Control of isoelectronic traps in ultra widegap semiconductor and realization of their vacuum UV emission

超宽禁带半导体等电子陷阱的控制及其真空紫外发射的实现

基本信息

批准号：
22K04952
负责人：
尾沼猛儀
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Kogakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、超ワイドバンドギャップ酸化物半導体におけるアイソエレクトロニックトラップ制御により、150 nmから210 nm帯の真空紫外（VUV）、深紫外（DUV）域での発光の実現を目指している。アイソエレクトロニックトラップ制御としては、ミスト化学気相堆積法によりMgOへのZnドーピングを試みた。また、MgOやMgZnO薄膜へのAl、Ga、Inのドーピングを行いn型伝導性制御について検討した。今年度に得られた主な成果は以下のとおりである。1. 添加量を1%まで0.1%ずつ変化させたZnドープMgO薄膜を成膜し光学的特性を評価した。反射スペクトルに観測された励起子共鳴構造から励起子遷移エネルギーを決定し、Znドープによるバンドギャップの変化を観測した。また極低温での発光測定から、Zn添加量の増加に伴う160 nm付近のバンド端付近の発光強度の減少と、170 nm付近のZnが関与すると考えられるアイソエレクトロニックトラップ発光強度の増加を観測した。得られた結果はZn添加によるアイソエレクトロニックトラップ形成を示唆している。2. X線光電子分光法により岩塩構造MgZnO/MgO界面におけるバンドアライメント解析を行った。岩塩構造MgZnO/MgOはタイプⅠのバンドアライメントを示し、MgOを障壁層とした量子井戸形成に有利であることが分かった。3. Al, Ga, In不純物を添加したMgOおよび岩塩構造MgZnO薄膜を成長した。Ga, Inを添加したMgO薄膜でバンド端付近の発光が観測され、バンドギャップ収縮による低エネルギーシフトと、裾状態の拡がりを反映した半値全幅の増加を観測した。これらの結果から、GaやInはMgO薄膜中でドナー不純物として振舞うことが示唆された。また、GaやInが関与するホール捕獲中心を介した発光も観られた。岩塩構造MgZnO薄膜のI-V-T測定では、欠陥や不純物準位を介したホッピング伝導が観られた。Alを3 mol%添加した岩塩構造Mg0.6Zn0.4O薄膜で、室温の抵抗率33.9 kΩ・cmが得られた。

在这项研究中，我们的目标是通过控制超宽带隙氧化物半导体中的等电子陷阱，实现150 nm至210 nm真空紫外（VUV）和深紫外（DUV）区域的发光。对于等电子陷阱控制，我们尝试使用雾化学气相沉积将 Zn 掺杂到 MgO 中。我们还研究了通过用 Al、Ga 和 In 掺杂 MgO 和 MgZnO 薄膜来控制 n 型电导率。今年取得的主要成果如下。 1.添加量以0.1%增量变化至1%，形成Zn掺杂MgO薄膜，并评价其光学性能。从反射光谱中观察到的激子共振结构确定激子跃迁能量，并观察由于Zn掺杂引起的带隙变化。此外，从极低温下的发射测量中，我们观察到随着Zn添加量的增加，160 nm附近带边缘附近的发射强度降低，而170 nm附近的等电子陷阱发射强度增加，这被认为是与锌有关。所得结果表明通过添加Zn形成等电子陷阱。 2.利用X射线光电子能谱对岩盐结构中MgZnO/MgO界面的能带排列进行分析。研究发现岩盐结构MgZnO/MgO表现出I型能带排列，有利于使用MgO作为势垒层形成量子阱。 3.生长了掺杂Al、Ga和In杂质的MgO和岩盐结构MgZnO薄膜。在掺杂 Ga 和 In 的 MgO 薄膜中观察到能带边缘附近的发射，并且观察到由于带隙收缩导致的较低能量偏移以及反映尾态加宽的半峰全宽的增加。这些结果表明 Ga 和 In 在 MgO 薄膜中充当施主杂质。此外，还观察到经由Ga和In的空穴捕获中心的发光。在具有岩盐结构的 MgZnO 薄膜的 I-V-T 测量中，观察到通过缺陷和杂质水平的跳跃传导。含3 mol% Al的岩盐结构Mg0.6Zn0.4O薄膜在室温下的电阻率为33.9 kΩ·cm。