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化合物ドーピング法による酸化亜鉛のpn制御と紫外線発光デバイスの開発

Research Project

Project/Area Number 15655068
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Functional materials/Devices
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

小林 健吉郎  静岡大学, 工学部, 教授 (20153603)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 冨田 靖正  静岡大学, 工学部, 助手 (50303532)
Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Keywordsp型ZNO / Mg-N結合 / 紫外線LED / スパッタリング法 / MOCVD法 / 酸化亜鉛薄膜 / 紫外線発光デバイス / ドーピング / p型 / スパッタリング / PN接合
Research Abstract

(1)p型ZnO薄膜の作成
ZnOとMg3N2を同時にスパッタリングすることにより、Mg-N結合を添加したZnO薄膜を作成した。高い真空状態ではZnOが窒化されp型ZnOは得られなかった。酸素を導入するとZnOの窒素化は抑制されたが、MgNの酸化が起こった。MgNの選択的な窒化条件を検討した結果、スパッタを行う真空を悪くすることによりZNOの酸化とMgNの窒素化を両立させることができた。
ZnOの結晶性と正孔生成との関係を調べた結果、マイカ基板上でZnOを堆積させると極めて結晶性の高いZnOが成長することが判明した。こうした実験結果から、比較的悪い真空状態で、マイカ基板上にMg-N結合を添加したZnOを堆積させたところ、p型ZnOが得られた。しかし、空気中では数時間程度でp型が消失し、大気中の水分が原因であることが判明した。
添加されたMg-N結合の活性化を進めるために、高温アニール、電子線アニールなどを行ったが、良好な結果は得られなかった。この原因として、高温ではN原子の溶解度が低いためと考えられる。
(2)平坦な表面を持つ単結晶状ZnO薄膜の作成
良質なZnO薄膜を作成するため、イットリウム安定化ジルコニア<YSZ>、窒化したサファイア基板、F置換した合成マイカ基板上に、酢酸亜鉛を前駆体として、MOCVD法により高品質のZnO薄膜を作成した。YSZ基板上では700-800℃の温度でも良質なZnO薄膜は成長しなかった。また、サファイア基板でも高い基板温度ではZn-Al-O系のスピネル化合物が生成し、エピタキシャル成長による単結晶状薄膜の成長には至らなかった。これに対して、F置換した合成マイカ基板の上では、最適な条件化では600-700℃の温度範囲で単結晶状ZnO薄膜が得られた。このMOCVD法を用いてMg-N結合ドーピングを行ったところ、高抵抗ながらp型ZnOが得られた。

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (4 results) Publications (4 results)

  • [Journal Article] Preparation of zinc oxide films containing Be and N atoms by radio frequency magnetron sputtering2005

    • Author(s)
      Masahiro Sanmyo, Yasumasa Tomita, Kenkichiro Kobayashi
    • Journal Title

      Thin Solid Film 472

      Pages: 189-194

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Doping of bonds into ZNO films and the changes of their electric properties2004

    • Author(s)
      Kenkichro Kobayashi, Tsutomu Yamazaki, Yuji Hatta, Yasumasa Tomita
    • Journal Title

      Key Engineering Materials 269

      Pages: 79-82

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Evolution and removal of ferroelectric domains on KNbO3 film by an atomic force microscope with a conductive cantilever2004

    • Author(s)
      Tomita Yasumasa, Yasuhisa Maeda, Kenkichiro Kobayashi
    • Journal Title

      J.Mater.Sci. 39

      Pages: 4905-4908

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] First-principle Band calculatin of TiO2 with Brookite structure2004

    • Author(s)
      S.Matsushima, K.Obata, H.Yamane, K.Yamada, M.Arai, K.Kobayashi
    • Journal Title

      Electrochemistry 72

      Pages: 694-696

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] M.Sanmyo, Y.Tomita, K.Kobayashi: "Preparation of p-Type ZnO Films by Doping of Be-N Bonds"Chemistry of Materials. 15(4). 819-821 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] M.Sanmyo.Y.Tomita, K.Kobayashi: "Doping of nitrides into zinc oxide films"Key Engineering Materials. 248. 87-90 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] Y.Tomita, H.Matsushita, K.Kobayashi, K.Yamada, T.Okuda: "Li Ion Conductivity of Solid Electrolyte, Li3-2XMXInBr6 (M=Ca, Sr and Ba)"Electrochemistry. 71. 1129-1131 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] S.Matsushima, K.Obata, H.Nakamura, M.Arai, K.Kobayashi: "First-principles energy band calculation for undoped and N-doped InTaO4 with layered wolframe-type structure"J.Phys.Chem.Solids. 64. 2417-2421 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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