液相エピタキシーとは何ですか?

液相エピタキシー (LPE) は、固体基板上の融液から半導体結晶層を成長させる方法です。

SiC の独特の特性により、単結晶の成長が困難になります。大気圧ではSi:C=1:1の液相が存在しないため、直引法や下降るつぼ法などの半導体産業で使用されている従来の成長方法は適用できません。理論計算によれば、成長プロセスでは、溶液中で化学量論比 Si:C=1:1 を達成するために、105 atm を超える圧力と 3200°C を超える温度が必要です。

液相法は熱力学的平衡条件に近く、より高品質のSiC結晶を成長させることができます。

温度はるつぼ壁付近で高く、種結晶では低くなります。成長プロセス中、黒鉛るつぼは結晶成長のための C 源を提供します。

1. るつぼ壁の高温により C の溶解度が高くなり、急速に溶解します。これにより、大幅な C の溶解により、るつぼの壁に C 飽和溶液が形成されます。

2. かなりの量の C が溶解した溶液は、補助溶液の対流によって種結晶の底部に向かって輸送されます。種結晶の温度の低下は C の溶解度の低下に対応し、低温端での C 飽和溶液の形成につながります。

3. 過飽和の C が補助溶液中の Si と結合すると、SiC 結晶が種結晶上でエピタキシャル成長します。過飽和のCが沈殿すると、対流を伴った溶液がるつぼ壁の高温端に戻り、Cが溶解して飽和溶液が形成されます。

このプロセスが複数回繰り返され、最終的に完成した SiC 結晶が成長します。