井戸内のイオン化不純物を考慮したZnO/ZnMgO多重量子井戸の電子状態の計算

摘要

ZnO/ZnMgOヘテロ接合材料によるデバイス開発に向けて，ZnO/ZnMgOヘテロ界面の分極電荷密度，量子井戸層，障壁層の不純物濃度を考慮したZnO/ZnMgO多重量子井戸構造の実効バンドギャップおよび生成される電子濃度を計算した．その結果をカソード·ルミネッセンスによる実験値と比較し，界面分極電荷密度および障壁層の不純物濃度の見積もりを行った．その結果，界面分極電荷密度は10mC/m{sup}2，障壁層の不純物濃度は9×10{sup}18cm{sup}(-3)程度であることが分かった．また，量子井戸層内の電子濃度は界面分極電荷密度よりもかなり低く，構造中の不純物濃度によって主に決められていることが分かった．また，障壁層内の不純物濃度は通常の半導体材料と比較すると高濃度(～9×10{sup}18cm{sup}(-3))であることもわかった．さらに，多重量子井戸構造の実験値との比較から得られた値を用いて，ZnO/ZnMgO多重量子井戸(MQW)バッファ層をもつ高移動度構造についての電子濃度を見積もったところ，実験値で得られた5.2×10{sup}12cm{sup}(-2)という値をよく説明できることが分かり，計算の妥当性が裏付けられた．半導体デバイスの開発においては，材料中に生成される電子濃度やバンドギャップを制御することが重要となる．今回，多重量子井戸構造など繰り返し構造をもつ試料でそれらの値を計算によって見積もることが可能となった．今後は，電界効果トランジスタの構造など，より実際のデバイスに近い構造にも応用できるよう計算を拡張していく予定である．