R=–1/4[0001]のフランク型積層欠陥
図9-4はR=c/4[0001]のフランク型部分転位の放射光ベルク・バレットX線トポグラフ像です。図9-4aのABCの部分は四面体の層が1層余剰に存在している余剰型のフランク型積層欠陥です。積層欠陥の縁に存在しているフランク型部分転位に沿って非対象コントラストが観察され、この非対称コントラストはgベクトルを変えても変化しません。図9-2の説明文でも書きましたが、基底面転位の非対称コントラストはgベクトルを変えるとコントラストの逆転が観察されましたが、このフランク型部分転位の場合、コントラスト逆転は観察されず、基底面転位のコントラストとは異なる特徴を示しています。この特徴は図9-2の欠損型のフランク型部分転位と同じ特徴ですが、違いもあります。図9-2の欠損型のフランク型積層欠陥の場合、積層欠陥側のコントラストが暗く完全結晶側のコントラストが明るいコントラストを示していますが、図9-4の余剰型のフランク型積層欠陥の場合、積層欠陥側のコントラストが明るく、完全結晶側のコントラストが暗いコントラストを示しています。非対称コントラストのつき方が逆になっています
この積層欠陥の縁にあるフランク型部分転位の断面観察試料をFIBで作製して走査透過型電子顕微鏡で観察したところR=c/4[0001]の変位ベクトルを持つ事が観察されました。これは、フランク型積層欠陥の上側の結晶を固定して、下側の結晶をR=c/4[0001]だけ変位させている欠陥構造だという事を示しています。下側の結晶を下側にc/4だけ変位させると四面体1層分の空間が生成されますが、そこには余剰な四面体1層分を新たに入れ込んだ状態を考えます。
図9-4のフランク型部分転位ABの断面を走査透過型電子顕微鏡で観察すると余剰型のフランク型積層欠陥の隣接した層にショックレー型積層欠陥が3枚さらにおまけに導入されているところが観察されました。フランク型部分転位はb=1/4[0001]なので基底面成分はありませんし、また新たに導入された3枚のショックレー型部分転位のバーガース・ベクトルは相殺されていると考えられます。余剰型積層欠陥の形成エネルギーは大きいことが想像され、ショックレー型積層欠陥を3枚同時導入するくらいのエネルギーは誤差範囲なのかもしれません。フランク型積層欠陥に近接した基底面で多数枚のショックレー型積層欠陥がおまけについてくることは実はよく観察されています。数多くの透過型電子顕微鏡による断面の観察を行うといろいろなオプションの多数枚のショックレー型積層欠陥をお供に連れたフランク型積層欠陥が観察されると思います。このようなフランク型積層欠陥とお供についてくる多数枚のショックレー型積層欠陥の複合体は以前よりバーシェイプ欠陥と呼ばれています。これは顕微PL法でこのような欠陥を観察すると、棒状のコントラストの欠陥が観察されることが多いからです。
図9-2の説明で述べたように、我々の観察は、g=1128, 1128, 1108, 1108….などですが、これらの回折条件では、フランク型部分転位のコントラストは観察されていますが、フランク型積層欠陥のコントラストは観察されません。反射の指数h1h2h3lのlが8になっているためR=-c/4[0001]の変位では、2πg・R = -4π =2nπなのでコントラストは現れません。また多数枚のショックレー型積層欠陥がおまけについていても、この積層欠陥の場合、最終的に変位ベクトルRの基底面成分は無いのでそれらのショックレー型積層欠陥コントラストは観察されていません。今回、示したこれらのフランク型積層欠陥の像は、フランク型積層欠陥のコントラストそのものが消失する回折条件で観察しているので、フランク型積層欠陥のコントラストを説明するには、適切な像ではありませんでした。10年以上前の昔のデーターで、公開されているデーターを使って説明しました。これらの像そのものはフランク型積層欠陥のコントラストを見ることを目的として撮影されているのではなく、市販されているエピ層つきウエハの質をモニターすることを目的として撮影されたデーターです。しかし、フランク型部分転位の像コントラストがどのようなルールに従って現れるのかについては、説明できたのではと思います。
次回は、放射光ベルク・バレットX線トポグラフ法を応用した例として、4H-SiCのウエハの表面研磨とエピ層成長後に問題となる潜傷の問題についての説明と,これに関連した問題として、ウエハ表面近傍の転位などの格子欠陥の見え方についての説明について解説したいと思います。
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