窒化ガリウムの低コスト結晶製造装置を開発~パワーデバイス開発への突破口に~

窒化ガリウムの低コスト結晶製造装置を開発
~パワーデバイス開発への突破口に~

ポイント

  • 従来の手法はコストと結晶品質の面で、電子デバイスに要求される実用的なGaN結晶が製造できなかった。
  • 三塩化ガリウム-アンモニア反応系により、高速、高品質、連続成長を実現するGaN結晶製造装置を開発した。
  • 安価で高品質なバルク結晶の大量生産が可能となり、高性能GaNデバイス開発への突破口になると期待される。

 JST(理事長 濵口 道成)は、産学共同実用化開発事業(NexTEP)の開発課題「THVPE法による高品質バルクGaN成長用装置」の開発結果を成功と認定しました。この開発課題は、東京農工大学 纐纈 明伯(コウキツ アキノリ)特別招聘教授らの研究成果をもとに、平成25年8月から平成31年3月にかけて大陽日酸株式会社(代表取締役社長 市原 裕史郎)に委託して、同社開発本部、イノベーション事業本部にて実用化に向けて開発を進めていたものです。
 窒化ガリウム(GaN)結晶は青色発光ダイオードとして広く利用されている半導体ですが、高速スイッチ動作や高耐圧大電流動作に関わるパワーデバイス材料としての特性も高く、現在の主流であるシリコン結晶に比べ非常に大きな優位性があります。
 電子デバイス構造の土台となるGaN結晶基板の製造の多くはハイドライド気相成長法(HVPE法)注1)で製造されています。この手法は、結晶の反りなどの理由で厚みを確保することが難しく、種結晶である異種基板上に、1回に1ミリメートル未満のGaN結晶を成長させ、その都度はがして利用しています。そのため、炉の清掃など、結晶成長の前後処理にかかる工数などにより、コストと結晶品質の面で、実用的なGaN結晶が製造できませんでした。
 大陽日酸はHVPE法を発展させ、三塩化ガリウム-アンモニア反応系を用いたトリハライド気相成長法(THVPE法)により、高速、高品質、連続成長を実現するGaN結晶製造装置を開発しました。これにより、結晶成長速度では従来の3倍、転位注2)欠陥においては従来の5分の1と、高品質な結晶を高速で形成することに成功しました。また反応炉である石英管の劣化が生じにくいこと、成長面積の減少注3)がないこと、不要なポリ結晶注4)成長が生じないことなど、従来法の高コストを引き下げるさまざまな特長も見いだされました。
 この新技術により、GaN結晶を厚いバルクで得られれば、スライスしてGaN基板を大量生産できます。安価で高性能なGaNデバイスの開発への突破口になると期待されます。

詳細は、以下をご参照ください。

プレスリリース(471KB)

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