(57)【要約】【課題】大量のイオン注入は母結晶に大量の注入損傷をも同時に導入することが知られ、この損傷の存在が特性劣化を引き起こす原因としてしばしば問題となってきた。酸化亜鉛に硫黄をイオン注入し、結晶内部に硫黄を閉じ込めても、熱処理中に亜鉛と反応して硫化亜鉛を生成すること無く表面から硫黄が蒸発することが知られている。【解決手段】  酸化物結晶内にイオンを共注入することにより母結晶中に異種化合物を合成することを特徴とする異種化合物の合成方法。酸化物結晶としては、酸化亜鉛、酸化チタン、ペロブスカイト系酸化物などを例示できる。異種化合物としては、硫化亜鉛、それに対するマンガン添加物、ZnSiO4、GaNなどを例示できる。母結晶内に異種蛍光体を合成した発光体などを提供することが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物結晶内にイオンを共注入することにより母結晶中に異種化合物を合成することを特徴とする異種化合物の合成方法。
【請求項２】
酸化物結晶が酸化亜鉛であり、異種化合物が硫化亜鉛であることを特徴とする請求項１記載の異種化合物の合成方法。
【請求項３】
注入量(ドーズ)が同じ濃度になるように両イオンを共注入することを特徴とする請求項１記載の異種化合物の合成方法。
【請求項４】
共注入後に熱処理することを特徴とする請求項１記載の異種化合物の合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンの共注入による母結晶中での異種化合物の合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
母材の内部に異種物質を合成する方法は様々な手法が存在する。母材の表面から目的の深さに異種物質を合成する方法には表面からの拡散法か、イオン注入法がある。拡散法の場合、表面に生成した物質をエッチング等で除去しなければならず、工程が増えることとなる。再現性の高さを考慮すればイオン注入法が唯一の手法である。
【０００３】
これまで、イオン注入法を用いて結晶内に異種物質を合成するには、大量にイオン注入
(１×１０l7ions/cm2程度)することが行われてきた。この場合、１種類のイオン注入により、注入元素だけのナノサイズ結晶を合成することが行われ、蛍光特性の評価が行われている(例えば、非特許文献１)。
【０００４】
現在、硫化亜鉛は最も期待されている蛍光体の１つであり広く研究されている材料である。しかしながら、応用に関しては劣化問題の解決が大きな課題とされ、これを防ぐために硫化物表面を酸化亜鉛やイットリアで被覆することが検討されている(例えば、非特許文献２)。しかし、表面を完全に被覆すること、表面からの硫黄の蒸発を抑制することは難しい。
【非特許文献１】I.Gra Bhans, 他 ,Nucl.Instr.Meth.Phys.Res. B, 190, 865, (2002)
【非特許文献２】T.Igarashi,他,Mater.Res.Bull.,36,1317,(2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
大量のイオン注入は母結晶に大量の注入損傷をも同時に導入することが知られ、この損傷の存在が特性劣化を引き起こす原因としてしばしば問題となってきた。酸化亜鉛結晶に硫黄をイオン注入し、結晶内部に硫黄を閉じ込めても、熱処理中に亜鉛と反応して硫化亜鉛を生成すること無く、表面から硫黄が蒸発することが知られている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、イオンの共注入法により、酸化物結晶内に大量のイオン注入でもたらされる照射損傷を抑えた異種化合物を合成する手法を見出した。イオン注入による実験結果の再現性の高さを利用し、少ないイオン注入量で異種結晶(化合物を含む)を合成することができる。この方法により、発光素子、具体的には、母結晶内に異種蛍光体の合成を行うことができる。
【０００７】
すなわち、本発明は、（１）酸化物結晶内にイオンを共注入することにより母結晶中に異種化合物を合成することを特徴とする異種化合物の合成方法、である。
【０００８】
また、本発明は、（２）酸化物結晶が酸化亜鉛であり、異種化合物が硫化亜鉛であることを特徴とする上記（１）の異種化合物の合成方法、である。
【０００９】
また、本発明は、（３）注入量(ドーズ)が同じ濃度になるように両イオンを共注入することを特徴とする上記（１）の異種化合物の合成方法、である。
【００１０】
また、本発明は、（４）共注入後に熱処理することを特徴とする上記（１）の異種化合物の合成方法、である。
【００１１】
酸化物結晶としては、酸化亜鉛、酸化チタン、ペロブスカイト系酸化物などを例示できる。異種化合物としては、硫化亜鉛、それに対するマンガン添加物、ZnSiO4、GaNなどを例示できる。共注入する濃度は、 注入量で，1x1015ions/cm2以上とすることが望ましい。共注入後の熱処理温度は７５０℃から９５０℃の範囲が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法により、酸化物結晶内に大量のイオン注入でもたらされる照射損傷を抑えた異種化合物を合成することが可能となった。さらに、これまで注入量で1x1017ions/cm2程度で行われていた実験を1x1015ions/cm2の低濃度から実現可能である。
【実施例１】
【００１３】
実施例として、酸化亜鉛中に硫化亜鉛を合成し、硫化亜鉛特有の発光特性を見出した例を示す。
【００１４】
基板上に酸化亜鉛薄膜をCVD法で合成した。CVD装置は亜鉛ソースとして亜鉛アセチルアセトナートをアルゴン気流中(1sccm)、85℃で蒸発させた。そして、リングインジェクターから基板表面に向け噴射した。これと同時にECR源から低エネルギー酸素イオンを照射し、基板表面で反応させ膜厚200-400nmの酸化亜鉛薄膜を得た。合成時の基板温度は6O0℃で、時間は8時間合成した。得られた薄膜はC−軸配向膜である。
【００１５】
上記の酸化亜鉛基板に亜鉛イオンを約10分と硫黄イオンを約1時間共注入した。注入は注入量(ドーズ)が同じ濃度になるように両イオンとも3×1015ions/cm2をイオン注入した。注入は両方とも室温で行った。この試料を熱処理の前後で蛍光特性を評価した。熱処理は空気中で 8O0℃の温度で、処理時間を変化させた。
【００１６】
図１は、イオン共注入前と共注入後の発光スペクトルである。スペクトル (a)
はas-deposited ZnO、スペクトル(b)は共注入後の発光スペクトル(as-implanted)である。イオン注入によって発光特性が失われている。これは酸化亜鉛にイオン注入したとき必ず見られる特性でありイオンの照射損傷に起因する。
【００１７】
図２は、共注入した酸化亜鉛試料を8OO℃で、時間を変えて熱処理した試料の発光スペクトルである。図２中に熱処理時間を示した。熱処理時間1分で可視領域での発光特性が現れ、8分でその強度は最大になる。このことは、イオンの照射損傷は短い時間で回復することが分かる。発光スペクトルは２つのピークで構成される。１つは46Onmにピークを持ち、もう１つは514nm付近にピークを持つ。46Onmのピークは無添加の硫化亜鉛で見られる発光ピークであり、もう１つのピークは酸化亜鉛に起因する発光ピークである。
【００１８】
このことから、酸化亜鉛にイオンを共注入することで酸化亜鉛内に硫化亜鉛が生成されることが明らかとなった。イオンを共注入することで低ドーズでも母結晶と異種の化合物を母結晶内に合成できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の方法により、母結晶内に異種蛍光体を合成した発光体などを提供することが可能となる。さらに、従来とは異なり、イオン注入量を減らし、注入損傷を低減できるので合成実験に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】イオン共注入酸化亜鉛の発光スペクトルである。
【図２】共注入試料を熱処理した後の発光スペクトルである。
【図１】
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【図２】
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