界面制御溶液法によるSiC多形の選択成長

SiCには多形が存在し、それぞれ物性値が異なるため、目的に応じて成長多形を作り分ける必要がある。本研究では固液界面制御による多形制御を目的とした。ところが、第三元素に対する各多形の固液界面エネルギーを測定するためには、高品質な3C-SiC(111)の大型結晶を得る必要がある。そこで、方針を転換し、各多形の成長速度の過飽和度依存性を利用した成長速度論的多形制御手法を開発し、前年度までに4H-SiCや6H-SiCの(0001)面上に3C-SiCを二次元核成長させてきた。本年度では、これらの多形制御技術を発展させ、多形の自在な作り分けを目指した。また、結晶品質の評価を行い、高品質結晶の成長を目指した。しかし、3C-SiC(111)を6H-SiCや4H-SiCの(0001)上に成長した場合、積層順序が異なる2種類のバリアント(双晶)が形成しやすく、これらの境界は結晶表面の連続性を損ない、さらに電流のリーク源となりデバイス開発の妨げとなる。そのため、本年度は3C-SiCの双晶の抑制に着手した。我々は、形成した3C-SiCのステツプ進展方向を一方向とすることで、ステツプ進展速度が速いバリアントによって遅いバリアントが淘汰されると考えた。そこで、3C-SiCと6H-SiCの原子配列を考慮して、ステップ進展方向を[1-100]方向とするため、[1-100]方向にオフ角を設けた6H-SiC上に3C-SiCの成長を行った。その結果、約10mm^2の範囲で、双晶フリーの3C-SiCを得ることに成功した。また、溶融KOHエッチングやシンクロトロン放射光トポグラフィーを用いて、結晶の欠陥評価を行った。約0.3mm×0.4mmの範囲で測定したところ、積層欠陥密度が約350cm^<-1>の高品質な結晶が得られていることがわかった。

SiCには多形が存在し、それぞれ物性値が異なるため、目的に応じて成長多形を作り分ける必要がある。本研究では固液界面制御による多形制御を目的とした。ところが、第三元素に対する各多形の固液界面エネルギーを測定するためには、高品質な3C-SiC(111)の大型結晶を得る必要がある。そこで、方針を転換し、各多形の成長速度の過飽和度依存性を利用した成長速度論的多形制御手法を開発し、前年度までに4H-SiCや6H-SiCの(0001)面上に3C-SiCを二次元核成長させてきた。本年度では、これらの多形制御技術を発展させ、多形の自在な作り分けを目指した。また、結晶品質の評価を行い、高品質結晶の成長を目指した。しかし、3C-SiC(111)を6H-SiCや4H-SiCの(0001)上に成長した場合、積層順序が異なる2種類のバリアント(双晶)が形成しやすく、これらの境界は結晶表面の連続性を損ない、さらに電流のリーク源となりデバイス開発の妨げとなる。そのため、本年度は3C-SiCの双晶の抑制に着手した。我々は、形成した3C-SiCのステツプ進展方向を一方向とすることで、ステツプ進展速度が速いバリアントによって遅いバリアントが淘汰されると考えた。そこで、3C-SiCと6H-SiCの原子配列を考慮して、ステップ進展方向を[1-100]方向とするため、[1-100]方向にオフ角を設けた6H-SiC上に3C-SiCの成長を行った。その結果、約10mm^2の範囲で、双晶フリーの3C-SiCを得ることに成功した。また、溶融KOHエッチングやシンクロトロン放射光トポグラフィーを用いて、結晶の欠陥評価を行った。約0.3mm×0.4mmの範囲で測定したところ、積層欠陥密度が約350cm^<-1>の高品質な結晶が得られていることがわかった。