報告書番号

W02018

タイトル（和文）

大容量SiCパワー半導体素子に向けたエピタキシャル結晶成長技術の開発 -低マイクロパイプ密度，厚膜・高純度4H-SiCエピタキシャル単結晶膜の形成-

タイトル（英文）

Development of epitaxial growth techniques for high-power SiC semiconductor devices

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

SiCパワー半導体素子の大容量化のための要素技術開発として，4H-SiCエピタキシャル成長に関する研究を行い，以下の成果を得た。1) 独自の縦型ホットウォール式結晶成長装置を開発し，従来よりも数倍高い成長速度 (14～20 μm/h) を得るとともに，理論耐電圧20～30 kVに相当する膜厚 (200 μm以上) とドーピング濃度 (10^13 cm^-3レベル) の4H-SiC エピタキシャル単結晶膜を得た。2) 4H-SiC 基板中のマイクロパイプを複数の単位らせん転位に分解することにより閉塞させる技術を開発し，マイクロパイプ密度が大幅に低減されたエピタキシャル膜を得ることに成功した。3) 1 kV-250 A (11.2 mmφ) の大電流4H-SiCショットキーバリヤダイオード，14.4 kV-0.1 A (1 mmφ) の超高電圧4H-SiCショットキーダイオードを得た。

概要 （英文）

The growth techniques of 4H-SiC epitaxial layers for high-power semiconductor devices have been developed using a new vertical hot-wall CVD reactor. We found that micropipes can be closed by dissociation of micropipes into closed-core elementary screw dislocation during CVD epitaxial growth. Closing micropipes is well controlled by C/Si ratio of the source gases, and we have succeeded in closing 99.6% of micropipes in a commercial 4H-SiC substrate by growing a micropipe stop (MS) layer at a low C/Si ratio. Growth of low-doped and thick 4H-SiC epilayers is possible in the reactor with high growth rates of 15-20 μm/h, and a 210 μm-thick 4H-SiC epitaxial layer with a doping concentration of 9x10^13 cm^-3 has been grown onto a MS layer. We also obtained a 2-inch epitaxial wafer with a micropipe density of 0.3 cm^-3. Ni/4H-SiC Schottky barrier diodes (SBDs) were fabricated using two layer systems consisted by a MS layer and a low-doped active layer, and the electrical performances of the 4H-SiC epitaxial layers were examined. A 1 kV-250 A SBD with an active area of ~1 cm^2 (11.2 mmφ) and a 14.4 kV-0.1 A SBD with an active area of 0.79 mm^2 (1 mmφ) were demonstrated.

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