2023 年 12 月 14 日
窒化アルミニウム（AlN）系ウルトラワイドバンドギャップ半導体pn接合で理想的な特性を実現 【研究概要】 国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学未来材料・システム研究所須田 淳 教授、天野 浩 教授と旭化成株式会社の研究グループは、次世代半導体材料として期待される窒化アルミニウム(AlN)系材料において、理想的な特性を示す pn 接合注 1）を作製することに世界で初めて成功しました。pn 接合は半導体電子素子(電子デバイス)の根幹をなす基本構造であり、本成果は、AlN 系電子デバイスの今後の発展の礎となるものです。
現在広く使われている半導体材料であるシリコン(Si)やガリウムヒ素(GaAs)の 5倍 以 上の 禁 制帯 幅 ( バ ン ド ギャ ップ )注 2 ）を 有 する ウ ルト ラ ワイ ド バ ンド ギャ ッ プ(UWBG)半導体注 3）は、高周波デバイス注 4）、パワーデバイス注 5）の格段の性能向上を実現可能な次世代半導体材料として注目され、世界的に研究が活発化しています。しかしながら、UWBG 半導体においては、半導体デバイスの根幹となる理想的な pn 接合の実現が困難という課題がありました。本研究グループは、UWBG 半導体の一つであるAlN 系 材 料 に お い て 、 高 品 質 AlN 単 結 晶 基 板 上 に 分 布 型 分 極 ド ー ピ ン グ(distributed polarization doping)注 6）という手法で pn 接合を形成することで、電流-電圧特性、電圧-容量特性、電流注入による発光特性において非常に良好な特性を示す、理想的な AlN 系 pn 接合の実現に世界で初めて成功しました。旭化成の子会社であるクリスタル・アイエス(CIS)が開発した高品質 AlN 単結晶基板、名古屋大学と旭化成で共同開発した AlN 系薄膜結晶成長技術(エピタキシャル成長技術)、名古屋大学エネルギー変換実験施設(C-TEFs)の次世代半導体クリーンルームを活用したデバイス形成技術により実現が可能となったものです。
本研究成果は、2023 年 12 月 12 日 15:10-15:35（アメリカ太平洋時間）に世界ト ッ プ ク ラ ス の 半 導 体 デ バ イ ス に 関 す る 国 際 会 議 (International Electron Device Meeting, IEDM注 7), 米国サンフランシスコ開催)で発表されました。
【研究のポイント】 ・次世代半導体材料として期待される窒化アルミニウム(AlN)系材料において、理想的な特性を示す pn 接合を作製することに世界で初めて成功した。
・AlN 系半導体は次世代の高周波デバイス、パワーデバイス材料として期待を集めている。pn 接合は半導体デバイスの根幹をなす基本構造であり、本成果は、AlN 系デバイスの今後の発展の礎となる。
・CIS が開発した高品質 AlN 単結晶基板、名古屋大学と旭化成（株）で共同開発したAlN 系薄膜結晶成長技術(エピタキシャル成長技術)、名古屋大学未来材料・システム研究所エネルギー変換実験施設(C-TEFs)の次世代半導体クリーンルームの活用により本成果を達成した。産学連携、本学の次世代半導体研究拠点の活用による成果である。
公式ページ（続き・詳細）はこちら
https://www.asahi-kasei.com/jp/news/2023/fo041700000008p0-att/ze231214.pdf