Clarification of dislocation reduction mechanism and exploring the limit in fast SiC bulk growth by high-temperature CVD

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00356
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
• Research Institution: Central Research Institute of Electric Power Industry
• Principal Investigator: Tsuchida Hidekazu 一般財団法人電力中央研究所, エネルギートランスフォーメーション研究本部, 副研究参事 (60371639)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 炭化珪素 / 結晶成長 / 転位 / 熱応力 / X線トポグラフィ / 転位動力学

Outline of Final Research Achievements

High-performance silicon carbide (SiC) power semiconductor devices are expected to promote saving power and electrification. This study investigated the fast and high-quality production method of SiC crystals as material for SiC power devices, using the high-temperature chemical vapor deposition (CVD) technique. Significant reduction of defect (dislocation) densities along the crystal growth direction was found in each part of a grown SiC crystal and the characterization results showing coalescence of dislocations and suppressed generation of new dislocations during crystal growth are obtained. Limiting factors in fast and high-quality SiC CVD crystal growth are also revealed.

Free Research Field

応用物理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

カーボンニュートラルに向けて、電力系統制御や再生可能エネルギーの系統連系装置、自動車、鉄道車両、産業機器などの高効率化が必須であり、それらにおける電力変換を担うパワー半導体の低損失化が求められている。SiCパワー半導体は高い低損失性能を有するため、各種の電力変換装置への適用が期待されているが、その素材となるSiC結晶の生産性が低いことが課題となっている。本研究では、高温CVD法を用いて従来手法よりも約10倍高い速度で高品質なSiC結晶を製造する上での学術的・技術的知見を得たものであり、将来の高性能SiCパワー半導体の適用・普及拡大に大きく貢献すると考えられる。