| 研究概要 |
II-VI族化合物半導体のZnOは高効率な紫外線半導体レーザー用の材料として期待されているが,高品質なp型薄膜の成長が課題となっている。本研究では、光励起有機金属気相成長法によるZnOの低温成長について以下のような評価を行った.
(1)原料ガスの分解反応の評価
in situ分光計測(原料ガスの吸収スペクトルの測定)により,MOCVD法に用いる亜鉛と酸素の有機原料ガスの分解温度,原料ガス同士の気相反応の有無,キャリアガスに水素を用いた場合と窒素を用いた場合の違いを調べ,低温で分解し,気相反応の少ない原料ガスを選定した.また,p型成長層をえるための窒素ドーピングに用いるターシャリーブチルアミンの分解反応と亜鉛と酸素の原料ガスとの気相反応の有無を調べ,400℃前後での低温ドーピングに適することを示した.
(2)ZnO薄膜の成長
ジメシル亜鉛またはジイソプロビル亜鉛,イソプロピルアルコールまたはターシャリーブチルアルコールを酸素原料に用いたMOCVD法により成長温度400℃以下で良好な表面のZnO薄膜の成長に成功した.しかし,基板の光励起による成長速度の増加の効果は見られなかった.低温(5K)でのフォトルミネッセンス評価の結果,自由励起子発光を主体とする高純度な結晶ができることがわかった.しかし,原料ガスロットの交換により,塩素等の不純物の影響があり,電気特性は1018〜1019cm-3の高濃度なn型を示すようになった.
(3)窒素ドープ酸化亜鉛薄膜の評価
低VI/II(酸素と亜鉛の供給比)で窒素ドーピングを行った.低温のフォトルミネッセンス測定とラマン分光,ホール効果で評価した結果,1018〜1019cm-3の高濃度窒素ドーピングが達成できた.しかし,原料ガスの純度の問題から,高濃度のp型薄膜の形成に至っていないが,1016cm-3台のp型薄膜を得ることができた.
今後、原料ガスの純度の改善と光照射の効果を調べることが課題である.
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