| 研究課題/領域番号 |
24750196
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
鱒渕 友治 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80466440)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| キーワード | 酸窒化物 / ナノワイヤ / 光学特性 |
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| 研究概要 |
微量のニッケルやコバルトの共存下で非晶質酸化ガリウムをアンモニア窒化すると、ウルツ鉱型類似構造を有する酸窒化ガリウム(Ga0.89□0.11)(N0.66O0.34)ナノワイヤが得られる。このナノワイヤは紫外域に特異的な発光を示すなどの特徴を持つが、発光がブロードであり、さらなる結晶の高品質化が求められる。本研究では、酸窒化ガリウムナノワイヤの高品質化と物性評価、更にp-n接合等を狙ったナノ構造体の作製を目的とした。平成24年度は、①結晶性向上のためZnを添加した酸窒化ガリウムナノワイヤの形成、また②光学特性の制御も狙いガリウム-アルミニウム混晶系酸窒化物ナノワイヤの形成を検討した。
①Znを固溶させた酸窒化ガリウムナノワイヤの形成と結晶性の向上
ウルツ鉱型GaNをZnOで共置換したZn添加酸窒化ガリウムはバルク粉体で結晶性の向上を報告している。そこでZn添加酸窒化ガリウムのナノワイヤを形成し、その結晶性の向上を検討した。少量のNiを加えた非晶質(Ga,Zn)酸化物をアンモニア気流中で加熱して結晶成長した。800℃以上の反応温度ではウルツ鉱型GaN類似の結晶が得られたが、750℃~700℃の低温域では酸窒化ガリウムのナノワイヤが形成した。これらのX線回折図形は、Znの添加で回折線幅が狭くなり結晶性の向上を確認した。STEM-EDXでナノワイヤの組成を分析したところ、Zn/(Ga+Zn)比にバラつきはあるものの、最大で10%のZnを含む酸窒化ガリウムナノワイヤが得られた。
②ガリウム－アルミニウム混晶系酸窒化物ナノワイヤの形成
ガリウムとアルミニウムの非晶質酸化物前駆体を少量のFeの共存下でアンモニア窒化した。合成温度を様々に検討したが、バルク粉体としての混晶化合物は得られたものの生成したナノワイヤにはAlは殆ど含まれなかった。
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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
本研究では、酸窒化ガリウムナノワイヤの高品質化と多機能化を狙い、本年度は①Znを固溶させた酸窒化ガリウムナノワイヤの形成、および②ガリウム－アルミニウム混晶系酸窒化物ナノワイヤの形成を目標とした。②に関しては、ガリウムとアルミニウムの酸窒化物固溶体粉末は得られたものの、Alが固溶した酸窒化ガリウムナノワイヤの形成には至らなかった。これはGa-NとAl-N結合が形成される温度域が大きく異なるため、酸窒化ガリウムナノワイヤ中にAlが取り込まれなかったためと思われる。一方で①については酸窒化物ナノワイヤごとのGa:Zn比にばらつきはあるものの、最大で10%までZnの固溶した酸窒化ガリウムナノワイヤを合成することに成功した。さらに本年度導入した高感度半導体X線検出器を用いて測定した、X線回折図形の回折線幅がZnの固溶によって狭くなったことから、酸窒化物ナノワイヤの結晶性向上を確認した。これらのZn添加酸窒化ガリウムナノワイヤについてカソードルミネッセンス測定も開始した。
以上より、不純物元素を添加した酸窒化ガリウムナノワイヤの形成および結晶性の向上についてほぼ予定通り達成できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題を推進するにあたり、最終年度の平成25年度は③Zn添加酸窒化ガリウムナノワイヤにおけるZn含有量の均一化、④Zn添加酸窒化ガリウムを用いた組成傾斜ナノ構造体の作製を行う。
Znを含む非晶質酸化物前駆体をアンモニア気流中で加熱する時間を制御することで、成長時間による酸窒化物ナノワイヤのZn含有量変化を調べる。また、Znを過飽和に供給した条件での結晶成長も試みる。蒸気圧の高いZnOと一緒に酸窒化ガリウムナノワイヤを真空封管中加熱する手法でもZn添加酸窒化ガリウムナノワイヤが形成しないか検討する。得られたナノワイヤの結晶性は平成24年度に導入した高感度半導体X線検出器を用いてX線回折パターンを測定して評価する。各ナノワイヤの化学組成は北海道大学で共同利用可能はSTEM-EDXを用いて測定する。以上により合成手法を工夫することで、Zn含有量が均一な酸窒化ガリウムナノワイヤを形成する。
更に、上記Zn添加手法を組み合わせることで、酸窒化物ナノワイヤ中のZn含有量を傾斜させたナノ結晶や、Zn添加酸窒化ガリウムのコアシェル構造体などのナノ構造体を形成する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
該当なし
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