化合物ドーピング法による酸化亜鉛のpn制御と紫外線発光デバイスの開発

复合掺杂法氧化锌的PN控制及紫外发光器件的研制

• 批准号: 15655068
• 负责人: 小林 健吉郎
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15655068/
• 关键词: p型ZNO; Mg-N結合; 紫外線LED; スパッタリング法; MOCVD法; 酸化亜鉛薄膜; 紫外線発光デバイス; ドーピング; p型; スパッタリング; PN接合

(1)p型ZnO薄膜の作成ZnOとMg3N2を同時にスパッタリングすることにより、Mg-N結合を添加したZnO薄膜を作成した。高い真空状態ではZnOが窒化されp型ZnOは得られなかった。酸素を導入するとZnOの窒素化は抑制されたが、MgNの酸化が起こった。MgNの選択的な窒化条件を検討した結果、スパッタを行う真空を悪くすることによりZNOの酸化とMgNの窒素化を両立させることができた。ZnOの結晶性と正孔生成との関係を調べた結果、マイカ基板上でZnOを堆積させると極めて結晶性の高いZnOが成長することが判明した。こうした実験結果から、比較的悪い真空状態で、マイカ基板上にMg-N結合を添加したZnOを堆積させたところ、p型ZnOが得られた。しかし、空気中では数時間程度でp型が消失し、大気中の水分が原因であることが判明した。添加されたMg-N結合の活性化を進めるために、高温アニール、電子線アニールなどを行ったが、良好な結果は得られなかった。この原因として、高温ではN原子の溶解度が低いためと考えられる。(2)平坦な表面を持つ単結晶状ZnO薄膜の作成良質なZnO薄膜を作成するため、イットリウム安定化ジルコニア<YSZ>、窒化したサファイア基板、F置換した合成マイカ基板上に、酢酸亜鉛を前駆体として、MOCVD法により高品質のZnO薄膜を作成した。YSZ基板上では700-800℃の温度でも良質なZnO薄膜は成長しなかった。また、サファイア基板でも高い基板温度ではZn-Al-O系のスピネル化合物が生成し、エピタキシャル成長による単結晶状薄膜の成長には至らなかった。これに対して、F置換した合成マイカ基板の上では、最適な条件化では600-700℃の温度範囲で単結晶状ZnO薄膜が得られた。このMOCVD法を用いてMg-N結合ドーピングを行ったところ、高抵抗ながらp型ZnOが得られた。

(1) the p-type ZnO thin film の into ZnO と Mg3N2 を simultaneously に ス パ ッ タ リ ン グ す る こ と に よ り, Mg - N combined with を add し た ZnO thin film を made し た. In a high <s:1> vacuum state, で が ZnOが is used to nitrize され p-type ZnO to obtain られな った った った. The acidin を introduces するとZnO <s:1> nitrylation to inhibit されたが, and MgN <s:1> acidifies が to start <s:1> った. Conditions of MgN の sentaku な smothering the を beg し 検 た results, ス パ ッ タ を line う vacuum を 悪 く す る こ と に よ り ZNO の acidification と MgN の smothering element change を struck made さ せ る こ と が で き た. ZnO の crystalline と hole is generated と の masato is を adjustable べ た results, マ イ カ substrate で ZnO を accumulation さ せ る と extremely め て crystalline の high い ZnO が growth す る こ と が.at し た. こ う し た be 験 results か ら, comparison of 悪 い vacuum で, マ イ カ substrate に Mg - N combined with を added し た ZnO を accumulation さ せ た と こ ろ, p-type ZnO が must ら れ た. The で で number in the air, the degree of time, the で p-type が disappearance, the <s:1> moisture in the air, the が cause, the である とが とが determination, the た. Add さ れ た Mg - N combined with の activeness を into め る た め に, high-temperature ア ニ ー ル, electronic line ア ニ ー ル な ど を line っ た が, the result of good な は ら れ な か っ た. The <s:1> <s:1> reasons are と て, high temperature で, <s:1>, low <s:1> solubility of N atoms が, <s:1> ためと and えられる. (2) flat surface を な hold つ 単 crystalline ZnO thin film の made good quality な ZnO thin film を made す る た め, イ ッ ト リ ウ ム stabilization ジ ル コ ニ ア < YSZ >, smothering し た サ フ ァ イ ア substrate, F replacement し た synthetic マ イ カ substrate に 駆 body before, boggy acid 亜 lead を と し て, MOCVD に よ り の high quality ZnO thin film を し consummate Youdaoplaceholder0. The <s:1> temperature of 700-800 ° C <s:1> on the YSZ substrate is で, and high-quality なZnO thin films are <s:1> grown な な った った った. ま た, サ フ ァ イ ア substrate で も high い substrate temperature で は zinc - Al - O is の ス ピ ネ が ル compounds generated し, エ ピ タ キ シ ャ ル growth に よ る 単 の crystal film growth に は to ら な か っ た. こ れ に し seaborne て, F replacement し た synthetic マ イ カ on substrate の で は, the optimum conditions of な で は 600-700 ℃ temperature fan 囲 の で 単 crystalline ZnO thin film が must ら れ た. を こ の MOCVD method with い て Mg - N combined with ド ー ピ ン グ を line っ た と こ ろ, high resistance to な が ら p-type ZnO が must ら れ た.

项目成果

Doping of bonds into ZNO films and the changes of their electric properties

ZNO薄膜中键的掺杂及其电性能的变化

• 发表时间: 2004
• 期刊: Key Engineering Materials 269
• 作者: Kenkichro Kobayashi;Tsutomu Yamazaki;Yuji Hatta;Yasumasa Tomita
• 通讯作者: Yasumasa Tomita

Evolution and removal of ferroelectric domains on KNbO3 film by an atomic force microscope with a conductive cantilever

利用导电悬臂梁原子力显微镜研究 KNbO3 薄膜上铁电畴的演化和去除

• 发表时间: 2004
• 期刊: J.Mater.Sci. 39
• 作者: Tomita Yasumasa;Yasuhisa Maeda;Kenkichiro Kobayashi
• 通讯作者: Kenkichiro Kobayashi

M.Sanmyo.Y.Tomita, K.Kobayashi: "Doping of nitrides into zinc oxide films"Key Engineering Materials. 248. 87-90 (2003)

M.Sanmyo.Y.Tomita、K.Kobayashi：“将氮化物掺杂到氧化锌薄膜中”关键工程材料。

First-principle Band calculatin of TiO2 with Brookite structure

板钛矿结构TiO2的第一性原理能带计算

• 发表时间: 2004
• 期刊: Electrochemistry 72
• 作者: S.Matsushima;K.Obata;H.Yamane;K.Yamada;M.Arai;K.Kobayashi
• 通讯作者: K.Kobayashi

M.Sanmyo, Y.Tomita, K.Kobayashi: "Preparation of p-Type ZnO Films by Doping of Be-N Bonds"Chemistry of Materials. 15(4). 819-821 (2003)

M.Sanmyo、Y.Tomita、K.Kobayashi：“通过掺杂 Be-N 键制备 p 型 ZnO 薄膜”材料化学。