通電加熱法による酸化亜鉛結晶の成長プロセスと諸特性

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これまでに申請者は、ZnOセラミックスを通電加熱することによって、その表面にZnO結晶が成長する現象を利用した新規なZnO結晶成長法を開発してきた。本年度は、H13・14年度で得られた結晶成長制御に関する知見をもとに作製したZnO結晶の発光特性を評価した。フォトルミネッセンス測定の結果、空気中で成長したホロー状結晶は酸素欠陥または不純物に起因するとされる緑色発光が、Ar雰囲気中で成長したウイスカーはバンド端付近の紫外発光が支配的であった。従って、ウイスカーは欠陥もしくは不純物が少なく優れた結晶性を有することが示唆された。また、低密度線材上に成長したウイスカーは高密度線材上のウイスカーと比較して緑色発光が抑制された。さらに、成長雰囲気に水素を加えることにより、ウイスカーの紫外発光が増大し、緑色発光が抑制されることを明らかとし、ウイスカーの紫外発光増大手法を見出した。そうした知見により高効率紫外発光ウイスカーを作製し、光強励起による室温レーザー発振に成功した。さらに、通電加熱法とナノインデンターによる触媒配列法を組み合わせた以下の新規結晶成長法を開発し、基板上へのウイスカーの選択成長を試みた。Auを触媒としてサファイア基板上にパターンニングし、その基板を通電加熱したZnO線材に近接させる形で配置した。この系を炉内に挿入し、外部からも加熱することで、触媒位置を起点としたウイスカーの選択成長に成功した。通電加熱法そしてその応用手法は、ZnO結晶の迅速加低コストな製造法として提案できる。本研究成果は、産業応用上のコスト軽減・製造プロセスの簡略化といった観点から十分な価値を有するものと考えられる。