高品質な第3世代酸化ガリウム100mmエピウェハの開発にノベルクリスタルなどが成功

ノベルクリスタルテクノロジーは3月14日、佐賀大学と共同でキラー欠陥を従来の10分の1に低減させた第3世代酸化ガリウム100mmエピウェハの開発したことを発表した。

試作された第3世代β-Ga₂O₃100mmエピウェハを用いたショットキーバリアダイオード。最大チップサイズは10mm×10mm (出所:NEDO Webサイト)

GaNやSiCと比べても大きなバンドギャップを有する酸化ガリウム(β-Ga₂O₃)は、次々世代のパワー半導体材料として期待されている。

すでにノベルクリスタルテクノロジーでは、100mmのβ-Ga₂O₃エピウェハを成膜可能な装置を開発し、第2世代β-Ga₂O₃100mmエピウェハとして製造・販売を行ってきたが、デバイスの耐圧特性を劣化させるキラー欠陥が10個/cm²程度存在しており、大型のデバイスを作ることができず、電流値は10A程度に制限されていたという。

そこで今回、キラー欠陥の原因の調査を行い、高品質化を目指す研究を進めたという。その結果、キラー欠陥の原因が主にエピ成膜中に発生する特定の粉体であることが判明。エピ成膜条件を改良することで、キラー欠陥を100mmエピウェハとして従来の10分の1以下の0.7個/cm²まで低減することに成功したという。

実際に、そのエピウェハの膜厚分布とドナー濃度の測定を行ったところ、膜厚分布は10μm±5％程度、ドナー濃度分布は1×10¹⁶cm^-3±7％程度と、パワーデバイス用として問題ないレベルであることが確認されたほか、10mm×10mmのショットキーバリアダイオードを試作し、その電気特性とキラー欠陥密度を評価したところ、順方向特性としては、電流は0.8V程度から流れ始めて一定に上昇し、正常な順方向特性が得られていることが示されたとする。また、最大電流値は測定機器の上限の関係で50Aまで調べられたが、研究チームでは最大で300A～500A流すことが可能だとしている。さらに、逆方向特性としては、200V程度加えてもリーク電流は10^-7A程度に抑制することができていることが確認され、今後は、デバイスに電極終端構造を設けることで、600V～1200V程度の耐圧が得られると推定されるとしている。