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

For Modeling of �V-Nitride Metal Organic Chemical Vapor Deposition
有機金属気相成長法（MOCVD法,MOHVPE法）によるIII族窒化物半導体エピタキシャル成長専用エディション

Nitride Editionは、III族窒化物半導体の有機金属気相エピタキシャル成長プロセス(MOCVD)専用のモジュールです。GaN，AlN，InN，AlGaN，InGaN，p-GaNの薄膜種に対応しています。
また、原料ガスは、Gaソースとしてトリメチルガリウム(TMAl)、トリエチルガリウム(TEGa)、Alソースとしてトリメチルアルミニウム（TMAl）、Inソースとしてトリメチルインジウム(TMIn) 、N（窒素）ソースとしてアンモニア(NH3)を考慮しています。
また、TMGaとHClからのGaNの成長モデル（MOHVPE)も利用すること可能です。
表面反応モデルは、準熱平衡モデルと速度論的モデルを基本とし、比較的低温の反応律速の領域から比較的高温の拡散・脱離律速までの温度領域を考慮する事が可能です。さらに、特長的な機能として格子不整合(lattice mismatch)の成長速度への影響を考慮する事ができます。
成長させる成膜種毎に粒子生成の影響を考慮できるため、高精度な成長速度の予測が可能です。
汎用の流体解析ソフトウェアと併用することなく、VR Nitride Editionのみで研究用から量産機スケールまで様々なリアクターにおける成膜プロセスの最適化にご使用いただけます。

Nitride Editionでは気相からのエピ成長プロセスを支配している物理現象を計算モデルとして実装しており、温度分布、対流パターン、化学種濃度分布等の結晶成長の最適化において重要な物理量を求める事が出来ます。
結晶表面近傍は熱力学的平衡状態と仮定した準熱平衡モデルを基本としており、拡散・脱離律速の温度領域を考慮することが出来ます。
特長的な機能として、成膜種に合わせた粒子生成モデルが内蔵されており、原料ガスの流入条件の最適化の際に必要な情報を把握することが可能です。
また、結晶成長反応だけではなく、リアクター内壁（グラファイト壁）での寄生付着やエッチングも考慮されています。

図3. AlGaN成膜モデルにおける気相反応モデル

[出力結果]
Nitride Editionでは、以下の様な計算結果を出力する事が可能です。

・温度分布
・対流パターン
・気相中の化学種濃度分布（ガス分圧）、粒子密度分布
・結晶表面における成長速度分布
・結晶表面における組成比
・誘導コイルによるジュール発熱分布
・ヒーターパワー電力量　など

図4. リアクター内の温度分布(左)、リアクター内の流速分布(右)

図5. リアクター内のアンモニア分圧分布(左)、リアクター内のTMG分圧分布(右)

[計算モデル]
Nitride Editionでは、以下の様なリアクター内で起こっている物理現象をモデルとして実装しています。

・熱輻射、熱伝導、対流伝熱
　熱輻射は、形態係数を用いたSurface to Surfaceモデルを使用して計算を行います。
　また、熱伝導に関しては、固体の熱伝導率の異方性を考慮する事が出来ます。
・抵抗加熱、または誘導加熱による加熱
・パワーの温度フィッティング
　指定座標の温度が指定温度になるようにパワーを自動的に制御する機能が実装されています。従って、
　より現実に近いプロセス制御を考慮する事が可能です。誘導加熱の場合は、実効電流の制御も可能です。
・化学種の多成分輸送(濃度拡散・対流による移流)
・気相中の粒子生成　　など

図10.MOHVPE法によるGaN成長解析結果