[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や交流の周波数変更、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)

JSTやNEDO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

[amazonjs asin=”4864431299″ locale=”JP” title=”はかる×わかる半導体 パワーエレクトロニクス編”] [amazonjs asin=”4789848485″ locale=”JP” title=”30MHz/10kWスイッチング!超高速GaNトランジスタの実力と応用(グリーン・エレクトロニクス No.18)”]

関連リンク

Avatar photo

Zeolinite

投稿者の記事一覧

ただの会社員です。某企業で化学製品の商品開発に携わっています。社内でのデータサイエンスの普及とDX促進が個人的な野望です。

関連記事

  1. 耐熱性生分解プラスチック開発 150度でも耐用 阪大
  2. 製薬各社 2011年度 第2四半期決算
  3. セメントから超電導物質 絶縁体のはずなのに
  4. メディビック、抗がん剤「グルフォスファミド」の第II相試験を開始…
  5. ケミカルメーカーのR&D戦略について調査結果を発表
  6. 日本薬学会第125年会
  7. 素材・化学で「どう作るか」を高度化する共同研究拠点、産総研が3カ…
  8. 自己多層乳化を用いたマトリョーシカ微粒子の調製 〜油と水を混ぜて…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第26回 有機化学(どうぐばこ)から飛び出す超分子(アプリケーション) – Sankaran Thayumanavan教授
  2. 【7/21 23:59〆切】研究費総額100万円!「AI × ◯◯学」で未来をつくる若手研究者を募集します
  3. 日本に居ながら、ナマの英語に触れる工夫
  4. ADEKAの新CMに生田絵梨花さんが登場
  5. 尿酸 Uric Acid 〜痛風リスクと抗酸化作用のジレンマ〜
  6. 4種のエステルが密集したテルペノイド:ユーフォルビアロイドAの世界初の全合成
  7. 世界で初めて有機半導体の”伝導帯バンド構造”の測定に成功!
  8. どっちをつかう?:in spite ofとdespite
  9. マテリアルズ・インフォマティクスに欠かせないデータ整理の進め方とは?
  10. 標準物質ーChemical Times特集より

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年12月
月 火 水 木 金 土 日
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

最新記事

2026年ノーベル化学賞ケムステ予想当選者発表!

2026年のノーベル化学賞は、「不斉有機合成における非線形効果および自己触媒作用の発…

第64回ケムステVシンポ「データとともに進化する未来の化学」を開催します!

第64回ケムステVシンポの会告を致します。産業技術総合研究所主催の化学シンポジウムシリーズ(…

品質工学とマテリアルズ・インフォマティクス ― 両技術の概要と連携事例

開催概要材料開発やものづくりの現場では、探索すべき組成やプロセス条件が増えるほど組み合わせが爆発…

大学院留学してよかったこと, 悪かったこと【英語, 経済面, オーバードクターに関するお話】

海外の大学で、その大学に籍を置く大学 (院) 生として留学することは「学位留学」と呼ばれたりします。…

光前駆体法の活用によって、ヘプタセンで初の一重項分裂を観測!

第725回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 理学研究科化学専攻 有機元素化学研究室(山田研…

【スタッフ・寄稿募集】Chem-Stationで、化学を「伝える側」になりませんか?

Chem-Station(ケムステ)は2000年に開設された国内最大の化学ポータルサイトです。大学・…

第17回大津会議―とある参加者の記録―

2026年9月28日~29日に開催された第17回大津会議についての、とある参加者の記録です。この記事…

第17回大津会議 -Otsu Conference- 2026 開催報告 ~新体制で紡ぐ「有機合成の夢」~

第17回大津会議が2026年9月28日(月)〜9月29日(火)びわ湖大津プリンスホテルにて開催されま…

有機合成化学協会誌2026年10月号:医薬品プロセス開発・σ芳香族性・含窒素複素環・メロテルペノイド二量体・高歪み化合物

有機合成化学協会が発行する「有機合成化学協会誌」2026年10月号がオンラインで公開されています。…

時代は水だ! セメントのように水と混ぜるだけで成形・硬化できる「水硬性」高分子

第724回のスポットライトリサーチは、東京科学大学物質理工学院(大塚研究室)博士前期課程2年の徳満玲…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP