1800V！这项GaN技术要量产了？

昨天（9月5日），作为全球最大的硅晶圆企业，信越化学宣布“自我革命”——将推出1800V垂直型GaN器件，这项技术主要有2个关键技术，今天，“行家说三代半”给大家分析一下。

第一个关键技术：

用GaN工程衬底实现1800V耐压

信越化学认为，基于硅衬底的GaN功率器件要实现大电压比较难，因为更高的电压需要沉积更厚的GaN外延层，GaN与硅衬底具有较大的热膨胀系数失配，很容易产生晶圆翘曲甚至开裂的问题。

垂直型GaN器件是实现大电压的技术方向，但是垂直型器件通常需要至少10μm的高质量GaN单晶，目前可商用的GaN单晶尺寸仅为2-4英寸，不仅价格高昂，而且缺陷密度也很高。

怎么办呢？信越化学找到了另一个实现垂直型GaN器件的方法。

2019年，信越化学获得了美国QROMIS的(QST)工程衬底专利许可，目的是通过QST衬底开发氮化镓外延和垂直型GaN器件等产品。

QROMIS成立于2015年成立，QST衬底是的关键技术，这种工程衬底使用的核心材料是陶瓷聚氮化铝 (AlN) 层，能够克服GaN和硅衬底之间的热膨胀系数失配问题，因此在可以大幅增加GaN外延厚度。

QROMIS的QST工程衬底示意图

QROMIS之前发布了6英寸和8英寸的QST衬底，以及具有5μm和10μm厚度的GaN模板，基于该模板生长的GaN器件良率为90%，并且还已证明基于QST的GaN层厚可以达到30 µm，而且无裂纹。

此外，QST衬底还可以实现更大的晶圆直径，QROMIS计划在2025年生产12英寸GaN衬底。

从获得专利授权后，信越化学就一直在改善QST衬底，加快量产化进程。2022年5月，信越化学就开始扩建GaN外延量产系统。

根据公告，信越化学目前已经实现了超过10μm的GaN层稳定生长，而且他们的研发结果显示，使用QST衬底生长了超过20μM的GaN层，并在功率器件上实现了1800V的击穿电压。

注：除了信越化学外，QROMIS还将该技术授权给了世界先进公司（VIS）。

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第二个关键技术：

衬底剥离技术

尽管QST工程衬底有优势，但量产化采用是有难度的，这项技术历时8年（2015-2023）还未大规模商用的关键在于——如何高效剥离GaN层。

在硅晶圆上生长出GaN单晶层后，QST衬底的“历史使命”已经完成了，将它和GaN一起使用会影响器件的性能，因此需要将GaN层面剥离，再粘接到其他异质晶圆上进行器件制造。

为解决这个问题，信越化学联合日本冲电气工业（OKI）开发了CFB（晶体膜键合）技术，实现了GaN功能层与QST衬底的分离，同时还很好地解决缺陷问题，从而使高质量的QST衬底得到极大的改进。

CFB技术思路如下图所示，首先剥离生长GaN层所需的绝缘缓冲层，再将GaN层键合到其他带有欧姆接触的异质衬底上，这样就可以同时实现高散热和垂直导电。

信越化学垂直GaN器件的制造示意图如下所示：

信越化学表示，他们除了出售QST衬底外，还将响应客户需求出售GaN外延基本，目前可以提供6英寸和8英寸的阵容，未来还将扩大到12英寸。

该公司还透露，自2021年以来，他们的日本本土和其他境外客户一直在用他们的QST技术进行功率器件、射频器件和LED器件的技术开发，尤其是功率器件，许多客户已经对650—1800V不同等级的GaN器件进行了持续的评估。

该公司表示，基于目前的开发结果和客户的反馈，信越化学将继续增加产能以响应客户需求。

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