ダイヤモンドの高配向化技術の確立と新規原料によるド-ピング技術の開発

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メタン、水素を原料とするマイクロ波プラズマCVD法により、(100)Si基板上に高配向ダイヤモンド膜を合成した。合成は、炭化→バイアス処理→成長の3段階プロセスで行い、バイアス処理では基板に負の電圧を印加した。成長はプラズマ条件を変えて2段階で行い、最終段階で少量の二酸化炭素を添加し、膜の平滑化を図った。炭化・バイアス処理後の基板表面には、〔110〕方向に延びる編み目状の規則構造が観察され、同時にダイヤモンドの配向析出が確認された。この規則構造の完全性は、その後のダイヤモンドの配向性に大きく影響し、編み目構造のない基板にはダイヤモンドの配向析出は観察されなかった。炭化処理ならびにバイアス処理後の基板表面には、b-SiCがSi基板に対してエピタキシャルに生成していることを反射高速電子線回折で確認した。また、編み目構造を有する基板の断面格子像から、エピタキシャル成長したb-SiC上には2〜5mmの厚みを持つ非晶質相が存在し、この層を介してダイヤモンドの配向析出が起こることを明らかにした。本研究で得られた膜は平滑性に優れた膜となった。ダイヤモンドの半導体化に関し、従来から多様されてきた毒性・危険性の極めて高いジボランに代替する新規ドープ原料としてトリメチルホウ素の使用を検討し、そのド-ピング挙動ならびに電気物性を調査した。その結果、気相中のトリメチルホウ素濃度を変化させることによって、ダイヤモンド中のホウ素量を制御できること、ダイヤモンドの成長速度がホウ素添加に伴い減少すること、またホウ素添加によりダイヤモンドの表面平滑性が著しく改善されることを明らかにした。電気物性を調査したところ、ホール移動度の最大値は309cm^3・V_<-1>・s^<-1>であった。ホール移動度、電気伝導度ならびにホール濃度は、ホウ素源がジボランの場合に比べ1桁低い値であり、ホモエピタキシャル条件の最適化が必要であることが示唆された。