次世代パワーデバイスの最新開発動向と実用化展望

第1部 SiC/GaNパワーデバイスの技術トレンドと次世代パワーデバイスの展望

(2018年7月30日 10:00〜11:30)

　電子・電気機器は様々な分野で使用され、快適な日常生活に欠かせないものとなっている。電気自動車のモーター制御をはじめスマートグリッド関連などのパワーエレクトロニクス分野において電力制御用途を目的としたパワーデバイスへの注目度は年々増してきています。なかでも、従来のSiパワー半導体より飛躍的に効率が良いSiC/GaNパワー半導体が実用化され市場が拡大すると期待され、これらの品質・信頼性の向上が最重要課題となっている。さらに近年、より一層の効率向上を狙った酸化ガリウムやダイヤモンドを使ったパワーデバイスの研究開発も盛んになってきている。 　本講演では、最新シリコンIGBTデバイスの状況からSiC/GaNパワーデバイスの最新技術ならびに実用化に向けた課題とその解決の見通しについて解説する。さらに、次々世代パワーデバイスである酸化ガリウム・ダイヤモンドデバイスの特徴と開発の現状、ならびにその将来性についても丁寧に解説する。

1. パワーエレクトロニクスとは?
   1. パワーデバイスの種類と基本構造
   2. パワーデバイスの適用分野
   3. パワーデバイス開発のポイント
2. 最新シリコンパワーデバイスの進展と課題
   1. IGBT開発のポイント
   2. IGBT特性改善の次の一手
3. SiCパワーデバイスの現状と課題
   1. SiCのSiに対する利点
   2. SiC/GaNパワーデバイスの市場予測
   3. 最近のSiC – MOSFETトピックス
   4. SiCデバイス信頼性向上のポイント
4. GaNパワーデバイスの現状と課題
   1. GaNデバイスの構造
   2. GaN – HEMTデバイスの特徴
   3. GaN – HEMTの課題
   4. 縦型GaNデバイスの最新動向
5. 酸化ガリウム・ダイヤモンドパワーデバイスの現状と課題
   1. 酸化ガリウムならびにダイヤモンドの魅力
   2. 酸化ガリウムパワーデバイス試作評価結果の紹介
   3. 酸化ガリウムデバイスの課題
   4. ダイヤモンドデバイス試作評価結果の紹介
   5. ダイヤモンドデバイスの課題
• 質疑応答

第2部 酸化ガリウムパワーデバイスの研究開発状況、課題と実用化展望

(2018年7月30日 12:10〜13:40)

　酸化ガリウム (Ga2O3) は、次世代パワーデバイス用途の新半導体材料として期待されるに足る、優れた材料物性を有します。また、原理的に大口径かつ高品質な単結晶基板を、融液成長法により安価かつ簡便に作製することができるという、産業上の大きな魅力も合わせ持ちます。 　本講演では、Ga2O3パワーデバイスの位置づけ・魅力、現在までのデバイス (トランジスタ、ショットキーバリアダイオード) の研究開発状況、今後に向けた課題および展望などについて、講師グループおよび講師共同研究グループの開発成果を中心に、国内外他機関からの最近の研究開発報告を交えて解説いたします。

1. はじめに
   1. Ga2O3の材料的特徴 (SiC, GaNとの比較から)
   2. 将来的なGa2O3デバイスの用途
2. Ga2O3トランジスタ開発
   1. 横型DモードフィールドプレートMOSFET
   2. 縦型DモードMOSFET
   3. 国内外他機関のGa2O3トランジスタ開発動向
3. Ga2O3ショットキーバリアダイオード (SBD) 開発
   1. 縦型フィールドプレートSBD
   2. 国内外他機関のGa2O3ダイオード開発動向
4. まとめ、今後の課題
• 質疑応答

第3部 垂直ブリッジマン法による酸化ガリウム結晶育成と結晶特性

(2018年7月30日 13:50〜15:20)

　本講演ではまず、β-Ga2O3 バルク結晶成長研究の背景として、従来のβ-Ga2O3 結晶育成技術の課題を考察すると共に、VB技術を取り上げる理由となったVB法結晶育成の研究経過を紹介する。次に、PtとRh合金るつぼ使用し、大気中VB育成により、β-Ga2O3 結晶育成が可能なことを紹介し、成長結晶の特性、特徴を紹介する。最後に、VB技術を含むβ-Ga2O3 結晶の現状を整理し、今後の課題と展望を述べる。

1. パワーデバイス用バルク結晶成長
2. β-Ga2O3バルク結晶成長技術と特徴
3. VB法結晶成長技術
4. VB法β-Ga2O3結晶成長
5. VB法β-Ga2O3結晶の特性・特徴
6. β-Ga2O3バルク結晶成長の課題・展望
• 質疑応答

第4部 ダイヤモンドパワーデバイスの最新動向とその可能性

(2018年7月30日 15:30〜17:00)

　ダイヤモンドは、その見た目の美しさから宝石としてはもちろんのこと、物質中最高の硬度や熱伝導率を有することから切削工具やヒートシンクとしても広く知られており、近年では航空機等にも用いられている炭素繊維強化プラスチック (CFRP) 用の加工工具やパワーデバイス用のヒートスプレッダ/ヒートシンク材として期待されている。一方で、ダイヤモンドは絶縁破壊電界やキャリア移動度も極めて高いことから、理論的に最も高耐圧かつ低オン抵抗を実現できる究極のパワーデバイス材料であり、日本やフランス、ドイツ、アメリカを中心にパワーデバイス応用・社会実装に向けた研究が行われている。 　今回、ダイヤモンドパワーデバイスに関して、昨今の研究開発状況・課題について、また、我々が世界で初めて実現した反転層ダイヤモンドMOSFETについても合わせて紹介する。

1. パワーデバイス材料としてのダイヤモンドの魅力
2. ダイヤモンド半導体研究のこれまでと現在
3. ダイヤモンドウェハ研究開発の最新動向
   1. 成長技術
      • 高温高圧合成
      • 熱フィラメントCVD
      • プラズマCVD
   2. 不純物ドーピング技術
   3. ウェハ化技術
      • 大口径化
      • スライス
      • 研磨
4. ダイヤモンドパワーデバイス研究開発の最新動向
   1. ダイオード
      • SBD
      • PND
      • SPND
   2. トランジスタ
      • BJT
      • JFET
      • MESFET
      • MOSFET
   3. デバイスプロセス技術
• 質疑応答