日本大厂，争霸汽车GaN

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来源：内容编译自日经，谢谢。

本公司正在开始大规模生产用于电动汽车的氮化镓（GaN）功率半导体器件，以增加行驶里程，但高成本仍然是一个障碍。

功率半导体器件用于控制电动汽车和其他产品的电流。与传统硅器件相比，功率损耗更小、效率更高的器件被称为下一代器件。GaN 正在与碳化硅 (SiC) 竞争电动汽车功率半导体器件的应用。

GaN 的功率损耗非常低。如果使用标准硅功率半导体器件的电动汽车需要 90 分钟才能充满电，那么使用 SiC 可以将充电时间缩短至预计的 20 分钟——而使用 GaN 则可在未来将其缩短至 5 分钟。

但由于成本相对较低，SiC 目前在电动汽车下一代功率半导体器件中处于领先地位。

三菱化学集团 GaN 业务开发负责人藤户健二表示：“GaN 能否被广泛应用的关键在于它是否被电动汽车采用。”要实现这一点，需要开发大直径基板。

GaN半导体器件是通过在衬底上生长GaN晶体制成的。更大的衬底可以制造更多的器件，从而降低生产成本。

住友化学已建立起直径 50 毫米和 100 毫米 GaN 基板的量产体系。该公司最早将于今年开始测试 150 毫米基板（据称是汽车所需的最小尺寸），目标是在 2028 财年实现量产。

该公司拥有快速生长厚晶体的技术。住友化学半导体材料业务的 Toshiya Saito 表示，利用其在激光二极管和其他领域积累的量产技术，“我们正专注于开发功率半导体的 150 毫米和 200 毫米基板”。

三菱化学已开始测试 100 毫米基板，并计划于 2025 年开始测试 150 毫米基板。该公司希望通过在大型设施中大批量生产来提高生产率。

该公司希望能够将生产成本降低至传统方法的十分之一。该公司的目标是在 2030 财年实现功率半导体销售额约 100 亿日元（6700 万美元）。

GaN半导体器件根据电流流动方向大致可分为两种。目前已投入实用的是在硅晶片上形成GaN晶体，电流呈水平方向流动。但据说这种类型不足以应对电动汽车所需的大电流和大电压。

GaN-on-GaN器件的衬底材料为GaN，电流为垂直方向流动，可以处理较大的电流，但存在衬底难以扩大、成本高的问题。

日本企业正努力在垂直结构GaN功率半导体器件的开发中占据领先地位。

丰田汽车供应商丰田合成正致力于从晶种到基板和器件的一体化开发。该公司将在日本中部爱知县的一家工厂增加晶体生长设备，到2025年3月将晶种生产能力提高到目前的10倍。

丰田合成计划与三菱化学等公司合作，从晶种到基板实现量产。丰田合成 GaN 业务负责人 Miki Moriyama 表示：“即使我们在材料开发中遇到障碍，我们也可以在设备方面弥补，因为我们的集成系统提高了开发效率。”

信越化学公司正在致力于采用内部开发的方法制造更大的基板，在由氮化铝而不是 GaN 制成的基板上生长 GaN 晶体。

截至9月，该公司已成功开发出用于水平结构器件的300毫米基板。该公司还正在开发用于垂直结构器件的200毫米基板的制造技术。

除了增加基板尺寸外，普及 GaN 器件还需要专门的加工技术，例如抛光。GaN 非常坚硬，据说抛光时间是 SiC 的三到四倍。整个过程都需要降低成本。

一些人认为，GaN 具有其他特性，可以抵消其高成本。藤户表示，在制造具有相同特性的半导体器件时，“GaN 的生产面积约为 SiC 的三分之一，因此一些客户表示，在基板层面上存在三倍的价格差异是可以接受的”。

GaN 已用于蓝色 LED 和智能手机充电器等设备的水平结构功率半导体。据英国研究公司 Omdia 称，GaN 设备市场规模预计将在 2030 年超过 23 亿美元，是 2023 年的 11 倍以上。

https://asia.nikkei.com/Business/Tech/Semiconductors/Japan-companies-eye-mass-production-of-gallium-nitride-parts-for-EVs

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