| 研究課題/領域番号 |
14J04675
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
下垣 哲也 九州大学, システム情報科学府, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2016-03-31
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| キーワード | 酸化亜鉛 / ナノワイヤ / レーザーアニーリング / レーザーアブレーション / 干渉レーザーパターニング |
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| 研究実績の概要 |
採用初年度は、本研究テーマのp-ZnOナノ結晶の作製における新たな着眼点として、ナノ結晶の成長制御によるスループット向上を目的とした研究に取り組んだ。その結果として、これまでに確立されていなかったZnOナノワイヤの成長密度制御に成功し、その技術を応用することでZnOナノワイヤの波長オーダーでの周期配列制御に成功した。
具体的には、ZnOナノ結晶をさせる基板としてPLD法により作製したZnOバッファ層を導入し、更にZnOバッファ層に四光速干渉レーザーを照射する手法で、ZnOバッファ層表面への干渉パターンを作製した。これにより、ZnOナノワイヤを大面積に周期パターン成長させる技術の基盤が確立されたため、今後の研究の進展を早めることができると期待される。また、これらの結晶は高いアスペクト比を持つことから、電界放出源としての応用も可能であるため、周辺分野への波及という観点からも有意義な結果であると考える。
また、周期配列ZnOナノワイヤ先端部への燐イオン注入を行い、その電気特性は整流性を示した。順方向電流閾値はZnOのバンドギャップエネルギーに近い値を持ち、ZnOナノワイヤベースのLED素子作製に一歩前進した結果となった。
それらの結果をもとに、平成２６年度は第一著者として英語原著論文３報の研究成果を発表した。また、国内外の学会における研究発表にも活発に取り組み、国際学会で３件、国内学会で３件の口頭発表を行っている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
申請年度中の研究を通して、本研究の最終ターゲットであるZnOナノ結晶を用いた紫外発光デバイス作製法の確立には、ZnOナノ結晶の成長制御が必要となることが明らかになった。このことを受け、2014年度はZnOナノ結晶の成長制御法の確立によってその問題を解決することを目標とした研究に取り組んだところ、ZnOバッファ層への紫外レーザー照射というこれまでにない方法によってZnOナノ結晶の成長密度制御が可能であることを見出した。また、その応用としてZnOバッファ層への四光束パターニングによって周期配列ZnOナノワイヤの作製に取り組み、これをテーマにして論文を一報執筆した他、国内外の学会において報告を行い、高い評価を得た。
加えて、当初の実験計画にあったZnOナノ結晶へのPイオン注入条件の最適化についても検討を行い、周期配列ZnOナノワイヤへのPイオン注入による、ZnOナノワイヤ先端部のp型化にも成功した。当初の実験計画の段階では浮上していなかった問題点を見出し、その解決に至ったことは大きな成果であり、また本来の実験計画に沿った内容についても進展があったことからも、期待通りに研究が進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
デバイス化に適した形状・配列を持つZnOナノワイヤの作製発展として、m-cutサファイア基板を使用したZnOナノワイヤの作製に取り組む。この方法により得られる周期配列ZnOナノワイヤは、従来のa-cutサファイアやc-cutサファイアを使用する場合に比べてパターニング部以外における結晶核生成を抑制できることが予想され、更なる加工スループットの向上に期待ができる。
本年度前期には基板選択等のZnOナノワイヤ作製法に関する研究に取り組み、更に後期にはZnOナノワイヤの電気特性の制御法について調査を行うことで、周期配列ZnOナノワイヤ中でのpnホモ接合の形成を目指す研究を進める。それらの電気特性の制御については、アクセプタの導入にPイオン注入・Nイオン注入・レーザードーピングを検討する他、ZnO固有のドナー欠陥濃度の制御にはレーザーアニール処理を活用する予定である。また、それらの活性化には紫外パルスレーザーによるレーザーアニール処理やRTA処理を検討する予定であり、紫外発光素子やトランジスタとしてデバイス化する上で電気抵抗とオン電圧の小さな素子作製を目指す。
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