SiC半導体の研究業績紹介

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(1987 年). 

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).

反転型MOSFETの断面模式図

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


 反転型MOSFETのドレイン電流-電圧特性

Step-Controlled VPE Growth of SiC Single Crystals at Low TemperaturesDOI: 10.7567/SSDM.1987.C-4-2    


全文(関連記事)                         

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の国際会議発表論文の題目部(1987 年).



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

ステップ制御エピタキシー実現でSSDM Award を受賞

(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」

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
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

編集履歴:2026.1.18 キャプションを新しくしました1/21キャプションを追加しました。リンクを更新しました。2/23 図を差し替えました。

     HOME