WO2002017368A1 - Composant de polysilicium a semi-conducteur et son procede de fabrication - Google Patents

Description

明細書 多結晶半導体部材およびその作成方法 発明の属する技術分野 本発明は、 透明の半導体素子を構成するのに適した半導体部材に関し、 特 に透明度の高く、 抵抗率の低い亜鉛酸化物に関する。 背景技術 亜鉛と酸素を構成元素とする多結晶酸化亜鉛部材は、 受光素子、 表面弾性 波素子、 圧電素子、 透明導電電極、 能動素子等への応用が期待されている。 作成方法としては、超高真空を用いた M B E法、レーザ一アベレーシヨン法、 スパッタリング法、 真空蒸着法、 ゾルゲル法、 M O— C V D法、 等の多くの 方法が検討されている。

透明トランジスタ等の能動素子について言えば、 結晶性の観点から、 超高 真空を用いた M B E法とレーザー · アベレーシヨン法を併用した方法が主流 となっている。 しかし、 この方法は低価格、 大面積の能動素子を実現するに は、 好ましい作成方法ではない。 しかしながら、 透明導電電極の作成には、 上記方法が用いられ、 トップデータを叩き出している。 また、 大面積堆積で はスパヅタリング法が試みられているが、 M B E法に匹敵する低抵抗率は得 られていない。 このような現状から、 結晶性が良く大面積薄膜の形成が可能 な M O— C V D法 (Metal Organic Chemical Vapor Deposition System) に 注目が集まっている。

?ジケトン化合物の有機金属を用いた酸化亜鉛材料の M O— C V D法によ る作成は、 南らにより Appl.Pbys.Lett.，41 ( 1982) 958に示されている。 こ の内容は、 材料の使用目的として透明導電電極に限られており、 ガラス基板 上へ形成された c軸配向性を有する多結晶酸化亜鉛薄膜に関するもので、 抵 抗率も十分なものではなかった。 また、 この作成法を用いて他の素子に応用 した例に関しては、 報告がない。 M B E法を用いて、 酸化亜鉛を透明トランジスタ素子に応用した例は、 東 工大の川崎らにより平成 1 2年春季応用物理学会講演会予稿集で報告されて いる。 この報告では、 基板としてガラス基板を用いているが、 結晶配向性は ウルヅ鉱構造の c軸である。

薄膜の深さ方向の伝導を用いる太陽電池と異なり、 透明トランジスタ、 透 明導電電極、 表面弾性波素子は面内方向の伝導を利用する素子である。 東北 大学の中村らは （Jpn.J.Appl.Pbys 39 (2000) L534) M B E法を用いて、 a 軸配向の単結晶酸化亜鉛薄膜が表面弾性波素子に適していることを報告して いる。

多結晶あるいは非晶質基板上に形成された酸化亜鉛 （Z n O ) 薄膜は、 '、口 晶軸の c軸配向性を示す場合が殆どである。 これは、 Z nと 0のイオン結合 が強いことによるためと考えられている。 a軸配向の酸化亜鉛薄膜を得る方 法として、 本発明の発明者は、 直流バイアスを印加したスパッタリング法を 提案し、 第 4 5回応用物理学会連合講演会 講演予稿集 30aPB/ II p. 630 (平成 10年 3月） で報告している。 この手法では、 支持基板を導電性金属 にするか、 あるいはガラス等の絶縁性基板表面に I T 0や A 1などの導電性 薄膜を形成し、 それらの導電性薄膜に直流バイアスを印加して酸化亜鉛薄膜 を形成するものである。 この手法は a軸への配向性制御が可能になったもの の、 結晶性が十分なものでなかった。 また、 この a軸配向の基板を用いて透 明薄膜トランジスタ構造を形成すると、 図 1に示すような構成となる。 この 透明薄膜トランジス夕構造は、 a軸配向酸化亜鉛薄膜 3 0にソース電極 4 2 , ゲート酸化膜 4 3とゲート電極 4 4， およびドレイン電極 4 5を形成した構 成である。 しかし、 この透明薄膜トランジスタ構造は、 ガラス基板 1 0上に 直流バイアスを印加するための導電性薄膜 2 0を形成しているため、 ソース 電極 4 2とドレイン電極 4 5間に電流を流すと、 本来、 酸化亜鉛薄膜 3 0を 流れるべき電流の経路は、 酸化亜鉛に比べて非常に低抵抗の I 0ゃ八 1な どの導電性薄膜 2 0中を流れてしまう。 この結果、 透明トランジスタは全く 機能しないという構造上の問題が発生する。

次に、 結晶性を改善させる手法として、 本発明の発明者は、 上記手法で作 成した a軸配向酸化亜鉛薄膜を種結晶とし、 この上部に常圧 M O— C V D法 を用いて多結晶酸化亜鉛薄膜をェビタキシャル的に成長させる試みを行い、 高い結晶配向性を得たことを日本表面科学会 東北支部連合会 講演予稿集

Gl P32 (平成 10年 11月） で報告した。 しかしながら、 上記透明トランジ ス夕に応用した場合における構造上の問題点が改善した訳ではなかった。 この a軸配向酸化亜鉛薄膜の応用の 1つに電子写真感光体がある。 a軸配 向酸化亜鉛は、 柱状結晶が倒れた構造をしており、 この上部に M O— C V D 法により酸化亜鉛薄膜を成長させると、 大きな結晶粒が成長する。 これが、 電子写真感光体の光感度を向上させる。 光感度の向上を証明している論文と して .H. Zhang, D.E Broaie りの (Photoresponse of poiycrystalline ZnO films deposited by r,f,bias sputteringiThin Solid Films 261(1995)334-339) という論文がある。 この論文では、 a軸配向の光感度が c軸に比べて格段に 高いことを説明している。 電子写真感光体の断面図は、 図 2に示すような構 造をしている。 動作メカニズムとしては、 まず、 酸化亜鉛薄膜 7 0の表面に 電荷を帯電し、 この電荷で発生する電界により、 外部からの入射光で対生成 した光キャリアを基板 6 0と垂直な方向へと分離させる。 図 2では正の電位 が表面に帯電しているので、 光で対生成した光キャリアの一方である電子は 表面に、 他の正孔は基板に引き寄せられる。 このように基板に垂直な電界を 発生させるには、 支持基板面 6 0に電位を供給するための導電性基板がなけ ればならず、 従来は低抵抗の導電体である A 1板をドラム状にして利用して いた。 A 1板の代わりに絶縁性基板の上に導電性薄膜である I T 0、 A 1を 形成しても良い。以上のことから、 a軸配向酸化亜鉛薄膜を形成するために、 ガラス基板上に導電性薄膜を形成する構造を有することは、 透明トランジス 夕への応用にとっては大きな欠陥であつたが、 電子写真感光体にとっては必 要不可欠なものであることは言うまでもない。 上記、 電子写真感光体への応 用例をまとめ、 本発明の発明者らは、 特閧 2 0 0 0 - 1 3 7 3 4 2号に感光 体、 電子写真装置及び感光体容器という名称で特許出願した。

本特許の目的は、 平面方向に移動度が高い、 結晶軸の a軸配向性を持つ多 結晶酸化亜鉛半導体部材およびその作成方法を提供するものである。

また、 可視の領域で透明性を有する酸化亜鉛半導体部材も本発明の目的で o

上記目的を達成するために、 本発明は、 基板上に形成される多結晶半導体 部材であって、 構成元素として亜鉛、 酸素を少なく とも有し、 結晶配向面が ウルヅ鉱構造 a軸に配向していることを特徴とする。 発明の開示 上記目的を達成するために、 本発明は、 多結晶透明半導体部材の作成方法 であって、 透明な支持基板上に、 導電膜を形成し、 前記形成した導電膜に直 流バイァスを印加して、 スパヅ夕リング法により a軸配向性を有する多結晶 酸化亜鉛薄膜を作成し、 M O— C V D法により、 a軸配向性を有する第 2の 多結晶酸化亜鉛薄膜を、 前記多結晶酸化亜鉛薄膜上に形成する工程を備え、 前記 M O— C V D法は、 水和性のァセチルアセトン亜鉛を原料に使用するこ とを特徴とする多結晶半導体部材の作成方法である。

前記水和性のァセチルァセトン亜鉛を予備加熱して分解し、 酸素ガスとの 反応性を改善することができる。 また、 前記ァセチルアセトン亜鉛は、 I族 または III族の不純物を含み、 n型や p型の半導体を得ることができる。 前記導電膜は金属であり、 前記 M〇— C V D法による第 2の多結晶酸化亜 鉛薄膜を作成することにより、 前記金属の導電膜を酸化して透明度を高める ことができる。

上述の多結晶透明半導体部材の作成方法を用いて作成され、 前記第 2の酸 化亜鉛薄膜上に透明な電極を設け、 能動素子を形成するとともに、 可視領域 において 5 0 %以上の透過率を有していることを特徴とする透明半導体も本 発明である。

透明基板、 金属酸化膜、 第 1の a軸配向性酸化亜鉛薄膜、 第 2の a軸配向 性酸化亜鉛薄膜が積層され、 該第 2の a軸配向性酸化亜鉛薄膜上に、 透明な ソース電極およびドレイン電極と、 透明なゲート絶縁膜およびゲート電極と を設けることにより、 前記素子は可視領域において 5 0 %以上の透過率を有 している透明半導体素子を得ることができる。

前記金属酸化膜を夕ングステンやチタンの酸化膜とすることにより、 経時 変化の少ない透明半導体素子とすることができる。 図面の簡単な説明 図 1は、 従来の手法で作成した酸化亜鉛薄膜で構成したトランジスタ構造 を示す図である。

図 2は、 従来の手法で構成した電子写真感光体の断面図を示す図である。 図 3は、本発明の多結晶酸化亜鉛の半導体部材の製造過程を示す図である。 図 4は、 直流バイアスの印加電圧を変えて作成された酸化亜鉛薄膜の X線 回折測定の結果を示すグラフである。

図 5は、 A 1薄膜の抵抗値による配向性の制御を示す図である。

図 6は、 第 1の酸化亜鉛薄膜を形成した段階の透過率を示す図である。 図 7は、 M ( a c a c ) n (M：金属） のァセチルアセトン金属の分子構 造式を示す図である。 金属 Mが Znであれば Zn (acac) 2となる。 図 8は、 Zn (a c ac) 2の水和物原料 （ a ) 及び非水和物原料 （ b ) の TG、 D T A測定結果を示すグラフである。

図 9は、 有機金属気相成長 （MO— CVD) 装置の構成を示す図である。 図 10は、 L iを不純物として添加した試料の抵抗率の変化を示すグラフ である。

図 11は、 G aを不純物として添加した試料の抵抗率の変化を示すグラフ である。

図 12は、 酸化亜鉛薄膜構造全体の透過率を示す図である。

図 13は、 酸化亜鉛薄膜の光電子分光測定の結果を示す図である。

図 14は、 本発明の部材を透明トランジスタに応用した例について示す図 である。 発明を実施するための最良の形態 本発明の実施形態を、 図面を参照して詳細に説明する。

本発明の目的である a軸配向の Z ηθ薄膜を作成するには、 結晶性基板ま たは非晶質基板等の上に、 ウルヅ鉱構造 a軸配向性を有する酸化亜鉛薄膜を 作成することが重要である。 これには、 基板に直流バイアスを印加した状態 で、 高周波スパッタリング法を用いる。

透明素子の形成に適した透明な基板 1 10として、 非晶質基板としては、 鉛ガラス、 パイレックス .ガラス、 石英ガラス等が用いられる。 また、 多結 晶基板としては、 単結晶に近い配向性を有する、 酸化アルミナ、 酸化マグネ シゥム、 酸化ス トロンチウム ·チタン等のセラミヅク基板がある。

図 3は、 本発明の a軸配向性を有する酸化亜鉛薄膜を形成する過程の例を 示す図である。 非晶質基板を用いる場合は、 まず、 透明基板 1 1 0上に例え ば蒸着を用いて、 導電性の膜 1 2 0を形成する （図 3 ( a ) — ( b ) 参照）。 導電性の膜 1 2 0としては、 酸化亜銀の n型不純物となる III族の材料が適 している。 具体的な材料としては、 A l、 I n、 G a、 B等の金属あるいは 化合物が用いられる。 しかし、 p型不純物となる I族の材料で導電性の膜を 形成してもよい。

この導電膜 1 2 0上に、 図 3 ( c ) に示すように、 直流バイアスを印加し た高周波スパッタリング法を用いて、 第 1の Z n O膜 1 3 0を形成する。 直 流バイアスの印加法としては、 透明基板 1 1 0に堆積した導電性の膜 1 2 0 の表面に直流バイアスを加える。 直流バイアスは、 定電圧源、 定電流源のど ちらを用いても良い。 直流バイアスを印加できれば、 スパッ夕電源として高 周波以外の周波数、 たとえばマイクロ波を用いても良い。

図 4に、 定電圧源による直流バイアスの印加電圧を変えた場合の、 X線回 折測定の結果のグラフを示す。 図 4のグラフは、 ガラス基板上の直流バイァ スを導電させる薄膜として、 A 1を用いた場合を示している。

図 4から明らかなように、 正のバイァス電圧ではゥルヅ鉱構造 c軸である ( 0 0 2 ) 軸が優先配向となっているが、 直流バイアスが— 2 5 V以上で a 軸配向である （ 1 1 0 ) 軸が出現している。 図 4のグラフに示した結果は、 再現性良く得られる。 導電性薄膜を、 例えば、 I n化合物である I T O (酸 化錫インジウム合金） に変えてもほぼ同様な結果が得られた。 これは、 基板 への負の D Cバイァスの印加により正イオンが基板表面に衝撃を与え、 六方 晶構造の c軸配向が a軸配向面へと傾斜し、 再配列したものと考えられる。 この工程では A 1薄膜を使用しているため、 最終工程までに、 この A 1薄 膜を酸化させ、 透明な絶縁物とする必要がある。 また、 制御性良く a軸に酸 化亜鉛を配向させるために、 酸化前の A 1薄膜の表面抵抗も重要な要素であ る。 図 5は、 A 1の表面抵抗と配向性の関係を示す図である。 この図から分 かるように、 測定針の間隔を 5 mmとしたときの表面抵抗が 3 k Qを境にし て配向性が大きく変化する。 この結果から、 直流バイアスと A 1の表面抵抗 とにより配向位を制御できることが判る。 そのため、 この A1薄膜の膜厚を 上述の抵抗値を得ることができる 10 OAから 80 OAの間で制御する必要 がある。

図 6は、 A 1薄膜を用いた場合の透明度を示す図である。 図 6において、 (a) A 1薄膜をパイレヅクス 'ガラス基板上に堆積した試料、 （b) はその 上部にスパッ夕リング装置を用いて、 a軸配向酸化亜鉛薄膜を堆積した試料 の透明度を示している。どちらの試料も A 1薄膜の透過率の低さを反映して、 可視領域全域で 30 %程度の低い透過率を占めす。 このように、 スパッタリ ングのみで作成した酸化亜鉛薄膜は、 a軸に配向しているものの、 不透明と なり透明デバイスには利用できない。

次に、 図 3 (d) に示すように、 この試料の表面に第 2の酸化亜鉛薄膜 1 40を常圧 MO— CVD法により形成する。 この常圧 CVD法にはァセチル ァセトン金属を原料に用いる。

ここで、 常圧 MO— CVD法において、 原料に用いているァセチルァセト ン金属について説明する。 例えば、 ?ジケトン化合物の有機金属の 1つであ るァセチルァセ トン亜鉛 （ Z n ( a c a c ) 2) は、 試薬として市販されて おり、 純度は 99. 8%から 99. 99 %のものが一般的である。 この Z n (a c a c) 2 には、 図 7に示す分子構造式のような、 水分子を水和物とし て亜鉛元素に結合している Z n (a c a c) 2 (H20) と、 非水和物の Z n (a c a c) 2 がある。 市販の試薬には両者を区別する明確な記載が無く、 水和物と非水和物が混在して販売されている。 Zn (ac a c) 2 (H20) は、 精製の過程で水分子が 1分子結合している 1水和物で構成されており、 これが最も安定な水和物である。

さて、 水和物と非水和物の原料評価方法として、 熱分析法 （DTA) と熱 重量 （TG) 法がある。 熱分析法とは、 材料の構造が変化するときの吸熱あ るいは発熱反応を測定するものである。 熱重量法は、 材料が昇華あるいは蒸 発していくときの重量変化を測定するものである。 重量変化は、 加熱速度に 対応して異なる値を示すが、 吸熱及び発熱反応は、 材料固有の値となる。 図 8に Zn (ac ac) 2の水和物原料 （a) 及び非水和物原料 （b) の TG、 DTA測定結果を示す。 0丁八と丁（ の測定条件は、 昇温速度 10 °C /mi n、 N2 ガス流量 200 c c/m i nの大気圧雰囲気とした。 図 8に おける水和物 （a) の TG曲線は、 50°C付近から少しずつ重量が減少し始 め、 D T A曲線にも大きな吸熱反応が見られた。 これは、 温度上昇に伴い、 Z n(a c a c)2材料の Z n原子に水和物として結合している水分子が徐々 に蒸発しているためと考えられる。さらに材料が加熱されると、重量減少は、 D T A曲線の溶融ピーク （ 1 32. 1°C) 付近から急に大きくなる。 非水和 物原料 （b) の TG曲線は、 60°C付近から一様に減少し、 水和物より若干 高い溶融ピーク （ 1 33. 4°C) 付近から急激に減少する。

結晶性及び再現性の見地から、 常圧 MO— CVD法における薄膜作成にお いては、 非水和物に比べ、 水和物を用いるのが好ましい。 また、 薄膜作成で は、 水和物と非水和物を混在して使用することは良質な薄膜を作成する妨げ となる。 また、 溶融温度も良質な Z ηθ薄膜の作成には重要である。 溶融温 度は 1 32°Cから 1 35 °Cの範囲が良い。

Z ηθ薄膜の作成に用いる有機金属気相成長 （MO— C VD) 装置 200 を図 9に示す。 本発明の実施形態では図 3で示したように、 工業的な大量生 産を考慮して、 結晶方位を決定する第 1の多結晶酸化亜鉛薄膜をスパッタリ ング法、 第 2の多結晶酸化亜鉛薄膜を常圧 MO— CVD法で形成している。 図 9において、 常圧 MO— C VD原料の Z n (a c a c ) 2 はガラス製の 加熱炉 （容器） 2 1 8に充填されている。 原料の Z n (a c a c) 2 は熱分 祈で構造安定性が確認された、 純度 99. 9 9 %のものを使用している。 加 熱炉で昇華した原料は、 フローメ一夕 （FM) 2 2 2で流量が制御された、 容器 2 1 2からの窒素 （N2) キャリアガスにより、 薄膜を堆積させる反応 室 2 30まで運ばれる。 また、 容器 2 1 4からの酸素の原料である酸素ガス (02) は、 原料との気相反応を避けるために、 薄膜を堆積する基板の直前 までガラス管で分離して輸送している。

Z n (a c a c) 2 は、 02 ガスとの反応性が低く、 通常、 酸素の供給原 料として純水を使用する必要があった。 しかし、 常圧 CVDプロセスで純水 を原料に用いた場合、 配管や装置の低温領域に凝縮した水分が周囲温度の上 昇に伴って再蒸発し、 薄膜組成の再現性が得にくいことが知られている。 こ れは、 工業的な製造プロセスの障害となる可能性が大きい。 図 9に示した本 発明の実施形態に用いる装置 200では、 02 ガスとの化学的反応性の低さ を補う目的で、 反応室 230直前に予備加熱領域 2 2 0を設け、 加熱により Z n (a c a c) 2原料の分解を促進させた。 この構成も本発明の実施形態 の特徴の一つである。

第 2の多結晶酸化亜鉛薄膜にさらにドーピング材料として、 I族化合物で ある L i, Cu、 III族化合物である B、 Ga、 I n、 Al等のァセチルァセ トン金属あるいはデビパロィル ' メタネート （DPM) 金属を用いて、 薄膜 作製の際に不純物を添加することもある。 ' 図 10は、 リチウム （L i) を不純物として添加した試料の抵抗率の変化 について示すグラフである。 L iの添加量は L iの原料であるデビパロィル メタネート ' リチウム （L i (DPM)) を導入した容器 21 6 (図 9参照） を加熱して調整する。 図 10に示すように、 容器 216の温度 Tcを増加さ せるに従い、 抵抗率は単調増加する。

図 1 1は、 ガリウム （Ga) を不純物として添加した試料の抵抗率の変化 を示すグラフである。 添加した Gaの原料は、 ァセチルァセトン · ガリウム (Ga ( a c a c ) 3) を用いた。 G aの添加量は、 G aの原料である G a (a c a c) 3 を導入した容器 2 16を加熱して調整する。 この図から明ら かなように容器 2 16の温度を上げて Gaの添加量を増やすに連れて抵抗率 は単調に減少し、 1 10°Cで最小値を示した。

図 10および図 1 1に示すように、 G aの不純物添加は抵抗率を低下させ る通常のドーピング特性を示すが、 L iの添加は、 抵抗率を増加させる傾向 を示す。 これは、 不純物を添加しない薄膜が本来 n型であるため、 p型の不 純物添加により真性半導体となるためと考えられる。 透明素子に用いる薄膜 は、 低電流動作が求められ、 高抵抗である必要性があることからこの特性は 好ましい。

第 2の多結晶酸化亜鉛薄膜を形成した後の全体の透過率を図 12に示す。 図 12に示すように、 第 2の多結晶酸化亜鉛薄膜を形成した後は、 透過率が 大幅に向上している。 透過率は 400 nmから 800 nmの可視領域におい て 80%以上の値である。 しかし、 図 12のデータはドーピングがなされて おらず、 ドーピングを行うと、 最も悪いもので、 透過率が 60%程度まで低 下した。 しかし、 この透過率は、 透明トランジスタに用いるのに十分な値で ある。作成条件を最適化した最良の薄膜では 80 %のデータも得られており、 平均的なもので Ί 0 %程度であった。 透過率の大幅な向上は、 第 2の多結晶酸化亜鉛薄膜を形成する際の熟によ り、 ガラス基板上に形成した A 1薄膜が酸化することによる。 A 1の酸化状 態は、 X線光電子分光法により測定した。 図 1 3は光電子分光測定の結果を 示す図である。 図 1 3 ( a ) は第 2の酸化亜鉛薄膜を形成後を示しており、 図 1 3 ( b ) はスパッタリングにより第 1の酸化亜鉛薄膜を形成した後の結 果を比較のために示してある。 各々のスぺク トルは表面から A rイオン ·ェ ッチングにより酸化亜鉛薄膜を削り取っていつた表面の測定結果である。 6 分後のスぺク トルは、 Ζ ηのピークが大幅に減少し、 酸化亜鉛薄膜と A 1薄 膜との界面に到達していると考えられる。 図の中で A 1— 2 sの結果 （右側 の図） に注目して欲しい。 図 1 3 ( a ) 即ち第 2の酸化亜鉛膜を形成後は単 一ピークのスペク トルであるが、 図 1 3 ( b ) 即ち第 1の酸化亜鉛膜形成直 後では 2つのピ一クが混在している。 1 1 8 e V付近のピークが金属 A 1で あり、 1 2 0 . 5 e V付近のピークが A 1の酸化物のピークである。 スパヅ 夕リング直後の酸化亜鉛薄膜は、 金属 A 1と A 1酸化物が混在しており、 金 属 A 1により低い透過率と導電性を有する。 しかし、 図 1 3 ( a ) の第 2の 酸化亜鉛薄膜を形成した後は、 金属 A 1が完全な酸化物となり、 高い透過率 と絶縁性を共有する。 両者を達成するためには、 A 1の膜厚と実験条件を最 適化せねばならない。 さらに、 この酸化膜は、 支持基板からのアルカリや鉛 などの不純物が酸化亜鉛薄膜に拡散するのを防ぎ、 実施例に示すようなバッ クゲート · トランジスタの場合には、 ゲート絶縁膜の一部を担い、 絶縁性を 向上させる効果もある。

以上の結果から、 支持基板と酸化亜鉛薄膜の間に存在する A 1材料が a軸 配向を達成し、 最後の工程では、 透明で絶縁性の薄膜に変化することが確認 できた。

また、 上記実施形態では、 A 1を使用したが、 I族あるいは III族の酸化性 の高い金属を用いても同様な結果が得られる。 また、 高温環境あるいは放射 線下の環境という非常に過酷な条件で使用する透明トランジスタの場合は、 高温金属で酸化しやすい T i , W , T a等も使用できる。 A 1等の酸化物の 場合 8 0 %以上の透過率が平均的に得られるが、 これらの高融点金属を用い ると、 最も悪いもので透過率が 6 0 %まで低下する。 また、 このような高融 点金属を用いる場合は、 漏れ電流を考慮した P nの界面接合を作るよりは、 高温での安定化が重視されるべきである。

(実施例 1 )

図 1 4に、 この部材を透明トランジスタに応用した例について示す。 図 1 4は、 トランジスタ 3 1 0の断面図である。 使用した酸化亜鉛薄膜の配向性 は透明トランジス夕の電流の流れに最適な配向軸である a軸を用いている。 ガラス基板 1 1 0上に形成された第 1の酸化亜鉛薄膜 1 3 0の膜厚は 5 0 0 - 1 5 0 0 Aで、 好ましくは 1 0 0 0 Aである。 伝導型は界面に堆積した直 流バイアスを印加するための A 1薄膜からの A 1原子の拡散により、 n型の 伝導型を示す。 金属 A 1が酸化した後の A 1酸化物の膜厚は、 2 0 0— 4 0 O Aの範囲であった。 第 2の酸化亜鉛薄膜 1 4 0の膜厚は 1 0 0 0— 2 0 0 0 Aで、 好ましくは 1 5 0 0 Aである。 第 2の酸化亜鉛薄膜には L iを添加 し、 抵抗率が 1 0 6 Ω · c mの値を示す酸化亜鉛を堆積した。 このトランジ ス夕の全膜厚は、 約 2 5 0 O Aであった。

ゲート絶縁膜 3 1 5としては、 シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜が 用いられる。 この膜厚は、 ゲート駆動電圧にもよるが、 2 0 0— 2 0 0 0 A が用いられる。 ソース電極 3 1 4、 ドレイン電極 3 1 2は透明導電膜を直接 第 2の酸化亜鉛薄膜に堆積して用いた。 透明導電膜としては I T Oあるいは n型に不純物を添加して低抵抗化して使用する。 また、 第 2の酸化亜鉛薄膜 に伝導型の異なる不純物を拡散させ、 P n接合による漏れ電流の抑制をして も良い。 得られた透明トランジスタ 3 1 0は、 ゲート電圧の変化に対応して ドレイン電流を制御することができた。

(実施例 2 )

実施例 1に示した透明トランジスタ 3 1 0は、 ゲート電極が上部にあるも のであつたが、 図 1 4 ( b ) の実施例 2に示すトランジスタ 3 2 0は、 ゲー ト電極 3 2 6を下部に形成したものとなる。 このトランジスタ 3 2 0の特徴 は、 外部の環境の影響を受けにくいこと、 上質なゲート絶縁膜を形成した後 にトランジス夕の部材を形成するため、 ゲート電圧変化によるヒステリシス の影響を受けにくいことである。 各薄膜の特性、 膜厚は全て実施例 1 'と同様 となる。 この構成の透明トランジス夕は実施例 1に比べ o f f電圧をさらに 低減できた。

(実施例 3 ) 実施例 3は高温や放射線の影響に強い透明トランジスタである。 S iや G eのトランジスタは、 禁制帯幅が狭く、 高温や放射線の影響により、 充満帯 の電子が伝導体に励起され、 ゲート電圧により制御ができなくなるという問 題があった。 酸化亜鉛薄膜は、 禁制帯幅が 3 . 2 e Vと S iの 2倍の大きさ がある。 このため、 酸化亜鉛薄膜を用いたトランジスタは、 高温や放射線の 影響を非常に受けにくい。 しかし、 A 1や S n等の拡散しやすい材料の酸化 膜を用いると、 金属成分が酸化亜鉛中に拡散し、 経年変化で故障が起きやす い。 このため、 酸化亜鉛薄膜を用いた透明トランジスタの構造としては、 図 1 4に示したものと同様であるが、 金属酸化膜としてタングステン （W) や チタン （T i ) の酸化膜を用いて、 高温や放射線の影響に強いトランジスタ を構成した。 これらの酸化膜を用いたところ、 2 5 0 °Cの高温環境下におい ても、この構成のトランジスタは経時変化無しに動作することが確認できた。

Claims

請求の範囲

1 . 多結晶透明半導体部材の作成方法であって、

透明な支持基板上に、 導電膜を形成し、 前記形成した導電膜に直流バイァ スを印加して、 スパッ夕リング法により a軸配向性を有する多結晶酸化亜鉛 薄膜を作成し、

M O— C V D法により、 a軸配向性を有する第 2の多結晶酸化亜鉛薄膜を、 前記多結晶酸化亜鉛薄膜上に形成する

工程を備え、

前記 M O— C V D法は、 水和性のァセチルァセトン亜鉛を原料に使用する ことを特徴とする多結晶透明半導体部材の作成方法。

2 . 請求項 1記載の多結晶透明半導体部材の作成方法において、 前記水和性 のァセチルァセトン亜鉛を予備加熱して分解し、 酸素ガスと反応させること を特徴とする多結晶透明半導体部材の作成方法。

3 . 請求項 1又は 2に記載の多結晶透明半導体部材の作成方法において、 前 記ァセチルァセトン亜鉛は、 I族または III族の不純物を含むことを特徴と する多結晶透明半導体部材の作成方法。

4 . 請求項 1〜 3のいずれかに記載の多結晶透明半導体部材の作成方法にお いて、 前記導電膜は金属であり、 前記 M O— C V D法による第 2の多結晶酸 化亜鉛薄膜を作成することにより、 前記金属の導電膜を酸化して透明度を高 めることを特徴とする多結晶透明半導体部材の作成方法。

5 . 請求項 1〜 4のいずれかに記載の多結晶透明半導体部材の作成方法を用 いて作成され、 前記第 2の酸化亜鉛薄膜上に透明な電極を設け、 能動素子を 形成するとともに、 可視領域において 5 0 %以上の透過率を有していること を特徴とする透明半導体。

6 . 透明基板、 金属酸化膜、 第 1の a軸配向性酸化亜鉛薄膜、 第 2の a軸配 向性酸化亜鉛薄膜が積層され、 該第 2の a軸配向性酸化亜鉛薄膜上に、 透明 なソース電極およびドレイン電極と、 透明なゲート絶縁膜およびゲート電極 とを設けるとともに、 前記素子は可視領域において 5 0 %以上の透過率を有 していることを特徴とする透明半導体素子。

7 . 請求項 6記載の透明半導体素子において、 前記金属酸化膜は、 タングス テンやチタンの酸化膜であり、 経時変化の少ないことを特徴とする透明半導 体素子。