励起子トランジスタの室温動作実証と励起子輸送の学理探求

激子晶体管室温工作演示及激子输运理论探索

• 批准号: 22KJ2459
• 负责人: 成重 椋太
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2459/
• 关键词: エキシトン; トランジスタ; スパッタリング; ZION; 酸窒化物半導体

本研究は，高品質結晶成長が前提となる．結晶欠陥は残留キャリアを発生させるとともに，キャリアの散乱中心ならびに励起子の非輻射再結合中心となるからである．この高品質結晶成長における課題は，格子整合基板が存在しない中での単結晶膜の実現である．今年度は(ZnO)x(InN)1-x (以後ZIONと呼ぶ) の高品質結晶成長のために，基板温度とZION膜の結晶品質との相関を評価し， 0.07度の(0002)面ロッキングカーブの半値幅と，0.4 nmの表面の二乗平均平方根(Root mean square: RMS)粗さを有する高品質なZION膜の作製に成功した．ZION膜はZnO基板上に室温，150℃，450℃の基板温度で作成した．結晶品質について，面外配向性をX線回折，表面平坦性を原子間力顕微鏡によって評価した．結果として150℃以下で作成したZION膜は450℃で作成したZION膜に比べて面外配向性と表面平坦性に優れていることが分かった．これはInNの熱解離に起因する二次核形成が低温成膜では抑制されたことが原因であると考えられる．また，低温で作製したZION膜の2θ-ωスキャンのピーク位置は450℃で作製したZION膜のピーク位置より低角側に観測されたことから，低温で作製したZION膜がコヒーレント成長していることを示唆している．面極性や表面モフォロジーといった基板のパラメータに加え，基板温度によっても付着原子の表面マイグレーションを促進することが，ZION膜の高品質結晶成長に重要であることが分かった．今後は，さらなる高品質化のために基板温度とZION膜の結晶品質との相関をさらに詳細に調査する．また，現状のZION膜の電気特性や光学特性をホール測定やPL測定によって評価する．

这项研究假设高质量的晶体生长。这是因为晶体缺陷产生残余载流子并充当载流子散射中心和激子非辐射复合中心。这种高质量晶体生长的挑战是在没有晶格匹配衬底的情况下实现单晶薄膜。今年，为了生长高质量的(ZnO)x(InN)1-x晶体（以下简称ZION），我们评估了衬底温度与ZION薄膜晶体质量之间的相关性，并成功制备了ZION薄膜。高质量的 ZION 薄膜，其摇摆曲线半宽度和表面均方根 (RMS) 粗糙度为 0.4 nm。 ZION 薄膜在室温、150°C 和 450°C 下在 ZnO 基底上制备。使用 X 射线衍射进行面外取向和原子力显微镜进行表面平整度评估晶体质量。结果表明，与在 450°C 下形成的 ZION 薄膜相比，在低于 150°C 的温度下形成的 ZION 薄膜具有优异的面外取向和表面平坦度。这被认为是由于在低温成膜过程中抑制了由InN的热解离引起的二次成核的事实。此外，在比450℃制备的ZION薄膜的峰值位置更低的角度观察到低温制备的ZION薄膜的2θ-ω扫描峰值位置，表明低温制备的ZION薄膜是这表明。除了表面极性和表面形貌等衬底参数外，还发现衬底温度促进附着原子的表面迁移对于 ZION 薄膜的高质量晶体生长也很重要。未来，我们将更详细地研究基板温度与ZION薄膜晶体质量之间的相关性，以进一步提高质量。此外，当前ZION薄膜的电学和光学特性将通过霍尔测量和PL测量来评估。

项目成果

Effects of surface polarity of ZnO substrates on epitaxial growth of (ZnO)x(InN)1-x films fabricated at room temperature

ZnO衬底表面极性对室温制备(ZnO)x(InN)1-x薄膜外延生长的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Narishige;N. Yamashita;K. Kamataki;T. Okumura;K. Koga;M. Shiratani;N. Itagaki
• 通讯作者: N. Itagaki

スパッタエピタキシー法による(ZnO)x(InN)1-x単結晶薄膜の室温成膜

溅射外延法室温沉积(ZnO)x(InN)1-x单晶薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: 成重椋太;山下尚人;鎌滝晋礼;奥村賢直;古閑一憲;白谷正治;板垣奈穂
• 通讯作者: 板垣奈穂

Epitaxial growth of atomically flat single-crystalline (ZnO)x(InN)1-x films on O-polar ZnO substrates by magnetron sputtering

利用磁控溅射在 O 极 ZnO 衬底上外延生长原子级平坦单晶 (ZnO)x(InN)1-x 薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryota Narishige;Naoto Yamashita;Kunihiro Kamataki;Takamasa Okumura;Kazunori Koga;Masaharu Shiratani;and Naho Itagaki
• 通讯作者: and Naho Itagaki