次々世代のトランジスタを狙う非シリコン材料（3）〜III-V族半導体の「新たなる希望」：福田昭のデバイス通信（35）（1/3 ページ）

前回は、ゲルマニウム（Ge）をチャンネル材料とするMOSFETの研究開発の歴史と現状を紹介した。今回はもう1つの材料であるインジウム・ガリウム・ヒ素（InGaAs）である。InGaAsの歴史と背景にあるIII-V族化合物半導体とともに、研究開発の状況を解説する。

[福田昭，EE Times Japan]

始まりは発光デバイスだった

　前回は、ゲルマニウム（Ge）をチャンネル材料とするMOSFETの研究開発状況を説明した。今回は、もう1つの材料であるインジウム・ガリウム・ヒ素（InGaAs）とその背景であるIII-V族化合物半導体を解説するとともに、研究開発状況をご報告する。

　InGaAsは「III-V族化合物半導体」の1つである。「III-V族化合物」とはIII族元素とV族元素で構成される化合物のこと。III族元素にはホウ素（B）、アルミニウム（Al）、ガリウム（Ga）、インジウム（In）などがある。化合物半導体を構成するのは主にAlとGa、Inであり、特にGaが使われることが多い。V族元素には窒素（N）、リン（P）、ヒ素（As）、アンチモン（Sb）などが存在する。化合物半導体を構成するのは主にNとP、Asだが、まれにSbが使われることもある。なお前回で説明したゲルマニウム（Ge）とシリコン（Si）は、IV族の元素である。

　代表的なIII-V族化合物半導体には、ガリウム・ヒ素（GaAs）や窒化ガリウム（GaN）、インジウム・リン（InP）などが存在する。応用は高速・高周波・低雑音トランジスタ、高周波パワー・トランジスタ、マイクロ波IC、半導体レーザー、発光ダイオード（LED）、受光素子（フォトダイオード）など。集積回路ではなく、単体のトランジスタ、あるいはダイオードとして利用されることが多い。

　歴史を振り返ると、III-V族化合物半導体は電子デバイスではなく、発光デバイスとして実用化が始まった。発光ダイオード（LED）、そして半導体レーザーである。GeとSiには発光する性質がない。このため、発光デバイスはGaAsやガリウム・リン（GaP）、さらにはGaNなどのIII-V族化合物半導体の独壇場となった。

　一方で、III-V族化合物半導体の電子デバイスとしての実用化は、IV族半導体に比べるとかなり遅れた。GaAsトランジスタが本格的に商用化されたのは、1980年代に入ってからである。

主な半導体（および金属）の元素。?族と?族、?族の元素を表記した （クリックで拡大）