GE D20 EME 功率GaN的多种技术路线简析

器件模式

功率GaN FET目前有两种主流方向，包括增强型E-Mode和耗尽型D-Mode。其中增强型GaN FET是单芯片常关器件，而耗尽型GaN FET是双芯片常关器件（共源共栅Cascode结构）。

E-Mode的GaN器件在没有施加门极电压时，器件处于关断状态，需要施加正向门极电压来打开器件。这种器件具有较好的开关特性，适用于高频率、高效率的应用，例如DC-DC变换器、LED驱动器等。不过E-Mode GaN器件的栅极可能存在稳定性和漏电流的问题，可能会影响器件的可靠性和性能。
Mode的GaN器件在没有施加门极电压时，器件处于导通状态，需要施加负向门极电压来关闭器件。这种器件具有较好的线性特性和较低的开关损耗，适用于一些需要高精度控制和低噪声的应用，比如音频放大器、射频功率放大器等。而由于D-Mode GaN器件采用了Cascode结构，可靠性更高，在高功率、高电压、大电流应用中，这种器件适用性更高，比如在电动汽车、工业等应用上。但另一方面D-Mode的封装复杂度会增加，开关频率也因此受到限制。

从主要的玩家来看，英飞凌（以及刚收购的GaN Systems）、EPC、英诺赛科、纳微半导体、松下、量芯微等主要是走E-Mode路线；而Transphorm、PI、TI、安世、镓未来、华润微（润新微）等主要走D-Mode路线。

外延衬底材料

因为GaN衬底制备难度大，价格高昂，因此目前GaN一般都是在异质衬底上进行外延，再在外延片上制作器件。功率GaN器件的衬底主要有SiC、Si、蓝宝石这三种，其中GaN on SiC主要在射频领域用于功率放大器，GaN on Sapphire则主要用于LED领域。

而电源领域的GaN开关器件主要是Si和蓝宝石衬底。在GaN功率开关产品上，大多数厂商都是基于Si衬底制造的，这是因为Si衬底价格较低，且能够与现有硅晶圆产业链很好地兼容。

目前业内大规模出货GaN on Sapphire 功率GaN器件的厂商主要是Transphorm，去年Transphorm推出了业界首款1200 V GaN-on-Sapphire器件仿真模型，这也是业界唯一一款1200 V GaN-on-Sapphire功率器件。

另外国内致能科技也在近期成功在6英寸蓝宝石衬底上实现了1700V GaN HEMTs器件，并在IEEE Electron Device Letters期刊发表相关研究成果。