GeO2 on Si基板実現のための課題

Patentixは7月23日、次世代のパワー半導体材料として期待されるルチル型二酸化ゲルマニウム(r-GeO2)の薄膜をSi基板上に作製することに成功したと発表した。

r-GeO2は、SiCやGaNと比べてより大きなバンドギャップ(4.68eV)を有しており、かつp型・n型の両伝導が可能と理論的に予想されていることから次世代パワー半導体として商用化が期待されている材料の1つとなっている。

同社は、独自にr-GeO2結晶薄膜の作製に適した「Phantom SVD(ファントム局所的気相成長)法」を開発し、これまでにTiO2基板やSiC基板上などに高品質なr-GeO2薄膜の成膜することに成功したことを報告してきた。

しかし、デバイスコストを低減するためには元の基板のコストも安い方が有利であり、SiCと比べて安価なSi基板上での成膜によるさらなる低コスト化が期待されてきたが、Siとr-GeO2は結晶構造が異なるため、これまでの研究では薄膜成長が難しいという課題があったという。

導電性バッファ層の活用で薄膜の形成に成功

こうした課題を踏まえ同社では今回、Si(100)基板上に成膜された導電性バッファ層の上に、Phantom SVD法を用いてr-GeO2の結晶膜を成膜することに成功。作製されたGeO2 on Si基板のサンプルに対してX線解析(XRD)測定を行ったところ、r-GeO2に由来する明瞭なピークを確認できたとする。

  • Si(100)基板上に成膜された導電性バッファ層上に成膜されたr-GeO2薄膜

    Si(100)基板上に成膜された導電性バッファ層上に成膜されたr-GeO2薄膜 (出所:Patentix)

  • GeO2 on Si基板サンプルのXRDプロファイル

    GeO2 on Si基板サンプルのXRDプロファイル。同社によるとSi 200は本来禁制反射であるが検出されているという (出所:Patentix)

同社では、導電性バッファ層を採用することで、パワーデバイスの主流である縦型構造のデバイス作製を容易に行うことができるようになるとしており、GeO2 on Si基板を用いたパワーデバイスを、より安価に提供し、SiCパワー半導体の市場を置き換えることを目指すとしている。

具体的には、今後も研究開発を継続して進めていくことで、Si基板上のr-GeO2薄膜のさらなる高品質化および基板の大口径化を進め、GeO2 on Si基板の早期の市場投入を目指すとしているほか、r-GeO2 on Si基板を用いたパワーデバイスの試作およびその特性評価も進めていくとしている。