サファイア基板上大面積超平坦ダイヤモンド単結晶薄膜の新合成法の確立

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450118
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 吉本 護 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (20174998)
• 研究分担者: 垣花 真人 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (50233664)
• キーワード: サファイア基板 / ダイヤモンド / 薄膜 / 超平坦 / レーザーアブレーション

研究概要

(1)-表面平坦ダイヤモンド薄膜成長用基板の原子レベル表面超平坦化-
良質の大型酸化物単結晶が得られ易いサファイア(α-Al2O3)を基板として取り上げ、適当な雰囲気中で高温アニール処理を施して、原子レベル超平坦化の有無を原子間力顕微鏡を用いて調べた。
(2)-ダイヤモンド薄膜作製用パルスレーザーエピタキシー成膜装置の作製-
従来のダイヤモンド薄膜作製に利用されてきたCVD法やスパッタ法とは違い、ダイヤモンドの核形成機構を根本的に変えるために、本研究ではカーボン原料種のパルス的供給が可能な、パルスレーザーアブレーションを利用した成膜装置を、既存の成膜装置に改良を加えて作製した。パルスレーザーエピタキシー法により、紫外線レーザーを固体ターゲットに照射して薄膜原料を飛ばしエピタキシャル(単結晶)薄膜を堆積した。
(3)-サファイア基板上へのダイヤモンド薄膜成長-
ターゲットには、高純度グラファイトおよび、よりダイヤモンド核形成を促進するために、Ni,やFeを混入したグラファイトを用いた。レーザーとしては、紫外光エキシマレーザー(既存装置)を利用した。原子レベルで平坦なサファイア基板上に、グラファイトをターゲットとしたパルスレーザーアブレーションにより、600℃以下の低温においてダイヤモンド薄膜成長を行い、最適な酸素圧力、基板温度、基板-ターゲット間距離、レーザー周波数の条件を探った。
(4)-酸素中でのグラファイトアブレーション過程の分光学的研究-
酸素中でのグラファイトレーザーアブレーションにより生じる発光柱(プルーム)の分光学的研究を行った。即ち、プルームの時間分解、および位置分解の発光分光測定を行い、ダイヤモンド結晶成長に及ぼす酸素分圧の影響を定量的に調べた。

研究成果

• [文献書誌] M.Yoshimoto,K.Misuno and T.Miyahara: "Atomic-scale Control of Oxide Substrate Surface/Termination and Novel Heteroepitaxial Growth"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 587. 1-12 (2000)
• [文献書誌] K.Iwahori,S.Watanabe,M.Kaw,M.Yoshimoto: "Nanoscale Compositon Analysis of Atomically Flat SnTiO_3(001) Friction Force Microscope"J.Appl.Phys.. 88. 7099-7103 (2000)
• [文献書誌] M.Sumiya,S.Nakamura,S.F.Chichibu,M.Yoshimoto: "Structural analysis of In_xGa_<1-x>N Single quantum Wells by CAICISS"Appl.Phys.Lett.. 77. 2512-2514 (2000)
• [文献書誌] M.Ishida,Y-C.Jung,M.Yoshimoto: "Effect of Al pre-deposition Layer on the Epitaxial Growth of Silicon on Al_2O_3/Si(111) Substrates"Thin Solid Films. 369. 134-137 (2000)
• [文献書誌] 吉本護,大西剛: "表面科学"日本表面科学会. 71-80(9) (2000)