酸化亜鉛pn接合を活性層とする共鳴共振器型デバイスの開発研究

以氧化锌p-n结为有源层的谐振谐振器型器件的研发

基本信息

批准号：
06J04929
负责人：
塚崎敦
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J04929/
关键词：
酸化物量子サイズ効果薄膜成長 Hall効果ヘテロ構造

项目摘要

研究課題の共鳴共振器型デバイスを作製するためには、酸化亜鉛(ZnO)とマグネシウム添加酸化亜鉛((Mg, Zn)O)を含むヘテロ界面の成長制御性を高め、その界面の持つ特性を知る必要がある。初年度として、ZnO/(Mg, Zn)Oヘテロ界面における伝導機構について詳細に検討した。パルスレーザ堆積法を用いて積層構造を作製し、フォトリソグラフィーとイオンミリングを用いて、Hall-bar形状に加工した。Hall効果の温度依存性を測定したところ、高い移動度(5000cm^2/Vs(1K))が観測され、2次元電子ガスが界面に生成されていることが示唆された。試料を45mKまで冷却してRxxとRxyを測定すると、シュブニコフドハース振動と量子ホール効果の観測に成功した。2次元電子ガスが界面に誘起される原因を、自発分極量とピエゾ電界の寄与を受けた界面のシートチャージによるもの、と説明した。一方で、シュブニコフドハース振動の周期が特異な振る舞いをしており、スピン分裂などの機構を考慮する必要があった点については、今後も検討を行う必要がある。界面における特異な電子状態が縦型デバイスの動作に影響を与えることが懸念されるためである。この結果は酸化物ヘテロ界面における初めての量子ホール効果としてScience誌に掲載された。次に、ZnO/(Mg, Zn)O積層構造における光誘起キャリアの振る舞いを検討した。4Kで波長266nmのレーザを1秒間照射することで、シート抵抗が約3MΩから2kΩへと約3桁の抵抗減少が観測された。光照射後、暗状態で30分保持したところ、永続的光伝導であることが確認された。次に、温度を上昇させる過程でのシート抵抗の温度依存性において金属的な特性を観測した。Hall効果測定によって、この抵抗減少が電子濃度の大幅な増大ではなく、移動度の上昇によって引き起こされていることがわかった。この結果を考えると、光誘起された電子が界面に徐々に蓄積され、イオン化不純物散乱が遮蔽されていると想定される。400Kで5分程度保持すると、シート抵抗は暗状態での初期値に回復し、温度依存性においても絶縁体的な挙動を示した。この結果は、Applied Physics Lettersに投稿予定である。

为了制造研究主题的谐振谐振器型设备，有必要增加含有氧化锌（ZnO）和含镁氧化锌氧化锌（（（mg，Zn）O）的异质界面的生长控制，并知道界面的性质。在第一年，详细检查了ZnO/（mg，Zn）O杂音方面的传导机制。使用脉冲激光沉积制造层压结构，并使用光刻和离子铣削处理成霍尔杆形。测量了大厅效应的温度依赖性，并观察到高迁移率（5000 cm^2/vs（1k）），这表明在界面处产生了二维电子气体。将样品冷却至45MK并测量RXX和RXY，并成功观察到了Schubnikoffdhaas振动和量子霍尔效应。界面处诱导的2D电子气体的原因是界面处的板电荷的结果，这是由自发极化和压电场的量贡献的。另一方面，有必要继续考虑以奇异方式行事的Shubnikovdhaas振动的时期，需要考虑诸如旋转分裂之类的机制。这是因为人们担心界面处的奇异电子状态会影响垂直设备的操作。该结果在科学中发表在氧化物异源面上的第一个量子厅效应。接下来，研究了ZnO/（mg，Zn）O层压结构中光诱导的载体的行为。通过在4K处的波长为266 nm的激光辐射1秒钟，观察到板电阻的降低约3个数量级，在板电阻中降低了约3mΩ至2kΩ。用光照射后，将产物在黑暗中持续30分钟，并确认它是永久性光电导率。接下来，在升高温度的过程中，在板电阻的温度依赖性中观察到了金属性能。霍尔效应的测量表明，这种耐药性的降低是由于迁移率增加而不是电子浓度的显着增加而引起的。考虑到这一结果，假定光诱导的电子逐渐积聚在界面，从而屏蔽了电离杂质散射。将板电阻保持在400k约5分钟后，板电阻在黑暗状态下恢复到其初始值，即使在温度依赖性中，它也表现出绝缘子的行为。结果将发布给应用物理字母。