JP5096844B2 - ＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法に関する。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、室温で約３．３ｅＶのバンドギャップを有する直接遷移型の半導体で、励起子の束縛エネルギが６０ｍｅＶと他の半導体に比べて比較的大きく、高効率な発光素子の材料として期待されている。

例えばＺｎＯ系化合物半導体発光素子を作製する際、発光素子の機能向上のために、薄膜のエピタキシャル成長を原子レベルで制御することが非常に重要である。近年の薄膜成長の有力な研究手法の一つに、サーファクタント媒介エピタキシ（ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｅｐｉｔａｘｙ）がある。この方法は、サーファクタントと呼ばれる表面活性剤（原子あるいは分子）を用いて、薄膜の成長様式を人工的に変化させる手法であり、エピタキシャル成長制御の有用な手段になっている。例えば特許文献１に、ＺｎＯ系化合物半導体層の成長時に、水素をサーファクタントとして用いる技術が開示されている。

特許文献２は、ＺｎＯ基板のＺｎ極性面上にアンドープのＺｎＯ層を形成する際の、２次元成長する温度範囲を開示する。図１１（Ａ）に、基板温度と成長速度との関係を示す（特許文献２の図１（Ａ））。図１１（Ｂ）〜図１１（Ｄ）は、それぞれ、基板温度８００℃、８５０℃、１０００℃で成長したＺｎＯ層のＲＨＥＥＤ像（図１１（Ａ）中のプロット１Ｂ、１Ｃ、１Ｄに対応するＺｎＯ層のＲＨＥＥＤ像）を示す（特許文献２の図１（Ｂ）〜図１（Ｄ））。基板温度８５０℃以上ではＲＨＥＥＤ像がストリークパタンを示し、２次元成長が起こることがわかる（図１１（Ｃ）、図１１（Ｄ））。一方、基板温度８５０℃未満ではＲＨＥＥＤ像がスポットパタンを示し、３次元成長が起こる（図１１（Ａ））。

さらに、ＺｎとＯのフラックス比と成長モードとの関係について、以下のような知見が得られている。ここで、Ｚｎのフラックス強度をＪ_Ｚｎとし、Ｏラジカルのフラックス強度をＪ_Ｏとする、また、ＺｎＯ結晶のＯ終端面へのＺｎの付着のしやすさを示す係数（Ｚｎの付着係数）をＫ_Ｚｎとし、Ｚｎ終端面へのＯの付着のしやすさを示す係数（Ｏの付着係数）をＫ_Ｏとする。

このとき、Ｚｎの付着係数Ｋ_Ｚｎとフラックス強度Ｊ_Ｚｎとの積であるＫ_Ｚｎ・Ｊ_Ｚｎは、基板の単位面積に単位時間当たりに付着するＺｎ原子の個数に対応する。また、Ｏの付着係数Ｋ_Ｏとフラックス強度Ｊ_Ｏとの積であるＫ_Ｏ・Ｊ_Ｏは、基板の単位面積に単位時間当たりに付着するＯ原子の個数に対応する。積Ｋ_Ｚｎ・Ｊ_Ｚｎに対する積Ｋ_Ｏ・Ｊ_Ｏの比であるＫ_Ｏ・Ｊ_Ｏ／Ｋ_Ｚｎ・Ｊ_Ｚｎを、フラックス比と定義する。フラックス比が１より大きい場合をＯリッチ条件と呼び、フラックス比が１未満である場合をＺｎリッチ条件と呼ぶ。

非特許文献１は、様々なフラックス比でＺｎＯの成膜を行い、極端にＯリッチな条件（フラックス比≧５．６）で成膜されたＺｎＯ層のＲＨＥＥＤ像がストリークパタンとなったことを報告し、極端なＯリッチ条件でなければ、ＺｎＯ層が３次元成長しやすいことを示唆している。

特開２００４−２２１３５２号公報 特開２００７−１２８９３６号公報 H.Kato, M.Sano, K.Miyamoto, T.Yao；Journal of Crystal Growth 265 (2004);p.375-381

例えば、ＺｎＯ系化合物半導体発光素子は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層等の積層された多層の構造を有する。下側の層の界面の平坦性を向上させることが、上側の層の良好なエピタキシャル成長のために望ましい。ＺｎＯ系化合物半導体層の平坦性を向上させる技術が望まれる。

本発明の一目的は、平坦性向上が図られたＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）基板を準備する工程と、（ｂ）前記基板の上方に、少なくともソースガスとしてＺｎ、Ｏ、及び表面平坦化機能を有するサーファクタントとしてＳを同時に供給して基板温度を７００℃以上としてＺｎＯ系化合物半導体層を形成し、形成されたＺｎＯ系化合物半導体層に、Ｓは０．１ａｔｏｍ％未満しか含まれず、形成されたＺｎＯ系化合物半導体層のバンドギャップは、Ｓが供給されない場合と同等である工程とを有するＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法が提供される。

ＺｎＯ系化合物半導体層の形成時にサーファクタントしてＳを照射することにより、ＺｎＯ系化合物半導体層の平坦性を向上させることができる。

まず、図１を参照し、ＺｎＯ系化合物半導体層を成長させるための成膜装置の例について説明する。成膜方法として、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）が用いられる。超高真空容器１内に、基板ヒータを含むステージ８が配置され、ステージ８が基板９を保持する。なお、超高真空とは、圧力が１×１０^−７Ｔｏｒｒ以下の真空を示す。

基板９として、例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、ＺｎＯ基板、ＺｎＭｇＯ基板等が用いられる。なお、結晶性の良いＺｎＯ系化合物半導体層を得るためには、格子不整合の小さい基板ほど良いので、ＺｎＯ基板を用いることが最も好ましい。

また、超高真空容器１内に、Ｚｎソースガン２、Ｏソースガン３、ＺｎＳソースガン４、Ｍｇソースガン５、Ｎソースガン６、及び、Ｇａソースガン７が備えられている。Ｚｎソースガン２、ＺｎＳソースガン４、Ｍｇソースガン５、及びＧａソースガン７は、それぞれ、Ｚｎ、ＺｎＳ、Ｍｇ、及びＧａの固体ソースを収容するクヌーセンセルを含み、それぞれ、Ｚｎビーム、ＺｎＳビーム、Ｍｇビーム、及びＧａビームを出射する。

Ｏソースガン３及びＮソースガン６は、それぞれ、ラジオ周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）を用いる無電極放電管を含む。Ｏソースガン３及びＮソースガン６は、それぞれ、無電極放電官内で酸素ガス及び窒素ガスをラジカル化して、Ｏラジカルビーム及びＮラジカルビームを出射する。基板９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。

なお、硫黄源はＺｎＳに限らない。例えばＳを用いることもできる。なお、Ｍｇソースガン５、Ｎソースガン６、Ｇａソースガン７は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の作製時等、必要に応じて備えられる。

超高真空容器１にはまた、反射高速電子回折（ＲＨＥＥＤ）用のガン１０、及び、ＲＨＥＥＤの回折像を映すスクリーン１１が取り付けられている。ＲＨＥＥＤの回折像から、基板９上に形成された結晶層の表面の平坦性を評価できる。結晶が２次元成長し表面が平坦である場合は、ＲＨＥＥＤの回折像がストリークパタンを示し、結晶が３次元成長し表面が平坦でない場合は、ＲＨＥＥＤの回折像がスポットパタンを示す。

次に、比較例によるＺｎＯ層の成長方法について説明する。基板として、ｃ面ＺｎＯ基板を用い、Ｚｎ極性面（＋ｃ面）上にＺｎＯ層を成長させる。まず、ＺｎＯ基板にサーマルアニールを施し、基板表面を洗浄した。サーマルアニールは、１×１０^−９Ｔｏｒｒの高真空下において、９００℃で３０分行った。

続いて、基板温度を３５０℃とし、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームをＺｎＯ基板上に照射して、ＺｎＯバッファ層を作製した。Ｚｎビームの照射は、固体ソースとして純度７ＮのＺｎを用い、フラックス量を９．８６Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。Ｏラジカルビームの照射は、純度６Ｎの純酸素ガスを３ｓｃｃｍで導入し、ラジオ周波数（ＲＦ）パワー３００Ｗでプラズマ化して行った。続いて、バッファ層の結晶性を向上させるため、基板温度を８００℃に上げて、２０分アニールを行った。

続いて、基板温度を７００℃に下げ、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビームをバッファ層上に照射して、ＺｎＯ層を作製した。Ｚｎビームの照射は、固体ソースとして純度７ＮのＺｎを用い、フラックス量を６．５８Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。Ｏラジカルビームの照射は、純度６Ｎの純酸素ガスを２ｓｃｃｍで導入し、ＲＦパワー３００Ｗでプラズマ化して行った。

比較例の方法で作製したＺｎＯ層の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示し、ＲＨＥＥＤ像を図１０に示す。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）はそれぞれ、１５μｍ×１５μｍの範囲及び１μｍ×１μｍの範囲のＡＦＭ像である。図１０は、［１１−２０］方向から電子線を入射したＲＨＥＥＤ像である。

ＡＦＭ像には、六角形の窪みがあちこちに見られ、平坦性が悪いことがわかる。表面粗さを示すＲｍｓ値は、１５μｍ×１５μｍの範囲について７１．５８ｎｍ、１μｍ×１μｍの範囲について３０．９８ｎｍであり、非常に大きい。また、ＲＨＥＥＤ像はスポットパタンを示し、ＲＨＥＥＤ像からも平坦性が悪いことがわかる。

次に、Ｓも供給しながらＺｎＯ層を作製する第１〜第４の実施例によるＺｎＯ系化合物半導体層の成長方法について説明する。第１〜第４の実施例でも比較例と同様に、基板としてｃ面ＺｎＯ基板を用い、Ｚｎ極性面上に、ＺｎＯ系化合物半導体層を成長させる。

また、比較例と同様の条件で、まずＺｎＯ基板にサーマルアニールを施して基板表面を洗浄し、続いてＺｎビーム及びＯラジカルビームをＺｎＯ基板上に照射してＺｎＯバッファ層を作製し、さらにバッファ層の結晶性を向上させるためのアニールまでを行う。

まず、第１の実施例のＺｎＯ層の作製方法について説明する。バッファ層のアニールの後、基板温度を７００℃に下げ、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム及びＺｎＳビームをバッファ層上に同時供給して、ＺｎＯ層を作製した。

Ｚｎビームの照射は、固体ソースとして純度７ＮのＺｎを用い、フラックス量を６．５８Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。Ｏラジカルビームの照射は、純度６Ｎの純酸素ガスを２ｓｃｃｍで導入し、ＲＦパワー３００Ｗでプラズマ化して行った。

ＺｎＳビームの照射は、固体ソースとして純度５ＮのＺｎＳを用い、フラックス量を２．５１Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。ただし、ここでＺｎＳのフラックス量は、室温下における成長位置での水晶振動子を用いた膜厚モニターによる測定結果である。第１の実施例で、Ｚｎフラックスに対するＺｎＳフラックスの比であるＺｎＳフラックス／Ｚｎフラックスは、０．３８となる。

図２及び図３に、第１の実施例の方法で作製したＺｎＯ層のＡＦＭ像及びＲＨＥＥＤ像を示す。図２は１μｍ×１μｍの範囲のＡＦＭ像であり、図３は［１１−２０］方向から電子線を入射したＲＨＥＥＤ像である。

ＡＦＭ像には、驚くべきことに、ステップアンドテラス構造が見られ、平坦性は非常に良い。また、表面粗さを示すＲｍｓ値は、１μｍ×１μｍの範囲のＡＦＭ測定に対して０．１９６ｎｍであり非常に小さい（なお、１５μｍ×１５μｍの範囲のＡＦＭ測定についてＲｍｓ値は２．８５３ｎｍである）。ＲＨＥＥＤ像にはストリークパタンが見られ、結晶が２次元的に成長していることがわかる。

次に第２〜第４の実施例によるＺｎＯ層の作製方法について説明する。第２〜第４の実施例の成膜方法は、ＺｎＯ層形成時のＺｎＳフラックス量を、第１の実施例と異ならせたものである。

第２の実施例は、ＺｎＳフラックス量を６．５８Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。ＺｎＳフラックス／Ｚｎフラックスは０．１０となる。１μｍ×１μｍの範囲及び１５μｍ×１５μｍの範囲のＡＦＭ測定による表面粗さを示すＲｍｓ値は、それぞれ２３．３１ｎｍ、２９．０３ｎｍであり、ＲＨＥＥＤパタンは３次元成長を示すスポットパタンであった。

第３の実施例は、ＺｎＳフラックス量を１．３４Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。ＺｎＳフラックス／Ｚｎフラックスは０．２０となる。１μｍ×１μｍの範囲及び１５μｍ×１５μｍの範囲のＡＦＭ測定による表面粗さを示すＲｍｓ値は、それぞれ０．２０３ｎｍ、５．８１３ｎｍであり、ＲＨＥＥＤパタンは２次元成長を示すストリークパタンであった。

第４の実施例は、ＺｎＳフラックス量を４．２８Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。ＺｎＳフラックス／Ｚｎフラックスは０．６５となる。１μｍ×１μｍの範囲及び１５μｍ×１５μｍの範囲のＡＦＭ測定による表面粗さを示すＲｍｓ値は、それぞれ０．２８２ｎｍ、０．３７３ｎｍであり、ＲＨＥＥＤパタンは２次元成長を示すストリークパタンであった。

図４に、第１〜第４の実施例及び比較例の結果をまとめて、ＺｎＳビームフラックス量に対するＲｍｓ値の依存性のグラフを示す。第１〜第４の実施例のようにＳ照射を行うことにより、Ｓ照射を行わない比較例に比べてＲｍｓ値が減少すること、すなわちＺｎＯ層の平坦性が向上することがわかる。

さらに、ＺｎＳビームフラックス量が１．３４Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）以上（ＺｎＳフラックス／Ｚｎフラックスが０．２０以上、第１、第３、第４の実施例）で、ＺｎＯ結晶の成長モードを２次元にすることができる。

なお、第１〜第４の実施例では、Ｏの付着係数Ｋ_Ｏとフラックス強度Ｊ_Ｏとの積Ｋ_ＯＪ_Ｏ＝８．７５Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）であり、Ｚｎに対するＯのフラックス比Ｋ_ＯＪ_Ｏ／Ｋ_ＺｎＪ_Ｚｎ＝０．７５であり、Ｚｎリッチな条件での成長が行われている。

以上のように、従来方法での２次元成長の下限である８５０℃よりも低い成長温度で、かつＺｎリッチな条件での成長であっても、Ｓを供給しながらＺｎＯ結晶を成長させると、Ｓを供給しない場合に比べて平坦性が向上することがわかった。すなわち、ＳがＺｎＯ結晶成長において平坦性を向上させるサーファクタントとして働くことがわかった。さらに、十分に多いフラックス量でＳを供給しながら成長させることにより、ＺｎＯ結晶を２次元成長させられることがわかった。

次に、第４の実施例の方法で作製したＺｎＯ層に対する吸収測定と、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＥＰＭＡ）測定による元素分析について説明する。

図５は、吸収係数のフォトンエネルギに対する依存性を示すグラフである。横軸がｅＶ単位で表したフォトンエネルギを示し、縦軸が吸収係数を示す。グラフＡ１が第４の実施例の結果を示し、合わせてグラフＢ１として比較例（ＺｎＳの照射なし）の結果を示す。

第４の実施例と比較例とで、吸収係数の立ち上がり部分からピークの部分までが、ほぼ重なっている。つまり、両者の吸収端がほぼ一致し、バンドギャップが同等であることがわかる。

第４の実施例のＺｎＯ層は、４．２８Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）のフラックス量でＺｎＳビームを照射しながら成長させたものであるが、そのバンドギャップは、比較例のＺｎＯ層のバンドギャップ３．３ｅＶとほぼ等しい。すなわち、第４の実施例のＺｎＯ成長方法は、ＺｎＯのバンドギャップをそのままに保ちながら、結晶成長のモードのみを変化させていることがわかる。なお、ＺｎＯのバンドギャップ（３．３ｅＶ）との差が０．１ｅＶ以内であることを、バンドギャップが同等と呼ぶこととする。

図６は、ＥＰＭＡ測定による元素分析結果を示すグラフである。第４の実施例のＺｎＯ層からは、ＥＰＭＡ測定の検出下限の０．１ａｔｏｍ％オーダーのＳは検出されなかった。上記実施例の成長方法は、ＺｎＳ照射を行いながらＺｎＯ層を成長させるものであるが、作製されたＺｎＯ結晶中にはＳがほとんど含まれず、アンドープのＺｎＯとして良好な結晶を成長させることが可能であろう。

このように、Ｓをサーファクタントとして用いたＺｎＯ層成長方法は、Ｓによる組成変化がほとんど無い状態で、ＺｎＯ層の平坦性を向上させることが可能である。なお、例えば、Ｇａをドープしたｎ型のＺｎＯ層や、Ｎをドープしたｐ型のＺｎＯ層等も、母結晶はＺｎＯであるので、Ｓをサーファクタントとして用いた成長方法は、平坦性向上に有効であろう。

次に、第５の実施例のＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ層（０＜ｘ≦１）の作製方法について説明する。上記第１〜第４の実施例及び比較例と同様にして、ｃ面ＺｎＯ基板にサーマルアニールを施して基板表面を洗浄し、続いてＺｎビーム及びＯラジカルビームをＺｎＯ基板の＋ｃ面上に照射してＺｎＯバッファ層を作製し、さらにバッファ層の結晶性を向上させるためのアニールまでを行う。

第５の実施例では、バッファ層のアニールの後、基板温度を７００℃に下げ、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、ＺｎＳビーム、及びＭｇビームをバッファ層上に照射して、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ層を作製した。

Ｚｎビームの照射は、固体ソースとして純度７ＮのＺｎを用い、フラックス量を７．８９Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。Ｏラジカルビームの照射は、純度６Ｎの純酸素ガスを３ｓｃｃｍで導入し、ＲＦパワー３００Ｗでプラズマ化して行った。

ＺｎＳビームの照射は、固体ソースとして純度５ＮのＺｎＳを用い、フラックス量を２．５１Ｅ＋１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。Ｍｇビームの照射は、固体ソースとして純度７ＮのＭｇを用い、フラックス量を６．１８Ｅ＋１３ａｔｏｍｓ／（ｃｍ^２ｓ）として行った。ＺｎＳフラックス／Ｚｎフラックスは０．３２となる。

図７に、第５の実施例の方法で作製したＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ層の［１１−２０］方向から電子線を入射したＲＨＥＥＤ像を示す。ＲＨＥＥＤ像はストリークパタンを示し、２次元成長が起こったことがわかる。第５の実施例のＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ層のＭｇ濃度は、ＥＰＭＡ測定によるとｘ＝０．２８であった。このように、Ｍｇ等を導入した場合でも、Ｓを同時供給することにより、ＺｎＯ系化合物半導体層の平坦性を向上させることができる。なお、第５の実施例で作製したＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ層からもＳは検出されない。

なお、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯは、Ｍｇ濃度ｘが０．５を超えると、岩塩構造のＭｇＯと、ウルツ鉱構造のＺｎＭｇＯとが相分離を起こしてしまう懸念があるため、ｘ≦０．５の範囲で作製するのが好ましい。

以上説明したような、ＺｎＯ系化合物半導体層の成長時に、サーファクタントとしてＳを同時供給して平坦性を向上させる技術は、多層の半導体層を積層させた構造を有するＬＥＤ等の半導体装置の作製に有用である。

図８は、ＬＥＤに用いられる半導体ウエハの構造を示す概略断面図である。基板２１の上にバッファ層２２が形成され、バッファ層２２の上に、ｎ型半導体層２３が形成され、ｎ型半導体層２３の上に、発光層２４が形成され、発光層２４の上に、ｐ型半導体層２５が形成されている。なお、発光層２４は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造であってもよいし、ダブルへテロ構造であってもよい。ｎ型半導体層２３、ｐ型半導体層２５は、それぞれ、バリア層を含むような多層の構造であってもよい。Ｓをサーファクタントとして用いることにより下側の層の界面の平坦性が向上すれば、上側の層のエピタキシャル成長が良好になるであろう。

なお、上記実施例では成膜方法としてＭＢＥを用いたが、他の成膜方法を用いる場合でも、Ｓは平坦性を高めるサーファクタントとして有効に働くであろう。他の成膜方法としては、例えば、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、パルスレーザ堆積等が考えられる。その他、アトミックレイヤーエピタキシも可能であろう。アトミックレイヤーエピタキシで成膜する場合は、Ｚｎビームと一緒にＳを供給するか、もしくは、Ｏビームを照射した後でＺｎビームを照射する前にＳを供給することになろう。

なお、Ｓをサーファクタントとして平坦性を向上させたＺｎＯ系化合物半導体層は、種々の製品に利用することができる。例えば、短波長（紫外線〜青色）のＬＥＤやレーザダイオード（ＬＤ）及びその応用製品（例えば、各種インジケータや、ディスプレイなど）に利用できる。また、白色ＬＥＤやその応用製品（例えば、照明器具、各種インジケータ、ディスプレイ、各種表示器のバックライト等）に利用できる。さらに、例えば、ＺｎＯ系電極（例えば透明導電膜）、ＺｎＯ系トランジスタ、ＺｎＯ系センサ（例えば湿度センサなど）、及びこれらの応用製品に利用できる。

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。例えば、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。

図１は、ＺｎＯ系化合物半導体層を成長させるための成膜装置の例を示す概略図である。 図２は、第１の実施例によるＺｎＯ層のＡＦＭ像である。 図３は、第１の実施例によるＺｎＯ層のＲＨＥＥＤ像である。 図４は、第１〜第４の実施例及び比較例の、ＺｎＳビームフラックス量に対するＲｍｓ値の依存性のグラフである。 図５は、第４の実施例及び比較例のＺｎＯ層の、吸収係数のフォトンエネルギに対する依存性を示すグラフである。 図６は、第４の実施例のＺｎＯ層のＥＰＭＡ測定による元素分析結果を示すグラフである。 図７は、第５の実施例によるＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ層のＲＨＥＥＤ像である。 図８は、ＺｎＯ系化合物半導体発光素子に用いられる半導体ウエハの構造例を示す概略断面図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、比較例によるＺｎＯ層のＡＦＭ像である。 図１０は、比較例によるＺｎＯ層のＲＨＥＥＤ像である。 図１１（Ａ）は、Ｚｎ極性面に成長させたＺｎＯ層及びＯ極性面に成長させたＺｎＯ層の成長温度と成長速度との関係を示すグラフであり、図１１（Ｂ）〜図１１（Ｄ）は、それぞれ図１１（Ａ）中のプロット１Ｂ〜１Ｄの条件で成膜されたＺｎＯ層のＲＨＥＥＤ像である。

符号の説明

１ 超高真空容器
２ Ｚｎソースガン
３ Ｏソースガン
４ ＺｎＳソースガン
５ Ｍｇソースガン
６ Ｎソースガン
７ Ｇａソースガン
８ 基板ヒータ
９ 基板
１０ （ＲＨＥＥＤ用の）ガン
１１ （ＲＨＥＥＤ用の）スクリーン
２１ 基板
２２ バッファ層
２３ ｎ型半導体層
２４ 発光層
２５ ｐ型半導体層

Claims (6)

1. （ａ）基板を準備する工程と、
   （ｂ）前記基板の上方に、少なくともソースガスとしてＺｎ、Ｏ、及び表面平坦化機能を有するサーファクタントとしてＳを同時に供給して基板温度を７００℃以上としてＺｎＯ系化合物半導体層を形成し、形成されたＺｎＯ系化合物半導体層に、Ｓは０．１ａｔｏｍ％未満しか含まれず、形成されたＺｎＯ系化合物半導体層のバンドギャップは、Ｓが供給されない場合と同等である工程と
   を有するＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）は、分子線エピタキシで行われ、Ｓ源としてＺｎＳを用い、Ｚｎフラックスに対するＺｎＳフラックスの比がＺｎＳフラックス／Ｚｎフラックス≧０．２０を満たす請求項１に記載のＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法。
3. 前記工程（ｂ）は、基板温度８５０℃未満でＺｎＯ系化合物半導体層を成長させる請求項１または２に記載のＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法。
4. 前記工程（ｂ）は、Ｚｎリッチな条件でＺｎＯ系化合物半導体層を成長させる請求項１〜３のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法。
5. 前記工程（ｂ）で、Ｚｎ、Ｏ、ＳとともにＭｇも供給して、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ層（０＜ｘ≦１）を形成する請求項１〜４のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法。
6. 前記工程（ｂ）で、Ｍｇ濃度ｘはｘ≦０．５である請求項５に記載のＺｎＯ系化合物半導体層の製造方法。