マイクロ波を用いたワイドギャップ半導体層シート抵抗の測定

ワイドギャップ半導体（SiC, GaN, $Ga_2O_3$ など）のデバイス開発において、エピタキシャル層や注入層の**シート抵抗（ $R_s$ ）**を非接触で測定することは、ウェハの品質管理やプロセス管理において極めて重要です。

特にマイクロ波を用いた測定は、従来の四探針法のように試料にダメージを与えず、高速かつ高精度なマッピングが可能です。主な測定原理と手法について解説します。

1. 非接触マイクロ波測定の主な原理

マイクロ波を用いたシート抵抗測定には、主に渦電流法と空洞共振器法の2種類があります。

渦電流法 (Eddy Current Method)

高周波コイルによってウェハ内に誘導電流（渦電流）を発生させ、その際の損失やインピーダンス変化を測定します。

利点: 測定レンジが広く（ $10^{-3}$ 〜 $10^3\ \Omega/\Box$ 程度）、インライン検査に適しています。
課題: ワイドギャップ半導体の高抵抗領域（絶縁性基板など）では感度が低下する場合があります。

空洞共振器法 (Cavity Resonator Method)

高Q値のマイクロ波空洞共振器の中に試料を配置し、共振周波数の変化（摂動）とQ値の変化を測定します。

利点: 非常に高い感度を持ち、高抵抗（数 $k\Omega/\Box$ 以上）のシート抵抗測定に優れています。GaN-on-SiCや半絶縁性SiC基板の評価に適しています。
物理量: 複素誘電率と導電率を分離して算出可能です。

2. ワイドギャップ半導体特有の留意点

ワイドギャップ半導体の測定では、材料特性に起因する以下の要素を考慮する必要があります。

基板の影響の分離

GaN-on-Si: 導電性Si基板上のGaN層を測定する場合、基板側の寄与が支配的になるため、周波数を適切に選択して表皮効果（Skin Effect）を利用するか、差分をとるアルゴリズムが必要です。
GaN-on-Sapphire/SiC: 基板が絶縁性または半絶縁性の場合、エピ層のわずかな抵抗変化を高精度に捉えることができます。

表皮深さ（Skin Depth）

3. 代表的な測定セットアップ

プローブヘッド: 導波管オープンエンドや、同軸共振器が用いられます。
ネットワークアナライザ (VNA): 反射係数（ $S_{11}$ ）や透過係数（ $S_{21}$ ）の振幅・位相変化を精密に測定します。
解析ソフト: 電磁界シミュレーションに基づいた変換係数を用いて、 $S$ パラメータからシート抵抗値を算出します。

4. 主なメリット

非破壊・非接触: 酸化膜越しや、微細加工前のウェハ全体を傷つけずに測定可能です。
高分解能マッピング: 自動ステージと組み合わせることで、ウェハ内の面内均一性（Uniformity）を数ミリ単位の分解能で視覚化できます。
高速性: 1点あたりの測定時間が短く、大量のサンプルを処理するパワーデバイスの量産ラインに適しています。

さらに具体的な内容について、例えば「特定の周波数帯（Kaバンドなど）での設計」や「VNAを用いた校正手順（デエンベディング）」などについて詳しくお知りになりたい箇所はありますか？

出典：Google Gemini (Gemini は AI であり、間違えることがあります。)

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