レーザープロセスによる酸化亜鉛ナノワイヤの光電特性制御法の開発

开发利用激光工艺控制氧化锌纳米线光电性能的方法

• 批准号: 14J04675
• 负责人: 下垣 哲也
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04675/
• 关键词: 酸化亜鉛; 紫外レーザープロセス; 干渉レーザー; パルスレーザー堆積法; ナノワイヤ; レーザーアニーリング; レーザーアブレーション; 干渉レーザーパターニング

非極性面を表面に露出させているmカットサファイア基板をZnOバッファ層製膜に用いる実験を行った。製膜されたZnOバッファ層はm面(10-10)方向に成長しており、非極性ZnOバッファ層を作製することに成功した。この非極性ZnOバッファ層を下地として、ナノ微粒子支援レーザー堆積法によるナノワイヤ作製を行ったところ、ナノワイヤの成長密度が他の基板使用時と比べて1/100以下に減少することが見出された。更にレーザーアブレーションとの組み合わせにより任意の位置にナノワイヤを成長させることで電界放出源などへの応用に適するナノワイヤ群が生成することが示された。aカット、cカット、mカットサファイア基板を使用し、それらの上に最適条件で堆積させたZnOバッファ層のホール効果測定を行った。結果、aカット上のZnOバッファ層はcカット及びmカットを用いた場合と比べて1桁以上高いキャリア濃度を持ち、キャリア移動度も1桁大きくなることが示された。結晶の面内配向ミスオリエンテーションがaカット上ZnOの場合は0.4°程度と非常に小さく、キャリアのトラップサイトが少ないことが原因として有力である。aカットサファイア基板を用いた場合でもELは観測されていなかった為、キャリア濃度を高める手法としてAlドープZnOを用いる実験を行った。パルスレーザー堆積法の照射ターゲットとして使用するAlドープZnO焼結体は偏析が多いため、偏析の少ないAlNドープZnO焼結体を使用したところ、Nを含まないAlドープZnOバッファ層の作製に成功した。AlドープZnOのキャリア濃度はZnOバッファ層に比べて1桁以上高く、有力なn型ZnOとして使用できる可能性が高まった。実際に、本手法で作製したAlドープZnOバッファ層とSbドープZnO球を用いてELを観測することに成功しており、今後の更なる発展に期待が寄せられている。

Nonpolar を surface に reveal さ せ て い る m カ ッ ト サ フ ァ イ ア substrate を ZnO バ ッ フ ァ layer membrane に with い る be 験 を line っ た. Membrane さ れ た ZnO バ ッ フ は m ァ layer surface (10-10) direction に growth し て お り, nonpolar ZnO バ ッ フ ァ layer を cropping す る こ と に successful し た. こ の nonpolar ZnO バ ッ フ ァ layer above を と し て, ナ ノ particles support レ ー ザ ー accumulation method に よ る ナ ノ ワ イ ヤ cropping を line っ た と こ ろ, ナ ノ ワ イ ヤ の growth density が と の substrate he used it than べ て 1/100 に reduce す る こ と が shows さ れ た. More に レ ー ザ ー ア ブ レ ー シ ョ ン と の group み close わ せ に よ り arbitrary position の に ナ ノ ワ イ ヤ を growth さ せ る こ と で electricity industry release source な ど へ の 応 with に optimum す る ナ ノ ワ イ ヤ group が generated す る こ と が shown さ れ た. A カ ッ ト, c カ ッ ト, m カ ッ ト サ フ ァ イ ア substrate を use し, そ れ ら の に on optimal condition で accumulation さ せ た ZnO バ ッ フ ァ layer の ホ ー ル sharper determination of fruit line を っ た. On the results, a カ ッ ト の ZnO バ ッ フ ァ layer は c カ ッ ト and び m カ ッ ト を with い と た occasion than べ て high above 1 girder い キ ャ リ ア concentration を hold ち, キ ャ リ ア mobile degrees も 1 girder き く な る こ と が shown さ れ た. Crystallization の in-plane alignment ミ ス オ リ エ ン テ ー シ ョ ン が a カ ッ ト on ZnO の occasions は 0.4 ° degree と very small に さ く, キ ャ リ ア の ト ラ ッ プ サ イ ト が less な い こ と が reason と し て powerful で あ る. A カ ッ ト サ フ ァ イ ア substrate を with い た occasions で も EL は 観 measuring さ れ て い な か っ た for, キ ャ リ ア high concentration を め る gimmick と し て Al ド ー プ ZnO を with い る be 験 を line っ た. パ ル ス レ ー ザ ー accumulation method の irradiation タ ー ゲ ッ ト と し て use す る Al ド ー プ ZnO 焼 nexus of contracts more than は segregation が い た め, less segregation の な い AlN ド ー プ ZnO 焼 nexus of contracts を use し た と こ ろ, N を ま な い Al ド ー プ ZnO バ ッ フ ァ layer の cropping に successful し た. Al ド ー プ ZnO の キ ャ リ ア concentration は ZnO バ ッ フ ァ layer に than べ て high above 1 girder く, powerful な n type ZnO と し て use で き が high ま る possibility っ た. Be interstate に, this technique で し た Al ド ー プ ZnO バ ッ フ ァ layer と Sb ド ー プ ZnO を ball in い て EL を 観 measuring す る こ と に successful し て お り, future の more な る 発 exhibition に expect が send せ ら れ て い る.

项目成果

紫外レーザープロセスを利用したZnO ナノ・マイクロ結晶の作製と評価

紫外激光法制备ZnO纳米/微晶并评价

• 发表时间: 2015
• 作者: 下垣 哲也;川原 裕貴;中尾 しほみ;原田 浩輔;東畠 三洋;池上 浩;中村 大輔;中田 芳樹;岡田 龍雄
• 通讯作者: 岡田 龍雄

レーザー堆積法によりサファイア基板上に製膜したZnOバッファ層の結晶方位とZnOナノワイヤ成長基板としての機能

激光沉积法在蓝宝石衬底上形成ZnO缓冲层的晶向并作为ZnO纳米线生长衬底

• 发表时间: 2016
• 作者: 下垣 哲也;高橋 将大;山崎 正瑛;福田 泰地;東畠三洋;中村 大輔;池上 浩;I. A. Palani;中田 芳樹;N. J. Vasa;岡田 龍雄
• 通讯作者: 岡田 龍雄

Fabrication and characterization of spherical micro semiconductor crystals by laser ablation method

• DOI: 10.1007/s00339-014-8529-6
• 发表时间: 2014-05
• 期刊: Applied Physics A
• 作者: T. Shimogaki;K. Okazaki;K. Yamasaki;K. Fusazaki;Y. Mizokami;N. Tetsuyama;M. Higashihata;H. Ikenoue;D. Nakamura;T. Okada

Effects of UV-Laser Processing on ZnO Nanocrystals: Controlling the Crystal Growth, Electrical and Optical Properties

紫外激光加工对 ZnO 纳米晶体的影响：控制晶体生长、电学和光学性质

• 发表时间: 2015
• 作者: Tetsuya Shimogaki;M. Takahashi;M. YamasakiT. Fukuda;M. Higashihata;H. Ikenoue D. Nakamura;Y. Nakata;T. Okada
• 通讯作者: T. Okada

Fabrication and characteristics of ordered ZnO microcrystals by four-beam interference laser patterning

四光束干涉激光图案化有序ZnO微晶的制备及其特性

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Shimogaki;H. Kawahara;S. Nakao;K. Harada;M. Higashihata;D. Nakamura;Y. Nakata;T. Okada
• 通讯作者: T. Okada