次世代パワー半導体材料r-GeO₂のp型導電性を示唆する重要な進展

Patentix株式会社は、次世代の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）について、p型導電性に関する重要な成果を報告しました。この材料は、炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）を凌ぐ超ワイドバンドギャップ（4.68eV）を持つことから、次世代の半導体として注目されています。

r-GeO₂の特性と背景

r-GeO₂はその優れた特性から、多くの研究で注目されています。特に、他のウルトラワイドバンドギャップ半導体で実現が難しいp型とn型の両方を不純物ドーピングによって実現すると考えられています。当社は、アンチモンをドナー不純物として使用することで、世界で初めてn型導電性を確認していますが、p型導電性の実証は未だ課題として残されていました。

実験結果と成果

最近の研究では、当社が独自に開発した成膜技術であるPhantom SVD法により、アクセプタ不純物をドーピングしたr-GeO₂薄膜が作製され、その電気特性評価に成功しました。具体的には、容量電圧（C-V）測定を行ったところ、電圧を負から正に変える際に容量が低下する現象が観察され、これは正孔による電気伝導が示唆される結果となりました。

図1：アクセプタ不純物をドープしたr-GeO₂薄膜の外観

この成果はr-GeO₂のp型導電性の可能性を示すものであり、p型とn型双方の導電性を実現するために重要なステップです。しかしながら、正孔移動度の測定やpn接合の形成など、p型導電の確証を得るためのさらなる研究が必要です。

課題と今後の展望

酸化物半導体では、n型導電が多くみられる一方で、p型導電が実現されるのは極めて稀です。特にバンドギャップの大きい材料においては、p型伝導の実現がさらに困難になるとされています。過去にはp型導電を示すとされた報告の中には誤った結果が含まれることも多く、慎重なアプローチが求められます。

当社は現在の結果をもってp型導電を立証するには不十分と認識しており、今後もHall効果測定など異なる評価手法を用いて継続的な研究を行います。

具体的な研究計画

未来に向け、p型導電の確立には、ゼーベック効果測定によるキャリアの判定や正孔移動度測定が予定されています。また、pn接合の形成による整流性の評価も行い、物性の理解を更に進めていきます。この研究は、将来的なr-GeO₂を用いたパワーMOSFETやCMOSの実現に向けた重要なステップとなります。

慎重に進めることで、次世代半導体技術の発展に寄与することを目指します。