2021 Fiscal Year Research-status Report
次世代パワー半導体β型酸化ガリウムの大面積転位検出分類法の開発
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20K05355
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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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, 主任研究員 (80523935)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 由加里 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, 主席研究員 (60416196)
菅原 義弘 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 (70466291)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Ga2O3 / 結晶欠陥 / X線トポグラフィー / 曲率半径 / 異常透過 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、大きさ数インチのβ-Ga2O3単結晶基板またはエピタキシャル膜に適用可能な非破壊の転位検出・分類手法を開発し、β-Ga2O3に存在する全ての転位種類を明らかにすることを目的とする。
昨年度までは大面積にわたる転位の密度と面内分布を観測し、g・b解析（ｇは回折ベクトル、ｂは転位のバーガースベクトル）に基づき、転位を分類する放射光X線トポグラフィー観察法の開発を行った。今年度は、引き続き結晶性の評価と転位観察技術の開発に取り組んだ。
Ga2O3は単斜晶であるため、結晶の曲率半径（Ｒ）の異方性が顕著である。従来のXRD曲率半径評価では、特定な直径方向に沿いωロッキングカーブを取得するため、異方性の強い本来の結晶面湾曲の評価ができない。そこで、結晶面の湾曲を三次元的に可視化する手法を新たに確立した。イメージング方式を採用する「放射光光源用」手法およびスキャニング方式を採用する「実験室系XRD用」手法の2種類を開発し、特許出願（特願2021-148810）に至った。
また、転位評価技術に関しては、試料全面かつ試料全厚みの転位検出技術の開発に取り組んだ。Ga2O3は重い元素Gaにより構成されているため、X線の吸収が強い。従来の反射配置X線トポグラフィーでは、X線の侵入深さが小さく、イメージングするための入射X線が結晶内部に侵入できないため、転位の検出は表面に露出するものに止まっている。本研究では、X線の異常透過現象（動力学X線回折現象の一つ）を利用し、透過配置X線トポグラフィーの手法開発に注力し、0.7mmにも及ぶ厚い結晶（通常の市販基板の厚みは0.5～0.7mm）の内部に潜んでいる転位を鮮明にイメージングすることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度は、結晶性の評価と転位観察技術の開発に取り組んだ。
結晶性評価技術の開発では、結晶面湾曲の３Ｄ可視化手法を確立し、特許出願（特願2021-148810）に至った。
転位評価技術の開発では、試料全面かつ試料全厚みの転位検出技術の開発に成功した。本成果は米国物理学会APL Mater.に掲載され、Editor's pickに選出された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に開発した異常透過XRT手法では、結晶構造により使用可能なg回折ベクトルが限定され、転位バーガースベクトルｂを一義的に決めるために必要なgｂ解析の適用が困難である。今後は、複数のｇベクトルが利用できるように、緩和した異常透過条件でXRT撮影する技術の確立に取り組む。
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| Causes of Carryover |
コロナ感染症の影響で参加する予定の国際会議が中止、またはオンライン開催になったため、海外出張の旅費は支出されなかった。来年度には、XRT撮影装置の性能向上のため、一部の部品のアップグレードに使用する予定である。
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