ナノ多結晶半導体ダイヤモンド創出にむけた新規ドーピング技術の確立

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K18883
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 石川 史太郎 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (60456994)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• キーワード: ダイヤモンド / 高温・高圧合成 / ドーピング / 半導体 / 光特性

研究成果の概要

出発物質グラファイトにPをイオン注入してダイヤモンドに直接変換を行った試料では、良好なナノ多結晶ダイヤモンドを合成することが出来た。市販のCVDダイヤモンドにPをイオン注入し、高温・高圧印加を行ったところ、イオン注入時に失われた試料表面の結晶性が回復、エピタキシャル成長が発現した。その際、他手法でも欠陥周辺で一般に観測されるピラミッド状構造(Pyramidal hillock)が本手法でも現れることが判明した。イオン注入と高温・高圧処理を適切にすることで、Pが支配的な不純物となるダイヤモンドを得た。同手法でSnのドーピングも試みたところ、Sn-V複合欠陥起源と思われる発光が得られた。

自由記述の分野

化合物半導体結晶成長・応用

研究成果の学術的意義や社会的意義

Pをイオン注入したグラファイトから直接変換でダイヤモンドが得られたことは、新しいドーピングダイヤモンドの合成手法となり得る。CVDダイヤモンドへのイオン注入と高温・高圧処理による特性改質・制御が可能になれば、既存のダイヤモンド半導体の機能を同手法で拡張できる可能性がある。発生したエピタキシャル成長は、欠陥部位のPyramidal Hillock発現による欠陥部位の同定や、イオン注入ダメージの抑制による表面改質手法となり得る。高純度のイオン注入と高温・高圧処理でSnドーピングも可能であったことから、ダイヤモンドの導電性だけでなく、光機能の制御も可能であることが示された。