JP2003264201A - ＺｎＯ結晶の成長方法、ＺｎＯ結晶構造及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents
ＺｎＯ結晶の成長方法、ＺｎＯ結晶構造及びそれを用いた半導体装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＺｎＯ結晶、その成長方法及びそれを用いた
半導体装置に関し、サファイヤ基板上に成長されるＺｎ
Ｏ結晶の結晶欠陥を低減し、良質なＺｎＯ結晶を成長す
る結晶成長方法を提供する。 【解決手段】 基板上に、亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは
酸素（Ｏ）リッチの条件にてＺｎＯ単結晶バッファー層
を成長する工程と、前記ＺｎＯ単結晶バッファー層の表
面平坦化処理を実施する工程と、前記表面平坦化処理を
施したＺｎＯ単結晶バッファー層上に単結晶ＺｎＯ層を
成長する工程とを含む。
半導体装置に関し、サファイヤ基板上に成長されるＺｎ
Ｏ結晶の結晶欠陥を低減し、良質なＺｎＯ結晶を成長す
る結晶成長方法を提供する。 【解決手段】 基板上に、亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは
酸素（Ｏ）リッチの条件にてＺｎＯ単結晶バッファー層
を成長する工程と、前記ＺｎＯ単結晶バッファー層の表
面平坦化処理を実施する工程と、前記表面平坦化処理を
施したＺｎＯ単結晶バッファー層上に単結晶ＺｎＯ層を
成長する工程とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＺｎＯ結晶、その
成長方法及びそれを用いた半導体装置に関するものであ
る。
成長方法及びそれを用いた半導体装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＺｎＯは、ＲＳ（ラジカルソー
ス）−ＭＢＥ法を用いてサファイヤ基板上に直接成長さ
せていた。Ｚｎ用のソースとしては、Ｋセル（クヌード
センセル）中のＺｎ用の固体ソースを用いる。Ｏ用のソ
ースとしては、気体ソースである酸素ガスを、ＲＦ又は
ＥＣＲ等を用いて発生させた酸素ラジカルを用いる。
ス）−ＭＢＥ法を用いてサファイヤ基板上に直接成長さ
せていた。Ｚｎ用のソースとしては、Ｋセル（クヌード
センセル）中のＺｎ用の固体ソースを用いる。Ｏ用のソ
ースとしては、気体ソースである酸素ガスを、ＲＦ又は
ＥＣＲ等を用いて発生させた酸素ラジカルを用いる。
【０００３】特に、ＲＦを用いたＲＦ−ＭＢＥ法は、商
業ベース上、最も一般的な高周波（１３．５６ＭＨｚ）
を用いる。ＭＢＥチャンバ内の無電極放電管内に原料ガ
スであるＯ2ガスを導入することによりＯラジカルを発
生させる。Ｏラジカルは、ＭＢＥチャンバー内に吹き出
し、Ｏラジカルのビームとなる。Ｏラジカルのビームと
ＫセルからのＺｎのビームをサファイヤ基板上に同時に
照射することにより、ＺｎＯ薄膜の成長を行う。
業ベース上、最も一般的な高周波（１３．５６ＭＨｚ）
を用いる。ＭＢＥチャンバ内の無電極放電管内に原料ガ
スであるＯ2ガスを導入することによりＯラジカルを発
生させる。Ｏラジカルは、ＭＢＥチャンバー内に吹き出
し、Ｏラジカルのビームとなる。Ｏラジカルのビームと
ＫセルからのＺｎのビームをサファイヤ基板上に同時に
照射することにより、ＺｎＯ薄膜の成長を行う。
【０００４】ＩＩ―ＶＩ族半導体のうちの１つであるＺ
ｎＯを用いて、ｐ−ｎ接合を含むＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ
Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ）等の半導体装置を製造することができる。
ｎＯを用いて、ｐ−ｎ接合を含むＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ
Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ
Ｄｉｏｄｅ）等の半導体装置を製造することができる。
【０００５】ＬＥＤやＬＤ等の半導体装置を構成する半
導体結晶材料の結晶性は、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。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、半導体素子の光学的・電気的特性や信
頼性が良好になる。
導体結晶材料の結晶性は、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。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、半導体素子の光学的・電気的特性や信
頼性が良好になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のＲＳ（ラジカル
ソース）−ＭＢＥ法を用いてサファイヤ基板上に直接成
長させたＺｎＯ結晶には、次のような問題点があった。
すなわち、サファイヤ基板とＺｎＯとの格子定数の差
（格子定数のミスマッチが約１８％）が大きい。加えて
両者の熱膨張係数にも２．６倍という大きな差が存在す
る。
ソース）−ＭＢＥ法を用いてサファイヤ基板上に直接成
長させたＺｎＯ結晶には、次のような問題点があった。
すなわち、サファイヤ基板とＺｎＯとの格子定数の差
（格子定数のミスマッチが約１８％）が大きい。加えて
両者の熱膨張係数にも２．６倍という大きな差が存在す
る。
【０００７】成長後のＺｎＯ結晶中には多くの結晶欠陥
が導入される。
が導入される。
【０００８】図８にサファイヤ（０００１）基板上に、
ＺｎＯ（０００２）結晶を直接成長させた場合の、Ｚｎ
Ｏ結晶のＸＲＣ（Ｘ線ロッキングカーブ）法による測定
結果を示す。ＺｎＯ結晶は、ＲＳ−ＭＢＥ法により成長
温度：Ｔｇ＝６５０℃、Ｚｎの分圧：Ｐzn＝１×１０-7
Ｔｏｒｒ、酸素の流量：Ｏ2＝２ ＳＣＣＭ、ＲＦ出
力：３００Ｗの条件で成長した。
ＺｎＯ（０００２）結晶を直接成長させた場合の、Ｚｎ
Ｏ結晶のＸＲＣ（Ｘ線ロッキングカーブ）法による測定
結果を示す。ＺｎＯ結晶は、ＲＳ−ＭＢＥ法により成長
温度：Ｔｇ＝６５０℃、Ｚｎの分圧：Ｐzn＝１×１０-7
Ｔｏｒｒ、酸素の流量：Ｏ2＝２ ＳＣＣＭ、ＲＦ出
力：３００Ｗの条件で成長した。
【０００９】ＸＲＣの測定結果をみると、Ｏｍｅｇａが
１７．５度付近にピーク強度を有するほぼ正規分布の曲
線が観測された。半値幅（ＦＷＨＭ）は０．５°（１８
００ａｒｃｓｅｃ）と大きな値を示した。図８の測定結
果より、上記の条件で成長したＺｎＯ結晶は、その結晶
性が良くないことが判明した。
１７．５度付近にピーク強度を有するほぼ正規分布の曲
線が観測された。半値幅（ＦＷＨＭ）は０．５°（１８
００ａｒｃｓｅｃ）と大きな値を示した。図８の測定結
果より、上記の条件で成長したＺｎＯ結晶は、その結晶
性が良くないことが判明した。
【００１０】図９に、上記の条件において成長したＺｎ
Ｏ結晶を、ＰＬ（Ｐｈｏｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃ
ｅ）法により測定した結果を示す。横軸は、ＰＬの出射
光のエネルギーである。エネルギー３．３５ｅＶ付近に
強度が高く半値幅の常に狭い、鋭いピークが観測され
た。ＰＬのピークエネルギー値は、ＺｎＯの禁制帯幅
（３．３ ｅＶ）とほぼ一致する。導電帯と価電子帯と
の間での電子と正孔との再結合に起因する発光ピークで
あると解される。
Ｏ結晶を、ＰＬ（Ｐｈｏｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃ
ｅ）法により測定した結果を示す。横軸は、ＰＬの出射
光のエネルギーである。エネルギー３．３５ｅＶ付近に
強度が高く半値幅の常に狭い、鋭いピークが観測され
た。ＰＬのピークエネルギー値は、ＺｎＯの禁制帯幅
（３．３ ｅＶ）とほぼ一致する。導電帯と価電子帯と
の間での電子と正孔との再結合に起因する発光ピークで
あると解される。
【００１１】エネルギーとして１．８ｅＶから２．７ｅ
Ｖ付近にかけて非常にブロードなピークも観測された。
このブロードなピークは、禁制帯内に存在する深い準位
間の発光に起因するものと解される。ＺｎＯ結晶中に多
くの結晶欠陥が存在することを示唆する。
Ｖ付近にかけて非常にブロードなピークも観測された。
このブロードなピークは、禁制帯内に存在する深い準位
間の発光に起因するものと解される。ＺｎＯ結晶中に多
くの結晶欠陥が存在することを示唆する。
【００１２】本発明の目的は、サファイヤ基板上に成長
されるＺｎＯ結晶の結晶欠陥を低減し、良質なＺｎＯ結
晶を成長する結晶成長方法を提供することである。
されるＺｎＯ結晶の結晶欠陥を低減し、良質なＺｎＯ結
晶を成長する結晶成長方法を提供することである。
【００１３】本発明の他の目的は、サファイヤ基板上に
成長されるＺｎＯ結晶及びそれを用いた半導体装置を提
供することである。
成長されるＺｎＯ結晶及びそれを用いた半導体装置を提
供することである。
【００１４】
【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、亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは酸素（Ｏ）
リッチの条件にてＺｎＯ単結晶バッファー層を成長する
工程と、前記ＺｎＯ単結晶バッファー層の表面平坦化処
理を実施する工程と、前記表面平坦化処理を施したＺｎ
Ｏ単結晶バッファー層上に単結晶ＺｎＯ層を成長する工
程とを含むＺｎＯ結晶の成長方法が提供される。
ば、基板上に、亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは酸素（Ｏ）
リッチの条件にてＺｎＯ単結晶バッファー層を成長する
工程と、前記ＺｎＯ単結晶バッファー層の表面平坦化処
理を実施する工程と、前記表面平坦化処理を施したＺｎ
Ｏ単結晶バッファー層上に単結晶ＺｎＯ層を成長する工
程とを含むＺｎＯ結晶の成長方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。
の形態を説明する。
【００１６】尚、本明細書中において定義される「低温
成長ＺｎＯの成長温度」とは、例えば２００℃から６０
０℃程度の、一般的にＺｎＯ単結晶を成長するための結
晶成長の温度よりも１００℃から４００℃程度低い温度
である。「高温成長単結晶ＺｎＯ層の成長温度」とは、
一般的にＺｎＯ単結晶を成長する際に適した成長温度で
あり、上記の「低温成長ＺｎＯの成長温度」よりも高
く、かつ、８００℃よりも低い温度であり、例えば６５
０℃である。
成長ＺｎＯの成長温度」とは、例えば２００℃から６０
０℃程度の、一般的にＺｎＯ単結晶を成長するための結
晶成長の温度よりも１００℃から４００℃程度低い温度
である。「高温成長単結晶ＺｎＯ層の成長温度」とは、
一般的にＺｎＯ単結晶を成長する際に適した成長温度で
あり、上記の「低温成長ＺｎＯの成長温度」よりも高
く、かつ、８００℃よりも低い温度であり、例えば６５
０℃である。
【００１７】図１から図３までを参照して、本発明の第
一の実施の形態によるＩＩ―ＶＩ族化合物半導体結晶の
成長方法を説明する。
一の実施の形態によるＩＩ―ＶＩ族化合物半導体結晶の
成長方法を説明する。
【００１８】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、ラジカルソース分子線エピタクシ
ー（ＲＳ−ＭＢＥ）法を用いた結晶成長装置（以下「Ｒ
Ｓ−ＭＢＥ装置」という。）を示す。
長装置の一例として、ラジカルソース分子線エピタクシ
ー（ＲＳ−ＭＢＥ）法を用いた結晶成長装置（以下「Ｒ
Ｓ−ＭＢＥ装置」という。）を示す。
【００１９】ＲＳ−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。
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。
【００２０】チャンバ１は、Ｚｎを蒸発させるためのＺ
ｎ用ポート１１と、Ｏラジカルを照射するためのＯラジ
カルポート２１と、Ｎラジカルを照射するためのＮラジ
カルポート３１とを含む。
ｎ用ポート１１と、Ｏラジカルを照射するためのＯラジ
カルポート２１と、Ｎラジカルを照射するためのＮラジ
カルポート３１とを含む。
【００２１】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とシャッターＳ1とを備えている。
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とシャッターＳ1とを備えている。
【００２２】Ｏラジカルポート２１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Ｓ2が設けられている。
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Ｓ2が設けられている。
【００２３】Ｎラジカルポート３１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
ッターＳ3が設けられている。
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
ッターＳ3が設けられている。
【００２４】ラジカルポート２１、３１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。
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。
【００２５】チャンバ１内には、結晶成長の下地となる
サファイヤ基板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。サファイヤ基板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。
サファイヤ基板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。サファイヤ基板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。
【００２６】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電子線回折装置（ＲＨＥ
ＥＤ装置）のガン４１とＲＨＥＥＤ装置のスクリーン５
５とを含む。ＲＨＥＥＤ装置のガン４１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。
ングするために設けられた反射電子線回折装置（ＲＨＥ
ＥＤ装置）のガン４１とＲＨＥＥＤ装置のスクリーン５
５とを含む。ＲＨＥＥＤ装置のガン４１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。
【００２７】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。
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。
【００２８】以下に、サファイヤ基板Ｓ上に、ＺｎＯを
成長する工程について、詳細に説明する。
成長する工程について、詳細に説明する。
【００２９】結晶成長はＲＳ−ＭＢＥ法によりシャッタ
ーＳ1からＳ3を適宜開閉することにより行う。
ーＳ1からＳ3を適宜開閉することにより行う。
【００３０】ラジカルソースを発生させる方法として
は、ＲＦを用いたＲＦ−ＭＢＥ法が用いられる。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。Ｏラジカルを高真空状態のＭＢＥチャンバー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
ヤ基板Ｓ上に同時に照射することにより、ＺｎＯ薄膜の
成長を行う。
は、ＲＦを用いたＲＦ−ＭＢＥ法が用いられる。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。Ｏラジカルを高真空状態のＭＢＥチャンバー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
ヤ基板Ｓ上に同時に照射することにより、ＺｎＯ薄膜の
成長を行う。
【００３１】図２に、本実施の形態による半導体結晶構
造の概略を示す。
造の概略を示す。
【００３２】サファイヤ（０００１）基板Ｓ上に、Ｚｎ
Ｏバッファー層１０１を形成し、バッファー層１０１の
上にＺｎＯの単結晶層１０５を形成する。
Ｏバッファー層１０１を形成し、バッファー層１０１の
上にＺｎＯの単結晶層１０５を形成する。
【００３３】以下に、上記図２の構造を作成するための
工程について簡単に説明する。
工程について簡単に説明する。
【００３４】まず、サファイヤ基板Ｓ上に、低い成長温
度で、かつＺｎリッチの条件においてＺｎＯを成長させ
る。酸素ラジカルを照射した状態で、ＺｎＯを単結晶成
長させるのに適した通常の成長温度まで昇温する。この
状態を例えば２０分程度維持する。高温熱処理により低
温成長ＺｎＯ層の表面が平坦化する。これによりバッフ
ァー層１０１が形成される。その上にＺｎＯ単結晶層１
０５を成長する。
度で、かつＺｎリッチの条件においてＺｎＯを成長させ
る。酸素ラジカルを照射した状態で、ＺｎＯを単結晶成
長させるのに適した通常の成長温度まで昇温する。この
状態を例えば２０分程度維持する。高温熱処理により低
温成長ＺｎＯ層の表面が平坦化する。これによりバッフ
ァー層１０１が形成される。その上にＺｎＯ単結晶層１
０５を成長する。
【００３５】バッファー層１０１は、サファイヤ基板Ｓ
とＺｎＯ単結晶層１０５との間の格子定数の大きなずれ
に起因する格子不整合と大きな熱膨張係数の差とを緩和
し、これらに起因するＺｎＯ単結晶層１０５中への歪み
の導入を防止する。
とＺｎＯ単結晶層１０５との間の格子定数の大きなずれ
に起因する格子不整合と大きな熱膨張係数の差とを緩和
し、これらに起因するＺｎＯ単結晶層１０５中への歪み
の導入を防止する。
【００３６】図３に、ＡＦＭ法（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒ
ｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）法により観測したＺｎＯ
バッファー層１０１の表面状態を示す。
ｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）法により観測したＺｎＯ
バッファー層１０１の表面状態を示す。
【００３７】図３（ａ）はＺｎリッチの条件において成
長させた場合のバッファー層１０１の表面を、図３
（ｂ）はＯリッチの条件において成長させた場合のバッ
ファー層１０１の表面を示す。
長させた場合のバッファー層１０１の表面を、図３
（ｂ）はＯリッチの条件において成長させた場合のバッ
ファー層１０１の表面を示す。
【００３８】ＺｎリッチのＺｎＯ結晶とは、ＺｎＯ1-x
において、ｘが１よりも小さい割合で含まれている結晶
である。
において、ｘが１よりも小さい割合で含まれている結晶
である。
【００３９】ＺｎＯのバッファー層１０１をＺｎリッチ
の条件において成長させると、Ｏリッチの条件において
成長させた場合と比べてＺｎＯバッファー層１０１の表
面の平坦性が向上することがわかる。また、酸素リッチ
な成長条件で成長した場合も、Ｚｎリッチな成長条件で
成長した場合も、成長した低温成長ＺｎＯ層は粒界が存
在する単結晶と考えられる。
の条件において成長させると、Ｏリッチの条件において
成長させた場合と比べてＺｎＯバッファー層１０１の表
面の平坦性が向上することがわかる。また、酸素リッチ
な成長条件で成長した場合も、Ｚｎリッチな成長条件で
成長した場合も、成長した低温成長ＺｎＯ層は粒界が存
在する単結晶と考えられる。
【００４０】以下に、より詳細な結晶成長方法を示す。
【００４１】サファイヤ基板Ｓの（０００１）面を、１
１０℃に加熱したＨ3ＰＯ4：Ｈ2ＳＯ4＝１：３の溶液中
で６０分ウェットエッチングを行う。
１０℃に加熱したＨ3ＰＯ4：Ｈ2ＳＯ4＝１：３の溶液中
で６０分ウェットエッチングを行う。
【００４２】上記の表面処理を行った後、サファイヤ基
板Ｓを基板ホルダー３（図１）に装着する。
板Ｓを基板ホルダー３（図１）に装着する。
【００４３】基板温度５５０℃、酸素の流量を２ＳＣＣ
Ｍ、ＲＦパワーを１５０Ｗの条件下で、ＭＢＥ装置中に
おいて１時間酸素プラズマによる表面処理を行った。Ｍ
ＢＥ装置内においてサファイヤ基板Ｓの表面を処理する
ことにより、サファイヤ基板Ｓ表面が清浄化される。
Ｍ、ＲＦパワーを１５０Ｗの条件下で、ＭＢＥ装置中に
おいて１時間酸素プラズマによる表面処理を行った。Ｍ
ＢＥ装置内においてサファイヤ基板Ｓの表面を処理する
ことにより、サファイヤ基板Ｓ表面が清浄化される。
【００４４】上記の基板表面処理の後、まずバッファー
層１０１を成長する。通常の単結晶ＺｎＯ基板の成長条
件と異なり低温かつＺｎリッチの条件下での成長を行う
（低温成長ＺｎＯ層）。Ｚｎのビーム量は、２．７×１
０-7 Ｔｏｒｒである。
層１０１を成長する。通常の単結晶ＺｎＯ基板の成長条
件と異なり低温かつＺｎリッチの条件下での成長を行う
（低温成長ＺｎＯ層）。Ｚｎのビーム量は、２．７×１
０-7 Ｔｏｒｒである。
【００４５】酸素ビームの供給源としてＯのＲＦプラズ
マソースを用いる。Ｏラジカルポート２１に純酸素（純
度６Ｎ）ガスを導入し、高周波発振源を用いてラジカル
化する。
マソースを用いる。Ｏラジカルポート２１に純酸素（純
度６Ｎ）ガスを導入し、高周波発振源を用いてラジカル
化する。
【００４６】ガスソースである酸素の流量は、チャンバ
ー内の酸素の分圧として流量１．５ＳＣＣＭにおいて５
×１０-5 Ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは３００Ｗである。成
長温度は３００℃から６００℃の範囲で行う。バッファ
ー層の厚みとしては、１０から１００ｎｍの範囲であ
る。
ー内の酸素の分圧として流量１．５ＳＣＣＭにおいて５
×１０-5 Ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは３００Ｗである。成
長温度は３００℃から６００℃の範囲で行う。バッファ
ー層の厚みとしては、１０から１００ｎｍの範囲であ
る。
【００４７】ここで、上記の圧力の値は、基板ホルダー
位置（成長位置）に取り付けたヌードイオンゲージの指
示値を示したものである。
位置（成長位置）に取り付けたヌードイオンゲージの指
示値を示したものである。
【００４８】図４に、基板温度Ｔｇを６５０℃とした場
合のＺｎの分圧（Ｐｚｎ）と成長速度との関係を示す。
Ｏ2の分圧を２ＳＣＣＭ、ＲＦ出力を３００Ｗとした。
Ｚｎの分圧を１．３×１０-7Ｔｏｒｒから２．７×１０
-7Ｔｏｒｒまで変化させた。
合のＺｎの分圧（Ｐｚｎ）と成長速度との関係を示す。
Ｏ2の分圧を２ＳＣＣＭ、ＲＦ出力を３００Ｗとした。
Ｚｎの分圧を１．３×１０-7Ｔｏｒｒから２．７×１０
-7Ｔｏｒｒまで変化させた。
【００４９】Ｚｎの分圧を１．３×１０-7Ｔｏｒｒから
２．１５×１０-7Ｔｏｒｒまで増加させると、ＺｎＯの
成長速度は、０．１０μｍ／ｈｒから０．２６μｍ／ｈ
ｒまで増加する。Ｚｎの分圧が２．１５×１０-7Ｔｏｒ
ｒから２．７×１０-7Ｔｏｒｒまでの範囲でのＺｎＯの
成長速度は、０．２６μｍ／ｈｒから０．２７μｍ／ｈ
ｒ程度とほぼ一定の値を示す。
２．１５×１０-7Ｔｏｒｒまで増加させると、ＺｎＯの
成長速度は、０．１０μｍ／ｈｒから０．２６μｍ／ｈ
ｒまで増加する。Ｚｎの分圧が２．１５×１０-7Ｔｏｒ
ｒから２．７×１０-7Ｔｏｒｒまでの範囲でのＺｎＯの
成長速度は、０．２６μｍ／ｈｒから０．２７μｍ／ｈ
ｒ程度とほぼ一定の値を示す。
【００５０】低温成長したＺｎＯバッファー層を成長し
た後、バッファー層の表面の平坦化処理を行う。平坦化
処理としては単結晶を成長させるような高温、例えば６
５０℃において２分間から６０分間までの間の熱処理を
行う。低い成長温度で成長を終えた低温成長ＺｎＯバッ
ファ層１０１は粒界を有する単結晶で、各グレインが同
じ異方性を示すようにエピタキシャル成長していると考
えられる。主にそのグレイン間の粒界に起因してＡＦＭ
観察でみられたような凹凸が観察されたものと考えられ
る。
た後、バッファー層の表面の平坦化処理を行う。平坦化
処理としては単結晶を成長させるような高温、例えば６
５０℃において２分間から６０分間までの間の熱処理を
行う。低い成長温度で成長を終えた低温成長ＺｎＯバッ
ファ層１０１は粒界を有する単結晶で、各グレインが同
じ異方性を示すようにエピタキシャル成長していると考
えられる。主にそのグレイン間の粒界に起因してＡＦＭ
観察でみられたような凹凸が観察されたものと考えられ
る。
【００５１】低温成長ＺｎＯバッファ層に上記の熱処理
を施すことで、各グレインの単結晶が固相成長してグレ
インサイズが大型化して表面を平坦化するものと考えら
れる。
を施すことで、各グレインの単結晶が固相成長してグレ
インサイズが大型化して表面を平坦化するものと考えら
れる。
【００５２】特にＺｎリッチの条件で成長させた場合に
は、酸素リッチの条件で成長させた場合に比べて当初の
表面凹凸が小さいので、平坦化処理により優れた平坦表
面が得られやすい。優れた平面表面を有する低温成長Ｚ
ｎＯバッファー層の上に高温でＺｎＯ層を成長すると、
良好な結晶性の単結晶ＺｎＯ層が得られやすい。
は、酸素リッチの条件で成長させた場合に比べて当初の
表面凹凸が小さいので、平坦化処理により優れた平坦表
面が得られやすい。優れた平面表面を有する低温成長Ｚ
ｎＯバッファー層の上に高温でＺｎＯ層を成長すると、
良好な結晶性の単結晶ＺｎＯ層が得られやすい。
【００５３】尚、低温成長ＺｎＯ層を成長する温度は、
２００℃から６００℃の間が好ましい。
２００℃から６００℃の間が好ましい。
【００５４】低温成長ＺｎＯバッファ層は、成長したま
ま（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）の状態ではグレインサイズが小
さく粒界が観察されるため、ＡＦＭ観察では多結晶のよ
うにも見える。しかしながら、Ｘ線回折やＲＨＥＥＤ法
による解析を行うと単結晶の特性を示す。
ま（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）の状態ではグレインサイズが小
さく粒界が観察されるため、ＡＦＭ観察では多結晶のよ
うにも見える。しかしながら、Ｘ線回折やＲＨＥＥＤ法
による解析を行うと単結晶の特性を示す。
【００５５】この現象は、ＧａＮやＺｎＯでの成長にお
いて観察される。低温成長ＺｎＯバッファ層を高温熱処
理することにより、粒界等に起因する凹凸が固相成長の
場合と同様に成長し、表面が平坦化するものと考えられ
る。平坦でないＺｎＯ表面上に単結晶ＺｎＯを成長しよ
うとしても、経験上、その結晶性は良くならない。
いて観察される。低温成長ＺｎＯバッファ層を高温熱処
理することにより、粒界等に起因する凹凸が固相成長の
場合と同様に成長し、表面が平坦化するものと考えられ
る。平坦でないＺｎＯ表面上に単結晶ＺｎＯを成長しよ
うとしても、経験上、その結晶性は良くならない。
【００５６】次いで平坦化した低温成長ＺｎＯバッファ
層上にＺｎＯの単結晶（高温成長ＺｎＯ単結晶層）を成
長する。
層上にＺｎＯの単結晶（高温成長ＺｎＯ単結晶層）を成
長する。
【００５７】成長条件は、基板温度６５０℃、Ｚｎ（７
Ｎ）のビーム量８．０×１０-5Ｔｏｒｒである。酸素の
分圧として流量２．０ＳＣＣＭにおいて８×１０-5 Ｔ
ｏｒｒ、ＲＦパワーは３００Ｗである。
Ｎ）のビーム量８．０×１０-5Ｔｏｒｒである。酸素の
分圧として流量２．０ＳＣＣＭにおいて８×１０-5 Ｔ
ｏｒｒ、ＲＦパワーは３００Ｗである。
【００５８】成長した高温成長ＺｎＯ単結晶層の厚さは
１μｍである。
１μｍである。
【００５９】尚、高温成長ＺｎＯ単結晶層の成長条件と
しては、６００℃から８００℃の間の温度で、２分間か
ら６０分間の成長を行うのが好ましい。
しては、６００℃から８００℃の間の温度で、２分間か
ら６０分間の成長を行うのが好ましい。
【００６０】上記の条件で成長させた場合の高温成長Ｚ
ｎＯ単結晶層の結晶性評価を行った。
ｎＯ単結晶層の結晶性評価を行った。
【００６１】図５は、ＸＲＣによる測定結果である。
【００６２】ピーク値は、１７．３５°と図１の値とほ
とんど同じである。半値幅は、０．０６°（２１６ａｒ
ｃｓｅｃ）である。図８に示される従来の条件で成長し
た場合のＺｎＯの半値幅（０．５°）と比較して、半値
幅が約１／８に減少した。半値幅の大幅な低減は、低温
成長ＺｎＯバッファー層を設け、かつ、その表面の平坦
化処理を行った後に、その上に高い成長温度で高温成長
ＺｎＯ単結晶層を成長したことによる高温成長ＺｎＯ単
結晶層の結晶性向上に起因するものと解される。
とんど同じである。半値幅は、０．０６°（２１６ａｒ
ｃｓｅｃ）である。図８に示される従来の条件で成長し
た場合のＺｎＯの半値幅（０．５°）と比較して、半値
幅が約１／８に減少した。半値幅の大幅な低減は、低温
成長ＺｎＯバッファー層を設け、かつ、その表面の平坦
化処理を行った後に、その上に高い成長温度で高温成長
ＺｎＯ単結晶層を成長したことによる高温成長ＺｎＯ単
結晶層の結晶性向上に起因するものと解される。
【００６３】図６に、上記のＺｎＯ単結晶層のＰＬスペ
クトルを示す。
クトルを示す。
【００６４】エネルギー３．３５９ｅＶに鋭いピークが
観測された。低温成長ＺｎＯバッファー層がない状態で
成長したＺｎＯ単結晶の場合に（図９）観測された１．
８ｅＶから２．７ｅＶ付近にかけての非常にブロードな
ピークが観測されない。これは、ＺｎＯ層の禁制帯内に
存在する深い準位からの発光が低減したことによるもの
と解される。ＺｎＯ結晶中の結晶欠陥が低減し、結晶性
が大幅に向上したと考えられる。
観測された。低温成長ＺｎＯバッファー層がない状態で
成長したＺｎＯ単結晶の場合に（図９）観測された１．
８ｅＶから２．７ｅＶ付近にかけての非常にブロードな
ピークが観測されない。これは、ＺｎＯ層の禁制帯内に
存在する深い準位からの発光が低減したことによるもの
と解される。ＺｎＯ結晶中の結晶欠陥が低減し、結晶性
が大幅に向上したと考えられる。
【００６５】ＺｎＯ結晶中に多くの結晶欠陥が導入され
ると、不純物を導入しない状態においても、強いｎ型の
導電性を示す。上記の結晶成長法を用いて成長した高温
成長ＺｎＯ単結晶層は、結晶欠陥も非常に少ない。従来
の結晶成長方法によって成長したＺｎＯ単結晶では困難
であったｐ型の導電性を示すＺｎＯを実現することも可
能となる。非発光センターを形成するような結晶欠陥が
大幅に低減されるため、発光効率も非常に高くなったも
のと考えられる。
ると、不純物を導入しない状態においても、強いｎ型の
導電性を示す。上記の結晶成長法を用いて成長した高温
成長ＺｎＯ単結晶層は、結晶欠陥も非常に少ない。従来
の結晶成長方法によって成長したＺｎＯ単結晶では困難
であったｐ型の導電性を示すＺｎＯを実現することも可
能となる。非発光センターを形成するような結晶欠陥が
大幅に低減されるため、発光効率も非常に高くなったも
のと考えられる。
【００６６】不純物としてＮをドーピングしたＺｎＯを
ｐ型半導体として用い、ＧａドープのＺｎＯをｎ型半導
体として用いたｐ−ｎ接合ダーオードを含むＬＥＤ（Ｌ
ｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を実現する
ことが可能である。
ｐ型半導体として用い、ＧａドープのＺｎＯをｎ型半導
体として用いたｐ−ｎ接合ダーオードを含むＬＥＤ（Ｌ
ｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を実現する
ことが可能である。
【００６７】図７に、ＮドープのＺｎＯをｐ型半導体と
して用い、ＧａドープのＺｎＯをｎ型半導体として用い
たｐ−ｎ接合ダーオードを含むＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅ
ｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の断面構造を示す。
して用い、ＧａドープのＺｎＯをｎ型半導体として用い
たｐ−ｎ接合ダーオードを含むＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅ
ｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の断面構造を示す。
【００６８】図７に示すＬＥＤは、サファイア基板３０
１と、その上に低温成長された厚さ１００ｎｍのノンド
ープの低温成長ＺｎＯバッファ層３０５と、その上に成
長された厚さ１μｍのｎ型（Ｇａドープ：１×１０18ｃ
ｍ-3）高温成長ＺｎＯ単結晶層３１１と、その上に形成
され厚さ１００ｎｍのＮドープのｐ型の高温成長ＺｎＯ
単結晶層３１５とを含む。
１と、その上に低温成長された厚さ１００ｎｍのノンド
ープの低温成長ＺｎＯバッファ層３０５と、その上に成
長された厚さ１μｍのｎ型（Ｇａドープ：１×１０18ｃ
ｍ-3）高温成長ＺｎＯ単結晶層３１１と、その上に形成
され厚さ１００ｎｍのＮドープのｐ型の高温成長ＺｎＯ
単結晶層３１５とを含む。
【００６９】上記のｎ型ＺｎＯ層３１１は、第１電極３
２１とコンタクトされている。
２１とコンタクトされている。
【００７０】ｎ型ＺｎＯ層を形成するためには、Ｇａの
代わりにＡｌなどの他の３族元素をドーピングしても良
い。
代わりにＡｌなどの他の３族元素をドーピングしても良
い。
【００７１】Ｎドープのｐ型ＺｎＯ層３１５は島状に加
工されている。島状に加工されたｐ型ＺｎＯ層３１５
は、例えばＳｉ3Ｎ4からなる絶縁膜３１８により被覆さ
れる。ｐ型ＺｎＯ層３１５の上部表面には、例えば略円
形の開口が絶縁膜３１８を貫通して形成される。
工されている。島状に加工されたｐ型ＺｎＯ層３１５
は、例えばＳｉ3Ｎ4からなる絶縁膜３１８により被覆さ
れる。ｐ型ＺｎＯ層３１５の上部表面には、例えば略円
形の開口が絶縁膜３１８を貫通して形成される。
【００７２】ｐ型ＺｎＯ層３１５の上面周辺部上に、リ
ング状の第２電極３２５が形成される。リング状の第２
電極は、その下面の少なくとも一部がｐ型ＺｎＯ層３１
５の上部表面の周辺部と接触する。リング状の第２電極
２３５の径方向外方の部分は、絶縁膜３１８上に乗り上
げた構造となっている。
ング状の第２電極３２５が形成される。リング状の第２
電極は、その下面の少なくとも一部がｐ型ＺｎＯ層３１
５の上部表面の周辺部と接触する。リング状の第２電極
２３５の径方向外方の部分は、絶縁膜３１８上に乗り上
げた構造となっている。
【００７３】上記の構造において、第１電極３２１に対
し第２電極にプラスの電圧を印加すると、ｐ−ｎ接合に
順方向電流が流れる。ｐ型ＺｎＯ層３１５中に注入され
た少数キャリア（電子）とｐ型ＺｎＯ層３１５中の多数
キャリア（正孔）とが発光性の再結合をする。電子と正
孔との再結合の際に、ほぼ禁制帯のエネルギーギャップ
に等しいエネルギーを有する光が前記の開口から発す
る。すなわち、電気的エネルギーを光のエネルギーに変
換する。
し第２電極にプラスの電圧を印加すると、ｐ−ｎ接合に
順方向電流が流れる。ｐ型ＺｎＯ層３１５中に注入され
た少数キャリア（電子）とｐ型ＺｎＯ層３１５中の多数
キャリア（正孔）とが発光性の再結合をする。電子と正
孔との再結合の際に、ほぼ禁制帯のエネルギーギャップ
に等しいエネルギーを有する光が前記の開口から発す
る。すなわち、電気的エネルギーを光のエネルギーに変
換する。
【００７４】上記の動作により、ＬＥＤのリング状の第
２電極２３５の開口から、例えば波長として約３７０ｎ
ｍの光が発する。
２電極２３５の開口から、例えば波長として約３７０ｎ
ｍの光が発する。
【００７５】尚、本実施の形態においては、ｐ型ＺｎＯ
層とｎ型ＺｎＯ層とのｐ−ｎ接合を利用した半導体素子
の例としてＬＥＤについて説明したが、ｐ型ＺｎＯ層３
１５とｎ型ＺｎＯ３１１とを組み合わせてレーザー素子
を形成することも可能である。その他、ｐ型ＺｎＯ層３
１５と組み合わせて、ＦＥＴやバイポーラトランジスタ
等の電子デバイスや、他の光デバイス及びこれらを組み
合わせた半導体装置を製造することも可能であることは
言うまでもない。
層とｎ型ＺｎＯ層とのｐ−ｎ接合を利用した半導体素子
の例としてＬＥＤについて説明したが、ｐ型ＺｎＯ層３
１５とｎ型ＺｎＯ３１１とを組み合わせてレーザー素子
を形成することも可能である。その他、ｐ型ＺｎＯ層３
１５と組み合わせて、ＦＥＴやバイポーラトランジスタ
等の電子デバイスや、他の光デバイス及びこれらを組み
合わせた半導体装置を製造することも可能であることは
言うまでもない。
【００７６】尚、結晶性の良好なＺｎＯ単結晶を含むＺ
ｎＯ系の３元系又は４元系の混晶により半導体結晶や半
導体装置を作成することもできる。
ｎＯ系の３元系又は４元系の混晶により半導体結晶や半
導体装置を作成することもできる。
【００７７】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。
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。
【００７８】
【発明の効果】サファイヤ基板上に結晶性が良好な単結
晶ＺｎＯを成長することができる。
晶ＺｎＯを成長することができる。
【図１】 本発明の第一の実施の形態による結晶成長方
法に用いるＭＢＥ装置の概略を示す断面図である。
法に用いるＭＢＥ装置の概略を示す断面図である。
【図２】 本発明の第一の実施の形態による結晶成長方
法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッ
ファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造を示す。
法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッ
ファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造を示す。
【図３】 本発明の第二の実施の形態による結晶成長方
法により成長したＺｎＯバッファー層の表面状態をＡＦ
Ｍ法により測定した結果を示す。（ａ）はＺｎリッチの
条件で成長したものであり、（ｂ）はＯリッチの条件で
成長したものである。
法により成長したＺｎＯバッファー層の表面状態をＡＦ
Ｍ法により測定した結果を示す。（ａ）はＺｎリッチの
条件で成長したものであり、（ｂ）はＯリッチの条件で
成長したものである。
【図４】 成長温度６５０℃における高温成長ＺｎＯ単
結晶層の成長速度とＺｎの分圧との関係を示す。
結晶層の成長速度とＺｎの分圧との関係を示す。
【図５】 本発明の第一の実施の形態による結晶成長方
法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッ
ファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造のうち、
高温成長ＺｎＯ単結晶層のＸＲＣ法による測定結果であ
る。
法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッ
ファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造のうち、
高温成長ＺｎＯ単結晶層のＸＲＣ法による測定結果であ
る。
【図６】 本発明の第一の実施の形態による結晶成長方
法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッ
ファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造のうち、
ＺｎＯ単結晶層のＰＬ測定法による測定結果である。
法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッ
ファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造のうち、
ＺｎＯ単結晶層のＰＬ測定法による測定結果である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態による半導体発光
装置（ＬＥＤ）の構造を示す概略的な断面図である。
装置（ＬＥＤ）の構造を示す概略的な断面図である。
【図８】 従来の成長方法により成長したサファイヤ基
板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結
晶層の積層構造のうち、ＺｎＯ単結晶層のＸＲＣ法によ
る測定結果である。
板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結
晶層の積層構造のうち、ＺｎＯ単結晶層のＸＲＣ法によ
る測定結果である。
【図９】 従来の成長方法により成長したサファイヤ基
板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結
晶層の積層構造のうち、高温成長ＺｎＯ単結晶層のＰＬ
測定法による測定結果である。
板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結
晶層の積層構造のうち、高温成長ＺｎＯ単結晶層のＰＬ
測定法による測定結果である。
Ａ ＲＳ−ＭＢＥ装置
Ｃ 制御装置
Ｐ 真空ポンプ
Ｓ 基板
１ チャンバ
３ 基板ホルダー
３ａ ヒータ
５ 熱電対
７ マニピュレータ
１１ Ｚｎ用ポート
１５ Ｚｎ原料
１７ クヌーセンセル
２１ Ｏラジカルポート
３１ Ｎラジカルポート
１００ ＺｎＯ基板
１０１ ＺｎＯバッファー層（低温成長ＺｎＯバッファ
ー層） １０５ ＺｎＯ単結晶層（高温成長ＺｎＯ単結晶層） ３０１ サファイヤ基板 ３０５ ＺｎＯ層バッファー層（低温成長ＺｎＯバッフ
ァー層） ３１１ ｎ型ＺｎＯ層（高温成長ＺｎＯ単結晶層） ３１５ ｐ型ＺｎＯ層（高温成長ＺｎＯ単結晶層） ３１８ 絶縁膜 ３２１ 第１電極 ３２５ 第２電極
ー層） １０５ ＺｎＯ単結晶層（高温成長ＺｎＯ単結晶層） ３０１ サファイヤ基板 ３０５ ＺｎＯ層バッファー層（低温成長ＺｎＯバッフ
ァー層） ３１１ ｎ型ＺｎＯ層（高温成長ＺｎＯ単結晶層） ３１５ ｐ型ＺｎＯ層（高温成長ＺｎＯ単結晶層） ３１８ 絶縁膜 ３２１ 第１電極 ３２５ 第２電極
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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） 5F041 AA40 CA02 CA41 CA46 CA49
CA55 CA57 CA66
5F045 AA08 AA15 AB22 AC11 AD10
AE07 AF09 BB12 CA11 DA53
5F103 AA04 BB04 BB06 DD30 GG01
HH04 KK10 LL02 LL03 LL08
NN01 NN04 PP06 RR06
Claims (10)
- 【請求項１】 基板上に、亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは
酸素（Ｏ）リッチの条件にてＺｎＯ単結晶バッファー層
を成長する工程と、 前記ＺｎＯ単結晶バッファー層の表面平坦化処理を実施
する工程と、 前記表面平坦化処理を施したＺｎＯ単結晶バッファー層
上に単結晶ＺｎＯ層を成長する工程とを含むＺｎＯ結晶
の成長方法。 - 【請求項２】 前記ＺｎＯ単結晶バッファー層を成長す
る工程は、 ２００℃から６００℃の間の温度でＺｎＯ単結晶を成長
する工程である請求項１記載のＺｎＯ結晶の成長方法。 - 【請求項３】 前記表面平坦化処理を実施する工程は、
６００℃から８００℃までの温度で、２分間から６０分
間の熱処理を行う工程である請求項１または２に記載の
ＺｎＯ結晶の成長方法。 - 【請求項４】 前記ＺｎＯ単結晶バッファー層を成長す
る工程は、 Ｚｎリッチな条件で気相成長する工程である請求項１か
ら３までのいずれかに記載のＺｎＯ結晶の成長方法。 - 【請求項５】 基板と、 その上に形成され、表面平坦化処理が施された亜鉛（Ｚ
ｎ）リッチもしくは酸素（Ｏ）リッチのＺｎＯ単結晶バ
ッファー層と、 前記ＺｎＯ単結晶バッファー層より上に形成されたＺｎ
Ｏ単結晶層とを含むＺｎＯ結晶構造。 - 【請求項６】 前記ＺｎＯ単結晶バッファー層は、６０
０℃よりも低い温度でＺｎＯを成長した層であり、 前記ＺｎＯ単結晶バッファー層上に形成されたＺｎＯ単
結晶層は、前記ＺｎＯ単結晶バッファー層よりも高くか
つ８００℃よりも低い温度で成長した高温成長ＺｎＯ単
結晶層を含むことを特徴とする請求項５に記載のＺｎＯ
結晶構造。 - 【請求項７】 前記ＺｎＯ単結晶バッファー層の厚さ
は、１０から１００ｎｍである請求項５又は６に記載の
ＺｎＯ結晶構造。 - 【請求項８】 前記高温成長ＺｎＯ単結晶層は、Ｇａ又
はＡｌをドーピングしたｎ型の導電性を有するＺｎＯ層
である請求項６又は７に記載のＺｎＯ結晶構造。 - 【請求項９】 前記高温成長ＺｎＯ単結晶層は、Ｎをド
ーピングしたｐ型の導電性を有するＺｎＯ層である請求
項６から８までのいずれかに記載のＺｎＯ結晶構造。 - 【請求項１０】 基板と、基板に接するように形成され
た表面平坦化処理が施された亜鉛（Ｚｎ）リッチもしく
は酸素（Ｏ）リッチのＺｎＯ単結晶バッファー層と、 前記ＺｎＯ単結晶バッファー層より上に形成されたＺｎ
Ｏ単結晶層とを含み、 前記ＺｎＯ単結晶層は、Ｇａ又はＡｌをドーピングした
ｎ型の導電性を有するＺｎＯ層と、Ｎをドーピングした
ｐ型の導電性を有するＺｎＯ層とのｐ−ｎ接合を有する
半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002370632A JP4268405B2 (ja) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | ＺｎＯ結晶の成長方法、ＺｎＯ結晶構造及びそれを用いた半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002370632A JP4268405B2 (ja) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | ＺｎＯ結晶の成長方法、ＺｎＯ結晶構造及びそれを用いた半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24522099A Division JP3424814B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | ＺｎＯ結晶構造及びそれを用いた半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003264201A true JP2003264201A (ja) | 2003-09-19 |
| JP4268405B2 JP4268405B2 (ja) | 2009-05-27 |
Family
ID=29208292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002370632A Expired - Lifetime JP4268405B2 (ja) | 2002-12-20 | 2002-12-20 | ＺｎＯ結晶の成長方法、ＺｎＯ結晶構造及びそれを用いた半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4268405B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2007020729A1 (ja) * | 2005-08-18 | 2007-02-22 | Yamanashi University | 酸化亜鉛薄膜の製造方法及び製造装置 |
| JP2007165805A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 結晶成長方法及び結晶成長装置 |
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| JP2013211513A (ja) * | 2012-02-28 | 2013-10-10 | Stanley Electric Co Ltd | ＺｎＯ系半導体層とその製造方法、及びＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法 |
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-
2002
- 2002-12-20 JP JP2002370632A patent/JP4268405B2/ja not_active Expired - Lifetime
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