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GaNパワーデバイスの技術展開    
[コードNo.12STA080]

■体裁/ B5判上製本 264ページ
■発行/ 2012年4月25日 S&T出版(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-86428-044-0
 
省エネ社会のキーテクノロジーとして注目されるGaNパワーデバイス。
その開発にむけた〈結晶生成〉から〈パッケージ〉まで関連技術を詳説!

著者

江川孝志名古屋工業大学
纐纈明伯東京農工大学
熊谷義直東京農工大学
村上尚東京農工大学
福田承生東北大学/(株)福田結晶技術研究所
吉田一男旭化成(株)
森勇介大阪大学
今出完大阪大学
丸山美帆子大阪大学
吉村政志大阪大学
岩谷素顕名城大学
河合弘治(株)パウデック
小宮山純コバレントマテリアル(株)
柳澤淳一滋賀県立大学
橋詰保北海道大学
中野由崇中部大学
土肥俊郎九州大学
會田英雄並木精密宝石(株)
鄒弘綱(株)アルバック
上村隆一郎(株)アルバック
渡邉純二熊本大学
後藤崇之三菱重工業(株)
井手健介三菱重工業(株)
Dr.Michael A. BriereACOO Enterprises LLC under contract to International Rectifier
藤原エミリオインターナショナル・レクティファイアー・ジャパン(株)
清水三聡(独)産業技術総合研究所
加地徹(株)豊田中央研究所
大塚信之パナソニック(株)
永井秀一パナソニック(株)
上田大助パナソニック(株)

目次

第1章GaNパワーデバイスの概要・特性・開発動向
1GaNパワーデバイスの歴史
2GaNパワーデバイスの性質
3GaNパワーデバイスの優位性
4GaNパワーデバイスの開発動向
4.1Si基板上へのGaN層ヘテロエピタキシャル成長
4.2Si基板上AlGaN/GaNHEMTの耐圧特性
5GaNパワーデバイスの将来展望
第2章GaN結晶成長技術(バルク)
1節HVPE法によるGaN結晶育成
1GaN-HVPE法の成長メカニズム
2HVPE法による窒化物結晶の成長
3原料分子制御HVPE成長
4GaN-HVPE成長の現状
2節アモノサーマル法によるGaNバルク結晶成長
1ハイドロサーマル法からアモノサーマル法への展開
2アモノサーマル法GaNバルク結晶基板による省エネルギー社会への期待
3アモノサーマル法の歴史
4アモノサーマル法結晶成長技術
5高温アモノサーマル法GaN結晶成長
3節Naフラックス法によるGaN結晶育成
1Naフラックス法によるGaN結晶育成技術
1.1板状種結晶上のGaN結晶育成技術
1.2微小種結晶上のGaN結晶育成技術
1.3将来展望
第3章GaN結晶成長技術(エピタキシャル)
1節MOVPE-サファイア基板上へのc面GaNの成長メカニズム
1サファイア基板上へのGaNの結晶成長
2サファイア基板上GaNの優位性
2節ワイドストライプELO-GaN成長とデバイス応用
1縦型パワー素子用GaN-ELO技術
1.1ELO技術概説
1.2大ストライプ幅ELO技術
2ELO-GaNを用いた縦型ショットキーダイオード
2.1ベース基板の分離
2.2縦型ショットキーダイオードの作製
3節MOVPEによる大口径GaN on Si基板の開発
1GOS基板の構造
1.1GOS基板におけるSi基板
1.2GOS基板におけるバッファ
1.3GOS基板におけるHEMT
1.4GOS基板の直径
2GOS基板の特性制御
2.1GOS基板の欠陥制御
2.2GOS基板の応力制御および反り制御
4節MOCVD-サファイア基板を要しない窒化ガリウム局所形成
1実験
2SiNx基板へのGaイオンビーム照射
2.1注入したGaの結合状態
2.2Gaイオン注入したSiNx膜で形成したGaNのアニール効果
2.3Gaイオン照射したSiNxの表面モフォロジー
3Gaイオン注入したSiNx基板上へのMOCVD法によるGaN成長
3.1Gaイオン注入の有無によるGaNの選択成長
3.2成長したGaNの結晶性の評価
3.3選択成長の機構
第4章GaN結晶の物性評価
1節GaN半導体の界面準位評価
1絶縁膜とGaNおよびAlGaN界面のバンドラインナップ
2界面準位とトランジスタ特性
2.1SiO2/(Al)GaN界面とトランジスタ特性
2.2SiN/(Al)GaN界面とトランジスタ特性
2.3Al2O3/(Al)GaN界面とトランジスタ特性
2.4High-k/(Al)GaN界面とトランジスタ特性
2.5Native-oxides/(Al)GaN界面とトランジスタ特性
2.6絶縁膜/AlGaN/GaN構造のC-V特性とその解釈
3課題と展望
2節AlGaN/GaNヘテロ構造の欠陥準位評価
1光容量法による欠陥準位評価の特徴
2AlGaN/GaNヘテロ構造の欠陥準位評価
2.1電流コラプス量の異なるAlGaN/GaNヘテロ構造
2.2GaNバッファ層の効果
第5章GaN結晶加工
1節GaN結晶基板の超精密加工技術
1基板加工の流れとCMPの役割
2コロイダルシリカによるCMP技術とGaN基板への応用
2.1コロイダルシリカによるCMP
2.2コロイダルシリカによるGaN基板加工の無じょう乱鏡面加工
3GaN基板の加工メカニズムから得た知見と高効率CMPの提案
3.1GaN基板のCMP加工メカニズムに関する一考察
3.2GaN基板の高効率CMPのための新技術
3.2.1大気アニール処理の導入
3.2.2CMP中のUV照射(紫外線)CMP法
3.2.3加工環境制御CMP法
4GaN基板の特異な結晶構造と表裏の加工特性―基板の反りコントロール―
2節GaNやサファイア基板のエッチング装置の開発
1エッチング技術
1.1ウェットエッチング、及びガスエッチング
1.2RIE(反応性イオンエッチング)
2ドライエッチング装置
2.1CCP
2.2ICP
3GaNやサファイア基板のエッチング
3.1GaNのドライエッチング
3.2サファイア基板のドライエッチング
4GaNパワーデバイスへのエッチング適用例
4.1GaNのドライエッチング
4.2基板のドライエッチング
5今後の技術展開
3節紫外光励起による材料表面の超平滑化
1半導体基板の超平滑化研磨技術
1.1CMP(ChemicalMechanicalPolishing)
1.2MCP(Mechano-Chemical-Polishing)
1.3化学研磨
2紫外光励起による半導体の研磨技術
2.1紫外光励起による半導体基板の研磨技術メカニズム
3紫外光励起研磨技術の実際
3.1SiC単結晶の紫外光励起研磨特性
3.2GaN単結晶の紫外光励起研磨特性
3.3ダイヤモンド単結晶の紫外光励起研磨特性
3.4紫外光励起研磨技術の今後の展開
4節常温ウェーハ接合装置(GaNを1事例として)
1常温接合の原理と特徴
2常温接合の応用と接合事例
3常温ウェーハ接合装置
第6章GaNパワーデバイスの応用
1節GaN(窒化ガルウム)系パワー・デバイスの技術動向と応用
1新材料GaN
2GaNのための基板とプロセス
3大量生産でのGaNの信頼性
4ノーマリーオン・デバイス対ノーマリーオフ・デバイス
5パッケージの寄生成分を最小化
2節GaN系パワーデバイスの性能予測
1デバイス性能の比較について
2GaNやSiC材料に適した素子構造
2.1IGBT及びpnダイオード
2.2プロセス上の問題点
2.3p形半導体の活性化率および移動度
2.4SJ構造を用いたFET
2.5MOS抵抗と基板抵抗
3SiC、GaNおよびSiC材料を用いたパワーデバイスの理論限界
3.1パワースイッチング素子の損失
3.2絶縁破壊電界Ecの小さい素子と大きい素子の比較
3.3スイッチングデバイスの損失の最適化および発熱密度
3.4Si、SiC、GaNの損失限界の比較
3.5Si、SiC、GaNデバイスの使い分けについて
4回路技術から見た課題
3節縦型GaNデバイスの開発
1縦型デバイスの基本構造
2縦型GaNパワーデバイスの開発
2.1プレーナゲート構造縦型GaN-HFET
2.2トレンチゲートMISFET
2.3その他の報告例
2.4縦型GaNデバイスの課題
3縦型ダイオードとGaN基板
3.1ショットキーダイオード
3.2pnダイオード
4節パワーデバイスパッケージング技術
1新型パワーデバイスの特長を活かすパワーデバイスパッケージング技術
1.1GaNパワーデバイスとは
1.1.1GaNパワーデバイスの特徴
1.1.2ノーマリオフ型GaNパワーデバイスの構造
1.1.3ノーマリオフ型GaNパワーデバイスの用途
1.1.4ノーマリオフ型GaNインバータIC
1.1.5ノーマリオフ型GaN双方向スイッチ
1.2GaNパワーデバイスの特長を活かすためのパッケージの課題
1.2.1GaNパワーデバイス全体からの発熱
1.2.2GaNパワーデバイス内部の発熱
1.2.3パワーデバイスの放熱特性の向上
1.2.3.1放熱板を用いた両面放熱構造
1.2.3.2直接液浸による両面放熱構造
1.3パワーデバイスを取り巻く各種部材の技術課題
1.3.1パッケージの絶縁破壊電圧の向上
1.3.2半導体チップ実装基板の熱抵抗の低減
1.3.3リードフレームと半導体チップ間の電気接合の信頼性向上
1.3.4パッケージのインダクタンスの低減
1.3.5封止材料の耐熱性向上
1.3.6高温化に伴う接合部信頼性向上
1.3.7モジュール内部の熱応力の抑制
1.3.8モジュール外部への熱輸送特性の向上
1.3.9回路基板への実装容易性および接続信頼性の向上
2先進パッケージング技術1-フレーム直接接続型両面放熱面実装パッケージ技術-
2.1フレーム直接接続型両面放熱面実装パッケージ構造
2.2フレーム直接接続型両面放熱面実装パッケージの特性
2.2.1過渡熱抵抗特性
2.2.2インバータ駆動特性
2.2.3スイッチング特性
3先進パッケージング技術2-直接液浸冷却パッケージ技術-
3.1直接液浸冷却パッケージ構造
3.2熱抵抗測定方法
3.3直接液浸冷却パッケージの特性
3.3.1作動液の効果(ヒートシンク無)
3.3.2ヒートシンク依存性
3.3.3作動液の種類およびコンテナ長依存性
3.4直接液浸冷却パッケージの展開



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