| 研究概要 |
Ga_2O_3とZnOの同時炭素熱還元窒化法(CRN)によるZnドープGaN結晶の作製を行い,Ga_2O_3/ZnO粉末混合物とZnGa_2O_4のNH_3による直接窒化(DN)によるドープ法によるGaN結晶の形態と発光特性の違いを評価した。
Ga_2O_3とZnOにカーボン粉末を混合したものを出発試料とした。これら出発試料を1000℃に加熱した。この加熱で発生するGa_2OとZnのガスをArガスで輸送し、このガス流れに対して向流となるようにNH_3を導入した。石英ガラス基板を2つの石英管出口付近に置き、1160℃でGaNを成長させた。Ga_2O_3/ZnOの混合粉末とGa_2O_3とZnOから固相反応法で作製したZnGa_2O_4を別の出発試料とした。これらの出発試料を1160℃でNH_3気流中で直接窒化することでZnドープGaN結晶を作製した。
XRDの結果から、CRNで得られた結晶とGa_2O_3/ZnOの混合物とZnGa_2O_4のDNで得られた結晶はwurtzite型GaNに帰属した。CRNとDNで作製したZn-doped GaN結晶のSEM像から、CRNで作製したGaN結晶は六角板状で粒子サイズは約3μmであった。一方、DNにより作製したGaN結晶は比較的凝集した粉末状で粒子サイズは数百nmであった。酸素窒素分析及びICP発光分析の結果、CRNで作製したGaN結晶中の酸素及びZn含有量はそれぞれ約2at.%、約0.3at.%であった。Zn-doped GaN結晶のCL測定の結果から、CRNとDNの作製方法に関わらずZn-doped GaN結晶でZnに由来すると考えられるピークが430nm付近に現れた。この発光ピーク強度はCRNで作製したGaN結晶の方がDNで作製したGaN結晶よりも約20倍強く、鋭い発光を示すことが分かった。この結果からCRNの方がGaNへのZnドーピングに適していると考えられる。
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