東京大學和NTT的研究團隊開發出了一種基於氮化鋁（AlN）的半導體元件。AlN的性能優於碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等，作為新一代半導體材料備受關注。研究團隊計劃將其應用於鐵路、電力系統等高耐壓環境，並推動其實際應用。
由氮化鋁製成的功率半導體元件（供圖：東京大學）
氮化鋁與電極之間的電阻降至既往電阻的10分之1（供圖：東京大學）
隨著可再生能源和電動汽車（EV）的普及，能夠調節電壓和頻率的「功率半導體」器件的需求日益增長。AlN半導體具有較高的「絕緣破壤電場」，理論上在使用過程中的電力損耗低於SiC和GaN，因此作為下一代功率半導體材料的有力候選而備受關注。
研究團隊在AlN和電極之間安裝了一層「氮化鋁鎵（AlGaN）」緩衝層。AlGaN兼具AlN和GaN的特性，其電極一側更接近GaN的性質，而另一側則逐漸趨近AlN的性質。這使得器件的電阻降低至原來的10分之1，並成功實現了「肖特基阻障二極體」（SBD）功率半導體元件的運行。
研究還揭示了這種器件的電學特性，東京大學講師前田拓也表示：「該成果對 AlN 系半導體元件的發展具有重要貢獻。」研究團隊此次開發的器件採用適用於研究的「橫向」結構，未來將推進開發更符合實用化需求的「縱向」結構器件。此外，AlN 與 GaN 具有相似的材料特性，也正在被用於深紫外半導體雷射的開發。
本研究由東京大學與 NTT 物性科學基礎研究所共同完成，並於2024年12月在國際電子器件會議IEDM（International Electron Devices Meeting）上發表了有關成果。
原文：《日本經濟新聞》、2025/01/28
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
發表學會：70th IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM 2024）
論文：Thermionic Field Emission in a Si-doped AlN SBD with a Graded n+-AlGaN Top Contact Layer
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