ワイドギャップ半導体材料評価－名工大　市村・加藤研の取り組み－

ワイドギャップ半導体材料評価－名工大　市村・加藤研の取り組み－ワイドギャップ半導体材料評価－名工大　市村・加藤研の取り組み－名古屋工業大学電気電子工学科加藤　正史 http://araiweb.elcom.nitech.ac.jp/

車載用パワーデバイス材料 • 高温動作 • 熱伝導率・バンドギャップ • 省エネルギー • 絶縁破壊電界・移動度 • 小サイズ • 省エネルギー・高温動作 • 低コスト • 結晶成長・プロセスコスト SiC・GaNが優れている Siが素晴らしい

材料の比較 値はH. Okumura, Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) 7565.より

ユニポーラ理論性能 現状はもっと下 GaNが最高性能だがゲート技術、バイポーラ動作に課題

パワーデバイス・車載パワエレトレンド Google Scholarによる論文数 Siデバイス・パワエレが圧倒的だが、SiC・GaNも躍進

ポリタイプの推移 過去は6Hがトップ、次第に4Hが主流に加藤の発表論文３C→６H→４H→？という流れ現在産業界の主流は圧倒的に4H

3C-SiCの評価 1998年当時　3C, 6H, 4H全てのポリタイプに可能性豊田中研と3Cの研究　 3CはSi基板の上に成長可能、4インチが可能 6H-,4H-は1.5インチ 3C-SiCのバンドギャップ中の準位を評価（DLTS）

アンジュラントSi基板の利用 フリースタンディング3C-SiC結晶 3C-SiCにはまだまだ課題あり・・・キャリアライフタイムマップ歪みと電気特性に相関偏光顕微鏡像歪みによるコントラストが存在

キャリアライフタイム測定 マイクロ波光導電減衰法（μ-PCD法） 10GHz microwave 266 nm or 355 nm laser photon/pulse=2-3×1015 cm-2 microwave reflection wave guide sample 励起キャリア分布・励起光源により異なる・時間と共に拡散

Ec Ev キャリアの再結合過程(n型半導体) 完全な結晶長いキャリアライフタイム再結合中心ありの結晶励起光短いキャリアライフタイム光励起トラップありの結晶遅い成分のある減衰

GaNの評価 豊田中研とGaNの研究　　ドライエッチングとp型に課題が存在：評価キャリアライフタイム測定フォトキャパシタンス測定ドライエッチングによるキャリアトラップ発生を確認

6H-、4H-SiCウェハーの評価 6H-,4H-SiCウェハーに対するキャリアライフタイム測定キャリアライフタイム X線トポグラフ複屈折像キャリアライフタイム測定によりウェハー内の欠陥評価が可能

キャリアライフタイム温度依存 p型4H-SiCウェハーのキャリアライフタイム温度依存性を確認遅い成分は深い準位によるキャリアの捕獲による

4H-SiC、６H-SiCエピの深い準位評価 4H-SiCエピ中の深い準位の光励起断面積 6H-SiCエピのO-CTS信号結晶欠陥の光物性が明らかに

4H-SiCエピのキャリアライフタイム評価 as-grown-surface samples 35, 65 and 120 mm thick both-side-polished samples 33, 63 and 83 mm thick 電子線照射で炭素空孔を作ると p型４H-SiCのキャリアライフタイム減少自立n型４H-SiCのキャリアライフタイム測定により表面再結合速度を評価バイポーラデバイスの設計に有用な情報

電気化学による6H-SiCウェハーの評価 電気化学で6H-SiCをエッチング 6H-SiCウェハーにおける欠陥観察ウェハー内の螺旋転位を可視化

4H-SiCSBDの評価 電気化学（めっき）によるショットキーバリアダイオードの評価 non ideal 順方向特性の悪いSBD めっきする場合のバンド図 ideal 4H-SiCエピへのめっき前後

不良SBDへの堆積 不良SBDの表面に堆積物 Dot Seems nothing Commet 堆積を導く欠陥は表面欠陥、突起物と積層欠陥

電気化学による４H-SiC SBD性能改善 SiO2 陽極電圧リーク（正孔）電流により酸化 OH－半導体電解液陽極酸化後にリーク電流が減少

大学での半導体研究 大学での研究企業・国研による開発同じ直線に乗っては意味がない・いずれは誰かが開発・下請け機関になってしまう・そもそもプロセス装置がない相互作用使ってもらわないと役に立たない・自己満足・業績リスト作り新技術開発物性評価デバイス開発・評価大学として意義のある研究を目指して

車載用デバイスへの応用に向けて 重視される点　・高温特性　・信頼性　・モジュール性能　・コストコスト以外はSiC,GaNが優位有力な素子モーターインバータ整流素子 4H-SiCJBS スイッチング素子 4H-SiCMOSFET、BJT 電源用 Si基板上GaNSBD・HEMTオンチップ構造＃スマートグリッドを視野に入れた場合かなり高い要求　

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