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，仍可低成本制造
- 大幅減少功率損失
GaN類功率二極管的應用范圍：
- 面向逆變器電路及功率因數(shù)校正電路等功率用途
從事GaN外延基板開發(fā)及銷售等業(yè)務的風險企業(yè)POWDEC，開發(fā)出了利用GaN類半導體的肖特基勢壘二極管（SBD），并于2010年11月30日在東京舉行了記者發(fā)布會。據(jù)介紹，該二極管是面向逆變器電路及功率因數(shù)校正電路等功率用途的產品，耐壓可確保在 600V以上。其特點在于，在利用GaN類半導體的情況下，仍可低成本制造。POWDEC認為“原則上有望以相當于LED的低成本制造”。該公司表示，通過使用藍寶石基板，降低制造成本已有了眉目。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(xiàn)有Si制功率半導體元件相比，是有望大幅減少功率損失的新一代功率半導體的一種。隨著電氣特性的提高，其制造成本的削減成了開發(fā)上的焦點。
為實現(xiàn)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類半導體的熱膨脹系數(shù)及晶格常數(shù)不同。因此，為了減輕這一差異，一般要在Si基板上層疊稱為“緩沖層”的多層膜。然而，“多層膜的制造時間較長，容易導致制造成本上升”（POWDEC）。
另外，在Si基板上制造的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，在施加高逆電壓后再施加順電壓使電流流過時，容易發(fā)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，并實現(xiàn)芯片表面配置陽極、背面配置陰極的縱型構造，就需要采用GaN基板。但GaN基板不僅口徑小只有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。如果是芯片面積較小的激光元件，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，如果只是在藍寶石基板上使GaN類半導體結晶生長，就會出現(xiàn)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在下面無法形成電極，③因為是藍寶石，所以熱阻會變大。
為了解決這些問題，該公司在制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(fā)生。
此次由于實現(xiàn)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法雖是歷史很長的技術，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，待冷卻后將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(fā)生化學鍵合，比較容易分離”（POWDEC）。
盡管在制造工序上采取了這兩項措施，“但與使用多層膜即緩沖層的方法相比，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
通過這些制造上的措施，實現(xiàn)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(shù)10μA。
今后該公司還考慮使1mm×0.2mm尺寸的元件實現(xiàn)實用化。長0.2mm的部分相當于上述ELO橫向生長時的幅寬。雖然目前僅在0.1mm以上，但實現(xiàn)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(xiàn)大電流化。估計還可實現(xiàn)數(shù)10A級的產品。
此次開發(fā)品的厚度只有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。
在耐壓方面，POWDEC表示還可達到1000V。而且，在藍寶石基板的口徑方面，如果準備好制造裝置，還可支持6英寸的基板。
