2019年3月18日更新

プロジェクトに至った背景・経緯

SiCやGaNは、パワーエレクトロニクスシステムの更なる高出力密度化を可能にするものと期待されている。しかしコストにおいてSiと置き換えられるレベルを実現しなければ、自動車等への採用は進まない。また基板の表面にわずかでも傷があれば不良品となるため、SiC及びGaN基板を傷なく高品位に平坦化することが非常に重要である。
この課題を解決するために、基板の原子レベルの平坦化が可能であり且つ無欠陥である大阪大学で発明されたCARE法に着目し、より安全性と経済性を高め、SiC及びGaN基板の量産加工が可能な平坦化加工技術を開発するに至った。

研究開発のポイント

従来のCARE法は、加工液であるフッ化水素酸（HF）の大量消費によるコスト、触媒材料である白金（Pt）、及び基板加工後の王水洗浄によるコストが課題であった。
そこで、加工液保持型基板回転ヘッドの開発によりHFの量を1/4以下、新規触媒としてニッケル（Ni）を使用することにより従来コストの1/2000にし、且つ新洗浄技術を加えることにより、洗浄コストを20％削減した。
研究開発のポイントは、CARE法に小振幅揺動方式を取り入れた点である。この方式により、高品位な基板加工を維持しつつ、コスト削減を実現させることが可能になったといえる。

研究開発の具体的な成果

新たな機構を取り入れたCARE法においても、SiC及びGaN基板を原子レベルに平坦化させ、且つ無欠陥であることに変わりはない。基板が平坦且つ無欠陥であることは、デバイスのリーク電流を1～2桁低減できる省エネ効果を実現させ、歩留率の向上、更には自動車や航空機等の安全性を確保することに結び付く。
また異種基板を用いた結晶成長技術には限界があるといわれており、大きな性能向上を図るうえでも、SiC及びGaNの単結晶が切望されている。CARE法は、種結晶の創成に対しても利用可能であり、結晶欠陥低減においても重要な役割を果たすといえる。

地球温暖化や省エネ対策が国際的な重要課題になっている。本開発技術は、自動車、電車をはじめ、電力、一般産業用、民生用の次世代パワーデバイスに広く適用できるものであり、安全性やコストを大幅に改善できるため、標準技術としての普及が期待できる。
2020年には、自動車や新幹線にSiCインバータを搭載することが、発表されている。また、GaNも優れた高周波性能により、パワーデバイスの応用開発が急速に進められている。CARE法を用いれば、これら材料の完全な表面品質を創成することで、結晶本来の特性を引き出すことが可能になる。