2018 Fiscal Year Annual Research Report
Homoepitaxial growth of hexagonal boron nitride on high quality HPHT substrates
| Project/Area Number |
17H02748
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
渡邊 賢司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (20343840)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 結晶成長 / 結晶工学 / 格子欠陥 / 半導体超微細化 / 二次元原子層材料 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、高純度かつ低欠陥な六方晶窒化ホウ素単結晶エピタキシャル膜を成長するために、高温高圧法により成長した六方晶窒化ホウ素単結晶を保持基板に剥離転写し、これを基板とするホモエピタキシャル技術の開発を行い、発光特性に関して理論と実験の相違が著しい六方晶窒化ホウ素の電子励起状態の解明につながる知見を得ると同時に、横方向 (ラテラル) 成長モードの促進による新しい配向性薄膜の大面積成長条件の探索をおこない、二次元原子層材料を用いた新しいデバイス応用の創成のための基礎を形成することである。本年は、大面積化を図るためにホモエピタキシャル基板となる高温高圧法による単結晶基板に着目し、その成長様式を明らかにするために、成長結晶面および不純物の取り込みの様子を顕微鏡および紫外発光顕微鏡を用いて観察した。顕著に見られるc面以外では、単結晶の成長面は比較的表面原子密度の低い面からなっていることから、高温高圧法による単結晶の成長速度が非常に低いことが裏付けられた。また、不純物（主に炭素）を含む領域は、高温高圧法による高純度単結晶によく観測される。この領域は、不純物からの紫外発光（波長320 nm近傍）をイメージングすることにより明瞭に観測できる。c面からの発光は、主に結晶中心に六角形の不純物領域があることを示している。この不純物領域は、二次元原子層物質の基板として応用する時に二次元原子層物質の電子状態に影響を及ぼす可能性があることが報告されているが、これを基板とする気相成長によるオーバーグロースによりバンド端励起子発光が強い高純度な結晶表面へ回復できることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまで高温領域でホモエピタキシャル成長が良好に行われることを見出していたが、高温条件を必須とするために装置のメンテナンスが難しい。本年度は、試料ホルダ部分をモジュール化して効率的に交換ができるようにしたが、1回の成長で試料ホルダがうけるダメージが大きく、成長実験回数が限られてしまう問題がある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、再び気相成長に立ち戻り種々の成長条件下（基板温度、供給ガス圧力、成長圧力）におけるホモエピタキシャル成長における高温高圧単結晶の成長様式の観察を行い、成長モードの制御を試みる。高温高圧法による単結晶では、ラテラル成長が可能であると期待される二つの面が存在することが本年度の研究により明らかとなった。そこで自形の現れている単結晶を種結晶として、それぞれの面に気相成長して、成長速度、表面状態などを観察および評価して新しい知見をうる。このような研究を進めていく上では、試料ホルダ部分への熱的負担を解消する必要がある。そこで試料ホルダにより熱的ダメージを与えないように加熱機構を見直す以下の装置改造を行う。
（1）予備加熱レーザーの入射方向および放射温度計モニター窓の位置などを検討し配置の最適化を図り、加熱用レーザー入射フランジを作製、導入する。
（2）予備加熱レーザーによる加熱は局所加熱のために試料ホルダへの熱的ダメージは比較的少ない。そこで本加熱の抵抗加熱とレーザー加熱の負荷割合を変えて、ホルダへの熱的負担を軽減する。
このようにして得られた気相成長薄膜の光学特性や表面形態を紫外発光顕微鏡、カソードルミネッセンス装置、顕微ラマンマッピング装置、原子間力顕微鏡などを用いて調べ、結晶成長条件との対応を図り効率的に高品位・大面積の単結晶成長を探索する。
|
