NICTら,量産に適した縦型酸化ガリウムトランジスタを開発

情報通信研究機構(NICT)は,東京農工大学と共同で,イオン注入ドーピング技術を用いた縦型酸化ガリウム(Ga2O3)トランジスタの開発に成功した(ニュースリリース)。

現在,世界規模での革新的な省エネ技術開発が急務となっている。中でも,電力変換に用いるパワースイッチングデバイスは,その用途も多岐にわたることから,個々の機器における損失低減の積み重ねが,社会全体に大きな省エネ効果をもたらす。そのため日本はもとより米国,欧州においても,近年半導体パワーデバイス開発が活発化している。

Ga2O3は,その非常に大きなバンドギャップに代表される物性から,パワースイッチングデバイス材料として用いた場合,既存の半導体デバイスを上回る高耐圧・大電力・低損失特性が期待できる。また,融液成長法により簡便かつ安価に高品質・大口径単結晶ウエハーが製造可能という産業上重要な特徴もある。これらの材料特性により,現在Ga2O3パワートランジスタ,ダイオード開発が世界的に活発化している。

今回,研究グループは,縦型Ga2O3トランジスタ構造を,以前開発したシリコン(Si)を用いたSiイオン注入によるn型選択ドーピング技術と,新たに世界に先駆けて開発に成功した窒素(N)を用いたp型イオン注入ドーピング技術を用いて作製した。

イオン注入ドーピング技術は,面内でのデバイス構造の作り込みが容易にでき,かつ汎用性が高い低コストプロセスであるため,量産に適しており,実際の半導体デバイス製造現場で広く用いられている。なお,同デバイスはこれまでに報告されている同様の構造のデバイスを上回る特性を示しているという。

今後研究グループは,パワースイッチングデバイスとして求められるノーマリーオフ化,デバイス耐圧の向上などの残された課題を解決するための開発を継続する。近い将来,縦型Ga2O3トランジスタを実際の機器に応用した場合,既存の半導体トランジスタと比べて,スイッチング動作時の大幅な損失低減が期待されるとする。

また,イオン注入プロセスを採用することで製造コストの大幅な削減が可能となるため,企業におけるGa2O3デバイス開発の本格化につながる起爆剤となると予想する。高性能Ga2O3パワーデバイスは,グローバル課題である省エネ問題に対して直接貢献するとともに,今後電機,自動車メーカー等民間企業における開発の本格化につながることが予想され,日本発の新半導体産業の創出という経済面での貢献も併せて期待されるとしている。

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