窒素中のアニール温度変化について

スパッタ雰囲気N2のみ、スパッタ時間30分、スパッタ圧を0.75Paで作製した試料を、

Table5.3.1のような条件でアニールを行い、アニールの温度変化を調べた。

Table5.3.1 アニール条件

5.3.1 XRD測定結果

Fig.5.3.1は、スパッタ雰囲気N2のみ、スパッタ時間30分、スパッタ圧を0.75Paで作 製し、Tableのような条件でアニール処理を行った試料のXRD測定結果である。

300～600℃アニールでは、回折ピーク強度が低下していることから、結晶性が低下して いると考えられる。

700～900℃アニールでは、逆に回折ピーク強度が向上し、半値幅も縮小していることか ら、結晶性が向上していると考えられる。また、ZnO(002)面へ配向していることがわかる。

これより結晶性向上には、アニール温度900℃以上が効果的と考えられる。

アニール雰囲気 窒素

アニール時間(min) 1 アニール温度(℃) 400~900

0 1000 2000 3000

ZnO(002) ZnO(101) ZnO(110) ZnO(103)

0 1000 2000 3000

0 1000 2000 3000

20 30 40 50 60 70 80

0 1000 2000 3000

アニール無

300℃アニール

400℃アニール

500℃アニール

ZnO(100)

Intensity (cps)

2θ (deg)

0 1000 2000 3000

0 1000 2000 3000

0 1000 2000 3000

600℃アニール

700℃アニール

800℃アニール

900℃アニール

20 30 40 50 60 70 80

0 1000 2000 3000

Intensity (cps)

2θ (deg)

ZnO(100) ZnO(002) ZnO(101) ZnO(110) ZnO(103) ZnO(004)

Fig. 5.3.1 XRD 測定結果(アニール変化)

31 5.3.2 光吸収係数測定結果

Fig.5.3.2は、スパッタ雰囲気N2のみ、スパッタ時間30分、スパッタ圧を0.75Paで作 製し、Tableのような条件でアニール処理を行った試料の光吸収係数測定結果である。

400～600℃では、低エネルギ ー側にレッドシフトし、700～

900℃では、高エネルギー側に ブルーシフトすることが確認で きる。

このことより、ZnOのバンド ギャップエネルギー3.37eV に 近づく為には、700℃以上のア ニール処理が必要であると考え られる。

5.3.3 PL測定結果

Fig.5.3.3は、スパッタ雰囲気N2のみ、スパッタ時間30分、スパッタ圧を0.75Paで作 製し、Tableのような条件でアニール処理を行った試料のPL測定結果である。

600℃以下のアニールでは、発光を観測 することができなかった。

3.2eV付近のピークはバンド端発光、2

～3eV 付近のピークは不純物準位による 発光であると考えている。

バンド端発光が最大になり、ディープ な発光が減少していることから、900℃ア ニールが効果的と考えられる。

どの試料も目視では、オレンジ色の発 光を観測できた。

1 2 3

0 5000 10000

15000

400 ℃ 500 ℃ 600 ℃ 700 ℃ 800 ℃ 900 ℃

1.93 eV 3.17 eV

Photon energy (eV) (Eα)2 (eV2 cm-2 )

2 3

900℃

800℃

700℃

600℃

Photon energy (eV)

PL intensity (arb. units)

1.9 eV

3.2 eV

Fig. 5.3.2 光吸収係数測定結果(アニール温度変化)

Fig. 5.3.3 PL 測定結果(アニール温度変化)

32 5.3.4 Hall効果測定結果

Table5.3.2は、スパッタ雰囲気N2のみ、スパッタ時間30分、スパッタ圧を0.75Paで作 製し、Table5.3.1のような条件でアニール処理を行った試料のHall効果測定結果である。

Table5.3.2 Hall効果測定結果(アニール温度変化)

アニール温度 (℃) なし 400 500 600 比抵抗 ( ) 5.62 移動度 (cm²V^-1s^-1) 73.6 4.87 4.12 7.36 キャリア濃度 (cm^-3)

スパッタ圧 (Pa) 700 800 900 比抵抗 ( ) 2.27 移動度 (cm²V^-1s^-1) 7.79 2.84 キャリア濃度 (cm^-3)

Si 基板に作製した試料では、基板が影響を及ぼし、測定値が不安定であったため、石英 基板に作製した試料で測定を行った。アニールを行った結果、600 ℃の試料のときが、一 番比抵抗が小さくなった。700 ℃の試料では導通がなく測定できなかった。アニールなし の試料と比べると、アニールを行ったどの試料も比抵抗が小さくなり、導通の改善が期待で きる。

5.3.5 熱起電力測定結果

Table5.3.3は、スパッタ雰囲気N2のみ、スパッタ時間30分、スパッタ圧を0.75Paで作 製し、Table5.3.1のような条件でアニール処理を行った試料の熱起電力測定結果である。

Table 5.3.3 熱起電力測定結果(アニール温度変化)

アニール温度(℃) 400 500 600 700 800 900

Si基板 n n n n n n

石英基板 n n n n n

どの試料もn型の特性を示してしまった。

33

20 30 40 50 60 70 80

0 100 200

アニールなし