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本研究は、次世代パワーデバイス材料として期待される炭化ケイ素（SiC）について、従来の溶液法とは異なり、Siを含まない金属溶液にSiCセラミックを溶解させ、SiおよびCが連続的に溶け出した溶融金属からの結晶育成を行う。充填したセラミック分のSiC単結晶を溶剤金属を通じて再結晶により得ることで、従来のSiC溶液成長の壁を打破し、結晶の大型化、長尺化に挑む。3年の研究期間で溶融金属とSiおよびCの溶解度と溶解速度、4H-SiC結晶成長の安定性、再現性の観点から、この結晶育成に適した金属溶剤および成長条件の最適化を、信州大学既存の設備で検討する。
平成30年度は、平成29年度までに溶媒として適正があることが確認された高温融点金属であるCrに対して、溶質となるSiCセラミックスの形状を変えた実験と、CrにAlを添加することによる成長表面の平坦化および成長速度に与える影響について検討した。
SiCセラミックスの形状は、カーボンるつぼに接触する円筒型と、接触しない凹型の2種類について実験した。その結果、円筒型ではるつぼからの過剰な炭素原子の溶解により溶媒中のグラファイト形成を引き起こすことがわかり、一方で凹型ではシリコンと炭素原子がほぼ等量溶解し、SiCの成長に適していることがわかった。また、Alを添加することにより、成長表面のマクロステップ高さを5分の1の0.1μm程度に抑制することができ、平坦化に寄与することがわかった。Alを20mol添加した溶媒ではAl-C化合物が形成され、SiCの成長が阻害されることを確認し、10mol%添加の溶媒で最大の成長厚さを実現した。
以上のことから、Siを含まない金属溶媒によるSiC溶液成長が可能であり、Al添加により平坦化、高品質化できること実証した。ただし、当初目標としていた直径2インチサイズへの大形化には至らず、今後の課題となった。
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