ガラス基板上への層状酸化物単結晶薄膜の作製

• Project/Area Number: 21360319
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 神谷 利夫 Tokyo Institute of Technology, 応用セラミックス研究所, 教授 (80233956)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000); Fiscal Year 2011: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2010: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2009: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
• Keywords: 層状酸化物 / 単結晶薄膜 / 固相結晶化 / ガラス基板 / 大面積デバイス

Research Abstract

室温で作製したアモルファスInGaO_3(ZnO)_m薄膜において、ガラス上で結晶化温度(T_<crys>)を下げられる条件を調べ、以下の結果を得た。
1.パルスレーザー堆積(PLD)法によりmを変えた薄膜を作製し、T_<crys>と結晶組成の関係を調べた。その結果、室温製膜時に結晶成長する境界組成であるm=4では、酸素分圧P_<O2>=1Paで製膜した場合の結晶化温度はT_<crys>=600℃であるが、P_<O2>=10^<-3>Paでは400℃以下まで低下した。
2.さらにZnOテンプレート層を用いることに、T_<crys>=275℃まで低下した。
しかしながら、この場合の結晶相はm=3およびGa_20_3の混合相であった。
3.単相の結晶相を得るためにはm=1が最良であることを確かめた。この場合、T_<crys>=600℃であったが、ZnOテンプレート層を使うことで350℃まで低下した。
4.以上の条件から、ブリッジマン炉を用いて大粒径結晶薄膜の作製を試みた。結晶化には成功したものの、ZnO,Bi_2O_3テンプレート層などを用い、また、基板・薄膜形状の工夫をした範囲では、100nm程度の粒径しか得られておらず、今後、大粒径化の検討を進めていく必要がある。
5.結晶化挙動を詳細に調べるため、高温で光学物性、膜厚、結晶化率を精確に測定できる装置を組み上げた。
6.予備実験として、RFスパッタリング法により作製したm=1薄膜のex situ結晶化実験を進めている。結晶化温度がPLD法より高いことが示唆されており、その原因を検討中である。

Research Products

• [Journal Article] Fabrication of GaN epitaxial thin film on InGaZnO4 single-crystalline buffer layer (2010)
  • Author(s): T.Shinozaki, K.Nomura, T.Katase, T.Kamiya, M.Hirano, H.Hosono
  • Journal Title: Thin Solid Films 518 Pages: 2996-2999
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ガラスの視点からみたアモルファス酸化物半導体In-Ga-Zn-O (2011)
  • Author(s): 神谷利夫, 野村研二, 細野秀雄
  • Organizer: 第49回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2011-01-11
• [Presentation] 層状酸化物結晶InGaZnO_4の単結晶薄膜作製とバッファー層への応用 (2009)
  • Author(s): 篠崎智正、野村研二、片瀬貴義、神谷利夫、平野正浩、細野秀雄
  • Organizer: 薄膜材料デバイス研究会 第6回研究集会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2009-11-02
• [Presentation] Epitaxial growth of GaN films on InGaZnO_4 single crystalline buffer layer (2009)
  • Author(s): T.Shinozaki, K.Nomura, T.Katase, T.Kamiya, M.Hirano, H.Hosono
  • Organizer: 6th International Symposium on Transparent Oxide Thin Films for Electronics and Optics
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-04-16
• [Remarks]
  • URL: http://www.khlab.msl.titech.ac.jp/