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・SiC、GaN、ダイヤモンド、酸化ガリウムを材料とした
　パワー半導体の特長と最新の研究を詳解！

・開発の第一線で活躍する研究者がパワー半導体の最新
　動向を解説！

・実用化に向けて課題となる実装、信頼性、EMC 問題に
　ついても紹介！

・電動自動車、電車、エアコン、超高電圧機器などへの
　適用も解説！

●執筆者

■監修者　　
岩室　憲幸　　筑波大学　数理物質系　教授　


■執筆者（執筆順）　　
岩室　憲幸　　筑波大学　数理物質系　教授　
大谷　　昇　　関西学院大学　工学部　教授
小林　拓真　　大阪大学　大学院工学研究科　助教　
木本　恒暢　　京都大学　大学院工学研究科　教授　
加藤　正史　　名古屋工業大学　大学院工学研究科　准教授　
原田　信介　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　先進パワーエレクトロニクス研究センター研究チーム長
喜多　浩之　　東京大学　大学院工学系研究科　准教授
野口　宗隆　　三菱電機株式会社　先端技術総合研究所　主席研究員
江川　孝志　　名古屋工業大学　大学院工学研究科　教授　
森　　勇介　　大阪大学　大学院工学研究科　教授
今西　正幸　　大阪大学　大学院工学研究科　准教授
守山　実希　　豊田合成株式会社　新価値開発部無機系開発室　室長（主監技師）
三川　　豊　　三菱ケミカル株式会社　ガリウムナイトライド技術センター開発グループ　マネジャー
秩父　重英　　東北大学　多元物質科学研究所　教授
栗本　浩平　　株式会社日本製鋼所　新事業推進本部フォトニクス事業室開発グループ
徳田　　豊　　愛知工業大学名誉教授
八木　修一　　株式会社パウデック　開発部門　取締役/電子デバイス技術総括
河合　弘治　　株式会社パウデック　技術最高顧問
成井　啓修　　株式会社パウデック　代表取締役社長
川原田　洋　　早稲田大学　理工学術院基幹理工学部　教授　
山田　英明　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　先進パワーエレクトロニクス研究センター
　　　　　　　ダイヤモンドウェハチーム　研究チーム長　　
嘉数　　誠　　佐賀大学　大学院理工学研究科　教授
金　　聖祐　　アダマンド並木精密宝石株式会社　ダイヤモンド基板開発統括本部　副統括本部長
植田　研二　　名古屋大学　大学院工学研究科　准教授　
加藤有香子　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　先進パワーエレクトロニクス研究センター主任研究員
平間　一行　　日本電信電話株式会社　NTT物性科学基礎研究所多元マテリアル創造科学研究部
　　　　　　　薄膜材料研究グループ　主任研究員
佐藤　寿志　　日本電信電話株式会社　NTT物性科学基礎研究所多元マテリアル創造科学研究部
　　　　　　　薄膜材料研究グループ　主任研究員
梅沢　　仁　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　先進パワーエレクトロニクス研究センター
　　　　　　　主任研究員
東脇　正高　　国立研究開発法人情報通信研究機構　未来ICT研究所小金井フロンティア研究センター
　　　　　　　グリーンICTデバイス研究室　室長
村上　　尚　　東京農工大学　大学院工学研究院　准教授　
熊谷　義直　　東京農工大学　大学院工学研究院　教授　
佐々木公平　　株式会社ノベルクリスタルテクノロジー　第一研究部　取締役CTO/部長　
山腰　茂伸　　株式会社ノベルクリスタルテクノロジー　第一研究部　取締役/スペシャリスト
倉又　朗人　　株式会社ノベルクリスタルテクノロジー　代表取締役社長　
四戸　　孝　　株式会社FLOSFIA　取締役/CSO
西中　浩之　　京都工芸繊維大学　電気電子工学系　准教授
陳　　伝彤　　大阪大学　産業科学研究所　特任准教授
菅沼　克昭　　大阪大学名誉教授
堀口　剛司　　三菱電機株式会社　先端技術総合研究所パワーモジュール技術部　主席研究員　
石井　佑季　　三菱電機株式会社　先端技術総合研究所電力変換システム技術部　主席研究員
長澤　　忍　　三菱電機株式会社　先端技術総合研究所電機システム技術部　研究員　
椋木　康滋　　三菱電機株式会社　先端技術総合研究所パワーモジュール技術部　グループマネージャー　
冨島　敦史　　東芝デバイス＆ストレージ株式会社　パッケージソリューション技術開発部　エキスパート　
溝口　　健　　東芝デバイス＆ストレージ株式会社　デバイス＆ストレージ研究開発センター　エキスパート
山田　　靖　　大同大学　工学部　教授
両角　　朗　　富士電機株式会社　半導体事業本部開発統括部パッケージ開発部要素技術一課　主査
大浦　賢一　　株式会社先端力学シミュレーション研究所　技術開発部
鶴田　和弘　　株式会社ミライズテクノロジーズ　パワエレ第2開発部　部長
山本　真義　　名古屋大学　未来材料・システム研究所　教授　
石田　秀俊　　パナソニック株式会社　インダストリー社技術本部エネルギーソリューション開発センター　主幹技師
中村　　孝　　大阪大学　大学院工学研究科　招聘教授/ネクスファイ・テクノロジー株式会社　代表取締役社長
田原　慎一　　ローム株式会社　研究開発センター融合技術研究開発部研究企画・管理G　技術主査
田島　宏一　　富士電機株式会社　パワエレシステムインダストリー事業本部開発統括部　パワエレ機器開発センター
　　　　　　　輸送システム開発部　主任



序論　次世代パワー半導体の研究開発動向 （岩室　憲幸）
　1．次世代パワー半導体への期待
　2．5G，xEV向け需要拡大への対応
　3．むすび

第1編　次世代パワー半導体の開発

第1章　SiCパワー半導体
第1節　SiC単結晶成長における結晶欠陥発生のメカニズムとその制御 （大谷　昇）
　1．はじめに
　2．昇華再結晶法によるSiCバルク単結晶成長
　3．SiCバルク単結晶に存在する結晶欠陥
　4．SiCバルク単結晶成長中の基底面転位の発生メカニズム
　5．おわりに
第2節　酸化排除による高品質SiC MOS界面の形成 （小林　拓真，木本　恒暢）
　1．SiC MOSFETの現状と課題
　2．異なる結晶面およびアクセプタ密度を有するSiC MOSFETの移動度制限要因の理解
　3．アルゴン熱処理による界面炭素欠陥の検出と低減
　4．酸化排除による高品質SiC MOS界面の形成
　5．まとめ
第3節　SiC電気特性の空間分解測定 （加藤　正史）
　1．はじめに
　2．キャリア再結合寿命測定技術
　3．高空間分解能測定（破壊測定）
　4．非破壊深さ分解測定
　5．表面再結合速度
　6．まとめ
第4節　SiCを用いた縦型スーパージャンクションMOSFETの開発 （原田　信介）
　1．はじめに
　2．SiCスーパージャンクション構造の製法
　3．マルチエピSJ-MOSFETの特性
第5節　SiCパワー半導体素子における抵抗要因の影響度の解明 （喜多　浩之，野口　宗隆）
　1．SiC MOSFET反転層移動度を解析するモデルと手法
　2．SiC MOS反転層移動度モデルの構築
　3．おわりに

第2章　GaNパワー半導体
第1節　GaNパワー半導体開発の現状と実用化 （江川　孝志）
　1．はじめに
　2．GaNパワーデバイスの優位性
　3．GaNパワーデバイスの開発動向
第2節　Naフラックス法によるGaN結晶育成技術の進展とその社会実装の展望
　（森　勇介，今西　正幸，守山　実希）
　1．はじめに
　2．Naフラックス法によるGaN結晶成長の変遷
　3．多点ポイントシード技術による高品質・大口径GaN結晶の作製
　4．HVPE法による厚膜成長
　5．FFC法の応用による結晶の成長面制御
　6．FFC法を活用したインクルージョンの低減
　7．GaN結晶の更なる大口径化
　8．まとめ
第3節　酸性アモノサーマル法によるGaN単結晶製造技術
　（三川　豊，秩父　重英，栗本　浩平）
　1．はじめに
　2．アモノサーマル法による結晶成長
　3．結晶品質評価
　4．結　言
第4節　DLTS法によるGaN中の点欠陥の評価技術 （徳田　豊）
　1．はじめに
　2．p-GaNのDLTS
　3．順電流通電効果
　4．おわりに
第5節　高耐圧なGaNパワーデバイス （八木　修一，河合　弘治，成井　啓修）
　1．はじめに
　2．PSJデバイス
　3．PSJデバイスの量産性
　4．まとめ

第3章　ダイヤモンドパワー半導体
第1節　ダイヤモンドパワーFET開発の現状と実用化の可能性 （川原田　洋）
　1．p型半導体としてのダイヤモンドの優位性
　2．インバータ回路の普及は意外と遅れている。その理由はノイズ
　3．2DHGをチャネル層に適用したダイヤモンドMOSFET
　4．まとめと将来性
第2節　大型単結晶ダイヤモンドの作製技術開発 （山田　英明）
　1．背　景
　2．低圧法について
　3．結晶成長による結晶の大型化
　4．結晶の高品質化
　5．大型結晶の加工技術
　6．まとめ
第3節　ダイヤモンド・ヘテロエピタキシャル結晶成長とダイヤモンドFETへの応用
　（嘉数　誠，金　聖祐）
　1．はじめに
　2．これまでのヘテロエピタキシャルダイヤモンド成長の研究
　3．サファイア基板上ヘテロエピタキシャルダイヤモンド成長
　4．傾斜したサファイア基板上へのステップフローモードを使ったヘテロエピダイヤ成長
　5．ヘテロエピダイヤ基板上のダイヤFET作製
　6．まとめ
第4節　ダイヤモンド半導体を用いた耐高温デバイスの作製と高性能化 （植田　研二）
　1．はじめに
　2．耐高温ダイヤモンドショットキーダイオードの作製
　3．耐高温ダイヤモンドパワーデバイスの作製
　4．耐高温ダイヤモンドトランジスタの作製
　5．まとめ
第5節　ダイヤモンドパワーデバイスの開発のための材料評価技術 （加藤　有香子）
　1．ダイヤモンドはどんな材料か
　2．デバイス開発のためのダイヤモンドの結晶評価の要素
　3．ダイヤモンドの評価手法
第6節　 NO2吸着とAl2O3パッシベーションによるダイヤモンドFETの熱的安定性改善と大電流動作
　（平間　一行，佐藤　寿志，嘉数　誠）
　1．はじめに
　2．NO2吸着とAl2O3パッシベーションによる高密度二次元正孔ガスの熱的安定化
　3．ダイヤモンドFETの高温環境での安定動作の実現
　4．多結晶ダイヤモンド基板上で－1 A/mmを越える大電流FETを実現
　5．まとめ
第7節　冷却フリー，耐環境エレクトロニクスに向けたダイヤモンド半導体素子の開発
　（梅沢　仁）
　1．はじめに
　2．パワーエレクトロニクス応用における性能予想
　3．高温動作ショットキーダイオードとMESFET
　4．ダイヤモンドショットキーダイオードの絶縁破壊と欠陥
　5．耐放射線特性

第4章　Ga2O3（酸化ガリウム）パワー半導体
第1節　b型酸化ガリウムパワーデバイス開発 （東脇　正高）
　1．はじめに
　2．パワーデバイス用途に重要なGa2O3物性
　3．Ga2O3トランジスタ
　4．Ga2O3ダイオード
　5．Ga2O3デバイスの実用化への課題
　6．おわりに
第2節　b型酸化ガリウム結晶の高純度成長法 （村上　尚，熊谷　義直）
　1．はじめに
　2．b型酸化ガリウムのハライド気相成長
　3．b型酸化ガリウムのトリハライド気相エピタキシャル成長
　4．おわりに
第3節　b型酸化ガリウム基板結晶とエピタキシャル膜の高品質化技術
　（佐々木　公平，山腰　茂伸，倉又　朗人）
　1．b型酸化ガリウムバルク単結晶基板
　2．b型酸化ガリウムのホモエピタキシャル成長技術
　3．まとめ
第4節　ミストドライ®法によるa型酸化ガリウムパワー半導体の開発 （四戸　孝）
　1．はじめ
　2．a型酸化ガリウム（a-Ga2O3）の特徴
　3．ミストCVD法
　4．a-Ga2O3パワー半導体デバイス
　5．まとめ
第5節　ミストを用いた半導体製造装置 （西中　浩之）
　1．はじめに
　2．ミストCVD法の開発
　3．ミストCVD法の原理
　4．ミストCVD法によるGa2O3の形成技術
　5．まとめ


第2編　次世代パワー半導体の実装技術と信頼性

第1章　パワー半導体・デバイスの実装技術
第1節　次世代パワー半導体に求められる実装技術 （陳　伝彤，菅沼　克昭）
　1．はじめに
　2．WBGパワー半導体の接合
　3．今後の展望
第2節　高精度なパワー半導体シミュレーション技術
　（堀口　剛司，石井　佑季，長澤　忍，椋木　康滋）
　1．はじめに
　2．SiC-MOSFETモデルのモデリング手法
　3．スイッチング動作の検証
　4．デバイスモデルの活用事例
　5．まとめ

第2章　パワー半導体・デバイスにおけるEMC
第1節　半導体集積回路EMCにおける国際規格動向 （冨島　敦史）
　1．はじめに
　2．半導体集積回路EMC国際規格審議と規格化
　3．半導体集積回路EMC国際規格
　4．半導体集積回路EMC測定法
　5．バストランシーバIC EMC評価
　6．半導体EMCモデリング規格
　7．集積回路EMC規格の動向
　8．おわりに
第2節　高精度なEMC予測を実現するパワー半導体向けデバイスモデリング技術
　（溝口　健）
　1．半導体デバイスモデリング
　2．ディスクリート素子向けデバイスモデリング
　3．まとめ

第3章　パワー半導体・デバイスの評価
第1節　パワー半導体における実装用接合材料の特性評価法 （山田　靖）
　1．はじめに
　2．求められる特性
　3．接合材料の動向
　4．接合部の特性評価法
　5．おわりに
第2節　SiCパワー半導体のパッケージ技術 （両角　朗）
　1．はじめに
　2．WBGパワー半導体の特性
　3．SiCパワー半導体のパッケージ技術
　4．おわりに
第3節　次世代パワー半導体における実装材料と寿命予測シミュレーション （大浦　賢一）
　1．はじめに
　2．伝熱－構造連成シミュレーションの枠組み
　3．寿命予測式
　4．寿命予測シミュレーションの評価事例
　5．封止樹脂の特性パラメータと予測寿命の分散分析
　6．ダメージパラメータ予測式ΔWと実験結果の比較検証
　7．まとめ


第3編　次世代パワー半導体の適用事例

第1章　自動車における次世代パワー半導体の実用化
第1節　電動自動車向けSiCパワー半導体の開発 （鶴田　和弘）
　1．はじめに
　2．コスト低減のための超低損失SiC-MOSFET
　3．おわりに
第2節　 電動航空機モデリング技術の最新動向と新材料パワー半導体の空飛ぶクルマへの適用効果
　（山本　真義）
　1．はじめに
　2．空飛ぶクルマのモデリング技術
　3．新材料パワー半導体適用による電動航空機の性能向上
　4．まとめ

第2章　通信・医療機器における次世代パワー半導体の実用化
第1節　GaN双方向スイッチとその回路応用 （石田　秀俊）
　1．はじめに
　2．ダブルゲート構造によるGaN双方向スイッチ
　3．GaN双方向スイッチのマトリクスコンバータへの応用
　4．GaN双方向スイッチの3レベルインバータへの応用
　5．まとめ
第2節　超高電圧機器へのSiCパワーデバイスの適用 （中村　孝）
　1．はじめに
　2．超高電圧スイッチングモジュール
　3．超高電圧直流電源
　4．医療機器への応用
　5．むすび

第3章　その他次世代パワー半導体の実用化
第1節　パワー半導体のエアコンへの適用 （田原　慎一）
　1．白物家電のパワー半導体
　2．RACの省エネ規制
　3．RACにおけるパワー半導体の主な使われ方
　4．RACの実動作での省エネ対策
　5．インバータ回路
　6．白物家電の最近の状況
　7．まとめ
第2節　SiCハイブリッドモジュールの鉄道車両への適用 （田島　宏一）