氮化镓用在汽车？可太行了！

（原标题：氮化镓用在汽车？可太行了！）

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日本企业已开始推进新材料纯电动汽车(EV)用半导体的量产。如果在用于电力控制的功率半导体中使用氮化镓(GaN)作为原材料，EV的续航能力将变长。为了在EV上采用氮化镓半导体，日本住友化学等正在加速半导体基板的大型化和低成本化。

在功率半导体中，与传统的矽造相比，电力损失较少、电力利用效率更高的半导体被认为是新一代产品。除氮化镓之外，还使用碳化矽(SiC)等。氮化镓和碳化矽在EV用途上形成竞争。预计将用于车载充电器和逆变器，需要应对大电流和高电压。

氮化镓的电力损失很少。有估算称从EV的充电时间来看，如果说矽为90分钟，那么碳化矽为20分钟，氮化镓则为5分钟。但在面向EV领域，目前由于成本低等原因，碳化矽已有被采用的案例，处于领先。

三菱化学的氮化镓事业开发部部长藤户健史表示，「能否争取到EV用途，将成为氮化镓普及的关键」。为此，有必要开发大口径的基板。

氮化镓半导体通过在基板上使氮化镓晶体生长而制造。随着电路板尺寸的加大，可以用一块电路板制造更多半导体，从而降低生产成本。

日本企业正在致力于开发大型氮化镓基板。住友化学构建了直径50毫米、100毫米的量产体制。最早将于年内启动被认为用于汽车最低需要的150毫米大小的样品评估，力争在2028年度内实现量产。

住友化学拥有使结晶快速、厚实生长的技术。以在雷射二极体等领域积累的量产技术为优势，「致力于面向功率半导体的150毫米、200毫米基板的开发」，（住友化学尖端无机产品事业部SICOXS特命的斋藤俊也）。

三菱化学将制造成本降至十分之一

三菱化学集团已开始对100毫米基板进行样品评估。预计2025年内开始150毫米评估。将通过大型设备一次性大量制造，借此提高生产效率。预计生产成本与传统方法相比最多可降至10分之1左右。力争2030年度在功率半导体领域实现100亿日元左右的营业收入。

氮化镓半导体根据电流的流动方向大致分为两种。目前正在推进实用化的是在矽基板等之上形成氮化镓晶体、使电流横向流动的「水准型」。但是这种结构很难应对EV要求的大电流和高电压。

还有一种是基板材料也采用氮化镓、在上面堆叠氮化镓、电流垂直通电的「垂直型」。垂直型可应对高电压，但基板的大型化被认为实现困难，高成本也成为课题。

日本企业希望在垂直型的半导体领域抢先推进开发，掌握主导权。丰田合成推进从籽晶到基板、固体电路组合元件的一条龙开发。为了使氮化镓晶体生长，使用成为基础的籽晶。丰田合成在爱知县的基地增建生长炉，到2025年3月将籽晶的产能最多提高至目前的10倍。

丰田合成将与三菱化学集团等针对从籽晶到基板的量产开展合作。负责氮化镓事业的守山实希表示，「即使在材料开发中发现问题，也可以通过固体电路组合元件进行弥补，通过一条龙体制，可以提高开发效率」。

以独特方法致力于基板的大型化的是信越化学工业。不采用氮化镓，而是使用氮化铝等材料的基板，在上面制作氮化镓晶体。到9月为止成功进行了300毫米的开发，设想使用对象为水准型，但也正在开发面向垂直型的200毫米基板的制造技术。

要普及氮化镓半导体，在使基板大口径化的同时，研磨等基板加工技术也很重要。因为氮化镓是坚硬的材料，据称研磨所需时间达到碳化矽的3～4倍。需要在整个过程降低成本。

全球3400亿日元的市场

有观点认为氮化镓的物质特性可以弥补价格的过高。在制造具有相同特性的半导体之际，「氮化镓只需碳化矽的约三分之一面积即可制造，因此有客户表示，即使在基板上存在3倍的价格差距也可以接受」(三菱化学氮化镓事业开发部部长藤户健史)，打算彰显以较小面积发挥性能的优势。

氮化镓一直被用于蓝色发光二极体(LED)等。之后在功率半导体领域，以水准型为中心，搭载于智慧手机充电器等。英国调查公司Omdia预测称，到2030年，全球氮化镓固体电路组合元件市场将超过23亿美元，相比2023年增至11倍以上。

日本以外的竞争企业也在推进开发，在氮化镓基板领域，中国企业也在崛起。此外，大企业收购新兴企业的动向也在加强。企业合作也在全世界范围内推进，信越化学工业正在与OKI进行合作。

日本企业能否提高在世界上的地位，关键在于能否开拓数量值得期待的EV市场。在面向EV的功率半导体中，氮化镓被选中，日本企业将在基板和固体电路组合元件方面掌握主导权。为了这个目标，需要在大口径和高品质方面保持世界领先地位，迅速向汽车和电池厂商提出解决方案。

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