透明光磁気デバイスをめざした酸化亜鉛の有機金属気相成長

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650018
• Research Institution: Ishinomaki Senshu University
• Principal Investigator: 安田 隆 石巻専修大学, 理工学部, 助教授 (90182336)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 喜一 理化学研究所, 光物性研究チーム, 基礎科学特別研究員 (20342868)
• Keywords: 酸化亜鉛 / ZnO / 有機金属 / 化学気相法 / X線 / フォトルミネッセンス / MOCVD

Research Abstract

従来の半導体と作製条件が大きく異なる酸化物半導体の有機金属化学気相法(MOCVD)を行うために,現有のCVD装置を改造して、新しい酸化物MOCVD装置の自作を行った。本研究では、比較的酸素との反応がおこりにくい安定な亜鉛原料であるアセチルアセトナートと酸素ガスを原料として用いるために、蒸気圧の低い固体原料を効率よく輸送できるような構造を採用している。現在、種々の面方位の(Al_2O_3)基板上への結晶成長の条件確立を進めている。Al_2O_3結晶(001)面および(110)面上に、基板温度400-700℃でZnOの成長を行うと、(001)へ配向した結晶となっていることが粉末X線回折測定より明らかとなった。さらに、4結晶X線回折装置を用いて(112)面からの非対称反射を検出しながらΦスキャン(c面内の回転)を行うことにより、作製した結晶がエピタキシャル成長しているかどうか確認した。基板Al_2O_3(001)面の6回対称を示す6本の回折線に加え、ZnO(001)面の対称生を反映した6本の回折線が明瞭に観測され、エピタキシャル成長していることが明らかとなった。さらに、これらのパターンが30°ずれていることより、ZnOがサファイアc面に対して30°回転した方向で成長していることも明らかとなった。同様に(110)面上へのエピタキシャル成長も確認され、Al_2O_3基板の[001]とZnOの[110]方向が揃っていることが明らかとなった。現在Al_2O_3(102)面上についても成長を試みている。
試料の低温フォトルミネッセンスは、適当な成長温度で作製した試料において、自由励起子を含む分離した束縛励起子からの発光線が支配的となっており、この原料系による結晶が高純度であることを示唆している。

Research Products

• [Publications] T.Makino, T.Yasuda, Y.Segawa, A.Ohtomo, K.Tamura, M.Kawasaki, H.Keinuma: "Strain effects on cexcitoni resonance energies of ZnO epitaxial layers"appl. phys. Lett.. 79. 1282-1284 (2001)