為“緩衝層”的多層膜。然而，“多層膜的製造時間較長，容易導致製造成本上升”（POWDEC）。

另外，在Si基板上製造的GaN類功率半導體元件，以各種電極橫向排列的橫型構造為主流。如果是二極管的話
，陰極和陽極呈橫向排列。但橫型GaN 類半導體元件存在難以提高電氣特性的課題。比如
，在施加高逆電壓後再施加順電壓使電流流過時，容易發生電流值比初始值降低的“電流崩塌效應”。而且，耐壓也很難提高。

要確保出色的電氣特性，並實現芯片表麵配置陽極
、背麵配置陰極的縱型構造，就需要采用GaN基板。但GaN基板不僅口徑小隻有2英寸，而且價格也高。藍光光驅的光源使用的藍紫色半導體激光器就普遍使用2英寸的GaN基板。如果是芯片麵積較小的激光元件
，還有望推出產品，但功率元件因要流過大電流，因此芯片尺寸會變大，難以獲利。

憑借兩項措施攻克三項難題

因此，POWDEC采用了使用口徑比GaN基板大且價格便宜的藍寶石基板的方法。不過，如果隻是在藍寶石基板上使GaN類半導體結晶生長，就會出現以下三個問題：①位錯等結晶缺陷較多而難以確保高耐壓
；②在下麵無法形成電極，③因為是藍寶石
，所以熱阻會變大。

為了解決這些問題，該公司在製造工序上采取了兩項措施。一是為在藍寶石基板上生長出高品質的GaN結晶，使用了“ELO（Epitaxial Lateral Overgrowth）”法。ELO法對藍寶石基板上施以掩模處理，使GaN結晶從掩模間隙的“窗口”部分生長出來。這時GaN結晶就會在向上生長的同時橫向生長。而橫向生長的GaN結晶在掩模上（兩翼上）的部分很少有錯位發生。

此次由於實現了幅寬100μm的橫向生長，因此實用化有了眉目。POWDEC十分興奮：“如此之長前所未有”。實際上ELO法雖是曆史很長的技術，但很難使其在橫向上長長。

兩翼上的GaN結晶的位錯密度為105～106cm-2以上。與藍紫色半導體激光器使用的GaN基板相當。而掩模窗口部分的位錯密度較高，在107cm-2以上。

另一項措施是使橫向生長的GaN結晶與藍寶石基板分離。原因是身為絕緣體的藍寶石基板會妨礙縱型構造形成。其方法雖未公布，但為了使GaN結晶與藍寶石分離
，將使用帶焊錫的Si基板。

將帶有GaN結晶的藍寶石基板接近帶有焊錫的Si基板
，使GaN結晶分離。這時
，將GaN結晶一側靠向焊錫一側。加熱使焊錫熔化，待冷卻後將GaN結晶從藍寶石基板上剝離下來。作為掩模的SiO2與GaN結晶“不會發生化學鍵合，比較容易分離”（POWDEC）。

盡管在製造工序上采取了這兩項措施
，“但與使用多層膜即緩衝層的方法相比，前工序所需的時間仍較短”（POWDEC）。

耐壓1000V、支持6英寸口徑也將是目標

通過這些製造上的措施
，實現了施加620V逆電壓時泄漏電流在1mA/cm2以下的縱型二極管。按10A級元件換算，泄漏電流僅為數10μA。

今後該公司還考慮使1mm×0.2mm尺寸的元件實現實用化。長0.2mm的部分相當於上述ELO橫向生長時的幅寬。雖然目前僅在0.1mm以上，但實現這一橫寬已有了眉目。該芯片尺寸下的電流容量為1A左右。將以該尺寸的芯片為單位
，利用多個元件來實現大電流化。估計還可實現數10A級的產品。

此次開發品的厚度隻有20μm，可降低導通電阻和熱阻
，因此容易降低損耗、高溫工作及封裝小型化。

在耐壓方麵，POWDEC表示還可達到1000V。而且，在藍寶石基板的口徑方麵，如果準備好製造裝置
，還可支持6英寸的基板。