Control of isoelectronic traps in ultra widegap semiconductor and realization of their vacuum UV emission

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本研究では、超ワイドバンドギャップ酸化物半導体におけるアイソエレクトロニックトラップ制御により、150 nmから210 nm帯の真空紫外（VUV）、深紫外（DUV）域での発光の実現を目指している。アイソエレクトロニックトラップ制御としては、ミスト化学気相堆積法によりMgOへのZnドーピングを試みた。また、MgOやMgZnO薄膜へのAl、Ga、Inのドーピングを行いn型伝導性制御について検討した。今年度に得られた主な成果は以下のとおりである。1. 添加量を1%まで0.1%ずつ変化させたZnドープMgO薄膜を成膜し光学的特性を評価した。反射スペクトルに観測された励起子共鳴構造から励起子遷移エネルギーを決定し、Znドープによるバンドギャップの変化を観測した。また極低温での発光測定から、Zn添加量の増加に伴う160 nm付近のバンド端付近の発光強度の減少と、170 nm付近のZnが関与すると考えられるアイソエレクトロニックトラップ発光強度の増加を観測した。得られた結果はZn添加によるアイソエレクトロニックトラップ形成を示唆している。2. X線光電子分光法により岩塩構造MgZnO/MgO界面におけるバンドアライメント解析を行った。岩塩構造MgZnO/MgOはタイプⅠのバンドアライメントを示し、MgOを障壁層とした量子井戸形成に有利であることが分かった。3. Al, Ga, In不純物を添加したMgOおよび岩塩構造MgZnO薄膜を成長した。Ga, Inを添加したMgO薄膜でバンド端付近の発光が観測され、バンドギャップ収縮による低エネルギーシフトと、裾状態の拡がりを反映した半値全幅の増加を観測した。これらの結果から、GaやInはMgO薄膜中でドナー不純物として振舞うことが示唆された。また、GaやInが関与するホール捕獲中心を介した発光も観られた。岩塩構造MgZnO薄膜のI-V-T測定では、欠陥や不純物準位を介したホッピング伝導が観られた。Alを3 mol%添加した岩塩構造Mg0.6Zn0.4O薄膜で、室温の抵抗率33.9 kΩ・cmが得られた。