2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of basic process for fabrication of large single crystals of hexagonal boron nitride in wafer shape
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18K04231
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
原 和彦 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80202266)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 六方晶窒化ホウ素 / 化学気相法 / 薄膜 / 固有励起子発光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
六方晶窒化ホウ素（h-BN）の、インチサイズのウエハ状単結晶を作製するための基本プロセスを、化学気相法（CVD）をベースに開発することを目的として研究を実施した。得られた結果・知見は以下の通りまとめられる。
１．基板加熱方式の改良によるh-BN薄膜の特性改善：気相中での原料ガス間の反応の抑制が大きな課題であったが、その制御の試みとして、まず従来のホットウォール型基板加熱方式から局所基板加熱を併用するハイブリッド型へ変更した。その結果、周囲温度を下げることにより薄膜を構成するグレイン径が増大し、横方向成長を妨げる気相反応生成物の発生が抑制されることを確認した。さらにガス温度の低下を図るため、局所基板加熱のみのコールドウォール型へと改良した。その設計においては、ガス温度に加えガス流を制御することも膜成長の最適化のための重要な要素であるという前段階の実験の知見を活かし、ガス流に対する基板の角度を精密に設定できるようにした。コールドウォール型CVD装置で作製した試料では、結晶性および発光特性がさらに向上した。副次的な効果として、ヒーター材をグラファイトからタングステンへ変えたことに起因する炭素不純物混入の大幅な低減も達成した。
２．Si基板上へのh-BN薄膜の成長：提案するウエハ状単結晶作製プロセスの第一段階として、c面サファイアに代えてSi(111)基板上へのh-BN薄膜の成長を試みた。成長条件の最適化を図った結果、Si基板上においてもサファイア基板と同等の膜構造のc軸配向したh-BNの成長が確認された。カソードルミネッセンス測定では、Si基板上の薄膜としては初めて固有励起子発光を観測し、Si基板上へも良質なh-BN薄膜を作製できることを示した。
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Research Products
(2 results)
