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

김경화; 박선우; 문수현; 안형수; 이재학; 양민; 전영태; 이삼녕; 이원재; 구상모; 김석환

doi:10.6111/jkcgct.2023.33.2.045

[국내논문] 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 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.33 no.2, 2023년, pp.45 - 53

김경화 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 박선우 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 문수현 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 안형수 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 이재학 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 양민 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 전영태 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 이삼녕 (한국해양대학교 나노반도체공학과) , 이원재 (동의대학교 신소재공학부) , 구상모 (광운대학교 전자재료공학과) , 김석환 (안동대학교 자연과학대학 물리학과)

초록
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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 ▼ AI-Helper

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 mixed-source 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.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of a mixed-source HVPE for the growth of hexagonal Si crystals on 4H-SiC substrate: (a) mixedsource HVPE system, (b) schematic diagram of a cross section of a graphite boat, (c) schematic diagram of gas flow.
그림 Fig. 2. Predicted results of the internal pressure change of the graphite boat used for growing hexagonal Si crystals on 4H-SiC substrates: (a) pressure change vs. depth of the substrate susceptor, (b) pressure change vs. growth temperature.
그림 Fig. 3. Step-by-step FE-SEM results of hexagonal Si epitaxial layers grown on 4H-SiC substrates: (a) formation of nanostructures, (b) Al-related nanostructure clusters, (c) enlarged of Al-related nanostructure clusters, (d) hexagonal Si microcrystals formed in groups of polygonal shapes, (e) polygonal shapes, (f) lateral growth, (g) formation of hexagonal Si islands, (h) hexagonal Si epilayer, (i) hexagonal Si epitaxial layer grown on 4H-SiC substrate.
그림 Fig. 4. Schematic diagram of the growth mechanism interpreted based on the observed experimental results: (a) formation of nanostructures, (a-1) enlarged schematic diagram of Al-related nanostructure clusters, (b) formation of hexagonal Si microcrystals, (b-1) enlarged schematic diagram of hexagonal Si microcrystals, (c) hexagonal Si microcrystals formed in groups of polygonal shapes, (c-1) enlarged schematic diagram of polygonal shapes, (d) formation of hexagonal Si islands, (d-1) enlarged schematic diagram of hexagonal Si islands, (e) hexagonal Si epitaxial layer grown on 4H-SiC substrate.
그림 Fig. 5. EDS spectra of the hexagonal Si epitaxial layer growth process by mixed-source HVPE: (a) Al-related nanostructures, (b) Alrelated nanostructure clusters.
그림 Fig. 6. Raman spectra of the Al-related nanostructures grown on 4H-SiC substrate for growth time: (a) 210 minute and (b) 32 minute. Inset shows the optical microscope image of the Al-related nanostructure cluster.
그림 Fig. 7. FE-SEM mapping results of hexagonal Si epilayers on 4H-SiC substrate.
그림 Fig. 8. Raman spectra of the hexagonal Si epilayer grown on 4H-SiC substrate: (a) hexagonal Si epilayer, (b) Raman spectra of the hexagonal Si epilayer, (c) 4H-SiC substrate, (d) Raman spectra of the 4H-SiC substrate, Inset shows the Lorentz fitting of Raman spectrum of the hexagonal Si epilayer.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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