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。

这项研究建立了一种新的外延技术，通过利用构成表面超晶格的有限数量的原子的表面化学反应来控制原子层水平的生长，并且作为宽带隙半导体具有多种应用。碳化硅（SiC）单晶生长的前景广阔。在超高真空下生长碳化硅的过程中，所提供的原料原子在衬底表面上形成特定的表面超晶格，并且随着超晶格在链中反复重排而进行生长。 1. SiC 表面超结构的识别 将 C_2H_2 辐照到通过 CVD 方法在 Si 离衬底上制备的单畴 3C-SiC(001) 表面，形成 C 封端的 c(2×2) 表面后，对 Si_2H_6 辐照执行。此时，我们对 [110] 人体镜头的 RHEED 图像中出现上层结构条纹的每个位置的亮度时间变化进行了实时分析。若Si_2H_6照射(2×1)后信号达到最大值所需的时间为1，则(5×2)的最大值为1.15，(3×2)的最大值为1.35，即人们认为它代表了每个结构中的Si原子的比例。对于这个结果最好的解释是（2×1）由一层Si组成的简单二聚体模型，以及（5×2）和（3×2）分别由1.2和1.33层组成的简单二聚体模型。是由 Si 制成的附加二聚体模型。 2、高质量单晶碳化硅的生长用Si_2H_2和C_2H_2气体分子束交替照射3C-SiC(100)面。 Si_2H_6分子在SiC表面热分解生成Si原子，而C_2H_2分子不热分解并通过与吸附在衬底表面上的Si原子反应形成SiC。每个周期生长的薄膜厚度由Si原子的吸附量决定，如1.所示，使得在原子层水平上控制外延生长成为可能。通过优化衬底温度和原料气体供应时间等生长条件，我们能够生长出具有镜面和良好结晶度的高质量碳化硅单晶。

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 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。

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》，。

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

H.MATSUNAMI：“利用气源 MBE 中的表面超结构进行立方 SiC 生长的原子层控制”非晶和结晶碳化硅 II：施普林格物理学报。