次世代パワー半導体材料、酸化ガリウム急浮上−京大発ＶＢがＳＢＤ開発

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  酸化ガリウム半導体のショットキーバリアーダイオードのサンプル

次世代パワー半導体の材料の候補に、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）が急浮上している。電力変換効率に優れ、実用化が進む炭化ケイ素（ＳｉＣ）より高性能で、生産コストも抑えられるという。京都大学発ベンチャーのＦＬＯＳＦＩＡ（フロスフィア、京都市西京区、人羅俊実社長、０７５・９６３・５２０２）が、Ｇａ２Ｏ３製のショットキーバリアーダイオード（ＳＢＤ）を開発。実用化の研究で先行するＳｉＣや窒化ガリウム（ＧａＮ）を追い越そうと、事業化を目指している。（京都・園尾雅之）

ＦＬＯＳＦＩＡがＧａ２Ｏ３製ＳＢＤの試作開発に成功したのは２０１５年。電力変換効率に大きな影響を与えるオン抵抗を、ＳｉＣ製ＳＢＤと比べて８６％低減できることを確認した。さらにスイッチング時の電力損失を削減できることも実証。現在はこれらの研究成果を踏まえ、１８年中の量産化に向けて準備中だ。

一般的にＧａ２Ｏ３は、良質なＰ型層の作製が困難とされる。そのためＰＮ接合による電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を実現できず、パワー半導体の材料として採用することは非現実的との見方が強かった。

しかし同社では、１６年にＧａ２Ｏ３と同じ「コランダム構造」を持つ酸化イリジウムでＰ型半導体の作製に成功した。Ｎ型のＧａ２Ｏ３と組み合わせてＰＮ接合できれば、高性能なＦＥＴを実現できるという。同社はＳＢＤに続き、ＦＥＴの研究開発も進めている。

同社の中核技術は京都大学の藤田静雄教授らが開発した「ミストＣＶＤ（化学気相成長）」にある。液体原料をミスト状にして基材に成膜する仕組みで、従来のＣＶＤでは難しかった素材も扱えるのが特徴だ。

非真空状態で成膜するため真空ポンプ装置が不要で、大幅な低コスト化や成膜面積の大型化などが可能になる。

特に低コスト化への期待は高い。次世代パワー半導体として有力なＳｉＣは、現在主流のシリコンと比べ圧倒的に価格が高い点が普及のネックとなっている。人羅社長は「Ｇａ２Ｏ３ではシリコンと同等のコストで、ＳｉＣ以下の電力損失を目指している」と力を込める。

調査会社である富士経済（東京都中央区）は、Ｇａ２Ｏ３の市場規模が２５年に７００億円に達し、ＧａＮの市場規模を追い抜くと予想する。

２３年ごろにはＳｉＣと比べても優位性が際立つとしている。人羅社長も「Ｇａ２Ｏ３への期待度がここ１年で劇的に変わってきた」と話す。

ただ、これまで産学官が研究開発や事業化に大規模な投資を続けてきたＳｉＣやＧａＮに比べると、Ｇａ２Ｏ３の研究は緒に就いたばかり。

次世代パワー半導体の本命に躍り出るには、半導体メーカーなど各社が、これまで以上に研究開発などにリソースを振り向ける必要がある。