第1回：材料編｜革新の源泉「α-Ga₂O₃」のポテンシャルを引き出す技術統合

はじめに：「材料」が未来を決める

パワー半導体の性能を大きく左右するのは、使用する“材料”そのものです。FLOSFIAが注目したのは、既存材料を凌ぐ特性を持つ新素材「α型酸化ガリウム（α-Ga₂O₃）」。その登場は、まさに技術革新の起点となりました。

しかし、優れた物性を持つ素材があっても、それを実際に使えるレベルへと引き上げるには、材料単体の性能を超えたさまざまな技術の統合と試行錯誤が必要です。本記事では、α-Ga₂O₃が持つポテンシャルと、それを現実の製品化へと導いたFLOSFIAの取り組みを紹介します。

α-Ga₂O₃――素材が持つ圧倒的なアドバンテージ

酸化ガリウム（Ga₂O₃）は、従来のシリコン（Si）や次世代材料とされる炭化ケイ素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）を上回る「絶縁破壊電界（E₍BD₎）」を誇ります。これは、パワー半導体における耐圧性や低損失動作を左右する極めて重要な指標です。

■ 絶縁破壊電界（E₍BD₎）の比較（代表値）

この「バリガ性能指数（BFOM）」は、パワー半導体の基礎性能を示す指標であり、α-Ga₂O₃はSiCの約10倍に達する理論性能を持つとされます。エネルギーロスを抑えつつ、高耐圧で動作できる、まさに理想的な素材です。

理想の素材を、現実の技術へ：「ミストドライ®法」というブレークスルー

理論的に優れた材料であっても、安定して量産できる薄膜へと加工するには、さまざまな技術的課題を克服しなければなりません。中でも最大の難関は、高品質な単結晶薄膜の成長でした。

この課題に対し、FLOSFIAが開発したのが「ミストドライ®法」です。

• 常圧・低温というシンプルな条件で、ウエハ全体に高純度・高結晶性の薄膜を成長

• 原子レベルで膜厚・組成を制御でき、設計の自由度が大きく向上

• 大型クリーンルームや高温炉を必要とせず、省エネルギーかつ低環境負荷で量産可能

このプロセスがあったからこそ、α-Ga₂O₃は「実験室の理想」ではなく、実用技術としての道を切り拓くことができました。

材料科学 × プロセス技術 × 応用設計：統合が生んだ現実解

FLOSFIAの目指す革新は、素材を開発することにとどまりません。それを“使える形”に仕上げるために、異なる専門性を横断的に統合するアプローチを採っています。

• 材料の特性設計や評価を行う「材料科学」

• 薄膜の品質と量産性を両立させる「プロセス技術」

• 実装との整合性を考慮した構造や厚みを最適化する「応用設計」

• 差別化要因や採用条件を分析する「市場視点」

こうした複数領域の知が連携し、課題に対して統合的に取り組んでいるからこそ、α-Ga₂O₃は単なる“素材”から、“使える技術”へと進化しました。

スケールとコスト――実用化を支えるもう一つの柱

いかに高性能な技術でも、量産化やコスト競争力を備えていなければ、社会実装は叶いません。FLOSFIAはこの課題にも真っ向から挑んでいます。

• 4インチサイズのエピタキシャル成膜に対応し、大口径化によるスケールメリットを確保

• 高価なSiC基板ではなく、安価で入手しやすいサファイア基板を採用し、製造コストを大幅に低減

補足：サファイア基板の優位性とは？

サファイア基板は、LEDやスマートフォン部品などで広く使われる素材であり、供給の安定性とコストパフォーマンスに優れています。これをパワー半導体に応用することで、性能と価格の両立が実現しました。

まとめ：「統合」が素材の未来を拓く

α-Ga₂O₃という革新的素材の可能性を、社会実装につなげるには、材料・プロセス・設計・コストといった多面的な観点からの技術統合が不可欠でした。

FLOSFIAは、これらの領域を横断しながら「本当に使える素材」としてのα-Ga₂O₃を開発し、その実用化の第一歩を踏み出しました。

次回は、α-Ga₂O₃がどのようにして“使える半導体デバイス”へと昇華していったのか。その次なる統合の現場に迫ります。