JP7090263B2 - Method for manufacturing delafosite type Cu-based composite oxide film - Google Patents
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Description
本発明は、デラフォサイト型Cu系複合酸化物膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a delafosite-type Cu-based composite oxide film.
発光デバイスやパワーデバイスの性能向上及び低コスト化に向けて、安価で高性能なp型半導体材料が求められている。p型半導体材料として、GaN等の窒化物系半導体やSiC等の炭化物系半導体が知られているが、これらは高価な材料である。したがって、安価な酸化物系材料で高性能なp型半導体材料が実現できれば、そのメリットは大きい。 In order to improve the performance and reduce the cost of light emitting devices and power devices, inexpensive and high-performance p-type semiconductor materials are required. Nitride-based semiconductors such as GaN and carbide-based semiconductors such as SiC are known as p-type semiconductor materials, but these are expensive materials. Therefore, if a high-performance p-type semiconductor material can be realized with an inexpensive oxide-based material, the merit is great.
酸化物系p型半導体として、CuAlO2及びCuGaO2等のデラフォサイト型Cu系複合酸化物が知られており、デラフォサイト型Cu系複合酸化物膜をスパッタリング法やPLD法(パルスレーザーデポジション法)等で作製することが知られている。例えば、非特許文献1には、高周波(RF)マグネトロンスパッタリング法によりp型CuAlO2薄膜をc面サファイア基板上に成長させることや、その構造及び光学特性を調べることが開示されている。また、非特許文献2には、PLD法(パルスレーザーデポジション法)により透明p型CuGaO2薄膜をサファイア(001)基板上にエピタキシャル成長させることが開示されている。 As an oxide-based p-type semiconductor, delafosite-type Cu-based composite oxides such as CuAlO 2 and CuGaO 2 are known. It is known to be manufactured by the position method) or the like. For example, Non-Patent Document 1 discloses that a p-type CuAlO 2 thin film is grown on a c-plane sapphire substrate by a radio frequency (RF) magnetron sputtering method, and its structure and optical properties are investigated. Further, Non-Patent Document 2 discloses that a transparent p-type CuGaO 2 thin film is epitaxially grown on a sapphire (001) substrate by a PLD method (pulse laser deposition method).
一方、高品質な結晶を低コストで合成できる方法として水熱法が知られており、CuAlO2やCuGaO2の結晶を水熱法により合成した例がある。例えば、非特許文献3には、CuAlO2ナノ結晶を水熱メタセシス反応により合成し、スピンオン(spin on)法によりこのナノ結晶からp型透明CuAlO2半導体膜を作製することが開示されている。また、非特許文献4には、低温水熱法により約10μmの直径を有する菱面体結晶相のCuGaO2ナノプレートを合成することが開示されている。 On the other hand, the hydrothermal method is known as a method capable of synthesizing high-quality crystals at low cost, and there is an example in which crystals of CuAlO 2 or CuGaO 2 are synthesized by the hydrothermal method. For example, Non-Patent Document 3 discloses that CuAlO 2 nanocrystals are synthesized by a hydrothermal metathesis reaction, and a p-type transparent CuAlO 2 semiconductor film is produced from the nanocrystals by a spin-on method. Further, Non-Patent Document 4 discloses that a CuGaO 2 nanoplate having a rhombohedral crystal phase having a diameter of about 10 μm is synthesized by a low-temperature hydrothermal method.
しかしながら、非特許文献1及び2で報告されるような、スパッタリング法やPLD法等で作製された従来のデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜は、p型性能が不十分である。また、非特許文献3及び4で報告されるような、水熱法により合成されたCuAlO2やCuGaO2の結晶は粉末状であり、発光デバイスやパワーデバイスの作製に必要な膜状のデラフォサイト型Cu系複合酸化物を水熱法で直接合成した例はこれまで報告されていない。 However, the conventional delafosite-type Cu-based composite oxide film produced by a sputtering method, a PLD method, or the like as reported in Non-Patent Documents 1 and 2 has insufficient p-type performance. Further, the crystals of CuAlO 2 and CuGaO 2 synthesized by the hydrothermal method as reported in Non-Patent Documents 3 and 4 are in the form of powder, and are film-like delafos necessary for producing light emitting devices and power devices. No example of directly synthesizing a site-type Cu-based composite oxide by a hydrothermal method has been reported so far.
本発明者は、今般、基板上に種結晶層を形成して水熱処理に付することにより、p型性能の高いデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜を製造できるとの知見を得た。 The present inventor has recently obtained the finding that a delafosite-type Cu-based composite oxide film having high p-type performance can be produced by forming a seed crystal layer on a substrate and subjecting it to hydrothermal treatment.
したがって、本発明の目的は、p型性能の高いデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜を製造可能な方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of producing a delafosite-type Cu-based composite oxide film having high p-type performance.
本発明の一態様によれば、 デラフォサイト型Cu系複合酸化物膜の製造方法であって、
基板を用意する工程と、
前記基板上にデラフォサイト型Cu系複合酸化物の種結晶層を形成する工程と、
前記種結晶層を、Cuのイオンと、Al、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素のイオンとを含有する原料水溶液に浸漬して水熱処理を施し、それによりCuXO2(式中、XはAl、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)の一般式で表される組成を有するデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜を形成する工程と、
を含む、方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, it is a method for producing a delafosite type Cu-based composite oxide film.
The process of preparing the board and
A step of forming a seed crystal layer of a delafosite-type Cu-based composite oxide on the substrate, and
The seed crystal layer is immersed in a raw material aqueous solution containing Cu ions and ions of at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn, and subjected to hydrothermal treatment. In the formula, X is a delafosite type Cu-based composite having a composition represented by the general formula of CuXO 2 (X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn). The process of forming an oxide film and
Methods are provided, including.
Cu系複合酸化物膜の製造方法
本発明は、デラフォサイト型Cu系複合酸化物膜の製造方法に関する。本発明の方法により製造されるデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜は、CuXO2(式中、XはAl、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)の一般式で表される組成を有する。この組成がデラフォサイト型結晶構造をもたらし、p型性能の発現に寄与する。上記一般式におけるXの例としては、Al、Ga、Fe、Cr、Mn及びそれらの組合せが挙げられ、好ましくはAl、Ga、Cr、及びそれらの組合せ、より好ましくはAl、Ga、及びそれらの組合せ、さらに好ましくはGaが挙げられる。Xは2種又はそれ以上の元素であってもよく、例えばAl及びGaの組合せであってもよい。この場合は、2種類のデラフォサイト型結晶相(例えばCuAlO2相及びCuGaO2相)が混在していてもよく、混晶であってもよい。
Method for Producing Cu-based Composite Oxide Film The present invention relates to a method for producing a delafosite-type Cu-based composite oxide film. The delafosite-type Cu-based composite oxide film produced by the method of the present invention is CuXO 2 (in the formula, X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn). It has a composition represented by the general formula of). This composition results in a delafosite-type crystal structure and contributes to the development of p-type performance. Examples of X in the above general formula include Al, Ga, Fe, Cr, Mn and combinations thereof, preferably Al, Ga, Cr and combinations thereof, more preferably Al, Ga and their combinations. Combinations, more preferably Ga. X may be two or more elements, for example a combination of Al and Ga. In this case, two types of delafosite-type crystal phases (for example, CuAlO 2 phase and CuGaO 2 phase) may be mixed or may be a mixed crystal.
本発明の方法は、(1)基板を用意する工程と、(2)基板上にデラフォサイト型Cu系複合酸化物の種結晶層を形成する工程と、(3)種結晶層を所定組成の原料水溶液に浸漬して水熱処理を施し、それにより所定組成を有するデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜を形成する工程とを含む。このように基板上に種結晶層を形成して水熱処理に付することにより、p型性能の高いデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜を製造できる。 The method of the present invention comprises (1) a step of preparing a substrate, (2) a step of forming a seed crystal layer of a delafosite-type Cu-based composite oxide on the substrate, and (3) a predetermined composition of the seed crystal layer. The present invention comprises a step of immersing the material in an aqueous solution of the raw material and subjecting it to a hydrothermal treatment to form a delafosite-type Cu-based composite oxide film having a predetermined composition. By forming the seed crystal layer on the substrate and subjecting it to hydrothermal treatment in this way, a delafosite-type Cu-based composite oxide film having high p-type performance can be produced.
前述のとおり、スパッタリング法やPLD法等で作製された従来のデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜はp型性能が不十分である一方、水熱法により合成された従来のCuAlO2やCuGaO2結晶は粉末状であり、発光デバイスやパワーデバイスの作製で必要とされる膜状結晶ではなかったが、本発明の方法によれば、p型性能の高いデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜を製造できるとの利点がある。 As described above, the conventional delafosite-type Cu-based composite oxide film produced by the sputtering method, the PLD method, or the like has insufficient p-type performance, while the conventional CuAlO 2 or CuGaO synthesized by the hydrothermal method. The two crystals were in the form of powder and were not film-like crystals required for the production of light emitting devices and power devices. However, according to the method of the present invention, a delafosite-type Cu-based composite oxide having high p-type performance is used. It has the advantage of being able to produce a film.
(1)基板の用意
本発明の方法においては、まず、基板を用意する。基板は、その上にデラフォサイト型Cu系複合酸化物の種結晶層を形成可能なものであれば特に限定されないが、加熱に伴う基板からの種結晶層の剥がれを防止する観点から、基板の25~1000℃の温度範囲における面内方向の平均熱膨張係数が7.0×10-6~10.0×10-6/Kであるのが好ましく、より好ましくは7.5×10-6~9.5×10-6/Kである。そのような基板の例としては、サファイア基板、配向多結晶アルミナ基板、及びMgAl2O4基板が挙げられ、特に好ましくはサファイア基板及び配向多結晶アルミナ基板である。c面サファイア基板の25~1000℃の温度範囲における平均熱膨張係数は8.3×10-6/Kである。配向多結晶アルミナ基板の25~1000℃の温度範囲における平均熱膨張係数が8.3×10-6/Kである。基板の25~1000℃の温度範囲における平均熱膨張係数は、押し棒式膨張計を用いてJIS R 1618に記載の方法により測定することができる。
(1) Preparation of a substrate In the method of the present invention, a substrate is first prepared. The substrate is not particularly limited as long as it can form a seed crystal layer of a delafosite-type Cu-based composite oxide on the substrate, but from the viewpoint of preventing the seed crystal layer from peeling off from the substrate due to heating, the substrate is a substrate. The average coefficient of thermal expansion in the in-plane direction in the temperature range of 25 to 1000 ° C. is preferably 7.0 × 10 -6 to 10.0 × 10 -6 / K, more preferably 7.5 × 10 − . It is 6 to 9.5 × 10 -6 / K. Examples of such a substrate include a sapphire substrate, an oriented polycrystalline alumina substrate, and an MgAl 2O4 substrate, with particular preference being a sapphire substrate and an oriented polycrystalline alumina substrate. The average coefficient of thermal expansion of the c-plane sapphire substrate in the temperature range of 25 to 1000 ° C. is 8.3 × 10 -6 / K. The average coefficient of thermal expansion of the oriented polycrystalline alumina substrate in the temperature range of 25 to 1000 ° C. is 8.3 × 10 -6 / K. The average coefficient of thermal expansion of the substrate in the temperature range of 25 to 1000 ° C. can be measured by the method described in JIS R 1618 using a push rod type expansion meter.
サファイア基板は、a面、c面、r面、m面等、いずれの方位面を有するものであってもよく、これらの面に対して所定のオフ角を有するものであってもよい。また、光学特性や電気特性を調整するために、ドーパントを加えたサファイアであってもよい。このようなドーパントとしては公知のものが使用可能である。 The sapphire substrate may have any azimuth plane such as a plane, c plane, r plane, m plane, etc., and may have a predetermined off angle with respect to these planes. Further, sapphire to which a dopant is added may be used in order to adjust the optical characteristics and the electrical characteristics. Known dopants can be used.
一方、配向多結晶アルミナ基板は、配向多結晶アルミナ焼結体で構成されるのが典型的である。アルミナは酸化アルミニウム(Al2O3)であり、典型的には単結晶サファイアと同じコランダム型構造を有するα-アルミナであり、配向多結晶アルミナ焼結体は無数のアルミナ結晶粒子が配向された状態で焼結により互いに結合された固体である。アルミナ結晶粒子はアルミナを含んで構成される粒子であり、他の元素として、ドーパント及び不可避不純物を含んでいてもよいし、アルミナ及び不可避不純物からなるものであってもよい。配向多結晶アルミナ焼結体は焼結助剤としての添加物を粒界相として含んでいてもよい。また、配向多結晶アルミナ焼結体も、アルミナ結晶粒子以外に他の相又は上述したような他の元素を含んでいてもよいが、好ましくはアルミナ結晶粒子及び不可避不純物からなる。また、単結晶膜が作製される配向多結晶アルミナ焼結体の配向面は特に限定がなく、c面、a面、r面又はm面等であってもよい。いずれにせよ、配向多結晶アルミナ焼結体は、多数のアルミナ単結晶粒子を含んで構成されるアルミナ焼結体からなり、多数の単結晶粒子が一定の方向にある程度又は高度に配向したものである。このように配向された多結晶アルミナ焼結体は、アルミナ単結晶よりも高強度で且つ安価であり、それ故、単結晶基板を用いる場合よりも非常に安価でありながら大面積の基板を提供できるとの利点がある。このような配向多結晶アルミナ基板ないし配向多結晶アルミナ焼結体はその製造方法とともに既に公知であり、例えば特許文献1(WO2015/093335A1)に開示されている。 On the other hand, the oriented polycrystalline alumina substrate is typically composed of an oriented polycrystalline alumina sintered body. Alumina is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), typically α-alumina having the same corundum type structure as single crystal sapphire, and the oriented polycrystalline alumina sintered body is oriented with innumerable alumina crystal particles. It is a solid that is bonded to each other by sintering in the state. The alumina crystal particles are particles composed of alumina, and may contain a dopant and unavoidable impurities as other elements, or may be composed of alumina and unavoidable impurities. The oriented polycrystalline alumina sintered body may contain an additive as a sintering aid as a grain boundary phase. Further, the oriented polycrystalline alumina sintered body may contain other phases or other elements as described above in addition to the alumina crystal particles, but is preferably composed of alumina crystal particles and unavoidable impurities. Further, the orientation plane of the oriented polycrystalline alumina sintered body on which the single crystal film is produced is not particularly limited, and may be a c-plane, an a-plane, an r-plane, an m-plane, or the like. In any case, the oriented polycrystalline alumina sintered body is composed of an alumina sintered body composed of a large number of alumina single crystal particles, and the large number of single crystal particles are oriented in a certain direction to some extent or highly. be. Polycrystalline alumina sintered bodies oriented in this way are stronger and cheaper than alumina single crystals and therefore provide a much cheaper but larger area substrate than when using single crystal substrates. There is an advantage that it can be done. Such an oriented polycrystalline alumina substrate or an oriented polycrystalline alumina sintered body is already known together with a method for producing the same, and is disclosed in, for example, Patent Document 1 (WO2015 / 093335A1).
(2)種結晶層の形成
次に、基板上にデラフォサイト型Cu系複合酸化物の種結晶層を形成する。種結晶層は、CuX’O2(式中、X’はAl、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)の一般式で表される組成を有するのが好ましい。上記組成が種結晶層上におけるデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜の望ましい形成を可能とし、高いp型性能を呈するデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜の実現に寄与する。上記一般式におけるX’の例としては、Al、Ga、Fe、Cr、Mn及びそれらの組合せが挙げられ、好ましくはAl、Ga、Cr、及びそれらの組合せ、より好ましくはAl、Ga、及びそれらの組合せ、さらに好ましくはGaが挙げられる。Xは2種又はそれ以上の元素であってもよく、例えばAl及びGaの組合せであってもよい。種結晶層は、水熱処理により合成されるデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜と同じ組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。
(2) Formation of a seed crystal layer Next, a seed crystal layer of a delafosite-type Cu-based composite oxide is formed on the substrate. The seed crystal layer has a composition represented by the general formula of CuX'O 2 (in the formula, X'is at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn). Is preferable. The above composition enables the desired formation of a delafosite-type Cu-based composite oxide film on a seed crystal layer, and contributes to the realization of a delafosite-type Cu-based composite oxide film exhibiting high p-type performance. Examples of X'in the above general formula include Al, Ga, Fe, Cr, Mn and combinations thereof, preferably Al, Ga, Cr, and combinations thereof, more preferably Al, Ga, and their combinations. , More preferably Ga. X may be two or more elements, for example a combination of Al and Ga. The seed crystal layer may have the same composition as the delafosite-type Cu-based composite oxide film synthesized by hydrothermal treatment, or may have a different composition.
種結晶層の形成は、スパッタリング法、PLD等の気相法により行われるのが好ましく、より好ましくはスパッタリング法である。例えば、スパッタリング法による種結晶層の形成は、CuX’O2の組成を有するスパッタリングターゲットを用いて、高周波(RF)マグネトロンスパッタリング等の所望の方式で、基板上に成膜を行えばよい。このとき、スパッタリング雰囲気としてAr及びO2の混合ガスを用いるのが好ましく、好ましい流量比はAr:O2=1:10~10:1であり、例えば3:2である。 The seed crystal layer is preferably formed by a vapor phase method such as a sputtering method or a PLD, and more preferably a sputtering method. For example, the seed crystal layer may be formed by a sputtering method on a substrate by a desired method such as high frequency (RF) magnetron sputtering using a sputtering target having a composition of CuX'O 2 . At this time, it is preferable to use a mixed gas of Ar and O 2 as the sputtering atmosphere, and the preferable flow rate ratio is Ar: O 2 = 1:10 to 10: 1, for example, 3: 2.
スパッタリング等の気相法により形成される膜(例えばCuX’O2膜)は非晶質であるため、アニールすることで膜を結晶化させてデラフォサイト型の種結晶層にすることが望まれる。好ましいアニール温度は900~1200℃である。アニールは上記範囲内の温度で好ましくは1秒~60分間保持することにより行えばよい。アニールは高速熱処理法(RTA)により行われるのが好ましく、この場合、上記アニール温度までの好ましい昇温速度は0.1~50℃/秒である。また、アニールは真空中で行われるのが好ましい。なお、アニール後の降温は特に限定されず、炉冷により行えばよい。 Since the film formed by a vapor phase method such as sputtering (for example, CuX'O 2 film) is amorphous, it is desirable to crystallize the film by annealing to form a delafosite-type seed crystal layer. Is done. The preferred annealing temperature is 900-1200 ° C. Annealing may be carried out by holding at a temperature within the above range, preferably for 1 second to 60 minutes. Annealing is preferably carried out by a high speed heat treatment method (RTA), in which case the preferred heating rate to the annealing temperature is 0.1-50 ° C./sec. Further, annealing is preferably performed in vacuum. The temperature drop after annealing is not particularly limited, and may be performed by cooling the furnace.
こうして形成された種結晶層は、多結晶構造を有するのが典型的であり、より典型的には、膜面方向に互いに結合する複数の単結晶ドメインを有する。ドメインの各々が膜面方向に10~150μmのサイズ(以下、単結晶ドメインサイズという)を有するのが好ましく、より好ましくは20~130μm、さらに好ましくは50~130μm、特に好ましくは50~100μmである。単結晶ドメインサイズは種結晶層の表面を光学顕微鏡で観察することにより以下の手順で決定することができる。具体的には、光学顕微鏡を用いて、多数の粒子が膜面方向に互いに結合していることを観察可能な画像を取得する。このとき、各粒子(ドメイン)が単結晶(結晶方位が同一)であることは、別途EBSDやラマン分光等の手法を用いることで確認可能である。また、視野範囲は、視野の上下端に平行な直線を引いた場合に、いずれの直線も5個から15個の粒子と交わるような直線が引けるような視野範囲とする。そして、平行に引いた3本の直線において、直線が交わる全ての粒子に対し、個々の粒子の内側の線分の長さを平均したものに1.5を乗じた値をドメインサイズとして採用することができる。 The seed crystal layer thus formed typically has a polycrystalline structure, and more typically has a plurality of single crystal domains that bind to each other in the film plane direction. Each of the domains preferably has a size of 10 to 150 μm in the film surface direction (hereinafter referred to as a single crystal domain size), more preferably 20 to 130 μm, still more preferably 50 to 130 μm, and particularly preferably 50 to 100 μm. .. The single crystal domain size can be determined by the following procedure by observing the surface of the seed crystal layer with an optical microscope. Specifically, an optical microscope is used to acquire an observable image in which a large number of particles are bonded to each other in the film surface direction. At this time, it can be confirmed that each particle (domain) is a single crystal (the crystal orientation is the same) by separately using a method such as EBSD or Raman spectroscopy. Further, the field of view is set so that when a straight line parallel to the upper and lower ends of the field of view is drawn, a straight line that intersects 5 to 15 particles can be drawn for each straight line. Then, in the three straight lines drawn in parallel, the value obtained by multiplying the average length of the inner line segments of the individual particles by 1.5 is adopted as the domain size for all the particles where the straight lines intersect. be able to.
種結晶層の厚さは特に限定されないが、0.001~5μmが好ましく、より好ましくは0.01~3μm、さらに好ましくは0.1~2μm、特に好ましくは0.1~1μmである。 The thickness of the seed crystal layer is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 5 μm, more preferably 0.01 to 3 μm, still more preferably 0.1 to 2 μm, and particularly preferably 0.1 to 1 μm.
(3)水熱処理
続いて、種結晶層を原料水溶液に浸漬して水熱処理を施し、それによりCuXO2(式中、XはAl、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)の一般式で表される組成を有するデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜を形成する。原料水溶液はCuXO2を生成するための前駆体を含む溶液であり、具体的には、Cuのイオンと、Al、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素のイオンとを含有する。これらの金属のイオンは、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩等の金属塩の形態で供されるのが好ましい。Cuイオンを与える塩の好ましい例としては、硝酸銅、硫酸銅、酢酸銅、及びそれらの水和物が挙げられ、特に好ましくは硝酸銅又はその水和物である。Alイオンを与える塩の好ましい例としては、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、及びそれらの水和物が挙げられ、特に好ましくは硝酸アルミニウム又はその水和物である。Gaイオンを与える塩の好ましい例としては、硝酸ガリウム、硫酸ガリウム、酢酸ガリウム、及びそれらの水和物が挙げられ、特に好ましくは硝酸ガリウム又はその水和物である。Feイオンを与える塩の好ましい例としては、硝酸鉄、硫酸鉄、酢酸鉄、及びそれらの水和物が挙げられ、特に好ましくは硝酸鉄又はその水和物である。Crイオンを与える塩の好ましい例としては、硝酸クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、及びそれらの水和物が挙げられ、特に好ましくは硝酸クロム又はその水和物である。Mnイオンを与える塩の好ましい例としては、硝酸マンガン、硫酸マンガン、酢酸マンガン、及びそれらの水和物が挙げられ、特に好ましくは硝酸マンガン又はその水和物である。原料水溶液の好ましいpHは6.0~11.0であり、より好ましくは7.0~10.0、さらに好ましくは8.0~10.0である。原料水溶液のpH調整は水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液の滴下により行うのが好ましい。また、金属イオンを還元するために、エチレングリコール等の還元剤を添加してもよい。例えば、2価のCuイオン(Cu2+)を用いる場合、エチレングリコール等の還元剤を添加することで1価に還元することができる。
(3) Hydrothermal treatment Subsequently, the seed crystal layer is immersed in a raw material aqueous solution and subjected to hydrothermal treatment, whereby X is selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn at least in CuXO 2 (in the formula, X is selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn). A delafosite-type Cu-based composite oxide film having a composition represented by the general formula (which is one kind of element) is formed. The raw material aqueous solution is a solution containing a precursor for producing CuXO 2 , specifically, Cu ions and at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn. Contains ions. The ions of these metals are preferably provided in the form of metal salts such as nitrates, sulfates and acetates. Preferred examples of the salt giving Cu ions include copper nitrate, copper sulfate, copper acetate, and hydrates thereof, and particularly preferably copper nitrate or a hydrate thereof. Preferred examples of the salt that gives Al ions include aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum acetate, and hydrates thereof, and particularly preferably aluminum nitrate or a hydrate thereof. Preferred examples of the salt giving Ga ion include gallium nitrate, gallium sulfate, gallium acetate, and hydrates thereof, and gallium nitrate or a hydrate thereof is particularly preferable. Preferred examples of the salt giving Fe ions include iron nitrate, iron sulfate, iron acetate, and hydrates thereof, and iron nitrate or a hydrate thereof is particularly preferable. Preferred examples of the salt giving Cr ions include chromium nitrate, chromium sulfate, chromium acetate, and hydrates thereof, and particularly preferably chromium nitrate or a hydrate thereof. Preferred examples of the salt giving Mn ion include manganese nitrate, manganese sulfate, manganese acetate, and hydrates thereof, and manganese nitrate or a hydrate thereof is particularly preferable. The pH of the raw material aqueous solution is preferably 6.0 to 11.0, more preferably 7.0 to 10.0, and even more preferably 8.0 to 10.0. The pH of the raw material aqueous solution is preferably adjusted by dropping an alkaline aqueous solution such as a potassium hydroxide aqueous solution. Further, a reducing agent such as ethylene glycol may be added to reduce the metal ion. For example, when divalent Cu ion (Cu 2+ ) is used, it can be reduced to monovalent by adding a reducing agent such as ethylene glycol.
水熱処理は120~250℃の温度で行われるのが好ましく、より好ましくは140~240℃、さらに好ましくは160~230℃である。また、上記範囲内の温度での保持時間(すなわち水熱処理時間)は、好ましくは1時間以上であり、より好ましくは1~100時間、さらに好ましくは1~50時間である。水熱処理はオートクレーブ(耐圧容器)中で行われるのが好ましい。例えば、種結晶層付き基板をオートクレーブ内に立てて配置し、原料水溶液を入れて上記温度にて上記時間で水熱処理を行うのが好ましい。 The hydrothermal treatment is preferably performed at a temperature of 120 to 250 ° C, more preferably 140 to 240 ° C, and even more preferably 160 to 230 ° C. The holding time at a temperature within the above range (that is, hydroheat treatment time) is preferably 1 hour or longer, more preferably 1 to 100 hours, and further preferably 1 to 50 hours. The hydrothermal treatment is preferably performed in an autoclave (pressure resistant container). For example, it is preferable to place the substrate with the seed crystal layer upright in the autoclave, put the raw material aqueous solution in it, and perform hydrothermal treatment at the above temperature for the above time.
こうして水熱処理を経て得られるデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜は、CuXO2(式中、XはAl、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)の一般式で表される組成を有する膜である。そして、このデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜は高いp型性能を呈することができる。上記Cu系複合酸化物膜が高いp型性能を呈する理由は定かではないが、結晶性が高いためではないかと推察される。 The delafosite-type Cu-based composite oxide film thus obtained by hydrothermal treatment is CuXO 2 (in the formula, X is at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn). ) Is a film having a composition represented by the general formula. The delafosite-type Cu-based composite oxide film can exhibit high p-type performance. The reason why the Cu-based composite oxide film exhibits high p-type performance is not clear, but it is presumed that it is due to its high crystallinity.
Cu系複合酸化物膜はH原子(水素原子)を1×1018atoms/cm3以上の濃度で含有するのが好ましく、より好ましくは1×1018~1×1022atoms/cm3、さらに好ましくは3×1018~3×1021atoms/cm3、特に好ましくは1×1019~1×1021atoms/cm3である。このような濃度範囲でH原子を含むことでp型性能の向上に寄与する。また、Cu系複合酸化物膜はC原子(炭素原子)を1×1018atoms/cm3以上の濃度で含有するのが好ましく、より好ましくは1×1018~1×1022atoms/cm3、さらに好ましくは3×1018~3×1021atoms/cm3、特に好ましくは1×1019~1×1021atoms/cm3である。このような濃度範囲でC原子を含むことでp型性能の更なる向上に寄与する。さらに、Cu系複合酸化物膜は、当該膜に含有されるC原子が、当該膜に含有されるH原子と同じ濃度又はそれより低い濃度(atoms/cm3)であるのがp型性能の更なる向上の観点から好ましい。 The Cu-based composite oxide film preferably contains H atoms (hydrogen atoms) at a concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more, more preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 22 atoms / cm 3 , and further. It is preferably 3 × 10 18 to 3 × 10 21 atoms / cm 3 , and particularly preferably 1 × 10 19 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 . The inclusion of H atoms in such a concentration range contributes to the improvement of p-type performance. Further, the Cu-based composite oxide film preferably contains C atoms (carbon atoms) at a concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more, and more preferably 1 × 10 18 to 1 × 10 22 atoms / cm 3 . , More preferably 3 × 10 18 to 3 × 10 21 atoms / cm 3 , and particularly preferably 1 × 10 19 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 . The inclusion of C atoms in such a concentration range contributes to further improvement of p-type performance. Further, in the Cu-based composite oxide film, the C atom contained in the film has the same concentration as or lower than the H atom contained in the film (atoms / cm 3 ), which is the p-type performance. It is preferable from the viewpoint of further improvement.
Cu系複合酸化物膜は、多結晶構造を有するのが典型的であり、より典型的には、膜面方向に互いに結合する複数の単結晶ドメインを有する。この場合、等方的な導電性の観点から、単結晶ドメインの各々が膜面方向に10~150μmのサイズ(以下、単結晶ドメインサイズという)を有するのが好ましく、より好ましくは20~130μm、さらに好ましくは50~130μm、特に好ましくは50~100μmである。単結晶ドメインサイズの決定は種結晶層に関して前述した手順と同様にして行うことができる。 The Cu-based composite oxide film typically has a polycrystalline structure, and more typically has a plurality of single crystal domains that are bonded to each other in the film surface direction. In this case, from the viewpoint of isotropic conductivity, it is preferable that each of the single crystal domains has a size of 10 to 150 μm in the film surface direction (hereinafter referred to as a single crystal domain size), and more preferably 20 to 130 μm. It is more preferably 50 to 130 μm, and particularly preferably 50 to 100 μm. The determination of the single crystal domain size can be performed in the same manner as described above for the seed crystal layer.
Cu系複合酸化物膜の厚さは特に限定されないが、導電性と透光性のバランスの観点から、0.01~10μmが好ましく、より好ましくは0.01~5μm、さらに好ましくは0.1~5μm、特に好ましくは0.1~2μmである。 The thickness of the Cu-based composite oxide film is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 0.01 to 5 μm, still more preferably 0.1, from the viewpoint of the balance between conductivity and translucency. It is ~ 5 μm, particularly preferably 0.1 ~ 2 μm.
本発明の製造方法によれば、Cu系複合酸化物膜は、初期形態として、種結晶層及び基板を伴った形態で得られるが、その後の処理又は加工により、種結晶層及び/又は基板が除去された形態としてもよい。すなわち、Cu系複合酸化物膜は、それ単独の自立膜の形態であってよいし、種結晶層を伴った形態、又は種結晶層及び基板を伴った形態であってもよい。例えば、基板及び種結晶層からCu系複合酸化物膜を分離してもよいし、基板からCu系複合酸化物膜及び種結晶層の複合層を基板から分離してもよい。Cu系複合酸化物膜の分離は、公知の手法により行えばよく、特に限定されない。例えば、機械的衝撃を加えて膜を分離する手法、熱を加えて熱応力を利用して膜を分離する手法、超音波等の振動を加えて膜を分離する手法、不要部分をエッチングして膜を分離する手法、レーザーリフトオフにより膜を分離する手法、切削や研磨等の機械的加工により分離する手法が挙げられる。このような分離手法によって、Cu系複合酸化物膜を自立膜として得ることができる。また、基板からCu系複合酸化物膜及び種結晶層の複合層を基板から分離する場合も、上記手法に準じて複合層を分離すればよい。 According to the production method of the present invention, the Cu-based composite oxide film is obtained in a form accompanied by a seed crystal layer and a substrate as an initial form, but a seed crystal layer and / or a substrate is obtained by a subsequent treatment or processing. It may be in the removed form. That is, the Cu-based composite oxide film may be in the form of a self-standing film by itself, in the form of a seed crystal layer, or in the form of a seed crystal layer and a substrate. For example, the Cu-based composite oxide film may be separated from the substrate and the seed crystal layer, or the composite layer of the Cu-based composite oxide film and the seed crystal layer may be separated from the substrate. Separation of the Cu-based composite oxide film may be performed by a known method and is not particularly limited. For example, a method of applying a mechanical impact to separate the film, a method of applying heat to separate the film using thermal stress, a method of applying vibration such as ultrasonic waves to separate the film, and etching unnecessary parts. Examples include a method of separating the film, a method of separating the film by laser lift-off, and a method of separating by mechanical processing such as cutting and polishing. By such a separation method, a Cu-based composite oxide film can be obtained as a self-supporting film. Further, when the composite layer of the Cu-based composite oxide film and the seed crystal layer is separated from the substrate, the composite layer may be separated according to the above method.
本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
例1
(1)基板上への種結晶層の形成
直径2インチ(5.08cm)のc面サファイア基板(並木精密宝石株式会社製)に、スパッタリングにより、厚さ500nmのCuAlO2層を形成した。
<スパッタリング条件>
・ターゲット:CuAlO2(株式会社豊島製作所製、純度4N)
・スパッタリング方式:RFマグネトロン
・成膜時圧力:1.0Pa
・成膜時導入ガス種:Ar+O2(流量比Ar:O2=3:2)
・基板温度:加熱なし
Example 1
(1) Formation of Seed Crystal Layer on the Substrate A CuAlO 2 layer having a thickness of 500 nm was formed on a c-plane sapphire substrate (manufactured by Namiki Precision Jewel Co., Ltd.) having a diameter of 2 inches (5.08 cm) by sputtering.
<Sputtering conditions>
・ Target: CuAlO 2 (manufactured by Toshima Manufacturing Co., Ltd., purity 4N)
・ Sputtering method: RF magnetron ・ Pressure during film formation: 1.0 Pa
-Introduced gas type at the time of film formation: Ar + O 2 (flow rate ratio Ar: O 2 = 3: 2)
・ Substrate temperature: No heating
成膜されたCuAlO2層は非晶質であったが、高速熱処理法(RTA)にてアニールすることで結晶化させ、デラフォサイト型のCuAlO2層を種結晶層として形成させた。このRTAによるアニールは、CuAlO2層を50℃/秒で昇温させ、真空中1050℃で2分間保持し、炉冷を経て降温させるより行った。こうして得られたCuAlO2層付きサファイア基板を10mm角に切断した。 Although the formed CuAlO 2 layer was amorphous, it was crystallized by annealing by a high-speed heat treatment method (RTA) to form a delafosite-type CuAlO 2 layer as a seed crystal layer. This annealing by RTA was carried out by raising the temperature of the CuAlO 2 layer at 50 ° C./sec, holding it in vacuum at 1050 ° C. for 2 minutes, and lowering the temperature through furnace cooling. The CuAlO two -layered sapphire substrate thus obtained was cut into 10 mm squares.
(2)水熱処理
硝酸ガリウム八水和物(キシダ化学株式会社製)2.460g、硝酸銅2.5水和物(シグマアルドリッチ社製)1.450g、milli-Q水36mL、エチレングリコール(キシダ化学株式会社製)30mLをビーカーに入れ、マグネットスターラーにて10分間攪拌して原料溶液を調製した。別途用意した0.5MのKOH水溶液を上記原料溶液に滴下してpHを8.8とした。その後、原料溶液を攪拌したまま30分保持した。上記(1)で作製した10mm角のCuAlO2層付きサファイア基板を、内径10mm、長さ約10mmのシリコーンチューブに差し、基板を立てた状態とした。これを内容積50mLのオートクレーブ内にセットし、上記pH調整済み原料溶液を35mL入れ、190℃で24時間水熱処理を行って水熱合成膜を形成させた。室温まで冷却後、基板をオートクレーブから取り出し、milli-Q水にて洗浄した。こうして、基板上に種結晶層(厚さ500nm)及び水熱合成膜(厚さ0.2μm)を備えた複合材料を得た。
(2) Hydrothermal treatment Gallium nitrate octahydrate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) 2.460 g, copper nitrate 2.5 hydrate (manufactured by Sigma Aldrich) 1.450 g, milli-Q water 36 mL, ethylene glycol (Kishida) (Chemical Co., Ltd.) 30 mL was placed in a beaker and stirred with a magnet stirrer for 10 minutes to prepare a raw material solution. A separately prepared 0.5 M KOH aqueous solution was added dropwise to the raw material solution to adjust the pH to 8.8. Then, the raw material solution was kept agitated for 30 minutes. The 10 mm square CuAlO two -layered sapphire substrate produced in (1) above was inserted into a silicone tube having an inner diameter of 10 mm and a length of about 10 mm, and the substrate was placed upright. This was set in an autoclave having an internal volume of 50 mL, 35 mL of the above pH-adjusted raw material solution was put therein, and hydrothermal heat treatment was performed at 190 ° C. for 24 hours to form a hydrothermal synthetic film. After cooling to room temperature, the substrate was removed from the autoclave and washed with milli-Q water. In this way, a composite material provided with a seed crystal layer (thickness 500 nm) and a hydrothermal synthetic film (thickness 0.2 μm) on the substrate was obtained.
(3)評価
水熱処理後の複合材料の種結晶層上の水熱合成膜に対し、以下の各種評価を行った。
(3) Evaluation The following various evaluations were performed on the hydrothermal synthetic film on the seed crystal layer of the composite material after the hydrothermal treatment.
<X線解析による定性分析>
水熱合成膜に対し、X線回折装置(ブルカー・エイエックスエス製、D8 ADVANCE)を用いて膜の定性分析を行ったところ、デラフォサイト型のCuAlO2及びCuGaO2が検出された。CuAlO2は種結晶層に由来する組成であり、CuGaO2は水熱合成膜に由来する組成である。
<Qualitative analysis by X-ray analysis>
When the hydrothermal synthetic membrane was subjected to qualitative analysis of the membrane using an X-ray diffractometer (D8 ADVANCE, manufactured by Bruker AXS), delafosite-type CuAlO 2 and CuGaO 2 were detected. CuAlO 2 has a composition derived from the seed crystal layer, and CuGaO 2 has a composition derived from the hydrothermal synthesis film.
<単結晶ドメインサイズの測定>
水熱合成膜の表面を光学顕微鏡で観察して、図1に示される画像を取得した。取得された光学顕微鏡像に基づいて単結晶ドメインサイズを以下の手順で測定した。光学顕微鏡像より、多数の粒子が膜面方向に互いに結合していることが観察される。各粒子(ドメイン)が単結晶(結晶方位が同一)であることは、別途EBSDやラマン分光等の手法を用いることで確認可能である。視野範囲は、視野の上下端に平行な直線を引いた場合に、いずれの直線も5個から15個の粒子と交わるような直線が引けるような視野範囲とした。平行に引いた3本の直線において、直線が交わる全ての粒子に対し、個々の粒子の内側の線分の長さを平均したものに1.5を乗じた値をドメインサイズとした。本例でのドメインサイズは72μmであった。また、種結晶層の単結晶ドメインサイズも同程度であった。
<Measurement of single crystal domain size>
The surface of the hydrothermal synthesis membrane was observed with an optical microscope to obtain the image shown in FIG. The single crystal domain size was measured by the following procedure based on the obtained optical microscope image. From the optical microscope image, it is observed that a large number of particles are bonded to each other in the film surface direction. It can be confirmed that each particle (domain) is a single crystal (the crystal orientation is the same) by separately using a method such as EBSD or Raman spectroscopy. The field of view was set so that when a straight line parallel to the upper and lower ends of the field of view was drawn, a straight line could be drawn so that each straight line intersected with 5 to 15 particles. In the three straight lines drawn in parallel, the value obtained by multiplying the average length of the inner line segments of the individual particles by 1.5 for all the particles where the straight lines intersect was defined as the domain size. The domain size in this example was 72 μm. In addition, the single crystal domain size of the seed crystal layer was about the same.
<断面観察及びH濃度及びC濃度の測定>
水熱処理後の複合材料の断面をSEMで観察して、図2に示される断面SEM像を取得した。図2に示されるように、スパッタリングにより形成されたCuAlO2種結晶層と、その上に水熱処理により形成されたCuGaO2層とが確認された。この膜に対し、TOF-SIMSによりCuGaO2層部分の不純物濃度を測定した。この測定は、エッチングイオン種:Cs+、エッチングイオン加速電圧:2kV、一次イオン種:Bi+、一次イオン加速電圧:25kV、二次イオン極性:Negativeの条件で行った。その結果、CuGaO2層中に、Hが5×1020atoms/cm3、Cが3×1020atoms/cm3の濃度で検出された。
<Cross-section observation and measurement of H concentration and C concentration>
The cross section of the composite material after the hydrothermal treatment was observed by SEM, and the cross section SEM image shown in FIG. 2 was obtained. As shown in FIG. 2, a CuAlO type 2 crystal layer formed by sputtering and a CuGaO 2 layer formed on the CuAlO type 2 crystal layer by hydrothermal treatment were confirmed. For this film, the impurity concentration of the CuGaO 2 layer portion was measured by TOF-SIMS. This measurement was performed under the conditions of etching ion species: Cs + , etching ion acceleration voltage: 2 kV, primary ion species: Bi + , primary ion acceleration voltage: 25 kV, and secondary ion polarity: Negative. As a result, H was detected at a concentration of 5 × 10 20 atoms / cm 3 and C was detected at a concentration of 3 × 10 20 atoms / cm 3 in the CuGaO 2 layer.
<SCMによるp型強度>
水熱合成膜表面に対し、走査型静電容量顕微鏡(SCM)(ブルカー・エイエックス社製、NanoScope IV)を用いて、水熱合成膜のp型強度の測定を行った。この測定は、探針としてPtIrコートされたシリコンカンチレバーを用い、変調電圧8.0V、DCバイアス電圧0Vにて行った。その結果、図3に示されるSCM像が得られた。図3に示されるSCM像に示されるように、強いp型のdC/dV信号が検出された。
<P-type strength by SCM>
The p-type strength of the hydrothermal synthetic membrane was measured on the surface of the hydrothermal synthetic membrane using a scanning capacitance microscope (SCM) (NanoScope IV, manufactured by Bruker AEX). This measurement was performed using a PtIr-coated silicon cantilever as a probe at a modulation voltage of 8.0 V and a DC bias voltage of 0 V. As a result, the SCM image shown in FIG. 3 was obtained. As shown in the SCM image shown in FIG. 3, a strong p-type dC / dV signal was detected.
例2(比較)
本例は、例1において作製したCuAlO2層付きサファイア基板(その上に水熱合成膜を作成していないもの)に対して評価を行った例であり、水熱処理による水熱合成膜の形成を行わなかったこと以外は例1と同様の製造手順を行った比較例に相当する。例1で作製したCuAlO2層付きサファイア基板に対し、TOF-SIMSによりCuAlO2種結晶層中の不純物濃度の測定を試みたところ、H濃度及びC濃度共に検出限界以下であった。また、走査型静電容量顕微鏡(SCM)(ブルカー・エイエックス社製、NanoScope IV)を用いてCuAlO2種結晶層の評価を行ったところ、図4に示されるSCM像が得られた。図4に示されるように、弱いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 2 (comparison)
This example is an example in which the CuAlO two -layered sapphire substrate (the one on which the hydrothermal synthesis film is not formed) produced in Example 1 is evaluated, and the formation of the hydrothermal synthesis film by hydrothermal treatment is performed. It corresponds to a comparative example in which the same manufacturing procedure as in Example 1 was performed except that the above was not performed. When the impurity concentration in the CuAlO type 2 crystal layer was measured by TOF-SIMS for the sapphire substrate with CuAlO 2 layer prepared in Example 1, both the H concentration and the C concentration were below the detection limit. Further, when the CuAlO type 2 crystal layer was evaluated using a scanning capacitance microscope (SCM) (NanoScope IV manufactured by Bruker AEX Co., Ltd.), the SCM image shown in FIG. 4 was obtained. As shown in FIG. 4, a weak p-type dC / dV signal was detected.
例3
種結晶層の形成においてスパッタリングターゲットとしてCuGaO2ターゲットを用いたこと以外は、例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 3
A hydrothermal synthetic film was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the CuGaO 2 target was used as the sputtering target in the formation of the seed crystal layer. The results are as shown in Table 1, and a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
例4
種結晶層の形成においてアニール条件を1050℃で15秒間としたこと以外は例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、単結晶ドメインサイズはやや小さくなったが、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 4
A hydrothermal synthetic film was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the annealing conditions were set at 1050 ° C. for 15 seconds in the formation of the seed crystal layer. The results are as shown in Table 1, and although the single crystal domain size was slightly smaller, a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
例5
種結晶層の形成においてアニール条件を1150℃で2分間としたこと以外は例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、単結晶ドメインサイズはやや大きくなったが、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 5
A hydrothermal synthetic film was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the annealing condition was set to 1150 ° C. for 2 minutes in the formation of the seed crystal layer. The results are as shown in Table 1, and although the single crystal domain size was slightly larger, a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
例6
水熱処理における原料溶液のpHを6.5としたこと以外は例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 6
A hydrothermal synthetic film was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the pH of the raw material solution in the hydrothermal treatment was 6.5. The results are as shown in Table 1, and a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
例7
水熱処理の温度を120℃としたこと以外は例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 7
The hydrothermal synthetic membrane was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the hydrothermal treatment was 120 ° C. The results are as shown in Table 1, and a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
例8
水熱処理の温度を220℃としたこと以外は例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 8
The hydrothermal synthetic membrane was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the hydrothermal treatment was set to 220 ° C. The results are as shown in Table 1, and a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
例9
水熱処理における原料溶液のpHを10.5としたこと以外は例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 9
A hydrothermal synthetic film was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the pH of the raw material solution in the hydrothermal treatment was set to 10.5. The results are as shown in Table 1, and a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
例10
c面サファイア基板の代わりに以下に示される手順で作製された配向多結晶アルミナ基板を用いたこと以外は例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 10
The hydrothermal synthesis film was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the oriented polycrystalline alumina substrate prepared by the procedure shown below was used instead of the c-plane sapphire substrate. The results are as shown in Table 1, and a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
<配向多結晶アルミナ基板の作製>
(1)板状アルミナ粒子の作製
高純度γ-アルミナ粉末(TM-300D、大明化学工業株式会社製)96重量部と、高純度AlF3粉末(関東化学株式会社製、鹿特級)4重量部と、種結晶としての高純度α-アルミナ粉末(TM-DAR、大明化学工業株式会社製、D50:1μm)0.17重量部とを、溶媒としてのIPA(イソプロピルアルコール)とともに、直径2mmのアルミナボールを用いて5時間ポットミルで混合した。ポットミル混合後、IPAをエバポレータにて留去して混合粉末を得た。得られた混合粉末300gを高純度アルミナ製の鞘(純度99.5重量%、容積750cm3)に入れ、高純度アルミナ製(純度99.5重量%)の蓋をして電気炉内でエアフロー中、900℃で3時間熱処理した。エアーの流量は25000cc/minとした。熱処理後の粉末を大気中、1150℃で42.5時間アニール処理した後、直径2mmのアルミナボールを用いて4時間粉砕して、平均粒径2μm、厚み0.3μm、アスペクト比約7の板状アルミナ粒子からなる粉末を得た。
<Preparation of oriented polycrystalline alumina substrate>
(1) Preparation of plate-shaped alumina particles 96 parts by weight of high-purity γ-alumina powder (TM-300D, manufactured by Taimei Chemicals Co., Ltd.) and 4 parts by weight of high-purity AlF 3 powder (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade deer) And 0.17 parts by weight of high-purity α-alumina powder (TM-DAR, manufactured by Taimei Chemicals Co., Ltd., D50: 1 μm) as a seed crystal, together with IPA (isopropyl alcohol) as a solvent, alumina having a diameter of 2 mm. The mixture was mixed in a pot mill for 5 hours using a ball. After mixing in the pot mill, IPA was distilled off with an evaporator to obtain a mixed powder. 300 g of the obtained mixed powder is placed in a sheath made of high-purity alumina (purity 99.5% by weight, volume 750 cm 3 ), covered with a lid made of high-purity alumina (purity 99.5% by weight), and air flowed in an electric furnace. Medium, heat-treated at 900 ° C. for 3 hours. The air flow rate was 25000 cc / min. The heat-treated powder is annealed in the air at 1150 ° C. for 42.5 hours and then pulverized using an alumina ball having a diameter of 2 mm for 4 hours to form a plate having an average particle size of 2 μm, a thickness of 0.3 μm, and an aspect ratio of about 7. A powder composed of like alumina particles was obtained.
(2)テープ成形
上記(1)で作製した板状アルミナ粒子1.5重量部と、平均粒径がこの板状アルミナ粒子の厚みより小さい微細アルミナ粒子(TM-DAR、平均粒径0.1μm、大明化学工業株式会社製)98.5重量部とを混合した。この混合アルミナ粉末100重量部に対し、酸化マグネシウム(500A、宇部マテリアルズ株式会社製)0.025重量部と、バインダーとしてポリビニルブチラール(品番BM-2、積水化学工業株式会社製)7.8重量部と、可塑剤としてジ(2-エチルヘキシル)フタレート(黒金化成株式会社製)3.9重量部と、分散剤としてトリオレイン酸ソルビタン(レオドールSP-O30、花王株式会社製)2重量部と、分散媒として2-エチルヘキサノールとを加えて混合した。分散媒の量は、スラリー粘度が20000cPとなるように調整した。このようにして調製されたスラリーを、ドクターブレード法によってPETフィルムの上に乾燥後の厚さが20μmとなるようにシート状に成形した。得られたシート(テープ)を直径50.8mm(2インチ)の円形シート片に切断した後、シート片150枚を積層した。得られた積層体を厚さ10mmのAl板の上に載置した後、パッケージに入れて内部を真空にすることで真空パックとした。この真空パックを85℃の温水中で100kgf/cm2の圧力にて静水圧プレスを行い、円板状の成形体を得た。
(2) Tape molding 1.5 parts by weight of the plate-shaped alumina particles produced in (1) above and fine alumina particles (TM-DAR, average particle size 0.1 μm) having an average particle size smaller than the thickness of the plate-shaped alumina particles. , Taimei Chemicals Co., Ltd.) 98.5 parts by weight was mixed. For 100 parts by weight of this mixed alumina powder, 0.025 parts by weight of magnesium oxide (500A, manufactured by Ube Materials Co., Ltd.) and 7.8 weights of polyvinyl butyral (product number BM-2, manufactured by Sekisui Chemical Industry Co., Ltd.) as a binder. 3.9 parts by weight of di (2-ethylhexyl) phthalate (manufactured by Kurokin Kasei Co., Ltd.) as a plasticizer, and 2 parts by weight of sorbitan trioleate (Leodor SP-O30, manufactured by Kao Co., Ltd.) as a dispersant. , 2-Ethylhexanol was added as a dispersion medium and mixed. The amount of the dispersion medium was adjusted so that the slurry viscosity was 20000 cP. The slurry thus prepared was formed into a sheet on a PET film by a doctor blade method so that the thickness after drying was 20 μm. The obtained sheet (tape) was cut into circular sheet pieces having a diameter of 50.8 mm (2 inches), and then 150 sheet pieces were laminated. The obtained laminate was placed on an Al plate having a thickness of 10 mm, and then placed in a package to evacuate the inside to form a vacuum pack. This vacuum pack was subjected to hydrostatic pressure pressing at a pressure of 100 kgf / cm 2 in warm water at 85 ° C. to obtain a disk-shaped molded product.
(3)焼成
得られた成形体を脱脂炉中に配置し、600℃で10時間の条件で脱脂を行った。得られた脱脂体を、黒鉛製の型を用いたホットプレスにより窒素中1975℃で4時間、面圧200kgf/cm2の条件で焼成し、その後降温した。降温の際、1200℃になった時点で面圧を開放し、直径50.8mmのアルミナ焼結体を得た。
(3) Firing The obtained molded product was placed in a degreasing furnace and degreased at 600 ° C. for 10 hours. The obtained degreased body was calcined in nitrogen at 1975 ° C. for 4 hours under the condition of a surface pressure of 200 kgf / cm 2 by hot pressing using a graphite mold, and then the temperature was lowered. When the temperature was lowered, the surface pressure was released when the temperature reached 1200 ° C. to obtain an alumina sintered body having a diameter of 50.8 mm.
(4)表面研磨
得られたアルミナ焼結体の表裏両面に対し、ダイヤモンド砥粒で鏡面研磨して厚さ0.5mmとした。こうして研磨した焼結体(試料)をアセトン、エタノール及びイオン交換水の順でそれぞれ10分間洗浄し、配向多結晶アルミナ基板を完成させた。
(4) Surface polishing Both the front and back surfaces of the obtained alumina sintered body were mirror-polished with diamond abrasive grains to obtain a thickness of 0.5 mm. The sintered body (sample) thus polished was washed with acetone, ethanol, and ion-exchanged water in this order for 10 minutes each to complete an oriented polycrystalline alumina substrate.
例11
水熱処理における原料溶液の調製時に、硝酸クロム九水和物0.520gを更に加えたこと以外は例1と同様にして、水熱合成膜の作製及び評価を行った。結果は表1に示されるとおりであり、SCM像において強いp型のdC/dV信号が検出された。
Example 11
A hydrothermal synthetic membrane was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that 0.520 g of chromium nitrate nine hydrate was further added at the time of preparing the raw material solution in the hydrothermal treatment. The results are as shown in Table 1, and a strong p-type dC / dV signal was detected in the SCM image.
Claims (3)
サファイア基板又は配向多結晶アルミナ基板である基板を用意する工程と、
前記基板上にCuX’O 2 (式中、X’はAl、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)の一般式で表される組成を有するデラフォサイト型Cu系複合酸化物の種結晶層を形成する工程と、
前記種結晶層を、Cuのイオンと、Al、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素のイオンとを含有するpH6.0~11.0の原料水溶液に浸漬して120~250℃の温度でオートクレーブ中にて水熱処理を施し、それによりCuXO2(式中、XはAl、Ga、Fe、Cr及びMnからなる群から選択される少なくとも1種の元素である)の一般式で表される組成を有するデラフォサイト型Cu系複合酸化物膜を形成する工程と、
を含む、方法。 A method for producing a delafosite-type Cu-based composite oxide film.
The process of preparing a substrate that is a sapphire substrate or an oriented polycrystalline alumina substrate, and
Dela having a composition represented by the general formula of CuX'O 2 (in the formula, X'is at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn) on the substrate. A step of forming a seed crystal layer of a fosite-type Cu-based composite oxide, and
The seed crystal layer is immersed in a raw material aqueous solution having a pH of 6.0 to 11.0 containing Cu ions and ions of at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Fe, Cr and Mn. Then, hydrothermal treatment is performed in an autoclave at a temperature of 120 to 250 ° C. , whereby X is at least one element selected from the group consisting of CuXO 2 (in the formula, X is Al, Ga, Fe, Cr and Mn). A step of forming a delafosite-type Cu-based composite oxide film having a composition represented by the general formula of (a), and
Including, how.
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