AlN系UWBG半導体材料で、理想的な特性を持つpn接合の作製に成功：研究開発の最前線

旭化成は、窒化アルミニウム系材料を用いた半導体デバイスにおいて、理想的な特性を持つpn接合の作製に成功した。絶縁破壊電界強度は7.3MV／cmで、高電圧に対する耐性を有する。

[MONOist]

　旭化成は2023年12月14日、窒化アルミニウム（AlN）系材料を用いた半導体デバイスにおいて、理想的な特性を持つpn接合の作製に成功したと発表した。名古屋大学との共同研究による成果だ。

　AlN系ウルトラワイドバンドギャップ（UWBG）は、次世代の高周波デバイスやパワーデバイス材料として注目されている。UWBG半導体は、従来のシリコン（Si）やガリウムヒ素（GaAs）の5倍以上の禁制帯幅（バンドギャップ）を有する。しかし、理想的なpn接合の実現は難しいという課題があった。

　そこで、旭化成と名古屋大学の研究グループは、下地材料として旭化成の子会社クリスタル・アイエスが開発した高品質なAlN単結晶基板を使用。AlN系薄膜結晶成長技術（エピタキシャル成長技術）を用いた分布型分極ドーピング（distributed polarization doping：DPD）により、AlN単結晶基板上にpn接合ダイオードを作製した。

作製したデバイスの断面構造［クリックで拡大］ 出所：旭化成

　作製したpn接合は、電流−電圧特性、電圧−容量特性、電流注入による発光特性に優れており、絶縁破壊電界強度は7.3MV/cmを示した。これは、従来の半導体Siの25倍、WBG半導体の炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）の2倍で、高電圧に対する耐性を有することが分かった。

絶縁破壊電界のベンチマーク［クリックで拡大］ 出所：旭化成

　半導体デバイスは、n型とp型の半導体の組み合わせで成り立つ。それぞれの型の作製には不純物の添加（ドーピング）が必要だが、UWBG半導体では従来手法が適用できなかった。

　今回、理想的なAlN系pn接合が可能になったことで、今後AlN系材料の研究が活発化することが期待される。

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