Study on electric structures around Fe in Fe doped AlN films

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04562
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: Imada Saki 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (30397690)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 無極性Ⅲ族窒化物薄膜 / 窒化アルミニウム / 深紫外発光ダイオード / シード層 / スパッタ法

Outline of Final Research Achievements

We found that Fe-doped AlN films had an a-axis oriented wurtzite structure at high Fe concentration irrespective of the kind of substrates or targets. Using high-resolution resonance inelastic X-ray emission spectroscopy, we found that Fe ions in AlN films had mixed oxidation states of Fe2+ and Fe3+. In addition, it was found the relation between the ratio and the crystallinity. So far, the mixed oxidation state of a transition metal is found only in AlFeN films. The results imply that the special mixed oxidation state plays an important role to realize the a-axis orientation of the wurtzite structure.

Free Research Field

Ⅲ族窒化物薄膜合成と物性評価

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

Fe添加AlNというありふれた構成元素だけからなる薄膜が、基板やターゲットなどの種類を問わずa軸配向ウルツ鉱型結晶になることを明らかにした。これにより、無極性化によるAlN系深紫外LEDを高効率化し、かつ安価に実用化できる可能性が示された。学術的には、高分解能共鳴X線非弾性散乱法によりFeが2+/3+の価数混在状態をとっていることと、その価数混在比率とa軸配向特性に相関があることが明らかになった。種々の3d遷移金属を含むAlN薄膜を同じ条件で作成したとき、Feのみがa軸優先配向膜になり、これがFeのみがとる特異な価数混成状態と関連があるという、成長メカニズムの解明に極めて重要な知見が得られた。