国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学未来材料・システム研究所の朱 燦（シュ サン） 特任助教、宇治原 徹 教授らの研究グループは、直径6インチのSiC（シリコンカーバイド、炭化ケイ素）単結晶基板を、高品質な結晶成長（結晶を作ること）が可能である「溶液成長法注１）」を用いて作製することに、世界で初めて成功しました。
脱炭素社会の実現に必要な技術として、パワー半導体が大きな注目を集めています。パワー半導体で作られるパワーデバイス注２）は、電気自動車（EV）や鉄道、エレベータ等、大きな電力を使うモータの制御部分や、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの電力制御に不可欠です。SiCは、エネルギーロスの少ないパワー半導体として大変注目されており、すでに一部で実用化されています。しかし、SiCのパワーデバイスは歩留まりが悪く、コストが高いという課題がありました。コストを下げるには基板結晶の高品質化が不可欠です。
「溶液成長法」は、従来のSiC結晶の作製方法とは異なり、この方法で作製する結晶基板は欠陥と言われる結晶配列の乱れが大変少なく、高品質である一方、実用化に必要な6インチの大口径基板の実現には至っていませんでした。大口径のSiC結晶基板を作製するには、非常に多くのパラメータ（変更できる条件）の最適値を見出す必要があり、技術の確立には10年から20年の開発期間が必要と考えられてきました。今回の開発では、高品質結晶成長を実現できる「溶液成長法」に、プロセスインフォマティクス注３）というAIの技術を組み入れることで、最適な条件を素早く見出す技術を確立し、2年余りという圧倒的な開発スピードで実現することができました。
本研究グループは、今回開発した高品質SiC結晶基板の製造販売をおこなうための名古屋大学発ベンチャー株式会社UJ-Crystal(https://ujcrystal.co.jp)を設立し、共同で社会実装を目指します。
本研究成果は、2021年10月24日（日）～28日（木）に開催される欧州SiC関連材料国際会議「European Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2020－2021（講演番号We-P-43）」にて発表されました。
・プロセスインフォマティクスを活用した溶液成長法により6inch SiC単結晶を開発期間約2年という圧倒的短期間で実現。
・溶液成長法で得られるSiC単結晶は従来法である昇華法で得られるSiC単結晶より欠陥密度が1桁以上低い。
・今回実現した高品質6inch SiCを将来急速な拡大が見込まれるEV等のパワーデバイスへの適用により、二酸化炭素削減量の大幅な低減が期待される。
・今回の技術の社会実装に向けて、名古屋大学発ベンチャー株式会社UJ-Crystalを創業している。
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注1）溶液成長法：
溶媒に溶け込んでいる溶質を種結晶上にて析出させ結晶成長させる方法。一般的に溶液法とも呼ぶ。SiCの場合、Si融液中に炭素坩堝から析出したCを溶かし込む。SiへのCの溶解度が低いため、Crなどの金属を添加し、溶解度を向上させる。種結晶は溶液上部に位置するのが一般的な方法。
注2）パワーデバイス：
電力の直流⇔交流への変換、交流の周波数変換、直流の電圧変換に用いる半導体素子。一般的に「半導体」と言えば、「半導体集積回路」を指す。パソコン、スマホ、ゲーム機、テレビ、自動車制御系、バイク制御系など現在のありとあらゆる製品の電気制御に用いられる。一方、パワーデバイスは比較的大きな電力を制御する半導体であり、エアコン室外機モータ、電鉄モータ、EVモータ、エレベータ用モータの駆動等に用いられる。
注3）プロセスインフォマティクス：
コスト削減、品質向上等の最適なプロセス条件をAIにより、少ない試行回数で素早く見つけ出す手法。
会議名： 欧州SiC関連材料国際会議European Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2020－2021（講演番号We-P-43）、2021年10月24日～28日, フランス、トゥール
論文タイトル："6-inch SiC crystal growth by solution method assisted with AI technology
著者：C. ZHU, W. YU, K. SUZUKI, Y. DANG, T. FURUSHO, S. HARADA, M. TAGAWA, T. UJIHARA
未来材料・システム研究所／工学研究科 宇治原 徹 教授
https://ujihara.material.nagoya-u.ac.jp/
