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» 2019年10月28日 09時30分 公開

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

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。

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