| 研究概要 |
C-面サファイア上にMgOバッファ層と低温ZnOバッファ層を成長し、700℃でZn/O供給比を変えながらZnO薄膜の作製を行った。RHEEDパタンのspecularスポットの強度振動からZn/O<1の酸素リッチ、Zn/O=1のストイチオメトリ、Zn/O>1のZnリッチ成長条件を決めた。AFMによる表面観察ではZn/O=1の条件で成長したZnOから原子レベルのステップ(0.5nm)とテーラス(80nm)が観察できる平坦な表面が得られた。X線回折による結晶性評価ではZn/O【greater than or equal】1の条件で成長したZnOがZn/O<1の条件で成長したZnOより転移密度が少なくなることが分かった。Photoluminescenceによる光学評価ではZn/O=1の条件で成長したZnO薄膜から一番強い積算発光強度が見積もられ結晶中の非発光センターが少ない事が分かった。転位密度と発光強度の比較調査でZnO結晶中の転移が非発光センターになっている傾向が見られた。平坦な表面と転移密度が少なく非発光センターも少ない高品質ZnO薄膜はZn/O=1の条件で作製できることが分かった。
Zn/Oの供給比による転位密度変化のメカニズムを調べるため透過電子顕微鏡を用いた微細構造の分析を行った。ZnO薄膜の支配的な転移はedge転移であった。Zn/O<1とZn/O=1とZn/O>1の条件で成長したサンプルの転位密度はそれぞれ2xE+9/cm^2,8xE+8/cm^2,6xE+8/cm^2であった。Zn/O<1条件で成長したサンプルはedge転移がZnOのc-軸と平行に走っている。しかしZn/O【greater than or equal】1の条件で成長したZnOはedge転移がc-軸と20゜から30゜ぐらい傾いて走っていることが分かった。その透過電子顕微鏡写真の情報からZn/O【greater than or equal】1の条件で成長すると転移のスリップ面が普通の{0001}面から{10-11}に変わることが分かった。成長の初期段階で傾いて走る転移がぶつかって消滅することが観察されスリップ面の変化が転位密度減少の原因になっていると考えられる。
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