窒化ガリウム結晶の欠陥を正確に非破壊で検出可能に―次世代パワーデバイスの開発加速：ファインセラミックスセンター/高エネルギー加速器研究機構
(2018年7月9日発表)
(一財)ファインセラミックスセンター（JFCC）と高エネルギー加速器研究機構（KEK）の共同研究グループは7月9日、次世代のパワーデバイス用材料として期待されている窒化ガリウム（GaN）の結晶欠陥を正確に非破壊で検出・分類する技術を開発したと発表した。GaN結晶の高品質化を促進できるという。
パワーデバイスは電力の変換や制御に用いられる半導体素子で、現在のシリコンに代わる次世代の高効率素子の材料としてGaNが有力視されている。ただ、現行の製法によるGaN結晶には欠陥が多く含まれており、期待される性能は得られていない。欠陥を減らすには欠陥情報を正確に結晶成長にフィードバックすることが必要不可欠とされている。
研究グループは今回、X線トポグラフィという観察手法を用い、欠陥の種類と、大面積にわたる各種欠陥の分布を正しく特定する技術を開発した。
X線トポグラフィ観察法は、結晶からの回折X線をとらえ、結晶内の欠陥や結晶面湾曲などをマッピング画像として検出する技術。研究グループはKEKの放射光施設で得られる高輝度・高平行の放射光X線を照射X線として利用した。
欠陥の周辺では結晶面が湾曲しており、X線が完全結晶とは異なる方向に回折されるため、欠陥に対応するスポット像が得られる。欠陥1個でスポットが1つ作られ、スポットの分布が欠陥の分布を示す。観察条件を変えてスポットの明暗や形状の変化を調べると欠陥の種類を正確に判定できる。
この観察結果を利用すると、結晶成長条件と各種欠陥の発生の関連を高精度で調べることができ、成長条件最適化の所要時間を大幅に短縮できるという。また、加工プロセスで導入される欠陥も可視化できるので、GaN結晶製造工程全般の品質管理に役立つとしている。
