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【国际时事】FLOSFIA和JSR首次对P型半导体实际应用方面实现重大突破
日期：2023-04-23阅读：215
FLOSFIA和JSR共同开发了一种新的P型半导体材料，用于解决FLOSFIA首次推出的金刚石型氧化镓【α-Ga2O3】（以下称“氧化镓”）与氧化铱镓【α-(IrGa)2O3】（以下称“氧化铱镓”）的组合在量产中存在的问题。通过使用新开发的铱系成膜材料，可以实现氧化铱镓的最大特点，即P型特性的表现，同时解决量产中的问题，为产业应用铺平了道路。
在氧化铱镓的产业应用中，存在以下3个量产性难题：
① 作为铱源的铱乙酰丙酮酸盐【Ir(acac)3】在水中难溶性较高，晶体生长速度比氧化镓的晶体生长速度慢十倍以上，生产效率低下。
② 在晶体生长过程中，覆盖不均匀，导致难以在槽内稳定地成膜。
③ 由于嵌入效率不佳，一次成膜需要使用大量的铱系成膜材料。
"Ir（铱）"元素作为半导体生产并不适用，而且可获得的铱源材料也有限。因此，在本次共同开发中，致力于开发全新的铱系成膜材料。新材料的开发实现了高速晶体生长速率（比传统材料快10倍以上），改善了对槽内覆盖率性能（图1），并减少了铱系成膜材料用量。因此，新型P型半导体和氧化铱镓的量产应用可能性急剧提高，FLOSFIA为实现其"半导体生态®"的目标取得了重大进展。此外，如FLOSFIA在2023年1月17日发表，高品质的P型半导体"氧化铱镓"已在JBS结构下成功进行了操作验证。氧化铱镓是一种超宽禁带半导体，其带隙极大，约为5eV，空穴浓度为1×1019cm-3，适用于条件为高电场设备设计的宽广应用领域。由于本次"量产"问题的解决方案已经出现，因此可以将其早日应用于使用100kHz以下频率领域的逆变器和其他广泛的电力转换器中。
图1：使用新型铱基材料成功地在沟槽内嵌入生长高质量的氧化铱镓。
研究成果
酸化铱镓的器件应用，旨在将其应用于嵌入沟槽结构的JBS结构中（见图2）。先制作酸化镓n层的一部分沟槽结构，然后填充新型p型半导体酸化铱镓进行晶体生长。在晶体生长过程中，使用了FLOSFIA独有的MistDry®技术，并将共同开发的新型铱源成膜材料作为溶液中的铱源。通过使用这种新材料，确认晶体生长速度比传统方法快了10倍以上。通过使用扫描电子显微镜观察沟槽结构的断面，确认酸化铱镓的膜厚分布均匀，成膜效果良好（见图3）。
图2：氧化铱镓的装置应用（JBS构造）
图3：氧化铱镓的嵌入生长具有良好的覆盖性。
未来发展
本次研究成果所得的JBS结构将应用于FLOSFIA的金刚石型氧化镓（α-Ga2O3）功率器件“GaO®”系列第二代二极管。除了用于在100kHz以下的频率范围内使用的逆变器和其他广泛的功率转换器外，还旨在将新的P型半导体“氧化铱镓”应用于晶体管，如MOSFET和IGBT等。功率转换器的示例包括商用电源，机器人驱动电路，电动汽车，白色家电（如空调和冰箱）以及太阳能电池的功率调节器等。通过采用GaO®功率器件，团队将挑战“整个功率转换器的小型化和成本降低的极限”。虽然取决于设备类型，例如，如果功率转换器的缩小程度可能达到原来的数十分之一，预计成本降低效果可达到整个功率转换器的50％（根据FLOSFIA的估算）。
