Development of crystal defect revelation technique for next-generation power semiconductor material Ga2O3

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K17516
• Research Institution: Japan Fine Ceramics Center
• Principal Investigator: 姚 永昭 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (80523935)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 転位 / X線トポグラフィー / エッチピット

Outline of Annual Research Achievements

【概要】H28年度は、対象材料であるGa2O3における転位を観察する手法の開発を中心に研究を進め、同時に、巨視的な結晶品質をウエハ・スケールで評価し、必要な物性データベースを構築した。
【放射光X線トポグラフィー】　化学エッチングによる転位検出・分類の精度を検証するために、非破壊で欠陥分布を観察しておく必要がある。高エネルギー加速器研究機構の放射光施設を利用し、Ga2O3転位のX線トポグラフィー観察を行った。X線のエネルギーや入射角、結晶の回折面などの観察条件を変えて、Ga2O3(-201)面基板及びGa2O3(010)基板の転位分布を高分解能CCD又は原子核乾板で記録した。基板全体を一遍に撮影することができないことから、現段階の市販基板は結晶曲率半径が短い（約20～30m）とわかった。
【エッチピット欠陥検出法の開発】　エッチピット法は欠陥周囲の残存歪みを利用して、転位箇所にピット（穴）を形成させる手法である。アルカリ性溶融液のみのエッチングでは、KOH＋NaOH混合液の中で、Ga2O3(010)基板を340～490℃で3~10分間エッチングした。また、酸化剤の効果を検討するため、上述した混合液にNa2O2を添加して490℃で3分間エッチングし、形成したピットを観察した。
【結晶品質の評価】　X線回折（XRD）およびラマン分光を用い、Ga2O3単結晶の結晶性を評価した。XRDでは、(-603)面回折を利用し、theta-2theta、omega rocking curveおよび逆空間格子マッピングを観察した。ラマン測定では、波数100～2000cm-1 の範囲で、入射光の偏光が0°、90°、又は非分光でラマンスペクトルをとり、ピークの強度とピークシフトを評価した。また、2インチウエハの全面を5mm間隔でラマンマッピングを観察し、ウエハの歪みや結晶性の分布を評価した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

高エネルギー加速器研究機構（KEK）の放射光施設フォトンファクトリー（Photon Factory）を利用することによって、Ga2O3転位のX線トポグラフィー観察ができ、各種転位の分布を計画以上の高精度で評価した。
また、エッチピット法の開発においては、KOHやNaOHのようなアルカリ性薬剤、および強い酸化剤Na2O2からなるエッチング剤を利用して、Ga2O3の化学エッチング処理を行い、形成したピットをX線トポとの比較ができた。

Strategy for Future Research Activity

①X線トポグラフィーの観察結果を高精度で解析し、Ga2O3の転位分布や転位形成機構を検討する。
②エッチピット転位検出・分類法の開発を続け、ピットの形状と X線トポグラフィーで得られた転位情報の相関を検討し、エッチピット法の精度を検証する。
③必要に応じて、ピット直下にある転位を透過型電子顕微鏡で観察し、転位構造を原子レベルで評価する。

Causes of Carryover

①高エネルギー加速器研究機構の課題公募に採択されたため、放射光施設フォトンファクトリーを無料で利用することができた
②高温エッチング処理装置の機種選定および調達方法の工夫により、当初より設備投資の節約ができた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

更なる広い範囲でエッチング条件を検討するため、対象材料である基板の購入に充てることとしたい