从LED到电力电子器件！华灿光电谋划氮化镓未来

    作为国内领先的LED芯片企业，华灿光电在2020年完成15亿元定增项目。其中，约12亿元投向Mini/Micro LED项目，约3亿元则投向氮化镓基电力电子器件项目。

    事实上，Mini/Micro LED及氮化镓电力电子器件是华灿光电近来布局的重点。氮化镓作为第三代半导体的重要代表材料之一，氮化镓电力电子器件领域有望成为华灿光电下一个成长空间的入口。

    在由 TrendForce集邦咨询旗下化合物半导体市场、全球半导体观察联合举办的“2022集邦咨询化合物半导体新应用前瞻分析会”上，华灿光电副总裁王江波详细分析了氮化镓技术所面临的挑战与机遇，以及华灿光电的布局。

华灿光电副总裁 王江波

    Mini/Micro LED、电力电子器件：GaN材料重要应用领域

    王江波表示，GaN作为一种宽禁带半导体材料，学术界已研究多年，在20世纪90年代，GaN在蓝光LED上开始大放异彩，进而引起业界更为广泛的关注。

    从材料性质上而言，GaN化学性质稳定，且GaN是直接带隙的半导体材料，其禁带宽度可覆盖从紫外到红外，因此，GaN材料成为紫外、蓝光、绿光LED和激光器等光电器件实现的基础，广泛应用于照明、显示、通信、医疗等多个领域。

    此外，GaN材料具备3.4eV的能带宽度，异质结处具备高密度2DEG，同时GaN材料具有较高的临界击穿电场、饱和电子速度，在电力电子器件方面具备独特的优势，如高耐压、高开关频率、耐高温等。

    其中，在新型显示Mini/Micro LED领域，王江波指出，显示技术经过多年的迭代与升级，Mini RGB直显产品已经实现大规模量产，其中P1.2-P0.3将是未来的主力；MiniLED背光在2021年迎来爆发，产业链龙头企业纷纷推出MiniLED背光终端产品。未来，MiniLED背光将持续打开更多应用空间。

    而Micro LED在亮度、对比度、可靠性等方面展现出巨大的优势，未来商业化应用方向主要包括大尺寸领域，如电视、商业广告与显示等，以及小尺寸领域，如AR/VR，可穿戴设备等。

    但Micro LED目前仍需进一步解决多个技术问题，包括外延材料的高度一致性，微米级芯片制作的精度控制和良率，巨量转移的高良率，全彩化的有效实现，控制线路、驱动和背板的设计，以及坏点的有效修复等。据了解，微米尺寸的Micro LED制备已经脱离了普通LED工艺，进入了IC制程。而硅衬底GaN晶圆具有低成本、兼容IC制程、易于衬底剥离等核心优势，因此成为Micro LED制备的主流技术路线之一。

Source：拍信网

    王江波还介绍了GaN在电力电子器件方向的应用。

    据悉，电力电子器件的主要作用是通过逆变、升压、降压、变频、变相、开关等一系列手段，将发电厂生产的“粗电”转换为日常可用的“细电”。近年来，业界对电力电子器件提出了更高的要求，包括环保、节能、高效、低成本、高灵敏度等，而这些新的要求正好与GaN材料相匹配。

    王江波表示，GaN电力电子器件的优势主要表现在：电能转换效率更高、可使用的频率更高导致器件体积可更小、功率密度更大、速度更快等，因此，GaN材料可以在电力电子器件领域得到广泛应用。

    目前，GaN功率器件率先在消费电子快充领域起量。王江波认为，未来3-5年内，GaN功率器件预计将在电动汽车、数据中心、自动驾驶、人工智能等领域获得较快发展。

    但GaN功率器件产品目前仍存在不足，如较低的Vth、Vgs、高温下漏电偏高、电流崩塌等。针对这些问题，业界也提出了相应的技术方案进行解决，如凹槽栅技术、垂直器件（MOS）。王江波表示，这两种技术都可以实现更高的Vth、更大的Vgs容限，且可进一步简化驱动电路。基于这些优点，产业链上已有多家企业正在针对这两项技术进行相关研究。

    从专注LED到发力GaN电力电子器件

    此前，华灿光电对GaN材料的研究主要集中在LED方向，具有十几年GaN相关的外延及芯片（LED）制造经验，在新一代显示用芯片Micro LED领域，中小尺寸产品与战略客户合作取得关键进展，良率稳步提升，满足客户系统验证要求；大尺寸圆片波长均匀性显著得到提高，公司巨量转移技术与设备厂商以及下游战略客户联合开发，进展顺利。

    2020年，华灿光电正式进入GaN电力电子器件领域。目前GaN电力电子器件外延片已达到国内先进水平，芯片相关工艺完成阶段性开发，6英寸硅基GaN电力电子器件工艺已通线，100mm栅宽D-Mode器件静态参数已达标（对标国际市场）。预计2022年底推出650V cascode产品，2023年具备批量生产和代工能力。

    应用领域上，华灿光电将向移动消费电子终端快速充电器、其他电源设备、数据中心、电动汽车、通信等方向积极拓展。

    从专注LED到发力GaN电力电子器件，华灿将凭借领先的技术研发能力、优秀的管理水平、优质的客户结构以及雄厚的资金实力为先发优势，开启下一个快速增长期。（文：化合物半导体市场 林细凤）