東北大、高温動作の酸化ガリウムダイオード開発：ショットキー障壁高さを1.8eVに

東北大学金属材料研究所は、酸化ガリウムと金属酸化物を原子レベルで接合することにより、350℃の高温環境でも動作可能なダイオード（整流素子）を開発した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

パラジウムとコバルトからなる層状金属酸化物に着目

　東北大学金属材料研究所の原田尚之助教と伊藤俊技術職員、塚粼敦教授らの研究グループは2019年10月、酸化ガリウム（Ga₂O₃）と金属酸化物（PdCoO₂）を原子レベルで接合することにより、350℃の高温環境でも動作可能なダイオード（整流素子）を開発したと発表した。

　一般的なシリコンのバンドキャップ1.1eVに対し、Ga₂O₃は約5.0eVと極めて大きなバンドギャップを有している。このため、200℃以上の高温環境でも安定した動作が求められる次世代のパワーデバイス向け半導体として期待されている。既にさまざまな金属との接合によるダイオードの開発が行われているが、これまで高温環境における動作特性に課題があったという。

　研究グループは今回、Ga₂O₃を用いた素子に適用できる金属電極として、パラジウムとコバルトからなる層状金属酸化物（PdCoO₂）に着目した。このPdCoO₂は、単体金属に匹敵する高い電気伝導性を示すという。また、高い熱安定性と優れた化学耐性を備えているのも特長である。

主な物質の室温電気伝導率 出典：東北大学

　さらに、PdCoO₂とβ−Ga₂O₃の界面を、原子レベルで制御できることを見いだし、ショットキー接合の半導体特性を評価した。この界面には、PdCoO₂のPd⁺と［CoO₂］^-が交互に積層した層状構造に由来して電気双極子が形成される。電気双極子が作る電界によって1.8eVという高いショットキー障壁を実現し、350℃の高温環境で7桁以上というオンオフ比のダイオード動作を実証した。

左は電子顕微鏡によるPdCoO₂／Ga₂O₃界面の原子像、右は対応する結晶モデル 出典：東北大学

　研究グループによると、今回の研究成果は自動車や工業プラントで用いられるGa₂O₃パワーデバイスやセンシングデバイスに応用できるという。