原子層堆積のナノラミネーションによって製造されたGan-Znoの固形溶液薄膜の形成メカニズムとバンドギャップの削減

原子層堆積（ALD）によるGANおよびZnO層のナノラミネーションは、化学量論のより正確な制御を提供するため、Gan-Znoの均質な固形溶液薄膜を製造するために使用されます。Gan：ZnOのALDサイクル比を5:10から10：5に変化させることにより、0.39の（ZnO）Xフィルムを0.39×x×0.79を搭載した（ZnO）Xフィルムが取得されます。固形溶液の形成は、GanとZnOの層の原子積み込みと好ましい方向に基づいて説明されています。ただし、積層プロセス中のGANおよびZNOの成長率は、純粋なGANおよびZNOフィルムの成長率とは異なります。ZNOはZnOでより速く成長するのに対し、ZnOはGanでより速く成長することがわかっています。密度汎関数理論（DFT）計算は、ALDによって製造されたGANおよびZNOラミネート層の超格子モデルを使用して実行され、状態の密度（DOS）の違いを理解し、固体溶液フィルムのさまざまな原子構成のバンドガップを評価します。バンドの位置は、紫外線光電子分光法によって実験的に定義されています。固体溶液の大幅なバンドギャップ削減が観察され、これはDFT計算からDOSによって説明できます。可視光駆動の光触媒水素進化が実施され、固体溶液フィルムの適用性を確認します。

Nanolamination of GaN and ZnO layers by atomic layer deposition (ALD) is employed to fabricate GaN-ZnO homogenous solid-solution thin films because it offers more precise control of the stoichiometry. By varying the ALD cycle ratios of GaN:ZnO from 5:10 to 10:5, the (GaN)1- x (ZnO)x films with 0.39 ≦ x ≦ 0.79 are obtained. The formation of solid solution is explained based on the atomic stacking and preferred orientation of the layers of GaN and ZnO. However, the growth rates of GaN and ZnO during the lamination process are different from those of pure GaN and ZnO films. It is found that GaN grows faster on ZnO, whereas ZnO grows slower on GaN. The density functional theory (DFT) calculations are performed using a superlattice model for GaN and ZnO laminated layers fabricated by ALD to understand the difference of density of states (DOS) and evaluate the bandgaps for various atomic configurations in the solid-solution films. The band positions are experimentally defined by ultraviolet photoelectron spectroscopy. Significant bandgap reduction of the solid solutions is observed, which can be explained by the DOS from the DFT calculations. Visible-light-driven photocatalytic hydrogen evolution is conducted to confirm the applicability of the solid-solution films.