β-Ga2O3(ベータ型)が安定相であるのに対し、**α-Ga2O3(アルファ型)**は「コランダム構造」を持つメタステーブル(準安定)相です。
β型が融液(EFG法など)から成長させるのに対し、α型は主にミストCVD法などの低温成膜技術によって、サファイア基板等の上に薄膜として形成されます。
1. α-Ga2O3 の主な特徴
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より広いバンドギャップ: β型が約4.8 eVであるのに対し、α型は約5.3 eVとさらに広く、より高い絶縁破壊電界が期待できます。
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コランダム構造の利点: サファイア(α-Al2O3)と同じ結晶構造を持つため、安価な大口径サファイア基板をテンプレートとして高品質なエピタキシャル成長が可能です。
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異種材料との親和性: 同じコランダム構造を持つIr2O3やRh2O3と混ぜることで、β型では困難な**p型半導体**を実現できる可能性(α-Ir2O3系など)が研究されています。
2. α-Ga2O3 のデバイス応用:SBDへの特化
α型は熱的に不安定で、高温(約600 ~ 900℃以上)になるとβ型へ相転移してしまうため、高温プロセスが必要なMOSFETよりも、構造が単純な**SBD(ショットキーバリアダイオード)**での実用化が先行しています。
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超高耐圧: すでに1 kVを超える耐圧を持つSBDが試作されており、パワーコンバータの小型化に大きく寄与します。
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低コスト製造: 高価なイリジウム坩堝を必要とするEFG法(β型)に比べ、サファイア基板と大気圧下でのミストCVD法を用いるα型は、製造コストを劇的に抑えられる可能性があります。
3. α型とβ型の比較
| 特性 | α-Ga2O3 | β-Ga2O3 |
| 結晶構造 | コランダム(三方晶) | 単斜晶 |
| バンドギャップ | 約 5.3 eV | 約 4.8 eV |
| 主な製法 | ミストCVD、HVPE | EFG法、CZ法 |
| 基板 | 主にサファイア(異種基板) | 自立基板(ホモエピ) |
| 安定性 | 準安定(高温で転移) | 安定的 |
4. 課題:熱伝導と欠陥
α型もβ型と同様に**熱伝導率が低い**という課題がありますが、α型の場合は「サファイア基板上に成長させる」ため、放熱のために基板を剥離して別の高放熱基板へ貼り替える(ラミネート技術)などの研究も活発です。
α型の大きなメリットである**「ミストCVD法による低コスト化」**について、その装置構成や具体的な成膜プロセスに興味はありますか?あるいは、p型化への挑戦について詳しくお話しすることも可能です。
出典:Google Gemini
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