Improvement of crystal quality of heteroepitaxial diamond toward realization of next-generation power electronics devices

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温室効果ガス削減に極めて大きな貢献が期待されるダイヤモンドによる究極の省エネルギーパワー半導体デバイスの実現には、高品質かつ大型のダイヤモンド基板実現が必須である。ヘテロエピタキシャル成長法による基板大型化には目途が付いているが、結晶欠陥密度の低い高品質ダイヤモンド成長技術開発が必要である。ダイヤモンドヘテロエピタキシャル界面からの結晶欠陥の発生そのものを抑制するための完ぺきな下地基板製作と、発生した欠陥を消滅/低減するための欠陥伝搬制御の特殊成長テクニックの開発、ならびにそれらの技術融合を実施した。下地基板となるMgO表面の無じょう乱研磨加工とその後の洗浄およびアニール手法を確立し、原子レベルステップテラス表面創製に成功した。また選択成長技術による転位低減の可能性を見出した。さらに、ダイヤモンドヘテロエピタキシャル成長中の成膜状況および基板反りのリアルタイムモニタリングに世界初で成功した。特に、ダイヤモンド基板の成長時反りは成長時応力を反映しており、低欠陥密度を実現するために必須となる成長時応力発生要因の特定が可能な状況とした。これらの情報を整理し成長条件にフィードバックすることにより低欠陥化のための成膜条件の精密制御が可能となる見込みを立てた。