FLOSFIA、酸化ガリウムのリーク電流を抑制：酸化イリジウムガリウムを埋め込む

FLOSFIAは、パワー半導体「酸化ガリウム（Ga2O3）」にJBS（ジャンクションバリアショットキー）構造を適用し、p型半導体「酸化イリジウムガリウム（α-（IrGa）2O3）」を埋め込んで結晶を成長させることにより、リーク電流を抑えることに成功した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

「GaO」シリーズの第2世代ダイオードから研究成果を適用へ

　京都大学発のベンチャー企業であるFLOSFIAは2023年1月、パワー半導体「酸化ガリウム（Ga₂O₃）」にJBS（ジャンクションバリアショットキー）構造を適用し、p型半導体「酸化イリジウムガリウム（α-（IrGa）₂O₃）」を埋め込んで結晶を成長させることにより、リーク電流を抑えることに成功したと発表した。

　FLOSFIAは京都大学と共同で、酸化ガリウムと同じ結晶構造を持つp型半導体「酸化イリジウム（α-Ir₂O₃）」を、2016年に開発した。今回、SiC（炭化ケイ素）ダイオードなどで用いられているJBS構造を、酸化ガリウムデバイスに適用した。

酸化ガリウムのみで作製したデバイスとP型半導体を組み合わせたデバイスとの比較 出所：FLOSFIA

　具体的には、酸化ガリウムn^-層の一部にトレンチ構造を作製し、新たなp型半導体を埋め込み、独自のミストドライ法を用いて結晶成長を行った。作製したチップサイズは約0.9mm、トレンチ構造のラインアンドスペースは各1μmである。

　実験では、JBS構造の試作チップに逆方向電圧を印加し、酸化イリジウムガリウムの埋め込み構造によるリーク電流の抑制効果を確認した。温度を25℃から125℃に上昇させると、抑制効果はさらに高まることを確認した。

JBS構造の断面構造と上面からの顕微鏡写真 出所：FLOSFIA

25℃（左）と125℃（右）におけるJBS構造チップの逆方向特性 出所：FLOSFIA

　今回用いた酸化イリジウムガリウムは、バンドギャップが約5eVと極めて大きく、ホール濃度は1×10¹⁹cm^-3と高い。このため、酸化イリジウムガリウムと組み合わせた酸化ガリウムデバイスは、SBDやMOSFET、IGBTといったパワー半導体デバイスとして、その特性を最大化することが可能になるという。小さいチップサイズで大電流を流すことができ、コストの低減も可能である。

　FLOSFIAは今回の研究成果を、コランダム型酸化ガリウム（α-Ga₂O₃）パワーデバイス「GaO」シリーズの第2世代ダイオードより適用する計画である。その後は、MOSFETやIGBTなどにも酸化イリジウムガリウムを用いることにしている。