日本文部科學省(簡稱“文科省”)將于2016年度內(nèi)啟動名為“有助于實現(xiàn)節(jié)能社會的新一代半導(dǎo)體研究開發(fā)”的GaN功率元件開發(fā)項目。相關(guān)負責人介紹說，“這是文科省的第一個電子元器件項目”。該項目的核心力量是2014年諾貝爾物理學獎得主——名古屋大學的天野浩教授領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)小組。項目為期5年，第一年(2016年度)的預(yù)算為10億日元。

天野教授2014年因發(fā)明藍色LED而獲得諾貝爾物理學獎，據(jù)介紹，這也是設(shè)立該項目的一個契機。在日本內(nèi)閣府和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省都有新一代功率半導(dǎo)體研發(fā)項目的情況下，“此項目的特點是瞄準(功率元件的)用途，回過頭去做GaN的基礎(chǔ)研究，解明其原理”(文科省負責人)。

分晶體、器件、評價3個研究領(lǐng)域

該項目設(shè)置了三大研究領(lǐng)域，第一是開發(fā)適合功率元件的高品質(zhì)GaN晶體。這是該項目的核心。將以名古屋大學為中心，還有大阪大學及豐田中央研究所(豐田中研)等參加，項目負責人是天野教授。

在這個核心點上，為了制作缺陷少的高品質(zhì)GaN晶體，將考慮確立在晶體生長過程中實時觀測情況，以解明缺陷機制和加以控制的技術(shù)。并且，還將通過新的晶體生長模擬來解明晶體生長過程及控制方法。目標是實現(xiàn)“第一性原理計算”、“熱力學分析”、“數(shù)值流體力學”3者無縫連接進行分析的“多物理場晶體生長模擬”。

第二是制作功率元件的“功率器件與系統(tǒng)領(lǐng)域”。這部分由曾在豐田中央研究所進行GaN類半導(dǎo)體元件研究、目前就職于名古屋大學的加地徹擔任負責人。有日本北海道大學、日本法政大學及豐田中研等參加。

第三是評價前兩個領(lǐng)域制成的晶體和功率元件的“評價基礎(chǔ)領(lǐng)域”。由日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)的小出康夫擔任負責人。有東北大學、豐田合成及富士電機等參加。

2030年實現(xiàn)開關(guān)頻率1MHz以上、輸出功率100kVA以上

此次的項目瞄準2030年實用化，提出了5年后要達成的研究目標。2030年的實用化目標大致有兩方面。第一，實現(xiàn)開關(guān)頻率1MHz以上、且以100kVA以上的輸出功率工作的功率元件。打算主要通過在GaN基板上層疊GaN類半導(dǎo)體的“立式”元件來實現(xiàn)。

第二，實現(xiàn)在功率元件上集成控制電路等外圍電路的“智能功率器件”。設(shè)想主要通過橫式元件實現(xiàn)。

為了完成2030年的這些目標，5年后要達成的目標如下。

在晶體領(lǐng)域，不僅是要制作高品質(zhì)的晶體，而是要制作適合功率元件的晶體。要明確晶體缺陷的發(fā)生機制，開發(fā)晶體生長模擬方法等。

在功率元件領(lǐng)域，將瞄準量產(chǎn)，開發(fā)能穩(wěn)定制作該元件的技術(shù)。在評價領(lǐng)域，要制定肖特基結(jié)、PN結(jié)及MIS結(jié)等“基礎(chǔ)元件構(gòu)造”的電氣評價標準，也就是“以制作TEG(TestElementGroup)為目標”(文科省負責人)。