일본산업뉴스요약

웨이퍼 위에 질화갈륨 소자를 형성
파워반도체의 기초기술 개발

미쯔비시화학과 후지전기, 토요타중앙연구소, 교토대학, 산업기술종합연구소 등의 공동 팀은, 질화갈륨(GaN)의 웨이퍼 위에 GaN 소자를 형성하는 파워반도체의 기초기술을 개발했다. GaN 파워반도체는 탄화규소(SiC) 파워반도체의 차세대기술이다. 일본은 발광다이오드(LED)의 개발 등에서 GaN 소자의 기술에는 풍부한 경험이 있고, GaN 웨이퍼의 생산도 세계 최고의 점유율을 가지고 있다. 개발한 기술을 실용화할 수 있다면, 세계에서 우위에 설 수 있다.

파워반도체는 가전과 자동차, 전철 등의 에너지절약에 도움이 되는 것으로 산업계에서의 수요가 높다. GaN 파워반도체에서는, 실리콘 기판 위에 수평형의 GaN계의 초고속 화합물 반도체소자(HEMT) 등을 형성하는 디바이스는 양산되고 있다.

단 GaN 기판 위에 GaN의 산화막 반도체 전기장 효과(MOSFET)을 형성하는 고성능 디바이스의 연구는 이제 막 시작되었다. 미국에서도 연구가 진행되는 등, 세계에서 개발경쟁이 치열해지고 있다.

공동 팀은 고품질 2인치의 GaN 웨이퍼와 MOSFET을 제작했다. GaN 웨이퍼의 양산기술「아모노서멀 법」을, 미쯔비시화학이 파워반도체 용으로 개량했다. 결정성장조건을 최적화하고, 웨이퍼의 평균결함밀도를, 기존 대비 수 백분의 1이 되는 1cm2 당 수 천 개 수준으로 줄였다. 2018년도를 기준으로, 결함을 한 자릿수 이상 줄이고, 웨이퍼를 4인치까지 대형화 하는 것을 목표로 한다.

후지전기 등은 MOSFET을 만든다. 소자의 성능지표가 되는 이동도는 SiC 파워반도체보다 높고, 동작에 실용상 필요한 기준 전압도 확보했다. GaN의 MOSFET에서 이것들의 특성을 양립한 것은 처음이다.

토요타중앙연구소는 새로운 이온 주입의 수법으로 GaN의 pn접합을 시작했다. 교토대학의 스다 교수는 산업기술종합연구소 등과 공동으로 기초물성치를 계통적으로 평가했다.

일본의 내각부가 추진하는 전략적이노베이션창조프로그램(SIP)의「차세대 파워 일렉트로닉스」의 일환이다. 향후, 웨이퍼에서 소자형성, 프로세스기술, 기초물성의 해명까지 일관해서 다루고, 실용가능성을 검증한다. 특히 소자를 세로형으로 만들고 대전류를 흘릴 수 있도록 한다.

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