| 研究課題/領域番号 |
16106009
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉田 豊信 東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (00111477)
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| 研究分担者 |
幾原 雄一 東京大学, 工学部附属総合研究機構, 教授 (70192474)
近藤 高志 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教授 (60205557)
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| キーワード | cubic boron nitride / hexagonal boron nitride / UV emission / wide band gap / doping |
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| 研究概要 |
本年度はcBNのデバイス化における要素技術となるSi基板への直接成長手法の開発と伝導度制御の物理的機構の解明を目的として研究を行った。これらにより得られた知見は以下のようにまとめられる。
【堆積初期におけるcBN結晶核の方位観察】
高清浄雰囲気における水素プラズマを用いたSi基板前処理を通じて薄膜堆積を行うことにより、Si基板上においてcBNの結晶核を直接成長させることに成功した。断面TEM観察により(111)-(100)ステップを生成サイトとし、粒径3nm程度のcBN核が形成されていることを確認した。この結果は格子整合が困難であることから不可能であると言われていたcBNのSi上への核生成を実験的に示したものであり、cBN成長開始の物理的機構を解明する上で重要な知見を与えるものである。
【in-situドーピング手法の確立と伝導性の制御】
固体ドーパントをプラズマ中でスパッタさせる手法を開発することでSiとZnをcBN成長中にドープし、その濃度を制御することに成功した。ドーパント添加によりcBN核生成に遅れを生じる現象が観察されたが、in-situドーピングの手法を生かし、連続的なcBN薄膜成長が実現された後に不純物を添加することで、3 at%程度の濃度までsp3結合を保ったままのドーピングが可能であった。本手法より堆積されたZnドープcBN薄膜はZn濃度に応じた伝導度変化を示すことが確認され、cBN薄膜では初めてとなる電気伝導度制御が実証された。さらに、Zn濃度に応じて組成比がBリッチとなること、堆積中に過剰なNイオンを供給することでドープ効果が消失することが見出された。これらの結果はGaNなどの他のIII族窒化物元素では観察されていない、II族ドーパントの窒素置換による不純物順位形成を示すものである。
【薄膜X線解析】
これまで放射光を必要としたhBN/cBNの相同定を、最新の薄膜X線法により可能とした。
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