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産学独連携ベンチャー企業「NIMS Wave (株) 」が発足

酸化亜鉛関連デバイスの高度化に向けて

独立行政法人物質・材料研究機構
東京電波株式会社
東北大学

NIMS、東京電波株式会社、東北大学の酸化亜鉛関連材料に携わる研究者らが参加し、産学独の連携によるベンチャー企業「NIMS Wave (株) 」を近日中に発足させる予定です。

概要

独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 岸 輝雄、つくば市千現) 、東京電波株式会社 (取締役社長 : 熊谷 秀男、大田区中央) 、東北大学 (総長 : 吉本 高志、仙台市青葉区) の酸化亜鉛関連材料に携わる研究者らが参加して、産学独の連携によるベンチャー企業「NIMS Wave (株) 」を近日中に発足させる予定です。現在、物質・材料研究機構の認定ベンチャー企業となるための手続きを進行中です。なお、このNIMS Wave (株) は、4番目の物質・材料研究機構ベンチャー企業となります。

近年の技術革新の大きな柱として、窒化ガリウム (GaN) 系発光ダイオードの実現、あるいは、液晶、プラズマをはじめとするフラットパネルディスプレーといった視覚用デバイスが上げられます。こうした視覚デバイスにあっては、透明であり、かつ、電気的な機能を持った材料の開発が重要な技術課題になります。こうした中、酸化亜鉛という材料は可視光に対して透明であり、かつ、その電気的特性の制御が可能であることから、ディスプレー等の視覚デバイス、さらには、太陽電池などのエコ関連デバイスにおいて、透明電極、あるいは、透明電子素子に応用されることが期待され、世界中でその研究開発が進められています。また、窒化ガリウムを超える高い性能を持った発光ダイオードを実現できる可能性も指摘される興味深い材料です。

今回発足したNIMS Wave (株) は、この酸化亜鉛材料、特に、酸化亜鉛単結晶基板 (ウエハー) の高度な利用技術に関する蓄積を企業化するという主旨で発足しました。酸化亜鉛は、窒化ガリウムに匹敵する高いポテンシャルを持った材料であり、特に、可視光から紫外線の領域にわたる発光素子の材料としてその応用が期待されています。こうした素子の高品質化、高性能化には、高品質な単結晶ウエハーの製造とその単結晶の加工技術、さらに、ウエハー上への素子の形成技術の全てが連携して進められる必要があります。今回発足したNIMS Wave は産官学連携によってこの酸化亜鉛の高度な利用技術の開発とその市場への供給を通して、社会に貢献することを目指しています。

物質・材料研究機構はこれまでに、セラミックスの材料として、また、半導体材料としての酸化亜鉛の物性制御、構造制御についての技術を蓄積してきています。特に、平成14年度からの2年間、文部科学省の施策である「大学等発ベンチャー創出支援制度」 の補助により、酸化亜鉛単結晶ウエハーの高度な利用技術について開発を進めてきました。一方、東京電波株式会社は東北大学との連携において酸化亜鉛単結晶の育成技術、特に、水熱合成法による大型酸化亜鉛単結晶成長技術の開発を進めてきました。双方の技術を融合し、酸化亜鉛単結晶を利用したデバイス開発を加速することに、NIMS Wave の意義があります。

当初、国内外の研究機関を対象に、試作用ウエハー、特に、基板の平坦化ウエハーや各種コーティング済みのウエハーの提供を行います。あわせて、さらに高品質なウエハー、あるいは、より高度なコーティング処理を施したウエハーの開発を進め、酸化亜鉛ウエハーを利用した電子素子の開発を推進します。
 

「左 : 開発した熱処理技術によって得られた原子レベルで平坦な酸化亜鉛ウエファーの原子間力顕微鏡像。酸化亜鉛の結晶格子を単位とした階段状の構造が確認できる。右 : 開発したヘテロエピタキシャル成長技術によって得られた酸化亜鉛ウエファー上の窒化ガリウム薄膜の発光スペクトルとX線回折パターン。ほぼ欠陥発光が無視できる高品質な窒化ガリウムが得られる。」の画像

左 : 開発した熱処理技術によって得られた原子レベルで平坦な酸化亜鉛ウエファーの原子間力顕微鏡像。酸化亜鉛の結晶格子を単位とした階段状の構造が確認できる。右 : 開発したヘテロエピタキシャル成長技術によって得られた酸化亜鉛ウエファー上の窒化ガリウム薄膜の発光スペクトルとX線回折パターン。ほぼ欠陥発光が無視できる高品質な窒化ガリウムが得られる。



資料1

参加者のプロフィール

独立行政法人物質・材料研究機構

羽田 肇 (NIMS Wave (株) 取締役)
現在 : 独立行政法人物質・材料研究機構 物質研究所 電子セラミックスグループ ディレクター
担当分野 : 新規技術開発・製品評価
大橋 直樹 (NIMS Wave (株) 取締役)
現在 : 独立行政法人物質・材料研究機構 物質研究所 電子セラミックスグループ 主幹研究員
担当分野 : 新規技術開発・製品評価

東京電波株式会社

熊谷 秀男 (NIMS Wave (株)  取締役)
現在 : 東京電波株式会社 取締役社長
担当分野 : 代表取締役 社長
町田 雄一 (NIMS Wave (株)  取締役)
現在 : 東京電波株式会社 専務取締役
担当分野 : 総務・営業
新倉 郁生 (NIMS Wave (株)  取締役)
現在 : 東京電波株式会社 開発技術本部長
担当分野 : 製造・技術
佐藤 充 (NIMS Wave (株)  取締役)
現在 : 東京電波株式会社 開発技術本部付
担当分野 : 業務・知的財産管理

東北大学

福田 承生 (NIMS Wave (株)  取締役)
現在 : 東北大学 多元物質科学研究所 先導結晶化学技術寄付研究部門
担当分野 : 単結晶製造技術
補足事項
NIMS Wave (株) の役員参加者は、それぞれ兼業によりに就任します。

資料2

NIMS Wave株式会社の概要

創業の目的・意義

我が国の現在の産業において、ディスプレー産業、視覚デバイス産業は極めて成長性の高い重要な分野となっています。液晶パネルや、青色発光ダイオードをはじめ、視覚デバイスの分野は、我が国が世界をリード分野であり、この我が国の優位性を確固たるものとするためには、さらなる新規技術の開発、および、既存技術の高度化が求められています。

こうした中、酸化亜鉛は古くから知られる半導体材料であり、特に、そのバンドギャップが紫外線領域にあることから、透明半導体 (ワイドギャップ半導体) として、国内外で高い注目を集める材料の一つになっています。例えば、酸化亜鉛中の励起子は室温を超える高温でも安定であり、窒化ガリウムよりも優れた発光ダイオードを実現できる可能性を秘めています。酸化亜鉛を発光ダイオードに応用するためには、p型伝導のためのホールドーピング技術の開発が必須であり、国内外でその開発競争が進められています。こうした研究開発を進めるうえで、高品質の酸化亜鉛単結晶ウエハーはこうした酸化亜鉛の研究開発の促進において、非常に大きなアドバンテージを与えるものと期待されます。

また、かねてより、酸化亜鉛は、窒化物半導体との格子整合性に優れることから、窒化物半導体基板として注目されてきました。酸化亜鉛単結晶ウエハーを窒化物半導体等の電子素子に応用していく上で、その表面状態制御、化学反応性の制御が極めて重要な技術となります。すなわち、表面状態を制御された酸化亜鉛単結晶ウエハーの開発、および、その市場への供給は、酸化亜鉛のみならず、関連した各種素材の研究を促進する意味合いがあります。

今回発足するNIMS Waveは、酸化亜鉛基電子素子を開発する上で基本となる高付加価値の酸化亜鉛単結晶基板の開発と販売を行います。基礎となる酸化亜鉛単結晶の素板は参画企業である東京電波株式会社から供給されます。東京電波株式会社は水晶結晶育成技術で培った水熱合成法を酸化亜鉛単結晶の育成に応用し、既に、2インチ径の酸化亜鉛単結晶の育成に成功しています。NIMS Waveでは、この素板に処理を加えることで、原子レベルで平坦な表面の形成、窒化物材料の合成に適したプレコーティングをはじめとする基板処理を施し、これを販売することで、酸化亜鉛関連技術の開発促進をサポートします。

事業内容

  • 酸化亜鉛関連材料の製造販売
  • 酸化亜鉛関連装置の製造販売
  • 受託とコンサルティング

NIMS Wave株式会社の規模等

  1. 資本金 1000万円
  2. 役員数 7名
  3. 所在地
    本社 : 〒370-1113 群馬県佐波郡玉村町大字箱石430
    連絡先: TEL. 0270-65-5511 FAX. 0270-65-7946
    担当: 新倉 郁生

資料3

用語等解説

1) 独立行政法人物質・材料研究機構  (略称 : NIMS)
物質・材料科学技術に関する基礎研究及び基盤的研究開発等の業務を総合的に行うことにより、物質・材料科学技術の水準の向上を目的とする文部科学省所轄の独立行政法人。
所在地 : 茨城県つくば市千現1-2-1
2) 東京電波株式会社
水晶振動子、水晶発振器ほか水晶デバイス、および電子計測器の製造・販売を手がける。
所在地 : 東京都大田区中央5-6-11
3) 東北大学 多元物質科学研究所
先導結晶化学技術寄付研究部門では、酸化亜鉛単結晶をはじめとする各種機能性材料の単結晶育成が推進されている。
所在地 : 仙台市青葉区片平2-1-1
4) 独立行政法人物質・材料研究機構の認定ベンチャー (NIMSベンチャー)
同機構に設けられた、同機構のベンチャー企業支援制度。特許の実施許諾、同機構内における設備の貸与などの優遇措置により、同機構のベンチャーを支援する。
5) 発光ダイオード (LED)
半導体を接合した界面において、電子と正孔が再結合する際に得られる発光を利用するためのダイオード素子。一般に、電子濃度が高いn型層と正孔濃度が高いp型層、さらに、その間に設けられた発光層 (i層) の少なくとも3層の積層構造で構成される。発光する光の色 (波長) は、用いられる半導体のバンドギャップによって規定される。酸化亜鉛は、バンドギャップが広いため、紫外線を発する発光ダイオードとしての応用の可能性がある。
6) 酸化亜鉛
亜鉛と酸素からなる化合物で、室温では固体。窒化ガリウムとおなじウルツ鉱型の結晶構造を持ち、バンドギャップは室温で約3.3電子ボルト。粉体としては、含量、塗料、医薬品、ゴムの加硫促進助剤として利用され、また、薄膜としては、赤外線反射コーティング、透明電極として応用される。さらに、セラミックスとしては、避雷素子、センサーなどに応用されている。現在、発光ダイオード、透明トランジスター等の応用に向けた研究・開発が進められている。
7) 透明電極
一般に、高い電気伝導性を示す金属は、不透明で、金属光沢を持つ。逆に、透明な物質の多くは、絶縁体である。しかし、酸化亜鉛や酸化インジウムのような透明半導体と呼ばれる物質では、不純物制御によって高い電気伝導性を持ち、かつ、そのバンドギャップが大きいことから可視光を吸収せず透明である、という特性が得られる。この透明で電気を流すという特性は、ディスプレーパネルの電極、太陽電池の電極などに応用される。
8) 透明電子素子
いわゆる半導体素子は、シリコンやガリウム砒素からなっており、それらの半導体材料は可視光に対して不透明である。また、それらの半導体に直接可視光が入ると光による誤動作を招くため、可視光が入らないようにするためのマスクなどが必要になる。これに対して、酸化亜鉛のような可視光に対して透明な半導体を用いた場合、可視光が誤動作の原因となることはない。それ自身が透明であるため、例えば、窓ガラスの上に電子回路を組むことが可能である。現在、液晶などディスプレー素子のスイッチング用の電界効果トランジスターには、シリコン半導体が用いられているが、酸化亜鉛等の透明半導体から成る電界効果トランジスターを用いることで、マスクなどの必要が無くなり、結果として、ディスプレーの消費電力の低下が可能になる。そのため、酸化亜鉛をはじめとする透明導電体を用いた、透明電界効果トランジスターなどの開発が進められている。
9) 単結晶ウエハー
ダイオード、トランジスターなどの電子素子は、一般に基板ウエハーと呼ばれる単結晶板の上に、薄膜として堆積された半導体化合物によって製造される。シリコン半導体素子を作る場合には、シリコン単結晶基板が用いられる。窒化ガリウムを製造する際には、現在、窒化ガリウム単結晶ウエハーの入手が困難であるため、サファイヤや炭化珪素の単結晶ウエハーが用いられている。
10) 大学等発ベンチャー創出支援事業
文部科学省が進める大学等発ベンチャー創出のための補助金制度。平成14年度よりスタートした産官学連携イノベーション創出事業の一環である大学等発ベンチャー創出支援制度では、大学等発のベンチャー企業創出のための補助金の交付を実施している。NIMS Wave (株) もこの補助金事業で得られた成果が、会社設立のための基礎技術の一部になっている。
11) 基板の平坦化
単結晶ウエハーを基板として半導体素子を得るには、単結晶ウエハー上に高い品質の半導体薄膜を製造する必要がある。半導体薄膜の高品質化には、すなわち、原子(直径約0.1 nm)の単位で結晶成長を制御することが望まれる。そのため、下地である単結晶ウエハーの表面も、原子の大きさのスケールで平坦化されていることが望まれる。
12) コーティング
単結晶ウエハーの上に、他の物質における結晶の薄膜を製造する場合、基板となる単結晶ウエハーと製造する薄膜の間で化学反応が起こったり、あるいは、その熱膨張率の違いから内部歪みが発生したりする恐れがある。このような基板である単結晶ウエハーと製造される薄膜との間の好ましくない相互作用を低減するための方法にバッファー層技術がある。バッファー層とは、単結晶ウエハーとその上に成長させる薄膜結晶との間の相互作用の強さを調整するための緩衝層である。また、半導体素子では、半導体が腐食性ガスや反応性ガスと接した場合の腐食・表面状態変化を防ぐための被い、すなわち、パッシベーション層で半導体結晶を被って、素子の安定性を確保するという方法が執られる。このバッファー層や、パッシベーション層を今回は、概してコーティングとしている。
13) バンドギャップ・ワイドバンドギャップ・ワイドギャップ
半導体物質、絶縁体物質中は、(1)電子が存在出来ないエネルギー帯 (禁制帯) をもつこと、(2)絶対零度において、禁制帯よりも低いエネルギー状態である価電子帯は電子で満たされ、禁制帯よりも高いエネルギー状態である伝導帯には電子が存在しないこと、という特徴を持っている。ここでいう禁制帯のエネルギー幅がバンドギャップである。バンドギャップよりも小さなエネルギーの光は、半導体に吸収されない。シリコンでは、一電子ボルトほどのバンドギャップであり、酸化亜鉛や窒化ガリウムで、3.3~3.4電子ボルトとなる。可視光の短波長側の限界は、波長380nmである。380nmの波長の光は、3.2電子ボルトであり、3.2電子ボルトよりもバンドギャップが大きい酸化亜鉛や窒化ガリウムでは、可視光が吸収されることはない。一方、シリコンでは、バンドギャップが狭いために、可視光がほとんど吸収され、黒っぽい色に見える。このように、可視光が吸収されないほどに広いバンドギャップを有する半導体をワイドギャップ半導体という。
14) 励起子
半導体の光物性で最も重要な現象の一つであり、半導体中の電子と正孔が対を作った状態を指す。半導体がバンドギャップよりも高いエネルギーを吸収すると電子と正孔が形成され、この電子と正孔が再結合して消滅するときに光が得られる。従って、電子と正孔が対をなした状態である励起子が安定であることは、その半導体から効率の高い発光が得やすいことを意味する。
15) 正孔
半導体中が電気を流す場合には、その電荷を運ぶ電荷担体が必要である。電子は負の電荷を運ぶ担体であり、正孔は正の電荷を運ぶ担体である。酸化亜鉛では、電子が多量の存在する状態、すなわち、n型の状態は簡単に実現できるが、正孔が多量に存在する状態、すなわち、p型の状態を実現するのは難しいとされている。
16) 窒化物半導体
窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウムとその固溶体 (混晶) からなる反動大群を総称して窒化物半導体と呼ぶ。
17) 水熱合成法
各種の単結晶や粉末を得る際に用いる結晶成長技術の一つ。水晶の大型単結晶育成のための技術として知られる。原料を水に溶かし込み、これを析出させるという点では、塩水から食塩の結晶を得ることと同じ原理。しかし、より高濃度に原料を溶解させるために、水を高温・高圧の臨界状態として、臨界状態の水を溶媒に用いることが水熱合成法の特徴。


お問い合わせ先

会社についての問い合わせ先
NIMS Wave株式会社
担当 : 新倉 郁生
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