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摘要：氮化镓功率半导体是电动汽车和碳中和不可或缺的新一代技术，日本丰田合成株式会社宣布，已开始试生产GaN籽晶，以抢占氮化镓功率半导体市场。

关键字：功率半导体、氮化镓、GaN籽晶、大型炉、半导体器件

日本丰田合成株式会社（以下简称“丰田合成”）为抢占氮化镓（GaN）功率半导体市场，开始试生产GaN籽晶（具有和所需晶体相同晶向的小晶体,是生长单晶的种子,也叫晶种）。丰田合成的大型炉已经实现了高质量GaN晶体的生长，同时制作6英寸和8英寸的大直径籽晶，确保足够量产的籽晶数量。

丰田合成的晶体生长设备（大型炉）

GaN功率半导体是电动汽车和碳中和（温室气体排放量净零）不可或缺的新一代技术。丰田合成的目标是开发一种输出功率为100千瓦至1兆瓦（兆为100万）、工作频率为1兆赫兹的GaN设备。

功率半导体负责功率控制等，其中，与利用硅或碳化硅（SiC）的半导体相比，GaN可处理的能量（带隙能量）大，可承受高电压。

一般情况下，每当电能从直流电转换为交流电时，都会有一部分电能以热量的形式损失掉。当施加100瓦的电流时，现有的硅半导体电能会减少到95瓦，GaN则会留下99.5瓦。而且，GaN能够在高频下驱动，能够减少开关时的耐电压时间。

丰田合成从1986年开始与诺贝尔奖获得者赤崎勇等人一起开发蓝色发光二极管（LED），这是一种与GaN相关的技术。2004年，作为新能源产业技术综合开发机构（NEDO）项目的一部分，丰田合成开始生产GaN衬底，并于2010年着手开发功率半导体。

自2018年起，丰田合成参与了日本环境省的项目，并通过开放创新加速了开发。丰田合成与大阪大学合作，通过“钠熔法”（GaN晶体在钠和镓混合物的液态金属中生长）成功生产出6英寸GaN籽晶。

成本是GaN普及的主要障碍。目前，一般条件下，2英寸的GaN衬底的成本约为数十万日元，从中能够得到的元件数仅约为50个，而使用6英寸的衬底，经计算可以得到的元件数为800个，约是2英寸的GaN衬底所能得到元件数的16倍。行业普遍认为6英寸衬底的成本控制在10万日元（约5230人民币）以下时，在市场上才具有竞争力。

从今年开始，GaN功率半导体的开发被采纳为日本环境省的新项目。丰田合成与松下电器产业株式会社、大阪大学、名古屋大学展开合作，共同开发使用GaN晶片的高效逆变器。

丰田合成还着手研制了一种在籽晶衬底上生长GaN晶体（块状晶体）的“GaN on GaN”。虽然该公司拥有世界上最大的晶体生长炉，正在生产籽晶，但为了加速实用化，也正在摸索引进一种新的大型炉。在致力于衬底开发的同时，丰田合成还致力于生产半导体器件，并且考虑在几年内提供一种“性能评估板”，方便交通和能源公司等进行GaN测试。

丰田合成执行董事兼开发本部部长石川卓强调了开发的重要性，他表示：“若单个功率半导体能够节约一点点电力，那么使用数千数万个功率半导体时所节省的电能将相当可观。不仅仅是移动交通工具，在智能家居、医疗保健等方面，我们能做的事情还有很多。”

丰田合成：瞄准“功率半导体”市场，试生产GaN籽晶