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GaN半導体の結晶欠陥を非破壊で識別する技術大阪大学

 大阪大学の研究グループは,多光子励起フォトルミネッセンス法を用いて窒化ガリウム(GaN)半導体の貫通転位を非破壊で観察し識別する技術を開発したと発表した。  近年,省エネルギー社会の実現に向けて,次世代半導体を用いたパワーデバイスはあらゆる機器の省エネ・高性能化につながる科学技術イノベーションの鍵と位置づけられている。次世代半導体の一種であるGaN半導体は,シリコン半導体や砒化ガリウム半導体と比べ,貫通転位などの結晶欠陥が数多く含まれている。次世代半導体を用いたパワーデバイスの性能や信頼性を向上させるためには,半導体結晶の高品質化とともに,結晶欠陥の性質を明らかにするための評価技術の開発が求められている。
 今回,同グループは,多光子励起フォトルミネッセンス法を用いてGaN半導体中の貫通転位を非破壊観察し,その濃淡や3次元形状を指標として統計分類を行うことで,貫通刃状転位・貫通螺旋転位・貫通混合転位を非破壊で識別できることを解明した。それぞれの転位について密度を算出したところ,従来手法のエッチピット法で算出された密度とよい一致を示すことが分かった。この非破壊評価技術を用いることで,GaN半導体の結晶欠陥の密度計数だけでなく,識別された情報を基にウエハ製造工程や薄膜成長工程を改良することで結晶を高品質化できる。さらに,正確に結晶欠陥を識別した上でパワーデバイスの性能への影響を調べることで,パワーデバイスの性能を脅かす欠陥の特定が期待される。

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