オプトエレクトロニクスデバイス用途向けの熱水成長リンドープZnOナノロッドの構造的、電気的、および光学的特性のマッピング

はじめに

ZnOは、最も有望な半導体材料の1つであり、その独特で容易に調整可能な物理的および化学的特性により大きな注目を集めています[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。 ＺｎＯは固有のｎ型半導体であることが知られている。 ZnOのp型導電率は、ホモ接合の形成に重要な役割を果たします。ホモ接合には、発光ダイオード[12]、電気的に励起されるランダムレーザー[2]、光検出器[9]などのいくつかの用途があります。これまで、アンチモン（Sb）、ヒ素（As）、窒素（N）、リン（P）、またはその他の元素などのさまざまな元素をドープすることにより、ZnOマトリックスにp型導電性を誘導する試みがいくつか行われました[2、 5,6,7,8,9]。ただし、これらの元素のいくつかは、深いアクセプターを形成し、したがって有用ではなくなるため、p型導電性の誘導に失敗する可能性があります。 ZnOへのp型ドーピングの明らかなボトルネックの問題は、最初の成果とその再現性と安定性です[7]。幸いなことに、安定性/劣化の問題は、ZnO中のリンの場合、急速熱アニーリングプロセスを使用した熱活性化によって回避できます[15]。さらに、Allenic et al。によれば、リンをドープしたZnO薄膜は、周囲条件下で最大16か月間安定していることがわかりました。 [14]。したがって、リンは、前述のドーパントの中でZnOにp型導電性を誘導するための最も信頼性が高く安定したものの1つであると考えられました。さらに、ZnOナノ構造中のリンは、可視領域での酸素空孔関連のフォトルミネッセンス（PL）発光をトリガーすることがわかりました[8、16]。 ZnOナノ構造のPL発光研究に関するいくつかの報告がありますが[17、18、19、20、21、22]、紫外線を含む電磁スペクトルの3つの異なる重要な領域での発光をカバーできる体系的な研究（ UV）、可視、および近赤外線（NIR）レジームと、それらの電気的および構造的特性は非常にまれです。

本研究では、費用効果が高く、スケーラブルで、大面積で、低温の技術の1つである水熱法を使用して、ZnOナノロッドにリンをドーピングすることに成功したことを報告します。リンは本質的に両性であることがわかりました。これは、ドーピング濃度の関数としての導電率とキャリア濃度のタイプの型破りな変化から実現されました。さらに、AlドープZnOシード層上に成長したZnOナノロッドにリンを制御してドーピングすることにより、UV、可視、およびNIR領域でのPL発光を示します。現在の調査結果の根底にあるメカニズムは、既存のシステムのさまざまな欠陥状態に基づいて説明されています。本研究の最も興味深い側面は、ナノ構造、シード層、およびドーパントの適切な組み合わせを慎重に選択することにより、単一のシステムで2つの異なるレジーム（UVおよび可視）での発光を達成することです。

メソッド

シードレイヤーの準備

約100nmのAlドープZnO膜のシード層は、洗浄された石英基板のセット上に2％のアルミナZnOターゲットを持つ無線周波数（RF）スパッタ堆積を使用して成長しました（図1a）。超音波処理を使用して基板をアセトンおよびイソプロピルアルコールで洗浄し、その後、窒素ガスを使用して基板を注意深く乾燥させた。シード層のスパッタリングは、90WのRF電力と60SCCMのArガスフローを使用して40分間実行されました。シード層としてAlドープZnO膜を選択した理由は、純粋なZnO膜と比較して導電率と透過率が優れているためです[23]。

AlドープZnOシード層の概略図（ a ）、ZnOナノロッドの成長プロセス（ b ）、および成長したZnOナノロッド（ c ）。 XRDパターン（ d ）さまざまなNH ₄ に対応するZnOナノロッドの H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比。 NH ₄ の関数としての（002）ピークの積分強度 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比（ e ）

ZnOナノロッドの成長

ドープされていないZnOナノロッドは、硝酸亜鉛六水和物（Zn（NO ₃ ） ₂ 、試薬グレード（98％）、およびヘキサメチレンテトラミン（HMTA、C ₆ H ₁₂ N ₄ 、≥99.0％）。 400mlの容量に0.06Mの硝酸亜鉛とHMTAの溶液を2時間撹拌して調製しました。リンをドープしたZnOナノロッドは、リン酸二水素アンモニウム（NH ₄ ）を添加して調製しました。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ 、≥98％）上記の化学物質に対して、M比0％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、および1％。シード層が堆積した石英基板をこれらのビーカーに浸し、90°Cのオーブンで10時間保持しました（図1b）。次に、これらのサンプルを脱イオン水ですすぎ、窒素ガスで完全に乾燥させて、残留物を除去することにより、垂直に整列したリンドープZnOナノロッドに到達しました（図1c）。

特性評価方法

サンプルの表面形態は、走査型電子顕微鏡（SEM）を使用して調べた。サンプルの構造特性に対するドーピングの影響は、粉末モードX線回折（XRD）を使用して調査されました。 0.5 Tの磁場が印加されたサンプルの導電率のタイプを理解するために、すべてのサンプルでホール効果測定が実行されました。室温のPL測定は、励起波長266 nm（Nd-YAGパルスレーザー）と入射パワー150mWを使用して実行されました。

結果と考察

ZnOナノロッドへのリンの取り込みによる構造変化を理解するために、粉末モードのXRD測定を実行しました。そのプロットを図1dに示します。ここで、ドープされていないサンプルは、ZnOの（002）、（111）、（103）、および（004）面にそれぞれ対応する34.36°、44.27°、62.80°、および72.45°に回折ピークを示すことに注意してください。 （002）面に対応するピークが最も高い強度を示し、NH ₄ に関係なくピーク位置は変化しません。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比とその結果として生じるナノロッドの直径/長さの変化。 NH ₄ を増やすと H ₂ （PO ₄ ） ₂ 図1eに示すように、最高強度のピーク、つまり（002）ピークの積分強度であるM比は、徐々に減少します。これらのサンプルの唯一の違いは、M比の変動です。したがって、これは、ZnOナノロッドの結晶性の低下に起因する可能性があります[24]。ただし、ここで注意すべきことの1つは、（002）ピークの半値全幅（FWHM）です。 FWHMは、NH ₄ に関係なく、0.25°付近でほぼ同じであることがわかりました。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比。これらの観点から、 c のナノロッドのミスアライメントも可能性が高いです。 -軸は、積分（002）ピーク強度の低下にもつながる可能性があります。 NH ₄ のM比が H ₂ （PO ₄ ） ₂ 1％に達すると、角度31.70°、36.17°、および47.50°で3つの追加のピークが観察されました。これらは、それぞれZnO結晶の（100）、（101）、および（102）ピークに関連しています。これらの追加のピークの出現も、上記の主張とよく一致しています。

ドープされていないサンプルとドープされた（最大1％）サンプルのSEM画像の上面図と断面図を図2a〜fに示します。ここでは、六角形のナノロッドが均一に分布していることがわかります。上記の段落で説明したように、ナノロッドの直径と長さは、NH ₄ を増やすと増加することがわかりました。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ 各画像の挿入図（上面図）と右側（断面図）でそれぞれ観察できるM比。ドープされていないサンプル（NH ₄ の0％ H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比）、ナノロッドの平均直径は約60 nmであることがわかりました。これは、図2a〜fの挿入図に示すように、ドーピング濃度を上げると145nmまで徐々に大きくなり続けました。同様に、各画像の右側に示されているように、ナノロッドの長さもドーピング濃度とともに増加することがわかりましたが、増加はわずかでした。ナノロッドの長さと直径は、NH ₄ の関数としてプロットされます。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ それぞれ図3aとbのM比。これらの図の挿入図では、垂直方向に成長したZnOナノロッドの概略図を示し、それらの長さと直径を示しています。 NH ₄ を増やすと、これらのナノロッドの長さも1.35μmから2.5μmに急速に増加することに注意してください。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は0％から0.1％であり、このM比を超えるとほぼ飽和します。ナノロッドの直径の変化にも同様の傾向が見られました（図3b）。 NH ₄ の0.1％までのナノロッドの長さと直径の向上 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は、ZnOの酸素原子と比較してリンのサイズが大きいことに起因します[12、13、25]。 0.1％M比を超えると、長さと直径の変動の性質は、ZnOマトリックスにリンを組み込むことの溶解限度の飽和に基づいて理解できます[26]。ドーピング濃度を除いて、他のすべてのパラメータは一定に保たれるか、減速して増減しましたが、ナノロッドの長さと直径は依然として増加していることがわかりました。これは、ZnOナノロッドへのリンの取り込みが成功したことを示しています[12、25]。 ZnOの成長とZnO結晶へのリンのドーピングの原因となる化学反応は、次の式から理解できます[16]：

NH ₄ に対応するZnOナノロッドの上部（左）と断面（右）のSEM画像 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比0％（ a ）、0.05％（ b ）、0.1％（ c ）、0.2％（ d ）、0.5％（ e ）、および1.0％（ f ）、 それぞれ。ナノロッドの直径と長さは、NH ₄ の関数として増加しました H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比。ナノロッドの体積特性の向上は、リンの取り込みの増加によるものです

a 、 b NH ₄ の増加に伴うZnOナノロッドの長さと直径の定量的ビュー H ₂ （PO ₄ ） ₂ それぞれM比。 c – e NH ₄ の関数としてのナノロッドのドーピング濃度、ホール係数、および移動度の変化 H ₂ （PO ₄ ） ₂ それぞれM比。 NH ₄ の場合、導電率が負から正に変化しました H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は約0.3％以上です。 NH ₄ の1％に対応するナノロッドのドーピング濃度の減少 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は、ZnOナノロッドへのリンの溶解限度を超える自己補償効果によるものです

水熱プロセスでは、温度を上げると、硝酸亜鉛は最初にZn ²⁺ に分解します。 と硝酸イオン。一方、HMTAと水分子との化学反応により、上記の式（1）に示すように、ホルムアルデヒド、アンモニウムイオン、およびヒドロキシルイオンが生成されます。 （2）。これらのヒドロキシルイオンは、Zn ²⁺ と反応します。 イオンとZnOとH ₂ の形成につながる O分子。さらに、リン酸二水素アンモニウムはビーカー内の既存のヒドロキシルイオンと反応し、アンモニウムイオンおよび水分子とともにリン酸イオンを形成します。ここで、これらのリン酸イオンが亜鉛イオンと反応してリン酸亜鉛（Zn ₃ ）を形成することに注意してください。 （PO ₄ ） ₂ ）沈殿。これは、ZnOナノロッドへのリンの取り込みに有害です[16]。ただし、硝酸亜鉛は強酸および強アルカリ塩であるため、リン酸亜鉛の沈殿の可能性を最小限に抑える可能性があり、したがって、ZnOナノロッドへのリンの取り込みが成功する可能性を高めることができます[16]。 ZnOナノロッドへのリンのドーピングは、固有のn型導電率からp型導電性を誘発することが知られており[7、27、28]、これによりリン原子のドーピングがさらに検証されます。

ホール効果測定を使用して、導電率のタイプ、ドーピング濃度、電荷キャリアの移動度などの電気的特性に対するリンドーピングの影響を調査します。一般に、ナノロッドおよび/またはナノワイヤのホール効果測定は、その1次元形状のために非常に困難です。したがって、単一ナノロッドの1つずつのホール測定がおそらく最も正確なものであることは明らかです。ただし、この方法は、脆くて密度の低いナノロッドまたはナノワイヤにほとんど有効であり、困難な処理手順が必要になります[45]。この場合、ホール効果測定は、導電性媒体としてのZnOナノロッドの下にあるAlドープZnOシード層によって可能になります。電流の媒体としてのAlドープZnOシード層の電気的欠陥により、測定はZnOナノロッドの実際の電気的特性を過小評価する可能性があります。ただし、結果はまだNH ₄ H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は、ZnOナノロッドの電気的特性を変化させます。キャリア濃度、ホール係数、および移動度のNH ₄ への依存性 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は、それぞれ図3c、d、eに示されています。 0％、0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、および1％のM比のキャリア濃度は-6.1×10 ¹⁵ 、−4.0×10 ¹⁵ 、−3.4×10 ¹⁵ 、1.6×10 ¹⁵ 、7.8×10 ¹⁵ 、および1.67×10 ⁹ cm ⁻² 、 それぞれ。 NH ₄ の0.2％未満のサンプルのドーピング濃度の負の符号 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比はそれらのn型導電率を示し、残りのサンプルの正の符号はそれらのp型導電率を示します。確かに、ZnOナノロッドは、酸素空孔関連の欠陥および/またはZn格子間原子の存在により、固有のn型導電性を示しますが、詳細については議論の余地があります[7、27、28]。ただし、NH ₄ の増加に伴い H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比では、ZnOナノロッドは、その固有の負の導電率を補償することにより、徐々にp型ナノロッドに変換されています。リンの取り込みによるp型導電率は、ZnO薄膜でも観察されます[29、30、31]。一方、NH ₄ の1％に相当するナノロッド H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は、以前のレポートと比較してまったく異なる動作を示しました。図3cに示すように、NH ₄ の0.5％に対応するサンプル H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は7.8×10 ¹⁵ 付近で最も高いキャリア濃度を示しました。 cm ⁻² そして1.67×10 ⁹ に落ちます cm ⁻² NH ₄ とすぐに突然 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比を1％に上げました。この変化は、ZnO中のリンの両性挙動によるものと推測されます[27]。リンは、リンが酸素サイト（P _O ）を置換するかどうかに応じて、アクセプターまたはドナーとして機能します。 ）またはZnサイト（P _Zn ）、 それぞれ。 [27]で、ZnOへのp型ドーパントの溶解度が低いことが報告されています。これらのレジームでは、溶解限度を超えて過剰なリンを取り込むと、Znサイトが置換され、P _O で補われます。 したがって、p型導電性を失う可能性があります。リンの溶解限度は約10 ²⁰ cm ^-3 Zn ₃ の場合 P ₂ ZnOマトリックスへのリンドーピングの目的で使用されてきました[27]。ただし、NH ₄ を使用してp型ZnOを成長させる場合、リンの溶解限度がどの程度かを明確に言うことはできません。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ 水熱プロセスを介して、しかし溶解限度はおよそ7.8×10 ¹⁵ であるはずであると私達は信じます cm ⁻² 。 [16]で述べられているように、キャリア濃度はポストサーマルアニーリングプロセスによって増加できることは注目に値します。ただし、アニーリングプロセスでは、キャリア濃度だけでなく、ナノロッドの直径、長さ、密度も予期せず変化します[16]。したがって、ナノロッドのアニーリングは、現在の作業では考慮されていません。ホール係数（ R _H ）半導体の場合は R で指定できます _H = 1 / n _c e [32]、ここで n _c 電荷キャリアの濃度を表します。電荷キャリアはそれぞれ電子と正孔であり、n型とp型の半導体ではそれぞれ負と正の符号が付けられます。 R のバリエーション _H （図3dに示す）は、ZnOナノロッドのn型からp型への導電率の変換をさらに確認します。ホール係数と移動度は、式μ=σRによって関連付けられることが知られています。 _H [32]、ここでσ 電気伝導率を表します。移動度はホール係数に正比例するため、ドーピング濃度の関数としての移動度の変化も R の性質に従うことに注意してください。 _H 曲線（図3eに示すように）。

図4aは、拡散反射率ジオメトリで測定された、ドープされていないサンプルとリンがドープされたサンプルの正規化された反射率を示しています。反射スペクトルの380nm付近の急激な低下は、ZnOサンプルの光学バンドギャップを示していることが知られています。ドーピング後のテーリング効果は、急激な低下で見られます。これは、ZnOナノロッドへのリンのドーピングによる光学バンドギャップの変化を示しています。これらのサンプルの光学バンドギャップを決定するために、反射スペクトルから得られたKubelka-Munk（KM）関数を使用しました。 KM関数間の関係（ F （ R ））反射率は F で与えられます （ R ） = （1 −R） ² / 2 R [33]、ここで R サンプルの反射率を表します。サンプルの対応するKM関数は、Tauc関係を使用してプロットされています（図4bを参照）。すべてのサンプルの光学バンドギャップは、図4bの挿入図に示されているこれらのTaucプロットから推定されました。ドープされていないZnOサンプルのバンドギャップは3.28eVであることがわかりましたが、NH ₄ までは3.18eVに減少します。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比が0.1％になると、バンドギャップはこの濃度を超えると増加し、1％NH ₄ の場合は3.26eVに達します。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比。ここで、すべてのサンプルのバンドギャップが3.18〜3.28eVの範囲内にあることに注意してください。 ZnOナノロッドのバンドギャップは、Taucプロットから取得されますが、NH ₄ の変化に応じてずれます。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比。実際、Taucプロットからバンドギャップを取得することは、この記事で調査したサンプルにとっておそらく適切な方法ではありません。これは、Taucプロットが励起子効果を無視しているためです。この問題に対処するために、すべてのサンプルでPL測定を実行しました[49]。

正規化された反射率（ a ）および対応するTaucプロット（ b ）すべてのサンプル（挿入図：NH ₄ H ₂ （PO ₄ ） ₂ ZnOナノロッドの光学バンドギャップのM比に依存する変動。） c AlドープZnOシード層、非ドープZnOナノロッド、およびリンドープZnOナノロッドの正規化されたPLスペクトル。 d NH ₄ の関数としてのNBE放出のPLピーク位置 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比。 e AlドープZnOシード層からの拡大されたNIR発光。 f ドープされていないおよびドープされたZnOナノロッドサンプルのDLE発光ピーク

図4cは、ドープされていないZnOナノロッドとリンがドープされたZnOナノロッド、およびAlドープされたZnOシード層の正規化されたPLスペクトルを示しています。すべてのスペクトルが2つの顕著なピークで構成されていることがわかります。1つはUV領域にあり、もう1つは可視領域とNIR領域をカバーする領域にあります。 UV領域の最初のピークは近帯域端発光（NBE）に関連し、他のピーク/こぶはZnOナノロッドの深部発光（DLE）に関連することが知られています。ここで、ZnOの深部放出の起源は議論の余地があり、さまざまな種類の欠陥や空孔から生じると予想されることに注意してください[34、35、36]。したがって、図4cに示すように、これらのスペクトルの非対称性を考慮して、ピークを慎重にデコンボリューションしました。これにより、観測された放出の原因がわかります。ここで、デコンボリューションされたピークは、UV、バイオレット、イエロー、レッド、およびNIRの放射に対応することに注意してください。ドープされていないZnOサンプルの〜379 nmでのUV発光（P1）は、それらのバンドギャップに対応します（前述のとおり）。この発光は、自由励起子遷移によって生じるZnOの特徴を表しています[14]。 PLによって得られたバンドギャップがTaucプロットのバンドギャップよりも10meV小さいことは注目に値します（図4b）。たとえば、PLからのドープされていないZnOナノロッドのバンドギャップは、379nmの発光に対応する3.27eVであり、Taucプロットからのバンドギャップは3.28eVです。これはおそらくストークスシフトによるものです[48]。ドーピング濃度が0から1％に増加すると、この発光は379から384 nmに深色シフトします（図4dを参照）。以前の報告によると、リンのドーピングは〜384 nmで発光を誘発しますが、これはドナー-アクセプターペア（DAP）遷移によるものです[14、25]。したがって、この場合の赤方偏移は、ZnOナノロッドでのリン誘起DAP発光に起因する可能性があります[8、14]。ナノロッドの直径は、擬フェルミ準位の表面積対体積比に依存する数に関しても発光波長に影響を与えることが知られており、直径が150nmを超えるとシフトが激しくなります[44]。ただし、調査したナノロッドの最大直径は約150 nmであり、この記事では残りのナノロッドは150nm未満です。したがって、直径の変化の影響を除外します。 〜389 nmで観察された紫色の発光（P2）（ドープされていないZnOナノロッドサンプル）は、Zn格子間原子によるもので、ドーピング後に発光も389から408nmに赤方偏移します[37]。 574〜587 nmの波長範囲内で観察された黄色の発光（P3）は、格子間酸素原子の存在によるものです[38、39]。過剰な酸素または亜鉛の空孔の存在は、観測された赤色発光（P4）[40、41]の原因であり、これは678〜729 nmの波長範囲をカバーします（図4cを参照）。黄色と赤の放射の半値全幅（FWHM）は、他の放射と比較してはるかに高いことが観察される場合があります。ここで、行われたデコンボリューションは、観測されたピークの非対称性のみに基づいており、これら2つのピークが1つ以上のピークで構成されている可能性があることに注意してください。したがって、前述の黄色と赤の放射の中にそれぞれ緑とオレンジの放射が存在する可能性を排除することはできません。一方、NIR領域の発光（P5）は、ドーピングの関数としてピークの位置とFWHMの両方に有意な変化を示さず、その変化はエラーバー内にあります（ここには示されていません）。ここで、これらすべてのサンプルに共通する唯一の定数係数はシード層であり、この場合はAlドープZnO膜であることに注意してください。さらに、シード層のみのPLスペクトル（図4c、e）は、予想どおりNIR放射を確認します。これは、図4eで確認できます。さらに、シード層からのPLスペクトルは、425 nmで別の発光を示します（図4c）。これは、AlドープZnOシード層の特徴的なNBE発光です[42]。ただし、AlドープZnO薄膜からのNIR発光の理由はまだ理解されていません。ここで、図4fに示すように、深層放出のピーク位置は、NBE放出の変化を変化させながら、ドーピング濃度の関数として大きな変化を受けないことに注意してください。 NH ₄ に関係なく持続的なピーク波長 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比は、DLE発光を利用する可視発光デバイスの設計に有利です。リンをドープしたp型ZnOナノロッドとn型基板であるp-n接合で構成される単純な可視発光デバイス構造を考えてみましょう。その場合、リンをドープしたp型ZnOナノロッドは、発光媒体であるだけでなく、電気キャリア注入媒体でもある必要があります。効率的な電気キャリア注入媒体であるためには、リンをドープしたZnOナノロッドが高濃度にドープされたものでなければならないことは言うまでもありません。このような状況で、リンをドープしたZnOナノロッドのDLE発光波長がリン濃度やキャリア濃度に依存するという別の条件を想定しましょう。次に、発光波長は、高度にリンをドープしたZnOナノロッドの特定の発光波長に固定するように強制されます。これは、効率的なキャリア注入媒体を使用するために、キャリア濃度を可能な限り高く保つ以外に選択肢がないためです。ただし、残念ながら、高濃度にリンをドープしたZnOナノロッドの発光波長は、発光デバイスに期待される目標発光波長と一致しない可能性があります。発光デバイスの設計に失敗しました。また、現実の世界では、図4fに示すように、リンをドープしたZnOナノロッドの可視DLE発光波長はキャリア濃度ごとに変化しません。では、どのようにして発光波長を調整できますか？実際、発光デバイスを設計する際に考慮すべきパラメータは他にもあります。つまり、DLE発光波長を調整するためのパラメータです。 Simimol etal。 [43]および他の文献は、アニーリング時にZnOナノロッドが発光波長を変化させ、したがって発光スペクトルを調整する目的を果たすことができることを示しています。その場合、キャリア濃度に応じたリンドープZnOナノロッドの持続的なDLE発光波長により、発光デバイスの設計がかなり簡単になります。発光波長を調整する際に考慮すべきパラメータ（アニーリング）は1つだけで、もう1つ（リン濃度またはNH ₄ ）があります。 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比）電気キャリア注入では、別途。このようなアプローチにより、リンをドープしたZnOナノロッドが、発光デバイスをアラカルト製造するためのプラットフォームとして作成されます。 水熱プロセスと一緒に最も安いルートで可視波長範囲で。さらに、ここでさらに、UVおよび可視発光範囲を含む電磁スペクトルの最も重要な領域で観測された発光が、生物学的デバイスからオプトエレクトロニクスデバイスまでの幅広いアプリケーションにとって興味深いものになることに注意してください。ただし、ZnOナノロッドおよび薄膜への持続的なp型ドーピングは、実際のデバイスアプリケーションではまだ困難であることに注意してください。言い換えると、リンをドープしたZnOの16か月間のp型導電率は非常に持続的ですが[14]、GaN：窒化ガリウム、GaAs：ガリウムヒ素、InPなどの他の無機結晶性半導体とは比較できません。 ：リン化インジウム。不安定なp型導電率は、固有の固有の欠陥に起因し[46、47]、欠陥の正確な制御についてさらに研究する必要があります。

結論

要約すると、ZnOナノロッドのp型導電率は、リン不純物をナノロッドにドープすることによって効果的に達成されています。 ZnOナノロッドへのリンのドーピングが成功すると、ナノロッドの長さと直径が向上します。 NH ₄ の関数としてのキャリア濃度、移動度、ホール係数の異常な変動 H ₂ （PO ₄ ） ₂ M比、つまりリン濃度が認められました。これは、リンの両性の性質に基づいて説明されました。 AlドープZnOシード層上で成長したこれらの水熱合成されたZnOナノロッドは、UV、可視、およびNIRレジームを含む3つの異なるレジームでPL発光を示すことがわかりました。 UV、バイオレット、イエロー、レッド、およびNIRレジームで観察された放出は、それぞれNBE放出、亜鉛格子間原子、酸素格子間原子、過剰酸素（または亜鉛空孔）、およびAlドープZnOシード層の特徴に起因していました。興味深いことに、これらのナノロッドへのリンのドーピングは、UV放射に変化をもたらし、可視およびNIR放射には影響を与えません。リンの取り込みによるZnOのこのような異常な影響は、さまざまなオプトエレクトロニクスおよび生物学的アプリケーションに適している可能性があります。

略語

DLE：

ディープレベルエミッション

HMTAまたはC ₆ H ₁₂ N ₄ ：

ヘキサメチレンテトラミン

KMメソッド：

Kubelka-Munkメソッド

NBE：

近帯域端放射

Nd-YAG：

ネオジムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット

NH ₄ H ₂ （PO ₄ ） ₂ ：

リン酸二水素アンモニウム

NIR：

近赤外線

PL：

フォトルミネッセンス

P _O ：

ZnOの酸素サイト

P _Zn ：

ZnOの亜鉛サイト

RF：

無線周波数

SEM：

走査型電子顕微鏡

UV：

紫外線

XRD：

X線回折

Zn（NO ₃ ） ₂ ：

硝酸亜鉛六水和物

ZnO：

酸化亜鉛