レーザーアブレーションによるダイヤモンド薄膜のホモエピタキシャルおよびヘテロ成長

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現在ダイヤモンド薄膜は様々な方法で作製されているが、そのほとんどが化学気相成長法(CVD法)によるものである。しかし化学気相成長法では700℃以上の基板温度が必要なこと、生成膜に水素が残留するなどの課題を抱えている。そこで本研究では高純度な膜を低温で作製可能な方法として着目されているレーザーアブレーション(PLD)法によりダイヤモンド薄膜の作製を試みた。ダイヤモンドの成長は核発生と膜成長から成る。化学気相成長法では膜成長条件はすでに明らかにされ、現在はヘテロ成長を実現するために核発生条件が様々な方法を用いることにより盛んに研究されている。一方、PLD法ではまだどちらも解明されていない。そこで我々はまず、膜成長条件の解明、すなわちホモエピタキシャル成長を最初に行った。酸素雰囲気中におけるグラファイトターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりホモエピタキシャル成長の条件をほぼ明らかにした。様々な膜作製制御パラメータに対する膜成長の変化から、レーザーアブレーション法におけるダイヤモンド薄膜成長メカニズムについてなど、以下に示す多くの知見が得られた。(1)レーザーパルスの繰り返し周波数がダイヤモンド薄膜成長に及ぼす影響を調べ、膜成長モデルを提案した。(2)様々なダイヤモンド配向基板への膜作成を試み、各々の配向基板についての膜成長機構を明らかにした。(3)ダイヤモンドパウダーをシーディングしたSi、Sic基板に対して、ダイヤモンド結晶が多数析出したアモルファスカーボンとの混相膜が得られるようになった。ヘテロ成長への第一歩である。