JP2004079620A - 透明半導体バルク単結晶基板を用いた電子素子 - Google Patents

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岡　邦彦
Hajime Shibata
柴田　肇
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Abstract

【課題】ｐ型のバルク酸化物半導体単結晶を基板として利用する電子素子を提供する。
【解決手段】ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶に薄膜の１種または２種以上を組み合わせて多層構造を構成させた電子素子。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は純粋なまたはわずかに他元素を添加した、具体的にはＧａ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ等を添加したＳｒＣｕ２Ｏ２のみからなるバルク単結晶基板を用いた半導体のｐｎ接合を用いた光素子およびショットキーバリヤＦＥＴ等の電子素子に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光エレクトロニクスの急速な発展に伴い、半導体材料に要求される性質は多様化している。その一つが光との相互作用に関する性質で、可視光領域の波長の光に対して透明であるという性質である。この要請に応えるために開発されたのが酸化物半導体材料である。現在、半導体電子素子はｐ型もしくはｎ型のバルク単結晶を基板として利用し、その上にｐ型やｎ型の半導体薄膜を多層に堆積させているのが一般的である。
従って酸化物半導体においても同様なことが考えられるが、ｐ型にドーピングすることが可能な酸化物半導体材料は種類が少なく、また従来技術においてはそれらのバルク単結晶を利用することは不可能であった。たとえば、ｐ型の酸化物半導体材料としてＳｒＣｕ２Ｏ２が従来より知られているが、ＳｒＣｕ２Ｏ２が利用されている例としてはｎ型の半導体薄膜上にｐ型の薄膜として堆積され、ｐｎ接合を構成した素子に用いられた例があるだけである。（参考文献１　表面科学　２２、（２００１）４１９）。このようにｐ型を示す酸化物半導体のバルク単結晶は作製された報告は無く、基板として電子素子に応用されたことはなかった。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】
前記したようにｎ型のバルク酸化物半導体単結晶を基板として利用することは可能であったが、ｐ型のバルク酸化物半導体単結晶を基板として利用することは不可能であるという課題があった。これに対して本願発明者らはＳｒＣｕ２Ｏ２単結晶製造実験を重ねた結果、先に、ＳｒＯ　：　ＣｕＯの組成比４０〜２５モル％：６０〜７５モル％の混合物を１０００℃以上に加熱融解し、アルゴンあるいは窒素中に酸素が５％以下の雰囲気中で成長速度０．８〜１．０ｍｍ／ｈの結晶育成条件でフローティングゾーン法やひきあげ法によりＳｒＣｕ２Ｏ２単結晶が得られることを見い出した。（特願２００２−９２７０９）つまりフローティングゾーン法やひきあげ法によって条件を設定すれば電子素子に用いることのできる基板であるＳｒＣｕ２Ｏ２大型バルク単結晶が得られることを見い出した。
希少なｐ型である結晶性の良いＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶を基板に用いれば、ｐｎ接合を構成する際に多数のｎ型の材料から格子定数の近いものや製作容易である適切な薄膜材料を選択することが可能になり、多様な高性能電子素子が得られる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記知見に基づいて完成したものであり、具体的にはＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶を用いた電子素子、すなわち、ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶を基板として用いた電子素子を提供するものである。
さらに具体的には、ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶を基板として用いその上に、薄膜の１種または２種以上を組み合わせて多層構造を構成させた電子素子を提案するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で用いるＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶は、静置徐冷法、ひきあげ法、フローティングゾーン法、溶融固化法、いずれの方法で作製されたものでもよく、純粋なものや微量の他元素、具体的にはＧａ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ等を含むものであっても、バルク単結晶を生成するものであれば良い。
ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶は現在フローティングゾーン法で５ｘ５ｘ４０ｍｍ以上の大きさ、チョクラルスキー法で１０ｘ１０ｘ６ｍｍの大きさの単結晶が得られているので、少なくとも１０ｘ１０ｍｍのバルク単結晶基板が得られる。さらに単結晶製造容器等の製造設備の大型化を図れば大型単結晶が製造できる。これに薄膜を成長させて多層構造を構成し、発光素子、等の電子素子を作製することが可能である。
【０００６】
実施例１
以下この発明を具体例に基づいて説明する。
この実施例では図１に示すように単結晶ＳｒＣｕ２Ｏ２を基板とし、この上にｐ型のＳｒＣｕ２Ｏ２薄膜をホモエピタキシャル成長により成長させ、その上にｎ型ＺｎＯの薄膜を堆積させてｐｎ接合を形成し、積層薄膜構造からなる電子素子を作製する。
この実施例では最初に堆積されたＳｒＣｕ２Ｏ２薄膜は基板物質と同一物質であるためその結晶品質は非常に高く、高性能な電子素子を作製できた。
またＳｒＣｕ２Ｏ２も可視光領域の波長の光に対して透明であるという性質を持っており、光学透明性という点でも従来よりは高性能な電子素子を作製できた。
【０００７】
実施例２
ＡＢＯ２化合物（Ａ＝Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔ　　Ｂ＝Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｃ，Ｔｌ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｒｈ　文献１の４２０頁１７〜２４行目によればデラフォサイト構造をもつ、）は六方晶構造であり、ＳｒＣｕ２Ｏ２の（１１２）面および（１００）面のＣｕとＯの六回対称とドメイン整合エピタキシーが起こるので、これらと構成した積層薄膜構造からなる第２図の電子素子を作製出来る。
【０００８】
実施例３
第３図に示すように、単結晶ＳｒＣｕ２Ｏ２基板上にｐ型にドープしたＳｒＣｕ２Ｏ２膜を堆積させ、ソース、ゲート、ドレイン電極をさらに堆積させ、ショットキーバリヤＦＥＴ素子を作製出来る。
【０００９】
【本発明の効果】
この発明によって　ＳｒＣｕ２Ｏ２単結晶基板を用いることにより、良質の積層薄膜を構成することでき、高性能の多様な電子素子を作製することが出来る。また光学的に透明な性質等、従来の半導体になかった多様な電子素子を作製することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の電子素子の具体例
【図２】実施例２の電子素子の具体例
【図３】実施例３の電子素子の具体例

Claims (5)

  1. ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶を基板として用いた電子素子。
  2. ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶に薄膜の１種または２種以上を組み合わせて多層構造を構成させた電子素子。
  3. ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶が純粋なものであるか、微量の他元素を含有する請求項１又は請求項２に記載した電子素子。
  4. ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶の基板上にｐ型にドープしたＳｒＣｕ２Ｏ２膜を堆積させ、その上にｎ型にドープしたＺｎＯ膜を堆積させてｐｎ接合を形成した発光素子。
  5. ＳｒＣｕ２Ｏ２バルク単結晶の基板上にｐ型にドープしたデラフォサイト化合物膜を堆積させ、その上にｎ型にドープしたＺｎＯ膜を堆積させてｐｎ接合を形成した発光素子。
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