酸化亜鉛系混晶自立ウエファーの素子応用に向けた基礎研究

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20246007
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 大橋 直樹 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, センター長 (60251617)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂口 勲 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, 主幹研究員 (20343866) ; 和田 芳樹 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, 主幹研究員 (90343847) ; 羽田 肇 独立行政法人物質・材料研究機構, センサ材料センター, センター長 (70354420) ; 安達 裕 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, 主幹研究員 (30354418) ; 石垣 隆正 法政大学, 生命科学部, 教授 (40343842)
• Keywords: 酸化亜鉛 / 単結晶ウエファー / 表面欠陥 / 研磨 / イオン注入 / 固相拡散

Research Abstract

圧電特性評価 育成後の後処理として、アクセプターを導入することによって、高い絶縁性を持ったウエファーを得ることが出来た。この得られた高絶縁性ウエファーについて、-50～150℃の間で、共振・反共振法による圧電特性評価(電気機械結合係数測定)、および、誘電率の測定を行った。その結果、マグネシウムを添加した(Zn,Mg)O固溶体結晶の誘電率、圧電定数共に、マグネシウム添加の効果は大きくなく、ほぼ、無添加の単結晶に近い値を示すことが分かった。この結果については、第一原理計算によって理論的な検証を行っており、第一原理計算でも、この推察を支持する結果が得られている。この結果は、酸化亜鉛系ヘテロ構造形成による素子化において、重要な知見になると期待される。
結晶の極性 本研究で注目した極性による電子状態変化についても、興味深い結果が得られた。すなわち、(0001)面と(000-1)面とで、その価電子帯の光電子分光スペクトルの形状が異なっていることが確認された。[雑誌論文(12)]この価電子帯のスペクトルの極性依存性は、無添加の酸化亜鉛、マグネシウムを添加した酸化亜鉛、さらに、そこにドナーを添加した酸化亜鉛など、本研究で測定したあらゆる酸化亜鉛について観測されており、極性によるデバイス特性の変化などを知る上で、非常に有用な知見が得られた。
機械加工ダメージ ウエファー応用のための表面平坦化の効果について検討し、低温の発光スペクトルや、発光の蛍光寿命がダメージによって極めて敏感に変化することを見出した。さらに、そのダメージ送の厚さを半定量的に求めたところ、通常の検索加工を行った場合には、いわゆる鏡面が得られた場合でも、約100nmの厚さに及ぶダメージ層が形成されることが分かった。また、このダメージ層は、化学機械研磨によって助教可能であり、ウエファー応用には、少なくとも、化学機械研磨によって表層100nmを助教する必要があることが分かった。

Research Products

• [Journal Article] Defects In Zno Transparent Conductors Studied By Capacitance Transients At Zno/Si Interface (2010)
  • Author(s): B.Li, Y.Adachi, J.Li, H.Okushi, I.Sakaguchi, S.Ueda, H.Yoshikawa, Y.Yamashita, S.Senju, K.Kobayashi, M.Sumiya, H.Haneda, N.Ohashi
  • Journal Title: Appl.Ph ys.Lett. Volume: 98 Pages: 082101(1-3)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Post-Annealing on Structural and Optical Properties, and Elemental Distribution in Heavy Eu-Implanted ZnO Thin Films (2010)
  • Author(s): I.Sakaguchi, T.Ohgaki, Y.Adachi, S.Hishita, N.Ohashi, H.Haneda
  • Journal Title: J.Ceram.Soc.Jpn. Volume: 118 Pages: 1087-1089
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ZnO-Based Visible-Light Photocatalyst Band-Gap Engineering and Multi-Electron Reduction by Co-catalyst (2010)
  • Author(s): S.Anandan, N.Ohashi, M.Miyauchi
  • Journal Title: Appl.Catal.B Volume: 100 Pages: 502-509
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Correlation Between Film Thickness and Zinc Defect Distribution along the Growth Direction in An Isotopic Multilayer ZnO Thin Film Grown By Pulsed Laser Deposition Analyzed Using The Internal Diffusion Method (2010)
  • Author(s): K.Matsumoto, Y.Adachi, T.Ohgaki, N.Ohashi, H.Haneda, I.Sakaguchi
  • Journal Title: Solid State Commun. Volume: 150 Pages: 43-44
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxygen Tracer Diffusion in Magnesium-doped ZnO Ceramics (2010)
  • Author(s): I.Sakaguch, K.Matsumoto, T.Ohgaki, Y.Adachi, K.Watanabe, N.Ohashi, H.Haneda
  • Journal Title: J.Ceram.Soc.Jpn Volume: 118 Pages: 362-365
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ルツ鉱型ワイドギャンプ半導体中の欠陥の挙動 (2010)
  • Author(s): N.Ohashi, I.Sakaguchi, Y.Adachi, T.Ohgaki, H.Haneda
  • Organizer: 励起ナノプロセス研究会第6回研究会
  • Place of Presentation: 障害者会館・堺市(大阪府)
  • Year and Date: 20101102-20101103
• [Presentation] 酸化亜鉛表面の平坦化と加工ダメージの評価 (2010)
  • Author(s): 宮崎宏基, 坂口勲, 安達裕, 石垣隆正, 大橋直樹
  • Organizer: 第30回エレクトロセラミックス研究討論会
  • Place of Presentation: 東京理科大 森戸会館(東京都)
  • Year and Date: 20101029-20101030
• [Presentation] Charge Compensation In Oxide Semiconductors (2010)
  • Author(s): N.Ohashi, Y.Adachi, I.Sakaguchi, B.Li, J.Li, J.Williams, K.Matsumoto, T.Ohgaki, S.Ueda, H.Yoshikawa, K.Kobayashi, H.Okushi, J.Chen, T.Sekiguchi, H.Haneda
  • Organizer: International Symposium On Compound Semiconductor 2010
  • Place of Presentation: 高松国際会議場・高松市(香川県)
  • Year and Date: 20100531-20100604
• [Presentation] Development Of Zinc Oxide And Its Related Materials And Structures (2010)
  • Author(s): N.Ohashi
  • Organizer: Korea-Japan Joint Workshop On Semiconductor Physics
  • Place of Presentation: 大田国際会議場・大田(韓国)
  • Year and Date: 2010-04-21
• [Book] セラミックス機能化ハンドブック (2011)
  • Author(s): 大橋直樹, 羽田肇(編集、執筆)
  • Total Pages: 644
  • Publisher: NTS出版