JP4392477B2 - 多結晶半導体部材およびその作成方法 - Google Patents

多結晶半導体部材およびその作成方法 Download PDF

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Description

本発明は、透明の半導体素子を構成するのに適した半導体部材に関し、特に透明度の高く、抵抗率の低い亜鉛酸化物に関する。
亜鉛と酸素を構成元素とする多結晶酸化亜鉛部材は、受光素子、表面弾性波素子、圧電素子、透明導電電極、能動素子等への応用が期待されている。作成方法としては、超高真空を用いたＭＢＥ法、レーザーアベレーション法、スパッタリング法、真空蒸着法、ゾルゲル法、ＭＯ−ＣＶＤ法、等の多くの方法が検討されている。
透明トランジスタ等の能動素子について言えば、結晶性の観点から、超高真空を用いたＭＢＥ法とレーザー・アベレーション法を併用した方法が主流となっている。しかし、この方法は低価格、大面積の能動素子を実現するには、好ましい作成方法ではない。しかしながら、透明導電電極の作成には、上記方法が用いられ、トップデータを叩き出している。また、大面積堆積ではスパッタリング法が試みられているが、ＭＢＥ法に匹敵する低抵抗率は得られていない。このような現状から、結晶性が良く大面積薄膜の形成が可能なＭＯ−ＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition System）に注目が集まっている。
βジケトン化合物の有機金属を用いた酸化亜鉛材料のＭＯ−ＣＶＤ法による作成は、南らによりAppl.Pbys.Lett.,41（1982）958に示されている。この内容は、材料の使用目的として透明導電電極に限られており、ガラス基板上へ形成されたｃ軸配向性を有する多結晶酸化亜鉛薄膜に関するもので、抵抗率も十分なものではなかった。また、この作成法を用いて他の素子に応用した例に関しては、報告がない。
ＭＢＥ法を用いて、酸化亜鉛を透明トランジスタ素子に応用した例は、東工大の川崎らにより平成１２年春季応用物理学会講演会予稿集で報告されている。この報告では、基板としてガラス基板を用いているが、結晶配向性はウルツ鉱構造のｃ軸である。
薄膜の深さ方向の伝導を用いる太陽電池と異なり、透明トランジスタ、透明導電電極、表面弾性波素子は面内方向の伝導を利用する素子である。東北大学の中村らは（Jpn.J.Appl.Pbys 39（2000）L534）ＭＢＥ法を用いて、ａ軸配向の単結晶酸化亜鉛薄膜が表面弾性波素子に適していることを報告している。
多結晶あるいは非晶質基板上に形成された酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜は、結晶軸のｃ軸配向性を示す場合が殆どである。これは、ＺｎとＯのイオン結合が強いことによるためと考えられている。ａ軸配向の酸化亜鉛薄膜を得る方法として、本発明の発明者は、直流バイアスを印加したスパッタリング法を提案し、第４５回応用物理学会連合講演会 講演予稿集 30aPB／II p．630（平成10年3月）で報告している。この手法では、支持基板を導電性金属にするか、あるいはガラス等の絶縁性基板表面にＩＴＯやＡｌなどの導電性薄膜を形成し、それらの導電性薄膜に直流バイアスを印加して酸化亜鉛薄膜を形成するものである。この手法はａ軸への配向性制御が可能になったものの、結晶性が十分なものでなかった。また、このａ軸配向の基板を用いて透明薄膜トランジスタ構造を形成すると、図１に示すような構成となる。この透明薄膜トランジスタ構造は、ａ軸配向酸化亜鉛薄膜３０にソース電極４２，ゲート酸化膜４３とゲート電極４４，およびドレイン電極４５を形成した構成である。しかし、この透明薄膜トランジスタ構造は、ガラス基板１０上に直流バイアスを印加するための導電性薄膜２０を形成しているため、ソース電極４２とドレイン電極４５間に電流を流すと、本来、酸化亜鉛薄膜３０を流れるべき電流の経路は、酸化亜鉛に比べて非常に低抵抗のＩＴＯやＡｌなどの導電性薄膜２０中を流れてしまう。この結果、透明トランジスタは全く機能しないという構造上の問題が発生する。
次に、結晶性を改善させる手法として、本発明の発明者は、上記手法で作成したａ軸配向酸化亜鉛薄膜を種結晶とし、この上部に常圧ＭＯ−ＣＶＤ法を用いて多結晶酸化亜鉛薄膜をエビタキシャル的に成長させる試みを行い、高い結晶配向性を得たことを日本表面科学会 東北支部連合会 講演予稿集 G1 P32（平成10年11月）で報告した。しかしながら、上記透明トランジスタに応用した場合における構造上の問題点が改善した訳ではなかった。
このａ軸配向酸化亜鉛薄膜の応用の１つに電子写真感光体がある。ａ軸配向酸化亜鉛は、柱状結晶が倒れた構造をしており、この上部にＭＯ−ＣＶＤ法により酸化亜鉛薄膜を成長させると、大きな結晶粒が成長する。これが、電子写真感光体の光感度を向上させる。光感度の向上を証明している論文としてD.H.Zhang, D.E Brodie らの（Photoresponse of polycrystalline ZnO films deposited by r,f,bias sputtering;Thin Solid Films 261(1995)334-339)という論文がある。この論文では、ａ軸配向の光感度がｃ軸に比べて格段に高いことを説明している。電子写真感光体の断面図は、図２に示すような構造をしている。動作メカニズムとしては、まず、酸化亜鉛薄膜７０の表面に電荷を帯電し、この電荷で発生する電界により、外部からの入射光で対生成した光キャリアを基板６０と垂直な方向へと分離させる。図２では正の電位が表面に帯電しているので、光で対生成した光キャリアの一方である電子は表面に、他の正孔は基板に引き寄せられる。このように基板に垂直な電界を発生させるには、支持基板面６０に電位を供給するための導電性基板がなければならず、従来は低抵抗の導電体であるＡｌ板をドラム状にして利用していた。Ａｌ板の代わりに絶縁性基板の上に導電性薄膜であるＩＴＯ、Ａｌを形成しても良い。以上のことから、ａ軸配向酸化亜鉛薄膜を形成するために、ガラス基板上に導電性薄膜を形成する構造を有することは、透明トランジスタへの応用にとっては大きな欠陥であったが、電子写真感光体にとっては必要不可欠なものであることは言うまでもない。上記、電子写真感光体への応用例をまとめ、本発明の発明者らは、特開２０００−１３７３４２号に感光体、電子写真装置及び感光体容器という名称で特許出願した。
本特許の目的は、平面方向に移動度が高い、結晶軸のａ軸配向性を持つ多結晶酸化亜鉛半導体部材およびその作成方法を提供するものである。
また、可視の領域で透明性を有する酸化亜鉛半導体部材も本発明の目的である。
上記目的を達成するために、本発明は、基板上に形成される多結晶半導体部材であって、構成元素として亜鉛、酸素を少なくとも有し、結晶配向面がウルツ鉱構造ａ軸に配向していることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明は、多結晶透明半導体部材の作成方法であって、透明な支持基板上に、導電膜を形成し、前記形成した導電膜に直流バイアスを印加して、スパッタリング法によりａ軸配向性を有する多結晶酸化亜鉛薄膜を作成し、ＭＯ−ＣＶＤ法により、ａ軸配向性を有する第２の多結晶酸化亜鉛薄膜を、前記多結晶酸化亜鉛薄膜上に形成する工程を備え、前記ＭＯ−ＣＶＤ法は、水和性のアセチルアセトン亜鉛を原料に使用し、前記導電膜は金属であり、前記ＭＯ−ＣＶＤ法による第２の多結晶酸化亜鉛薄膜を作成することにより、前記金属の導電膜を酸化して透明度を高めることを特徴とする多結晶透明半導体部材の作成方法である。
前記水和性のアセチルアセトン亜鉛を予備加熱して分解し、酸素ガスとの反応性を改善することができる。また、前記アセチルアセトン亜鉛は、Ｉ族またはIII族の不純物を含み、ｎ型やｐ型の半導体を得ることができる。
上述の多結晶透明半導体部材の作成方法を用いて作成され、前記第２の酸化亜鉛薄膜上に透明な電極を設け、能動素子を形成するとともに、可視領域において５０％以上の透過率を有していることを特徴とする透明半導体も本発明である。
透明基板、金属酸化膜、第１のａ軸配向性酸化亜鉛薄膜、第２のａ軸配向性酸化亜鉛薄膜を上述の作成方法で積層し、該第２のａ軸配向性酸化亜鉛薄膜上に、透明なソース電極およびドレイン電極と、透明なゲート絶縁膜およびゲート電極とを設けて半導体素子とすることにより、前記素子は可視領域において５０％以上の透過率を有している透明半導体素子を得ることができる。
前記金属酸化膜をタングステンやチタンの酸化膜とすることにより、経時変化の少ない透明半導体素子とすることができる。
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の目的であるａ軸配向のＺｎＯ薄膜を作成するには、結晶性基板または非晶質基板等の上に、ウルツ鉱構造ａ軸配向性を有する酸化亜鉛薄膜を作成することが重要である。これには、基板に直流バイアスを印加した状態で、高周波スパッタリング法を用いる。
透明素子の形成に適した透明な基板１１０として、非晶質基板としては、鉛ガラス、パイレックス（登録商標）・ガラス、石英ガラス等が用いられる。また、多結晶基板としては、単結晶に近い配向性を有する、酸化アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム・チタン等のセラミック基板がある。
図３は、本発明のａ軸配向性を有する酸化亜鉛薄膜を形成する過程の例を示す図である。非晶質基板を用いる場合は、まず、透明基板１１０上に例えば蒸着を用いて、導電性の膜１２０を形成する（図３（ａ）−（ｂ）参照）。導電性の膜１２０としては、酸化亜銀のｎ型不純物となるIII族の材料が適している。具体的な材料としては、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ等の金属あるいは化合物が用いられる。しかし、ｐ型不純物となるＩ族の材料で導電性の膜を形成してもよい。
この導電膜１２０上に、図３（ｃ）に示すように、直流バイアスを印加した高周波スパッタリング法を用いて、第１のＺｎＯ膜１３０を形成する。直流バイアスの印加法としては、透明基板１１０に堆積した導電性の膜１２０の表面に直流バイアスを加える。直流バイアスは、定電圧源、定電流源のどちらを用いても良い。直流バイアスを印加できれば、スパッタ電源として高周波以外の周波数、たとえばマイクロ波を用いても良い。
図４に、定電圧源による直流バイアスの印加電圧を変えた場合の、Ｘ線回折測定の結果のグラフを示す。図４のグラフは、ガラス基板上の直流バイアスを導電させる薄膜として、Ａｌを用いた場合を示している。
図４から明らかなように、正のバイアス電圧ではウルツ鉱構造ｃ軸である（００２）軸が優先配向となっているが、直流バイアスが−２５Ｖ以上でａ軸配向である（１１０）軸が出現している。図４のグラフに示した結果は、再現性良く得られる。導電性薄膜を、例えば、Ｉｎ化合物であるＩＴＯ（酸化錫インジウム合金）に変えてもほぼ同様な結果が得られた。これは、基板への負のＤＣバイアスの印加により正イオンが基板表面に衝撃を与え、六方晶構造のｃ軸配向がａ軸配向面へと傾斜し、再配列したものと考えられる。
この工程ではＡｌ薄膜を使用しているため、最終工程までに、このＡｌ薄膜を酸化させ、透明な絶縁物とする必要がある。また、制御性良くａ軸に酸化亜鉛を配向させるために、酸化前のＡｌ薄膜の表面抵抗も重要な要素である。図５は、Ａｌの表面抵抗と配向性の関係を示す図である。この図から分かるように、測定針の間隔を５ｍｍとしたときの表面抵抗が３ｋΩを境にして配向性が大きく変化する。この結果から、直流バイアスとＡｌの表面抵抗とにより配向位を制御できることが判る。そのため、このＡｌ薄膜の膜厚を上述の抵抗値を得ることができる１００Åから８００Åの間で制御する必要がある。
図６は、Ａｌ薄膜を用いた場合の透明度を示す図である。図６において、（ａ）Ａｌ薄膜をパイレックス（登録商標）・ガラス基板上に堆積した試料、（ｂ）はその上部にスパッタリング装置を用いて、ａ軸配向酸化亜鉛薄膜を堆積した試料の透明度を示している。どちらの試料もＡｌ薄膜の透過率の低さを反映して、可視領域全域で３０％程度の低い透過率を占めす。このように、スパッタリングのみで作成した酸化亜鉛薄膜は、ａ軸に配向しているものの、不透明となり透明デバイスには利用できない。
次に、図３（ｄ）に示すように、この試料の表面に第２の酸化亜鉛薄膜１４０を常圧ＭＯ−ＣＶＤ法により形成する。この常圧ＣＶＤ法にはアセチルアセトン金属を原料に用いる。
ここで、常圧ＭＯ−ＣＶＤ法において、原料に用いているアセチルアセトン金属について説明する。例えば、βジケトン化合物の有機金属の1つであるアセチルアセトン亜鉛（Ｚｎ（ａｃａｃ）2）は、試薬として市販されており、純度は９９．８％から９９．９９％のものが一般的である。このＺｎ（ａｃａｃ）2には、図７に示す分子構造式のような、水分子を水和物として亜鉛元素に結合しているＺｎ（ａｃａｃ）2（Ｈ2Ｏ）と、非水和物のＺｎ（ａｃａｃ）2がある。市販の試薬には両者を区別する明確な記載が無く、水和物と非水和物が混在して販売されている。Ｚｎ（ａｃａｃ）2（Ｈ2Ｏ）は、精製の過程で水分子が１分子結合している１水和物で構成されており、これが最も安定な水和物である。
さて、水和物と非水和物の原料評価方法として、熱分析法（ＤＴＡ）と熱重量（ＴＧ）法がある。熱分析法とは、材料の構造が変化するときの吸熱あるいは発熱反応を測定するものである。熱重量法は、材料が昇華あるいは蒸発していくときの重量変化を測定するものである。重量変化は、加熱速度に対応して異なる値を示すが、吸熱及び発熱反応は、材料固有の値となる。
図８にＺｎ（ａｃａｃ）２の水和物原料（ａ）及び非水和物原料（ｂ）のＴＧ、ＤＴＡ測定結果を示す。ＤＴＡとＴＧの測定条件は、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、Ｎ2ガス流量２００ｃｃ／ｍｉｎの大気圧雰囲気とした。図８における水和物（ａ）のＴＧ曲線は、５０℃付近から少しずつ重量が減少し始め、ＤＴＡ曲線にも大きな吸熱反応が見られた。これは、温度上昇に伴い、Ｚｎ（ａｃａｃ）２材料のＺｎ原子に水和物として結合している水分子が徐々に蒸発しているためと考えられる。さらに材料が加熱されると、重量減少は、ＤＴＡ曲線の溶融ピーク（１３２．１℃）付近から急に大きくなる。非水和物原料（ｂ）のＴＧ曲線は、６０℃付近から一様に減少し、水和物より若干高い溶融ピーク（１３３．４℃）付近から急激に減少する。
結晶性及び再現性の見地から、常圧ＭＯ−ＣＶＤ法における薄膜作成においては、非水和物に比べ、水和物を用いるのが好ましい。また、薄膜作成では、水和物と非水和物を混在して使用することは良質な薄膜を作成する妨げとなる。また、溶融温度も良質なＺｎＯ薄膜の作成には重要である。溶融温度は１３２℃から１３５℃の範囲が良い。
ＺｎＯ薄膜の作成に用いる有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）装置２００を図９に示す。本発明の実施形態では図３で示したように、工業的な大量生産を考慮して、結晶方位を決定する第１の多結晶酸化亜鉛薄膜をスパッタリング法、第２の多結晶酸化亜鉛薄膜を常圧ＭＯ−ＣＶＤ法で形成している。
図９において、常圧ＭＯ−ＣＶＤ原料のＺｎ（ａｃａｃ）２はガラス製の加熱炉（容器）２１８に充填されている。原料のＺｎ（ａｃａｃ）２は熱分析で構造安定性が確認された、純度９９．９９％のものを使用している。加熱炉で昇華した原料は、フローメータ（ＦＭ）２２２で流量が制御された、容器２１２からの窒素（Ｎ２）キャリアガスにより、薄膜を堆積させる反応室２３０まで運ばれる。また、容器２１４からの酸素の原料である酸素ガス（Ｏ２）は、原料との気相反応を避けるために、薄膜を堆積する基板の直前までガラス管で分離して輸送している。
Ｚｎ（ａｃａｃ）２は、Ｏ２ガスとの反応性が低く、通常、酸素の供給原料として純水を使用する必要があった。しかし、常圧ＣＶＤプロセスで純水を原料に用いた場合、配管や装置の低温領域に凝縮した水分が周囲温度の上昇に伴って再蒸発し、薄膜組成の再現性が得にくいことが知られている。これは、工業的な製造プロセスの障害となる可能性が大きい。図９に示した本発明の実施形態に用いる装置２００では、Ｏ２ガスとの化学的反応性の低さを補う目的で、反応室２３０直前に予備加熱領域２２０を設け、加熱によりＺｎ（ａｃａｃ）２原料の分解を促進させた。この構成も本発明の実施形態の特徴の一つである。
第２の多結晶酸化亜鉛薄膜にさらにドーピング材料として、Ｉ族化合物であるＬｉ，Ｃｕ、III族化合物であるＢ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ等のアセチルアセトン金属あるいはデピパロイル・メタネート（ＤＰＭ）金属を用いて、薄膜作製の際に不純物を添加することもある。
図１０は、リチウム（Ｌｉ）を不純物として添加した試料の抵抗率の変化について示すグラフである。Ｌｉの添加量はＬｉの原料であるデピパロイルメタネート・リチウム（Ｌｉ（ＤＰＭ））を導入した容器２１６（図９参照）を加熱して調整する。図１０に示すように、容器２１６の温度Ｔｃを増加させるに従い、抵抗率は単調増加する。
図１１は、ガリウム（Ｇａ）を不純物として添加した試料の抵抗率の変化を示すグラフである。添加したＧａの原料は、アセチルアセトン・ガリウム（Ｇａ（ａｃａｃ）３）を用いた。Ｇａの添加量は、Ｇａの原料であるＧａ（ａｃａｃ）３を導入した容器２１６を加熱して調整する。この図から明らかなように容器２１６の温度を上げてＧａの添加量を増やすに連れて抵抗率は単調に減少し、１１０℃で最小値を示した。
図１０および図１１に示すように、Ｇａの不純物添加は抵抗率を低下させる通常のドーピング特性を示すが、Ｌｉの添加は、抵抗率を増加させる傾向を示す。これは、不純物を添加しない薄膜が本来ｎ型であるため、ｐ型の不純物添加により真性半導体となるためと考えられる。透明素子に用いる薄膜は、低電流動作が求められ、高抵抗である必要性があることからこの特性は好ましい。
第２の多結晶酸化亜鉛薄膜を形成した後の全体の透過率を図１２に示す。図１２に示すように、第２の多結晶酸化亜鉛薄膜を形成した後は、透過率が大幅に向上している。透過率は４００ｎｍから８００ｎｍの可視領域において８０％以上の値である。しかし、図１２のデータはドーピングがなされておらず、ドーピングを行うと、最も悪いもので、透過率が６０％程度まで低下した。しかし、この透過率は、透明トランジスタに用いるのに十分な値である。作成条件を最適化した最良の薄膜では８０％のデータも得られており、平均的なもので７０％程度であった。
透過率の大幅な向上は、第２の多結晶酸化亜鉛薄膜を形成する際の熟により、ガラス基板上に形成したＡｌ薄膜が酸化することによる。Ａｌの酸化状態は、Ｘ線光電子分光法により測定した。図１３は光電子分光測定の結果を示す図である。図１３（ａ）は第２の酸化亜鉛薄膜を形成後を示しており、図１３（ｂ）はスパッタリングにより第１の酸化亜鉛薄膜を形成した後の結果を比較のために示してある。各々のスペクトルは表面からＡｒイオン・エッチングにより酸化亜鉛薄膜を削り取っていった表面の測定結果である。６分後のスペクトルは、Ｚｎのピークが大幅に減少し、酸化亜鉛薄膜とＡｌ薄膜との界面に到達していると考えられる。図の中でＡｌ−２ｓの結果（右側の図）に注目して欲しい。図１３（ａ）即ち第２の酸化亜鉛膜を形成後は単一ピークのスぺクトルであるが、図１３（ｂ）即ち第１の酸化亜鉛膜形成直後では２つのピークが混在している。１１８ｅＶ付近のピークが金属Ａｌであり、１２０．５ｅＶ付近のピークがＡｌの酸化物のピークである。スパッタリング直後の酸化亜鉛薄膜は、金属ＡｌとＡｌ酸化物が混在しており、金属Ａｌにより低い透過率と導電性を有する。しかし、図１３（ａ）の第２の酸化亜鉛薄膜を形成した後は、金属Ａｌが完全な酸化物となり、高い透過率と絶縁性を共有する。両者を達成するためには、Ａｌの膜厚と実験条件を最適化せねばならない。さらに、この酸化膜は、支持基板からのアルカリや鉛などの不純物が酸化亜鉛薄膜に拡散するのを防ぎ、実施例に示すようなバックゲート・トランジスタの場合には、ゲート絶縁膜の一部を担い、絶縁性を向上させる効果もある。
以上の結果から、支持基板と酸化亜鉛薄膜の間に存在するＡｌ材料がａ軸配向を達成し、最後の工程では、透明で絶縁性の薄膜に変化することが確認できた。
また、上記実施形態では、Ａｌを使用したが、I族あるいはIII族の酸化性の高い金属を用いても同様な結果が得られる。また、高温環境あるいは放射線下の環境という非常に過酷な条件で使用する透明トランジスタの場合は、高温金属で酸化しやすいＴｉ，Ｗ，Ｔａ等も使用できる。Ａｌ等の酸化物の場合８０％以上の透過率が平均的に得られるが、これらの高融点金属を用いると、最も悪いもので透過率が６０％まで低下する。また、このような高融点金属を用いる場合は、漏れ電流を考慮したｐｎの界面接合を作るよりは、高温での安定化が重視されるべきである。
（実施例１）
図１４に、この部材を透明トランジスタに応用した例について示す。図１４は、トランジスタ３１０の断面図である。使用した酸化亜鉛薄膜の配向性は透明トランジスタの電流の流れに最適な配向軸であるａ軸を用いている。ガラス基板１１０上に形成された第１の酸化亜鉛薄膜１３０の膜厚は５００−１５００Åで、好ましくは１０００Åである。伝導型は界面に堆積した直流バイアスを印加するためのＡｌ薄膜からのＡｌ原子の拡散により、ｎ型の伝導型を示す。金属Ａｌが酸化した後のＡｌ酸化物の膜厚は、２００−４００Åの範囲であった。第２の酸化亜鉛薄膜１４０の膜厚は１０００−２０００Åで、好ましくは１５００Åである。第２の酸化亜鉛薄膜にはＬｉを添加し、抵抗率が１０６Ω・ｃｍの値を示す酸化亜鉛を堆積した。このトランジスタの全膜厚は、約２５００Åであった。
ゲート絶縁膜３１５としては、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜が用いられる。この膜厚は、ゲート駆動電圧にもよるが、２００−２０００Åが用いられる。ソース電極３１４、ドレイン電極３１２は透明導電膜を直接第２の酸化亜鉛薄膜に堆積して用いた。透明導電膜としてはＩＴＯあるいはｎ型に不純物を添加して低抵抗化して使用する。また、第２の酸化亜鉛薄膜に伝導型の異なる不純物を拡散させ、ｐｎ接合による漏れ電流の抑制をしても良い。得られた透明トランジスタ３１０は、ゲート電圧の変化に対応してドレイン電流を制御することができた。
（実施例２）
実施例１に示した透明トランジスタ３１０は、ゲート電極が上部にあるものであったが、図１４（ｂ）の実施例２に示すトランジスタ３２０は、ゲート電極３２６を下部に形成したものとなる。このトランジスタ３２０の特徴は、外部の環境の影響を受けにくいこと、上質なゲート絶縁膜を形成した後にトランジスタの部材を形成するため、ゲート電圧変化によるヒステリシスの影響を受けにくいことである。各薄膜の特性、膜厚は全て実施例１と同様となる。この構成の透明トランジスタは実施例１に比べｏｆｆ電圧をさらに低減できた。
（実施例３）
実施例３は高温や放射線の影響に強い透明トランジスタである。ＳｉやＧｅのトランジスタは、禁制帯幅が狭く、高温や放射線の影響により、充満帯の電子が伝導体に励起され、ゲート電圧により制御ができなくなるという問題があった。酸化亜鉛薄膜は、禁制帯幅が３．２ｅＶとＳｉの２倍の大きさがある。このため、酸化亜鉛薄膜を用いたトランジスタは、高温や放射線の影響を非常に受けにくい。しかし、ＡｌやＳｎ等の拡散しやすい材料の酸化膜を用いると、金属成分が酸化亜鉛中に拡散し、経年変化で故障が起きやすい。このため、酸化亜鉛薄膜を用いた透明トランジスタの構造としては、図１４に示したものと同様であるが、金属酸化膜としてタングステン（Ｗ）やチタン（Ｔｉ）の酸化膜を用いて、高温や放射線の影響に強いトランジスタを構成した。これらの酸化膜を用いたところ、２５０℃の高温環境下においても、この構成のトランジスタは経時変化無しに動作することが確認できた。
従来の手法で作成した酸化亜鉛薄膜で構成したトランジスタ構造を示す図である。 従来の手法で構成した電子写真感光体の断面図を示す図である。 本発明の多結晶酸化亜鉛の半導体部材の製造過程を示す図である。 直流バイアスの印加電圧を変えて作成された酸化亜鉛薄膜のＸ線回折測定の結果を示すグラフである。 Ａｌ薄膜の抵抗値による配向性の制御を示す図である。 第１の酸化亜鉛薄膜を形成した段階の透過率を示す図である。 Ｍ（ａｃａｃ）ｎ（Ｍ：金属）のアセチルアセトン金属の分子構造式を示す図である。金属ＭがＺｎであればＺｎ（ａｃａｃ）２となる。 Ｚｎ（ａｃａｃ）２の水和物原料（ａ）及び非水和物原料（ｂ）のＴＧ、ＤＴＡ測定結果を示すグラフである。 有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）装置の構成を示す図である。 Ｌｉを不純物として添加した試料の抵抗率の変化を示すグラフである。 Ｇａを不純物として添加した試料の抵抗率の変化を示すグラフである。 酸化亜鉛薄膜構造全体の透過率を示す図である。 酸化亜鉛薄膜の光電子分光測定の結果を示す図である。 本発明の部材を透明トランジスタに応用した例について示す図である。

Claims (6)

  1. 多結晶透明半導体部材の作成方法であって、
    透明な支持基板上に、導電膜を形成し、前記形成した導電膜に直流バイアスを印加して、スパッタリング法によりａ軸配向性を有する多結晶酸化亜鉛薄膜を作成し、
    ＭＯ−ＣＶＤ法により、ａ軸配向性を有する第２の多結晶酸化亜鉛薄膜を、前記多結晶酸化亜鉛薄膜上に形成する
    工程を備え、
    前記ＭＯ−ＣＶＤ法は、水和性のアセチルアセトン亜鉛を原料に使用し、
    前記導電膜は金属であり、前記ＭＯ−ＣＶＤ法による第２の多結晶酸化亜鉛薄膜を作成することにより、前記金属の導電膜を酸化して透明度を高めることを特徴とする多結晶透明半導体部材の作成方法。
  2. 請求項１記載の多結晶透明半導体部材の作成方法において、前記水和性のアセチルアセトン亜鉛を予備加熱して分解し、酸素ガスと反応させることを特徴とする多結晶透明半導体部材の作成方法。
  3. 請求項１又は２に記載の多結晶透明半導体部材の作成方法において、前記アセチルアセトン亜鉛は、Ｉ族またはIII族の不純物を含むことを特徴とする多結晶透明半導体部材の作成方法。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の多結晶透明半導体部材の作成方法を用いて作成され、前記第２の酸化亜鉛薄膜上に透明な電極を設け、能動素子を形成するとともに、可視領域において５０％以上の透過率を有していることを特徴とする透明半導体。
  5. 透明基板、金属酸化膜、第１のａ軸配向性酸化亜鉛薄膜、第２のａ軸配向性酸化亜鉛薄膜を請求項１〜３のいずれかに記載の作成方法で積層し、該第２のａ軸配向性酸化亜鉛薄膜上に、透明なソース電極およびドレイン電極と、透明なゲート絶縁膜およびゲート電極とを設けて半導体素子とするとともに、前記素子は可視領域において５０％以上の透過率を有していることを特徴とする透明半導体素子。
  6. 請求項５記載の透明半導体素子において、前記金属酸化膜は、タングステンやチタンの酸化膜であり、経時変化の少ないことを特徴とする透明半導体素子。
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