JP2005226131A

JP2005226131A - 酸化亜鉛膜の製造方法

Info

Publication number: JP2005226131A
Application number: JP2004036919A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamamoto; 哲也山本; Toshiyuki Sakami; 俊之酒見; Sho Shirakata; 祥白方
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】所定の電子密度を得ることができる酸化亜鉛膜の製造方法を提供する。
【解決手段】成膜室でイオンプレーティング法により酸化亜鉛膜を形成する。このとき、予め把握した酸化亜鉛の電子密度と成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して電子密度を制御する。
【選択図】なし

Description

本発明は、酸化亜鉛膜の製造方法に関する。

酸化亜鉛膜は、製法上、大面積の膜を比較的安価に得られるため、透明導電膜として種々の分野で応用されている。

例えば表示素子の透明導電膜として用いられる酸化亜鉛膜については、通常高い透明性と低い比抵抗を兼ね備えることが求められている。

この場合、例えばスパッタ法等の成膜法で酸化亜鉛膜を成膜するとき、結晶格子の酸素元素の欠落による結晶欠陥の増大に起因する比抵抗の増加を軽減するため、通常実質的に無酸素雰囲気下で成膜することが行われている。一方、比抵抗を積極的に低減するためにドーパントとして例えばＧａ等を添加することが行われている。また、電子ビーム蒸着法によって酸化亜鉛膜を形成するときに、酸素プラズマを生成することで酸化亜鉛の比抵抗等を改善する技術も提案されている（特許文献１参照。）。

一方、上記した酸化亜鉛膜の優位性に着目して、より広い分野への応用が積極的に検討されるようになってきている。

例えば、化合物半導体を光吸収層に用いた薄膜太陽電池においても、酸化亜鉛膜の使用が検討されている。ＣＩＧＳ（Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ）系の薄膜太陽電池を例にとり、図１を参照してその概要を説明する。

ＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池１は、例えばソーダライムガラス基板２上に、Ｍｏ裏面電極３、ＣＩＧＳ光吸収層４、ｎ型バッファ層５、ＺｎＯ高抵抗膜６、ＺｎＯ透明電極膜７およびＭｇＦ２反射防止膜８が、この順に積層された構造となっている。なお、ＺｎＯ透明電極膜７はＡｌ膜９によって薄膜太陽電池１の表面に電気的に引き出されている。

ここで、ＺｎＯ透明電極膜７は、通常の太陽電池と同様に表面電極として、光の透過を確保しながら、光照射によって生成した電子−正孔対のうちの電子を運搬する機能を果たす。このため、ＺｎＯ透明電極膜７は、高い透明性と低い比抵抗をもつことが求められる。一方、ＺｎＯ高抵抗膜６は、例えば１０^３Ωｃｍ程度の高い比抵抗を有する。

このように幅広い比抵抗が求められる酸化亜鉛膜について、用途に応じた所望の比抵抗を得る技術が求められる。
特開平６−１８４７３４号公報

しかしながら、従来の技術において、酸化亜鉛膜の比抵抗を広範囲にわたって積極的に制御する技術についての検討は十分になされておらず、試行錯誤によって必要な比抵抗を得ているのが実情であると考えられる。

また、上記のように、従来、酸化亜鉛膜の比抵抗や光透過率等の特性に関して、操作因子との関係が検討されている。しかしながら、酸化亜鉛膜を半導体として捉えたときには、キャリア密度に着目することが有意と考えられるが、従来、酸化亜鉛膜については、このようなアプローチはほとんど行われていないものと思われる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、所定の電子キャリア密度を得ることができる酸化亜鉛膜の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法は、成膜室で酸化亜鉛膜を形成する酸化亜鉛膜の製造方法において、予め把握した酸化亜鉛のキャリア密度と成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して電子キャリア密度を制御することを特徴とする。

これにより、所望の電子キャリア密度を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。また、キャリア密度を制御することを通じて、膜の透過率や比抵抗を、さらには、透過率と比抵抗のバランスを制御することができ、膜特性についての広範囲な要請に応じることが可能となる。

この場合、前記電子キャリア密度と前記酸素分圧の負相関式に基づいて該酸素分圧を調整すると、精密に電子キャリア密度を制御することができる。

また、この場合、イオンプレーティング法により成膜して前記酸化亜鉛膜を形成すると、本発明の効果を好適に奏することができる。

本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法によれば、成膜室において酸化亜鉛膜を形成する酸化亜鉛膜の製造方法において、予め把握した酸化亜鉛の電子密度と成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して電子密度を制御するため、所望の電子密度を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。また、電子密度を制御することを通じて、膜の透過率や比抵抗を、さらには、透過率と比抵抗のバランスを制御することができ、膜特性についての広範囲な要請に応じることが可能となる。

本発明に係る酸化亜鉛膜の製造方法の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、成膜法としてイオンプレーティング法を用いて酸化亜鉛膜を製造する場合を例にとり、図を参照して、以下に説明する。

イオンプレーティング法は、成膜室に配設した電極部としてのハース等に、成膜材料として、ドーパントを含有する酸化亜鉛を配置し、この酸化亜鉛に例えばアルゴンプラズマを照射して酸化亜鉛を加熱し、蒸発させ、プラズマを通過した酸化亜鉛の各粒子をハース等に対向する位置に置かれた基板に成膜する方法である。

イオンプレーティング法は、例えばスパッタ法に比べて、粒子の持つ運動エネルギが小さいため、粒子が衝突するときに基板や基板に積層して成膜される酸化亜鉛膜に与えるダメージが小さく、結晶性の良好な膜が得られることが知られている。

本発明者等は、前記のように、酸化亜鉛膜の半導体としての性能を規定する電子密度（以下、キャリア密度という。）に着目し、製造条件との関係について鋭意検討した。その結果、主要な操作因子である成膜室の酸素分圧がキャリア密度と有意な関係があることを見出した。

図２に、実験によって得られた酸素分圧とキャリア密度の関係を示す。また、図３には、キャリア密度と合わせて測定した導電率と酸素分圧との関係を示す。

上記の実験では、酸素分圧以外の操作因子として、プラズマガスとしてアルゴンを用い、アルゴン流量を３０ｓｃｃｍの一定値に保ちながら、酸素流量を０〜３０ｓｃｃｍの範囲内で変化させることで、酸素分圧を変えた。また、プラズマの放射電流は１００Ａの一定値に保った。また、酸化亜鉛膜の成膜厚みは、ほぼ２００ｎｍで一定とした。なお、酸化亜鉛膜が成膜される被成膜材料は、無アルカリガラス基板を用いた。

図２より、両対数表示された酸素分圧とキャリア密度の間には、キャリア密度が酸素分圧の負の指数（べき指数）で表される（但し、具体的な相関式は省略。）負の相関があることが分かった。このことは、成膜過程において酸素分圧を要素の１つとする平衡状態が成立していることを示すものと考えられる。

上記の新たな知見に基づき、本実施の形態例に係る酸化亜鉛膜の製造方法は、成膜室で酸化亜鉛膜を形成する酸化亜鉛膜の製造方法において、予め把握した酸化亜鉛のキャリア密度と成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整してキャリア密度を制御する。

これにより、所望のキャリア密度を有する酸化亜鉛膜を得ることができる。また、キャリア密度を制御することを通じて、膜の透過率や比抵抗を、さらには、透過率と比抵抗のバランスを制御することができ、膜特性についての広範囲な要請に応じることが可能となる。

また、本実施の形態例に係る酸化亜鉛膜の製造方法は、キャリア密度と酸素分圧の負相関式に基づいて該酸素分圧を調整する。

これにより、精密にキャリア密度を制御することができる。

また、本実施の形態例に係る酸化亜鉛膜の製造方法において、成膜法は、特に限定するものではなく、スパッタ法や、真空蒸着法を用いることもできるが、より好ましくは、イオンプレーティング法により成膜する。

太陽電池の構成の一例を示す図である。本実施の形態例に係る酸化亜鉛膜の製造方法における酸素分圧とキャリア密度との関係を示すグラフ図である。本実施の形態例に係る酸化亜鉛膜の製造方法における酸素分圧と導電率との関係を示すグラフ図である。

Claims

成膜室で酸化亜鉛膜を形成する酸化亜鉛膜の製造方法において、
予め把握した酸化亜鉛の電子密度と成膜室の酸素分圧の関係に基づいて、酸素分圧を調整して電子密度を制御することを特徴とする酸化亜鉛膜の製造方法。
前記電子密度と前記酸素分圧の負相関式に基づいて該酸素分圧を調整することを特徴とする請求項１記載の酸化亜鉛膜の製造方法。
イオンプレーティング法により成膜して前記酸化亜鉛膜を形成することを特徴とする請求項１または２記載の酸化亜鉛膜の製造方法。