JP5019326B2 - MgaZn1−aO単結晶薄膜の作製方法 - Google Patents
MgaZn1−aO単結晶薄膜の作製方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5019326B2 JP5019326B2 JP2008042277A JP2008042277A JP5019326B2 JP 5019326 B2 JP5019326 B2 JP 5019326B2 JP 2008042277 A JP2008042277 A JP 2008042277A JP 2008042277 A JP2008042277 A JP 2008042277A JP 5019326 B2 JP5019326 B2 JP 5019326B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- thin film
- substrate
- crystal thin
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
非特許文献1ではMBE法によってMgOバッファ層をc-Al2O3上に設けた基板を用いて作製したZnMgO薄膜の微細構造を報告している。
非特許文献4では、PLD法によってZnMgOのバンドギャップエネルギーを約3.3〜4.15 eVの範囲で制御できたことを報告している。
この場合、ドープする窒素の濃度を、2×1017/cm3〜1021/cm3にするのが好ましい。
また、その基板を300℃〜1000℃に加熱して成膜するのが望ましい。
〔実施形態の概要〕
まず、この発明によるMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法の実施形態の概要を説明する。
以下に説明する実施の形態においては、ZnO薄膜の作製において実績のある、例えば特許第3945782号公報に記載されているようなプラズマアシスト付きの反応性蒸着法を用いる。
基板にはZnOバルク単結晶基板を用いる。MgaZn1-aOはZnOと格子定数が殆ど変わらないため、高品質の薄膜を形成することが可能であり、熱膨張係数も近いため、温度の変化により発生する歪みを抑制することも可能である。近年大型のZnOバルク単結晶が育成可能になっているので入手が容易になった。また、将来的にコストが安くなると考えられる。
また、ZnO単結晶基板の代わりにMgbZn1-bO(ただし、0<b≦1)単結晶基板を用いることにより格子定数や熱膨張係数のずれも解消できるため、発生する歪みもさらに抑制することが可能であり、より好ましい。
合金におけるマグネシウムMgの割合を変えることにより、MgaZn1-aO の組成制御を容易に行うことが可能である。さらにMgxZn1-x
に亜鉛Znを少量加え、真空にしたチャンバ内にて融合することにより、組成比の異なる合金を用意することなく、簡単に組成比を詳細に制御することも可能である。そして、純粋な金属Mgではなく、この合金を使用することにより、Mgの発火性、潮解性を抑制できるため、原料の取り扱いが容易になる。
このように、蒸着材料にMg x Zn 1-x 合金を使用して、反応性蒸着法でMgaZn1-aO単結晶薄膜を作製した研究はこれまで報告されていない。
図1に、この発明の方法によってMgaZn1-aO単結晶薄膜を製造するために使用するプラズマアシスト付きの反応性蒸着法を用いた結晶成長装置(以下、「反応性蒸着装置」という)を示す。
ベルジャ10内に導入する原料ガスは、酸素ガスではG3グレード以上のボンベガス(純度99.9%以上)を、窒素ガスも同様にG3グレード以上のボンベガス(純度99.9995%以上)を使用する。これより下のグレードでは不純物濃度が大きくなり、電気的特性や結晶性の劣化が起こる恐れがある。
さらに、ルツボ6の上方にはシャッタ5を備えており、そのシャッタ5とルツボ6との間にプラズマ発生用コイル4を配置し、ベルジャ10外に設けた図示しない高周波電源によって高周波電流が流されるようになっている。
次に、この反応性蒸着装置を使用して、n形ZnOバルク単結晶基板上にMgaZn1-aO単結晶薄膜を成膜する工程について、詳細に説明する。
蒸着材料のMgxZn1-x合金は純度99.99%以上の金属粒子を使用する。これより低い純度では不純物濃度が大きくなり、電気的特性や結晶性の劣化が起こる恐れがある。また、このMgxZn1-x合金の組成比は今回の実施例の場合、x=0.3とした。これにZn(純度99.9999%以上)を適当な量加えて融合し、組成比を調整する。
ドープする窒素の濃度は、2×1017/cm3〜1021/cm3の範囲にするとよい。ドープする窒素の濃度の範囲を上記の範囲にする理由は、ドープする窒素の濃度がこれより大きくなると結晶性が悪くなり、逆に小さいとキャリア濃度が低くなってp形層の抵抗が高くなってしまうためである。
酸素と窒素の分圧比を上記の範囲にする理由は、窒素の割合がこれより大きくなると結晶性が悪くなり、逆に小さいとキャリア濃度が低くなってp形層の抵抗が高くなってしまうためである。成膜時間は30〜180分の間とし、膜厚は0.2〜1.0μmとする。成膜時間はこの膜厚を得るために必要な時間である。
このようにして、高品質なMgaZn1-aOの単結晶薄膜を容易に量産することができ、そのMg濃度も容易に制御できる。
上記の条件で成膜したMgaZn1-aO(ただし、0<a<1)単結晶薄膜(以下、「ZnMgO薄膜」という)の評価を行った。
図2は、この発明によってZnO単結晶基板上に成膜したZnMgO薄膜のX線回折(XRD)逆格子空間マップの測定結果を示す。その測定にはPhilips社製の薄膜材料結晶性解析X線回折装置であるX’ pert MRDを使用した。
図2において、平行四辺形の枠内が測定範囲を示しており、曲線はその測定結果を示している。また、横軸のQx、縦軸のはQyは逆格子単位(reciprocal lattice unit)×104〔rlu〕を示している。
(deg.) のピークP1は基板であるZnOの (0002)面 のピークであり、34.46 (deg.) のピークP2は作製したZnMgOの薄膜のピークである。
energy)(eV)、縦軸は反射率R(%)である。この図5において、破線で示すZnO単結晶では光子エネルギーの約3.3 eVにバンド端の吸収が見られる。それに対して、実線で示すZnMgO薄膜においては基板であるZnO単結晶のバンド端の吸収とZnMgO薄膜のバンド端の吸収がそれぞれ光子エネルギーの約3.3
eVと3.37 eVに観察される。これより、ZnO中に取り込まれたMgはZnと置換し、六方晶のZnMgO混晶が形成されてバンドギャップが約70 meV大きくなっていると考えられる。
この図6から判るように、線bで示すZnO単結晶では光子エネルギーが3.36 eV付近にシャープで強いドナー束縛励起子発光が観察される。それに対して、線aで示すZnMgO薄膜においては基板であるZnO単結晶のシャープなドナー束縛励起子発光とZnMgO薄膜におけるブロードなドナー束縛励起子発光がそれぞれ光子エネルギーが3.36 eV付近と3.40 eV付近に観察され、約40 meV大きくなっていると考えられる。
これより、ZnO中に取り込まれたMgはZnと置換し、六方晶のZnMgO混晶が形成されてバンドギャップが約40 meV大きくなっていると考えられる。
また、この値はベガード則にほぼ従っておりMgの濃度を増加させると図に点線で示したようにバンドギャップの値が増大すると考えられる。
4:プラズマ発生用コイル 5:シャッタ 6:ルツボ
7:気体供給口 8:ルツボヒータ 9:排気口
10:ベルジャ 11,12:温度センサ
Claims (8)
- 基板を用意し、ベルジャ内に酸素ガスを導入し、圧力を0.01〜1Paに制御して発生させた高周波プラズマ雰囲気中で、ルツボ内のMg x Zn 1-x (ただし、0<x<1)合金又は該合金に少量のZnを加えて融合することによりその組成比を調整した合金からなる蒸着材料を加熱して蒸発させ、前記高周波プラズマ雰囲気中に含まれる原子と結合させ、前記基板上にMgaZn1-aO(ただし、0<a<1)単結晶薄膜を成長させて成膜することを特徴とするMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法。
- 前記基板はZnO単結晶基板であることを特徴とする請求項1に記載のMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法。
- 前記基板はMgbZn1-bO(ただし、0<b≦1)単結晶基板であることを特徴とする請求項1に記載のMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法。
- 前記基板は、ZnO単結晶あるいはAl2O3単結晶の上に、Mg c Zn 1-c O(ただし、0≦c≦1)バッファ層を設けた基板であることを特徴とする請求項1に記載のMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法。
- 前記基板を300℃〜1000℃に加熱することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法。
- 前記MgaZn1-aO(ただし、0<a<1)単結晶薄膜におけるキャリア濃度が1015/cm3〜1020/cm3であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法。
- 前記ベルジャ内に導入する酸素ガスに窒素あるいは窒素酸化物を混入させ、蒸発した前記蒸着材料を前記高周波プラズマ雰囲気中に含まれる酸素及び窒素原子と結合させ、前記基板上に窒素ドープのp形MgaZn1-aO(ただし、0<a<1)単結晶薄膜を成長させて成膜することを特徴とする請求項1からの5いずれか一項に記載のMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法。
- 前記ドープする窒素の濃度が2×1017/cm3〜1021/cm3であることを特徴とする請求項7に記載のMgaZn1-aO単結晶薄膜の作製方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008042277A JP5019326B2 (ja) | 2008-02-23 | 2008-02-23 | MgaZn1−aO単結晶薄膜の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008042277A JP5019326B2 (ja) | 2008-02-23 | 2008-02-23 | MgaZn1−aO単結晶薄膜の作製方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009196867A JP2009196867A (ja) | 2009-09-03 |
JP2009196867A5 JP2009196867A5 (ja) | 2011-03-17 |
JP5019326B2 true JP5019326B2 (ja) | 2012-09-05 |
Family
ID=41140814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008042277A Expired - Fee Related JP5019326B2 (ja) | 2008-02-23 | 2008-02-23 | MgaZn1−aO単結晶薄膜の作製方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5019326B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014175560A1 (ko) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | 오씨아이 주식회사 | 플라즈마에 의한 단결정 성장 방법 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101213133B1 (ko) * | 2010-02-19 | 2012-12-18 | 전남대학교산학협력단 | ZnO에 격자 정합된 자외선용 단결정 ZnMgAlO 박막 및 그 제조방법 |
PL238652B1 (pl) * | 2017-11-28 | 2021-09-20 | Inst Fizyki Polskiej Akademii Nauk | Sposób wytwarzania struktur z trójskładnikowymi warstwami Zn₁-ₓMgₓO |
CN109301036A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-02-01 | 长春理工大学 | 一种基于激光烧结法的均匀MgZnO薄膜制备技术 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4540201B2 (ja) * | 2000-09-13 | 2010-09-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ZnO系酸化物半導体層を有する半導体装置の製法 |
JP2004207441A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子 |
JP2004304166A (ja) * | 2003-03-14 | 2004-10-28 | Rohm Co Ltd | ZnO系半導体素子 |
JP3945782B2 (ja) * | 2005-09-06 | 2007-07-18 | シチズン東北株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
JP5122738B2 (ja) * | 2005-11-01 | 2013-01-16 | スタンレー電気株式会社 | ZnO結晶またはZnO系半導体化合物結晶の製造方法、及びZnO系発光素子の製造方法 |
JP4939844B2 (ja) * | 2006-06-08 | 2012-05-30 | ローム株式会社 | ZnO系半導体素子 |
-
2008
- 2008-02-23 JP JP2008042277A patent/JP5019326B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014175560A1 (ko) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | 오씨아이 주식회사 | 플라즈마에 의한 단결정 성장 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009196867A (ja) | 2009-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1489654B1 (en) | METHOD OF MANUFACTURING LnCuO(S, Se, Te) MONOCRYSTALLINE THIN FILM | |
JP4126332B2 (ja) | 低抵抗p型単結晶酸化亜鉛およびその製造方法 | |
Ma et al. | Effects of the substrate and oxygen partial pressure on the microstructures and optical properties of Ti-doped ZnO thin films | |
Rusop et al. | Post-growth annealing of zinc oxide thin films pulsed laser deposited under enhanced oxygen pressure on quartz and silicon substrates | |
JP2007073672A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
Shi et al. | Co-emission of UV, violet and green photoluminescence of ZnO/TiO2 thin film | |
Nishimoto et al. | Plasma-assisted molecular beam epitaxy of high optical quality MgZnO films on Zn-polar ZnO substrates | |
Ahmed et al. | The photoluminescence properties of undoped & Eu-doped ZnO thin films grown by RF sputtering on sapphire and silicon substrates | |
JP5019326B2 (ja) | MgaZn1−aO単結晶薄膜の作製方法 | |
US20140183531A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING P-TYPE ZnO BASED COMPOUND SEMICONDUCTOR LAYER, METHOD FOR PRODUCING ZnO BASED COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, AND AN N-TYPE ZnO BASED COMPOUND SEMICONDUCTOR LAMINATE STRUCTURE | |
Izaki et al. | Room temperature ultraviolet light emitting ZnO layer prepared by low-temperature electrodeposition | |
KR101458629B1 (ko) | ZnO계 화합물 반도체 층의 제조방법 | |
Kim et al. | Effects of growth temperature for buffer layers on properties of ZnO thin films grown on porous silicon by plasma-assisted molecular beam epitaxy | |
Al-Hardan et al. | Synthesis of magnesium-doped ZnO rods via hydrothermal method: A study of the structural and optical properties | |
JP2009196867A5 (ja) | ||
Zhang et al. | Structural and photoluminescence properties of Zn0. 8Mg0. 2O thin films grown on Si substrate by pulsed laser deposition | |
US20140084288A1 (en) | ZnO BASED COMPOUND SEMICONDUCTOR ELEMENT, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
JP5682938B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
Kim et al. | Photoluminescence studies of ZnO nanorods grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy | |
Tian et al. | Effect of annealing atmosphere on the structural and optical properties of ZnO thin films on Si (100) substrates grown by atomic layer deposition | |
Gruzintsev et al. | ZnO Films Deposited by Electron-Beam Evaporation: The Effect of Ion Bombardment | |
Ding et al. | Enhanced blue emission of ZnO films deposited on AlN substrates | |
Pirposhte et al. | ZnO Thin Films: Fabrication Routes, and Applications | |
Khomchenko et al. | Doping the thin films by using the original Close Space Sublimation method. | |
Zhao et al. | Optical Properties of Mg x Zn 1− x O Polycrystalline Thin Films Prepared by Sol-Gel Deposition Method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110124 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110124 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20110124 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111220 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120104 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120305 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120522 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120605 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5019326 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150622 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |