mile米乐m6官网 开发出能够无损检测下一代功率器件材料中晶体缺陷的技术

国立先进产业技术研究所 [主席：Ryoji Chubachi]（以下简称“AIST”）氮化物半导体先进器件开放创新实验室[实验室主任：Misato Shimizu]（以下简称“GaN-OIL”）GaN电力电子团队 Ei Yamada，首席研究员，Nobuhiko Kokubo，前研究助理，Yosuke Kadooka 研究助理：国立大学法人名古屋大学[校长松尾精一]（以下简称“名古屋大学”）未来材料与系统研究所未来电子集成研究中心与宇治原彻教授（兼）GaN-OIL副主任合作拉曼映射来自雕像氮化镓 (GaN)我们开发了一种检测半导体晶体缺陷的技术。

近年来，下一代电源设备在这种情况下，需要建立一种能够轻松且非破坏性地检测 GaN 半导体晶体缺陷的评估技术。通过本次开发的技术，可以实现GaN晶体的边缘状组件螺纹错位可以无损检测，有望为改善GaN半导体器件的制造工艺做出贡献。

该技术的详细信息将于 5 月 22 日（英国时间）公布应用物理快车

GaN半导体单晶的拉曼映射缺陷成像图像

近年来，GaN半导体有望用作下一代功率器件和高亮度发光器件，研究开发正在积极进展。为了进一步提高GaN半导体的性能和寿命，需要缺陷更少的单晶GaN衬底。迄今为止，位错（GaN 半导体单晶中的结构缺陷）的检测需要使用大型同步加速器辐射设备进行实验并破坏样品。Ecchi 坑因为需要使用9601_9652|等方法进行评估。方法和电子显微镜，需要一种更简单且无损的位错检测技术。

AIST 和名古屋大学于 2016 年 4 月 1 日在名古屋大学成立了 GaN-OIL，以合作广泛研究和开发氮化物半导体器件并促进实际应用和社会实施。 GaN-OIL通过交叉任命制度的人员交流促进产学合作，构建产学官网络，加强以“桥接”为目的的基础研究，开发氮化物半导体技术产业化和实际应用所需的晶体技术、器件技术、电路技术等。此外，利用AIST助研制度，招收名古屋大学的硕士生、博士生，培养引领下一代的优秀人才。

此次，为了实现GaN单晶衬底上的功率器件应用，双方致力于阐明GaN半导体中存在的结构缺陷的形成和消失过程以及评估技术的研发。

该成果得到了国家研究开发机构新能源产业技术综合开发机构 (NEDO) 的合同项目“实现低碳社会的下一代电力电子项目/加速 GaN 功率器件等商业化的技术开发/利用低杂质、高生长率的下一代 HVPE 方法研究和开发低成本、高功率 GaN 功率器件制造工艺”的支持（2017-2019 财年）。

新开发的缺陷检测技术是拉曼散射拉曼散射光谱中，当晶体应变时，对于压缩应变，峰值移动到较高波数侧；对于拉伸应变，峰值移动到较低波数侧。

图1 GaN半导体的拉曼散射光谱

最高强度 E₂^H图2显示了拉曼散射峰的放大图。 01 cm^-1的GaN晶体的峰移。并尝试检测轻微的畸变（传统上，测量检测器的波数分辨率为08 cm^-1和 1 厘米^-1被观察到）。

图 2 E2H峰值拟合结果

HVPE 方法制造的独立c面GaN衬底的拉曼散射光谱获得的高分辨率E和拟合₂^H峰移01厘米^-1可视化显示。可以清楚地观察到移动到较高波数侧的白色区域和移动到较低波数侧的黑色区域之间的对比度。此外，该方向对应于GaN晶体的六个方向。

GaN半导体的图3E2H绘制拉曼散射峰位移的图像 白色虚线箭头表示从高波数到低波数的方向。

我们将新开发的拉曼映射方法的测量结果与使用氢氧化钾溶液的蚀刻坑方法的结果进行了比较，传统上该方法被用作 GaN 衬底的缺陷评估方法（图 4）。当在光学显微镜下观察用氢氧化钾溶液处理的GaN单晶时，观察到六方黑色（边缘位错）和灰色（混合位错）蚀坑（图4中的▽）。 E₂^H在峰移的拉曼映射图像中，在与蚀刻坑相同的位置观察到清晰的对比度。此外，白色蚀刻坑（图4中的编号1至6）不是位错引起的蚀刻坑，并且在拉曼映射图像中没有看到对比度差异。

如上所述，利用新开发的拉曼散射方法，我们能够轻松、无损地测量 GaN 晶体中刃位错和混合位错的分布和方向。

图4(a)蚀刻坑图像和(b)GaN半导体晶体的拉曼映射图像

我们将利用新开发的晶体缺陷检测技术来提高GaN和其他半导体的质量。

Magazine name:应用物理快车
论文标题：通过拉曼光谱检测 GaN 中穿透位错的边缘分量
作者：Nobuhiko Kokubo、Yosuke Tsunooka、Fumihiro Fujie、Junji Ohara、Kazukuni Hara、Shoichi Onda、Hisashi Yamada、Mitsuaki Shimizu、Shunta Harada、Miho Takawa 和 Toru Ujihara
发布日期：2018 年 5 月 22 日（英国时间）

◆拉曼、拉曼散射、拉曼散射光谱、拉曼映射

当光进入物质时，会出现一种现象，即散射光中含有与入射光波长不同的光，尽管强度非常弱。这种现象称为拉曼散射，以发现者的名字命名。单波长激光照射得到的不同波长的散射光与入射光之间的波长差（能量差）具有特定于物质结构的值，因此可以测量分子振动和晶格振动。通过拉曼散射光谱得到的光谱称为拉曼散射光谱，样品某一区域内特定波长的拉曼散射分布称为拉曼图。
在用于此测量的配置中，GaN 的拉曼散射光谱距低波数区域 1450 cm^-1，5678 厘米^-1，7342 厘米^-1处观察到峰值，这些是E₂^L,E₂^H,A₁（LO）。当对 GaN 晶体施加压缩或拉伸应变时，峰值位置会发生移动。这次E₂^H转变。[返回来源]

◆氮化镓(GaN)

由氮和镓制成的半导体，用作蓝色发光二极管和激光二极管的材料。由于它具有高热导率、高电子饱和速度和高介电击穿电压，因此可以在高温和高速下工作，有望用作低损耗功率器件和高频电子器件。要实现这些特性，需要高质量的单晶 GaN 衬底。通常使用具有纤锌矿结构的C面GaN衬底。[返回来源]

◆电源设备

指电力设备用的功率半导体器件，如整流二极管、功率晶体管、晶闸管、双向可控硅等。半导体技术的进步带来了更高的功率输出和更低的损耗，有助于整个功率控制器件的小型化。碳化硅（SiC）和GaN属于宽带隙半导体，从节能和低发热的角度来看，有望用作下一代功率器件。[返回来源]

◆螺纹错位

由于晶体中理想键的偏差而引起的线性缺陷。在GaN中，根据错位的方向，位错被分类为：额外的原子面进入边缘形状的刃位错、位错线排列成螺旋状的螺型位错、以及这些位错相加在一起的混合位错。近年来，已经开发出减少穿透位错的GaN自支撑衬底，并且正在研究穿透位错的密度和类型的识别与器件性能和寿命之间的关系。[返回来源]

◆蚀坑法

蚀坑是用化学品处理晶体表面时出现的腐蚀孔。该孔相当于线状晶体中的晶格缺陷即位错与晶体表面相交的点，蚀坑法是利用该点附近的区域由于晶格缺陷而比其他区域更容易发生化学反应或腐蚀的位错评价方法。[返回来源]

◆HVPE法

HVPE 方法 (氢化物气相外延，氢化物气相生长法）是气相生长法的一种，它从气相（气态）中析出固体，并外延生长晶轴一致的单晶。制造GaN基板时，原料为金属镓(Ga)与氯化氢气体(HCl)生成的氯化镓(GaCl)以及氨气(NH₃)供给至反应器并在高温下反应以生长单晶。[返回来源]