
昨天,日本又一家企業——豐田合成——宣布成功量產了6英寸氮化鎵單晶襯底。
據豐田合成的最新文獻,他們是通過鈉助溶劑液相法,先在藍寶石襯底上生長籽晶,然后再經過HVPE法生長高質量的氮化鎵單晶,研發時間僅半年。
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3月15日,豐田合成官網宣布,他們與大阪大學合作,成功制造出應用于功率半導體的6英寸GaN襯底。?
6英寸GaN襯底
據介紹,這項成果是由日本環境省,豐田合成和大阪大學利用鈉助溶劑液相法GaN單晶生長法,生產了超過6英寸的高質量 GaN 襯底。
制造大直徑GaN襯底的要點(鈉熔劑法)
豐田合成表示,6英寸功率半導體氮化鎵襯底的研發得益于早期LED氮化鎵襯底技術的積累。LED產業界認為,對氮化鎵研究得最成功的單位日亞公司和豐田合成。豐田合成從1986年就開始研究GaN基LED的生長技術,1991年在諾貝爾物理獎得主赤崎勇教授的指導下,他們率先在世界范圍內成功開發出GaN藍光LED。除了氮化鎵襯底外,豐田從2010年就開始研究GaN基功率器件。2015年其GaN基功率器件實現了50安培的大電流操作;2016年7月,豐田合成研發出世界首顆GaN基1200V功率晶體管芯片,工作電流超過20A;并在2019年6月,GaN基功率器件實現了100安培的大電流操作。
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根據文獻,豐田合成為了開發6英寸氮化鎵單晶,采用了鈉助溶劑和MVPE兩種方法。鈉助溶劑法是為了生長高質量籽晶,而MVPE是為了生長氮化鎵單晶。
豐田合成先使用鈉助溶劑法在藍寶石襯底上生長了多籽晶襯底(MPS)。據介紹,他們已制造出直徑8 英寸的MPS襯底,正在開發10英寸級大直徑MPS襯底。而這種方法只用于生長優質GaN籽晶,他們采用了MVPE等方法,在籽晶上再生長厚厚的GaN,以生產高質量的GaN襯底。
豐田合成株式會社表示,他們將繼續評估6英寸襯底的量產質量,并致力于進一步提高產品質量和擴大直徑(6英寸或更大)。?

據介紹,2021年10月,他們已經成立了一家風險投資公司“teamGaN”,使用這項GaN襯底制造技術,為功率器件開發提供 GaN 襯底。據了解,2025年豐田合成氮化鎵業務的營收目標是要達到1000億日圓(約53.3億人民幣),其中氮化鎵襯底和功率器件是主要營收來源。而且豐田與日本名古屋大學合作開發了“全氮化鎵汽車”,屆時從LED照明、激光雷達和功率器件都將采用氮化鎵技術。
據《2021第三代半導體調研白皮書》,豐田合成株式會社并不是日本第一家宣布成功制造出6英寸GaN襯底的企業。● 早在2021年6月,住友化學表示將投入100億日元(約5.86億人民幣),從2022年開始量產4英寸GaN單晶襯底。而且他們還表示已經成功制作了6英寸的GaN襯底,并加快了量產技術的建立。?未來5年,住友化學的目標是將GaN襯底營收提升3倍,從光電領域轉入更大的功率半導體領域。●?2021年3月,三菱化學曾透露,他們已開發出4英寸GaN單晶襯底,計劃于2022年4月開始供應并且正在開發6英寸的產品。?而且,其晶體缺陷僅為普通GaN襯底的大約1/100-1/1000,“幾乎沒有缺陷”。放眼國內,近幾年內,吳越半導體、蘇州納維、廣東光大、上海瀚鎵和鎵特半導體以及東莞中稼在氮化鎵單晶方面均取得了良好成果。2021年12月,吳越半導體舉行了GaN晶體出片儀式,展出了全球范圍內首次厚度突破 1 厘米的氮化鎵晶體。?據悉,2020年2月,吳越半導體、先導集團與高新區管委會簽訂合作協議,在無錫高新區實施 2-6 英寸氮化鎵自支撐單晶襯底產業化項目——首個落戶于無錫先導集成電路裝備材料產業園的項目。2021年1月,蘇州納維舉行總部大樓奠基儀式,項目建成后,GaN單晶襯底及外延片年產能達5萬片。在2017年,該公司推出4英寸GaN單晶襯底,并突破了6英寸的關鍵核心技術。2021年9月,東莞增補了61個2021年第三批市重大項目,其中包括廣東光大的氮化鎵項目,總投資額高達44億元,建成后將生產2-4英寸氮化鎵襯底等產品。2021年8月,根據《瀚鎵GaN自支撐晶圓制造關鍵技術研發與產業化》項目的環評公示,上海瀚鎵半導體科技有限公司將在上海市浦東新區建設“4英寸GaN高質量自支撐晶圓的研發及中試”。
2020年3月,鎵特半導體宣布開發出4英寸摻碳半絕緣GaN晶圓片。據悉,該公司已初步具備自支撐氮化鎵晶圓片產業化生產條件,4英寸自支撐氮化鎵晶圓片厚度達800μm。2018年2月,東莞中稼半導體宣布,在國內首次試產4英寸自支撐GaN襯底,并計劃于同年年底實現常規量產。插播:更多全球SiC產業布局,盡在《2021第三代半導體調研白皮書》,掃碼可搶先閱讀!###{a%5E%E4%B8%AD%E7%A7%91%E5%90%8C%E5%BF%97%2Cb%5E%E7%BD%97%E5%A7%86%2Cc%5E%2Cr%5E%2Crt%5E%E6%96%B0%E9%97%BB%2Cl%5E1%2Cu%5E%E6%96%87%E7%81%B5}@@@