(57)【要約】  ＳｉＣ基板（１）はオフ角θ（°）を有する。ＳｉＣ基板（１）の上に膜厚Ｔｍ（μｍ）のＳｉＣエピタキシャル層（２）が形成されている。ＳｉＣエピタキシャル層（２）の表面には三角欠陥（３）が形成されている。三角欠陥（３）のうち、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９以上のものの密度をＡ、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９より短いものの密度をＢとしてＢ／Ａ≦０．５を満たす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オフ角θ（°）を有するＳｉＣ基板と、
前記ＳｉＣ基板の上に形成された膜厚Ｔｍ（μｍ）のＳｉＣエピタキシャル層とを備え、
前記ＳｉＣエピタキシャル層の表面には三角欠陥が形成され、
前記三角欠陥のうち、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９以上のものの密度をＡ、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９より短いものの密度をＢとしてＢ／Ａ≦０．５を満たすことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記三角欠陥の密度Ｂが０．５個／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハ。
【請求項３】
前記ＳｉＣエピタキシャル層の膜厚Ｔｍが３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハ。
【請求項４】
Ｔｍ／Ｔａｎθ×０．５より短い三角欠陥の密度をＣとしてＣ／Ａ≦０．２を満たすことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハ。
【請求項５】
前記ＳｉＣエピタキシャル層が２層以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法であって、
前記ＳｉＣ基板をウエハホルダに載せてサセプタの内部に収容する工程と、
原料ガスを供給して前記ＳｉＣ基板の上に前記ＳｉＣエピタキシャル層を成長させる工程とを備えることを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項７】
前記ＳｉＣ基板の直上における前記サセプタの温度を前記ＳｉＣ基板の直上以外の部分における温度よりも高くすることを特徴とする請求項６に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項８】
前記サセプタの天井と前記ＳｉＣ基板との間のガス流を複数層に分離し、前記サセプタの天井側に流すガスをキャリアガスとし、流速を前記ＳｉＣ基板側に流すガスに対して速くすることを特徴とする請求項６に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項９】
前記サセプタ又は前記ウエハホルダとして母材の表面にＳｉＣコートを堆積したものを用い、
前記ＳｉＣコートのＣ／Ｓｉ比は膜厚が増えるほど高くなり、
前記ＳｉＣコートの最表面のＣ／Ｓｉ比は前記ＳｉＣエピタキシャル層と同じであることを特徴とする請求項６に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１０】
前記サセプタ又は前記ウエハホルダとして表面に凹凸を形成したものを用いることを特徴とする請求項６に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜５の何れか１項に記載のＳｉＣエピタキシャルウエハを用いることを特徴とするＳｉＣデバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載のＳｉＣデバイスを有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路とを備えることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（以下ＳｉＣと記述）エピタキシャルウエハ、ＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法、ＳｉＣデバイス及び電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣは次世代のパワー半導体材料の一つとして期待されている。ＳｉＣは多くの結晶多形を持つことが知られており、パワーデバイス用途としては４Ｈ型が用いられることが多い。ＳｉＣは多くの結晶多形を有することから、わずかなエネルギーで別の結晶多形に変わる可能性がある。そこで、結晶多形を基板と同一に保持するために、［０００１］結晶軸から４〜８°傾けた基板面にＳｉＣエピタキシャル層を成長させるステップフロー成長を行うのが一般的である。基板面の傾き角度はオフ角と呼ばれ、［０００１］結晶軸から［１１−２０］方向に傾きを持たせることが多い。【０００３】
ステップフロー成長を用いた場合、結晶欠陥は起点からオフ方向に対して起点からの成長膜厚に応じた長さを持つ。ＳｉＣエピの特徴的なエピ欠陥の一つとして、エピタキシャルウエハ表面に三角形状に現れる三角欠陥が挙げられる。これまで三角欠陥の低減技術として、成長前のウエハ表面に付着する異物の低減（例えば、特許文献１、２参照）と、成長初期のエピ層条件の調整（例えば、特許文献３、４参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特許第５８９７８３４号公報
【特許文献２】日本特許第６０３７６７１号公報
【特許文献３】日本特開２０１３−１４４６９号公報
【特許文献４】日本特許第４９８７７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、成長炉内で発生するＳｉＣ粒を起因としてエピ成長中に発生する三角欠陥を低減する技術は提案されていなかった。【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はデバイスのチップ歩留を改善することができるＳｉＣエピタキシャルウエハ、ＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法、ＳｉＣデバイス及び電力変換装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＳｉＣエピタキシャルウエハは、オフ角θ（°）を有するＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の上に形成された膜厚Ｔｍ（μｍ）のＳｉＣエピタキシャル層とを備え、前記ＳｉＣエピタキシャル層の表面には三角欠陥が形成され、前記三角欠陥のうち、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９以上のものの密度をＡ、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９より短いものの密度をＢとしてＢ／Ａ≦０．５を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９以上の三角欠陥の密度をＡ、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９より短い三角欠陥の密度をＢとしてＢ／Ａ≦０．５を満たす。これによりデバイス不良を引き起こす三角欠陥の密度が小さくなるため、デバイスのチップ歩留を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハを示す断面図及び上面図及び上面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造工程を示す断面図である。
【図３】成長膜厚に対する三角欠陥密度を示す図である。
【図４】三角欠陥の長さのヒストグラムを示す図である。
【図５】成長膜厚に対する三角欠陥数を示す図である。
【図６】三角欠陥密度に対するＢ／Ａを示す図である。
【図７】三角欠陥密度に対するＣ／Ａを示す図である。
【図８】ＳｉＣ粒を起点とした欠陥の例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るＳｉＣデバイスを示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係るＳｉＣデバイスを示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係るＳｉＣエピタキシャルウエハ、ＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法、ＳｉＣデバイス及び電力変換装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハを示す断面図及び上面図である。ＳｉＣ基板１は、結晶多形が４Ｈ型であり、導電型がｎ型であり、［０００１］結晶軸からオフ角θ＝４°の傾きを有する。ＳｉＣ基板１の上に、ｎ型のＳｉＣエピタキシャル層２が形成されている。ＳｉＣエピタキシャル層２の膜厚はＴｍ（μｍ）である。
【００１２】
ＳｉＣエピタキシャル層２の表面には三角欠陥３が形成されている。三角欠陥３の起点４は、成長初期の炉内異物、原子核形成、ウエハ表面の研磨ダメージなど、ほとんどは成長初期のＳｉＣ基板１とエピ界面付近に発生するものである。ただし、エピ成長中に形成される二次元核により三角欠陥が発生するケースもある。
【００１３】
ＳｉＣ基板１とＳｉＣエピタキシャル層２の界面を起点とする三角欠陥の基板オフ方向の長さＬｍ（μｍ）はＬｍ＝Ｔｍ／Ｔａｎθである。一方、ＳｉＣエピタキシャル層２のエピ成長中に発生する三角欠陥の場合、起点からＳｉＣエピタキシャル層２の表面までの膜厚をＴとすると、基板オフ方向の長さＬ（μｍ）はＬ＝Ｔ／Ｔａｎθである。従って、一方、ＳｉＣエピタキシャル層２のエピ成長中に発生する三角欠陥は、基板オフ角方向の長さＬ（μｍ）がＬ＜Ｔｍ／Ｔａｎθを満たす。
【００１４】
また、複数の不良チップの解析を実施した結果、エピ成長中に発生する三角欠陥のうち、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定による発光波長が５１０〜５７０ｎｍにピークを有するものは、電流リーク源となることでデバイス不良を引き起こすことが明らかとなった。ＰＬ測定とは測定サンプルに対し、サンプルの持つバンドギャップより高いエネルギーを有する光を照射し、サンプルから発せられる微弱なＰＬ光を観察する評価手法である。特定の波長を透過するフィルタを使用し、サンプル平面から発せられるＰＬ光をとらえることで、平面的なＰＬイメージ画像が得られる。これらの起点は１００〜５００ｎｍ程度の３Ｃ型のＳｉＣ粒であることが明らかとなった。このＳｉＣ粒は、ＳｉＣ基板１の結晶型である４Ｈ型とは異なる３Ｃ型の積層構造を持つ。起点となる異物サイズから起点のＳｉＣ粒は二次元核成長で生じたものではなく、エピ成長中に成長炉内のサセプタ等のパーツに付着している細かなＳｉＣが脱離することで発生したと考えられる。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９以上の三角欠陥の密度をＡ、基板オフ方向への長さがＴｍ／Ｔａｎθ×０．９より短い三角欠陥の密度をＢとしてＢ／Ａ≦０．５を満たすようにする。即ち、成長開始前に発生する三角欠陥に対して、成長中に発生する三角欠陥を抑制する。ただし、ウエハ膜厚には面内分布があり最大値と最小値の差を最大１０％と想定して計算式に０．９を掛け合わせている。これによりデバイス不良を引き起こす三角欠陥の密度が小さくなるため、デバイスのチップ歩留を改善することができる。また、三角欠陥の密度Ｂが０．５個／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造工程を示す断面図である。４°のオフ角を有するｎ型のＳｉＣ基板１を準備し、ＳｉＣ基板１をウエハホルダ５に載せてサセプタ６の内部に収容する。ＳｉＣ基板１として表面の研磨キズ深さが１０ｎｍ以下のものを準備することで、研磨ダメージ起因の三角欠陥の発生は抑制可能である。
【００１７】
キャリアガスとして水素ガスをサセプタ６の内部に流し、誘導加熱又は抵抗加熱等によりサセプタ６の内部温度を所定の温度、例えば１６００℃まで上昇させる。輻射熱又は熱伝導等によりＳｉＣ基板１を加熱する。所定の温度まで達した後、所定の時間温度を保持し、エピタキシャル成長前にガスによるエッチングを行う。サセプタ６の内部に原料ガス及びドーパントガスを供給してＳｉＣ基板１の上にＳｉＣエピタキシャル層２を成長させる。原料ガスは、モノシラン等のシラン系ガスと、プロパン等の炭化水素系ガスである。ドーパントガスは窒素である。例えば、成長温度を１５５０℃、成長圧力を９ｋＰａ、モノシラン流量を２００ｃｃｍ、プロパン流量を７０ｃｃｍ、Ｃ／Ｓｉ比を１．０５、窒素流量を１００ｃｃｍとする。
【００１８】
エピ成長が進むに従い、ウエハホルダ５及びサセプタ６上にＳｉＣが３次元成長する。ガス流又は熱応力により、ウエハホルダ５及びサセプタ６に弱い力で付着していた細かなＳｉＣ粒が脱離し、ウエハ上に付着することで三角欠陥の原因になると考えられる。通常、成長毎にパーツ交換はしないが、以前の成長で堆積したＳｉＣがウエハホルダ５及びサセプタ６などのパーツに付着している。付着力の弱いＳｉＣ粒は、ウエハ設置前に、炉内を真空にした後にガスを導入し大気圧に戻すガスパージ、炉内の昇降温、成長初期の圧力変動、又は昇温などにより除去される。ＳｉＣエピタキシャル層２の成長膜厚が増加するに従い、炉内パーツに３次元成長するＳｉＣが増加する。特に連続して膜厚３０μｍ以上の膜を成長させると炉内パーツに３次元成長するＳｉＣの脱離する確率が大幅に増加し始め、５μｍ時と比較して成長途中の三角欠陥密度は１０倍程度となる。
【００１９】
エピ成長中のＳｉＣ粒脱離を抑制するためには、シラン系ガスに含まれるＳｉと炭化珪素系ガスに含まれるＣの原子数比であるＣ／Ｓｉ比が１．１以下になることが望ましく、成長時の炉内圧力は９ｋＰａ以下が望ましく、成長温度は１５５０℃以上が望ましい。また、塩化水素などの塩素系ガスをエッチング及び成長時に導入してもよい。
【００２０】
また、サセプタ６に大きな熱分布を持たせ、ＳｉＣ基板１の直上におけるサセプタ６の温度をＳｉＣ基板１の直上以外の部分における温度よりも高くする。これにより、サセプタ６の温度の低い部分に選択的にＳｉＣが堆積し、ＳｉＣ基板１の直上におけるＳｉＣの３次元成長が抑制されるため、成長途中のＳｉＣ粒脱離を抑制することができる。
【００２１】
また、サセプタ６とＳｉＣ基板１との間のガス流を複数層に分離し、サセプタ６側に流すガスをキャリアガスであるＨ２とし、流速をＳｉＣ基板１側に流すガスに対して速くする。これにより、サセプタ６にＳｉＣが３次元成長するのを抑制できるため、成長途中に発生する三角欠陥を抑制することができる。
【００２２】
また、サセプタ６又はウエハホルダ５として、カーボンなどの母材の表面にＳｉＣコートを堆積したものを用いる。これにより、ＳｉＣとの密着性が高くなり、成長中にＳｉＣ粒が脱離し難くなる。さらに、ＳｉＣコートのＣ／Ｓｉ比を膜厚が増えるほど高くし、最表面のＣ／Ｓｉ比をＳｉＣエピタキシャル層と同じにすることが好ましい。例えば、ＳｉＣコートの堆積開始時のＣ／Ｓｉ比を０．９とし、ＳｉＣコートの最表面のＣ／Ｓｉ比を１．１にする。なお、Ｓｉコートの堆積中において、Ｃ／Ｓｉ比を連続で変化させてもよいし、断続的に変化させてもよいし、複数回に分けて堆積してもよい。
【００２３】
また、サセプタ６又はウエハホルダ５として表面に凹凸を形成したものを用いても、サセプタ６及びウエハホルダ５とＳｉＣ堆積物との密着性が高くなるため、ＳｉＣ粒が脱離し難くなる。
【００２４】
従来の成長条件ではＬ＜Ｔｍ／Ｔａｎθの三角欠陥の密度はおよそ３個／ｃｍ２である。一方、上述のＳｉＣ粒が脱離し難くなる成長条件を適用することで１個／ｃｍ２に低減することができる。エピ成長中にも部材にＳｉＣが堆積し、積算膜厚が厚いほどＳｉＣ粒落下の可能性が高くなっていくため、本実施の形態の効果はＳｉＣエピタキシャル層２の成長膜厚が増加するほど顕著となる。特に１０μｍを超えると効果が顕著となる。膜厚が厚くなるほど効果が顕著となるため、成長後半のＬ＜Ｔｍ／Ｔａｎθ／２の三角欠陥の密度は低減され、例えば従来の成長条件では２個／ｃｍ２であるが、本実施の形態では１個／ｃｍ２以下となる。ＳｉＣ粒のサイズは１μｍ以下がほとんどである。
【００２５】
図３は、成長膜厚に対する三角欠陥密度を示す図である。従来条件は、圧力１０ｋＰａ以上、Ｃ／Ｓｉが１．１より大きく、１５５０℃以上である。三角欠陥低減条件は、圧力９ｋＰａ以下、Ｃ／Ｓｉが１．１以下、１５５０℃以上、サセプタ６の表面コートのＣ／Ｓｉを０．９〜１．１まで変化させている。三角欠陥低減条件では、従来条件に比べて成長初期に発生する欠陥の密度は変わっていないが、成長途中に発生する欠陥の密度が低減している。
【００２６】
図４は、三角欠陥の長さのヒストグラムを示す図である。横軸は、基板とエピ層の界面で発生した最も長い欠陥の長さを１００％とした欠陥長さを示している。縦軸は、界面で発生した欠陥数に対する欠陥の発生頻度を示している。従来条件では成長膜厚の増加に伴って三角欠陥が増加し、３０μｍ以降で三角欠陥の発生頻度が４０％を超えている。一方、三角欠陥低減条件では、成長膜厚の増加に対する三角欠陥の発生が抑制されている。図５は、成長膜厚に対する三角欠陥数を示す図である。従来条件に比べて三角欠陥低減条件では三角欠陥の発生が抑制されている。
【００２７】
図６は、三角欠陥密度に対するＢ／Ａを示す図である。従来条件ではＢ／Ａが０．５を超えているのに対し、三角欠陥低減条件では三角欠陥密度に依らずＢ／Ａが０．５以下に抑制されている。図７は、三角欠陥密度に対するＣ／Ａを示す図である。Ｔｍ／Ｔａｎθ×０．５より短い三角欠陥の密度をＣとする。従来条件ではＣ／Ａが概ね０．５を超えているのに対し、三角欠陥低減条件ではＣ／Ａが０．２以下に抑制されている。
【００２８】
なお、本実施の形態ではＳｉＣ基板１及びＳｉＣエピタキシャル層２がｎ型の場合について説明したが、ｐ型でも同様の効果が期待できる。また、ドーパントガスは窒素に限らず、窒素を含むガス、ＳｉＣに対してｎ型のドーパントとなる元素を含むガスでも同様の効果が得られる。また、ＳｉＣエピタキシャル層２が２層以上であっても同様の効果が得られる。また、本実施の形態ではエピ表面の形状が正三角形の三角欠陥を用いた。しかし、実際には角度も様々であり、三角形状にはなっていないものも存在するため、ＳｉＣ粒を起点とした積層欠陥を有する欠陥構造も本願の三角欠陥の対象とみなす。図８は、ＳｉＣ粒を起点とした欠陥の例を示す図である。
【００２９】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係るＳｉＣデバイスを示す断面図である。このＳｉＣデバイスは、実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハを用いたＭＯＳＦＥＴである。従って、デバイスのチップ歩留を改善することができる。
【００３０】
ＳｉＣエピタキシャル層２としてキャリア濃度遷移層７とｎ型ドリフト層８を形成する。キャリア濃度遷移層７の成長の際、所望のキャリア濃度となるようにモノシラン及びプロパンの流量及び比率、窒素流量を調整する。
【００３１】
ｎ型ドリフト層８の表面上に所望のパターンのフォトレジストを形成する。このフォトレジストをマスクとして用いて不純物イオンを注入し、互いに離間した一対のｐ型ベース領域９を形成する。ｐ型不純物は、例えばボロン（Ｂ）又はアルミニウム（Ａｌ）などである。レジストなどによりマスクを形成し、各ｐ型ベース領域９の表面にｎ型ソース領域１０を形成する。その後、マスクを除去する。ｎ型不純物は、例えばリン（Ｐ）又は窒素（Ｎ）などである。熱処理装置によってウエハを高温で熱処理すると、ｎ型及びｐ型の注入イオンが電気的に活性化される。
【００３２】
ゲート絶縁膜１１を熱酸化又は堆積により形成する。ゲート絶縁膜１１上にゲート電極１２を成膜してパターニングする。ゲート電極１２は、一対のｐ型ベース領域９及びｎ型ソース領域１０が両端部に位置し、ｐ型ベース領域９間に露出したｎ型ドリフト層８が中央に位置するような形状にパターニングされる。ｎ型ソース領域１０上のゲート絶縁膜１１の残余の部分はリソグラフィ技術及びエッチング技術により除去する。ｎ型ソース領域１０が露出した部分にソース電極１３を成膜してパターニングする。ＳｉＣ基板１の裏面にオーミック電極１４を形成する。
【００３３】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係るＳｉＣデバイスを示す断面図である。このＳｉＣデバイスは、実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハを用いたショットキダイオードである。従って、デバイスのチップ歩留を改善することができる。
【００３４】
ｎ型のＳｉＣエピタキシャル層２の表面上に所望のパターンのフォトレジストを形成する。このフォトレジストをマスクとして用いて不純物イオンを注入し、ＳｉＣエピタキシャル層２にｐ型のイオン注入層１５を形成する。マスク及び犠牲酸化膜を除去する。注入された不純物イオンを活性化させるために活性化アニールを行うことで、耐圧を高めるための終端構造を形成する。ＳｉＣ基板１の裏面にオーミック電極１４を形成し、熱処理を行う。ＳｉＣ基板１の表面にショットキー電極１６を形成する。
【００３５】
なお、本実施の形態のようにＳｉＣによって形成されたＳｉＣデバイスは、耐電圧性と許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化されたＳｉＣデバイスを用いることで、このＳｉＣデバイスを組み込んだ半導体モジュールも小型化できる。また、ＳｉＣデバイスの耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体モジュールを更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体モジュールを高効率化できる。
【００３６】
実施の形態４．
本実施の形態は、上述した実施の形態２又は３に係るＳｉＣデバイスを電力変換装置に適用したものである。電力変換装置は、例えば、インバータ装置、コンバータ装置、サーボアンプ、電源ユニットなどである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
【００３７】
図１１は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。この電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００を備える。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができ、交流系統に接続された整流回路又はＡＣ／ＤＣコンバータで構成してもよい。また、電源１００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成してもよい。
【００３８】
電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
【００３９】
負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベータ、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
【００４０】
以下、電力変換装置２００を詳細に説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子と各還流ダイオードは、上述した実施の形態３又は４に相当するＳｉＣデバイス２０２によって構成する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
【００４１】
また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路はＳｉＣデバイス２０２に内蔵されていてもよいし、ＳｉＣデバイス２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
【００４２】
制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
【００４３】
本実施の形態に係る電力変換装置では、ＳｉＣデバイス２０２として実施の形態２又は３に係るＳｉＣデバイスを適用するため、ＳｉＣデバイス２０２のチップ歩留を改善することができる。従って、電力変換装置の歩留まりも改善することができる。
【００４４】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベル又はマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ又はＡＣ／ＤＣコンバータに本発明を適用することも可能である。
【００４５】
また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、又は誘導加熱調理器もしくは非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システム又は蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ＳｉＣ基板、２  ｎ型のＳｉＣエピタキシャル層、３  三角欠陥、４  起点、５  ウエハホルダ、６  サセプタ、２００  電力変換装置、２０１  主変換回路、２０２  ＳｉＣデバイス、２０３  制御回路
【図１】
2018185916.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018185916.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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