STREEM_AlGaN_edition｜結晶成長やデバイスのシミュレーション【STRJapan株式会社】

STRain Engineering in Electronic Materials-AlGaN edition
高効率半導体デバイス（深紫外LED,窒化物パワーデバイス）設計のためのMOCVD法によるIII族窒化物エピ成長プロセスにおける歪エンジニアリングシミュレーションツール

STREEM-AlGaNは、シリコンまたはサファイア上のMOCVD法によるIII族窒化物成長中または冷却中におけるヘテロ構造内の応力、曲率（反り）、転位の伝播と発生の変化をセルフコンシステントに計算するシミュレーションソフトウェアです。解析では、ユーザーが入力したパラメータに従って、ヘテロ構造内の応力、反り、曲率、転位密度を予測する事が出来ます。また、逆に曲率の実験データを入力する事によって、その曲率プロファイルに従って、その時の応力や転位密度、反りを予測する事が出来ます。ウェハーを通した温度勾配が、典型的なリアクタータイプから予測され、ウェハーの反りの計算に利用されます。また、クラックフリーの成長プロセスパラメータや、成長中または冷却中のクラック臨界点を予測する事が可能です。
このソフトウェアの目的は、成長レシピを調節する事によってヘテロ構造特性の理解や制御・最適化となります。

STREEM AlGaN editionは、成長レシピがヘテロ構造特性に与える影響の理解と成長レシピの制御・最適化を目的としています。特に、深紫外LED、パワーデバイス向けのAlGaNヘテロ構造における、ヘテロ構造内の格子不整合、温度勾配に起因する歪・応力、ウェハの曲率、貫通転位の伝播挙動、転位形成、転位の傾きによる応力緩和をシミュレーションにより予測する事が出来ます。

特に、以下の様な問題に対して解析する事が可能です。

・成長プロセスやヘテロ構造に対する加熱中、成長中、冷却中における応力と曲率の変化
・圧縮応力が掛かった層における転位の発生と傾きによる応力緩和
・転位の発生、転位の傾き、転位密度のアニレーションを含む転位のダイナミクス
・成長中、及び冷却中における引っ張り応力が掛かった結晶の臨界応力の計算とクラック形成の予測
・ウェハーに亘っての温度勾配とそのウェハーの反りへの寄与に関する成長プロセスパラメータの影響の把握とその最適化

図2は、AlN/AlGaN/GaNヘテロ構造内の曲率変化と温度変化を示しています。GaN層が積まれるに従って、曲率が大きく変化しているのが分かります。

図3.AlGaN/GaNヘテロ構造成長中の転位密度の変化

[計算モデル]
STREEM AlGaN editionでは、主に以下の様な特長的な物理モデルを実装しています。

・貫通転位の傾きによる緩和モデル
・貫通転移の消滅（アニレーション）（傾いた貫通転位密度の衝突）
・転位の自己エネルギーと応力開放エネルギーのエネルギーバランスのモデルより、転位密度（V字刃状転位）を求めます。
・クラック予測のための臨界応力の計算モデル
・求められた転位密度より緩和した状態の有効格子定数の計算

組成分布、歪み、転位密度はヘテロ構造内の分極状態や非発光性再結合定数等に影響を与えます。STREEMで得られた組成分布、歪分布（有効格子定数）、転位密度をデバイスシミュレータであるSiLENSeで使用する事により、成長レシピがデバイス特性に与える影響を解析する事が可能です。

歪み、転位密度はヘテロ構造内の分極状態や非発光性再結合定数等に影響を与えます。STREEMで得られた歪分布（有効格子定数）、転位密度をデバイスシミュレータであるSiLENSeで使用する事により、成長レシピがデバイス特性に与える影響を解析する事が可能です。
STREEMで出力されたテキストデータをSiLENSeで読み込むことによって、自動的にSTREEMの計算結果（組成、格子定数）がSiLENSeの設定に反映されます。

図4.STREEMとSiLENSeとの連携

STREEM AlGaN editionでは、シミュレーションの経験がない方にも分かりやすいグラフィカルユーザインターフェース(GUI)を用意しています。一つのGUIで、成長レシピ、条件設定、結果出力を行うことが出来ます。
通常1日程度のトレーニングを受けていただければ、習得することが可能です。

現在準備中です。しばらくお待ちください。