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プロジェクトの基本情報

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2019年3月18日更新

ICP(誘導結合プラズマ)とCCP(容量結合プラズマ)との混合プラズマ構成によりMBE(分子線エピタキシー)用高密度ラジカルソース構造を改良、高密度化を実現した。
更に、大口径化を図り、高い実用性を有する装置化及び装置稼働状況の安定性が確保された。
この新規プラズマ構造(HDRS)の優位性が実験的に検証され、最終的に、量産型MBEメーカーとの共同評価、事業化展開への加速化が図れた。

NU-Rei株式会社

プロジェクト名 次世代半導体InGaN用高密度ラジカルソースの開発
対象となる川下分野 自動車、エネルギー、産業機械
川下企業におけるニーズの対応 高機能化(精度・性能の向上など)
質量低減(小型化、軽量化など)
上記ニーズに対する具体的な数値 本開発装置(HDRS)を重要要素として構成されるMBE技術を用いることにより高成長速度(毎時3μm以上)でのGaN半導体結晶成長が可能となる。これにより、高温度(約300℃以上)での作動が期待される耐熱性能の高い半導体機能装置(電力制御用素子、μチップ用論理素子)が実現可能となる。
事業実施年度 平成25年度~平成27年度
事業化状況 補完研究中(完成に向けて現在研究中)
対象としている素材 GaN系半導体結晶およびその多層構造結晶。

プロジェクトの詳細

プロジェクトに至った背景・経緯
次世代半導体(高電子移動度(14,000cm2/Vs)より高エネルギー変換効率のパワーデバイス及び高速ロジック用候補)として有力視されるGaN系半導体、中でもInGaN薄膜成長では低温成長(450-550℃)が望まれ、従来採用のMOCVD法(有機金属気相成長法)では対応できず、MBE法(分子線エピタキシー法)が注目される。このMBE法では、窒素ラジカルソースが重要となるが、従来の装置では十分な密度が得られず、MBE法に限界があるとされていた。この課題を解決し、更に高密度の窒素ラジカルソースを得るために、ラジカルソース構造の改良を目指した。
研究開発のポイント
InGaN等の半導体における低温成長(450-550℃)には従来採用のMOCVD法では対応できず、MBE法が注目される。このMBE法を実用化するには、窒素ラジカルソースの高密度化、更には内部エネルギーの高い窒素ラジカル生成が決め手となり、従来のラジカルソースでは対応できない。
我々の開発したICP(誘導結合プラズマ)とCCP(容量結合プラズマ)との混合プラズマ構成を更に改良して実用的なInGaN用高密度プラズマソースを実現し、事業化展開を狙う。
研究開発の具体的な成果
開発項目とその達成度を項目別にまとめると次のようになる。
(1)「基底状態(2S)窒素ラジカル密度」1012 cm-3 以上
(2)「励起状態(2D)窒素ラジカル密度」1011 cm-3 以上     
(3)「ラジカル照射面積」   400φ 以上       
(4)「均質性」         10% 以下       
(5)「継続稼働時間」      1 時間以上        
これら開発のキーポイントを整理すると、
・複合電極構造改良
・複合各電極へのRF電力分配率の最適化。
・照射面積確保へ向けたRF電極配置。
・電極配管構造の改良等、装置稼働の安定性向上。
となる。
利用イメージ、今後の活用が見込める分野・製品等
【研究開発成果の効果(波及効果も含む。)】
InGaN MBE用高窒素ラジカルソース開発に成功すれば、将来、InGaN薄膜がSiICのチャネル層として利用されるようになり、携帯電話、スマホ、タブレット等移動体通信用超高速電子デバイスや、量子ドット等を用いた高効率LED用等の幅広い応用が期待できる。
以上、HDRSの需要は大きくなると考える。Si ICの2010年の市場は25兆円(JEITA資料)、そのうち装置で2.5兆円。装置市場のうちMBE装置の採用比率を10%とすると2500億円、HDRSの分がその10%とすると、250億円程度の市場性がある。Si ICの2030年の市場規模は50~150兆円と推定され、500-1500億円の市場規模と推定される。

事業化への取り組み

事業化状況、規模 GaN MBE結晶成長装置、特に量産型装置のビジネスにおいて、Nラジカルソースの高密度化及びその大型化はGaN半導体ビジネスにおいて非常に重要なものとなっている。このGaN関連事業の展開予測としては、高性能LED用、次世代ロジック用。その市場規模は、前者、100-500台/年(2018-2030)(エピ装置の2割がMBEと仮定)、後者、8000-20000台/年(2020-2030)(ロジックの4割に搭載と仮定)と想定。更に販売予測としては、前者、1-50億円/年、後者、800-2000億円/年を想定。
事業化による効果 製品・技術の生産・普及体制において将来的に重要となるのは、量産型MBEメーカーとの共同評価である。この評価結果を受けて、トータルな量産型結晶成長装置製造を量産型MBEメーカーへの技術供与の下に実施する。
今回開発の高密度ラジカルソースは各種半導体プロセス装置に有効展開できる魅力的装置になる潜在能力を備えている。このラジカルソース装置を中核装置と位置づけて、更なるプロセス装置展開を図り、その事業展開を慎重に進めてゆく。
知財・広報活動 特許1件、外国出願1件
今後の見通し 現在量産型MBEメーカーとの共同評価実施中である。この評価結果を受けて、トータルな量産型結晶成長装置製造を量産型MBEメーカーへの技術供与の下に実施する。
この他今回開発の高密度ラジカルソースの特性を行こうに活用した新規結晶成長技術及び装置の開発、実用化更には事業化展開を考慮している。
当初の目標を踏まえた
上での達成度や
新たな課題
開発装置の当初設定目標はすべて達成している。
今後、早急に実機でMBE結晶成長性能評価を実施し、その目標達成後には早急に実用化段階に進めてゆく予定である。
この他に、今回開発装置の性能をフルに発揮できる新規な半導体製造技術、装置の実現に取り組む予定である。

研究開発の体制

事業管理機関 公益財団法人科学技術交流財団
法認定事業者 NUシステム株式会社 (現:NU-Rei株式会社)
研究実施機関 NUエコ・エンジニアリング株式会社 (現:NU-Rei株式会社)
国立大学法人名古屋大学
アドバイザー 伯東株式会社

PRコメント

今回開発の高密度窒素ラジカルソース装置は、GaN結晶成長技術の更なる発展と変革を可能にする優れた特性を有している。今後の窒化物半導体の活躍でいる領域を広げる重要な役割を果たせる装置になると確信する。今回はMBE技術の機能課題を解決するために開発しているが、この他の結晶成長技術、装置の実現に向けた有力な武器になる装置であると確信する。その展開を検討されることを期待する。

企業情報

社名 NU-Rei株式会社
(法人番号:1234567890123)
所在地 〒461-0004 名古屋市東区葵3丁目23-3 第14オーシャンビル5階
電話番号 052-933-1320
社員数 1名 (男性  1名、)
資本金 1,000千円
業種 その他の製造業
事業内容 プラズマ装置 開発・販売 その他
生産拠点エリア 国内 所在地:本社
海外生産対応 不可
主要な取引先 国立大学法人 名古屋大学、名城大学、伯東㈱、その他
本プロジェクトに
関する問い合わせ先
部署名
本社

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