2018 Fiscal Year Annual Research Report
ＭＯＣＶＤ法による遷移金属ダイカルコゲナイドの成長技術開発とフォトニクス機能探索
| Project/Area Number |
17H03241
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
佐久間 芳樹 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, グループリーダー (60354346)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池沢 道男 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30312797)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 遷移金属ダイカルコゲナイド / 層状物質 / MOCVD / 量子閉じ込め / 励起子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
H30年度は、前年度に有用性を確認したMoO2Cl2やWOCl4といった6族元素のオキシクロライド原料とH2Sを用いた独自の MOCVD法を使って、MoS2やWS2の薄膜成長技術の開発をさらに推進した。
まず、MoS2の成長技術の高度化を図るため、成長核形成やライプニングなど素過程の制御を試みた。具体的には、成長圧力やH2S流量がMoS2の成長核形成に与える影響を詳細に調べ、H2S流量が比較的少ない条件下では小さな単結晶グレインが凝集した連続膜ができやすいこと、逆にH2S流量が多くなると、比較的大きなサイズの三角形ドメインがSiO2基板上に分離して形成される傾向があることを見出した。また、MoS2膜からのPL強度がH2S流量が多い条件ほど増加することを確認した。次に、MoS2と同様の実験をWS2でも行った。その結果、核形成過程における成長圧力やH2S流量の影響がWS2でも同様に観測され、一般性のある現象であることを確認した。PL強度についても、MoS2と同様にH2S流量の増加により非常に強いPL発光が観測された。なお、MoS2およびWS2の室温PLのピークはそれぞれ1.88eVと2.00eV付近にあり、中性励起子発光と解釈できる。このことは、MOCVDで成膜した2次元結晶が極めて高品質であることを示唆している。
単結晶基板上のMoS2やWS2のエピタキシャル成長については、サファイア基板を大気中でアニールして表面ステップを作るための実験環境の整備を進めたほか、tetragonalな結晶構造を持つγ-LiAlO2のc軸格子定数がMoS2の格子定数の約2倍であることに着目し、この基板上にMoS2成膜実験を行うため基板の入手を完了し、実験準備を整えた。
さらに、以上とは別にアルミノシリケートガラスを基板に用いた実験を行い、MoS2やWS2の単結晶ドメインサイズが数ミクロン級まで大きくなることを見出した。これは極めて重要かつ期待度の高い結果であり、今後の詳細な実験的調査が必要である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
MoO2Cl2やWOCl4など遷移金属のオキシクロライド系原料ガスを用いるMOCVD成長法の有用性がさらに明らかになってきた。これに加えて、アルミノシリケートガラスを基板に用いる成長手法でも新たな進展がみられ、今後の展開に大きな期待が持てるため。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は、昨年度に引き続き、遷移金属元素のオキシクロライド系原料ガスを使ったMOCVD方式のTMDC薄膜成長技術の開発を進める。特に、昨年度の研究において、多量のNa2O成分を含んだアルミノシリケートガラスを成長基板として用いることで、MoS2やWS2の成長速度が増大するとともに、単結晶ドメインサイズが大きくなる兆候を見出した。本年度は、この現象をさらに追及して再現性や制御性を確認するとともに、成長技術としての価値を見極める。
また、これまでの研究で明らかになってきたMOCVD法におけるTMDCの核成長過程に関する知見をもとに、微小なTMDCの単結晶ドメインを実現し、個々の単結晶ドメインの光学特性を調べる。これにより、横方向の量子閉じ込め効果の実現可能性について検討を加える。
さらに、サファイアやGaN、LiAlO2などの単結晶基板上へのMoS2やWS2の成長を行い、基板とのエピタキシャル関係について考察し、今後の展開可能性や技術的問題点を明らかにする。
|
Research Products
(4 results)
