- 2019-3-21
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- NEDO, ダイヤモンド, パワー半導体, マイクロ波プラズマCVD法, 単結晶ダイヤモンド, 新エネルギー・産業技術総合開発機構, 次世代パワー半導体, 産業技術総合研究所, 産総研, 研究, 高温高圧法
作製した1立方センチ級単結晶ダイヤモンド（左）と市販の高温高圧法を用いた単結晶ダイヤモンド基板（右）
新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）と産業技術総合研究所（産総研）は2019年3月20日、世界で初めて、ガスからクラックのない1立方cm級の単結晶ダイヤモンドの作製に成功したと発表した。
パワー半導体の材料として、シリコン（Si）に代わり炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）、酸化ガリウム（Ga2O3）、ダイヤモンドなどを用いた技術開発が進行している。なかでもダイヤモンドは、耐電圧や熱伝導率などの物性値が最高水準で、実用化へ向けた大型ウエハーの実現と供給体制の確立が望まれていた。しかし、現在の作製方法である高温高圧法では、インチサイズのウエハー作製に大きなプレス機が必要となり、コストや技術の面から、事実上困難とされていた。
マイクロ波プラズマCVD法の概要
そこで、産総研は今回、ダイヤモンド合成に原料ガスをプラズマにより分解し基板表面上で反応させて結晶を成長させるマイクロ波プラズマCVD法を使用。クラックのない1立方cm級の単結晶ダイヤモンドの作製に成功した。また、合成時には、マイクロ波のパルス化や結晶保持構造の最適化、試料位置の精密制御、および原料ガスへの微量酸素添加を実施。これにより、一度の合成で2～5mmの厚さまでクラックを発生させずに結晶を成長させることに成功した。
ラマンスペクトルの半値幅の成長膜厚依存性（■は従来技術、●は今回の技術）
この成果により今後、ダイヤモンドを用いた次世代パワー半導体の開発が実現するという。そして、さまざまな電気機器に組み込まれることで、飛躍的な省エネルギー社会につながることが期待できるとしている。
