2017 Fiscal Year Annual Research Report
触媒反応生成ハイパーソニック水分子ビームによる単分子層制御エピタキシャル成長技術
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16H03869
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
安井 寛治 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (70126481)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 有行 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (10303190)
田中 久仁彦 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (30334692)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 触媒反応 / ハイパーソニックビーム / エピタキシャル成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2年目である平成29年度の研究目的は、研究代表者のオリジナルな技術である触媒反応を用いて生成した水分子のハイパーソニックビームを用いて高品位ZnO結晶膜を作製すること。そしてMg添加によりMgZnO三元化合物結晶を作製しMgZnO/ZnO超格子構造を形成する技術を構築することであった。既にZnO結晶膜の分子層厚成長制御には成功しているが、作製したMgZnO結晶膜においてはMgとZnが膜中で局在しており、均質なMgZnO三元化合物結晶の作製が実現していない。
もう一つの研究目的である超格子デバイスの発光効率の向上を目指した非極性ZnO結晶膜の作製と特性評価であるが、こちらはR面サファイア基板を用いることでA面に配向した均質な非極性ZnO結晶膜を得ることが出来た。更に得られた結晶膜から発光の強い偏光特性を見出し、その偏光強度や偏光角依存性を詳細に調べることが出来た。この結果、強い偏光角依存性を示す結晶膜の作製条件を見出すと共に、偏光の異方性の起源について考察を行った。この成果をもとに将来新規な光学デバイスへの応用が期待される。
更にP型ZnO結晶を作製するため、一酸化窒素（NO）ガスの分解による窒素ドーピングにも取り組んだ。その手法としてCVDプロセスの中で単にNOガスを添加するだけでなく、加熱したイリジウム（Ir）ワイア表面の触媒分解反応によりNOガスを高効率に分解し供給する手法を試みた。その結果、Irワイアの触媒分解反応を利用することでZnOネットワークへの窒素の取り込み割合が増加することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
第一の目的は、ZnO結晶へのMg添加によりMgZnO三元化合物結晶を作製することであったが、MgとZnが膜中でそれぞれ局在しまだ均質なMgZnO三元化合物結晶を作製出来ていない。もう一つの目的は超格子デバイスの発光効率の向上を目指して非極性ZnO結晶膜の作製と特性評価であるが、こちらは得られた結晶膜から強い偏光特性を見出し、その偏光角依存性を詳細に調べることが出来た。この強い偏光角依存性から将来特異な光学デバイスへの応用が期待出来る。
さらにp型ZnO結晶を作製するため、窒素ドーピングにも取り組んでおり、窒素のZnOネットワークへの取り込みについてドーパントガスであるNOガスのIrワイア表面での触媒分解反応が有効であることも見出している。
以上のことから昨年度の当初の目標の1/3は未達成であるが、最終的な高効率発光デバイスの目標に向けて様々な観点からアプローチしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度はH29年度に達成出来なかったZnO結晶へのMg添加により均質なMgZnO三元化合物結晶膜の作製を目指す。これまでの実験でMg原料のビスメチルシクロペンタジエニールマグネシウム(MeCp2Mg)は、亜鉛原料であるジメチル亜鉛と異なり，加水分解能が非常に低いことが分かった。そこでこれまでのように同じ位置から供給するのではなく、より水分子ビームとの反応が進む位置を考慮して実験を行う。または何らかの励起方法を考える必要が有ると考えている。
次にp型ZnO結晶を作製するための窒素ドーピングにおいてIrワイア表面での触媒分解反応の最適条件を見出す必要が有る。そこで今後ワイア形状やノズルとワイア、基板の相対位置の最適化を図る予定である。並行してp型化を阻むドナー源となる水素取り込みの低減や結晶欠陥の低減のため、最適なアニールプロセスを見出す予定である。条件としてはアニール時の雰囲気、温度、時間である。これらを最適化することでp型ZnO結晶膜の作製を目指す。
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