シリコンカーバイドエピタキシャル結晶成長のモデリングとエピタキシャル膜特性向上

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本年度は前年度に引き続き、縦型減圧CVD装置を用いて、Si基板上に3C-SiC結晶のヘテロエピタキシャル成長実験を行い、炭化過程及び成長初期過程の2段階成長手法を開発した。基板加熱条件、反応ガス流量、成長ガス流量比、及び成長圧力などの最適化により、積層欠陥及び双晶欠陥に由来する異常結晶密度の2桁以上の低減化を実現した。これらの実験結果と化学反応機構の計算機シミュレーション結果との対応により基板上へのSi/C原子到達比で説明可能であることを明らかにし、その結果をSiC関連国際会議(ICSCRM2005米国開催)に報告した。またJournal of Crystal Growth (Elsevier)に投稿し、査読後受理されている。次に、成長圧力の低減、および成長温度の高温化にしたがって、結晶性が改善し、また双晶密度が低減される事、さらに、反応ガスの導入量比Si/Cが0.4付近以上で結晶性が急激に改善されるが、一方、双晶密度は逆に増加することを実験から明らかにした。これらの実験結果を説明するために、化学反応機構モデルシミュレーションを行った結果、基板表面に到達するシリコン原子数と原子状水素数との比Si/Hが結晶性に相関し、また、カーボン原子数と原子状水素数との比C/Hが双晶密度に逆の相関をしていることを突き止め、さらに、導入ガス流量比Si/Cが0.4付近で基板表面に導入される原子数比Si/Hの値とC/Hの値が逆転することが明らかとなった。したがって、結晶性が良好でしかも、双晶密度も少ない成長膜を得る最適原料ガス導入比条件は0.4である結論が得られた。これらの結果を応用物理学会の秋季講演会(徳島大学)及びSiC関連研究会(京都大学)に講演発表し、さらに、Journal of Crystal Growth (Elsevier)に投稿し、査読後受理されている。