表面超格子を用いた単結晶シリコンカ-バイドの原子層制御エピタキシ-

利用表面超晶格的单晶碳化硅原子层控制外延

• 批准号: 01550013
• 负责人: 冬木 隆
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1989
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1989 至 1990
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01550013/
• 关键词: 表面超格子; シリコンカ-バイド; 原子層エピタキシ-; 反射電子線回折法; エピタキシャル成長; 原子層制御成長; 自己制限機構; 高速反射電子線回折法

本研究は、表面超格子を構成する限定された数の原子の表面化学反応を用いて、原子層レベルで成長を制御する新しいエピタキシ-技術を確立し、広禁制帯幅半導体として種々の応用が期待されているシリコンカ-バイド(SiC)の単結晶成長に応用することを目的とする。超高真空下におけるシリコンカ-バイドの成長において、供給原料原子により基板表面に特定の表面超格子が形成され、それが連鎖的に再配列を繰り返し成長が進行する。1.SiC表面超構造の同定 CVD法によってSiオフ基板上に製作したシングルドメインの3CーSiC(001)面にC_2H_2を照射してC終端のc(2×2)表面とした後、Si_2H_6の照射を行った。このとき[110]人射のRHEED像において超構造ストリ-クの現れる各位置の輝度の時間変化を実時間解析した。Si_2H_6照射後(2×1)の信号が極大となるまでの時間を1とすると、(5×2)の極大は1.15、(3×2)は1.35となり、これは各構造の構成Si原子数の比を表していると考えられる。この結果を最もよく説明できるのは、(2×1)については1層分のSiからなるsimple dimer model、(5×2)および(3×2)についてはそれぞれ1.2層分および1.33層分のSiからなるadditional dimer modelである。2.高品質単結晶シリコンカ-バイド成長 3CーSiC(100)面に、Si_2H_2およびC_2H_2のガス分子線を交互に照射する。Si_2H_6分子はSiC表面で熱的に分解されてSi原子を生成するのに対し、C_2H_2分子は熱的には分解されず、基板表面に吸着しているSi原子との反応によってSiCが形成される。1サイクルあたりの成長膜厚は1.によって明らかにされたSi原子の吸着量によって決定され原子層レベルで制御されたエピタキシャル成長が可能となった。基板温度、原料ガス供給時間等成長条件を最適化したところ、鏡面で結晶性の良い高品質シリコンカ-バイドの単結晶成長が実現できた。

This study aims to establish a new technology for controlling the growth of atomic layer by limiting the number of atomic surface chemical reactions in the surface superlattice structure, and to develop a new method for controlling the growth of single crystal SiC. Under ultra-high vacuum, the growth of the substrate is carried out by supplying raw material atoms, forming specific surface superlattices on the substrate surface, and rearranging chains. 1. The SiC surface superstructure was fabricated on Si substrate by CVD method. The 3C SiC(001) surface was irradiated by C_2H_2 and the C terminal was irradiated by Si_2H_6. [110] The temporal variation of luminance in each position of the RHEED image is analyzed in time. After Si_2H_6 irradiation, the signal maximum time of (2×1),(5×2) and (3×2) is 1.15 and 1.35 respectively. The results are described as follows: (2×1) simple dimer model,(5×2) simple dimer model,(3×2) simple dimer model, 1.2 simple dimer model, 1.33 simple dimer model. 2. High-quality crystals are grown on 3C-SiC(100) planes, Si_2H_2-SiC and C_2H_2-SiC molecular lines under interactive irradiation. The thermal decomposition of Si_2H_6 molecules on the surface of SiC leads to the formation of Si atoms, while the thermal decomposition of C_2H_2 molecules leads to the formation of SiC due to the adsorption of Si atoms on the surface of substrate. The thickness of the growth film is determined by the adsorption amount of Si atoms. The growth conditions such as substrate temperature and raw material supply time are optimized to achieve high quality crystal growth.

项目成果

Takashi FUYUKI: "Atomic Layer Epitaxy of Cubic SiC by Gas Source MBE Using Surface Superstructure" Journal of Crystal Growth. 95. 461-463 (1989)

Takashi FUYUKI：“使用表面超结构通过气源 MBE 进行立方 SiC 的原子层外延”晶体生长杂志。

Hiroyuki MATSUNAMI: "Atomic Layer Control in Cubic SiC Growth Utilizing Surface Superstructure in Gas Source MBE" Springer Proceedings in Physics Amorphous and Crystalline Silicon Carbide and Related Materials II. 43. 157-161 (1989)

Hiroyuki MATSUNAMI：“利用气源 MBE 中的表面超结构实现立方 SiC 生长的原子层控制”施普林格物理学会刊非晶和结晶碳化硅及相关材料 II。

T.FUYUKI: "Atomic layer Epitaxy of Cubic Sic by Gas Source MBE Using Surface Superstructure" Journal of Crystal Growth,. 95. 461-463 (1989)

T.FUYUKI：“使用表面超结构通过气源MBE进行立方碳化硅的原子层外延”《晶体生长杂志》，。

T.FUYUKI: "Atomic Level Control in Gas Surce MBE Growth of Cubic SiC" Journal of Crystal Growth. (1990)

T.FUYUKI：“立方 SiC 气源 MBE 生长中的原子水平控制”晶体生长杂志。

Tatsuo YOSHINOBU: "Atomic Level Control in Gas Source MBE Growth of Cubic Sic" Journal of Crystal Growth. 99. 520-524 (1990)

Tatsuo YOSHINOBU：“立方碳化硅气源 MBE 生长中的原子水平控制”晶体生长杂志。