高温その場観察によるシリコンカーバイド結晶中の欠陥形成ダイナミクスの解明

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SiCパワーデバイスはすでに実用化が進んでいるものの、SiC単結晶には多くの格子欠陥が存在しデバイス特性に悪影響を及ぼすことが知られている。特に高窒素濃度のn型SiC基板においては高温プロセス中に積層欠陥が形成し、その面積が自発的に拡大していくことが問題となっている。本研究では、放射光トポグラフィーにより熱処理中の欠陥挙動を観測する独自のその場観察装置を構築し、SiC結晶における高温での積層欠陥挙動を明らかにすることを目的としている。その場観察によるこれまでのデータから、SiC結晶中の窒素濃度が高いほど積層欠陥拡大の駆動力が大きく、ある温度までは積層欠陥の拡大速度が温度に対して指数関数的に増大する傾向がみられた。この傾向からすると高窒素濃度SiC結晶では高温下で安定的に積層欠陥が拡大していくことが予想されるが、3.9×1019 cm-3の窒素を含むSiC結晶においては、1590 K以上の高温で部分転位の形状が直線状からジグザグ状に変化し転位の移動が停止する様子が観察された。これに関して室温での放射光トポグラフィー評価により、部分転位の不動化が転位の結晶表面からの深さと関係することを示唆する結果が得られた。結晶表面に近づく方向に部分転位が移動する場合、転位は直線形状を保ち積層欠陥は拡大し続けるが、結晶表面から遠ざかる方向に部分転位が移動する場合には共通して転位の形状がジグザグ状に変化し不動化していることが明らかとなった。1600 K付近の高温環境下では、点欠陥との相互作用により部分転位が上昇運動し、転位のコア構造が可動のSiコアから不動のCコアへと変化したことが考えられ、積層欠陥が安定な高窒素濃度SiC結晶においてもその拡大を抑制できることが示唆された。