α型酸化ガリウム薄膜の基本物性を初めて実測 北大ら：次世代パワーデバイス開発に弾み

北海道大学と京都大学の研究グループは共同で、α型酸化ガリウム（α-Ga2O3）薄膜の電子有効質量と熱伝導率を実測することに成功した。これまでは計算により推定していた基本物性を初めて実測したことで、α-Ga2O3を用いたパワー半導体の開発に弾みを付ける。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

電気自動車向け高耐圧パワーデバイスの性能予測が可能に

　北海道大学電子科学研究所の太田裕道教授らによる研究グループは2026年11月、京都大学大学院工学研究科の田中勝久教授らによる研究グループと共同で、α型酸化ガリウム（α-Ga₂O₃）薄膜の電子有効質量と熱伝導率を実測することに成功したと発表した。これまでは計算により推定していた基本物性を初めて実測したことで、α-Ga₂O₃を用いたパワー半導体の開発に弾みを付ける。

　α-Ga₂O₃は、光学バンドギャップが5.3eVと広く、高い絶縁破壊電界が期待できることから、次世代パワー半導体材料として注目されている。こうした中、α-Ga₂O₃を用いたパワーデバイスの設計に当たっては、電子有効質量や熱伝導率といった基本物性を考慮する必要がある。ところがこれまでは計算科学に依存しており、実測値はほとんど示されていなかったという。

　そこで研究グループは、キャリア濃度や結晶性、膜厚均一性に優れたα-Ga₂O₃薄膜をミストCVD法で作製。熱電能計測により室温での「キャリア電子有効質量」を、時間領域サーモリフレクタンス法で室温における「熱伝導率」を、それぞれ高い精度で実測した。この結果、電子有効質量は0.40m₀、熱伝導率は19W/mK（室温）であることが分かった。

　研究グループによれば、研究成果を用いることで電気自動車（EV）向け高耐圧パワーデバイスの性能予測が可能となり、材料開発も加速できるとみている。

各種パワー半導体の物性比較（代表値）［クリックで拡大］ 出所：北海道大学

上図は自作した熱電能計測装置と計測方法、下図は市販の装置を使った熱伝導率の計測方法［クリックで拡大］ 出所：北海道大学

左上図はHall移動度のキャリア電子濃度依存性。左下図は熱電能のキャリア電子濃度依存性。右上図は室温における熱伝導率。右下図は熱伝導率の温度依存性［クリックで拡大］ 出所：北海道大学