九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 2112140S

Ｂ Ｌ 番 号 ： 09

（様式第 5 号）

X 線 ト ポ グ ラ フ ィ ー に よ る β-Ga 2 O 3 ウ エ ハ ー の 欠 陥 評 価Characterization of crystalline defects in β-Ga 2 O 3 wafer by X-ray topography.
桝 谷 聡 士 1 、 Sdoeung Sayleap 2 、 CHE AMIRUL SYAFIQ IQBAL 2

Satoshi Masuya 1 , Sdoeung Sayleap 2 、 CHE AMIRUL SYAFIQ IQBAL 2
1; 株 式 会 社 ノ ベ ル ク リ ス タ ル テ ク ノ ロ ジ ー 、 2; 佐 賀 大 学 大 学 院 工 学 系 研 究 科

1; Novel Crystal Technology, Inc.
2; Graduate School of Engineering, Saga University

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※２

※３
※４

先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ ）課 題 は 、 実 施 課 題 名 の 末 尾 に 期 を 表 す （ Ⅰ ）、（ Ⅱ ）、（ Ⅲ ）を 追 記
してください。
利 用 情 報 の 公 開 が 必 要 な 課 題 は 、本 利 用 報 告 書 と は 別 に 利 用 年 度 終 了 後 2 年 以 内 に 研 究 成 果 公
開｛ 論 文（ 査 読 付 ）の 発 表 又 は 研 究 セ ン タ ー の 研 究 成 果 公 報 で 公 表 ｝が 必 要 で す (ト ラ イ ア ル利 用 を 除 く )。
実験に参加された機関を全てご記載ください。
共 著 者 に は 実 験 参 加 者 を ご 記 載 く だ さ い （ 各 実 験 参 加 機 関 よ り 1 人 以 上 ）。

１．概要（注：結論を含めて下さい）
次 世 代 の パ ワ ー 半 導 体 材 料 と し て 期 待 さ れ る β-Ga 2 O 3 に つ い て 、単 結 晶 基 板 中 に 発 生 す
る転位や積層欠陥などの結晶欠陥を X 線トポグラフィーにより評価した。
こ れ ま で に 2 イ ン チ の EFG 基 板 や エ ピ ウ エ ハ ー の 量 産 化 を 実 現 し た が 、 半 導 体 デ バ イス 応 用 を 実 現 す る に あ た り 更 な る 結 晶 欠 陥 の 低 減 が 求 め ら れ る 。 こ れ ま で は 主 に Sn ドー プ し た 導 電 性 n 型 基 板 を 評 価 し て き た が 、今 回 、Fe ド ー プ に よ る 高 抵 抗 基 板 を 観 察 し 、従来の n 型結晶との比較を行った。
（ English ）X-ray topography to evaluate crystalline defects were performed to Gallium Oxide (β-Ga 2 O 3 )which expected as next generation wide bandgap semiconductor material. So far, we havemainly evaluated Sn-doped conductive n-type substrates, but this time, we observed Fe-doped
high-resistance substrates and compared them with n-type crystals.

２．背景と目的
β-Ga2O3 は、バンドギャップが広く絶縁破壊電界が高いため、低損失で高耐圧の次世代パワー半導体材料として期待されている。先行する炭化ケイ素や窒化ガリウムよりも優れる物性を持っており、更に融液成長が可能な点から、これらの材料よりも低コストで基板を作製できる特徴がある。10 年ほど前から急速に研究が進み、これまでに優れたダイオード特性やトランジスタ特性が報告されている。
しかしながら、課題として格子欠陥(結晶欠陥)の影響も報告されており、β-Ga2O3 を用いたショットキーバリアダイオードにおいて結晶欠陥による素子特性の劣化が明らかになっている[1, 2]。これまで Sn ドープ等による導電性 n 型基板の結晶欠陥を評価してきたが、今回は Fe ドープした高抵抗基板を測定した。Fe ドープによる高抵抗基板は横型デバイスを作製する際に重要となるが、ドープ種による欠陥構造の違いなどはわかっていなかった。フェルミ準位の低下による真性点欠陥の形成エネルギーの変化や、不純物原子の違いによる応力差などが予想されるが、転位等の欠陥においてどのような違いが出るか評価する。

３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
試料はEdge-define Film fed Growth (EFG)法により育成したバルク基板で、1018 cm-3程度のFeを不純物としてドーピングしている。結晶欠陥の観察を目的としたため，転位密度が高いと予想される試料を選定した．これらの試料についてBL09にてX線トポグラフィー観察を行った。β-Ga2O3では結晶内でのX線吸収が顕著なため透過法は向かず、図1に示すような測定配置（反射法）で測定した。測定ではモノクロメーターを通した単色光を用い、回折したX線をフィルムに露光した。測定試料の表面の面方位は(010)面であり、g=024等の回折を用いた。

４．実験結果と考察
図 2 に今回観察した Fe ドープ β-Ga2O3EFG 基板の X 線トポグラフ像を示す。全体に無数の転位が発生しており、(100)面や(001)面に沿って発生していることがわかった。転位の分布や特性について、現段階では Sn ドープやアンドープ試料と比較して、Fe ドープによる特異性は確認できてない。詳細については電子顕微鏡などにより更なる調査が必要であるが、転位密度などについてはドープ種による違いはないことがわかった。

Fig.1 反射 Bragg 配置の測定系レイアウト図

Fig.2 Fe ドープ基板の X 線トポグラフ像

５．今後の課題
今回、Fe ドープ β-Ga2O3EFG 基板の X 線トポグラフィー観察からドープ種による欠陥構造の変化を調べたが、トポグラフィーで観察できる範囲では変化はなかった。原子スケールでの構造解析を行うため電子顕微鏡などでの観察も必要だと思われる。またこの Fe ドープ β-Ga2O3 を用いた横型電子デバイスの応用も進める。

６．参考文献[1] S. Sdoeung, et al., Appl. Phys. Lett., 117, 22106, (2020).
[2] S. Sdoeung, et al., Appl. Phys. Express, 14, 036502, (2021).
７．論文発表・特許（注：本課題に関連するこれまでの代表的な成果）[1] S. Masuya, K. Sasaki, A. Kuramata, S. Yamakoshi, O. Ueda, M. Kasu, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 055501(2019).
[2] S. Sdoeung, K. Sasaki, K. Kawasaki, J. Hirabayashi, A. Kuramata, T. Oishi, M. Kasu, Appl. Phys. Lett.,
117, 22106, (2020).
[3] S. Sdoeung, K. Sasaki, K. Kawasaki, J. Hirabayashi, A. Kuramata, M. Kasu, Appl. Phys. Express, 14,036502, (2021).
８．キーワード（注：試料及び実験方法を特定する用語を２～３）
X 線トポグラフィー、β-Ga2O3

９．研究成果公開について（注：※２に記載した研究成果の公開について①と②のうち該当しない方を消してください。また、論文（査読付）発表と研究センターへの報告、または研究成果公報への原稿提出時期を記入してください。提出期限は利用年度終了後 2 年以内です。例えば 2018 年度実施課題であれば、2020 年度末（2021 年 3 月 31日）となります。
）
長期タイプ課題は、ご利用の最終期の利用報告書にご記入ください。
①

論文（査読付）発表の報告（報告時期：2024 年3 月）