レーザーアブレーションによるダイヤモンド薄膜のホモエピタキシャルおよびヘテロ成長

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750015
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 吉武 剛 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (40284541)
• キーワード: ダイヤモンド / レーザーアブレーション / 薄膜 / ホモエピタキシャル / 酸素 / 物理気相成長 / 成長機構 / グラファイト

研究概要

現在ダイヤモンド薄膜は様々な方法で作製されているが、そのほとんどが化学気相成長法(CVD法)によるものである。しかし化学気相成長法では700℃以上の基板温度が必要なこと、生成膜に水素が残留するなどの課題を抱えている。そこで本研究では高純度な膜を低温で作製可能な方法として着目されているレーザーアブレーション(PLD)法によりダイヤモンド薄膜の作製を試みた。ダイヤモンドの成長は核発生と膜成長から成る。化学気相成長法では膜成長条件はすでに明らかにされ、現在はヘテロ成長を実現するために核発生条件が様々な方法を用いることにより盛んに研究されている。一方、PLD法ではまだどちらも解明されていない。そこで我々はまず、膜成長条件の解明、すなわちホモエピタキシャル成長を最初に行った。酸素雰囲気中におけるグラファイトターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりホモエピタキシャル成長の条件をほぼ明らかにした。様々な膜作製制御パラメータに対する膜成長の変化から、レーザーアブレーション法におけるダイヤモンド薄膜成長メカニズムについてなど、以下に示す多くの知見が得られた。
(1)レーザーパルスの繰り返し周波数がダイヤモンド薄膜成長に及ぼす影響を調べ、膜成長モデルを提案した。
(2)様々なダイヤモンド配向基板への膜作成を試み、各々の配向基板についての膜成長機構を明らかにした。
(3)ダイヤモンドパウダーをシーディングしたSi、Sic基板に対して、ダイヤモンド結晶が多数析出したアモルファスカーボンとの混相膜が得られるようになった。ヘテロ成長への第一歩である。

研究成果

• [文献書誌] Tsuyoshi Yoshitake et al.: "The influence of the repetition rate of laser pulses on the growth of diamond thin films by pulsed laser ablation of graphite"Diamond Related, Mater. (in press). (2003)
• [文献書誌] Tsuyoshi Yoshitake et al.: "Consideration of Growth Process of Diamond Thin Films in Ambient Oxygen by Pulsed Laser Ablation of Graphite"Applied Surface Science. 30. 352-356 (2002)
• [文献書誌] Tsuyoshi Yoshitake et al.: "The Roles of ambient oxygen and substrate temperature on growth of diamond thin films by pulsed laser deposition"International Journal of Modern Physics B. 16. 825-829 (2002)
• [文献書誌] 吉武 剛: "レーザーアブレーション法による高品質ダイヤモンド状炭素およびダイヤモンド薄膜の作製"日本板硝子研究助成会報告書. 20. 40-44 (2002)
• [文献書誌] Tsuyoshi Yoshitake et al.: "Homo-Growth of Diamond Single Phase Thin Films by Pulsed Laser Ablation of Graphite"Jpn, J, Appl, Phys. 40. 573-575 (2001)
• [文献書誌] 吉武 剛: "ArFエキシマレーザーを用いたPLD法によるダイヤモンド薄膜のホモ成長"電気学会 光・量子デバイス研究会資料. 44-46 (2001)
• [文献書誌] 吉武 剛: "レーザーアブレーション法を用いたダイヤモンド薄膜のホモ成長"電離気体実験施設報告書. 11. 34-35 (2001)