CN101849297A - ZnO系半导体元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种ZnO系半导体元件，其缓和自补偿效应、抑制施主杂质的混入，以容易进行p型化。使MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板的主面法线向基板晶轴的a轴c轴平面投影的投影轴向a轴方向倾斜Φa度、且向基板晶轴的m轴c轴平面投影的投影轴向m轴方向倾斜Φm度，角度Φa满足70≤{90-(180/π)arctan(tan(πΦa/180)/tan(πΦm/180))}≤110，且满足Φm≥1，由于被这样形成，所以在该主面上形成的ZnO系半导体层能够抑制施主杂质的混入、缓和自补偿效应而容易进行p型化，从而能够制作出所希望的ZnO系半导体元件。

Description

ZnO系半导体元件
技术领域
本发明涉及使用ZnO、MgZnO等ZnO系半导体的ZnO系半导体元件。
背景技术
对于作为用作照明、背光灯等的光源的紫外LED、高速电子器件、表面弹性波器件等，正在研究使用一种氧化物即ZnO系的半导体元件。ZnO其多功能性、发光电势的大小等被关注，但作为半导体器件材料却迟迟没有进展。其最大的难点在于受主掺杂困难而不能得到p型ZnO。但近年来，正如非专利文献1和2所描述的那样，由于技术的进步，能够获得p型ZnO，发光也被确认，这方面的研究非常活跃。
有方案提出使用氮作为用于得到p型ZnO的受主，但如非专利文献3所记载的那样，作为受主而掺杂氮时，氮的掺杂效率与生长温度密切相关。因此，为了进行氮掺杂就需要降低基板温度，但基板温度降低则结晶性就下降，形成补偿受主的载流子补偿中心，氮不活化(自补偿效应)。由于该自补偿效应而使形成p型ZnO系半导体层本身就非常困难。
于是，如非专利文献2所示那样有这样的方法：把-C面作为生长的主面，利用氮掺杂效率相对于温度的依赖性，通过在400℃和1000℃之间对生长温度反复升降进行温度调制来形成高载流子浓度的p型ZnO系半导体层。
专利文献1：日本特开平7-14765号公报
非专利文献1：A.Tsukazaki et al.，JJAP 44(2005)L643
非专利文献2：A.Tsukazaki et al.，Nature Material 4(2005)42
非专利文献3：K.Nakahara et al.，Journal of Crystal Growth 237-239(2002)p.503
但上述的方法中，由于要不断地加热和冷却而造成反复膨胀、收缩，所以使制造装置的负担大，有制造装置规模变大、维修保养周期变短的问题。另外，由于是低温部分决定掺杂量，所以需要准确地控制温度，但难以在短时间内准确地控制400℃和1000℃，再现性和稳定性不好。而且由于作为加热源而使用激光，所以不适合大面积的加热，也难以进行为了降低器件制造成本的多片生长。
制作ZnO薄膜而供给气体元素即氧之际，或为了得到p型ZnO而掺杂气体元素即氮之际，作为供给气体元素的装置而使用自由基发生器。
自由基发生器(自由基室)由中空的放电管和在放电管的外侧周围卷绕的高频线圈等构成，是通过向高频线圈施加高频电压而使被引导到放电管内部的气体等离子化并将其释放的设备(例如参照专利文献1)。
但由于等离子粒子是高能量粒子，所以等离子粒子造成飞溅现象，由于放电管内壁经常被溅射，所以构成放电管的原子被撞击而混入等离子粒子中。
在ZnO系薄膜这样的氧化物的情况下，由于气体成分是氧，所以自由基室内的放电管不是由pBN那样的一氧化就变脆的材料构成，而是经常使用石英。之所以使用石英，是由于至今为止无法容易地获得纯度超过它的高纯度绝缘材料。但即使是石英，由于上述等离子粒子的飞溅而造成作为其构成元素的Si、Al、B等也飞散。
特别是构成石英的元素Si的飞散量大。Si与原料气体同时从放电管的释放孔直接被供给到生长用基板表面，进入ZnO系薄膜中。能够容易地考察到当Si进入到ZnO中时则占据Zn的位置，作为施主而起作用，因此，p型化变得更加困难。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而作出的，目的在于提供一种ZnO系半导体元件，缓和自补偿效应、抑制施主杂质的混入、容易进行p型化。
为了达到上述目的，第一方面发明的ZnO系半导体元件，是在主面具有C面的MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板中，使所述主面的法线向基板晶轴的a轴c轴平面投影的投影轴向a轴方向倾斜Φa度、向基板晶轴的m轴c轴平面投影的投影轴向m轴方向倾斜Φm度，所述Φa满足
70≤{90-(180/π)arctan(tan(πΦa/180)/tan(πΦm/180))}≤110，
且满足Φm≥1，在所述主面上形成ZnO系半导体层。
第二方面的发明是在第一方面发明的ZnO系半导体元件中，所述C面由+C面构成。
第三方面发明的ZnO系半导体元件，是在主面具有C面的MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板中，所述主面的法线方向主要是从c轴向m轴方向在1度～15度的范围内倾斜，在所述主面上形成包含p型MgyZn1-yO(0≤y＜1)层的ZnO系半导体层。
第四方面的发明是在第三方面发明的ZnO系半导体元件中，所述主面的法线方向从c轴向m轴方向在1.5度～15度的范围内倾斜。
第五方面的发明是在第三方面发明的ZnO系半导体元件中，所述ZnO系半导体层是在活性层上层合所述p型MgyZn1-yO层的层合体。
第六方面的发明是在第五方面发明的ZnO系半导体元件中，所述活性层是由ZnO单层结构构成或由ZnO层和MgZnO层交替层合而成的多量子阱结构构成。
根据本发明的ZnO系半导体元件，由于使MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板主面的法线向基板晶轴的a轴c轴平面投影的投影轴向a轴方向倾斜Φa度、向基板晶轴的m轴c轴平面投影的投影轴向m轴方向倾斜Φm度，角度Φa满足：
70≤{90-(180/π)arctan(tan(πΦa/180)/tan(πΦm/180))}≤110，且满足Φm≥1，由于这样形成，所以在该主面上晶体生长的ZnO系半导体层能够保持平坦性，抑制施主杂质的混入，缓和自补偿效应而使受主杂质活化，因此，能够容易构成希望的ZnO系半导体元件。
附图说明
图1是表示在图10的结构中使朝向ZnO基板主面的m轴方向的偏斜角变化来进行PL测定的结果的图；
图2是表示在基板主面朝向m轴方向具有偏斜角的MgxZn1-xO基板上成膜的表面的图；
图3是表示施主杂质混入浓度与ZnO基板主面的m轴方向的偏斜角之间关系的图；
图4是表示在基板主面法线Z仅在m轴方向具有偏斜角时的ZnO基板表面的图；
图5是表示基板主面法线与基板晶轴即c轴、m轴、a轴之间关系的图；
图6是表示ZnO基板表面的法线倾斜状态和阶梯边缘与m轴之间关系的图；
图7是表示基板主面法线的a轴方向偏斜角不同的MgxZn1-xO基板表面状态；
图8是表示DAP发光作用的示意图；
图9是表示使用具有偏斜角的MgxZn1-xO基板构成的ZnO系半导体元件一例的图；
图10是表示形成ZnO系薄膜时基本结构的图；
图11是表示氮掺杂MgZnO薄膜的表面平坦性与Si混入浓度之间关联性的图；
图12是表示氮掺杂MgZnO薄膜的表面平坦性与Si混入浓度之间关联性的图；
符号说明
1ZnO基板    2p型MgZnO层
具体实施方式
首先，我们发现，只要ZnO系薄膜的表面平坦性良好，即使使用自由基室等使ZnO系薄膜晶体生长，也能够排除Si等不希望的杂质，这已经在日本专利申请特愿2007-221198中进行了说明。该说明中，图11和图12表示了随着表面平坦性的不同而Si等杂质的混入情况的不同。在此，ZnO系薄膜或ZnO系半导体层中的ZnO系是指把ZnO作为基础的混晶材料，包含Zn的一部分被II A族或II B族元素置换、O的一部分被VIB族元素置换的材料，或这两者组合而成的材料。
特别是对于Si，是自由基室内放电管的构成元素，其混入量最多，所以以Si为例来说明。图11、图12表示MgyZn1-yO薄膜(0≤y＜1)的表面平坦性与Si混入浓度的关联性。为了考察该关联性，如图10那样，利用具有自由基室的MBE(Molecular Beam Epitaxy：分子束外延)装置而使氮掺杂的p型MgZnO层2在MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板上进行外延生长，来加以考察。作为MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板而使用x＝0的ZnO基板1。图11、图12中内插的图像是使用原子力显微镜(AFM)在20μm见方的范围来扫描此时的p型MgZnO层2表面所得的图像。利用二次离子质量分析法(Secondary Ion Mass Spectroscopy：SIMS)来测定MgZnO层2中的硅浓度和氮浓度。
图11和图12都是左侧纵轴表示Si浓度或N浓度、右侧纵轴表示MgO二次离子强度，在曲线中内插的图像表示MgZnO层2表面的状态。MgO二次离子强度出现的区域在MgZnO层2，而MgO二次离子强度下降到接近0的区域是ZnO基板。
如从曲线中内插的图像中所了解的那样，可知MgZnO薄膜的表面平坦性好的是图11的，而表面平坦性不好(表面粗糙)的图12中，薄膜中的Si混入浓度变高。
ZnO系化合物与GaN同样具有被称为纤锌矿(ウルツアイド)的六方晶结构。C面和a轴的描述能够由所谓的密勒指数来表示，例如C面被表示为(0001)。在使ZnO系薄膜在ZnO系材料层上生长时，通常是由C面(0001)面进行，在使用恰好为C面的基板(C面ジヤスト基板)时，如图4(a)那样，晶片主面的法线方向Z与c轴方向一致。但已知即使使ZnO系薄膜在恰好为C面的ZnO基板上生长，膜的平坦性也不好。而且对于块状晶体，只要不使用该晶体所具有的解理面，则晶片主面的法线方向与c轴方向就不一致，若拘泥于恰好为C面的基板，则生产性变差。
于是，不使ZnO基板1(晶片)的主面法线方向与c轴方向一致，使法线方向Z从晶片主面的c轴倾斜而具有偏斜角。如图4(b)所示那样，当使基板主面的法线Z例如从c轴向m轴方向仅倾斜θ度时，如基板1表面部分(例如T1区域)的放大图即图4(c)所示那样，出现作为平坦的面的平坦晶面1a以及在由于法线的倾斜而产生的台阶部分上出现的等间隔且有规则的阶梯面1b。
在此，平坦晶面1a为C面(0001)、阶梯面1b相当于M面(10-10)。如图所示，形成的各阶梯面1b既在m轴方向相互保持着平坦晶面1a的宽度，又规则地排列。如图4(c)所示，与平坦面1a垂直的c轴从Z轴倾斜θ度。成为阶梯面1b的阶梯边缘的阶梯线1e既保持与m轴方向的垂直关系，又以平坦面1a的幅度为间距地并行排列。
这样，如果将阶梯面作为相当于M面的面，就能够在主面上晶体生长的ZnO半导体层上形成平坦的膜。在主面上通过阶梯面1b形成台阶部分，迁移至该台阶部分的原子成为平坦晶面1a和阶梯面1b这两个面的结合，与迁移至平坦晶面1a时相比，原子能够强力结合，能够稳定地俘获迁移来的原子。
虽然在表面扩散过程中迁移原子在平坦晶面内扩散，但在结合力强的台阶部分或在该台阶部分形成的弯曲位置被俘获而进入结晶内，由此，通过进行晶体生长的沿面生长能够进行稳定的生长。这样，在基板主面的法线至少向m轴方向倾斜的基板上层合ZnO系半导体层时，ZnO系半导体层以该阶梯面1b为中心晶体生长，能够形成平坦的膜。
即，使阶梯线1e在m轴方向规则地排列且使m轴方向与阶梯线1e成为垂直关系，在制作平坦膜的基础上这是必要的。另一方面，若阶梯线1e的间隔、或线条紊乱，则不能进行上述的沿面生长，所以不能制作平坦的膜。
图2(a)、图2(b)表示随着朝向m轴方向倾斜角度的变化而生长膜的平坦性改变的情况。图2(a)是把倾斜角度θ设定成1.5度，使氮掺杂MgZnO薄膜在具有该偏斜角的ZnO基板主面上如图10那样生长。另一方面，图2(b)是把倾斜角度θ设定成0.5度，使氮掺杂MgZnO薄膜在具有该偏斜角的ZnO基板主面上如图10那样生长。图2(a)和图2(b)都是在晶体生长后使用AFM在2μm见方的范围内进行扫描的图像。图2(a)是阶梯的宽度一致的状态，生成了很好的膜，而图2(b)是凹凸散布，失去平坦性的膜。如上所述，在进行氮掺杂的情况下，为了得到膜的平坦性优选倾斜角度θ设定为1度以上。可以说对于图6的倾斜角Φm也是同样，所以优选1度≤Φm。
如图2所示，与低偏斜角相比，高偏斜角的情况下更容易保持氮掺杂MgZnO薄膜表面的平坦性。接着，图3表示ZnO基板主面的法线与c轴之间的偏斜角、与在ZnO基板主面上形成的氮掺杂MgZnO薄膜中的氮掺杂浓度以及Si(硅)或B(硼)的混入浓度之间的关联性。为了考察该关联性，如图10所示那样，利用具有自由基室的MBE(Molecular BeamEpitaxy)装置而使氮掺杂的p型MgZnO层2在ZnO基板1上外延生长来加以考察。利用二次离子质量分析法(Secondary Ion MassSpectroscopy：SIMS)来测定MgZnO层2中的硅浓度、硼浓度和氮浓度。
图3中，左侧纵轴表示氮(N)浓度或Si浓度或B浓度、右侧纵轴表示MgO二次离子强度，横轴表示深度或膜厚度(单位埃
Figure GPA00001131101400071
)。MgO二次离子强度出现的区域表示MgZnO层，而MgO二次离子强度下降到接近0的区域表示ZnO基板。N、Si、B的各浓度曲线和MgO二次离子强度曲线分别被描绘了两条。这是与图2(a)、图2(b)对应，对ZnO基板主面的法线与c轴之间的偏斜角θ为1.5度的情况和0.5度的情况进行比较。
两条B(硼)浓度曲线中，白三角(△)数据表示的曲线是倾斜角度(偏斜角)θ为1.5度的情况(与图2(a)对应)，黑三角(▲)数据表示的曲线是倾斜角度θ为0.5度的情况。两条Si(硅)浓度曲线中，白圆圈(○)数据表示的曲线是倾斜角度θ为1.5度的情况，黑圆圈(●)数据表示的曲线是倾斜角度θ为1.5度的情况。另一方面，两条N(氮)的浓度曲线中，双点划线表示的曲线是倾斜角度θ为1.5度的情况，实线表示的曲线是倾斜角度θ为0.5度的情况。再一方面，两条MgO(氧化镁)的浓度曲线中，虚线表示的曲线是倾斜角度θ为1.5度的情况，点划线表示的曲线是倾斜角度θ为0.5度的情况。
如从图3所了解的那样，与低偏斜角(θ＝0.5度)的情况相比，在高偏斜角(θ＝1.5度)的情况下几乎没有氮掺杂量的变化，且Si、B等施主杂质的混入浓度低下。如前所述，Si、B等施主杂质的混入浓度之所以低下，是由于膜的平坦性良好而能够防止施主杂质混入。另一方面，关于氮掺杂量几乎没有变化这一点，能够如下考虑。
图1表示的是在具有偏斜角的ZnO基板主面上使氮掺杂MgZnO薄膜如图10那样生长，把图10的ZnO系层合体冷却到12K(开尔文)，使用He-Cd激光进行激励的光致发光(PL)的结果。横轴表示光子能量(eV)，纵轴表示在PL测定时通常使用的任意单位(对数比例尺)。把氮掺杂量设定为2×1020cm-3，把ZnO基板主面的偏斜角按0.3度、0.5度、0.7度、1.0度、1.5度这五个阶段变化，每次进行上述ZnO系层合体的光致发光(PL)测定。图1中左侧记载的数字表示该偏斜角的角度。
当掺杂受主时，能够清楚地观测到通常经常看到的施主-受主对发光(Donor Acceptor Pair：DAP)。图8是表示DAP发光作用的示意图，DAP发光的位置如下决定。
当把DAP发光的能量设定为EDAP、最低激励能量设定为EG、施主能级设定为ED、受主能级设定为EA、施主与受主的距离设定为rDA、真空电容率设定为ε0、介电常数设定为εr、电子的电荷设定为e、普朗克常数设定为h、LO(Longitudinal Optical)声子的振动数设定为ωLO时，则成为
EDAP＝EG-ED-EA+(e2/4πε0εr rDA)-(mhωLO/2π)。
在此，m是0以上的整数。
由于DAP发光峰值的位置由上述式决定，所以通常若决定了施主、受主的种类及其浓度就能够决定发光峰值位置。
但DAP发光峰值的位置随着高偏斜角而向低能量侧移动(这也表达为“更深”)。图1中记载的能量数值表示DAP发光位置。在ZnO基板主面的偏斜角是0.3度时，DAP发光是3.237eV，当偏斜角变化为0.5度、0.7度、1.0度时，则DAP发光成为3.225eV、3.211eV、3.208eV，逐渐向更深的方面变化。
当DAP更深时则对p型化有利，这通过ZnSe的情况可知。DAP发光深是较好的。这在掺杂受主时一定形成有进行补偿的施主(自补偿效应)。由于II-VI族与III-V族相比而自补偿效应强，所以若其补偿施主具有浅的能级，则供给电子，与受主释放的空穴再结合。若补偿施主深则释放电子概率减少，所以更容易见到空穴。图1中，当DAP发光为偏斜角从1度变化到1.5度时，与这之前随着偏斜角变化而DAP发光位置的变化相比，DAP发光位置大幅度移动，变得更深。因此，这表示1度以上，优选1.5度以上的高偏斜角能够缓和自补偿效应，对p型化有利。
通过上述各种测定而使用的图10的ZnO系层合体被如下制作。对由+C面构成且在m轴方向具有偏斜角的ZnO基板主面进行盐酸腐蚀，并在进行纯水洗净后利用干燥氮使其干燥。接着把基板安置在保持架上，通过装载锁(ロ一ドロツク)而进入到MBE中。在900℃、1×10-7Pa左右的真空中加热30分钟。然后，使基板温度下降到800℃，把NO气体、O2气体向等离子管供给，产生等离子，调整Mg、Zn的量以成为预先希望的组成，同时供给等离子，来制作氮掺杂MgZnO。在氮掺杂量为5×1018cm-3左右时，通过在ZnO上形成SiO2的MOS形式的CV测定，过剩受主浓度＝NA(受主浓度)-ND(施主浓度)，其在偏斜角0.5度时为1×1016cm-3、在偏斜角1.5度时为6×1016～7×1016cm-3，高偏斜角，则过剩受主浓度大。
如上，使基板主面的法线方向Z从c轴仅向m轴方向倾斜，把该倾斜角度设定成1度以上，优选1.5以上则能够缓和自补偿效应且防止施主杂质混入，因此是优选的。另一方面，基板主面的法线方向Z的偏斜角若过大，则例如从块状晶体切出晶片时，为了切出规定大小的晶片，能够利用的有效体积减少，不适合批量生产。由此，法线方向Z的倾斜角度θ在实用上以15度左右为极限。
上述记载中考虑了使基板主面的法线方向Z从c轴仅向m轴方向倾斜的情况。但更实际的是难以限定仅向m轴方向倾斜来进行切出，作为生产技术，需要容许也向a轴倾斜的情况，但要设定其容许度。例如如图5所示，考虑如下情况，即基板主面的法线Z从基板晶轴的c轴倾斜角度Φ，且使法线Z在基板晶轴的c轴、m轴、a轴的直角坐标系中，向c轴m轴平面投影的投影轴向m轴倾斜角度Φm、向c轴a轴平面投影的投影轴向a轴倾斜角度Φa。
如图5所示，为了更容易明白基板主面法线Z的倾斜状态，把c轴m轴a轴的直角坐标系与法线Z的关系表示在图6(a)。与图5相比，仅改变了基板主面法线Z的倾斜方向，Φ、Φm、Φa的含义与图5相同。图6(a)中，表示了把基板主面法线Z向c轴m轴a轴直角坐标系的c轴m轴平面投影的投影轴A、向c轴a轴平面投影的投影轴B。
把基板主面法线Z向基板晶轴即c轴m轴a轴直角坐标系的a轴m轴平面投影的投影轴方向作为L方向表示。这时，产生图4所示的平坦面即平坦面1c，在由于倾斜而出现的台阶部分产生阶梯面1d。在此，平坦面虽然为C面(0001)，但与图4的情况不同，按照图6(a)，法线Z为从与平坦面垂直的c轴倾斜角度Φ。
由于基板主面的法线方向不仅向m轴方向倾斜，而且也向a轴方向倾斜，所以阶梯面出现倾斜，阶梯面在L方向上排列。如图6(a)和图6(b)所示，该状态表现为阶梯边缘沿m轴方向配列。在此，由于M面是热稳定且化学稳定面，所以由于a轴方向的倾斜角度Φa，斜阶梯不能很好地保持，阶梯面1d出现凹凸，阶梯边缘的配列产生紊乱，在主面上不能形成平坦的膜。上述M面是热稳定且化学稳定的情况是发明者们发现的，已经在日本专利申请特愿2006-160273中详细说明。
图7表示生长面(主面)的法线Z不仅具有m轴方向偏斜角还具有a轴方向偏斜角的情况下，阶梯边缘、阶梯幅度如何变化的情况。将图6(a)中说明的m轴方向的偏斜角Φm固定在0.4度，使a轴方向的偏斜角Φa变大而进行比较。这通过改变MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板的切出面来实现。
由于当使a轴方向的偏斜角Φa变大时，阶梯边缘与m轴方向所成的角θS也向变大的方向改变，所以图7记载了θS的角度。图7(a)是θS＝85度的情况，阶梯边缘和阶梯幅度都不紊乱。图7(b)是θS＝78度的情况，尽管稍微紊乱，但阶梯边缘和阶梯幅度能够确认。图7(c)是θS＝65度的情况，紊乱严重，阶梯边缘和阶梯幅度不能确认。若在图7(c)的表面状态上使ZnO系半导体层外延生长，则不能进行上述的沿面生长，所以不能形成平坦的膜。在该图7(c)的情况下，若换算成向a轴方向的倾斜Φa，则相当于是0.15度。依据以上的数据可知优选70度≤θS≤90度的范围。
这样，作为斜阶梯不能被很好地保持，阶梯面出现凹凸，阶梯边缘的配列产生紊乱的角度为θS＝70度，例如设定成Φm＝0.5度，把它换算成向a轴方向的倾斜Φa，则相当于是0.1度。
对于θS，不仅要考虑主面法线Z的投影轴B向a轴方向倾斜Φa度的情况，而且由于在图6(a)中向-a轴方向倾斜的情况基于对称性是等价的，所以需要考虑。把该倾斜角度作为-Φa，把阶梯面的台阶部分向m轴a轴平面投影时则如图6(c)那样表示。在此，对于m轴与阶梯边缘所成的角θi的条件，上述的70度≤θi≤90也成立。由于θS＝180度-θi的关系成立，所以作为θS的最大值而为180度-70度＝110度，最终地70度≤θS≤110度的范围就成为能够生长平坦膜的条件。
接着，把角度的单位设定为弧度(rad)，根据图6，把θS用Φm、Φa表示时则如下。根据图6，角度α表示为
α＝arctan(tanΦa/tanΦm)，成为
θS＝(π/2)-α＝(π/2)-arctan(tanΦa/tanΦm)。
在此，当把θS从弧度变换成度(deg)时，则由于成为
θS＝90-(180/π)arctan(tanΦa/tanΦm)，所以被表示为
70度≤{90-(180/π)arctan(tanΦa/tanΦm)}≤110。在此，众所周知，tan表示正切(tangent)、arctan表示反正切(arctangent)。且θS＝90度的情况有时不向a轴方向倾斜而仅向m轴方向倾斜。在Φm、Φa的角度单位不是弧度而设定成Φm度、Φa度的情况下，上述不等式如下表示。
70≤{90-(180/π)arctan(tan(πΦa/180)/tan(πΦm/180))}≤110
下面，作为在具有上述偏斜角的MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板上层合了ZnO系半导体层的ZnO系半导体元件而以紫外LED为例在图9表示。将晶体生长面设定为ZnO基板12的具有+C面的主面，该主面的法线方向被形成为从c轴稍微向m轴方向倾斜。在该ZnO基板12上使不掺杂ZnO层13、氮掺杂p型MgZnO层14顺次晶体生长，然后形成p电极15和n电极11。如图示那样，p电极15由Au(金)152和Ni(镍)151的多层金属膜构成，n电极11由In(铟)构成。氮掺杂MgZnO层14是本发明的ZnO系薄膜，把生长温度设定为800℃左右，使表面平坦性良好。当然，作为器件结构不限于这样的结构，把图9的ZnO系层合体部分设定成MgZnO基板/不掺杂ZnO层/氮掺杂MgZnO层，另外设置活性层，也可以把该活性层设定为使MgZnO和ZnO交替层合的多量子阱结构(MQW)。

Claims (6)

1.一种ZnO系半导体元件，其中，在主面具有C面的MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板中，使所述主面的法线向基板晶轴的a轴c轴平面投影的投影轴向a轴方向倾斜Φa度、向基板晶轴的m轴c轴平面投影的投影轴向m轴方向倾斜Φm度，所述Φa满足
70≤{90-(180/π)arctan(tan(πΦa/180)/tan(πΦm/180))}≤110，
且满足Φm≥1，在所述主面上形成ZnO系半导体层。
2.如权利要求1所述的ZnO系半导体元件，其中，所述C面由+C面构成。
3.一种ZnO系半导体元件，其中，在主面具有C面的MgxZn1-xO(0≤x＜1)基板中，所述主面的法线方向主要是从c轴向m轴方向在1度～15度的范围内倾斜，在所述主面上形成包含p型MgyZn1-yO(0≤y＜1)层的ZnO系半导体层。
4.如权利要求3所述的ZnO系半导体元件，其中，所述主面的法线方向从c轴向m轴方向在1.5度～15度的范围内倾斜。
5.如权利要求3所述的ZnO系半导体元件，其中，所述ZnO系半导体层是在活性层上层合所述p型MgyZn1-yO层的层合体。
6.如权利要求5所述的ZnO系半导体元件，其中，所述活性层是由ZnO单层结构构成或由ZnO层和MgZnO层交替层合而成的多量子阱结构构成。
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