作为第三代半导体的双雄，氮化镓（GaN）相对于碳化硅（SiC）在高耐压和大工作电流方面的优势也不逞多让，有望在100-600V中等耐压范围内，凭借出色的击穿场强和电子饱和速度，实现低导通电阻和高速开关性能。
因而GaN在要求小型化、低功耗的5G和PD快充适配器等领域打开局面之后，围绕一次电源如服务器、适配器、普通电源市场以及EV、工控等应用需求也在释放。随着技术的进步和应用领域的不断拓展，GaN的市场规模也在持续扩大。据Yole Group预测，从2022年到2028年，GaN功率器件市场将以49%的复合年增长率快速增长，市值将从2022年的1.849亿美元增长至20.4亿美元。
而上述应用的拓展对GaN也提出了更高要求。罗姆半导体(北京)有限公司技术中心总经理水原德健介绍，除了消费领域，工业和数据中心应用已成为GaN增长的催化剂。在这些应用中，节能化、小型化、轻型化将是GaN的发展趋势。
着眼于此，罗姆基于多年积累的丰富半导体生产工艺技术，罗姆开发了颠覆传统的GaN品牌——EcoGaN™系列产品，并在持续创新，旨在进一步实现应用的节能和小型化。
全面发力 EcoGaN™系列产品出新
追溯罗姆的布局，其实早在2006年，罗姆就开始研发GaN产品，可谓行业先行者。
近几年随着市场热度升温，罗姆也在全面发力。众所周知，GaN HEMT的稳定可靠对于GaN器件的全面推广至关重要，而基于GaN-on-Si衬底的高质量制造技术是生长GaN外延层的关键。罗姆凭借其多年来为量产可靠的LED产品开发的基本外延和生长技术，罗姆将其应用于GaN HEMT，为需要长期可靠性的市场提供稳定的供应。
历经20年左右的持续研发，2021年，罗姆确立了8V栅极-源极额定电压技术的150V GaN器件技术。2022年，罗姆将有助于应用产品的节能和小型化的GaN器件命名为EcoGaN系列，持续致力于进一步提高器件的性能。
据介绍，罗姆EcoGaN不仅包括GaN HEMT单品，搭载GaN的、内置控制器的IC也包含其中。2022年，罗姆首次量产第一代EcoGaN系列150V耐压的GaN HEMT。面对客户的新需求，罗姆还潜心开发，凭借其独特的结构，成功地将栅极-源极额定电压从普通GaN产品的6V提高到8V，提升了GaN器件电源电路的设计裕度和可靠性。2023年4月，罗姆又量产了650V耐压GaN HEMT，这也意味着罗姆至此可同时提供150V和650V 两大GaN分立器件系列。
此外，罗姆不仅致力于元器件的开发，还与业内相关企业积极构建战略合作伙伴关系，并推动联合开发，多路并进取得了卓越的成效。
在内外合力之下，EcoGaN™系列产品有助于进一步降低应用产品的功耗，实现外围元器件的小型化，减少设计工时和元器件数量等，助力应用产品进一步节能和小型化。
应对挑战 三大方向展开创新
为了充分提高GaN HEMT的低损耗和高速开关性能，使器件应用更加稳定可靠， 罗姆不仅注重提高GaN HEMT单体的性能，还不断改进驱动技术和控制技术，让GaN器件在各种应用中进一步普及。
值得一提的是，罗姆在功率半导体以及模拟电源技术领域均深耕多年，通过集结创新，可更全面激发GaN器件性能。
整体而言，罗姆的创新重心围绕三大方向展开。
水原德健提到，与Si MOSFET相比，GaN HEMT的栅极处理很难，必须与驱动栅极用的驱动器结合使用。罗姆结合所擅长的功率和模拟两种核心技术优势，开发出集栅极驱动器和GaN于一体的Power Stage IC。
在分析650V EcoGaN(GaN HEMT)Power Stage IC的优势时，水原德健指出，通过将IC用作Power Stage电路，可轻松安装GaN器件；支持更宽的驱动电压范围（2.5V～30V），拥有支持一次侧电源各种控制器IC的性能，因此可以替换现有的Si MOSFET；与Si MOSFET相比，器件体积可减少约99%，功率损耗可降低约55%，因此可同时实现更低损耗和更小体积。
“罗姆计划2024年量产搭载伪谐振AC-DC电路或功率因数改善电路、以及搭载半桥电路等产品。”水原德健进一步强调。
在推出支持高速开关的GaN器件的同时，罗姆还通过栅极驱动器与GaN的结合，开发出可更大程度地激发出GaN器件性能的超高速驱动栅极驱动器IC“BD2311NVX-LB”，实现了纳秒（ns）量级的栅极驱动速度，从而使GaN器件可实现高速开关。通过最小栅极输入脉宽为1.25纳秒的高速开关，助力应用产品实现小型化、进一步节能和更高性能。
随着提高控制IC（负责GaN器件的驱动控制）的速度成为客户关注的重点话题，为此罗姆进一步改进了在电源IC领域确立的超高速脉冲控制技术“Nano Pulse Control”，将DC-DC控制器与GaN器件相结合，成功地将控制脉冲宽度从以往的9ns缩短到2ns的业界超高水平，并通过与GaN HEMT组合实现了高速开关。
采用该技术的DC-DC控制器IC（开发中）和EcoGaN电源电路比普通产品的安装面积减少了86%，适用于基站、数据中心、FA设备和无人机等众多领域。
持续精进 GaN和GaN双路并进
在全面创新让GaN产品应用多点开花之后，为推进GaN性能的进一步提高和阵容扩充，罗姆也立足于未来持续精进。
水原德健提到，罗姆将持续推进用于驱动GaN HEMT的、内置控制器的器件和模块的开发，进一步加强电源解决方案，包括具有低导通电阻和高速开关性能的产品——150V耐压产品（第二/三代）；内置驱动器和控制器的GaN模块；650V耐压的新封装（TOLL封装）产品等。
在产品扩充层面，水原德健介绍未来两年将陆续量产将GaN HEMT、栅极驱动IC、控制IC集成在同一封装的产品，着力为客户提供各种形式的EcoGaN解决方案，推进在应用中更加便捷地搭载GaN器件。
从行业趋势来看，随着瑞萨电子在前不久宣布完成对GaN厂商Transphorm的收购，可以看到目前国际主流芯片大厂在宽禁带(WBG)半导体器件布局上均采取了“双管齐下”的策略，即同时押注SiC和GaN。
罗姆除在GaN领域持续深耕之外，在SiC市场也在加大投入力度。水原德健分享道，为保证高品质、稳定供给和提升竞争力，罗姆在SiC领域构筑了从材料到封装的IDM(垂直整合型)生产体制。同时，致力于三大层面提升：创新开发先进的低导通电阻技术；增加晶圆直径，提高生产效率，2023年旗下全资子公司SiCrystal实现了8英寸SiC晶圆生产；增加元件尺寸，支持高输出的逆变器等层面持续提升竞争力。
围绕SiC市场，罗姆的销售目标是在2025年度大于1100亿日元的销售额。预计2024-2026三个年度，有近9000亿日元的市场待开拓。为了实现这样的目标，罗姆正不断进行SiC方面的投资，预计2021-2025这五年投入1700-2200亿日元。
凭借在GaN和SiC的多年积累和全产业链创新，未来的GaN和SiC江湖征战，罗姆仍将持续书写浓墨重彩的故事。
