1993 Fiscal Year Annual Research Report
ワイドギャップ半導体SiCの高純度単結晶成長とパワーデバイスへの応用
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04555068
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| Research Institution | KYOTO UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
松波 弘之 京都大学, 工学部, 教授 (50026035)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木本 恒暢 京都大学, 工学部, 助手 (80225078)
吉本 昌広 京都大学, 工学部, 助手 (20210776)
冬木 隆 京都大学, 工学部, 助教授 (10165459)
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| Keywords | シリコンカーバイド(SiC) / パワーデバイス / 熱酸化 / イオン注入 / pn接合ダイオード / Schottky障壁ダイオード |
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| Research Abstract |
本研究では、ワイドギャップ半導体SiCの高品質・高純度結晶を製作し、そのパワーデバイスとしての有用性を検討した。以下に本研究で得られた主な結果をまとめる。
1.デバイス製作プロセス技術の確立
(1)CVD成長中にN_2を用いたNドナーの添加、およびTMAを用いたAlアクセプタの添加を行い、成長層のキャリヤ密度(p、n型)を10^<16>〜10^<20>cm^<-3>の広い範囲で制御した。Alドーピングには基板面極性依存性が存在することが分かった。
(2)SiCの熱酸化速度の面方位依存性を調べ、酸化条件の最適化を図った。酸化膜(SiO_2)は9MV/cmの高い絶縁破壊電界を有し、最小界面密度5x10^<10>cm^<-2>eV^<-1>という優れた界面特性を有する。(3)CF_4+O_2を用いたSiCのRIEを行い、エッチング速度140nm/minで平坦なエッチング表面を得る技術を確立した。このときのAlマスクに対する選択比は約8である。
(4)p型SiC成長層へのNドナーのイオン注入を行い、アニールによる結晶の回復過程を分析した。1600℃のアニールを行うことによって、キャリヤ密度9x10^<18>cm^<-3>、シート抵抗800Ω/□の低抵抗n層を得た。
2.SiCパワーデバイスの試作
(1)エピタキシャル成長によりpn接合ダイオードを作製し、評価した。順方向では空乏層内の再結合電流が支配的であることを明らかにした。逆方向では、リーク電流が極めて小さく(100V印加時で1x10^<-10>A/cm^2)、480Vの耐圧を得た。ここから計算したSiCの絶縁破壊電界は3x10^6V/cmである。
(2)p型SiC成長層へのN^+注入によってpn接合ダイオードを作製し、450Vの耐圧を得た。
(3)Au/n型SiC成長層のSchottky障壁ダイオードを試作・評価した。順方向の理想因子n値1.1、オン抵抗8x10^<-3>Ωcm^2、逆方向耐圧1100Vという極めて優れた特性を得た。また、400℃での高温動作も確認した。
今後はFETを設計・試作し、SiCパワーデバイスの有用性を示す必要がある。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] H.Matsunami: "Progress in Epitaxial Growth of SiC" physica B. 185. 65-74 (1993)
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[Publications] H.Matsunami: "Growth and Application of Cubic SiC" Diamond and Related Materials. 2. 1043-1050 (1993)
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[Publications] T.Kimoto: "Growth Mechanism of 6H-SiC in Step-Controlled Epitaxy" J.Appl.Phys.73. 726-732 (1993)
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[Publications] T.Kimoto: "Step-Controlled Epitaxial Growth of 4H-SiC and Doping of Ga as a Blue Luminescent Center" Jpn.J.Appl.Phys.32. 1045-1050 (1993)
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[Publications] T.Kimoto: "High-Voltage(>1kV)SiC Schottky Barrier Diodes with Low On-Resistances" IEEE Electron Device Lett.14. 548-550 (1993)
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[Publications] T.Kimoto: "Surface Kinetics of Adatoms in Vapor Phase Epitaxial Growth of SiC on 6H-SiC{0001}Vicinal Surfaces" J.Appl.Phys.75. 850-859 (1994)
