２社共同技術説明会

GaNデバイスの真の社会実装に向けたQST®xCFB®による新技術～ GaN機能層を剥離し、異種材料基板への接合 ～2023/10/05
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CFB®は、Crystal Film Bondingの略であり、OKIの日本登録商標です。
QST®は、Qromis Substrate Technologyの略であり、Qromis社の米国登録商標です。
23OKIIBC-CFB-MD074_08

信越化学工業株式会社
沖電気工業株式会社© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.
© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

20. QST® x CFB® の成果サマリー

縦型GaNの社会実装を可能にする新技術を共同開発。

今後、GaNの設計・製造可能なお客様との共創により、普及可能な縦型GaNデバイスの開発を進めます。

QST®基板CFB®ソリューション

QST® x CFB®

GaN成長専用の複合材料基板結晶膜の異種材料接合技術

普及可能な縦型GaNを実証

大口径で普及可能
高耐圧で高性能なGaNを成長可能

成長基板から結晶膜のみを剥離異種材料基板へ接合

X

GaNを成長可能GaN
メタル
接合後の電子顕微鏡写真
GaN
Metal
高放熱、導電性*QST®は、Qromis Substrate Technologyの略。Qromis社(US)の米国登録商標。同社が開発したGaN成長専用の複合材料基板技術。2019年に信越化学がライセンス取得。

基板

様々な基板

縦型導電！

オーミックコンタクト！

高放熱！

*CFB®は、Crystal Film Bondingの略。OKIの日本登録商標。OKIが開発した結晶膜を成長基板から剥離し異種材料基板へ接合する技術。
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目次
１．次世代パワー半導体 「市場、GaN課題」

P4～P7

２．QST® の特長・ビジネスモデル

P9～P13

３．CFB® の特長・ビジネスモデル

P15

４．QST® x CFB® の解決

P17～P18*QST®は、Qromis Substrate Technologyの略。Qromis社(US)の米国登録商標。
同社が開発したGaN成長専用の複合材料基板技術。2019年に信越化学がライセンス取得。
*CFB®は、Crystal Film Bondingの略。OKIの日本登録商標。
OKIが開発した結晶膜を成長基板から剥離し異種材料基板へ接合する技術。
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41-1．次世代パワー半導体 ～取り巻く環境～
カーボンニュートラル達成に向け、「パワー半導体の進化」は不可欠。
カーボンニュートラル達成に向け、電気を担うパワー半導体の進化が不可欠

電気に関わる取り組みも重要

進化として「次世代パワー半導体」に注目
電気に関わる取り組み
再生可能エネルギーへのシフト
クリーンな電力による電動化の推進

出所：環境省 https://ondankataisaku.env.go.jp/carbon_neutral/about/

低消費電力化の推進© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

51-2．次世代パワー半導体 ～市場動向～
性能限界を突破する 「次世代パワー半導体」 は成長市場予測。 中でも SiC と GaN の立上りが早い。
「次世代パワー半導体」の市場予測

次世代パワー半導体とは？

大幅な市場成長が予測されている

次世代 ＝ 従来の限界を超えた性能向上が可能

次世代パワー半導体市場予測

5.4兆円

性能向上 ＝ 高耐圧 & 低損失 の両立
Siケイ素

SP

Gnn

Nドリフト層従来材料Siでは物性限界！

SP←高耐圧 ＝ 厚膜化 ⇒ 高抵抗化！！

N+基板

31倍

トレードオフを打破する新たな材料が次世代材料

0.17兆円
2022年
実績

2035年
予測

SiC

炭化ケイ素
実用実績

GaN

窒化ガリウム
実用実績

Ga2O3

C

酸化ガリウムダイヤモンド

研究段階

研究段階

出所：富士経済 「2023年版 次世代パワーデバイス&パワエレ関連機器市場の現状と将来展望」© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

61-3．次世代パワー半導体 ～GaNのポテンシャル～
SiCとGaNを比較すると、GaNは優れた特性ポテンシャルを持つ（耐圧2.5倍 or 損失1/10)
例えば、 “EV“ を、どう変える可能性があるのか？
1.高耐圧で充電高速化、2.低損失で電費向上© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

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1-4. 次世代パワー半導体 ～GaNの普及課題～「高い特性ポテンシャル」 ＋ 「普及可能な縦型GaNの実現」 → カーボンニュートラルへ大きく貢献
なぜ？：普及可能な縦型GaNが無い！

最大市場EVは、「SiC優勢」
パワー半導体の 用途・材料 競合予想図

縦型GaNの普及課題 → 課題①縦型導電 、 課題②大口径

EV

交通

電力

SiC

最大市場規模出力電力

産業

GaN
Si

GaN on Si〇横電流

なぜ？ ①縦型導電通信
小型家電

②大口径

動作周波数

絶縁
バッファー層→GaNとSiの格子不整合を緩和

×縦電流

GaN on GaNGaNSPGnn〇縦電流n-GaNSi基板

N+GaN基板×
絶縁バッファー層

〇
絶縁層無し

△
SiとGaNの熱膨張差でソリS
P×
GaN基板が高コスト（φ2” 、 φ4”まで）© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

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目次
１．次世代パワー半導体 「市場、GaN課題」

P4～P7

２．QST® の特長・ビジネスモデル

P9～P13

３．CFB® の特長・ビジネスモデル

P15

４．QST® x CFB® の解決

P17～P18*QST®は、Qromis Substrate Technologyの略。Qromis社(US)の米国登録商標。
同社が開発したGaN成長専用の複合材料基板技術。2019年に信越化学がライセンス取得。
*CFB®は、Crystal Film Bondingの略。OKIの日本登録商標。
OKIが開発した結晶膜を成長基板から剥離し異種材料基板へ接合する技術。
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92-1. QST®基板 とは？（＋ビジネスモデル）

QST基板は、GaN専用に最適化された複合材料基板。

QSTビジネスモデル： メインは 「QST基板販売」 、「GaN結晶成長サービス」 も展開。

QST基板とは？
GaN成長専用の複合材料基板

Si (111)【基本コンセプト】
熱膨張係数をGaNとマッチング
特長１．高品質＆厚膜GaNを実現

GaNを成長可能Si (111)
BOX

Engineered Layers

CTE matched core
(熱膨張係数をマッチさせたコア)
Engineered Layers→ 高デバイス特性を実現

BOX(Buried OXide = 埋め込み酸化膜)

Engineered Layers (設計層)→ GaN/Siに比べ薄いバッファー層

特長３．標準規格の基板厚→ 標準の半導体装置が利用可能

CTE matched core
(熱膨張係数をマッチさせたコア)

特長４．大口径化を実現→ 従来の縦型GaNコストを1/10以下へ

特長５．CFBとの親和性

Poly-Si*QST®は、Qromis Substrate Technologyの略。
同社が開発したGaN成長専用の複合材料基板技術。
2019年に信越化学がライセンス取得。

特長２．バッファー層を簡略化→ 基板リサイクルでコスト競争力の向上！

Engineered Layers
BOX

Poly-Si (ポリSi) ※静電チャック用

特長６．GaNデバイス実証済み→ LED,POWER,RFなど様々なデバイス© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

102-2. QST®基板 特長１QST基板は、熱膨張係数をGaNとマッチング！ → 高品質な厚膜GaN成長を実現。
熱膨張係数 を GaNとマッチング！

「特長1. 高品質＆厚膜GaNを実現」
厚膜GaN

厚膜GaN
Si基板

バッファー層GaN on Siは、GaNとSiとの熱膨張係数が大きく違うため、引張応力で、大きく反る！

ソリが小さいため、高品質&厚膜GaNを実現！
 高耐圧=厚膜GaN
驚異の20μm以上！

 高品質なGaN結晶
欠陥密度~5×106
GaN on Siの1/1000！

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112-2. QST®基板 特長２QST基板は、熱歪が最小化 → バッファー層を簡略化 → TAT短縮！ ＆ 材料資源節約！
「特長２. バッファー層を簡略化」

6μm GaN成長でon Siと比較すると成長時間は半分！
なのに、GaN層が約２倍厚い！

成長時間 3hr

バッファー層を簡略化可能

GaN層

成長時間 7.5hr

熱歪が最小化できるQST基板はバッファー層

従来のSi基板QST基板© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

122-3. QST®基板 特長３、４、５QST基板は、 半導体プロセスに最適。 「課題②大口径化」 を解決。 CFBと相性抜群。 コスト競争力が高い。
「特長３．標準規格の基板厚」
GaN on Si基板
t=1000~1500μm「特長４．大口径化の実現」
開発中GaN on QST基板

2024年～
サンプル予定6” t=625μm8” t=725μm【 GaN on QST 基板 】
SEMI/JEITA規格に準拠する基板厚み
一般的な半導体装置でプロセス可能！

6” GaN on QST 8” GaN on QST
厚み 625μm
厚み 725μm

従来の縦型GaNコストを1/10へ【 2”GaN基板】

＜取れ数＞
10倍以上

【 GaN on Si 基板 】
ソリ抑制のため基板が厚い↓
特殊仕様の半導体装置に限定

Φ 300mm

チップコスト1＜基板コスト＞
同等以下【6”,8”QST基板】

チップコスト
1/10以下「特長５．CFBとの高い親和性」
厚膜GaN・ソリが小さい→剥離・接合に適す・複合材料基板→剥離層の設計自在
QSTとCFBは相性が良い！

信越の独自技術 x OKIの独自技術↓基板リサイクル（OKIと開発中）
さらなるコスト競争力向上が期待できる！
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132-4. QST®基板 特長６QST基板は、様々なGaNデバイスを実証済み。 「縦型導電」 を実現すれば、さらに可能性が広がる。
「特長６． 様々なGaNデバイスで実証済み」

QST x CFB 共創価値
絶縁性QST基板上で「半縦型GaN」 は 実証済み↓

バッファー層(絶縁)QST基板(絶縁)【半縦型GaNデバイス】

絶縁性の「QST基板」 と 「バッファー層」を除去し、転写できれば・・・↓「縦型導電」 ＝ 「縦型GaN」実現可能© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

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目次
１．次世代パワー半導体 「市場、GaN課題」

P4～P7

２．QST® の特長・ビジネスモデル

P9～P13

３．CFB® の特長・ビジネスモデル

P15

４．QST® x CFB® の解決

P17～P18*QST®は、Qromis Substrate Technologyの略。Qromis社(US)の米国登録商標。
同社が開発したGaN成長専用の複合材料基板技術。2019年に信越化学がライセンス取得。
*CFB®は、Crystal Film Bondingの略。OKIの日本登録商標。
OKIが開発した結晶膜を成長基板から剥離し異種材料基板へ接合する技術。
© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

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3. CFB®ソリューション 特長（＋ビジネスモデル）
GaN層のみ転写 → 「①縦型導電の課題」 を解決。

基板リサイクル(開発中) → 環境貢献＆更なるコスト貢献。

CFBビジネスモデル：「接合済ウエハー販売ビジネス」 または 「提供型CFBビジネス」 であり、モノの販売だけでなく、設計/製造ライセンスを想定。

CFB®（接合/集積）材料/デバイス
高性能な材料または高性能なデバイス

プリンター市場で、17年の量産実績！
「剥離」「接合・集積」

OKIの商品「CFB®ウエハー」

・・・

付加価値向上（性能向上）
基板リサイクル（開発中）

デバイス/セット メーカー様
接合済ウエハー販売ビジネス（販売＋設計ライセンス）
結晶/デバイスフィルムを本接合した
CFBウエハを販売

お客様でデバイスプロセス

MEMSデバイス
高周波フィルタ

パワーデバイス
放熱提供型CFBビジネス（販売＋設計/製造ライセンス）

チップレット

光デバイス
光センサ

結晶/デバイスフィルムを仮接合したキャリアウエハを販売し、接合IPや装置を提供

超音波

シリコン
フォトニクス

マイクロLEDディスプレイ
お客様で接合

空中表示

AR/MR

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目次
１．次世代パワー半導体 「トレンド」 「普及課題」

P4～P7

２．QST® の特長・ビジネスモデル

P9～P13

３．CFB® の特長・ビジネスモデル

P15

４．QST® x CFB® の解決

P17～P18*QST®は、Qromis Substrate Technologyの略。Qromis社(US)の米国登録商標。
同社が開発したGaN成長専用の複合材料基板技術。2019年に信越化学がライセンス取得。
*CFB®は、Crystal Film Bondingの略。OKIの日本登録商標。
OKIが開発した結晶膜を成長基板から剥離し異種材料基板へ接合する技術。
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174-1. QST® x CFB® 縦型GaNへの 「ソリューション提案」
QST x CFB は、 絶縁層を除去し、高放熱な導電性基板へ接合することで、縦型GaNの実現に貢献。

QST®基板QST基板 & エピ成長
（大口径、高耐圧）

CFB®（接合/集積）
剥離工程
接合工程
（GaN機能層のみ） （様々な基板へ）←接合後のGaN機能層←メタル成膜した異種基板接合後の顕微鏡写真
様々な基板

QST Sub.

絶縁性のバッファー層を除去することで縦型導電を可能にする

GaN

GaN

Metal

メタル

様々な基板

基板

 縦型導電！
 オーミック！
 高放熱！

接合後の断面SEM写真© Copyright 2023 Oki Electric Industry Co., Ltd.

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4-2. QST® x CFB® 縦型GaNへの 「プロセス提案」
お客様のプロセスニーズに合わせた２つのCFBプロセスをサポートします。
QST x CFB は、 LED、横型、縦型、すべてのGaNデバイスへの対応を目指します。

QST & Epi

(1)
Pre
CFB

Pre-CFB（結晶フィルムを転写）

QST sub.

Any Sub.
様々な基板

HEMT / MOSFET
デバイス形成QST sub.

Post-CFB（デバイスフィルムを転写）

QST sub.

Beyond 5G

様々な基板

様々な基板

デバイス後工程

(2)
Post
CFB

HEMT / MOSFET
デバイス形成CFB®（接合/集積）デバイス前工程

QST sub.

デバイス前工程

デバイス後工程

CFB®（接合/集積）EV

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