産総研：研究ハイライトダイヤモンド半導体ウエハーの実用化へ前進

エネルギー・環境領域

ダイヤモンド半導体ウエハーの実用化へ前進

－世界初、ガスからクラックのない1立方センチ級単結晶ダイヤモンドの作製に成功－

先進パワーエレクトロニクス研究センター山田英明

ガスから単結晶ダイヤモンドを作製

ガスを原料とするマイクロ波プラズマCVD法を用いて、世界で初めて、クラックのない1立方センチ級の体積を持った単結晶ダイヤモンドの作製に成功した。

ガスから作製した１立方センチ級単結晶ダイヤモンド（左）と現在市販されている高温高圧法を用いて作製される単結晶ダイヤモンド基板（右）

最高水準の半導体物質“ダイヤモンド”

ダイヤモンドは、電気的あるいは熱的に物質中最高水準の物性値を複数有しており、次々世代のパワーエレクトロニクスやスピントロニクスなど、様々な分野での広範な応用が期待されている。しかしながら、大型ウエハーの供給体制が整わないことが実用化の障壁の一つとなっている。本研究では、戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）を通じて、そのボトルネック課題である単結晶の大型化技術に取り組んだ。

大型ウエハー実現につながる大きな1歩

今回、合成面積のスケールアップが容易なガスを原料とする手法により世界最大級の結晶を作製できた。一度の合成での厚みがサブミリオーダーに限定され、多数回積層して厚膜化するとクラックが入ってしまう従来法の課題を克服するため、シミュレーション等に基づく合成装置の大幅改造や合成条件の見直しを行った結果、一度の合成で2～5mmの厚さまで合成可能で、かつ厚膜化してもクラックを発生させずに結晶成長させることができた。