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本研究では、SiC単結晶の溶液成長時の溶液と合金成長結晶の界面で生じる界面現象を明らかにするため、高温の結晶成長界面の二次元視野観察と形状計測手法を確立することと、新規観察手法により結晶成長挙動を調査することを目標とした。
第一に、両面を鏡面とした4H-SiC結晶を0.1mm厚に加工して種結晶として用い、種結晶を通して界面に白色光を照射した際の反射光をとらえることで、10-100nmの高さのステップ群で形成される結晶成長進行中の界面構造の二次元視野観察に成功した。次に、赤色レーザーを照射した際の種結晶表裏での反射光の干渉を利用することで、10nm以上のステップの高さの計測と、成長に伴う結晶の厚み変化のその場計測を可能とした。さらに二次元視野と干渉像の同時観察が可能な光学系を構築し、ステップの水平移動と結晶の厚み変化の情報を組み合わせることで、2nmのステップ高さの計測が可能であることを示した。以上の観察を、成長温度1700℃まで可能とするための結晶成長装置を新規に開発した。
この観察手法を用いて、SiCの溶液成長界面の観察を系統的に行い、成長温度および溶媒系が界面構造に与える影響について調査を進めた。溶媒系をSi、Si-Cr、Fe-Si系とした際に、溶媒系毎でステップの異方性が異なり、界面の安定性に差異があることを明らかにした。また4H-SiC結晶上に3C-SiC結晶が核発生する現象を直接観察して発生核数を計測し、二次元核生成数と温度の関係を定量的に示すことにより、SiCの溶液成長における異種結晶核発生機構を提唱した。
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