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袍谊佟佳
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1 1 7 1/19 2 () 2/19

2 3 1 GaN - 3/ IT -2 4/19

3 5 1 NEDO -2 5/19 6 (2) GaN (ev) (c /Vs) (10 6 V/c m) (10 7 cm/ s) (W/cmK) Si GaN ~15% -5 6/19

4 7 (2)GaN GaN -6 7/19 8 (2) kwh GaN Si GaN GaN 8/19

5 9 (2) 100 kwh/ GaN BB SiGaAS GaN GaN GaN -4 9/19 10 (1) 10cm Source Passivation Film Gate Drain AlGaN GaN Ti/A i/al GaN Substrate -3 10/19

6 11 (2) GaN GaN GaN MOVPE MOVPE GaN MOVPE AlGaNInGaN V -6 11/19 12 (3) /19

7 13 (4) GaN GaN GaN /19 14 (4) GaN GaN NEDO NEDO JRCM JRCM SHARP JRCM JRCM SHARP -9 14/19

8 15 (4) GaNNa GaNInGaN AlGaN GaN /19 16 (4) CEATEC nanotech NEDOGaN GaN nanotech GaN 16/19

9 17 (5)GaN GaN1200V JRCM 2011 NEDO -12 JRCM SHARP 2011PJ GaN 2011PJ 2012 NEDO SHARP 17/19 18 (5) () GaN 2011NEDO GaN GaN GaN /19

10 19 (5) 3 NEDO GaN InGaN /19

11 1 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) 次世代照明等の実現に向けた窒化物半導体等基盤技術開発 / ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発ク新構造技術開発 - 窒化物系化合物半導体基板エピタキシャル成長技術の開発 ( 事後評価 ) (2007 年度 ~2012 年度 6 年間 ) プロジェクトの概要 ( ) III. 研究開発成果について IV. 実用化事業化の見通し及び取り組みについて 2013 年 6 月 24 日プロジェクトリーダー福井大学葛原正明高品質大口径単結晶基板 Gリーダー大阪大学森勇介高品質大口径エピタキシャル成長技術 Gリーダー名古屋大学天野浩電子デバイス作製と評価 Gリーダー福井大学葛原正明 1/15 2 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (1) 最終目標と達成状況 GaN 結晶成長およびGaN 基板上のエピタキシャル成長技術やデバイス技術で多くの成果を創出最終的にはバッファ耐圧改善により GaNデバイスで耐圧 1200V オン抵抗 2 3 mωcmω 2 を実証次世代省エネルギーデバイスの実用化を促進 <GaN 結晶成長 > 開始当初 2 インチ結晶だったものが 4 インチまで作れるようになり欠陥も減少 <エピタキシャル成長技術 > GaN 基板上に組成膜厚の均一性が高くバッファ耐圧の高いエピ成長が可能となった成長が可能となった < デバイス開発 > GaN 基板上エピ上デバイス ( 縦型, 横型 ) において低リーク高耐圧特性を実証した事業原簿 ( 版 )-6 2/15

12 3 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (1) 最終目標と達成状況開始当初 2 インチ結晶だったのが 4 インチまで作れるようになり欠陥も低減 (1)-1. 高品質大口径単結晶基板の開発の最終目標と達成状況最終目標成果達成度有極性面(4 φ) 転位密度 < cm -2 大口径(4 φ) 有極性 GaN 基板を実現転位密度 < cm -2 無極性面 (>3 φ) 転位密度 <10 5 cm -2 高品質無極性 GaN 基板 (6mm ) を実現転位密度 <10 3 cm -2 LPE 成長に適したHVPE 法の下地 GaN 基板の開発 HVPE 法による有極性 GaN 基板 (4 φ) 無極性 GaN 基板 (2 φ) を開発下地基板として供給伝導度制御技術の開発 Geトーヒンク制御技術を開発し導電性 GaN 結晶 (2 φ) を実現 ( ρ<10-2 Ω cm ) 導電性基板比抵抗 ρ<10-2 Ω cm Znトーヒンク制御技術を開発し高抵抗 GaN 結晶 (2 φ) を実現 ( ρ~10 8 Ω cm ) 高抵抗基板比抵抗 ρ >10 6 Ω cm 導電性基板高抵抗基板をエピ/ デバイスGへ提供事業原簿 ( 版 )-6 3/15 4 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (1) 最終目標と達成状況 GaN 基板上に組成膜厚の均一性が高くバッファ耐圧の高いエピ成長が可能となった (1)-2. 大口径基板上の高品質エピタキシャル結晶成長技術の開発の最終目標と達成状況デジタル MOVPE 装置の開発超高速ハルフスイッチンク - 加圧テシタル MOVPE 装置を開発 ( 高温成長対応 4 インチ可 ) 最終目標成果達成度高品質 GaN エピタキシャル成長技術高品質 GaN エピタキシャル成長技術を確立残留ドナー濃度 <10 15 cm -3 厚み <±5% 残留ドナー濃度 =1~2x10 12 cm -3 厚み <±5% 転位密度 : 有極性 <5x10 3 cm -2 無極性 <10 5 cm -2 転位密度 : 有極性 <5x10 3 cm -2 無極性 <10 5 cm -2 ドーピング不純物濃度 ±10% ドーピング精度 ±20% Si Mg : ドーピング不純物濃度 <±5% ドーピング精度 <±10% 結晶成長その場観察評価技術の開発高精度二次元ウェハ形状その場観察装置を開発高 In 組成の InGaN エピタキシャル成長技術高 In 組成の InGaN エピタキシャル成長技術を確立 In 組成 1 x 0.5 転位密度 <10 6 cm -2 In 組成 1 x 0.5 転位密度 <10 6 cm -2 厚み :±10% 組成 :±10% (@4 φ 基板 ) 厚み <±5% 組成 <±0.5% (@4 φ 基板 ) N 型 >10 18 cm -3 P 型 >10 17 cm -3 ( 高均一 ) Si >10 19 cm -3 Mg >10 20 cm -3 (σ<±5% ) HEMT 構造エピ成長と評価 ( μ=2500cm 2 /Vs) HEMT 構造エピ :Ns= cm -2 μ=2160cm 2 /Vs 高 Al 組成の AlGaN エピタキシャル成長技術高 Al 組の AlGaN エピタキシャル成長技術を確立 Al 組成 1 x 0.5 転位密度 <10 6 cm -2 Al 組成 1 x 0.5 転位密度 <10 6 cm -2 厚み :±10% 組成 :±10% (@4 φ 基板 ) 厚み :±3.7% 組成 : <±0.6% (@4 φ 基板 ) N 型 >10 18 cm -3 P 型 >10 17 cm -3 ( 高均一 ) Si >10 19 cm -3 (σ=± 7.4%) Mg >10 18 cm -3 (σ=±12.6%) AlN 基板の開発と有用性の確認昇華法により低転位 ( cm -2 )AlN 結晶を開発し高 Al 組成エピを成長して有用性を確認事業原簿 ( 版 )-6 4/15

5 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 (2013.6.24) (1) 最終目標と達成状況 GaN 基板上エピ上デバイス ( 縦型, 横型 ) において低リーク高耐圧特性を実証した (1)-3 3.

1000V 以上の可能性を確認縦型電子デバイスの製作と評価窒化物単結晶基板上デバイスの比較評価縦型ダイオードを試作し転位密度とリーク電流の関係を解析 1200V 以上の耐圧確認 GaN SiC Si 基板を用いて試作を行い耐圧 1200V 以上オン抵抗 3~4mΩcm 2 の特性確認

フラックス GaN GaN 種基板回転低転位有極性大口径基板実現! 大口径 HVPE 法種基板の開発有極性 (C 面 )4 φ m 面 45mmφ LPE-2 LPE-1 高温高圧成長炉高圧成長炉 10 事業原簿 ( 版 )-2 LPE 用大口径種基板実現!

13 5 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (1) 最終目標と達成状況 GaN 基板上エピ上デバイス ( 縦型, 横型 ) において低リーク高耐圧特性を実証した (1)-3 3. 窒化物半導体単結晶基板上電子デバイスの評価の最終目標と達成状況最終目標成果達成度横型電子デバイスの製作と評価 2"φ 有極性 GN GaN 基板上全面に AlGaN/GaN N チャネル FET を試作し良好な動作を確認 Cトーフ緩衝層によりトレイン横方向耐圧 600V 縦方向耐圧 1000V 以上の可能性を確認縦型電子デバイスの製作と評価窒化物単結晶基板上デバイスの比較評価縦型ダイオードを試作し転位密度とリーク電流の関係を解析 1200V 以上の耐圧確認 GaN SiC Si 基板を用いて試作を行い耐圧 1200V 以上オン抵抗 3~4mΩcm 2 の特性確認有極性及び無極性デバイス構造の比較無極性 a 面基板上に HEMT を試作し a 面基板上としては例のない優れた特性を確認基板/ エピ技術開発チームへのフィードバック LEDドライバインバータデジタルアンプの実機動作に成功信頼性評価を実施事業原簿 ( 版 )-6 5/15 6 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (2) 成果の意義 ~ 1 大口径単結晶基板の開発 (1) ~ Na フラックス法有極性大口径基板の開発 Na フラックス法の低転位化の機構 Na フラックス法有極性 (C 面 )4 φ 窒素を溶かした Na 金属溶液 10 4 /cm -2 LPE-GaN 10 6 /cm -2 Na フラックス GaN GaN 種基板回転低転位有極性大口径基板実現! 大口径 HVPE 法種基板の開発有極性 (C 面 )4 φ m 面 45mmφ LPE-2 LPE-1 高温高圧成長炉高圧成長炉 10 事業原簿 ( 版 )-2 LPE 用大口径種基板実現! X 線ロッキングカーブ半値幅反射反射転位密度も 2x10 6 cm -2 ( カソードルミネッセンス測定 ) 結晶曲率半径 :>5m 以上 GaN seed substrate cm -2 界面 GaN 種結晶基板繰り返し成長による低転位化 10 8 (cm -2 ) 転位密度 ( ピロリン酸エッチング μm cm μm 10 8 /cm μm cm -2 Seed LPE-1 LPE-2 6/15

14 7 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (2) 成果の意義 ~ 1 大口径単結晶基板の開発 (2) ~ Naフラックス法伝導性制御技術の開発 Geドーピング高導電性 (~10-3 Ω cm) Znドーピング高抵抗化 (~10 8 Ω cm) (Ω (atoms/cm 3 ) (cm cm) 2 /Vs) 導電性基板 ( 2 φ Ge ドープ ) Concentr ation(atoms/cm3) SIMS による分析結果 1E+21 1E+20 1E+19 Ge 1E+18 1E+17 O C 1E+16 Si 1E+15 1E Depth (µm) 導電性 GN GaN 基板実現 ( 室温で 0.01Ω01Ω cm 以下を達成 ) ~ 4 x ~ Ge ~ 6 x ~ ~6x10 ~ 高抵抗基板 (2 φ Zn ドープ ) 比抵抵抗 (Ω cm) 1.0E E E+05 比抵抗の温度依存性 Zn ~ ~ 事業原簿 ( 版 )-33~38 1.0E /T (K) 高抵抗 GaN 基板実現 ( 室温で Ω cm を達成 ) Zn 準位の活性化エネルギー :0.57eV 7/15 8 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (2) 成果の意義 ~ 2 エピタキシャル成長技術の開発 (1) ~ デジタル MOVPE の開発 C ドープ緩衝層の成長技術開発通常成長 2 インチの 1/4 RMS 139nm ALE 成長 AFM 像 5 mm 5 mm RMS 139nm XRC FWHM: >2,000 arcsec. RMS 0.78nm XRC FWHM: 160 arcsec. rate [nm/cyc cle] Growth NH 3 TMA+TMG s 0.1s 0.5s 0.1s TMA 7.6μmol/min TMG 55.8μmol/min VIII ratio 2744 Time One monolayer/cycle 0.05 H kPa N kPa own field [V/cm] ntration(atoms/cc) Concen 1E20 1E19 1E18 C2H2flow(sccm) μmol μmol 223μmol 90μmol undope RMS 0.78nm o C 1090 o C o C 1120 o 1110 o C C 1E x x x x x x10-4 Temptation(1/K) On Si On GaN TMA+TMG flow rate [μmol/min] Carbon concentration [cm -3 ] Breakdo 世界初加圧下でAlGaNの原子層エピタキシャル成長に成功成! InGaNチャネル AlGaNバリア層作製法確立! 窒化物半導体で初めて自己停止機能を確認! 1 原子層ずつの成長制御が可能! C 2 H 2 による高精度 C 濃度制御を実証 C 濃度 >10 19 cm -3 により GaN の破壊電界強度の理論限界 3.3MV/cmの可能性を示唆! 8/15

9 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 (2013.6.

層高 Al 組成のAlGaN 層のエピ成長 4インチ In 0.75 Ga 0.

7% C ドープ緩衝層の厚膜化による AlGaN/GaN 系 HEMT の縦方向耐圧改善

5% 1E21 1E20 1E19 1E18 Mg Si center middle out Al

0 測定限界 4インチにて高均一ドーピング技術確立! In 0.75 Ga 0.

4% Mg±12.6%) AlGaNチャネル /AlN 基板で 2000Vを超える耐圧確認!

9/15 10 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 (2013.6.

ダイオード ) のリーク電流と転位密度の解析縦型デバイス ( ショットキーダイオード ) の試作評価

~2E5 cm -2 0002 11-20 混合転位エッチピットは混合転位と刃状転位が原因.

15 9 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (2) 成果の意義 ~ 2 エピタキシャル成長技術の開発 (2) ~ 高 In 組成 InGaN 層高 Al 組成のAlGaN 層のエピ成長 4インチ In 0.75 Ga 0.25 N 4インチ Al 0.6 Ga 0.4 N 膜厚分布 <±5% 膜厚分布 ±3.7% C ドープ緩衝層の厚膜化による AlGaN/GaN 系 HEMT の縦方向耐圧改善 atoms/cc),si CONCENTRATION (a Mg, In 組成分布 <±05% <±0.5% 1E21 1E20 1E19 1E18 Mg Si center middle out Al 組成分布 ±0.6% Mg 濃度均一性 Si 濃度均一性 Mg 濃度均一性 ±12.6% Vbr(V) 2400 C ドープ緩衝層の有用性確認! AlGaN チャネル HEMT の試作 (AlN 基板上 ) 測定限界 4インチにて高均一ドーピング技術確立! In 0.75 Ga 0.25 N エピ (Si, Mg ばらつき <±5%) Al 0.6 Ga 0.4 Nエピ ( Si±7.4% Mg±12.6%) AlGaNチャネル /AlN 基板で 2000Vを超える耐圧確認! 事業原簿 ( 版 )-45~59 AlN 基板 1inch Lgd(um) 9/15 10 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (2) 成果の意義 ~ 3GaN 基板上電子デバイスの評価 (1) ~ 縦型デバイス (pn ダイオード ) のリーク電流と転位密度の解析縦型デバイス ( ショットキーダイオード ) の試作評価混合転位刃状転位 Edge: >1E6 cm -2 Mix: ~2E5 cm 混合転位エッチピットは混合転位と刃状転位が原因. これらは, リーク位置と重ならないリークの原因とならないエッチピットとその原因となる転位の同定事業原簿 ( 版 )-78~84 Ni/Au p-gan (2E19cm -3,1.0μm) n-gan(2e16cm -3,7μm) GaN Sub. Ti/Al ~1.2μm GaN 基板上の縦型ダイオードで 1200V 以上の耐圧確認 10/15

16 11 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (2) 成果の意義 ~ 3GaN 基板上電子デバイスの評価 (2) ~ 横型デバイスの試作評価 1.E-01 1.E-02 1.E-03 リーク電流大ゲート電極下の欠陥 G GaN インバータによる実機動作ゲート電流 IG (A/mm) 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 1.E-10 1.E-11 1.E-12 1.E-13 リーク電流小ゲート電圧 VG (V) 2 インチ基板上 FET の Ig-Vg 特性とゲート電極下の欠陥 S S G D D 3 μm ゲートドライブ回路制御回路 IM 10 低欠陥密度基板の必要性を確認! 特性オオン抵抗 (mωcm m 2 ) 1 GaN 基板 SiC 基板 Si 基板耐圧 (V) GaN 基板上 FET オン抵抗 (Ron) と耐圧 (Vbr) の関係良好! 線間電圧 50V/div. 相電流 200mA/div. 時間 4ms/div. GaN インバータ実機動作により実用性を確認! 事業原簿 ( 版 )-64~91 11/15 12 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) (3) 知的財産権等の取得 (4) 成果の普及知的財産権成果の普及における実績 H19 H20 H21 H22 H23 H nanotech 展 nanotech 展は毎年出展成果普及を行った主な窒化物半導体に関する国際学会 IWN-2008 ICNS-9 IWN-2012 IWN-2010 事業原簿 ( 版 )-8 12/15

17 13 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) 4. 実用化事業化に向けての見通し及び取り組みについて (1) 実用化の見通し ~ 1 大口径単結晶基板の開発 ~ Na フラックス法導電性 GaN 基板 ( 豊田合成株式会社 ) Na フラックス法高抵抗 GaN 基板 ( 日本ガイシ株式会社 ) LED パワーデバイス基板事業化 6 基板仕様 6 欠陥 /cm 欠陥 10 5 /cm 2 基板コスト ( 対サファイア ) ~4 倍 ~3 倍各コストダウン項目の検討加工費労務費光熱費償却費材料費にわたる項目につき目標を設定し検討を進める装置 & 工程設計装置基本構成検討装置製作装置スループット改良 ( 次世代照明 ) および統合設計実施項目年度 1 委託研究 ( 本フロシェクト ) 2 委託研究終了 3 商品開発 4サンフル供試開始 5 品質改善 6 量産技術検討 7 事業化判断 8 事業化平成 19 年 (2007) ~ 平成 23 年 (2011) 平成 24 年 (2012) 平成 25 年 (2013) 平成 26 年 (2014) 商品開発平成 27 年 (2015) 平成 28 年 (2016) 事業化 HVPE 法 GN GaN 種基板 ( 古河機械金属株式会社 ) 年度平成 24 年平成 25 年平成 26 年平成 27 年平成 28 年 (2012 年 ) (2013 年 ) (2014 年 ) (2015 年 ) (2016 年 ) サンプル展開歩留改善プロセス簡素化量産化技術検討結晶高品質化事業化事業原簿 ( 版 )-1~2 製品化 13/15 14 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) 4. 実用化事業化に向けての見通し及び取り組みについて (2) 実用化の見通し ~ 2 エピタキシャル成長技術の開発 ~ エピタキシャルウエハ ( 昭和電工株式会社 ) 課題エピ成膜技術市場立上がり高品質基板供給フロシェクト以降 ~ ~ 成長基礎開発エピ技術開発継続生産技術開発サンプル配布顧客評価事業化市場動向ウォッチ事業化判断開発状況低コスト高品質基板調査採用判断エピタキシャルウエハ /AlN 基板 ( 住友電気工業株式会社 ) 事業原簿 ( 版 )-2~3 14/15

18 15 ナノエレクトロニクス半導体新材料新構造技術開発事後評価分科会 ( ) 4. 実用化事業化に向けての見通し及び取り組みについて (3) 実用化の見通し ~ 3GaN 基板上電子デバイスの評価 ~ GaN 電子デバイス ( 横型 / 縦型 ) ( サンケン電気株式会社 ) GaN 電子デバイス ( 縦型 ) ( 株式会社豊田中央研究所 ) 計画平成 25 年度 - 平成 28 年度 (2013 年度年度 ) 基本プロセスの開発平成 29 年度 - 平成 31 年度 (2013 年度年度 ) 作製プロセス開発, デバイス開発, 信頼性試験実施 ( グループ企業にてハイブリッド車用パワーデバイスとして実用化をめざす ) 平成 32 年度後の早い時期に実用化の目標 GaNデバイス ( 横型 ) ( シャープ株式会社 ) 計画平成 19 年度 - 平成 24 年度 (2007 年度年度 ) 本プロジェクトの推進平成 25 年度以降 (2013 年度以降 ) 実用化事業化課題の明確化 ( コスト, 性能, 信頼性 ) 2015 年度以降事業化検討事業原簿 ( 版 )-5~6 15/15

トレーサビリティ体系図 (Traceability Chart) 直流電圧 (DC Voltage) 国家標準上位機関 (Upper Authority) 独立行政法人産業技術総合研究所 (National Institute of Advanced Industrial Science and

トレーサビリティ体系図 (Traceability Chart) 直流電圧 (DC Voltage) 国家標準上位機関 (Upper Authority) 独立行政法人産業技術総合研究所 (National Institute of Advanced Industrial Science and 直流電圧 (DC Voltage) (Upper Authority) 直流電圧基準器 (DC Voltage Reference Standard) 直流電圧基準器 (DC Voltage Reference Standard) 直流電圧測定器 (DC Voltage Measuring Instrument) 標準分圧器 (Standard Voltage Ratio Box) 直流電圧発生器