JP2007258468A - Visible-light transmitting semiconductor element, and manufacturing method thereof - Google Patents

Visible-light transmitting semiconductor element, and manufacturing method thereof Download PDF

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和彦 外岡
Naoto Kikuchi
直人 菊地
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a visible-light transmitting element wherein various visible-light transmitting semiconductor films can be formed on a transparent substrate having a low heat resistance, by forming the semiconductor films while irradiating on the films present in their depositing courses the light emitted from a light emitting device, when forming the visible-light transmitting semiconductor films. <P>SOLUTION: The visible-light transmitting semiconductor element comprises a transparent substrate 8, and a semiconductor film formed while irradiating on it a light emitted from a light emitting device 9b during depositing on the transparent substrate 8 the material containing the composition of a semiconductor. The semiconductor film comprises the semiconductor having a band gap not lower than 2.5 eV. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、透明基板に半導体膜を形成した可視光透過半導体素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a visible light transmitting semiconductor element in which a semiconductor film is formed on a transparent substrate and a method for manufacturing the same.

従来、透明半導体膜は、例えば透明電極、帯電防止膜、熱線反射膜、面発熱体等として利用されてきた。特に錫をドーピングした酸化インジウム(ITO)に代表される酸化物半導体膜は、各種電子部品の材料として重要である。しかし、ITOに含まれるインジウムは地殻含有量が少なく、枯渇する可能性がある。そのため、近年では、ZnO等の透明半導体膜が注目されるようになった。   Conventionally, transparent semiconductor films have been used as, for example, transparent electrodes, antistatic films, heat ray reflective films, surface heating elements, and the like. In particular, an oxide semiconductor film typified by indium oxide (ITO) doped with tin is important as a material for various electronic components. However, indium contained in ITO has a low crust content and may be depleted. Therefore, in recent years, a transparent semiconductor film such as ZnO has attracted attention.

また、銅デラフォサイトは透明かつp型半導体特性が得られることから、n型の透明半導体とp型の透明半導体を組み合わせて、pn接合を形成して、透明なダイオードや透明な電子回路の作成が期待できる。またp-i-n構造(iは絶縁性層)を作成して、可視光透過紫外光変換型太陽電池や、可視光透過トンネルダイオードを作成することができる。   In addition, copper delafossite has transparent and p-type semiconductor characteristics, so an n-type transparent semiconductor and a p-type transparent semiconductor are combined to form a pn junction to create a transparent diode or transparent electronic circuit. Can be expected to create. Moreover, a p-i-n structure (i is an insulating layer) can be created to produce a visible light transmitting ultraviolet light conversion solar cell or a visible light transmitting tunnel diode.

これらの酸化物半導体からなる薄膜は、一般的には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、レーザ蒸着法等のPVD法(物理的気相蒸着法)やCVD法(化学的気相蒸着法)、またはスプレー法等の蒸着法によって、基板上に形成される。   These oxide semiconductor thin films are generally formed by PVD (physical vapor deposition) such as vacuum deposition, sputtering, ion plating, electron beam deposition, laser deposition, and CVD. It is formed on the substrate by vapor deposition such as (chemical vapor deposition) or spraying.

しかしながら、これらの方法においては、蒸着に際し、基板を、通常400℃以上に加熱する必要があるため、基板材料としては、400℃以上の温度でも安定なものを用いなければならず、例えば、変形温度が400℃よりも低いプラスチック基板は用いることができないという欠点があった。   However, in these methods, since it is necessary to heat the substrate to 400 ° C. or higher during vapor deposition, the substrate material must be stable even at a temperature of 400 ° C. or higher. There is a drawback that a plastic substrate having a temperature lower than 400 ° C. cannot be used.

特開2000-31463号公報には、透明電極材料としてITOを基板上にアモルファス状に堆積し、これに前記材料の吸収端波長よりも短い波長を有し、かつ30〜100mJ/cm2・pulseのエネルギー密度を有するパルスレーザ光を照射して結晶化させて、透明電極を形成する方法が開示されている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-31463, ITO is deposited on a substrate in an amorphous state as a transparent electrode material, and has a wavelength shorter than the absorption edge wavelength of the material, and has a wavelength of 30 to 100 mJ / cm 2 · pulse. A method of forming a transparent electrode by irradiating a pulsed laser beam having an energy density of crystallization to form a transparent electrode is disclosed.

また、特開2000-285752号公報には、有機物基板、例えば、PMMA上に、該有機物基板の光変性を防止する光変性防止層として酸化物層を形成する工程と、前記光変性防止層上に、透明電極材料層としてITOを形成する工程と、前記透明電極材料層にその基礎吸収端波長よりも短い波長の光を照射して透明電極材料を結晶化させる工程とを有することを特徴とする透明電極の形成方法が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-285752 discloses a step of forming an oxide layer on an organic substrate, for example, PMMA, as a photo-denaturation preventing layer for preventing photo-denaturation of the organic substrate, and on the photo-denaturation preventing layer. And forming ITO as a transparent electrode material layer, and irradiating the transparent electrode material layer with light having a wavelength shorter than the fundamental absorption edge wavelength to crystallize the transparent electrode material, A method of forming a transparent electrode is disclosed.

これらの方法では、膜堆積中に基板を加熱する必要がないため、耐熱性の低い基板でも良質な透明電極を形成することができるが、成膜後にレーザを照射する工程を設けなければならず、基板を加熱して成膜するのに比べて、スループットが低下するおそれがある。また、形成後の膜にレーザを照射して結晶化するため、膜内部に侵入する程度の比較的大きな光エネルギーが必要となる等の製造プロセス上の欠点を有する。   In these methods, since it is not necessary to heat the substrate during film deposition, a high-quality transparent electrode can be formed even on a substrate having low heat resistance, but a step of irradiating a laser after film formation must be provided. As compared with the case where the film is formed by heating the substrate, the throughput may be reduced. In addition, since the formed film is crystallized by irradiating with a laser, there is a drawback in the manufacturing process such that a relatively large amount of light energy that penetrates into the film is required.

また、特開平11-229120号公報には、非加熱状態のガラス基板上に、紫外レーザを照射しながらITOを蒸着させて透明導電性薄膜を形成させる透明導電性薄膜の形成方法が開示されている。非加熱状態の基板に紫外光レーザを照射しながら、酸化物半導体を蒸着させることにより、効率よく透明導電性に優れた酸化物半導体膜を基板上に形成することができる。したがって、従来の蒸着法では使用できなかったプラスチック基板等の耐熱性において劣る基板も、電気抵抗率が3×10-4Ω・cm以下で、かつ可視光透過率が90%以上の優れた透明導電性を有する酸化物半導体膜を形成することができる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-229120 discloses a method for forming a transparent conductive thin film in which ITO is deposited on an unheated glass substrate while irradiating an ultraviolet laser to form a transparent conductive thin film. Yes. By depositing an oxide semiconductor while irradiating an unheated substrate with an ultraviolet laser, an oxide semiconductor film excellent in transparent conductivity can be efficiently formed on the substrate. Therefore, even substrates with poor heat resistance, such as plastic substrates that could not be used with conventional evaporation methods, have excellent electrical resistance of 3 × 10 −4 Ω · cm or less and a visible light transmittance of 90% or more. An oxide semiconductor film having conductivity can be formed.

しかし、以上の方法は、いずれも透明酸化物伝導体を導電膜や電極として使用するための改善された製造法を開示したものであり、半導体としての機能を利用した半導体素子の製造には言及されていない。   However, each of the above methods discloses an improved manufacturing method for using a transparent oxide conductor as a conductive film or an electrode, and refers to the manufacture of a semiconductor element utilizing the function as a semiconductor. It has not been.

特開2004-311845号公報には、透明基板上にp型半導体およびn型半導体のpn接合層とからなる青〜紫外光発電機能を備える可視光透過構造体が記載されている。この青〜紫外光発電機能を備える可視光透過構造体には、p型半導体にCuAlO2、n型半導体のpn接合層にZnO薄膜が使われているが、この構造体の製造には、基板を400℃以上に加熱して成膜することによってpn接合を形成する必要があり、前述のように変形温度が400℃よりも低いプラスチック基板を使用することができないという欠点があった。
すなわち、光照射を行いながら可視光透過半導体素子を形成する試みはこれまで報告されていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-311845 describes a visible light transmission structure having a blue to ultraviolet light power generation function, which is composed of a p-type semiconductor and a pn junction layer of an n-type semiconductor on a transparent substrate. In this visible light transmission structure equipped with blue to ultraviolet light power generation function, CuAlO 2 is used for p-type semiconductor and ZnO thin film is used for pn junction layer of n-type semiconductor. It was necessary to form a pn junction by heating the film to 400 ° C. or higher, and there was a drawback that a plastic substrate having a deformation temperature lower than 400 ° C. cannot be used as described above.
That is, no attempt has been made so far to form a visible light transmissive semiconductor element while performing light irradiation.

特開2000-31463号公報JP 2000-31463 A 特開2000-285752号公報JP 2000-285752 JP 特開平11-229120号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-229120 特開2004-311845号公報JP 2004-311845 A

半導体材料の形成には通常数百℃以上に加熱する必要があるために、プラスチック等の耐熱性の劣る材料を半導体材料成膜の基板として使用することができなかった。プラスチックのような基板は、コストの面からサファイア、石英、ガラス等の酸化物基板に比べ安価であり、さらに軽量であることから、半導体機能等を持った薄膜をプラスチックに形成することは産業上有用である。このように、これまで変形、軟化等の問題のために使用することができなかったプラスチックのような基板に対しても適用可能な可視光透過半導体素子の新規な形成方法が求められている。   In order to form a semiconductor material, it is usually necessary to heat to several hundred degrees C. or more, and thus a material having poor heat resistance such as plastic cannot be used as a substrate for forming a semiconductor material. Substrates such as plastics are cheaper than oxide substrates such as sapphire, quartz, and glass in terms of cost, and are lighter. Therefore, it is industrially necessary to form thin films with semiconductor functions on plastics. Useful. Thus, there is a need for a novel method for forming a visible light transmissive semiconductor element that can be applied to substrates such as plastics that could not be used due to problems such as deformation and softening.

本発明の目的は、可視光透過半導体膜の形成の際に、堆積中の膜に光放出装置からの光を照射しながら半導体膜を形成することにより、各種の可視光透過半導体膜を耐熱性の低い透明基板上に形成することを可能にした可視光透過半導体素子を提供することにある。   The object of the present invention is to form various semiconductor films with heat resistance by forming a semiconductor film while irradiating light from a light emitting device to the film being deposited. Another object of the present invention is to provide a visible light transmissive semiconductor element that can be formed on a transparent substrate having a low thickness.

請求項1に記載の発明は、透明基板と、該透明基板への半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜とからなることを特徴とする可視光透過半導体素子である。
請求項2に記載の発明は、透明基板と、該透明基板へのn型半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜と、該半導体膜へのp型半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜とからなることを特徴とする可視光透過半導体素子である。
請求項3に記載の発明は、透明基板と、該透明基板へのp型半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜と、該半導体膜へのn型半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜とからなることを特徴とする可視光透過半導体素子である。
請求項4に記載の発明は、前記光放出装置から照射される光の波長は、前記半導体膜の基礎吸収端より短い波長であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項5に記載の発明は、前記半導体膜は、バンドギャップ2.5eV以上の半導体からなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項6に記載の発明は、前記半導体膜は、ZnO、SnO2、In2O3、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、InGaZnO4、GaN、銅アルミ酸化物、銅ガリウム酸化物、銅インジウム酸化物、銅クロム酸化物、銅スカンジウム酸化物、銅イットリウム酸化物、銀インジウム酸化物、ストロンチウム銅酸化物、および窒化ガリウムから選ばれる材料を主成分とすることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項7に記載の発明は、前記半導体膜は、Mg、Ca、Sr、Sb、B、Al、Ga、In、N、Ni、SnまたはCrの1つまたは複数の材料が添加されていることを特徴とする請求項6に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項8に記載の発明は、前記透明基板と前記透明基板上に形成される前記半導体膜との間に、可視光透過電極層が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項9に記載の発明は、前記可視光透過電極層は、ZnO、SnO2、In2O3、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、InGaZnO4、GaN、銅アルミ酸化物、銅ガリウム酸化物、銅インジウム酸化物、銅クロム酸化物、銅スカンジウム酸化物、銅イットリウム酸化物、銀インジウム酸化物、およびストロンチウム銅酸化物から選ばれる材料を主成分とすることを特徴とする請求項8に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項10に記載の発明は、前記可視光透過電極層は、Mg、Ca、Sr、Sb、B、Al、Ga、In、N、Ni、SnまたはCrの1つまたは複数の材料が添加されていることを特徴とする請求項9に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項11に記載の発明は、前記p型半導体膜とn型半導体膜との間に、可視光透過真性半導体層または可視光透過絶縁性層が形成されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項12に記載の発明は、前記可視光透過真性半導体は、ZnO、SnO2、In2O3、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、InGaZnO4およびGaNから選ばれる材料を主成分とすることを特徴とする請求項11に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項13に記載の発明は、前記可視光透過絶縁性層は、SiO2、SnO2、B2O3、P2O5、ZnO、Y2O3、ZrO2、HfO2、CeO、MgO、Bi2O3およびTiO2から選ばれる材料を主成分とすることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の可視光透過半導体素子である。
請求項14に記載の発明は、前記光放出装置から光が照射される際に、前記透明基板の温度が制御されることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子の製造方法である。
The invention according to claim 1 is characterized by comprising a transparent substrate and a semiconductor film formed while irradiating light from a light emitting device during deposition of a material containing the composition of the semiconductor on the transparent substrate. The visible light transmitting semiconductor element.
The invention according to claim 2 is a transparent substrate, a semiconductor film formed while irradiating light from a light emitting device during deposition of a material containing the composition of an n-type semiconductor on the transparent substrate, and the semiconductor film A visible light transmitting semiconductor element comprising: a semiconductor film formed while irradiating light from a light emitting device during deposition of a material containing a composition of a p-type semiconductor.
The invention according to claim 3 is a transparent substrate, a semiconductor film formed while irradiating light from a light emitting device during deposition of a material containing a composition of a p-type semiconductor on the transparent substrate, and the semiconductor film And a semiconductor film formed while irradiating light from a light emitting device during deposition of a material containing an n-type semiconductor composition.
The invention according to claim 4 is characterized in that the wavelength of the light emitted from the light emitting device is shorter than the fundamental absorption edge of the semiconductor film. The visible light transmitting semiconductor element according to one claim.
The invention according to claim 5 is the visible light transmission semiconductor element according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor film is made of a semiconductor having a band gap of 2.5 eV or more. It is.
The invention according to claim 6, wherein the semiconductor film is ZnO, SnO 2 , In 2 O 3 , CdIn 2 O 4 , MgIn 2 O 4 , ZnGa 2 O 4 , InGaZnO 4 , GaN, copper aluminum oxide, copper The main component is a material selected from gallium oxide, copper indium oxide, copper chromium oxide, copper scandium oxide, copper yttrium oxide, silver indium oxide, strontium copper oxide, and gallium nitride. The visible light transmitting semiconductor element according to any one of claims 1 to 5.
The invention according to claim 7 is that the semiconductor film is added with one or more materials of Mg, Ca, Sr, Sb, B, Al, Ga, In, N, Ni, Sn, or Cr. 7. The visible light transmitting semiconductor element according to claim 6, wherein:
The invention according to claim 8 is characterized in that a visible light transmitting electrode layer is formed between the transparent substrate and the semiconductor film formed on the transparent substrate. 6. The visible light transmitting semiconductor element according to any one of claims 6.
The invention according to claim 9, wherein the visible light transmitting electrode layer is made of ZnO, SnO 2 , In 2 O 3 , CdIn 2 O 4 , MgIn 2 O 4 , ZnGa 2 O 4 , InGaZnO 4 , GaN, copper aluminum oxide The main component is a material selected from copper, gallium oxide, copper indium oxide, copper chromium oxide, copper scandium oxide, copper yttrium oxide, silver indium oxide, and strontium copper oxide. 9. The visible light transmissive semiconductor element according to claim 8.
The invention according to claim 10, wherein the visible light transmitting electrode layer is added with one or more materials of Mg, Ca, Sr, Sb, B, Al, Ga, In, N, Ni, Sn, or Cr. 10. The visible light transmitting semiconductor element according to claim 9, wherein the visible light transmitting semiconductor element is provided.
The invention according to claim 11 is characterized in that a visible light transmitting intrinsic semiconductor layer or a visible light transmitting insulating layer is formed between the p-type semiconductor film and the n-type semiconductor film. Alternatively, the visible light transmitting semiconductor element according to claim 3.
The invention according to claim 12, wherein the visible light transmitting intrinsic semiconductor is a material selected from ZnO, SnO 2 , In 2 O 3 , CdIn 2 O 4 , MgIn 2 O 4 , ZnGa 2 O 4 , InGaZnO 4 and GaN. 12. The visible light transmissive semiconductor element according to claim 11, characterized in comprising as a main component.
The invention according to claim 13, wherein the visible light transmittance insulating layer, SiO 2, SnO 2, B 2 O 3, P 2 O 5, ZnO, Y 2 O 3, ZrO 2, HfO 2, CeO, MgO 13. The visible light transmitting semiconductor element according to claim 11, wherein the visible light transmissive semiconductor element comprises a material selected from Bi 2 O 3 and TiO 2 as a main component.
The invention according to claim 14 is characterized in that the temperature of the transparent substrate is controlled when light is irradiated from the light emitting device. It is a manufacturing method of the visible light transmissive semiconductor element of description.

本発明によれば、n型半導体膜、p型半導体膜、真性半導体膜、絶縁体膜、透明電極等からなる積層構造を光照射を利用して加熱することなしに作製することができるので、耐熱性の低い透明基板にも応用することができる。また、本発明によれば、高い耐熱性を有する石英ガラスやホウケイ酸ガラス等の比較的高価な基板材料を用いることなく、これらのガラスよりも耐熱性の劣る安価な鉛ガラスやソーダ石灰ガラス、さらには極めて耐熱性の劣るプラスチック等の材料も、半導体素子形成のための透明基板として用いることが可能となる。さらに、本発明によれば、ガラス等の基板に比べ安価かつ軽量であるプラスチックのような透明基板を用いることができるので、産業上極めて有用である。   According to the present invention, a laminated structure composed of an n-type semiconductor film, a p-type semiconductor film, an intrinsic semiconductor film, an insulator film, a transparent electrode, and the like can be produced without heating using light irradiation. It can also be applied to transparent substrates with low heat resistance. In addition, according to the present invention, without using a relatively expensive substrate material such as quartz glass or borosilicate glass having high heat resistance, inexpensive lead glass or soda lime glass having inferior heat resistance than these glasses, Furthermore, a material such as plastic having extremely poor heat resistance can be used as a transparent substrate for forming a semiconductor element. Furthermore, according to the present invention, a transparent substrate such as plastic that is cheaper and lighter than a substrate such as glass can be used, which is extremely useful in the industry.

本発明者らは、蒸着法による透明導電性薄膜の形成方法について研究を重ねた結果、透明基板上に酸化物半導体を蒸着法により成長させる際に、形成する半導体膜の吸収端より短い波長の光を堆積しつつある膜に照射すると、薄膜成長過程において最表面層への光励起として作用し、可視光透過半導体膜の性質を制御できることを見出した。   As a result of repeated research on a method for forming a transparent conductive thin film by a vapor deposition method, the inventors of the present invention have a wavelength shorter than the absorption edge of a semiconductor film to be formed when an oxide semiconductor is grown on the transparent substrate by a vapor deposition method. It has been found that when light is deposited on a film being deposited, it acts as photoexcitation on the outermost surface layer during the thin film growth process, and the properties of the visible light transmitting semiconductor film can be controlled.

一般に、可視光透過p型半導体の代表である銅デラフォサイト薄膜は、室温で成膜すると、アモルファス状態で電気抵抗が大きく、p型半導体特性を発現しないが、堆積中の基板加熱や成膜後のアニールによって結晶化が促進され、導電率性と可視光透過率が改善されることが知られている。一方、n型透明酸化物半導体として代表的なZnOに関しては、室温で成膜したZnOは多結晶であり電気導電率にすぐれているが、多く酸素欠陥などが含まれているため、電気導電率は高いもののp型半導体膜と組み合わせて良いpn接合を形成することは困難である。ZnOでは成膜中の基板加熱や成膜後の焼成やアニールによって結晶化を促進させることにより、半導体としての界面特性が向上し半導体pn接合形成に有利となる。したがって、良質なpn接合を形成するためには、熱エネルギー、光エネルギー、プラズマエネルギー等を膜に注入し結晶化を促進させることが有効である。本発明者らは、室温成膜したZnOが高い電気導電率を有することに着目して、ZnOをn型半導体膜だけでなく、ZnO薄膜を電極として利用できることを見いだし、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。   In general, copper delafossite thin film, which is representative of visible light transmitting p-type semiconductors, has a high electrical resistance in an amorphous state and does not exhibit p-type semiconductor characteristics when deposited at room temperature, but it does not exhibit p-type semiconductor characteristics, but heating and deposition during deposition It is known that subsequent annealing promotes crystallization and improves conductivity and visible light transmittance. On the other hand, with regard to ZnO, which is a typical n-type transparent oxide semiconductor, ZnO deposited at room temperature is polycrystalline and has excellent electrical conductivity. However, it is difficult to form a good pn junction in combination with a p-type semiconductor film. In ZnO, crystallization is promoted by heating the substrate during film formation, baking after film formation, or annealing, thereby improving the interface characteristics as a semiconductor, which is advantageous for forming a semiconductor pn junction. Therefore, in order to form a high-quality pn junction, it is effective to inject thermal energy, light energy, plasma energy or the like into the film to promote crystallization. The present inventors have found that ZnO deposited at room temperature has a high electrical conductivity, and found that ZnO can be used not only as an n-type semiconductor film but also as a ZnO thin film as an electrode, and based on these findings The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、堆積中の半導体薄膜への光照射を利用して高性能半導体膜ひいては半導体素子を各種透明基板に形成された可視光透過半導体素子を提供することにある。本発明によれば、堆積中の膜に光を照射することによって、基板を加熱することなく、光照射によって基板に堆積した薄膜として、例えば、電極としての高い導電率を持つ薄膜、半導体特性を有する薄膜、さらには抵抗率の比較的高い真性半導体膜や絶縁性膜までの様々な特性の膜を同じ材料から形成することができる。このようにして作られる各々の機能膜を多層構造化することにより可視光透過半導体素子を作製することが可能となる。   That is, an object of the present invention is to provide a visible light transmitting semiconductor element in which a high-performance semiconductor film and thus a semiconductor element are formed on various transparent substrates by using light irradiation to a semiconductor thin film being deposited. According to the present invention, as a thin film deposited on a substrate by light irradiation without irradiating the film being irradiated with light, for example, a thin film having high conductivity as an electrode, a semiconductor characteristic It is possible to form a thin film having various characteristics such as an intrinsic semiconductor film or an insulating film having a relatively high resistivity from the same material. A visible light transmitting semiconductor element can be manufactured by forming each functional film thus formed into a multilayer structure.

さらに、本発明においては、照射する光の波長を堆積中の半導体膜の吸収端波長より短い波長にすることにより、光エネルギーを堆積中の膜に効率的に注入し、優れた特性の半導体膜を形成することができる。ここで、吸収端波長とは、半導体材料の価電子帯の頂上に位置する電子を伝導帯の底に励起するに足るエネルギーを持つ光の波長を言う。吸収端波長よりも短い波長の光は、半導体材料のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するので、価電子帯に位置する電子を伝導帯に励起して吸収される。伝導帯に励起された電子はやがて価電子帯に落ちていくが、この時に放出されたエネルギーにより、半導体材料の結晶化が進行する。反対に吸収端波長よりも長い波長の光は、価電子帯に位置する電子を伝導帯に励起することができないので、吸収されない。このため吸収端波長よりも長い波長の光は、半導体材料を透過してしまい、半導体材料の結晶化に寄与することはできない。   Furthermore, in the present invention, by setting the wavelength of the irradiated light to a wavelength shorter than the absorption edge wavelength of the semiconductor film being deposited, the semiconductor film having excellent characteristics can be efficiently injected with the light energy. Can be formed. Here, the absorption edge wavelength means a wavelength of light having energy sufficient to excite electrons located at the top of the valence band of the semiconductor material to the bottom of the conduction band. Since light having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength has energy larger than the band gap of the semiconductor material, electrons located in the valence band are excited by the conduction band and absorbed. The electrons excited in the conduction band eventually fall into the valence band, but the crystallization of the semiconductor material proceeds by the energy released at this time. Conversely, light having a wavelength longer than the absorption edge wavelength is not absorbed because electrons located in the valence band cannot be excited to the conduction band. For this reason, light having a wavelength longer than the absorption edge wavelength is transmitted through the semiconductor material and cannot contribute to crystallization of the semiconductor material.

青色までの光を透過する半導体材料の吸収端波長は400nm付近にあるので、吸収端波長よりも短い光は、一般に紫外線である。また、吸収端波長が500nm付近にある半導体材料を対象とする場合には、波長450nmの可視光を照射することも有効である。本発明には、吸収端波長を持つ光を照射する場合も含まれる。また、アモルファスの吸収端波長が結晶の吸収端波長と異なる場合にあっては、両相の吸収端波長よりも短い波長の光を照射して結晶化を十分に進行させる場合を含む。吸収端波長は膜の光透過スペクトル等から決定できる。吸収端波長よりも短い波長の光は、連続光として照射してもよく、パルス光として照射しても良い。   Since the absorption edge wavelength of a semiconductor material that transmits light up to blue is in the vicinity of 400 nm, light shorter than the absorption edge wavelength is generally ultraviolet light. In addition, when a semiconductor material having an absorption edge wavelength near 500 nm is targeted, it is also effective to irradiate visible light having a wavelength of 450 nm. The present invention includes a case where light having an absorption edge wavelength is irradiated. Further, when the amorphous absorption edge wavelength is different from the absorption edge wavelength of the crystal, it includes a case where crystallization is sufficiently advanced by irradiating light having a wavelength shorter than the absorption edge wavelengths of both phases. The absorption edge wavelength can be determined from the light transmission spectrum of the film. Light having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength may be emitted as continuous light or as pulsed light.

吸収端波長よりも短い光の発生源としては、例えば、レーザ光やシンクロトロン放射光を用いる。水銀灯等も紫外光を放射するが、結晶化を現実的な速度で進めるためには、レーザ光やシンクロトロン放射光等の強い光源が好ましい。紫外光を発するレーザには、エキシマレーザやNd-YAGレーザの4倍高調波等がある。吸収端波長よりも短い波長の光は、十分な強度を有さなくてはならない。このため光源としてはパルスレーザやシンクロトロンが好適である。パルスレーザを用いる場合には、照射エネルギー密度は、30〜100mJ/cm2・pulseであることが適当である。30mJ/cm2・pulse未満ではアモルファスITOの場合には結晶化が進行しない。100mJ/cm2・pulse以上ではエネルギーが強すぎて膜が蒸発してしまうことが多い。現状では、ArF、KrF、XeCl等のエキシマレーザやYAGレーザによりこの範囲のエネルギー密度を持つ光が得られている。 For example, laser light or synchrotron radiation is used as a light source that is shorter than the absorption edge wavelength. A mercury lamp or the like also emits ultraviolet light, but a strong light source such as laser light or synchrotron radiation is preferable in order to advance crystallization at a realistic speed. Examples of lasers that emit ultraviolet light include excimer lasers and fourth harmonics of Nd-YAG lasers. Light having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength must have sufficient intensity. For this reason, a pulse laser or a synchrotron is suitable as the light source. When a pulse laser is used, it is appropriate that the irradiation energy density is 30 to 100 mJ / cm 2 · pulse. If it is less than 30 mJ / cm 2 · pulse, crystallization does not proceed in the case of amorphous ITO. At 100 mJ / cm 2 · pulse or more, the energy is too strong and the film often evaporates. At present, light having an energy density in this range is obtained by excimer lasers such as ArF, KrF, and XeCl, and YAG lasers.

本発明の可視光透過半導体素子には、バンドギャップが2.5eV以上の半導体が用いられる。バンドギャップエネルギー2.5eVは光波長500nmに相当するので、バンドギャップエネルギー2.5eVを有する半導体は可視光を透過することができる。具体的な半導体材料としては、ZnO、SnO2、In2O3、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、InGaZnO4、GaN、銅アルミ酸化物、銅ガリウム酸化物、銅インジウム酸化物、銅クロム酸化物、銅スカンジウム酸化物、銅イットリウム酸化物、銀インジウム酸化物またはストロンチウム銅酸化物が適当である。これら半導体材料に添加物としてMg、Ca、Sr、Sb、B、Al、Ga、In、N、Ni、SnまたはCrを含んだ材料は電気伝導や光学透過率を調整できるので利用価値が高い。 A semiconductor having a band gap of 2.5 eV or more is used for the visible light transmitting semiconductor element of the present invention. Since the band gap energy of 2.5 eV corresponds to an optical wavelength of 500 nm, a semiconductor having a band gap energy of 2.5 eV can transmit visible light. Specific semiconductor materials, ZnO, SnO 2, In 2 O 3, CdIn 2 O 4, MgIn 2 O 4, ZnGa 2 O 4, InGaZnO 4, GaN, copper aluminum oxide, copper gallium oxide, copper indium Oxides, copper chromium oxides, copper scandium oxides, copper yttrium oxides, silver indium oxides or strontium copper oxides are suitable. A material containing Mg, Ca, Sr, Sb, B, Al, Ga, In, N, Ni, Sn, or Cr as an additive to these semiconductor materials is highly useful because it can adjust electrical conductivity and optical transmittance.

また、本発明の可視光透過半導体素子は、透明基板と透明基板上に形成される半導体膜との間に可視光透過電極層を設けることにより、可視光透過半導体素子から容易に電極を取り出すことができ、かつ形成された電子素子に印加される電界を均一化することができる。可視光透過電極層は、ZnO、SnO2、In2O3、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、InGaZnO4、GaN、銅アルミニウム酸化物、銅ガリウム酸化物、銅インジウム酸化物、銅クロム酸化物、銅スカンジウム酸化物、銅イットリウム酸化物、 銀インジウム酸化物、ストロンチウム銅酸化物または窒化ガリウムを主成分とし、Mg、Ca、Sr、Sb、B、Al、Ga、In、N、Ni、SnまたはCrを添加物として含んだ材料から形成される。 The visible light transmitting semiconductor element of the present invention can be easily taken out of the visible light transmitting semiconductor element by providing a visible light transmitting electrode layer between the transparent substrate and the semiconductor film formed on the transparent substrate. And the electric field applied to the formed electronic element can be made uniform. The visible light transmission electrode layer, ZnO, SnO 2, In 2 O 3, CdIn 2 O 4, MgIn 2 O 4, ZnGa 2 O 4, InGaZnO 4, GaN, copper aluminum oxide, copper gallium oxide, copper indium oxide Copper chromium oxide, copper scandium oxide, copper yttrium oxide, silver indium oxide, strontium copper oxide or gallium nitride as the main component, Mg, Ca, Sr, Sb, B, Al, Ga, In, It is formed from a material containing N, Ni, Sn or Cr as an additive.

また、本発明では、可視光透過電極層を形成する半導体の組成を含む材料とn型半導体膜を形成する半導体の組成を含む材料を同一材料で行ってもよい。同じ材料を使用することにより、製造工程を減らし、必要とする材料も減らせるので、コスト削減、およびスループットの向上に寄与することができる。これは、例えば、ZnOを材料とした際、真空容器内のガス雰囲気を制御しつつ、室温で電極層としてのZnO薄膜を形成し、その後に蒸着と共に照射を行いn型半導体としてのZnO薄膜を形成することによって実現する。また、従来の製造方法では、下部電極は所望でない加熱をアニール工程で避けることができず、n型半導体膜を形成する酸化亜鉛ターゲットでは、抵抗率がアニール工程で著しく上昇してしまい、下部電極層として望ましくない。したがって、従来の製造方法では下部電極層では、熱を加えても電気伝導率の低下を抑えられる透明導電膜、例えば錫をドーピングした酸化インジウム、またはアルミニウムやガリウムをドーピングした酸化亜鉛を使用する必要があった。   In the present invention, the material containing the semiconductor composition forming the visible light transmissive electrode layer and the material containing the semiconductor composition forming the n-type semiconductor film may be formed of the same material. By using the same material, the manufacturing process can be reduced and the required material can be reduced, which can contribute to cost reduction and improvement of throughput. For example, when ZnO is used as a material, a ZnO thin film as an electrode layer is formed at room temperature while controlling the gas atmosphere in the vacuum vessel, and then irradiated with vapor deposition to form a ZnO thin film as an n-type semiconductor. Realized by forming. Further, in the conventional manufacturing method, the lower electrode cannot avoid undesired heating in the annealing process, and in the zinc oxide target that forms the n-type semiconductor film, the resistivity is remarkably increased in the annealing process. Undesirable as a layer. Therefore, in the conventional manufacturing method, the lower electrode layer needs to use a transparent conductive film that can suppress a decrease in electrical conductivity even when heat is applied, for example, indium oxide doped with tin, or zinc oxide doped with aluminum or gallium. was there.

さらに、本発明の可視光透過半導体素子の製造方法においては、光放出装置から光を照射する際に、透明基板の温度を制御する。すなわち、光を照射するとき、透明基板を適当な温度に制御する。光の照射によって発熱が起こり、透明基板が変質してしまう程度に温度が上昇する場合には、例えば、基板ホルダに冷却水を流す等の方法により、透明基板の温度上昇を制御する。また反対に、結晶化の進行を助けるために、透明基板の変質が起こらない温度域の範囲で、透明基板を加熱しても良い。   Furthermore, in the method for manufacturing a visible light transmissive semiconductor element of the present invention, the temperature of the transparent substrate is controlled when light is emitted from the light emitting device. That is, when irradiating light, the transparent substrate is controlled to an appropriate temperature. When heat is generated by light irradiation and the temperature rises to such an extent that the transparent substrate is altered, for example, the temperature rise of the transparent substrate is controlled by a method of flowing cooling water through the substrate holder. Conversely, the transparent substrate may be heated within a temperature range in which the transparent substrate does not deteriorate in order to assist the progress of crystallization.

本発明に用いられる透明基板は、透明であれば特に制限はなく、従来、蒸着法による酸化物半導体膜の形成に慣用的に使用されている基板、例えばパイレックス(登録商標)ガラスや石英ガラス等のガラス基板、またはサファイア、ランタンアルミネート、チタン酸ストロンチウム等の酸化物基板はもちろん、これまでの蒸着法では基板温度を高くしなければならないために使用することができなかったプラスチック基板のような耐熱性に劣る基板も用いることができる。
透明基板は、試料ホルダに固定され、試料ホルダは、モータ駆動により回転できるように構成されている。これにより、作製する薄膜の均一性が図られる。
The transparent substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it is transparent. Conventionally, a substrate conventionally used for forming an oxide semiconductor film by vapor deposition, such as Pyrex (registered trademark) glass or quartz glass, is used. Glass substrates, or oxide substrates such as sapphire, lanthanum aluminate and strontium titanate, as well as plastic substrates that could not be used because the substrate temperature had to be increased by conventional deposition methods. A substrate having poor heat resistance can also be used.
The transparent substrate is fixed to the sample holder, and the sample holder is configured to be rotated by a motor drive. Thereby, the uniformity of the produced thin film is achieved.

また、本発明に用いられる酸化物半導体は、これまで蒸着法により透明基板上に透明半導体膜を形成する際に用いられていたものの中から任意に選ぶことができ、特に制限はない。   Moreover, the oxide semiconductor used for this invention can be arbitrarily selected from what was used when forming a transparent semiconductor film on a transparent substrate by a vapor deposition method until now, and there is no restriction | limiting in particular.

このようなn型酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ガリウム、またはこれらの複合酸化物系や、インジウム酸マグネシウム系等が挙げられる。これらの、半導体膜で所望の特性、例えば、高い導電率あるいは低効率等を得るために、その他の元素をドーピングしてもよい、例えば、酸化亜鉛にアルミニウムやガリウムをドーピングすることによって、導電率を高めることができる。   As such an n-type oxide semiconductor, for example, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, gallium oxide, or a composite oxide system thereof, a magnesium indium oxide system, or the like can be given. These semiconductor films may be doped with other elements to obtain desired properties, such as high conductivity or low efficiency, for example, conductivity by doping aluminum or gallium to zinc oxide. Can be increased.

p型酸化物半導体としては、例えば、銅アルミニウム酸化物、銅ガリウム酸化物、銅インジウム酸化物、銅クロム酸化物、銅スカンジウム酸化物、銅イットリウム酸化物、銀インジウム酸化物、ストロンチウム銅酸化物等が挙げられる。これらの、半導体膜で所望の特性、例えば、高い導電率あるいは抵抗率等を得るために、その他の元素をドーピングしてもよい、例えば、銅クロム酸化物にマグネシウムをドーピングすることによって、導電率を高めることができる。   Examples of p-type oxide semiconductors include copper aluminum oxide, copper gallium oxide, copper indium oxide, copper chromium oxide, copper scandium oxide, copper yttrium oxide, silver indium oxide, and strontium copper oxide. Is mentioned. In order to obtain these desired characteristics in the semiconductor film, for example, high conductivity or resistivity, etc., other elements may be doped, for example, conductivity by doping magnesium into copper chrome oxide. Can be increased.

次に、本発明の可視光透過半導体素子を作製するために用いる蒸着法の種類についても特に制限はなく、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、高周波イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、化学的気相蒸着法(CVD法)等、従来透明導電性薄膜の形成に用いられていた方法のいずれを用いてもよい。   Next, there is no particular limitation on the type of vapor deposition method used for producing the visible light transmissive semiconductor element of the present invention, and vacuum vapor deposition method, sputtering method, ion plating method, high frequency ion plating method, electron beam vapor deposition method. Any method conventionally used for forming a transparent conductive thin film, such as chemical vapor deposition (CVD), may be used.

本発明で用いる蒸着法として、パルスレーザ蒸着法を例に説明する。パルスレーザ蒸着法は薄膜の所望の組成を含むターゲットをパルスレーザで照射して蒸発させて蒸着を行う薄膜の製造方法である。パルスレーザ装置からパルスレーザが出力され、光学系と光導入窓を介して真空容器内のターゲットを照射して、ターゲットを蒸発させることによって、透明基板に薄膜を蒸着する。真空容器内には複数のターゲットが設けられており、モータ駆動により照射するターゲットは真空を破ることなく交換することができる。さらに、ターゲットはモータ駆動により回転することができ、レーザがターゲットの固定した場所を照射するのではなく、ターゲット上を走査することにより、ターゲットにクレーターができることを防ぐ。   As a vapor deposition method used in the present invention, a pulse laser vapor deposition method will be described as an example. The pulsed laser deposition method is a method for manufacturing a thin film in which deposition is performed by irradiating a target containing a desired composition of the thin film with a pulse laser to evaporate the target. A pulse laser is output from the pulse laser device, and the target in the vacuum vessel is irradiated through the optical system and the light introduction window to evaporate the target, thereby depositing a thin film on the transparent substrate. A plurality of targets are provided in the vacuum vessel, and the target irradiated by driving the motor can be exchanged without breaking the vacuum. Furthermore, the target can be rotated by a motor drive, and the target is not cratered by scanning the target rather than irradiating the place where the target is fixed.

本発明においては、透明基板に光を照射しながら、蒸着処理すること、すなわち成長中の半導体膜に光を照射しながら、半導体膜を蒸着させることが必要である。この際照射する光としては、例えば、ArF、KrF、XeF、XeCl等のエキシマレーザ光やYAGレーザ光の高調波、シンクロトロン放射光等を用いることができる。レーザ光の波長は形成される薄膜の吸収端波長より短く、薄膜を構成する物質を励起できる波長であればよく、例えば350nm以下の波長が望ましい。   In the present invention, it is necessary to perform a vapor deposition process while irradiating light to a transparent substrate, that is, to deposit a semiconductor film while irradiating light to a growing semiconductor film. As light to be irradiated at this time, for example, excimer laser light such as ArF, KrF, XeF, or XeCl, harmonics of YAG laser light, synchrotron radiation light, or the like can be used. The wavelength of the laser light is shorter than the absorption edge wavelength of the thin film to be formed, and may be any wavelength that can excite the material constituting the thin film. For example, a wavelength of 350 nm or less is desirable.

本発明の薄膜照射に用いる光としては、Nd-YAGの4倍高調波レーザを使用した。レーザ装置から出力されたレーザは、光学系と導入窓を介して真空容器内の透明基板を照射するように構成されている。レーザの平均エネルギー密度は、対象材料である酸化物半導体の結晶化温度等の諸物性に左右される。例えば、酸化物半導体として、銅デラフォサイト酸化物系を使用し、その半導体特性および可視光透過率を最適化するには、30mJ/cm2以上のレーザ照射により、500°Cでアニールしたのと同等の効果が得られる。この紫外光レーザは、通常、レーザ発振器の出力や、出力された光をアッテネーターやレンズ等の光学系で調整して使用される。 As the light used for the thin film irradiation of the present invention, a Nd-YAG fourth harmonic laser was used. The laser output from the laser device is configured to irradiate the transparent substrate in the vacuum vessel through the optical system and the introduction window. The average energy density of a laser depends on various physical properties such as a crystallization temperature of an oxide semiconductor that is a target material. For example, a copper delafossite oxide system was used as the oxide semiconductor, and in order to optimize its semiconductor characteristics and visible light transmittance, annealing was performed at 500 ° C. by laser irradiation of 30 mJ / cm 2 or more. Equivalent effect is obtained. This ultraviolet laser is usually used by adjusting the output of a laser oscillator and the output light by an optical system such as an attenuator or a lens.

本発明の可視光透過半導体素子の作製においては、従来方法のように蒸着処理に際し、透明基板を加熱する必要はなく、周囲温度、例えば、室温において行うことができる。また、透明基板が変形しない程度まで、加熱して光照射と加熱の相乗効果を狙うこともできる。さらに、透明基板が光照射から受ける影響を抑えるために透明基板を冷却などして、恒温状態にしてもよい。   In producing the visible light transmitting semiconductor element of the present invention, it is not necessary to heat the transparent substrate during the vapor deposition treatment as in the conventional method, and it can be performed at an ambient temperature, for example, room temperature. Moreover, it can also aim at the synergistic effect of light irradiation and a heating and heating to such an extent that a transparent substrate does not deform | transform. Furthermore, in order to suppress the influence which a transparent substrate receives from light irradiation, a transparent substrate may be cooled etc. and you may make it a constant temperature state.

上述のごとく、本発明の可視光透過半導体素子の作製においては、透明基板を加熱しないこと、および光を照射することのみが従来と異なっているだけであり、それ以外の蒸着条件はすべて従来と同じであり、特に変更する必要はない。このように、従来においては、基板温度を400℃以上に加熱しなければ得ることができなかった、pn接合やp-i-n接合等の可視光透過半導体素子を室温において形成させることができる。   As described above, in the production of the visible light transmitting semiconductor element of the present invention, only the transparent substrate is not heated and only the light irradiation is different from the conventional one, and all other deposition conditions are the same as the conventional one. They are the same and do not need to be changed. In this way, visible light transmissive semiconductor elements such as pn junctions and p-i-n junctions that could not be obtained unless the substrate temperature is heated to 400 ° C. or higher can be formed at room temperature.

図1は、本発明の可視光透過半導体素子を作製するために用いた蒸着装置の1例を示す図である。同図に示すように、真空容器1には、酸素を導入するための酸素ガス導入管(ステンレス鋼管)3と、酸素の流量を制御するマスフローコントローラ13や、真空容器1内部を真空に保持するための真空ポンプ11に連結した排気バルブ2が接続されている。また、真空容器1内には材料としてのAlドープZnOターゲット5a、ZnOターゲット5b、CuCrO2ターゲット5cが設置されている。また、第1レーザ発振装置9aからターゲット5に照射する紫外光レーザビーム6aのレーザ出力を調整するための光学系7aおよび真空容器1内に紫外光レーザビーム6aを導入するための光導入窓4aが設けられている。さらに、第2レーザ発振装置9bから基板8に照射する紫外光レーザビーム6bのレーザ出力を調整するための光学系7bおよび真空容器1内に紫外光レーザビーム6bを導入するための光導入窓4bが設けられている。ターゲット5a〜5cはレーザビーム6aによってアブレーションされ、透明基板8に蒸着する。 FIG. 1 is a view showing an example of a vapor deposition apparatus used for producing a visible light transmitting semiconductor element of the present invention. As shown in the figure, the vacuum vessel 1 holds an oxygen gas introduction tube (stainless steel tube) 3 for introducing oxygen, a mass flow controller 13 for controlling the flow rate of oxygen, and the vacuum vessel 1 inside a vacuum. An exhaust valve 2 connected to a vacuum pump 11 is connected. In the vacuum vessel 1, Al-doped ZnO target 5a, ZnO target 5b, and CuCrO 2 target 5c are installed as materials. Further, an optical system 7a for adjusting the laser output of the ultraviolet laser beam 6a irradiated to the target 5 from the first laser oscillation device 9a and a light introduction window 4a for introducing the ultraviolet laser beam 6a into the vacuum vessel 1 Is provided. Further, an optical system 7b for adjusting the laser output of the ultraviolet laser beam 6b irradiated to the substrate 8 from the second laser oscillation device 9b and a light introduction window 4b for introducing the ultraviolet laser beam 6b into the vacuum vessel 1 are provided. Is provided. The targets 5a to 5c are ablated by the laser beam 6a and deposited on the transparent substrate 8.

以下に、この蒸着装置の動作の概要について説明する。まず、真空容器1内に透明基板8を装着した後、排気バルブ2を開放し、真空ポンプ11によって容器内の真空度を10-5〜10-7Pa程度になるまで排気後、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧が102〜10-2Pa程度になるように酸素ガスを導入する。次いで、第2レーザ発振装置9bからの紫外光レーザビーム6bを光学系7bおよび光導入窓4bを通して、試料ホルダ10に支持された透明基板8に照射させながら、第1レーザ発振装置9aからの紫外光レーザビーム6aを光学系7aおよび光導入窓4aを通して、ターゲット5に照射してターゲット5を蒸発させ、酸化物半導体を透明基板8上に蒸着させる。この際、透明基板8は加熱しなくてもよいが、所望により、透明基板8に影響を与えない程度に加熱してもよい。透明基板8としてプラスチック基板を用いた場合には、基板温度は100℃以下が好ましい。蒸着時間は特に制限はなく、形成される透明半導体薄膜の所望膜厚に応じて、適宜選定すればよい。このようにして、半導体特性を有し、かつ透明な可視光透過半導体素子が形成される。この酸化物半導体膜の厚さは、用途に応じて異なるが、通常0.01〜10μm程度である。 Below, the outline | summary of operation | movement of this vapor deposition apparatus is demonstrated. First, after mounting the transparent substrate 8 in the vacuum vessel 1, the exhaust valve 2 is opened, and after evacuating the vacuum inside the vessel to about 10 −5 to 10 −7 Pa by the vacuum pump 11, oxygen gas is introduced Oxygen gas is introduced from the tube 3 so that the oxygen atmospheric pressure is about 10 2 to 10 −2 Pa. Next, while irradiating the transparent substrate 8 supported by the sample holder 10 with the ultraviolet laser beam 6b from the second laser oscillation device 9b through the optical system 7b and the light introduction window 4b, the ultraviolet laser beam from the first laser oscillation device 9a is irradiated. The target 5 is irradiated with the optical laser beam 6a through the optical system 7a and the light introduction window 4a to evaporate the target 5, and the oxide semiconductor is deposited on the transparent substrate 8. At this time, the transparent substrate 8 may not be heated, but may be heated to an extent that does not affect the transparent substrate 8 if desired. When a plastic substrate is used as the transparent substrate 8, the substrate temperature is preferably 100 ° C. or lower. There is no restriction | limiting in particular in vapor deposition time, What is necessary is just to select suitably according to the desired film thickness of the transparent semiconductor thin film formed. In this way, a transparent visible light transmitting semiconductor element having semiconductor characteristics and transparent is formed. The thickness of this oxide semiconductor film varies depending on the application, but is usually about 0.01 to 10 μm.

実施例1
実施例1では、n型透明酸化物半導体薄膜の形成について説明する。今までの経験によれば、室温で成膜したZnOは多結晶であり、電気導電率に優れているが、多くの酸素欠陥等が含まれているため、電気導電率は高いもののp型半導体膜と組み合わせても良いpn接合を形成することが困難であり、オーミック接合になってしまう。しかし、ZnOの成膜中に基板加熱を行ったり、成膜後に焼成やアニールを行うことによって結晶化が促進され、真性半導体としての界面特性が向上し半導体pn接合の形成が可能である。したがって、良質なpn接合を形成するために、熱エネルギー、光エネルギー、プラズマエネルギー等を膜に注入することにより結晶化が促進される。例えば、ZnO薄膜は、成膜中の基板加熱温度の上昇につれて抵抗を上昇させることができる。
Example 1
In Example 1, formation of an n-type transparent oxide semiconductor thin film will be described. According to experience so far, ZnO deposited at room temperature is polycrystalline and has excellent electrical conductivity, but it contains many oxygen defects, so it has high electrical conductivity but is a p-type semiconductor. It is difficult to form a pn junction that may be combined with a film, resulting in an ohmic junction. However, crystallization is promoted by heating the substrate during the ZnO film formation, or performing baking or annealing after the film formation, so that the interface characteristics as an intrinsic semiconductor can be improved and a semiconductor pn junction can be formed. Therefore, in order to form a high-quality pn junction, crystallization is promoted by injecting thermal energy, light energy, plasma energy or the like into the film. For example, a ZnO thin film can increase resistance as the substrate heating temperature increases during film formation.

次に、図1に示す蒸着装置を用いて、石英ガラス基板8上に酸化亜鉛(ZnO)薄膜を形成する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、真空容器1内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして酸素ガスを導入した。第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通して酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに照射して、石英ガラス基板8上に酸化亜鉛(ZnO)膜を蒸着し、この蒸着と同時に、堆積中の石英ガラス基板8に、第2Nd-YAGレーザ発振装置9bより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7bおよび光導入窓4bを通して照射した。 Next, a method for forming a zinc oxide (ZnO) thin film on the quartz glass substrate 8 using the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum vessel 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is exhausted until the degree of vacuum in the vacuum vessel 1 becomes about 5 × 10 −6 Pa. After that, oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction pipe 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 1.33 Pa. A 4th harmonic (266 nm) pulsed laser beam emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a is irradiated onto the zinc oxide (ZnO) target 5b through the optical system 7a and the light introduction window 4a, and the quartz glass substrate 8 is irradiated. A zinc oxide (ZnO) film is vapor-deposited, and simultaneously with this vapor deposition, a 4th harmonic (266 nm) pulsed laser beam emitted from the second Nd-YAG laser oscillation device 9b is applied to the quartz glass substrate 8 being deposited in the optical system 7b. And irradiation through the light introduction window 4b.

なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、基板照射レーザのエネルギー密度はおよそ0.3-0.6W/cm2、酸化亜鉛(ZnO)薄膜の膜厚は約150nmとした。得られた酸化亜鉛(ZnO)薄膜の抵抗を四端針法により測定した結果を図2に示す。同図に示すように、基板照射レーザのエネルギー密度が小さいときは、変化は小さいが、大きくなるにつれて酸化亜鉛(ZnO)膜の抵抗が大きくなることがわかる。 The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature. Also, the energy density of the ablation laser is about 25W / cm 2, substrate energy density of the irradiated laser is approximately 0.3-0.6W / cm 2, the thickness of the zinc oxide (ZnO) thin film was about 150 nm. FIG. 2 shows the results of measuring the resistance of the obtained zinc oxide (ZnO) thin film by the four-end needle method. As shown in the figure, when the energy density of the substrate irradiation laser is small, the change is small, but the resistance of the zinc oxide (ZnO) film increases as the energy density increases.

比較例1
次に、図1に示す蒸着装置を用いて、基板照射レーザによる光照射を行わないで、石英ガラス基板8上に酸化亜鉛(ZnO)薄膜を形成する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、容器内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして酸素ガスを導入した。第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通して酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに照射して、透明基板8上に酸化亜鉛(ZnO)薄膜を蒸着した。
Comparative Example 1
Next, a method for forming a zinc oxide (ZnO) thin film on the quartz glass substrate 8 without performing light irradiation with a substrate irradiation laser using the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum container 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is evacuated until the degree of vacuum in the container becomes about 5 × 10 −6 Pa. The oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction pipe 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 1.33 Pa. Oxidized on transparent substrate 8 by irradiating zinc oxide (ZnO) target 5b with 4th harmonic (266nm) pulsed laser light emitted from first Nd-YAG laser oscillator 9a through optical system 7a and light introduction window 4a A zinc (ZnO) thin film was deposited.

なお、石英ガラス基板8の温度は室温で、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、酸化亜鉛(ZnO)薄膜の膜厚は約150nmとした。堆積中に基板照射レーザによる光照射を行わない以外は実施例1と同じにした。得られた酸化亜鉛(ZnO)薄膜の抵抗を四端針法により、測定した測定結果を図2に示す。 The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature, the energy density of the ablation laser was about 25 W / cm 2 , and the thickness of the zinc oxide (ZnO) thin film was about 150 nm. Example 1 was the same as Example 1 except that no light irradiation with a substrate irradiation laser was performed during deposition. FIG. 2 shows the measurement results obtained by measuring the resistance of the obtained zinc oxide (ZnO) thin film by the four-end needle method.

比較例2
次に、図1に示す蒸着装置を用いて、基板照射レーザによる光照射を行わず、成膜後にポストサーマルアニールを行って、石英ガラス基板上に酸化亜鉛(ZnO)薄膜を形成する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、容器内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、石英ガラス基板8を500°Cまで加熱した後に、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして酸素ガスを導入した。第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通して酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに照射して、石英ガラス基板8上に室温でノンドープの酸化亜鉛膜を蒸着した。その後、石英ガラス基板8を500°Cまで加熱して10分間ポストサーマルアニールを行った。
Comparative Example 2
Next, a method for forming a zinc oxide (ZnO) thin film on a quartz glass substrate by performing post-thermal annealing after film formation without using the substrate irradiation laser for light irradiation using the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 will be described. To do. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum container 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is evacuated until the degree of vacuum in the container becomes about 5 × 10 −6 Pa. After the quartz glass substrate 8 was heated to 500 ° C., oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction tube 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 1.33 Pa. A 4th harmonic (266 nm) pulsed laser beam emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a is irradiated onto the zinc oxide (ZnO) target 5b through the optical system 7a and the light introduction window 4a, and the quartz glass substrate 8 is irradiated. A non-doped zinc oxide film was deposited at room temperature. Thereafter, the quartz glass substrate 8 was heated to 500 ° C. and post-thermal annealing was performed for 10 minutes.

なお、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、酸化亜鉛(ZnO)薄膜の膜厚は約150nmとした。成膜後にポストサーマルアニールを行った以外は比較例2と同じにした。得られた酸化亜鉛(ZnO)薄膜の抵抗を四端針法により、測定した結果を図2に示す。 The energy density of the ablation laser was about 25 W / cm 2 and the thickness of the zinc oxide (ZnO) thin film was about 150 nm. The same as Comparative Example 2 except that post-thermal annealing was performed after film formation. FIG. 2 shows the results of measuring the resistance of the obtained zinc oxide (ZnO) thin film by the four-end needle method.

図2に示すように、酸化亜鉛(ZnO)薄膜は室温で蒸着すると、酸素欠損が多く抵抗が低いが、実施例1のように光を照射して形成すると、抵抗を著しく上昇させることができ、基板を加熱することなく、真性半導体的な酸化亜鉛(ZnO)膜を得ることができる。また、図2に示すように、レーザ照射エネルギーを制御することにより、酸化亜鉛(ZnO)薄膜の特性を透明基板を加熱せずに幅広く制御することができる。例えば、0.6W/cm2のレーザ照射では、透明基板を500°Cに加熱して作成された比較例2の酸化亜鉛(ZnO)膜と同等の特性を加熱することなく得ることができる。 As shown in Figure 2, zinc oxide (ZnO) thin film has many oxygen vacancies and low resistance when deposited at room temperature. However, when it is formed by irradiating light as in Example 1, the resistance can be increased significantly. An intrinsic semiconductor zinc oxide (ZnO) film can be obtained without heating the substrate. Further, as shown in FIG. 2, by controlling the laser irradiation energy, the characteristics of the zinc oxide (ZnO) thin film can be widely controlled without heating the transparent substrate. For example, with 0.6 W / cm 2 laser irradiation, characteristics equivalent to those of the zinc oxide (ZnO) film of Comparative Example 2 prepared by heating the transparent substrate to 500 ° C. can be obtained without heating.

実施例2
実施例1では、n型透明酸化物半導体薄膜の形成について説明したが、実施例2では、p型透明半導体薄膜の形成について説明する。一般に可視光透過p型半導体の代表である銅デラフォサイト薄膜、例えば、銅クロム酸化物(CuCrO2)は、室温で成膜すると、アモルファス状態で電気抵抗が大きく、p型半導体特性を発現しないが、成膜中の基板加熱や成膜後のアニールによって結晶化が促進され、導電率や可視光透過率が改善することが知られている。そのため銅デラフォサイト薄膜は成膜中の基板加熱温度の上昇につれて抵抗が下がる傾向にある。
Example 2
In Example 1, the formation of an n-type transparent oxide semiconductor thin film has been described. In Example 2, the formation of a p-type transparent semiconductor thin film will be described. In general, copper delafossite thin film, such as copper chromium oxide (CuCrO 2 ), which is representative of visible light transmitting p-type semiconductors, has a high electrical resistance in an amorphous state and does not exhibit p-type semiconductor characteristics when deposited at room temperature. However, it is known that crystallization is promoted by heating the substrate during film formation or annealing after film formation, and the conductivity and visible light transmittance are improved. Therefore, the resistance of the copper delafossite thin film tends to decrease as the substrate heating temperature increases during film formation.

次に、図1に示す蒸着装置を用いて、石英ガラス基板8上にCuCrO2薄膜を形成する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、真空容器1内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧を0.266Paになるようにして酸素ガスを導入した。第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7および光導入窓4aを通してマグネシウムドープした銅クロム酸化物(CuCrO2)に照射して、石英ガラス基板8上にCuCrO2膜を蒸着し、この蒸着と同時に、堆積中の石英ガラス基板8に、第2Nd-YAGレーザ発振装置9bより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7bおよび光導入窓4bを通して照射した。 Next, a method for forming a CuCrO 2 thin film on the quartz glass substrate 8 using the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum vessel 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is exhausted until the degree of vacuum in the vacuum vessel 1 becomes about 5 × 10 −6 Pa. After that, oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction pipe 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 0.266 Pa. Quartz glass is irradiated with magnesium-doped copper chromium oxide (CuCrO 2 ) by irradiating the 4th harmonic (266 nm) pulsed laser light emitted from the first Nd-YAG laser oscillator 9a through the optical system 7 and the light introduction window 4a. A CuCrO 2 film is vapor-deposited on the substrate 8, and simultaneously with this vapor deposition, a 4th harmonic (266 nm) pulse laser beam emitted from the second Nd-YAG laser oscillation device 9b is applied to the quartz glass substrate 8 during the deposition. Illuminated through 7b and light introduction window 4b.

なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、石英ガラス基板8上に堆積中のCuCrO2薄膜に照射されるパルスレーザ光のエネルギー密度はおよそ0.3-0.6W/cm2、CuCrO2薄膜の膜厚は約150nmとした。得られたCuCrO2薄膜の抵抗を四端針法により測定した結果を図3に示す。同図に示すように、上記パルスレーザ光のエネルギー密度が小さいときは、変化は小さいが、大きくなるにつれてCuCrO2膜の抵抗が小さくなることがわかる。 The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature. The energy density of the ablation laser is about 25 W / cm 2 , and the energy density of the pulsed laser light applied to the CuCrO 2 thin film being deposited on the quartz glass substrate 8 is about 0.3-0.6 W / cm 2 , the CuCrO 2 thin film The film thickness was about 150 nm. FIG. 3 shows the results of measuring the resistance of the obtained CuCrO 2 thin film by the four-end needle method. As shown in the figure, when the energy density of the pulse laser beam is small, the change is small, but the resistance of the CuCrO 2 film decreases as the energy density increases.

比較例3
図1に示す蒸着装置を用いて、基板照射レーザによる光照射を行わないで、石英ガラス基板8上にCuCrO2膜を形成する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、容器内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして酸素ガスを導入した。第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通してマグネシウムドープした銅クロム酸化物(CuCrO2)ターゲット5cに照射して、石英ガラス基板8上にCuCrO2薄膜を蒸着した。
Comparative Example 3
A method of forming a CuCrO 2 film on the quartz glass substrate 8 without performing light irradiation by the substrate irradiation laser using the vapor deposition apparatus shown in FIG. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum container 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is evacuated until the degree of vacuum in the container becomes about 5 × 10 −6 Pa. The oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction pipe 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 1.33 Pa. Irradiate a magnesium-doped copper chromium oxide (CuCrO 2 ) target 5c with a 4th harmonic (266 nm) pulse laser beam emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a through the optical system 7a and the light introduction window 4a. A CuCrO 2 thin film was deposited on the quartz glass substrate 8.

なお、石英ガラス基板8の温度は室温で、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、CuCrO2薄膜の膜厚は約150nmとした。堆積中に基板照射レーザによる光照射を行わない以外は実施例2と同じにした。得られた酸化亜鉛薄膜の抵抗を四端針法により測定した結果を図3に示す。 The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature, the energy density of the ablation laser was about 25 W / cm 2 , and the thickness of the CuCrO 2 thin film was about 150 nm. Example 2 was the same as Example 2 except that no light irradiation with a substrate irradiation laser was performed during deposition. FIG. 3 shows the results of measuring the resistance of the obtained zinc oxide thin film by the four-end needle method.

比較例4
図1に示す蒸着装置を用いて、堆積中に石英ガラス基板8の加熱を行って、石英ガラス基板8上にCuCrO2膜を形成する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、容器内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気したのち、基板を500°Cまで加熱した後に、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして酸素ガスを導入した。第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび石英窓4aを通してマグネシウムドープした銅クロム酸化物(CuCrO2)ターゲット5cに照射して、石英ガラス基板8上にCuCrO2薄膜を蒸着した。
Comparative Example 4
A method of forming a CuCrO 2 film on the quartz glass substrate 8 by heating the quartz glass substrate 8 during deposition using the vapor deposition apparatus shown in FIG. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum vessel 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is evacuated until the degree of vacuum in the vessel reaches about 5 × 10 −6 Pa. After heating the substrate to 500 ° C., oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction tube 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 1.33 Pa. By irradiating the 4th harmonic (266 nm) pulsed laser light emitted from the first Nd-YAG laser oscillator 9a to the magnesium-doped copper chromium oxide (CuCrO 2 ) target 5c through the optical system 7a and the quartz window 4a, quartz A CuCrO 2 thin film was deposited on the glass substrate 8.

なお、石英ガラス基板8の温度は室温で、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、CuCrO2薄膜の膜厚は約150nmとした。堆積中に石英ガラス基板8の加熱を行った以外は比較例2と同じにした。得られたCuCrO2薄膜の抵抗を四端針法により測定した結果を図3に示す。 The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature, the energy density of the ablation laser was about 25 W / cm 2 , and the thickness of the CuCrO 2 thin film was about 150 nm. The same as Comparative Example 2 except that the quartz glass substrate 8 was heated during the deposition. FIG. 3 shows the results of measuring the resistance of the obtained CuCrO 2 thin film by the four-end needle method.

図3に示すように、CuCrO2薄膜は室温で蒸着すると、結晶性が低く抵抗が非常に大きく、半導体膜としては不適であったが、実施例2のように光を照射して形成すると、抵抗が著しく低下することがわかる。また、図3に示すように、レーザ照射エネルギーを制御することによりCuCrO2薄膜の特性を幅広く制御することができ、例えば、0.6W/cm2のレーザ照射では、透明基板を500°Cに加熱して作成された比較例4のCuCrO2薄膜と同等の特性を加熱することなく得ることができる。 As shown in FIG. 3, when the CuCrO 2 thin film was deposited at room temperature, the crystallinity was low and the resistance was very large, which was unsuitable as a semiconductor film, but when formed by irradiating light as in Example 2, It turns out that resistance falls remarkably. In addition, as shown in FIG. 3, the characteristics of the CuCrO 2 thin film can be widely controlled by controlling the laser irradiation energy. For example, in the case of 0.6 W / cm 2 laser irradiation, the transparent substrate is heated to 500 ° C. Thus, it is possible to obtain the same characteristics as the CuCrO 2 thin film of Comparative Example 4 produced in this way without heating.

実施例3
実施例3では、実施例1および実施例2の結果を踏まえて、n型半導体膜とp型半導体膜を積層してpn接合を形成して、可視光透過半導体素子を作成する場合について説明する。
以下に、図1に示す蒸着装置を用いて、石英ガラス基板8上にCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)を形成する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、真空容器1内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧が0.133Paになるように、酸素ガスを導入した。次いで、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通してアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)ターゲット5aに照射して、石英ガラス基板8上にアルミニウムドープ酸化亜鉛薄膜を200nm程度形成して、透明電極層とした。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。
Example 3
In Example 3, based on the results of Example 1 and Example 2, a case where a visible light transmitting semiconductor element is formed by stacking an n-type semiconductor film and a p-type semiconductor film to form a pn junction will be described. .
Hereinafter, a method of forming CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al 1 wt%) on the quartz glass substrate 8 using the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum vessel 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is exhausted until the degree of vacuum in the vacuum vessel 1 becomes about 5 × 10 −6 Pa. After that, oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction pipe 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 0.133 Pa. Next, the 4th harmonic (266 nm) pulsed laser light emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a is irradiated to the aluminum-doped zinc oxide (AZO) target 5a through the optical system 7a and the light introduction window 4a, and the quartz glass is irradiated. An aluminum-doped zinc oxide thin film of about 200 nm was formed on the substrate 8 to form a transparent electrode layer. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature.

次に、ターゲットをノンドープの酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに変更し、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通して酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに照射して、石英ガラス基板8上のアルミニウムドープ酸化亜鉛薄膜上にノンドープの酸化亜鉛膜を蒸着し、この蒸着と同時に、堆積中の石英ガラス基板8に、第2Nd-YAGレーザ発振装置9bより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7bおよび光導入窓4bを通して照射した。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2、基板照射レーザのエネルギー密度は0.6W/cm2、ZnO薄膜の膜厚は約150nmとした。 Next, the target is changed to a non-doped zinc oxide (ZnO) target 5b, the oxygen atmosphere pressure is 1.33 Pa, and the fourth harmonic (266 nm) pulse emitted from the first Nd-YAG laser oscillator 9a. A laser beam is irradiated onto the zinc oxide (ZnO) target 5b through the optical system 7a and the light introduction window 4a to deposit a non-doped zinc oxide film on the aluminum-doped zinc oxide thin film on the quartz glass substrate 8, and simultaneously with this deposition. The quartz glass substrate 8 being deposited was irradiated with pulsed laser light of the fourth harmonic (266 nm) emitted from the second Nd-YAG laser oscillation device 9b through the optical system 7b and the light introduction window 4b. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature. Further, the energy density of approximately 25W / cm 2 ablation laser, the energy density of the substrate irradiated laser 0.6 W / cm 2, the ZnO film thickness was approximately 150 nm.

次に、ターゲットをマグネシウムドープした銅クロム酸化物(CuCrO2)ターゲット5cに変更し、酸素雰囲気圧を0.266Paになるようにして、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通してCuCrO2ターゲット5cに照射して、石英ガラス基板8上の酸化亜鉛薄膜上に銅クロム酸化物を蒸着し、この蒸着と同時に、堆積中の石英ガラス基板8に、第2Nd-YAGレーザ発振装置9bより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7bおよび光導入窓4bを通し照射した。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、基板照射レーザのエネルギー密度はおよそ0.6W/cm2、銅クロム酸化物の膜厚は約150nmとした。 Next, the target is changed to a magnesium-doped copper chrome oxide (CuCrO 2 ) target 5c, and the oxygen atmosphere pressure is set to 0.266 Pa, and the fourth harmonics emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a ( 266nm) is irradiated onto the CuCrO 2 target 5c through the optical system 7a and the light introduction window 4a to deposit copper chromium oxide on the zinc oxide thin film on the quartz glass substrate 8. The quartz glass substrate 8 in the center was irradiated with the fourth harmonic (266 nm) pulsed laser light emitted from the second Nd-YAG laser oscillation device 9b through the optical system 7b and the light introduction window 4b. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature. Also, the energy density of the ablation laser is about 25W / cm 2, the energy density of the substrate irradiated laser is about 0.6 W / cm 2, the thickness of the copper chromium oxide was about 150 nm.

図4は実施例3において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassの構成を示す図である。また、図5は実施例3において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassにおけるI-V特性を示す図であり、CuCrO2膜(p型半導体)を正極とし、ZnO膜(n型半導体)を負極として、2探針法を用いて半導pn接合を調べたところ、同図に示すような整流作用が確認できた。また、図6は光透過スペクトルを示す図であり、同図に示すように、実施例3において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassは、可視光領域で50%以上の透過率を維持しており、可視光領域で透明であることがわかる。 FIG. 4 is a view showing the structure of CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass produced in Example 3. FIG. 5 is a diagram showing IV characteristics in CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass produced in Example 3, with a CuCrO 2 film (p-type semiconductor) as a positive electrode and a ZnO film (n-type). The semiconducting pn junction was examined using the two-probe method with the negative electrode (semiconductor) as a negative electrode. FIG. 6 is a diagram showing a light transmission spectrum. As shown in FIG. 6, CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass produced in Example 3 is 50% or more in the visible light region. It can be seen that the transmittance is maintained and it is transparent in the visible light region.

実施例4
実施例3では、下部電極にZnO薄膜を用いているために、下部電極用、n型半導体用、およびp型半導体用の3つのターゲットを用意する必要があったが、実施例4では、実施例1においてZnO薄膜の特性を光照射によって制御できることから、1つのターゲットを用いて、下部電極に光照射せずに形成したZnO薄膜およびn型半導体層に光照射したZnO薄膜を形成した可視光透過半導体素子について説明する。
Example 4
In Example 3, since a ZnO thin film was used for the lower electrode, it was necessary to prepare three targets for the lower electrode, for the n-type semiconductor, and for the p-type semiconductor. Since the characteristics of the ZnO thin film can be controlled by light irradiation in Example 1, a single target was used to form a ZnO thin film formed without irradiating the lower electrode and a ZnO thin film irradiated with light on the n-type semiconductor layer. The transmissive semiconductor element will be described.

以下に、図1に示す蒸着装置を用いて、石英ガラス基板8上にCuCrO2/ZnO/ZnOを成膜する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、容器内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧が0.133Paになるように、酸素ガスを導入した。次いで、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通してノンドープの酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに照射して、石英ガラス基板8上に酸化亜鉛薄膜を200nm程度形成して、透明下部電極層とした。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。 Hereinafter, a method for forming a CuCrO 2 / ZnO / ZnO film on the quartz glass substrate 8 using the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum container 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is evacuated until the degree of vacuum in the container becomes about 5 × 10 −6 Pa. The oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction pipe 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 0.133 Pa. Next, the 4th harmonic (266 nm) pulsed laser light emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a is irradiated to the non-doped zinc oxide (ZnO) target 5b through the optical system 7a and the light introduction window 4a, thereby producing quartz glass. A zinc oxide thin film of about 200 nm was formed on the substrate 8 to form a transparent lower electrode layer. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature.

次に、同じノンドープの酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bを用いて、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通して酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに照射して、石英ガラス基板8上のアルミニウムドープ酸化亜鉛薄膜上にノンドープの酸化亜鉛膜を蒸着し、この蒸着と同時に、堆積中の石英ガラス基板8に、第2Nd-YAGレーザ発振装置9bより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7bおよび光導入窓4bを通して照射した。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、基板照射レーザのエネルギー密度は0.6W/cm2、酸化亜鉛薄膜の膜厚は約150nmとした。 Next, a fourth harmonic (266 nm) pulse laser emitted from the first Nd-YAG laser oscillator 9a using the same non-doped zinc oxide (ZnO) target 5b with an oxygen atmosphere pressure of 1.33 Pa. A zinc oxide (ZnO) target 5b is irradiated with light through the optical system 7a and the light introduction window 4a to deposit a non-doped zinc oxide film on the aluminum-doped zinc oxide thin film on the quartz glass substrate 8, and simultaneously with this deposition, The quartz glass substrate 8 being deposited was irradiated with the fourth harmonic (266 nm) pulsed laser light emitted from the second Nd-YAG laser oscillation device 9b through the optical system 7b and the light introduction window 4b. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature. Also, the energy density of the ablation laser is about 25W / cm 2, the energy density of the substrate irradiated laser 0.6 W / cm 2, the thickness of the zinc oxide thin film was about 150 nm.

さらに、ターゲットをマグネシウムドープした銅クロム酸化物(CuCrO2)ターゲット5cに変更し、酸素雰囲気圧を0.266Paになるようにして、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび光導入窓4aを通してCuCrO2ターゲット5cに照射して、石英ガラス基板8上の酸化亜鉛薄膜上に銅クロム酸化物を蒸着し、この蒸着と同時に、堆積中の石英ガラス基板8に、第2Nd-YAGレーザ発振装置9bより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7bおよび光導入窓4bを通し照射した。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、基板照射レーザのエネルギー密度はおよそ0.6W/cm2、酸化亜鉛薄膜の膜厚は約150nmとした。 Furthermore, the target was changed to a magnesium-doped copper chromium oxide (CuCrO 2 ) target 5c, and the oxygen atmosphere pressure was 0.266 Pa, and the fourth harmonic (266 nm) emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a. ) Is irradiated onto the CuCrO 2 target 5c through the optical system 7a and the light introduction window 4a to deposit copper chromium oxide on the zinc oxide thin film on the quartz glass substrate 8, and at the same time as this deposition, The quartz glass substrate 8 was irradiated with a 4th harmonic (266 nm) pulsed laser beam emitted from the second Nd-YAG laser oscillation device 9b through the optical system 7b and the light introduction window 4b. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature. Also, the energy density of the ablation laser is about 25W / cm 2, the energy density of the substrate irradiated laser is about 0.6 W / cm 2, the thickness of the zinc oxide thin film was about 150 nm.

図7は実施例4において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO/glassのI-V特性を示す図であり、同図に示すように、CuCrO2膜(p型半導体)を正極とし、ZnO膜(n型半導体)を負極として、2探針法を用いて半導pn接合を調べたところ整流作用が確認できた。さらに、実施例4の成膜法によれば、下部電極層とn型半導体膜に同一の酸化亜鉛ターゲット5bを使用することができるので、ターゲット数を減らし、コスト削減を図ることができる。 FIG. 7 is a diagram showing IV characteristics of CuCrO 2 / ZnO / ZnO / glass produced in Example 4. As shown in FIG. 7, a CuCrO 2 film (p-type semiconductor) is used as a positive electrode, and a ZnO film (n When the semiconducting pn junction was examined using a two-probe method with a negative-type semiconductor) as the negative electrode, rectification was confirmed. Furthermore, according to the film forming method of Example 4, since the same zinc oxide target 5b can be used for the lower electrode layer and the n-type semiconductor film, the number of targets can be reduced and the cost can be reduced.

比較例5
図1に示す蒸着装置を用いて、基板照射レーザによる光照射を行わず、石英ガラス基板8上にCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)を成膜する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、容器内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、酸素ガス導入管3から、酸素雰囲気圧が0.133Paになるように、酸素ガスを導入した。次いで、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび石英窓4aを通してアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)ターゲット5aに照射して、石英ガラス基板8上にアルミニウムドープ酸化亜鉛薄膜を200nm程度形成して、透明下部電極層とした。なお、石英ガラス基板の温度は室温とした。
Comparative Example 5
A method for forming a CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al 1 wt%) film on a quartz glass substrate 8 without performing light irradiation by a substrate irradiation laser using the vapor deposition apparatus shown in FIG. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum container 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is evacuated until the degree of vacuum in the container becomes about 5 × 10 −6 Pa. Then, oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction tube 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 0.133 Pa. Next, a 4th harmonic (266 nm) pulsed laser beam emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a is irradiated to the aluminum-doped zinc oxide (AZO) target 5a through the optical system 7a and the quartz window 4a, thereby producing a quartz glass substrate. An aluminum-doped zinc oxide thin film having a thickness of about 200 nm was formed on 8 to form a transparent lower electrode layer. The temperature of the quartz glass substrate was room temperature.

次に、ターゲットをノンドープの酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに変更し、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして、石英ガラス基板8にはレーザ照射を行わず、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび石英窓4aを通してアルミニウムドープ酸化亜鉛ターゲットに照射して、石英ガラス基板8上のアルミニウムドープ酸化亜鉛薄膜上にノンドープの酸化亜鉛膜を蒸着した。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、酸化亜鉛薄膜の膜厚は約150nmとした。 Next, the target is changed to a non-doped zinc oxide (ZnO) target 5b, the oxygen atmospheric pressure is 1.33 Pa, the quartz glass substrate 8 is not irradiated with laser, and the first Nd-YAG laser oscillation device 9a Non-doped zinc oxide on the aluminum-doped zinc oxide thin film on the quartz glass substrate 8 by irradiating the aluminum-doped zinc oxide target with the 4th harmonic (266 nm) pulsed laser beam emitted from the optical system 7a and the quartz window 4a. A film was deposited. The energy density of the ablation laser was about 25 W / cm 2 and the thickness of the zinc oxide thin film was about 150 nm.

次に、ターゲットをマグネシウムドープした銅クロム酸化物(CuCrO2)ターゲット5cに変更し、酸素雰囲気圧を0.266Paになるようにして、石英ガラス基板8にはレーザ照射を行わず、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび石英窓4aを通してCuCrO2ターゲット5cに照射して、石英ガラス基板8上の酸化亜鉛薄膜上に銅クロム酸化物を蒸着した。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2、銅クロム酸化物薄膜の膜厚は約150nmとした。 Next, the target is changed to a magnesium-doped copper chromium oxide (CuCrO 2 ) target 5c, the oxygen atmospheric pressure is set to 0.266 Pa, the quartz glass substrate 8 is not irradiated with laser, and the first Nd-YAG The CuCrO 2 target 5c is irradiated with the 4th harmonic (266nm) pulsed laser light emitted from the laser oscillation device 9a through the optical system 7a and the quartz window 4a to oxidize copper chromium on the zinc oxide thin film on the quartz glass substrate 8. Things were deposited. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature. The energy density of the ablation laser was about 25 W / cm 2 and the film thickness of the copper chrome oxide thin film was about 150 nm.

図6の光透過スペクトルに示すように、比較例5において成膜されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassは可視光領域が50%以上であることが確認できた。しかし、図8のI-V特性に示すように、比較例5において成膜されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassは整流作用を確認することはできなかった。 As shown in the light transmission spectrum of FIG. 6, it was confirmed that CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass formed in Comparative Example 5 had a visible light region of 50% or more. However, as shown in the IV characteristics of FIG. 8, CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass formed in Comparative Example 5 could not confirm the rectifying action.

比較例6
図1に示す装置を用いて、基板照射レーザによる光照射を行わず、成膜後にポストサーマルアニールを行って、石英ガラス基板8上にCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)を成膜する方法について説明する。まず、真空容器1内に、石英ガラス基板8を所定位置に設置して、排気バルブ2を開放し、容器内の真空度が5×10-6Pa程度になるまで真空ポンプ11で排気した後、酸素ガス導入管(ステンレス鋼管)3から、酸素雰囲気圧が0.133Paになるように、酸素ガスを導入した。次いで、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび石英窓4aを通してアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)ターゲット5aに照射して、石英ガラス基板8上にアルミニウムドープ酸化亜鉛薄膜を200nm程度形成して、透明下部電極層とした。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。
Comparative Example 6
Using the apparatus shown in FIG. 1, a method of forming CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) on a quartz glass substrate 8 by performing post-thermal annealing after film formation without performing light irradiation with a substrate irradiation laser. Will be described. First, the quartz glass substrate 8 is placed in a predetermined position in the vacuum container 1, the exhaust valve 2 is opened, and the vacuum pump 11 is evacuated until the degree of vacuum in the container becomes about 5 × 10 −6 Pa. Then, oxygen gas was introduced from the oxygen gas introduction pipe (stainless steel pipe) 3 so that the oxygen atmosphere pressure was 0.133 Pa. Next, a 4th harmonic (266 nm) pulsed laser beam emitted from the first Nd-YAG laser oscillation device 9a is irradiated to the aluminum-doped zinc oxide (AZO) target 5a through the optical system 7a and the quartz window 4a, thereby producing a quartz glass substrate. An aluminum-doped zinc oxide thin film having a thickness of about 200 nm was formed on 8 to form a transparent lower electrode layer. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature.

次に、ターゲットをノンドープの酸化亜鉛(ZnO)ターゲット5bに変更し、酸素雰囲気圧を1.33Paになるようにして、石英ガラス基板8にはレーザ照射を行わず、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7aおよび石英窓4aを通してアルミニウムドープ酸化亜鉛ターゲットに照射して、石英ガラス基板8上のアルミニウムドープ酸化亜鉛薄膜上にノンドープの酸化亜鉛膜を蒸着した。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、酸化亜鉛薄膜の膜厚は約150nmとした。 Next, the target is changed to a non-doped zinc oxide (ZnO) target 5b, the oxygen atmospheric pressure is 1.33 Pa, the quartz glass substrate 8 is not irradiated with laser, and the first Nd-YAG laser oscillation device 9a Non-doped zinc oxide on the aluminum-doped zinc oxide thin film on the quartz glass substrate 8 by irradiating the aluminum-doped zinc oxide target with the 4th harmonic (266 nm) pulsed laser beam emitted from the optical system 7a and the quartz window 4a. A film was deposited. The energy density of the ablation laser was about 25 W / cm 2 and the thickness of the zinc oxide thin film was about 150 nm.

さらに、ターゲットをマグネシウムドープした銅クロム酸化物(CuCrO2)5cに変更し、酸素雰囲気圧を0.266Paになるようにして、石英ガラス基板8には照射レーザを行わず、第1Nd-YAGレーザ発振装置9aより放出した4倍高調波(266nm)のパルスレーザ光を光学系7a
および石英窓4aを通してCuCrO2ターゲット5cに照射して、石英ガラス基板8上の酸化亜鉛薄膜上に銅クロム酸化物を蒸着した。なお、石英ガラス基板8の温度は室温とした。また、アブレーションレーザのエネルギー密度はおよそ25W/cm2で、銅クロム酸化物薄膜の膜厚は約150nmとした。そして、石英ガラス基板8上に成膜されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)を、真空容器1内でガス雰囲気が0.266Paになるようにして、500°Cで10分間アニールした。
In addition, the target was changed to magnesium-doped copper chromium oxide (CuCrO 2 ) 5c, the oxygen atmosphere pressure was 0.266 Pa, and the quartz glass substrate 8 was not irradiated with laser, and the first Nd-YAG laser oscillation 4th harmonic (266nm) pulsed laser light emitted from device 9a is used as optical system 7a.
Then, the CuCrO 2 target 5c was irradiated through the quartz window 4a to deposit copper chromium oxide on the zinc oxide thin film on the quartz glass substrate 8. The temperature of the quartz glass substrate 8 was room temperature. The energy density of the ablation laser was about 25 W / cm 2 and the film thickness of the copper chrome oxide thin film was about 150 nm. Then, CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al 1 wt%) formed on the quartz glass substrate 8 was annealed at 500 ° C. for 10 minutes so that the gas atmosphere was 0.266 Pa in the vacuum vessel 1.

図9は比較例6において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassにおけるI-V特性を示す図であり、CuCrO2膜(p型半導体)を正極とし、ZnO膜(n型半導体)を負極として、2探針法を用いて半導pn接合を調べたところ、同図に示すような整流作用を確認することができた。また、図6の光透過スペクトルに示すように、可視光透過率が50%以上あることが確認できた。 FIG. 9 is a diagram showing IV characteristics in CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass produced in Comparative Example 6, with a CuCrO 2 film (p-type semiconductor) as a positive electrode and a ZnO film (n-type semiconductor). Using a two-probe method with a negative electrode as the negative electrode, a semiconducting pn junction was examined, and a rectifying action as shown in the figure was confirmed. Further, as shown in the light transmission spectrum of FIG. 6, it was confirmed that the visible light transmittance was 50% or more.

上記の実施例および比較例との対比から明らかなように、石英ガラス基板8を加熱することなく、可視光透過半導体素子を作成することができる。なお、上記実施例ではレーザアブレーションを用いて半導体膜を堆積する場合について説明したが、これに限られるものではない。   As is clear from comparison with the above-described examples and comparative examples, a visible light transmitting semiconductor element can be produced without heating the quartz glass substrate 8. In the above embodiment, the case where the semiconductor film is deposited using laser ablation has been described. However, the present invention is not limited to this.

図1は、本発明の可視光透過半導体素子を作製するために用いた蒸着装置の1例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a vapor deposition apparatus used for producing a visible light transmitting semiconductor element of the present invention. 実施例1、比較例1および比較例2において得られた酸化亜鉛薄膜の抵抗を四端針法により測定した結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results of measuring resistance of the zinc oxide thin films obtained in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 by a four-end needle method. 実施例2、比較例3および比較例4において得られた酸化亜鉛薄膜の抵抗を四端針法により測定した結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the results of measuring resistance of the zinc oxide thin films obtained in Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 by a four-end needle method. 実施例3において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassの構成を示す図である。4 is a diagram showing a configuration of CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass produced in Example 3. FIG. 実施例3において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassのI-V特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing IV characteristics of CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass produced in Example 3. 実施例3、比較例5および比較例6の光透過スペクトルを示す図である。FIG. 6 is a graph showing light transmission spectra of Example 3, Comparative Example 5 and Comparative Example 6. 実施例4において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO/glassのI-V特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing IV characteristics of CuCrO 2 / ZnO / ZnO / glass produced in Example 4. 比較例5において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassのI-V特性に示す図である。FIG. 6 is a view showing IV characteristics of CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass produced in Comparative Example 5. 比較例6において作製されたCuCrO2/ZnO/ZnO(Al1wt%)/glassのI-V特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing IV characteristics of CuCrO 2 / ZnO / ZnO (Al1 wt%) / glass produced in Comparative Example 6.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空容器
2 排気バルブ
3 ガス導入管
4a、4b 光導入窓
5a ZnOターゲット
5b AlドープZnOターゲット
5c CuCrO2ターゲット
6a、6b 紫外光レーザビーム
7a、7b 光学系
8 透明基板
9a 第1Nd-YAGレーザ発振装置
9b 第2Nd-YAGレーザ発振装置
10 試料ホルダ
11 真空ポンプ
12 酸素ガス供給源
13 マスフローコントローラ
1 Vacuum container
2 Exhaust valve
3 Gas inlet pipe
4a, 4b Light introduction window
5a ZnO target
5b Al-doped ZnO target
5c CuCrO 2 target
6a, 6b UV laser beam
7a, 7b optics
8 Transparent substrate
9a 1st Nd-YAG laser oscillator
9b Second Nd-YAG laser oscillator
10 Sample holder
11 Vacuum pump
12 Oxygen gas supply source
13 Mass flow controller

Claims (14)

透明基板と、該透明基板への半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜とからなることを特徴とする可視光透過半導体素子。   A visible light transmitting semiconductor element comprising: a transparent substrate; and a semiconductor film formed while irradiating light from a light emitting device during deposition of a material containing a semiconductor composition on the transparent substrate. 透明基板と、該透明基板へのn型半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜と、該半導体膜へのp型半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜とからなることを特徴とする可視光透過半導体素子。   A transparent substrate, a semiconductor film formed while irradiating light from a light-emitting device during deposition of a material containing the composition of the n-type semiconductor on the transparent substrate, and a composition of the p-type semiconductor on the semiconductor film A visible light transmitting semiconductor element comprising: a semiconductor film formed while irradiating light from a light emitting device during material deposition. 透明基板と、該透明基板へのp型半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜と、該半導体膜へのn型半導体の組成を含む材料の堆積中に光放出装置からの光を照射しながら形成される半導体膜とからなることを特徴とする可視光透過半導体素子。   A transparent substrate, a semiconductor film formed while irradiating light from a light-emitting device during deposition of a material containing the composition of the p-type semiconductor on the transparent substrate, and an n-type semiconductor composition on the semiconductor film A visible light transmitting semiconductor element comprising: a semiconductor film formed while irradiating light from a light emitting device during material deposition. 前記光放出装置から照射される光の波長は、前記半導体膜の吸収端より短い波長であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子。   4. The visible light transmitting semiconductor according to claim 1, wherein a wavelength of light emitted from the light emitting device is shorter than an absorption edge of the semiconductor film. element. 前記半導体膜は、バンドギャップ2.5eV以上の半導体からなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子。   5. The visible light transmitting semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor film is made of a semiconductor having a band gap of 2.5 eV or more. 前記半導体膜は、ZnO、SnO2、In2O3、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、InGaZnO4、GaN、銅アルミ酸化物、銅ガリウム酸化物、銅インジウム酸化物、銅クロム酸化物、銅スカンジウム酸化物、銅イットリウム酸化物、銀インジウム酸化物、ストロンチウム銅酸化物、および窒化ガリウムから選ばれる材料を主成分とすることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子。 The semiconductor film, ZnO, SnO 2, In 2 O 3, CdIn 2 O 4, MgIn 2 O 4, ZnGa 2 O 4, InGaZnO 4, GaN, copper aluminum oxide, copper gallium oxide, copper indium oxide, 6. The material according to claim 1, wherein the main component is a material selected from copper chromium oxide, copper scandium oxide, copper yttrium oxide, silver indium oxide, strontium copper oxide, and gallium nitride. The visible light transmissive semiconductor element according to any one of claims. 前記半導体膜は、Mg、Ca、Sr、Sb、B、Al、Ga、In、N、Ni、SnまたはCrの1つまたは複数の材料が添加されていることを特徴とする請求項6に記載の可視光透過半導体素子。   7. The semiconductor film according to claim 6, wherein one or more materials of Mg, Ca, Sr, Sb, B, Al, Ga, In, N, Ni, Sn, or Cr are added. Visible light transmissive semiconductor element. 前記透明基板と前記透明基板上に形成される前記半導体膜との間に、可視光透過電極層が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子。   7. The visible light transmitting electrode layer is formed between the transparent substrate and the semiconductor film formed on the transparent substrate, according to any one of claims 1 to 6. The visible light transmitting semiconductor element described. 前記可視光透過電極層は、ZnO、SnO2、In2O3、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、InGaZnO4、GaN、銅アルミ酸化物、銅ガリウム酸化物、銅インジウム酸化物、銅クロム酸化物、銅スカンジウム酸化物、銅イットリウム酸化物、銀インジウム酸化物、およびストロンチウム銅酸化物から選ばれる材料を主成分とすることを特徴とする請求項8に記載の可視光透過半導体素子。 The visible light transmission electrode layer, ZnO, SnO 2, In 2 O 3, CdIn 2 O 4, MgIn 2 O 4, ZnGa 2 O 4, InGaZnO 4, GaN, copper aluminum oxide, copper gallium oxide, copper indium 9. The visible light according to claim 8, characterized by comprising as a main component a material selected from an oxide, a copper chromium oxide, a copper scandium oxide, a copper yttrium oxide, a silver indium oxide, and a strontium copper oxide. Transparent semiconductor element. 前記可視光透過電極層は、Mg、Ca、Sr、Sb、B、Al、Ga、In、N、Ni、SnまたはCrの1つまたは複数の材料が添加されていることを特徴とする請求項9に記載の可視光透過半導体素子。   The visible light transmitting electrode layer is characterized in that one or more materials of Mg, Ca, Sr, Sb, B, Al, Ga, In, N, Ni, Sn or Cr are added. 10. A visible light transmitting semiconductor element according to 9, 前記p型半導体膜とn型半導体膜との間に、可視光透過真性半導体層または可視光透過絶縁性層が形成されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の可視光透過半導体素子。   4. The visible light according to claim 2, wherein a visible light transmitting intrinsic semiconductor layer or a visible light transmitting insulating layer is formed between the p-type semiconductor film and the n-type semiconductor film. Transparent semiconductor element. 前記可視光透過真性半導体は、ZnO、SnO2、In2O3、CdIn2O4、MgIn2O4、ZnGa2O4、InGaZnO4およびGaNから選ばれる材料を主成分とすることを特徴とする請求項11に記載の可視光透過半導体素子。 The visible light transmitting intrinsic semiconductor is characterized by comprising as a main component a material selected from ZnO, SnO 2 , In 2 O 3 , CdIn 2 O 4 , MgIn 2 O 4 , ZnGa 2 O 4 , InGaZnO 4 and GaN. 12. The visible light transmissive semiconductor element according to claim 11. 前記可視光透過絶縁性層は、SiO2、SnO2、B2O3、P2O5、ZnO、Y2O3、ZrO2、HfO2、CeO、MgO、Bi2O3およびTiO2から選ばれる材料を主成分とすることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の可視光透過半導体素子。 The visible light transmission insulating layer, SiO 2, SnO 2, B 2 O 3, P 2 O 5, ZnO, Y 2 O 3, ZrO 2, HfO 2, CeO, MgO, from Bi 2 O 3 and TiO 2 13. The visible light transmissive semiconductor element according to claim 11 or 12, wherein a selected material is a main component. 前記光放出装置から光が照射される際に、前記透明基板の温度が制御されることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1つの請求項に記載の可視光透過半導体素子の製造方法。
14. The visible light transmitting semiconductor element according to claim 1, wherein the temperature of the transparent substrate is controlled when light is emitted from the light emitting device. Production method.
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