高耐圧・高出力パワーデバイスの実現に向けた窒化アルミニウム系半導体基板、ダイオード、強誘電・高放熱材料の開発動向と将来展望【LIVE配信・WEBセミナー】

セミナー趣旨

■本セミナーの主題および状況（講師より）

★近年、高周波通信やパワーエレクトロニクス分野において、高電子移動度トランジスタ（HEMT）などの窒化物半導体デバイスの応用が進んでおり、さらなる高出力・高効率動作が求められています。GaNチャネル中に高密度な二次元電子ガス（2DEG）を形成するためにはバリア層の工夫が必要ですが、従来のAlGaNではGaNとの格子不整合による臨界膜厚の制限があり、2DEG密度の上限が規定されてしまうという課題がありました。そのため、従来とは異なる原理で大きな分極を生じさせる新規バリア層材料の導入が強く望まれています。

★窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素に代表される窒化物材料は、高電気絶縁性と高熱伝導性を併せ持つことから次世代パワーデバイス実装用基板として実用化されています。今後、パワー半導体実装形態の更なる小型化・高密度実装化が進展するとパワーデバイスの信頼性を維持向上させるために、パッケージング材料へ求められる要求はより厳しくなります。特に、その発熱密度上昇の対策は緊急の課題となっています。パッケージング材料にはセラミックス基板のみならず、種々の樹脂材料が用いられるが、それら材料には高熱伝導化のニーズがあります。樹脂の高熱伝導化を実現するためには窒化物放熱フィラーの充填が有望であります。

■注目ポイント

★AlGaNを上回る分極を持ちGaNと格子整合を保ちながら高密度な2DEGを実現できる可能性を秘めた新規材料「ScAlN」の構造的特徴や強誘電性などの基礎から解説！

★窒化アルミニウム系ショットキーバリアダイオードの研究進展について紹介！

★高放熱・窒化物材料の特徴と開発の進展、パワーデバイスへの応用展開について紹介！

セミナープログラム

【第1講】 強誘電性窒化物半導体の創成と電子デバイスへの応用

【時間】 13:00-14:15

【講演主旨】

　近年、高周波通信やパワーエレクトロニクス分野において、高電子移動度トランジスタ（HEMT）などの窒化物半導体デバイスの応用が進んでおり、さらなる高出力・高効率動作が求められています。GaNチャネル中に高密度な二次元電子ガス（2DEG）を形成するためにはバリア層の工夫が必要ですが、従来のAlGaNではGaNとの格子不整合による臨界膜厚の制限があり、2DEG密度の上限が規定されてしまうという課題がありました。そのため、従来とは異なる原理で大きな分極を生じさせる新規バリア層材料の導入が強く望まれています。
　本講座では、AlGaNを上回る分極を持ち、GaNと格子整合を保ちながら高密度な2DEGを実現できる可能性を秘めた新規材料「ScAlN」に注目し、その構造的特徴や強誘電性などの基礎から解説します。また、これまでに私達がおこなってきたスパッタ法によるScAlNエピタキシャル薄膜の成長技術について、広い組成領域での結晶構造や格子定数の評価、GaN HEMT構造上へのエピタキシャル成長の試みといった最新情報を紹介します。さらに、デバイス応用へ向けた不純物低減や極性制御の重要性、成長プロセスの最適化（成長温度の高温化やポストアニール処理など）による電気的特性向上のための留意点などについても紹介します。

【プログラム】

1.    はじめに：次世代窒化物半導体デバイス

2.    ScAlNの特徴：圧電性と強誘電性 

3.    ScAlNの結晶構造：ウルツ鉱構造の安定性と層状構造への相転移についての理論と現状 

4.    スパッタ法によるScAlN薄膜作製技術：成膜条件の最適化や金属・窒素供給比の制御 

5.    GaN上へのエピタキシャル成長：Sc組成による格子定数の変化とコヒーレント成長の実現 

6.    GaN HEMTバリア層への応用：ScAlN/GaNヘテロ構造の作製と界面の構造評価 

7.    課題解決と今後の展望：プロセス改善と実用化への期待

【質疑応答】

【第2講】 窒化アルミニウム系ショットキーバリアダイオードの研究進展

【時間】 14:25-15:40

【講演主旨】

(1) 本講演では、近年次世代パワーデバイス材料として注目を集めている窒化アルミニウム(AlN)について、その技術進展やデバイス開発状況をレビューし、その後、東京大学とNTT物性科学基礎研究所が共同研究で行なっているAlN系ショットキーバリアダイオードに関する基礎研究を扱う。AlNショットキーバリアダイオードにおける電流輸送機構や障壁高さ特性、障壁高さ局所低下を引き起こす結晶欠陥の解析、分極ドーピングを活用した超低損失AlN系ショットキーバリアダイオードについて先端研究を紹介する。
 
(2) 窒化アルミニウム(AlN)の基礎物性や材料としての特徴、デバイス応用上の優位性や現状の課題について包括的に学ぶことをねらいとする。特に、窒化物半導体に特有の混晶・ヘテロ接合技術によるバンドギャップ・分極のエンジニアリングについて、学術的に理解することができる。また、次世代の高耐圧・超低損失なパワーデバイスの最新の研究動向を知ることができる。

【プログラム】

※当該ご講演のご講演概要は上記【ご講演主旨】の掲載のみとさせていただきたく存じます。

【第3講】 高放熱・窒化物材料とパワーデバイスへの応用展開

【時間】 15:50-16:35

【講演主旨】

　窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素に代表される窒化物材料は、高電気絶縁性と高熱伝導性を併せ持つことから次世代パワーデバイス実装用基板として実用化されている。今後、パワー半導体実装形態の更なる小型化・高密度実装化が進展するとパワーデバイスの信頼性を維持向上させるために、パッケージング材料へ求められる要求はより厳しくなる。特に、その発熱密度上昇の対策は緊急の課題となっている。パッケージング材料にはセラミックス基板のみならず、種々の樹脂材料が用いられるが、それら材料には高熱伝導化のニーズがある。樹脂の高熱伝導化を実現するためには窒化物放熱フィラーの充填が有望である。本講演では、高放熱・窒化物材料の特徴と開発の進展、及び、パワーデバイスへの応用展開について紹介する。

【プログラム】

1.放熱材料のニーズ
　1-1.社会動向変化と放熱材料
　1-2.放熱材料の動向
　1-3.高熱伝導材料

2.窒化物放熱フィラーの特徴
　2-1.窒化アルミニウムの特性
　2-2.窒化アルミニウムの応用展開
　2-3.窒化アルミニウムフィラーの特徴
　2-4.窒化ホウ素の特性
　2-5.窒化ホウ素の応用展開
　2-6.窒化ホウ素フィラーの特徴

3.窒化物放熱フィラーの開発と評価
　3-1.窒化アルミニウムフィラーの最新動向
　3-2.窒化ホウ素フィラーの最新動向

4.窒化物放熱フィラーの表面処理技術
　4-1.窒化物フィラーの表面処理方法
　4-2.表面処理した窒化物フィラーの特性

5.窒化物フィラー/樹脂複合材料
　5-1.窒化物フィラー添加樹脂の特性
　5-2.高放熱樹脂部材の特性

【質疑応答】

【キーワード】

放熱材料、窒化物フィラー、AlN、BN、高放熱サーマルインターフェースマテリアル

【講演のポイント】

絶縁性・高熱伝導材料である窒化物フィラーとその応用技術について紹介する。窒化物材料の応用展開に興味のある方、お困りの方に取扱い方法について解説する。

セミナー講師

第1部　 東京理科大学　 先進工学部 / 准教授　 小林　篤　氏
第2部　 東京大学　 大学院工学系研究科 電気系工学専攻 / 講師　 前田　拓也　氏
第3部　 株式会社トクヤマ　 ニュービジネス本部 放熱アプリケーショングループ / グループリーダー　 金近　幸博　氏

セミナー受講料

【1名の場合】55,000円(税込、テキスト費用を含む)
2名以上は一人につき、16,500円が加算されます。

主催者

開催場所