エピタキシャルZnO薄膜におけるフォノン熱伝導率の結晶方位依存性

摘要

ZnO はn 型のワイドバンドギャップ半導体であることから，透明導電膜や薄膜トランジスタ，LED などに応用されている．これらのデバイスには精緻な熱設計が重要であり，使用される材料の熱物性データが重視されている．ZnO は六方晶構造を有し，c 軸方向とそれに垂直な方向とは異方性を持つ一軸性結晶である．熱伝導率も結晶方位に依存して異方性があり，バルクのZnO については，Slack らによって報告されている．室温での熱伝導率は，a 軸方向が57 W·m~(-1)·K~(-1)，c 軸方向が48 W·m~(-1)·K~(-1) であり，a軸方向はc 軸方向のおよそ1.2 倍である．ZnO 膜の熱伝導率に関して様々な研究がされており，結晶粒サイズ依存性に関してはXu らにより，温度依存性についてはAlvarez-Quintana らにより報告されている．これらの先行研究の室温におけるc 軸方向の熱伝導率の最大値を表1 に記す．本研究では，rf マグネトロンスパッタ法を用いて，サファイアC 面およびR 面基板上に，配向の異なるエピタキシャルZnO 薄膜を作製し，ZnO薄膜のフォノン熱伝導率の結晶方位依存性を明らかにすることを目的とした．