窒化ガリウム(GaN)ウエハー全面の「ゆがみ」をすばやく詳細に可視化――NIMSが新手法を開発

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(a) GaN半導体の2インチウエハの結晶面のゆがみの方向。(b) そのゆがみの大きさを濃淡で表示。

物質・材料研究機構(NIMS)は2018年5月16日、窒化ガリウム(GaN)半導体の直径2インチウエハー結晶面の「ゆがみ」を、ウエハー全面を一度に、しかも数10μmの空間分解能で可視化する新たな評価手法を開発したと発表した。研究成果は特許出願されている。

GaNは、高耐圧性や省電力性などの特徴により、さまざまなデバイスへの応用が期待されている。そのデバイス性能は、GaN結晶の欠陥の数によって左右される。しかし、その詳細な評価のためには、従来のX線回折を用いた結晶面の評価方法ではビームサイズを小さくする必要があるため、ウエハー全面の測定に時間がかかっていた。また、ウエハー全面にX線を照射して結晶面を一度に測定する方法では、結晶面の方向など詳細な情報は得られなかった。

今回NIMSの研究チームでは、X線を照射する手法を改良し、従来は1方向からのみのX線の回折強度を測定していた方法から、ウエハーを回転させ2方向以上の回折強度を取得し、数学的に解析する手法を開発。この手法により、結晶面全面の「ゆがみ」の方向と大きさを、一度に定量的に可視化することに成功した。大型放射光施設(SPring-8)のシンクロトロンX線を用いて直径2インチのウエハーを評価した結果、結晶面の形状を約30分で評価できたという。

今後、同研究チームでは、開発が進められているパワーデバイスの特性とGaNウエハーの結晶面の形状との関係について調べる予定だ。また今回の手法は、対象とする半導体の種類を限定しないため、GaN以外の様々な半導体ウエハーの評価への応用が期待できる。

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