【国际时事】日本将大力推动宽禁带半导体事业发展

昭和电工开始在内部生产SiC单晶衬底。加强SiC外延片的供应系统 （左为晶錠、右为SiC晶圆）

      功率半导体具有改变电压和频率以及转换功率的机能，决定这个性能的材料技术已经开始改变。在电动汽车（EV）等新领域，下一代材料作为传统硅的替代品正在引起人们的关注。应对大电流、高电压以及降低功耗的需求正在孕育新的商机。我们关注了旨在实现碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）和其他材料成长的各个公司的动向。(梶原洵子、大川谅介)

【对SiC加速投资】NEDO-186亿日元用于支持8英寸的研发

      “车载功率半导体正像黑白棋一样从硅向SiC转变。”大约在一年前昭和电工的高桥秀仁社长这样说道。现在正如这句话一样，市场正在稳步地开始改变，半导体公司加快了对SiC半导体的投资。

      昭和电工是世界上最大的在SiC衬底上制作同质外延片的供应商。近年来，与德国英飞凌科技公司、罗姆公司和东芝设备＆存储公司（东京港区）签订了一系列长期供应合同。咨询增多的同时，该公司还宣布，将在3月开始内部生产6英寸SiC单晶衬底。配合外部融资，该公司将确保衬底的稳定供应，并加强其SiC外延片供应体制。

      晶圆在半导体产业中是最为重要的素材之一。在全国SiC衬底制造商的培养也进入了一个新阶段。日本新能源产业的技术综合开发机构（NEDO）已决定提供约186亿日元，旨在继主流6英寸晶圆之后8英寸晶圆技术的三个研究计划的开发支持。包括昭和电工， OXIDE在内的两家公司和Central Glass正在各自采取新的方法，以确立稳定的高质量单晶的大规模生产技术。

      Central Glass使用溶液法在含有碳的硅溶液中生长晶体的方式进行研究。溶液法的特点是在结晶和热力学平衡过程中没有温度变化，与传统的气相法相比，它更容易提高晶体质量，也更容易使晶锭变长，从而通过切片更有效地生产更多的晶圆。在研究8英寸技术的同时，公司将 "首先尽快建立6英寸晶圆的大规模生产技术"。

【GaN on Si的成本优势】5G、6G应用的期待

      硅基氮化镓（GaN on Si）是在Si衬底上GaN结晶生长的材料。可以利用适合高频应用的氮化镓的特性，并且由于使用了广泛使用的硅衬底，预期成本会降低。除主要市场的EV外，预计在第五代通信（5G）和下一个6G通信标准领域也会采用。到目前为止，已经为几百伏范围内的中压设备开发了产品。

      为了高耐压，有必要在Si衬底上生长足够厚度的GaN层。然而通过化学气相沉积（CVD）生产氮化镓层存在技术上的挑战，例如由于热膨胀系数的不同而导致衬底的弯曲等问题。

      为了解决这个问题，美国的Chromis公司提出了一个解决方案，即QST衬底，这是一种可以在氮化镓沉积过程中抑制弯曲的专有材料。信越化学工业注意到了这一点。 它接手了Chromis的技术，并通过应用自己的GaN on Si技术开始将基底材料商业化。对QST衬底进行独特改良，开发出一种可应用于耐压1800伏以上的功率和高频器件的衬底材料。该公司还通过子公司生产和销售氮化镓沉积的晶圆，目的是在未来开发12英寸晶圆。

【高性能的GaN-on-GaN】样机在22年投入使用

      住友化学、三菱化学集团等公司将在2022年期间各自运营大尺寸GaN单晶衬底的样机。目前的氮化镓功率半导体是通过在硅衬底上生长氮化镓晶体制成的。相比之下，尽管仍处于研究和开发阶段，在GaN衬底上生长GaN晶体有望带来更高性能的功率半导体。

      住友化学董事兼高级管理执行负责人松井正数强调说：“GaN on GaN器件有望在耐受电压、工作频率和尺寸方面具有超越其他器件的特性”。GaN衬底的元素技术的开发已基本完成，重点将是提高产量和生产率。该公司还将致力于为新设备创造市场，目标在2024年度实现真正意义上的量产。

      三菱化学集团和日本制钢所已经在其量产生产示范设备中采用了低压酸性氨热法。氮化镓多晶体被溶解在超临界氨中，单晶被重新沉积。东北大学和日本制钢所合作设计了一种添加到氨水中的硬化剂，从而能够在比传统方法更低的压力下溶解大量的氨水。

【[日本发明]氧化镓】预计将被广泛用于可再生能源、国防等领域

      氧化镓（Ga₂O₃）是一种来自国家信息和通信技术研究所（NICT）、东京农工大学、Tamura等机构的研究小组世界上首次开发了用于功率器件的外延片"日本发明 "的材料。

      用熔融法生长单晶，已基本确立有效制造基片的技术。与其他新材料一样，它有望减少设备的功率转换损失，并在此基础上大大降低成本。另一方面，现有的器件结构需要进行大规模修改，以实现全部性能。

      “如果实用化取得进展，Ga₂O₃将能与SiC一样发挥出相同或更好的特性。未来，我们的目标是在高压领域取代SiC。"NCT（埼玉县狭山市）的仓又朗人社长讲出他们的战略。除电动车外，市场预计将普及到可再生能源和国防领域。

      作为Tamura的子公司的NCT是通过转让NICT的技术成立的。它销售用于研究和开发的基片和晶圆，并开展关于提高产量和薄膜沉积效率的技术研究。在设备开发方面，"基本技术正在进行中"（仓又社长），并计划将二极管和晶体管商业化。热衷于【希望大范围普及日本发明的材料】，并抓紧精进大规模生产的技术。