JP2007137757A - c軸選択配向性ZnO膜の製造方法、及びc軸選択配向性のZnO薄膜構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、c軸選択配向性ZnO膜及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る製造方法は、基板を形成する工程と、上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程と100℃〜200℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスAl2O3膜上に積層され、上記アモルファスAl2O3膜の存在に応じたZnO膜を形成する工程と、を含む。上記基板は、シリコン(Si)(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック又はジルコニア等の材料である。上記アモルファスAl2O3膜は、化学気相堆積法、原子層堆積法又はスパッタ法を用いて、堆積される。一般的に、上記アモルファスAl2O3膜は、3nm〜15nmの厚みを有する。上記ZnO膜を形成する工程では、一般的に、X線回折により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも5倍以上大きいZnO膜を形成させる。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係る製造方法は、基板を形成する工程と、上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程と100℃〜200℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスAl2O3膜上に積層され、上記アモルファスAl2O3膜の存在に応じたZnO膜を形成する工程と、を含む。上記基板は、シリコン(Si)(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック又はジルコニア等の材料である。上記アモルファスAl2O3膜は、化学気相堆積法、原子層堆積法又はスパッタ法を用いて、堆積される。一般的に、上記アモルファスAl2O3膜は、3nm〜15nmの厚みを有する。上記ZnO膜を形成する工程では、一般的に、X線回折により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも5倍以上大きいZnO膜を形成させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、集積回路(IC)の製造に関するものであり、より具体的には、アモルファスAl2O3層上に積層して形成させたc軸選択配向性ZnO膜に関するものである。
原子層堆積(ALD)法によって堆積された、堆積薄膜のZnOは、c軸配向性が低く、結晶サイズが小さい。また、結晶に適合した基板を用いることにより、上記基板上に積層された薄膜を結晶化させることができることがよく知られている。例えば、c軸配向ZnO膜は、エピタクシー法及びエピタキシャル側面過成長(epitaxial lateral overgrowth)法により形成される。これらの方法は、c軸配向ZnO膜の形成速度が遅く、高温を必要とし、結晶基板若しくはシード層を必要とする。
また、垂直方向に整列したZnOナノワイヤは、サファイア若しくはGaNのような、結晶に適合した基板の上に成長させることができることも報告されている。高いc軸配向性を有し、さらにエピタキシャルなZnO膜は、単結晶Al2O3からなるサファイア基板上に成長させることができることが報告されている。
ナノワイヤ、ナノロッド及びナノ粒子のようなナノ構造材料は、ナノワイヤ化学センサー、ナノワイヤバイオセンサー、ナノワイヤ発光ダイオード、ナノワイヤトランジスタ、ナノワイヤレーザ等のような応用分野で利用できるといった将来性を有している。ZnOのような材料は、成長が適切に制御されることにより、ナノ構造となる。ZnOは、380nmの固有のUV光ルミネッセンス(PL)及び、約500〜700nm前後の広い範囲を中心とする、欠陥に関連する可視光ルミネッセンス(PL)を示す重要な光輝性の材料である。
ナノ構造をCMOS(complementary metal-oxide semiconductor)電子機器に組み込むための技術としては、1つの基板上にナノワイヤを成長させ、これらを収穫(harvesting)し、素子基板の上に分散させる技術がよく報告されている。このような技術は、「ピック・アンド・プレイス」法と称される。これまでのところ、素子基板上に直接成長させたZnOナノ構造を用いることについては、ほとんど報告されていない。素子基板上に直接成長させたナノワイヤを利用して素子を製造することは、清潔性、及びナノ構造の直接配置等の点において、従来の「ピック・アンド・プレイス」法に比べ有利である。垂直方向に精度高く整列したナノ構造を成長させることに加えて、コストのかかるエピタキシャル法を使用することなく、c軸選択配向性ZnO膜を製造することができれば有利である。
本発明は、アモルファス薄膜Al2O3緩衝層を使用し、該アモルファス薄膜Al2O3緩衝層上に堆積させたALD ZnO薄膜において、c軸結晶成長を起こさせる方法を提供する。
本発明に係るc軸選択配向性ZnO膜の製造方法は、基板を形成する工程と、上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程と、100℃〜200℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスAl2O3膜上に積層されたZnO膜を形成する工程と、を含み、上記ZnO膜は、上記アモルファスAl2O3膜の存在に応じたc軸選択配向性を有することを特徴としている。
上記基板を形成する工程では、シリコン(Si)(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック及びジルコニアからなる群より選択される材料から基板を形成することが好ましい。
上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程では、化学気相堆積(CVD)法、原子層堆積(ALD)法及びスパッタ法からなる群より選択される堆積方法を用いて、アモルファスAl2O3膜を堆積させることが好ましい。
また、上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程では、100℃〜200℃の範囲内の基板温度で、トリメチルアルミニウム(TMA)と水とからなる前駆体を用い、原子層堆積(ALD)法により上記アモルファスAl2O3膜を堆積させることが好ましい。
さらに、上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程では、3nm〜15nmの範囲内の厚さの上記アモルファスAl2O3膜を形成することが好ましい。
上記c軸選択配向性ZnO膜を形成する工程では、X線回折(XRD)により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも5倍以上大きいZnO膜を形成することが好ましい。
また、本発明に係るc軸選択配向性ZnO膜の製造方法は、約400℃〜900℃の範囲内の温度で、上記ZnO膜をアニーリングし、該アニーリングにより、ZnO膜のc軸選択配向性を向上させる工程を更に含むことが好ましい。
上記ZnO膜のc軸選択配向性を向上させる工程では、(002)ピーク:(100)ピークの比が100:1よりも大きいZnO膜を形成することが好ましい。
また、上記ZnO膜のc軸選択配向性を向上させる工程を含む、本発明に係るc軸選択配向性ZnO膜の製造方法において、上記ZnO膜を形成する工程では、厚みのあるZnO膜を形成し、上記アニーリングにより、上記ZnO膜中に、最大粒径が上記ZnO膜の厚さと略同じである結晶粒子を形成する工程を更に含むことが好ましい。
上記ZnO膜を形成する工程では、ジエチル亜鉛及び水を用い、原子層堆積(ALD)法により、上記ZnO膜を形成することが好ましい。この際、3nm〜300nmの範囲内の厚さのZnO膜を形成することが好ましい。
上記ZnO膜を形成する工程では、160℃〜180℃の範囲内の基板温度でZnO膜を形成することが好ましい。
本発明に係るc軸選択配向性のZnO薄膜構造は、基板と、上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜と、上記アモルファスAl2O3膜上に積層されたZnO膜と、を含み、上記ZnO膜は、X線回折(XRD)により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも略5倍又はそれよりも大きいことを特徴としている。
本発明に係るc軸選択配向性のZnO薄膜構造において、上記基板は、シリコン(Si)(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック及びジルコニアからなる群より選択される材料であることが好ましい。
本発明に係るc軸選択配向性のZnO薄膜構造において、上記アモルファスAl2O3膜の厚さは、3nm〜15nmの範囲内であることが好ましい。
本発明に係るc軸選択配向性のZnO薄膜構造において、上記ZnO膜は、(002)ピーク:(100)ピークの比が100:1より大きいことが好ましい。さらに、上記ZnO膜は結晶粒子を含んでおり、上記結晶粒子は、最大粒径が上記ZnO膜の厚さと略同じであることが好ましい。
本発明に係るc軸選択配向性のZnO薄膜構造において、上記ZnO膜の厚さが3nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。
また、本発明に係るc軸選択配向性のZnO薄膜構造は、基板と、上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜と、上記アモルファスAl2O3膜上に積層されたZnO膜と、を含み、上記ZnO膜は、アニーリング後にX線回折(XRD)により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも100倍以上大きいことを特徴としている。
本発明に係るc軸選択配向性ZnO膜の製造方法は、以上のように、薄膜アモルファスAl2O3緩衝層を、ZnO膜とSi基板との間に堆積させるため、高温や、結晶シード層若しくは特別に結晶に適合した基板を必要とすることなく、c軸選択配向性ZnO膜を製造できるという効果を奏する。
本発明の一実施形態について説明とすると、以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
Si基板上に堆積させると、ALD ZnOは一般的に、多少のc軸選択配向性を有するが、強くはない。しかしながら、薄膜アモルファスAl2O3緩衝層を、ZnO膜とSi基板との間に堆積すると(ZnO/Al2O3/Si)、その上に積層されたZnO膜のc軸配向性が非常に高められる。上記方法は、高温や、結晶シード層若しくは特別に結晶に適合した基板を必要としない。
従って、c軸選択配向性ZnO膜を製造する方法を提供することができる。該方法は、基板を形成する工程と、上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程と、100℃〜200℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスAl2O3膜上に積層され、上記アモルファスAl2O3膜の存在に応じたc軸選択配向性を有するZnO膜を形成する工程とを含む。上記基板としては、シリコン(Si)(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック、又はジルコニア等の材料を用いることができる。上記アモルファスAl2O3膜は、化学気相堆積(CVD)法、原子層堆積(ALD)法、又はスパッタ法を用いて堆積される。一般的には、上記アモルファスAl2O3層は、約3〜15nmの範囲の厚みを有する。
上記c軸選択配向性を有するZnO膜を形成する工程では、一般的には、X線回折(XRD)で測定される上記(100)ピークの5倍、又はそれよりも大きな(002)ピークを有するZnO膜が形成される。この点において、上記方法は、さらに、約400℃〜900℃の範囲内の温度で、ZnO膜をアニーリングし、該アニーリングにより、ZnO膜のc軸選択配向性を向上させる工程を含む。例えば、アニーリング後、上記ZnO膜の(002)ピーク:(100)ピークの比を略100:1よりも大きくすることができる。
本発明に係るc軸選択配向性ZnO膜の製造方法のさらなる詳細、及びc軸選択配向性のZnO薄膜構造について、以下、説明する。
図1は、c軸選択配向性のZnO膜構造の部分断面図を示す。構造100は、基板102と、基板102上に積層されたアモルファスAl2O3膜104とを含む。ZnO膜106はアモルファスAl2O3膜104の上に積層されている。上記ZnO膜106は、X線回折(XRD)により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも5倍以上大きい。
図2は、アモルファスAl2O3膜上に積層して形成されたZnO膜と、直接Si基板上に形成されたZnO膜とを比較したXRD曲線である。ZnO/Al2O3/Si(100)構造は、X線回折(XRD)により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも5倍以上大きい。図2におけるトレース(線)は、読み易くするために、一定強度以下のピークはオフセット処理されている。ピークの高さは、原点(ゼロ)から測定されておらず、ベースラインオフセットから測定されている。ベースラインから測定すると、最低部のトレースは、(002)ピーク:(100)ピークの比がおよそ7.5:2.5、すなわち3:1である。一方、最頂部のトレースは、(002)ピーク:(100)ピークの比がおよそ56:4、すなわち14:1である。つまり、この場合、上記ピーク比における相対的な増加倍率(improvement)は14/3(即ち、4.7倍)である。他のサンプル(ここでは示していない)では、上記増加倍率はより大きい。それゆえ、Al2O3膜上に積層されていないZnO膜と比較して、ZnO/Al2O3/Si(100)構造のc軸配向性は、(002)ピークを用いて測定したときの、略5倍よりも大きい。
図1に示す基板102は、例えば、Si(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック又はジルコニア等の材料である。上記アモルファスAl2O3膜104は、約3nm〜15nmの範囲内の厚さ108を有する。また、ZnO膜106は、約3nm〜300nmの範囲内の厚さ110を有する。
アニーリングを行う場合、ZnO膜106における(002):(100)のピーク比は100:1よりも大きくすることができる。また、図5と以下の説明に示すように、ZnO膜106における(002):(100)のピーク比は、上記ZnO膜106をSiに堆積させたときは2.6:1である。また、上記ZnO膜106をAl2O3/Siに堆積したときの上記ピーク比は50:1である。アモルファスAl2O3膜を900℃でアニーリングした後では、上記ピーク比は約250:1に上昇する。アモルファスAl2O3膜を用いることにより、相対的な増加倍率は、約50/2.6(即ち、19倍)となる。同様に堆積させた膜と比較して、アニーリングした膜は100倍の改善を示す。本実施形態では、ZnO膜中で粒状化した結晶112は、上記ZnO膜の厚さ108と略同じ大きさの最大粒径(直径)を有する。
〔作用についての説明〕
図3は、Si基板1上に直接積層して形成されたZnO膜2の部分断面図を示す。図4は、Si基板1上に直接積層して形成されたAl2O3膜3と共に形成されたZnO膜4の部分断面図を示す。図3に示すZnO膜2の構造と図4に示すZnO膜4の構造とをXRDを用いて比較すると、図4に示すZnO膜4の構造と比べて、図3に示すZnO膜2の構造は、結晶配向性が乏しい。
図3は、Si基板1上に直接積層して形成されたZnO膜2の部分断面図を示す。図4は、Si基板1上に直接積層して形成されたAl2O3膜3と共に形成されたZnO膜4の部分断面図を示す。図3に示すZnO膜2の構造と図4に示すZnO膜4の構造とをXRDを用いて比較すると、図4に示すZnO膜4の構造と比べて、図3に示すZnO膜2の構造は、結晶配向性が乏しい。
まず、略6nmのAl2O3膜3(ALD法によって175℃で堆積)をSi基板1の上に堆積させる。厚さの正確性は必ずしも重要ではないが、厚さが約3nm〜15nmの範囲内のAl2O3を使用することができる。また、CVD法やスパッタ法等の他の堆積方法を使用してもかまわない。
次に、厚さが約61nm〜72nmの範囲内のZnO膜4を、ALD法によって175℃で堆積させる。ここで、上記ZnO膜4の厚さは特には限定されない。
図5は、異なる処理によって形成されたZnO膜の(002)ピークを比較するためのXRD2θ−ωプロットを示す。Al2O3上に積層されたZnO膜(989)は、Al2O3膜がなくむき出しのSi(100)上に堆積したZnO膜(999)よりも、(002)ピークが大きい。このことは、上記ZnO膜(989)は、上記ZnO膜(999)よりも、c軸選択配向性がより高いことを示している。その後、上記積層構造を、窒素雰囲気中900℃でアニーリングすることにより、(002)ピークはより大きく上昇する。このことは、c軸選択配向性が更に高くなっていることを示している。単純Sherrer分析によれば、アニーリング後のAl2O3緩衝層を有するZnO膜における結晶の粒径は64nm〜100nmの範囲内であることが分かる。また、Al2O3結晶に起因するピークが検出されない。このことは、たとえ、Al2O3緩衝層がアモルファスであり、アニーリング後もその状態を維持していても、その上に積層されるZnO膜のc軸選択配向性を大きく向上させることができることを示している。
図6は厚さを変化させたAl2O3緩衝層上に堆積させたZnO膜のXRDプロットを示す。具体的には、図6は、厚さが3nm、5nm及び15nmのAl2O3緩衝層上にALD法によって堆積させたZnO膜のXRDの結果を示す(図6中の表も参照)。図6に示すように、サンプル1056(緩衝層の厚さ5nm)が最も大きい(002)ピーク、即ち最も高いc軸選択配向性を有することが分かる。また、むき出しのSi(Al2O3緩衝層なし)と比較して、サンプル1057(緩衝層の厚さ3nm)及びサンプル1058(緩衝層の厚さ15nm)も(002)ピークが上昇している。ZnO膜のc軸配向性の向上は、ALD法で適用される堆積温度が低くても、具体的には、175℃以下であっても起こる。
図7はc軸選択配向性ZnO膜の製造方法を示すフローチャートである。上記製造方法を明確に記載するために、番号付けした工程を一定の順番で配列させて記載しているが、各工程の順序は上記番号に従う必要はない。これらの工程の一部を省略して実施したり、複数の工程を同時に実施したり、工程の順序を厳格に定めることなく実施したりしてもよいと理解されるべきである。また、本発明に係るc軸選択配向性ZnO膜の製造方法の詳細は、上述した図1〜6の説明の文脈から、より深く理解することができるであろう。なお、本発明に係るc軸選択配向性ZnO膜の製造方法は、図7の工程700から始まる。
工程702では、基板を形成する。該基板としては、Si(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック又はジルコニアを用いることができるが、他の材料も使用可能である。工程704では、上記基板の上にアモルファスAl2O3膜を積層させる。工程706では、100℃〜200℃の範囲内の基板温度で上記アモルファスAl2O3膜の上に積層されたZnO膜を形成する。該ZnO層は、アモルファスAl2O3膜の存在に応じたc軸選択配向性を有する。
工程704における基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜の形成では、CVD法、ALD法又はスパッタ法のような堆積方法を用いて、アモルファスAl2O3膜を堆積させる。ALD法を用いた場合では、例えば、100℃〜200℃の範囲内の基板温度で、トリメチルアルミニウム(TMA)と水とからなる前駆体を用い、基板上に積層させたアモルファスAl2O3膜を形成する。また、工程704では、約3nm〜15nmの範囲内の厚さのアモルファスAl2O3膜を形成する。
工程706におけるc軸選択配向性ZnO膜の形成では、XRDにより測定される(002)ピークが(100)ピークの5倍以上大きいZnO膜が形成される。
異なった形態として、工程708では、約400〜900℃の範囲内の温度でZnO膜をアニーリングし、工程710ではアニーリングに応じて、ZnO膜のc軸選択配向性を向上させる。例えば、工程710においてZnO膜のc軸選択配向性を向上させることには、(002)ピーク:(100)ピークの比が略100:1より大きいZnO膜を形成することが含まれる。更に、工程712では、工程708のアニール工程に応じて、ZnO膜厚と同じ大きさの最大粒径を有する粒状化した結晶(結晶粒子)が、ZnO膜中に形成してもよい。
一つの形態として、工程706におけるZnO膜の形成では、ジエチル亜鉛(DEZ)及び水を用い、ALD法によりZnO膜が形成される。他の形態として、厚さが約3nm〜300nmの範囲内であるZnO膜を工程706で形成する。別の形態として、工程706では、約160〜180℃の範囲内の基板温度でZnO膜を形成する。
c軸選択配向性ZnO膜は、対応する製造方法に付随するものである。具体的な原料や製造の詳細な記述は、本発明の説明の助けとなるよう例示として記載したものであり、本発明はこれら例示のみに限定されるものではない。本発明の他のバリエーション及び実施形態が、当業者には思いつくであろうが、本発明には、そのようなバリエーション及び実施形態も含まれる。
本発明は、集積回路の製造に用いることができるだけではなく、CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)電子機器をはじめとする各種電子機器及びその製造に広く用いることができる。
1 Si基板
2 ZnO膜
3 Al2O3膜
4 ZnO膜
100 構造
102 基板
104 アモルファスAl2O3膜
106 ZnO膜
108 厚み
110 厚み
112 ZnO膜中で粒状化した結晶(結晶粒子)
2 ZnO膜
3 Al2O3膜
4 ZnO膜
100 構造
102 基板
104 アモルファスAl2O3膜
106 ZnO膜
108 厚み
110 厚み
112 ZnO膜中で粒状化した結晶(結晶粒子)
Claims (19)
- 基板を形成する工程と、
上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程と、
100℃〜200℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスAl2O3膜上に積層されたZnO膜を形成する工程と、を含み、
上記ZnO膜は、上記アモルファスAl2O3膜の存在に応じたc軸選択配向性を有することを特徴とするc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。 - 上記基板を形成する工程では、シリコン(Si)(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック及びジルコニアからなる群より選択される材料から基板を形成することを特徴とする請求項1に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程では、化学気相堆積(CVD)法、原子層堆積(ALD)法及びスパッタ法からなる群より選択される堆積方法を用いて、上記アモルファスAl2O3膜を堆積させることを特徴とする請求項1に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程では、100℃〜200℃の範囲内の基板温度で、トリメチルアルミニウム(TMA)と水とからなる前駆体を用い、原子層堆積(ALD)法により上記アモルファスAl2O3膜を堆積させることを特徴とする請求項1に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜を形成する工程では、3nm〜15nmの範囲内の厚さのアモルファスAl2O3膜を形成することを特徴とする請求項1に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 上記c軸選択配向性ZnO膜を形成する工程では、X線回折(XRD)により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも5倍以上大きいZnO膜を形成することを特徴とする請求項1に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 約400℃〜900℃の範囲内の温度で、ZnO膜をアニーリングし、該アニーリングに応じて、上記ZnO膜のc軸選択配向性を向上させる工程を更に含むことを特徴とする請求項6に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 上記ZnO膜のc軸選択配向性を向上させる工程では、(002)ピーク:(100)ピークの比が100:1よりも大きいZnO膜を形成することを特徴とする請求項7に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 上記ZnO膜を形成する工程では、厚みのあるZnO膜を形成し、
上記アニーリングにより、上記ZnO膜中に、最大粒径が上記ZnO膜の厚さと略同じである結晶粒子を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項7に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。 - 上記ZnO膜を形成する工程では、ジエチル亜鉛及び水を用い、原子層堆積(ALD)法により、上記ZnO膜を形成することを特徴とする請求項1に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 上記ZnO膜を形成する工程では、3nm〜300nmの範囲内の厚さのZnO膜を形成することを特徴とする請求項10に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 上記ZnO膜を形成する工程では、160℃〜180℃の範囲内の基板温度でZnO膜を形成することを特徴とする請求項1に記載のc軸選択配向性ZnO膜の製造方法。
- 基板と、
上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜と、
上記アモルファスAl2O3膜上に積層されたZnO膜と、を含み、
上記ZnO膜は、X線回折(XRD)により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも略5倍又はそれよりも大きいことを特徴とするc軸選択配向性のZnO薄膜構造。 - 上記基板は、シリコン(Si)(100)、Si(111)、Si(110)、石英、ガラス、プラスチック及びジルコニアからなる群より選択される材料であることを特徴とする請求項13に記載のc軸選択配向性のZnO薄膜構造。
- 上記アモルファスAl2O3膜の厚さは、3nm〜15nmの範囲内であることを特徴とする請求項13に記載のc軸選択配向性のZnO薄膜構造。
- 上記ZnO膜は、(002)ピーク:(100)ピークの比が100:1より大きいことを特徴とする請求項13に記載のc軸選択配向性のZnO薄膜構造。
- 上記ZnO膜は結晶粒子を含んでおり、
上記結晶粒子は、最大粒径が上記ZnO膜の厚さと略同じであることを特徴とする請求項16に記載のc軸選択配向性のZnO薄膜構造。 - 上記ZnO膜の厚さが3nm〜300nmの範囲内であることを特徴とする請求項13に記載のc軸選択配向性のZnO薄膜構造。
- 基板と、
上記基板上に積層されたアモルファスAl2O3膜と、
上記アモルファスAl2O3膜上に積層されたZnO膜と、を含み、
上記ZnO膜は、アニーリング後にX線回折(XRD)により測定される(002)ピークが(100)ピークよりも100倍以上大きいことを特徴とするc軸選択配向性のZnO薄膜構造。
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JP2009057267A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Japan Science & Technology Agency | プラスチック基板上へのZnO単結晶の堆積方法 |
JP2012134206A (ja) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体装置およびその製造方法 |
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009038179A (ja) * | 2007-08-01 | 2009-02-19 | National Institute For Materials Science | 素子基板とその製造法 |
JP2009057267A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Japan Science & Technology Agency | プラスチック基板上へのZnO単結晶の堆積方法 |
JP2012134206A (ja) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体装置およびその製造方法 |
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