現在広く使われている半導体はシリコンが主材料だ。各国では従来品より壊れにくく、宇宙や車載などの過酷な環境下でも使える頑丈な「ウルトラワイドバンドギャップ半導体」と呼ばれる次世代のパワー半導体の開発にしのぎを削っている。この半導体には主にダイヤモンドや酸化ガリウムが使われる。窒化アルミニウムはそれらを超える特性を持つ可能性が知られていたが、デバイス作製時に必要となる不純物を添加（ドーピング）しても室温で導電性能が得られない点が課題だった。
名古屋大学未来材料・システム研究所の天野浩教授（半導体工学）と旭化成先端技術研究所の吉川陽博士らの研究グループは、この「不純物ドーピング」以外で導電性能を得られる半導体デバイスの開発手法に取り組んだ。
新たな半導体デバイスは基板に用いる窒化アルミニウム上に、窒化ガリウムと窒化アルミニウムを混ぜ合わせて結晶にした窒化アルミニウムガリウムを成長させることで作る。
実用的な半導体デバイスには電子の抜け穴である正孔（ホール）を持つp型半導体と、電子を持つn型半導体が接合するpn接合と呼ばれる構造が必要。窒化アルミニウムガリウム中のアルミとガリウムの比率を徐々に変化させていくと、正・負の電荷が現れる「分極」という効果が生じる。これにより、半導体中の電子や正孔が集まり、絶縁体であった窒化アルミニウムガリウムをp型やn型にすることができた。
この「分極ドーピング法」と呼ばれる手法を用いて、研究チームは窒化アルミニウム基板上にpn接合ダイオードの半導体デバイスを作製し、不純物を添加した半導体と同様の導電性能を持って動作させることに初めて成功した。
半導体の特性を調べたところ、電界をかけたときに壊れる強度を示す「絶縁破壊電界強度」はシリコンカーバイドや窒化ガリウムの約2倍と、耐圧性に優れていた。電流を流すと発光し、電流と電圧の関係を示す電流-電圧特性も良い値を示した。このような良好な特性を持つ半導体が実用化すると、電力変換の損失が少なくなるため、現在流通している製品よりも大幅な省エネが期待できる。その結果、携帯電話の基地局やレーダー、通信衛星といった次世代通信に応用する道が開ける。
天野教授は「再生エネルギーや高電圧での交流電力送電システムなど、電力網への応用を模索したい」と話している。成果は2月26日、米国電気電子学会「トランザクションズ オン エレクトロン デバイスズ」電子版に掲載された。
◇4月5日追記
本文の一部を訂正しました。
7段落目）
誤「電流を流すと発光し、電流と電圧の差を示す電流-電圧特性も良い値を示した。」
正「電流を流すと発光し、電流と電圧の関係を示す電流-電圧特性も良い値を示した。」
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