SiC単結晶の各種多形に関して,DFT法により,バルクエネルギー,各結晶表面での静的表面エネルギー,ドーパントを考慮した場合の速度論的表面吸着エネルギーを定量的に解析した。 4H-SiCを安定に成長させるためには,C終端面にて,Nドープを行うことで,最表面吸着層は4層周期構造を維持することでエネルギー安定化を満たすことが分かった。これは,n型4H-SiCの安定成長条件につながる。一方で,Alドープを行った場合,p型4H-SiCの安定成長条件に通じるが,C終端面,およびSi終端面ともに4層周期構造ではなく,6層周期構造でエネルギー安定化が満たされることが分かった。 なお,ドーパントを考慮しない清浄系では,C終端面,Si終端面ともに,6層周期構造でエネルギー安定化が満たされることが分かった。 結果,4H-SiCを安定に成長させる条件としては,C終端面,Nドープ条件が唯一である。一方で,実際の昇華法によるSiC結晶成長条件の気相と表面の関係を過飽和度と表面エネルギーで解析した結果,成長速度を大きくするために高温・低圧環境にすると,6Hと4Hの形成エネルギー差が小さくなり,多形の不安定化が起こりえることが分かった。 総合的には,現状では,4H-SiC成長は,C終端面を成長表面とし,Nドープを行いながら,低温・高圧で低速成長させることが,唯一の安定条件となっている。
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