化合物半導(dǎo)體功率器件追求無限可能住友電氣工業(yè)株式會社（SEI） 林秀樹1.緒言化合物半導(dǎo)體由兩個或多個元素組成，通過不同的組合方式可以形成多種類型的化合物半導(dǎo)體材料。對于由兩種以上化合物半導(dǎo)體材料混合構(gòu)成的超晶格半導(dǎo)體，通過改變其組份的比例可能得到物理參數(shù)連續(xù)變化的化合物半導(dǎo)體材料。更進(jìn)一步地，可以通過沉積生長由多種化合物半導(dǎo)體或超晶格半導(dǎo)體形成的多層薄膜，得到無窮多種類的半導(dǎo)體材料，并可借此實現(xiàn)具有多種多樣功能和特性的半導(dǎo)體器件。這一點與硅半導(dǎo)體材料完全不同，也正是化合物半導(dǎo)體材料的魅力之所在。半個世紀(jì)之前住友公司即開始從事化合物半導(dǎo)體材料的開發(fā)，并一直致力于其商業(yè)化。主要產(chǎn)品包括通信和消費產(chǎn)品用的GaAs、InP襯底及其外延片。最近正在致力于開發(fā)藍(lán)紫色激光（用于藍(lán)光光盤）用的氮化鎵襯底并實現(xiàn)其產(chǎn)品化，住友公司正在成為世界上最大的化合物半導(dǎo)體材料綜合制造商。在前年本刊發(fā)表的“化合物半導(dǎo)體器件追求無限可能（1）”一文中，回顧了住友公司過去四分之一世紀(jì)以來在化合物半導(dǎo)體器件方面的努力。進(jìn)入21世紀(jì)以來半導(dǎo)體功率器件的重要性日益增長，本文作為前述文章的續(xù)篇（之2），重點敘述了新一代寬禁帶半導(dǎo)體功率器件。2半導(dǎo)體功率器件自1948年貝爾實驗室發(fā)明世界上第一只晶體管以來，60多年間，科學(xué)家發(fā)明和開發(fā)了品類眾多的半導(dǎo)體器件并將之付諸于商業(yè)化。其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到社會生活方方面面，諸如個人電腦、移動電話、液晶電視等家電產(chǎn)品，混合動力汽車、電車、新干線等運輸設(shè)備，以及通信設(shè)備、醫(yī)療器械、重型機(jī)械工業(yè)等等，領(lǐng)域眾多，不勝枚舉。半導(dǎo)體器件可大致分為以半導(dǎo)體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）為代表的發(fā)光器件和以晶體管為代表的電子器件。電子器件又可分為以微處理器和各種存儲器為代表的集成器件以及用于電力控制的功率器件。功率器件是指二極管、晶體管、晶閘管等用于電力轉(zhuǎn)換或控制的半導(dǎo)體器件，這些器件已成為電力電子的基礎(chǔ)。在晶體管尚未發(fā)明的1947年以前，人們一直用充汞真空二極管來進(jìn)行從交流到直流和從直流到交流的電力轉(zhuǎn)換。充汞真空二極管利用的是汞在真空中的放電現(xiàn)象，其可靠性一直是一個問題。1960年前后，具有整流功能的Si二極管實現(xiàn)了商業(yè)化，隨著其額定電壓、電流值的增加，已經(jīng)被普遍應(yīng)用于大容量交直流電力轉(zhuǎn)換。1950年前后，人們發(fā)現(xiàn)將兩個晶體管組合在一起，通過控制基極電流可以保持其處于開通狀態(tài)，晶閘管由此誕生并被用于低功耗電力控制。此后，借助于硅半導(dǎo)體器件技術(shù)的不斷進(jìn)步，二極管、三極管和晶閘管的額定電壓和電流值不斷增加，其工作特性得到了大幅度的改善。如今功率器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力傳輸及其分配的電力系統(tǒng)，以新干線為首的各種電氣化鐵路，包括混合動力汽車、電動汽車和燃料電池車在內(nèi)的各種電動汽車，以不間斷電源（UPS）為主的各種電源，工業(yè)機(jī)器人等各類交流伺服系統(tǒng)，空調(diào)等家用電器以及辦公自動化設(shè)備等各種領(lǐng)域，其全球市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到23萬億日元。功率器件用于電力轉(zhuǎn)換和電力控制，說到電力轉(zhuǎn)換，人們期望把轉(zhuǎn)換過程中的能量損失降到最低，理想的轉(zhuǎn)換效率是100。目前全球所用總能量的幾個百分點被消耗在功率器件上，為實現(xiàn)節(jié)能社會的目標(biāo)，低損耗功率器件必不可少。此外，對于電力控制來說，理想的狀態(tài)是以盡可能小的輸入電流來實現(xiàn)無延遲的精確的電力控制。為了滿足這兩個要求，在技術(shù)上一直致力于提升器件高速反復(fù)開關(guān)的能力。目前正在使用的功率器件主要是硅器件，盡管隨著硅技術(shù)的進(jìn)步上述理想已經(jīng)在很大程度上得到了實現(xiàn)，但是不得不承認(rèn)的是，作為硅材料的物理性質(zhì)極限已經(jīng)迫在眉睫了。在功率器件被反復(fù)開關(guān)的過程中所損耗的總能量包括：導(dǎo)通狀態(tài)下的導(dǎo)通電阻損耗，關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流損耗，以及開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中電壓、電流的過渡損耗。為了減少這些能量損耗，應(yīng)盡可能減小器件的導(dǎo)通電阻，同時器件最好能夠高速工作。為了滿足這些條件，最好使用比硅的禁帶寬度更大的材料來制作功率器件。人們正在研究和開發(fā)利用SiC和GaN等所謂寬禁帶半導(dǎo)體材料來制作半導(dǎo)體功率器件。相對于傳統(tǒng)的硅功率器件，這些寬禁帶半導(dǎo)體功率器件由于其禁帶寬度的原因，使得器件在高電壓、低功耗、高頻率、高溫條件下工作成為可能，因此人們對它將成為新一代功率器件寄予厚望。3.寬禁帶半導(dǎo)體功率器件3-1寬禁帶半導(dǎo)體到目前為止商業(yè)化的功率器件，除了很小一部分外，所使用的材料都是半導(dǎo)體硅材料，和集成電路所用的半導(dǎo)體材料相同。作為硅功率器件，已經(jīng)成功開發(fā)了二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等為數(shù)眾多的器件品種，已經(jīng)應(yīng)用于非常廣泛的領(lǐng)域，并且其使用數(shù)量還在不斷地逐年增加。伴隨著功率器件使用數(shù)量的增加，其消耗的電能也在不斷增長。正如前節(jié)所述，近年來人們的觀點已經(jīng)從防止全球變暖變成越來越注重節(jié)約能源，對于電力電子設(shè)備的期望是低損耗、高效率。為了滿足上述要求，必須使用比硅禁帶寬度更寬的SiC和GaN等寬禁帶半導(dǎo)體材料制作功率器件。寬禁帶半導(dǎo)體與硅相比具有更寬的禁帶寬度，如表1所示，SiC和GaN的禁帶寬度大約是硅的3倍多。擁有較寬的禁帶寬度，在外加電場作用下不容易發(fā)生擊穿，SiC和GaN的介電擊穿強(qiáng)度大約是硅的10倍。同時，還具有較高的飽和漂移速度和高導(dǎo)熱性等良好的物理性能。功率器件的功率損耗主要來自于電流流過導(dǎo)通狀態(tài)下的電阻（導(dǎo)通電阻）的損耗以及開關(guān)轉(zhuǎn)換時的損耗，為了降低功耗，最重要的是要降低導(dǎo)通電阻。功率器件的導(dǎo)通電阻大小依器件的種類不同而不同，被稱為有源層（功率器件的電壓保持層）的半導(dǎo)體層的電阻占了導(dǎo)通電阻的絕大部分。如果使用SiC材料，由于其介電擊穿電場大約是硅的10倍，因此可以將有源層的厚度減小到硅功率器件的1/10。此外，半導(dǎo)體內(nèi)的電場強(qiáng)度與摻雜濃度的1 / 2次方成正比，因此可以將摻雜濃度調(diào)整到與電場強(qiáng)度的2次方成正比的一個值。也就是說，在介電擊穿電場為10倍的情況下，可以將摻雜濃度提高到高達(dá)100倍。有源層電阻值與其厚度成正比，而與摻雜濃度成反比，因此如果使用SiC材料，其厚度可以做到硅器件的大約1/1000。雖然導(dǎo)通電阻還包括有源層以外的電阻，但是如果使用了介電擊穿電場大大提高的SiC等寬禁帶半導(dǎo)體材料，功率器件的導(dǎo)通電阻值與硅器件相比可以顯著下降，其功耗也必將大幅降低。由于寬禁帶半導(dǎo)體的介電擊穿電場與硅相比大幅提高，通過優(yōu)化器件的厚度尺寸，可以實現(xiàn)功率器件的高耐壓和低功耗。 表1 各種半導(dǎo)體的物理性質(zhì)Si4H-SiCGaNAlN金剛石禁帶寬度（eV）6.25.5電子遷移率（cm2/Vs）14001020200010902000介電擊穿電場（MV/cm）0.33.03.312.08.0飽和漂移速度（cm/s）1.01072.01072.71072.21072.5107熱導(dǎo)率（W/cmK）1.55432032碳化硅（SiC）功率器件SiC作為寬禁帶半導(dǎo)體材料具有耐高溫特性，20世紀(jì)50年代曾在全球范圍內(nèi)形成研究開發(fā)和大力推廣的熱潮，然而由于存在高品質(zhì)單晶生長困難的問題，其后的研究曾經(jīng)一度停滯不前。然而，在70年代后期，被稱為“籽晶升華法”的單晶生長技術(shù)首先被俄羅斯人提出，繼而在80年代中后期日本又報告了高品質(zhì)外延生長方法“分步控制外延技術(shù)”。借助于這兩項重大技術(shù)的進(jìn)展，進(jìn)入90年代后，SiC功率器件的開發(fā)迎來了良好的發(fā)展勢頭。作為SiC功率器件，首先開發(fā)的是肖特基勢壘二極管，從2001年開始已經(jīng)正式上市銷售。目前研究和開發(fā)的對象主要是各種開關(guān)晶體管，在國內(nèi)外都得到了廣泛而深入的研究。住友公司以通訊設(shè)備、工業(yè)設(shè)備、各種電源、混合動力汽車以及民用消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用為目標(biāo)，正在致力于開發(fā)能夠最大限度地發(fā)揮碳化硅性能的RESURF（Reduced Surface Field）型功率器件，包括結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）（2）-（6）和MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET）（7）。結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）與MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET）結(jié)構(gòu)不同，作為其電流通路的溝道部分在半導(dǎo)體內(nèi)部，因此可以將SiC材料固有的遷移率作為溝道的遷移率，可以說是最充分地發(fā)揮了SiC材料物理特性的功率器件。通過器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可以得到兼顧了高頻率、低功耗、高耐壓等優(yōu)良性能的功率器件，這一點是現(xiàn)有的硅功率器件所望塵莫及的。照片1為RESURF型JFET的顯微照片，圖1顯示了其截面結(jié)構(gòu)。芯片尺寸漏極源極柵極漏極源極柵極照片1 SiC RESURF-JFET顯微照片注入層注入層SiC襯底第1外延層第2外延層第3外延層第4外延層?xùn)艠O柵極源 極源 極漏 極圖1SiC RESURF-JFET的截面結(jié)構(gòu)圖中的源極與漏極之間為N型溝道，N型溝道被其兩側(cè)的P型層夾在中間，其溝道電流由柵極電壓進(jìn)行控制。這種結(jié)構(gòu)對柵極與漏極間的電場強(qiáng)度峰值有抑制作用，同時溝道層中的高濃度載流子降低了溝道電阻，從而使得器件的低阻抗和高耐壓得以同時實現(xiàn)。對于溝道長度為1微米的開關(guān)器件，其導(dǎo)通和關(guān)斷時間已經(jīng)分別達(dá)到了3ns。象這樣在數(shù)百伏的耐壓下可以實現(xiàn)高速開關(guān)的器件特性，可望用于開關(guān)電源以及節(jié)能型移動基站的電源。另一方面，對于MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET），由于可以設(shè)計成增強(qiáng)型（Normally off）結(jié)構(gòu)，因此可以實現(xiàn)高耐壓和低功耗。但是在目前的情況下，由于MOS界面的不完整性，材料的電子遷移率尚未充分發(fā)揮作用。住友公司通過采用特殊的工藝流程，在SiC表面形成了原子級的平坦表面，在這樣的表面上形成的MOS結(jié)構(gòu)可以得到較高的電子遷移率?？梢灶A(yù)期這種SiC MOSFET能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓、大電流、低功耗工作，因此有望應(yīng)用于發(fā)電設(shè)備和汽車領(lǐng)域，甚至可以替換目前在硅功率器件中用量比較大的IGBT。3-3氮化鎵（GaN） 電子器件GaN也屬于寬禁帶半導(dǎo)體，與SiC具有大致相同的帶隙，也具有基本類似的材料特性。與SiC電子器件相比，相同結(jié)構(gòu)的GaN電子器件的導(dǎo)通電阻只有SiC器件的幾分之一，因此作為節(jié)能型器件而備受期待。作為GaN系器件，首先市場化應(yīng)用的是白光LED以及藍(lán)紫色激光器等發(fā)光器件。由于難以得到用于電子器件的大直徑GaN襯底材料，此前一直采用晶格失配的SiC或Si片作為襯底。用于無線通信的PHEMT是以SiC為襯底的GaN電子器件之一，最早由SEDI（Sumitomo Electronic Device Innovation）開發(fā)并實現(xiàn)商用化，在市場上處于領(lǐng)先地位。至于所謂的功率器件，以GaN為襯底的GaN器件在性能方面被寄予很高的期望，但是由于還沒有辦法得到低成本的優(yōu)質(zhì)GaN襯底，研究者普遍傾向于在Si襯底上研究開發(fā)GaN功率器件。雖然人們期待以低成本的Si作為襯底來實現(xiàn)低成本的GaN功率器件，但是由于襯底與器件工作層的材料完全不同，此類異質(zhì)結(jié)構(gòu)的器件不適合電流在垂直方向的流動，而且作為襯底材料的Si的熱導(dǎo)率也比GaN和SiC低，因此這種方法不適合制作大功率器件，人們正在考慮用其來替換小功率的Si基 MOSFET。住友公司正在致力于研究和開發(fā)以GaN為襯底的GaN系電子器件，其高品質(zhì)GaN襯底也是由本公司研制的。首先，在GaN自支撐襯底上制作了GaN肖特基勢壘二極管和PN結(jié)二極管。對于GaN肖特基勢壘二極管，使用了在GaN襯底上生長的電子遷移率達(dá)到930cm2/Vs的高品質(zhì)n型GaN層，得到了很好的二極管特性，其導(dǎo)通電阻達(dá)到0.71m，而耐壓達(dá)到了1100V（8）。另一方面，對于GaN PN結(jié)二極管，通過充分降低的p型GaN層中鎂的摻雜濃度，得到了導(dǎo)通電阻為6.3m、耐壓達(dá)到925V的PN結(jié)二極管（9）。對于GaN襯底上的GaN晶體管，住友公司研制了以AlGaN/GaN系二維電子氣為溝道的垂直異質(zhì)結(jié)FET（10）。圖2顯示了此晶體管的截面結(jié)構(gòu)原理圖。在器件制作流程中，要將GaN襯底上沉積生成的n 型GaN、p型GaN以及n+GaN層研磨成斜面，然后再進(jìn)行AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)的生長，最后形成歐姆電極和柵電極。對于耗盡型（Normally on）器件，擊穿電壓達(dá)到672V，導(dǎo)通電阻為7.6m。在GaN垂直晶體管中，這是迄今為止報道的最高數(shù)值。通過改變AlGaN層的厚度可以控制FET的閾值電壓，同時也可以制成增強(qiáng)型工作的器件。圖2 GaN襯底上以AlGaN/GaN二維電子氣為溝道的垂直異質(zhì)結(jié)FET截面結(jié)構(gòu)原理圖。34氮化鋁（AlN）系功率晶體管如表1所示，AlN的禁帶寬度達(dá)到6.2eV，在發(fā)光器件方面可以用于紫外發(fā)光器件的襯底。在電子器件領(lǐng)域，由于其工作溫度可以超過SiC和GaN器件，預(yù)期可用于加固型功率器件。然而，與SiC和GaN相比，AlN單晶的生長更加困難，至今尚未得到可以稱之為晶片的有一定尺寸的單晶襯底材料（如照片2）。照片2AlN 單晶照片圖3GaN溝道HEMT(a,b)和AlGaN溝道HEMT(c,d)的漏極I-V特性圖（13）住友公司從上世紀(jì)90年代后期開始從事AlN襯底及其外延生長技術(shù)的研究與開發(fā)（11）（12），自2007年以來一直參與新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（以下簡稱NEDO）的項目開發(fā)工作，該項目的合作研究者使用了住友公司研制的襯底及外延片制作的晶體管并對其進(jìn)行了評價（13）。此器件是在自支撐AlN襯底上制作的第一個HEMT（由Al0.24Ga0.76N溝道層和Al0.51Ga0.49N非摻雜層組成）。在VGS=2V時的最大飽和電流為0.13A/mm，最大gm為25mS/mm。為了進(jìn)行比較，同時制作了一個以GaN為溝道層的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的HEMT，并對這兩種晶體管的溫度特性進(jìn)行了評價。圖3顯示的是這兩種晶體管在室溫及300下的I-V特性，圖4顯示了漏極電流與溫度的關(guān)系，圖5、圖6和圖7分別顯示了導(dǎo)通電阻、柵極漏電流以及閾值電壓與溫度的關(guān)系。從漏極電流與溫度的關(guān)系曲線可以看出，以AlN為襯底的AlGaN溝道HEMT的漏極電流隨溫度變化的幅度較小，其變化量相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)GaN溝道HEMT的大約1/2，這一結(jié)果首次表明了以AlN為襯底的器件具有優(yōu)良的高溫性能。圖4標(biāo)準(zhǔn)化漏極電流與溫度關(guān)系曲線（13）図5標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)通電阻與溫度關(guān)系曲線（13）圖6柵極漏電流與溫度關(guān)系曲線（13）圖7閾值電壓與溫度關(guān)系曲線（13）35金剛石功率器件金剛石是碳元素的單晶形態(tài)，雖然不屬于化合物半導(dǎo)體，但是作為寬禁帶半導(dǎo)體材料，人們對其在功率器件方面的應(yīng)用寄予了很大期望，故此本文一并加以討論。金剛石晶體硬度高、強(qiáng)度大，機(jī)械性能優(yōu)良，同時具有很高的熱導(dǎo)率，一直以來多用于拉絲模具、精密數(shù)控加工工具以及散熱器等，目前還沒有作為寬禁帶半導(dǎo)體材料的實際應(yīng)用。金剛石作為半導(dǎo)體材料，由于其禁帶寬度大而帶來的高介質(zhì)擊穿場強(qiáng)以及高熱導(dǎo)率是其最大特長，對于功率器件的來說，其性能與其它材料相比具有不可比擬的優(yōu)勢，因此金剛石在功率器件方面的應(yīng)用被寄予無限期望。金剛石功率器件商品化的最大挑戰(zhàn)，不外乎晶體生長技術(shù)以及器件工藝技術(shù)的復(fù)雜性。對于晶體生長而言，必須實現(xiàn)以適當(dāng)?shù)闹圃斐杀精@得較大尺寸的雜質(zhì)和晶體缺陷較少的高品質(zhì)金剛石單晶。金剛石的合成方法有超高壓合成法和氣相合成法，作為半導(dǎo)體器件用的襯底材料，氣相合成方法較為適用，如等離子體CVD等。工業(yè)技術(shù)綜合研究院一直在研究通過氣相合成技術(shù)制備金剛石單晶。最近開發(fā)成功多項新工藝，如可以得到大尺寸單晶的“重復(fù)生長技術(shù)”，這是一種改變生長面的氣相單晶生長技術(shù)。另一項新工藝是將籽晶與片狀生長的金剛石進(jìn)行無損分離的“直接晶片化技術(shù)”。這些技術(shù)的研制成功，使得制備大尺寸金剛石晶片正在成為現(xiàn)實（14）。采用“直接晶片化技術(shù)”制備了多片金剛石單晶薄片，并將這些薄片彼此接合在一起，制成了面積達(dá)1平方英寸的大面積的晶片（15）（照片3）?？梢哉f，這一成果表明了制造金剛石器件所必須的大尺寸金剛石襯底實現(xiàn)量產(chǎn)的可能性。照片3金剛石晶片（15）關(guān)于金剛石器件，迄今為止正在進(jìn)行研究和開發(fā)的有SAW（聲表面波）器件、電子發(fā)射器、紫外線LED（發(fā)光二極管）、肖特基勢壘二極管以及MOSFET（MOS場效應(yīng)晶體管）等功率器件。SAW器件雖然不是所謂的半導(dǎo)體器件，但為了充分利用在金剛石表面彈性波的傳播速度，住友公司開展了GHz高頻SAW器件的應(yīng)用開發(fā)研究（16）（17），但目前還未達(dá)到實用化。金剛石具有容易發(fā)射電子的特性，有可能制成大電流電子發(fā)射器，因此在電子束光刻、電子顯微鏡、電子線照射裝置以及電子槍等方面有望得到應(yīng)用。我們發(fā)現(xiàn)摻入高濃度磷雜質(zhì)的n型金剛石表現(xiàn)出優(yōu)異的電子發(fā)射性能，已經(jīng)成功地研制出面積為1mm2的器件，其發(fā)射出的電流高達(dá)1103毫安（18）（照片4）。照片4金剛石電子發(fā)射源陣列（5m 點陣）照片5電子源模塊作為NEDO的項目之一，由Erionics(音)公司與工業(yè)技術(shù)綜合研究院合作，成功地利用金剛石電子源開發(fā)出了4nm線寬的電子束光刻設(shè)備，這是目前世界上最窄的電子束光刻線寬（19）。同時，還研制出電子顯微鏡用的電子槍模塊（照片五），并成功地拍攝了放大10萬倍的金粒子二維電子圖象（照片6）。照片6金剛石電子槍拍攝的放大10萬倍的金粒子二維電子圖象在功率器件方面，對金剛石肖特基勢壘二極管和晶體管進(jìn)行了研究。肖特基勢壘二極管的研究由住友公司與工業(yè)技術(shù)綜合研究院合作開展，最高擊穿電場強(qiáng)度達(dá)到了3.1MV/cm，這一數(shù)值已經(jīng)超過了SiC器件（20）。金剛石具有很寬的帶隙，可以用于制作耐高溫器件。工業(yè)技術(shù)綜合研究院用Ru(釕)作為肖特基電極材料，開發(fā)出了可以工作在400500二極管（21），關(guān)于此二極管的高速開關(guān)特性也進(jìn)行了報道（22）。關(guān)于以金剛石作為晶體管材料的研究開始于20世紀(jì)90年代。用氫氣作過最終處理的金剛石表面會產(chǎn)生空穴堆積層，很多文章對這種以空穴堆積層作為溝道的晶體管進(jìn)行了報道。早稻田大學(xué)報告了一種柵極長度為0.15微米的晶體管，其截止頻率高達(dá)45GHz（23）。金剛石半導(dǎo)體作為功率器件而言，其性能指標(biāo)顯示出了其他半導(dǎo)體器件遠(yuǎn)不能及的優(yōu)勢，人們對高溫、高壓、低功耗金剛石器件寄予了無限期望，而且如前所述，對金剛石二極管以及晶體管的研究也在不斷努力之中。然而，要想實現(xiàn)這些器件的實用化，高品質(zhì)、大尺寸金剛石晶片必不可少，盡管工業(yè)技術(shù)綜合研究院不斷取得新的成果，但是預(yù)計還需要經(jīng)過很長的發(fā)展階段。4.結(jié)束語使用SiC、GaN以及金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料制作的功率器件，由于其材料的物理特性，與目前市場上廣泛應(yīng)用的硅功率器件相比，具有低功耗、高頻率、高擊穿電壓、高工作溫度等優(yōu)點，因此作為許多細(xì)分市場中的新一代功率器件被寄予厚望。對于這些寬禁帶半導(dǎo)體功率器件而言，其實現(xiàn)商業(yè)化所面臨的最大挑戰(zhàn)是能否以接近硅功率器件的成本進(jìn)行生產(chǎn)，而其中最關(guān)鍵的一點是高品質(zhì)、低成本、大尺寸襯底材料的實現(xiàn)。目前的情況是晶體生長難度大，還不能得到低成本的大尺寸襯底材料。可以預(yù)計，誰找到了這一問題的解決方案，誰將成為市場的主導(dǎo)者。為了解決這一難題，住友公司仍在進(jìn)行各種各樣的研究工作。企業(yè)的研發(fā)人員一旦從事了化合物半導(dǎo)體器件的開發(fā)工作，即為其魅力而著迷，夜以繼日地為新器件的開發(fā)而努力工作。筆者自加入公司以來，也癡迷于化合物半導(dǎo)體之魅力，一直從事化合物半導(dǎo)體器件的研發(fā)工作。當(dāng)前，面向?qū)崿F(xiàn)節(jié)能社會的目標(biāo)，正在為解決寬禁帶半導(dǎo)體的難題而不懈努力。（參考文獻(xiàn)略）本原文發(fā)表在：（日）2011年1月 SEI 第178號，http:/www.sei.co.jp/tr/pdf/special/sei10650.pdf用語集 1 半導(dǎo)體SiC、GaN、Si 大半導(dǎo)體。次世代用半導(dǎo)體材料期待。 2 MOSFETMetal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor：電界効果（FET）一種、部電極半導(dǎo)體層間酸化物挿入MOS（金屬酸化物半導(dǎo)體）構(gòu)造。LSI 中最一般的使用。 3 IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor ：部MOSFET 付複合。中容量広用。 4 金屬半導(dǎo)體接合（接合）生障壁利用。 5 JFETJ unction Gate Field Effect Transistor ： pn 接合生空乏層印加電圧変化、間流電流制御。 6 型電極電圧印加時、間電流流。反対電極電圧印加時電流流、型呼。 7 HEMTHigh Electron Mobility Transistor ：半導(dǎo)體界面生成二次元電子8 用高速。 8 二次元電子半導(dǎo)體界面生成電子二次元的分布狀態(tài)。 7 HEMT 、二次元電子応用。 9 SAW 固體表面伝搬表面弾性波（SAW: Surface AcousticWave）利用。等実用化。參考文獻(xiàn)（1）林秀樹、化合物半導(dǎo)體限可能性求、SEI第173 號、PP14-24（2008）（2）K. Fujikawa, S. Harada, A. Ito, T. Kimoto and H. Matsunami,“600V 4H-SiC RESURF-type JFET”, Material Science Forum, 457, p.1189（2004）（3）T. Masuda, K. Fujikawa, K. Shibata, H. Tamaso, S. Hatsukawa, H.Tokuda, A. Saegusa, Y. Namikawa and H. Hayashi,“ Low On-Resistance in 4H-SiC RESURF JFETs Fabricated with Dry Process for Implantation Metal Mask”, Material Science Forum, 527, p.1203（2006）（4）K. Fujikawa, K. Shibata, T. Masuda, S. Shikata and H. Hayashi“, 800V4H-SiC RESURF-Type Lateral JFETs”, IEEE Electron Device Letters, 25,p.790（2004）（5）H. Tamaso, J. Shinkai, T. Hoshino, H. Tokuda, K. Sawada, K. Fujikawa,T. Masuda, S. Hatsukawa, S. Harada and Y. Namikawa,“Fabricationof a Multi-chip Module of 4H-SiC RESURF-type JFETs”, MaterialsScience Forum, 556, P.98（2007）（6）K. Fujikawa, K. Sawada, T. Tsuno, H. Tamaso, S. Harada andY.Namikawa,“Fast Swetching Characteristics of 4H-SiC RESURF-typeJFET”, International Conference on Silicon Carbide and RelatedMaterials（2007）（7）T. Masuda, S. Harada, T. Tsuno, Y. Namikawa and T. Kimoto,“HighChannel Mobility of 4H-SiC MOSFET Fabricated on Macro-SteppedSurface”, International Conference on Silicon Carbide and RelatedMaterials (ICSCRM)（2007）（8）Y. Saitoh, K. Sumiyoshi, M. Okada, T. Horii, T. Miyazaki, H. Shiomi, M.Ueno, K. Katayama, M. Kiyama and T. Nakamura,“Extremely LowOn-Resistance and High Breakdown Voltage Observed in Vertica GaN Schottky Barrier Diodes with High-Mobility Drift Layers on Low-Dislocation-Density GaN Substrates”, Appl. Phys. Express 3,081001（2010）（9）Y. Yoshizumi, S. Hashimoto, T. Tanabe and M. Kiyama,“Highbreakdown-voltage pn-junction diodes on GaN substrates”, J.Crystal. Growth, 298, pp.875-878（2007）（10）Okada, Y. Saitoh, M. Yokoyama, K. Nakata, S. Yaegassi, K. Katayama,M. Ueno, M. Kiyama, T. Katsuyama and T. Nakamura“, Novel VerticalHeterojunction Field-Effect Transistors with Re-grown AlGaN/G