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三菱電機以實現(xiàn)無碳社會為目標，已將使用Si和SiC的功率半導體產品商業(yè)化，為電力電子設備的節(jié)能做出了貢獻。該公司致力于將氧化鎵作為材料，以實現(xiàn)更高耐壓和更低功率損耗的功率半導體產品。

Novel Crystal Technology擁有在世界范圍內較早開始功率半導體用氧化鎵晶圓開發(fā)、制造和銷售的記錄。公司目前的業(yè)務范圍為氧化鎵襯底的制造和銷售。未來三菱電機將把多年培育的低功率損耗、高可靠性功率半導體產品設計和制造技術與Novel Crystal Technology的氧化鎵晶圓制造技術相結合，以實現(xiàn)卓越的能源效率，并加速氧化鎵功率半導體的開發(fā)應用，為實現(xiàn)脫碳社會做出貢獻。

目前，三菱電機通過生產硅和碳化硅 (SiC) 半導體，為電力電子產品的節(jié)能做出了貢獻。碳化硅和氮化鎵晶圓最近取得了進展，但氧化鎵晶圓預計將有助于實現(xiàn)更高的擊穿電壓和更低的功耗。三菱電機現(xiàn)在期望通過將其在低能量損耗、高可靠性功率半導體的設計和制造方面的專業(yè)知識與Novel Crystal Technology在鎵生產方面的專業(yè)知識相結合，加速其卓越節(jié)能氧化鎵功率半導體的開發(fā)-氧化物晶片。

(資料圖片僅供參考)

Novel Crystal Technology背景來頭不小，由日本電子零部件企業(yè)田村制作所和AGC等出資成立，2017年與田村制作所合作成功開發(fā)出全球首創(chuàng)氧化鎵MOS型功率電晶體，大幅降低功耗，僅為傳統(tǒng)MOSFET千分之一；2019年更開發(fā)出2吋β型氧化鎵晶圓，不過，由于制造成本高昂，未能被廣泛應用，僅限于實驗室研發(fā)。

在2021年，日本半導體企業(yè)Novel Crystal Technology成功量產4吋氧化鎵晶圓，并于今年開始供應客戶晶圓，使得日本在第三代化合物半導體競賽中再度拔得頭籌。該報導指出，該公司成功量產新一代功率半導體材料氧化鎵制成的4吋晶圓，成為全球首家完成量產企業(yè)，而且該晶圓可以使用原有4吋晶圓設備制造生產，有效運用過去投資的老設備，對于企業(yè)資本支出更有效率，預計2021年內開始供應晶圓。此外，Novel Crystal Technology還計畫在2023年供應6吋晶圓，屆時又將是劃時代突破。

到了去年，據日本媒體報道，Novel Crystal Technology計劃投資約為20億日元，向其公司工廠添加設備，到 2025 年，建成年產 20,000 片 100mm（4 英寸）氧化鎵 (Ga2O3) 晶圓生產線。

除了制造和加工氧化鎵單晶基板的設備和檢查設備外，Novel Crystal Technology還將引進用于在晶圓上外延生長氧化鎵的成膜設備，并計劃開發(fā)一種可以同時沉積多個晶圓的新設備。

與由硅制成的傳統(tǒng)半導體相比，氧化鎵半導體可以實現(xiàn)器件的功耗降低和高耐壓。其特點是能夠通過熔融法生長塊狀單晶并有效地制造晶體基板。與正在投入實際應用的碳化硅（SiC）等下一代材料相比，晶體生長速度快了約100倍，基板更容易制造，從而顯著降低了成本。

成功開發(fā)出高質量第3代氧化鎵

此次則進一步調查致命缺陷的原因，著手展開晶圓高質量化的研究。結果顯示，造成致命缺陷的原因主要是在磊晶成膜過程中產生的特定粉末。研究團隊透過改善磊晶成膜條件，成功地將100 mm磊晶晶圓的致命缺陷降低至10分之1，減少到0.7個/cm2。

研究團隊也實際進行了磊晶晶圓的膜厚分布與施體濃度(Donor Concentration)的測量，確認膜厚分布約為10 μm ± 5%、施體濃度則是1×10^16cm-3 ± 7%左右，達到應用于功率元件也不會造成問題的水平。另外試作了10×10 mm的肖特基二極管(SBD)，并就其電氣特性與致命缺陷密度進行評估，在正向特性方面，電流從0.8V左右開始流動并上升至一定程度，確認具有正常的正向特性。

此外，由于測量設備的上限，最大電流值僅調查到50A，但研究團隊表示最大可以流通300～500A。而在反向特性方面，確認即使施加約200V，漏電流仍可抑制在約10^(-7)A左右。今后透過在元件上設置電極終端結構，推估可以實現(xiàn)600～1,200V的耐壓。

此項肖特基二極管試作品的反向特性良率為51%，根據此項數(shù)值與實證中使用的電極尺寸推算出致命缺陷密度約為0.7個/cm2。此項結果也意味著將可以80%左右的良率進行100A級氧化鎵功率元件的制造。

目前Novel Crystal Technology也已著手進行第3代氧化鎵100mm磊晶晶圓產線的建置，希望盡早展開銷售，今后則計劃擴大施體濃度與膜厚指定范圍，并致力于致命缺陷的減少與大口徑化的研究開發(fā)。

另外，在新能源產業(yè)技術總合開發(fā)機構(NEDO)的推動事業(yè)方面，目前也已成功地進行了導入溝槽結構(Trench Structure)之耐壓1,200V、低功耗氧化鎵肖特基二極管的實證。今后計劃利用此次開發(fā)的晶圓，近一步推動1,200V耐壓溝槽型肖特基二極管的量產技術開發(fā)。

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