励起子の特長を生かした酸化亜鉛ベースの紫外域発光素子に関する研究

利用激子特性的氧化锌基紫外发光器件的研究

• 批准号: 04J02646
• 负责人: 反保 衆志
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J02646/
• 关键词: 酸化亜鉛; 発光ダイオード; ドーピング; 伝導型制御; MBE

酸化物半導体ZnOはワイドギャップ半導体として、紫外領域の光デバイスとしての応用が期待されている。特に、安価で、高効率の発光デバイスとしての応用は、照明用光源としての波及効果は非常に大きい。ところが、他のワイドギャップ半導体と同様に導電性制御が非常に困難でり、p型のZnOを得る手法が確立されていないp型のZnOを得るためには、高品質なアンドープのZnOを得ることが必要である。通常ZnOはサファイア上に成長を行うが、直接成長を行うと、質の悪いZnOしか得られない。そこで、ZnOを成長する前に様々な、層を挿入するが我々は、簡便な低温バッファ層の導入を行ってきた。この層により上部のZnOの結晶学的、電気、光学的に特性は改善されたが、更なる特性改善には、特に電気特性の改善には低温バッファ層の改善が必要であることがわかった。低温バッファ層は、その名の通り低温で堆積するため、非常にフラットな表面を有するが、ZnO層間の結晶配列の乱れにより、電気的に縮退した半導体の特性を示すことがわかった。この縮退した半導体性質のため層全体の電気特性の向上が進まなかった。そこで、この縮退した層の改善策として、窒素をドーピングすることにより縮退をとくことに成功した。その結果、層全体でのキャリア濃度の低下、および高移動度のZnOを得ることが出来た。また、室温では、処理の前後で電気特性はそれほど大きな違いはないが、低温では非常に大きな効果として現れ、低温バッファ層の電気的なコントロールが非常に重要な技術であることを明らかにした。

氧化物半导体ZnO是一种宽禁带半导体，有望用作紫外区的光学器件。特别地，作为廉价且高效的发光装置的应用作为照明用光源具有非常大的波纹效应。然而，与其他宽禁带半导体一样，控制电导率极其困难，并且还没有既定的获得p型ZnO的方法。为了获得p型ZnO，需要获得高质量的未掺杂ZnO。是必要的。 ZnO 通常生长在蓝宝石上，但直接生长会导致质量较差的 ZnO。因此，在生长 ZnO 之前会插入各种层，但我们引入了一个简单的低温缓冲层。尽管该层改善了上层 ZnO 的晶体学、电学和光学性能，但人们发现，进一步改善性能，特别是电学性能，需要改进低温缓冲层。顾名思义，低温缓冲层由于在低温下沉积而具有非常平坦的表面，但人们发现，由于ZnO层之间的晶体排列无序，它表现出电简并半导体的特性。由于这种简并的半导体特性，整个层的电特性无法得到改善。因此，作为改善该简并层的措施，我们通过掺杂氮成功地消除了简并层。结果，我们能够降低整个层的载流子浓度并获得具有高迁移率的ZnO。此外，在室温下，处理前后的电性能没有太大差异，但在低温下却出现非常大的影响，这表明低温缓冲层的电学控制是一项极其重要的技术。

项目成果

Degenerate layers in epitaxial ZnO films grown on sapphire substrates

• DOI: 10.1063/1.1758295
• 发表时间: 2004-05
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: H. Tampo;A. Yamada;P. Fons;H. Shibata;K. Matsubara;K. Iwata;S. Niki;K. Nakahara;H. Takasu