超低損失AlN系ショットキーバリアダイオードの試作に成功 ―低炭素社会に寄与する新しいパワー半導体の実現に向け大きく前進―

2026-05-25 東京大学

東京大学大学院工学系研究科とNTTは、超低損失なAlN系ショットキーバリアダイオード（SBD）の試作実証に成功した。成果はISPSD 2026で発表予定である。研究では、組成傾斜AlGaN耐圧維持層とAlN/AlGaN超格子電流拡散層を組み合わせ、分布型分極ドーピング（DPD）を活用することで、不純物添加なしに高電子密度を実現した。これにより、AlN系デバイスとして世界最小となるオン抵抗0.34 mΩcm²と、逆方向耐圧400V（最大破壊電界8MV/cm）を達成した。AlNは6.0eVという極めて大きなバンドギャップを持つウルトラワイドギャップ半導体であり、高耐圧・低損失な次世代パワーデバイス材料として期待されている。今回の性能はSiの理論限界を大きく超え、SiCやGaNの理論限界にも迫る水準である。成果は、電気自動車や電力変換機器における電力損失低減につながり、低炭素社会実現に重要な進展となる。今後はさらなる高耐圧化・低損失化を進め、AlN系パワー半導体実用化を目指す。

DPDを活用した組成傾斜AlGaN耐圧維持層を有するAlN系SBDの電気的特性の測定の様子

＜関連情報＞

分布型分極ドーピングドリフト層を有するAlN系ショットキーバリアダイオードにおける極めて低いオン抵抗
Extremely Low On-Resistance in AlN-based Schottky Barrier Diodes with Distributed Polarization Doping Drift Layer

Issei Sasaki, Masanobu Hiroki, Kazuaki Ebata, Kazuyuki Hirama, Yoshitaka Taniyasu, Takuya Maeda
The 38^th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD 2026)

We present the concept and experimental realization of polarization-induced bulk electron doping in III–V nitride semiconductors. By exploiting the large polarization charges in the III–V nitrides, we are able to create wide slabs of high-density mobile electrons without introducing shallow donors. Transport measurements reveal the superior properties of the polarization-doped electron distributions than comparable shallow donor-doped structures, especially at low temperatures due to the removal of ionized impurity scattering. Such polarization-induced three-dimensional electron slabs can be utilized in a variety of device structures owing to their high conductivity and continuously changing energy gap.