專利名稱：基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成有單晶SiO的基板。該基板可以用于制造使用了氮化鎵 (GaN)、氧化鋅(ZnO)這樣的半導(dǎo)體的發(fā)光二極管元件、太陽(yáng)能電池和電子器件。
背景技術(shù)：
近年，正在進(jìn)行由GaN代表的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體元件的集中的研究開(kāi)發(fā)。由氮化鋁(AlN)、GaN、氮化銦QnN)和這些的混晶體組成的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光元件，通過(guò)控制其膜的組成，在紫外或從藍(lán)色到紅外線區(qū)域的寬波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)光。使用了這些氮化物半導(dǎo)體得到的可見(jiàn)光區(qū)域發(fā)光二極管已經(jīng)商品化。為了抑制由晶格缺陷和貫通缺陷引起的非發(fā)光遷移所造成的空穴再結(jié)合，就必須形成結(jié)晶中的缺陷非常少的氮化物半導(dǎo)體薄膜。由于這需要像藍(lán)寶石基板這樣的單晶基板，所以成本很高。解決該問(wèn)題的專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了通過(guò)脈沖濺射法在藍(lán)寶石基板上制作多晶的氮化物半導(dǎo)體薄膜的方法。但是，根據(jù)專利文獻(xiàn)1所得的氮化物半導(dǎo)體薄膜由于是在晶體間具有多個(gè)晶界的多晶體，所以不適合用于制作高性能的發(fā)光二極管。GaN和ZnO均具有纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)，它們之間的a軸晶格失配率為1. 8%，而 c軸晶格失配率為0. 4%，均非常小。因此，ZnO的單晶基板不僅作為用于形成ZnO半導(dǎo)體層的同質(zhì)外延生長(zhǎng)用的基板有用，而且作為用于形成GaN半導(dǎo)體層的異質(zhì)外延生長(zhǎng)用的基板也很有用。提出了在SiO 的單晶基板上形成有SiO的半導(dǎo)體層或GaN的半導(dǎo)體層的發(fā)光二極管元件?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2009-200207號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題用于形成高品質(zhì)的GaN、ZnO等的半導(dǎo)體所需要的ZnO單晶基板非常昂貴。而且， 制造具有大面積的ZnO單晶基板也很困難。已知通過(guò)脈沖濺射法、反應(yīng)性等離子體蒸鍍法、有機(jī)金屬氣相沉積法、脈沖激光沉積法、分子束外延法這樣的真空成膜法形成SiO的方法。通過(guò)真空成膜法形成缺陷少的單晶&10，必須導(dǎo)入氧氣，然后將基板加熱到約500 約800°C。在這樣的高溫氧化氣氛下，石墨基板易于劣化。因此，在石墨基板上制作單晶的ZnO很困難。解決該課題的本發(fā)明的目的在于使用作為非單晶基板的石墨基板，通過(guò)從含有鋅離子的水溶液中的電解沉積法，提供具有單晶的SiO的基板。用于解決課題的方法本發(fā)明的方法是一種制造基板的方法，依次具備以下的工序(a)和(b)工序(a) 通過(guò)對(duì)石墨基板的表面進(jìn)行氧灰化，在上述石墨基板的表面形成無(wú)定形碳層；和工序(b)通過(guò)電解沉積法在上述無(wú)定形碳層上形成ZnO層，其中，上述無(wú)定形碳層具有3nm以上50nm 以下的厚度。本發(fā)明的基板具備以下結(jié)構(gòu)石墨基板、在上述石墨基板上形成的具有3nm以上 50nm以下的厚度的無(wú)定形碳層、和在上述無(wú)定形碳層上形成的ZnO層。發(fā)明的效果通過(guò)本發(fā)明的基板，能夠制作高品質(zhì)的GaN、ZnO等的半導(dǎo)體。因此，就能夠?qū)崿F(xiàn)由 GaN或SiO的半導(dǎo)體構(gòu)成的具有優(yōu)異特性的發(fā)光二極管元件、太陽(yáng)能電池和電子器件。在下面的“


，，的項(xiàng)目中，用語(yǔ)“照片”是“圖像(image)，，的意思。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的基板的剖面構(gòu)成圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的基板的制造方法的工序順序的剖面構(gòu)成圖。圖3的(a)是表示在沒(méi)有形成無(wú)定形碳層的石墨基板上，通過(guò)電解沉積法形成了 ZnO時(shí)的表面SEM(掃描電子顯微鏡)觀測(cè)圖像的顯微鏡照片；(b)是表示在形成了無(wú)定形碳層的石墨基板上，通過(guò)電解沉積法形成了 SiO時(shí)的表面SEM(掃描電子顯微鏡)觀測(cè)圖像的顯微鏡照片。圖4是表示在石墨基板上的SiO的截面TEM(透射電子顯微鏡)觀測(cè)圖像的顯微鏡照片。圖5是表示石墨基板和SiO的界面附近的高分辨率TEM觀測(cè)圖像的顯微鏡照片。圖6是表示在圖4所示的范圍中利用TEM獲得的電子射線衍射圖像的顯微鏡照片。圖7的(a)是表示在設(shè)置有無(wú)定形碳層的石墨基板上的ZnO的平面TEM觀測(cè)圖像的顯微鏡照片；(b)是表示在圖7的(a)中所示的范圍中利用TEM獲得的電子射線衍射圖像的顯微鏡照片。圖8的(a)是表示在沒(méi)有形成無(wú)定形碳層的石墨基板上，通過(guò)電解沉積法形成的 aio的陰極發(fā)光測(cè)定結(jié)果的圖；(b)是在形成了無(wú)定形碳層的石墨基板上，通過(guò)電解沉積法形成的aio的陰極發(fā)光測(cè)定結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。(實(shí)施方式1)圖1表示實(shí)施方式1中的基板的剖面圖。1指示石墨基板。2指示通過(guò)將石墨基板的表面氧化而形成的無(wú)定形碳層。3指示通過(guò)電解沉積法在無(wú)定形碳層2上形成的ZnO單晶。 下面，參照

制造該基板的方法。圖2(a)、(b)表示實(shí)施方式1相關(guān)的方法的工序順序的剖面圖。在實(shí)施方式1中，通過(guò)使用了含有鋅離子的水溶液的電解沉積法使SiO的晶體生長(zhǎng)。首先，如圖2(a)所示，通過(guò)將石墨基板1的表面氧化而使其無(wú)定形化，形成無(wú)定形碳層2。然后，如圖2(b)所示，在無(wú)定形碳層2上，在約100°C以下的低溫通過(guò)電解沉積法使ZnO單晶3生長(zhǎng)。在本實(shí)施方式1中，盡管使用非單晶基板的石墨基板，但仍然形成了結(jié)晶性非常高且缺陷少的c軸取向的單晶的aio。(實(shí)施例1)下面，更為具體地說(shuō)明通過(guò)電解沉積法形成SiO的方法。準(zhǔn)備2枚基板，1枚是在表面上沒(méi)有由氧灰化得到的無(wú)定形碳層的石墨基板(下面，稱為“石墨基板A” )。另一枚是在表面上具有由氧灰化得到的無(wú)定形碳層的石墨基板 (下面，稱為“石墨基板B”)。作為電解液，準(zhǔn)備0. lmol/L的硝酸鋅水溶液。在該硝酸鋅水溶液中，浸漬作為工作電極的石墨基板和作為對(duì)向電極的鉬電極。使用potentio/galvanostat，在溶液溫度 70°C，電流密度-0. 3mA ^nT2的條件下進(jìn)行陰極電解，生長(zhǎng)出ZnO的晶體。此后，取出基板， 用純水清洗并干燥。圖3 (a)表示通過(guò)電解沉積法在石墨基板A的表面形成的SiO的表面SEM觀測(cè)圖像。圖3 (b)表示通過(guò)電解沉積法在石墨基板B的表面形成的ZnO的表面SEM觀測(cè)圖像。如圖3(a)所示，在石墨基板A上形成了多晶體的&ι0。而且，六棱柱狀的晶體顆粒沒(méi)有以一定方向取向，且沒(méi)有相對(duì)于基板進(jìn)行c軸取向。另一方面，如圖3 (b)所示，在石墨基板B上，形成了明確呈現(xiàn)出正六邊形的結(jié)晶面的aio?？梢哉J(rèn)為該六邊形的平坦的結(jié)晶面起因于作為六方晶系的纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)的 ZnO的c面。具有六方晶系的纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)的面的結(jié)晶，已知一般具有高的結(jié)晶性。圖4表示在具備具有7nm厚度的無(wú)定形碳層2的石墨基板B上，通過(guò)電解沉積法生長(zhǎng)的ZnO單晶3的剖面TEM觀測(cè)圖像。圖5是表示在圖4表示的范圍中利用TEM得到的電子射線衍射圖像的顯微鏡照片。從圖4和圖5可知，在具有無(wú)定形碳層2的石墨基板1上，ZnO單晶3相對(duì)于基板垂直地形成。根據(jù)圖3 (b)、圖4和圖5，可以認(rèn)為六棱柱狀的ZnO單晶3在具有無(wú)定形碳層2的石墨基板1上c軸取向而形成。如根據(jù)圖5可以理解的那樣，在無(wú)定形碳層2的表面上生長(zhǎng)由沒(méi)有晶界和裂紋的 ZnO構(gòu)成的致密的結(jié)晶。無(wú)定形碳層2通過(guò)TEM的EDS(能量分散型X射線光譜)分析和 EELS(電子能量損光譜)分析，確認(rèn)了是由碳構(gòu)成的。即使用高分辨率TEM進(jìn)行高倍率觀察也看不到晶格，所以可以認(rèn)為該碳是與結(jié)晶性的石墨基板具有不同結(jié)構(gòu)的無(wú)定形碳。圖6(a) (c)表示在圖4表示的范圍中的利用TEM得到的電子射線衍射圖像。根據(jù)圖6(a) (c)的電子射線衍射圖像的衍射點(diǎn)的面間隔和衍射點(diǎn)形成的角度，可以確認(rèn)結(jié)晶為&10。根據(jù)圖6(a) (c)的電子射線衍射圖像的衍射點(diǎn)全部清晰地顯現(xiàn)，且全部衍射點(diǎn)的圖案均具有相同的方向，可以確認(rèn)3處結(jié)晶方位全部相同，且結(jié)晶整體為單晶。另外， 根據(jù)圖6(a) (c)的電子射線衍射圖像的衍射點(diǎn)中的(002)面的方向，確認(rèn)了 ZnO相對(duì)于石墨基板為c軸取向。圖7(a)表示在具備具有7nm的厚度的無(wú)定形碳層2的石墨基板B上，通過(guò)電解沉積法生長(zhǎng)的SiO的平面TEM。圖7(b)表示圖7(a)表示的范圍中的TEM的電子射線衍射圖像。即使從平面方向在廣范圍測(cè)得的電子射線衍射圖像中，其衍射點(diǎn)也非常清晰的顯現(xiàn)，可以確認(rèn)ZnO為高品質(zhì)的單晶。圖8 (a)表示在石墨基板A上通過(guò)電解沉積法形成ZnO后，使用由電子射線束激發(fā)的陰極發(fā)光得到的測(cè)定結(jié)果。圖8(b)表示在具備具有7nm的厚度的無(wú)定形碳層2的石墨基板B上，通過(guò)電解沉積法形成ZnO單晶3后，使用由電子射線激發(fā)的陰極發(fā)光得到的測(cè)定結(jié)果。在圖8(a)中，除了觀察到約380nm的SiO的帶邊發(fā)光之外，還觀察到由ZnO的結(jié)晶缺陷造成的約500nm SOOnm的寬的發(fā)光峰。另一方面，在圖8(b)中，由SiO的結(jié)晶缺陷造成的約500nm SOOnm的寬的發(fā)光峰非常小。而且，僅能觀察到很強(qiáng)的380nm附近的 ZnO的帶邊發(fā)光。根據(jù)圖8可以認(rèn)為，通過(guò)在石墨基板1上設(shè)置無(wú)定形碳層2，ZnO的結(jié)晶缺陷減少。表1表示使無(wú)定形碳層2的膜厚變化時(shí)通過(guò)SiO的XRD的擺動(dòng)曲線得到的(0002)
峰的半值寬度。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種制造基板的方法，其特征在于，依次具備以下的工序(a)和(b)工序(a)通過(guò)對(duì)石墨基板的表面進(jìn)行氧灰化，在所述石墨基板的表面形成無(wú)定形碳層；和工序(b)通過(guò)電解沉積法在所述無(wú)定形碳層上形成ZnO層， 其中，所述無(wú)定形碳層具有3nm以上50nm以下的厚度。
2.一種基板，其特征在于，具備 石墨基板、在所述石墨基板上形成的具有3nm以上50nm以下的厚度的無(wú)定形碳層、和在所述無(wú)定形碳層上形成的ZnO層。
全文摘要
在廉價(jià)的石墨基板上設(shè)置無(wú)定形碳層，采用電解沉積法在上述無(wú)定形碳層上使c軸取向的氧化鋅的單晶生長(zhǎng)。ZnO和GaN為相同的纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu)，晶格失配非常小，因此，形成有單晶ZnO的石墨基板不僅能夠作為用于形成ZnO半導(dǎo)體層的同質(zhì)外延生長(zhǎng)用的基板使用，還能夠作為使用了GaN半導(dǎo)體層的異質(zhì)外延生長(zhǎng)用的基板使用。
文檔編號(hào)C30B7/12GK102301042SQ20108000609
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者伊藤彰宏, 濱田貴裕, 長(zhǎng)尾宣明 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社