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

2002 Fiscal Year Final Research Report Summary

• Project/Area Number: 13650018
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• 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)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Keywords: ZnO / MOCVD / 亜鉛アセチルアセトナート / フォトルミネッセンス / 励起子 / 磁性 / ゾル・ゲル

Research Abstract

有機金属原料を用いた酸化物半導体の合成技術として,安定な固体亜鉛原斜を用いたMOCVD法および溶液原料である有機金属塗布型原料を用いたゾル・ゲル法によりZnO薄膜結晶の合成を行った。高純度亜船アセチルアセトナートを用いたMOCVD法は,装置は特別な高真空を全く必要としない単純な構造であるのにもかかわらず,PLDやMBEに匹敵するエピタキシャル結晶を作成できることが明らかとなった。実用デバイスを作成する上で大面積基板上への成長は必要不可欠である。安定な原料ガスの流れを形成できるこの合成技術は,高真空中での成長技術に比べて大面積化に適しており,デバイス生産へ連続的に発展させることが可能である。今後は,共通の課題である界面の問題,さらにはアクセプター不純物の間題に取り組むことにより,新しい酸化物エレクトロニクスの実現に貢献する可能性を有している。
液体原料を塗布することにより結晶を合成するゾル・ゲル法は,酸化物の特徴を生かしたより簡便な技術であり,探索的な研究には非常に適している。本研究では実際にMgやCdを添加することにより,大気中で容易にバンドギャップ制御が可能であることを示した。透明磁気デバイス材料探索に不可欠な遍移金属添加に関しても,この方法は原料の候補が豊富に存在する。本研究では,実際に各種遷移金属を探索するところまで十分な時間を割くことができなかったが,基本的な合成方法は確立することができたと考えている。本研究で確立した合成技術はスピントロニクスデバイスやレーザーなどの新しい酸化物機能性材料を開発への応用が期待される。

Research Products

• [Publications] Takashi.Yasuda, Yusaburo.Segawa: "Zinc Oxide Thin Films Synthesized by Metal Organic Chemical Reactions"phys.stat.sol.(b). 241. 676-679 (2004)
• [Publications] T.Makino, T.Yasuda, Y.Segawa, A.Ohtomo, K.Tamura, M.Kawasaki, H.Koinuma: "Strain effects on exciton resonance energies of ZnO epitaxial layers"Appl.Phys.Lett.. 79. 1282-1284 (2001)
• [Publications] T.Makino, Y.Segawa, M.Kawasaki, A.Ohtomo, R.Shiroki, K.Tamura, T.Yasuda, H.Koinuma: "Band gap engineering based on MgZnO and CdZnO ternary alloy films"Appl.Phys.Lett.. 78. 1237-1239 (2001)