JAIST Repository: 酸化インジウム膜のエピタキシャル成長と伝導特性
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(2) 酸化インジウム膜のエピタキシャル成長と 伝導特性 森 誠司. (五味研究室). [1. はじめに] In2 O3 は、Y2 O3 と同様のビックスバイト構造を持ち、本来絶縁体である が、酸素欠損が生成しやすいため縮退半導体となり、室温では高い電子移動度とキャリア 密度を持つ金属に近い伝導性を示す。本研究では、この材料を持つ高電子移動度を利用し た高効率の EL 素子を達成する基礎として、In2 O3 膜の成長条件と伝導特性、特に酸素欠 損と伝導性の関連について調べた。 [2. 実験] In2 O3 膜は、サファイア (0001) 基板上に RF スパッタ法により、基板温度 200 ∼500 C 、酸素濃度 0∼100% 、ガス圧 20∼70mTorr の条件で成長させた。膜の伝導特性 は、van der Pauw 法により求めた。また、XPS により膜中の O(1s) の結合状態について も調べた。 [3. 結果と考察] In2 O3 膜は、サファイア (0001) 基板上に基板温度 200 C で In2 O3 [111]//Al2 O3 [0001] 、In2 O3 [110]//Al2 O3 [1010] の関係でエピタキシャル成長した。膜のロッキングカー ブの半値幅は基板温度、酸素分圧の増加と共に減少し、結晶性が向上することを示した。 図 1 は、O2 /Ar=6/4 、ガス圧 50mTorr で成長した In2 O3 膜の伝導特性の基板温度依存 性を示す。移動度は、400 C 以上では結晶性の向上を反映して、急激に増大する。一方、 キャリア密度も 400 C 以上では著しく増加した。膜中の酸素の結合状態を表す O(1s)XPS スペクトル (図 2) は基板温度の増加と共に、通常観測される 529eV のピークに加え 531eV. にもピークを示した。このピークは、従来表 面吸着 OH によるとされてきたが、伝導特性 との相関から、酸素欠損にともなうものであ ることを初めて明らかにした。 1. 1.5. 60. 450°C. 7 6 5. 40 10. -1. Resistivity Mobility Carrier density. 30 20. Mobility (cm 2 /V-s). Carrier density (/cm 3). 8. Resistivity (ohm-cm). 50 1019. 500°C. 400°C 350°C 300°C. 10 4. 10-2. 3.5×1018. 300. 0 450 500 350 400 Substrate temperature (° C). 図 1: 基板温度と伝導特性の相関. keywords. 540. 535 530 Binding Energy (eV). 525. 図 2: 基板温度と O(1s)XPS スペ クトルの相関. In2 O3 、エピタキシャル成長、抵抗率、移動度、キャリア密度、XPS. Copyright c 1997 by Seiji Mori.
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