2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of equilibrium reaction mechanism of Si surface carbonization using CO gas
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16K20915
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
出浦 桃子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90609299)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | シリコン表面炭化 / 平衡反応 / シリコン基板 / 炭化ケイ素バッファ層 / 窒化物半導体成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，SiC-SiO2-CO系平衡反応を用いたSi基板の表面炭化によるSiC薄膜形成において，炭化メカニズムを解明し，高品質なSiC薄膜を得ることを目的としている．申請者は，Si基板上の窒化物半導体成長用バッファ層として，表面炭化という簡便な手法で形成したSiC薄膜を提案している．しかし，熱力学データベースから作成した相安定図による予測と実験結果が一致せず，炭化反応の精密な制御が困難であった．そこで本研究では，反応炉内ガス分圧の時間変化と到達値を詳細に測定し，炉内で生じている反応を正確に把握するとともに平衡定数と反応速度定数を定量的に求める．これにより，炭化メカニズムを包括的に明らか
にし，高品質SiC薄膜を得ることを最終目標としている．
平成29年度よりガス分圧測定および炭化実験のために設置した小型反応装置の加熱部・測温部の不具合・故障が相次いでおり，平成30年度も引き続き，ヒータおよび制御電気系の改造や，熱電対による測温方法の改良，外部への放熱抑制の検討，などを行った．実際のSi表面炭化温度まで昇温することは困難であると結論付け，比較的低温領域での炉内ガス分析のみの利用にとどめることとした．赤外吸収分光装置との配管接続を行い，分析実験環境を整備した．
一方，Si表面炭化実験は学外の研究協力研究室に設置の装置を利用して行った．さまざまな面方位・オフ角をもつSi基板を，複数の条件で炭化した．得られたSiC/Si基板上にGaNを成長した．ここで，SiCに対するGaNの濡れ性が低いことが知られており，濡れ性の向上にAl原料先行供給が有効である．Al原料分圧・供給時間を変化させたところ，表面平坦なSiC/Si基板上に最適なAl先行供給条件を用いて表面平坦かつ単一配向の連続GaN膜を得ることに成功した．
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