酸化ガリウムは、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)といった現在注目を集めるパワー半導体に比べ、バンドギャップが広いという特徴がある。酸化ガリウムを使った研究開発は始まったばかりだが、将来のパワー半導体材料としてさまざまな特徴がある。});情報通信研究機構(NICT)は、Ga2O3(酸化ガリウム)単結晶を使った電界効果トランジスタ(FET)を開発し、世界で初めて動作を実証した。酸化ガリウムを材料として使うことで、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)といった既存の材料を使ったときよりも、さらに高耐圧・低損失のパワー半導体を実現できる可能性がある。タムラ製作所と光波の2社と共同で開発した。現在、さまざまな機器のエネルギー効率を高めようという社会的な要求を背景に、Si(シリコン)よりも高耐圧/低損失のパワー半導体を実用化する機運が高まっている(関連記事その1、その2)。そこで注目を集めているのが、前述のSiCやGaNといったワイドギャップのパワー半導体材料である。(a)は、パワー半導体材料における酸化ガリウムの位置付け。(b)は、各種材料のオン抵抗と耐圧の関係。グラフが右下にあるほどパワー半導体として優れた特性があることになる。酸化ガリウムは、SiやSiC、GaNと比べて最も右下にあることが分かる。今回NICTが注目した酸化ガリウムは、これらのSiC材料やGaN材料よりもバンドギャップが広く、パワー半導体の高耐圧/低損失化をさらに進められる可能性がある(図1)。単結晶基板の大型化が比較的容易で、製造時に高温・高圧といった条件が不要な「融液成長法」と呼ぶ手法を利用できることから、製造コストの面でもメリットが見込めるという(図2)。「パワー半導体の材料として高い可能性があるにもかかわらず、研究開発はこれまでほとんど手付かずの状態だった」(NICT)。Semiconductor)構造のFETを製造したところ、研究の初期段階ながらも、良好なトランジスタ特性を確認できたという(図3)。具体的には、(1)高いオフ状態耐圧(250V以上)、(2)小さいリーク電流(数μA/mm程度)、(3)高い電流オン/オフ比(約1万)といった特性である。Letters」のオンライン版の1月2日号に掲載された。substrates」である(同誌のWebサイト)。融液成長法の1つである「フローティングゾーン法」で作成した単結晶の酸化ガリウム基板に、分子線エピタキシー法で高品質のn型酸化ガリウムの薄膜を成膜した(a)。環境発電から、電子機器の省エネ設計やバッテリーマネジメント、電気自動車、スマートグリッドまで、広範囲にわたるアプリケーションをカバー。LDMOSを置き換えるデバイスとして存在感が高まっている。GaN利用の集積回路の開発も進んでおり、住友電気工業は高周波信号の経路切り替えに使うスイッチを製品化する。共同で開発しているSiCデバイスの開発目標を明らかにした。耐圧1200V/電流容量200AのSiC-MOSFETとSiC-SBDを6インチウエハーで製造することにより、コストを耐圧と電流容量が同じシリコンデバイスの2倍以下に抑えることで、2015年以降に市場投入される次世代EVへの搭載を目指す。動き出すSiCパワー半導体、省エネルギーの切り札へCO2の25%削減目標やこれまでにない規模の太陽光発電の導入、米国や中国を中心に急速に立ち上がり始めたスマートグリッドなど、従来とは異なる省エネルギー対策が必要となってきた。いずれも電力の変換技術が必要不可欠だ。ところが、電力変換用に用いられてきたSi(シリコン)パワー半導体の性能はこれ以上伸びそうにない。このような状況で脚光を浴びているのが、実力でSiを大きく上回るSiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を用いたパワー半導体である。LLC.ITmediaはアイティメディア株式会社の登録商標です。