名大，GaNに格子整合する新窒化物半導体を合成

名古屋大学は，窒化ガリウム結晶（GaN）に格子整合する新たな窒化物半導体AlPNの合成に成功した（ニュースリリース）。

GaNを用いた高電子移動度トランジスタ（HEMT）は，高周波で動作し，効率よく電力を電波に変換できるため，5G基地局などで広く使用されている。また，次世代（6G）通信システムの構築に向けて，より高性能なHEMTの開発が必要とされている。

現在のGaN-HEMTでは，GaN結晶の上にAlGaN結晶を形成した結晶が使用されている。AlGaN層は，トランジスタ信号として働く電子を発生させ，この電子が，AlGaNとGaNの界面を流れることで，トランジスタが動作する。

電子供給層として，AlGaN 結晶よりも自発分極の強い，例えばAlNのような結晶を使うと，トランジスタの特性向上が可能であることが知られている。しかし，電子供給層として用いる結晶の原子の間隔がGaN結晶の原子の間隔と異なると，GaNとの界面で原子配列の乱れが起こるため，高い電子移動度は得られない。

研究では新たに窒化物半導体，AlP_yN_1-y結晶の合成に取り組み，P組成yを0.1近傍で精密に制御することにより，GaNとAlPyN1-yとの原子間隔の一致の度合いを制御し，AlP_yN_1-y結晶層内部の欠陥の発生を抑制しつつ，AlPN層とGaN層の間の界面での原子配列をよく整合させることに成功した。

高分解能X線回折法により，実験で作成したAlP_yN_1-y(P=0.103)/GaN 積層構造を評価した。（0002）回折点近傍の強度分布の測定結果と，この構造が形成されたときに観測されるX線回折強度分布のシミュレーション結果がよく一致し，設計通りのAlP_yN_1-y(P=0.103)/GaN 構造が形成されていることがわかった。

また，回折点近傍の逆格子マップから，AlP_yN_1-y(P=0.103)結晶の原子配列が下地のGaN結晶に整合していることも示された。この結晶ではPの含有率が低く，AlNと同様の，強い自発分極が起きていると考えられ，トランジスタ特性向上を可能にすると考えられるという。

研究グループは，この成果を応用して実現されるトランジスタにより，通信システムの高速化，小型化・高効率化が期待され，5G通信システムの普及，さらには6G通信システムの開発に大きく貢献するとしている。