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次世代電力制御素子で期待されるGaNの結晶欠陥を簡単に検出する方法を開発 〜 簡易・安価な欠陥評価で、GaN結晶とGaNパワー素子の高品質化を加速 〜

本研究の【概要詳細

 GaNは、従来のSiに比べて、優れた性質を持つため、GaNパワーデバイスは、消費電力が小さいだけでなく、高電圧、高温下で動作する上、高速で動作するので、今までパワーデバイスを使えなかった場所で使用することができます。更に、小型化できるので、車体を軽くしたり、居住性を上げることができます。しかし、GaN結晶に高密度に欠陥が残っていると、不良率が上がり、寿命が短くなる等の問題が起こります。欠陥の種類・密度・分布を簡単に把握できる技術は結晶品質の向上や、デバイス性能の向上に極めて重要です。

 本研究では、簡易かつ安価な欠陥評価法(エッチピット法)の確立を目指しました。エッチャント(腐食液)にGaNをつけると弱いところ(欠陥)の腐食が速く進み、ピット(孔)があきます。形や大きさのそろったピットをきれいにあけることのできるエッチャントを開発しました。光学顕微鏡でピットを観察することで、容易に転位のある場所や種類・密度を見分けることができます。本手法は腐食液につけるだけなので、評価対象試料の形状や大きさに厳しい要求がありません。大口径GaN結晶(直径6〜8インチ)にも対応可能となっています。

 本手法を利用することによって、今まで数ヶ月かかった直径2インチGaN結晶の欠陥情報を半日程度で把握できるようになりました。この技術は高品質結晶の開発やデバイスの性能を大きく低下させる有害な欠陥種類の特定に役立てることができます。
 
 なお、本手法で欠陥を分類する精度および各種欠陥の構造については、成果発表会にて詳細を報告する予定です。



【用語説明】
・結晶欠陥: 結晶は原子の規則正しい周期的な配列によって成り立っていますが、そのような規則正しい配列に乱れた部分が生じることを結晶欠陥と言います。
・パワーデバイス: インバーターやコンバーターなどの電力変換器に用いられる半導体素子。
・GaN: 青色LEDの原材料。最近はパワーデバイス材料としても注目されています。


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