高耐圧酸化ガリウムSBDの開発に成功、トレンチ型でアンペア級・1200V耐圧を実現：組み込み開発ニュース

NEDOとノベルクリスタルテクノロジーは、「世界初」となるアンペア級・1200V耐圧の「酸化ガリウムショットキーバリアダイオード（SBD）」を開発したと発表した。今後は製造プロセスの確立と信頼性評価を進めて、2023年の製品化を目指す。

[朴尚洙，MONOist]

　ノベルクリスタルテクノロジーとNEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）は2021年12月24日、「世界初」（ニュースリリースより）となるアンペア級・1200V耐圧の「酸化ガリウムショットキーバリアダイオード（SBD）」を開発したと発表した。今後は製造プロセスの確立と信頼性評価を進めて、2023年の製品化を目指す。まずは、さらなる高電圧化、大電力化が求められている次世代急速充電器などのアプリケーションへの適用が期待されるという。

2インチウエハーに作製したアンペア級・1200V耐圧の酸化ガリウムSBD 出所：ノベルクリスタルテクノロジー

　酸化ガリウム（β-Ga₂O₃）は、次世代パワーデバイスとして機器への採用が始まっている炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）と比べて、優れた材料物性や低コストの結晶成長方法を特徴としており、低損失かつ低コストのパワーデバイスを製造できる。家電、EV（電気自動車）、鉄道車両、産業用機器、太陽光発電、風力発電など、さまざまなパワーエレクトロニクス機器において、搭載する電気機器の小型化や高効率化につながることから、国内外の企業と研究機関における研究開発が加速している。

　これまでβ-Ga₂O₃SBDの大電流化開発では、プロセスが比較的容易なプレーナ型構造が用いられてきた。しかし、プレーナ型SBDはリーク電流が大きいこともあって、耐圧1200VのGa₂O₃SBDを作製するのは困難だった。この課題に対してノベルクリスタルテクノロジーは、2017年に逆方向リーク電流を1000分の1に低減するトレンチ型Ga₂O₃SBDの原理実証に成功し、その耐圧向上と大電流化を進めてきた。

β-Ga2O3トレンチ型SBDの断面構造図と光学顕微鏡写真 出所：ノベルクリスタルテクノロジー

　今回、研究試作ラインとファウンドリーの併用によって、2インチ（50mm）ウエハー量産対応プロセスを開発するとともに、順方向電圧（V_F）が2Vのときに順方向電流（I_F）が2A、耐圧1200V、低リーク電流＜10⁻⁹Aのトレンチ型β-Ga₂O₃SBDの試作に成功した。これによって、現在進めている4インチ（100mm）ファウンドリーラインを用いた量産プロセスの開発と、実装回路レベルでの1200V耐圧のβ-Ga₂O₃SBDの性能／信頼性評価が可能となり、低損失β-Ga₂O₃パワーデバイスの製品化を大きく進められるという。

β-Ga2O3トレンチ型SBDの電流-電圧特性［クリックで拡大］ 出所：ノベルクリスタルテクノロジー

タムラ製作所からカーブアウト

　ノベルクリスタルテクノロジーの母体企業であるタムラ製作所は、NEDOの2011〜2013年度プロジェクトである「省エネルギー革新技術開発事業／超高耐圧酸化ガリウムパワーデバイスの研究開発」の成果を活用して、2015年に世界初となるパワーデバイス向けのβ-Ga₂O₃エピウエハーの開発に成功した。

　その後、タムラ製作所と情報通信研究機構（NICT）、東京農工大学のメンバーを中心にカーブアウトする形で2015年にノベルクリスタルテクノロジーが発足。2018年度からは、NEDOの助成事業である「戦略的省エネルギー技術革新プログラム／アンペア級酸化ガリウムパワーデバイスの開発」、2020年度からは同じくNEDOの「戦略的省エネルギー技術革新プログラム／β-Ga₂O₃ショットキーバリアダイオードの製品化開発」の下でβ-Ga₂O₃SBDの開発に取り組んできた。

　β-Ga₂O₃SBDが含まれる中高耐圧高速ダイオードの市場規模は、2022年には1200億円に、2030年には1500億円に拡大していくことが予測されている。

　なお、今回の開発成果は、2021年12月15日に応用物理学会発行の学術誌「Applied Physics Express」のオンライン版に掲載された。

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