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本研究では、二次元層状半導体の一種である二硫化モリブデン(MoS2)のディスプレイ応用を目的として、有機金属気相成長法(MOCVD)による高品質MoS2薄膜低温作製手法の確立について研究を行っている。本研究ではモリブデン原料としてi-Pr2DADMo(CO)3、硫黄原料として(t-C4H9)2S2を選定して用いた。成膜条件の最適化として、成膜時のモリブデン及び硫黄原料分圧に着目し調査した結果、モリブデンに対し硫黄を300倍の量で供給すると膜厚制御性が飛躍的に向上することが解明された。また、成膜環境の最適化としてCVD特有の原料の吹き付け分布を制御するため、原料のプロセスチャンバー導入に3元系同軸導入管を用いた。大面積基板上への均一なガス吹き付け分布達成に必要なガス流量比を探索することで3 cm角SiO2/Si基板上への均一成膜を実現した。既存の研究で検討されてこなかったこれら成膜パラメータを用いた膜厚分布、成膜面積の制御は本研究の特色の一つである。
また、今年度はMoS2成膜の大面積化のみならず高結晶品質化を推進するため、MoS2膜の物性を非破壊非接触で評価可能な手法を開発した。MoS2膜の粒径、残留応力、配向性、結晶相について、ラマン分光測定により得られたMoS2起因のラマンスペクトルに対し、量子効果モデルを考慮したシミュレーション関数を当てはめることで、MoS2薄膜の粒径、残留応力、熱伝導率を定量的に評価した。また、量子効果シミュレーション関数の構築に必要な各種パラメータをBulk MoS2測定により決定した。
これらの成果は、2018 Materials Research Society Fall Meeting、第66回応用物理学会春季学術講演会において報告した。
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