SiC溶液成長法

概要

高温で液体となったSi系の融液に炭素を溶かし込み、上部に保持した種結晶の近傍を低温にして過飽和状態を作り、そこにSiCを析出させる結晶成長法である。種結晶を溶液上面から接触させる構成からトップシード溶液成長法とも呼ばれる。

技術的な要点

純粋なSi融液への炭素の溶解量は1800℃でも1原子%以下と小さく成長が遅いため、Si-TiやSi-Crなど炭素溶解度を高める合金溶媒が用いられる。溶液の縦方向に温度差を設け、種結晶近傍が低温領域となるようにすることで過飽和を作り出す。溶液成長は熱力学的な平衡状態に近い成長法であり、昇華再結晶法と相補的に位置づけられる。技術報告では、種結晶に含まれる基底面転位が成長結晶へ伝播せず、成長中に新たな基底面転位も発生しないこと、デバイスキラー欠陥である貫通らせん転位も低減できることが示されている。

産業での位置づけ

昇華法では制御が難しいドーピングや欠陥低減に対する解として研究が進み、パワーデバイス用基板の高品質化、とくに高耐圧用途の基板供給に関わる。

また溶媒組成を通じて不純物の取り込みを調整できるため、昇華法では難しいとされるp型のドーピング制御に対する選択肢としても検討されている。

他方で、溶媒に用いる合金の選定、坩堝材からの不純物混入、成長速度の確保、溶液内の対流と温度分布の制御が量産化に向けた課題となる。