[スポンサーリンク]

ケムステニュース

窒化ガリウムの低コスト結晶製造装置を開発

[スポンサーリンク]

科学技術振興機構(JST)は2019年11月15日、東京農工大学と大陽日酸と共同で進める産学共同実用化開発事業の開発課題「トリハライド気相成長法(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たと発表した。(JSTプレスリリース11月15日)

青色発光ダイオードは高品質なGaNの単結晶が必要不可欠で、それを製膜するプロセスを開発したことで赤﨑教授、天野教授、中村教授はノーベル化学賞を受賞しました。GaNにはもう一つの注目されている応用があり、それは電力をコントロールするパワーデバイスです。ノートPCを充電する時、ACアダプターを介してコンセントに接続していますが、ACアダプターの内部ではコンセントの交流からPC機器で使われる直流に変換しています。これを行っているのがパワーデバイスで、このほかにも直流から交流への変換交流の周波数変更、直流の電圧変更などを行う役割があります。この電力を変換することは電化製品やハイブリッド車、太陽光発電システム、電車など様々な所で使われています。従来のパワーデバイスには、他の半導体と同様にシリコンが使われていましたが、より高性能なパワーデバイスを開発するためにGaNをはじめとする新しい材料が研究されています。

トヨタ・プリウスの動力系システム、右上の箱がパワーコントロールユニットでバッテリーとモーターの間で電気をコントロールしている。

GaNは、パワーデバイスとして高速スイッチ動作や高耐圧大電流動作の点でシリコンよりも優れていますが、パワーデバイスに適した結晶基板を作ることが難しいことが課題となっています。シリコンの場合は、多結晶シリコンを溶かして単結晶のインゴットを作りスライスしてある程度の大きさの基板を一度にたくさん作ることができますが、GaNの場合には同様の方法では作れないため、異なる種類の基板の上に製膜し、それを一枚一枚はがす方法が主流となっています。厚く結晶を成長させて複数枚作ろうとすると品質が悪くなるため、現状よりも高効率で生産することは困難でした。そこで、GaNの結晶の品質を保ったまま膜厚を厚くできる技術の開発に成功したことが本研究のプレスリリースの内容です。

従来の方法では、液体のガリウムと塩酸を反応させてGaClを作り、そこにアンモニアを作用させてGaNを成膜していました(従来技術ハイドライド気相成長法HVPE)。

本研究では、液体のガリウムに塩素を反応させてGaCl3を作り、そこにアンモニアを作用させる機構を採用しました(新技術トリハライド気相成長法THVPE)。

その結果、成膜速度を大幅に向上させることに成功し、結晶の品質を示す転位欠陥も1×106毎立方センチメートル以下と従来法の5分の一になったそうです。

THVPE法(新技術)とHVPE法(従来法)の成長速度比較(引用:プレスリリース

従来の方法では膜を厚くすると反りが見られましたが、この方法では厚さ1.8mmでもフラットな結晶の基板を作ることに成功しました。この成功は、GaClとGaCl3の結晶表面での吸着の違いに起因し、GaCl3はGaへの立体障害が大きく、好ましくない吸着が高温条件下で阻害されるため高品質な結晶が生成していると考察されています。

新技術によって製膜したGaN基板(引用:プレスリリース

GaNの単結晶基板を効率的に製造する方法は、この方法以外にも研究されていて、アモノサーマル法と呼ばれるアンモニアの超臨界条件にしてGaNの結晶を析出させる方法や、高温高圧の溶融Na中でGaと窒素を反応させてGaNの結晶を成長させるフラックス法などが研究されています。各プロセスそれぞれ短所長所がありますが、本ニュースで取り上げている塩化物を経由した製造方法のほうが安全性の心配が少なく量産化の障壁が低いように感じました。

この反応方法は、東京農工大学 纐纈明伯教授のグループによって開発されました。その後、NexTEP:産学共同実用化開発事業として大陽日酸が量産化を見据えた装置の改良が進め、上記のような成果が得られたようです。産業用ガスの製造・販売の分野で大手である大陽日酸ですが、ガスだけでなくその関連するビジネスを行っています。例えば水筒で有名なTHERMOSは、大陽日酸が全額出資している会社で、液化ガスの貯蔵・運搬で重要な断熱技術を生かしたビジネスの一つです。半導体製造の分野では、材料ガスだけでなく製造装置も手掛けているため、この研究を行ったと考えられます。

大陽日酸が製造しているMOCVDによるGaN製膜装置(引用:製品情報

JSTNEDOでは様々な形の研究サポートが行われていますが、NexTEP:産学共同実用化開発事業では、大学等の研究成果に基づくシーズを用いた、企業等が行う開発リスクを伴う規模の大きい開発を支援することを目的としています。企業としてはできれば、開発すべてを自社の中で行い新技術の権利を独占して利益をすべて得ることが理想です。しかし開発に失敗した場合、かかった費用すべてを自社で賄うリスクが伴うため、せっかく有用な発見があっても事業化への開発が進められないことがあります。そこでNexTEPでは、企業に対して総額1億円以上、50億円以下の開発費の支援を行います。そして期間の終了後、評価委員会によって開発の成功・不成功が判定されます。成功と認定された場合には、10年以内の開発費の返済を求められますが、不成功と認定された場合には、開発費の10%のみを返済することになります。技術の開発は重要ですが、支援金の元は国民の税金ですから民間企業のビジネスに関わる過度な支出は認められません。企業としても、開発に失敗した場合には費用の返済を免れるためリスク回避ができます。課題のシーズの所有者には、売り上げの一部が配分されるため、新たな研究の原動力となります。現在8件の課題が終了し、すべての課題において成功の判定が下されています。企業からしてみれば技術開発の成功から先、量産化、新製品の販売と利益を出すまでの道のりは長いですが、ぜひ製品化までこぎつけてほしいと思います。

NexTEPのスキーム(引用:NexTEP:産学共同実用化開発事業

 

関連書籍

関連リンク

Zeolinite

Zeolinite

投稿者の記事一覧

企業の研究員です。最近、合成の仕事が無くてストレスが溜まっています。

関連記事

  1. 米陸軍に化学薬品検出スプレーを納入へ
  2. クラレ 新たに水溶性「ミントバール」
  3. 高峰譲吉の「アドレナリン」107年目”名誉回復…
  4. 米国ACSジャーナル・冊子体廃止へ
  5. 「パキシル」服用の自殺者増加 副作用の疑い
  6. 駅トイレ光触媒で消臭
  7. 観客が分泌する化学物質を測定することで映画のレーティングが可能に…
  8. 米メルク、「バイオックス」回収で第2・四半期は減収減益

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. ゾル-ゲル変化を自ら繰り返すアメーバのような液体の人工合成
  2. オゾンホールのさらなる縮小を確認 – アメリカ海洋大気庁発表
  3. シアノヒドリンをカルボン酸アミドで触媒的に水和する
  4. その反応を冠する者の名は
  5. 分子レベルでお互いを見分けるゲル
  6. 秘密保持契約(NDA)
  7. ケムステの記事が3650記事に到達!
  8. 第35回 生物への応用を志向した新しいナノマテリアル合成― Mark Green教授
  9. 洗剤を入れたアルミ缶が電車内で爆発
  10. 最期の病:悪液質

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

松原 亮介 Ryosuke Matsubara

松原亮介(まつばら りょうすけ MATSUBARA Ryosuke、1978-)は、日本の化学者であ…

CEMS Topical Meeting Online 超分子ポリマーの進化形

7月31日に理研CEMS主催で超分子ポリマーに関するオンライン講演会が行われるようです。奇しくも第7…

有機合成化学協会誌2020年7月号:APEX反応・テトラアザ[8]サーキュレン・8族金属錯体・フッ素化アミノ酸・フォトアフィニティーラベル

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2020年7月号がオンライン公開されました。コ…

第102回―「有機薄膜エレクトロニクスと太陽電池の研究」Lynn Loo教授

第102回の海外化学者インタビューは、Lynn Loo教授です。プリンストン大学 化学工学科に所属し…

化学系必見!お土産・グッズ・アイテム特集

bergです。今回は化学系や材料系の学生さんや研究者の方々がつい手に取りたくなりそうなグッズなどを筆…

危険物取扱者:記事まとめ

世の中には様々な化学系の資格があり、化学系企業で働いていると資格を取る必要に迫られる機会があります。…

化学者のためのエレクトロニクス入門③ ~半導体業界で活躍する化学メーカー編~

bergです。化学者のためのエレクトロニクス入門のシリーズも3回目を迎えました。前回は電子回路を大き…

第101回―「高分子ナノ構造の精密合成」Rachel O’Reilly教授

第101回の海外化学者インタビューは、レイチェル・オライリー教授です。ケンブリッジ大学化学科に所属(…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP