固層エピタキシャル成長を利用したZnO薄膜の作製

固相外延生长 ZnO 薄膜

• 批准号: 16760023
• 负责人: 安部 功二
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760023/
• 关键词: ZnO; イオン注入; 熱アニール; 固層成長; 光反射率測定

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。

2004年，通过溅射以观察结晶度的变化而对ZnO薄膜进行离子植入。今年，为了在离子植入之前改善ZnO薄膜的结晶度，使用激光消融沉积了ZnO薄膜。今年获得的结果如下：[激光消融的ZnO薄膜沉积]使用激光消融将ZnO膜沉积在C-Plane Sapphire上。大气中的气体为氧气，压力为300 mTORR，底物温度在300-700°C的范围内变化。此外，KRF准分子激光器的辐照能密度在2.5至4.0 j/cm^2的范围内变化。发现在500°C的基板温度和3.0 j/cm^2的能量密度下，ZnO薄膜定向在C-Plane Sapphire上，并在其他条件下在（001）平面上定向，在Zno薄膜下。当研究激光消融过程中羽流的发射时，可以证实Zn和O兴奋物种和离子的发射强度取决于激光的辐射能密度。有人提出，晶体的方向与到达底物的原子和分子之间存在关系。所有样品均显示出产生的ZnO膜的N形电导率形式。 （001）（001）将氧或氮离子植入定向的ZnO薄膜中，并通过热退火尝试了缺陷。植入的杂质密度为5×10^<18>/cm^3，退火温度为700°C，退火气氛为氮。在退火之前和之后未观察到表面形态的显着变化，无论植入杂质如何。此外，退火后样品的薄片电阻高于离子植入前的薄片，并且通过退火恢复了离子植入后带边缘附近的PL发射（在离子植入后未观察到）。假定由于退火过程中的固体层生长而形成了微晶。这表明通过固体层生长形成ZnO微晶的可能性。