【世界初】新しいパワー半導体材料ルチル型GeO2系混晶半導体デバイスの開発に成功
―r-GeO2パワーデバイスの実現に大きく前進―
立命館大学総合科学技術研究機構 金子健太郎 教授/RARAフェロー(Patentix社CTO兼務)と、立命館大学発のディープテックベンチャーPatentix株式会社 (代表取締役社長：衣斐豊祐)、京都大学院工学研究科 高根倫史 博士後期課程学生、田中勝久 同教授、物質・材料研究機構（NIMS）大島孝仁 主任研究員、原田尚之 同独立研究者は共同で、次世代半導体材料として注目されているルチル型二酸化ゲルマニウム(r-GeO2)系混晶半導体デバイスの開発に世界で初めて成功しました。
Patentix株式会社は、立命館大学発ベンチャーであり、超ワイドバンドギャップ半導体（UWBG）材料である二酸化ゲルマニウム(GeO2)を用いた半導体基板・パワーデバイスの研究開発を進めています。この成果は、酸化物半導体パワーデバイスの社会実装を大きく前進させるものです。
* 発表概要
r-GeO2は、4.6eVの大きなバンドギャップをもつと同時に、pn両型伝導が可能であるという理論的な予測がなされており、さらにバルク結晶の成長が可能である事から、低損失かつ高耐圧のパワーデバイスを実現する次世代パワー半導体材料として注目を集めています。
本研究では、r-GexSn1-xO2混晶半導体薄膜を用いたSBD（ショットキーバリアダイオード）の試作を行い、電流-電圧測定等の電気特性評価を行ったところ、ショットキー特性を示す事を、r-GeO2系混晶として世界で初めて確認しました。今後、パワーデバイスへの応用を目指した、r-GeO2をはじめとするルチル型酸化物半導体に関する研究・開発のさらなる発展が期待されます。
社会的重要性
Ga2O3やダイヤモンド、AlN、BNなどのUWBG半導体は大きな絶縁破壊電界値をもつため、低損失かつ高耐圧のパワーデバイスの実現が期待されています。しかしながら、UWBG半導体は、その巨大なバンドギャップのためp型とn型のキャリアタイプ制御が困難であり、さらにホモエピタキシャル成長用の基板が高価であることが、社会実装可能なデバイスの開発や応用における大きな障壁となっています。
近年、新規UWBG半導体としてルチル型構造のGeO2（r-GeO2）が、これらの問題を克服する新たなパワー半導体材料として大きな注目を集めています。電力変換損失が小さい高性能なパワー半導体の登場は、AIやスマート機器の普及にともなう電力消費の急増が著しい現代社会において大変重要です。電気自動車（EV）や電力システム等の大幅な省エネ・小型化への実現が期待され、持続可能で環境にやさしい社会インフラの実現に本研究は大きく貢献できると期待されます。
今回の成果及び今後の予定
本成果は下記内容でApplied Physics Expressにて掲載予定です。
“Rutile-type GexSn1-xO2 alloy layers lattice-matched to TiO2 substrates for device applications”
- Takane, T.Oshima, T.Harada, K. Kaneko, and K. Tanaka, Applied Physics Express 17, 011008 (2024)
また今後も立命館大学、京都大学、NIMSおよびPatentix株式会社は、共同で、次世代半導体材料としてルチル型GeO2系混晶半導体デバイスの開発を進めて参ります。
＜お問い合わせ先＞
Patentix株式会社 担当：清水
TEL. 0775-99-1558
Email. y.shimizu@patentix.co.jp
立命館大学広報課 担当：名和
TEL：075-813-8300
Email：r-koho@st.ritsumei.ac.jp
京都大学 渉外部広報課国際広報室
TEL：075-753-5729 FAX：075-753-2094
E-mail：comms@mail2.adm.kyoto-u.ac.jp