Research on identification of diamond dislocations and its reduction

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02617
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30010:Crystal engineering-related
• Research Institution: Kwansei Gakuin University
• Principal Investigator: Shikata Shinichi 関西学院大学, 工学部, 教授 (00415689)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺地 徳之 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 (50332747)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ダイヤモンド / 転位 / X線トポグラフィ / パワーデバイス

Outline of Final Research Achievements

Diamond, a light element that has a very deep X-ray transmission with many forbidden diffractions, is a material whose dislocations are difficult to evaluate. In this research, we have developed an analysis method for the identification of "dislocations" that are indispensable for the realization of high-power power devices and various quantum devices. Using the <404> reflection mode of synchrotron radiation X-ray topography, we made a geometrical analysis of 3D information transfer to 2D film. As a result, we have developed a method to obtain the dislocation vector as variables of the incident angle/direction and Bragg angle. Using this, we identified the dislocation vectors and dislocation types with the Burgers vector information obtained by <404> and <113> information. We have made complete analysis of high-temperature and high-pressure synthetic substrates and vapor phase growth substrates, indicating the different mode of crystal growth.

Free Research Field

半導体

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

軽元素でＸ線侵入が深いダイヤモンドは、転位評価が困難な物質である。本研究では、放射光X線トポグラフィを用いて欠陥解析手法の開発を実施した。＜404＞反射モードを用いた計測情報を元に、転位ベクトルを解析する手法を開発した。また転位の種類を同定することが可能になった。各種の高温高圧合成や気相成長基板の転位を完全に同定し、結晶成長の様式が異なる事が明確になった。以上、転位を完全に把握する事が可能になり、よりよい結晶成長へのフィードバック、高出力パワーデバイスや各種量子デバイス実現に向けた転位の影響などの研究に適応することが可能になった。他の軽元素材料への波及も期待される。