ダイヤモンドの高速エピタキシャル成長とレーザーフォトルミネセンスによる品質評価

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本研究では燃焼炎法でダイヤモンドのホモエピタキシャル結晶を高速合成し、レーザーフォトルミネッセンス法でその結晶性を評価することを目的とする。C_2H_2-O_2系原料ガスより作製されたダイヤモンドエピタキシャル膜の成長速度は、基板温度1100℃において50nm/hとなり高速成長は十分可能であることがわかった。得られたダイヤモンド膜のラマン散乱スペクトルは1332cm^<-1>に典型的なダイヤモンドのラマン散乱を示した。散乱ピークの半値幅は3.9cm^<-1>で比較的結晶性のよい膜であることがわかった。しかしながら走査型電子顕微鏡観察によれば、膜の表面は必ずしも平坦ではなく島状成長したダイヤモンドがコアレッセンスして形成された膜であることがわかった。膜全体としては結晶性の向上にまだ改善の余地があると考えられる。次に、このようなダイヤモンドエピタキシャル成長結晶に対して193nmのArFエキシマレーザーを照射した。ダイヤモンドから得られたルミネッセンスを200nm-700nmの範囲で分光分析した結果、結晶性が悪いと強くなるバンドA発光(440nm付近のブロードな発光)をダイヤモンド膜はほとんど示さなかった。ただし、結晶性がよいと得られると言われる自由励起子発光(240nm)も分光器で検出できなかった。現有システムである分光器の性能が不十分であったことが検出できなかった第1理由と思われる。しかしながらダイヤモンドレーザーフォトルミネッセンス法の確立には成功したので、別に作製したp型半導体ダイヤモンドのバンドA発光を測定した。その結果バンドA発光の発光波長がレーザー照射繰返し周波数によって変化するという新しい知見を得た。これはp型ダイヤモンドの特性を評価する新しい手段となりうるため、平成7年度ダイヤモンドシンポジウムにて速報した。