パワー半導体材料「β-Ga2O3」量産化に向け、農工大らが高速成長技術を開発

東京農工大学(農工大)、大陽日酸、奈良女子大学、工学院大学、大阪公立大学、情報通信研究機構(NICT)、大陽日酸ATIの7者は、独自の「減圧ホットウォール有機金属気相成長(減圧ホットウォールMOVPE)法」を用い、「β型酸化ガリウム」(β-Ga2O3)結晶の高精度n型キャリア密度制御と高速成長技術を開発したことを5月20日に共同発表した。

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  (a)β-Ga2O3減圧ホットウォールMOVPE成長炉の外観。(b)成長炉の構造断面模式図。キャリアガスには、高純度アルゴンが用いられている
  (出所:共同ニュースリリースPDF)

同成果は、農工大大学院 工学研究院 応用化学部門の熊谷義直教授、大陽日酸の吉永純也氏、奈良女子大の佐々木捷悟助教、工学院大の尾沼猛儀教授、大阪公立大/NICTの東脇正高教授/室長、大陽日酸ATIの伴雄三郎博士らの共同研究チームによるもの。詳細は、公益社団法人 応用物理学会が刊行する英文学術誌「Applied Physics Express」に掲載された。

炭化ケイ素や窒化ガリウム(GaN)など、パワー半導体材料の研究開発が進む。しかし、それらを凌ぐ絶縁破壊電界強度を備え、電力変換時のロスを抑制し、さらなる省エネルギー化を可能にすると期待されるのが、ガリウム原子と酸素原子が2:3の比率で結合した酸化物半導体結晶であるβ-Ga2O3だ。バンドギャップは約4.5eV、絶縁破壊電界強度は8MV/cmが推測される。さらに、各種融液法で単結晶基板を製造可能という利点もあり、デバイス製造コストの削減につながる可能性もある。

高性能なβ-Ga2O3パワーデバイスの実現には、単結晶基板上にn型キャリア密度が精密に制御されたβ-Ga2O3層を高速でホモエピタキシャル成長させる技術が欠かせない。近年、その手法として注目されるのが、ヒ化ガリウム(GaAs)やGaN系デバイスの量産で多用されているMOVPE法だ。