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논문KCI 등재

혼합 소스 HVPE 방법에 의한 4H-SiC 기판 위의 육각형 Si 에피층 성장

Growth of hexagonal Si epilayer on 4H-SiC substrate by mixed-source HVPE method

김석환|이원재|박선우|이재학|문수현|안형수|양민|김경화|전영태|이삼녕|구상모
한국결정성장학회 (The Korea Association Of Crystal Growth, Inc.)|2023.04|한국결정성장학회지 (Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology)|제33권 제2호|pp. 45-53|DOI 10.6111/JKCGCT.2023.33.2.045

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Hexagonal SiCubic SiSiCMixed-source HVPERaman shift
주제분류재료공학

초록

4H-SiC 기판 위의 Si 성장은 전력 반도체, 바이폴라 접합 트랜지스터 및 광전자 공학에서 매우 유용한 재료로서 광범위한 응용 분야를 가지고 있다. 그러나 Si와 4H-SiC 사이에 약 20%의 격자 불일치로 인해 4H-SiC에서 매우 양질의 결정 Si를 성장시키는 것은 상당히 어렵다. 본 논문에서는 혼합 소스 수소화물 기상 에피택시 방법을 이용하여 4H-SiC 기판에서 성장한 Al 관련 나노 구조체 클러스터에 의한 육각형 Si 에피층의 성장을 보고한다. 4H-SiC 기판 위에 육각형 Si 에피층을 성장시키기 위해 먼저 Al 관련 나노 구조체 클러스터가 형성되고 Si 원자를 흡수하여 육각형 Si 에피층이 형성되는 과정을 관찰하였다. Al 관련 나노 구조체 클러스터와 육각형 Si 에피층에 대하여 FE-SEM 및 라만 스펙트럼 결과로부터 육각형 Si 에피층은 일반적인 입방정계 Si 구조와 다른 특성을 가지는 것으로 판단된다.

Abstract

The growth of Si on 4H-SiC substrate has a wide range of applications as a very useful material in power semiconductors, bipolar junction transistors and optoelectronics. However, it is considerably difficult to grow very fine crystalline Si on 4H-SiC owing to the lattice mismatch of approximately 20 % between Si and 4H-SiC. In this paper, we report the growth of a Si epilayer by an Al-related nanostructure cluster grown on a 4H-SiC substrate using a mixedsource hydride vapor phase epitaxy (HVPE) method. In order to grow hexagonal Si on the 4H-SIC substrate, we observed the process in which an Al-related nanostructure cluster was first formed and an epitaxial layer was formed by absorbing Si atoms. From the FE-SEM and Raman spectrum results of the Al-related nanostructure cluster and the hexagonal Si epitaxial layer, it was considered that the hexagonal Si epitaxial layer had different characteristics from the general cubic Si structure.

참고문헌 (40)

  1. J. Millan, "A survey of wide bandgap power semiconductor devices", IEEE Trans. Power Electron, 29, pp.2155~ (2014)
  2. X. She, "Review of silicon carbide power devices and their applications", IEEE Trans. Ind. Electron, 64, pp.8193~ (2017)
  3. K. Tachiki, "Mobility improvement of 4H-SiC(0001)MOSFETs by a three-step process of H2 etching, SiO2 deposition, and interface nitridation", Appl. Phys. Express, 14(3), pp.03100~ (2021)
  4. T. Kobayashi, "Design and formation of SiC(0001)", SiO2 interfaces via Si deposition followed by low-temperature oxidation and high-temperature nitridation, 2020, pp.13, 091003~
  5. J. P. Henning, "Electrical characteristics of rectifying polycrystalline silicon", silicon carbide heterojunctions, 1998, pp.27, 296~
  6. S. Nishida, "Correlation between the electrical properties of p-Si", n-4H-SiC junctions and concentrations of acceptors in Si, 2015, pp.54, 030210~
  7. N. Shigekawa, "Transport characteristics of minority electrons across surface-activated-bonding based p-Si", n-4H-SiC heterointerfaces, 2018, pp.57, 02BE04~
  8. L. Li, "Electrical and photoelectric properties of p-Si", n+-6H-SiC heterojunction non-ultraviolet photodiode, 2012, pp.48, 1227~
  9. F. Triendl, "Si", 4H-SiC heterostructure formation using metal-induced crystallization, 2021, pp.128, 105763~
  10. A. Perez-Tomas, "Characterization and modeling of n-n Si", Si C heterojunction diodes, 2007, pp.102, 014505~
  11. C. Yang, "The epitaxial growth of(111)oriented monocrystalline Si film based on a 4 : 5 Si-to-SiC atomic lattice matching interface", Mater. Res. Bull, 47, pp.1331~ (2012)
  12. L. Xie, "Preferential growth of Si films on 6H-SiC(0001)C-face", Appl. Surf. Sci, 261, pp.88~ (2012)
  13. S. Fan, "First-principles study on Si(-220)", 6H-SiC(0001)interface, 2014, pp.177, 20~
  14. Jr, R.H. Wentorf, "Two new forms of silicon", Science, 139, pp.338~ (1963)
  15. B. R. Wu, "First-principles study on the high-pressure behavior of the zone-center modes of lonsdaleite silicon", Phys. Rev. B, 61, pp.5~ (2000)
  16. S. Q. Wang, "First-principles study on the lonsdaleite phases of C, Si and Ge", J. Phys.: Condens. Matter, 15, pp.L197~ (2003)
  17. A. Fissel, "Formation of twinning-superlattice regions by artificial stacking of Si layers", J. Cryst. Growth, 290, pp.392~ (2006)
  18. H. I. T. Hauge, "Hexagonal silicon realized", Nano Lett, 15(9), pp.5855~ (2015)
  19. F. Fabbri, "Visible and infra-red light emission in Boron-doped wurtzite silicon nanowires", Sci. Rep, 49, pp.3603~ (2014)
  20. M. Amato, "Crystal phase effects in Si nanowire polytypes and their homojunctions", Nano Lett, 16, pp.5694~ (2016)
  21. T. -H. Cheng, "Phonon-assisted transient electroluminescence in Si", Appl. Phys. Lett, 104, pp.261102~ (2014)
  22. K. P. Homewood, "Light from Si via dislocation loops", Materials Today, 8, pp.34~ (2005)
  23. J. J. Wierer Jr, "III-nitride photonic-crystal light-emitting diodes with high extraction efficiency", Nature Photon, 3, pp.163~ (2009)
  24. P. R. Tavernier, "Two-step growth of high-quality GaN by hydride vapor-phase epitaxy", Appl. Phys. Lett, 77, pp.1804~ (2000)
  25. T. Paskova, "Influence of growth rate on the structure of thick GaN layers grown by HVPE", J. Crystal Growth, 208, pp.18~ (2000)
  26. H. S. Ahn, "Characterization of AlGaN layer with high Al content grown by mixed-source HVPE", Phys. Stat. Sol. (a), 202, pp.1048~ (2005)
  27. 김경화, "혼합소스 수소화물기상 성장법에 의한 수직 구조 발광 다이오드의 에피층 특성", 새물리, 70(4), pp.315~321 (2020), 한국물리학회[DOI]
  28. Z. He, "Direct evidence of 2H hexagonal Si in Si nanowires", Nanoscale, 11, pp.4846~ (2019)
  29. H. Olijnyk, "Structural phase transitions in Si and Ge under pressures up to 50 GPa", Phys. Lett. A, 103, pp.137~ (1984)
  30. C. C. Yang, "Temperature-pressure phase diagram of silicon determined by Clapeyron equation", Solid State Comm, 129, pp.437~ (2004)
  31. F. J. Lopez, "Silicon nanowire polytypes : Identification by Raman spectroscopy, generation mechanism, and misfit strain in homostructures", ACS Nano, 5(11), pp.8958~ (2011)
  32. C. Raffy, "Properties of hexagonal polytypes of group-IV elements from first principles calculations", Phys. Rev. B, 66, pp.075201~ (2002)
  33. J. Crain, "Reversible pressure-induced structural transitions between metastable phases of silicon", Phys. Rev. B, 50, pp.13043~ (1994)
  34. G. Lucazeau, "Micro-Raman analysis of residual stresses and phase transformations in crystalline silicon under microindentation", J. Mater. Res, 12, pp.2262~ (1997)
  35. S. Piscanec, "Raman spectroscopy of silicon nanowires", Phys. Rev. B, 68, pp.241312~ (2003)
  36. Y. X. Zhang, "Raman microspectroscopy study on the ground surface of monocrystalline silicon wafers", Key Eng. Mater, 304-305, pp.241~ (2006)
  37. H. Jian, "Growth and morphology modulation of needle-like silicon nanowires for SERS application", Rare Metal Mater. Eng, 44(11), pp.2692~ (2015)
  38. C. Fasolato, "Crystalline, phononic, and electronic properties of heterostructured polytypic Ge nanowires by Raman spectroscopy", Nano Lett, 18, pp.7075~ (2018)
  39. S. Nakashima, "Raman in vestigation of SiC polytypes", Phys. Stat. Sol. (a), 162, pp.39~ (1997)
  40. A. A. Lebedev, "Radiation Defects in Hetero-structures 3C-SiC", 4H-SiC, 2019, pp.9, 115~

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