| 研究課題/領域番号 |
21K18913
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
毛利 真一郎 立命館大学, 理工学部, 准教授 (60516037)
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| 研究分担者 |
荒木 努 立命館大学, 理工学部, 教授 (20312126)
藤井 高志 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 教授 (60571685)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | ファンデルワールスエピタキシー / モアレ超格子 / リモートエピタキシー / 結晶成長 / 窒化物半導体 / グラフェン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ダングリングボンドを持たないグラフェン上の結晶成長（ファンデルワールスエピタキシー）では、従来の半導体エピタキシャル成長と異なり、格子整合の制約を受けにくい特徴があるが、逆に、核生成の制御や面内方向の拡散を制御することが難しいという問題点がある。
本研究では、グラフェンを2枚重ねた際に生じる『モアレ超格子』と呼ばれる長周期のポテンシャル変調構造を駆動力とすることで上記困難を克服することを目指す。グラフェン同士や基板とグラフェンとの積層角度を変えることで、モアレ超格子の周期やポテンシャル高さを制御し、吸着（核生成）や原子マイグレーションなどの結晶成長因子にどう影響するかを明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
ダングリングボンドを持たないグラフェン上の結晶成長（ファンデルワールスエピタキシー）では、従来の半導体エピタキシャル成長と異なり、格子整合の制約を受けにくい特徴があるが、逆に、核生成の制御や面内方向の拡散を制御することが難しいという問題点がある。本研究では、グラフェンを2枚重ねた際に生じる『モアレ超格子』と呼ばれる長周期のポテンシャル変調構造を駆動力とすることで上記困難を克服することを目指している。
今年度は、引き続きMBE法を用いたツイスト2層グラフェン上への窒化物半導体結晶成長の研究を進めるとともに、CVD法を用いたツイスト2層h-BN上へのグラフェン結晶成長の研究にも取り組んだ。
MBE法によるInN結晶成長において、積層角度が異なると成長する結晶の個数が変化する傾向があることを示す結果を得たが、TEM観察で積層角度を決定できたサンプル数が少なく、角度依存性を議論するに至らなかった。グラフェン自体の質（ドメイン境界の数の過多）に加え、窒素プラズマによるダメージがTEM観察を困難にするという問題があることがわかってきた。
そこで、ダメージの入りにくいCVD法を用いた研究にターゲットを変更し、ツイスト2層h-BN上へのグラフェン結晶成長をスタートした。2層h-BN上にナノグラフェンを成長できることを確認できており、学会報告も行った。h-BNは転写が難しいという問題もあるが、かなり条件最適化ができるようになってきた。
これらの研究とともに、窒化物半導体へのグラフェンやMoS2の直接成長に関する研究も進め、化合物半導体と原子層材料とのファンデルワールスエピタキシー全般のメカニズムについて様々知見を得ており、関連する学会発表を9件報告した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
MBE装置のプラズマセルが不良で、その修理のために半年近く研究が止まった。その結果、予定していた結晶成長の研究が十分に行えなかった。特に、MBE成長時の窒素プラズマによるダメージを抑える方法を色々試したが、まだ、有効な方法を見つけられていない。初期の金属供給のみでもラマンスペクトルに大きな変化があることがわかってきたため、その角度依存性を調べる研究に多くの時間を費やしたことも、研究が計画通りに進んでいない理由である。
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| 今後の研究の推進方策 |
MBE法の結晶成長の研究に加えて、CVD成長での研究とを両方進めることで、研究を加速させることを目指す。CVD法での結晶成長は、グラフェンに加え、酸化物半導体やMoS2などの結晶成長ができる装置を立ち上げており、今後は、ダメージの少ない結晶成長法で角度依存性を検証したい。
MBE法での結晶成長の研究では、従来進めてきたInNは平衡蒸気圧が低く結晶成長が難しいことが知られている。そこで、より結晶成長が容易なGaNやInGaNの結晶成長を検討したい。
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