昇華法による立方晶SiCインゴットの単結晶成長

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ここでは原料温度を2000℃、基板温度を1900℃、圧力200Tonで成長を行った。3C-SiCはmetastable phaseであるために、成長中に常に過飽和状態にする必要がある。これを実現するために、成長中の圧力を徐々に変化させた。その結果、立方晶SiC(3C-SiC)のバルク成長は以下のパラメーターの強く依存することが判明した。1)基板の両方位、2)面の極性、3)原料-基板間の距離、4)窒素の添加量、などである。具体的には、基板が(0001)面から少しでも傾いていると、6H-SiCが容易に成長するが、特にカーボン面を用い、(0001)面から傾かない自然面を用いると、ほとんど3C-SiCが成長する。原料-基板の距離は小さい方が3C-SiCが成長する。通常の昇華法では、この距離は20mm程度であるが、ここでは3mm以下にした。この方法は近接法と呼ばれるもので、原料から昇華するSiCの分解種が、坩堝内壁周辺の黒鉛の影響を受けずに輸送されるという特徴をもつ。このような配置で、基板と原料の温度勾配が少ないほど3C-SiCの成長確率は多くなった。しかし、この方法ではエピタキシャル薄膜成長は可能であるが、バルク状の厚さにまでは成長するのは困難であった。すなわち、6H-SiC基板の上には3C-SiCは成長するが、双晶が成長しやすく、どうしても一枚の結晶面にならないことである。また成長速度を上げると多結晶が成長することである。Si基板上にCVD方によって成長させた3C-SiCを基板として用いた場合には、容易に3C-SiCが成長するが、厚い基板が得られないのが問題でる。しかし、この方法は有望であるので、今後、厚いCVD膜を形成して、実験を継続する。雰囲気ガスとしてアルゴンに窒素を添加することによっても、3C-SiCの成長領域が拡大することが分かった。しかしながら窒素の流量が増えると多結晶になる傾向がある。最適の窒素添加量を調べる必要がある。また3C-SiCのバルク成長には成長中の高周波電力を安定にすること、および管内圧力を一定に保つことが必要であることが判明した。