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α-Ga2O3(アルファ型)

GLOSSARY

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

  • 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。

  • 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。

  • 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。

  • 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。

  • 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。

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。

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