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イノベーション創出に向けたNEDOへの期待

天野 浩 名古屋大学大学院工学研究科・VBL・赤﨑記念研究センター

464-8603 愛知県名古屋市千種区不老町C3-1

平成27年02月12日(火)

東京国際フォーラム ホールB5・B7

NEDO FORUM

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研究支援から社会貢献までのタイムラグ

青色LEDの例

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科学技術振興機構（JST）

委託開発課題「窒化ガリウム（GaN）青色発光ダイオードの製造技術」

（新技術の代表発明者：赤﨑勇 当時、名古屋大学教授）、開発実施企業：豊田合成株式会社） 1987年4月～1990年3月

http://www.jst.go.jp/itaku/result/ef-1.pdf

研究支援から社会貢献までのタイムラグ

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研究支援から社会貢献までのタイムラグ

Year

LED lighting Other lighting LED ratio ×1000

Data from Fuji Chimera Research Institute, Inc., 2014 LED Related Market Survey

2020年に7% （=1兆円）の節電

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研究支援から社会貢献までのタイムラグ

1999：白色 LED

黄色蛍光体 青色LED

豊田合成㈱

中村修二 (日亜化学工業㈱、現在UCSB)

スマートフォン

© Rotatebot

光の三原色 ©Gussisaurio

ワイドギャップGaN 青色LED

赤﨑 勇 1981 名古屋大学教授

1992- 名城大学教授

(名古屋大学名誉教授)

1985 低温バッファー（修士課程） 1989 p型GaN（助手）

1989～1993： GaN低温バッファ

熱処理によるp型GaN

InGaN/GaN ダブルヘテロ

1987 JST

1995 事業化

1980 1985 1990 1995

Hiroshi Amano 1988 名古屋大学助手

1989 工学博士.

1992-2010 名城大学講師ー教授

2010 名古屋大学教授

1967年から48年目

1987年から28年目

1967年 AlN

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LED生産の現状

国・地域別LED生産量

株式会社富士キメラ総研 2014LED関連市場総調査(上巻)

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日本のエレクトロニクス産業の歴史

http://www.isipc.org/documents/sympo20090527/doc02_ogawa.pdf#search='小川紘一「プロダクト・イノベーションからビジネス・イノベーションへ」'

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これまでに受けたNEDOの援助

＊新規産業創造型提案公募事業 “半導体火炎ｾﾝｻによる省ｴﾈﾙｷﾞｰ燃焼制御技術に関する研究”(大阪ガス)

事業期間：1997年度～2000年度

＊国際共同研究助成事業(NEDOグラント) “Super widegap nitride semiconductors for UV lasers (紫外線レーザのための超ワイドギャップナイトライド半導体の研究)”(ASU、UB)

事業期間：2001年度～2004年度

＊基盤技術研究促進事業(民間基盤技術研究支援制度）“極限紫外短波長光半導体の実用化開拓” (大阪ガス、京セミ)

事業期間：2002年度～2006年度

＊ナノテクノロジー・材料分野プロジェクト “高効率UV発光素子用半導体開発”

事業期間：2004年度 ～2006年度

＊次世代照明等の実現に向けた窒化物半導体等基盤技術開発 “ナノエレクトロニクス半導体新材料・新構造技術開発－窒化物系化合物半導体基板・エピタキシャル成長技術の開発”

事業期間：2007年度～2012年度

＊新エネルギー技術研究開発 革新的太陽光発電技術研究開発（革新型太陽電池国際研究拠点整備事業） “ポストシリコン超高効率太陽電池の研究開発（広帯域AlGaInN）”

事業期間：2008年度～2014年度

＊次世代照明等の実現に向けた窒化物半導体等基盤技術開発/次世代高効率・高品質照明技術の基盤技術開発“LED

照明の高効率・高品質化に係る基盤技術開発”

事業期間：2009年度～2013年度

＊戦略的省エネルギー技術革新プログラム実用化開発 “低コストを実現するLED構造と製造プロセスの開発”(東京エレクトロン)

事業期間：2012年度～2014年度

＊ＳＩＰ／次世代パワーエレクトロニクス／ＧａＮに関する拠点型共通基盤技術開発テーマ

事業期間：2014年度～

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-1 10-12

-5 10-13

0

5 10-13

1 10-12

1.5 10-12

2 10-12

80 160 240 320 400 480

Curr

ent

(A)

Time(s)

0229a

Meij18-D Mesh electrodes

0V Flame response (d>4cm)

Room Light ONNo Room Light

No Filter No FilterFilter

U330Filter

U330

NEDOサポートによる紫外線LED開発の例

1990 2000 2010 2020 1980

AlGaNのMOVPE

AlGaN火炎検出器

AlGaN NUV LD

350 351 352 353 354 3550

500

1000

1500

2000

2500

3000350.9

RT, Pulse Duty 0.1%

current injection: 200mA

In

ten

sity

[a.u

.]

Wavelength[nm]

AlGaN UVB-LED

1997 2006 1986

創光科学

日機装株式会社

2012 2015

量産開始

＊ベンチャー設立まで9年間

＋量産まで更に9年間

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日本のエネルギー事情

2014.5.23

The Federation of Electric Power Companies of Japan

約300 TWh

火力

原子力

日本の年間発電量の推移

88.3

2011年3月11日

東日本大震災

■Nuclear ■Coal ■LNG ■Oil ■Hydro ■Geothermal and new energy

61.7 78.9 88.3

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出力規模 50万ｋW未満 100万ｋW未満 100万ｋW以上

停止中の原子力発電所

運転中の原子力発電所 建設中の原子力発電所

１ ２ ３ ４ ５ ６ ７

１ ２ ３

北海道 北海道電力㈱泊発電所

青森県 電源開発㈱大間原子力発電所

宮城県 東北電力㈱女川原子力発電所

１ ３ ２

福島県 東京電力㈱福島第二原子力発電所

３ ５

静岡県 中部電力㈱浜岡原子力発電所

茨城県 日本原子力発電㈱東海第二発電所

１ ２ ３ ４

１ ２ ３ ４ ５ ６

福島県 東京電力㈱福島第一原子力発電所

新潟県 東京電力㈱柏崎刈羽原子力発電所

鹿児島県 九州電力㈱川内原子力発電所

愛媛県 四国電力㈱伊方発電所

１ ２ ３ １

佐賀県 九州電力㈱玄海原子力発電所

１ ２ ３ ４

島根県 中国電力㈱島根原子力発電所

１ ２ ３

石川県 北陸電力㈱志賀原子力発電所

１ ２

日本原子力発電㈱敦賀発電所

１ ２

１ ３

１ ２ ３

１ ２ ３ ４

４

２

福井県

関西電力㈱高浜発電所

関西電力㈱大飯発電所

関西電力㈱美浜発電所

１

東京電力㈱東通原子力発電所

１

青森県 東北電力㈱東通原子力発電所

ベースロード電源の代替

：新規制基準への適合 確認申請した炉

■国内の商業用原子炉は４８基（新規制基準への適合性確認は１４原発２１基が申請）。

４

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ドイツの再生可能エネルギー

輸出は再生可能エネルギー

揚水式発電所とセット開発が必要

ベースロード電源の低下

⇒褐炭火力の割合増加

家庭用電力料金

家庭用電力料金は

ドイツが最も高コスト

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http://www.edn.com/Pdf/ViewPdf?contentItemId=4409627

GaNによる次世代イノベーションの可能性

GaAs

Si

GaN

電源回路における優位性 高周波回路における優位性

高周波回路における優位性

ワイドギャップと高いポテンシャル障壁による高温動作性能

ワイドギャップによる高い絶縁破壊電界

高いキャリア密度と電子移動度による大電流特性

低キャリア散乱および低い高周波ロスによる優れたノイズ要因

高い電子飽和速度および低い寄生容量による高周波動作

電源回路における優位性

電源回路における優位性

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http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20090930/175893/?SS=imgview&FD=571014812

http://www.nedo.go.jp/hyoukabu/articles/201208ntt_f/index.html

＊今後直流送電の可能性も?

＊直流電源，直流使用の機器がますます増大!

＊DC DCコンバータの利用増大!

増大する直流機器とトータルソルーションの必要性

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http://www.nict.go.jp/press/2010/08/24-1.html

今後懸念される電力消費の増大

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GaNパワーデバイスへの期待

インバーター （現在はSi）

損失（発熱）

5W 直流電力

100W

交流電力 95W

更に省エネルギーなエレクトロニクスを日本から

GaNは最高効率電力変換デバイスを実現

エネルギー損失

(100%@

Si-IG

BT)

0

20

40

60

80

100 ■スイッチ損失 ■伝導損失

5%の損失⇒0.75%に

Si 4H-SiC GaN （半導体材料）

全発電量を更に約9％削減 LEDと合わせ原子力発電分の半分を省エネルギー

高効率パワー半導体 （電力の制御・供給に不可欠なデバイス）

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GaNパワーデバイスの開発状況

2015年1月27日

Transphormと富士通セミコンダクター、福島県会津若松市の富士通セミコンダクターグループのCMOSプロセス互換150mmウェハー製造ラインにてTransphormの GaNパワーデバイス製品の量産開始

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GaN on GaN vs. GaN on Si

u-GaN 2.5μm

u-GaN基板

GaN:C 10µm

V/III 3400

Pg=200torr

u-GaN 400nm

Al0.25Ga0.75N 25nm

SiO2 スパッタ膜

Cドープバッファによる

縦方向耐圧の改善

HEMTドレイン耐圧1200Vを確認

1.0E-12

1.0E-10

1.0E-08

1.0E-06

1.0E-04

1.0E-02

1.0E+00

0 1000 2000 3000

I (A

/mm

2)

V (V)

GaN on Si（Ref） MJ0145(Ｎａﾌﾗｯｸｽ)

破壊ではなく、2000Ｖ測定の結果

Si基板上ｴﾋﾟ

Naﾌﾗｯｸｽ 基板上ｴﾋﾟ

Cﾄﾞｰﾌﾟﾊﾞｯﾌｧ 10mm

Cドープバッファにより縦方向耐圧1000V以上を達成

3000 V 1000 V

19/24 GaN Power Electronics, Dr. Matteo Meneghini

GaN on GaN(縦型) vs. GaN on Si(横型)

20/24

Source: S. Chowduri, IWN 2014

GaN on GaN(縦型) vs. GaN on Si(横型)

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Ammonothermal Method

M.P. D’Evelyn et al.,

Journal of Crystal Growth 300 (2007) 11

Na flux method

注目されるGaN基板成長法

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注目されるGaN基板成長法

Naフラックス法大型GaN基板育成装置 ・大容積 ・高純度 ・高均一性

同時育成した Φ6ｲﾝﾁ結晶 (as-grown)

150mm 150mm

2009年度～2013年度

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GaN基板の課題

C. M. Jackson et al., J. Appl. Phys.,

113, 204505(2013).

深い準位 基板品質

A社

B社

市販GaN基板

X線トポグラフ

DLOSによる界面／バルク捕獲準位

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NEDOへの期待

*これまでの援助に加えて、日本のエレクト

ロニクス産業が、同じ轍を二度と踏まないためにどうすれば良いか、是非お知恵とお力をお貸しください！