ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР 3C-SiC/15R-SiC

Предмет исследования. Приведены результаты исследований слоев 3C-SiC, полученных на монокристаллических подложках 15R-SiC методом сублимационной эпитаксии в вакууме.

Материалы и методы. В качестве подложки использовались кристаллы Лэли политипа 15R, рост производился на полярных С (0001) и Si (0001) гранях подложки. Температура роста составляла 1950–2000 С, а время роста – 10 мин. В качестве источника использовался коммерческий мелкозернистый порошок карбида кремния с диаметром зерна 10–20 мкм. Для характеризации выращенных эпитаксиальных слоев применялись следующие методы: катодолюминесценция, оптическая микроскопия и двухкристалльная рентгеновская дифрактометрия.

Основные результаты. Продемонстрирована возможность получения эпитаксиальных пленок 3C-SiC на подложке 15R-SiC методом сублимационной эпитаксии в вакууме. Показано, что, как и в случае использования подложки 6H-SiC, грань С является предпочтительной для гетерополитипного роста, поскольку на ней наблюдается более равномерный рост кубического политипа с малым процентом паразитных включений политипа подложки.

Практическая значимость. Сравнение результатов гетерополитипного роста 3C-SiC на подложках других политипов (6H-SiC, 15R-SiC, 4H-SiC) позволит наиболее полно понять механизм трансформации кристаллической решетки во время эпитаксиального роста и разработать теоретическую модель данного процесса.

1. Properties of Advanced Semiconductor Materials: GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe. Eds. M.E. Levinshtein, S.L. Rumyantsev, M.S. Shur. NY: John Wiley & Sons, 2001. 226 p.

2. Gorin S.N., Ivanova L.M. Cubic silicon carbide (3C-SiC): structure and properties of single crystals grown by thermal decomposition of methyl triclorosilane in hydrogen // Physica Status Solidi (B) Basic Research. 1997. V. 202. N 1. P. 221–245.

3. Nishino S., Powell J.A., Will H.A. Production of large area single-crystal wafers of cubic SiC for semiconductor devices // Applied Physics Letters. 1983. V. 42. N 5. P. 460–462. doi: 10.1063/1.93970

4. Nilsson H.-E., Englund U., Hjelm M., Belloti E., Brennan K. Full band Monte Carlo study of high field transport in cubic silicon carbide // Journal of Applied Physics. 2003. V. 93. N 6. P. 3389–3394. doi: 10.1063/1.1554472

5. Spry D.J., Trunek A.J., Neudeck P.G. High breakdown field P-type 3C-SiC schottky diodes grown on stepfree 4H-SiC mesas // Materials Science Forum. 2004. V. 457–460. P. 1061–1064.

6. Eriksson J., Weng M.H., Roccaforte F., Giannazzo F., Leone S., Raineri V. Toward an ideal Schottky barrier on 3C-SiC // Applied Physics Letters. 2009. V. 95. N 8. Art. 081907. doi: 10.1063/1.3211965

7. Eriksson J., Weng M.-H., Roccaforte F., Giannazzo F., Leone S., Raineri V. Demonstration of defect-induced limitation on the properties of Au/3C-SiC Schottky barrier diodes // Solid State Phenomena. 2009. V. 156– 158. P. 331–336. doi: 10.4028/www.scientific.net/SSP.156-158.331

8. Steckl A.J., Devrajan J., Tlali S., Jackson H.E., Tran C., Gorin S.N., Ivanova L.M. Characterisation of 3CSiC crystals grown by thermal decomposition of methyltrichlorosilane // Applied Physics Letters. 1996. V. 69. N 25. P. 3824–3826.

9. Bayazitov R.M., Khaibullin I.B., Batalov R.I., Nurutdinov R.M., Antonova L.Kh., Aksenov V.P., Mikhailova G.N. Structure and photoluminescent properties of SiC layers on Si, synthesized by pulsed ion-beam Интенсивность, отн. ед. Угол, град 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 –2000 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 2 3 3С-SiC(111) 15R-SiC 1 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 –5000 Интенсивность, отн. ед. 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 Угол, град 3 4 2 3С-SiC(111) 15R-SiC 15R, Том 15, № 1 64 treatment // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2003. V. 206. P. 984–988. doi: 10.1016/S0168-583X(03)00907-8 .

10. Yamanaka M., Daimon H., Sakuma E., Misawa S., Yoshida S. Temperature dependence of electrical properties of n- and p-type 3C-SiC // Journal of Applied Physics. 1987. V. 61. N 2. P. 599–603. doi: 10.1063/1.338211

11. Lebedev A.A. Heterojunctions and superlattices based on silicon carbide // Semiconductor Science and Technology. 2006. V. 21. N 6. P. R17–R34. doi: 10.1088/0268-1242/21/6/R01

12. Lebedev A.A., Zamoryanskaya M.V., Davydov S.Yu., Kirilenko D.A., Lebedev S.P., Sorokin L.M., Shustov D.B., Scheglov M.P. A study of the intermediate layer in 3C-SiC/6H-SiC heterostuctures // Journal of Crystal Growth. 2014. V. 396. P. 100–103. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2014.03.030

13. Булат П.В., Лебедев А.А., Макаров Ю.Н. Исследование возможности выращивания объемных кристаллов карбида кремния политипа 3С для силовых приборов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. № 3 (91). С. 64–69.

14. Chien F.R., Nutt S.R., Yoo W.S., Kimoto T., Matsunami H. Terrace growth and polytype development in epitaxial β-SiC films on α-SiC (6H and 15R) substrates // Journal of Materials Research. 1994. V. 9. N 4. P. 940–954.

15. Ikeda M., Matsunami H., Tanaka T. Site effect on the impurity levels in 4H, 6H and 15R SiC // Physical Review B. 1980. V. 22. N 6. P. 2842–2854. doi: 10.1103/PhysRevB.22.2842

16. Suzuki A., Matsunami H., Tanaka T. Photoluminescence due to Al, Ga, and B acceptors in 4H-, 6H-, and 3CSiC grown from Si Melt // Journal of the Electrochemical Society. 1997. V. 124. N 2. P. 241–246.

17. Clemen L.L., Devaty R.P., MacMillan M.F., Yoganathan M., Choyke W.J., Larkin D.J., Powel J.A., Edmond J.A., Kong H.S. Aluminium acceptor four particle bound exciton complex in 4H, 6H, and 3C SiC // Applied Physics Letters. 1993. V. 62. N 23. P. 2953–2955. doi: 10.1063/1.109627

18. Yoganathan M., Choyke W.J., Devaty R.P., Neudeck P.G. Free to bound transition-related electroluminescence in 3C and 6H SiC p+ -n junctions at room temperature // Journal of Applied Physics. 1996. V. 80. N 3. P. 1763–1767

. 19. Choyke W.J., Patrick L. Luminescence of donor-acceptor pairs in cubic SiC // Physical Review B. 1970. V. 2. N 12. P. 4959–4965. doi: 10.1103/PhysRevB.2.4959

20. Алтайский Ю.М., Авраменко С.Ф., Гусева О.А., Киселёв В.С. Краевая фотолюминесценция кубического карбида кремния // Физика и техника полупроводников. 1987. Т. 21. С. 2072.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License