論文内容の要旨

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氏名・（本籍）

学位の種類学位記番号学位授与の日付

清水安元（山梨県）

工学博士

工博甲第 19 号昭和59年2月24日学位授与の要件学位規則第5条第1項該当

電子科学研究科電子材料科学専攻

学位論文題目酸化亜鉛薄膜の作製と結晶学的性質に関する研究

論文審査委員 ^{（委員長）}教授萩野貴

教授島岡五朗教授小林純一

教授井本文夫助教授熊川征司助教授山口十六夫

論文内容の要旨

木論文は金属亜鉛板をターゲットとしたRF反応性スパッタリング，あるいは金属亜鉛蒸着膜の高温酸化により作製した慨化亜鉛薄膜の結晶構造や方位と作製条件との相関性をⅩ線回折，反射高速電子線回折（RHEED），透過電子顕微鏡一電子回折（TEMrTED），走査電子顕微鏡（SEM），

表面粗さ計等により研究したもので，6章より構成されている。

第1章では，本研究に関連した従来の研究結果の概要を述べ，本研究の特色及び目的を示した。

第2章では，高度の配向性をもったZnO薄膜を得るため，種々の割合の簡素とアルゴン混合ガス雰囲気中で，金属Znをターゲットに用い，RF反応性スバッタ7）ングにより．，．ガラス基叔上に ZnO薄膜を成長させた実験とその結果について述べた。ZnO結晶のC軸が膜面にはぼ垂直になる

ような高度の配向性をもった薄膜は，55％Ar＋45％02混合ガス雰囲気中，ガス圧2Pa，基板温度3000C析出速度110A／min，RFパワー密度110W／cm2の条件下で得られた。高純度Si粉末で較正したⅩ線ディフラクトメータによる実験から，娃成したZnO薄膜（膜厚0．07〜3．1／Jm）の

（0002）回折ピークの位置が正常なZnO粉末のものに比べ低角度側にずれること，即ち膜内にはかなりの格子歪の存在することが分かった。このような格子盃には膜厚依存性があり，膜の薄い場合程その歪が大きいことも分かった。RHEED及びⅩ線ロッキングカーブ法の結果から，生成した

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ZnO薄膜のC朗配向性にも膜厚依存性がみられ，一一般に生成条件が同様の場合には，膜厚が大きくなるにつれて薄膜表面層ではC輔配向性が低くなる傾向にあることが分かった。また，生成した ZnO薄膜の膜厚の増加に伴なう表面形態の変化をSEM及び表面粗さ計によって調べ，ZnO薄膜の膜厚が数百A程度と薄い場合では表面は平坦であるが，数千A程度と厚くなると針状のZnO結晶が発達し，さらに数〃m程度の厚さでは針状結晶が著しく減少し，表面起伏のかなり激しい表面形態をとることなどが分った。第3章では，前章で述べたZnO薄膜生成の最適条件下で，数種の単結晶のへき開面を基板としてZnO薄膜をエピタキシャル成長させた実験とその結果について述べた。白雲母（001），フッ化カルシウムCaF2（111）及び二硫化モリブデンMoS2（0001）基板を用いて，基板温度3000Cで，膜厚0・01〜1〃mの範囲にわたり，平坦でかつ高度の配向性をもったエビタキシャルZnO薄膜が得られた。RHEEDの実験から，薄膜と基板との間には，次のような方位関係があることが分かった。

（0001），〔11知〕ZnOク（001），〔100〕白雲母

（0001），〔1120〕ZnOク（111），〔101〕CaF2

（0001），〔1120〕ZnOク（0001），〔1120〕MoS2

また，これらのエピタキシャルZnO薄膜内部にも前章で述べたような格子歪が存在し，それが膜厚依存性を示すこと，及びC軸配向度にも膜厚依存性があることが分った。さらに，雲母単結晶基板上にエピタキシャル成長したZnO薄膜のTED実験から，a軸方向の格子歪を測定し，例えば厚さ600Aの薄膜と基板との接触界面でC軸方向に約1％の伸張と，a軸方向に約0．6％の収縮が存在することを見出した。

第4章では，RF反応性スパッタリングによって生成したZnO薄膜のアニールの効果を述べた。

ZnO薄膜を基板と共に100％Arあるいは02ガス雰囲気中，ガス圧力〜13Pa，温度300〜500。C，

時間3〜180分間の条件でアニールし，膜内の格子歪の変化やC軸配向性に及ぼす影響を調べた。

その結果，アニールによって，ZnO薄膜の（0002）回折ピークの位置が正常なZnO粉末のものに近づくこと，即ち膜内における格子歪が緩和されることが分った。また，膜内のC軸配向度もアニールすることによって向上することも分った。ZnO薄膜が多結晶よりなる場合には，その結晶粒子

も増大することがSEM像により観察された。また，アニールの雰囲気がArでも02ガスでもその効果に目立った差が認められないことから，アニール前の膜に含まれる格子歪の原因について考察した。

第5章では，ZnO薄膜の作製法として，Znの真空蒸着膜を空気中で高温酸化する方法を用いた。

Zn薄膜を空気中で酸化する際，薄膜の表面に対して垂直方向に電界を作問させ，それが生成する・

ZnO結晶の極性や配向性にどのような影響をもつかを調べた。パイレックスガラスや白雲母のへき開面上に蒸着されたZn膜は一般にC輔が膜面に対してほぼ垂直になる配向性をもち，酸化によって生成するZnO薄膜もその配向性を継ぐ傾向にあるが，電界方向が基板側に向く場合，生成するZnO薄膜のC軸配向性が著しく向上することが分った。

第6章では，本研究における結果を総括した。

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