多層SiC量子ドット形成とその物性評価

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05257
• Research Institution: Aichi Institute of Technology
• Principal Investigator: 竹内 和歌奈 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (90569386)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 五島 敬史郎 愛知工業大学, 工学部, 教授 (00550146) ; 岩田 博之 愛知工業大学, 工学部, 教授 (20261034)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: SiC / BN / SiC/BN積層 / SiCドット

Outline of Annual Research Achievements

量子ドットは電子を量子ドット内に閉じ込めることで、電子の状態は孤立した原子と同じような離散的なエネルギーレベルをもつ。この特徴化を生かし、高効率の観点からレーザーでの実用化の他、多岐に渡る応用が検討されている。その中で、我々のグループは熱化学気相成長法でビニルシラン原料を用いたシリコン カーバイド（SiC）層とボロンナイトライド（BN）層を多層に積層することで、SiCの量子ドット化を見出した。しかし、SiC量子ドットの報告は少なく、積層構造では報告がない。また、ドット化の作製条件についても十分な知見が得られていない。
我々の手法では、BN層とSiC層の交互堆積ではBN層はトリスジメチルアミノボラン(TDMAB)とアンモニア(NH3)ガスを混合して形成し、SiC層はビニルシランのみで形成している。コロナ禍で装置が直せず、試料作製が滞る中で、ドット化条件を見出すため、昨年度から表面エネルギーに着目して研究を進めてきた。
本年度は異なる下地基板上にSiCを堆積し、基板表面の表面エネルギーとSiC堆積後の粒の状態について調べた。用いた基板はBN、SiO2、Si,、4H-SiC、Al2O3、AlNでそれらの基板に対して水との接触角測定を行い、基板の表面エネルギー（表面張力）の関係がBN＞SiO2, Si, 4H-SiC, Al2O3 > AlNである知見を得た。表面エネルギーがほぼ同じ基板では同様な粒形状が得られた。一方でAlNでの粒は大きくなった。この傾向から見ると、改めて、BN上が小さな粒となりやすいためキーであることがわかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

我々の手法では、BN層とSiC層の交互堆積ではBN層はトリスジメチルアミノボラン(TDMAB)とアンモニア(NH3)ガスを混合して形成し、SiC層はビニルシランのみで形成している。コロナ禍で装置が直せず、試料作製が滞る中で、ドット化条件を見出すため、昨年度から表面エネルギーに着目して研究を進めてきた。既に作製済みの試料（SiC層、BN層、SiC/BN層）に対して表面状態を調べた結果、BN層形成後３次元成長が起こり、SiC層のみでは平坦であった。BN上にSiCを積層すると表面が平坦化することから、BNとSiCの表面エネルギーの大小関係が明確になり、表面エネルギーのコントロールが必要であることが改めて分かった。その上で、本年度は様々な基板（BN、SiO2、Si,、4H-SiC、Al2O3、AlN）上にSiCを堆積し、表面エネルギーと粒形状の評価を進めてきた。その中で、BNが適していることも分かってきた。BNでもc-BNとh-BNの比率の違いによっても表面エネルギーが異なることも分かってきたため、それらを作りわけ、表面エネルギーとBN上に積層したSiCの状態を更に調べていくことが必要であることが分かった。

Strategy for Future Research Activity

ようやく装置が再稼働できるようになったので、下地のBNの状態（h-BN、c-BN）、SiC膜の形成条件（成長温度、ガス、降温条件）を振りながら、新たな試料を作製し、表面エネルギーと表面形態に着目しつつ、積層化した試料では、ベンディングによる膜応力、断面の透過型電子顕微鏡で粒の状態を確認しながら、発光ルミネッセンス評価と照らし合わせて、成長条件、メカニズムを明らかにするとともに、その物性を明らかにする。

Causes of Carryover

本研究を遂行するにあったって、測定機器として使用していた装置が壊れたため、修理を行った。