窒化ガリウムパワー半導体素子の信頼性に関する研究

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窒化ガリウム（GaN）パワー半導体は、低損失動作を実現する高い特性を持つため次世代の省エネデバイスとして注目されているが、長期的な信頼性の確保と動作電流の増加が実用化に向けた課題である。本研究では、デバイスの高性能化には欠かせない、デバイスの高い信頼性を確保するする目的で、電流コラプスのメカニズムの分析を行いその防止に貢献する。具体的には、①TCADによるシミュレーションによる机上検討および電流コラプスのシミュレーションを行った。②パワーエレクトロニクス高電圧回路での連続運転中の電流コラプスを計測する方法を開発し、GaN-Systemsの素子を実際に評価した。このような評価は世界で初めてだと思われる。この結果をもとに実用上の影響を調査した。シミュレーションでは、ゲートリーク現象をTCADで再現することをでリーク現象のモデルを提案した。特にP型ゲートを有するデバイスの信頼性とリークに関するメカニズム分析をおこなった。本件は論文化した。実験に関しては、安全ボックスとフェールセーフの機構を導入し、必要な安全対策等を講じている。そのうえで電流コラプスによる電圧の変化をとらえる事ができ、連続運転中のコラプスによる電圧上昇を確認できた。本件研究をベースに企業と受託研究を行い、GaN素子を製造しているメーカへの研究内容のフィードバックを行った。GaNパワー素子は、一部市場に出ているものの、コラプスによる信頼性が大きな課題になっている。本研究は、実際に動作する装置で、コラプスを計測する全く新しい信頼性評価法であり、注目される成果だと思われる。