Fabrication of quantum-dot-dispersed semiconductor films by the single process using mist CVD
| Project/Area Number |
21K04154
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
原 和彦 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80202266)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | ナノ粒子分散半導体薄膜 / 酸化亜鉛 / 酸化マグネシウム亜鉛 / 酸化ガリウム / ミスト科学気相法 / フォトルミネッセンス / カソードルミネッセンス / ミスト化学気相法 / 酸化アルミニウムガリウム / ナノ粒子 / 量子閉じ込め / ミストCVD / 蛍光体 / 酸化物半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
発光材料としての優れた特性を示す量子ドットにおける現状の課題を解決し、さらに新機能の創出をもたらし得る新しい構造の「量子ドット分散半導体薄膜」を提案し、その開発の第１段階として、この構造の有効性を明らかにすることを目的とする。具体的には、モデルケースとしてZnOをコア部とする酸化物系材料を採り上げ、独自に考案したミスト化学気相法を活用した単一プロセスによる成膜法の基本プロセスの確立すること、および量子ドット分散半導体薄膜における発光特性制御・向上の可能性を明らかにすることを目指す。提案する新材料の有用性を示すことにより、材料科学および結晶工学が関連する科学技術や産業への波及が見込まれる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
発光特性の向上と新たな機能付加を目的とした新しいタイプの発光材料構造として、バンドギャップ（Eg）の大きな半導体（バリア層）中にEgの小さいナノ粒子を分散させたナノ粒子分散半導体薄膜を提案し、ミスト化学気相法をベースとした単一プロセスにより作製することを目的とした研究である。期間を通じて得られた主要な成果を以下にまとめる。
(1)リアクター形状について：斜方吹付型とファインチャネル型リアクターについて検討した結果、後者に比べ前者は、膜厚の均一性には劣ったが、膜中へのナノ粒子の取り込み効率は高かった。この違いはミストの蒸発分解の際に放出されるナノ粒子の挙動が異なることを示しており、リアクター設計上重要な知見といえる。
(2) ZnOナノ粒子分散Ga2O3薄膜作製について：結晶性が最も良好なα-Ga2O3薄膜が成長可能であった450 ℃においてZnOナノ粒子を分散させた結果、α相を維持し、同時にナノ粒子由来の発光を示す試料の作製に成功した。構造評価と化学分析から、ZnOナノ粒子がGa2O3薄膜中に存在することを確認した。一方、ZnOナノ粒子が分解し、Znが不純物として膜中に混入した可能性も示された。
(3) ZnOナノ粒子分散(Zn,Mg)O薄膜について：薄膜のMg組成が10%以上の場合に、ZnOナノ粒子由来の発光が得られることを明らかにした。この結果は、ナノ粒子とバリア層のEg差が0.3 eV程度以上ある場合に、キャリアの閉じ込め効果が明確に表れることを示している。
(4)ポストアニール効果について：作製したZnOナノ粒子分散(Zn,Mg)O薄膜に対し窒素雰囲気中でアニールを施した結果、高温かつ高いMg原料濃度で成長させた試料において、ZnOナノ粒子由来の発光増大が確認された。これは、薄膜中およびナノ粒子の内部や周囲の欠陥が取り除かれためと考えられ，アニールの有効性が示された。
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Report
(3 results)
Research Products
(6 results)
