SiC やGaN などのワイドギャップ半導体は、Si 半導体と比較して、低損失、高温で動作できるなど様々なメリットがあり、その需要が高まっています。これらの半導体デバイスは過酷な環境で使用されることが多く、高い信頼性が求められます。そのためには、高品質なウエハーが必要ですが、結晶成長時に結晶欠陥が発生しやすいため、ウエハーの欠陥種類や分布を正確に評価する技術が必要です。

 ウエハーの欠陥分布の観察には、X 線トポグラフィーや偏光顕微鏡などが用いられます。図1 は、結晶内歪観察装置CS1( セラミックフォーラム社製) で取得した4 インチSiC ウエハーの歪画像です。ウエハーに残留する欠陥や応力によって引き起こされる結晶歪の分布状態を、白のコントラストにより、簡便に観察することができます。このウエハーでは、全面に多数の歪が分布していることがわかります。

 この歪の原因としては、結晶欠陥が推察されますが、その欠陥の種類は、ラマンイメージングにより容易に判別することができます。SiC には、化学組成は同じでも、原子配列が異なる結晶多形(ポリタイプ)が多数存在します。ポリタイプによりラマンスペクトルが異なるため[1] 、ラマンイメージングにより結晶形の種類や分布が可視化ができます。

 図2 は、ウエハーステージ搭載ラマン顕微鏡RAMANdriveでラマンイメージングした、ウエハー全面の結晶多形の分布画像です。このウエハーのポリタイプは4H ですが、ウエハーの左上から弧を描くように、15R,6H の2 種類の異なるポリタイプが分布していることがわかります(ラマンスペクトルは図3に示します)。歪分布画像と分布を比較することで、異なるポリタイプの周辺には、不整合に由来する歪が存在することがわかります。また、歪分布画像の中央部や左下端の歪集中個所では、ラマンイメージから異種ポリタイプは見られず、主に貫通転位の密集による歪が発生していることも読み取れます。

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