リフトオフによる半導体ダイヤモンド単結晶薄膜の作成と物性評価

• Project/Area Number: 12750281
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Kochi University of Technology
• Principal Investigator: 八田 章光 高知工科大学, 工学部, 助教授 (50243184)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2001: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2000: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: ダイヤモンド / 半導体ダイヤモンド / 単結晶薄膜 / リフトオフ / ホモエピタキシャル成長 / イオン注入法

Research Abstract

マイクロ波プラズマCVD装置(既設)を用いて、メタン水素混合ガスを原料とし、高温高圧合成ダイヤモンドIb型の基板上に気相ホモエピタキシャル成長を行なった。イオン注入深さは水素などの高速軽イオンで最大4〜5μm程度であり、これより厚いホモエピタキシャル成長層を作製する必要がある。しかも高品質なダイヤモンドを成膜するため、メタンの濃度を0.5%に低下させることにより成長速度を約0.5μm/hまで低下させ、約10時間の成長を行った。
高速イオン源(既設5MeVイオン散乱分光装置)を使用し、シミュレーションに基づいてヘリウムの高速イオンを注入した。数μm程度の深い位置に欠陥層が形成されたことを確認するため、走査型電子顕微鏡を用いて電子線で励起して、カソードルミネッセンス分光法(大阪大学に既設の設備を借用)などにより深さ方向の欠陥分布を測定した。イオン注入後のダイヤモンドは窒素と欠陥の複合センターによる発光が著しいことが明らかになり、成膜中の窒素低減が課題であることがわかった。
メタンを0.025%以下の超低濃度に希釈すると、成長速度は激減するが、不純物も低減されるという結果が報告されていることから、低濃度で高速成長を得るための新しい合成法として、直流とマイクロ波を複合して供給する新しいCVD方法を用いてエピタキシャル成長に取り組んだが、これまでのところ高品質なエピタキシャル成長が得られていない。成長条件のうち、圧力を数10kPaに上げることが必要と考えている。リフトオフについては、十分な結晶性や膜厚の試料が準備できなかったことと、水素イオン源の電流が十分でなかったため実現できなかった。