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
1603007A

Ｂ Ｌ 番 号 ： 15（様式第 5 号）

パ ワ ー エ レ ク ト ロ ニ ク ス 素 子 と し て の SiC の 結 晶 欠 陥 評 価 (Ⅰ )Characterization of defects in SiC wafers
山下任、着本享、小松直佳、林将平、山口博隆
Tamotsu Yamashita, Susumu Tsukimoto, Naoyoshi Komatsu,
Shohei Hayashi, Hirotaka Yamaguchi
産業技術総合研究所 先進パワーエレクトロニクス研究センター
Advanced Powerelectronics Research Center,
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology※１※２

先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ 、長 期 ト ラ イ ア ル ユ ー ス 、長 期 産 学 連 携 ユ ー ス ）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 アルユース、及び産学連携ユースを除く)

１．概要（注：結論を含めて下さい）
こ れ ま で の 検 討 で 構 造 を 確 認 し た 4H-SiC エ ピ タ キ シ ャ ル 膜 中 の 新 規 構 造 Frank 型 積 層欠 陥 に つ い て 、起 点 に 着 目 し た X 線 ト ポ グ ラ フ に よ る 観 察 を 継 続 し て 行 っ た 。観 察 の 結果 、 基 板 中 を 平 行 に 走 る 2 本 の Frank 型 部 分 転 位 が 起 点 と な り 、 こ れ が 基 板 エ ピ 界 面 付
近で幅を広げ、エピ中で積層欠陥として観察されていると推定された。
The origin of the new type of Frank -type stacking fault has been studied using x -ray
topography. It was speculated by the results that the stacking faults are originated from two ofFrank-type partial dislocations which run parallely each other on the basal plane in thesubstrate.

２．背景と目的
SiC によるパワーエレクトロニクス素子を実現するためには、欠陥の制御とそのデバイス特性への影響を明らかにすることは重要である。これまで X 線トポグラフ法と光学顕微鏡、フォトルミネッセンス（PL）、電子顕微鏡などによる評価を組み合わせて総合的に結晶欠陥の評価を調べてきた。昨年
度は、SiC 結晶欠陥の構造解析を目的とした実験のほか、結晶成長、ウェーハ加工、エピタキシャル成長の各プロセスの評価のための実験、および「SiC エピ/ウェハ欠陥検出手法」の国際規格提案のためのデータ収集などを実施した。今年度もさらに詳細な研究を進めるため、長期利用課題による実験をおこなう。
３． 4H-SiC エピタキシャルウェーハ中のフランク型積層欠陥の起点の構造解析
３.１ はじめに我々が最近の市販品の 4H-SiC エピタキシャルウェーハ表面を PL 観察した結果では、これまで報告されているものとは異なり、波長 553nm での PL 発光を示す積層欠陥が認められた。我々は、当該積層欠陥が Frank タイプの積層欠陥であることを X 線トポグラフ観察により見出し[1]、さらに、当該積層欠陥の高分解能 STEM 観察から積層構造を決定した。今年度は、これらの積層欠陥がどのような結晶欠陥を起点として形成されているかを明らかにするため、同一構造の積層欠陥多数個について、X 線トポグラフ法による観察を行った。
３.２ 実験

試料は市販品4H-SiCエピタキシャルウェーハで、553nmのPL発光波長を示す積層欠陥が多数形成されていることを事前に確認した。当該ウェーハについて、斜入射Ⅹ線トポグラフ法（光学配置：図３－１）により、4H-SiCの1̅1̅28、112̅8、2̅118、12̅18の各反射について原子核乾板に記録した。
３.３ 実験結果と考察
553nmPL 発光積層欠陥の、代表的な X 線トポグラフ 3 例を、
図３−２、図３−３、図３−４に示した。これらはいずれも、g=2̅118条
図３−１ X 線トポグラフ件で得たものである。図３−２では、基板内部から[21̅1̅0]方向に沿ィーの光学配置って積層欠陥起点部分に伸びるスジ状コントラスト（図中に赤矢印で示した）が観察された。また同様に図３−３では、基板内部から[1̅21̅0]方向に沿って積層欠陥起点部分に伸びるスジ状コントラスト（図中に赤矢印で示した）が観察された。その一方で、図３−４では、スジ状コントラストが観察されなかった。[21̅1̅0]方向のスジが見られたもの、[1̅21̅0]方向のスジが見られたもの、スジが見られなかったものの比率を算出すると、概ね 5:3:12 であった。
さらに、図３−３で確認されたスジに関して、高分解能 STEM 観
図３−１ X 線トポグラフ法
察を行った結果、幅が約 2µm で、エピ中積層欠陥と同じ積層構造の光学配置を有する Frank 型積層欠陥が形成されていることが確認された。
積層欠陥の輪郭部分に、Frank 型部分転位に起因する白黒一対の線状コントラスト（積層欠陥外側が黒コントラストで内側が白コントラスト）が観察されていることを考慮すると、図３−２、図３−３で観察されたスジ状コントラストは、2 本の Frank 型部分転位が、狭い幅で基板内を平行に走っているもので、これが基板エピ界面付近で幅を広げ、エピ中で積層欠陥として観察されていると推定された。また、スジ状コントラストが観察されなかった図３−４のような場合は、X 線トポグラフの分解能より小さい微小欠陥（例えば基板表面に形成された微小スクラッチ）が起点になっているか、もしくは、図３−２、図３−３と同様の Frank 型欠陥が起点になっているが 2 本の Frank 型部分転位の間隔が比較的狭いためにコントラストがキャンセルアウトされ、見かけ上欠陥がないように観察されていると推定された。

図３−２553nm 発光積層欠陥

図３−３553nm 発光積層欠陥

図３−４553nm 発光積層欠陥

̅ 0]方向のX 線トポグラフ。[21̅1̅ 0]方向のX 線トポグラフ。[1̅21X 線トポグラフ。スジがスジが見られるもの（g=2̅118）

スジが見られるもの（g=2̅118）

見られないもの（g=2̅118）

３.４ 今後の課題
図３−４のような場合について高分解能観察を実施し、Frank 型部分転位が確認されるか検証する。

参考文献[1] 山下他、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（2015）
５．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）

６．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-ray topography、SiC、stacking fault