GaN技術による脱炭素社会・ライフスタイル先導イノベーション事業における成果について～次世代パワー半導体向け「GaN基板の大口径化」に成功～

１．事業の概要

　温室効果ガス排出量の2030年度及び2050年削減目標を達成するためには、将来の資源・環境制約等からバックキャストし、未来のあるべき社会やライフスタイルを実現するための技術を開発・実証し、将来に向け着実に社会に定着させることが必要です。特に、将来にわたるエネルギー制約やコロナ禍後の社会を見据え、一層の電化や省エネかつ豊かな社会・ライフスタイルを早期に実現することが重要です。

　本事業では、社会全体の大幅なエネルギー消費量削減のキーとなる、民生・業務部門を中心にライフスタイルに関連の深い多種多様な電気機器（照明、パワコン、サーバー、動力モーター、変圧器、加熱装置等）に組み込まれている各種デバイス（半導体）を高効率化し、徹底したエネルギー消費量の削減を実現する技術イノベーションの創出を目指しています。これまで本事業では、世界初の窒化ガリウム（GaN）デバイスを用いた超省エネルギー電気自動車「All GaN Vehicle(AGV)」や、従来比20%以上の電力消費量削減を達成した選択型マイクロ波加熱装置（電子レンジ）などの成果を創出しています。

　＜参考：これまでの事業成果について＞

https://www.env.go.jp/press/107322.html　

https://www.env.go.jp/press/106690.html

２．今回の成果

　次世代パワー半導体であるGaNパワー半導体の開発においては、課題である生産性向上（コスト低減）の実現に向け、GaN基板の高品質化・大口径化が求められています。GaN基板は、薄い種結晶を土台として､その上に結晶を厚く成長（堆積）させていくことで作製できます。成長した基板のサイズや品質は、種結晶に左右されるため、種結晶の大口径化・高品質化がパワー半導体としての生産性・性能向上において重要となります。

　今回、豊田合成株式会社は、大阪大学と共同で、ナトリウムとガリウムを混合した液体金属の中でGaNの結晶を成長させる手法（ナトリウムフラックス法）を活用し､世界最大級となる６インチを超える高品質なGaN基板（GaN種結晶）の作製に成功しました。今後は６インチの基板量産化に向けた品質の評価などを行い、更なる品質改善と大口径化（６インチ以上）を進める計画です。本成果は産業・家電機器、モビリティ、再生可能エネルギー機器など、社会のあらゆる場面での活用による電力ロスの低減、これによる大幅なCO2削減に貢献することが期待されます。

参考資料

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