二次元核発生頻度の制御による双晶が無い立方晶の炭化ケイ素成長

• Project/Area Number: 23560367
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 畑山 智亮 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (90304162)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2012: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2011: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 炭化ケイ素 / 半導体 / 結晶工学

Research Abstract

立方晶炭化ケイ素は物理的な性質から200度以上でも使える半導体材料であるが、双晶と呼ばれる結晶欠陥が高密度で存在するためデバイス作製に向けて立方晶基板の高品位化が望まれている。本研究では基板に微細な凹凸を設け、成長初期における二次元結晶核の発生頻度を制御する。そして双晶の発生を抑制した立方晶の炭化ケイ素基板の成長とそれを使って電子デバイスを試作、評価する事を目的とする。
立方晶の炭化ケイ素は種佶晶や基板は市販されていない。昇華法を用いて作成した六方晶炭化ケイ素基板を用いる。六方晶と立方晶の結晶構造は異なるが、格子定数と熱膨張係数が同じなので格子不整合の心配はない。六方晶と立方晶では積層順序が異なるため、六方晶基板を使うと双晶を含む立方晶炭化ケイ素が必ず成長する。双晶の発生を抑制するため、まず六方晶基板を微細加工して表面に凹凸構造を作る。凸構造上部の限られた領域に生えた立方晶の二次元結晶核をもとに立方晶炭化ケイ素を成長する。成長初期の過飽和度を下げて結晶核の数を少なくして双晶の発生密度を抑制し大面積の立方晶炭化ケイ素を成長する。
三フッ化塩素、塩素・酸素混合ガス、臭化水素、など種々のハロゲンガスを用いて炭化ケイ素表面の微細加工を行った。マスク材を用いて選択エッチングすることにより凹凸構造の作成に成功した。凸構造中央付近では基板に関係した六方晶炭化ケイ素が得られたが、凸構造周辺部には目的とする立方晶炭化ケイ素が成長しているのが確認できた。成長条件によっては最表面が全て立方晶炭化ケイ素で構成されている部分が得られ、その部分の双晶の有無を解析した。成長温度を低下させると立方晶が得られる確率は増加するが核発生密度が増えるため単一部の面積が小さくなる。素子寸法を踏まえた成長条件の最適化が必要である。熱酸化により形成された酸化膜を用いてMOS構造を作成し界面の電子状態を評価した。

Research Products

• [Journal Article] Comparison of etch pit shapes on off-oriented 4H-SiC using different halogen gases (2013)
  • Author(s): T. Hatayama, T. Tamura, H. Yano and T. Fuyuki
  • Journal Title: Materials Science Forum Volume: 740-742 Pages: 589-592
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single etch-pit shape on off-angled 4H-SiC(0001) Si-face formed by chlorine trifluoride (2012)
  • Author(s): T. Hatayama, T. Tamura, H. Yano, and T. Fuyuki
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 51
  • NAID: 210000072509
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 塩素系ガスによるSiCのプラズマレス・エッチング (2012)
  • Author(s): 畑山 智亮、堀 良太、田村 哲也、矢野 裕司、冬木 隆
  • Journal Title: 信学技報 Volume: 116 Pages: 7-12
• [Journal Article] Shape control of trenched 4H-SiC C face by thermal chlorine etching (2012)
  • Author(s): H. Koketsu, T.Hatayama, H. Yano, and T. Fuyuki
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 51 Issue: 5R Pages: 051201-051201
  • DOI: 10.1143/jjap.51.051201
  • NAID: 40019280119
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 光学的および回折法によるSiC結晶多形の解析 (2013)
  • Author(s): 畑山 智亮、矢野 裕司、冬木 隆
  • Organizer: SiC及び関連半導体研究 第22回講演会
  • Place of Presentation: 埼玉会館、埼玉県さいたま市
• [Presentation] 熱エッチング速度のSiC結晶面方位依存性 (2011)
  • Author(s): 田村哲也、畑山智亮、纐纈英典、矢野裕司、冬木隆
  • Organizer: 第20回SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会
  • Place of Presentation: 愛知県 産業労働センター
• [Presentation] 異なるﾊﾛｹﾞﾝｶﾞｽを用いたSiCの熱エッチング特性
  • Author(s): 畑山 智亮、堀 良太、矢野 裕司、冬木 隆
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同支社大学、京都府京田辺市
• [Presentation] ハロゲン系ガスにより熱エッチングされた炭化ケイ素の表面形状
  • Author(s): 畑山 智亮、田村 哲也、矢野 裕司、冬木 隆
  • Organizer: 第73回応用物理学学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学、愛媛県松山市
• [Presentation] フッ素系および塩素ガスを用いた炭化ケイ素の熱エッチング
  • Author(s): 畑山 智亮、堀 良太、田村 哲也、矢野 裕司、冬木 隆
  • Organizer: 第21回SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会
  • Place of Presentation: 大阪市中央公会堂、 大阪市北区中之島1-1-27
• [Presentation] 塩素系ガスによるSiCのプラズマレス・エッチング
  • Author(s): 畑山 智亮、堀 良太、田村 哲也、矢野 裕司、冬木 隆
  • Organizer: シリコン材料・デバイス研究会 (SDM)
  • Place of Presentation: 京都大学 桂キャンパス、京都市西京区
• [Remarks] 研究紹介 - SiCグループ -
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/fuyuki/
• [Remarks]
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/fuyuki/index.html