受賞年月
平成29年2月
受賞理由
半導体として優れた物性を持ちながら、長年、そのデバイス作製が困難であったシリコンカーバイド（SiC）の高品質エピタキシャル単結晶作製に世界で初めて成功し、この材料の物性を系統的に精査した上、これを用いて、金属・SiCショットキ-ダイオード、金属・酸化膜・SiC電界効果トランジスタ（MOSFET）を開発した。これまでの半導体シリコンに比べて、桁違いの高性能をもつパワー半導体の実用化を達成して、大きな省エネルギー効果をもたらすとともに、環境負荷低減による地球温暖化防止への効果を示すなど、社会貢献に大きく寄与する功績
受賞者の経歴
【主な職業】
京都大学名誉教授・
科学技術振興機構（JST）イノベーションプラザ京都館長
【学 歴】
1962年 3月 京都大学工学部電子工学科卒業
1964年 3月 京都大学大学院工学研究科修士課程電子工学専攻修了
【学位・称号】
京都大学工学博士
【経 歴】
1964年 4月 京都大学工学部助手
1971年12月 京都大学工学部助教授
1976年 9月 アメリカ合衆国ノースカロライナ州立大学客員准教授（～1977年7月）
1983年 2月 京都大学工学部教授
1996年 4月 京都大学大学院工学研究科教授
2003年 3月 京都大学定年退官。京都大学名誉教授
2004年 4月 科学技術振興機構（JST）研究成果活用プラザ京都館長（2007年4月 イノベーションプラザと改名）
2012年 4月 科学技術振興機構（JST）産学連携アドバイザ（～現在）
【過去における表彰】
1998年 7月 日本結晶成長学会論文賞
2001年11月 第１回山崎貞一賞半導体及び半導体装置分野（材料科学技術振興財団）
2002年 4月 文部科学大臣賞研究功績賞
2004年 3月 応用物理学会研究業績賞
2004年 5月 電子情報通信学会業績賞
2005年 9月 SSDM2005 Award（Solid State Devices and Materials 2005）
2006年 8月 応用物理学会解説論文賞
2013年 1月 朝日賞（朝日新聞文化財団）
2016年12月 米国 IEEE David Sarnoff Award
このほか
2006年 9月 電子情報通信学会 Fellow
2003年 1月 米国電気電子学会 Fellow（現 終身Fellow）
2007年 8月 応用物理学会 Fellow
主要著書・論文：
１：著書
1)半導体工学（昭晃堂、1983）、半導体工学第２版（昭晃堂、1999）
2)光励起プロセスの基礎（工業調査会、1994）共著
3)電気電子材料工学（電気学会、オーム社、1997）共著
4)Silicon Carbide Vol.Ⅰ,Ⅱ (Akademie Verlag、1997) 共編著
5)半導体デバイス（共立出版、2000）共著
6)半導体材料とデバイス（岩波書店、2001、2005、現代工学の基礎）共著
7)半導体SiC技術と応用（日刊工業新聞社、2003）編著
8)Silicon Carbide –Recent Major Advances（Springer、2003) 共編著
9)半導体SiC技術と応用 第2版（日刊工業新聞社、2011）共編著
10)ワイドギャップ半導体－あけぼのから最前線へ－（培風館、2013）共編著
２：論文（半導体SiCパワーデバイス関連主要論文）
1)Technological Breakthroughs in Growth Control of Silicon Carbide for High Power Electronic Devices H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys., 43, 6835-6847 (2004).
2)Effects of C/Si Ratio in Chemical Vapor Deposition of 4H-SiC (11-20) and (03-38) T. Kimoto, K. Hashimoto, and H.Matsunami Jpn. J. Appl. Phys., 42, 7294-7295 (2003).
3)Hetero-Interface Properties of SiO2/4H-SiC on Various Crystal Orientations H. Matsunami, T. Kimoto, and H. Yano IEICE Trans, Electron., E86-C, 1943-1948 (2003).
4)Fabrication of SiC Lateral Super Junction Diodes with Multiple Stacking p- and n-Layers M. Miura, S. Nakamura, T. Kimoto, and H. sunami IEEE Electron Device Letters, 24, 321-323 (2003).
5)High-Voltage 4H-SiC Schottky Barrier Diodes Fabricated on (03-38) with Closed Micropipes T. Kimoto, K. Fujihira, H. Shiomi, and H.Matsunami Jpn. J. Appl. Phys., 42, L13-L16 (2003).
6)Interface properties in metal-oxide-semiconductor structures on n-type 4H-SiC(03-38) H. Yano, T. Hirao, T. Kimoto, and H. Matsunami Appl. Phys. Letters, 81, 4772-4774 (2002).
7)Shallow states at SiO2/4H-SiC interface on (11-20) and (0001) faces H. Yano, T. Kimoto, and H. Matsunami Appl. Phys. Letters, 81, 301-303(2002).
8)Present Status and Future Prospects of SiC Crystal Growth and Device Technology H. Matsunami and T. Kimoto Trans. IEICE of Japan, J-85, 409-415 (2002) (in Japanese).
9)Avalanche Phenomena in 4H-SiC p-n Diodes Fabricated by Aluminum or Boron Implantation Y . Negoro, N. Miyamoto, T. Kimoto, and H.Matsunami IEEE Trans. on Electron Devices, 49, 1505-1510 (2002).
10)High-energy (MeV) Al and B ion implantations into 4H-SiC and fabrication of pin diodes T.Kimoto, N.Miyamoto, A.Schoner, A.Saitoh, H.Matsunami, K.Asano, and Y.Sugawara J. Appl. Phys., 91, 4242-4248 (2002).
11)Low-Loss, High-Voltage 6H-SiC Epitaxial p-i-n Diode K. Fujihira, S. Tamura, T. Kimoto, and H. Matsunami IEEE Trans. on Electron Devices, 49, 150-154 (2002).
12)Remarkable lattice recovery and low sheet resistance of phosphorus-implanted 4H-SiC (11-20) Y. Negoro, N. Miyamoto, T. Kimoto, and H. Matsunami Appl. Phys. Letters, 80, 240-242 (2002).
13)Formation of Deep pn Junctions by High-Energy Al and B Ion Implantations into SiC T. Kimoto, N. Miyamoto, and H. Matsunami Trans. IEE of Japan, 122-C, 17-22 (2002) (in Japanese).
14)Scanning Capacitance and Spreading Resistance Microscopy of SiC Multiple-pn-Junction Structure J. Suda, S. Nakamura, M. Miura, T. Kimoto, and H. Matsunami Jpn. Appl. Phys., 41, L40-L42 (2002).
15)High-Purity and Thick 4H- and 6H-SiC(0001) Epitaxial Growth by Cold-Wall Chemical Vapor Deposition and High-Voltage pin Diodes S.Tamura, K. Fujihira, T. Kimoto, and H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys., 40, L319-L322 (2001).
16)Epitaxial Growth of SiC on Non-Typical Orientations and MOS Interfaces H. Matsunami, T. Kimoto, and H. Yano Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 640, H3.4.1-H3.4.10 (2001).
17)A cause for highly improved channel mobility of 4H-SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistors on the (11-20) face H. Yano, T. Hirao, T. Kimoto, and H. Matsunami Appl. Phys. Letters, 86, 374-376 (2001).
18)High-purity and thick 4H- and 6H-SiC(0001) epitaxial growth by cold-wall chemical vapor deposition and high-voltage pin diodes S. Tamura, K. Fujihira, T. Kimoto, and H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys. 40, L319-L322 (2001).
19)Vanadium ion implanted guard rings for high-voltage 4H-SiC Schottky rectifiers T. Hatayama, T. Yoneda, T. Nakata, M. Watanabe,T. Kimoto, and H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys. 39, L1216-L1218 (2000).
20)High channel mobility in inversion layer of SiC MOSFETs for power switching transistors H.Yano, T.Hirao, T.Kimoto, and H.Matsunami Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2008-2011 (2000).
21)High channel mobility in inversion layers of 4H-SiC MOSFETs by utilizing (11-20) face H. Yano, T. Hirao, T. Kimoto, H. Matsunami, K. Asano, and Y. Sugawara IEEE Electron Device Lett. 20, 611-613 (1999).
22)Effects of surface defects on the performance of 4H- and 6H-SiC pn junction diodes T. Kimoto, N. Miyamoto, and H. Matsunami Mat. Sci. & Eng. B61-62, 349-352 (1999).
23)Effects of wet oxidation/anneal on the interface properties of thermally oxidized SiO2/SiC MOS system and MOSFETs H. Yano, F. Katafuchi, T. Kimoto, and H. Matsunami IEEE Trans. Electron Devices, ED-46, 504-510 (1999).
24)Performance limiting surface defects in SiC epitaxial p-n junction diodes T .Kimoto, N. Miyamoto, and H. Matsunami IEEE Trans. Electron Devices, ED-46, 471-477 (1999).
25)Al+ and B+ implantations into 6H-SiC epilayers and application to pn junction diodes T. Kimoto, O. Takemura, H. Matsunami, T. Nakata, and M. Inoue J. Electron. Mater. 27, 358-364 (1998).
26)Hot-implantation of nitrogen donors into p-type a-SiC and characterization of n+-p junction N. Inoue, A. Itoh, T. Kimoto, H. Matsunami, T. Nakata, and M. Inoue J. Electron. Mater. 26, 165-171 (1997).
27)Single crystal growth of SiC and electronic devices A. Itoh and H. Matsunami Crit. Rev. in Solid State and Mat. Sci. 22, 111-197 (1997).
28)Step bunching mechanism in chemical vapor deposition of a-SiC{0001}T. Kimoto, A. Itoh, and H. Matsunami J. Appl. Phys. 81, 3494-3500 (1997).
29)Analysis of Schottky barrier heights of metal/SiC contacts and its possible application to high-voltage rectifying devices A. Itoh and H. atsunami phys. stat. sol.(a), 162, 389-408 (1997).
30)Nitrogen ion implantation into a-SiC epitaxial layers T. Kimoto, N. Inoue, and H. Matsunami phys. stat. sol. (a), 162, 263-276 (1997).
31)Step-controlled epitaxial growth of high-quality SiC layers T. Kimoto, A. Itoh, and H. Matsunami phys. stat. sol.(b), 202, 247-262 (1997).
32)Step-controlled epitaxial growth of SiC: high quality homoepitaxy H. Matsunami and T. Kimoto Mat. Sci. & Eng. R20, 125-166 (1997).
33)Thermal oxidation of B-doped p-type 6H-SiC and fabrication of MOS diodes H. Akita, T. Kimoto, N. Inoue, and H. Matsunami Inst.Phys. Conf.Ser. 142 ,725-728 (1996).
34)Hot implantation of N+ intoα-SiC epilayer N. Inoue, A. Itoh, T. Kimoto, H. Matsunami, T. Tanaka, and M. Watanabe Inst. Phys. Conf. Ser. 142, 525-528 (1996).
35)Barrier height analysis of metal/4H-SiC Schottky contacts A. Itoh, O. Takemura, T. Kimoto, and H. Matsunami Inst. Phys. Conf. Ser. 142, 685-688 (1996).
36)Excellent Reverse Blocking Characteristics of High-Voltage 4H-SiC Schottky Rectifiers with Boron-Implanted Edge Termination A. Itoh, T. Kimoto, and H. Matsunami IEEE Electron Device Letters. 17, 139-141 (1996).
37)Aluminum and boron ion implantations into 6H-SiC epilayers T. Kimoto, A. Itoh, H. Matsunami,T. Nakata, and M. Watanabe Journal of Electronic Materials. 25, 879-884 (1996).
38)Effects of channel Mobility on SiC power metal-oxide-semiconductor field effect transistor performance S. Koboyashi, T. Kimoto, and H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys. 35, 3331-3333 (1996).
39)Formation of semi-insulating 6H-SiC layers by vanadium ion implantations T. Kimoto, T. Nakajima, H. Matsunami, T. Nakata, and M. Inoue
Appl. Phys. Lett. 69, 1113-1115 (1996).
40)Low Power-loss 4H-SiC Schottky rectifiers with high blocking voltage A. Itoh, T. Kimoto, and H. Matsunami Inst. Phys. Conf. Ser. 142, 689-692 (1996).
41)Step Bunching in Chemical Vapor Deposition of 6H- and 4H-SiC on Vicinal SiC (0001) Faces T. Kimoto, A. Itoh, and H. Matsunami Appl. Phys. Lett., 66, 3645-3647 (1995).
42)Surface Diffusion Lengths of Adatoms on 6H-SiC{0001} Faces in Chemical Vapor Deposition of SiC T. Kimoto and H. Matsunami J. Appl. Phys., 78, 3132-3137 (1995).
43)High-Performace of High-Voltage 4H-SiC Schottky Barrier Diodes A. Itoh, T. Kimoto, and H. Matsunami IEEE Electron Device Lett., 16, 280-282 (1995).
44)Step-Controlled Epitaxy in Semiconductor SiC Polytypes (in Japanese) T. Kimoto and H. Matsunami Oyobuturi 64, 691-694 (1995).
45)Surface Kinetics of Adatoms in Vapor Phase Epitaxial Growth of SiC on 6H-SiC{0001} Vicinal Surfaces T. Kimoto and H. Matsunami J. Appl. Phys., 75, 850-859 (1994).
46)Deep Levels in 6H-SiC Wafers and Step-Controlled Epitaxial Layers S-G Jang, T. Kimoto and H. Matsunami Appl. Phys. Lett., 65, 581-583 (1994).
47)High-Quality 4H-SiC Homoepitaxial Layers Grown by Step-Controlled Epitaxy A. Itoh, H. Akita, T. Kimoto and H. Matsunami Appl. Phys. Lett., 65, 1400-1402 (1994).
48)Progress in Epitaxial Growth of SiC H. Matsunami Physica B, 185, 65-74 (1993).
49)Step-Controlled Epitaxial Growth of 4H-SiC and Doping of Ga as a Blue Luminescent Center T. Kimoto, A. Yamashita, A. Ito and H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys., 32, 1045-1050 (1993).
50)Growth Mechanism of 6H-SiC in Step-Controlled Epitaxy T. Kimoto, H. Nishino, W-S Yoo and H. Matsunami J. Appl. Phys., 73, 726-732 (1993).
51)High-Voltage (>1kV) SiC Schottky Barrier Diodes with Low On-Resistances T. Kimoto, T. Urushidani, S. Kobayashi and H. Matsunami IEEE Elec. Dev. Letters, 14, 548-550 (1993).
52)Crystal Growth of SiC by Step-Controlled Epitaxy T. Ueda, H. Nishino and H. Matsunami J. Cryst. Growth, 104, 695-700 (1990).
53)Fabrication of P-N Junction Diodes Using Homoepitaxially Grown 6H-SiC at Low Temperature by Chemical Vapor Deposition K. Shibahara, N. Kuroda, S. Nishino and H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys., 26, L1815-L1817 (1987).
54)Fabrication of Inversion-type N-channel MOSFET’s Using Cubic-SiC on Si(100) K. Shibahara, T. Saito, S. Nishino and H. Matsunami IEEE Elec. Dev. Letters, EDL-7, 692-693 (1986).
55)Metal-Oxide-Semiconductor Characteristics of Chemical Vapor Deposited Cubic-SiC K. Shibahara, S. Nishino and H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys., 23, L862-L864 (1984).
56)Thermal Oxidation of SiC and Electrical Properties of Al-SiO2-SiC MOS Structure A. Suzuki, H. Ashida, N. Furui, K. Mameno and H. Matsunami Jpn. J. Appl. Phys., 21, 579-585 (1982).
57)C-V Characteristics of SiC Metal-Oxide-Semiconductor Diode with a Thermally Grown SiO2 Layer A. Suzuki, K. Mameno, N. Furui and H. Matsunami Appl. Phys. Letters, 39, 89-90 (1981).
受賞者の業績
氏の業績は、次のとおりである。
半導体SiCに関して、①ステップ制御エピタキシー法の発明と成長過程の究明による結晶の高品質化技術と物性の精密制御法の確立、②高品質成長層利用による高耐圧・低損失パワーショットキーダイオードの実現、③SiCパワーMOS（金属・酸化膜・半導体）FET（電界効果トランジスタ）実用化へ向けた飛躍的技術展開の３点にまとめられる。これらはすべて世界初の成果であり、SiCを現用シリコン（Si）の特性を大きく凌駕するパワー半導体材料として位置付け得ることを世界に向けて発信し、わが国の卓越した独創力・技術力を内外に示してきた（250編を越える発表論文、引用回数 5,000回以上）。SiC材料技術に関するリーダーシップは、SiC基板結晶製造会社の基板製造、電気・電子会社のパワーデバイス製造、自動車・鉄道・電力会社の実用化に向けた研究・開発参入のうねりとなって、国内外で実を結んでいる。
１）1987年「ステップ制御エピタキシー法」を考案、従来不可能とされていたSiC単結晶の高品質化技術を実現した。優れた結晶性を持つ超高純度単結晶（純度：99.9999999％）を作製し、不純物添加によるp型、n型の精密な導電性制御法を確立、さらに結晶成長機構の解明による高品質化の学術的根拠を示した。本方法で作製したエピタキシャル層はデバイス作製に十分な品質を持つことが多くの研究者に認識され、本方法が世界的に採用されるに至り、現在では、世界共通の成長法となっている。これにより、パワーデバイス、高周波・高出力デバイスへの進展に大きく寄与することとなった。この成果に関して、1998年に、日本結晶成長学会論文賞を受賞している。
２）高耐圧・低損失のショットキーダイオード（SBD）を試作し、実用の可能性を示した（1993、1995）。極性面によって障壁高さが異なる現象を発見し、その物理的根拠を明らかにした。この成果は、 世界的な規模で半導体SiCの応用展開を目指す研究に拍車をかけた。2001年4月、300V、600VというSiでは実現不可能な低損失の高性能SBDを民間企業（ドイツ）が市販し始め、現在では、米国・日本でも民間企業が市販をはじめている。この成果に対しては、2001年に第1回山崎貞一賞を、2002年には文部科学大臣賞（研究功績賞）を受賞している。
３）スイッチングトランジスタは、ノーマリオフ（使用時以外は電力消費がない動作）型が理想的である。しかしながら、従来技術によるSiCパワーMOSFETの特性は極端に悪く、性能向上は極めて困難との認識が定着しつつあった。1999年、氏は、従来の(0001)面とは異なる新しい結晶面方位（11-20）を用いて、長年の課題であったMOSFETの性能を一気に１桁以上向上させることに成功、これを世界に先駆けて発表した。SiCの優位性を示すとともに、この結晶面は従来の面方位に固有の大型欠陥が回避できるため、 SiCパワーデバイスの大容量化（大電流化）にとって大きな利点であることを示した。この革新的な研究成果はSiCパワーデバイスの本格的実用化のキーテクノロジーとして注目され、世界的にデバイス試作が始まり、現在、国内での最先端はトレンチMOSFETとして商品化されている。
以上の３つの貢献に対し、電子情報通信学会、米国電気電子学会（IEEE）、応用物理学会からフェローの称号が授与されている。2004年に、応用物理学会業績賞、電子情報通信学会業績賞、2005年には、固体素子材料国際会議（SSDM: International Conference on Solid State Devices and Materials）からSSDM-2005 Award、2013年に朝日賞、2016年にIEEE David Sarnoff Awardを授与されるなど、国際的研究成果が学会・文化界において高い評価を得ている。
【周辺状況の説明】
国内外で熱い注目を浴びている半導体シリコンカーバイド（SiC）の基礎的・学術的体系を明確にし、多数の研究成果を基に、SiCの特質を活かした省エネルギー用パワー（電力）デバイス技術の先駆的研究開発を行って、電気エネルギー有効利用の展望を切り開くことに大きく貢献してきた。特に、SiC半導体材料開発における先見性を内外に示すとともに、世界的先導性を維持推進し、斯界の第一人者としてその発展に大きく寄与してきた。省エネルギー、創エネルギー、低炭素化技術など、時代が求める大きな課題解決に対し、40年以上継続してこの分野で活躍してきた。SiCは、Siに比べて、絶縁破壊電界強度が約10倍、飽和電子速度が約2倍、禁制帯幅と熱伝導率が約3倍という優れた物性値を持つ。これらの特長をパワーデバイスに適用すれば、デバイスの小型化をはじめ、トランジスタの動作損失を物性の限界に近いSiパワーデバイスの1/300以下に低減できる。また、高周波動作が可能になるため、電気・電子機器の性能向上をはじめ、スイッチング機器の可聴周波数騒音が解決できる。さらに、動作上限温度がSiの120℃に対してSiCでは250℃程度まで使えるため、冷却装置の大幅な簡素化（水冷→空冷）が可能となるなど、 現用のSiパワーエレクトロニクスに大きなパラダイムシフトが生じると長く期待されていた。しかし、SiCパワーデバイスの実現には、高品質の結晶成長技術、デバイスプロセス技術に大きな課題があった。氏は、上述のように、SiCパワーデバイスの道を切開いた。
それらの成果は、地下鉄・郊外電車、高速エレベータへの搭載や、太陽電池用パワー制御装置などに実用されている。ハイブリッド自動車への搭載による燃費向上、東海道新幹線への適用による重量の大幅低減など、小型、高効率化による省エネルギーへの道が切り開かれている。
