二酸化ゲルマニウム半導体技術が前進、イオン注入でn型導電性：複雑なパワー半導体の作製が容易に

Patentixは、次世代のパワー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）結晶膜に対し、イオン注入法によりドナー不純物を添加することで、n型導電性を付与することに成功した。これにより、複雑な構造を有するパワー半導体デバイスの作製が容易になる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

ドナー不純物をイオン注入した領域が活性化し、シート抵抗下がる

　Patentixは2025年7月、次世代のパワー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）結晶膜に対し、イオン注入法によりドナー不純物を添加することで、n型導電性を付与することに成功したと発表した。これにより、複雑な構造を有するパワー半導体デバイスの作製が容易になるという。

　r-GeO₂は、SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）に比べ、大きなバンドギャップ（4.68V）を持ち、高耐圧で高出力、高効率なパワー半導体デバイスを実現できるとみられている。

　Patentixはこれまで、独自の成膜技術である「PhantomSVD法」を用い、成膜中にドナー不純物のアンチモン（Sb）を添加し、電子密度が約10²⁰cm^-3というr-GeO₂のn型導電性を制御することに成功してきた。この技術を用いて試作したSBD（ショットキーバリアダイオード）の動作も確認している。

　今回は、イオン注入による不純物のドーピングに取り組んだ。イオン注入法を用いることで、成膜中にドナー不純物を添加する従来方法に比べ、ドーピングの濃度や位置、深さなどを高い精度で最適化できる。これによって、複雑な構造を有するパワー半導体デバイスの製造が容易になるという。

　実験では、PhantomSVD法でTiO₂基板上にアンドープのr-GeO₂薄膜を作製し、その上でSbをイオン注入した。イオン注入の前後でr-GeO₂の膜厚を測定したが、有意な変化は見られなかったという。ルチル構造が保持されていることも確認した。

　また、イオン注入でドナー不純物をドーピングした領域では、シート抵抗が下がることも分かった。イオン注入によって添加されたドナー不純物が活性化したことによって、r-GeO₂薄膜にn型導電性が付与されたとみている。

イオン注入の前（左）と後（右）におけるr-GeO₂薄膜の表面および、面内の各箇所における膜厚［クリックで拡大］ 出所：Patentix

　イオン注入した領域に電極を形成して容量電圧（C-V）を測定したところ、イオン注入した領域はn型の導電性を示した。また、測定で得られたC-V特性からドナー不純物密度を解析した。この結果、r-GeO₂膜中のドナー不純物は、イオン注入プロセスによって、膜の表面近傍に導入されたものであることが分かった。

C-V特性から算出されたSbイオン注入領域におけるr-GeO₂膜中のドナー不純物密度と深さ方向の依存性［クリックで拡大］ 出所：Patentix

　今後は、導入されたドナー不純物がSbであるかどうかを検証していく。また、r-GeO₂膜中にSbがどれくらい導入されたかも解明していく予定である。