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 |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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Research Institution | Shizuoka University |
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 |
Granted (Fiscal Year 2022)
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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 / ミスト化学気相法 / フォトルミネッセンス / カソードルミネッセンス / 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 |
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、バンドギャップの大きな半導体(バリア層)中にバンドギャップ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。今年度得られた成果を以下にまとめる。 (1)昨年度の研究において課題であった基板面内での膜厚および組成の不均一性を解決するために、新たにファインチャネル型のリアクターを設計・導入した。これを用いることにより、ZnO系、Ga2O3系薄膜共に、膜厚の均一性が大幅に改善させることができた。また、ミストによるナノ粒子輸送についても問題ないことを確認した。 (2)上述の新リアクターを用いたGa2O3薄膜の成長では、基板温度の上昇に従い結晶相がα→β→ε相の順に明確に変化した。Ga2O3系バリア層にZnOナノ粒子を分散させる場合には、バリア層の結晶相としては対称性の類似性からα相が適しているが、この結果から、α相が安定に形成される基板温度を450℃に決定できた。 (3)作製したナノ粒子分散 (Zn,Mg)O薄膜を窒素雰囲気中でアニールし、その効果を調べた。実験を行った範囲においては、高温かつ高いMg原料濃度で成長させた試料において、アニールによるZnOナノ粒子から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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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績の概要で述べた通り、新リアクターに変更したことにより、均一な膜形成とGa2O3膜における精密な結晶相制御を可能としたが、その一方で、膜中へのナノ粒子の取り込みが大幅に減少してしまった。これは、リアクター内において、膜形成とナノ粒子輸送の観点から最適な位置が異なっているためと予想される。現在、それらを整合させるために、基板配置、ガス流量条件などを調整しているところである。
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Strategy for Future Research Activity |
(Zn,Mg)Oおよび(Ga,Al)2O3バリア層へのZnOナノ粒子の取り込み効率を改善させた後、最終年度では、膜中のZnOナノ粒子およびその周囲の微細構造評価から、さらに成膜プロセスの最適化を図る。ここでは、サファイア基板とガラス基板上の試料の違いも膜構造の観点から考察する。さらに、ナノ粒子分散半導体薄膜の応用展開の可能性を探るため、強励起測定、発光寿命測定を含めた多面的な発光特性の評価も実施する。これらを通じて、高機能蛍光体薄膜としてのナノ粒子分散半導体薄膜の有効性を示す。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)