异质结国际学会“TWHM” GaN

LED半导体照明网讯 9月2~5日“Topical Workshopon Heterostructure Microelectronics（TWHM 2013）”在日本函馆举行。据了解，该会议每隔一年举办一次，2013年迎来了第十届。此次会议是讨论采用不同材料的构造体（异质结）在微电子领域的应用的国际会议。此次会议共有135人参加，可以说是一次小型国际会议。大多数讨论内容着眼于异质结在化合物半导体、尤其是采用GaAs及GaN的高速RF元件与功率半导体领域的应用。

尽管GaN-on-Si在功率元件领域的应用方面已经取得了成果，但让长期从事硅半导体业务的笔者感到担心的是，GaN-on-Si的可靠性模型尚未确立。也就是说，就硅半导体而言，按照“浴盆曲线”模型和加速试验方法，如果能降低初始不合格率或进行筛选，业界就拥有了能够确保在市场上使用10年的可靠性的方法。但GaN-on-Si方面尚未找到这种方法。笔者认为，这种方法有了眉目以后，GaN-on-Si才能真正绽放光彩。

此次会议共发表了19篇特约论文和45篇小论文（简短发表＋展板），过去曾参加会议的人士表示，“因为参会者比较固定，所以可从特约论文中看出该领域的尖端技术动向。”

在全体会议上，东京大学发表了关于介于微波和红外区域之间的1012Hz频带（300μm波长区域）的应用研究的论文。该大学介绍说，该领域的研究相当于电子元件和光学元件的中间领域，对于GaN-on-Si在单分子元件（Single Molecular Device）及单量子点（Single Quantum Dots）领域的应用非常重要。

GaN的应用机遇日益高涨，大致可以分为RF元件领域的应用和功率元件领域的应用两类。

RF元件方面，由于其高速开关特性，效率只能提高至50％左右。换个角度来说就是热损失有50％，因此散热是非常重要的因素。美国TriQuin半导体公司此次发表的论文就是站在这一观点对GaAs、GaN-on-Si、GaN-on-SiC进行比较。据该公司介绍，考虑了必要的散热的FET的输出功率方面，GaAs器件约为1W/mm，GaN-on-Si为2W/mm，GaN-on-SiC为4.5W/mm。要想实现更大的输出功率就必须使用金刚石基板。使用容易买到且导热率高的SiC作基板是一种较为现实的解决方案。

关于GaN在功率元件领域的应用，美国HRL实验室认为，GaN-on-Si要实现实用化就必须要实现99％以上的电力效率、100kHz的高工作频率以及用来确保安全性的常闭开关。同时，可扩展性以及确立量产技术也非常重要。上图为该公司的演讲中介绍的效率达到95％的1MHzGaN升压转换器（工作电压为360V、输出功率为425W）的示例。该公司强调，要使这些产品普及，除了电路与组装技术方面的模式变革、确保可靠性与耐久性之外，早日投入应用也十分重要。