Chiun-Lung Tsai 小林康之 赤坂哲也
機能物質科学研究部
六方窒化ホウ素 (h -BN) は、遠紫外領域の発光材料応用の可能性を有していることから、近年注目を集めている。単結晶h -BNエピタキシャル成長は、有機金属気相成長法 (MOVPE) により実現されているが[1]、分子線エピタキシャル成長 (MBE) は、BNのMOVPE成長において生じる原料間の気相反応が生じない利点を有する。しかしながら、MBE法によるBN成長は、多結晶構造が得られているのみであり、MBEによるh -BNエピタキシャル成長の報告は今までなかった。
我々は、今回MBEによるNi (111) 基板上のh -BNエピタキシャル成長について報告する[2]。III族およびV族原料には、電子銃より供給された固体ホウ素とRFプラズマソースより発生した活性窒素を用いた。図1は、膜厚1000 ÅのBN成長後のNi (111) 基板の[110]方向から観察した反射高速電子線回折 (RHEED) パターンである。表面再構成が生じていない強い (1×1) ストリークパターンが、MBE成長BNの成長初期から観測され、その (1×1) パターンは、膜厚1000 ÅのBN成長終了まで持続的に観測された。成長温度890ºCにおいて観測されたストリークパターンは、単結晶h -BNエピタキシャル成長と原子レベルで平坦な成長表面を示している。
膜厚1000 Åのh -BNエピタキシャル薄膜のX線回折を図2に示す。Ni (111) 基板上のh -BN (0002) およびh -BN (0004) からの回折ピークが、明瞭に観測され、Ni (111) 基板上に (0001)h -BNエピタキシャル成長が生じていることを示している。図2に挿入されたグラフは、h -BN (0002) のX線ロッキングカーブであり、その半値幅は0.61ºであった。その半値幅はエピタキシャル薄膜としては最も狭い値であり、成長条件を最適化することによりさらに高品質化が期待される。RHEEDとX線回折から、h -BNとNi (111) の配向関係は、[0001]h -BN || [111]Ni、[1120]h -BN || [110]Ni および [1100]h -BN || [112]Ni である。今後、このMBE成長h -BNのバンド端近傍の発光特性の基礎物性評価が進展すると期待される。
[1] Y. Kobayashi et al., J. Crystal Growth 298 (2007) 325.
[2] C.L. Tsai et al., J. Crystal Growth (in press).
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