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酸化亜鉛結晶層の製造方法及び酸化亜鉛結晶層並びにミスト化学気相成長装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P130008892
整理番号 12027AB11
掲載日 2013年4月1日
出願番号 特願2013-033503
公開番号 特開2014-063973
出願日 平成25年2月22日(2013.2.22)
公開日 平成26年4月10日(2014.4.10)
優先権データ
  • 特願2012-185968 (2012.8.26) JP
発明者
  • 中村 有水
出願人
  • 国立大学法人 熊本大学
発明の名称 酸化亜鉛結晶層の製造方法及び酸化亜鉛結晶層並びにミスト化学気相成長装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】安価にサファイア基板の非極性面に酸化亜鉛結晶層を形成する方法を提供する。
【解決手段】酸化亜鉛前駆体を含む原料溶液を霧化して発生したミストをキャリアガスによって基板上に搬送し、該基板上で熱化学反応させて酸化亜鉛からなる層を形成するミスト化学気相成長法によって、表面の結晶面がa面又はm面であるサファイア基板上に酸化亜鉛を結晶成長させる酸化亜鉛結晶層の製造方法。
【選択図】図5
従来技術、競合技術の概要



近年、高効率・長寿命の発光ダイオード(LED)が開発され、照明等に使用される白色光源として、蛍光灯からLEDに置き換わりつつある。

現行のLEDは、発光層が窒化インジウムガリウム(InGaN)材料から成っているが、希少金属であるインジウムの枯渇が懸念されている。

そのため、代替材料の開発が急務となっており、その代替材料候補の一つとして酸化亜鉛(ZnO)が注目されている(例えば、非特許文献1参照)。

酸化亜鉛の原料である亜鉛は、現在あらゆるLEDの母材材料となっているガリウムと比較して、資源として豊富に地球上に存在し、ガリウムより非常に安価な材料であり、低価格化に向けて足り得る材料である。





LED等の発光素子に使用される酸化亜鉛層は、結晶性の高い均質層として形成されることが必要である。従来、酸化亜鉛結晶層は、サファイア(Al23)のc面上に、極性の有るc面酸化亜鉛結晶層として形成されることが多いが、該酸化亜鉛結晶層は、量子井戸を形成した際、ピエゾ電界のため電子と正孔が分離し、発光効率が顕著に低下するという問題がある。

そのため、従来の極性面(c面)に加えて、a面やm面といった非極性面が最近注目されている。非極性面においては、極性面で問題となっていたピエゾ分極による量子井戸の発光効率の低下が、非極性面を用いることによって克服されるからである。





このような結晶性の高い酸化亜鉛層の製造方法として、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)や分子線エピタキシー法(MBE)が挙げられる(例えば、特許文献1,2参照)。この方法では、c面のみならず、a面やm面にも結晶性の高い酸化亜鉛層を形成することができる。しかしながら、この方法では、真空プロセスや高純度ガスを必要とし、製造コストが高くなるという問題がある。また、原料ガスが高価であることが多く、毒性や危険性があることも少なくない。





酸化亜鉛層の他の製造方法として、ミスト化学気相成長法(ミストCVD法)が開発されている(例えば、非特許文献2参照)。ミスト化学気相成長法では、大気圧で製造できるため、真空プロセス等の設備を必要とせず、また、比較的安価な原料溶液を用いて製造することができるため、上記従来の製造方法と比較して、安価に製造することが可能である。





また、高品質な酸化物薄膜を形成するための装置として、特許文献3には、基板が酸化物薄膜を形成するための成長室の上側に固定して設置され、前記基板の下側に設置された貫通孔プレートと、前記貫通孔プレートのさらに下側に設置され、前記貫通孔プレートと一体化された整流羽根を有し、前記貫通孔プレートと整流羽根の両者が、固定された前記基板に対して回転する構造を有する、ミストCVD装置が開示されている。

産業上の利用分野



本発明は、酸化亜鉛結晶層の製造方法及び酸化亜鉛結晶層の製造方法に適したミスト化学気相成長装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
酸化亜鉛前駆体を含む原料溶液を霧化して発生したミストをキャリアガスによって基板上に搬送し、該基板上で熱化学反応させて酸化亜鉛からなる層を形成するミスト化学気相成長法によって、表面の結晶面がa面又はm面であるサファイア基板上に酸化亜鉛を結晶成長させることを特徴とする酸化亜鉛結晶層の製造方法。

【請求項2】
前記サファイア基板上に、酸化亜鉛をエピタキシー成長させる請求項1記載の酸化亜鉛結晶層の製造方法。

【請求項3】
前記サファイア基板における表面の結晶面が、m面である請求項1又は2に記載の酸化亜鉛結晶層の製造方法。

【請求項4】
前記サファイア基板温度が、600℃以上850℃以下である請求項1から3のいずれかの酸化亜鉛結晶層の製造方法。

【請求項5】
前記原料溶液における溶媒が、水又は水を主体とする溶媒である請求項1から4のいずれかの酸化亜鉛結晶層の製造方法。

【請求項6】
前記酸化亜鉛前駆体が、塩化亜鉛である請求項1から5のいずれかの酸化亜鉛結晶層の製造方法。

【請求項7】
請求項1から6のいずれかに記載の方法にて製造されてなり、表面結晶面が非極性面である酸化亜鉛結晶層。

【請求項8】
熱分解性の酸化物前駆体を含む原料溶液を霧化して発生したミストをキャリアガスによって基板上に搬送し、該基板上で熱化学反応させて、薄膜状の酸化物結晶層を形成するためのミスト化学気相成長装置であって、
成長室と、
超音波振動子により前記原料溶液を霧化してミストを発生させるミスト発生器と、
前記ミスト発生器にキャリアガスを供給するキャリアガス供給手段と、
前記ミスト発生器で発生したミストをキャリアガスによって前記成長室下方から内部へ供給する供給管と、
を備え、
前記成長室は、成長室内の上部中央に設置され、軸線を中心に回転可能な回転ステージと、前記回転ステージに保持された基板と、前記基板を加熱するためのヒーターと、前記供給管と連結し前記基板に対してミストを下方から上方に垂直方向に供給するノズルと、
を有することを特徴とするミスト化学気相成長装置。

【請求項9】
前記ノズルが、前記基板との距離を可変可能なノズルである請求項8記載のミスト化学気相成長装置。

【請求項10】
前記基板が、a面又はm面サファイア基板である請求項8または9に記載のミスト化学気相成長装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013033503thum.jpg
出願権利状態 公開
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