JP2002326895A - Semiconductor crystal, method of growth, and photosemiconductor element - Google Patents

Semiconductor crystal, method of growth, and photosemiconductor element

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JP2002326895A JP2001133897A JP2001133897A JP2002326895A JP 2002326895 A JP2002326895 A JP 2002326895A JP 2001133897 A JP2001133897 A JP 2001133897A JP 2001133897 A JP2001133897 A JP 2001133897A JP 2002326895 A JP2002326895 A JP 2002326895A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ZnO based crystal excellent in optical properties. SOLUTION: The method of growing semiconductor crystal of group II-V element on a substrate is comprised of following steps: (a) a step for preprocessing the substrate; (b) a step for growing a semiconductor crystal of group II-VI element on the surface of the substrate on a polar surface of group II element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体結晶及びそ
の成長方法に関し、特に、ZnO系結晶、その成長方法
及びそれを用いた光半導体装置に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor crystal and a method for growing the same, and more particularly, to a ZnO-based crystal, a method for growing the same, and an optical semiconductor device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ZnO系の結晶は、RF−MBE法(別
名RS(ラジカルソース)−MBE法)又はレーザーア
ブレーション法などを用いて、基板上に成長させてい
る。基板としては、例えばサファイア基板、ScAlM
gO4基板或いはZnO基板などを用いる。
2. Description of the Related Art ZnO-based crystals are grown on a substrate by RF-MBE (also known as RS (radical source) -MBE) or laser ablation. As the substrate, for example, a sapphire substrate, ScAlM
A gO 4 substrate, a ZnO substrate, or the like is used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の方法
で成長したZnO結晶中には非発光センタが多く存在し
ている。非発光センタの多いZnO結晶を用いて光半導
体装置を製造すると、光学的特性に問題が生じる。加え
て、ZnO結晶に導電性を付与するための不純物をドー
ピングする際に、不純物の活性化率が良くない。成長中
により多くの不純物用を供給する必要があり、例えば高
真空条件での成長が困難になる、或いは、良質な結晶成
長が困難になる、などの問題が生じる。
By the way, many non-emission centers exist in ZnO crystals grown by the conventional method. When an optical semiconductor device is manufactured using a ZnO crystal having many non-light emitting centers, a problem occurs in optical characteristics. In addition, when doping the ZnO crystal with an impurity for imparting conductivity, the activation rate of the impurity is not good. It is necessary to supply more impurities during the growth, which causes problems such as difficulty in growing under high vacuum conditions or difficulty in growing a good crystal.

【0004】本発明の目的は、非発光センタの少ない良
質なII−VI族結晶を成長することである。さらに、
II−VI族結晶中の不純物の活性化率を向上させるこ
とを目的とする。
An object of the present invention is to grow a high-quality II-VI crystal having few non-light-emitting centers. further,
An object of the present invention is to improve the activation rate of impurities in a II-VI group crystal.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、基板上にII−VI族の半導体結晶を成長させる方
法であって、(a)基板表面に所定の前処理を行う工程
と、(b)前記基板の表面上にII−VI族の半導体結
晶をII族原子の極性面で成長する工程とを含む半導体
結晶の成長方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for growing a group II-VI semiconductor crystal on a substrate, comprising: (a) performing a predetermined pretreatment on the substrate surface; (B) growing a group II-VI semiconductor crystal on the surface of the substrate on a polar plane of group II atoms.

【0006】本発明の他の観点によれば、基板と、該基
板上にII族原子の極性面で成長したII−VI族半導
体結晶層とを有する光半導体素子が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device having a substrate, and a II-VI semiconductor crystal layer grown on the substrate at a polar plane of group II atoms.

【0007】本発明のさらに別の観点によれば、基板
と、該基板上に形成され、II−VI族半導体結晶層を
含む積層であって、第1導電型を有する第1クラッド層
と、該第1クラッド層上に形成された活性層と、該活性
層上に形成され、前記第1導電型とは反対の導電型の第
2の導電型を有する第2クラッド層とを含み、前記積層
を構成する半導体結晶層のうちの少なくともいずれかは
II族極性面で成長された積層と、前記第1クラッド層
及び前記第2クラッド層とそれぞれ電気的に接続される
第1及び第2の電極とを有する光半導体素子が提供され
る。
According to yet another aspect of the present invention, a first cladding layer having a first conductivity type, comprising a substrate, a laminate formed on the substrate and including a II-VI semiconductor crystal layer, An active layer formed on the first cladding layer, and a second cladding layer formed on the active layer and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, At least one of the semiconductor crystal layers constituting the stack is a stack grown on the group II polar plane, and first and second electrically connected to the first clad layer and the second clad layer, respectively. An optical semiconductor device having an electrode is provided.

【0008】上記の光半導体素子を構成する半導体層
は、特に非発光センタが少なく、かつ、ドーピング効率
が良好である。従って、光半導体素子は、光学的特性に
優れている。
[0008] The semiconductor layer constituting the above-mentioned optical semiconductor element has particularly a small number of non-light-emitting centers and a good doping efficiency. Therefore, the optical semiconductor element has excellent optical characteristics.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の第1の実施の形
態による半導体成長技術について図1から図3までを参
照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor growth technique according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0010】図1は、RF-MBE法による結晶成長装
置の概略構造を示す図である。図2は、サファイア基板
上へ成長したZnO層に関して、CAICISS法(C
oaxial Impact Collision I
on ScatteringSpectroscop
y)により測定した測定結果とシミュレーション結果を
示すスペクトルグラフである。図3は、ZnO結晶のP
L発光スペクトル測定の測定結果を示すスペクトルグラ
フである。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a crystal growth apparatus based on the RF-MBE method. FIG. 2 shows that the ZnO layer grown on the sapphire substrate was subjected to the CAICISS method (C
oaxial Impact Collision I
on Scattering Spectroscop
It is a spectrum graph which shows the measurement result measured by y), and the simulation result. FIG. 3 shows the P of ZnO crystal.
It is a spectrum graph which shows the measurement result of L emission spectrum measurement.

【0011】図1に、II―VI族化合物半導体結晶の
成長装置の一例として、高周波分子線エピタクシー(R
F−MBE)法を用いた結晶成長装置(以下「RF−M
BE装置」という。)を示す。
FIG. 1 shows a high-frequency molecular beam epitaxy (R) as an example of an apparatus for growing a II-VI compound semiconductor crystal.
F-MBE) (hereinafter referred to as “RF-M”).
BE device ”. ).

【0012】RF−MBE装置Aは、結晶成長が行われ
るチャンバ1と、チャンバ1を超高真空状態に保つ真空
ポンプPとを含む。チャンバ1は、Znを蒸発させるた
めのZn用ポート11と、Mgを蒸発させるためのMg
用ポート21と、Oラジカルを照射するためのOラジカ
ルポート31と、Nラジカルを照射するためのNラジカ
ルポート41とを含む。
The RF-MBE apparatus A includes a chamber 1 in which crystal growth is performed, and a vacuum pump P for keeping the chamber 1 in an ultra-high vacuum state. The chamber 1 has a Zn port 11 for evaporating Zn and a Mg port 11 for evaporating Mg.
Port 21 for irradiating O radicals, and an N radical port 41 for irradiating N radicals.

【0013】Zn用ポート11は、Zn(純度7N)原
料15を収容するとともに加熱・蒸発させるクヌーセン
セル(Knudsen cell: 以下Kセルと呼
ぶ。)17とシャッタS1とを備えている。
[0013] Zn port 11, Zn (purity 7N) Knudsen cell to heat-evaporated with containing ingredients 15 (Knudsen cell:. Hereinafter referred to as K cell) and a 17 and a shutter S 1.

【0014】Mg用ポート21は、Mg原料25を収容
するとともに加熱・蒸発させるクヌーセンセル(Knu
dsen cell: 以下Kセルと呼ぶ。)27とシ
ャッタS2とを備えている。
The Mg port 21 contains a Knudsen cell (Knu) for containing the Mg raw material 25 and heating and evaporating it.
dsen cell: Hereinafter referred to as a K cell. ) 27 and has a shutter S 2.

【0015】Oラジカルポート31は、無電極放電管内
に原料ガスである酸素ガスを導入し、高周波(13.5
6MHz)を用いて生成したOラジカルを、MBEチャ
ンバ1内に噴出する。Oラジカルのビームに対してオリ
フィス33とシャッタS3とが設けられている。
The O radical port 31 introduces an oxygen gas, which is a raw material gas, into the electrodeless discharge tube.
O radicals generated by using 6 MHz) are jetted into the MBE chamber 1. The orifice 33 and the shutter S 3 is provided for an O radical beam.

【0016】Nラジカルポート41は、無電極放電管内
に原料ガスである窒素ガスを導入し、高周波(13.5
6MHz)を用いて生成したNラジカルを、MBEチャ
ンバ1内に噴出する。Nラジカルのビームに対してシャ
ッタS4が設けられている。
The N radical port 41 introduces a nitrogen gas as a raw material gas into the electrodeless discharge tube, and applies a high frequency (13.5).
N radicals generated by using 6 MHz) are jetted into the MBE chamber 1. Shutter S 4 is provided with respect to the beam of the N radical.

【0017】ラジカルポート31、41の構造として
は、外側シールド管内に設けられている放電管の外側に
誘導コイルが巻かれている構造である。
The structure of the radical ports 31 and 41 is such that an induction coil is wound around a discharge tube provided in the outer shield tube.

【0018】チャンバ1内には、結晶成長の下地となる
サファイア基板Sを保持する基板ホルダー3と、基板ホ
ルダー3を加熱するためのヒータ3aとが設けられてい
る。サファイア基板Sの温度は熱電対5によって測定可
能である。基板ホルダー3の位置は、ベローズを用いた
マニュピュレータ7によって移動可能である。
In the chamber 1, there are provided a substrate holder 3 for holding a sapphire substrate S serving as a base for crystal growth, and a heater 3a for heating the substrate holder 3. The temperature of the sapphire substrate S can be measured by the thermocouple 5. The position of the substrate holder 3 can be moved by a manipulator 7 using bellows.

【0019】チャンバ1は、成長した結晶層をモニタリ
ングするために設けられた反射高エネルギー電子線回折
装置(RHEED装置)のガン51とRHEED装置の
スクリーン55とを含む。RHEED装置のガン51と
RHEED装置のスクリーン55とを用いて、MBE装
置A内での結晶成長の様子(成長量、成長した結晶層の
質)をモニタリングしながら成長を行うことができる。
The chamber 1 includes a gun 51 of a reflection high energy electron diffraction device (RHEED device) and a screen 55 of the RHEED device provided for monitoring the grown crystal layer. Using the gun 51 of the RHEED device and the screen 55 of the RHEED device, the growth can be performed while monitoring the state of crystal growth (growth amount, quality of the grown crystal layer) in the MBE device A.

【0020】結晶成長の温度、結晶成長膜の厚さ、チャ
ンバ内の真空度等は、制御装置Cによって適宜制御され
る。結晶成長はシャッタS1からS4を適宜開閉しRF−
MBE法により行う。
The temperature of crystal growth, the thickness of the crystal growth film, the degree of vacuum in the chamber, and the like are appropriately controlled by the controller C. Crystal growth by opening and closing the S 4 as appropriate from the shutter S 1 RF-
This is performed by the MBE method.

【0021】ラジカルソースを発生させる方法として
は、RFを用いる。13.56MHzの高周波を用い
て、無電極放電管内に原料ガスであるO2を導入するこ
とによりOラジカルを生成する。例えば、Oラジカルを
高真空状態のMBEチャンバ1内に吹き出させることに
より、Oラジカルビームとなる。OラジカルビームとK
セルからのZnビームとをサファイア基板S上に同時に
照射することにより、ZnO薄膜の成長を行うことがで
きる。不純物としてNをドーピングする場合も同様にN
ラジカルビームを照射すれば良い。
As a method for generating a radical source, RF is used. O radicals are generated by introducing O 2 as a source gas into the electrodeless discharge tube using a high frequency of 13.56 MHz. For example, by blowing O radicals into the MBE chamber 1 in a high vacuum state, an O radical beam is generated. O radical beam and K
By simultaneously irradiating the sapphire substrate S with the Zn beam from the cell, a ZnO thin film can be grown. Similarly, when doping N as an impurity,
Irradiation with a radical beam may be performed.

【0022】以下に、基板S上に、ZnOを成長する工
程について、詳細に説明する。サファイア基板に所定の
前処理を行う。まず、サファイア基板を有機溶媒によっ
て洗浄する。次いで、燐酸と硫酸とを1:3の割合で混
合し、110℃に加熱した混合溶液中において、サファ
イア基板を30分間ウェット処理する。その後、サファ
イア基板をチャンバ中の基板ホルダーに取り付け、チャ
ンバ内を10-10Torr(1.33×10-8Pa)の
高真空にする。チャンバ内を高真空状態にした後、還元
ガス、例えば水素ガス中にて、その後の成長温度よりも
高い温度、例えば1000℃で、30分程度熱処理を行
う。
Hereinafter, the step of growing ZnO on the substrate S will be described in detail. A predetermined pretreatment is performed on the sapphire substrate. First, the sapphire substrate is washed with an organic solvent. Next, phosphoric acid and sulfuric acid are mixed at a ratio of 1: 3, and the sapphire substrate is wet-treated for 30 minutes in a mixed solution heated to 110 ° C. Thereafter, the sapphire substrate is mounted on the substrate holder in the chamber, and the inside of the chamber is evacuated to a high vacuum of 10 −10 Torr (1.33 × 10 −8 Pa). After the chamber is brought into a high vacuum state, heat treatment is performed in a reducing gas, for example, hydrogen gas at a temperature higher than the subsequent growth temperature, for example, 1000 ° C. for about 30 minutes.

【0023】次いで、基板温度を所定の成長温度、例え
ば600℃まで下げ、基板にZnビーム及びOラジカル
ビームを照射し、ZnO結晶の成長を開始する。所定の
厚さのZnO層を成長する。MgZnO層を成長する際
には、シャッタS4も開けてMgビームも基板に照射す
る。
Next, the substrate temperature is lowered to a predetermined growth temperature, for example, 600 ° C., and the substrate is irradiated with a Zn beam and an O radical beam to start growing a ZnO crystal. A ZnO layer having a predetermined thickness is grown. In growing the MgZnO layer, the shutter S 4 also drilled Mg beam also irradiated onto the substrate.

【0024】上記の成長工程により成長させたZnO結
晶をCAICISS法により評価した。
The ZnO crystal grown in the above growth step was evaluated by the CAICISS method.

【0025】図2は、CAICISS法により測定した
ZnO膜の信号強度(縦軸)とHeイオンの入射角度θ
(横軸)との関係を示す図である。図2には、シミュレ
ーション(理論計算)に基づく計算結果についても合わ
せて示した。シミュレーションは、3次元2原子3回散
乱モデル(Three dimensional tw
o−atom triple scattering
model)を用いた。図2に示すシミュレーション結
果は、Zn極性面が露出したZnO層に関する計算結果
である。
FIG. 2 shows the signal intensity (vertical axis) of the ZnO film measured by the CAICISS method and the incident angle θ of He ions.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship with the horizontal axis. FIG. 2 also shows a calculation result based on a simulation (theoretical calculation). The simulation is based on a three-dimensional two-atom three-time scattering model (Three dimensional tw
o-atom triple scattering
model) was used. The simulation result shown in FIG. 2 is a calculation result regarding the ZnO layer where the Zn polar plane is exposed.

【0026】図2より、実験結果とシミュレーション結
果とは良い一致を示すことがわかる。すなわち、上記成
長条件で成長したZnO層は、Zn極性面で成長してい
るものと考えられる。この結果は、ZnO系結晶のみな
らず、他のII−VI族半導体結晶に拡張できるものと
考えられる。尚、II族元素としてはZnを含む系に限
定することにより、以下に説明する作用効果を得やすく
なると考えられる。
FIG. 2 shows that the experimental results and the simulation results show good agreement. That is, it is considered that the ZnO layer grown under the above growth conditions is grown on the Zn polar plane. It is considered that this result can be extended not only to ZnO-based crystals but also to other II-VI group semiconductor crystals. By limiting the group II element to a system containing Zn, it is considered that the effects described below can be easily obtained.

【0027】サファイア基板上のZnO結晶を成長させ
る場合に、ZnO系結晶を成長する前の基板処理条件に
より、ZnO結晶をO極性面で成長するか、或いはZn
極性面で成長するかを決めることができる。サファイア
基板表面を還元ガス雰囲気中で、成長温度より高い温
度、具体的には800℃以上の温度で熱処理を行った場
合、その上にZn極性面でZnO結晶が成長する。サフ
ァイア基板表面を還元ガス以外の雰囲気中で熱処理を行
った場合、又は還元ガス中であっても、例えば800℃
以下の結晶成長温度よりも低い温度で熱処理を行うと、
その上にO極性面でZnO結晶が成長する。
When growing a ZnO crystal on a sapphire substrate, depending on the substrate processing conditions before growing the ZnO-based crystal, the ZnO crystal is grown on the O-polar plane or
You can decide whether to grow on polar faces. When the surface of the sapphire substrate is subjected to a heat treatment at a temperature higher than the growth temperature, specifically, at a temperature of 800 ° C. or higher in a reducing gas atmosphere, ZnO crystals grow on the Zn polar plane. When the surface of the sapphire substrate is heat-treated in an atmosphere other than the reducing gas, or even in the reducing gas, for example, 800 ° C.
When heat treatment is performed at a temperature lower than the following crystal growth temperature,
A ZnO crystal grows on the O-polar plane.

【0028】上記基板処理雰囲気を水素ガス以外にプラ
ズマ状水素や原子状水素を含む雰囲気、NH3ガス雰囲
気等の還元性ガス雰囲気とすることもできるであろう。
また、基板処理条件としてサファイア基板上にAlNバ
ッファ層やMg32バッファ層を形成することによりI
I−VI族半導体結晶を、Znを含むII族原子の極性
面で成長することもできるであろう。
The substrate processing atmosphere may be an atmosphere containing plasma-like hydrogen or atomic hydrogen other than hydrogen gas, or a reducing gas atmosphere such as an NH 3 gas atmosphere.
Further, as a substrate processing condition, an AlN buffer layer or a Mg 3 N 2 buffer layer is formed
Group I-VI semiconductor crystals could also be grown on the polar plane of the group II atoms, including Zn.

【0029】次に、ZnO結晶層中に不純物としてNを
ドーピングするための実験を行った。Nラジカルポート
41を用いて生成したNラジカルを、ZnO結晶層の成
長中にサファイア基板に向けて照射することによりN不
純物のドーピングを行った。
Next, an experiment for doping N as an impurity in the ZnO crystal layer was performed. The sapphire substrate was irradiated with N radicals generated using the N radical port 41 toward the sapphire substrate during the growth of the ZnO crystal layer, thereby doping N impurities.

【0030】尚、ZnO結晶の成長は、O極性面又はZ
n極性面のいずれかで成長するように2通りの実験を行
い、O極性面で成長したZnO結晶とZn極性面で成長
したZnO結晶の特性とを比較した。前述のように、O
極性面で成長させるためには、ZnO結晶成長前に高真
空中で1000℃、30分間の熱処理を行った。
The ZnO crystal grows on the O polar plane or Z
Two experiments were performed so as to grow on either the n-polar plane, and the characteristics of ZnO crystals grown on the O-polar plane and ZnO crystals grown on the Zn-polar plane were compared. As mentioned earlier, O
In order to grow on the polar plane, heat treatment was performed at 1000 ° C. for 30 minutes in a high vacuum before growing the ZnO crystal.

【0031】不純物濃度分析によりNの不純物濃度を測
定した結果、O極性面で成長したZnO結晶とZn極性
面で成長したZnO結晶とでは、Zn極性面で成長した
ZnO結晶中のN不純物濃度の方が2桁程度高いことが
わかった。Zn極性面で成長したZnO結晶中のN不純
物濃度としては、例えば1019cm-3オーダーの値が得
られる。
As a result of measuring the N impurity concentration by the impurity concentration analysis, it was found that the ZnO crystal grown on the O-polar surface and the ZnO crystal grown on the Zn-polar surface showed the N impurity concentration in the ZnO crystal grown on the Zn-polar surface. Was about two orders of magnitude higher. As the N impurity concentration in the ZnO crystal grown on the Zn polar plane, for example, a value on the order of 10 19 cm −3 is obtained.

【0032】Zn面で成長させたZnO結晶とO極性面
で成長させたZnO結晶とについて、不純物(N)をド
ーピングした場合の光学特性を比較する。
The optical characteristics of the ZnO crystal grown on the Zn plane and the ZnO crystal grown on the O-polar plane when the impurity (N) is doped are compared.

【0033】図3は、サファイア基板上に、Zn極性面
で成長させたZnO結晶とO極性面で成長させたZnO
結晶とについて、同一の条件でNをドーピングした場合
のPL特性を比較して示す図である。サファイア基板を
還元ガス中で熱処理しZn極性面で成長させたNドープ
ZnO結晶と、ZnO結晶成長前にサファイア基板を高
真空中で1000℃、30分間の熱処理を行いO極性面
で成長させたNドープZnO結晶とのPL特性を比較し
た。PL測定は、基板温度4.2Kで行った。
FIG. 3 shows a ZnO crystal grown on a Zn polar plane and a ZnO crystal grown on an O polar plane on a sapphire substrate.
FIG. 9 is a diagram showing a comparison between PL characteristics when a crystal and a crystal are doped with N under the same conditions. An N-doped ZnO crystal grown on the Zn polar face by heat treatment of the sapphire substrate in a reducing gas, and a sapphire substrate was heat-treated at 1000 ° C. for 30 minutes in a high vacuum to grow on the O polar face before growing the ZnO crystal. The PL characteristics with the N-doped ZnO crystal were compared. The PL measurement was performed at a substrate temperature of 4.2K.

【0034】図3に示すように、Zn極性面で成長させ
たNドープZnO結晶のPL強度は、O極性面で成長さ
せたNドープZnO結晶のPL強度と比べて、8倍ほど
高いことがわかる。この結果から、不純物としてNをド
ーピングした場合でも、Zn極性面で成長させたZnO
結晶の方がO極性面で成長したZnO結晶よりも光学的
特性が優れていることがわかった。上述のように、これ
らの結果は、他のII−VI族半導体結晶にも拡張する
ことができると考えられる。
As shown in FIG. 3, the PL intensity of the N-doped ZnO crystal grown on the Zn-polar surface is about eight times higher than the PL intensity of the N-doped ZnO crystal grown on the O-polar surface. Understand. From this result, even when N is doped as an impurity, ZnO grown on the Zn polar plane
It was found that the crystal had better optical characteristics than the ZnO crystal grown on the O-polar plane. As mentioned above, it is believed that these results can be extended to other II-VI semiconductor crystals.

【0035】尚、発明者の実験によれば、Nを1019
-3オーダーの高い濃度までドーピングすると、自己補
償効果により非発光センタが増大し、光学的特性は劣化
する傾向にあることがわかっている。この点とPL強度
の結果とを考慮すれば、Zn極性面で成長したZnO結
晶とO極性面で成長したZnO結晶とでは、Zn極性面
で成長したZnO結晶の方が、不純物(N)の活性化率
がかなり良いと言える。すなわち、Zn極性面で成長し
たZnO結晶は、O極性面で成長したZnO結晶よりも
光学特性と不純物の活性化率とが優れていると言える。
According to the experiment of the inventor, N was set to 10 19 c
It has been found that when doping is performed to a high concentration on the order of m −3, the non-emission center increases due to the self-compensation effect, and the optical characteristics tend to deteriorate. Considering this point and the result of the PL intensity, the ZnO crystal grown on the Zn polar plane and the ZnO crystal grown on the O polar plane have a higher impurity (N) content than the ZnO crystal grown on the Zn polar plane. The activation rate is fairly good. In other words, it can be said that the ZnO crystal grown on the Zn polar plane has better optical characteristics and the impurity activation rate than the ZnO crystal grown on the O polar plane.

【0036】以上説明したように、サファイア基板表面
を、その上にZn極性面でZnO結晶が成長するように
処理し、その後に実際にZn極性面でZnO結晶を成長
すると、光学的特性に優れたZnO結晶を成長すること
ができることがわかった。
As described above, when the surface of the sapphire substrate is treated so that ZnO crystal grows on the Zn polar plane, and then the ZnO crystal is actually grown on the Zn polar plane, excellent optical characteristics can be obtained. It was found that ZnO crystals could be grown.

【0037】次に、本発明の第2の実施の形態による半
導体結晶について説明する。本実施の形態は、六方晶系
SiC基板上にZnO結晶を成長するものである。Si
C基板は(0001)面(+C面)を主面とする基板を
用いる。所定の条件を用いてSiC基板表面にエッチン
グ処理を施す。その後、RF−MBE装置に基板を取り
付け、所定の基板温度、例えば800℃まで基板温度を
上げる。その後、酸素プラズマガン31のシャッタS3
を開ける。この際、酸素の流量を3sccmとし、RF
パワーを300Wとする。基板温度により、必要な処理
時間は異なるが、例えば基板温度を800℃とした場合
には、30分以上の処理時間が好ましい。
Next, a semiconductor crystal according to a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a ZnO crystal is grown on a hexagonal SiC substrate. Si
As the C substrate, a substrate having a (0001) plane (+ C plane) as a main surface is used. An etching process is performed on the surface of the SiC substrate using predetermined conditions. Thereafter, the substrate is attached to the RF-MBE apparatus, and the substrate temperature is raised to a predetermined substrate temperature, for example, 800 ° C. Thereafter, the shutter S 3 of the oxygen plasma gun 31
Open. At this time, the flow rate of oxygen was set to 3 sccm, and RF
The power is 300 W. Although the required processing time varies depending on the substrate temperature, for example, when the substrate temperature is 800 ° C., the processing time is preferably 30 minutes or more.

【0038】酸素処理を終了させた後、SiC基板の温
度を所定の温度、例えば600℃まで下げて、ZnO結
晶層の成長を行う。すなわち、ZnO結晶の成長は、酸
素プラズマ雰囲気中での熱処理温度よりも低い温度で行
うのが好ましい。
After terminating the oxygen treatment, the temperature of the SiC substrate is lowered to a predetermined temperature, for example, 600 ° C., and a ZnO crystal layer is grown. That is, the growth of the ZnO crystal is preferably performed at a temperature lower than the heat treatment temperature in the oxygen plasma atmosphere.

【0039】上記のプロセスを用いると、ZnO結晶は
Zn極性面で成長する。Zn極性面で成長させることに
より、上記第1及び第2の実施の形態による半導体成長
技術の場合と同様に、ZnO結晶は、良好な光学的特性
と高い活性化率を示す。
Using the above process, ZnO crystals grow on the Zn polar plane. By growing on the Zn-polar plane, the ZnO crystal exhibits good optical characteristics and a high activation rate, as in the case of the semiconductor growth techniques according to the first and second embodiments.

【0040】尚、ZnO結晶成長前の処理ガスとして、
酸素ガス、N2O、NOX及びオゾンとから成る群のうち
の少なくともいずれか1種類以上を選択して用いても良
い。これらの酸化性ガスを、クラッキングして形成した
原子状の酸素を用いて熱処理を行っても良い。この際、
RF法とECR法とフィラメントの熱などを用いた熱処
理法とのうちから選択された方法を用いて酸化性ガスを
クラッキングすれば良い。上記の処理を行った後にZn
O結晶を成長すると、ZnO結晶をZn極性面で成長さ
せることができる。
As the processing gas before the ZnO crystal growth,
At least one selected from the group consisting of oxygen gas, N 2 O, NO X and ozone may be selected and used. Heat treatment may be performed using atomic oxygen formed by cracking these oxidizing gases. On this occasion,
The oxidizing gas may be cracked using a method selected from an RF method, an ECR method, and a heat treatment method using heat of a filament or the like. After performing the above processing, Zn
When the O crystal is grown, the ZnO crystal can be grown on the Zn polar plane.

【0041】以上のように、本発明の第2の実施の形態
による半導体成長技術を用いると、SiC基板上にZn
O系結晶をZnの極性面で成長することができる。従っ
て、非発光センタの少ない光学的特性に優れたZnO系
結晶を成長することができる。加えて、不純物の活性化
率を高くすることができる。
As described above, when the semiconductor growth technique according to the second embodiment of the present invention is used, Zn is deposited on the SiC substrate.
O-based crystals can be grown on the polar plane of Zn. Therefore, it is possible to grow a ZnO-based crystal having a small number of non-emission centers and excellent optical characteristics. In addition, the activation rate of impurities can be increased.

【0042】尚、上記第1及び第2の実施の形態による
半導体結晶成長技術においては、SiC基板又はサファ
イア基板上にZnO系結晶を成長する場合を例にして説
明したが、ZnO(0001)面(+C面)上にZnO
結晶を成長すれば、Zn極性面で成長することができ、
ZnO系結晶層の光学的特性を改善できることは明らか
である。
In the semiconductor crystal growth techniques according to the first and second embodiments, the case where a ZnO-based crystal is grown on a SiC substrate or a sapphire substrate has been described as an example. ZnO on (+ C plane)
If a crystal is grown, it can be grown on the Zn polar plane,
It is clear that the optical characteristics of the ZnO-based crystal layer can be improved.

【0043】以上、説明したように、所定の基板上にZ
nO系結晶を成長させる際に、ZnO系結晶をZn極性
面で成長させるための前処理条件は、用いる基板の種類
によって異なるが、それぞれについてZn極性面でZn
O系結晶が成長するような前処理条件を選択すれば、実
際にZnO系結晶をZn極性面で成長することができ
る。
As described above, as described above, Z
When growing the nO-based crystal, the pretreatment conditions for growing the ZnO-based crystal on the Zn polar plane differ depending on the type of the substrate to be used.
By selecting pretreatment conditions that allow the O-based crystal to grow, the ZnO-based crystal can actually be grown on the Zn polar plane.

【0044】次に、本発明の第3の実施の形態による光
半導体装置について図4を参照して説明する。
Next, an optical semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0045】LED(Light Emitting
Diode)やLD(LaserDiode)等の光半
導体装置を構成する半導体結晶材料の結晶性は、光半導
体素子の電気的な特性、光学的特性及び素子の信頼性
(素子寿命)に重大な影響を与える。光半導体素子を構
成する半導体結晶材料の結晶性が良好なほど、光半導体
素子の光学的・電気的特性や信頼性が良好になる。
LED (Light Emitting)
The crystallinity of a semiconductor crystal material constituting an optical semiconductor device such as a diode (LD) or a laser diode (LD) has a significant effect on the electrical characteristics, optical characteristics, and reliability (device life) of the optical semiconductor device. . The better the crystallinity of the semiconductor crystal material constituting the optical semiconductor device, the better the optical / electrical characteristics and reliability of the optical semiconductor device.

【0046】まず、出発基板表面にZn極性面でZnO
系結晶が成長するような処理を施し、その上に光半導体
素子構造を構成するZnO系結晶層をZn極性面で成長
すれば、光学的特性の良好な光半導体素子を製造するこ
とができる。
First, on the starting substrate surface, ZnO
If a treatment for growing a system crystal is performed, and a ZnO-based crystal layer constituting the structure of the optical semiconductor device is grown on the Zn polar plane, an optical semiconductor device having good optical characteristics can be manufactured.

【0047】図4に示す光半導体装置Cは、サファイア
基板51を出発基板として用いている。サファイア基板
51の表面を還元ガス中で成長温度よりも高い温度の熱
処理を行う。その後、RF−MBE法によりZnO系結
晶を成長すると、ZnO系結晶がZn極性面で成長す
る。
The optical semiconductor device C shown in FIG. 4 uses a sapphire substrate 51 as a starting substrate. The surface of the sapphire substrate 51 is subjected to a heat treatment at a temperature higher than the growth temperature in a reducing gas. Thereafter, when the ZnO-based crystal is grown by the RF-MBE method, the ZnO-based crystal grows on the Zn polar plane.

【0048】尚、本実施の形態において、LEDの設計
上の自由度を向上させるため、ZnO系結晶として、Z
nO層の他にMgxZn1-xO層をも成長させた。Mgx
Zn1 -xO層は、図1に示すRF−MBE装置内に、別
途、Mgのポートを設け、ZnとOとMgのビームを基
板に照射することにより成長することができる。
In this embodiment, the design of the LED
As a ZnO-based crystal, Z
Mg other than nO layerxZn1-xAn O layer was also grown. Mgx
Zn1 -xThe O layer is provided separately in the RF-MBE apparatus shown in FIG.
In the process, a port for Mg is provided and the beam of Zn, O and Mg is
It can be grown by irradiating the plate.

【0049】結晶成長時のチャンバ内圧力は、全層とも
1×10-5Torr(1.33×10-3Pa)である。
The pressure in the chamber during crystal growth is 1 × 10 −5 Torr (1.33 × 10 −3 Pa) for all layers.

【0050】以下に各層の成長温度、膜厚及び成長原料
の例を示す。
Hereinafter, examples of the growth temperature, film thickness, and growth material of each layer will be described.

【0051】まず、サファイア基板51上に、Zn極性
面になる前処理を行った後、成長温度、例えば600℃
まで下げる。
First, after performing a pretreatment on the sapphire substrate 51 to make it a Zn polar plane, the growth temperature, for example, 600 ° C.
Down to

【0052】尚、n型のドーパントとしてはNを用い
る。
Note that N is used as the n-type dopant.

【0053】Mg0.05Zn0.95Oバッファ層53上に、
n−Mg0.33Zn0.67Oクラッド層55を成長する次い
でMg0.05Zn0.95Oバッファ層53を成長する。クラ
ッド層として、さらにn−ZnOクラッド層を形成して
も良い。Mg0.05Zn0.95Oバッファ層53とn−Mg
0.33Zn0.67Oクラッド層55との間に、n−ZnOク
ラッド層を挿入しても良い。
On the Mg 0.05 Zn 0.95 O buffer layer 53,
grown n-Mg 0.33 Zn 0.67 O cladding layer 55 is then grown Mg 0.05 Zn 0.95 O buffer layer 53. An n-ZnO cladding layer may be further formed as a cladding layer. Mg 0.05 Zn 0.95 O buffer layer 53 and n-Mg
An n-ZnO cladding layer may be inserted between the 0.33 Zn 0.67 O cladding layer 55.

【0054】次いで、 MgZnO/ZnOの多重量子
井戸構造を有する活性層61を成長する。活性層61上
に、 p−MgZnOクラッド層63を成長する。p−
Mg0 .33Zn0.67Oクラッド層63の上にp−ZnOコ
ンタクト層65を成長する。
Next, the multiple quantum of MgZnO / ZnO
An active layer 61 having a well structure is grown. On the active layer 61
Next, a p-MgZnO cladding layer 63 is grown. p-
Mg0 .33Zn0.67P-ZnO core on the O cladding layer 63
A contact layer 65 is grown.

【0055】上記のように成長した積層構造を加工す
る。
The laminated structure grown as described above is processed.

【0056】活性層61と、クラッド層63と、クラッ
ド層65とが島状に加工されて島状積層構造SS1を形
成する。n型MgxZn1-xOクラッド層65の表面の一
部が露出する。
The active layer 61, the clad layer 63, and the clad layer 65 are processed into an island shape to form an island-shaped laminated structure SS1. A part of the surface of the n-type Mg x Zn 1 -x O clad layer 65 is exposed.

【0057】島状積層構造SS1の側壁は、サイドスペ
ーサ絶縁膜71により被覆される。サイドスペーサ絶縁
膜71の上部に開口72が形成されており、開口72か
らp−ZnOコンタクト層65の表面が露出している。
The side wall of the island-shaped stacked structure SS 1 is covered with a side spacer insulating film 71. An opening 72 is formed above the side spacer insulating film 71, and the surface of the p-ZnO contact layer 65 is exposed from the opening 72.

【0058】尚、活性層61としては、上記の多重量子
井戸構造以外にも、ZnCdO/ZnO又はMgZnC
dO/MgZnCdO等の多重量子井戸構造を用いるこ
ともできる。
The active layer 61 may be made of ZnCdO / ZnO or MgZnC in addition to the above-described multiple quantum well structure.
A multiple quantum well structure such as dO / MgZnCdO can also be used.

【0059】活性層61を、n型のクラッド層55とp
型のクラッド層63とで挟んだダブルヘテロ構造を形成
しても良い。その場合には、例えば活性層61の厚さが
10から100nmである。多重量子井戸構造を形成す
る場合は、井戸層と障壁層が交互に形成されている。こ
の場合、1井戸層と1障壁層との合計の膜厚が10nm
以下であることが好ましい。但し、1井戸層の厚さは1
障壁層の厚さよりも薄いのが好ましい。これら1井戸層
と1障壁層とを1単位として、この1単位を3周期から
5周期繰り返すのが好ましい。
The active layer 61 is formed by combining the n-type cladding layer 55 with the p-type cladding layer 55.
A double hetero structure sandwiched between the mold cladding layers 63 may be formed. In that case, for example, the thickness of the active layer 61 is 10 to 100 nm. When a multiple quantum well structure is formed, well layers and barrier layers are formed alternately. In this case, the total thickness of one well layer and one barrier layer is 10 nm.
The following is preferred. However, the thickness of one well layer is 1
Preferably, it is thinner than the thickness of the barrier layer. It is preferable that one unit is composed of one well layer and one barrier layer, and this one unit is repeated for three to five periods.

【0060】n型ZnOクラッド層55に接触する下部
電極73を形成するとともに、p型ZnOコンタクト層
65上に受光面に開口72を有する上部電極75を形成
する。このようにして、発光ダイオードLEDを形成す
ることができる。発光ダイオードLEDは、上記の工程
を経て、ZnO系の結晶層、特に活性層61がZn極性
面で成長されるため、非発光センタが少ない。同じ非発
光センタ量で比較すれば、不純物のドーピング量を増や
せるので、例えばコンタクト層65中の抵抗率を下げる
ことができ、電極との間のコンタクト抵抗などを低減で
きる。
A lower electrode 73 is formed in contact with the n-type ZnO cladding layer 55, and an upper electrode 75 having an opening 72 on the light receiving surface is formed on the p-type ZnO contact layer 65. Thus, a light emitting diode LED can be formed. In the light emitting diode LED, the ZnO-based crystal layer, in particular, the active layer 61 is grown on the Zn polar plane through the above-described steps, so that the number of non-light emitting centers is small. Compared with the same non-light-emission center amount, the doping amount of the impurity can be increased, so that, for example, the resistivity in the contact layer 65 can be reduced, and the contact resistance between the electrodes can be reduced.

【0061】従って、LEDの光学特性を向上させるこ
とができる。例えば、短波長(紫外から青色)LED及
びそれを用いた各種インジケータ、ディスプレイに適用
可能である。さらに、白色LED及びそれを用いた照明
器具、各種インジケータ、ディスプレイ及び各表示器の
バックライトなどにも適用可能である。
Therefore, the optical characteristics of the LED can be improved. For example, the present invention is applicable to short-wavelength (UV to blue) LEDs and various indicators and displays using the same. Further, the present invention can be applied to a white LED and a lighting fixture using the same, various indicators, a display, and a backlight of each display.

【0062】尚、本実施の形態においては、光半導体素
子としてLEDを製造する場合を例にして説明したが、
その他、レーザ装置などを形成した場合にも、光学的特
性を向上させることができることは言うまでもない。
In this embodiment, an example has been described in which an LED is manufactured as an optical semiconductor element.
In addition, it goes without saying that the optical characteristics can be improved even when a laser device or the like is formed.

【0063】また、サファイア基板以外にも、前述のS
iC基板やZnO(0001)面(+C面)を主面とす
る基板上に同様のZnO系光半導体素子を形成すること
ができる。
In addition to the sapphire substrate, the above-described S
A similar ZnO-based optical semiconductor element can be formed on an iC substrate or a substrate having a ZnO (0001) plane (+ C plane) as a main surface.

【0064】さらに、上記ZnO系結晶の成長方法とし
て、RF−MBE法を例示したが、その他のMBE法、
例えばガスソースMBE法を用いても良い。或いは、M
OCVD法を用いても良い。
Further, the RF-MBE method has been exemplified as a method for growing the ZnO-based crystal.
For example, a gas source MBE method may be used. Or M
An OCVD method may be used.

【0065】特に、MOCVD法を用いた成長技術で
は、H2雰囲気中において基板表面処理を行い、次い
で、II−VI族などの半導体結晶を成長する工程が一
般的に用いられている。従って、基板表面処理工程と結
晶成長工程とを1つのMOCVD装置内において連続処
理することが容易である。すなわち、MOCVD法を用
いて基板の前処理を行い、次いでII−VI族半導体結
晶を成長させる技術は、本発明に包含されるものであ
り、かつ、その中でも有力な技術の1つと言える。
In particular, in the growth technique using the MOCVD method, a step of performing a substrate surface treatment in an H 2 atmosphere and then growing a semiconductor crystal of II-VI group or the like is generally used. Therefore, it is easy to continuously perform the substrate surface treatment step and the crystal growth step in one MOCVD apparatus. That is, a technique of performing a pretreatment of a substrate by using the MOCVD method and then growing a II-VI group semiconductor crystal is included in the present invention and can be said to be one of the leading techniques among them.

【0066】以上、実施の形態に沿って本発明を説明し
たが、本発明はこれらに制限されるものではない。結晶
成長の条件その他のプロセスパラメータも種々選択する
ことができる。その他、種々の変更、改良、組み合わせ
等が可能なことは当業者には自明あろう。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. Various conditions for crystal growth and other process parameters can also be selected. It will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, and the like can be made.

【0067】[0067]

【発明の効果】 本発明によれば、光学的特性に優れた
ZnO系結晶を成長することができる。さらに、II−
VI族半導体結晶への不純物のドーピング量を多くする
ことができる。これらのII−VI族半導体結晶を用い
て、光学的特性に優れた光半導体装置を製造することが
できる。
According to the present invention, a ZnO-based crystal having excellent optical characteristics can be grown. Further, II-
The doping amount of impurities into the group VI semiconductor crystal can be increased. Using these II-VI semiconductor crystals, an optical semiconductor device having excellent optical characteristics can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態によるZnO系結
晶の成長方法に用いるRF−MBE装置の概略を示す断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an RF-MBE apparatus used for a method for growing a ZnO-based crystal according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 CAICISS法により測定したZnO結晶
の信号強度(縦軸)とHeイオンの入射角度θ(横軸)
との関係を示すスペクトルグラフである。図2には、シ
ミュレーション結果も併せて示した。
FIG. 2 shows the signal intensity (vertical axis) of the ZnO crystal measured by the CAICISS method and the incident angle θ of He ions (horizontal axis).
6 is a spectrum graph showing a relationship with. FIG. 2 also shows the simulation results.

【図3】 Zn極性面で成長したZnO結晶とO極性面
で成長したZnO結晶と4.2KにおけるPL測定の結
果を示すスペクトルグラフである。
FIG. 3 is a spectrum graph showing the results of PL measurement at 4.2 K and a ZnO crystal grown on a Zn polar plane and a ZnO crystal grown on an O polar plane.

【図4】 本発明の第3の実施の形態によるZnO系結
晶を用いたp−n接合ダーオードを含むLED装置の構
造を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of an LED device including a pn junction diode using a ZnO-based crystal according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A RF−MBE装置 P 真空ポンプ 1 チャンバ 3 基板ホルダー 3a ヒータ 5 熱電対 7 マニュピュレータ 11 Zn用ポート11 21 Mg用ポート 31 Oラジカルポート 41 Nラジカルポート 17、27、47 クヌーセンセル 33 オリフィス S 基板 51 サファイア基板 53 Mg0.05Zn0.95Oバッファ層 55 n−Mg0.33Zn0.67Oクラッド層 61 活性層 63 p−MgZnOクラッド層 65 p−ZnOコンタクト層 SS1 積層構造 71 サイドスペーサ絶縁膜 72 開口 73 下部電極 75 上部電極A RF-MBE apparatus P Vacuum pump 1 Chamber 3 Substrate holder 3a Heater 5 Thermocouple 7 Manipulator 11 Zn port 11 21 Mg port 31 O radical port 41 N radical port 17, 27, 47 Knudsen cell 33 Orifice S substrate 51 Sapphire substrate 53 Mg 0.05 Zn 0.95 O buffer layer 55 n-Mg 0.33 Zn 0.67 O clad layer 61 active layer 63 p-MgZnO clad layer 65 p-ZnO contact layer SS1 laminated structure 71 side spacer insulating film 72 opening 73 lower electrode 75 upper electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八百 隆文 宮城県仙台市青葉区片平二丁目1番1号 東北大学金属材料研究所内 Fターム(参考) 4G077 AA03 AB02 BB07 DA05 DB08 ED06 EE01 5F041 AA40 AA43 CA04 CA05 CA41 CA65 CA66 CA73 5F045 AA04 AB22 AC11 AC15 AD10 AD12 AF02 AF09 AF13 CA11 DA53 DA55 EB02 HA06 5F073 AA74 CA22 DA05 DA06 DA16 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Takafumi Yao 2-1-1 Katahira, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi F-term in the Institute for Materials Research, Tohoku University 4G077 AA03 AB02 BB07 DA05 DB08 ED06 EE01 5F041 AA40 AA43 CA04 CA05 CA41 CA65 CA66 CA73 5F045 AA04 AB22 AC11 AC15 AD10 AD12 AF02 AF09 AF13 CA11 DA53 DA55 EB02 HA06 5F073 AA74 CA22 DA05 DA06 DA16

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にII−VI族の半導体結晶を成
長させる方法であって、 (a)基板表面に所定の前処理を行う工程と、 (b)前記基板の表面上にII−VI族の半導体結晶を
II族原子の極性面で成長する工程とを含む半導体結晶
の成長方法。
1. A method for growing a II-VI group semiconductor crystal on a substrate, comprising: (a) performing a predetermined pretreatment on the substrate surface; and (b) II-VI group on the substrate surface. Growing the group III semiconductor crystal on the polar plane of the group II atom.
【請求項2】 前記(a)工程は、前記(b)工程にお
いてII−VI族の半導体結晶がII族原子の極性面で
成長するように基板処理を行う工程を含む請求項1に記
載の半導体結晶の成長方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step (a) includes a step of performing a substrate treatment in the step (b) such that the II-VI group semiconductor crystal grows on the polar plane of the group II atom. A method for growing a semiconductor crystal.
【請求項3】 前記II族原子はZnを含み、前記VI
族原子はOを含む請求項1又は2に記載の半導体結晶の
成長方法。
3. The method of claim 2, wherein the group II atom comprises Zn,
3. The method for growing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the group atoms include O.
【請求項4】 前記(a)工程は、(a−1)還元性ガ
ス雰囲気中においてサファイア基板を熱処理する工程を
含む請求項1から3までのいずれか1項に記載の半導体
結晶の成長方法。
4. The method of growing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the step (a) includes a step of (a-1) heat-treating the sapphire substrate in a reducing gas atmosphere. .
【請求項5】 前記(a−1)工程は、還元性ガス中に
おいてサファイア基板を850℃以上の温度で熱処理す
る工程を含む請求項4に記載の半導体結晶の成長方法。
5. The method of growing a semiconductor crystal according to claim 4, wherein the step (a-1) includes a step of heat-treating the sapphire substrate at a temperature of 850 ° C. or more in a reducing gas.
【請求項6】 前記(a−1)工程は、水素ガス雰囲気
中においてサファイア基板を熱処理する工程を含む請求
項4又は5に記載の半導体結晶の成長方法。
6. The method of growing a semiconductor crystal according to claim 4, wherein the step (a-1) includes a step of heat-treating the sapphire substrate in a hydrogen gas atmosphere.
【請求項7】 前記(a−1)工程は、水素ガスをクラ
ッキングして形成した原子状の水素雰囲気中においてサ
ファイア基板を熱処理する工程を含む請求項6に記載の
半導体結晶の成長方法。
7. The method of growing a semiconductor crystal according to claim 6, wherein said step (a-1) includes a step of heat-treating the sapphire substrate in an atomic hydrogen atmosphere formed by cracking hydrogen gas.
【請求項8】 前記サファイア基板を熱処理する温度
は、前記II−VI族の半導体結晶の成長工程における
結晶成長温度よりも高い温度である請求項4から7まで
のいずれか1項に記載の半導体結晶の成長方法。
8. The semiconductor according to claim 4, wherein a temperature at which the sapphire substrate is heat-treated is higher than a crystal growth temperature in the step of growing the II-VI group semiconductor crystal. Crystal growth method.
【請求項9】 SiC基板上にII−VI族の半導体結
晶を成長させる方法であって、 (a)SiC基板表面に所定の前処理を行う工程と、 (b)前記SiC基板の表面上にII−VI族半導体結
晶をII族原子の極性面で成長する工程とを含む半導体
結晶の成長方法。
9. A method for growing a II-VI group semiconductor crystal on a SiC substrate, comprising: (a) performing a predetermined pre-treatment on the surface of the SiC substrate; and (b) forming a pre-treatment on the surface of the SiC substrate. Growing a group II-VI semiconductor crystal on the polar plane of group II atoms.
【請求項10】 前記(a)工程は、前記(b)工程に
おいてII−VI族の半導体結晶がII族原子の極性面
で成長するように基板処理を行う工程を含む請求項9に
記載の半導体結晶の成長方法。
10. The method according to claim 9, wherein the step (a) includes a step of performing a substrate treatment such that the II-VI group semiconductor crystal grows on the polar plane of the group II atom in the step (b). A method for growing a semiconductor crystal.
【請求項11】 前記II族原子はZnを含み、前記V
I族原子はOを含む請求項9又は10に記載の半導体結
晶の成長方法。
11. The method of claim 11, wherein the group II atom comprises Zn,
The method for growing a semiconductor crystal according to claim 9, wherein the group I atom contains O.
【請求項12】 前記(a)工程は、(a−1)酸化性
ガス雰囲気中において前記SiC基板を熱処理する工程
を含む請求項9から11までのいずれか1項に記載の半
導体結晶の成長方法。
12. The semiconductor crystal growth according to claim 9, wherein said step (a) includes a step of (a-1) heat-treating said SiC substrate in an oxidizing gas atmosphere. Method.
【請求項13】 前記(a−1)工程は、 (a−1−1)酸素とN2OとNOXとオゾンとから成る
酸化性ガス群のうちから選択された少なくともいずれか
1種のガス雰囲気中において、熱処理を行う工程を含む
請求項12に記載の半導体結晶の成長方法。
13. The step (a-1) comprises: (a-1-1) at least one kind selected from an oxidizing gas group consisting of oxygen, N 2 O, NO x and ozone. The method of growing a semiconductor crystal according to claim 12, further comprising a step of performing a heat treatment in a gas atmosphere.
【請求項14】 前記SiC基板を熱処理する温度は、
前記II−VI族の半導体結晶の成長工程における結晶
成長温度よりも高い温度である請求項9から13までの
いずれか1項に記載の半導体結晶の成長方法。
14. A heat treatment temperature for the SiC substrate,
The method of growing a semiconductor crystal according to any one of claims 9 to 13, wherein the temperature is higher than a crystal growth temperature in the growing step of the II-VI group semiconductor crystal.
【請求項15】 前記(a−1−1)工程は、 RFプラズマ処理法とECRプラズマ処理法とフィラメ
ントから発生する熱を用いた熱処理法とから成る群のう
ちから選択される少なくとも1種の方法を用いて、前記
酸化性ガスをクラッキングして形成する原子状の酸素を
利用して熱処理する工程を含む請求項13又は14に半
導体結晶の成長方法。
15. The (a-1-1) step is at least one kind selected from the group consisting of an RF plasma processing method, an ECR plasma processing method, and a heat treatment method using heat generated from a filament. 15. The method for growing a semiconductor crystal according to claim 13, further comprising a step of performing a heat treatment using atomic oxygen formed by cracking the oxidizing gas using a method.
【請求項16】 a)(0001)(+C面)を主面と
するZnO単結晶基板を準備する工程と、 (b) 前記主面上にII−VI族半導体結晶を成長す
る工程を含む半導体結晶の成長方法。
16. A semiconductor comprising: a) preparing a ZnO single crystal substrate having (0001) (+ C plane) as a main surface; and (b) growing a II-VI group semiconductor crystal on the main surface. Crystal growth method.
【請求項17】 前記(b)工程は、VI族原子をRF
により励起したプラズマにより供給するRF−MBE法
によりII−VI族半導体結晶を成長する工程を含む請
求項1から16までのいずれか1項に記載の半導体結晶
の成長方法。
17. The method according to claim 17, wherein the step (b) comprises:
The method for growing a semiconductor crystal according to any one of claims 1 to 16, further comprising a step of growing the II-VI group semiconductor crystal by an RF-MBE method supplied by plasma excited by the method.
【請求項18】 基板と、 該基板上にII族原子の極性面で成長したII−VI族
半導体結晶層を含む活性層とを有する光半導体素子。
18. An optical semiconductor device comprising: a substrate; and an active layer including a II-VI group semiconductor crystal layer grown on a polar plane of a group II atom on the substrate.
【請求項19】 基板と、 該基板上に形成され、II−VI族半導体結晶層を含む
積層であって、第1導電型を有する第1クラッド層と、
該第1クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上
に形成され、前記第1導電型とは反対の導電型の第2の
導電型を有する第2クラッド層とを含み、前記積層を構
成する半導体結晶層のうちの少なくともいずれかはII
族極性面で成長された積層と、 前記第1クラッド層及び前記第2クラッド層とそれぞれ
電気的に接続される第1及び第2の電極とを有する光半
導体素子。
19. A substrate, a first cladding layer formed on the substrate and including a II-VI group semiconductor crystal layer, the first cladding layer having a first conductivity type.
An active layer formed on the first cladding layer, and a second cladding layer formed on the active layer and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, At least one of the semiconductor crystal layers constituting the stack is II
An optical semiconductor device comprising: a stack grown on a group polarity surface; and first and second electrodes electrically connected to the first cladding layer and the second cladding layer, respectively.
【請求項20】 前記II−VI族半導体結晶層は、Z
nO系半導体結晶層である請求項18又は19に記載の
光半導体素子。
20. The II-VI group semiconductor crystal layer,
The optical semiconductor device according to claim 18, wherein the optical semiconductor device is an nO-based semiconductor crystal layer.
【請求項21】 前記(b)工程は、MBE法又はMO
CVD法を用いてII−VI族半導体結晶を成長する工
程を含む請求項1から16までのいずれか1項に記載の
半導体結晶の成長方法。
21. The step (b) is performed by MBE or MO
17. The method of growing a semiconductor crystal according to claim 1, further comprising a step of growing a II-VI group semiconductor crystal using a CVD method.
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