JP2003040696A - 酸化亜鉛基層状化合物を内包した構造を持つ酸化亜鉛材料 - Google Patents
酸化亜鉛基層状化合物を内包した構造を持つ酸化亜鉛材料Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 有用な電子・光機能を利用するために、配向
性の高い微結晶粒子または微結晶粒子集合体からなる酸
化亜鉛材料の提供。 【構成】 酸化亜鉛単結晶内に酸化亜鉛基層状化合物構
造を持つ化合物が内包された酸化亜鉛材料。特に、酸化
亜鉛基層状化合物の結晶方位が酸化亜鉛の結晶方位と整
合し配向している構造。イオン注入によって酸化亜鉛単
結晶に酸化亜鉛基層状化合物の構成元素(例えば、イン
ジウム)を添加し、必要により熱処理を加えることで、
酸化亜鉛中に酸化亜鉛基層状化合物の結晶構造を有する
微結晶粒子を析出させる。 【効果】 酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化亜鉛材
料が得られる。酸化亜鉛基層状化合物と酸化亜鉛の間の
屈折率差、伝導度差、誘電率差によって電子・光学機能
を持たせた酸化亜鉛材料が得られる。
性の高い微結晶粒子または微結晶粒子集合体からなる酸
化亜鉛材料の提供。 【構成】 酸化亜鉛単結晶内に酸化亜鉛基層状化合物構
造を持つ化合物が内包された酸化亜鉛材料。特に、酸化
亜鉛基層状化合物の結晶方位が酸化亜鉛の結晶方位と整
合し配向している構造。イオン注入によって酸化亜鉛単
結晶に酸化亜鉛基層状化合物の構成元素(例えば、イン
ジウム)を添加し、必要により熱処理を加えることで、
酸化亜鉛中に酸化亜鉛基層状化合物の結晶構造を有する
微結晶粒子を析出させる。 【効果】 酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化亜鉛材
料が得られる。酸化亜鉛基層状化合物と酸化亜鉛の間の
屈折率差、伝導度差、誘電率差によって電子・光学機能
を持たせた酸化亜鉛材料が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光・電子特性を有
する異方性結晶微結晶粒子を内包した酸化亜鉛材料とそ
の製造法に関する。
する異方性結晶微結晶粒子を内包した酸化亜鉛材料とそ
の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化インジウムまたは酸化ガリウムの１
種を含む酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化亜鉛材料
は、例えば、Anchuan Wang らの報告(Appl. Phys. Let
t. 誌第73巻 第３号 327ページ)に見られるように、高
濃度にインジウムやガリウムをドープした薄膜中におい
て観察されている。しかし、これらの薄膜では、酸化亜
鉛基層状化合物が無秩序に析出しており、酸化亜鉛中の
特定の位置に酸化亜鉛基層状化合物を析出させることが
できていない。
種を含む酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化亜鉛材料
は、例えば、Anchuan Wang らの報告(Appl. Phys. Let
t. 誌第73巻 第３号 327ページ)に見られるように、高
濃度にインジウムやガリウムをドープした薄膜中におい
て観察されている。しかし、これらの薄膜では、酸化亜
鉛基層状化合物が無秩序に析出しており、酸化亜鉛中の
特定の位置に酸化亜鉛基層状化合物を析出させることが
できていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】酸化亜鉛基層状化合物
が有する２次元性、また、微結晶粒子、極薄膜が持つ量
子効果を含めた有用な電子・光機能を利用するために
は、配向性の高い微結晶粒子、或いは、微結晶粒子集合
体からなる薄膜を得なければならない。また、これらの
微結晶粒子、薄膜が機能を発現させ、素子を製造するに
は、何らかの材料に担持させる必要がある。一般に用い
られる印刷、塗布などの方法では微結晶粒子の完全な配
向性を得ることは難しく、また、微結晶粒子が幾重にも
積層して塗布・印刷されてしまう。
が有する２次元性、また、微結晶粒子、極薄膜が持つ量
子効果を含めた有用な電子・光機能を利用するために
は、配向性の高い微結晶粒子、或いは、微結晶粒子集合
体からなる薄膜を得なければならない。また、これらの
微結晶粒子、薄膜が機能を発現させ、素子を製造するに
は、何らかの材料に担持させる必要がある。一般に用い
られる印刷、塗布などの方法では微結晶粒子の完全な配
向性を得ることは難しく、また、微結晶粒子が幾重にも
積層して塗布・印刷されてしまう。
【０００４】したがって、光・電子特性を有する異方性
結晶微結晶粒子を内包した材料を得るために、以下の３
点を解決する技術が必要である。 １．酸化亜鉛基層状化合物構造を有する微結晶粒子を得
ること。 ２．酸化亜鉛基層状化合物の微結晶粒子を母結晶に担持
させること。 ３．微結晶粒子の結晶方位が母結晶の結晶方位と配向し
ていること。
結晶微結晶粒子を内包した材料を得るために、以下の３
点を解決する技術が必要である。 １．酸化亜鉛基層状化合物構造を有する微結晶粒子を得
ること。 ２．酸化亜鉛基層状化合物の微結晶粒子を母結晶に担持
させること。 ３．微結晶粒子の結晶方位が母結晶の結晶方位と配向し
ていること。
【０００５】
【課題を解決するための手段】内包した微結晶粒子が電
子閉じこめなどを実現するためには、内包した微結晶粒
子が母結晶表面に露出せず、母結晶内に封じられている
必要がある。酸化亜鉛基層状化合物を母結晶に内包させ
るためには、酸化亜鉛結晶の外部からインジウムまたは
ガリウムを拡散させる方法は選択できない。
子閉じこめなどを実現するためには、内包した微結晶粒
子が母結晶表面に露出せず、母結晶内に封じられている
必要がある。酸化亜鉛基層状化合物を母結晶に内包させ
るためには、酸化亜鉛結晶の外部からインジウムまたは
ガリウムを拡散させる方法は選択できない。
【０００６】本発明者は、酸化亜鉛単結晶の内部にイン
ジウムまたはガリウムを輸送するための手段として、イ
オンを高速に加速することが可能なイオン加速器を用い
ることによつて上記の課題を解決できることを見いだし
た。すなわち、本発明は、酸化亜鉛単結晶を母結晶とす
る材料であって、インジウムまたはガリウムの少なくと
も１種を含む酸化亜鉛基層状化合物の結晶構造を有し、
酸化亜鉛のｃ軸と酸化亜鉛基層状化合物のｃ軸が平行に
なるように整列した酸化亜鉛基層状化合物を内包するこ
とを特徴とする酸化亜鉛材料である。
ジウムまたはガリウムを輸送するための手段として、イ
オンを高速に加速することが可能なイオン加速器を用い
ることによつて上記の課題を解決できることを見いだし
た。すなわち、本発明は、酸化亜鉛単結晶を母結晶とす
る材料であって、インジウムまたはガリウムの少なくと
も１種を含む酸化亜鉛基層状化合物の結晶構造を有し、
酸化亜鉛のｃ軸と酸化亜鉛基層状化合物のｃ軸が平行に
なるように整列した酸化亜鉛基層状化合物を内包するこ
とを特徴とする酸化亜鉛材料である。
【０００７】また、本発明は、酸化亜鉛単結晶を母結晶
とする材料であって、組成式 Ｉｎ2 (1+x)Ｏ3(1+y)[Ｚｎ
Ｏ]m、またはＧａ2(1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]mで表される
酸化亜鉛基層状化合物結晶（ただし、この組成式におい
て、ｘとｙは酸化亜鉛に内包された酸化亜鉛基層状化合
物に発生する積層欠陥、点欠陥を意味する実数、ｍは酸
化亜鉛基層状化合物の平均積層周期を示す１以上の整数
である。）を内包することを特徴とする、上記の酸化亜
鉛材料である。
とする材料であって、組成式 Ｉｎ2 (1+x)Ｏ3(1+y)[Ｚｎ
Ｏ]m、またはＧａ2(1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]mで表される
酸化亜鉛基層状化合物結晶（ただし、この組成式におい
て、ｘとｙは酸化亜鉛に内包された酸化亜鉛基層状化合
物に発生する積層欠陥、点欠陥を意味する実数、ｍは酸
化亜鉛基層状化合物の平均積層周期を示す１以上の整数
である。）を内包することを特徴とする、上記の酸化亜
鉛材料である。
【０００８】また、本発明は、酸化亜鉛単結晶を母結晶
とする材料であって、インジウムまたはガリウムの少な
くとも１種を含む酸化亜鉛基層状化合物結晶構造を有す
る微結晶粒子を酸化亜鉛単結晶の表面から２ミクロン以
内の深さに内包することを特徴とする、上記の酸化亜鉛
材料である。
とする材料であって、インジウムまたはガリウムの少な
くとも１種を含む酸化亜鉛基層状化合物結晶構造を有す
る微結晶粒子を酸化亜鉛単結晶の表面から２ミクロン以
内の深さに内包することを特徴とする、上記の酸化亜鉛
材料である。
【０００９】また、本発明は、酸化亜鉛単結晶を母結晶
とする材料であって、インジウムまたはガリウムの少な
くとも１種を含む酸化亜鉛基層状化合物結晶構造を有す
る微結晶粒子を酸化亜鉛単結晶の表面から２ミクロン以
内の深さに内包するが、この微結晶粒子が材料表面に露
出していないことを特徴とする、上記の酸化亜鉛材料で
ある。
とする材料であって、インジウムまたはガリウムの少な
くとも１種を含む酸化亜鉛基層状化合物結晶構造を有す
る微結晶粒子を酸化亜鉛単結晶の表面から２ミクロン以
内の深さに内包するが、この微結晶粒子が材料表面に露
出していないことを特徴とする、上記の酸化亜鉛材料で
ある。
【００１０】また、本発明は、酸化亜鉛単結晶を母結晶
とする材料であって、組成式Ｍ2(1+ z)Ｉｎ2(1+x)Ｏ
3(1+y)[ＺｎＯ]mで表される固溶体（ただし、この組成
式において、ｘとｙは酸化亜鉛に内包された酸化亜鉛基
層状化合物に発生する積層欠陥、点欠陥を意味する実
数、ｍは酸化亜鉛基層状化合物の平均積層周期を示す１
以上の整数、Ｍは、Ｌａ〜Ｌｕに至るランタニド元素ま
たはＹから選ばれる１種以上、ｚは固溶組成を示す正の
実数である。）を内包することを特徴とする、上記の酸
化亜鉛材料である。
とする材料であって、組成式Ｍ2(1+ z)Ｉｎ2(1+x)Ｏ
3(1+y)[ＺｎＯ]mで表される固溶体（ただし、この組成
式において、ｘとｙは酸化亜鉛に内包された酸化亜鉛基
層状化合物に発生する積層欠陥、点欠陥を意味する実
数、ｍは酸化亜鉛基層状化合物の平均積層周期を示す１
以上の整数、Ｍは、Ｌａ〜Ｌｕに至るランタニド元素ま
たはＹから選ばれる１種以上、ｚは固溶組成を示す正の
実数である。）を内包することを特徴とする、上記の酸
化亜鉛材料である。
【００１１】また、本発明は、インジウムまたはガリウ
ムの少なくとも１種、あるいはさらにＬａ〜Ｌｕに至る
ランタニド元素またはＹから選ばれる１種以上の金属元
素を２０万電子ボルト超の加速電圧で加速したイオン注
入によって酸化亜鉛単結晶内に注入することを特徴とす
る、上記の酸化亜鉛材料の製造法である。また、本発明
は、イオン注入の後、注入によって生じた欠陥を回復さ
せ、さらに注入されたイオンを酸化するために酸素雰囲
気中で熱処理を加えることを特徴とする上記の酸化亜鉛
材料の製造法である。
ムの少なくとも１種、あるいはさらにＬａ〜Ｌｕに至る
ランタニド元素またはＹから選ばれる１種以上の金属元
素を２０万電子ボルト超の加速電圧で加速したイオン注
入によって酸化亜鉛単結晶内に注入することを特徴とす
る、上記の酸化亜鉛材料の製造法である。また、本発明
は、イオン注入の後、注入によって生じた欠陥を回復さ
せ、さらに注入されたイオンを酸化するために酸素雰囲
気中で熱処理を加えることを特徴とする上記の酸化亜鉛
材料の製造法である。
【００１２】酸化亜鉛単結晶中に内包した酸化亜鉛基層
状化合物が量子ドットとしての特性を発現するには、微
結晶粒子が酸化亜鉛単結晶内に内包される必要があり、
この微結晶粒子を析出させるためには、イオン注入法が
有効である。
状化合物が量子ドットとしての特性を発現するには、微
結晶粒子が酸化亜鉛単結晶内に内包される必要があり、
この微結晶粒子を析出させるためには、イオン注入法が
有効である。
【００１３】イオン注入によってこれらの金属元素を注
入した酸化亜鉛単結晶を高温で熱処理することにより、
構造再配列を誘起し、これにより、酸化亜鉛単結晶内に
酸化亜鉛基層状化合物構造を有する微結晶粒子を形成す
る。微結晶粒子の存在、結晶配向性は、透過型電子顕微
鏡によって評価可能である。
入した酸化亜鉛単結晶を高温で熱処理することにより、
構造再配列を誘起し、これにより、酸化亜鉛単結晶内に
酸化亜鉛基層状化合物構造を有する微結晶粒子を形成す
る。微結晶粒子の存在、結晶配向性は、透過型電子顕微
鏡によって評価可能である。
【００１４】酸化亜鉛と酸化亜鉛基層状化合物の間に存
在する屈折率差、誘電率差、伝導率差によって、有用な
電子・光学機能を持たせた酸化亜鉛材料を製造するに
は、酸化亜鉛中に酸化亜鉛基層状化合物が内包された構
造が必要であり、かつ、結晶粒界による電子・光の散乱
をさけた高性能素子を得るためには、多結晶の酸化亜鉛
ではなく、単結晶の酸化亜鉛に酸化亜鉛基層状化合物を
内包した構造が有利であるため、単結晶に酸化亜鉛基層
状化合物を内包した構造が好ましい。
在する屈折率差、誘電率差、伝導率差によって、有用な
電子・光学機能を持たせた酸化亜鉛材料を製造するに
は、酸化亜鉛中に酸化亜鉛基層状化合物が内包された構
造が必要であり、かつ、結晶粒界による電子・光の散乱
をさけた高性能素子を得るためには、多結晶の酸化亜鉛
ではなく、単結晶の酸化亜鉛に酸化亜鉛基層状化合物を
内包した構造が有利であるため、単結晶に酸化亜鉛基層
状化合物を内包した構造が好ましい。
【００１５】図１は、インジウムまたはガリウムの少な
くとも１種を含む酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化
亜鉛材料の概略説明図である。酸化亜鉛単結晶からなる
母結晶にインジウムまたはガリウムの少なくとも１種を
イオン注入すると、注入された領域は結晶構造が乱れ、
非晶質状態に近い状態になりこれを熱処理すると微結晶
化し、Ｉｎ2(1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]mまたはＧａ2(1+x)
Ｏ3(1+y) [ＺｎＯ]mで表される酸化亜鉛基層状化合物結
晶が形成され、図１中の拡大図に示すように、酸化亜鉛
のｃ軸と酸化亜鉛の層状化合物結晶のｃ軸が平行になる
ように整列した酸化亜鉛基層状化合物を内包する酸化亜
鉛材料が得られる。層状化合物を内包させるための母結
晶として、酸化亜鉛単結晶を選択することができる。
くとも１種を含む酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化
亜鉛材料の概略説明図である。酸化亜鉛単結晶からなる
母結晶にインジウムまたはガリウムの少なくとも１種を
イオン注入すると、注入された領域は結晶構造が乱れ、
非晶質状態に近い状態になりこれを熱処理すると微結晶
化し、Ｉｎ2(1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]mまたはＧａ2(1+x)
Ｏ3(1+y) [ＺｎＯ]mで表される酸化亜鉛基層状化合物結
晶が形成され、図１中の拡大図に示すように、酸化亜鉛
のｃ軸と酸化亜鉛の層状化合物結晶のｃ軸が平行になる
ように整列した酸化亜鉛基層状化合物を内包する酸化亜
鉛材料が得られる。層状化合物を内包させるための母結
晶として、酸化亜鉛単結晶を選択することができる。
【００１６】インジウムまたはガリウムの少なくとも１
種を含む酸化亜鉛基層状化合物は酸化亜鉛と類似した構
造を有している。イオン注入法による注入量を変えるこ
とにより、微結晶粒子の析出量が制御可能であり、ま
た、注入後の熱処理による微結晶粒子の成長により、微
結晶粒子のサイズ制御も可能である。ただし、イオン加
速器による酸化亜鉛基層状化合物の２次元的な結晶構造
に起因する２次元的な物性は電気伝導性の２次元性、磁
性の２次元性につながる。
種を含む酸化亜鉛基層状化合物は酸化亜鉛と類似した構
造を有している。イオン注入法による注入量を変えるこ
とにより、微結晶粒子の析出量が制御可能であり、ま
た、注入後の熱処理による微結晶粒子の成長により、微
結晶粒子のサイズ制御も可能である。ただし、イオン加
速器による酸化亜鉛基層状化合物の２次元的な結晶構造
に起因する２次元的な物性は電気伝導性の２次元性、磁
性の２次元性につながる。
【００１７】既に、ホモロガス化合物には希土類の磁性
イオンが固溶することが知られており、組成式Ｍ2(1+z)
Ｉｎ2(1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]m（ｘとｙは酸化亜鉛に内
包された微結晶粒子に発生する積層欠陥、点欠陥を意味
する実数、ｍは酸化亜鉛基層状化合物結晶の平均積層周
期を示す１以上の整数、Ｍは、Ｌａ〜Ｌｕに至るランタ
ニド元素またはＹから選ばれる１種以上、ｚは固溶組成
を示す正の実数である）で表される固溶体を内包する酸
化亜鉛材料を製造可能である。
イオンが固溶することが知られており、組成式Ｍ2(1+z)
Ｉｎ2(1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]m（ｘとｙは酸化亜鉛に内
包された微結晶粒子に発生する積層欠陥、点欠陥を意味
する実数、ｍは酸化亜鉛基層状化合物結晶の平均積層周
期を示す１以上の整数、Ｍは、Ｌａ〜Ｌｕに至るランタ
ニド元素またはＹから選ばれる１種以上、ｚは固溶組成
を示す正の実数である）で表される固溶体を内包する酸
化亜鉛材料を製造可能である。
【００１８】ランタニド元素またはＹの磁性イオンの２
次元的な相互作用を誘起するためには、母結晶の結晶方
位によって、結晶方位が揃えられた酸化亜鉛基層状化合
物を内包した構造が必要である。イオン注入法によって
単結晶中に結晶方位のそろった酸化亜鉛基層状化合物を
析出させることで、結晶方位の揃った磁性の２次元性を
持つ構造が製造可能となる。
次元的な相互作用を誘起するためには、母結晶の結晶方
位によって、結晶方位が揃えられた酸化亜鉛基層状化合
物を内包した構造が必要である。イオン注入法によって
単結晶中に結晶方位のそろった酸化亜鉛基層状化合物を
析出させることで、結晶方位の揃った磁性の２次元性を
持つ構造が製造可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の酸化亜鉛材料の製造法の
概略工程図を図２に示す。イオン加速器を用いて加速し
たイオン（インジウムとガリウムの一方、あるいは両
方）を酸化亜鉛単結晶のＣ面(0001面)から注入する。こ
の際、内包構造を作るには、酸化亜鉛単結晶の内部に打
ち込んだイオンを結晶の奥に到達させなければならない
が、加速電圧が小さいほど奥に到達し難くなり、２０万
電子ボルトでは、打ち込んだイオンが表面にとどまって
しまい、酸化亜鉛単結晶表面をインジウムおよび／また
はガリウム添加酸化亜鉛でコーティングした状態とな
り、内包構造を実現できない。したがって、加速電圧を
２０万電子ボルト超、好ましくは百万電子ボルト以上に
したイオン注入が必要である。
概略工程図を図２に示す。イオン加速器を用いて加速し
たイオン（インジウムとガリウムの一方、あるいは両
方）を酸化亜鉛単結晶のＣ面(0001面)から注入する。こ
の際、内包構造を作るには、酸化亜鉛単結晶の内部に打
ち込んだイオンを結晶の奥に到達させなければならない
が、加速電圧が小さいほど奥に到達し難くなり、２０万
電子ボルトでは、打ち込んだイオンが表面にとどまって
しまい、酸化亜鉛単結晶表面をインジウムおよび／また
はガリウム添加酸化亜鉛でコーティングした状態とな
り、内包構造を実現できない。したがって、加速電圧を
２０万電子ボルト超、好ましくは百万電子ボルト以上に
したイオン注入が必要である。
【００２０】イオン加速器の加速電圧をこの加速電圧範
囲において変えることにより、酸化亜鉛単結晶中の特定
部位表面から計ったある限定された深さの部位にインジ
ウムまたはガリウムの少なくとも１種を含む金属元素を
高濃度に注入できる。
囲において変えることにより、酸化亜鉛単結晶中の特定
部位表面から計ったある限定された深さの部位にインジ
ウムまたはガリウムの少なくとも１種を含む金属元素を
高濃度に注入できる。
【００２１】また、その注入深さは理論計算によって設
計可能であり、イオン注入法により理論的に予測したあ
る限定された深さ範囲にインジウムまたはガリウムの少
なくとも１種を含む金属元素を高濃度に注入できる。固
溶体を形成する場合には、インジウム、ガリウム、ある
いは固溶体を形成する元素のイオンがそれぞれ、同じ深
さに注入されるために必要なイオン加速電圧を、予め、
理論計算などにより求めておく。
計可能であり、イオン注入法により理論的に予測したあ
る限定された深さ範囲にインジウムまたはガリウムの少
なくとも１種を含む金属元素を高濃度に注入できる。固
溶体を形成する場合には、インジウム、ガリウム、ある
いは固溶体を形成する元素のイオンがそれぞれ、同じ深
さに注入されるために必要なイオン加速電圧を、予め、
理論計算などにより求めておく。
【００２２】イオン注入を施した酸化亜鉛単結晶は、被
注入部位が非晶質に近い状態になっており、これを熱処
理することによって被注入部位に打ち込まれたイオンと
酸化亜鉛単結晶中の亜鉛イオンを反応させて、酸化亜鉛
基層状化合物を微結晶粒子として析出させる。熱処理は
８００℃以上、６時間以上の熱処理が好ましいが、最適
な熱処理条件は、イオン注入時の加速電圧、注入量など
により変化するため、注入条件ごとにその温度、処理条
件を調整する。また、インジウムやガリウムは３価のイ
オンであるため、十分な酸素量を与えないと、不安定な
状態になり、目的の構造が実現できないため、酸素雰囲
気で熱処理する必要がある。
注入部位が非晶質に近い状態になっており、これを熱処
理することによって被注入部位に打ち込まれたイオンと
酸化亜鉛単結晶中の亜鉛イオンを反応させて、酸化亜鉛
基層状化合物を微結晶粒子として析出させる。熱処理は
８００℃以上、６時間以上の熱処理が好ましいが、最適
な熱処理条件は、イオン注入時の加速電圧、注入量など
により変化するため、注入条件ごとにその温度、処理条
件を調整する。また、インジウムやガリウムは３価のイ
オンであるため、十分な酸素量を与えないと、不安定な
状態になり、目的の構造が実現できないため、酸素雰囲
気で熱処理する必要がある。
【００２３】イオン注入時に注入により発生する熱、あ
るいは、注入中に熱を加えることにより、注入後の熱処
理を施すことなく、注入中に注入によるダメージを取り
除くことは可能である。注入中に十分な熱が与えられた
場合、注入後の熱処理を施すこと無しに目的の構造を得
られる場合もある。こうした場合、注入後の熱処理を施
すこと無しに、酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化亜
鉛材料が製造可能である。したがって、上記、熱処理条
件は、あくまで、注入後の注入部位が非晶質的な状態に
なっていた場合に、その状態から回復させるために十分
な条件を示したものである。
るいは、注入中に熱を加えることにより、注入後の熱処
理を施すことなく、注入中に注入によるダメージを取り
除くことは可能である。注入中に十分な熱が与えられた
場合、注入後の熱処理を施すこと無しに目的の構造を得
られる場合もある。こうした場合、注入後の熱処理を施
すこと無しに、酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化亜
鉛材料が製造可能である。したがって、上記、熱処理条
件は、あくまで、注入後の注入部位が非晶質的な状態に
なっていた場合に、その状態から回復させるために十分
な条件を示したものである。
【００２４】さらに、インジウムまたはガリウムの一
種、あるいは、ランタニド元素またはＹからなる金属元
素のイオンを注入した後、あるいは、それらを打ち込む
前に、理論計算によって見積もられた適当なエネルギー
で酸素イオンを打ち込むことにより、上記熱処理に際し
て、酸素雰囲気が必要でない場合がある。したがって、
上記の熱処理条件は、注入後の酸化が必要な場合に十分
な酸素を与えるための十分条件を示したものである。
種、あるいは、ランタニド元素またはＹからなる金属元
素のイオンを注入した後、あるいは、それらを打ち込む
前に、理論計算によって見積もられた適当なエネルギー
で酸素イオンを打ち込むことにより、上記熱処理に際し
て、酸素雰囲気が必要でない場合がある。したがって、
上記の熱処理条件は、注入後の酸化が必要な場合に十分
な酸素を与えるための十分条件を示したものである。
【００２５】酸化亜鉛基層状化合物を内包した構造が発
する電子、光応答を取り出して素子に応用するために
は、母結晶自身による光吸収などの効果を低減する必要
があり、母結晶表面から浅い位置、すなわち、２ミクロ
ン程度の深さに微結晶粒子を内包させる必要があり、こ
うした浅い領域に、異種元素を導入する手段としてイオ
ン注入法を利用する。利用可能な市販の一般的な打ち込
み装置である２００万電子ボルトの装置を用いて１０ミ
クロン未満の深さへの注入は可能である。
する電子、光応答を取り出して素子に応用するために
は、母結晶自身による光吸収などの効果を低減する必要
があり、母結晶表面から浅い位置、すなわち、２ミクロ
ン程度の深さに微結晶粒子を内包させる必要があり、こ
うした浅い領域に、異種元素を導入する手段としてイオ
ン注入法を利用する。利用可能な市販の一般的な打ち込
み装置である２００万電子ボルトの装置を用いて１０ミ
クロン未満の深さへの注入は可能である。
【００２６】また、低加速電圧のイオンを打ち込んだ場
合、母結晶に打ち込んだイオンの深さが浅いために、熱
処理による結晶化の際に拡散によって表面に吐き出され
てくる可能性がある。また、低加速電圧のイオンで打ち
込んだ場合には、打ち込まれたイオンが表面に存在して
しまう。そのため、インジウムまたはガリウムが酸化亜
鉛単結晶の外部に吐き出されることを避けるためには、
母結晶の表面から深い位置に打ち込む必要があり、高加
速電圧のイオン注入装置を用いてイオン注入を行う。
合、母結晶に打ち込んだイオンの深さが浅いために、熱
処理による結晶化の際に拡散によって表面に吐き出され
てくる可能性がある。また、低加速電圧のイオンで打ち
込んだ場合には、打ち込まれたイオンが表面に存在して
しまう。そのため、インジウムまたはガリウムが酸化亜
鉛単結晶の外部に吐き出されることを避けるためには、
母結晶の表面から深い位置に打ち込む必要があり、高加
速電圧のイオン注入装置を用いてイオン注入を行う。
【００２７】
【実施例】実施例１
特に改造を加えていない一般的なイオン加速器である市
販のＨＶＥＥハイボルテージエンジニアリングヨーロッ
パ製の２ＭｅＶイオン加速器を用い、２００万電子ボル
トの加速電圧で加速したインジウムイオンを酸化亜鉛単
結晶のＣ面から注入し、注入後８００℃において酸素ガ
ス雰囲気中で熱処理した。この試料を透過型電子顕微鏡
で観察したところ、図３のような観察結果が得られた。
販のＨＶＥＥハイボルテージエンジニアリングヨーロッ
パ製の２ＭｅＶイオン加速器を用い、２００万電子ボル
トの加速電圧で加速したインジウムイオンを酸化亜鉛単
結晶のＣ面から注入し、注入後８００℃において酸素ガ
ス雰囲気中で熱処理した。この試料を透過型電子顕微鏡
で観察したところ、図３のような観察結果が得られた。
【００２８】黒丸で囲った中に18オングストロームを周
期とするコントラストが得られており、このコントラス
トは、打ち込んだインジウムと酸化亜鉛単結晶中の亜鉛
が反応することで生成した酸化亜鉛基層状化合物の形成
を示すものである。すなわち、酸化亜鉛基層状化合物の
結晶構造を有する微結晶粒子が、イオン注入シミュレー
ションソフトウエアを用いた注入深さ予測で予想された
深さの位置に、そのｃ軸を酸化亜鉛単結晶と平行にした
状態で形成された。
期とするコントラストが得られており、このコントラス
トは、打ち込んだインジウムと酸化亜鉛単結晶中の亜鉛
が反応することで生成した酸化亜鉛基層状化合物の形成
を示すものである。すなわち、酸化亜鉛基層状化合物の
結晶構造を有する微結晶粒子が、イオン注入シミュレー
ションソフトウエアを用いた注入深さ予測で予想された
深さの位置に、そのｃ軸を酸化亜鉛単結晶と平行にした
状態で形成された。
【００２９】比較例１
日新電機製の特に改造を加えていない市販の一般的な加
速器を用い２０万電子ボルトの加速電圧で加速したイン
ジウムイオンを酸化亜鉛単結晶のＣ面から注入し、注入
後８００℃において酸素ガス雰囲気中で熱処理した。こ
の試料を透過型電子顕微鏡で観察したところ、酸化亜鉛
基層状化合物は得られなかった。これは、イオン加速電
圧が低く、インジウムが酸化亜鉛単結晶表面近くに注入
され、熱処理中に脱離したことによる。
速器を用い２０万電子ボルトの加速電圧で加速したイン
ジウムイオンを酸化亜鉛単結晶のＣ面から注入し、注入
後８００℃において酸素ガス雰囲気中で熱処理した。こ
の試料を透過型電子顕微鏡で観察したところ、酸化亜鉛
基層状化合物は得られなかった。これは、イオン加速電
圧が低く、インジウムが酸化亜鉛単結晶表面近くに注入
され、熱処理中に脱離したことによる。
【図１】図１は、インジウムまたはガリウムの少なくと
も１種を含む酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化亜鉛
材料の概略説明図である。
も１種を含む酸化亜鉛基層状化合物を内包した酸化亜鉛
材料の概略説明図である。
【図２】図２は、インジウムまたはガリウムの少なくと
も１種を含む酸化亜鉛基層状化合物の結晶を内包した酸
化亜鉛材料を得るための製造法の概略工程図である。
も１種を含む酸化亜鉛基層状化合物の結晶を内包した酸
化亜鉛材料を得るための製造法の概略工程図である。
【図３】図３は、実施例１で製造した酸化亜鉛基層状化
合物の図面代用透過電子顕微鏡写真である。
合物の図面代用透過電子顕微鏡写真である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 坂口 勲
茨城県つくば市千現１−２−１独立行政法
人物質・材料研究機構内
(72)発明者 安達 裕
茨城県つくば市千現１−２−１独立行政法
人物質・材料研究機構内
(72)発明者 大橋 直樹
茨城県つくば市千現１−２−１独立行政法
人物質・材料研究機構内
Ｆターム(参考） 4G047 AA04 AB01 AC03 AD01
4G077 AA02 BB07 FD03 FE03
4K029 AA04 BA02 BA10 BA49 BB08
BC09 CA10 EA09 GA01
Claims (8)
- 【請求項１】 酸化亜鉛単結晶を母結晶とする材料であ
って、インジウムまたはガリウムの少なくとも１種を含
む酸化亜鉛基層状化合物の結晶構造を有し、酸化亜鉛の
ｃ軸と酸化亜鉛基層状化合物のｃ軸が平行になるように
整列した酸化亜鉛基層状化合物を内包することを特徴と
する酸化亜鉛材料。 - 【請求項２】 酸化亜鉛単結晶を母結晶とする材料であ
って、組成式 Ｉｎ2 (1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]m、またはＧ
ａ2(1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]mで表される酸化亜鉛基層状
化合物結晶（ただし、この組成式において、ｘとｙは酸
化亜鉛に内包された酸化亜鉛基層状化合物に発生する積
層欠陥、点欠陥を意味する実数、ｍは酸化亜鉛基層状化
合物の平均積層周期を示す１以上の整数である。）を内
包することを特徴とする、請求項１記載の酸化亜鉛材
料。 - 【請求項３】 酸化亜鉛単結晶を母結晶とする材料であ
って、インジウムまたはガリウムの少なくとも１種を含
む酸化亜鉛基層状化合物結晶構造を有する微結晶粒子を
酸化亜鉛単結晶の表面から２ミクロン以内の深さに内包
することを特徴とする、請求項１または２記載の酸化亜
鉛材料。 - 【請求項４】 酸化亜鉛単結晶を母結晶とする材料であ
って、インジウムまたはガリウムの少なくとも１種を含
む酸化亜鉛基層状化合物結晶構造を有する微結晶粒子を
酸化亜鉛単結晶の表面から２ミクロン以内の深さに内包
するが、この微結晶粒子が材料表面に露出していないこ
とを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の
酸化亜鉛材料。 - 【請求項５】 酸化亜鉛単結晶を母結晶とする材料であ
って、組成式Ｍ2( 1+z)Ｉｎ2(1+x)Ｏ3(1+y)[ＺｎＯ]mで
表される固溶体（ただし、この組成式において、ｘとｙ
は酸化亜鉛に内包された酸化亜鉛基層状化合物に発生す
る積層欠陥、点欠陥を意味する実数、ｍは酸化亜鉛基層
状化合物の平均積層周期を示す１以上の整数、Ｍは、Ｌ
ａ〜Ｌｕに至るランタニド元素またはＹから選ばれる１
種以上、ｚは固溶組成を示す正の実数である。）を内包
することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに
記載の酸化亜鉛材料。 - 【請求項６】 インジウムまたはガリウムの少なくとも
１種を２０万電子ボルト超の加速電圧で加速したイオン
注入によって酸化亜鉛単結晶内に注入することを特徴と
する、請求項１ないし４のいずれかに記載の酸化亜鉛材
料の製造法。 - 【請求項７】 インジウム、ガリウムの少なくとも１種
に加えてＬａ〜Ｌｕに至るランタニド元素またはＹから
選ばれる１種以上の金属元素を２０万電子ボルト超の加
速電圧で加速したイオン注入によって酸化亜鉛単結晶内
に注入することを特徴とする、請求項５記載の酸化亜鉛
材料の製造法。 - 【請求項８】 イオン注入の後、注入によって生じた欠
陥を回復させ、さらに注入されたイオンを酸化するため
に酸素雰囲気中で熱処理を加えることを特徴とする請求
項６または７記載の酸化亜鉛材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001228226A JP3721395B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 酸化亜鉛基層状化合物を内包した構造を持つ酸化亜鉛材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001228226A JP3721395B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 酸化亜鉛基層状化合物を内包した構造を持つ酸化亜鉛材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003040696A true JP2003040696A (ja) | 2003-02-13 |
| JP3721395B2 JP3721395B2 (ja) | 2005-11-30 |
Family
ID=19060768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001228226A Expired - Lifetime JP3721395B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 酸化亜鉛基層状化合物を内包した構造を持つ酸化亜鉛材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3721395B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005114256A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Fukuda X'tal Laboratory | 超高速シンチレータとしてのＺｎＯ単結晶およびその製造方法 |
| JP2006104042A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | National Institute For Materials Science | 亜鉛含有化合物 |
| JP2006306680A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | National Institute For Materials Science | 硫化ガリウムサブマイクロメートルチューブ及びその製造方法 |
| WO2010024034A1 (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-04 | 出光興産株式会社 | スパッタリングターゲット及びそれからなる酸化物半導体薄膜 |
| US12040042B2 (en) | 2010-09-14 | 2024-07-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device including transistor |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001228226A patent/JP3721395B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005114256A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | Fukuda X'tal Laboratory | 超高速シンチレータとしてのＺｎＯ単結晶およびその製造方法 |
| JPWO2005114256A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2008-03-27 | 株式会社福田結晶技術研究所 | 超高速シンチレータとしてのＺｎＯ単結晶およびその製造方法 |
| JP2006104042A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | National Institute For Materials Science | 亜鉛含有化合物 |
| JP4729737B2 (ja) * | 2004-10-08 | 2011-07-20 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 亜鉛含有化合物 |
| JP2006306680A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | National Institute For Materials Science | 硫化ガリウムサブマイクロメートルチューブ及びその製造方法 |
| WO2010024034A1 (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-04 | 出光興産株式会社 | スパッタリングターゲット及びそれからなる酸化物半導体薄膜 |
| JPWO2010024034A1 (ja) * | 2008-08-27 | 2012-01-26 | 出光興産株式会社 | スパッタリングターゲット及びそれからなる酸化物半導体薄膜 |
| JP5438011B2 (ja) * | 2008-08-27 | 2014-03-12 | 出光興産株式会社 | スパッタリングターゲット及びそれからなる酸化物半導体薄膜 |
| US12040042B2 (en) | 2010-09-14 | 2024-07-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device including transistor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3721395B2 (ja) | 2005-11-30 |
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