| 研究課題/領域番号 |
17360001
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
八百 隆文 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 教授 (60230182)
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| 研究分担者 |
ちょ 明煥 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (00361171)
花田 貴 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80211481)
任 寅鎬 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00400408)
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| キーワード | ZnO / 酸化物半導体 / エピタキシ成長 / MBE / サーファクタント |
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| 研究概要 |
ZnOへのp型不純物として、V族元素が試みられている。これまでに、As、P、Sb、NなどをZnOにドーピングすることによって、p-ZnOの形成が報告されている。このうち、As、P、Sbについては、高濃度ホール濃度(10^<18>cm^<-3>以上)という報告があり、ZnOベースの光デバイスへの応用も近いのではないかと期待させた。実際、EL素子も試作されたが、その発光強度はきわめて弱く、デバイスには程遠い。この原因として、「(1)電気特性が時間と共に変化する不安定性を示す。(2)実際の試料はミクロサイズのp型領域とn型領域の混在したものである。(3)p型不純物添加によって非発光センターが形成されるため、PL測定ですら発光強度が非常に弱くなる。」などがある。他方、Nに関しては(1)低濃度ホール濃度(2x10^<17>cm^<-3>レベルまで)しかできない、(2)p型不純物添加によって非発光センターが形成されるため、PL測定ですら発光強度が非常に弱くなる、などの問題がある。本研究はZnOのサーフアクタントMBE法を開発し、低温での高品質ZnO膜の形成技術を開発し、Nドーピングによって高濃度ホール濃度実現の見通しを得ることを目標としている。まず水素原子援用MBE法によって、水素原子がサーフアクタントとして働くことを見出した。次いで、300-400Cの低温でも600C以上の高温成長と同様に2次元成長が実現できることをRHEEDとAFM観察から示した。水素サーフアクタントを照射しない状態では、600C以上の高温にしないと2次元成長が実現しない。さらに、AFM、フォトルミネッセンス法、X線回折法によって、サーフアクタント成長400CのZnO膜の結晶性は600C以上の温度でサーフアクタント無しで形成したZnO膜と同程度の高品質結晶であった。次いで、N取り込み確率の成長温度依存性を確認するために、種々の基板温度で成長したZnO膜中へのNの取り込み濃度を測定し、温度の下降と共に、大幅なN濃度上昇が見られた。400C以下の低温では10^<21>cm^<-3>レベルのN濃度取り込みが可能であることを確認した。N不純物の活性化率を考えると、ほぼ10^<18>cm^<-3>レベルのホールドーピングが可能となると考えられる。
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