KEKとJFCC、GaN結晶の欠陥を短時間かつ非破壊で検出する方法を確立――青色LEDなどの高品質化を加速

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大面積の X 線トポグラフィ像（左）と、欠陥に対応するスポットの拡大像（右）

高エネルギー加速器研究機構（KEK）は2018年7月9日、ファインセラミックスセンター（JFCC）と共同で、窒化ガリウム（GaN）結晶中のさまざまな欠陥をごく短い時間で非破壊で検出する方法を確立したと発表した。

GaNは次世代パワーデバイス用材料の候補として注目を集めているが、現在の製法ではGaN結晶に多くの欠陥が含まれるため、十分な性能が発揮できない。欠陥を減らすには欠陥分布情報を結晶成長条件にフィードバックすることが必要なため、欠陥の状態を正確かつ非破壊で検出する技術が求められてきた。

今回の研究では、X線回折を利用して結晶内の欠陥や結晶面湾曲などを2次元マッピング画像として撮影／観察する「X線トポグラフィ観察法」を利用して、GaN結晶に含まれる欠陥を短時間かつ非破壊で検出する方法を確立。欠陥の種類と分布を大面積にわたって高精度で特定することに成功した。

欠陥周辺の結晶面の湾曲によるX線の解析像の乱れから生じるスポット像の分布や形状によって、欠陥の分布や種類を正確に特定することができる。

今回の研究成果により、大面積の欠陥情報を正確に結晶成長にフィードバックできるようになり、今後GaN結晶の低欠陥化が進むことが期待される。また、GaNパワーデバイスや発光デバイスの不良解析、故障原因特定にも活用できるという。さらに、高品質なGaN結晶の実現により、次世代の高耐圧／大電流／低損失のパワーデバイスの実用化も可能になるという。

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