ダイヤモンド半導体薄膜の作成

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ダイヤモンドは半導体材料として既存の材料にはない優れた特性を持つことから、今後飛躍的に発展する可能性を秘めており、この様な機能を発現させるための研究が重要となりつつある。本研究では、これらの点を考慮し、ダイヤモンド半導体についてCVD法による薄膜の作成を目指す。実験では、ダイヤモンドの低圧気相合成法において成長速度が比較的早いとされるマイクロ波プラズマCVD法を用い、そのためにまず成長装置を作製した。装置は、500Wのマグネトロン、導波管、スリーブ、プランジャーからなるマイクロ波発生装置、反応室は石英管製とし、内部に基板サセプターおよびタングステン線をコイル状に巻いた基板加熱用ヒータおよび熱電対を取り付け、ガス流量制御系として、水素ガスおよび炭素の原料ガスに対するマスクローコントローラ、減圧系として圧力計と真空ポンプなどから成っている。製作後装置に100sccmの水素を流し、0.5〜40Torrの範囲でプラズマが安定に発生することを確認した。この装置を用いてまず無添加ダイヤモンドの作成を目指した。これまでに試みた作成条件は、原料ガスとして、水素-メタン系ガス(メタン濃度0.5〜3%)、全ガス流量100cm^3/min、ガス全圧0.5〜20Torr、成長温度700〜970℃、成長時間1hとし、基板はSiウエハーとし、20μmのダイヤモンド粉末で表面をきず付け処理した。これらの条件のうち、850℃、20Torrにおいて、晶壁面を持ち、直径1μm以下の微細な結晶の成長が認められた。これらがダイヤモンド結晶であるかどうかの同定を進めている。また現在ダイヤモンド半導体薄膜の作成のため継続して実験を進めている。