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【IEDM】松下电器公布耐压高达1万伏以上的GaN晶体管技术

DATE	2007/12/19

　　【日经BP社报道】

图1：耐压高达1万伏以上的开发品

图2：左侧为原来的GaN类晶体管，右侧为此次的开发品。在原来的GaN

　　松下电器产业开发出了耐压高达1万400V、采用GaN类半导体的晶体管（日文发布资料）。这一数值相当于之前GaN类晶体管的最大值“1900V的5倍以上”（松下电器产业）。用途方面，设想用于配备在电车和产业用电力设备（电压高达几千V）中的马达驱动电路等。导通电阻仅为183mΩcm²，“与采用硅制晶体管确保1万伏耐压的方式相比，新产品的导通电阻仅为其1/10左右”（松下电器产业）。导通电阻越小，越有利于降低耗电量。

　　此次开发的成果为松下电器产业在电子元件技术国际会议“2007 IEEE International Electron Devices Meeting（2007 IEDM）”（美国华盛顿DC，12月10日～12日）上发布的。结合在“2007 IEDM”上的发布，松下电器产业此次又公布了实现1万伏耐压的技术。

通过采用贯通电极和提高结晶质量来实现

　　通过在蓝宝石底板上采用贯通电极、提高GaN结晶质量，实现了1万伏以上的耐压（图1）。为了提高耐压，一般需要延长栅电极和漏电极之间的距离。不过，如果漏极电压采用高电压，绝缘膜就有可能遭到破坏，因此即使延长了栅电极和漏电极的距离，耐压的提高也是有限度的。因此，此次通过采用贯通电极，防止绝缘膜遭到破坏。

　　绝缘膜有可能遭到破坏，是因为在原来的GaN类结晶管中，“缠绕在漏电极周围的布线将源极和漏极重叠在了一起”（松下电器产业）（图2）。此时如果向漏极输入高电压，漏极布线和源极之间甚至漏极布线和栅极之间，将会产生强电场。因此，缠绕在漏极周围的布线和源极之间的绝缘膜、或是漏极布线和栅极之间的绝缘膜均有可能遭到破坏。

　　因此，松下电器产业此次采用贯通电极，改变了漏极布线的路径，以避免经过源极和栅极。通过贯通孔，不仅可在表面使用漏极，还可在背面使用（图1）。要想在蓝宝石底板上设置贯通孔，必须照射皮秒（ps）激光。这种加工方法虽然普通，但是“半导体工艺中导入尚属首次”（松下电器产业）。另外，由于蓝宝石底板的绝缘性较高，因此可轻松减轻底板背面和元件表面之间的绝缘破坏。

　　另一方面，通过改进结晶生长条件、消除位错（Dislocation）等缺陷，实现了GaN结晶的高质量化。其中，大幅提高了沟道层（电子迁移）与最表面层（形成电极）的结晶质量。

　　另外，耐压和导通电阻以外的性能指标如下。栅极和漏极之间的距离为125μm，栅极长2μm。元件厚度为150μm左右。当栅极电压为1V左右，漏极电压为20V左右时，漏极电流为150mA/mm 。

　　今后，松下电器产业计划加紧研究进一步减小导通电阻、实现常开（Normally Off，正常处于断开）动作等课题。目前开发品的阈值电压为-4V，已实现了常闭（Normally On，正常处于接通）动作。（记者：根津祯）

■日文原文
【IEDM】松下電器産業，耐圧が1万伏以上と高いGaN系トランジスタの実現技術を明らかに

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