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

基本信息

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

项目摘要

(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）通过溅射ZnO和MG3N2同时制备P型ZnO薄膜，制备了添加了带有MG-N键的ZnO薄膜。在高真空条件下，ZnO被硝化，未获得P型ZnO。氧的引入抑制了ZnO的氮化，但MGN的氧化发生了。由于研究了MGN的选择性硝化条件，可以通过减少真空以溅射来实现ZnO的氧化和MGN的氮化。由于研究了ZnO和孔形成的结晶度之间的关系，因此发现将ZnO沉积在云母基板上会导致极高的结晶度生长。这些实验结果表明，添加了MG-N键的ZnO在相对较差的真空中沉积在云母底物上，从而导致P型ZnO。但是，P型在几个小时内消失在空中，发现原因是大气中的水。为了促进添加的MG-N键的激活，进行了高温退火和电子束退火，但没有获得良好的结果。这被认为是由于高温下N原子的溶解度低。 (2) Creation of single-crystalline ZnO thin films with flat surfaces To create high-quality ZnO thin films, zinc acetate was used as a precursor to create high-quality ZnO thin films, using zinc acetate as a precursor, to create high-quality ZnO thin films on yttrium stabilized zirconia <YSZ>, nitrided sapphire substrates, and f-取代的合成云母底物。在YSZ底物上，即使在700-800°C的温度下，也没有高质量的ZnO薄膜。此外，即使使用蓝宝石底物，在高底物温度下也会形成Zn-al-O尖晶石化合物，并且没有通过外延生长来实现单晶薄膜的生长。另一方面，在F-取代的合成云母底物上，在600-700°C的最佳条件下获得了单个晶体ZnO薄膜。MG-N键使用此MOCVD方法进行了Mg-N键掺杂，并且尽管具有较高的电阻，但仍获得了P型ZnO。