放射光を利用したベルク・バレット法による

4HSiC 中の転位の観察
松

畑

洋

文
山
1)

口

博

隆
2)

傍やエピ膜中のみ，あるいはウエハ表面に作製されたパワー

.

は じ

め

に

デバイスの内部の格子欠陥を選択的に観察することが可能
で，ウエハの内部に多量に存在している転位や積層欠陥など

地球温暖化抑制を目的とした電力エネルギーの効率の良いのコントラストに妨げられないことである(2)．本手法では，利用が社会的に要請されている．日本全国の電力変換器を

転位などの格子欠陥の観察を目的としており像の分解能を向Si によるものから 4HSiC に置き換えると約 580万 kW ，原上させるため，ある程度平行性の良い入射 X 線を必要とし

子炉約 5 から 6 基分の電力の節約が見込まれ，4HSiC パワている．平行性を高めると入射 X 線の強度が落ちてしまーデバイスの開発が期待されている(1)．しかしながら，現在う．また斜入射のブラッグ・ケースで実験を行う場合，構造の 4HSiC ウエハは格子欠陥を含んでおり，またデバイスプ

因子が比較的小さな反射を利用しており反射強度が通常の透ロセスにより格子欠陥組織が変化したり，新たに格子欠陥が過の回折条件の場合と比較すると弱い．これらの実験の要請導入されることがある．デバイスプロセスによる格子欠陥組を満たすには，光源の強度が強いほど有利であり，放射光の織の変化や，それらのデバイス特性への影響を調べることは利用が現実的である．

重要である． X 線トポグラフ法は，ウエハの全面やデバイ

我々は SiC テクノロジーの産業化で問題となっている幾

ス全体に含まれている転位や積層欠陥などの格子欠陥の観察

つかの課題についてベルク・バレット法を応用して，有意義が容易に可能な手法である．我々は，単色化した X 線を用な示唆を得ることができた．それらの仕事の過程で，ベル

いて図に示す様な斜入射のブラッグ・ケースの X 線トポ

ク・バレット法で観察される転位のコントラストについて整グラフ法，いわゆるベルク・バレット法により，4HSiC ウ

理し，転位コントラストについてのルールをまとめたので本エハの表面近傍，エピ膜成長に伴う欠陥構造の変化，デバイ

稿で解説する．

ス内部の転位や積層欠陥とデバイスの特性との関係の調査を行ってきた．ベルク・バレット法の利点は，ウエハの表面近

.

実

験

実験は，高エネルギー加速器研究機構フォトンファクトリ
ー，あるいは九州シンクロトロン光研究センターで行い，Si(111) 2 結晶分光器による単色化を行った X 線を用い，コンピューター制御による 4 軸回転機構，3 方向平行移動機構を持つゴニオメーターを用いた．斜入射の条件では， X 線の波長と反射面を選択して，ウエハ表面からの X 線の侵入深さの調節が可能である(2) ．放射光を利用すると X 線の波
図1

放射光を利用したベルク・バレット法の実験の配置図．

長を任意に選択できるので，侵入深さが調節可能という意味
においても便利である．実験で利用した典型的な波長は

国立研究開発法人産業技術総合研究所 先進パワーエレクトロニクス研究センター1)上級主任研究員 2)主任研究員(〒3053568 つ
くば市梅園 111 中央第 2 事業所)
Observation of Dislocations by Synchrotron BergBarrett Xray Topography; Hirofumi Matsuhata and Hirotaka Yamaguchi (Advanced
Power Electronics Research Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba)
Keywords: BergBarrett Xray topography, 4HSiC, dislocation, Burgers vecters, synchrotron
2014年11月25日受理[doi:10.2320/materia.54.279]

ま て り あ 第54巻 第 6 号(2015)
Materia Japan

1 2̃ 1 8,

ラストが現れている(3)(7)．これらのコントラストの現れ方は

2̃ 1 1 8, 1 1̃ 0 8, 0 1̃ 1 8, 1 0 1̃ 8, 0008などである．これらの条

透過型電子顕微鏡の転位コントラストの消失や残留コントラ

件では， X 線の侵入深さは 5 mm 80 mm 程度で変化していス ト の議 論 と同 じ であ る ． 点 A 付近 で は転 位 の向 き z はる(2) ．本稿の X 線トポグラフでは， X 線強度の強い部分が[1̃ 1 0 0]方向を向く基底面刃状転位部であり，g を変化させ0.15 nm 前 後 ， 利 用 し た 反 射 は 1̃ 1̃ 2 8,

1 1 2̃ 8,

暗いコントラスト， X 線強度の弱い部分が明るいコントラても常に暗いコントラストを示している．点 D 近傍では転位

ストとして示されている．4HSiC のウエハには第一オリエの向き z は[1 1̃ 0 0]方向を向いている基底面刃状転位部であンテーションフラットが[1 1̃ 0 0]方向，第二オリエンテーシ

り，g を変化させても常に明るいコントラストを示している．

ョ ン フ ラ ッ ト が [ 1̃ 1̃ 2 0 ]方 向 に 付 け ら れ て い る ． ま た ，バーガース・ベクトル b ＝ 1 / 3 [ 1̃ 1̃ 2 0 ]か，あるいは b ＝[1 1 2̃ 0]方向へのステップフローによるエピ膜成長に適した

1/3[1 1 2̃ 0]に依存して，これらの点 A，あるいは点 D 近傍形状にするため， Si 面側のウエハ表面は[ 0 0 0 1 ]方向からでの基底面刃状転位部のうちいずれかの刃状転位部が ex-[1 1 2̃ 0]方向へ 8 度または 4 度あるいは微傾斜の角度でずれ

tra half plane の先端部に Si 原子が並ぶ Si コア刃状転位部

るように切り出されている．このため結晶方位は一意的に定であり，もう一つの基底面刃状転位部が extrahalfplane の義されていて，また容易に回折条件を合わせることが可能で先端部に C 原子が並ぶ C コアの刃状転位である．

ある．実験の詳細については文献(2), (6)に記載されている．

ベルク・バレット法で暗く観察される基底面刃状転位部
を，集束イオンビーム装置(FIB)で切り出し，透過型電子顕.


転位の観察結果

基底面転位半ループのコントラスト

微鏡高分解能像法で観察すると， extrahalf plane は表面側にはなくウエハの奥側に位置していることが分かった．このことより，暗いコントラストを示す基底面刃状転位は C コ

図(a), (b), (c)は，8 度傾斜のウエハの Si 面で観察されアの基底面刃状転位であり，一方，明るいコントラストを示た半ループ状の転位を示す．図 2(d )にこの転位の模式図をす基底面刃状転位は Si コアの基底面刃状転位であることが示す．点 A には貫通刃状転位が存在し，残りの部分は基底分かった(4) ． Hirth and Lothe の FS / RH convention のバー

面上に載っている基底面転位の半ループであり，点 D で表ガース・ベクトルの定義(5)(7) を用いると，図 2 で観察され面終端していると考えられる．転位の向き z を A1 → A2 → B

る半ループ状の基底面転位のバーガース・ベクトルは b ＝→ C → D と時計回りに定義した．図 2 ( c )の g ＝ 1̃ 1 0 8 の S

1/3[1 1 2̃ 0]と一意的に決定できる．

と表示している部分で転位のコントラストの消失が観察され以上より，放射光を用いたベルク・バレット法では，C コる．図 2(c )の点 S は，基底面転位の半ループのらせん転位

ア基底面刃状転位， Si コア基底面刃状転位，転位の向きが部と考えられ g･b＝0 の条件を満たし，コントラストの消失

バーガース・ベクトルと平行および反平行ならせん転位にはが g ＝ 1̃ 1 0 8 で観察されている．このことより，図 2 の半

コントラストに違いがあり，これらより基底面転位のバーガ

ループ状の転位のバーガース・ベクトルは±1/3[1 1 2̃ 0]のース・ベクトルの向きを比較的容易に決定できることが分かいずれかであることが分かる．また図 2(a) g＝1̃ 1̃ 2 8，(b)った．図に， b ＝ 1 / 3 [ 1 1 2̃ 0 ]の基底面転位のコントラス

g＝1 1 2̃ 8 では，点 S では転位線に沿って非対称なコントラトを示す．図 3(b )のバーガース・ベクトルと転位の向きがストが観察され，この非対称コントラストの逆転が観察され反平行な基底面らせん転位のコントラストは，転位の向きをる．図 2(a) g＝1̃ 1̃ 2 8 では右側が暗く左が明るい．図 2(b)図 3( a )の場合と同じに設定し，逆向きのバーガース・ベク

g＝1 1 2̃ 8 では右側が明るく左が暗い．このことより，基底トルをもつ基底面らせん転位と同一である．上記のルールを

面らせん転位部では転位に沿って非対称なコントラストが現用いると，任意のバーガース・ベクトルのコントラストを推れ，その非対称コントラストは， g ･ b ＞ 0 あるいは g ･ b ＜ 0

察することが可能なので，g･b 解析を行うことなく，一つあに依存して逆転が観察されることが分かる．図 2 の転位半

るいは二つの回折条件，例えば g ＝ 1̃ 1̃ 2 8 ，と 1 1 2̃ 8 の観

ループの A の部分と D の部分はバーガース・ベクトルの向察で，バーガース・ベクトルを一意的に決めることが可能な

きにほぼ直交しているので，これらの部分は基底面刃状転位

場合もあることが分かった(6)．

である．基底面刃状転位部は g･b＝0 を満足していてもg･(b×z)＝0 を満たしていないので，g＝1̃ 1 0 8 でもコント

図2




(a) g＝1̃ 1̃ 2 8，(b) 1 1 2̃ 8，(c) 1̃ 1 0 8 の回折条件で撮影したベルク・バレット法による観察像(6)．図中の白矢印は回折を起こしている逆格子ベクトルのウエハ表面に投影した向きを示す．

最近の研究




コントラストのメカニズム

上述の議論より，基底面らせん転位では基底面に平行な格子の歪みがコントラストを与えていることが考えられ，基底らの吸収の効果の違いによってもバックグラウンドより回折強度が強くなったり，弱くなったりすることが考えられる(9)．以上は基底面転位のコントラストについての定性的な考察である．

面刃状転位では主に c 軸方向の歪みがコントラストを与えて上記の基底面転位のコントラストとその考察はすべてウエいると考えられる．さらに，c 軸方向の歪みの向きが C コア

ハの Si 面側での観察を議論している． 4H SiC ウエハの Cと Si コアの基底面刃状転位では逆になっていることが考え面側での観察では， Si コア基底面刃状転位と C コア基底面

られる．

刃状転位のコントラストは逆転すると考えられる．

図は C コアと Si コアの基底面刃状転位の回りの歪みの状態を模式的に示す．c 軸方向の歪みの向きが逆になるよう

基底面転位と貫通刃状転位のコントラストに描いている．ベルク・バレット法に現れるこれらの基底面両端に貫通刃状転位を持つ基底面転位の観察像をそれぞれ転位の回りの明暗の歪みの成因について Huang らは結晶格6 つの異なるバーガース・ベクトルについて図に示す．転子の湾曲の効果で説明している(8)．湾曲の効果の他にも結晶位の模式図を(g)に示す．転位の向きは A1→A2→B→C1→C2

面間隔の変化や， X 線の吸収の効果なども取り入れて，なとする．図中の黒矢印はバーガース・ベクトルの向き．白矢

だらかに変化する歪みの効果として議論可能である(9)．図

印はウエハ表面への投影した g ＝ 1̃ 1̃ 2 8 の向きを示す．各はなだらかに歪みが変化する場合の分散面，発散点，ブロッ図で観察されている貫通刃状転位は独特のコントラストを示

ホ波の励起の状態を示している．図 5( a )は結晶に歪みが無している．図 6(b) b＝1/3[1̃ 1̃ 2 0]の基底面転位の右端の点いときの g ＝ 1̃ 1̃ 2 8 がブラッグ条件を満たしている状態を

D の貫通刃状転位部では明るい点の左上と右下に暗い小さ示している．C コア基底面刃状転位の回りの歪み場では局所的に図 5(b )に示すようにブロッホ波 1 の励起が大きくなると推察される． Si コア基底面刃状転位の回りの歪み場では局所的に図 5 ( c )に示すようにブロッホ波 2 の励起が大きくなると推察される． X 線回折ではブロッホ波 2 では吸収の効果が大きく，ブロッホ波 1 は吸収の効果が小さい．これ

図3

図5

g ＝ 1̃ 1̃ 2 8 の 回折 条件 を満 た して いる 時の b ＝
1/3[ 1 1 2̃ 0]の基底面転位ループの各部分のコントラストの模式図．(a)バーガース・ベクトルと転位の向きが平行な基底面らせん転位部，(b)バーガース・ベクトルと転位の向きが反平行な基底面らせん転位部，( c ) Si コア基底面刃状転位，(d) C コア基底面刃状転位．これらは観察像のス
ケッチ(20)．

図4(a) C コア基底面刃状転位と(b) Si コア基底面刃状転位のベルク・バレット法による観察像．g＝
1̃ 1̃ 2 8 での観察像．格子変位の模式図．図中の白矢印はウエハ表面へ投影した g ベクトルの向きを示している(6)．

(a)結晶に歪みが無く g＝1̃ 1̃ 2 8 がブラッグ条件を満たしている場合の分散面，発散点，ブロッホ波の励起の状態．(b) Si コア基底面刃状転位の回りの歪み場．ブロッホ波 1 の励起が大きくなると推察される．(c) Si コ
ア基底面刃状転位の回りの歪み場．ブロッホ波 2 の励起が大きくなると考えられる(6)．

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


図7

貫通刃状転位のコントラストの模式図．それぞれ
6 つの異なるバーガース・ベクトルについてのス
ケッチ．貫通刃状転位の向きは[ 0001 ]方向，紙面から飛び出す方向とする．図中の黒矢印はバー
ガース・ベクトルの向き．白矢印はウエハ表面への 投 影 し た g ＝ 1̃ 1̃ 2 8 の 向 き ． ( a ) b ＝ 1 / 3[ 1 1 2̃ 0 ] ， ( b ) b ＝ 1 / 3 [ 1̃ 1̃ 2 0 ] ， ( c ) b ＝ 1 / 3[ 2 1̃ 1̃ 0 ] ， ( d ) b ＝ 1 / 3 [ 2̃ 1 1 0 ] ， ( e ) b ＝ 1 / 3[1̃ 2 1̃ 0]，(f) b＝1/3[1 2̃ 1 0]の例(6)．

面転位に接続していない孤立した貫通刃状転位においても，転位の向きを定義した場合バーガース・ベクトルをそのコントラストより議論できることを図 6 は示している．
Si 面側の観察では貫通刃状転位の向きを[ 0 0 0 1 ]方向，

図6

基底面転位とその両端に貫通刃状転位が付いている転位．転位の模式図を(g)に示す．転位の向き
は A1→ A2→ B → C1 → C2 とする．それぞれ 6 つの異なるバーガース・ベクトルについて示している．図中の黒矢印はバーガース・ベクトルの向き．白矢印はウエハ表面へ投影した g ＝ 1̃ 1̃ 2 8の 向 き ． ( a ) b ＝ 1 / 3 [ 1 1 2̃ 0 ] ， ( b ) b ＝ 1 / 3[ 1̃ 1̃ 2 0 ] ， ( c ) b ＝ 1 / 3 [ 2 1̃ 1̃ 0 ] ， ( d ) b ＝ 1 / 3[ 2̃ 1 1 0 ] ， ( e ) b ＝ 1 / 3 [ 1̃ 2 1̃ 0 ] ， ( f ) b ＝ 1 / 3[1 2̃ 1 0]の例(6)．

つまり結晶の深い位置から表面，紙面から飛び出す方向に定義すると，g ＝1̃ 1̃ 2 8 の回折条件では， 6 つの異なるバーガ
ース・ベクトルをもつ貫通刃状転位のコントラストは図のように整理可能である．この回折条件では，( a ) b ＝ 1 / 3[1 1 2̃ 0]と(e) b＝1/3[1̃ 2 1̃ 0]のコントラストは類似しており，また，(b) b＝1/3[1̃ 1̃ 2 0]と(d) b＝1/3[2̃ 1 1 0]のコン
トラストも残念ながら，類似している．これらのまぎらわし
い貫通刃状転位のバーガース・ベクトルを分類するには，さらに他の回折条件での観察が必要である． g ＝ 1 1 2̃ 8 ， g ＝
1̃ 1̃ 2 8 のコントラストを比較すると，明確に区別が可能でなフリンジが観察される．また左端の点 F の貫通刃状転位
では明るい点の右上と左下に暗い小さなフリンジが観察される．同じバーガース・ベクトルを持つ貫通刃状転位だが，転ある(6)．


貫通らせん転位

位の向きの違いにより点 D と点 F での貫通刃状転位のコン

本稿中では， b ＝±[ 0 0 0 1 ]， b ＝±[ 0 0 0 1 ]＋ 1 / 3〈 1 1 2̃

トラストは異なっている．図 6(a) b＝1/3[1 1 2̃ 0]の基底面0〉， b＝±[0 0 0 1]＋〈 1 1̃ 0 0〉などの巨大なバーガース・ベ

転位の右端についている点 A 部貫通刃状転位の向きは紙面クトルを持ち(10)(12)，4HSiC の c 軸に近い方向に向きを持に侵入する方向に定義されている．一方，図 6 ( b ) b ＝ 1 / 3

つ転位を貫通らせん転位と呼ぶことにする．

[ 1̃ 1̃ 2 0 ]の基底面転位の左端の点 F の貫通刃状転位の向き

Si の 224 非 対 称 反 射 に よ っ て 平 行 化 さ れ た X 線 ， 波 長

は紙面から飛び出す方向に定義されている．これらの 2 つ

0.065 nm を，透過の配置つまりラウエ－ケースで 2̃ 0 2 0 反の貫通刃状転位は転位の向きが逆でバーガース・ベクトルの射を利用し，ブラッグ条件をすこしはずしたオフブラッグ条

向きも逆なので，転位の周りの歪み場は同じであり同様なコ

件で，撮影したトポグラフを図に示す(12) ．透過型電子顕

ントラストを示している．同様に，点 C と点 D の貫通刃状

微鏡像と類似の転位の像が観察されている．

転位のコントラストも同じものが観察されている．

図 8 の S1 および S2 は，貫通らせん転位と考えられる転同様に図 6(c)の b＝1/3[2 1̃ 1̃ 0]の点 G での貫通刃状転位

位のコントラストである． S1 では g ･ b ＝ 0 を満たすため貫と図 6(d) b＝1/3[2̃ 1 1 0]の点 L での貫通刃状転位のコント

通らせん転位の転位線そのもののコントラストは消失していラストはバーガース・ベクトルが逆であるにもかかわらず似るが，貫通らせん転位の両端のウエハ表面終端部では，転位ている．また，点 I の貫通刃状転位と点 J の貫通刃状転位のの回りの弾性応力が解放され格子歪みが新たに発生し暗いコ

コントラストは似ている．点 G, L の貫通刃状転位のコント

ントラストが観察されている．この表面での応力解放による

ラストは点 J, I のものとは似ていない．

コントラストは数10ミクロンの範囲に及んでいる．TE はウ

同様な特徴が図 6(e)と図 6(f)の間でも観察される．基底

エハの両面の終端部では，転位の回りの弾性応力の解放によ

最近の研究

る歪みのコントラストは明瞭には観察されていない．この転±[0 0 0 1]＋1/3〈1 1 2̃ 0〉であると考えられる(12)．このよう

位は貫通刃状転位であると考えられる．BP は基底面転位でなバーガース・ベクトル b ＝±[ 0 0 0 1 ]＋ 1 / 3〈 1 1 2̃ 0 〉を持ある． S2 と表示された転位はウエハの両面の終端部で弾性

つ転位の存在は，透過型電子顕微鏡を用いた収束電子回折法

応力の解放による格子の歪みによるコントラストがついていによっても確認されている(10) ．この転位は， 1 本の貫通らる．また，同時に TE と同じ線状のコントラストがついてい

せん転位と 1 本の貫通刃状転位が反応して形成されたもの

る こ と よ り ， S2 の 転 位 の バ ー ガ ー ス ・ ベ ク ト ル は b ＝と考えられる．貫通らせん転位と呼ばれている転位の中には，かなりの割合でこの転位が混在している．
図  の A, B, C, D … は ベ ル ク ・ バ レ ッ ト 法 に よ る g ＝
1̃ 1̃ 2 8 の反射で観察された貫通らせん転位のコントラストを示す．直径約 20 から数ミクロン程度の白いコントラストが観察されている．これらの貫通らせん転位のコントラスト
は，図 8 に観察されている貫通らせん転位のウエハ表面終端部で観察される格子の歪みを観察していると考えられる．
これらのコントラストより貫通らせん転位の存在の確認は可能だが，それらのバーガース・ベクトルを求めることは困難だと考えられる．
また，図 9 に示すように回折条件を変化させると貫通らせん転位のコントラストは複雑な変化を示す．それぞれの貫図8

図9

透過の配置，ラウエケースの X 線トポグラフ．
2̃ 0 2 0 の反射での観察．回折条件は 2̃ 0 2 0 反射
がブラッグ条件を満たす条件よりすこしはずした状態で撮影している．線状のコントラストの両端に暗いコントラストがついている貫通らせん転位 S2 ，暗いコントラストのみ観察され線状のコントラストがついていない S1．両端に暗い
コントラストがついていない線状のコントラス
トの TE(貫通刃状転位)，長い線状の BP(基底面転位)などが観察される．

通らせん転位は一般に正確に c 軸方向を向いておらず，貫通
らせん転位の向きの c 軸方向からのずれが，ウエハ表面終端部の歪み場へ影響を与えていると考えられ，それらの効果がベルク・バレット法での貫通らせん転位のコントラストの違いに影響を与えていると推察される．


ショックレー型基底面部分転位

4HSiC 結晶で作製されたバイポーラ系デバイスでは順方向に電流を流した時に， 30度 Si コア基底面部分転位は電子貫通らせん転位のコントラストの変化．(a) g＝1̃ 1̃ 2 8̃，(b) g＝1 1 2̃ 8̃，(c) g＝1̃ 1 0 8̃，(d) g＝1 0 1̃ 8̃，(e)g＝0 1̃ 1 8̃．図中の白矢印はウエハ表面に投影した回折ベクトルの向き．図の A, B, C, D, E, F. G. H. I, J は貫通らせん転位のコントラストを示す．

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Materia Japan

ホール対の消滅場所として働き消滅時のエネルギーにより拡張した後の Si コア 30度部分転位は左側， C コア 30度部分

30度 Si コア基底面部分転位が運動し，ショックレー型積層

転位は右側に位置している．一方，図 11 では，らせん転位

欠陥の拡大が起こり，電気抵抗が増大し，特性が劣化するとが拡張した後の Si コア 30度部分転位は右側， C コア 30度部言われている(13)(19) ．バイポーラ系デバイスの特性劣化と分転位は左側に位置している．図10, 11は，同じ b＝1/3[1 1転位構造との関係を調べる上で，ショックレー型部分転位が2̃ 0]のバーガース・ベクトルを持つ基底面らせん転位には拡どのようにベルク・バレット法で観察されるかを調べておく

張の仕方が 2 種類存在することを示唆している．

ことは重要である．
b ＝ 1 / 3 [ 1 1 2̃ 0 ]のバーガース・ベクトルを持つ基底面螺図に b＝ 1/ 3[ 1 1 2̃ 0]のバーガース・ベクトルを持つ転位ループの 2 つの拡張構造を示す．図12(a)の c1→d1 部はシ

旋転位は， g＝ 1 1̃ 0 8 の回折条件では g ･b＝ 0 を満たすため

ョックレー型積層欠陥の左側に Si コア30度部分転位が位置

コ ン ト ラス ト の 消失 が 観 察さ れ る のは 図 2 で 示 した ． 一

し e1 → f1 部はショックレー型積層欠陥の右側に C コア 30 度

方，基底面らせん転位部の拡張幅が広くなると g ＝ 1 1̃ 0 8

部分転位が位置している．この関係は，図12(a)の j1→i1 部，の回折条件でも明るいコントラストと暗いコントラストの転h1→g1 部も同じ位置関係になっている．図12(b)の f2→e2 部

位のペアの観察が可能である．図は， Hg Xe ランプを利はショックレー型積層欠陥の左側に C コア 30 度部分転位が用して，L 字状の基底面転位のらせん転位部に光をあて，基位置し d2→c2 部はショックレー型積層欠陥の右側に Si コア

底面らせん転位を 2 つの部分転位に分解させた状態をベル

30度部分転位が位置している．この関係は，図12(b)の i2→

ク・バレット法で観察した例を示す(20)．

j2 部， g2 → h2 部も同じ位置関係になっている．図 10 で観察

図10で観察される転位の向きを A1→B1→ E1→F1あるいはされる E1→F1 あるいは C1→D1 は図12(a)の e1→f1 部，c1→

A1→B1→C1→D1 と時計回り方向に定義すると本 L 字状の基d1 に対応すると考えられる．図11で観察される D2→C2 ある

底面転位は b＝1/3[1 1 2̃ 0]のバーガース・ベクトルを持つ．

いは F2→E2 は図12(b)の d2→c2，f2→e2 に対応すると同様に

A1→B1 は C コア刃状転位部である．g＝1 1̃ 0 8 では E1→F1

考えられる．

に沿っておおよそ暗いコントラストを示している． C1 → D1の 4 層の積層構造より成4HSiC の結晶構造では ABA ′C′に沿っておおよそ明るいコントラストを示している． E1 →り立っている．この積層構造では A 層の上下のすべり面にF1 は b＝1/3[1 0 1̃ 0]のバーガース・ベクトルを持つ C コア

b ＝ 1 / 3 [ 1 1 2̃ 0 ]のバーガース・ベクトルを持つ完全転位のの30度部分転位，C1→D1 は b＝1/3[0 1 1̃ 0]のバーガース・ベクトルを持つ Si コアの 30 度部分転位であると推察される．二つの部分転位に囲まれた部分がショックレー型積層欠陥である．
同じバーガース・ベクトルを持つ基底面転位のもう一つの拡張の例を次に示す．図で観察される転位の向きを D2→
C2 → B2 → A2 あるいは F2 → E2 → B2 → A2 と時計回り方向に定義すると本逆 L 字状の基底面転位のバーガース・ベクトルは b＝1/3[1 1 2̃ 0]である．B2→A2 は C コア刃状転位部である．図 9 と同様の議論により D2→C2 は b＝1/3[1 0 1̃ 0]のバ

図 11( a ) 逆 L 字状の b ＝ 1 / 3 [ 1 1 2̃ 0 ]基底面転位のら
せん転位部の拡張した状態．4HSiC エピウエハ
4 度オフ基板， Si 面の観察．図中の白矢印は表面に投影した g ベクトルの向き．(b) 模式図(20)．

図 12

b ＝ 1 / 3 [ 1 1 2̃ 0 ]のバーガース・ベクトルを持つ
転位ループの 2 種類の拡張の構造(20) ．転位の向き j は時計回りとする．

ーガース・ベクトルを持つ Si コアの 30度部分転位， F2→E2
は b＝ 1/3[0 1 1̃ 0]のバーガース・ベクトルを持つ C コアの30度部分転位と考えられる．図 10 と図 11で観察される転位は拡張前の完全転位の状態では，いずれも b＝ 1 /3 [ 1 1 2̃ 0 ]のバーガース・ベクトルを持つ．図 10 では，らせん転位が

図 10




( a ) L 字状の b ＝ 1 / 3 [ 1 1 2̃ 0 ]基底面転位のらせん転位部の拡張した状態．4HSiC エピ膜つきウ
エハ 4 度オフ基板， Si 面の観察．図中の白矢印
は表面に投影した g ベクトルの向き．( b ) 模式
図(20)．

最近の研究

拡張によりショックレー型積層欠陥が導入される時には図層の上下のすべり面
12(a)のタイプの構造が導入される．A′に b ＝ 1 / 3[ 1 1 2̃ 0 ]のバーガース・ベクトルを持つ転位の拡張によりショックレー型積層欠陥が導入される時には図 12(b)のタイプの構造が導入される(20)．b＝1/3[1 1 2̃ 0]のバー
ガース・ベクトルを持つ転位の拡張した転位ループが 2 種類存在するので 6 方向のバーガース・ベクトルの基底面転位に対応して，拡張を考慮した基底面転位ループは 12 種類存在する．
上記で議論されたバーガース・ベクトルと部分転位のコン
トラスト，およびショクレー型積層欠陥の形状との関係を事前に把握しておくと，バイポーラ系デバイスで問題となっている順方向特性劣化の原因となっている基底面部分転位のバーガース・ベクトルの同定も可能になる．バーガース・ベク
トルから各基底面転位を分類し，どのプロセスで導入された
基底面転位かの議論に示唆を与えると考えられる．

.

ま と

め

放射光を用いたベルク・バレット法を用いて 4HSiC 結晶
中の基底面転位，貫通刃状転位，貫通らせん転位，ショック
レー型基底面部分転位などを観察し，バーガース・ベクト
ル，転位の向き，転位コントラストの関係を議論した．基底面転位では， Si コア刃状転位， C コア刃状転位，バーガー
ス・ベクトルと転位の向きが平行な基底面らせん転位，反平行な基底面らせん転位のコントラストを整理した．また貫通
刃状転位のバーガース・ベクトルとコントラストの関係についても整理した．貫通らせん転位のコントラストについて議論した．ショックレー型部分転位のコントラストについても
Si コア， C コア成分を持つ部分転位を整理することができた．さらに 4HSiC の ABA′の積層の中のどの積層部に部C′分転位が存在するかを議論することができた．
ベルク・バレット法を SiC テクノロジーの産業化において問題となっている技術課題に応用し，本稿で示された知見をもとに，問題解決のためのいくつかの示唆を得ている(21)(26)．
本稿は，新エネルギー・産業技術総合開発機構プロジェク
ト「パワーエレクトロニクスインバーター基盤技術の開発」(20062008)の報告書より抜粋し加筆したものである．本内
容の一部は，加藤丈晴(JFCC)，幾原雄一(JFCC・東大)諸氏との共同の研究の成果を含んでいる．

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917.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
松畑洋文
1984年 九州大学大学院総合理工学研究科材料開発工学専攻 博士後期課程修了
現在，国立研究開発法人産業技術総合研究所先進パワーエレクトロニクス研
究センター所属，2013年 4 月より現職
専門分野電子顕微鏡，機能性化合物の微細構造★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

文献( 1 ) 石井 格工業技術，38(1997), 18
21.
( 2 ) 大野俊之博士論文，東京工業大学，(2006).
( 3 ) B. K. Tanner: Xray Diffraction Topography, Pergamon Press,(1976), 100102.
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ま て り あ 第54巻 第 6 号(2015)
Materia Japan

松畑洋文

山口博隆


