2006 Fiscal Year Annual Research Report
サーフアクタントMBEによる高ホール濃度・高品質p-型Zn0の成長技術開発
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17360001
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
八百 隆文 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 教授 (60230182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ちょ 明煥 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (00361171)
花田 貴 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80211481)
任 寅鎬 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00400408)
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| Keywords | ZnO / 酸化物半導体 / エピタキシ成長 / MBE / サーファクタント |
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| Research Abstract |
ZnOへのp型不純物として、V族元素が試みられている。これまでに、As、P、Sb、NなどをZnOにドーピングすることによって、p-ZnOの形成が報告されている。このうち、As、P、Sbについては、高濃度ホール濃度(10^<18>cm^<-3>以上)という報告があり、ZnOベースの光デバイスへの応用も近いのではないかと期待させた。実際、EL素子も試作されたが、その発光強度はきわめて弱く、デバイスには程遠い。この原因として、「(1)電気特性が時間と共に変化する不安定性を示す。(2)実際の試料はミクロサイズのp型領域とn型領域の混在したものである。(3)p型不純物添加によって非発光センターが形成されるため、PL測定ですら発光強度が非常に弱くなる。」などがある。他方、Nに関しては(1)低濃度ホール濃度(2x10^<17>cm^<-3>レベルまで)しかできない、(2)p型不純物添加によって非発光センターが形成されるため、PL測定ですら発光強度が非常に弱くなる、などの問題がある。本研究はZnOのサーフアクタントMBE法を開発し、低温での高品質ZnO膜の形成技術を開発し、Nドーピングによって高濃度ホール濃度実現の見通しを得ることを目標としている。まず水素原子援用MBE法によって、水素原子がサーフアクタントとして働くことを見出した。次いで、300-400Cの低温でも600C以上の高温成長と同様に2次元成長が実現できることをRHEEDとAFM観察から示した。水素サーフアクタントを照射しない状態では、600C以上の高温にしないと2次元成長が実現しない。さらに、AFM、フォトルミネッセンス法、X線回折法によって、サーフアクタント成長400CのZnO膜の結晶性は600C以上の温度でサーフアクタント無しで形成したZnO膜と同程度の高品質結晶であった。次いで、N取り込み確率の成長温度依存性を確認するために、種々の基板温度で成長したZnO膜中へのNの取り込み濃度を測定し、温度の下降と共に、大幅なN濃度上昇が見られた。400C以下の低温では10^<21>cm^<-3>レベルのN濃度取り込みが可能であることを確認した。N不純物の活性化率を考えると、ほぼ10^<18>cm^<-3>レベルのホールドーピングが可能となると考えられる。
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[Journal Article] Selective Growth of Vertically-Aligned ZnO Nano-Needles.2006
Author(s)
SH Lee, WH Lee, SW Lee, H Goto, T Baba, MW Cho, T Yao, HJ Lee, T Yasukawa, T Matsue, H Ko
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Journal Title
Journal of Nanoscience and Nanotechnology 6
Pages: 3351-3354
Description
「研究成果報告書概要(和文)」より
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