ダイヤモンド基板にシリコン接合―パワー半導体低コスト化へ：産業技術総合研究所
(2019年5月20日発表)
（国）産業技術総合研究所は5月20日、高電圧・大電流の制御用に必要なパワー半導体用として注目されるダイヤモンド半導体の低コスト化・量産化に道をひらいたと発表した。薬品処理と低温加熱だけで高価なダイヤモンド基板に安価なシリコン基板を原子レベルで接合、ダイヤモンド半導体を割安にする目途をつけた。車両を含む電動機器の小型化・省エネ化に役立つと期待している。
電力用機器の省エネ化や小型化には半導体の応用が欠かせない。そこで産総研は熱伝導率がシリコンの15倍、絶縁破壊電界が60倍と高く、高電圧・大電流下でも使用可能なダイヤモンドに注目して、その低コスト化に取り組んだ。
産総研は、高価なダイヤモンド基板だけを使ってパワー半導体を作るのは高コストになるため、電力向け性能に直接影響しない部分は安価なシリコンに置き換える開発を試みた。これまで取り組んできた異種の結晶基板を直接低温で接合する技術を用いて、ダイヤモンドと割安なシリコンの接合に応用した。
実験では、ダイヤモンドとシリコンの基板表面を硫酸と過酸化水素の混合液で処理、接触させて200℃で加熱した。その結果、シリコン表面にできた酸化膜とダイヤモンド基板の表面が原子レベルで欠陥なく密着することが分かった。間にできるシリコン表面の酸化膜の厚さは約3nm（ナノメートル、1nmは10億分の1m）と十分に薄く、パワー半導体の性能を左右する熱伝導への影響は少ないという。
ダイヤモンド基板を1,150℃に加熱したり、超高真空中で接合したりする試みもあるが、新技術はコスト高につながる高温や超高真空などは必要ない。産総研は、新手法によって比較的簡単な装置でダイヤモンド基板の直接接合が可能になり、高品質なダイヤモンド半導体が低コストで製造できるようになるとみている。
