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半導体研究者の業績紹介サイト | 芝原　健太郎 (Kentaro Shibahara)site
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SiC半導体の研究業績紹介（Research Achievements in SiC Semiconductors）

下記記述の詳しい説明図
下記記述の説明図

球面研磨を施した Si(100)基板上に 3C-SiC 薄膜結晶を成長させた試料の写真

Si(100)面ジャスト（試料の中央部）上ではSiC表面が荒れるのに対し，(100)面から[011]方向に数度傾けた面上では表面の平坦な SiC 層が得られることを初めて見出した．この現象を，SiC 成長層中における APD(Anti-Phase Domain)発生の有無によることを結晶学的に解明した1（1987 年）．　

【出典】 K. Shibahara et al., “Antiphase-domain-free growth of cubic SiC on Si(100)”, Appl. Phys. Lett., 50 (1987) 1888-1890.［DOI: 10.1063/1.97676］

Si(100)基板上に3C-SiC(100)がエピタキシャル成長する際に起こるAPDの生成機構を説明する模式図

Si(100)基板上に3C-SiC(100)がエピタキシャル成長する際に起こるAPDの生成機構を説明する模式図.

Si 基板表面の原子ステップの高さにより，APD(Anti-Phase-Domain）が発生しない場合((a))と発生する場合((b))が存在することを提案した（1986 年）．

【関連論文】 K. Shibahara et al., “Surface-morphology of cubic SiC(100) grown on Si(100) by chemical vapor deposition”, J. Crystal Growth 78 (1986) 538-544.［DOI: 10.1016/0022-0248(86)90158-2］

反転型MOSFETの断面模式図

 反転型MOSFETのドレイン電流-電圧特性

Si(100)基板上に成長した 3C-SiC(100)薄膜結晶を用いて作製した反転型MOSFET(MOS型電界効果トランジスタ)の断面模式図およびドレイン特性．

Bドーピングによる低濃度ｐ型SiCの成長，Pイオン注入による低抵抗n型領域（ソーズ、ドレイン）の形成，熱酸化による良質な SiO2/SiC界面の形成など多くの技術を集約してSiC MOSFETが作製された．これは世界初の反転型SiC MOSFETとして当該分野の大きなマイルストーンとなっている（1986年）．2001年以降，当該分野では 3C-SiC MOSFETのチャネル移動度が高いことが話題になっているが，1986 年，既に 100cm2/Vsを越えるチャネル移動度を報告している．

【関連論文】 K. Shibahara et al., “Fabrication of inversion-type n-channel MOSFETs using cubic SiC on Si(100)”, IEEE Electron Device Lett., 7 (1986) 692-693.［DOI: 10.1109/EDL.1986.26522］

「世界初の反転型SiC-MOSFETがIEEE EDLに掲載(1986年)」

「松波弘之(京都大学名誉教授)が語る 芝原健太郎の歩み ー世界初の反転型SiC-MOSFETを実現－」

6H-SiC(0001)基板にオフ角を導入することにより、高品質 6H-SiC のホモエピタキシャル成長を初めて実現した
「ステップ制御エピタキシー」（ステップ制御エピタキシャル成長法）
今日の SiC パワーデバイス実用化の出発点となった当該分野最大のマイルストーンである．この研究業績に対して SSDM Award が 2005 年に授与された．

【受賞対象】 ”Step-Controlled VPE Growth of SiC Single Crystals at Low Temperatures” [DOI: 10.7567/SSDM.1987.C-4-2］

(a) 天然(0001)面および(b) オフ方位基板上の成長層の表面形態
(a) well oriented (0001) 面上の双晶3C-SiC成長、(b) off oriented (0001) 面上のホモエピタキシャル成長のモデル

6H-SiC(0001)ジャスト面上では双晶境界の存在する 3C-SiC，6H-SiC(0001)オフ面上では表面の平坦な高品質 6H-SiC 結晶が成長する（ステップ制御エピタキシー）．

各々の場合のSiC 成長結晶表面の顕微鏡写真，および成長メカニズムを説明する模式図（1987 年）．

 6H-SiC(0001)オフ面上に成長した高品質 6H-SiC 結晶を用いて作製したメサ形 pn ダイオードの断面模式図と電流―電圧特性

6H-SiC(0001)オフ面上に成長した高品質 6H-SiC 結晶を用いて作製したメサ形 pn ダイオードの断面模式図と電流―電圧特性（1987 年）．

結晶の品質が高いため，当時としては例外的に優れたデバイス特性を示した．

SiC 結晶評価のために行った反射高速電子線回折(RHEED)像の例

SiC 結晶評価のために行った反射高速電子線回折(RHEED)像の例．

学生時代， RHEED の原理の物理的解釈，測定技術，分析力は既に超一流で，研究室の後輩に熱弁をふるった　

[参考研究会資料「RHEEDー基礎的理論と応用例」はこちら]

ーーーーーーーー参考資料ーーーーーーーー

世界初 反転型SiC MOSFETの断面模式図
Si（シリコン）基板を用いた場合の気相エピタキシャル結晶成長2
気相エピタキシャル結晶成長装置（CVD）の反応管　各名称や役割は前後の図を参照
SiC（炭化ケイ素）基板を用いた場合の気相エピタキシャル結晶成長3

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世界初の反転型SiC-MOSFETを作製・動作実証
World’s First Inversion-Mode SiC-MOSFET (IEEE EDL, 1986)
松波弘之教授の証言：芝原健太郎による作製・実証
Testimony: Prof. Hiroyuki Matsunami on the Success of SiC-MOSFET
【証言記録】 ステップ制御エピタキシー：黒田尚孝・芝原健太郎による実現
The Realization of Step-Controlled Epitaxy: Naotaka Kuroda & Kentaro Shibahara
2005年 SSDM賞受賞：SiC実用化の鍵「ステップ制御エピタキシー」
2005 SSDM Award: Step-Controlled Epitaxy for SiC Power Devices

編集履歴：2026.1月キャプションを新しくしました。キャプションを追加しました。リンクを更新しました。2月 図を差し替えました.　5月【関連論文】を記入しました。7月脚注を追加しました。

　　　　　

  1. 【出典】 K. Shibahara et al., “Antiphase-domain-free growth of cubic SiC on Si(100)”, Appl. Phys. Lett., 50 (1987) 1888-1890.［DOI: 10.1063/1.97676］ ↩︎
  2. 世界初の反転型SiC-MOSFETはSi基板上に作製された。反応管の中で、シラン（SiH4）とプロパン（C3H8)を反応させ、SiC基板の上にSiC薄膜結晶を成長させる.　ディボラン(B2H6)とフォスフィン（PH3)はドーピングガス ↩︎
  3. ステップ制御エピタキシーでは、SiC基板の上にSiC薄膜結晶を成長させた. この技術は今日のSiCパワーデバイス実用化を可能にした.　　反応管の中で、シラン（SiH4）とプロパン（C3H8)を反応させ、SiC基板の上にSiC薄膜結晶を成長させる.　ディボラン(B2H6)とフォスフィン（PH3)はドーピングガス ↩︎