2012 Fiscal Year Annual Research Report
触媒反応生成高エネルギー水分子ビームを用いた高品位酸化亜鉛薄膜成長技術の構築
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24360014
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
安井 寛治 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (70126481)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅本 宏信 静岡大学, 工学部, 教授 (80167288)
清水 英彦 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (00313502)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 薄膜 |
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| Research Abstract |
本研究課題は、Ptナノ粒子表面での水素・酸素の燃焼反応を用いた金属酸化物薄膜の堆積技術を元に、(1)次世代紫外LDや紫外LEDのための高品位ZnO結晶薄膜の成長とp型ドーピング技術の構築
(2)低抵抗ZnO系透明導電膜作製のための省エネルギーCVD技術の構築
(3)触媒反応で生成した高エネルギーH_2Oビームのエネルギー状態、構成活性種の同定と気相反応の解析を行うことを目的にしており、初年度は以下の研究成果を得た。
(1)については、装置構造の最適化を行った結果、サファイア基板上堆積膜において3μm以下の膜厚で189cm^2/Vs、8μmで207cm^2/Vsという室温で大きな電子移動度を有する結晶膜の成長に成功した。更にp型結晶膜の作製を目指して二窒化酸素(N_2O)ガスを添加したところ、微量な添加(10^<-3>Paオーダー)でn型膜であるものの電子移動度が234cm^2/Vsと更に大きくなり、窒素の微量添加がZnO膜の結晶性、電気伝導特性を向上させることを見出した。この電子移動度が234cm^2/Vsという値はサファイア基板上で成長させたあらゆる成長手法で報告されている値よりはるかに大きな値であり、本手法が高品質なZnO結晶膜の成長手法として優れていることが証明された。
(2)については、ガラス基板上へのZnO膜堆積においてスパッタバッファー層及び低温CVDバッファー層の挿入効果を調べた。結果、ガラス基板上への直接堆積膜では電子移動度が25cm^2/Vs以下であったのに対し、どちらのタイプのバッファー層挿入においても32cm^2/Vs以上の値を得ることが出来、適切な下地層の挿入で移動度が向上することを見出した。ただ配向性の優れた結晶膜の成長には500℃の基板温度が必要であった。省エネルギープロセスの確立にはより低温での成長条件の確立が必要であり、今後更に成長プロセスを最適化し低温堆積条件で50cm^2/Vs以上の電子移動度を有する結晶膜を目指す。
(3)については、研究分担者(梅本)が真空紫外レーザーを用いた一光子レーザー誘起蛍光によるH及びOラジカルの測定を行ったが、検出することは出来ず、殆ど生成されていないことが分かった。また紫外レーザー誘起蛍光を用いてOHラジカルの測定も行ったが、同じく検出されなかった。
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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
高品質結晶膜の作製について1年目の目標であるサファイア基板上で200cm^2/Vs以上の電子移動度、10^16cm^<-3>オーダーの残留キャリア密度の高品質エピタキシャル膜の作製は達成出来た。また微量の窒素添加によりさらに大きな電子移動度(234cm^2/Vs)を有するZnO膜の成長に成功しており、サファイア基板上でのノンドープZnO膜の高品質膜について目標を達成できている。また低抵抗透明導電膜を目指したガラス基板上での成長膜では充分な低抵抗膜は得られていないものの適切な低温バッファー層の挿入により電子移動度の向上が得られることを見出しており、バッファー層形成条件の最適化で目標を達成出来ると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H25年度は研究計画調書で示した3つの目的についてそれぞれ以下の研究を行う。
1.高品位ZnO結晶膜の成長については1年目に得られた窒素微量添加による結晶性向上の結果をもとに、ZnO膜への窒素の添加条件の最適化を目指す。目標は、電子移動度250cm^2/Vs以上残留キャリア密度5×10^16cm^<-3>以下である。
併行してp型ZnO膜作製のための最適なドーピング法とポストアニール条件の構築を見出すことを目指して、様々な圧力条件下でN_2Oガスを添加、その後、真空中、酸素及び窒素ガス雰囲気中での様々なアニール実験を行うことで窒素アクセプターの活性化条件を見出す。
2.低抵抗ZnO系透明導電膜作製のための省エネルギーCVD技術の構築については、生産性の観点から低温CVDバッファー層挿入に的を絞り、現在最も電子移動度と光透過率の大きな値が得られた5nmの層厚の付近でもう少し細かく層厚を変えると共に、低温堆積後のアニール条件も最適化することを目的に実験を行う。この実験において主要備品としてあげた紫外・可視・近赤外光度分光計を必要とする。これらの実験において得られたデータについては、長年スパッタ法を用いて透明導電膜の研究を行って来た研究分担者(清水)とディスカッションを行うことで、結晶構造と電気的・光学的特性の相関に関する考察を行い、次のステップの実験にフィードバックする予定である。
3.H_2Oビームに含まれる構成活性種の同定については、レーザー誘起蛍光測定よってO,H及びOHラジカルは検出されず、生成されていないことが分かった。そこで今年度は、触媒反応容器内で生成されガス噴出ノズルから噴出されるH_2Oビームのエネルギー状態をCARS(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering)法を用いて測定する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初の計画通り実験を遂行したが、備品、消耗品等が出来るだけ低額になるよう納入業者と交渉し購入した結果1,175,057円の残が生じた。また当初の計画で2年目の予算を少なく見積もっていたため初年度の残予算を次年度に回し、現在他の研究室で測定をお願いしている透過率測定のための分光光度計の購入に充てたい。
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Research Products
(15 results)
