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2004 年度 実績報告書

酸化亜鉛を母体材料とした外部電源不要なウェアラブル紫外線検出器の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15760248
研究機関大阪工業大学

研究代表者

小池 一歩  大阪工業大学, 工学部, 講師 (40351457)

キーワード紫外線検出器 / 酸化亜鉛 / 酸化マグネシウム亜鉛 / 分子線エピタキシー / Mg組成制御 / 波長選択性 / 光導電型セル / 2次元電子ガス
研究概要

昨年度に引き続き目標とする紫外線検出器の実現に向けて研究を行った.先ず,シリコン(Si)基板上に単結晶酸化亜鉛(ZnO)薄膜を製造する既存技術(特開2003-165793,特願2003-385344)を用いて,マグネシウム(Mg)組成の異なる酸化マグネシウム亜鉛(ZnMgO)混晶膜を分子線エピタキシャル成長した.ここで,ZnMgO混晶膜の成長モデルに基づく独自に開発した数式を用いてMg組成を厳密に制御した.低温ZnOバッファ層の導入および低温成長技術を取り入れることで,高いMg組成の単結晶ZnMgO混晶膜を得ることに成功した.作製した混晶膜に対して,分光光度計を用いて透過率測定を行った.その結果,Mg組成が増加したことで光学バンドギャップが3.3eVから4.5eVまで増大していることが判った.
次に,Mg組成の異なる単結晶ZnMgO混晶膜の上に40μm間隔の櫛形電極を蒸着し,5mm角の光導電型セルを試作した.このセルの分光感度特性を調べた結果,Mg組成の増加に伴って紫外線のカットオフ波長が380nmから300nmまで短くなっていることが判った.このことは,当該セルの検出波長が生活紫外線であるUVA〜UVBの領域をほぼカバーしていることを意味している.
光応答性に優れた紫外線検出器を得るためには,ヘテロ接合を利用してキャリアの輸送能力を高める必要がある.そこで上記技術を用いてZnO/ZnMgOダブルヘテロ構造を作製し,その電気的特性を詳しく調べた.その結果,ヘテロ界面における歪みの影響でピエゾ分極が発生し,ZnO井戸内に2次元電子ガスが形成されていることが明らかになった.これらの結果は,波長選択性と光応答性に優れたウェアラブルな紫外線検出器を実現する上で重要である.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2004

すべて 雑誌論文 (5件)

  • [雑誌論文] シリコン基板を用いたZnMgO薄膜の分子線エピタキシー2004

    • 著者名/発表者名
      小池一歩, 小室友範, 濱憲治, 越智秀, 尾形健一, 佐々誠彦, 井上正崇, 矢野満明
    • 雑誌名

      真空 47-3

      ページ: 269-272

  • [雑誌論文] Analysis of Mg content of Zn_<1-x>Mg_XO film grown on sapphire substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Fengping, J.Shuisheng, K.Ogata, K.Koike, S.Sasa, M.Inoue, M.Yano
    • 雑誌名

      Science in China Series E-Engineering & Materials Sciences 47-2

      ページ: 166-172

  • [雑誌論文] Electron-cyclotron-resonance plasma etching of the ZnO layers grown by molecular-beam epitaxy2004

    • 著者名/発表者名
      K.Koike, K.Hama, I.Nakashima, G.Takada, K.Ogata, S.Sasa, M.Inoue, M.Yano
    • 雑誌名

      Journal of Vacuum Science Technology A22-3

      ページ: 531-533

  • [雑誌論文] Molecular beam epitaxial growth of wurtzite Zn_XMg_<1-x>O alloy films or UV-detectors on (111)-oriented Si substrate2004

    • 著者名/発表者名
      K.Koike, K.Hama, I.Nakashima, G.Takada, K.Ogata, S.Sasa, M.Inoue, M.Yano
    • 雑誌名

      Extended Abstracts of the 23th Electronic Materials Symposium 23

      ページ: 217-220

  • [雑誌論文] Piezoelectric carrier confinement by the lattice mismatch at ZnO/Zn_<0.6>Mg_<0.4>O heterointerface2004

    • 著者名/発表者名
      K.Koike, K.Hama, I.Nakashima, G.Takada, K.Ozaki, K.Ogata, S.Sasa, M.Inoue, M.Yano
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 43-10B

      ページ: L1372-L1375

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公開日: 2006-07-12   更新日: 2016-04-21  

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