(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｅｕ3+ドープＺｎＧａ2Ｏ4結晶膜を成膜するステップであって、基板上に形成される組成物が堆積位置によって濃度傾斜を持つように、Ｅｕ3+イオンを含むＺｎＯターゲットを備えるスパッタソースとＧａ2Ｏ3ターゲットを備えるスパッタソースとのスパッタを異なる位置から同時に行なうステップと、
スパッタされた原子が堆積した基板上の位置に応じて形成される組成の濃度傾斜を利用して最も強く発光するＺｎ／Ｇａ組成比を決定し、かつ基板上のＺｎ／Ｇａ組成比が同じ領域を利用してポストアニール温度条件を決定するステップと、
前記決定したデータをもとに、最適なＺｎ／Ｇａ組成領域に対して最適な温度でポストアニールするステップとを含むことを特徴とする、酸化亜鉛化合物発光膜の作製方法。
【請求項２】
Ｅｕ3+ドープＺｎＡｌ2Ｏ4結晶膜を成膜するステップであって、基板上に形成される組成物が堆積位置によって濃度傾斜を持つように、Ｅｕ3+イオンを含むＺｎＯターゲットを備えるスパッタソースとＡｌ2Ｏ3ターゲットを備えるスパッタソースとのスパッタを異なる位置から同時に行なうステップと、
スパッタされた原子が堆積した基板上の位置に応じて形成される組成の濃度傾斜を利用して最も強く発光するＺｎ／Ａｌ組成比を決定し、かつ基板上のＺｎ／Ａｌ組成比が同じ領域を利用してポストアニール温度条件を決定するステップと、
前記決定したデータをもとに、最適なＺｎ／Ａｌ組成領域に対して最適な温度でポストアニールするステップとを含むことを特徴とする、酸化亜鉛化合物発光膜の作製方法。
【請求項３】
Ｅｕ3+ドープＺｎＩｎ2Ｏ4結晶膜を成膜するステップであって、基板上に形成される組成物が堆積位置によって濃度傾斜を持つように、Ｅｕ3+イオンを含むＺｎＯターゲットを備えるスパッタソースとＩｎ2Ｏ3ターゲットを備えるスパッタソースとのスパッタを異なる位置から同時に行なうステップと、
スパッタされた原子が堆積した基板上の位置に応じて形成される組成の濃度傾斜を利用して最も強く発光するＺｎ／Ｉｎ組成比を決定し、かつ基板上のＺｎ／Ｉｎ組成比が同じ領域を利用してポストアニール温度条件を決定するステップと、
前記決定したデータをもとに、最適なＺｎ／Ｉｎ組成領域に対して最適な温度でポストアニールするステップとを含むことを特徴とする、酸化亜鉛化合物発光膜の作製方法。
【請求項４】
スパッタ成膜中に、Ｈ2Ｏ蒸気ガスを添加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の酸化亜鉛化合物発光膜の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化亜鉛化合物発光膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類元素ユウロピウム（Ｅｕ）の三価イオンであるＥｕ3+イオンは、蛍光体における発光中心として、最も広く用いられている。Ｅｕ3+イオンからの発光を利用した赤色発光デバイスとして、ＬＥＤへの応用が考えられる。蛍光体は粉状であり、発光波長よりも短波長の光あるいは電子励起により発光する。蛍光灯や蛍光塗料をはじめとする多くの分野で利用されている。
【０００３】
一方、スパッタ法などの手法により基板上に形成される蛍光体薄膜は、無機ＥＬやＬＥＤに代表されるように、近年の発光デバイスの中心的存在となっている。とりわけワイドバンドギャップ半導体中に希土類イオンをドープしたものは、温度消光の影響が少なく、有望視されている。酸化亜鉛ＺｎＯ、窒化ガリウムＧａＮなどが代表的なホスト材料として知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】H. Akazawa and H. Shinojima, “Concentration effect of H/OH and Eu3+ species on activating photoluminescence from ZnO:Eu3+ thin films” J. Appl. Phys. 114 (2013) 153502.
【非特許文献２】H. Dixit, N. Tandon, S. Cottenier, R. Saniz, D. Lamoen, B. Partoens, V. Van Speybroeck, M. Waroquier, “Electronic structure and band gap of zinc spinel oxides beyond LDA: ZnAl2O4, ZnGa2O4 and ZnIn2O4” New J. Phys. 13 (2011) 063002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＺｎＯをホストとしてＥｕ3+イオンをドープしても、Ｚｎ2+とＥｕ3+の価数の違いから、Ｅｕ3+が格子点位置のＺｎ2+サイト置換するのは容易でない。またＺｎ2+よりもＥｕ3+のイオン半径が大きいことも、置換しにくさの原因として考えられる。そのため、発光可能なＥｕ3+イオンがドープされたＺｎＯ膜を実現するには、Ｌｉ+イオンを共添加するとか、ＥｕＦ3や（Ｌａ、Ｅｕ）ＯＦの形でＥｕ3+を導入することが必要である。このような不純物を避ける方法として、スパッタ中にＨ2Ｏガスを添加することで、光学的に活性な状態のＥｕ3+イオン導入できることが報告されている（非特許文献１）。しかしそのプロセス条件は狭い。体積に比べて表面積の大きな蛍光体粉においては、大部分の希土類イオンはホスト結晶子の表面に結合して存在している。これは、表面や界面においては欠陥により価数の違いの問題を吸収できるからである。しかし薄膜の場合、外界に接している表面は全体のごく一部であって、大部分のＥｕ3+イオンは膜の内部に閉じ込められている。そのため、上記のような活性サイトを置換しにくく、発光しない膜につながってしまう。ＧａＮの場合は、Ｇａ3+が三価イオンのため、Ｅｕ3+イオンはＧａ3+サイトを容易に置換できる。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、Ｅｕ3+イオンが酸化亜鉛系の材料に安定的にドープされた酸化亜鉛化合物発光膜とその作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、ＺｎＧａ2Ｏ4結晶、ＺｎＡｌ2Ｏ4結晶、ＺｎＩｎ2Ｏ4結晶のいずれかをホストとして、結晶内部にＥｕ3+イオンがドープされたことを特徴とする酸化亜鉛化合物発光膜である。
【０００８】
他の実施形態に記載の発明は、Ｅｕ3+ドープＺｎＧａ2Ｏ4結晶膜を成膜するステップであって、基板上に形成される組成物が堆積位置によって濃度傾斜を持つように、Ｅｕ3+イオンを含むＺｎＯターゲットを備えるスパッタソースとＧａ2Ｏ3ターゲットを備えるスパッタソースとのスパッタを異なる位置から同時に行なうステップと、スパッタされた原子が堆積した基板上の位置に応じて形成される組成の濃度傾斜を利用して最も強く発光するＺｎ／Ｇａ組成比を決定し、かつ基板上のＺｎ／Ｇａ組成比が同じ領域を利用してポストアニール温度条件を決定するステップと、前記決定したデータをもとに、最適なＺｎ／Ｇａ組成領域に対して最適な温度でポストアニールするステップとを含むことを特徴とする、酸化亜鉛化合物発光膜の作製方法である。
【０００９】
他の実施形態に記載の発明は、Ｅｕ3+ドープＺｎＡｌ2Ｏ4結晶膜を成膜するステップであって、基板上に形成される組成物が堆積位置によって濃度傾斜を持つように、Ｅｕ3+イオンを含むＺｎＯターゲットを備えるスパッタソースとＡｌ2Ｏ3ターゲットを備えるスパッタソースとのスパッタを異なる位置から同時に行なうステップと、スパッタされた原子が堆積した基板上の位置に応じて形成される組成の濃度傾斜を利用して最も強く発光するＺｎ／Ａｌ組成比を決定し、かつ基板上のＺｎ／Ａｌ組成比が同じ領域を利用してポストアニール温度条件を決定するステップと、前記決定したデータをもとに、最適なＺｎ／Ａｌ組成領域に対して最適な温度でポストアニールするステップとを含むことを特徴とする、酸化亜鉛化合物発光膜の作製方法である。
【００１０】
他の実施形態に記載の発明は、Ｅｕ3+ドープＺｎＩｎ2Ｏ4結晶膜を成膜するステップであって、基板上に形成される組成物が堆積位置によって濃度傾斜を持つように、Ｅｕ3+イオンを含むＺｎＯターゲットを備えるスパッタソースとＩｎ2Ｏ3ターゲットを備えるスパッタソースとのスパッタを異なる位置から同時に行なうステップと、スパッタされた原子が堆積した基板上の位置に応じて形成される組成の濃度傾斜を利用して最も強く発光するＺｎ／Ｉｎ組成比を決定し、かつ基板上のＺｎ／Ｉｎ組成比が同じ領域を利用してポストアニール温度条件を決定するステップと、前記決定したデータをもとに、最適なＺｎ／Ｉｎ組成領域に対して最適な温度でポストアニールするステップとを含むことを特徴とする、酸化亜鉛化合物発光膜の作製方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】発光膜形成装置の構成例を示す図である。
【図２】発光膜形成装置の基板上に作製された試料の観察手法を示す図である。
【図３】図２のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ列におけるＧａ／Ｚｎ組成比を示す図である。
【図４】図２のＢ列に対応する、組成がＺｎＧａ1.3Ｏ2.9の膜に対して、真空中において１時間のポストアニールを行った後の発光スペクトルを示す図である。
【図５】図２のＤ列に対応する、組成がＺｎＧａ2.8Ｏ5.1の膜に対して、真空中において１時間のポストアニールを行った後の発光スペクトルを示す図である。
【図６】図２の５行の組成の異なる膜に対して、真空中において７００Ｃで１時間のポストアニールを行った後の発光スペクトルを示す図である。
【図７】図６の４試料のＸ線回折パタンを示す図である。
【図８】基板温度５００Ｃで酸素ガス添加によりスパッタ成膜した試料につき、図２の３行の異なる組成の膜に対しての発光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１３】
本発明にかかる酸化亜鉛化合物発光膜は、ＺｎＧａ2Ｏ4結晶、ＺｎＡｌ2Ｏ4結晶、ＺｎＩｎ2Ｏ4結晶のいずれかをホストとして、結晶内部にＥｕ3+イオンがドープされた構成を備える。かかる酸化亜鉛化合物発光膜は、ワイドバンドギャップ結晶であるＺｎＧａ2Ｏ4、ＺｎＡｌ2Ｏ4、ＺｎＩｎ2Ｏ4をＺｎＯ系のホストとして採用している。これらの化合物はスピネル構造を取り、ＺｎＧａ2Ｏ4のバンドギャップは４．４−５．０ｅＶ、ＺｎＡｌ2Ｏ4のバンドギャップは３．８−３．９ｅＶである（非特許文献２参照）。
【００１４】
Ｚｎ2+に比べてＧａ3+、Ａｌ3+、Ｉｎ3+イオンは化学量論的に２倍数が結晶ユニットに含まれているため、Ｅｕ3+イオンは着実にこれら三価のカチオンサイトを置き換えることができる。このことは、成膜環境、則ち、成膜時の基板温度、酸素ガス流量、あるいはＧａ／Ｚｎ組成比などが良い発光特性を実現する上でそれほどシビアでなくなるといった、プロセス上の利点に結びつく。
【００１５】
図１は、発光膜形成装置の構成例を示す図である。本発明にかかる酸化亜鉛化合物発光膜を形成する発光膜形成装置は、図１に示すように、発光膜形成装置１０は、２台のスパッタソースを用いた、いわゆるコンビナトリアルスパッタ装置により構成できる。
【００１６】
発光膜形成装置１０では、基板１５に対し、円筒型ターゲット１１と、電磁石１２と、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトン共鳴）プラズマ１３とにより例えばＺｎ、Ｅｕ、ＯなどのＥＣＲスパッタをし、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：高周波）マグネトロンガン１４により例えばＧａ、ＯなどのＲＦスパッタを行うことができる。ＥＣＲスパッタ装置とＲＦマグネトロンガン１４とは、基板１５の一端においてＥＣＲスパッタによる化合物濃度が高くなり、基板１５の他端においてＲＦスパッタによる化合物濃度が高くなるように配置されている。例えば、図１に示すように水平のＸ−Ｙ軸を有する基板１５に対して、ＥＣＲプラズマスパッタソースを、基板１５の鉛直に対し３０度傾けてＹ方向にずらして配置し、ＲＦマグネトロンスパッタソースは、基板１５の鉛直に対し４５度傾けてＸ方向にずらして配置する。この構成により、基板の位置に応じた濃度傾斜を有する複合酸化物の膜を形成することができる。
【００１７】
２台のスパッタソースを用いたスパッタにより、これらの複合酸化物の濃度傾斜をつけた膜を一度に取得して、その特性をコンビナトリアル的に評価することが可能である。これにより、成膜時の最適なプロセス条件を簡単に決定できるため、基板上でその条件を満たした領域の膜を使って、よく発光する膜を得ることができる。
【００１８】
図２は発光膜形成装置の基板上に作製された試料の観察手法を示している。具体的には、図２に示すように、基板１５に作製した試料を、濃度傾斜を有する基板のＸ−Ｙ軸において複数の区画（Ａ−Ｆ）に分割し、かかる区分それぞれにおける発光スペクトルを観察することで最も強く発光するＺｎ／Ｇａ組成比を決定する。また、Ｚｎ／Ｇａ組成比の所定の領域をさらにＸ−Ｙ軸と垂直な軸において複数の区画（１−６）に分割し、かかる区分それぞれにおいてポストアニール温度条件を変化させて発光スペクトルを観察することにより、最適なＺｎ／Ｇａ組成領域に対して最適なポストアニール温度となる条件を決定することができる。
【実施例】
【００１９】
本発明の有効性を実証するために、ＺｎＧａ2Ｏ4：Ｅｕ膜を成膜した。図１に示す発光膜形成装置１０において、Ｅｕ原子を１ａｔ．％含有する円筒型ＺｎＯターゲットからのＥＣＲプラズマスパッタと２インチ円盤型Ｇａ2Ｏ3ターゲットからのＲＦマグネトロンスパッタを同時に行った。
【００２０】
ＥＣＲプラズマ中に生成したイオンは、円筒型ターゲットの内面をスパッタして基板方向へ運ばれる。基板には４インチシリコン基板を用いた。ＥＣＲプラズマスパッタソースから供給されるＺｎ、Ｏ、Ｅｕ原子は、基板の鉛直に対し３０度の方向から飛来する。一方、ＲＦマグネトロンスパッタソースから供給されるＧａ、Ｏイオンは、基板の鉛直に対し４５度の方向から飛来する。両者が交わる地点において、ＺｎＧａxＯ1+1.5x膜が形成する。
【００２１】
プラズマはアルゴンガスにより生成し、酸素源として、Ｏ2あるいはＨ2Ｏガスを添加した。ＰＬ（フォトルミネッセンス）スペクトルは、波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザー励起により測定した。ＺｎＧａxＯ1+1.5x膜のバンドギャップは、この励起波長に対応するフォトンエネルギー３．８ｅＶよりも大きいが、バンド端の裾が吸収を有している。
【００２２】
図１に示すように、ＥＣＲスパッタソースは基板１５の右端のＹ側に配置されている。スパッタされた原子は発散するため、そのフラックスは距離の二乗に反比例する。そのためＹ側に近いほど、ＺｎＧａxＯ1+1.5x膜中のＺｎ組成は大きくなる。一方、ＲＦマグネトロンスパッタソースは基板１５の左端のＸ側に配置されており、右端のＹ側は遠い。そのため、Ｘ側になるほど、ＺｎＧａxＯ1+1.5x膜中のＧａ組成は大きくなる。以上の原理を合わせると、Ｙ側に行くほどＺｎ／Ｇａ比は大きくなる。
【００２３】
図２は４インチ基板上へＺｎＧａxＯ1+1.5x膜を形成した試料を図１の基板１５上で上から眺めた図である。図２にはダイシングして測定試料を得る際の切断線を描いている。図４、５、６は、試料の各位置における発光スペクトルを示している。図２においてＧａ2Ｏ3ターゲットからのスパッタ原子は主に基板の左（Ｘ）方向から、ＺｎＯターゲットからのスパッタ原子は主に右（Ｙ）方向から来る。黒丸は図４、図５、図６の測定点を示す。６６のセクションに分けた試料を切り出して、試料位置をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ列と、１、２、３、４、５、６行の組み合わせで表わした。ＸとＹは図１に示す基板の位置に対応している。試料の列がＦに近いほど、Ｇａの含有率が高くなる。各列の中では、Ｇａの含有率は大体一様である。Ｅｕの含有率は、Ｚｎに対して１ａｔ．％である。
【００２４】
図３はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ列における組成をプロットした図である。このときの成膜条件は、ＥＣＲプラズマを生成するためのマイクロ波入力４００Ｗ、ＺｎＯ：ＥｕターゲットへのＲＦ出力４００Ｗ、Ｇａ2Ｏ3ターゲットのＲＦマグネトロン出力６０Ｗであった。ウエハの左から右に行くに従って、ＺｎＧａ0.9Ｏ2.3からＺｎＧａ6.3Ｏ10..5へ組成を連続的に変えられることが分かる。Ｃ点においてＺｎＧａ2Ｏ4の定比組成にほぼ等しい組成が得られている。そこから左方に行くとＧａ過剰、右方に行くとＧａ過少になる。
【００２５】
図４は図２のＢ列に沿った試料であるＺｎＧａ1.3Ｏ2.9の組成の膜に対して、真空中で１時間のポストアニールを施した後の発光スペクトルである。アニール温度は、（Ｂ，１）が３００Ｃ、（Ｂ，２）が４００Ｃ、（Ｂ，３）が５００Ｃ、（Ｂ，４）が６００Ｃ、（Ｂ，５）が７００Ｃ、（Ｂ，６）が８００Ｃであった。
【００２６】
３００Ｃのアニールでは、十分な数のＥｕ3+イオンが活性サイトに入っていないか、あるいは低温アニールのため過剰な酸素がそのまま膜中に留まっているため、全く発光が見られない。しかし４００Ｃでアニールすると、5Ｄ07Ｆ2の遷移に対応する発光が６１５ｎｍに出現している。この発光波長は、Ｅｕ3+ドープＺｎＯ膜の６１２ｎｍに比べて３ｎｍ分だけ長波長側へシフトしており、Ｅｕ3+イオンが存在する結晶場の環境が異なることを示唆している。その他の発光遷移に対応するピークは、5Ｄ07Ｆ0（５７５ｎｍ）、5Ｄ07Ｆ1（５９５ｎｍ）、5Ｄ07Ｆ3（６５０ｎｍ）、5Ｄ07Ｆ4（７０５ｎｍ）である。
【００２７】
６００−８００Ｃにおいて、この発光ピークの強度はほぼ一定である。８００Ｃという高温でアニールしても発光が衰えていない点は、ＺｎＯ：Ｅｕの場合と対照的である。ＺｎＯ：Ｅｕにおいては、５００Ｃを超えると、急速に発光しなくなる。これは、８００Ｃでアニールすると水素はほぼ完全に膜中から抜けるが、ＨやＯＨによってＥｕ3+イオンが安定化している系においては、Ｅｕ3+イオンが発光サイトに留まることはできないからである、８００Ｃでアニールした場合には、３６０−４００ｎｍにも発光ピークが見られているが、これはＺｎＧａ1.3Ｏ2.9ホスト結晶からのバンド端発光である。
【００２８】
図５は図２のＤ列に沿って、組成がＺｎＧａ28Ｏ51の膜に対して、真空中で１時間のポストアニールを施した後の発光スペクトルである。アニール温度は、（Ｄ，１）が３００Ｃ、（Ｄ，２）が４００Ｃ、（Ｄ，３）が５００Ｃ、（Ｄ，４）が６００Ｃ、（Ｄ，５）が７００Ｃ、（Ｄ，６）が８００Ｃであった。図４の組成ＺｎＧａ1.3Ｏ2.9と同様に３００Ｃのアニール温度では、Ｅｕ3+イオンの活性化は不十分であることが分かる。５００−７００Ｃの範囲において、同程度な発光強度が得られている。しかし図４とは異なり、８００Ｃのアニールでは、完全に消光している。この結果から、この組成に関しては５００−７００Ｃのアニール温度が最適であることが分かる。
【００２９】
図６は図２の５行に沿った試料について、組成の変化に対しての発光スペクトルの変化を示したものである。試料は７００Ｃでポストアニールした。ＺｎＧａ2Ｏ4の定比組成の状態を基準に取ると、ＺｎＧａ1.3Ｏ2.9はＧａ不足、ＺｎＧａ1.8Ｏ3.8は定比に近く、ＺｎＧａ2.8Ｏ5.1はＧａ過剰、ＺｎＧａ4.1Ｏ7.1は大幅にＧａ過剰である。図６の結果から、１．３＜ｘ＜２．８のかなり広い範囲でＥｕ3+イオンが強く発光することが分かる。
【００３０】
ＺｎＯ−Ｇａ2Ｏ3複合酸化物は、エピタキシャル成長において、ホモロガスシリーズの超格子を形成する。則ち、ＺｎＯ層とＧａ2Ｏ3層が組成に応じた比で縦方向に積層した結晶構造を取る。Ｇａの含有量が低ければＺｎＯ層が多く、よりＺｎＯホスト結晶に近い特性を示し、Ｇａの含有量が高ければＧａ2Ｏ3層が多く、よりＧａ2Ｏ3ホスト結晶に近い特性を示す。
【００３１】
図７は図６の４試料の構造をＸ線回折により評価した図である。全ての試料に関して、多くのピークはＺｎＧａ2Ｏ4に帰属されている。ＺｎＯ結晶あるいはＧａ2Ｏ3結晶に帰属される回折ピークはない。このことは多少の組成ずれはあったとしても、ＺｎＧａ2Ｏ4の組成を持つ結晶が生成しやすいことを示している。
【００３２】
以上のようにして、ＺｎＧａxＯ1+0.5x膜をＨ2Ｏガスフロー下で室温にてスパッタ成膜した場合、組成に関しては図６から１．３＜ｘ＜２．８の割と広い範囲において、またポストアニール温度については、図４と図５から６００−７００Ｃの範囲において、Ｅｕ3+イオンからの強い発光が得られることが分かった。よって２スパッタ源からの成膜で得られたＢ列からＤ列までの領域だけを切り出して、６００−７００Ｃの範囲でアニールすれば、均一な発光特性の発光膜が生成する。
【００３３】
図８は基板温度５００Ｃにおいて酸素ガス添加によりスパッタ成膜した試料について、図２の３行目に沿って得られた発光スペクトルのＧａ／Ｚｎ比依存性を示す図である。Ｅ列あるいはＦ列に対応する高いＧａ／Ｚｎ組成比においては、Ｅｕ3+イオンからの発光が観測されていない。この場合も図６と同様にｘ＝１．８あるいはｘ＝２．８において発光強度が最大である。酸素ガスで成膜した場合、室温成膜後にポストアニールした試料については、ホスト結晶の欠陥発光が趨勢であり、Ｅｕ3+イオンからの発光はその欠陥発光に埋もれて、明瞭に観測されなかった。よってＨ2Ｏを使って室温で成膜し、それをポストアニールによって活性化する方が強い発光が得られることが明らかとなった。
【００３４】
本実施例においては、ＺｎＧａ2Ｏ4ホスト結晶についての検討結果だけを示したが、周期表上で同じ列に属するＡｌやＩｎで構成されるＺｎＡｌ2Ｏ4やＺｎＩｎ2Ｏ4に対しても、Ｅｕ3+イオンはＡｌ3+やＩｎ3+サイトを置換して入るため、同様な発光スペクトルを得ることができる、また本実施例と同様なアプローチにより最適なプロセス条件を決定することができる。
【００３５】
複合酸化物薄膜の機能を最大にするには、組成やプロセス条件など数多くのパラメータを最適化しなければならない。ＺｎＯ結晶膜をホストとして用いた場合、ドープされたＥｕ3+イオンからの強い赤色発光を得るには、Ｈ2Ｏを酸素源として用いるか、異種原子を共ドープする必要がある。さらに最適なポストアニール温度も低く、発光強度はＺｎＯの酸化度に大きく依存するため、十分な発光強度が得られる条件の幅は極めて狭い。条件の合わせ込みに手間がかかるばかりでなく、プロセスの安定性が低いという問題があった。これは、主にＥｕ3+イオンが価数の異なるＺｎ2+サイトを置換しにくいという物理的な制約に基づいている。ＺｎＧａ2Ｏ4といった、ワイドバンドギャップ半導体であり、かつ三価のカチオンが主要構成原子となっているホスト結晶を採用することで、組成とポストアニール温度に関して比較的広いプロセスウインドウを確保することができた。これは製造目的にとって重要である。
【００３６】
通常は最適な条件を得るには、数多くの試料を試行錯誤により作製して、その物性値を評価する必要がある。しかし本発明のやり方に従えば、組成とポストアニール温度だけに限定すれば、１枚の基板上への成膜だけで、それが可能になる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  発光膜形成装置
１１  円筒型ターゲット
１２  電磁石
１３  ＥＣＲプラズマ
１４  ＲＦマグネトロンガン
１５  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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