氏名・（本籍）
学位の種類 学位記番号 学位授与の日付 学位授与の要件
学位論文題目
論文審査委員
荒 川 富 行（愛知県）
工 学 博 士
工博甲第 34 号 昭和63年3月18日 学位規則第5条第1項該当
電子科学研究科 電子材料科学専攻
ZnO及びZnS薄膜のヘテロエピタキシャル成長に 関する研究
（委員長）
教 授 熊 川 征 司
教 授 島 岡 五 朗 教 授 萩 野 賓 教 授 畑 中 義 式
論 文 内 容 の 要 旨
ZnO及びZnSのエピタキシャル薄膜を種々の結晶構造及び方位をもった単結晶基板上に作製し，
薄膜の構造，表面モフォロジー，基板との方位関係及び基板表面の電子状態を反射及び透過電子回折，
透過及び走査電子顕微鏡，X線光電子分光などにより調べ，ヘテロエピタキシャル成長の機構を研究 した。またこれらの薄膜の構造が基板表面の電子線照射により著しく改良されることなどを明らかに した。
Znターゲットを用いて反応性RFスパッタリングによって作製された，（100）自雲母および（111）
CaF2基板上のZnOエピタキシャル薄膜の構造と表面モフォロジーは．基板温度と成長速度に著 しく依存していた。このような依存性は，ZnO焼結ターゲットを用いた場合と類似するものであっ た。酸素分圧は50％前後でエピタキシャル薄膜が得られたが，酸素100％でも酸素ガス圧を上げるこ とによりZnOエピタキシャル薄膜が得られた。薄膜の表面は，基板温度が低いとき，酸素分圧が大 きいとき，またZnOとのミスフィットが小さい基板のとき平坦であった。
立方品基板上にスバッタされたZnOへテロエピタキシャル薄膜の構造や方位関係は，薄膜と基板 のイオン性の違いによって著しく影響されることがわかった。ZnO薄膜の方位は基板がZnSや CdTeなどの閃亜鉛鉱型構造であれば，（111）面でも（110）面であっても，薄膜と基板の界面の結 合が共有結合性の強い結合をしていると考えることにより説明できた。また，NaCl，KCl，MgO などNaCl型構造の基板の場合，薄膜の構造は基板温度が低いときはウルツ鉱型構造の（0001）ダ
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プルポジショニング，基板温度が高いときには（10io）ダブルポジショニングであった。これらの方 位は薄膜と基板の界面の結合がイオン結合性の強い結合をしていると考えることにより説明できた。
立方晶基板上のZnO薄膜の表面モフォロジーは，閃亜鉛鉱型構造の（111）面からなる基板の場 合，カチオン面である（111）A面とアニオン面である（iii）B面で異なり，（110）面からなる 基板では（10i3）面のような高指数面が成長し，粗い表面であった。NaCl型構造の（100）面か らなる基板では基板温度が低い場合には，ウルツ鉱型構造のC軸が基板表面に垂直な（0001）ダブル ポジショニングからなる表面構造が観察され，基板温度が高い場合はC軸が基板表面に平行になり表 面は平坦であった。
さらにSiやGaAs，GaPなどの立方晶半導体基板上にZnO薄膜を作製したところ，イオン性がZnO とあまり違わない基板の場合にはエピタキシャル成長が得られた。
ZnSへテロエピタキシャル薄膜の成長においても，基板のイオン性は薄膜の構造に影響し，イオ ン結合性をもつ基板では微双晶が生じにくいことがわかった。ZnS薄膜の微双晶は共有結合性の基 板であるSiよりイオン結合性をもったGaAsやGaP基板の方が発生しにくかった。また（111）面よ
り（100）面の基板の方が微双晶が少なかった。しかし，微双晶が含まれた場合であっても真空蒸着 中，基板表面に適度な電子線を照射することにより（111）Si基板の場合は微双晶が減少した。
（100）GaP，（100）GaAs基板上のZnSエピタキシャル薄膜の構造は基板温度の比較的低い 場合，基板と薄膜の界面で積層欠陥が存在していた。しかし，（100）GaAs基板上のZnSへテロ エピタキシャル薄膜の作製において，真空蒸着中，基板表面に適度な電子線照射を行った場合に積層 欠陥は著しく減少し，エピタキシャル温度は低下し，薄膜の表面は平坦になった。X線マイクロアナ ライザー（XMA）によりこの薄膜の組成をしらべたところ，薄膜の組成は電子線照射を行った場合 化学量論比に近づき，フォトルミネッセンス（PL）の測定から不純物や格子欠陥の少ないZnSエ ピタキシャル薄膜が得られていることがわかった。このような電子線照射は高抵抗の化合物結晶の基 板の場合に効果があり，加速電圧300−500eV，照射量〜10I3electrons／cm2・SeCの照射が適し ていた。
GaAs基板表面に対する電子線照射の影響をX線光電子分光（XPS）により調べたところ，電 子線照射された（100）GaAs基板は基板表面の過酸化物が還元される傾向が認められ，電子線照 射が基板の清浄化に役立つことがわかった。さらに，電子線照射により，As酸化物がGa酸化物よ
り多く表面から脱離し，基板表面が非平衡な状態になっていることがわかった。また，電子線照射さ れたZnS蒸着粒子のうち約0．5％がイオン化していることをファラデーカップにより調べ，電子線 照射の効果を確認した。
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