第 1 回窒化物半導体応用研究会平成 20 年 2 月 8 日講演内容 1. 弊社の概要紹介 2. 弊社における窒化物半導体事業への展開 3. 知的クラスター創生事業での取り組み Si 基板上 HEMT 用 GaN 系エピ結晶結晶成長成長技術技術開発

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ゆきとみもと
5 years ago
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1 第 1 回窒化物半導体応用研究会平成 20 年 2 月 8 日 GaN 結晶成長技術の開発半導体事業部伊藤統夫

2 第 1 回窒化物半導体応用研究会平成 20 年 2 月 8 日講演内容 1. 弊社の概要紹介 2. 弊社における窒化物半導体事業への展開 3. 知的クラスター創生事業での取り組み Si 基板上 HEMT 用 GaN 系エピ結晶結晶成長成長技術技術開発

3 弊社社名変更について 2006 年 10 月 1 日 ~ 持株会社制主要事業会社 5 社

4 非鉄金属精錬資源開発廃棄物処理環境修復金亜鉛銅加工製品メタルリサイクリング創業 : 1884 年 9 月 18 日本社 : 東京都千代田区外神田 4 丁目 14 番 1 号資本金 : 364 億 3600 万円従業員 : 3,500 名 ( グループ計 ) CEO 代表取締役会長 : 吉川廣和代表取締役社長 : 河野正樹電子材料磁性材料半導体材料主要製品 : メタル粉銀粉亜鉛粉高純度 Ga In GaAsウエハ LED 窒化物系半導体金属加工めっき回路基板熱処理技術酸化銀 AlGaAs 系 LED 産業廃棄物処理熱処理製品

5 当社製品半導体事業部製品用途高純度 Ga GaAs ウェハ GaAs 系赤赤外 LED 用途製品トランシスタ赤外赤レーサー伝送センサ表示 DVD 赤外伝送モジュール血液センサ表示板携帯電話ケーム機携帯電話インクシェットフリンタ信号ランプ

6 当社の事業フロークルート原料化合物半導体の流れメタルズカンパニーリサイクルリサイクル EM EMカンパニー精錬所精錬所 4N 4N ガリウムガリウム工場 6-7N 6-7N 基板工場 LED 工場工場基板メーカー基板メーカー LED LED メーカーメーカーデバイスメーカーエピメーカー部品メーカー部品メーカーリサイクル 9

7 半導体事業の沿革 1978 年 ( 昭和 53 年 ) 高純度ガリウム精製開始 1982 年 ( 昭和 57 年 ) 半導体材料研究所設立 1985 年 ( 昭和 60 年 ) 基板工場建設 1988 年 ( 昭和 63 年 ) LED 工場建設 1993 年 ( 平成 5 年 ) 株式会社同和半導体創立 ( 資本金 3 億円 ) 1999 年 ( 平成 11 年 ) ガリウム工場 100t/ 年に増強 2000 年 ( 平成 12 年 ) ISO9001 取得 2004 年 ( 平成 16 年 ) ISO14000 取得 2005 年 ( 平成 17 年 ) 第 3 研究棟建設 2007 年 ( 平成 19 年 ) 窒化物半導体工場竣工窒化物半導体事業への展開

8 GaN 系半導体材料の特徴と用途材料的特徴ワイドギャップ高破壊電界大きな飽和速度ヘテロ構造が作製可大きなシートキャリア密度用途オプトデバイス紫外青緑赤白色の発光デバイス紫外線ガスセンサ電子デバイス高周波高出力高温動作の電子デバイスターゲットとした技術開発 Si 基板上 HEMT 用 GaN 系エピ結晶結晶成長成長技術

9 GaN 系電子デバイス素子構造高電子移動度トランジスタ構造 (High Electron Mobility Transistor=HEMT) 20~30nm ソース電極ゲート電極ドレイン電極 AlGaN 層 2 次元電子ガス (2DEG) 1~3μm GaN バッファー層基板使用される材料 Sapphire SiC Si GaN 系デバイスの普及高品質大口径低価格 Si 基板の利用

10 GaN 系エピ成長に使用される基板材料基板材料 c-sapphire 6H-SiC Si (111) 格子不整合率 (%) ( 対 GaN) 線膨張係数 (10-6 /K) (GaN:a~ 5.5) a:7.5 c: 熱伝導度 W/cm K 0.3~ ~ コスト ( 単位面積 ) 使用基板サイズ ( 市販品 ) 2~4 2~3 3~6 GaN 系デバイスの普及高品質大口径低価格 Si 基板の利用

11 名古屋工業大学における GaN/Si へテロエピタキシャル技術従来技術 HBI 技術 ( 高温バツファ - 中間層技術 ) GaN デバイス層低温成長 AlN 緩衝層 Si 基板気相反応の制御 GaNデバイス層 GaN/AlN 歪超格子特願平特願高温成長 AlGaN/AlN 中間層 Si 基板 100μm クラックメルトバックエッチング GaN デバイス層表面の劣化高温 AlN 層の均一成長高品質 GaN デバイス層高輝度 LED 電子デバイス

12 Si 基板上の GaN 系エピ成長 Si 基板の特長廉価高品質大口径化導電性サファイアより熱伝導率が高い問題点 GaによるSi 基板のメルトバックエッチング AlGaN/AlN 中間層熱膨張係数差によるクラック大口径化の特長コスト低減量産向き既存の生産ラインの利用 High quality GaN Sapphire サファイア基板上のGaN GaN/AlN 多層膜 Low quality GaN Silicon シリコン基板上のGaN Si 基板の特長を活かし問題点を克服実用化へ前進

13 知的クラスターでの取り組み極微センターの要素技術装置使用による評価改善点の指摘 MOCVD 装置の応用エピタキシャル膜の成長技窒化物デバイスの試作エピタキシャル成長技術ノウハウの技術移転 A 社 MOCVD 装置の製造販売改良の改良大型化エピタキシャル膜付き基板の開発製品化量産化窒化物関連工場の建設 06 センサーチップの供給改善デバイス用エピ膜の供給デバイス用エピ膜の供給ダイオード用エピ膜の供給 B 社紫外線センサーの開発センサーのパッケージ評価 C 社高周波電子デバイスの開発デバイスの試作評価 D 社高周波電子デバイスの開発デバイスの試作評価 E 社高耐圧ダイオードの開発デバイスの試作評価

14 所在地 DOWA セミコンダクター秋田株式会社秋田県秋田市飯島字砂田一番地名古屋

15 平成年度知的クラスター創成事業担当テーマ Si 基板上 HEMT 用 GaN 系エピ結晶結晶成長成長技術技術開発 AlGaN barrier layer GaN layer GaN/AlN multi layers AlGaN intermediate layer AlN initial layer エピ構造成長技術開発結晶性の優れたエピ耐圧などのデバイス特性向上 4 inch Si substrate

16 HEMT on on Si Si 名工大 DOWA 移植時のエピ不良発生 1 Low quality GaN Silicon 100um 100um クラック発生エピ (GaN) と基板 (Si) の熱膨張係数差エピ構造成長条件の調整により解消

17 HEMT on on Si Si 名工大 DOWA 移植時のエピ不良発生 2 微分干渉光学顕微鏡写真表面および断面鳥瞰 SEM 写真エピ表面ピットの発生 ( 基板のほぼ全面 ) Si と Ga の反応? エピ条件装置運用管理方法改善により解消

18 4 インチ HEMT on on Si Si エピ基板外観写真 (DOWA 製 )

19 HEMT on Si Hall Hall 測定値他の報告例との比較 Hall Mobility [x 10 3 cm 2 /Vs] Ω/sq 500 Ω/sq DOWA Rsh = 1200 Ω/sq Rsh = 200 Ω/sq NIT DEG density [10 13 /cm 2 ] at RT AlGaN/AlN/GaN on Si Ns=0.92x10 13 cm -2 μ=1709 cm 2 /Vs AlGaN/GaN on Si Ns=0.90x10 13 cm -2 μ=1663 cm 2 /Vs : This work : This work : MOVPE-grown AlGaN/GaN on SiC: R. Gaska, et al.,appl. Phys. Lett. 74, 287 (1999). : MOVPE-grown AlGaN/GaN on SiC: R. Gaska, et al.,appl. Phys. Lett. 74, 287 (1999). : MOVPE-grown AlGaN/AlN/GaN on SiC: L. Shen et al., IEEE EDL 22 (2001) 457. : MOVPE-grown AlGaN/AlN/GaN on SiC: L. Shen et al., IEEE EDL 22 (2001) 457.

20 HEMT on Si デバイス特性向上へ向けての取り組み AlGaN barrier layer GaN layer AlGaN barrier layer GaN layer Buffer layers Buffer layers Si substrate Si substrate エピ構造適正化成長技術開発トータル膜厚増耐圧などのデバイス特性向上

21 HEMT 素子構造ソース電極ゲート電極ドレイン電極 AlGaN 層 GaNバッファー層パワーデバイス向け耐圧 > 600~1000V GaNバッファ層へのリーク防止厚み 1μm > 2μm エピ構造の適正化基板比抵抗キャリア密度 > 10 6 Ωcm 不純物密度格子欠陥密度比抵抗の制御にはこれらの成因や挙動についての理解が必要

22 窒化物半導体事業への展開平成年度知的クラスター創成事業担当テーマ Si 基板上 HEMT 用 GaN 系エピ結晶結晶成長成長技術エピタキシャル成長技術ノウハウの技術移転名古屋工業大学 ( 江川研 ) 耐圧リーク電流低減膜厚膜質向上独自の量産技術構築

GaNの特長とパワーデバイス応用に向けての課題 GaNパワーデバイスの低コスト化技術大面積 Si 上 MOCVD 結晶成長技術 Si 上大電流 AlGaN/GaNパワー HFET GaN パワーデバイスのノーマリオフ動作伝導度変調を用いたAlGaN/GaNトランジスタ - Gate Inject

高耐圧 GaN パワーデバイス開発松下電器産業 ( 株 ) 半導体社半導体デバイス研究センター上田哲三 GaNの特長とパワーデバイス応用に向けての課題 GaNパワーデバイスの低コスト化技術大面積 Si 上 MOCVD 結晶成長技術 Si 上大電流 AlGaN/GaNパワー HFET GaN パワーデバイスのノーマリオフ動作伝導度変調を用いたAlGaN/GaNトランジスタ - Gate Injection

第 1 回窒化物半導体応用研究会平成 20 年 2 月 8 日 講演内容 1. 弊社の概要紹介 2. 弊社における窒化物半導体事業への展開 3. 知的クラスター創生事業での取り組み Si 基板上 HEMT 用 GaN 系エピ結晶結晶成長成長技術技術開発

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