半導体の世界は、電池が日進月歩であるのと同じで、猛烈に進みますね。この1年でも超伝導送電線実用化、大容量蓄電池の開発、等々すぐに「原発◎◎基分」省電、、、となります！ LED他、省エネ対応の家電や機器類にすべて変わり、スマートスイッチ、スマートグリッドに最新技術で切り替わっていけば「省電」だけでも相当な需要圧縮となるでしょう。それに、再生エネルギー発電が活発化してくれば、「原発なくば停電心配」と云った事態は起らないと思います。中近東の情勢次第で燃料確保を心配せずとも、ガスの供給国は多様になってきています。技術の進歩で乗り切れれば最高ですね！
半導体、家電から鉄道まで安価に電力制御 古河機械金属系ベンチャー、節電に効果 ：日本経済新聞
古河機械金属が39％出資する半導体ベンチャー企業のパウデック（横浜市、河合弘治社長）は家電品から電気自動車（ＥＶ）や鉄道の制御用まで広く使える次世代パワー半導体を開発した。窒化ガリウム製で、高電圧に強く電力損失が少ない。既存のシリコン製の主な用途を新タイプに切り替えれば、原子炉１基分を節電できるという。
新しいパワー半導体はシリコン製並みの低価格に抑えられる見通し。委託生産先を探し、２年後の量産を目指す。
パワー半導体は電力制御に不可欠でインバーターエアコンやモーター、サーバーの電源などに多用されている。窒化ガリウム製はシリコン製に比べ熱として失う電力を３分の１に減らせるが、高電圧で壊れやすい欠点があった。
パウデックは電圧が特定の場所に集中しないよう回路を工夫し、６千ボルトでも機能するのを確認した。従来は600ボルト程度までしか必要ない家電品などに限られていたが、用途が大きく広がる。
家電品、オフィスの空調、データセンターなどの装置に組み込まれた既存のシリコン製パワー半導体を新タイプに置き換えれば原発１基分の電力を節約できるという。ＥＶやスマートグリッド（次世代送電網）など大型装置の電流制御装置用などでもシリコン製の代わりに使えば、2020年時点で同４基分相当の省エネが可能との試算もある。
高電圧に耐えるパワー半導体は炭化ケイ素製もあるが、価格がシリコン製の数倍する。パウデックは元ソニー研究者らが01年に設立、07年に古河機械金属と資本業務提携した。
POWDEC パウデック …公式サイト：製品案内に詳細説明有り
（2012年2月16日 弊社紹介記事：POWER Dev' 1月号に、弊社と新型HFET(分極接合ヘテロ構造・電界効果トランジスタ)が紹介されました。 …英語
2012年1月5日 2011年11月8日開催の日経エレクトロニクス主催のセミナーにおける弊社社長の講演「GaNパワーデバイス -新技術により低コスト化を目指す-」の資料をご覧いただけます。…日本語）
| 窒化ガリウム系（GaN）半導体は、青色、緑色発光ダイオード、紫色レーザ、紫外線センサ、超高周波パワートランジスタ、高効率電力変換素子、耐環境素子など21世紀の高度情報化社会に必須となる半導体材料です。また、窒化ガリウム（GaN)は無毒な材料であり、従来の化合物半導体と置換すべき材料です。 |
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| パウデックは100mm口径の多数枚載置、窒化物半導体MOCVD装置を独自に開発しました。パウデックはカスタマーとの緊密な連携の下に、GaN, AlGaN, GaInN, AlGaInNを含む各種デバイス構造の開発製造を行います。 |
第3回：SiCに迫るGaNパワー素子トランジスタで耐圧1kV超 - 半導体 - Tech-On！
第3回：SiCに迫るGaNパワー素子トランジスタで耐圧1kV超
国内ベンチャーが試作に成功
現行のSiに続く、パワー半導体素子（以下、パワー素子）の次世代材料として注目を集めるSiCとGaN。いずれも製品化が始まっており、耐圧600V以上はSiC、600V以下はGaNとされている。だが、この“常識”が覆される可能性が高まった。国内のベンチャー企業であるパウデックが、耐圧1.1kVで、かつ低コストで製造できるというGaN系パワー・トランジスタの試作に成功したからである（図1）。これで、白物家電や電気自動車、産業機器といった高耐圧品が求められる用途で、次世代パワー素子の選択肢の幅が広がる可能性が出てきた。
GaN系パワー素子の研究開発品の中には、耐圧1kV超を実現したものもあった。だが、特殊な構造をしていたり、高価なGaN基板を利用していたりと実用化が難しかった。
2層を追加
今回の試作品は、耐圧1kV超の実現に加え、動作中にオン抵抗が増加する「電流コラプス」を抑制している。従来のGaN系パワー・トランジスタでは、耐圧の向上と電流コラプスの抑制を「フィールド・プレート（FP）」と呼ぶ電極構造で両立する手法が一般的だった。ところが、この手法では1kVを超える耐圧を得るのは難しいとの判断から、パウデックはFPの利用を避けた。印加電圧が高くなり過ぎると、動作時にゲート電極の端とFPの端に電界が集中し、両端の電界強度が極端に強まることで絶縁破壊を起こしやすくなるからだ。一方、電界集中は動作時にゲート電極から漏れる（リーク）電子を増加させ、この電子が電流コラプスの一因となる。
そこでパウデックは、不純物を入れないノンドープGaN層とp型GaN層をゲートとドレイン間に加えて、耐圧向上と電流コラプスの抑制を図った注1）。この2層を加えることで、上側のGaN層とAlGaN層の界面には2次元正孔ガス（2DHG）が発生する。その濃度は1.4×1013cm−2と、下側のGaN層とAlGaN層の界面に発生する2次元電子ガス（2DEG）の濃度1.0×1013cm−2と同程度。2DHGの濃度を2DEG並みとしたことが、耐圧向上と電流コラプス抑制につながった。
注1） 試作品の構造はもともと、産業技術総合研究所の中島昭氏が発案した。
耐圧が向上するのは、高濃度の2DHGにより、「Super-Junction構造のSi製MOSFETのようにチャネル全体が空乏化し、絶縁体のようになるため」（パウデック）である（図2）。一方、電流コラプスの抑制につながるのは、電界集中が発生しにくくなることでリーク電子が減るからだ（図3）。
バッファ層の薄型化も可能
今回採用した構造は、製造コストの低減にもつながるとパウデックはみる。安価な基板を使える上に、バッファ層の薄型化と、電流コラプス抑制のために設けるパッシベーション膜を不要にできるからだ。
GaN基板ではなく、試作品のようにサファイアといった異種基板を利用すると部材コストを削減できる。しかし、GaN系半導体と線膨張係数や格子定数が大きく異なるために結晶欠陥が発生しやすい。この解決には、異種基板とGaN系半導体層の間に多層膜のバッファ層を設ける。だが、バッファ層は数μmと、ほかのGaN系半導体の各層よりもかなり厚い。このため、積層するのに時間がかかってチップ製造のスループットが落ち、これが製造コストを大きく上昇させていた。
今回の層構造であれば、高い耐圧を確保できるため、従来構造と比べてバッファ層を薄くできる。
今後は、サファイア基板よりも口径が大きくコスト削減に向くSi基板上への作製と、ノーマリー・オフ動作の実現などに取り組む。2〜3年以内の実用化を目指すという。（根津 禎）
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