Step unbunching phenomenon on 4H-SiC (0001) surface during hydrogen etching

水素エッチング中の4H-SiC(0001)表面のステップアンバンチング現象の発見

榊原 涼太郎*; Bao, J.*; Yuhara, Keisuke*; 松田 啓太*; 寺澤 知潮   ; 楠 美智子*; 乗松 航*

Sakakibara, Ryotaro*; Bao, J.*; Yuhara, Keisuke*; Matsuda, Keita*; Terasawa, Tomoo; Kusunoki, Michiko*; Norimatsu, Wataru*

ステップバンチング現象の逆であるステップアンバンチング現象について報告する。4H-SiC(0001)表面を高温でアニールすると、隣接するステップの運動の速度が異なるためにステップバンチングが生じ、数ナノメートル以上の高さのステップが生じる。本研究ではAr/H雰囲気中での水素エッチングによって得られたステップが、その後低温でアニールされると、より低い高さのステップに「アンバンチング」されることを見出した。この「束にならない」現象は、エネルギー論と動力学との間の競合の結果としてうまく説明できる。本発見は、水素エッチングによるSiCの表面平滑化のための別のアプローチを提供し、SiCパワーデバイスや二次元材料成長技術全般への応用に重要な洞察を与える可能性がある。

We here report a step unbunching phenomenon, which is the inverse of the phenomenon of step bunching. When a 4H-SiC (0001) surface is annealed at a high temperature, step bunching arises due to the different velocities of the step motion in adjacent steps, resulting in steps with a height of more than several nanometers. We found that the bunched steps, thus, obtained by hydrogen etching in an Ar/H atmosphere were "unbunched" into lower height steps when annealed subsequently at lower temperatures. This unbunching phenomenon can be well explained by the consequence of the competition between energetics and kinetics. Our findings provide another approach for the surface smoothing of SiC by hydrogen etching and may give significant insight into the application of SiC power devices and two-dimensional materials growth techniques in general.