京工繊、次世代パワー半導体「r-GeO2」の縦型SBDの開発に初成功

京都工芸繊維大学(京工繊)は4月7日、超ワイドバンドギャップ半導体「ルチル型二酸化ゲルマニウム」(r-GeO₂)を用いた縦型ショットキーバリアダイオード(SBD)の開発に初めて成功したと発表した。

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  今回試作されたルチル型GeO₂縦型SBDの電気的特性評価の様子(出所:京工繊プレスリリースPDF)

同成果は、京工繊 電気電子工学系の鐘ケ江一孝助教、同・島添和樹日本学術振興会特別研究員(PD)(現・名古屋工業大学 工学専攻 電気電子プログラム助教)、同・清家一朗大学院生、同・西中浩之教授らの研究チームによるもの。詳細は、日本応用物理学会が刊行する学術誌「Applied Physics Express」に掲載された。

現在、シリコンに代わる次世代パワー半導体として、炭化ケイ素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)の実用化が進んでいる。そして、さらなる低損失化を目指し、酸化ガリウム(β-Ga₂O₃)、窒化アルミニウム(AlN)、ダイヤモンドなどの超ワイドバンドギャップ半導体の研究も進展中で、r-GeO₂もその1つだ。

r-GeO₂は、二酸化チタン(TiO₂)鉱物のルチルが取る結晶のようなルチル型構造を持つGeO₂の結晶多形の1つで、4.6eVという超ワイドバンドギャップを持ち、高い絶縁破壊電界強度や両極性ドーピング能力が理論計算で示唆されるなど、パワーデバイスに適した特性を有する。また、ネイティブ基板が作製できることも実用化に向けた大きな利点だが、これまではr-GeO₂の安定相制御が困難だったため、半導体デバイスとしての動作実証がなされていなかった。

このような背景の下、研究チームはこれまで、ミスト化学気相成長法(ミストCVD法)と「傾斜Ge_xSn_1-xO₂バッファ層」(Sn:スズ)技術により、TiO₂基板上に単相のr-GeO₂エピタキシャル層を成長させることに成功していた。そこで今回の研究では、同技術を応用してr-GeO₂縦型SBDを作製し、その電気的特性を評価したという。