Si基板上ZnO薄膜のエピタキシャル成長と近紫外レーザ発光デバイス形成の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450125
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 中西 洋一郎 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00022137)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小南 裕子 静岡大学, 電子工学研究所, 助手 (60313938) ; 青木 徹 静岡大学, 電子工学研究所, 助手 (10283350)
• Keywords: ZnO / ZnS / Si / エピタキシャル薄膜 / 励起子 / 近紫外線 / LED / PL

Research Abstract

次世代の情報の高密度化に対応すべくZnOの近紫外励起子レーザ発光デバイス化が有望視されている。本研究では、Si基板上にZnS薄膜をエピタキシャル成長させ、これを酸化することにより高品質ZnOエピタキシャル薄膜を形成するとともに、デバイス化を目的としている。以下、平成13年度研究実績の概要を述べる。
◇Si(III)基板上高品質ZnOエピタキシャル薄膜の形成と構造特性評価
本研究では申請した超高真空容器の購入と現有のターボ分子ポンプとの組み合わせにより、10^<-8>Torr台の超高真空が可能となり、電子ビーム蒸着法によりSi基板上に250℃付近の基板温度で良好なZnSエピタキシャル薄膜が形成され、これを酸素雰囲気中800℃で熱処理すると酸化はZnS薄膜の表面から内部に向かって進行し、約100nmの膜が約30分でほぼ完全に酸化されることがオージェ電子分光分析により確認された。
◇S(III)基板上ZnOエピタキシャル薄膜の発光特性評価
構造的には30分の熱処理によりほぼ完全に酸化が完了することを述べたが、PLスペクトルによれば、30分では酸素空孔による可視域の発光が支配的であり、励起子発光のためには更なる熱処理が必要である。時間の増大により励起子による近紫外発光強度が次第に強くなり、5時間程度の熱処理によりほぼ完全に励起子発光が支配的となることが示された。また、100K以下の極低温においては束縛励起子による発光も確認され、サファイア基板上にMBE法等により形成されたZnOエピタキシャル薄膜と同等の薄膜が形成されていることが示された。
次年度としては、以上の結果を基にして、ZnSからZnOへの酸化過程の熱力学的解析、n及びp型の伝導性の制御についても研究を展開する。

Research Products

• [Publications] Y.Kondoh: "Preparation of n-type ZnO Thin Film Doped with Al or Ga on Si(III) Substrate"Proc. of 21st Int. Display Res. Conf. in conjunction with 8th Int. Display Workshops. 1147-1150 (2001)
• [Publications] 三宅亜紀: "Si基板上ZnO薄膜特性のZnS薄膜成長温度及び熱処理条件依存性"第48回応用物理学関係連合講演会、30aK10. (2001)
• [Publications] 清水克美: "エキシマレーザードーピングによるP型ZnO層の形成"第48回応用物理学関係連合講演会、30pK14. (2001)
• [Publications] 清水克美: "エキシマレーザードーピング法によるP型ZnO層の形成"電子情報通信学会電子デバイス研究会技術研究報告. ED2001・17. (2001)
• [Publications] 三宅亜紀: "Si基板上エピタキシャルZnO薄膜の成長と励起子発光特性"電子情報通信学会電子ディスプレイ研究会技術研究報告. EID2001・12. 31-36 (2001)
• [Publications] A.Miyake: "UV Emission from Epitaxial ZnO Thin Film on Si(III) Substrate"13th Int. Conf. on Crystal Growth/11th Int. Conf. on Vapor Growth and Epitaxy, 04p-S12-045. (2001)
• [Publications] A.Miyake: "Study on the Structural Transformation Process from ZnS Epitaxial Film Grown on Si Substrate to ZnO Epitaxial Film by Oxidation"Phys. Stat. Sol. (b). 229・2. 829-833 (2002)
• [Publications] T.Aoki: "p-type ZnO Layer Formation by Excimer Laser Doping"Phys. Stat. Sol. (b). 229・2. 911-914 (2002)
• [Publications] 近藤祐一: "Si(III)基板上に成長したn-ZnO薄膜の発光及び電気特性"第62回応用物理学会学術講演会、11aP1-13. (2001)
• [Publications] 三宅亜紀: "Si基板上ZnS薄膜の酸化によるエピタキシャルZnO薄膜の形成と励起子発光"第21回表面科学講演大会、1C13. (2001)
• [Publications] 中西洋一郎: "Si基板上ZnSエピタキシャル薄膜の酸化によるZnOエピタキシャル薄膜の形成と励起子発光特性"日本表面科学会・中部支部研究会. (2001)