酸化ガリウムパワー半導体、低コスト化へ前進：イオン注入ドーピングの適用で

[村尾麻悠子，EE Times Japan]

　新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）は2018年12月12日、情報通信研究機構（NICT）と東京農工大学が、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）パワー半導体（トランジスタ）の開発に成功したと発表した。「世界初」（NEDO）とする。NEDOが管理法人を務める内閣府プロジェクト「戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）／次世代パワーエレクトロニクス」の一環で発表された。

　イオン注入ドーピング技術は、半導体を形成するための不純物元素（ドーパント）をイオン化した後、運動エネルギー10keV〜数MeV程度に加速し、固体に直接注入する加工方法だ。低コストのプロセスなので汎用性が高く、量産にも適しているので、半導体デバイスの製造に多く使用されている。

　今回、このイオン注入ドーピング技術を使って縦型Ga₂O₃トランジスタを製造し、その動作実証に成功したという。Ga₂O₃を低コストで製造できることが実証された今回の成果によって、電機メーカーや自動車メーカーなどでGa₂O₃パワーデバイスの開発が本格化し、加速することが予想されると、NEDOはリリースで述べている。

開発した縦型Ga₂O₃トランジスタの断面模式図（左）と、光学顕微鏡写真（右） 出典：NICT

開発した縦型Ga₂O₃トランジスタの電流-電圧特性（左）とトランスファー特性（右） 出典：NICT

　Ga₂O₃は、SiCやGaNと並ぶ、次世代パワーデバイス材料である。Ga₂O₃は、高品質かつ大口径の単結晶基板を簡便で安価に製造できるので、高性能で低コストなデバイスを実現できると期待され、現在、開発が世界的に活発化している。

　富士経済は、2018年3月に発表した次世代パワーデバイスの調査において、酸化ガリウム系パワーデバイス市場が2030年に1450億円になると予測している。まずはSBD（ショットキーバリアダイオード）の量産から始まり、民生機器や情報通信機器の電源などで採用が進むとみている。