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β-Ga2O3の積層欠陥
山口博隆 産業技術総合研究所
X線トポグラフィ研究会（大阪大学、2018年8月3日）
註）非公開のスライドがあります
絶縁破壊電界
0 1 2 3 4 5 6
5
10
0
Bandgap (eV)
Breakdown Field (MV/cm)
SiGaAs
4H-SiCGaN
β-Ga2O3
Diamond
a = 1.223 nm
b = 0.304 nm
c = 0.580 nm� = 103.7�
単斜晶系 (C2/m)
β-Ga2O3の結晶構造
GaO6GaO4
a
b
c
O副格子は歪んだ三次元最密充填構造
β-Ga2O3の最密充填構造
(̄201)(101
)
c
b
(3̄1̄0)
(2̄01)
(3̄10
)
c
b
(̄3̄10)
68.9�
72.4�
75.0�68.9�
68.9�68.9�
(2̄01)
(101)
(3̄10) (3̄1̄0) cb
a
(3̄10)
(3̄1̄0)
b c
a
(2̄01)
(101)( FCC {111}: 70.5° )
β-Ga2O3のすべり系
面 並進ベクトル 長さ (nm)
0.304
0.752
0.304
1.472
0.580
0.760
0.580
0.760
{3̄1̄0}
{3̄10}
{2̄01}
{101}
h010i
h010i
h001i
h001i
h101̄i
12 h112i
12 h13̄0i
12 h130i
Yamaguchi et al., 2016
(201)面の積層構造
a
bc
a
b
c
a
b
c
a
b
GaO6
GaO4� �
c0
b0
a0
c0
面形状の欠陥
[010]
[102]62312 01
0.1 mm
試料：(201) 2インチウェーハ
12 01
0.1 mm
[010]
面形状欠陥
• 面形状欠陥のgによる選択的な出現
• 面欠陥は(201)面に平行
• 長方形で一組の辺がb軸に平行
• 一辺が50-100ミクロン程度 • 転位とのつながりはない
(201)面上の部分転位ループに囲まれた積層欠陥
[010]
[102]
GaVGa
O
(201)面内の部分転位超格子転位
1
2[112] ! ~b1 +~b1 +~b2
~b1 =1
6[132] ~b2 =
1
6[13̄2]
~b
~b2~b1
~b1
~b~b1
~b2
~b ! ~b1 +~b2
[010] ! 1
18[1̄92̄] +
1
18[192]
ショックレー型部分転位
積層欠陥のコントラスト
転位のコントラスト～ ~g ·~b
~b積層欠陥を囲む部分転位 フランク型 ショックレー型
~f
積層欠陥の変位
積層欠陥の構造因子 =
のとき、強度コントラスト
~g · ~f 6= (Integer)
Fg exp(�2⇡i~g · ~f)
12 00 -2/3 -2626 4/3 2006 2/3 212 01 -5/9 -5/3513 5/9 2/3206 5/9 5/3623 1 1606 1 3
g g · f1 g · f2
積層欠陥の観察結果
f1
f2
ショックレー型
超格子型
9
Table 1. Close-packed planes and translation vectors on each plane, and norm of translation
vector (in nm).Plane Translation vector Magnitude (nm)
{201} ⟨010⟩ 0.30412 ⟨112⟩ 0.752
{101} ⟨010⟩ 0.304⟨101⟩ 1.472
{310}⟨001⟩ 0.580
12 ⟨130⟩ 0.76012 ⟨131⟩ 0.866
{310}⟨001⟩ 0.580
12 ⟨130⟩ 0.76012 ⟨131⟩ 0.866
Table 2. Appearance condition of stacking faults with fault vectors f1 and f2 for several
reflections g observed in this study, where f1 and f2 are of Shockley and superlattice partials,
respectively. X-ray wavelengths used for topography are listed at the column, lambda.
Appearance shows that the stacking faults were observed (◦) or not (−).g g · f1 g · f2 λ Appearance
12 0 0 −2/3 -2 0.17 ◦6 2 6 4/3 2 0.11 ◦0 0 6 2/3 2 0.15 ◦
12 0 1 −5/9 −5/3 0.15 ◦5 1 3 5/9 2/3 0.165 ◦2 0 6 5/9 5/3 0.15 ◦6 2 3 1 1 0.17 −6 0 6 1 3 0.151 −
IUCr macros version 2.1.10: 2016/01/28
積層欠陥モデル
[102]
[010]
acb
積層欠陥モデル
acb
[102]
[010]
β-Ga2O3の結晶成長
Slit�
Growth direction�
Ga2O3 bulk�Crucible�Die�
RF coil�
Edge-defined film-fed growth method
[010]
[010]
[102]
g=006g=623
gg0.5 mm
(g⊥[010])
X線トポグラフィー：(201) ウェーハ(g⊥[130])
(2̄01)(101)
(3̄10)
(3̄1̄0)
AB {2̄01}h010i
{2̄01} 12 h112i
A
BC
D {101}h010iC
D {3̄10} 12 h130i
A
BCD
B
転位を減らすためにはどうしたらいいか？
すべり面と結晶成長方向について考えてみた。
Si結晶成長におけるネッキングX線トポグラフィによる転位の三次元観察
Si結晶成長におけるネッキングX線トポグラフィによる転位の三次元観察
Si結晶成長におけるネッキングX線トポグラフィによる転位の三次元観察
Cz引き上げ中のメニスカスとネッキングによる転位の消滅 （阿部孝夫、「メルト成長のダイナミクス」より）
まとめ
• β-Ga2O3の積層欠陥は部分転位ループに囲まれた積層欠陥である。
• 転位密度を低減させるための結晶成長方法を考察した。
• <110>成長シリコンのネッキング部の三次元トポグラフィを計画している。