Microvoid formation in hydrogen-implanted ZnO probed by a slow positron beam

低速陽電子ビームを用いた水素注入によるZnO中のマイクロボイドの形成の研究

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*

20-80keVに加速させた水素イオンを、総量4.410cmまでZnO結晶に注入した。陽電子消滅測定により、水素原子で満たされた亜鉛空孔が形成されることがわかった。200-500Cのアニール後、この空孔は水素バブルへと発展する。600-700Cのさらなるアニールにより、バブルから水素が脱離し、多量のマイクロボイドが残る。これらのマイクロボイドは、1000Cの高温で消失する。カソードルミネッセンス測定から、水素イオンは、サンプルから脱離する前に、深いレベルの発光中心も不活性化し、紫外光の放出を促すことがわかった。

ZnO crystals were implanted with 20-80 keV hydrogen ions up to a total dose of 4.410 cm. Positron annihilation measurements show introduction of zinc vacancies, which are filled with hydrogen atoms. After isochronal annealing at 200-500 C, the vacancies agglomerate into hydrogen bubbles. Further annealing at 600-700 C causes release of hydrogen out of the bubbles, leaving large amount of microvoids. These microvoids are annealed out at high temperature of 1000 C. Cathodoluminescence measurements reveal that hydrogen ions also passivate deep level emission centers before their release from the sample, and lead to the improvement of the UV emission.