7/29 次世代パワー半導体とパワーデバイスの結晶欠陥評価技術

次世代パワー半導体とパワーデバイスの結晶欠陥評価技術

～ワイドギャップ半導体の結晶評価の各手法の原理と適用事例、範囲と課題～

講師

三重大学　研究基盤推進機構　半導体・デジタル未来創造センター　教授　博士（工学）　姚 永昭　氏

■略歴
2007年、筑波大学 数理物質科学研究科 物質材料工学専攻修了、博士号取得
2008～2009年、物質材料研究機構ポスドク
2009～2024年、ファインセラミックスセンター、上級研究員を経て主任研究員、機能性材料グループ長
2024年4月より三重大学 研究基盤推進機構 半導体・デジタル未来創造センター 教授、（兼）工学部 電気電子工学科 教授

■専門
無機材料・物性、結晶工学

セミナー趣旨

4H-SiC、GaN、β-Ga2O3、AlNにに代表されるワイドギャップ化合物半導体は、高電力密度、低損失、高温動作時の安定性など、従来の半導体材料を凌駕する特性を有しており、近年、これらを用いた次世代パワーデバイスの研究開発が急速に進展している。しかし、これらの材料は強い共有結合を持つため結晶成長が難しく、成長後の結晶中には転位などの格子欠陥が高密度で存在する。一部の格子欠陥はデバイス性能や信頼性を著しく低下させる要因（いわゆるキラー欠陥）となるため、欠陥の分布や種類を正確に把握し、それらの情報を結晶成長およびデバイスプロセスにフィードバックすることが極めて重要である。
　本講演では、ワイドギャップ半導体の結晶評価技術の開発に焦点を当て、各手法の原理と適用事例について基礎から解説する。加えて、各評価技術の適用範囲や課題についても述べるとともに、放射光X線トポグラフィーをはじめ、エッチピット法、透過型電子顕微鏡（TEM）、多光子励起顕微鏡など、最新の評価手法に関する取り組みについて紹介する。

セミナー講演内容

1．はじめに
　1-1　パワーデバイス用ワイドギャップ半導体
　1-2　結晶中の欠陥
　1-3　欠陥評価手法とその適用範囲

2．結晶評価手法
　2-1　選択性化学エッチング（エッチピット法）
　　2-1-1　SiCの溶融KOH+Na2O2エッチング
　　2-1-2　GaNのエッチピットおよびTEMによる検証
　　2-1-3　Ga2O3のKOH+NaOH共晶エッチングと熱リン酸処理
　2-2　透過型電子顕微鏡
　　2-2-1　gb解析による転位バーガースベクトルの判定
　　2-2-2　LACBED法
　2-3　多光子励起顕微鏡
　　2-3-1　多光子励起顕微鏡の原理
　　2-3-2　GaN結晶中の転位の多光子励起顕微鏡観察と3D可視化
　2-4　X線回折とX線トポグラフィー
　　2-4-1　X線回折
　　2-4-2　X線トポグラフィーの原理
　　2-4-3　反射配置と透過配置
　　2-4-4　SiCのX線トポグラフィーの評価例
　　2-4-5　GaNのX線トポグラフィーの評価例
　　2-4-6　Ga2O3のX線トポグラフィーの評価例
　　2-4-7　AlNのX線トポグラフィーの評価例
　2-5　その他の手法

3．最新の研究内容
　3-1　異常透過および転位の動力学コントラスト
　3-2　X線トポグラフィーを用いたデバイスの評価
　3-3　結晶中欠陥の三次元可視化

質疑応答