固層エピタキシャル成長を利用したZnO薄膜の作製

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平成16年度は、スパッタリング法で作製したZnO薄膜にイオン注入を行い、結晶性の変化を観察した。今年度はイオン注入前のZnO薄膜の結晶性を向上させるため、レーザーアブレーション法を用いてZnO薄膜堆積を行った。今年度得られた結果を以下に示す。【レーザーアブレーション法によるZnO薄膜堆積】c面サファイア上にレーザーアブレーション法を用いてZnO膜を堆積させた。雰囲気ガスは酸素、圧力は300mTorrとし、基板温度は300〜700℃の範囲で変化させた。また、KrFエキシマレーザーの照射エネルギー密度は2.5〜4.0J/cm^2の範囲で変化させた。基板温度500℃、エネルギー密度3.0J/cm^2の条件のとき、c面サファイア上に(110)面に配向し、その他の条件では(001)面に配向したZnO薄膜が成長することが解かった。レーザーアブレーション中のプルームの発光を調べたところ、Zn、Oの励起種やイオンの発光強度はレーザーの照射エネルギー密度によって変化することが確認された。結晶の配向と基板に到達する原子、分子に関連性があることが示唆された。作製したZnO膜の伝導形は全ての試料がn形を示した。【イオン注入と結晶欠陥の回復】(001)配向したZnO薄膜に酸素または窒素イオン注入を行い、熱アニールによる欠陥の回復を試みた。注入不純物密度は5×10^<18>/cm^3であり、アニール温度は700℃、アニール雰囲気は窒素とした。注入した不純物に関係なく、アニール前後で表面モフォロジーに顕著な変化は観察されなかった。また、アニール後の試料のシート抵抗はイオン注入前よりも高くなり、イオン注入後に観察されなくなっていたバンド端付近のPL発光はアニールにより回復した。アニール中の固層成長により、微結晶が形成されたものと推測される。固層成長によるZnO微結晶形成の可能性が示唆される。