国立先进产业科学技术研究院[会长:中钵良二](以下简称“AIST”)成立于2016年4月1日“AIST-NU GaN 先进器件开放创新实验室;GaN-OIL”[实验室主任:清水美里]与国立大学法人名古屋大学[校长:松尾精一](以下简称“名古屋大学”)共同成立。在 AIST开放创新实验室 (OIL)GaN-OIL是AIST自2015财年开始的第四次中长期计划中倡导的“桥梁建设”的新型研究机构,而GaN-OIL就是其中的第一个。
为了解决能源问题并实现先进的信息社会,半导体器件具有出色的能源效率和高速运行非常重要。其中,使用镓(Ga)基氮化物的半导体技术的开发和进步被认为在实现绿色创新方面发挥着重要作用,镓(Ga)基氮化物作为比传统材料具有更高性能的半导体材料而受到关注。
名古屋大学正在由 2014 年诺贝尔物理学奖获得者天野浩教授领导的氮化镓 (GaN) 创新基础研究。另一方面,产业技术研究院通过与晶体设备制造商、大型家电制造商、大学等的联合研究,拥有实现器件产业化的研发记录。此外,以名古屋大学为中心,包括产业技术研究院等相关研究机构以及跨行业的民间企业在内的GaN研究联盟的活动也变得更加活跃。
AIST 和名古屋大学因此将在名古屋大学建立一个新的 AIST 基地,以便合作研究和开发各种氮化物半导体器件,并促进其实际应用和社会实施。在GaN-OIL,我们将通过构建产学官网络,加强以“桥接”为目的的基础研究,开发氮化物半导体技术产业化和实际应用所需的晶体技术、器件技术、电路技术等。
我们将重点发展电力电子电路技术、功率器件设计/评估技术、制造工艺技术。
电力电子是一种在直流和交流电源之间进行高速、高效切换和频率转换的技术,并使用半导体元件(功率器件)进行电力转换和控制。迄今为止,硅(Si)一直被用作功率器件的材料,但减少功率转换过程中发生的功率损耗的技术发展已达到极限,碳化硅(SiC)和GaN作为功率器件新材料的研究正在取得进展。
使用SiC和GaN等材料的功率器件由于其材料特性而具有比Si更低的功率损耗的优点,但为了将它们投入实际使用,需要建立作为器件或电路的高可靠性,并且不仅能够简化器件本身,而且能够提高整个系统的效率。
当前的GaN功率器件能够高速运行,但存在可靠性问题,并且无法充分利用GaN的材料特性。因此,在GaN-OIL,我们将阐明晶体缺陷与制造工艺变化和器件特性之间的关系,开发新的器件结构和制造工艺,并超越简单的器件开发,推动包括电路技术在内的开发,旨在将该技术扩展到需要进一步节能的汽车和家电领域以及预计加速研发的机器人领域。
迄今为止,GaN 通过蓝光 LED 和其他器件的实现,扩大了其作为发光器件的使用范围。潜力依然巨大,我们将继续重点研究GaN高方向性高亮度LED,以及通过生长高铟(In)含量的InGaN晶体来开发发光波长控制技术。
GaN高方向性micro-LED由于可以聚焦光的方向而具有高能效,有望用于下一代便携式和可穿戴信息设备的低功耗显示器以及耐高温、高速光通信模块。然而,实现稳定方向性的技术尚未建立,并且尚未达到预期的省电性能。因此,GaN-OIL将与在GaN/InGaN晶体生长技术方面拥有世界最高水平经验的名古屋大学合作,基于AIST提出的独特方向控制技术开发和商业化基于GaN的高方向性LED。
此外,如果我们建立一种采用MO-CVD(金属有机化学气相沉积)的高In含量InGaN晶体生长技术,该技术配备了不需要真空状态的负压等离子体源,预计将对使用氮化物半导体的全色发光器件的实现以及具有全新功能的电子器件的研发产生影响。
在GaN-OIL,我们将利用与名古屋大学的交叉任命系统,在氮化物半导体晶体生长等基本物理特性方面具有很高的研究潜力,收集技术种子并与人力资源合作开发氮化物半导体器件,并将“桥接”研究推进到工业界。此外,我们还将通过NEDO项目等项目与国内企业开展联合研究,推进技术开发更加贴近实际应用,推动GaN器件相关研发。
2016 年 4 月 12 日星期二,我们在名古屋大学东山校区举行了“AIST-名古屋大学氮化物半导体先进器件开放创新实验室”(GaN-OIL) 的开幕仪式。
中钵会长致辞并说明成立目的后,名古屋大学松尾校长致开幕词,来自经济产业省、文部科学省、爱知县及产业界的嘉宾致贺词。
仪式后半场,在名古屋大学天野教授的纪念讲座后,清水实验室主任(AIST)和宇治原副主任(名古屋大学)介绍了GaN-OIL研究政策和内容,NEDO主任佐藤介绍了该项目。
许多人前来参观,我们揭开了 AIST 首个开放创新实验室 (OIL) GaN-OIL 的面纱,该实验室的成立是为了开发有助于解决能源问题和实现先进信息社会的氮化物半导体技术,并通过构建产学界网络来加强桥梁功能。