酸化ガリウムをHVPE法で6インチウエハー上に世界で初めて成膜大陽日酸ら

6インチテストウエハー上に成膜したβ-Ga₂O₃薄膜

NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）は2022年3月1日、同機構の「戦略的省エネルギー技術革新プログラム」において、大陽日酸が東京農工大学、ノベルクリスタルテクノロジーと共同で、6インチウエハー上に、酸化ガリウム（β-Ga₂O₃）をハライド気相成長（HVPE）法で成膜することに世界で初めて成功したと発表した。成膜コストが課題となっていたβ-Ga₂O₃エピウエハーの大口径／低コスト化に繋がる。

炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）と比べ、大きなバンドギャップを持つ酸化ガリウム（β-Ga₂O₃）によるトランジスタやダイオードは、高耐圧や高出力、高効率（低損失）といった優れたパワーデバイス特性を備えるものとして期待されている。

ノベルクリスタルテクノロジーは、β-Ga₂O₃パワーデバイスとして2021年に、ハライド気相成長（HVPE）法を用いた小口径4インチβ-Ga₂O₃エピウエハーを開発し、製造と販売をしている。このエピ成膜のベースとなるβ-Ga₂O₃ウエハーは、SiCやGaNと異なり、大口径／低価格なβ-Ga₂O₃ウエハーを得やすく、パワーデバイスの低価格化に有利になる。

しかし、HVPE法は原料コストが安く、高純度成膜ができる一方、成膜装置が2インチまたは4インチと小口径で、枚葉式のものしか実用化されていないという課題があり、成膜コストの低減には、HVPE法による大口径（6インチまたは8インチ）でバッチ式の量産装置が必要とされていた。

そこで大陽日酸は、NEDOの「戦略的省エネルギー技術革新プログラム／次世代パワーデバイス向け酸化ガリウム用の大口径量産型エピ成膜装置の研究開発」プロジェクトにて、β-Ga₂O₃を成膜する大口径量産型エピ成膜装置（量産装置）として、6インチ枚葉式HVPE装置を開発。β-Ga₂O₃の6インチテストウエハー（サファイア基板を使用）上への成膜に世界で初めて成功した。

開発したβ-Ga₂O₃成膜向け6インチ枚葉式HVPE装置の外観

また、成膜条件の最適化や独自の原料ノズル構造を採用。6インチテストウエハー上でのβ-Ga₂O₃成膜を実証し、β-Ga₂O₃膜厚分布±10％以下を達成するなど、面内での均一な成膜も確認している。

6インチテストウエハー上でのβ-Ga₂O₃の膜厚分布

今回、大口径基板への成膜技術やハードウエアの設計技術を確立したことで、β-Ga₂O₃成膜装置のプラットフォームを構築できる。これは大口径バッチ式量産装置の開発を大きく進めるもので、β-Ga₂O₃成膜プロセスと、デバイスの適用による消費電力の削減により、省エネルギー効果量が2030年時点で21万kL／年程度見込める。

大陽日酸は今後、β-Ga₂O₃成膜向け量産装置の開発を続け、6インチβ-Ga₂O₃ウエハーを用いてエピ成膜し、高品質なβ-Ga₂O₃エピ成膜技術を開発していく。また、β-Ga₂O₃エピウエハーの量産技術を確立した後、2024年度に量産装置の製品化を目指す。

β-Ga₂O₃パワーデバイスが広く普及することで、産機用モータ制御のインバーターや住宅用太陽光発電システムのインバーター、次世代EVなどの省エネルギー化が見込めるという。

酸化ガリウムをHVPE法で6インチウエハー上に世界で初めて成膜　大陽日酸ら