表面制御エピタキシ-法によるSiC純正結晶の製作と光物性制御

表面控制外延法制备纯SiC晶体并控制光学性能

• 批准号: 02205061
• 负责人: 冬木 隆
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-02205061/
• 关键词: シリコンカ-バイド; 原子層エピタキシ-; 表面超格子; 反射電子線回折法; 発光中心

本研究は表面制御原子層エピタキシ-法を用いて広禁制帯幅半導体として注目を集めているシリコンカ-バイド(SiC)の高品質純正結晶を製作し、紫色を含む全可視領域にわたる光物性を制御することを目的とする。本年度においては、1.表面制御原子層エピタキシ-成長機構の解明、2.SiCのワイドギャップの特長を活かしてとくに短波長域の光物性を制御する。ことを2つの大きな課題として研究を遂行した。1.<表面超格子制御法におけるSiC表面超構造の同定>___ー ガスソ-ス分子線エピタキシ-法において、原料ガスを交互に供給することにより超格子構造再配列が連鎖的に起き、結晶成長が進行する。1サイクルあたりの成長膜厚はSi原子の吸着量によって決定されるがこれは表面超構造に依存しており、表面超構造を正確に同定することは原子層エピタキシ-制御に不可欠である。RHEED像において超構造ストリ-クの現れる各位置の輝度変化を実時間解析することにより表面超構造の構成が分かった。1層分のSiからなる(2×1)表面超構造が準安定に存在することが初めて明らかになり、SiCの原子層エピタキシ-が実現可能であることが判明した。2.<高品質SiC単結晶への青色発光中心添加>___ー 基板結晶の低指数面に数度の傾斜をつけて研磨し結晶の表面原子ステップ密度、高さを変化させた基盤を用いると低温でも高品質のSiC単結晶成長が可能である。エッチピット密度は基板より2桁程度も低く鏡面の成長層が得られた。6HーSiCあるいは同じステップ制御エピタキシ-法を用いて製作した4HーSiCに青色発光中心として期待されているAl、Gaを添加し、発光特性を調べた。ホトルミネッセンス強度の温度依存性では、より深い準位となるGaの発光が高温まで持続しており室温での高効率青色発光中心として有望であることが判明した。

在这项研究中，我们使用表面控制原子层外延来制造高质量的碳化硅（SiC）纯晶体，这种碳化硅作为一种宽带隙半导体而备受关注，并控制整个可见光范围（包括紫光）的光学特性。目的是今年，我们将1.阐明表面控制原子层外延生长机制，2.利用SiC的宽间隙特性来控制光学特性，特别是在短波长范围内。这项研究是针对两个主要问题进行的。 1. <表面超晶格控制方法中SiC表面超结构的识别> ___ - 在气源分子束外延方法中，通过交替供给原料气体，以链状发生超晶格结构重排，从而进行晶体生长。每个周期生长薄膜的厚度由吸附的Si原子数量决定，而Si原子的吸附量又取决于表面超结构，而表面超结构的准确识别对于原子层外延控制至关重要。通过实时分析 RHEED 图像中出现上层结构条纹的每个位置的亮度变化，明确了表面上层结构的组成。首次揭示了由一层Si组成的(2×1)表面超结构以亚稳态方式存在，表明SiC原子层外延是可能的。 2. <在高质量SiC单晶中添加蓝色发光中心>___ - 使用通过以几度的倾斜度抛光衬底晶体的低折射率平面来改变表面原子台阶密度和高度的衬底。即使在低温下也可以生长单晶。蚀坑密度比基材低约两个数量级，形成镜面状生长层。我们将预期成为蓝色发光中心的 Al 和 Ga 添加到使用相同的步进控制外延方法制造的 6H-SiC 或 4H-SiC 中，并研究了其发光特性。关于光致发光强度的温度依赖性，发现更深层次的Ga的发射持续到高温，并且它有望成为室温下高效的蓝色发光中心。

项目成果

T.UEDA: "Crystal Growth of SiC by StepーControlled Epitaxy" Journal of Crystal Growth. 104. 695-700 (1990)

T.UEDA：“通过步进控制外延进行 SiC 晶体生长”《晶体生长杂志》104. 695-700 (1990)。

H.Matsunami: "Semiconductor Silicon CarbideーExpectation for power Devices" Proceedーngs of the 2nd International Symposium of power Semiconductor Devices and IC's. 13-18 (1990)

H.Matsunami：“半导体碳化硅-功率器件的展望”第二届国际功率半导体器件和 IC 研讨会论文集 13-18 (1990)。

W.S.YOO: "Single Crystal Growth of Hexagonal SiC on Cubic SiC by Intentional Polytype Control" Journal of Crystal Growth. 99. 278-283 (1990)

W.S.YOO：“通过有意多型控制在立方碳化硅上六方碳化硅的单晶生长”晶体生长杂志。

W.S.YOO: "Growth of 6HーSiC on CVDーGrown 3CーSiC Substrates" Materials Research Society Symposium Proceedings. 162. 415-420 (1990)

W.S.YOO：“CVD 生长的 3C-SiC 衬底上的 6H-SiC 的生长”材料研究学会研讨会论文集 162. 415-420 (1990)。

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

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