摘要：京都工艺纤维大学的研究人员宣称取得了突破，他们演示了首款垂直金红石型GeO2肖特基势垒二极管（金红石型GeO2是一种四方晶体结构，其中Ge4+与六个等效的O2-原子键合，形成共用顶点和边的GeO6八面体）。

采用前景广阔的超宽禁带材料金红石型GeO2制成的肖特基势垒二极管展现出整流特性

上图：垂直金红石型GeO2肖特基势垒二极管的正向电流-电压特性曲线，显示出明显的整流特性。

京都工艺纤维大学的研究人员宣称取得了突破，他们演示了首款垂直金红石型GeO2肖特基势垒二极管（金红石型GeO2是一种四方晶体结构，其中Ge4+与六个等效的O2-原子键合，形成共用顶点和边的GeO6八面体）。

将这一成果置于更广泛的背景中，团队发言人Hiroyuki Nishinaka指出：“虽然一家日本初创公司在其网站上展示了伪垂直肖特基势垒二极管，但该成果的详细信息尚未发表在同行评审期刊上。”

Hiroyuki Nishinaka补充道：“虽然其他研究团队报道过GeO2光电探测器，但我们的研究代表着首例垂直功率器件的演示。”

与同类材料Ga2O3类似，金红石型GeO2具有超宽带隙，确保了高临界电场，因此成为制造功率器件的理想材料。

但除了这一共同点外，金红石型GeO2相较于Ga2O3还具备多项优势。最值得注意的是，理论研究表明金红石型GeO2可同时实现n型掺杂和p型掺杂。

根据这些计算，尽管受主的电离能相对较高，但共掺杂策略有望提高受主溶解度，使得通过杂质带进行空穴传导成为可能。Hiroyuki Nishinaka指出：“相比之下，b-Ga2O3因其固有材料特性，在p型掺杂上面临重大挑战，迄今尚未成功实现p型掺杂。”

由于本征衬底目前尚未商业化，Hiroyuki Nishinaka及其同事在掺铌的TiO2衬底上制造了垂直金红石型GeO2肖特基势垒二极管。

“然而，德国莱布尼茨晶体生长研究所的研究人员报道过高导电性掺锑块体金红石型氧化锗，这表明未来可能出现适用于功率器件应用的本征衬底。”

该团队采用雾化外延法在850°C下沉积其外延结构。该结构由掺锑的梯度GeySn1-yO2缓冲层和无意掺杂的金红石型GeO2层组成。

Hiroyuki Nishinaka解释道：“我们使用雾化CVD进行生长，因为我是京都大学开发雾化CVD技术的研究人员之一，所以我们在这项技术上具备丰富的经验。雾化CVD在早期材料研究中具有特殊优势，因为它可以利用所有可溶于溶液的材料。虽然MOCVD同样适用——且已被用于生长金红石型氧化锗——但雾化CVD在材料探索方面具有优势。”

二次离子质谱分析表明，缓冲层厚度为149 nm，GeO2层厚度为198 nm。该技术还确定了锑从缓冲层扩散至GeO2层，这可能与缺陷辅助扩散机制有关，如位错或点缺陷。

清洁样品后，研究团队采用蒸发法添加了直径为320 nm的镍肖特基接触。

电学测量结果显示：整流特性明显，在±2 V下整流比为6×105；导通电阻为9 mΩ cm2，该值与衬底电阻一致；理想因子为1.14；肖特基势垒高度为1.38 eV。

肖特基势垒二极管的弱点之一是其相对较高的反向漏电流，这可能与漏电流路径有关。

据研究团队称，需要改进外延生长，以确定热电子发射模型能否准确描述理想金红石型GeO2的反向漏电流机制，该模型已成功应用于4H-SiC、GaN和b-Ga2O3。

金红石型GeO2的进展还取决于位错和/或点缺陷的减少，以及厚外延层中均匀掺杂控制的实现。

Hiroyuki Nishinaka表示：“我们的下一个目标是实现可靠的p型掺杂，以实现p-n结器件，最终推动金红石型氧化锗MOSFET的开发。”

参考文献

K. Kanegae et al. Appl. Phys. Express 18 041001 (2025)

来源：CSC化合物半导体