JP2005350297A - Method of growing zinc oxide material - Google Patents

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エーレントラウト,ディルク
Akira Yoshikawa
彰 吉川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ZnO production method for growing a high quality ZnO material with remarkably lessened dislocation and extremely low defective density. <P>SOLUTION: The high quality ZnO single crystal thin film/bulk crystal can be obtained by growing from a solution in which ZnCl<SB>2</SB>as a Zn source is mixed into a flux containing a specific chloride. In this case, an alkali metal chloride or alkaline earth metal chloride is preferably used as the specific chloride, and an alkali metal oxide or alkali metal carbonate is desirably used as an O-source. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ワイドギャップを有する酸化亜鉛(ZnO)膜、バルク等のZnO材料に関し、特に、ZnO材料の育成方法及び当該ZnO材料を含む製品、半導体装置に関する。   The present invention relates to a zinc oxide (ZnO) film having a wide gap, a ZnO material such as a bulk, and more particularly to a method for growing a ZnO material, a product including the ZnO material, and a semiconductor device.

一般に、酸化亜鉛(ZnO)は、例えば、発光素子、受光素子、圧電素子、透明導電電極、能動素子等への幅広い用途を持つ材料として期待されている。更に、将来的には、GaN用基板、SAW(Surface Acoustic Wave)フィルタ用の単結晶薄膜、或いは、LED用の基板等に応用することも考慮されている。また、ZnOはGaNと同様に、3eV以上のワイドバンドギャップを有しているため、青色から紫外光にいたる短波長の光を発光する発光素子用半導体に対する用途、応用が特に注目を集めている。更に、これらの要望に応じて、今後、ZnO材料の特徴を生かした種々様々な製品も提案、開発されるものと思われる。このため、品質の優れた酸化亜鉛の製造方法を確立することは極めて重要である。   In general, zinc oxide (ZnO) is expected as a material having a wide range of uses such as a light emitting element, a light receiving element, a piezoelectric element, a transparent conductive electrode, and an active element. Further, in the future, application to a GaN substrate, a single crystal thin film for a SAW (Surface Acoustic Wave) filter, an LED substrate, or the like is also considered. In addition, ZnO has a wide band gap of 3 eV or more, like GaN. Therefore, the use and application to semiconductors for light emitting devices that emit light of a short wavelength from blue to ultraviolet light are attracting particular attention. . Furthermore, in response to these demands, various products that take advantage of the characteristics of ZnO materials will be proposed and developed in the future. For this reason, it is extremely important to establish a method for producing zinc oxide with excellent quality.

従来、ZnO、特に、ZnOの単結晶を育成する方法が、特開2004−131301号公報(特許文献1)において提案されている。ここでは、大型の酸化亜鉛単結晶を得るために、酸化亜鉛とキャリアガスとを用いた化学気相輸送法による酸化亜鉛単結晶育成方法及びそのための育成炉が開示されている。   Conventionally, a method of growing ZnO, particularly a single crystal of ZnO, has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-131301 (Patent Document 1). Here, in order to obtain a large zinc oxide single crystal, a method for growing a zinc oxide single crystal by a chemical vapor transport method using zinc oxide and a carrier gas and a growth furnace therefor are disclosed.

また、特開2004−84001号公報(特許文献2)は、MBE(分子線エピタキシー法)及びMOCVD(有機金属気相成長法)による酸化亜鉛の育成方法のうち、有機金属気相成長法を用いて酸化亜鉛を育成する方法を開示している。具体的に説明すると、特許文献2は、酸化亜鉛結晶膜を簡便且つ低コストで育成するために、サファイア基板上に有機金属気相成長法を用いて、酸化亜鉛のバッファ層及び酸化亜鉛結晶膜を形成することを提案している。この場合、酸化亜鉛バッファ層は亜鉛と酸素を含む有機金属化合物ガスだけを用いた亜鉛リッチな条件で形成され、続いて、酸化亜鉛結晶膜は亜鉛と酸素を含む有機金属化合物ガスと酸素ガスの双方を使用し、完全に亜鉛が酸化される条件で、酸化亜鉛バッファ層上に育成されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-84001 (Patent Document 2) uses an organic metal vapor phase growth method among methods for growing zinc oxide by MBE (molecular beam epitaxy method) and MOCVD (organic metal vapor phase growth method). A method for growing zinc oxide is disclosed. Specifically, Patent Document 2 discloses that a zinc oxide buffer layer and a zinc oxide crystal film are formed on a sapphire substrate using a metal organic vapor phase growth method in order to grow the zinc oxide crystal film easily and at low cost. Propose to form. In this case, the zinc oxide buffer layer is formed under zinc-rich conditions using only an organometallic compound gas containing zinc and oxygen, and subsequently, the zinc oxide crystal film is composed of an organometallic compound gas containing zinc and oxygen and an oxygen gas. Both are used and grown on a zinc oxide buffer layer under the condition that zinc is completely oxidized.

更に、特開2002−289918号公報(特許文献3)は、ワイドギャップの酸化亜鉛(ZnO)系p型半導体結晶を製造する方法及び発光デバイスを提案している。特許文献3は、半導体結晶にドナー・アクセプタ不純物を同時的にドーピングしてp型半導体結晶を製造する際、ドナー不純物を断続的に供給する手法を開示している。   Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-289918 (Patent Document 3) proposes a method and a light-emitting device for manufacturing a wide gap zinc oxide (ZnO) -based p-type semiconductor crystal. Patent Document 3 discloses a method of intermittently supplying donor impurities when a p-type semiconductor crystal is manufactured by simultaneously doping a semiconductor crystal with donor / acceptor impurities.

また、特開2000−199097号公報(特許文献4)には、酸化亜鉛と硝酸亜鉛イオンを含む水溶液と、当該水溶液の液面と接するように非水溶性の液体とを用いて、液相堆積法によりZnO膜を形成する方法が開示されている。ここでは、ZnO膜が電析により形成されている。   JP 2000-199097 A (Patent Document 4) discloses a liquid phase deposition method using an aqueous solution containing zinc oxide and zinc nitrate ions and a water-insoluble liquid in contact with the liquid surface of the aqueous solution. A method of forming a ZnO film by a method is disclosed. Here, the ZnO film is formed by electrodeposition.

特開2004−131301号公報JP 2004-131301 A 特開2004−84001号公報JP 2004-84001 A 特開2002−289918号公報JP 2002-289918 A 特開2000−199097号公報JP 2000-199097 A

上記したことからも明らかな通り、従来、ZnO材料、特に、ZnO単結晶の製造、育成には、化学気相輸送法、MBE法、MOCVD法等が主に使用されており、更に、特許文献4に示されているように、電析による液相堆積法も使用されている。しかしながら、MBE、MOCVD、化学気相輸送法によって形成されたZnOは転移、欠陥等が多く、結晶の品質の面で不十分であり、今後予想されるZnOの各種用途に適用することは出来ない状況にある。   As apparent from the above, conventionally, the chemical vapor transport method, the MBE method, the MOCVD method, and the like have been mainly used for the production and growth of ZnO materials, in particular, ZnO single crystals. As shown in FIG. 4, a liquid deposition method by electrodeposition is also used. However, ZnO formed by MBE, MOCVD, or chemical vapor transport has many transitions, defects, etc., and is insufficient in terms of crystal quality, and cannot be applied to various uses of ZnO expected in the future. Is in the situation.

一方、液相堆積法は他の薄膜製造方法に比較して反応温度が低く、反応が穏やかであるが、特許文献4のように、ZnOと硝酸亜鉛イオンを含む水溶液を用いたのでは、太陽電池以外にも適用できる高品質のZnO材料を得ることは困難である。   On the other hand, the liquid phase deposition method has a lower reaction temperature and a mild reaction compared to other thin film manufacturing methods, but as in Patent Document 4, using an aqueous solution containing ZnO and zinc nitrate ions, It is difficult to obtain a high-quality ZnO material that can be applied to other than batteries.

本発明の目的は転移及び欠陥の密度が極めて低く、品質の高いZnO材料を育成するZnO製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a ZnO manufacturing method for growing a high quality ZnO material with extremely low density of dislocations and defects.

本発明の他の目的は液相エピタキシャル成長法(LPE)を用いて溶液から高品質のZnO材料を育成する育成方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a growth method for growing a high-quality ZnO material from a solution using liquid phase epitaxial growth (LPE).

本発明の別の目的は高品質のZnO材料を含む素子、装置等の製品、特に、半導体装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a product, particularly a semiconductor device, such as an element or device containing a high quality ZnO material.

本発明の一態様によれば、酸化亜鉛(ZnO)材料を液相成長により育成する育成方法において、ZnClをZn源として用意すると共に、予め定められた塩化物を含むフラックスを用意し、前記ZnClと前記フラックスとを混合した溶液中で、前記ZnO材料を育成することを特徴とする育成方法が得られる。 According to one aspect of the present invention, in a growth method for growing a zinc oxide (ZnO) material by liquid phase growth, ZnCl 2 is prepared as a Zn source, and a flux containing a predetermined chloride is prepared, A growth method characterized by growing the ZnO material in a solution in which ZnCl 2 and the flux are mixed is obtained.

本発明の他の態様によれば、前記溶液はO源として、所定の酸化物或いは炭酸塩を含んでいることを特徴とする育成方法が得られる。   According to another aspect of the present invention, there is obtained a growing method characterized in that the solution contains a predetermined oxide or carbonate as an O source.

本発明の別の態様によれば、前記フラックスに含まれる前記塩化物は、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の塩化物であることを特徴とする育成方法が得られる。具体的に云えば、前記塩化物はLiCl,NaCl,KCl,RbCl,CsCl,MgCl,CaCl,SrCl,BaCl,及び、ZnClの少なくとも一つを含んでいることによって特徴付けられる。この場合、列挙した単一の塩化物をフラックスとして用いても良いし、或いは、列挙した塩化物を2つ以上含む混合物をフラックスとして用いても良い。 According to another aspect of the present invention, there is provided a growing method characterized in that the chloride contained in the flux is an alkali metal and / or alkaline earth metal chloride. Speaking concretely, the chloride LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, MgCl 2, CaCl 2, SrCl 2, BaCl 2, and is characterized by including at least one ZnCl 2. In this case, the listed single chloride may be used as a flux, or a mixture containing two or more listed chlorides may be used as a flux.

いずれにしても、上記フラックスとZnClとを含む混合溶液は共晶或いは亜共晶を形成していることが判明した。このような混合溶液を使用することにより、溶解温度を1000℃以下、好ましくは、800℃以下にすることができ、熱歪の少ないZnO材料、具体的には、ZnOの単結晶膜を、酸素含有雰囲気で、大気圧(101kPa)の圧力で育成、成膜することができた。 In any case, the mixed solution containing the flux and ZnCl 2 was found to form a eutectic or hypoeutectic. By using such a mixed solution, the melting temperature can be reduced to 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower, and a ZnO material having a low thermal strain, specifically, a single crystal film of ZnO is formed by oxygen. It was possible to grow and form a film at a pressure of atmospheric pressure (101 kPa) in a contained atmosphere.

更に、本発明の更に別の態様によれば、O源としての酸化物或いは炭酸塩は、アルカリ金属の酸化物或いは炭酸塩であることを特徴とする育成方法が得られる。この場合、前記アルカリ金属の酸化物はLiO,NaO,KOから選択されれば良く、また、前記アルカリ金属の炭酸塩はLiCO,NaCO,KCO,RbCOから選択されれば良い。 Furthermore, according to still another aspect of the present invention, there is obtained a growing method characterized in that the oxide or carbonate as the O source is an alkali metal oxide or carbonate. In this case, the alkali metal oxide may be selected from Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, and the alkali metal carbonate may be Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO. 3 and Rb 2 CO 3 may be selected.

本発明によれば、1000℃以下の低温で且つ大気圧で、転移、欠陥密度の極めて低い高品質のZnO膜或いはバルク等の材料を育成することができる。本発明によるZnO薄膜/バルク結晶の成長方法では、薄膜/バルク結晶に対する不純物の析出係数kを1より小さくなるように制御できる。また、大気状態で低圧力で、液相から薄膜/バルク結晶を成長させることができるため、本発明では、LED,太陽電池等のウェハー用材料を低コストで形成できる。更に、本発明の方法は取り扱いが簡単であり、且つ、使用される化学物質は安価で非毒性のものであると云う利点もある。また、ZnOは水に溶けないにも拘わらず、使用されたフラックスは水に非常に溶けやすいため、成長された薄膜/バルク結晶及び基板を簡単に清浄化できる。   According to the present invention, it is possible to grow a high quality ZnO film or a bulk material having a very low transition and defect density at a low temperature of 1000 ° C. or less and at atmospheric pressure. In the ZnO thin film / bulk crystal growth method according to the present invention, the impurity precipitation coefficient k of the thin film / bulk crystal can be controlled to be smaller than 1. In addition, since a thin film / bulk crystal can be grown from a liquid phase at a low pressure in the atmospheric state, wafer materials such as LEDs and solar cells can be formed at low cost in the present invention. Furthermore, the method of the present invention has the advantage that it is easy to handle and the chemicals used are inexpensive and non-toxic. Also, although the ZnO does not dissolve in water, the flux used is very soluble in water, so that the grown thin film / bulk crystal and substrate can be easily cleaned.

本発明は、優れた結晶性及び低不純物濃度のZnOバルク結晶或いは薄膜結晶を溶液から成長させることができるフラックスを用いて、ZnOを育成する方法にある。即ち、本発明では、溶質ZnO形成のためのフラックスとして特定の塩化物を使用する。この場合における特定の塩化物としては、アルカリ金属、及び/又はアルカリ土類金属塩化物が好ましいことが判明した。   The present invention resides in a method for growing ZnO using a flux capable of growing ZnO bulk crystals or thin film crystals having excellent crystallinity and low impurity concentration from a solution. That is, in the present invention, a specific chloride is used as a flux for forming solute ZnO. As the specific chloride in this case, it has been found that alkali metal and / or alkaline earth metal chloride is preferable.

具体的には、フラックスを形成するアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属塩化物は、LiCl,NaCl,KCl,RbCl,CsCl,MgCl,CaCl,SrCl,BaCl,及び、ZnClのうちから、少なくとも一つの塩化物を選択すれば良い。この場合、列挙したアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属塩化物から単一の塩化物を選択しても良いし、2つ以上を選択し、これらを混合して使用しても良い。2つ以上の塩化物を混合した場合、これら混合された塩化物は共晶体(例えば、NsCl−CsCl)を形成することが望ましく、これにより、溶解温度を1000℃以下、より好ましくは、800℃以下にすることができ、これらの混合物の溶解温度はいずれも260℃以上であった。 Specifically, the alkali metal and / or alkaline earth metal chloride to form a flux, LiCl, NaCl, KCl, RbCl , CsCl, MgCl 2, CaCl 2, SrCl 2, BaCl 2, and, among the ZnCl 2 From this, at least one chloride may be selected. In this case, a single chloride may be selected from the listed alkali metal and / or alkaline earth metal chlorides, or two or more may be selected and used in combination. When two or more chlorides are mixed, it is desirable that these mixed chlorides form a eutectic (eg, NsCl-CsCl), thereby lowering the dissolution temperature to 1000 ° C. or less, more preferably 800 ° C. The dissolution temperature of these mixtures was 260 ° C. or higher.

他方、溶質ZnO形成のためのZn源として、本発明では、ZnClを使用した。このように、Zn源として使用されるZnClは、上記したフラックスを形成する塩化物と共晶体又は亜共晶体を形成することが判明した。 On the other hand, ZnCl 2 was used in the present invention as a Zn source for forming solute ZnO. Thus, it has been found that ZnCl 2 used as a Zn source forms a eutectic or hypoeutectic with the chloride forming the above-described flux.

更に、本発明に係る実施形態は、溶質ZnOのO源として、アルカリ金属酸化物或いはアルカリ金属炭酸塩を使用した。O源として利用できるアルカリ金属酸化物はLiO,NaO,KOからなる群から選択された一つ又は複数の酸化物であれば良く、また、アルカリ金属の炭酸塩はLiCO,NaCO,KCO,RbCOの群から選択された一つ又は複数の炭酸塩であれば良い。 Furthermore, the embodiment according to the present invention uses an alkali metal oxide or an alkali metal carbonate as the O source of the solute ZnO. The alkali metal oxide that can be used as the O source may be one or more oxides selected from the group consisting of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O, and the alkali metal carbonate is Li 2. One or more carbonates selected from the group of CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , and Rb 2 CO 3 may be used.

以下、本発明の一実施形態に係るZnOの育成、成膜方法として、ZnO基板表面にZnO薄膜を成膜する場合について説明する。ここでは、ヒータを備えた炉芯管と、当該炉芯管内に配置されたるつぼとを有する所謂縦型炉芯管構造の成膜装置が使用されるものとする。ZnO薄膜を成膜する場合、ZnO基板は基板保持具に支持され、当該基板保持具は炉芯管内を昇降できる支持棒の下端に取り付けられる。ZnO基板を下端に支持した状態で、支持棒は炉芯管の上部から炉芯管内部のるつぼに導かれ、るつぼ内で化学反応が行なわれ、ZnO基板上にZnO薄膜或いはZnOバルクが育成、成膜される。   Hereinafter, a case where a ZnO thin film is formed on the surface of a ZnO substrate will be described as a method for growing and forming ZnO according to an embodiment of the present invention. Here, a so-called vertical furnace core tube film forming apparatus having a furnace core tube provided with a heater and a crucible disposed in the furnace core tube is used. When a ZnO thin film is formed, the ZnO substrate is supported by a substrate holder, and the substrate holder is attached to the lower end of a support bar that can move up and down in the furnace core tube. With the ZnO substrate supported at the lower end, the support rod is guided from the upper part of the furnace core tube to the crucible inside the furnace core tube, a chemical reaction is performed in the crucible, and a ZnO thin film or ZnO bulk is grown on the ZnO substrate. A film is formed.

この実施形態では、上に列挙した塩化物を含むフラックス、Zn源としてのZnCl、及び、O源としての酸化物(又は、炭酸塩)との混合溶液が収容されている。この例では、るつぼ内の混合溶液はヒータによる加熱により、1000℃以下、好ましくは、800℃以下に保たれているものとする。 In this embodiment, a mixed solution of a flux containing chlorides listed above, ZnCl 2 as a Zn source, and an oxide (or carbonate) as an O source is accommodated. In this example, it is assumed that the mixed solution in the crucible is kept at 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower by heating with a heater.

まず、Zn源としてZnCl、O源としてKO及びNaOを用いた場合について説明すると、この場合における化学反応はそれぞれ(1)及び(2)式であらわすことができる。 First, the case where ZnCl 2 is used as the Zn source and K 2 O and Na 2 O are used as the O source will be described. Chemical reactions in this case can be expressed by the equations (1) and (2), respectively.

ZnCl+KO → ZnO+2KCl (1)
ZnCl+NaO → ZnO+2NaCl (2)
また、O源としてNaCO或いはKCOを用いた場合の化学反応式はそれぞれ(3)及び(4)式によってあらわすことができる。
ZnCl 2 + K 2 O → ZnO + 2 KCl (1)
ZnCl 2 + Na 2 O → ZnO + 2NaCl (2)
The chemical reaction formulas when Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 is used as the O source can be expressed by the formulas (3) and (4), respectively.

ZnCl+NaCO → ZnO+2NaCl+CO (3)
ZnCl+KCO → ZnO+2KCl+CO (4)
式(1)〜(4)の右辺からも明らかなように、溶質ZnOと共に、NaCl或いはKClが副生成物として生成され、これらNaCl、KClは混合溶液の組成或いは融点を若干変化させる。また、式(3)及び(4)では炭酸ガスが大気中に放出されることが分る。
ZnCl 2 + Na 2 CO 3 → ZnO + 2NaCl + CO 2 (3)
ZnCl 2 + K 2 CO 3 → ZnO + 2KCl + CO 2 (4)
As is apparent from the right side of the formulas (1) to (4), NaCl or KCl is generated as a byproduct together with the solute ZnO, and these NaCl and KCl slightly change the composition or melting point of the mixed solution. In addition, it can be seen that carbon dioxide is released into the atmosphere in the equations (3) and (4).

いずれにしても、上記した実施形態で用いられる混合溶液は、前述したアルカリ金属塩化物とZnClからなる低融点組成を有している。具体例的には、35mol%NaClと、65mol%CsClとの共晶体によって形成され、486℃の融点を有するフラックス、及び、30.4mol%NaCl,24.4mol%KCl,45.2mol%CsClとを含み、480℃の融点を有する共晶体フラックスが上げられる。 In any case, the mixed solution used in the above-described embodiment has a low melting point composition composed of the alkali metal chloride and ZnCl 2 described above. Specifically, a flux formed by a co-crystal of 35 mol% NaCl and 65 mol% CsCl and having a melting point of 486 ° C., and 30.4 mol% NaCl, 24.4 mol% KCl, 45.2 mol% CsCl, Eutectic flux with a melting point of 480 ° C.

上では、フラックスに含まれる塩化物として、アルカリ金属塩化物だけを例示したが、本発明者等の実験によれば、アルカリ土類金属塩化物、具体的には、MgCl,CaCl,SrCl,BaCl,ZnClを用いても、同様な効果が得られることが分った。 In the above, only the alkali metal chloride is exemplified as the chloride contained in the flux. However, according to the experiments by the present inventors, the alkaline earth metal chloride, specifically, MgCl 2 , CaCl 2 , SrCl It has been found that the same effect can be obtained even when 2 , BaCl 2 or ZnCl 2 is used.

上記した実施形態によれば、ZnO基板上に、ZnO結晶を晶出することができた。この場合、バルク結晶は無種子溶液法による成長で育成され、他方、ZnO薄膜は液相エピタキシー成長によって育成された。   According to the embodiment described above, a ZnO crystal could be crystallized on the ZnO substrate. In this case, bulk crystals were grown by seedless solution growth, while ZnO thin films were grown by liquid phase epitaxy growth.

本発明による方法は、製造条件、圧力等の設定が極めて簡単であり、且つ、不純物の材料中に対する侵入を1以下の偏析計数kまで低下させることができた。   In the method according to the present invention, the production conditions, pressure, and the like are extremely simple, and the penetration of impurities into the material can be reduced to a segregation count k of 1 or less.

本発明の方法により、ZnO基板上にZnO薄膜を溶液からホモエピタキシャル成長させた場合、極めて結晶性の高いZnO薄膜が得られることが判明した。このことは、ZnO基板とZnO薄膜との間に、格子不整(lattice misfit)がなく、熱膨張係数にも差がないことによって達成された。   According to the method of the present invention, it has been found that when a ZnO thin film is homoepitaxially grown from a solution on a ZnO substrate, a ZnO thin film having extremely high crystallinity can be obtained. This was achieved by the absence of lattice misfit and no difference in thermal expansion coefficient between the ZnO substrate and the ZnO thin film.

以下、図面を参照して、無種子フラックス法を使用して結晶を成長させた場合における実験結果を説明する。図1はZnClとKOとの間における化学反応(式(1))の結果、得られたZnO単結晶を示すSEM写真(×4000)である。図1からも明らかな通り、板状の結晶が生成されている。 Hereinafter, with reference to the drawings, the experimental results in the case where crystals are grown using the seedless flux method will be described. FIG. 1 is an SEM photograph (× 4000) showing a ZnO single crystal obtained as a result of a chemical reaction (formula (1)) between ZnCl 2 and K 2 O. As is clear from FIG. 1, plate-like crystals are generated.

図2はZnCl2とNa2CO3との式(3)で示された化学反応により得られたZnO単結晶を示すSEM写真(×15000)であり、結晶が柱状に成長されていることが分る。   FIG. 2 is an SEM photograph (× 15000) showing a ZnO single crystal obtained by the chemical reaction represented by the formula (3) between ZnCl 2 and Na 2 CO 3, and it can be seen that the crystal is grown in a columnar shape.

図3はZnClとKCOとの間の式(4)で示された化学反応により得られたZnO単結晶を示すSEM写真(×19000)であり、柱状に成長された結晶を観測できる。 FIG. 3 is an SEM photograph (× 19000) showing a ZnO single crystal obtained by the chemical reaction represented by the formula (4) between ZnCl 2 and K 2 CO 3 , in which crystals grown in a columnar shape are observed. it can.

図4を参照すると、本発明によって得られたZnO結晶の粉末X線回折(XRD)による測定結果を示す図である。図4において、aはZnClとKOの反応(式(1))によって得られるZnO結晶の測定結果を示し、bは式3に示されたZnClとNaCOとの反応によって得られたZnO結晶の測定結果である。更に、cは式4に示されたZnClとKCOとの反応によって得られたZnO結晶の測定結果である。 Referring to FIG. 4, it is a diagram showing a measurement result by powder X-ray diffraction (XRD) of a ZnO crystal obtained by the present invention. In FIG. 4, a shows the measurement result of the ZnO crystal obtained by the reaction of ZnCl 2 and K 2 O (formula (1)), and b shows the reaction of ZnCl 2 and Na 2 CO 3 shown in formula 3. It is a measurement result of the obtained ZnO crystal. Furthermore, c is the measurement result of the ZnO crystal obtained by the reaction of ZnCl 2 and K 2 CO 3 shown in Formula 4.

図5を参照すると、前述したZnO結晶のX線ロッキングカーブ(XRC)を測定した結果が示されている。図5(a)、(b)、及び、(c)はそれぞれNaCO、KCO、NaOを酸素源として使用した得られたZnOの最大ピークに対する半値幅(Full−Width−at−Half−Maximum)(FWHM)が示されている。図5からも明らかな通り、本発明によって得られたZnO結晶は優れた結晶性を有していることが分る。尚、図5の測定には、GE(440)の4結晶モノクロメータを使用した。 Referring to FIG. 5, the result of measuring the X-ray rocking curve (XRC) of the ZnO crystal described above is shown. FIGS. 5A, 5B and 5C show the full width at half maximum with respect to the maximum peak of ZnO obtained using Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 and Na 2 O as an oxygen source, respectively (Full-Width). -At-Half-Maximum) (FWHM). As is apparent from FIG. 5, it can be seen that the ZnO crystal obtained by the present invention has excellent crystallinity. For the measurement in FIG. 5, a GE (440) 4-crystal monochromator was used.

本発明で得られた高品質のZnOは、各種機器、例えば、SAWフィルタ用の単結晶薄膜、バルク結晶の表面改質、或いは、ZnOのp−n接合形成にも適用でき、また、LED基板の製造にも適用可能である。更に、本発明の育成方法は紫外LED、RGB蛍光体と組み合わせることにより、高輝度の白色固体照明等の製品にも応用できる。更に、本発明はTFT(Thin Film Transistor)等の半導体装置並びにTFTを使用した有機EL、液晶表示装置等の表示装置にも適用できる。   The high-quality ZnO obtained in the present invention can be applied to various devices such as single crystal thin films for SAW filters, surface modification of bulk crystals, or ZnO pn junction formation, and LED substrates. It is also applicable to the manufacture of Furthermore, the growing method of the present invention can be applied to products such as high-intensity white solid illumination by combining with ultraviolet LEDs and RGB phosphors. Furthermore, the present invention can also be applied to semiconductor devices such as TFT (Thin Film Transistor) and display devices such as organic EL and liquid crystal display devices using TFT.

本発明によって得られたZnO単結晶を示すSEM写真であり、ここでは、ZnClとKOとの間における化学反応の結果、得られたZnO単結晶の写真である。Is an SEM photograph showing a ZnO single crystal obtained by the present invention, wherein the result of a chemical reaction between the ZnCl 2 and K 2 O, is a photograph of the obtained ZnO single crystal. 本発明によって得られたZnO単結晶を示すSEM写真であり、ここでは、ZnClとNaCOとの間における化学反応の結果、得られたZnO単結晶の写真である。Is an SEM photograph showing a ZnO single crystal obtained by the present invention, wherein the result of a chemical reaction between the ZnCl 2 and Na 2 CO 3, a photograph of the obtained ZnO single crystal. 本発明によって得られたZnO単結晶を示すSEM写真であり、ここでは、ZnClとKCOとの間における化学反応の結果、得られたZnO単結晶の写真である。Is an SEM photograph showing a ZnO single crystal obtained by the present invention, wherein the result of a chemical reaction between the ZnCl 2 and K 2 CO 3, a photograph of the obtained ZnO single crystal. 図1〜3に示されたZnO単結晶のX線回折による測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result by X-ray diffraction of the ZnO single crystal shown by FIGS. (a)、(b)、及び、(c)はそれぞれ酸素源としてNaCO、K2CO3、NaOを用いた場合ににおけるX線ロッキングカーブの測定結果を示す図である。(A), a diagram showing measurement results of X-ray rocking curve in the case of using (b), and, (c) Na 2 CO 3, respectively as the oxygen source, K2CO3, Na 2 O.

Claims (17)

酸化亜鉛(ZnO)材料を溶液を用いて育成する育成方法において、ZnClをZn源として用意すると共に、予め定められた塩化物を含むフラックスを用意し、前記ZnClと前記フラックスとを混合した溶液中で、前記ZnO材料を育成することを特徴とする育成方法。 In a growth method for growing a zinc oxide (ZnO) material using a solution, ZnCl 2 is prepared as a Zn source, a flux containing a predetermined chloride is prepared, and the ZnCl 2 and the flux are mixed. A growth method comprising growing the ZnO material in a solution. 請求項1において、前記溶液はO源として、所定の酸化物或いは炭酸塩を含んでいることを特徴とする育成方法。   2. The growing method according to claim 1, wherein the solution contains a predetermined oxide or carbonate as an O source. 請求項1又は2において、前記フラックスに含まれる前記塩化物は、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の塩化物であることを特徴とする育成方法。   3. The growing method according to claim 1, wherein the chloride contained in the flux is an alkali metal and / or alkaline earth metal chloride. 請求項3において、前記フラックスはLiCl,NaCl,KCl,RbCl,CsCl,MgCl,CaCl,SrCl,BaCl,及び、ZnClからなる群から選択された少なくとも一つの塩化物を含んでいることを特徴とする育成方法。 According to claim 3, wherein the flux contains LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, MgCl 2, CaCl 2, SrCl 2, BaCl 2, and, at least one chloride selected from the group consisting of ZnCl 2 A breeding method characterized by that. 請求項4において、前記フラックスは、LiCl,NaCl,KCl,RbCl,CsCl,MgCl,CaCl,SrCl,BaCl,及び、ZnClから選択された単一の塩化物によって形成されていることを特徴とする育成方法。 According to claim 4, wherein the flux, LiCl, NaCl, KCl, RbCl , CsCl, MgCl 2, CaCl 2, SrCl 2, BaCl 2 and, that it is formed by a single chloride selected from ZnCl 2 A breeding method characterized by 請求項4において、前記フラックスは、LiCl,NaCl,KCl,RbCl,CsCl,MgCl,CaCl,SrCl,BaCl,及び、ZnClから選択された塩化物を2つ以上含む混合物であることを特徴とする育成方法。 It according to claim 4, wherein the flux, LiCl, NaCl, KCl, RbCl , CsCl, MgCl 2, CaCl 2, SrCl 2, BaCl 2, and a mixture containing chloride selected from ZnCl 2 2 or more A breeding method characterized by 請求項5又は6において、前記フラックスとZnClとを含む混合溶液は共晶或いは亜共晶を形成していることを特徴とする育成方法。 7. The growing method according to claim 5, wherein the mixed solution containing the flux and ZnCl 2 forms a eutectic or a hypoeutectic. 請求項7において、前記共晶或いは亜共晶の溶解温度は、1000℃以下、好ましくは、800℃以下であることを特徴とする育成方法。   The growth method according to claim 7, wherein a melting temperature of the eutectic or hypoeutectic is 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower. 請求項8において、酸素含有雰囲気で、大気圧(101kPa)の圧力で育成されることを特徴とする育成方法。   The growth method according to claim 8, wherein the growth is performed in an oxygen-containing atmosphere at a pressure of atmospheric pressure (101 kPa). 請求項2において、前記O源としての酸化物或いは炭酸塩は、アルカリ金属の酸化物或いは炭酸塩であることを特徴とする育成方法。   3. The growing method according to claim 2, wherein the oxide or carbonate as the O source is an alkali metal oxide or carbonate. 請求項10において、前記アルカリ金属の酸化物はLiO,NaO,KOからなる群から選択された少なくとも一つの酸化物であることを特徴とする育成方法。 11. The growth method according to claim 10, wherein the alkali metal oxide is at least one oxide selected from the group consisting of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O. 請求項10において、前記アルカリ金属の炭酸塩はLiCO,NaCO,KCO,RbCOからなる群から選択された少なくとも一つの炭酸塩であることを特徴とする育成方法。 11. The alkali metal carbonate according to claim 10, wherein the alkali metal carbonate is at least one carbonate selected from the group consisting of Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , and Rb 2 CO 3. Training method. 請求項1〜12のいずれかに記載された育成方法によって得られたZnO単結晶薄膜/バルク。   A ZnO single crystal thin film / bulk obtained by the growth method according to claim 1. 請求項1〜12のいずれかに記載された育成方法によって得られたZnO単結晶薄膜/バルクを含む製品。   A product comprising a ZnO single crystal thin film / bulk obtained by the growth method according to claim 1. 請求項1〜12のいずれかに記載された育成方法によって得られたZnO単結晶薄膜/バルクを含む半導体装置。   A semiconductor device comprising a ZnO single crystal thin film / bulk obtained by the growth method according to claim 1. 請求項1〜12のいずれかに記載された育成方法によって得られたZnO単結晶薄膜/バルクを含むTFT。   A TFT comprising a ZnO single crystal thin film / bulk obtained by the growth method according to claim 1. 請求項16に記載されたTFTを含む表示装置。

A display device comprising the TFT according to claim 16.

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