新たなパワー半導体材料として期待される単結晶膜の成膜に成功

Patentix、次世代パワー半導体材料の成膜に成功

2026年5月13日、Patentix株式会社は株式会社ジェイテクトサーモシステムと協力し、次世代パワー半導体材料であるルチル型二酸化ゲルマニウム（r-GeO₂）の単結晶膜をシリコン（Si）基板上に成膜する技術を確立しました。これは、半導体技術の進化における画期的な成果であり、高性能な電子デバイスへの応用が期待されます。

ルチル型二酸化ゲルマニウム(r-GeO₂)とは？

ルチル型二酸化ゲルマニウムは、そのバンドギャップ（4.68eV）が炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）よりも大きいことから、次世代のパワー半導体材料として注目されています。この素材は、電力変換の効率を高め、エネルギー損失を低減する可能性があるため、パワーデバイスの実用化が急務とされています。

成膜技術の進化

Patentixは、これまでさまざまな成膜技術を研究してきましたが、特に独自に開発したPhantomSVD法が重要な役割を果たしました。2025年7月には、Si基板上にr-GeO₂膜を成膜する技術を発表し、その後も研究開発を続けてきました。そしてこの度、力強く求められるパワーデバイスに必要不可欠な単結晶膜の形成に成功しました。

チムニー法による新規成膜装置の導入

新たに開発したチムニー法を採用した装置により、Si基板上でのr-GeO₂の単結晶膜成膜が可能になりました。これにより、デバイスがOFF状態でも高い電圧に耐えられる性能が得られ、さらにはリーク電流の抑制も実現しました。これは、パワーデバイスに不可欠な特性であり、この成功により、パワーデバイスの高性能化が進むことが期待されています。

EBSD分析による結果

成膜したr-GeO₂膜に対しては電子背後散乱回折（EBSD）法による解析が行われ、以下のような結果が得られました：

1. 結晶方位の一致：全体において結晶軸が高度に揃っており、多結晶構造に見られる結晶粒界が確認できなかった。
2. 高い精度のマッピング：測定範囲全体で均一な色相を示し、高い結晶品質が証明されました。

この技術を活用し、次世代のパワーデバイスに必要なVertically-Structured Deviceへとつながる可能性も広がります。

将来展望と市場への影響

Patentixは今後、今回得られた単結晶膜の技術を基に6インチの大口径基板を試作し、パワーデバイスの生産ラインに適合させる計画を進めています。また、r-GeO₂単結晶膜のさらなる高品質化を目指し、GeO₂ on Si基板を用いたショットキーバリアダイオード（SBD）や電界効果トランジスタ（FET）などの試作・評価も進めています。この技術革新により、低コストで高性能な未来のパワーデバイスの実現が期待されます。