Production and recovery of defects in phosphorus-implanted ZnO

リンイオン注入したZnO中の格子欠陥の研究

Chen, Z. Q.; 河裾 厚男; Xu, Y.; 楢本 洋; Yuan, X. L.*; 関口 隆史*; 鈴木 良一*; 大平 俊行*

Chen, Z. Q.; Kawasuso, Atsuo; Xu, Y.; Naramoto, Hiroshi; Yuan, X. L.*; Sekiguchi, Takashi*; Suzuki, Ryoichi*; Odaira, Toshiyuki*

リンイオンを、50-380keVのエネルギーで、10-10cmの線量でZnO結晶に注入した。注入後、空孔クラスターが形成することが、陽電子消滅測定により示された。600Cのアニール後、これらの空孔クラスターはマイクロボイドに発展し、1100Cで消失する。ラマン分光測定により、酸素空孔(V)の生成が示された。これらは、700Cまでに空孔クラスター集合の形成を伴って、アニールされる。ZnOの発光は、注入により導入した非発光中心により抑えられる。光放出の回復は、600Cより上で起こる。陽電子により検出した空孔型欠陥は、非発光中心の一部であると思われる。またホール測定は、リン注入したZnO層において、n型伝導性を示す。これはリンが両性不純物であることを示唆している。

Phosphorus ions were implanted into ZnO crystals with energies of 50-380 keV to a dose of 10-10 cm. Positron annihilation measurements show the introduction of vacancy clusters after implantation. These vacancy clusters evolve to microvoids after annealing at a temperature of 600C, and disappear gradually up to 1100C. Raman scattering measurements show the production of oxygen vacancies (V). They are annealed up to 700C accompanying the agglomeration of vacancy clusters. The light emissions of ZnO are suppressed due to the competing nonradiative recombination centers introduced by implantation. Recovery of the light emission occurs above 600C. The vacancy-type defects detected by positrons might be part of the nonradiative recombination centers. Hall measurement shows n-type conductivity for the P-implanted ZnO layer, which suggests that phosphorus is an amphoteric dopant.