高性能パワー半導体実現のためのβ-Ga2O3/ダイヤモンド直接接合

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K15044
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26030:複合材料および界面関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 松前 貴司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (10807431)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 酸化ガリウム / ダイヤモンド / 直接接合 / 放熱構造 / pnジャンクション

研究成果の概要

本研究では次世代パワー半導体として期待されるが熱伝導率の低い酸化ガリウムを、固体中最大の熱伝導率をもつダイヤモンド放熱基板と直接接合する技術を達成した。
酸化ガリウム結晶とダイヤモンド結晶を、材料間の非晶質層1 nm厚以下で直接接合する技術を開発した。
酸化ガリウム薄膜をダイヤモンド放熱基板と直接接合することで、酸化ガリウム基板単体よりも通電時の発熱を抑えることができた。さらにn型酸化ガリウムとp型ダイヤモンドを直接接合することで、高い整流比をもつpnジャンクションを形成できた。

自由記述の分野

表面・界面

研究成果の学術的意義や社会的意義

今回実施が容易という特徴をもつ大気中での直接接合を採用した。Siなどの既存の半導体材料の直接接合では接合界面に酸化物の障壁層ができていたが、酸化物である酸化ガリウムと、表面酸化層ができないダイヤモンドの間では上記障壁層が数原子レベルまで抑制できることが分かった。これにより酸化ガリウムからなるパワー半導体からダイヤモンド放熱基板への理想的な放熱が期待され、新しい省エネデバイスの実現が期待できる。