縦型GaNパワー半導体のブレークスルーに、新技術の詳細と展望：信越化が育ててOKIが剥がす（2/4 ページ）

省エネ化／低炭素社会のキーデバイスとして注目されるGaN（窒化ガリウム）を用いたパワー半導体。OKIと信越化学工業のタッグが、その本格的な普及のための課題解決につながる新技術を開発した。同技術の詳細や開発の経緯、今後の展望を聞いた。

[永山準，EE Times Japan]

高品質＆厚膜GaNを低コストで、QST基板の特長

　従来のシリコン基板上にGaNを形成するGaN on シリコンの場合、シリコンとGaNの熱膨張係数が大きく異なるため、引張応力で大きなソリが生じてしまう。QST基板は、熱膨張係数がGaNと一致していることから、ソリが小さくクラックの抑制も可能なため、大口径で高品質な厚膜GaNエピタキシャル成長が可能になるという。山田氏によると、同社では既に20μm以上のGaNエピタキシャル成長を、高品質で実現しているという。山田氏は「いくつかの工夫によって、欠陥密度は5×10⁶程度を実現している。つまり、一般的なGaN on シリコンの1000分の1程度まで下げることが可能になっている」と説明している。

QST基板の特長その1。熱膨張係数がGaNと一致し、高品質な厚膜GaN成長を実現する［クリックで拡大］ 出所：OKI／信越化学工業

　また、熱膨張係数がGaNと一致していることからバッファー層も簡略化が可能となる。下図の通り、6μmのGaN層成長を行うケースでは、シリコン基板を用いた場合の半分の成長時間で、GaN層の厚さは約2倍にすることができるという。山田氏は、「エピタキシャル装置のスループットが上がり、コストも低減できる」と述べていた。

QST基板の特長その2。バッファー層を簡略化でき、「シリコン基板を用いた場合の半分の成長時間で、GaN層の厚さは約2倍に」［クリックで拡大］ 出所：OKI／信越化学工業

　さらに、GaN on シリコン用の場合、ソリ抑制のために厚い基板が必要となり（6μmのGaN成長を行う場合、1mm以上の厚さが必要）、特別仕様の半導体装置を用いているというが、ソリの小さいQST基板ではSEMIやJEITA規格に準拠する基板厚みで対応可能なため、装置の改造／改良は不要で「一般的なシリコンのプロセスをそのまま使用できる」という。また、QST基板はセラミックコアであり大口径化も可能で、信越化学では既に8インチまでラインアップがある。山田氏は、「われわれの8インチのQST基板が、2インチのGaN基板と同程度の価格だ。つまり、QST基板でデバイスを作る場合、一度でおよそ16倍の数を作ることができ、大幅な低コスト化が可能だ」と説明している。同社は300mm（12インチ）のQST基板も開発中で、2024年中にサンプル提供を開始する予定だ。

QST基板のその他の特長。「標準規格の基板厚」「大口径化の実現」「CFBとの高い親和性」「さまざまなGaNデバイスで実証済み」［クリックで拡大］ 出所：OKI／信越化学工業

　このほかの特長として、QST基板は既にさまざまなGaNデバイスを実証済みであること、そして今回のOKIのCFB技術と高い親和性があることを挙げた。