イオン注入ドーピングを用いた縦型酸化ガリウムトランジスタ開発に初めて成功――低コストパワーデバイス量産へ NICTと東京農工大

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作製した縦型酸化ガリウムトランジスタ構造の(a)断面模式図、(b)光学顕微鏡写真

情報通信研究機構(NICT)と東京農工大学は2018年12月12日、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と発表した。

電力変換に用いるパワースイッチングデバイスは、用途が多岐にわたることから、社会全体に大きな省エネ効果をもたらす。その材料として期待されているGa2O3は、既存の半導体デバイスを上回る高耐圧/大電力/低損失特性を示し、また、簡便かつ安価に製造可能という産業上重要な特徴も有している。

一方、NICTは、以前にシリコン(Si)を用いたn型イオン注入ドーピング技術を開発。そして今回、新たに窒素(N)を用いたp型イオン注入ドーピング技術を開発した。

その両技術を基に、研究チームは、n, p両型領域をイオン注入ドーピングプロセスで形成した縦型Ga2O3トランジスタの作製、動作実証に成功した。その特性を調べたところ、ゲート電圧によるドレイン電流量及びオン/オフ状態の優れた制御を確認した。また、実用上5~6桁以上を求められるドレイン電流オン/オフ比は、8桁以上を実現している。

縦型Ga2O3トランジスタの (a) 電流-電圧出力特性、(b) トランスファー特性

今後、研究チームは、デバイスのノーマリーオフ化、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に開発を継続するという。そして、この開発により、新半導体産業の創出と世界的規模での省エネ実現が期待できるとしている。

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