原料交互供給法によるZnOの原子層エピタキシャル成長と伝導型制御に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750013
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 寺迫 智昭 愛媛大学, 工学部, 助手 (70294783)
• Keywords: 酸化亜鉛 / 大気圧科学気相成長法 / 交互供給法 / 原子層エピタキシャル成長 / 亜鉛アセチルアセトナート

Research Abstract

昨年度は亜鉛(Zn)原料に塩化亜鉛(ZnCl_2)、酸素(O)原料にエタノール(C_2H_5OH)もしくは水(H_20)を用いた原料同時供給下での酸化亜鉛(ZnO)薄膜の成長を中心に研究を行った。本年度は、ZnCl_2とC_2H_5OHもしくはH_2Oを時間的に分離して基板上へ供給する交互供給法によるZnO薄膜の成長を試みた。具体的には、(1)ZnCl_2の供給、(2)パージ用窒素ガスの供給、(3)C_2H_5OH(もしくはH_2O)の供給、(4)パージ用窒素ガスの供給、という四行程を繰り返すという方法である。主に、基板温度と原料供給時間をパラメータとして成長を行った。成長した試料のX線回折測定からZnOの成長が認められたが、比較的平坦な表面上に華(フラワー)状のグレインが点在する表面モフォロジーを有していることが走査型電子顕微鏡観察から明らかになった。ZnCl_2が反応管内に置かれていることから、ZnCl_2供給時以外にも拡散によってZnが基板に到達し、残留しているO原料と反応することでこの時異な表面モフォロジーが形成されたと結論した。
この問題の解決のために、蒸気圧が高く、反応管外部で蒸発器を用いて気化し、キャリアガスによって反応管に輸送することが可能な亜鉛アセチルアセトナート(ZnAA)を新原料として利用することにした。まず、ZnAA-H_2O原料系およびZnAA・C_2H_5OH原料系を用いてZnOが成長可能であることを確認するために、同時原料供給下での成長を試みた。両原料系でZnOの成長が可能であることが明らかになり、特にZnAA-C_2H_5OH原料系において成長時間2時間で膜厚500nmの粒径〜120nmのグレインからなる比較的平坦な薄膜を得ることに初めて成功した。
今後、同時原料供給下での最適成長条件を参考にし、交互供給による原子層エピタキシー、さらには同時ドーピングによる伝導型制御へと展開していく予定である。