2021 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of quantum-dot-dispersed semiconductor films by the single process using mist CVD
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21K04154
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
原 和彦 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80202266)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノ粒子分散半導体薄膜 / 酸化亜鉛 / 酸化マグネシウム亜鉛 / 酸化アルミニウムガリウム / ミスト化学気相法 / カソードルミネッセンス / フォトルミネッセンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
発光特性の向上と新たな機能付加を目的とした新しいタイプの発光材料構造として、バンドギャップの大きな半導体（バリア層）中にバンドギャップの小さいナノ粒子を分散させたナノ粒子分散半導体薄膜を提案し、ミスト化学気相法(CVD)をベースとした単一プロセスにより作製することを目的とした研究である。今年度得られた成果を以下にまとめる。
(1) (Zn,Mg)Oバリア層中にZnOナノ粒子を分散させた構造： ZnとMgの酢酸化物と、直径が約20 nmのナノ粒子を分散させた原料溶液を用いるミストCVDにより、Mg原料比および基板温度を変化させてa面サファイア上に試料を作製した。Mg組成が0.09～0.14の試料で、ZnMgO層からの短波長側の発光に加えて375 nm付近に発光が観測され、これを膜中のZnOナノ粒子からの発光と同定できた。この発光は、基板温度を550から750℃に上昇させることによって増大したが、これはナノ粒子周囲の環境や、ナノ粒子自体の結晶性が改善されたためと考えられる。
(2) (Ga,Al)2O3バリア層中にZnOナノ粒子を分散させた構造： まず、Ga、Alの塩化物を用い、500 ℃にて、膜中へのAlの取り込みは低いものの、c面サファイア上にα相の(Ga,Al)2O3混晶を作製できることを確認した。次いで、ZnOナノ粒子の添加に伴う膜特性の変化を調べた。観測されたフォトルミネッセンスとカソードルミネッセンスのAl組成依存性の違いから、特定のAl組成以上で薄膜中で励起されたキャリアが、ZnOナノ粒子により形成された量子井戸に閉じ込められることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の研究により、ZnOナノ粒子からの発光が得られる試料構造および作製条件を明らかにできた。次の段階として、透過電子顕微鏡による微細構造の解明が重要になるが、現在評価用の試料準備に取り掛かっているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
(Zn,Mg)Oおよび(Ga,Al)2O3バリア層の共通の課題として、より発光効率の高いナノ粒子分散半導体薄膜を作製するために、試料中のZnOナノ粒子およびその周囲の微細構造評価から、さらに成膜プロセスの最適化を図る。並行して、作製された試料には大きな膜厚分布があることから、その解決のためリアクター形状の最適化を図る。また、計画にも挙げている石英ガラス基板上への試料作製も実施する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由： 参加した学会がオンラインで行われたことにより旅費の支出がなかったこと、および石英ガラス反応管の作製の一部が次年度に回ったことが主な要因である。
使用計画： より積極的な成果発表と改良した構造の反応管作製に充てる計画である。
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Research Products
(2 results)
