JP2015137189A - Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystal layer - Google Patents

Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystal layer Download PDF

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道宏 佐野
加藤 裕幸
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裕幸 加藤
千寿 斎藤
Senju Saito
千寿 斎藤
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Tetsuya Yamamoto
哲也 山本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an Ag-doped low-resistance p-type ZnO-based semiconductor crystalline layer.SOLUTION: There is provided an Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystalline layer doped with Ag having an atomic ratio of positive elements of 2% or higher below 3%.

Description

本発明は、Agドープp型ZnO系半導体結晶層に関する。IIB族元素としてZn、VIB族元素としてOを含むII−VI族半導体をZnO系半導体と呼ぶ。Agドープの量を、陽元素の原子比(%)として表す。   The present invention relates to an Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystal layer. A II-VI group semiconductor containing Zn as the IIB group element and O as the VIB group element is called a ZnO-based semiconductor. The amount of Ag doping is expressed as the atomic ratio (%) of the positive element.

なお、本願における陽元素とは、ZnO系半導体結晶中のZn、Mg等、+II価の元素のことであり、陽元素の原子比とは、ZnO系半導体結晶中の全陽元素の濃度に対する比率を指す。すなわち、Agの陽元素の原子比とは、ZnO系半導体結晶中に含まれるAg原子の濃度を、ZnO系半導体結晶中の全陽元素の濃度で除した値である。   In addition, the positive element in this application is a + II element such as Zn and Mg in a ZnO-based semiconductor crystal, and the atomic ratio of the positive element is a ratio to the concentration of all the positive elements in the ZnO-based semiconductor crystal. Point to. That is, the atomic ratio of the positive element of Ag is a value obtained by dividing the concentration of Ag atoms contained in the ZnO-based semiconductor crystal by the concentration of all positive elements in the ZnO-based semiconductor crystal.

酸化亜鉛(ZnO)は、室温で3.37eVのバンドギャップエネルギーを持つ直接遷移型の半導体で、励起子の束縛エネルギーが60meVと他の半導体に比べて比較的大きい。また、原材料が安価であるとともに、環境や人体への影響が少ないという特徴を有する。このため、ZnOを用いた高効率・低消費電力で環境性に優れた発光素子の実現が期待されている。   Zinc oxide (ZnO) is a direct transition type semiconductor having a band gap energy of 3.37 eV at room temperature, and the exciton binding energy is 60 meV, which is relatively large compared to other semiconductors. In addition, the raw materials are inexpensive and have little influence on the environment and the human body. For this reason, realization of a light-emitting element excellent in environmental performance with high efficiency and low power consumption using ZnO is expected.

ZnO系半導体のn型導電性は、不純物をドープしなくても得ることができる。ドナー不純物、たとえばGa等をドープすることで、n型導電性を高めることができる。ZnO系酸化物半導体は、強いイオン性に起因する自己補償効果のために、通常の熱拡散手法など熱平衡的不純物ドープ手法による結晶成長法では、p型の導電型制御が困難である。 そこで、現在、実用的な性能を有するp型のZnO系酸化物半導体を得るため、分子線エピタキシー(MBE)、レーザー分子線エピタキシー、有機金属化学気相堆積(MOCVD)、リモートプラズマMOCVD、スパッタリング等、様々な非熱平衡的成長手法により、p型ZnO系半導体層の開発が進められている。   The n-type conductivity of the ZnO-based semiconductor can be obtained without doping impurities. By doping with a donor impurity such as Ga, n-type conductivity can be increased. Since the ZnO-based oxide semiconductor has a self-compensation effect due to strong ionicity, it is difficult to control the p-type conductivity by a crystal growth method using a thermal equilibrium impurity doping method such as a normal thermal diffusion method. Therefore, in order to obtain a p-type ZnO-based oxide semiconductor having practical performance, molecular beam epitaxy (MBE), laser molecular beam epitaxy, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), remote plasma MOCVD, sputtering, etc. Development of p-type ZnO-based semiconductor layers has been promoted by various non-thermal equilibrium growth methods.

現在までに、アクセプタ不純物として、N、P、As、Sb等のVA族元素、Li、Na、K等のIA族元素や、Cu、Ag、Au等のIB族元素が研究されている。まだキャリア濃度が低く、再現性や安定性等も含め、十分な品質が得られていない。2種類の不純物の共ドープ等の技術が考察されている。Cu、Ag等のアクセプタをGa等のドナーと共ドープしてp型層を得る技術(たとえば、特許文献1参照)、窒素とIB族元素を共ドープしてp型層を得る技術(たとえば、特許文献2参照)等が提案されている。また、MgZnO層とZnO層の積層構造を有する超格子層の少なくとも一方に、N、Cu等のアクセプタをドーピングする技術(たとえば、特許文献3参照)等が提案されている。   To date, group VA elements such as N, P, As, and Sb, group IA elements such as Li, Na, and K, and group IB elements such as Cu, Ag, and Au have been studied as acceptor impurities. The carrier concentration is still low, and sufficient quality including reproducibility and stability has not been obtained. Techniques such as co-doping of two types of impurities have been considered. A technique for obtaining a p-type layer by co-doping an acceptor such as Cu or Ag with a donor such as Ga (see, for example, Patent Document 1), or a technique for obtaining a p-type layer by co-doping nitrogen and a group IB element (for example, Patent Document 2) has been proposed. In addition, a technique of doping an acceptor such as N or Cu into at least one of superlattice layers having a stacked structure of MgZnO layers and ZnO layers (for example, see Patent Document 3) has been proposed.

特開2004−221132号公報JP 2004-221132 A 特開2009−256142号公報JP 2009-256142 A 特開2009−21540号公報JP 2009-21540 A

本発明の目的は、Agがドープされた低抵抗のp型ZnO系半導体結晶層を提供することである。   An object of the present invention is to provide a low-resistance p-type ZnO-based semiconductor crystal layer doped with Ag.

本発明の一観点によれば、陽元素の原子比で2%以上3%未満のAgがドープされたAgドープp型ZnO系半導体結晶層が提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided an Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystal layer doped with 2% or more and less than 3% of Ag in terms of a positive element.

また、本発明の他の観点によれば、Agがドープされたp型ZnO系半導体結晶層であって、Agの相互原子間距離が、6.169Åより大きく、10.045Å以下であるAgドープp型ZnO系半導体結晶層が提供される。   According to another aspect of the present invention, a Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystal layer, wherein an Ag interatomic distance is greater than 6.169Å and 10.045Å or less. A p-type ZnO-based semiconductor crystal layer is provided.

本発明によれば、Agがドープされた低抵抗のp型ZnO系半導体結晶層を提供することができる。   According to the present invention, a low-resistance p-type ZnO-based semiconductor crystal layer doped with Ag can be provided.

図1は、MBE装置の例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an MBE apparatus. 図2は、軌道準位と、M−O間の混成極性エネルギーΔ、混成共有エネルギーVとの関係を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between the orbital level, the hybrid polarity energy Δ between MO, and the hybrid shared energy V. 図3Aは、遷移金属のうち、AgまたはCuをZnO中にドーピングしたときのバンド図であり、図3Bは、AgまたはCuがZnO中にドーピングされた場合について、混成極性エネルギーΔ、AgまたはCuと、Oとの原子間距離d、及び1/dの値を比較した表である。FIG. 3A is a band diagram when Ag or Cu is doped into ZnO among the transition metals, and FIG. 3B is a hybrid polar energy Δ, Ag or Cu when Ag or Cu is doped into ZnO. 3 is a table comparing the interatomic distance d with O and the value of 1 / d 2 . 図4は、M−O anti−bonding orbital バンド幅の違いによる電子間の空間的距離を示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a spatial distance between electrons due to a difference in M-O anti-bonding orbital bandwidth. 図5は、本発明者らによる理論計算結果を示す表である。FIG. 5 is a table showing theoretical calculation results by the present inventors. 図6は、ドーピング濃度に対する M−O anti−bonding orbital バンドの幅及びEの変化を示す概念図である。Figure 6 is a conceptual diagram showing changes in the width and E F of M-O anti-bonding orbital bands for doping concentration. 図7は、Ag濃度を1at%としたときのAgドープZnO半導体結晶のモデルを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a model of an Ag-doped ZnO semiconductor crystal when the Ag concentration is 1 at%. 図8は、Ag濃度を2at%としたときのAgドープZnO半導体結晶のモデルを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a model of an Ag-doped ZnO semiconductor crystal when the Ag concentration is 2 at%. 図9は、Ag濃度を3at%としたときのAgドープZnO半導体結晶のモデルを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a model of an Ag-doped ZnO semiconductor crystal when the Ag concentration is 3 at%. 図10は、実施例によるAgドープp型ZnO系半導体結晶層の製造方法を説明するための概略的な断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing an Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystal layer according to an example. 図11は、ZnO系半導体発光素子の概略的な断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a ZnO based semiconductor light emitting device.

まず、ZnO系半導体層等の成長に用いられる結晶製造装置について説明する。実施例では、結晶製造方法として、分子線エピタキシー(MBE)法を用いる。   First, a crystal manufacturing apparatus used for growing a ZnO-based semiconductor layer or the like will be described. In the embodiment, a molecular beam epitaxy (MBE) method is used as a crystal manufacturing method.

図1は、MBE装置の例を示す概略断面図である。真空チャンバー101内に、Znソースガン102、Oソースガン103、Mgソースガン104、Agソースガン105、及び他の固体ソースガン106が備えられている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an MBE apparatus. In the vacuum chamber 101, a Zn source gun 102, an O source gun 103, an Mg source gun 104, an Ag source gun 105, and another solid source gun 106 are provided.

Znソースガン102、Mgソースガン104、Agソースガン105、及び他の固体ソースガン106は、それぞれ、Zn(7N)、Mg(6N)、Ag(6N)、及び他の固体の固体ソースを収容するクヌーセンセルを含み、セルを加熱することにより、Znビーム、Mgビーム、Agビーム、及び他の分子ビーム(たとえば、Gaビーム)を出射できる。Oソースガン103は、ラジオ周波数(たとえば13.56MHz)を用いる無電極放電管を含み、Oガス(6N)をプラズマ化して、Oラジカルビームを出射する。放電管材料として、アルミナ、高純度石英、窒化ボロン等を使用することができる。 Zn source gun 102, Mg source gun 104, Ag source gun 105, and other solid source gun 106 contain Zn (7N), Mg (6N), Ag (6N), and other solid solid sources, respectively. A Zn beam, an Mg beam, an Ag beam, and other molecular beams (for example, a Ga beam) can be emitted by heating the cell. The O source gun 103 includes an electrodeless discharge tube using a radio frequency (for example, 13.56 MHz), converts O 2 gas (6N) into plasma, and emits an O radical beam. As the discharge tube material, alumina, high-purity quartz, boron nitride or the like can be used.

真空チャンバー101内に、基板ヒーターを含むステージ107が配置され、成長基板108を保持する。各ソースガン102〜106は、それぞれセルシャッターを備え、セルシャッターの開閉により、成長基板108上にビームを照射する状態と照射しない状態とを切り替える。成長基板108上に、所望のタイミングで所望のビームを供給することにより、所望の組成のZnO系化合物半導体層を成長させることができる。   A stage 107 including a substrate heater is disposed in the vacuum chamber 101 and holds the growth substrate 108. Each of the source guns 102 to 106 includes a cell shutter, and switches between a state of irradiating a beam on the growth substrate 108 and a state of not irradiating the growth substrate 108 by opening and closing the cell shutter. A ZnO-based compound semiconductor layer having a desired composition can be grown on the growth substrate 108 by supplying a desired beam at a desired timing.

ZnOにMgを添加し、MgZn1−xO混晶とすることにより、Mg組成xに応じてバンドギャップを広げることができる。ZnOはウルツ鉱構造(六方晶)、MgOは岩塩構造(立方晶)であるため、Mg組成xは制限される。ウルツ鉱構造を保つ場合、MgZn1−xO(0≦x≦0.6)とする。 By adding Mg to ZnO to form a Mg x Zn 1-x O mixed crystal, the band gap can be expanded according to the Mg composition x. Since ZnO has a wurtzite structure (hexagonal crystal) and MgO has a rock salt structure (cubic crystal), the Mg composition x is limited. When maintaining the wurtzite structure, Mg x Zn 1-x O (0 ≦ x ≦ 0.6) is set.

真空チャンバー101内に、水晶振動子を用いた膜厚計109が備えられている。膜厚計109で測定される付着速度から、固体ソースからのZnビーム等のフラックス強度(たとえばFZnと表す)が求められる。 A film thickness meter 109 using a crystal resonator is provided in the vacuum chamber 101. From deposition rate measured by a film thickness meter 109, flux strength, such as Zn beam from a solid source (e.g. expressed as F Zn) is obtained.

真空チャンバー101に、反射高速電子回折(RHEED)用のガン110、及び、RHEED像を映すスクリーン111が取り付けられている。RHEED像から、基板108上に形成された結晶層の表面平坦性や成長モードを評価できる。   A gun 110 for reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and a screen 111 for projecting a RHEED image are attached to the vacuum chamber 101. From the RHEED image, the surface flatness and growth mode of the crystal layer formed on the substrate 108 can be evaluated.

結晶が2次元成長し、表面が平坦なエピタキシャル成長(単結晶成長)である場合、RHEED像は、ストリークパターンを示す。結晶が3次元成長し、表面が平坦でないエピタキシャル成長(単結晶成長)の場合は、RHEED像はスポットパターンを示す。多結晶成長の場合は、RHEED像はリングパターンとなる。従ってRHEED像により、成長層が単結晶か多結晶か、単結晶の場合、表面が平坦か平坦でないかを知ることができる。   When the crystal is grown two-dimensionally and the surface is epitaxially grown (single crystal growth), the RHEED image shows a streak pattern. In the case of epitaxial growth (single crystal growth) where the crystal grows three-dimensionally and the surface is not flat, the RHEED image shows a spot pattern. In the case of polycrystalline growth, the RHEED image is a ring pattern. Therefore, from the RHEED image, it is possible to know whether the surface is flat or not flat when the growth layer is single crystal or polycrystal.

次に、VI/IIフラックス比について説明する。Znビームのフラックス強度をJZnと表し、Mgビームのフラックス強度をJMgと表し、Oラジカルビームのフラックス強度をJと表す。II族材料であるZnあるいはMgのビームは、原子または複数個の原子を含むクラスターのZnあるいはMgを含み、原子及びクラスターのいずれも結晶成長に有効である。ガス材料であるOのビームは、原子ラジカルや中性分子を含むが、ここでは、結晶成長に有効な原子ラジカルのフラックス強度を考える。 Next, the VI / II flux ratio will be described. The flux intensity of Zn beam expressed as J Zn, the flux intensity of the Mg beam expressed as J Mg, representing the flux intensity of O radical beam and J O. The beam of Zn or Mg, which is a group II material, contains Zn or Mg of atoms or clusters containing a plurality of atoms, and both atoms and clusters are effective for crystal growth. The O beam, which is a gas material, contains atomic radicals and neutral molecules. Here, the flux intensity of atomic radicals effective for crystal growth is considered.

結晶へのZnの付着しやすさを示す付着係数をkZnとし、Mgの付着しやすさを示す付着係数をkMgとし、Oの付着しやすさを示す付着係数をkとする。Znの付着係数kZnとフラックス強度JZnとの積kZnZn、Mgの付着係数kMgとフラックス強度JMgとの積kMgMg、及び、Oの付着係数kとフラックス強度Jとの積kは、それぞれ、基板の単位面積に単位時間当たりに付着するZn原子、Mg原子、及びO原子の個数に対応する。 The adhesion coefficient indicating the ease of adhesion of Zn to the crystal is denoted by k Zn , the adhesion coefficient indicating the ease of adhesion of Mg is denoted by k Mg, and the adhesion coefficient indicating the ease of adhesion of O is denoted by k 2 O. Zn adhesion coefficient k Zn and flux strength J Zn product k Zn J Zn , Mg adhesion coefficient k Mg and flux strength J Mg product k Mg J Mg , and O adhesion coefficient k O and flux strength J product k O J O of O, respectively, Zn atoms adhering per unit time per unit area of the substrate, corresponding to the Mg atom, and the number of O atoms.

ZnZnとkMgMgの和に対するkの比であるk/(kZnZn+kMgMg)を、VI/IIフラックス比と定義する。VI/IIフラックス比が1より小さい場合をII族リッチ条件(Mgを含まない場合は単にZnリッチ条件)と呼び、VI/IIフラックス比が1に等しい場合をストイキオメトリ条件と呼び、VI/IIフラックス比が1より大きい場合をVI族リッチ条件(あるいはOリッチ条件)と呼ぶ。なお、+c面(Zn面)での結晶成長においては、基板表面温度850℃以下であれば、付着係数kZn、kMg、及びkを1とみなすことができ、VI/IIフラックス比をJ/(JZn+JMg)と表せる。 k Zn J Zn and k Mg to the sum of J Mg is the ratio of k O J O k O J O / a (k Zn J Zn + k Mg J Mg), defined as VI / II flux ratio. A case where the VI / II flux ratio is smaller than 1 is referred to as a group II rich condition (or a Zn rich condition when Mg is not included), and a case where the VI / II flux ratio is equal to 1 is referred to as a stoichiometric condition. A case where the II flux ratio is larger than 1 is called a VI group rich condition (or an O rich condition). In the crystal growth on the + c plane (Zn plane), if the substrate surface temperature is 850 ° C. or lower, the adhesion coefficients k Zn , k Mg , and k 2 O can be regarded as 1, and the VI / II flux ratio is It can be expressed as J O / (J Zn + J Mg ).

VI/IIフラックス比は、具体的にはたとえば以下のような手順で算出することができる。ZnOの成長を例とする。Znフラックスは、水晶振動子を用いた膜厚モニタによる、室温でのZnの蒸着速度FZn(nm/s)として測定される。Znフラックスの単位は、FZn(nm/s)からJZn(atoms/cms)に換算される。Oラジカルフラックスは、以下のように求められる。Oラジカルビーム照射条件一定(たとえば、O流量2.0sccm/RFパワー300W)の下で、Znフラックスを変化させてZnOを成長し、ZnOの成長速度のZnフラックス依存性を実験的に求める。その結果を、ZnO成長速度GZnOの近似式:GZnO=[(kZnZn−1+(k−1−1を用いてフィッティングすることにより、その条件でのOラジカルフラックスJが算出される。このようにして得られたZnフラックスJZn及びOラジカルフラックスJから、VI/IIフラックス比を算出することができる。 Specifically, the VI / II flux ratio can be calculated by the following procedure, for example. Take ZnO growth as an example. The Zn flux is measured as a Zn deposition rate F Zn (nm / s) at room temperature by a film thickness monitor using a crystal resonator. The unit of Zn flux is converted from F Zn (nm / s) to J Zn (atoms / cm 2 s). O radical flux is calculated | required as follows. Under constant O radical beam irradiation conditions (for example, O 2 flow rate 2.0 sccm / RF power 300 W), Zn flux is changed to grow ZnO, and the Zn flux dependence of the ZnO growth rate is experimentally determined. By fitting the result using an approximate expression of ZnO growth rate G ZnO : G ZnO = [(k Zn J Zn ) -1 + (k O J O ) -1 ] -1 , radical flux J O is calculated. Thus from Zn flux J Zn and O radical flux J O obtained, it is possible to calculate the VI / II flux ratio.

本発明者らは、単一のアクセプタ不純物としてAgを用い、低抵抗のp型導電性を得る方法について研究した。   The present inventors have studied a method for obtaining low-resistance p-type conductivity by using Ag as a single acceptor impurity.

一般に2つの原子が化学結合を形成した場合、2つの原子の最外殻電子は、化学結合のみに寄与する電子と化学結合には寄与しない電子とに分かれる。それぞれの電子状態(空間分布とそれに応じたエネルギー分布の双方)は、結合(bonding)状態、反結合(anti−bonding)状態と呼ばれる。   In general, when two atoms form a chemical bond, the outermost electrons of the two atoms are divided into an electron that contributes only to the chemical bond and an electron that does not contribute to the chemical bond. Each electronic state (both spatial distribution and corresponding energy distribution) is called a bonding state and an anti-bonding state.

遷移金属Mをドーピングして、低抵抗のp型ZnO系半導体薄膜を得るためには、遷移金属Mと酸素Oとの化学結合に由来する M−O anti−bonding orbital energy (反結合軌道準位)を下げる、すなわち価電子帯最上部からの軌道準位(活性化エネルギー)を下げることが必要である。なお、遷移金属Mには、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)が含まれる。   In order to obtain a low-resistance p-type ZnO-based semiconductor thin film by doping the transition metal M, M-O anti-bonding orbital energy (anti-bonding orbital level) derived from the chemical bond between the transition metal M and oxygen O ), That is, the orbital level (activation energy) from the top of the valence band must be lowered. The transition metal M includes copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au).

図2に、軌道準位(同図中、Oにおいては、O hybrid orbitals (以下、O混成エネルギー準位と称する。)、Mにおいては、M orbitals(以下、Md準位のエネルギーと称する。))と、M−O間の混成極性エネルギーΔ、混成共有エネルギーVとの関係を概念的に示す。   FIG. 2 shows orbital levels (O hybrid orbitals in O (hereinafter referred to as O hybrid energy levels) in M and M orbitals in M (hereinafter referred to as Md level energies). ) And the hybrid polarity energy Δ and the hybrid shared energy V between M and O are conceptually shown.

図2からわかるように、軌道準位を下げるためには、M−O間の混成極性エネルギーΔ、混成共有エネルギーVの下記(1)、(2)の制御が必要である。
(1)混成極性エネルギーΔ(O混成エネルギー準位とMd準位のエネルギー差)を下げる。
(2)混成共有エネルギーV(MとOの原子間距離の2乗に反比例する値)を下げる。
As can be seen from FIG. 2, in order to lower the orbital level, the following control (1) and (2) of the hybrid polarity energy Δ between MO and the hybrid shared energy V is required.
(1) Lower the hybrid polarity energy Δ (the energy difference between the O hybrid energy level and the Md level).
(2) Decrease the hybrid shared energy V (a value inversely proportional to the square of the interatomic distance between M and O).

図3Aは、遷移金属のうち、AgまたはCuをZnO中にドーピングしたときのバンド図であり、図3Bは、AgまたはCuがZnO中にドーピングされた場合について、混成極性エネルギーΔ、AgまたはCuと、Oとの原子間距離d、及び1/dの値を比較した表である。 FIG. 3A is a band diagram when Ag or Cu is doped into ZnO among the transition metals, and FIG. 3B is a hybrid polar energy Δ, Ag or Cu when Ag or Cu is doped into ZnO. 3 is a table comparing the interatomic distance d with O and the value of 1 / d 2 .

Ag及びCuは、ZnO中でZn位置でZn置換する。Agの場合、混成極性エネルギーΔは0.665eV、Oとの原子間距離dは2.20Åである。1/dは0.207Å−2となる。Cuの場合、混成極性エネルギーΔは1.13eV、Oとの原子間距離dは1.98Åである。1/dは0.255Å−2となる。 Ag and Cu substitute Zn at the Zn position in ZnO. In the case of Ag, the hybrid polar energy Δ is 0.665 eV, and the interatomic distance d with O is 2.20 Å. 1 / d 2 is 0.207Å− 2 . In the case of Cu, the hybrid polar energy Δ is 1.13 eV, and the inter-atomic distance d with O is 1.98 Å. 1 / d 2 is 0.255Å− 2 .

Agは、同族(IB族)の遷移金属であるCuと比較して、
(1)混成極性エネルギーΔ(O混成軌道準位とMd軌道準位のエネルギー差)が小さい、
(2)混成共有エネルギーV(MとOの原子間距離の2乗に反比例する値)が小さい、
という特徴を有することがわかる。
Ag is compared with Cu, which is a transition metal of the same group (Group IB),
(1) Hybrid polarity energy Δ (energy difference between O hybrid orbital level and Md orbital level) is small,
(2) The hybrid shared energy V (value inversely proportional to the square of the interatomic distance between M and O) is small.
It can be seen that it has the characteristics.

実際に、たとえば一般的な半導体のドーピング濃度の範囲(一例として1at%)で計算を行うと、活性化エネルギーは、Agの場合、386meV、Cuの場合、700meVとなる。このように、Agは、たとえばCuに比べ、ZnO系半導体の低抵抗p型化に優位なドーパントであるということができる。   Actually, for example, when calculation is performed within a general semiconductor doping concentration range (for example, 1 at%), the activation energy is 386 meV for Ag and 700 meV for Cu. Thus, it can be said that Ag is a dopant which is superior to, for example, reducing the resistance p-type of ZnO-based semiconductors compared to Cu.

一方、活性化エネルギーが小さい場合であっても、M−O anti−bonding orbital バンドの幅が小さいと、価電子帯からの活性化された励起電子と、励起された電子が入る軌道の占有電子との空間的距離が短くなる。   On the other hand, even if the activation energy is small, if the width of the M-O anti-bonding orbital band is small, the excited excited electrons from the valence band and the occupied electrons of the orbit where the excited electrons enter Spatial distance between and is shortened.

図4に、M−O anti−bonding orbital バンド幅の違いによる電子間の空間的距離を概念的に示した。   FIG. 4 conceptually shows the spatial distance between electrons due to the difference in the M-O anti-bonding orbital bandwidth.

バンド幅が狭い場合、M−O anti−bonding orbital バンド内での電子同士のクーロン反発力が強くなることから、価電子帯からの励起電子の占有可能性が抑制されてしまう。その結果、価電子帯最上部でホール(正孔)が生成されにくくなり、低抵抗p型化が困難となる。   When the band width is narrow, the Coulomb repulsive force between electrons in the M-O anti-bonding orbital band becomes strong, so that the possibility of occupying the excited electrons from the valence band is suppressed. As a result, holes (holes) are hardly generated at the top of the valence band, and it is difficult to reduce the resistance to p-type.

本発明者らは、たとえば M−O anti−bonding orbital バンドの幅が、Agの場合、ドーピング濃度によって変化することを理論計算により見出した。   The present inventors have found by theoretical calculation that, for example, the width of the M-O anti-bonding orbital band changes depending on the doping concentration in the case of Ag.

図5は、本発明者らによる理論計算結果を示す表である。表は、Ag−O anti−bonding orbital バンドの幅、及び、Ag−O anti−bonding orbital energy(活性化エネルギー)のAgドーピング濃度依存性を示す。   FIG. 5 is a table showing theoretical calculation results by the present inventors. The table shows the Ag-O anti-bonding orbital band width and the Ag doping concentration dependence of Ag-O anti-bonding orbital energy (activation energy).

バンド幅については、1at%以下のAg濃度範囲においては58meV、2at%のAg濃度においては98meV、3at%のAg濃度においては245meVと計算された。   The band width was calculated to be 58 meV for an Ag concentration range of 1 at% or less, 98 meV for an Ag concentration of 2 at%, and 245 meV for an Ag concentration of 3 at%.

また、活性化エネルギーについては、1at%以下のAg濃度範囲においては386meV、2at%のAg濃度においては348meV、3at%のAg濃度においては456meVと計算された。ドーピング濃度の増加に伴って、基本的に活性化エネルギーも増加することが確認される。活性化エネルギーの増加は、価電子帯からの電子の励起を困難にする、すなわちホール(正孔)キャリアの生成を困難にする。したがって、ZnO系半導体の低抵抗p型化の阻害因子となる。   The activation energy was calculated to be 386 meV at an Ag concentration range of 1 at% or less, 348 meV at an Ag concentration of 2 at%, and 456 meV at an Ag concentration of 3 at%. It is confirmed that the activation energy basically increases as the doping concentration increases. An increase in activation energy makes it difficult to excite electrons from the valence band, that is, it makes it difficult to generate hole carriers. Therefore, it becomes an inhibitor of the low resistance p-type ZnO-based semiconductor.

図6は、ドーピング濃度に対する M−O anti−bonding orbital バンドの幅及びEの変化を示す概念図である。 Figure 6 is a conceptual diagram showing changes in the width and E F of M-O anti-bonding orbital bands for doping concentration.

たとえばAgである遷移金属Mのドーピング濃度が増大すると、AgとAgとの間の相互作用が大きくなり(強結合状態)、Eは、バンド幅増大を伴いながら上昇する。 For example, the doping concentration of the transition metal M is Ag is increased, the interaction between the Ag and Ag is increased (strongly coupled state), E F rises accompanied by bandwidth increase.

図5、及び、図7〜図9を参照し、本発明者らによる考察を説明する。   The considerations by the present inventors will be described with reference to FIGS. 5 and 7 to 9.

静的誘電率を8.49とし、正孔の有効質量を0.45〜0.59としたときの、正孔に対するボーア半径(Bohr radius(hole))は、
7.64Å<Bohr radius(hole)<10.017Å
と見積もられる。
When the static dielectric constant is 8.49 and the effective mass of holes is 0.45 to 0.59, the Bohr radius (Bohr radius (hole)) for holes is
7.64Å <Bohr radius (hole) <10.17Å
It is estimated.

たとえばZnO系半導体結晶中にドープされたAgの相互原子間距離(Ag−Ag原子間距離)がボーア半径(7.64Å〜10.017Åの範囲に含まれる値)よりも短い場合は、AgとAgとの間の相互作用が大きくなり(強結合状態)、M−O 反結合軌道準位(活性化エネルギー)、つまりアクセプタの励起準位が増加してしまい、p型キャリアを得ることが困難になる。   For example, when the interatomic distance (Ag-Ag interatomic distance) of Ag doped in the ZnO-based semiconductor crystal is shorter than the Bohr radius (a value included in the range of 7.64 to 10.17 cm), Ag and The interaction with Ag increases (strongly coupled state), and the MO antibonding orbital level (activation energy), that is, the acceptor excitation level increases, making it difficult to obtain p-type carriers. become.

図7に、Ag濃度を1at%としたときのAgドープZnO半導体結晶のモデルを示す。   FIG. 7 shows a model of an Ag-doped ZnO semiconductor crystal when the Ag concentration is 1 at%.

一般的な半導体のドーピング範囲(1×1017cm−3〜5×1020cm−3程度)に対応するAg濃度1at%以下の範囲においては、ボーア半径に対し、Ag−Ag原子間距離が大きく、AgとAgとの間の相互作用が微小であるため、アクセプタの励起準位の増加もほぼない。図5に示した計算結果によると、活性化エネルギーは386meVである。 In the range where the Ag concentration is 1 at% or less corresponding to a general semiconductor doping range (about 1 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 20 cm −3 ), the distance between Ag and Ag atoms is less than the Bohr radius. Since the interaction between Ag and Ag is very small, there is almost no increase in the excitation level of the acceptor. According to the calculation result shown in FIG. 5, the activation energy is 386 meV.

しかし1at%以下のAg濃度範囲では、Ag−O anti−bonding orbital バンドの幅(励起準位の幅)は58meVと狭く、価電子帯からの電子励起による該軌道での占有は困難である(占有可能性が抑制される)。すなわち、たとえばAg濃度が1at%以下の範囲では、低抵抗p型のZnO系半導体薄膜の作製は困難であることが示唆される。   However, in the Ag concentration range of 1 at% or less, the width of the Ag-O anti-bonding orbital band (excitation level width) is as narrow as 58 meV, and it is difficult to occupy the orbit by electron excitation from the valence band ( Occupancy is suppressed). That is, for example, when the Ag concentration is 1 at% or less, it is suggested that it is difficult to produce a low-resistance p-type ZnO-based semiconductor thin film.

図8に、Ag濃度を2at%としたときのAgドープZnO半導体結晶のモデルを示す。   FIG. 8 shows a model of an Ag-doped ZnO semiconductor crystal when the Ag concentration is 2 at%.

Ag濃度が2at%の場合、ZnO半導体結晶中にドープされたAgの相互原子間距離は、たとえば10.045Åである。なお、Agは、ZnO中で、Zn位置でZn置換し、かつそのZnO結晶内空間分布が一様となるように配置した。   When the Ag concentration is 2 at%, the interatomic distance of Ag doped in the ZnO semiconductor crystal is, for example, 10.045Å. Note that Ag was substituted in ZnO at the Zn position in ZnO and arranged so that the spatial distribution in the ZnO crystal was uniform.

Ag濃度1at%以下の場合と異なり、Ag−Ag間の原子間距離がホール(正孔)のボーア半径(10.017Å未満の値)に近づく。このため、相互作用が生じはじめ、アクセプタ励起準位のバンド幅が増大する。図5に示した計算結果によると、Ag−O anti−bonding orbital バンドの幅は、98meVである。このため、2at%のAg濃度においては、価電子帯からの電子励起による該軌道での占有の困難性は排除されると考えられる。   Unlike the case where the Ag concentration is 1 at% or less, the interatomic distance between Ag and Ag approaches the Bohr radius (value less than 10.17 cm) of holes. For this reason, interaction begins to occur, and the bandwidth of the acceptor excitation level increases. According to the calculation result shown in FIG. 5, the width of the Ag-O anti-bonding orbital band is 98 meV. For this reason, it is considered that the difficulty of occupying the orbit due to electron excitation from the valence band is eliminated at an Ag concentration of 2 at%.

一方、図5に示した結果によると、活性化エネルギーは348meVである。2at%のAg濃度におけるAg−Ag間の原子間距離は、活性化エネルギーを増加させる相互作用が効いてこない程度の距離であることがわかる。   On the other hand, according to the result shown in FIG. 5, the activation energy is 348 meV. It can be seen that the interatomic distance between Ag and Ag at an Ag concentration of 2 at% is such a distance that the interaction for increasing the activation energy does not work.

したがって、ZnO系半導体の低抵抗p型化のために、Agドーピング濃度を2at%以上とすればよいということがいえる。   Therefore, it can be said that the Ag doping concentration should be 2 at% or more in order to reduce the resistance p-type of the ZnO-based semiconductor.

図9に、Ag濃度を3at%としたときのAgドープZnO半導体結晶のモデルを示す。   FIG. 9 shows a model of an Ag-doped ZnO semiconductor crystal when the Ag concentration is 3 at%.

Ag濃度が3at%の場合、ZnO半導体結晶中にドープされたAgの相互原子間距離は、たとえば7.915Å(Ag1−Ag2間の原子間距離)、8.539Å(Ag2−Ag3間の原子間距離)、6.169Å(Ag1−Ag3間の原子間距離)である。なお、Ag1〜Ag3は、同一(0001)面内でのZn置換とならず、かつ3つのAg−Ag間の原子間距離の中、可能な限り2つは、ホール(正孔)のボーア半径よりも大きくなるように配置した。   When the Ag concentration is 3 at%, the interatomic distance of Ag doped in the ZnO semiconductor crystal is, for example, 7.915 Å (interatomic distance between Ag1 and Ag2), 8.539 Å (interatomic distance between Ag2 and Ag3) Distance), 6.169Å (interatomic distance between Ag1 and Ag3). Note that Ag1 to Ag3 are not Zn-substituted in the same (0001) plane, and two of the three interatomic distances between Ag and Ag are, as much as possible, the Bohr radius of the hole (hole). It arrange | positioned so that it might become larger.

Ag濃度3at%のときでは、Ag−Ag間の原子間距離はホール(正孔)のボーア半径(7.64Åより大きい値)よりも短くなる(たとえばAg1−Ag3間の距離=6.169Å)。このため、Ag−Ag間の相互作用が大きくなり、アクセプタ励起準位の増大を引き起こし、ZnO系半導体の低抵抗p型化が困難になる。図5に示した計算結果によると、活性化エネルギーは456meVである。ZnO系半導体の低抵抗p型化のためには、Agドーピング濃度を3at%未満とする必要があるということがいえる。   When the Ag concentration is 3 at%, the interatomic distance between Ag and Ag is shorter than the Bohr radius (a value larger than 7.64 mm) (for example, the distance between Ag1 and Ag3 = 6.169 mm). . For this reason, the interaction between Ag and Ag is increased, the acceptor excitation level is increased, and it is difficult to reduce the resistance of the ZnO-based semiconductor to p-type. According to the calculation result shown in FIG. 5, the activation energy is 456 meV. It can be said that the Ag doping concentration needs to be less than 3 at% in order to reduce the resistance p-type of the ZnO-based semiconductor.

図5に示す計算結果、及び、図7〜図9を参照して説明した考察から、ZnO系半導体にドープするAgの濃度を2at%以上、3at%未満の値とすることで、ZnO系半導体の低抵抗p型化を行うことが可能になるという結論を導くことができる。   From the calculation results shown in FIG. 5 and the discussion described with reference to FIGS. 7 to 9, the ZnO-based semiconductor is obtained by setting the concentration of Ag doped in the ZnO-based semiconductor to a value of 2 at% or more and less than 3 at%. It is possible to draw a conclusion that it becomes possible to reduce the p-type resistance.

このとき、Agがドープされたp型ZnO系半導体結晶中におけるAgの相互間距離は、6.169Åより大きく、10.045Å以下である。   At this time, the mutual distance of Ag in the p-type ZnO-based semiconductor crystal doped with Ag is larger than 6.169Å and not more than 10.045Å.

図10を参照して、実施例によるAgドープp型ZnO系半導体結晶層の製造方法を説明する。   With reference to FIG. 10, the manufacturing method of the Ag dope p-type ZnO type | system | group semiconductor crystal layer by an Example is demonstrated.

Zn面ZnO(0001)基板11に900℃で30分サーマルクリーニングを施した後、基板温度を250℃まで下げる。その後、成長温度250℃で、Znの蒸着速度FZnを0.15nm/sとし、Oラジカルビーム照射条件をRFパワー300W、O流量2.0sccm(OフラックスJ=8.1×1014atoms/cms)として、厚さ30nmのZnOバッファー層12を成長させる。成長時間は5分間である。そして、バッファー層12の結晶性及び表面平坦性の改善のため、950℃で30分間のアニールを行う。 After performing thermal cleaning on the Zn-faced ZnO (0001) substrate 11 at 900 ° C. for 30 minutes, the substrate temperature is lowered to 250 ° C. Thereafter, the growth temperature is 250 ° C., the Zn deposition rate F Zn is 0.15 nm / s, the O radical beam irradiation conditions are RF power 300 W, O 2 flow rate 2.0 sccm (O flux J O = 8.1 × 10 14). atoms / cm 2 s), a 30 nm thick ZnO buffer layer 12 is grown. The growth time is 5 minutes. Then, in order to improve the crystallinity and surface flatness of the buffer layer 12, annealing is performed at 950 ° C. for 30 minutes.

ZnOバッファー層12上に、成長温度950℃で、Zn蒸着速度FZnを0.15nm/sとし、Oラジカルビーム照射条件をRFパワー300W、O流量2.0sccmとして、厚さ100nmのアンドープZnO層13を成長させる。成長時間は15分間である。 On the ZnO buffer layer 12, a growth temperature of 950 ° C., a Zn deposition rate F Zn of 0.15 nm / s, an O radical beam irradiation condition of RF power 300 W, an O 2 flow rate of 2.0 sccm, and a 100 nm thick undoped ZnO Layer 13 is grown. The growth time is 15 minutes.

アンドープZnO層13上に、AgドープZnO層を成長する。成長温度250℃、Zn蒸着速度FZnを0.15nm/s、Oラジカルビーム照射条件をRFパワー300W、O流量2.0sccm、Agのセル温度TAgを900℃として、厚さ130nmのAgドープZnO層を成長させる。これは、ZnO層にドープするAgの濃度を2at%以上、3at%未満の範囲とする成長条件の一例である。成長時間は15分間である。そしてAgドープZnO層に、不純物(Ag)活性化のためのアニール処理を施す。アニールは、酸素雰囲気中、550℃で10分間実施する。こうして、アンドープZnO層13上に、Agドープp型ZnO結晶層14が形成される。 An Ag-doped ZnO layer is grown on the undoped ZnO layer 13. A growth temperature of 250 ° C., a Zn deposition rate F of Zn of 0.15 nm / s, an O radical beam irradiation condition of RF power of 300 W, an O 2 flow rate of 2.0 sccm, an Ag cell temperature T Ag of 900 ° C., and a thickness of 130 nm of Ag. A doped ZnO layer is grown. This is an example of a growth condition in which the concentration of Ag doped in the ZnO layer is in the range of 2 at% or more and less than 3 at%. The growth time is 15 minutes. Then, annealing treatment for activating impurities (Ag) is performed on the Ag-doped ZnO layer. Annealing is performed at 550 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere. Thus, the Ag-doped p-type ZnO crystal layer 14 is formed on the undoped ZnO layer 13.

Agドープp型ZnO結晶層14は、Ag濃度が2at%以上、3at%未満の低抵抗ZnO系半導体単結晶層である。Agドープp型ZnO結晶層14におけるAgの相互間距離は、6.169Åより大きく、10.045Å以下である。   The Ag-doped p-type ZnO crystal layer 14 is a low-resistance ZnO-based semiconductor single crystal layer having an Ag concentration of 2 at% or more and less than 3 at%. The inter-Ag distance in the Ag-doped p-type ZnO crystal layer 14 is greater than 6.169 and less than or equal to 10.045.

低抵抗p型ZnO系半導体単結晶層を実現できるため、高品質の発光ダイオード等の半導体素子が製造可能となる。   Since a low-resistance p-type ZnO-based semiconductor single crystal layer can be realized, a high-quality semiconductor element such as a light-emitting diode can be manufactured.

図11は、ZnO系半導体発光素子の概略的な断面図である。Zn面ZnO基板1上に、成長温度250℃で、Zn蒸着速度FZnを0.15nm/s(ZnフラックスJZn=9.9×1014atoms/cms)とし、Oラジカルビーム照射条件をRFパワー300W、O流量2.0sccm(OフラックスJ=8.1×1014atoms/cms)として、厚さ30nmのZnOバッファー層2を成長させる。バッファー層の結晶性及び表面平坦性の改善のため、950℃で30分間のアニールを行う。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a ZnO based semiconductor light emitting device. On the Zn surface ZnO substrate 1, the growth temperature is 250 ° C., the Zn deposition rate F Zn is 0.15 nm / s (Zn flux J Zn = 9.9 × 10 14 atoms / cm 2 s), and the O radical beam irradiation conditions The ZnO buffer layer 2 having a thickness of 30 nm is grown with an RF power of 300 W and an O 2 flow rate of 2.0 sccm (O flux J O = 8.1 × 10 14 atoms / cm 2 s). In order to improve the crystallinity and surface flatness of the buffer layer, annealing is performed at 950 ° C. for 30 minutes.

ZnOバッファー層2上に、成長温度900℃で、Zn、O及びGaを同時に供給して、厚さ150nmのn型ZnO層3を成長する。Zn蒸着速度FZnは0.15nm/sとし、Oラジカルビーム照射条件はRFパワー250W、O流量1.0sccm(OフラックスJ=4.0×1014atoms/cms)とし、Gaのセル温度TGaは460℃とする。n型ZnO層3のGa濃度は、1.5×1018cm−3である。 On the ZnO buffer layer 2, Zn, O and Ga are simultaneously supplied at a growth temperature of 900 ° C. to grow an n-type ZnO layer 3 having a thickness of 150 nm. Zn deposition rate F Zn is 0.15 nm / s, O radical beam irradiation conditions are RF power 250 W, O 2 flow rate 1.0 sccm (O flux J O = 4.0 × 10 14 atoms / cm 2 s), Ga The cell temperature TGa is 460 ° C. The Ga concentration of the n-type ZnO layer 3 is 1.5 × 10 18 cm −3 .

n型ZnO層3上に、成長温度900℃で、Zn蒸着速度FZnを0.03nm/s(ZnフラックスJZn=2.0×1014atoms/cms)とし、Oラジカルビーム照射条件をRFパワー300W、O流量2.0sccmとして、厚さ15nmのアンドープZnO活性層4を成長する。 On the n-type ZnO layer 3, the growth temperature is 900 ° C., the Zn deposition rate F Zn is 0.03 nm / s (Zn flux J Zn = 2.0 × 10 14 atoms / cm 2 s), and O radical beam irradiation conditions. The RF power is 300 W, the O 2 flow rate is 2.0 sccm, and an undoped ZnO active layer 4 having a thickness of 15 nm is grown.

基板温度を250℃まで下げ、アンドープZnO活性層4上に、p型層として、AgドープZnO層5を形成する。Zn蒸着速度FZnを0.15nm/s、Oラジカルビーム照射条件をRFパワー300W、O流量2.0sccm、Agのセル温度TAgを900℃として、厚さ130nmのAgドープZnO層を成長させ(成長時間は15分間)、不純物(Ag)活性化のために、酸素雰囲気中、550℃で10分間のアニールを実施する。 The substrate temperature is lowered to 250 ° C., and an Ag-doped ZnO layer 5 is formed on the undoped ZnO active layer 4 as a p-type layer. Zn deposition rate F Zn is 0.15 nm / s, O radical beam irradiation conditions are RF power 300 W, O 2 flow rate 2.0 sccm, Ag cell temperature T Ag is 900 ° C., and a 130 nm thick Ag-doped ZnO layer is grown. (Growth time is 15 minutes), and annealing is performed at 550 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere to activate impurities (Ag).

ZnO基板1の裏面にn側電極6nを形成し、Agドープp型ZnO層5上にp側電極6pを形成し、p側電極6p上にボンディング電極7を形成する。n側電極6nは、厚さ10nmのTi層上に厚さ500nmのAu層を積層して形成する。p側電極6pは、大きさ300μm□で厚さ1nmのNi層上に、厚さ10nmのAu層を積層して形成し、ボンディング電極7は、大きさ100μm□で厚さ500nmのAu層で形成する。このようにして、ZnO系半導体発光素子を作製する。   An n-side electrode 6n is formed on the back surface of the ZnO substrate 1, a p-side electrode 6p is formed on the Ag-doped p-type ZnO layer 5, and a bonding electrode 7 is formed on the p-side electrode 6p. The n-side electrode 6n is formed by laminating a 500 nm thick Au layer on a 10 nm thick Ti layer. The p-side electrode 6p is formed by laminating an Au layer having a thickness of 10 nm on a Ni layer having a size of 300 μm □ and a thickness of 1 nm, and the bonding electrode 7 is an Au layer having a size of 100 μm □ and a thickness of 500 nm. Form. In this manner, a ZnO-based semiconductor light emitting element is manufactured.

なお、活性層を多重量子井戸構造としてもよい。   Note that the active layer may have a multiple quantum well structure.

ZnOにAgをドープする場合を説明したが、ZnOとMgZn1−xO(0≦x≦0.6)はほぼ同様の結晶成長が可能である。従って、AgドープMgZn1−xO(0≦x≦0.6)の成長にも適用可能であろう。 Although the case where ZnO is doped with Ag has been described, ZnO and Mg x Zn 1-x O (0 ≦ x ≦ 0.6) can perform substantially the same crystal growth. Therefore, it may be applicable to the growth of Ag-doped Mg x Zn 1-x O (0 ≦ x ≦ 0.6).

また、酸素源として、酸素ガスのプラズマから発生するOラジカルを用いたが、酸素ガスに限らず、オゾンやHO、アルコール等の極性酸化剤等酸化力の強い他のガスを用いることも可能であると考えられる。 In addition, the O radical generated from the plasma of oxygen gas is used as the oxygen source. However, not only oxygen gas but also other gases having strong oxidizing power such as polar oxidants such as ozone, H 2 O, and alcohol may be used. It is considered possible.

以上実施例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。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

1 ZnO基板
2 ZnOバッファー層
3 n型ZnO層
4 ZnO活性層
5 Agドープp型ZnO層
6n n側電極
6p p側電極
7 ボンディング電極
11 ZnO基板
12 ZnOバッファー層
13 アンドープZnO層
14 Agドープp型ZnO結晶層
101 真空チャンバー
102 Znソースガン
103 Oソースガン
104 Mgソースガン
105 Agソースガン
106 固体ソースガン
107 ステージ
108 成長基板
109 膜厚計
110 RHEED用ガン
111 スクリーン
1 ZnO substrate 2 ZnO buffer layer 3 n-type ZnO layer 4 ZnO active layer 5 Ag-doped p-type ZnO layer 6 n n-side electrode 6 p p-side electrode 7 bonding electrode 11 ZnO substrate 12 ZnO buffer layer 13 undoped ZnO layer 14 Ag-doped p-type ZnO crystal layer 101 Vacuum chamber 102 Zn source gun 103 O source gun 104 Mg source gun 105 Ag source gun 106 Solid source gun 107 Stage 108 Growth substrate 109 Thickness gauge 110 RHEED gun 111 Screen

Claims (2)

陽元素の原子比で2%以上3%未満のAgがドープされたAgドープp型ZnO系半導体結晶層。   An Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystal layer doped with 2% or more and less than 3% of Ag in terms of the positive element. Agがドープされたp型ZnO系半導体結晶層であって、Agの相互原子間距離が、6.169Åより大きく、10.045Å以下であるAgドープp型ZnO系半導体結晶層。
An Ag-doped p-type ZnO-based semiconductor crystal layer doped with Ag, wherein an Ag interatomic distance is greater than 6.169Å and 10.045Å or less.
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