現在、大きな可能性を秘めた新しいパワー半導体材料として注目されている二酸化ゲルマニウム (GeO2) の基礎的な物性や世界の研究状況をお話します。GeO2は古くて新しい材料で、Ge金属表面の酸化物層として知られます。熟練の半導体研究者にとっては、「容易に水に溶ける軟弱な材料」と思われますが、結晶相であるルチル構造GeO2の場合は水に溶解せずに耐熱性も高く、バンドギャップが4.6 eVの超ワイドギャップ半導体です。2019年頃よりパワーデバイスとして優れた性能をもつことが米国を中心に盛んに理論予測され始めました。具体的には、ドーピングによるp型とn型の導電性制御が可能である事、電子、正孔ともに高い移動度を有している事です。2020年に米国の大学からMBEによる極薄膜 (4時間成長で40 nm) の作製が報告されましたが、非常に製膜が困難な材料です。
当研究室では、2021年に1μm/h以上の成長速度をもつ厚膜の作製を報告し、2022年には混晶膜の作製も共同で発表しました。当研究室以外でもPLD法等で厚膜の作製が報告されるなど、研究者人口が徐々に増え始めていますが、ここ数年で注目を集め始めた材料ですので、まだまだ小規模です。一方で大きな可能性をもつ材料ですので、それらの可能性についてもお話します。
- GeO2の可能性
- バンドギャップ4.6 eV
- p型とn型が作製可能 (理論予測)
- 高い移動度
- 安価に基板作製可能
- 酸化物の中では高い熱伝導率
- なぜ、GeO2の薄膜合成はきわめて困難なのか?
- GeO2厚膜の合成と高速成長
- GeO2のバンドギャップ変調
- 世界のGeO2研究
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