JP2002068890A

JP2002068890A - ＺｎＯ系材料とその製造方法

Info

Publication number: JP2002068890A
Application number: JP2000265774A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ogata; 健一尾形; Shizuo Fujita; 静雄藤田; Shigeo Fujita; 茂夫藤田
Original assignee: Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Current assignee: Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】【課題】積層欠陥のない高品質な単結晶ＺｎＯエピタ
キシャル薄膜を作成すること。【解決手段】サファイア基板２上に有機金属気相成長
法によって、約４００〜５００℃で多結晶またはアモル
ファスのＺｎＯから成る緩衝層である第１層３を形成
し、この第１層３上に、約８００℃で単結晶ＺｎＯから
成る第２層４を形成し、フォトリソグラフィ技術によっ
て部分的にＳｉＯ₂から成るマスク５を形成し、その
後、さらに、単結晶ＺｎＯを、第２層４のマスク５から
の露出部分７から選択的に成長させ、この露出部分７上
の単結晶から、マスク５上で横方向に延びて成長した単
結晶ＺｎＯの第３層６を形成する。マスク５によって第
２層４の積層欠陥１１が遮断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＺｎＯ（酸化亜
鉛）系材料とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＺｎＯは、従来から、透明電極および圧
電素子などを目指す観点から作製されており、この用途
では欠陥が多くても実用上問題はない。ＺｎＯは、励起
子結合エネルギが６０ｍｅＶであって大きいので、室温
での新機能素子、励起子素子の作製のために用いられる
ことが、近年、予測され、注目されてきている。このよ
うな用途では、欠陥が少ないＺｎＯの単結晶膜が要求さ
れる。

【０００３】欠陥が少ない単結晶膜を作製するために、
近年、分子線エピタキシ（略称ＭＢＥ）が実施されてい
るけれども、この手法では、成長速度が小さく、また大
面積化が困難であり、さらに欠陥の抑制が不充分であ
り、したがって産業化が困難であるという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、欠陥
がない高品質のＺｎＯ系材料を提供するとともに、その
ような高品質のＺｎＯ系材料の成長速度を大きくし、大
面積化が可能である製造方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、基板
上に形成され、多結晶またはアモルファスのＺｎＯから
成る第１層と、第１層上に形成され、単結晶のＺｎＯか
ら成る第２層と、第２層上の一部分を被覆する電気絶縁
性材料から成るマスクと、単結晶のＺｎＯから成り、第
２層のマスクから露出された露出部分で、厚み方向に成
長するとともに、さらに、その露出部分上の単結晶か
ら、マスク上で横方向に延びて成長した第３層とを含む
ことを特徴とするＺｎＯ系材料である。

【０００６】本発明に従えば、基板上に第１層が形成さ
れ、この第１層は、多結晶またはアモルファスのＺｎＯ
から成り、いわば緩衝層としての働きを果たす。この第
１層は、基板と、第１層上に形成される単結晶ＺｎＯの
第２層との間に介在され、格子定数および熱膨張係数な
どの特性が、これらの基板の特性と第２層の特性との間
に存在する。緩衝層である第１層は、前述のように基板
と第２層との間に堆積されることによって、基板と第２
層との格子定数および熱膨張係数などの差に起因した第
２層における欠陥の生成を抑制することができる。

【０００７】第１層に生成する欠陥は、第２層にも拡が
って積層欠陥が伝播する。そこで、第２層の欠陥を抑制
するために、第２層上の一部分には、電気絶縁性材料か
ら成るマスクが被覆される。このマスクは、たとえば、
第２層の全面に形成されたＳｉＯ₂の被覆層がフォトリ
ソグラフィ技術を用いて、たとえば細長い平行な複数本
の縞状に形成された構成を有してもよい。

【０００８】さらに単結晶のＺｎＯから成る第３層を堆
積する。この第３層は、第２層のマスクからの露出部分
上で、厚み方向に成長し、さらに横方向に延びてマスク
上を覆って成長する。こうして第２層の露出部分とマス
ク上とを、単結晶ＺｎＯの第３層で覆うことができる。
したがって、第２層に存在する欠陥は、マスクによって
遮断され、そのマスク直上の第３層の部分には、積層欠
陥が伝播しない。このように第２層のマスクからの露出
部分上に単結晶ＺｎＯを選択的に成長させ、マスク上に
は単結晶のＺｎＯが直接には堆積せず、前記露出部分で
成長した単結晶ＺｎＯがマスク上に横方向に延びて成長
してマスクを覆うことによって、第２層の欠陥がマスク
で遮断され、マスク直上に積層欠陥が存在することがな
い。

【０００９】マスク上には単結晶ＺｎＯの成長が起こら
ず、第２層のマスクからの露出部分だけに単結晶ＺｎＯ
の成長が起こるという選択成長を達成するための手法の
一例として、たとえば有機金属気相成長法（略称ＭＯＶ
ＰＥ）が挙げられる。有機金属気相成長法は、化学反応
を利用する結晶作成法であるので、上述の選択成長が可
能となる。こうして第２層のエピタキシャル層に存在す
る貫通転移の伝播を抑制することができ、高品質な単結
晶ＺｎＯ膜を作成することができる。このような選択成
長を行うことができる手法は、有機金属気相成長法以外
の手法であってもよい。

【００１０】基板は、サファイアであってもよいが、そ
のほかたとえば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰおよび金属な
どの無機材料などであってもよい。

【００１１】また本発明は、前記露出部分の直上方で、
第３層上の一部分を被覆する電気絶縁性材料から成る補
助マスクと、単結晶のＺｎＯから成り、第３層の補助マ
スクから露出されたもう１つの露出部分上で、厚み方向
に成長するとともに、さらに、前記もう１つの露出部分
上の単結晶から、補助マスク上で横方向に成長した第４
層とを含むことを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、第３層上には、第２層の
マスクからの露出部分の直上方で、電気絶縁性材料から
成る補助マスクを形成し、第３層の補助マスクからの露
出部分に、単結晶ＺｎＯを厚み方向に成長するととも
に、さらに、補助マスク上で横方向に延びて成長して、
第４層を形成する。したがって第２層のマスクからの露
出部分に対応する第３層に存在する積層欠陥は、補助マ
スクで遮断される。これによって第４層の全体にわた
り、積層欠陥を抑制することができ、単結晶ＺｎＯから
成る第４層の品質をさらに高くすることができる。補助
マスクは、前述のマスクと同様な材料から成り、たとえ
ばＳｉＯ₂などの電気絶縁性材料から成る。第４層は、
前述の有機金属気相成長法などの手法で成長されてもよ
い。

【００１３】また本発明は、前述の第３層の少なくとも
表面付近の層は、不純物がドープされたｎ形またはｐ形
の半導体層であり、この半導体層上に、ＺｎＯを含む層
が形成されることを特徴とする半導体である。

【００１４】また本発明は、前述の第４層の少なくとも
表面付近の層は、不純物がドープされたｎ形またはｐ形
の半導体層であり、この半導体層上に、ＺｎＯを含む層
が形成されることを特徴とする半導体である。

【００１５】本発明に従えば、第３層または第４層の少
なくとも表面付近の層に不純物をドープしてｎ形または
ｐ形の導電形式を有する半導体層を形成して、各種の半
導体を実現することができる。第３層または第４層の全
体を、ｎ形またはｐ形の半導体層としてもよい。このよ
うな半導体では、第３層または第４層には欠陥が存在せ
ず、またＺｎＯの励起子結合エネルギが大きいので、室
温での新機能素子、励起子素子の作製が可能となり、電
子、光素子が実現され、さらに基板をＳｉとし、これに
よってＳｉ系集積素子と、ＺｎＯ系素子とを複合化して
多機能素子を実現することもできる。半導体の一例とし
ては、たとえば青色または緑色などの発光ダイオード、
低しきい値半導体レーザ、薄膜トランジスタ（略称ＴＦ
Ｔ）および透明磁石などが挙げられる。ＺｎＯは、電
子、光機能のほかに、誘電性、電気絶縁性、磁性、圧電
性、半導体性など多機能であるので、幅広い応用が可能
である。

【００１６】また本発明は、基板上に、有機金属気相成
長法で単結晶のＺｎＯが形成される温度未満で、ＺｎＯ
から成る第１層を、形成し、第１層上に、有機金属気相
成長法で、単結晶のＺｎＯが形成される温度で、第２層
を形成し、第２層上の一部分を被覆する前記絶縁性材料
から成るマスクを形成し、有機金属気相成長法で、単結
晶のＺｎＯが形成される温度で、第２層のマスクから露
出された露出部分上で厚み方向に単結晶のＺｎＯを成長
するとともに、さらに、その露出部分上の単結晶から、
マスク上で横方向に延びて成長した第３層を形成するこ
とを特徴とするＺｎＯ系材料の製造方法である。

【００１７】本発明に従えば、有機金属気相成長法を実
施し、第２層のマスクからの露出部分および第３層の補
助マスクからの露出部分に、選択的に単結晶ＺｎＯを成
長することができ、その単結晶ＺｎＯの成長速度を高く
することができ、たとえば分子線エピタキシ法に比べて
成長速度が約３０倍である。しかも、ＺｎＯの有機金属
気相成長法では、ＧａＮの製造時に必要なアンモニア
を、必要とせず、環境を汚染するおそれはなく、またコ
スト面、取扱面で有利である。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
ＺｎＯ系材料１の全体の構成を示す断面図である。サフ
ァイアから成る基板２上には、多結晶またはアモルファ
スのＺｎＯから成る第１層３と、その第１層３上に形成
された単結晶のＺｎＯから成る第２層４と、第２層４上
の一部分を被覆するマスク５と、単結晶から成る第３層
６とを含む。マスク５は、電気絶縁性材料から成り、た
とえばＳｉＯ₂から成る。第３層６は、第２層４のマス
ク５から露出された露出部分７において、厚み方向（図
１の上方）に成長した単結晶８と、その露出部分７上の
単結晶８から、マスク５上で横方向に延びて成長した単
結晶９とを含む。第１層３と第２層４とには、いくつか
の積層欠陥１１が発生し、これらの積層欠陥１１のう
ち、マスク５の下方の欠陥１１は、マスク５で遮断さ
れ、したがってマスク５の上方に存在する単結晶９に、
積層欠陥が伝播して生じることはない。こうして欠陥を
抑制した高品質のＺｎＯ系材料１が実現される。

【００１９】図２および図３は、図１に示されるＺｎＯ
系材料の製造方法を示す断面図である。図２（１）に示
されるサファイアから成る基板２が準備され、その一方
表面に、第２図（２）のように、有機金属気相成長法に
よって、たとえば約４００〜５００℃の比較的低温度で
第１層３がエピタキシャル成長される。このような低温
度では、第１層３のＺｎＯは、単結晶ではなく、多結晶
またはアモルファスである。第１層３の厚みは、５０ｎ
ｍ程度であり、１０〜５００ｎｍ程度でもよい。この第
１層３は、基板２と単結晶ＺｎＯから成る第２層４との
格子定数および熱膨張係数に関して中間の値を有し、い
わば緩衝層としての働きを果たす。第１層３には、欠陥
１１ａが存在する。

【００２０】次に図２（３）に示されるように、有機金
属気相成長法によって約８００℃の温度で単結晶ＺｎＯ
から成る第２層４が形成される。第２層４は、たとえば
２〜５μｍ程度の厚みを有する。第１層３の欠陥１１ａ
は、第２層４の欠陥１１ｂに連続して伝播し、積層欠陥
１１が形成される。

【００２１】そこで図２（４）に示されるように、第２
層４上に全面にわたってＳｉＯ₂から成る被覆層１４
が、たとえば電子ビーム蒸着法などによって形成され
る。

【００２２】図２（５）に示されるように、被覆層１４
は、フォトリソグラフィ技術を用いて、選択的に除去さ
れて、第２層４が露出部分７で露出され、この被覆層１
４は、マスク５として第２層４上に残存する。マスク５
は、たとえば幅Ｗ１を有し、露出部分７の幅Ｗ２をあけ
て、たとえば平行に複数本の縞状に形成されてもよい。

【００２３】一例として、マスク５の厚みは、たとえば
０．１μｍであり、幅Ｗ１は、たとえば４０μｍであ
り、露出部分７の幅Ｗ２は、５μｍであってもよい。

【００２４】引続き図３を参照して、その図３（１）で
は、前述の図２（５）に示される状態で、有機金属気相
成長法によって、約８００℃の温度で、単結晶ＺｎＯの
エピタキシャル成長を行う。有機金属気相成長法は、化
学反応を利用する結晶作成法であるので、第２層４のマ
スク５からの露出部分７において、まず単結晶８が成長
してゆく。さらに単結晶８を成長させることによって、
次の図３（２）に示されるように、単結晶８は、マスク
５上で横方向に延びて単結晶９が形成される。露出部分
７上の単結晶８には、第２層４内の欠陥１１が連なる。

【００２５】前述の図３（２）において、有機金属気相
成長法によるＺｎＯの単結晶８，９のエピタキシャル成
膜をさらに継続することによって、露出部分７およびマ
スク５上の全表面にわたって、前述の図１のように第３
層６が形成される。第３層６の厚みｄ１は、一例として
たとえば５μｍであってもよい。マスク５の直上の単結
晶９には、欠陥が存在せず、欠陥１１は、露出部分７上
の単結晶８にのみ、存在するだけである。したがって欠
陥１１を抑制した単結晶ＺｎＯから成る第３層６が得ら
れる。

【００２６】図４は、有機金属気相成長法を実施する製
造装置１６の簡略化した系統図である。石英製反応容器
１７内の導電性サセプタ１８上に基板２が乗載され、高
周波誘導コイル１９の励磁によって、基板２の温度が調
整される。第１層３、第２層４および第３層６のエピタ
キシャル成膜のためにキャリアガス源２１からＮ₂ガス
が供給され、Ｚｎ（Ｃ₂Ｈ₅）₂（略称ＤＥＺｎ）が供給
源２２から原料ガスとして供給されるとともに、Ｎ₂Ｏ
が、供給源２３から供給される。供給源２２からのＤＥ
Ｚｎに代えて、Ｚｎ（ＣＨ₃）₂（略称ＤＭＺｎ）が用い
られてもよい。供給源２３からのＮ₂Ｏに代えて、ＮＯ₂
またはＣＯ₂などであってもよい。被覆層１４およびマ
スク５の形成は、反応容器１７の外方で行う。

【００２７】第３層６の表面の不純物ドープによるｎ形
またはｐ形半導体層の形成、およびそのｎ形またはｐ形
の半導体層の上に、発光素子のたとえばＩＩ−ＶＩ化合
物から成る発光層を形成するために、キャリアガス源２
１からのキャリアガスによって、原料ガスを供給する１
または複数の供給源２４が設けられる。この供給源２４
からは、たとえば発光層のためのＣｄ（ＣＨ３）₂（略
称ＤＭＣｄ）を供給してもよい。

【００２８】図５は、本発明の実施の他の形態のＺｎＯ
系材料１ａの断面図である。この図５に示されるＺｎＯ
系材料１ａは、図１〜図４に関連して前述したＺｎＯ系
材料１に類似し、対応する部分には同一の参照符を付
す。注目すべきはこの実施の形態では、第３層６上にも
う１つのマスクである補助マスク２６が形成される。補
助マスク２６は、前述のマスク５と同様に形成される。
補助マスク２６は、第２層４のマスク５からの露出部分
７の直上方で、第３層６上の一部分を被覆する。この補
助マスク２６は、たとえばＳｉＯ₂などの電気絶縁性材
料から成る。第３層６および補助マスク２６上には、単
結晶のＺｎＯから成る第４層３１が形成される。第４層
３１は、第３層６の補助マスク２６から露出されたもう
１つの露出部分２７上で厚み方向に成長する単結晶３２
と、その単結晶３２から補助マスク２６上で横方向に成
長する単結晶３３とを含む。図５に示されるＺｎＯ系材
料１ａでは、第１、第２および第３層３，４，６に形成
される積層欠陥１１は、補助マスク２６によって遮断さ
れ、したがって第４層３１には、このような積層欠陥１
１は存在しない。これによって第４層３１には、欠陥の
ない高品質のＺｎＯ層が形成されることになる。

【００２９】図６は、図５に示されるＺｎＯ系材料１ａ
の製造方法を説明するための断面図である。前述の図１
に示されるＺｎＯ系材料１の第３層６上には、図６
（１）に示されるように、電気絶縁性材料、たとえばＳ
ｉＯ₂から成る被覆層３４が形成される。この被覆層３
４は、前述の図２（４）に示される被覆層１４と同様な
構成を有する。

【００３０】次に図６（２）に示されるように、被覆層
３４は、フォトリソグラフィ技術によって第３層６が露
出部分２７で露出するように部分的に除去されて補助マ
スク２６が形成される。次に図６（３）に示されるよう
に、図４の製造装置１６を用いて有機金属気相成長法に
よって、露出部分２７上に単結晶３２を形成する。有機
金属気相成長法によれば、第３層６の露出部分２７にお
いてのみ単結晶のＺｎＯが成長し、補助マスク２６上に
は単結晶のＺｎＯが直接には成長しない。

【００３１】単結晶３２をさらに成長させることによっ
て、図６（４）に示されるように、その結晶３２は、補
助マスク２６上で横方向に成長して単結晶３３が成長さ
れる。これらの単結晶膜３２，３３をさらに成長させる
ことによって、前述の図５に示されるＺｎＯ系材料１ａ
が得られる。

【００３２】図７は、本発明の図１〜図４に関連して前
述したＺｎＯ系材料１を用いた発光素子３６の断面図で
ある。ＺｎＯ系材料１の第３層６上には、不純物がドー
プされ、ｎ形またはｐ形のいずれか一方の半導体層３７
とされる。この半導体層３７上に、ＺｎＯおよび図４の
供給源２４からのたとえばＤＭＣｄなどを含む原料ガス
によって、有機金属気相成長法によって発光層３８が形
成される。発光層３８の上にはさらに、ｎ形またはｐ形
のいずれか他方の半導体層３９が形成される。この半導
体層３９もまた、ＺｎＯを母材とし、不純物がドープさ
れて形成される。半導体層３７および半導体層３９に
は、電極４１，４２が形成される。発光層３８における
ＺｎＯおよびそのほかの物質の組成比を変化することに
よって、出力される光４３の色を変化して調整すること
ができる。発光素子のために、図７におけるＺｎＯ系材
料１に代えて、図５および図６に関連して前述したＺｎ
Ｏ系材料１ａが用いられてもよい。

【００３３】図８は、本発明の実施の他の形態の多機能
素子４４の斜視図である。基板４５は、たとえばサファ
イアまたはＳｉなどから成り、この基板４５を、前述の
基板２としてそのまま用いて、ＺｎＯ系材料１または１
ａを形成し、さらにそのＺｎＯ系材料１，１ａ上にＺｎ
Ｏを母材とする半導体層を積層するなどして、ＺｎＯ素
子４７〜５３が形成され、また基板４５上のＳｉ基板５
４上に形成されたマイクロプロセッサ５５には、本発明
に従うＺｎＯ素子５６が形成される。液晶表示パネル５
７には、ＺｎＯを用いて、透明電極および透明薄膜トラ
ンジスタなどのＺｎＯ素子５８が形成される。図８にお
いて参照符４７はレーザ素子、参照符４８は受光素子、
参照符４９は磁気光信号処理回路、参照符５０はフエロ
エレクトリックメモリ、参照符５１はＳＡＷ（Surface
Acoustic Wave表面弾性波）フィルタ、参照符５２はＳ
ＡＷ発振器、参照符５３は電力用電界効果トランジスタ
（略称ＦＥＴ）ＳＡＷ素子、参照符５６は発振器であ
る。

【００３４】本件発明者の実験結果を説明する。図１〜
図４に関連して前述したＺｎＯ系材料１において、Ｚｎ
Ｏはｃ面サファイア基板上にＭＯＶＰＥ法により成長を
行い、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長３２５．０ｎｍ）による
ＰＬ（photoluminescenceフォトルミネッセンス）およ
びＸｅランプによる反射測定等を行った。

【００３５】図９および図１０に室温（ＲＴ）および１
５ＫにおけるＰＬスペクトルを示す。室温においては
３．２９ｅＶ付近の自由励起子の輻射再結合による発光
が支配的であり、その半値幅は１１４ｍｅＶである。ま
たこれまでのＭＯＶＰＥ成長ＺｎＯでのＰＬ発光に比
べ、深い準位からの発光はバンド端発光に比べきわめて
弱く、光学的に高品質なＺｎＯであると言える。１５Ｋ
においては、３．３５５ｅＶにピークを持つ中性束縛励
起子（Ｄ⁰Ｘ）によると思われる発光が支配的で、その
半値幅は４ｍｅＶとＭＢＥで報告されている値２．５ｍ
ｅＶに近く、ＬＯフォノンレプリカも明瞭に観察され
る。さらに弱いながらも３．３７０ｅＶにもピークが観
察されるが、これはＡ励起子発光と推測される。

【００３６】本件発明者はさらに次の実験を行った。Ｚ
ｎＯは、ａ面またはｃ面サファイア基板２上に２００Ｔ
ｏｒｒの減圧ＭＯＶＰＥ法により成長を行った。Ｚｎ原
料としてはＤＥＺｎ、酸素原料としては、気相での前駆
反応を避ける観点からＯ₂やＨ₂Ｏは用いず、反応性の低
いＮ₂Ｏを用いた。またキャリアガスとしては高純度窒
素を用い、サファイア基板２はリアクタ導入後９００℃
１０分のサーマルクリーニングを行った。

【００３７】図１１は、［ＤＥＺｎ］（ＤＥＺｎの流
量）＝６μｍｏｌ／ｍｉｎ、基板温度７００℃、成長時
間を１時間と固定した場合の膜厚のＮ₂Ｏ流量依存性を
示す。サファイア基板２上への直接成長においては、膜
厚はＮ₂Ｏ流量が或る時点を超えると、急激に増加して
いることが判る。また基板温度５００℃で低温成長した
バッファ層である第１層３上への成長では、Ｎ₂Ｏ流量
が少ない場合においても膜厚が大きくなっている。以上
の結果はサファイア基板２上のＺｎＯ成長においては初
期核形成が重要な役割を果たしており、低温バッファ層
３によって核生成が起こりやすくなっていることを示唆
している。図１２は、ＺｎＯ系材料１における基板２の
材料として、Ｓｉ、ＧａＡｓおよびＧａＰを用いたとき
におけるフォトンエネルギと発光強度との関係を示す室
温での試験結果を示すグラフである。基板２の材料が変
化されても、安定した光強度が得られることが確認され
た。

【００３８】図１３は、本件発明者の実験結果を示すＸ
線回折図である。図１〜図４の実施の形態において、第
２層３の成膜時間を、２０分および６０分としたときに
おける特性がそれぞれ得られた。２０分の成膜時間にお
ける参照符６１で示される（１０１′１）回折が、６０
分の成膜時間の実験結果では、無くなっている。つま
り、多結晶から単結晶へと改善が成されていることが確
認された。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、マスクによって第２層
の積層欠陥の伝播が遮断されてマスク上の第３層の部分
には欠陥が存在せず、これによって高品質のＺｎＯエピ
タキシャル薄膜が実現される。

【００４０】さらに補助マスクによって、第３層の欠陥
を遮断し、これによって第４層には、積層欠陥がなくな
り、さらに高品質のＺｎＯエピタキシャル薄膜が実現さ
れる。

【００４１】このような第３層または第４層上に不純物
をドープしてｎ形またはｐ形の半導体層を形成し、電
子、光素子などの半導体を製造することができるように
なる。

【００４２】ＺｎＯ系材料の第３層、さらには第４層
を、有機金属気相成長法でエピタキシャル成長させるの
で、単結晶ＺｎＯの成長を、第２層のマスクからの露出
部分または第３層の補助マスクからの露出部分に選択的
に成長させ、しかもその成長速度を高くし、大面積化が
容易であり、産業上の実施が容易になる。またバンドギ
ャップの大きさがＺｎＯに近似したＧａＮの形成時に
は、大量のアンモニアを必要とするのに対して、本発明
では、そのようなアンモニアを必要とせず、環境の汚染
が防がれ、またコスト面および取扱面で有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態のＺｎＯ系材料１の全体
の構成を示す断面図である。

【図２】図１に示されるＺｎＯ系材料の製造方法を示す
断面図である。

【図３】図１に示されるＺｎＯ系材料の製造方法を示す
断面図である。

【図４】有機金属気相成長法を実施する装置１６の簡略
化した系統図である。

【図５】本発明の実施の他の形態のＺｎＯ系材料８ａの
断面図である。

【図６】図５に示されるＺｎＯ系材料１ａの製造方法を
説明するための断面図である。

【図７】本発明の図１〜図４に関連して前述したＺｎＯ
系材料１を用いた発光素子３６の断面図である。

【図８】本発明の実施の他の形態の多機能素子４４の斜
視図である。

【図９】室温（ＲＴ）におけるＰＬスペクトルを示すグ
ラフである。

【図１０】１５ＫにおけるＰＬスペクトルを示すグラフ
である。

【図１１】［ＤＥＺｎ］（ＤＥＺｎの流量）＝６μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、基板温度７００℃、成長時間を１時間と固
定した場合の膜厚のＮ₂Ｏ流量依存性を示すグラフであ
る。

【図１２】ＺｎＯ系材料１における基板２の材料とし
て、Ｓｉ、ＧａＡｓおよびＧａＰを用いたときにおける
フォトンエネルギと発光強度との関係を示す室温での試
験結果を示すグラフである。

【図１３】本件発明者の実験結果を示すＸ線回折図であ
る。

【符号の説明】

１，１ａＺｎＯ系材料２基板３第１層４第２層５マスク６第３層７露出部分２６補助マスク２７もう１つの露出部分３１第４層３６発光素子３７半導体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G077 AA03 BB07 DB06 EA02 HA05 HA11 TA04 TA07 4K030 AA01 AA11 AA14 BA47 BB02 BB03 BB05 BB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、基板上に形成され、多結晶またはアモルファスのＺｎＯ
から成る第１層と、第１層上に形成され、単結晶のＺｎＯから成る第２層
と、第２層上の一部分を被覆する電気絶縁性材料から成るマ
スクと、単結晶のＺｎＯから成り、第２層のマスクから露出され
た露出部分で、厚み方向に成長するとともに、さらに、
その露出部分上の単結晶から、マスク上で横方向に延び
て成長した第３層とを含むことを特徴とするＺｎＯ系材
料。
【請求項２】前記露出部分の直上方で、第３層上の一
部分を被覆する電気絶縁性材料から成る補助マスクと、単結晶のＺｎＯから成り、第３層の補助マスクから露出
されたもう１つの露出部分上で、厚み方向に成長すると
ともに、さらに、前記もう１つの露出部分上の単結晶か
ら、補助マスク上で横方向に成長した第４層とを含むこ
とを特徴とする請求項１記載のＺｎＯ系材料。
【請求項３】請求項１の第３層の少なくとも表面付近
の層は、不純物がドープされたｎ形またはｐ形の半導体
層であり、この半導体層上に、ＺｎＯを含む層が形成されることを
特徴とする半導体。
【請求項４】請求項２の第４層の少なくとも表面付近
の層は、不純物がドープされたｎ形またはｐ形の半導体
層であり、この半導体層上に、ＺｎＯを含む層が形成されることを
特徴とする半導体。
【請求項５】基板上に、有機金属気相成長法で単結晶
のＺｎＯが形成される温度未満で、ＺｎＯから成る第１
層を、形成し、第１層上に、有機金属気相成長法で、単結晶のＺｎＯが
形成される温度で、第２層を形成し、第２層上の一部分を被覆する前記絶縁性材料から成るマ
スクを形成し、有機金属気相成長法で、単結晶のＺｎＯが形成される温
度で、第２層のマスクから露出された露出部分上で厚み
方向に単結晶のＺｎＯを成長するとともに、さらに、そ
の露出部分上の単結晶から、マスク上で横方向に延びて
成長した第３層を形成することを特徴とするＺｎＯ系材
料の製造方法。