ダイヤモンドに接合された窒化ガリウムを熱加工し トランジスタを作製することに成功

ダイヤモンドに接合された窒化ガリウムを熱加工しトランジスタを作製することに成功

2022年3月18日 14:00 | プレスリリース・研究成果

【本学研究者情報】

〇金属材料研究所　特任准教授　大野裕
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

ダイヤモンドに接合された窒化ガリウム（GaN）^※1を熱加工し、トランジスタ^※2作製に成功。
作製したトランジスタの放熱性の向上、接合によるGaN層の品質担保を実証。
高品質な炭化ケイ素（3C-SiC）バッファ層を採用。
ダイヤモンド上窒化ガリウムの大面積化が可能になり、社会実装を加速。

【概要】

大阪市立大学大学院工学研究科の梁剣波准教授、重川直輝教授、東北大学金属材料研究所の大野裕特任准教授、永井康介教授、国立研究開発法人物質・材料研究機構（研究当時）の清水康雄博士、エア・ウォーター株式会社の川村啓介博士らの研究グループは、ダイヤモンドに接合された窒化ガリウムを熱加工し、トランジスタの作製に成功するとともに放熱性の向上を実証しました。

窒化ガリウムを利用したトランジスタは、シリコンに代わる次世代半導体として、携帯電話の基地局などで幅広く使用されているものの、動作時の発熱により性能が大きく制限されており、大型の放熱部材も必要とされていました。

梁准教授らの研究グループは、2021年9月に世界で初めてGaNとダイヤモンドの直接接合に成功し、1,000 ℃の熱処理にも耐えることを実証しました。今回の研究では、ダイヤモンドとの直接接合に成功した窒化ガリウムに約800℃の熱処理を行うことで、放熱性に優れたトランジスタの作製に成功しました。地球上で最も熱伝導率が高く、最も効率的に熱を逃すことができるダイヤモンドを使用しているため、シリコン上でのトランジスタと比べて放熱性が向上していること（図1）、また、窒化ガリウム層の品質が劣化しないことも明らかとなりました。

本研究成果により、接合後にトランジスタを作製することでダイヤモンド上窒化ガリウムの大面積化が進展し、レーダーやインバータ^※3などの大電力用途にも使用範囲が拡大することが期待されます。本研究成果は2022年3月8日（火）に国際学術誌「Applied Physics Express」誌にオンライン掲載されました。