酸化亜鉛へのド一ピング技術

摘要

近年、液晶、プラズマをはじめとするフラットパネルディスプレイ（FPD）産業が発展してきている。 そうしたFPDの内部では、透明で光を遮ることなく、かつFPDの動作を制御するための電気信号を伝える材料、すなわち透明導電俸と呼ばれる材料が必要である。 こうした透明導電体材料のうち、最も一般的に知られているのが、アイティーオー（ITO）と通称されるインジウム·錫酸化物である。 この材料は低抵抗率と透明性を兼ね備えている。しかし、原料となるインジウムは希少元素であるうえ、FPD産業の隆盛に伴う消費量の増加から、その価格の高騰や資源の枯渇りが問題視され始めている。 こうした状況から、透明導電体としての酸化亜鉛（ZnO）に注目が集まっている。 ZnOは、3．4eV（電子ボルト）の直接遷移型のバンドギャップをもち、可視光に対して透明である。 ざらに、添加物による導電性制御によって、絶縁体から金属的な伝導にいたるまでの電気伝導性の制御が可能である。加えて、発光体としての応用も可能であることから、ZnOの幅広い応用が検討されている（図1）。 すなわち、単なる透明な導電体としてではなく、透明なトランジスタ、あるいは窒化ガリウムに続く短波長発光ダイオード（LED）への応用も検討されている。 また、ZnOへの高濃度のドーピングによって金属的な伝導が実現すると、金属と同じように光を反射する性質が発現する。 そのため、適度な伝導性を付与したZnOは、そのバンド問遷移によって紫外線を吸収し、かつ伝導電子の働きによって赤外線を反射し、結果として可視光のみを透過する窓材として応用可能である。こうしたZnOの幅広い応用に際しては、その電気伝導性や発光特性の精密な制御が不可欠である。 そこで、ZnOの特性制御のためのドーピング技術について、その基礎から近年の研究開発の現状とその将来について述べる。