Fabrication of quantum-dot-dispersed semiconductor films by the single process using mist CVD

使用雾气CVD单一工艺制造量子点分散半导体薄膜

基本信息

批准号：
21K04154
负责人：
原和彦
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

発光特性の向上と新たな機能付加を目的とした新しいタイプの発光材料構造として、バンドギャップの大きな半導体（バリア層）中にバンドギャップの小さいナノ粒子を分散させたナノ粒子分散半導体薄膜を提案し、ミスト化学気相法をベースとした単一プロセスにより作製することを目的とした研究である。今年度得られた成果を以下にまとめる。(1)昨年度の研究において課題であった基板面内での膜厚および組成の不均一性を解決するために、新たにファインチャネル型のリアクターを設計・導入した。これを用いることにより、ZnO系、Ga2O3系薄膜共に、膜厚の均一性が大幅に改善させることができた。また、ミストによるナノ粒子輸送についても問題ないことを確認した。(2)上述の新リアクターを用いたGa2O3薄膜の成長では、基板温度の上昇に従い結晶相がα→β→ε相の順に明確に変化した。Ga2O3系バリア層にZnOナノ粒子を分散させる場合には、バリア層の結晶相としては対称性の類似性からα相が適しているが、この結果から、α相が安定に形成される基板温度を450℃に決定できた。(3)作製したナノ粒子分散 (Zn,Mg)O薄膜を窒素雰囲気中でアニールし、その効果を調べた。実験を行った範囲においては、高温かつ高いMg原料濃度で成長させた試料において、アニールによるZnOナノ粒子からの発光増大が確認された。これは、薄膜中およびナノ粒子の内部や周囲の欠陥が取り除かれためと考えられ，アニールの有効性が示された。

我们提出了一种纳米颗粒分散半导体薄膜，其中带隙较小的纳米颗粒分散在带隙较大的半导体（势垒层）中，作为一种新型发光材料结构，旨在提高发光性能并添加本研究旨在使用基于雾化学气相法的单一工艺来制造它。今年取得的成果总结如下。 (1)为了解决去年研究中存在的基板平面内膜厚和成分不均匀的问题，我们设计并推出了新型细通道反应器。通过使用这一点，我们能够显着提高 ZnO 基和 Ga2O3 基薄膜的膜厚均匀性。还证实纳米粒子通过雾的传输不存在问题。 (2)在使用上述新型反应器生长Ga2O3薄膜中，随着衬底温度的升高，晶相明显按照α→β→ε相的顺序变化。当ZnO纳米颗粒分散在Ga2O3基势垒层中时，由于对称性相似，α相适合作为势垒层的晶相，其温度为450℃。 (3)将制备的纳米粒子分散(Zn,Mg)O薄膜在氮气气氛中退火并研究其效果。在进行的一系列实验中，在高温和高镁源浓度下生长的样品中证实了由于退火而导致的 ZnO 纳米粒子的发光增加。这被认为是由于薄膜以及纳米粒子内部和周围的缺陷被去除，证明了退火的有效性。