JP2003253445A - 酸化亜鉛薄膜の低圧低温気相合成方法 - Google Patents
酸化亜鉛薄膜の低圧低温気相合成方法Info
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
れる酸化亜鉛薄膜の配向性の改善。 【構成】 酸化亜鉛薄膜の10-2Torr以下の低圧力薄膜
合成において、まず、基板温度500℃から700℃で
基板表面を部分的に覆う酸化亜鉛を一次的に合成し、そ
の後、配向酸化亜鉛を核として400℃以下の基板温度
で酸化亜鉛薄膜を二次的に合成する第一の方法、また
は、400℃以下の基板温度で酸素ラジカルと基板間の
距離を縮めて基板に照射されるラジカル密度を高めて配
向酸化亜鉛粒子を一次的に合成し、その後、酸素ラジカ
ル源と基板間の距離を離して、配向酸化亜鉛粒子を核と
して基板温度400℃以下の温度で酸化亜鉛薄膜を二次
的に合成する方法からなり、一次的な合成と二次的な合
成の酸素ラジカル密度の差が3倍以上とする第二の方法
のいずれかにより高配向酸化亜鉛薄膜を低圧低温合成す
る。
Description
透明導電性薄膜、紫外発光材料等に使用される酸化亜鉛
薄膜の低圧低温気相合成方法に関する。
基板上に単一相の酸化亜鉛薄膜を500℃以上の基板温
度で合成するか、バッファー相となりうる薄膜を基板と
の間に挟んで合成し、高配向の酸化亜鉛薄膜を得てい
る。
膜の気相合成温度の低温化と得られる酸化亜鉛薄膜の配
向性の維持を目的とし、合成時の非平衡プロセスを利用
した蒸気圧の大きな元素や酸化物には固溶しにくい窒素
等の難固溶性元素の添加を指向した合成手法である。
基板上に配向性の高い酸化亜鉛粒子を核としてヘテロエ
ピタキシー法で高配向酸化亜鉛薄膜を合成する方法に関
する。本発明の酸化亜鉛薄膜の合成方法の第一の方法
は、一時的に基板温度を上げる方法であり、第二の方法
は低基板温度で酸素ラジカル照射密度を上げる方法であ
る。
-2Torr以下の低圧力薄膜合成において、まず、基板温度
500℃から700℃で基板表面を部分的に覆う酸化亜
鉛を一次的に合成し、その後、配向酸化亜鉛を核として
400℃以下の基板温度で酸化亜鉛薄膜を二次的に合成
することを特徴とする高配向酸化亜鉛薄膜の低圧低温気
相合成方法である。
酸化亜鉛薄膜の10-2Torr以下の低圧力薄膜合成におい
て、まず、400℃以下の基板温度で酸素ラジカルと基
板間の距離を縮めて基板に照射されるラジカル密度を高
めて配向酸化亜鉛粒子を一次的に合成し、その後、酸素
ラジカル源と基板間の距離を離して、配向酸化亜鉛粒子
を核として基板温度400℃以下の温度で酸化亜鉛薄膜
を二次的に合成する方法からなり、一次的な合成と二次
的な合成の酸素ラジカル密度の差が3倍以上であること
を特徴とする高配向酸化亜鉛薄膜の低圧低温合成方法で
ある。
成では、合成中の基板温度を500℃以上の高温にする
か、バッファー相を基板との間に挟むか、また、合成の
後に熱処理を施し、配向性・結晶性を向上させている。
この場合、元素拡散による添加物の膜内での再分布や消
失等の問題を引き起こしやすい。本発明の方法によれ
ば、酸化亜鉛薄膜の気相合成時の基板温度の低温化に伴
う配向性の低下を抑制し、配向性を維持することが可能
である。すなわち、基板温度が低温(400℃以下)で
の合成でも酸化亜鉛薄膜の高い配向性を維持可能であ
る。
溶しにくい窒素等の軽元素および蒸気圧の大きい難固溶
性元素の添加が容易になり、さらに、基板との間にバッ
ファー相を挟む場合と異なり、薄膜の電気的・光学的特
性に与える影響が小さい。
載した化学気相輸送法で行うことが可能である。図1
は、気相合成装置の概略説明図である。この装置は亜鉛
供給源Aと可動式ラジカル源B、温度制御を搭載した真
空チャンバーCで構成されている。亜鉛源を蒸発させ、
マスフローDで流量制御されたアルゴンで真空チャンバ
ーCに導入する。
Bと基板ステージEとの間の反応部分の概要を示す概念
図である。図2に示すように、流量を制御した酸素ガス
を基板ステージEの上方の可動式のラジカル源Bから酸
素ラジカルとして発生させ、基板ステージE上に固定さ
れた8個程度の穴を持つリングインジェクターFからス
テージEに向い亜鉛を含んだガスとして基板に照射し、
ステージEに置かれた基板上で酸化亜鉛薄膜の合成が可
能である。基板ステージEの温度は100℃から700
℃の範囲で制御可能である。この仕様の装置では表1に
示す条件で酸化亜鉛が合成可能である。
膜の低圧気相合成方法において、基板温度500℃未満
での連続合成では、(002)ロッキングカーブの半値
幅が1°を下まわる高い配向性を持った薄膜が得られな
い。そこで、合成初期に、まず、一次的に500℃〜7
00℃の高基板温度(700℃を超える温度では酸化亜
鉛が基板上に堆積しない)で基板を部分的に、好ましく
はバンド端における光透過率が40〜70%程度覆う高
配向酸化亜鉛粒子を合成する。その後、それらを核とし
て400℃以下の基板温度で酸化亜鉛を二次的に合成
し、高配向酸化亜鉛薄膜を得る。このように、基板を一
次的な合成により部分的に覆うことによって粒子間の特
性に絡む相互作用を抑制することが可能となり、その後
の二次的な成膜で配向性だけを制御可能となる。
気相合成装置において、基板温度400℃以下での合成
では、X線回折における(002)ピークの半値幅が1
°を下回るような配向膜を得ることが困難である。これ
は、低基板温度における薄膜への元素の添加操作におい
て解決するべき問題である。そこで、合成初期に、ま
ず、一次的に基板温度400℃以下の低基板温度で、酸
素ラジカル源とサンプル間の距離を狭めてラジカル密度
を高めて、高配向酸化亜鉛粒子を合成し、その後、ラジ
カル源と基板間の距離を離して、それら粒子を核として
400℃以下の低基板温度で酸化亜鉛を二次的に合成
し、高配向酸化亜鉛薄膜を得る。この際、一次的な合成
と二次的な合成の酸素ラジカル密度の差を3倍以上とす
ることが好ましい。例えば、通常の合成時の距離を15
cmとした場合、その1/2の7.5cm程度に距離を
縮めると、ラジカル密度は4倍程度に高まる。
に低融点の亜鉛アセチルアセトナートを真空中で蒸発さ
せ(亜鉛供給源A)、マスフローDで流量を制御された
キャリアガスのアルゴンで反応チャンバーCにリングイ
ンジェクターFから基板方向に照射した。真空チャンバ
ーCでは基板ステージE上4cmに固定された8個の穴を
持つリングインジェクターFからステージEに向かい亜
鉛を含んだガスとして照射した。基板ステージEの温度
は熱電対で測定した。反応チャンバーの待機時と合成時
の真空度は、それぞれ5×10-8と5×10-4Torr
である。この装置の基板温度を変え、a-面アルミナ上
に酸化亜鉛薄膜を合成した。温度は300℃(比較例
1)、400℃(比較例2)、500℃(比較例3)、
600℃(比較例4)である。
法で評価した。比較例すべての基板で酸化亜鉛薄膜はC
-軸配向していることが確認できた。(002)ロッキ
ングカーブの半値幅で配向性を精密に評価した。配向性
は600℃で合成した比較例4の薄膜が0.4°で最も
良く、400℃で合成した薄膜は3°と配向性は良くな
い。基板温度の低温化とともに配向性の低下が確認でき
た(図3)。
基板温度600℃で酸化亜鉛を30〜40nm合成した。
この時、吸収スペクトルの測定において、酸化亜鉛バン
ド端で約50%の光の漏れが見られる(図4)。これ
は、一次的に合成した酸化亜鉛が基板表面を覆っていな
いことを意味している。また、これと膜厚を考えれば、
酸化亜鉛は基板上に孤立粒子として存在している。
%を覆う程度にヘテロエピタキシーした基板に、二次的
に基板温度400℃で酸化亜鉛を500nm合成した。こ
の薄膜の(002)ロッキングカーブの半値幅は0.6
°であり、図1に示した比較例2の3°に比較して大幅
な配向性の向上が認められた(実施例1、図3)。
0℃として成膜し、実施例1と同様の効果を確認できた
(実施例2、実施例3、図3)。これらは合成の初期段
階で合成した配向した酸化亜鉛粒子の効果であり、この
粒子を核として低温でも配向性が高い酸化亜鉛薄膜を合
成可能であることが明らかとなった。
期に一次的に酸化亜鉛粒子を基板温度400℃でa-面
アルミナ基板上に合成した。この時、酸素ラジカル源と
基板間の距離を1/2(通常、15cmであるが、この場
合、7.5cmとした)に縮め基板に照射されるラジカル
密度を4倍とした。この条件で酸化亜鉛を30〜40nm
程度堆積し、その後、ラジカル源と基板間の距離を戻し
(15cm)、引き続いて、二次的に酸化亜鉛を500nm
合成した。この薄膜から求めたロッキングカーブの半値
幅は0.7°であり、効果が認められた(実施例4、図
3)。
低温化へ貢献し、非平衡プロセスを利用した蒸気圧の大
きな元素や酸化物には固溶しにくい窒素等の難固溶性元
素の添加に貢献する。
示す装置全体の概略図である。
ャンバーC内のラジカル源と基板ステージとの間の反応
部分の概略を示す概念図である。
成における配向性に与える基板温度の効果を示すグラフ
である。
た酸化亜鉛粒子の吸収スペクトルを示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 酸化亜鉛薄膜の10-2Torr以下の低圧力
薄膜合成において、まず、基板温度500℃から700
℃で基板表面を部分的に覆う酸化亜鉛を一次的に合成
し、その後、配向酸化亜鉛を核として400℃以下の基
板温度で酸化亜鉛薄膜を二次的に合成することを特徴と
する高配向酸化亜鉛薄膜の低圧低温気相合成方法。 - 【請求項2】 酸素ラジカル源を用いた酸化亜鉛薄膜の
10-2Torr以下の低圧力薄膜合成において、まず、40
0℃以下の基板温度で酸素ラジカルと基板間の距離を縮
めて基板に照射されるラジカル密度を高めて配向酸化亜
鉛粒子を一次的に合成し、その後、酸素ラジカル源と基
板間の距離を離して、配向酸化亜鉛粒子を核として基板
温度400℃以下の温度で酸化亜鉛薄膜を二次的に合成
する方法からなり、一次的な合成と二次的な合成の酸素
ラジカル密度の差が3倍以上であることを特徴とする高
配向酸化亜鉛薄膜の低圧低温合成方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002057748A JP3849012B2 (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | 酸化亜鉛薄膜の低圧低温気相合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1755154A1 (en) * | 2005-08-18 | 2007-02-21 | Yamanashi University | Method and apparatus for manufacturing a zinc oxide thin film at low temperatures |
| KR101384404B1 (ko) | 2011-05-13 | 2014-04-10 | 강원대학교산학협력단 | 산화아연 나노시트 생성방법 |
-
2002
- 2002-03-04 JP JP2002057748A patent/JP3849012B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1755154A1 (en) * | 2005-08-18 | 2007-02-21 | Yamanashi University | Method and apparatus for manufacturing a zinc oxide thin film at low temperatures |
| US7744965B2 (en) | 2005-08-18 | 2010-06-29 | Yamanashi University | Method and apparatus for manufacturing a zinc oxide thin film at low temperatures |
| KR101384404B1 (ko) | 2011-05-13 | 2014-04-10 | 강원대학교산학협력단 | 산화아연 나노시트 생성방법 |
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| JP3849012B2 (ja) | 2006-11-22 |
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