RFマグネトロンスパッタ法における基板へのイオン照射を用いた極性反転ZnO薄膜の作製

摘要

ZnO結晶のc軸方向には極性があり，通常，スパッタ法などで作製したc軸配向ZnO薄膜は成長終端がZn極性面となるように成長する．一方で，これまでの研究から，AINのスバッタ成膜中に基板へ酸素イオンを照射すると通常では現れない異常なN面極性AIN薄膜が成長することが分かっている．本研究では，ZnOにおいても，イオン照射により異常なO面極性ZnOが生じることを実験的に検証した．スパッタ成膜時の放電電力を調整して基板に照射されるイオンの照射量とエネルギーを変化させ，薄膜の極性に与える影響を調べた．基板に照射されるイオンの照射量とエネルギーはQ-mass付きエネルギーアナライザーで定量的に測定した．また，極性は薄膜に圧縮外力を加えた際の圧電応答電圧の正負から決定した．その結果，基板へのイオン照射量とェネルギーが増大すると通常では現れないO面極性を有するZnO薄膜が得られることが分かった．薄膜の極性制御技術は非線形光学デバイスや新たな圧電デバイスへの応用が期待できる．