2023 Fiscal Year Annual Research 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 / 酸化ガリウム / ミスト科学気相法 / フォトルミネッセンス / カソードルミネッセンス |
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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（Eg）の大きな半導体（バリア層）中にEg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。期間を通じて得られた主要な成果を以下にまとめる。
(1)リアクター形状について：斜方吹付型とファインチャネル型リアクターについて検討した結果、後者に比べ前者は、膜厚の均一性には劣ったが、膜中へのナノ粒子の取り込み効率は高かった。この違いはミストの蒸発分解の際に放出されるナノ粒子の挙動が異なることを示しており、リアクター設計上重要な知見といえる。
(2) ZnOナノ粒子分散Ga2O3薄膜作製について：結晶性が最も良好なα-Ga2O3薄膜が成長可能であった450 ℃においてZnOナノ粒子を分散させた結果、α相を維持し、同時にナノ粒子由来の発光を示す試料の作製に成功した。構造評価と化学分析から、ZnOナノ粒子がGa2O3薄膜中に存在することを確認した。一方、ZnOナノ粒子が分解し、Znが不純物として膜中に混入した可能性も示された。
(3) ZnOナノ粒子分散(Zn,Mg)O薄膜について：薄膜のMg組成が10%以上の場合に、ZnOナノ粒子由来の発光が得られることを明らかにした。この結果は、ナノ粒子とバリア層のEg差が0.3 eV程度以上ある場合に、キャリアの閉じ込め効果が明確に表れることを示している。
(4)ポストアニール効果について：作製したZnOナノ粒子分散(Zn,Mg)O薄膜に対し窒素雰囲気中でアニールを施した結果、高温かつ高いMg原料濃度で成長させた試料において、ZnOナノ粒子由来の発光増大が確認された。これは、薄膜中およびナノ粒子の内部や周囲の欠陥が取り除かれためと考えられ，アニールの有効性が示された。
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Research Products
(2 results)
