窒化アルミニウム系ショットキーバリアダイオードの電流輸送機構を解明 ～低炭素社会に寄与する新しいパワー半導体デバイスの実現に向け大きく前進～

発表のポイント

NTTは、AlN系半導体の結晶成長・デバイス技術の開発により、ほぼ理想的な特性を示すAlN系ショットキーバリアダイオード（SBD）の作製に成功しました。
東京大学は、この理想的なAlN系SBDの電流輸送機構がトンネル効果に起因した熱電子電界放出であることを解明し、その理解に基づいた解析からショットキー接触の特性を決定する最重要物性値である障壁高さとその温度依存性を明らかにしました。
ショットキー接触の電流輸送機構の解明と物性値の決定はデバイス設計に不可欠であり、本成果はAlN系デバイスの実用化に向けた重要な知見といえます。



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AlN系SBDの電気的特性の測定の様子

概要
　東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻の前田 拓也講師の研究グループ（以下、東京大学）と日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：島田明、以下、NTT）は、窒化アルミニウム（AlN）系半導体（注1）を用いたショットキーバリアダイオード（SBD）（注2）の電流輸送機構を解明しました。NTTは、低抵抗のオーミック電極形成技術およびリーク電流の小さいショットキー電極形成技術の開発により、ほぼ理想的な電流-電圧特性を示すAlN系SBDを作製しました。東京大学は、この理想的なSBDの電流-電圧特性や容量-電圧特性の系統的な測定と緻密な解析に基づく考察により、電流輸送のメカニズムがトンネル効果に起因した熱電子電界放出（注3）であることを世界で初めて解明し、ショットキー接触（注2）の特性を決定する最重要物性値である障壁高さとその温度依存性を明らかにしました。本成果は、AlN系電子デバイスの実現に寄与します。

発表内容
〈背景と課題〉
　窒化アルミニウム（AlN）は6.0 eVの大きなバンドギャップエネルギー（注4）を持つウルトラワイドギャップ半導体です。このAlN系半導体は極めて高い絶縁破壊電界を有していることから、例えば、電気自動車のモーター駆動・充電に伴う電気の交流／直流変換や周波数変換といった電力変換の電力損失を大きく低減できるパワー半導体デバイス材料であり、AlN系パワー半導体デバイスの実用化は低炭素社会の実現に貢献します。電力変換を行う電子機器の作製にはトランジスタとダイオードが不可欠であり、NTTではこれまで世界に先駆けてAlNトランジスタを実現しています（注5）。一方で、ダイオードの作製プロセスは世界的に未成熟であり、オーミック電極の大きな接触抵抗によって理想的な特性のダイオードは報告されておらず、これまでその電流伝導機構も十分には解明されていませんでした。