酸化亜鉛系混晶自立ウエファーの素子応用に向けた基礎研究

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20246007
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 大橋 直樹 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, センター長 (60251617)
• 研究分担者: 坂口 勲 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, 主幹研究員 (20343866) ; 和田 芳樹 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, 主幹研究員 (90343847) ; 羽田 肇 独立行政法人物質・材料研究機構, センサ材料センター, センター長 (70354420) ; 安達 裕 独立行政法人物質・材料研究機構, 光材料センター, 主任研究員 (30354418) ; 石垣 隆正 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, グループリーダー (40343842)
• キーワード: 酸化亜鉛 / 半導体ウエファー / 欠陥構造 / 表面構造

研究概要

特に、酸化亜鉛・酸化マグネシウム系の混晶結晶について、その実用化を見据え、熱安定性の検討、デバイス用ウエファーとしての重要な機能である表面状態について、放射光を用いた光電子分光測定を通じた検討を行った。また、連携して検討を行っている企業である三菱ガス化学との連携関係において成長した、2インチ径のエピタキシャルウエファーのについて評価を行い、その基礎物性について明らかにした。
特に、光電子分光測定の結果から、高いマグネシウム濃度をもつ混晶結晶の安定性について、液相エピタキシー法や高温固相反応法で得られる混晶結晶は、そのプロセスが平衡状態に近いために、高い熱安定性を有しているのに対し、真空蒸着のような薄膜堆積技術を持って成長された、さらに高いマグネシウム濃度を有する混晶結晶は熱安定性に劣ることを示した。すなわち、ウエファー応用を考える上で、液相エピタキシー成長が優れた利点を有することを示した。熱安定性の低い結晶では、酸素空孔や陽イオン空孔が多数生成した状態になっており、見かけ上、残留キャリアーが少ないという特性を示すものの、実は、結晶内に塩化補償された欠陥が多数存在しており、そうした非平衡な欠陥が熱を加えた際に緩和する、という現象が、物理蒸着で得られる混晶結晶の低い熱安定性に関与することを示した。
次年度以降の表面の検討を可能にするための精密研磨盤をはじめ、本研究で必要となる装置や部材の調達をすすめ、研究体制を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Electronic states in zinc magnesium oxide alloy semiconductors : Hard x-ray photoemission spectroscopy and density functional Theory Calculations (2009)
  • 著者名/発表者名: 大澤健男
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 21 ページ: 144-150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of bulky single crystalline films of(Zn, Mg)0 alloy semiconductors by liquid phase epitaxy (2009)
  • 著者名/発表者名: 小林純
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 9 ページ: 1219-1224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of compensated defects in zinc magnesium oxides assignable from diffusion coefficients and hard x-ray photoemission (2009)
  • 著者名/発表者名: 大澤健男
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 94 ページ: 042104-1-042104-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarity-dependent photoemission spectra of wurtzite-type zinc oxide (2009)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 94 ページ: 122102-1-122102-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酸化亜鉛の欠陥構造と物性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 雑誌名: マテリアルインテグレーション 21 ページ: 26-28
• [雑誌論文] 酸化亜鉛の高機能化に向けた物性制御と欠陥制御 (2008)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 雑誌名: 工業材料 56 ページ: 61-64
• [雑誌論文] Positive Hall coefficients obtained from contact misplacement on evident n-type ZnO films and crystals (2008)
  • 著者名/発表者名: 大垣武
  • 雑誌名: JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH 23 ページ: 2293-2295
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酸 Growth of thick zinc magnesium oxide by liquid phase epitaxy (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林純
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS EXPRESS 1 ページ: 071210-1-071201-3
  • 査読あり
• [学会発表] 光電子分光によるドーピングした酸化亜鉛の電荷補償とバンド構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 学会等名: 日本セラミックス協会年会
  • 発表場所: 東京理科大学(千葉県野田市)
  • 年月日: 2009-03-16
• [学会発表] 液相エピタキシー法による結晶育成-酸化亜鉛固溶体への応用- (2009)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 学会等名: 応用物理学会春期講演会
  • 発表場所: 筑波大学(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2009-03-03
• [学会発表] Growth and characterization of(Zn, Mg)0 bulk and film crystals (2009)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 学会等名: Photonic WEST
  • 発表場所: San Jose Convention Center(米国カリフォルニア州)
  • 年月日: 2009-01-26
• [学会発表] Structure of Polar Crystals in Terms of Crystal Growth and Functions (2008)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 学会等名: 6th Asian meeting for Electroceramics
  • 発表場所: 物質・材料研究機構(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2008-10-24
• [学会発表] Hard X-ray Photoemission Spectroscopy for Investigation of Defects in Oxide crystals and films (2008)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 学会等名: 6th Asian meeting for Electroceramics
  • 発表場所: 物質・材料研究機構(茨城県つくば市)
  • 年月日: 2008-10-24
• [学会発表] Electronic structure of(Zn, Mg)0 alloy crystals studied by photoemission spectroscopy using syncrotron radiation (2008)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 学会等名: Fifth International Workshop on Zinc Oxide and Related Materials
  • 発表場所: Eagle Crest Resort(米国ミシガン州)
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] Self-standing(Zn, Mg)0 single crystalline wafers prepared by a liquid phase epitaxy method (2008)
  • 著者名/発表者名: 大橋直樹
  • 学会等名: Fifth International Workshop on Zinc Oxide and Related Materials
  • 発表場所: Eagle Crest Resort(米国ミシガン州)
  • 年月日: 2008-09-23