WO2004074556A2 - β‐Ｇａ2Ｏ3系単結晶成長方法、薄膜単結晶の成長方法、Ｇａ2Ｏ3系発光素子およびその製造方法 - Google Patents
β‐Ｇａ2Ｏ3系単結晶成長方法、薄膜単結晶の成長方法、Ｇａ2Ｏ3系発光素子およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
明 細 睿
j3— Ga203系単結晶成長方法、 薄膜単結晶の成長方法、 Ga203系発光素子および その製造方法 本出願は、 日本国特許出願第 2003—46552 、 第 2003— 66020号 および第 2003— 137916号に基づいており、 この各日本国出願の全内容は、 本出願において参照され導入される。 技術分野
本発明は、 /3— Ga2〇3系単結晶成長方法、 薄膜単結晶の成長方法、 Ga203系発 光素子およびその製造方法に関し、 特に、 クラッキングや双晶化傾向を減少させ、 結 晶性を向上させた /3— Ga203系単結晶成長方法、 高品質の薄膜単結晶を形成するこ とができる薄膜単結晶の成長方法および紫外領域で発光する Ga2〇3系発光素子およ びその製造方法に関する。 背景技術
紫外領域での発光素子は、 水銀フリーの蛍光灯の実現、 クリーンな環境を提供する 光触媒、 より高密度記録を実現する新世代 DVD等で特に大きな期待がもたれている。 このような背景から、 G a N系青色発光素子が実現されてきた。
この G a N系青色発光素子として、 特許第 2778405号公報には、 サファイア 基板と、 サファイア基板上に形成されたバッファ層と、 バッファ層上に形成された n 型窒化ガリウム系化合物半導体層と n型クラッド層と、 n型活性層と、 p型クラッド 層と、 p型コンタクト層とを備えるものが記載されている。 この従来の GaN系青色 発光素子は、 発光波長 370 nmの紫外光を発光する。
しかし、 従来の GaN系青色発光素子では、 バンドギャップの関係で紫外領域のさ らに短波長の光を発光する発光素子を得るのが困難である。
そこで、 —0&203ぉょび211〇は、 紫外領域のさらに短波長の光を発光する可 能性があるとして発光素子に使用することが検討されている。 例えば、 CZ法 （Cz o c h r a 1 s k i法） や F Z (F l o a t i n g Z on e T e c h n i q u
e) 法により /3— Ga2〇3バルク系単結晶の基板を作成することが検討されている。 一方、 特開 20 02- 6 8 8 8 9号は、 従来の基板上に Z n〇の薄膜を P L D (P a l s e d L a s e r D e p o s i t i o n) 法により成長させることを開示する。 第 2 7図は、 従来の — Ga2〇3バルク系単結晶により形成した基板 1 Ί 0を示す。 このような基板 1 7 0の材料を製造するための従来の単結晶成長方法として、 C Z法 や F Z法が知られている （例えば M. S a u r a t , A. Re v c o l e v s c h i , 「Re v. I n t. Ha u t e s Temp e r. e t Re f r a c t . 」 1 9 7 1 年 8号 p. 2 9 1参照。 ） 。
CZ法は、 以下のようにして行われる。 先ず、 原料としての純度 4Nの Ga2〇3粉 末を充填した I rるつぼを石英管で覆い、 アルゴンガスに酸素ガス 1 v o l . %を混 合した混合ガスを石英管に流しながら高周波発振器により I rるつぼを加熱し、 Ga 203粉末を溶解し、 Ga2〇3の多結晶溶解物を生成する。 ついで、 別途準備した） 3— Ga203種結晶を、 溶解した Ga203に接触し、 lmmZh、 結晶回転数 1 5 r pm の速度で iS— Ga203種結晶を引上げ、 —Ga203単結晶の作製を行う。 この方法 によれば、 大きな直径の 0— Ga2〇3単結晶を成長させることができるという利点が ある。
また、 FZ法は、 上側の原料、 例えば、 /3— Ga203多結晶の融液を下側の /3—G a2〇3種結晶で支えながら結晶を成長させる方法である。 この方法によれば、 容器を 使用しないので、 容器からの汚染が防げること、 容器による使用雰囲気の制限が無い こと、 容器と反応しやすい材料の育成ができること等の利点がある。
また、 PLD法は、 非常に低圧の酸素雰囲気中で、 目的の薄膜の組成材料、 例えば Z n〇夕一ゲットにレーザをパルス的に照射し、 夕ーゲットを構成する成分をプラズ マや分子状態として基板上まで飛ばして基板上に Zn〇の薄膜を成長させるものであ る。 これにより、 簡単な装置で容易に薄膜を作製することができる。
しかし、 従来の CZ法では、 Ga203融液からの融液成分の激しい蒸発や著しい不 安定成長のために、 結晶成長を制御することが困難であった。
また、 FZ法では、 1 cm2程度の単結晶が条件によっては得られるが、 溶融帯か らの激しい蒸発、 急峻な温度勾配のために、 双晶化、 クラッキングが生じ、 基板に必 要とされる大型化、 高品質化は困難であった。 さらに、 方位の定まっていない）8—
G a 2〇3単結晶で基板 1 7 0を作製する場合、 クラッキング 1 7 1が生じるために、 劈開面 （1 0 0 ) 以外の方位で切断することが非常に困難であった。
また、 従来の P L D法による薄膜成長方法では、 目的の薄膜の組成材料からなる夕 —ゲットから Z n〇がクラス夕として遊離し、 それがそのままの状態で基板上に堆積 することがあつたため、 Z n O分子が基板上に凹凸となって存在し、 表面平坦性の悪 い薄膜が形成されるおそれがあった。 また、 ターゲットがレーザの照射によって劣化 あるいは変質を起こすことがあるために、 薄膜単結晶の成長を阻害する要因となって いた。
従って、 本発明の目的は、 結晶成長の制御が容易で、 大型化、 高品質化の基板等に 加工しても割れを生じにくい i3— G a 203系単結晶成長方法を提供することにある。 また、 本発明の目的は、 高品質の薄膜単結晶を形成することができる薄膜単結晶の 成長方法を提供することにある。
さらに、 本発明の目的は、 紫外領域のさらに短波長の光を発光する G a 2〇3系発光 素子およびその製造方法を提供することにある。 発明の開示
本発明は、 /3— G a 203系種結晶を準備し、 ]3— G a 203系種結晶から所定の方位 に）3— G a 2〇3系単結晶を成長させることを特徴とする 3— G a 2〇3系単結晶成長方 法を提供する。
この構成によれば、 クラッキング、 双晶化傾向が減少し、 結晶性が高くなり、 加工 性が良くなる。
本発明は、 基板を準備し、 所定の雰囲気中で純金属あるいは合金からなる金属夕一 ゲットに励起ビームを照射し、 これにより放出された原子、 分子、 イオン等の化学種 と前記所定の雰囲気の原子とを結合させて前記基板上に薄膜を成長させることを特徴 とする薄膜単結晶の成長方法を提供する。
この構成によれば、 励起ビームを金属ターゲットに照射すると、 金属ターゲットを 構成している金属原子が励起され、 熱的 '光化学的作用により、 金属ターゲットから 金属原子、 分子、 イオン等の化学種が遊離し、 その遊離した化学種が雰囲気中のラジ カルと結合し、 それが基板上に成長して基板上に薄膜が形成される。
本発明は、 Ga2〇3系単結晶からなる n型導電性を示す第 1の層と、 前記第 1の層 上に接して形成された G a 2〇3系単結晶からなる p型導電性を示す第 2の層とを備え ることを特徴とする Ga203系発光素子を提供する。
この構成によれば、 n型導電性を示す第 1の層上に p型導電性を示す第 2の層を形 成することにより、 PN接合の発光素子を形成することができるため、 Ga203系単 結晶が有するバンドギヤップにより紫外領域の発光が可能となる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1の実施の形態に係る赤外線加熱単結晶製造装置の概略構成 を示す図である。
第 2図は、 本発明の第 1の実施の形態に係る 3— Ga203の種結晶の正面図である。 第 3図 （a) 〜 （d) は、 本発明の第 1の実施の形態に係る ^一 Ga203単結晶の 成長過程を示す図である。
第 4図は、 本発明の第 1の実施の形態に係る単結晶を示す図である。
第 5図は、 本発明の第 1の実施の形態に係る /3— Ga2〇3単結晶から形成した基板 を示す図である。
第 6図は、 本発明の第 1の実施の形態に係る /3— Ga2〇3単結晶の単位格子を示す 図である。
第 7図は、 本発明の第 2の実施の形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。 第 8図は、 本発明の第 3の実施の形態に係る M I S型発光素子の断面を示す図であ る。
第 9図は、 本発明の第 6の実施の形態に係る J3— Ga203薄膜の原子間力顕微鏡 (AFM) 写真を示す図である。
第 1 0図は、 本発明の第 7の実施の形態に係る /3_Ga2〇3薄膜の原子間力顕微鏡 写真を示す図である。
第 1 1図は、 本発明の第 7の実施の形態に係る i3— Ga2〇3薄膜および第 7の実施 の形態に対応する比較例の薄膜の反射高速電子回折 （RHEED) パターンの比較図 である。 （a) は本発明の第 7の実施の形態に係る；8— Ga2〇3薄膜の反射高速電子
回折パターンを示し、 （b) は、 第 7の実施の形態に対応する比較例の薄膜の反射高 速電子回折パ夕一ンを示す。
第 1 2図は、 本発明の第 8の実施の形態に係る /3— Ga2〇3薄膜の原子間力顕微鏡 写真を示す図である。
第 1 3図は、 本発明の第 8の実施の形態に係る /3— Ga2〇3薄膜および第 8の実施 の形態に対応する比較例の薄膜の反射高速電子回折パターンの比較図である。 （a) は本発明の第 8の実施の形態に係る /3 _G a2〇3薄膜の反射高速電子回折パターンを 示し、 （b) は、 第 8の実施の形態に対応する比較例の薄膜の反射高速電子回折パ夕 ーンを示す。
第 14図は、 本発明の第 9の実施の形態に係る /3— Ga203薄膜の原子間力顕微鏡 写真を示す図である。
第 1 5図は、 本発明の第 1 0の実施の形態に係る i3— Ga2〇3薄膜の原子間力顕微 鏡写真を示す図である。
第 1 6図は、 本発明の第 1 0の実施の形態に対応する比較例による 一 Ga2〇3薄 膜の走査型電子顕微鏡 （SEM) 写真を示す図である。
第 1 7図は、 本発明の第 1 2の実施の形態に係る Ga203系発光素子を示す断面図 である。
第 1 8図は、 本発明の第 1 2の実施の形態に係る 0— Ga2〇3単結晶の酸素濃度と キヤリァ濃度との関係を示す図である。
第 1 9図は、 本発明の第 1 2の実施の形態に係る Ga2〇3系発光素子を製造するた めの成膜装置の概略構成を示す図である。
第 20図は、 本発明の第 1 3の実施の形態に係る Ga203系発光素子を示す断面図 である。
第 2 1図は、 本発明の第 14の実施の形態に係る Ga203系発光素子を示す断面図 である。
第 2 2図は、 本発明の第 1 5の実施の形態に係る Ga203系発光素子を示す断面図 である。
第 2 3図は、 本発明の第 1 6の実施に形態に係る Ga2〇3系発光素子を示す断面図 である。 .
第 24図は、 本発明の第 1 7の実施に形態に係る G a 2〇3系発光素子を示す断面図 である。
第 2 5図は、 ]3— A 1 Ga^O /3— G a2〇3、 および /3— G a I n〇3の格子 定数率とバンドギャップとの関係を示す図である。
第 26図は、 本発明の第 1 8の実施の形態に係る G a 2〇3系光素子を示す断面図で ある。
第 2 7図は、 従来の単結晶基板を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
(第 1の実施の形態）
第 1図は、 本発明の第 1の実施の形態に係る赤外線加熱単結晶製造装置を示す。 こ の赤外線加熱単結晶製造装置 1 0 1は、 FZ法により 3— Ga2〇3単結晶を製造する ものであり、 石英管 1 0 2と、 j3— Ga203種結晶 （以下 「種結晶」 と略す。 ） 1 0 7を保持 ·回転するシード回転部 1 03と、 /3_Ga203多結晶素材 （以下 「多結晶 素材」 と略す。 ） 1 0 9を保持 ·回転する素材回転部 1 04と、 多結晶素材 1 0 9を 加熱して溶融する加熱部 1 0 5と、 シード回転部 1 03、 素材回転部 1 04および加 熱部 1 0 5を制御する制御部 1 0 6とを有して概略構成されている。
シード回転部 1 0 3は、 種結晶 1 0 7を保持するシードチャック 1 33と、 シード チャック 1 3 3に回転を伝える下部回転軸 1 3 2と、 下部回転軸 1 3 2を正回転させ るとともに、 上下方向に移動させる下部駆動部 1 3 1とを備える。
素材回転部 1 04は、 多結晶素材 1 0 9の上端部 1 0 9 aを保持する素材チャック 143と、 素材チヤック 143に回転を伝える上部回転軸 142と、 上部回転軸 14 2を正逆回転させるとともに、 上下方向に移動させる上部駆動部 141とを備える。 加熱部 1 0 5は、 多結晶素材 1 0 9を径方向から加熱して溶融するハロゲンランプ 1 5 1と、 ハロゲンランプ 1 5 1を収容し、 ハロゲンランプ 1 5 1の発光する光を多 結晶素材 1 0 9の所定部位に集光する楕円鏡 1 52と、 ハロゲンランプ 1 5 1に電源 を供給する電源部 1 5 3とを備える。
石英管 10 2には、 下部回転軸 1 32、 シードチャック 1 3 3、 上部回転軸 142、 素材チャック 1 43、 多結晶素材 1 0 9、 j3—Ga203の単結晶 1 0 8および種結晶
1 0 7が収容される。 石英管 1 0 2は、 酸素ガスと不活性ガスとしての窒素ガスとの 混合ガスを供給されて密閉できるようになつている。
次に、 本発明の第 1の実施の形態に係る /3— Ga2〇3単結晶成長方法を、 第 2図、 第 3図および第 4図を参照しで説明する。
(1) 種結晶の作製
第 2図は、 種結晶 1 0 7の正面図を示す。 種結晶 1 0 7は、 断面正方形の角柱状を 呈し、 種結晶 1 0 7の一部がシードチヤック 1 3 3に保持される。 種結晶 1 0 7は、 例えば、 j3— Ga2〇3単結晶を劈開面に沿って切り出したものを使用する。 種結晶 1 0 7は、 良好な /3— Ga203単結晶を成長させるため、 成長結晶の 5分の 1以下の径 または 5 mm2以下の断面積を有し、 — Ga2〇3単結晶の成長の際に破損しない強 度を有する。 本実施の形態では、 断面積を 1〜 2mm2とした。 その軸方向は、 a軸 <1 0 0>方位、 3軸<0 1 0〉方位、 あるいは c軸 <0 0 1〉方位である。 なお、 ここで、 径とは、 正方形の一辺、 矩形の長辺あるいは円の直径等をいう。 また、 軸方 向と各方位との誤差は、 プラスマイナス 1 0° の範囲内とするのが好ましい。
第 3図 （a) 〜 （d) は、 本発明の第 1の実施の形態に係る ）3— Ga2〇3単結晶の 成長過程を示し、 第 4図は、 本発明の第 1の実施の形態に係る単結晶を示す。 なお、 第 3図および第 4図ではシードチャック 1 3 3は省略してある。
( 2 ) 多結晶素材 1 0 9の作製
まず、 多結晶素材 1 0 9を、 以下のようにして作製しておく。 すなわち、 純度 4N の G a 2〇3の粉末の所定量を図示しないゴム管に充填し、 5 0 OMP aで冷間圧縮す る。 その後、 1 50 0°Cで 1 0時間焼結し、 棒状の多結晶素材 1 0 9を得る。
(3) /3— Ga2〇3単結晶 1 08の作製
次に、 第 1図に示すように、 種結晶 1 07の一部をシードチャック 1 3 3に保持し、 棒状の多結晶素材 1 0 9の上端部 1 0 9 aを素材チヤック 1 43に保持する。 次に、 第 3図 （a) に示すように、 上部回転軸 142の上下位置を調節して種結晶 1 0 7の 上端 1 0 7 aと多結晶素材 1 0 9の下端 10 9 bを接触させる。 また、 ハロゲンラン プ 1 5 1の光を種結晶 1 0 7の上端 1 0 7 aと多結晶素材 1 0 9の下端 1 0 9 bとの 部位に集光するように、 上部回転軸 142および下部回転軸 1 3 2の上下位置を調節
する。 石英管 1 0 2の雰囲気 1 0 2 aは、 窒素と酸素の混合気体 （1 00 %窒素から 1 0 0%酸素の間で変化する） の全圧 1気圧から 2気圧に満たされている。
操作者が図示しない電源スィッチをオンにすると、 制御部 1 0 6は、 制御プロダラ ムに従い、 各部を制御して以下のように単結晶成長制御を行う。 加熱部 1 0 5に電源 が投入されると、 ハロゲンランプ 1 5 1は、 種結晶 1 0 7の上端 1 0 7 aと多結晶素 材 1 0 9の下端 1 0 9 bの部位を加熱して、 その加熱部位を溶解し、 溶解滴 1 0 8 c を形成する。 このとき、 種結晶 1 0 7のみを回転させておく。
ついで、 多結晶素材 1 0 9と種結晶 1 0 7とが十分になじむように当該部を反対方 向に回転させながら溶解する。 第 3図 （b) に示すように、 適度の）3— Ga2〇3単結 晶の溶解物 1 0 8 ' ができたときに、 多結晶素材 1 0 9の回転を停止し、 種結晶 1 0 7のみを回転させて多結晶素材 1 0 9および種結晶 1 0 7を互いに反対方向に引っ張 り、 種結晶 1 0 7よりも細いダッシュネック 1 0 8 aを形成する。
ついで、 種結晶 1 0 7と多結晶素材 1 0 9を 20 r pmで互いに反対方向に回転さ せながらハロゲンランプ 1 5 1で加熱し、 かつ、 多結晶素材 1 0 9を 5mm/時間の 割合で上部回転軸 1 42により上方に引っ張る。 ハロゲンランプ 1 51により多結晶 素材 1 0 9を加熱すると、 多結晶素材 1 0 9は、 溶解して溶解物 1 0 8 ' を形成する とともに、 それが冷却すると第 3図 （c) に示すように、 多結晶素材 1 0 9と同等ま たはそれよりも小さな径の /3— Ga2〇3単結晶 1 0 8が生成する。 適度の長さの単結 晶を形成した後、 第 3図 （d) に示すように、 生成した ] 3— Ga2〇3単結晶 1 08を 取り出すために /3— Ga2〇3単結晶 1 0 8の上部 1 0 8 bを細径化する。
(4) 基板の作製
第 5図は、 /3— Ga203単結晶 1 0 8から形成した基板を示す。 j3— Ga2〇3単結 晶 1 0 8は、 13軸<0 1 0>方位に結晶成長させた場合には、 （1 0 0) 面の劈開性 が強くなるので、 （1 00) 面に平行な面と垂直な面で切断して基板 1 6 0を作製す る。 &軸<1 00>方位、 c軸 <:0 0 1>方位に結晶成長させた場合は、 （1 00) 面、 （0 0 1) の劈開性が弱くなるので、 全ての面の加工性が良くなり、 上記のよう な切断面の制限はない。
第 6図は、 /3— Ga203単結晶の単位格子を示す。 0— Ga2〇3単結晶は、 8つの G a原子および 1 2の 0原子が、 Ga (1) , Ga (2) ， O (1) ， O (2) , O
(3) として示される。 同図中、 a， b， cは、 それぞれ &軸<1 0 0>方位、 b軸 <0 1 0>方位、 c軸ぐ 00 1>方位を示す。
この第 1の実施の形態によれば、 以下の効果が得られる。
(ィ） 所定の方向に結晶を成長させているので、 直径 1 cm以上の大きな /3— G a2〇3単結晶 1 0 8を得ることができる。
(口） この /3— Ga203単結晶 1 0 8は、 &軸<1 00〉方位、 1)軸<0 1 0>方 位、 あるいは c軸ぐ 00 1>方位を結晶軸とすることにより、 クラッキング、 双晶化 傾向が減少し、 高い結晶性が得られる。
(八） また、 このような結晶が、 再現性よく生成できる。 そのため、 半導体等の基 板としての利用価値も高い。
なお、 本発明は、 上記の実施の形態に限定されず、 種々の変形実施が可能である。 例えば、 /3— Ga2〇3種結晶 1 0 7の代わりに、 /3— G a2〇3と同じ単斜晶系、 空 間群が C 2Zmに属する i3— Ga2〇3のガリウム、 インジウム、 アルミニウム、 錫、 ゲルマニウム、 ニッケル、 銅、 亜鉛、 ジルコニウム、 ニオブ、 モリプデン、 チタン、 バナジウム、 クロム、 マンガン、 鉄、 コバルト、 ハフニウム、 タンタル、 タンダステ ン、 ケィ素およびマグネシウムからなる群から選択される 1または 2以上の元素の酸 化物を含む /3— Ga2〇3固溶体からなる /3— Ga2〇3系種結晶を用いてかかる固溶体 からなる 3— Ga203系単結晶を成長させてもよい。 これにより、 紫外から青色の波 長域で発光する L E Dを実現できる。
また、 窒素と酸素の混合気体として全圧が 2気圧以上で FZ法を行うと、 バブルの 発生を抑えることができ、 結晶成長過程をより安定化できる。
また、 単結晶 1 0 8を上方に引っ張る必要があるとき、 下部回転軸 1 3 2を下げて もよい。 また、 ハロゲンランプ 1 5 1を移動させるのではなく、 下部回転軸 1 3 2お よび上部回転軸 142を移動させて加熱してもよい。 ハロゲンランプ 1 5 1の代わり に加熱コィルで加熱してもよい。
本実施の形態は、 不活性ガスとして窒素ガスを使用するものとして説明したが、 本 発明は、 窒素ガスの代わりにアルゴンを使用してもよい。
また、 種結晶 1 0 7は、 断面長方形でもよく、 角柱状の代わりに、 円柱状や楕円柱 状であってもよい。
また、 本実施の形態は、 F Z法について説明したが、 E F G法 （引上げ法である C z o c h r a 1 s k i法を利用した形状制御結晶成長法） 等の他の結晶成長法を適用 してもよい。
(第 2の実施の形態）
第 7図は、 本発明の第 2の実施の形態に係る成膜装置の概略構成を示す。 この成膜 装置 2 0 1は、 P L D法によって成膜するものであり、 真空可能な空間部 2 2 0を有 するチヤンバ 2 0 2と、 チヤンバ 2 0 2内に配置されたターゲット 2 0 3を保持する ターゲット台 2 0 5と、 チャンパ 2 0 2の外部に設けられ、 ターゲット台 2 0 5を回 転させる回転機構 2 1 1と、 チャンパ 2 0 2内に配置され、 基板 2 0 6を保持すると ともに、 基板 2 0 6を 1 5 0 0 °Cまで加熱可能なヒ一タを内蔵する基板保持部 2 0 7 と、 チャンバ 2 0 2内にパイプ 2 0 2 aからラジカルを注入するラジカル注入部 2 0 8と、 パイプ 2 0 2 bを介して空間部 2 2 0を排気して空間部 2 2 0を真空にする真 空ポンプ （図示せず） を有する排気部 2 0 9と、 チャンバ 2 0 2の外部に設けられ、 夕ーゲット 2 0 3に励起ビームとしてのレーザ光を照射するレーザ ¾52 0 4とを備え る。
ターゲット 2 0 3は、 純金属あるいは合金、 例えば、 高純度の G aあるいは G aを 含む合金からなる。
レーザ部 2 0 4は、 N d : YA Gレ一ザ、 K r Fエキシマレーザ、 A r Fエキシマ レ一ザ等をレーザ源としてレ一ザ光 2 4 2をパルス状に照射するレーザ発振部 2 4 1 と、 レ一ザ発振部 2 4 1から出射されたレーザ光 2 4 2をターゲット 2 0 3上に集光 するレンズ 2 4 3 , 2 4 4とを備える。
基板 2 0 6は、 ターゲット 2 0 3にレーザ光 2 4 2が照射されたときに、 夕ーゲッ ト 2 0 3から解離した金属原子 2 3 3等の化学種が成膜に寄与できるように、 夕ーゲ ット 2 0 3と対向している。
ラジカル注入部 2 0 8は、 酸素ガス、 オゾンを含む酸素ガス、 純オゾンガス、 N2 Oガス、 N02ガス、 酸素ラジカ^/を含む酸素ガス、 酸素ラジカル、 窒素ラジカル、 NH3ガス、 窒素ラジカルを含む NH3ガス等のうち 1または 2以上のガス、 すなわち 成膜時に夕ーゲット 2 0 3から遊離した原子と結合するガスを空間部 2 2 0に注入す るようになっている。
次に、 第 2の実施の形態に係る薄膜単結晶の成長方法を説明する。 この成長方法は、 薄膜を成長させる基板 20 6を準備する工程と、 基板 20 6上に薄膜を成長させるェ 程とからなる。 ここでは、 /3— Ga203からなる基板 2 06上に j3—Ga2〇3からな る薄膜を形成する場合について説明する。
(1) 基板 206の準備
まず、 FZ (F l o a t i n g Z o n e ) 法により j3 _ G a2〇3単結晶を形成す る。 すなわち、 石英管中で ;8— Ga2〇3種結晶と j3— Ga203多結晶素材との接触部 分で両者を溶融する。 溶解した）3—Ga2〇3多結晶素材を /3— Ga2〇3種結晶ととも に下降させると、 j3— Ga2〇3種結晶上に ]3— Ga203単結晶が生成される。 次に、 この /3— Ga2〇3単結晶により基板 20 6を作製する。 なお、 軸<01 0>方位に 結晶成長させた場合には、 （1 0 0) 面の劈開性が強くなるので、 （1 0 0) 面に平 行な面と垂直な面で切断して基板 2 06を作製する。 a軸ぐ 1 00>方位、 （：軸<0 0 1 >方位に結晶成長させた場合は、 （ 1 00 ) 面、 （0 0 1) の劈開性が弱くなる ので、 全ての面の加工性が良くなり、 上記のような切断面の制限はない。
(2) 薄膜の成長
前述の成膜装置 2 0 1を使用して基板 206上に薄膜を成長させる。 すなわち、 夕 —ゲット 20 3として、 例えば、 G aからなるターゲット 20 3をターゲット台 20 5に固定する。 /3— Ga2〇3単結晶からなる基板 20 6を基板保持部 20 7に保持す る。 排気部 20 9の真空ポンプにより空間部 220中の空気を排気し、 空間部 2 20 内の真空度を、 例えば、 1 X 1 0_9t o r r程度にし、 その後、 例えば酸素ガスを空 間部 2 20に注入し 1 X 1 0— 7t o r r程度にして、 基板保持部 20 7により図示し ないヒータに通電し、 基板 2 0 6の温度を、 例えば、 3 0 0°C〜1 500°Cに加熱す る。 次いで、 酸素ラジカルをラジカル注入部 208によって空間部 220内に注入し て 1 X 1 0— 4〜1 X 1 0— 6t o r rとする。 レーザ部 204からレーザ出力 1 00m W、 繰り返し周波数 1 0 Hzで、 波長 2 66 nmのレーザ光 242を回転機構 2 1 1 により回転する夕ーゲット 20 3に照射すると、 ターゲット 20 3を構成している G a原子が励起され、 熱的 '光化学的作用により、 ターゲット 2 0 3から放出される G a原子、 Gaイオン、 励起 G a原子、 励起 G aイオン等の化学種が雰囲気中の酸素ラ ジカルと基板 206上で結合し、 /3— Ga203単結晶が形成される。 その形成された
/3— Ga203単結晶は、 基板 206上に成長して、 基板 206上に /3— Ga2〇3薄膜 単結晶が形成される。 なお、 成長した i3— Ga203薄膜単結晶は、 n型導電性を示し た。 この導電性は、 酸素欠陥によると考えられる。
この第 2の実施の形態によれば、 ターゲット 203から遊離した金属原子、 金属ィ オン、 励起金属原子、 励起金属イオン等の化学種と雰囲気中の原子とを結合させるた め、 表面平坦性が高く、 品質の良い /3— Ga2〇3単結晶からなる薄膜を基板上に成長 させることができる。
(第 3の実施の形態）
図 8は、 本発明の第 3の実施の形態に係る MI S型発光素子の断面を示す。 この M I S型発光素子 260は、 3_Ga203単結晶からなる基板 206と、 この基板 20 6の上面に形成される n型導電性を示す Ga203薄膜単結晶 261と、 この n型 の j3_Ga203薄膜単結晶 26 1の上面に形成される ；8— G a2〇3薄膜結晶からなる 絶縁層 262と、 絶縁層 262の上面に形成される金電極 263と、 金電極 263の 上面に取り付けられ、 リード 268が接続されるボンディング 267と、 基板 206 の下面に形成された n電極 264と、 n電極 264の下面に取り付けられ、 リード 2 66が接続されるボンディング 265とを備える。
絶縁層 262は、 酸素雰囲気中で 900°Cァニールすることにより形成した表面に 10から 1000 nmの酸素欠陥のないものである。
この第 3の実施の形態によれば、 発光波長 260 nm付近の発光素子が得られる。 (第 4の実施の形態）
本発明の第 4の実施の形態に係る Z n〇系薄膜単結晶は、 第 2の実施の形態に係る 成膜装置 201を使用し、 ターゲット 203として Znあるいは Znを含む合金から なる金属を使用し、 基板 206上に成長させることにより得られる。
この第 4の実施の形態によれば、 励起ビームを Z nあるいは Z nを含む合金からな る金属ターゲッ卜 203に照射すると、 金属ターゲッ卜 203を構成している Z n原 子あるいは他の原子が励起され、 熱的，光化学的作用により、 金属ターゲット 203 から放出される Zn原子、 Znイオン、 励起 Zn原子、 励起 Z nイオンなどの化学種 が雰囲気中のラジカルと結合し、 それが基板 206上に成長して基板 206上に Zn O系薄膜単結晶が形成される。
なお、 β - G a 2〇3系単結晶からなる基板上に Ζ η 0系薄膜結晶からなるバッファ 層を成長させ、 そのバッファ層の上に Ζη〇系薄膜単結晶を成長させてもよい。 この 構成によれば、 バッファ層の上にバッファ層と同種の Ζη〇系の薄膜単結晶を成長さ せるために、 格子不整合が低減され、 結晶性のよい Ζ ηθ系の薄膜単結晶を形成する ことができる。
(第 5の実施の形態）
本発明の第 5の実施の形態に係る G a N系薄膜単結晶は、 第 2の実施の形態に係る 成膜装置 20 1を使用し、 雰囲気として窒素ラジカル、 NH3ガス、 および窒素ラジ カルを含む NH3ガスのうち 1または 2以上のガスを使用し、 基板 2 0 6上に成長さ せることにより得られる。
この第 5の実施の形態によれば、 励起ビームを G aあるいは G aを含む合金からな る金属ターゲット 203に照射すると、 金属ターゲット 2 0 3を構成している G a原 子あるいは他の原子が励起され、 熱的，光化学的作用により、 金属ターゲット 2 03 から放出される G a原子、 Gaイオン、 励起 G a原子、 励起 G aイオンなどの化学種 が雰囲気中のラジカルと結合し、 それが基板 2 0 6上に成長して基板 20 6上に Ga N系薄膜単結晶が形成される。
なお、 ）3— Ga2〇3系単結晶からなる基板 20 6上に G a N系薄膜結晶からなるバ ッファ層を成長させ、 そのバッファ層の上に G a N系薄膜単結晶を成長させてもよい。 この構成によれば、 バッファ層の上にバッファ層と同種の同種の G a N系の薄膜単結 晶を成長させるために、 格子不整合が低減され、 結晶性のよい G a N系の薄膜単結晶 を形成することができる。
(第 6の実施の形態）
本発明の第 6の実施の形態に係る — Ga203薄膜は、 第 2の実施の形態に係る成 膜装置 2 0 1を使用し、 ターゲット 20 3の材料として Gaを用い、 かつ、 基板 20 6に j3— Ga2〇3からなるものを用い、 酸素ラジカルを注入しながら、 基板温度 40 0°C、 レーザ出力 1 0 0mW、 繰り返し周波数 1 0Hz、 真空度 1 X 1 0— 5t o r r で、 波長 26 6 n mのレーザ光 242をターゲット 20 3に照射することにより得ら れる。
このレーザ発振部 241は、 Q s w N d ·· Y A Gレーザの発振波長である 1. 0 64 imを基本波とし、 図示しない非線形光学結晶を利用して 3倍波である 355 η m、 4倍波である 266 nmのパルス発振が可能となっている。 レーザ光 242の照 射後、 ；8— Ga2〇3基板 206上に無色 ·透明の 3— G a203薄膜が成長した。 第 9図は、 第 6の実施の形態に係る 8— Ga2〇3薄膜の原子間力顕微鏡 （AFM) 写真を示す。 これによれば、 j3— Ga2〇3薄膜の表面が高い平坦性を有し、 薄膜が高 品質であることを示している。
この第 6の実施の形態によれば、 励起ビームを Gaからなるターゲットに照射する と、 ターゲットから Ga原子が励起され、 熱的 ·光化学的作用により、 ターゲットか ら G a原子などの化学種が遊離し、 その遊離した化学種が雰囲気中の酸素ラジカルと 結合し、 それが基板上に成長して /3— Ga2〇3からなる基板 206上に無色 ·透明な 良質の ]3— G a2〇3薄膜単結晶を成長させることができた。
(第 7の実施の形態）
本発明の第 7の実施の形態に係る j8— Ga203薄膜は、 基板温度を 1000°Cにす る他は第 6の実施の形態と同一条件により得られる。
第 10図は、 第 7の実施の形態に係る /3— Ga2〇3薄膜の原子間力顕微鏡 （AF M) 写真を示す。 これによれば、 /3— Ga2〇3薄膜の表面が高い平坦性を有し、 薄膜 が高品質であることを示している。
第 1 1図 ) は、 第 7の実施の形態に係る /3— Ga203薄膜の反射高速電子回折 (RHEED) によるパターンを示し、 （b) は、 後述する第 7の実施の形態に対応 する比較例による薄膜の反射高速電子回折によるパターンを示す。 第 11,図 （a) よ り明らかなように高品質の /3— Ga2〇3薄膜単結晶が成長していることがわかる。 この第 7の実施の形態によれば、 励起ビームを G aからなる夕一ゲッ卜に照射する と、 ターゲットから G a原子が励起され、 熱的 ·光化学的作用により、 ターゲットか ら G a原子などの化学種が遊離し、 その遊離した化学種が雰囲気中の酸素ラジカルと 結合し、 それが基板上に成長して /3—Ga203からなる基板 206上に無色 ·透明な 良質の /3—G a 203薄膜単結晶を成長させることができた。
(第 7の実施の形態に対応する比較例）
この比較例による j8— Ga2〇3薄膜は、 第 2の実施の形態に係る成膜装置 2 0 1を 使用し、 ターゲット 20 3の材料として Ga2〇3を用い、 かつ、 基板 20 6に /3—G a203からなるものを用い、 酸素ラジカル雰囲気下、 基板温度 1 0 00°C、 レーザ出 力 1 0 0 mW、 繰返し周波数 1 0 H z、 真空度 1 X 1 0— 51 o r rで、 波長 26 6 n mのレーザ光 242をターゲット 20 3に照射することにより ；3— Ga2〇3基板 20 6上に得られる。 この 3— Ga2〇3薄膜は、 透明である。
第 1 1図 （b) は、 成長した /3—Ga203薄膜の反射高速電子回折によるパターン を示す。 第 1 1図 （b) より明らかなように良質な /3— Ga2Os薄膜単結晶が成長し ていない。
この比較例によれば、 Ga203からなるターゲットを用いた場合、 良好な薄膜単結 晶が生じなかった。 このことから、 Gaからなるターゲットが、 薄膜単結晶の成長に 適することがわかる。 また、 第 1 1図からわかるように、 Gaからなるターゲットに 加えて、 酸素ラジカルの存在が j3— Ga203からなる基板 206上に j3— Ga2〇3薄 膜単結晶を成長させる上で効果的であることがわかる。
(第 8の実施の形態）
本発明の第 8の実施の形態に係る /3— Ga2〇3薄膜は、 第 2の実施の形態に係る成 膜装置 20 1を使用し、 ターゲット 20 3の材料として Gaを用い、 かつ、 基板 20 6に ]3— Ga2〇3からなるものを用い、 N2〇ラジカルを注入しながら、 基板温度 1 00 0°C、 レーザ出力 1 0 0mW、 繰返し周波数 1 0Hz、 真空度 1 X 1 0— 5t o r rで、 波長 2 66 n mのレーザ光 242をターゲット 203に照射することにより得 られる。
第 1 2図は、 第 8の実施の形態の — Ga2〇3薄膜の原子間力顕微鏡写真を示す。 これによれば、 ]3— Ga203薄膜の表面が高い平坦性を有し、 薄膜が高品質であるこ とを示している。
第 1 3図 （a) は、 第 8の実施の形態に係る /3— G a2〇3薄膜の反射高速電子回折 によるパターンを示し、 （b) は、 後述する第 8の実施の形態に対応する比較例によ る薄膜の反射高速電子回折によるパターンを示す。 第 1 3図 （a) より明らかなよう に高品質の J3—Ga203薄膜単結晶が成長していることがわかる。
この第 8の実施の形態によれば、 励起ビームを Gaからなる夕一ゲッ卜に照射する と、 ターゲットから Ga原子が励起され、 熱的 ·光化学的作用により、 ターゲットか ら G a原子などの化学種が遊離し、 その遊離した化学種が雰囲気中の N2〇ラジカル と結合し、 それが基板上に成長して ]3— Ga2〇3からなる基板 206上に無色'透明 な良質の G a2〇3薄膜単結晶を成長させることができた。
(第 8の実施の形態に対応する比較例）
この比較例による 一 Ga2〇3薄膜は、 第 2の実施の形態に係る成膜装置 20 1を 使用し、 ターゲット 20 3の材料として Ga2〇3を用い、 かつ、 基板 20 6に j3— G a203からなるものを用い、 N02ラジカル雰囲気下、 基板温度 1 0 0 0°C、 レーザ 出力 1 0 OmW、 繰返し周波数 1 0Hz、 真空度 1 X 1 0— 5t o r rで、 波長 26 6 nmのレーザ光 242を夕一ゲット 20 3に照射することにより、 /3— Ga2〇3基板 206上に得られる。 この 3— Ga2〇3薄膜は、 透明である。
第 1 3図 （b) は、 上記のように成長した /3—Ga203薄膜の反射高速電子回折に よるパターンを示す。 第 1 3図 （b) より明らかなように良質な /3— Ga2〇3薄膜単 結晶が成長していない。
この比較例によれば、 Gaからなるターゲットに加えて、 N20ラジカルの存在が ]3— Ga2〇3からなる基板 2 0 6上に /3— G a2〇3薄膜単結晶を成長させる上で効果 的であることがわかる。
(第 9の実施の形態）
本発明の第 9の実施の形態に係る ]3_Ga203薄膜は、 基板温度を 40 (TCにする 他は第 8の実施の形態と同一条件により得られる。
第 1 4図は、 第 9の実施の形態の /3— Ga203薄膜の原子間力顕微鏡写真を示す。 これによれば、 — Ga2〇3薄膜の表面が高い平坦性を有し、 薄膜が高品質であるこ とを示している。
この第 9の実施の形態によれば、 励起ビームを G aからなるターゲッ卜に照射する と、 ターゲットから G a原子が励起され、 熱的 ·光化学的作用により、 ターゲットか ら G a原子などの化学種が遊離し、 その遊離した化学種が雰囲気中の N2〇ラジカル と結合し、 それが基板上に成長して j3— Ga203からなる基板 206上に無色 ·透明 な良質の 0— Ga2〇3薄膜単結晶を成長させることができた。
(第 1 0の実施の形態）
本発明の第 1 0の実施の形態に係る /3— Ga203薄膜は、 第 2の実施の形態に係る 成膜装置 20 1を使用し、 ターゲット 203の材料として Gaを用い、 かつ、 基板 2 0 6に ]3—Ga203からなるものを用い、 酸素ラジカルを注入しながら、 基板温度 1 0 0 0 °C、 レーザ出力 1 0 0 mW、 繰返し周波数 1 0 H z、 真空度 1 X 1 0—51 o r rで、 波長 3 5 5 nmのレーザ光 242を夕一ゲット 2 0 3に照射することにより得 られる。
第 1 5図は、 本発明の第 1 0の実施の形態に係る /3— Ga2〇3薄膜の原子間力顕微 鏡写真を示す。 これによれば、 /3— Ga203薄膜の表面が高い平坦性を有し、 薄膜が 高品質であることを示している。
この第 1 0の実施の形態によれば、 励起ビームを G aからなるターゲットに照射す ると、 ターゲットから G a原子が励起され、 熱的 ·光化学的作用により、 ターゲット から G a原子などの化学種が遊離し、 その遊離した化学種が雰囲気中の酸素ラジカル と結合し、 それが基板上に成長して j3— Ga203からなる基板 206上に無色 ·透明 な良質の；S _Ga2〇3薄膜単結晶を成長させることができた。
(第 1 0の実施の形態に対応する比較例）
第 1 6図は、 第 1 0の実施の形態に対応する比較例に係る /3— Ga203薄膜の走査 型電子顕微鏡 （SEM) 写真を示す。 この比較例による —Ga2O3薄膜は、 第 2の 実施の形態に係る成膜装置 2 0 1を使用し、 夕ーゲット 2 0 3の材料として Ga2〇3 を用い、 かつ、 基板 20 6に /3— Ga203からなるものを用い、 酸素雰囲気下、 基板 温度 1 0 0 0 、 レーザ出力 2 00mW、 繰返し周波数 1 0Hz、 真空度 I X 1 0一5 t o r rで、 波長 3 5 5 nmのレーザ光 242を夕ーゲット 203に照射することに より /3— G a2〇3基板 20 6上に得られる。 この j3— G a2〇3薄膜は、 白色である。 これは、 白いクラス夕状のものが平坦な基板 206に付着したものであり、 ]3— Ga 2〇3膜としては、 ほとんど成長していないことがわかった。
この比較例によれば、 G aからなる夕一ゲッ卜に加えて、 酸素ラジカルの存在が j3— Ga2〇3からなる基板 2 0 6上に ]3— G a2〇3薄膜単結晶を成長させる上で効果 的であることがわかる。
なお、 /3— Ga203単結晶からなる基板上に ]3— Ga203単結晶薄膜を成長させる 方法として、 PLD法について述べてきたが、 PLD法に限定されることなく、 MB E (Mo l e c u l a r B e am Ep i t axy) 法、 MOCVD (Me t a l O r g an i c Vap o r De p o s i t i on) 法等の物理的気相成長法、 熱 CVD (Chem i c a l Vap o r De p o s i t i on) , プラズマ CVD 等の化学的気相成長法を用いてもよい。
また、 夕一ゲットは、 その性状が金属板として説明してきたが、 金属製に限定する ものではなく、 金属以外の固体からなるものであっても、 液状であってもよい。 また、 ターゲットは、 Gaからなるものに限定するものではなく、 Gaを含む合金、 Znあ るいは Znを含む合金からなる金属であってもよい。 これにより成膜しょうとする膜 の種類の選択の自由度が増える。
また、 励起ビームとしては、 レーザ光以外に金属ターゲットに照射して金属原子等 を遊離させることができるものならば、 電子ビーム、 イオンビーム等でもよい。
また、 レ一ザの波長は、 266 nmに限定するものではなく、 例えば、 355 nm、 193 nm等他の波長であってもよい。 また、 レ一ザ出力を 10mW〜40 OmWと してもよい。
また、 基板温度は、 300〜1500°Cであってもよい。 この温度範囲は、 成長さ せる膜を平坦化し、 密にさせるための温度範囲、 すなわち、 結晶化を向上させる温度 範囲だからである。
また、 チャンバ 202内の真空度は、 1〜1 X 1 CT1Qt o r rであってもよい。 こ の真空度の範囲でも /3— Ga203系薄膜単結晶を成長させることができる。
(第 1 1の実施の形態）
本発明の第 1 1の実施の形態に係る Ga203系発光素子は、 n型導電性を示す基板、 p型導電性を示す基板、 絶縁型の基板、 p型導電性を示す薄膜および n型導電性を示 す薄膜等を形成し、 これらを組み合わせることにより得られる。 以下、 それら発光素 子の構成要素の製造方法等について説明する。
(1) n型導電性を示す基板の製造方法
基板が n型導電性を示すためには、 基板中の G aが n型ド一パントと置換されるか、 基板中の酸素が n型ド一パントと置換されるか、 または /3— Ga203単結晶中の酸素
欠陥によらなければならない。 G aが n型ド一パントと置換されるガリウム置換型 n 型ド一パントとして、 T i、 Z r、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Ru、 Rh、 I r、 C、 S n、 S i、 Ge、 P b、 Mn、 As、 S b、 B i等が挙げられる。 酸素 が n型ド一パントと置換される酸素置換型 n型ドーパントとして、 F、 C l、 B r、 I等が挙げられる。
n型導電性を示す基板は、 以下のように製作する。 まず、 FZ (F l o a t i ng Zon e) 法により /3— Ga2〇3単結晶を形成する。 すなわち、 /3—Ga203種結晶 と — Ga203多結晶素材とを別個に準備し、 石英管中で j3_Ga203種結晶と β 一 Ga2〇3多結晶素材とを接触させてその部位を加熱し、 j3—Ga2〇3種結晶と β— G a203多結晶素材との接触部分で両者を溶融する。 溶解した /3— G a2〇3多結晶素 材を ]3—Ga2〇3種結晶とともに結晶化させると、 ]3— Ga203種結晶上に /3— Ga 2〇3単結晶が生成される。 次に、 この） 3— Ga2〇3単結晶に切断等の加工を施すこと により、 n型導電性を示す基板が製作される。 なお、 13軸<010>方位に結晶成長 させた場合には、 （100) 面の劈開性が強くなるので、 （100) 面に平行な面と 垂直な面で切断して基板を作製する。 a軸ぐ 100>方位、 c軸ぐ 001>方位に結 晶成長させた場合は、 （100) 面、 （001) 面の劈開性が弱くなるので、 全ての 面の加工性が良くなり、 上記のような切断面の制限はなく、 （ 001 ) 面、 （0 1 0) 面、 （101) 面であってもよい。
上記の製造方法により基板が n型導電性を示すことになるのは、 β— G a 203単結 晶中の酸素欠陥によるためである。
(2) n型導電性を示す基板の導電率制御
3— Ga2〇3からなる n型導電性を示す基板の導電率を制御する方法には、 雰囲気 中の酸素分圧を変えたり、 成長中に酸素流量を変えることにより酸素欠陥濃度を制御 する方法、 FZ法により n型ド一パン卜濃度を制御する方法等が挙げられる。 導電率 は、 酸素欠陥濃度が大きくなると大きくなる。 /3— Ga2〇3単結晶の成長中における 酸素流量と導電率の対数との関係は、 略反比例の関係にある。
i3— Ga2〇3単結晶の成長時に、 1〜2気圧で、 0〜0. Sm /hの間で酸素流量 を変化させ酸素濃度を変化させることにより、 キャリア濃度を 101(i〜l 019Zcm3 の間で制御することができる。
(3) 絶縁型基板の製造方法
絶縁型基板は、 以下のように製作する。 まず、 n型導電性を示す基板の製造方法と 同様に、 酸素欠陥濃度のコントロールにより n型導電性を示す /3— Ga2〇3単結晶を 成長させる。 次いで、 大気中で所定の温度 （例えば、 温度 900で） の雰囲気で所定 の期間 （例えば 6日間） ァニールすることにより、 酸素欠陥を減少させ、 Ga2〇3単 結晶からなる絶縁型基板が得られる。
(4) p型導電性を示す基板の製造方法
/3— Ga2〇3単結晶から形成される基板が p型導電性を示すためには、 基板中の G aが p型ドーパン卜と置換されるか、 または基板中の酸素が p型ドーパントと置換さ れなければならない。 Gaが p型ドーパントと置換されるガリウム置換型 p型ドーパ ントとして、 H、 L i、 Na、 K、 Rb、 C s、 F r、 Be、 Mg、 Ca、 S r、 B a、 Ra、 Mn、 Fe、 Co、 N i、 Pd、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Cd、 Hg、 T l、 Pb等が挙げられる。 酸素が p型ド一パン卜と置換される酸素置換型 p型ドー パントとして、 N、 P等が挙げられる。
p型導電性を示す基板は、 以下のように製作する。 まず、 FZ法により |8— Ga2 03結晶を形成する。 原料として、 例えば、 MgO (p型ド一パント源） を含む /3— Ga203を均一に混合し、 混合物をゴム管に入れ 50 OMP aで冷間圧縮して棒状に 成形する。 棒状に形成したものを大気中において 1500°Cで 10時間焼結して Mg を含む j8— Ga203系多結晶素材を得る。 /3— Ga203種結晶を準備し、 成長雰囲気 が全圧 1〜2気圧の下、 N2および 02混合ガスを 50 OmlZm i nで流しながら、 石英管中で /3—Ga203種結晶と /3—G a 2〇3系多結晶素材とを接触させてその部位 を加熱し、 /3— Ga2〇3種結晶と /3— Ga203系多結晶素材との接触部分で両者を溶 融する。 溶解した j8_Ga2〇3系多結晶素材を /3— Ga203種結晶とともに回転速度 20 r pmで反対方向に回転させながら、 かつ 5 mmZhの成長速度で成長させると、 /3— Ga2〇3種結晶上に透明で、 Mgを含む絶縁性の ]3— G a2〇3系単結晶が生成す る。 この j8— Ga2〇3系単結晶により基板を作製し、 この基板を酸素雰囲気中におい て所定の温度 （例えば 950 ) で所定の期間ァニールすると、 酸素欠陥が減少し、 ρ型導電性を示す基板が得られる。
(5) ρ型導電性を示す基板の導電率制御
j3— Ga2〇3からなる n型導電性を示す基板の導電率を制御する方法には、 FZ法 により p型ドーパント濃度を制御する方法が挙げられる。
(6) n型導電性を示す薄膜の製造方法
n型導電性を示す薄膜は、 PLD法、 MBE法、 MOCVD法、 スパッ夕法等の物 理的気相成長法、 熱 CVD、 プラズマ CVD等の化学的気相成長法等により成膜する ことができる。
PLD法による成膜を説明する。 n型導電性を示すためには、 薄膜中の G aが n型 ド一パントと置換されるか、 薄膜中の酸素が n型ドーパントと置換されるか、 または 酸素欠陥の存在によらなければならない。 G aが n型ド一パントと置換されるガリウ ム置換型 n型ド一パントとして、 T i、 Z r、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 R u、 Rh、 I r、 C、 Sn、 S i、 Ge、 Pb、 Mn、 As、 Sb、 B i等が挙げら れる。 酸素が n型ド一パントと置換される酸素置換型 n型ドーパントとして、 F、 C 1、 B r、 I等が挙げられる。
PLD法において、 ガリウム置換型 n型ドーパントおよび酸素置換型 n型ド一パン トをド一プする方法には、 下記の方法がある。 すなわち、 Gaと n型ド一パントの合 金からなるターゲット、 /3— G a 2〇 3と n型ドーパントの酸化物との焼結体からなる ターゲット、 ]8— G a 2〇 3と n型ドーパントの酸化物との固溶体単結晶からなる夕一 ゲット、 または G a金属からなるターゲットおよび n型ドーパントからなる夕一ゲッ 卜を用いる方法等がある。
また、 PLD法において、 酸素欠陥により n型導電性を示す薄膜は、 ターゲットと して j3— Ga203結晶 （単結晶、 多結晶） を用い、 酸素雰囲気中で成膜することによ り作製できる。
(7) n型導電性を示す薄膜の導電率制御 ，
/3— Ga2〇3からなる n型導電性を示す薄膜の導電率を制御する方法には、 夕一ゲ ッ卜の n型ドーパント配合比を制御する方法、 レーザの照射条件や基板の成膜条件を 変えて酸素欠陥濃度を制御する方法等が挙げられる。
P LD法により n型ド一パント濃度を制御する方法には、 G aと n型ドーパン卜の 合金からなるターゲット、 /3— G a 2〇 3と n型ドーパントの酸化物との焼結体からな るターゲット、 j8— G a 203と n型ドーパン卜の酸化物との固溶体単結晶からなる夕
一ゲットを用いる方法においては、 Gaとドーパントの成分比を変える方法、 または G a金属からなる夕一ゲットおよび n型ドーパントからなるターゲットを用いる方法 においては、 ターゲットへのレーザーの照射方法を変える方法がある。 例えば、 レー ザの波長 （例えば、 1 5 7 nm、 1 9 3 nm、 248 nm、 26 6 nm、 3 55 nm 等） を変える方法、 1パルスあたりのパワー （例えば、 1 0〜5 0 OmW) や繰り返 しの周波数 （例えば、 l〜20 0Hz) を変える方法等がある。
PLD法により酸素欠陥濃度を制御する方法には、 夕一ゲッ卜へのレーザ一照射条 件を変える方法がある。 例えば、 レーザの波長 （例えば、 1 5 7 nm、 1 93 nm、 248 nm, 26 6 nm, 3 5 5 nm等） を変える方法、 1パルスあたりのパヮ一 (例えば、 1 0〜 50 OmW) や繰り返しの周波数 （例えば、 l〜200Hz) を変 える方法がある。 あるいは、 基板の成膜条件を変える方法、 例えば基板温度 （例えば、 3 0 0〜 1 50 0 ） を変える方法、 夕一ゲッ卜と基板の距離 （例えば、 20〜5 0 mm) を変える方法,成膜の真空度 （例えば、 1 0_3〜1 0—7t o r r) を変える方法、 プラズマガンの出力を変える方法等がある。
(8) p型導電性を示す薄膜の製造方法
P型導電性を示す薄膜は、 PLD法、 MBE法、 MOCVD法、 スパッタ法等の物 理的気相成長法、 熱 CVD、 プラズマ CVD等の化学的気相成長法等により成膜する ことができる。
PLD法による成膜を説明する。 p型導電性を示すためには、 薄膜中の G aが p型 ドーパントと置換されるか、 または薄膜中の酸素が p型ドーパントと置換されるか、 G a欠陥によらなければならない。 G aが p型ド一パントと置換されるガリゥム置換 型 p型ド一パントとして、 H、 L i、 Na、 K、 Rb、 C s、 F r、 B e、 Mg、 C a、 S r、 B a、 Ra、 Mn、 F e、 C o、 N i、 P d、 Cu、 Ag、 Au、 Zn、 Cd、 Hg、 Tし P b等が挙げられる。 酸素が p型ド一パン卜と置換される酸素置 換型 p型ドーパントとして、 P等が挙げられる。
P LD法によりガリゥム置換型 p型ド一パントをド一プする方法および酸素置換型 p型ドーパントをドープする方法は、 薄膜成長工程で p型ドーパントをドープするも のである。 p型ドーパントをド一プする方法には、 下記の方法がある。 すなわち、 G aと p型ド一パントの合金からなるターゲット、 /3— G a 2〇3と p型ドーパントの酸
化物との焼結体からなるターゲット、 j3 _ G a 2〇 3と p型ドーパントの酸化物との固 溶体単結晶からなる夕一ゲット、 または Ga金属からなる夕ーゲットおよび p型ドー パントからなるターゲットを用いる方法等がある。
また、 G a欠陥により P型導電性を示す薄膜は、 ターゲットとして G a金属、 β— Ga2〇3焼結体、 あるいは /3— Ga2〇3結晶 （単結晶、 多結晶） を用い、 プラズマガ ンによりラジカルにされた N2〇の雰囲気中で /3— G a2〇3結晶を成長させることに より作製できる。
(9) p型導電性を示す薄膜の導電率制御
/3— G a2〇3からなる p型導電性を示す薄膜の導電率を制御する方法には、 夕一ゲ ッ卜の p型ドーパント配合比を制御する方法、 レーザ一の照射条件や基板の成膜条件 を変えて G a欠陥濃度を制御する方法等が挙げられる。
P L D法により p型ド一パント濃度を制御する方法には、 G aと p型ドーパントの 合金からなるターゲット、 ）3— G a 2〇3と p型ドーパントの酸化物との焼結体からな るターゲットを用いる方法、 /3— Ga2〇3と p型ドーパントの酸化物との固溶体単結 晶からなるターゲットを用いる方法、 Ga金属からなるターゲットおよび p型ドーパ ントからなる夕一ゲットを用いる方法等がある。 ）3— Ga2〇3と p型ドーパントの酸 化物との固溶体単結晶からなる夕一ゲットを用いる方法においては、 Gaと p型ドー パントの成分比を変える方法があり、 G a金属からなるターゲットおよび p型ドーパ ン卜からなる夕一ゲットを用いる方法においては、 ターゲットへのレーザーの照射方 法を変える方法がある。 例えば、 レーザの波長 （例えば、 1 57 nm、 1 9 3 nm、 248 nm、 26 6 nm、 3 5 5 nm等） を変える方法、 1パルスあたりのパワー (例えば、 1 0〜5 0 0mW) や繰り返しの周波数 （例えば、 l〜200Hz) を変 える方法等がある。
P LD法により G a欠陥濃度を制御する方法には、 夕ーゲッ卜へのレーザ一照射条 件を変える方法がある。 例えば、 レーザの波長 （例えば、 1 57 nm、 1 9 3 nm,
248 nm, 26 6 nm, 3 5 5 nm等） を変える方法、 1パルスあたりのパワー (例えば、 1 0〜5 0 0mW) や繰り返しの周波数 （例えば、 l〜200Hz) を変 える方法がある。 あるいは、 基板の成膜条件を変える方法、 例えば基板温度 （例えば、
3 0 0~1 5 00°C) を変える方法、 ターゲットと基板の距離 （例えば、 20〜50
mm) を変える方法，成膜の真空度 （例えば、 10—3〜10—7t o r r) を変える方法、 プラズマガンの出力を変える方法等がある。
(10) 電極
電極は、 p型導電性を示す薄膜、 あるいは基板、 または n型導電性を示す薄膜、 あ るいは基板上に蒸着、 スパッ夕等により形成される。 電極は、 ォーミック接触が得ら れる材料で形成される。 例えば、 n型導電性を示す薄膜あるいは基板には、 Au、 A 1、 T i、 Sn、 Ge、 I n、 N i、 Co、 P t、 W、 Mo、 C r、 Cu、 Pb等の 金属単体、 これらのうち少なくとも 2種の合金 （例えば、 Au— Ge合金） 、 これら を 2層構造に形成するもの （例えば、 A l/T i、 AuXN i , Au/Co) 、 ある いは I TOが形成される。 p型導電性を示す薄膜あるいは基板には、 Au、 A l、 B e、 N i、 P t、 I n、 Sn、 C r、 T i、 Zn等の金属単体、 これらのうち少なく とも 2種の合金 （例えば、 Au— Zn合金、 Au— Be合金） 、 これらを 2層構造に 形成するもの （例えば、 N iZAu) あるいは I TOが形成される。
この第 1 1の実施の形態によれば、 n型導電性を示す第 1の層上に p型導電性を示 す第 2の層を形成することにより、 PN接合の発光素子を形成することができるため、 Ga2〇3系単結晶が有するバンドギャップにより紫外領域の発光が可能となる。
(第 12の実施の形態）
第 17図は、 本発明の第 1 2の実施の形態に係る Ga2〇3系発光素子の断面を示す。 この発光素子 30 1は、 3— Ga203単結晶からなる n型導電性を示す n型基板 30 2と、 この n型基板 302の上面に形成され Ga203単結晶からなる p型導電性 を示す P型層 303と、 この p型層 303の上面に形成される透明電極 304と、 透 明電極 304の一部に形成されるボンディング電極 306と、 n型基板 302の下面 の全面に形成される n電極 305とを備える。 ボンディング電極 306は、 例えば、 P tから形成され、 n電極 305は、 例えば、 Auから形成され、 ボンディング電極 306は、 リード 308がボンディング 309によって接続される。 透明電極 304 は、 例えば、 AuZN iにより形成する。
次に、 この発光素子 301の製造方法について図面を参照して説明する。
第 18図は、 酸素濃度とキャリア濃度との関係を示す。 まず、 前述したように FZ 法により i8—Ga2〇3単結晶を形成する。 第 18図に示すように、 i3— Ga2〇3単結
晶の成長時に、 酸素濃度 1〜2 0 %の間で変化させることにより、 ]3— Ga2〇3単結 晶のキヤリァ濃度を 1. 4 X 1 017〜 1 X 1 016/ c m3の間で制御することが可能で ある。 1〜2 OmmZhで単結晶化させ、 製造された ]3— G a2〇3単結晶に切断等の 加工を施すことにより、 n型導電性を示す n型基板 30 2が製作される。 この n型基 板 3 0 2のキャリア濃度は、 1 X 1 017 cm3、 p型層 3 0 3のキャリア濃度は、 1 016/cm3である。
第 1 9図は、 本発明の第 1 2の実施の形態に係る発光素子を製造するための成膜装 置の概略構成を示す。 この成膜装置 3 20は、 PLD法によって成膜するものであり、 真空可能な空間部 36 0を有するチャンバ 3 2 1と、 チャンバ 32 1内に配置された ターゲット 3 2 3を保持するターゲット台 3 2 5と、 チャンバ 3 2 1の外部に設けら れ、 夕一ゲッ卜台 32 5を回転させる回転機構 3 30と、 チャンバ 3 2 1内に配置さ れ、 n型基板 3 0 2を保持するとともに、 n型基板 30 2を 1 50 0 °Cまで加熱可能 なヒ一夕を内蔵する基板保持部 3 2 7と、 チャンバ 32 1内にパイプ 32 1 aからラ ジカルを注入するラジカル注入部 3 28と、 パイプ 32 1 bを介して空間部 360を 排気して空間部 360を真空にする真空ポンプ （図示せず） を有する排気部 3 29と、 チャンバ 3 2 1の外部に設けられ、 夕ーゲット 3 23に励起ビ一ムとしてのレーザ光 342を照射するレーザ部 3 24とを備える。
ターゲット 3 23は、 例えば、 高純度の G aと Mgを含む合金、 Mgをドープした j3— Ga203結晶 （単結晶あるいは多結晶） 、 Mgをド一プした i3— Ga2〇3焼結体 等を用いる。 合金以外の固体からなるものであっても、 ί夜状であってもよい。
レーザ部 3 24は、 Nd ： Y AGレーザ、 Kr Fエキシマレ一ザまたは A r Fェキ シマレーザ等をレーザ源としてレーザ光 342をパルス状に照射するレーザ発振部 3 4 1と、 レーザ発振部 341から出射されたレーザ光 342を夕ーゲット 323上に 集光するレンズ 343、 344とを備える。
n型基板 3 0 2は、 /3— G a2〇3系単結晶からなり、 ターゲット 323にレーザ光 342が照射されたときに、 夕一ゲット 3 2 3から放出された金属原子等の化学種 3 3 3が成膜できるように、 夕ーゲット 3 23と対向している。
ラジカル注入部 32 8は、 酸素ガス、 オゾンを含む酸素ガス、 純オゾンガス、 N2 Oガス、 N〇2ガス、 酸素ラジカルを含む酸素ガス、 酸素ラジカル等のうち 1または
2以上のガス、 すなわち成膜時にターゲット 3 2 3から放出された金属原子等の化学 種 3 3 3と結合するガスを空間部 3 6 0に注入するようになっている。
次に、 n型基板 3 0 2の表面に ]3— G a 2〇3からなる p型層 3 0 3を形成する方法 について説明する。 n型基板 3 0 2上に p型層 3 0 3を成長させるには、 前述の成膜 装置 3 2 0を使用する。 すなわち、 ターゲット 3 2 3として、 例えば、 0 3と1^ か らなる合金の夕ーゲット 3 2 3をターゲット台 3 2 5に固定する。 n型基板 3 0 2を 基板保持部 3 2 7に保持する。 排気部 3 2 9の真空ポンプにより空間部 3 6 0中の空 気を排気し、 空間部 3 6 0内の真空度を、 例えば、 1 X 1 0— 9 t o r r程度にし、 そ の後、 例えば酸素ガスをラジカル注入部 3 2 8によって空間部 3 6 0に注入し 1 X 1 0— 7 t o r r程度の真空度にする。 基板保持部 3 2 7に設けたヒータに通電し、 n型 基板 3 0 2の温度を、 例えば、 3 0 0〜1 5 0 0 °Cに加熱する。 次いで、 酸素ラジカ ルをラジカル注入部 3 2 8によって空間部 3 6 0内に注入して真空度を 1 X 1 0— 6〜 1 X 1 0— 4 t o r rとする。 レーザ部 3 2 4からレ一ザ出力 1 0 0 mW、 繰り返し周 波数 1 0 H zで、 波長 2 6 6 n mのレーザ光 3 4 2を回転機構 3 3 0により回転する ターゲット 3 2 3に照射すると、 ターゲット 3 2 3を構成している G a原子、 M g原 子が励起され、 熱的 ·光化学的作用により、 ターゲット 3 2 3から放出される金属原 子、 金属イオン、 励起金属原子、 励起金属イオン等の化学種 3 3 3が雰囲気中の酸素 ラジカルと基板 3 0 2上で結合し、 /3— G a 203単結晶からなる p型層 3 0 3が形成 される。 この導電性は、 M gがァクセプ夕一として働くことによるものである。 その後、 適宜手段により、 P型層 3 0 3の表面に透明電極 3 0 4および透明電極 3 0 4の一部にボンディング電極 3 0 6を形成し、 n型基板 3 0 2の下面の全面に n電 極 3 0 5を形成する。 その後、 リード 3 0 8をボンディング 3 0 9によりボンディン グ電極 3 0 6に接続する。
この第 1 2の実施の形態によれば、 以下の効果が得られる。
(ィ） n型基板 3 0 2と p型層 3 0 3とを接合することにより、 P N接合の発光素子 を形成することができるため、 ιδ— G a 2〇3系単結晶が有する広いバンドギャップに より短波長、 例えば、 2 6 0 n mのような短波長の発光が可能となる。
(口） n型基板 3 0 2および p型層 3 0 3は、 /3— G a 203を主体に構成されている ので、 バッファ層を不要にすることが可能となり、 結晶性の高い p型層を形成するこ とができる。
(ハ） n型基板 3 0 2は、 導電性を有するため、 上下から電極を取り出す垂直型の構 造をとることができるので、 層構成、 製造工程の簡素化を図ることができる。
(二） n型基板 3 0 2は、 発光領域で透過性が高いので、 光の取り出し効率を高くす ることができ、 2 6 0 nmのような短波長の紫外光を基板側からも取り出すことがで さる。
(ホ） n型基板 3 0 2や p型層 3 0 3に酸化物系；8— G a 2〇3系単結晶を用いている ため、 高温の大気中でも安定に動作する発光素子を形成することができる。
(第 1 3の実施の形態）
第 2 0図は、 本発明の第 1 3の実施の形態に係る G a 203系発光素子の断面を示す。 この実施の形態に係る発光素子 3 0 1が、 第 1 2の実施の形態に係る発光素子 3 0 1 と異なるところは、 p型層 3 0 3と n型基板 3 0 2との間に、 3— G a 2〇3単結晶か らなり、 n型基板 3 0 2とキヤリァ濃度が異なる n型導電性を示す n型層 3 0 7が形 成されていることである。
次に、 n型基板 3 0 2の表面に n型層 3 0 7を形成する場合について説明する。 こ の場合、 第 1 8図に示す成膜装置 3 2 0を使用して n型層 3 0 7を形成する。 このと き、 ターゲット 3 2 3は、 例えば、 高純度の G aと S nを含む合金、 または S nド一 プ /3 _ G a 203単結晶または S nドープ）3 _ G a 203結晶焼結体からなるものを用い る。
まず、 例えば、 G aと S nからなる合金のターゲット 3 2 3をターゲット台 3 2 5 に固定する。 n型基板 3 0 2を基板保持部 3 2 7に保持する。 排気部 3 2 9の真空ポ ンプにより空間部 3 6 0中の空気を排気し、 空間部 3 6 0内の真空度を、 例えば、 1 X 1 0 "9 t ο r r程度にし、 その後、 例えば酸素ガスをラジカル注入部 3 2 8によつ て空間部 3 6 0に注入し 1 X 1 0—7 1 o r r程度の真空度にする。 基板保持部 3 2 7 に設けたヒータに通電し、 n型基板 3 0 2の温度を、 例えば、 3 0 0〜1 5 0 0 °Cに 加熱する。 次いで、 酸素ラジカルをラジカル注入部 3 2 8によって空間部 3 6 0内に 注入して 1 X 1 0— 6〜1 X 1 0— 4 t 0 r r程度の真空度とする。 レーザ部 3 2 4から
レーザ出力 1 0 0mW、 繰り返し周波数 1 0 Hzで、 波長 266 nmのレーザ光 34 2を回転機構 3 3 0により回転する夕ーゲット 3 2 3に照射すると、 夕一ゲット 3 2 3を構成している Ga原子、 S n原子が励起され、 熱的 ·光化学的作用により、 ター ゲット 3 2 3から放出される金属原子、 金属イオン、 励起金属原子、 励起金属イオン 等の化学種 3 3 3が雰囲気中の酸素ラジカルと n型基板 302上で結合し、 n型層 3 0 7が形成される。 このとき n型層 30 7のキャリア濃度は、 膜の成長中において酸 素ラジカル濃度を減少するなどの方法により、 n型基板 3 02のキャリア濃度よりも 低くなるように形成する。 例えば、 n型基板 3 0 2のキャリア濃度 2 X 1 018 "cm3、 n型層 3 0 7のキャリア濃度は、 1 017/cm3、 p型層 3 03のキャリア濃度は、 1 016/cm3である。
その後、 適宜手段により、 P型層 30 3の表面に透明電極 3 04を形成し、 透明電 極 304の一部にボンディング電極 306を、 n型基板 3 02の下面の全面に n電極 3 05を形成する。 その後、 リード 30 8をボンディング 30 9によりボンディング 電極 30 6に接続する。
この第 1 3の実施の形態によれば、 下記の効果が得られる。
(ィ） n型層 3 0 7のキャリア濃度を n型基板 302のキャリア濃度より低く形成す ることにより、 p型層 3 0 3の結晶性がよくなり、 第 1 2の実施の形態に比べて発光 効率が向上する。
(口） n型層 3 0 7と p型層 30 3とを接合することにより、 PN接合の発光素子を 形成することができるため、 β - G a203系単結晶が有する広いバンドギヤップによ り短波長、 例えば、 26 0 nmのような短波長の発光が可能となる。
(Λ) n型基板 3 0 2および n型層 30 7は、 /3— G a2〇3を主体に構成されている ので、 バッファ層を不要にすることが可能となり、 結晶性の高い p型層 303を形成 することができる。
(二） n型基板 3 0 2は、 導電性を有するため、 上下から電極を取り出す垂直型の構 造をとることができるので、 層構成、 製造工程の簡素化を図ることができる。
(ホ） n型基板 3 0 2は、 発光領域で透過性が高いので、 光の取り出し効率を高くす ることができ、 26 0 nmのような短波長の紫外光を基板側からも取り出すことがで きる。
(へ） n型基板 302、 n型層 307や p型層 303に酸化物系） 3— Ga2〇3系単結 晶を用いているため、 高温の大気中でも安定に動作する発光素子を形成することがで きる。
(第 14の実施の形態）
第 21図は、 本発明の第 14の実施の形態に係る G a 203系発光素子の断面を示す。 この発光素子 301は、 jS— Ga2〇3単結晶からなる p型導電性を示す p型基板 31 2と、 この p型基板 31 2の上面に形成される /3— Ga2〇3単結晶からなる n型導電 性を示す n型層 313と、 この n型層 313の上面に形成される透明電極 304と、 透明電極 304の一部に形成されるボンディング電極 306と、 p型基板 312の下 面の全面に形成される p電極 336とを備える。 ボンディング電極 306は、 リード 308がボンディング 309によって接続される。 p電極 336は、 例えば、 P t力、 ら形成され、 ボンディング電極 306は、 例えば、 Auから形成される。
次に、 この発光素子 301の製造方法について説明する。 まず、 FZ法により β — Ga2〇3結晶を形成する。 原料として、 ドーパントとしての MgO (p型ド一パン ト源） を含む /3— Ga2〇3とを均一に混合し、 混合物をゴム管に入れ 500 MP aで 冷間圧縮して棒状に成形する。 棒状に成形したものを大気中において 1500 で 1 0時間焼結して /3— Ga2〇3系多結晶素材を得る。 Ga2〇3種結晶を準備し、 成長雰 囲気が全圧 1〜 2気圧のもと、 N2および 02混合ガスを 50 OmlZmi nで流しな がら、 石英管中で；3— Ga203種結晶と /3— Ga2〇3系多結晶素材とを接触させてそ の部位を加熱し、 Ga203種結晶と /3— Ga2〇3系多結晶素材との接触部分で両 者を溶融する。 溶解した ]3— Ga2〇3系多結晶素材を 3— Ga2〇3種結晶とともに回 転速度 20 r pmで反対方向に回転させながら、 かつ 5mm_ hの引き下げ速度で成 長させると、 j3— Ga2〇3種結晶上に透明な i3— Ga203系単結晶が生成する。 次に、 この /3—Ga203系単結晶に切断等の加工を施すことにより基板を作製する。 次に、 この基板を酸素雰囲気中において 950ででァニールすると、 p型導電性を示す p型 基板 3 12となる。 次いで、 n型層 313を、 第 13の実施の形態に示すように形成 し、 ボンディング電極 306、 p電極 336等を形成する。
この第 14の実施の形態の発光素子 301は、 p型基板 312と、 この p型基板 3 12の上面に形成する n型層 3 13とを接合することとしたため、 ボンディング電極
3 0 6の極性をマイナス、 p電極 3 3 6の極性をプラスとして電圧を印加すると、 p 型基板 3 1 2と n型層 3 1 3との接合部において、 p型基板 3 1 2内の正孔と n型層
3 1 3内の電子とが互いに接合部に向い、 それらが接合部付近で再結合するために、 接合部付近が発光する。
この第 1 4の実施の形態によれば、 下記の効果が得られる。
(ィ） P型基板 3 1 2と n型層 3 1 3とを接合することにより、 P N接合の発光素子 を形成することができるため、 ]3— G a 203系単結晶が有する広いバンドギャップに より短波長、 例えば、 2 6 0 n mのような短波長の発光が可能となる。
(口） p型基板 3 1 2および n型層 3 1 3は、 /3— G a 203を主体に構成されている ので、 バッファ層を不要にすることが可能となり、 結晶性の高い n型層 3 1 3を形成 することができる。
(ハ） P型基板 3 1 2は、 導電性を有するため、 上下から電極を取り出す垂直型の構 造をとることができるので、 層構成、 製造工程の簡素化を図ることができる。
(二） P型基板 3 1 2は、 発光領域で透過性が高いので、 光の取り出し効率を高くく することができ、 2 6 0 n mのような短波長の紫外光を基板側からも取り出すことが できる。
(ホ） p型基板 3 1 2や n型層 3 1 3に酸化物系 — G a 2〇3系単結晶を用いている ため、 高温の大気中でも安定に動作する発光素子を形成することができる。
(第 1 5の実施の形態）
第 2 2図は、 本発明の第 1 5の実施の形態に係る G a 2〇3系発光素子の断面を示す。 この実施の形態に係る発光素子 3 0 1が、 第 1 4の実施の形態に係る発光素子 3 0 1 と異なるところは、 n型層 3 1 3と p型基板 3 1 2との間に、 /3— G a 2〇3単結晶か らなる p型導電性を示す p型層 3 0 3が形成されていることである。 この p型層 3 0 3は、 前記の導電率制御を行い、 p型基板 3 1 2のキャリア濃度よりも低く形成され ている。
この発光素子 3 0 1は、 第 1 4の実施の形態のようにして p型基板 3 1 2を形成し、 その 型基板 3 1 2上に第 1 2の実施の形態のようにして p型層 3 0 3を形成し、 そ の p型層 3 0 3の上に第 1 3の実施の形態のようにして n型層 3 1 3を形成する。 この第 1 5の実施の形態によれば、 以下の効果が得られる。
(ィ） p型層 3 0 3のキャリア濃度を p型基板 3 1 2のキャリア濃度より低く形成し ているので、 発光効率の低下を防止することができる。
(口） n型層 3 1 3と p型層 3 0 3とを接合することにより、 P N接合の発光素子を 形成することができるため、 /3— G a 2〇3系単結晶が有する広いバンドギャップによ り短波長、 例えば、 2 6 0 n mのような短波長の発光が可能となる。
(ハ） p型基板 3 1 2および p型層 3 0 3は、 j8— G a 2〇3を主体に構成されている ので、 バッファ層を不要にすることが可能となり、 結晶性の高い n型層 3 1 3を形成 することができる。
(二） p型基板 3 1 2は、 導電性を有するため、 上下から電極を取り出す垂直型の構 造をとることができるので、 層構成、 製造工程の簡素化を図ることができる。
(ホ） p型基板 3 1 2は、 発光領域で透過性が高いので、 光の取り出し効率を高くす ることができ、 2 6 0 n mのような短波長の紫外光を基板側からも取り出すことがで さる。
(へ） p型基板 3 1 2や n型層 3 1 3に酸化物系 /3— G a 203系単結晶を用いている ため、 高温の大気中でも安定に動作する発光素子を形成することができる。
(第 1 6の実施の形態）
第 2 3図は、 本発明の第 1 6の実施に形態に係る /3— G a 2〇3系発光素子の断面を 示す。 この発光素子 3 0 1は、 /3— G a 2〇3単結晶からなる絶縁型基板 3 1 6と、 こ の絶縁型基板 3 1 6の下面に形成される ）3— G a 203単結晶からなる n型導電性を示 す n型層 3 1 7と、 この n型層 3 1 7の一部の下面に形成される j3— G a 2〇3単結晶 からなる P型導電性を示す P型層 3 1 8と、 この p型層 3 1 8上に形成される p電極 3 3 6と、 n型層 3 1 7上に形成される n電極 3 3 7とを備える。 p電極 3 3 6は、 例えば、 P tから形成され、 n電極 3 3 7は、 例えば、 A u等から形成される。 p電 極 3 3 6および n電極 3 3 7は、 それぞれ半田ポール 3 6 3、 3 6 4を介してプリン ト基板 3 6 5上のプリントパ夕一ン 3 6 6と接触される。
この発光素子 3 0 1は、 n型層 3 1 7と p型層 3 1 8とが接合された p n接合部で 発光するが、 発光した光は、 絶縁型基板 3 1 6を透過して出射光 3 7 0として上方に 出射する。
次に、 この発光素子 30 1の製造方法について説明する。 絶縁型基板 3 1 6は、 以 下のようにして得られる。 F Z法によって第 1 2の実施に形態のようにして得られた n型導電性を示す /3— Ga2〇3からなる基板を、 大気中で温度 9 50 の雰囲気でァ ニールすることにより、 酸素欠陥を減少させることができ、 絶縁型基板 3 1 6が得ら れる。 この絶縁型基板 3 1 6上に第 14の実施の形態のようにして n型層 3 1 7を形 成し、 この n型層 3 1 7の一部をマスキングして第 1 2の実施の形態のように p型層 3 1 8を形成し、 マスキングを除去した後、 この p型層 3 1 8上に p電極 336を、 n型層 3 1 7の一部の上に n電極 3 3 7をそれぞれ形成する。
この第 1 6の実施の形態によれば、 以下の効果が得られる。
(ィ） n型層 3 1 7と p型層 3 1 8とを接合することにより、 PN接合の発光素子を 形成することができるため、 β一 G a 203系単結晶が有する広いパンドギヤップによ り短波長、 例えば、 2 60 nmのような短波長の発光が可能となる。
(口） プリン卜基板やリードフレームとの接続方法が、 フリップチップ ·ポンディン グが可能となるので、 発光領域からの発熱を効率よくプリント基板や、 リードフレー ムに逃がすことができる。
ひ、） 絶縁型基板 3 1 6および n型層 3 1 7は、 /3— G a2〇3を主体に構成されてい るので、 バッファ層を不要にすることが可能となり、 結晶性の高い n型層 3 1 7を形 成することができる。
(二） 絶縁型基板 3 1 6は、 発光領域で透過性が高いので、 光の取り出し効率を高く することができ、 2 6 O nmのような短波長の紫外光を基板側からも取り出すことが でさる。
(ホ） 絶縁型基板 3 1 6や n型層 3 1 7、 p型層 3 1 8に酸化物系 /3— Ga203系単 結晶を用いているため、 高温の大気中でも安定に動作する発光素子を形成することが できる。
(第 1 7の実施の形態）
第 24図は、 本発明の第 1 7の実施の形態に係る i3— Ga203系発光素子の断面を 示す。 この発光素子 3 0 1は'、 Ga203単結晶からなる n型導電性を示す n型 /3 一 Ga2〇3基板 3 50と、 この n型 /3— Ga203基板 3 50の上に形成される n型導 電性を示す n型 ]3— A 1 G a^Oaクラッド層 3 5 1と、 この n型 j3— A l MGa
06〇3クラッド層 351の上に形成され、 jS—Ga203からなる /3— Ga2〇3活性層 3 52と、 ]3— Ga2〇3活性層 352の上部に形成される p型導電性を示す p型；3— A 1 GaM03クラッド層 353と、 p型 j3— A 1 uGa。.6〇3クラッド層 353の上 面に形成される ）3— Ga203単結晶からなる p型導電性を示す p型 /3— Ga203コン タクト層 354と、 この p型 j8— Ga2〇3コンタクト層 354の上面に形成される透 明電極 304と、 透明電極 304の一部の上に形成されるボンディング電極 306と、 n型 0— Ga2〇3基板 350の下面の全面に形成される n電極 337とを備える。 ポ ンデイング電極 306は、 例えば P tから形成され、 n電極 337は、 例えば、 Au から形成される。
この発光素子 301は、 ボンディング電極 306を介してボンディング 309によ りリード 308を取り付け、 金属べ一スト 381を介してプリント基板 380に搭載 される。
P型 β—Α 1
クラッド層 353のキャリア濃度は、 前述の p型導電性 を示す薄膜の導電率制御方法により P型 j3_Ga2〇3コンタクト層 354のキャリア 濃度より低く形成する。 また、 同様に、 n型 /3— A l uGa Oaクラッド層 351 のキャリア濃度は、 n型 ]3— Ga2〇3基板 350のキャリア濃度より低く形成する。
]3— Ga2Os活性層 352は、 n型 /3— A 1 "Ga Osクラッド層 351および ρ β-Α Ι GauC^クラッド層 353によりサンドイッチ状に挟まれたダブル ヘテロ接合とされており、 各クラッド層 351、 353のバンドギャップよりも小さ なバンドギャップを有する j3—Ga203で形成する。
発光光 37 1は、 プリント基板 380により反射して上方から出射する。
第 25図は、 ]3—Α 1 Ga^O^ i3—G a203および j3— G a I n〇3の格子定 数率とパンドギャップとの関係を示す。 A 1の濃度を高めるとバンドギャップが大き くなるとともに、 格子定数率が小さくなり、 I nの濃度を高めると、 バンドギャップ が小さくなるとともに、 格子定数率が大きくなることがわかる。 ；3— Ga2〇3につい ては、 b軸く 010>方位、 および c軸〈001〉方位について第 25図のように示され、 a軸く 100>方位についても、 同様な傾向が現れる。
この第 17の実施の形態によれば、 以下の効果が得られる。
(ィ） 活性層 352を形成する i3— Ga203系単結晶が有する広いバンドギャップに より短波長、 例えば、 260 nmのような短波長の発光が可能となる。 また、 A 1を 添加することによりさらに短波長の発光が可能となる。
(口） ダブルへテロ接合を有するため、 キャリアとなる電子と正孔とが ;8— Ga2〇3 活性層 352に閉じこめられて再結合する確率が高くなるので、 発光効率が大幅に上 昇させることができる。
ひ、） n型 /3— Ga2〇3基板 350および各層 35 1〜354は、 /3— Ga2〇3を主 体に構成されているので、 バッファ層を不要にすることが可能となり、 結晶性の高い P型層を形成することができる。
(二） n型 j3_Ga203基板 350は、 導電性を有するため、 上下から電極を取り出 す垂直型の構造をとることができるので、 層構成、 製造工程の簡素化を図ることがで きる。
(ホ） n型 3— Ga2〇3基板 350は、 発光領域で透過性が高いので、 光の取り出し 効率を高くすることができ、 260 nmのような短波長の紫外光を基板側からも取り 出すことができる。
(へ） n型 ]3_Ga203基板 350および各層 351〜354に酸化物系 /3— Ga2 o3系単結晶を用いているため、 高温の大気中でも安定に動作する発光素子を形成す ることができる。
(ト） 発光光は、 透明電極 304を透過して上方に出射する出射光 370として外部 に射出する他、 n型 j3—Ga203基板 350の下面の方に向う発光光 371は、 例え ば、 n電極 337あるいは金属べ一スト 381により反射させられて上方に出射する ため、 発光光 37 1が直接外部に出射するのと比べて、 発光強度が増大する。
なお、 ）3—Ga2〇3活性層 352は、 /3— G a I n〇3により形成してもよい。 こ の時クラッド層として ]3— Ga203で形成しても良い。 また活性層 352として、 発 光効率を高めることができる量子井戸構造のものであってもよい。
(第 18の実施の形態）
第 26図は、 本発明の第 18の実施の形態に係る /3— Ga2〇3系発光素子の断面を 示す。 この発光素子 30 1は、 ]3— Ga2〇3単結晶からなる絶縁型 /3— Ga2p3基板 355と、 この絶縁型 — Ga2〇3基板 355の上面に形成される /3— Ga2〇3単結
晶からなる n型導電性を示す n型 Ga2〇3コンタクト層 3 5 6と、 この n型 j8—Ga 203コンタクト層 3 56の一部の上面に形成される n型 β—Α 1 UG aQ.6〇3クラッ ド層 3 5 1と、 この n型 j8—A 1 uGafl.6〇3クラッド層 3 5 1の上に形成され、 β 一 Ga2〇3からなる i3— Ga2〇3活性層 3 52と、 j3— Ga2〇3活性層 3 5 2の上に 形成される p型導電性を示す P型 i3— A l ^Ga Osクラッド層 3 5 3と、 p型 β -A 114Ga 6〇3クラッド層 3 5 3の上に形成される G a2〇3単結晶からなる ρ型導 電性を示す Ρ型 j3— Ga2〇3コン夕クト層 3 54と、 p型 — Ga203コンタクト層 3 54に形成される透明電極 3 04と、 透明電極 3 04の一部に形成されるボンディ ング電極 306と、 n型 j8—Ga2〇3コンタクト層 3 56の上に形成される n電極 3 3 7とを備える。 ボンディング電極 3 06は、 例えば、 P tから形成され、 リード 3 0 8がボンディング 3 0 9によって接続され、 n電極 33 7は、 例えば、 Auから形 成され、 リード 3 58がボンディング 3 5 9によって接続される。 p型 ]3— A l ,.4 GaQ.603クラッド層 3 5 3のキャリア濃度を p型 /3— G a203コンタクト層 3 54 のキャリア濃度より低く形成し、 n型 j8— A 1 Ga^Osクラッド層 3 5 1のキヤ リア濃度を n型 /3— Ga203コンタクト層 3 56のキャリア濃度より低く形成する。 この発光素子 30 1は、 プリント基板 3 8 0に搭載される。
一 Ga2〇3活性層 3 5 2は、 第 1 7の実施の形態と同様に n型 β—Α 1 Ga0.6 〇3クラッド層 3 5 1および p型 i3— A 114Ga。.603クラッド層 3 5 3によりサンド イッチ状に挟まれたダブルへテロ接合とされており、 各クラッド層 3 5 1、 3 53の バンドギャップよりも小さなバンドギャップを有する /3_Ga203で形成される。 発光光 3 7 1は、 プリント基板 3 80により反射して上方から出射する。
この第 1 8の実施の形態によれば、 以下の効果が得られる。
(ィ） 活性層 3 5 2を形成する /3— Ga2〇3系単結晶が有する広いバンドギャップに より短波長、 例えば、 26 0 nmのような短波長の発光が可能となる。 また、 A 1を 添加することによりさらに短波長の発光が可能となる。
(口） ダブルへテロ接合を有するため、 キャリアとなる電子と正孔とが /3— Ga203 活性層 3 52に閉じこめられて再結合する確率が高くなるので、 発光効率が大幅に上 昇する。
(ハ） 絶縁型 jS— Ga2〇3基板 3 5 5および n型 jS—A 1 L4G a0.6O3クラッド層 3 5 1は、 /3—Ga203を主体に構成されているので、 バッファ層を不要にすることが 可能となり、 結晶性の高い n型層を形成することができる。
(二） 絶縁型 0— Ga2〇3基板 3 5 5が、 発光領域で透過性が高いので、 光の取り出 し効率を高くすることができる。
(ホ） 絶縁型 /3— Ga2〇3基板 3 5 5や各層 3 5 1、 3 5 3、 3 5 2、 3 56に酸化 物系 ^ _Ga203系単結晶を用いているため、 高温の大気中でも安定に動作する発光 素子を形成することができる。
(へ） 発光光は、 透明電極 304を透過して上方に出射する出射光 3 70として外部 に射出する他、 n型 3— Ga203基板 3 5 0の下面の方に向う発光光 37 1は、 例え ば、 プリント基板 3 80により反射させられて上方に出射するため、 発光光 3 7 1が 直接外部に出射するのと比べて、 発光強度が増大する。
なお、 第 1 2〜1 8の実施の形態において、 発光素子 3 0 1にバッファ層を設けて もよい。 バッファ層は、 n型基板 3 0 2と p型層 30 3との間 （第 1 2の実施の形態、 第 1 7図） 、 n型基板 3 0 2と n型層 3 0 7との間 （第 1 3の実施の形態、 第 2 0 図） 、 P型基板 3 1 2と n型層 3 1 3との間 （第 14の実施の形態、 第 2 1図） 、 p 型基板 3 1 2と p型層 3 0 3との間 （第 1 5の実施の形態、 第 22図） 、 絶縁型基板 3 1 6と n型層 3 1 7との間 （第 1 6の実施の形態、 第 2 3図） 、 n型 /3— Ga2〇 型基板 3 5 0と n型 /3— A 1 ,.4G a。.6〇3クラッド層 3 5 1との間 （第 1 7の実施の 形態、 第 24図） 、 絶縁型 i3— Ga2〇3基板 3 5 5と n型 /3—Ga2〇3コンタクト層 3 5 6の間 （第 1 8の実施の形態、 第 2 6図） に形成する。
また、 励起ビームとしては、 レーザ光以外に金属ターゲットに照射して金属原子等 の化学種を遊離させることができるものならば、 電子ビーム、 イオンビーム等でもよ い。
また、 |8— Ga2〇3は、 他のタイプの Ga2〇3であってもよい。
また、 第 1 2〜1 8の実施の形態は、 発光素子について説明してきたが、 入射光を 電気信号に変換するフォ卜センサにも適用することができる。 産業上の利用の可能性
以上説明したように、 本発明によれば、 FZ法により i8_Ga2〇3系種結晶から所 定の方位に 0— Ga2〇3系単結晶を成長させて、 クラッキング、 双晶化傾向が減少し、 結晶性が高くなり、 加工性のよい ]3— Ga203系単結晶を得る。
また、 /3— Ga2〇3系単結晶を基板上に成長させて基板上に /3— Ga2〇3系単結晶 の薄膜を形成する。
さらに、 一 G a 203系単結晶の薄膜を組み合わせることにより P N接合の発光素 子を形成することができるので、 Ga2〇3系単結晶が有するバンドギャップにより紫 外領域の発光が可能となり、 水銀フリ一の蛍光灯、 クリーンな環境を提供する光触媒、 より高密度記録を実現する新世代 DVD等に使用することができる。
Claims
1. /3— Ga2〇3系種結晶を準備し、
前記 ]3— Ga203系種結晶から所定の方位に 3—Ga2〇3系単結晶を成長させるこ とを特徴とする i3— Ga203系単結晶成長方法。
2. 前記所定の方位は、 &軸<1 0 0>方位であることを特徴とする請求の範囲 1に 記載の /3— Ga2〇3系単結晶成長方法。
3. 前記所定の方位は、 b軸ぐ 0 1 0>方位であることを特徴とする請求の範囲 1に 記載の 0— Ga203系単結晶成長方法。
4. 前記所定の方位は、 c軸ぐ 00 1>方位であることを特徴とする請求の範囲 1に 記載の 0— Ga203系単結晶成長方法。
5. 前記 /3_Ga203系単結晶の成長は、 F Z法によることを特徴とする請求の範囲 1に記載の ]3— G a2〇3系単結晶成長方法。
6. 前記 FZ法で用いる /3— Ga203系多結晶原料棒の直径は、 成長結晶の直径と等 しいかそれよりも大きいことを特徴とする請求の範囲 5に記載の j3— G a2〇3系単結 晶成長方法。
7. 前記 F Z法は、 全圧が 1〜 2気圧で 02と不活性ガスの混合気体の雰囲気中で行 うことを特徴とする請求の範囲 5に記載の 0— G a203系単結晶成長方法。
8. 前記 /3—Ga203系種結晶は、 単結晶であることを特徴とする請求の範囲 1に記 載の /3— Ga203系単結晶成長方法。
9. 前記 3— Ga203系種結晶は、 所定の方位に成長したものであることを特徴とす る請求の範囲 1に記載の ]3— G a2〇3系単結晶成長方法。
1 0. 前記所定の方位は、 a軸く 1 00>方位であることを特徴とする請求の範囲 9 に記載の i8_Ga2〇3系単結晶成長方法。
1 1. 前記所定の方位は、 軸<0 1 0>方位であることを特徴とする請求の範囲 9 に記載の ]3— Ga2〇3系単結晶成長方法。
1 2. 前記所定の方位は、 c軸く 0 0 1>方位であることを特徴とする請求の範囲 9 に記載の；3— Ga203系単結晶成長方法。
1 3. 前記 i3-Ga203系種結晶は、 成長結晶の 5分の 1以下の径を有し、 前記 0— Ga203系単結晶の成長の際に破損しない強度を有することを特徴とする請求の範囲 1に記載の 3— G a2〇3系単結晶成長方法。
1 4. 前記）3— Ga2〇3系種結晶は、 5 mm2以下の断面積を有し、 前記 一 Ga2〇 3系単結晶の成長の際に破損しない強度を有することを特徴とする請求の範囲 1に記 載の /3— Ga203系単結晶成長方法。
1 5. 前記 3— Ga203系種結晶は、 3—Ga2〇3と同じ単斜晶系、 空間群が C 2, mに属する j3—Ga2〇3固溶体を含むことを特徴とする請求の範囲 1に記載の β— Ga2〇3系単結晶成長方法。
1 6. 前記 /3— Ga203系成長結晶は、 j3— Ga2〇3と同じ単斜晶系、 空間群が C 2 Zmに属する ]3— Ga2〇3固溶体を含むことを特徴とする請求の範囲 1に記載の β 一 G a 203系単結晶成長方法。
1 7. 前記 /3— Ga2〇3固溶体は、 ガリウム、 インジウム、 アルミニウム、 錫、 ゲル マニウム、 ニッケル、 銅、 亜鉛、 ジルコニウム、 ニオブ、 モリブデン、 チタン、 バナ ジゥム、 クロム、 マンガン、 鉄、 コバルト、 ハフニウム、 タンタル、 タングステン、
ケィ素およびマグネシウムからなる群から選択される 1または 2以上の元素の酸ィ匕物 を含むことを特徴とする請求の範囲 1 5または 1 6に記載の /3— G a 2〇3系単結晶成 長方法。
1 8 . 基板を準備し、
所定の雰囲気中で純金属あるいは合金からなる金属ターゲッ卜に励起ビームを照射 し、 これにより金属ターゲットから放出された原子、 分子、 イオン等の化学種と前記 所定の雰囲気に含まれる原子とを結合させて前記基板上に薄膜を成長させることを特 徴とする薄膜単結晶の成長方法。
1 9 . 前記所定の雰囲気は、 注入したラジカルを含むことを特徴とする請求の範囲 1 8に記載の薄膜単結晶の成長方法。
2 0 . 前記所定の雰囲気は、 真空度 1〜1 X 1 0—1Q t 0 r rであることを特徴とする 請求の範囲 1 8に記載の薄膜単結晶の成長方法。
2 1 . 前記金属ターゲットは、 前記金属ターゲットを構成する前記純金属あるいは前 記合金を含む液状であることを特徴とする請求の範囲 1 8に記載の薄膜単結晶の成長 方法。 .
2 2 . 前記励起ビームは、 レーザ光であることを特徴とする請求の範囲 1 8に記載の 薄膜単結晶の成長方法。
2 3 . 前記基板は、 3 0 0で〜 1 5 0 0でに加熱することを特徴とする請求の範囲 1 8に記載の薄膜単結晶の成長方法。
2 4 . /3— G a 2〇3系単結晶からなる基板を準備し、
酸素ガス、 オゾンを含む酸素ガス、 純オゾンガス、 N20ガス、 N〇2ガス、 酸素ラ ジカルを含む酸素ガス、 および酸素ラジカルのうち 1または 2以上のガスからなる雰
囲気中で G aあるいは G aを含む合金からなる金属夕ーゲットに励起ビームを照射し、 これにより金属ターゲットから放出された原子、 分子、 イオン等の化学種と前記ガス とを結合させて前記基板上に j8— Ga2〇3系からなる薄膜単結晶を成長させることを 特徴とする薄膜単結晶の成長方法。
25. 前記 j3— Ga2〇3系からなる薄膜単結晶の成長は、 3— Ga2〇3系の薄膜結晶 からなるバッファ層を形成し、 前記バッファ層上に成長させることを特徴とする請求 の範囲 24に記載の薄膜単結晶の成長方法。
26. 0— Ga2〇3系単結晶からなる基板を準備し、
酸素ガス、 オゾンを含む酸素ガス、 純オゾンガス、 N20ガス、 N02ガス、 酸素ラ ジカルを含む酸素ガス、 および酸素ラジカルのうち 1または 2以上のガスからなる雰 囲気中で Znあるいは Z nを含む合金からなる金属夕ーゲットに励起ビームを照射し、 これにより金属ターゲットから放出された原子、 分子、 イオン等の化学種と前記ガス とを結合させ、 前記基板上に Zn〇系からなる単結晶を成長させることを特徴とする 薄膜単結晶の成長方法。
27. 前記 Z ηθ系からなる薄膜単結晶の成長は、 ZnO系の薄膜結晶からなるバッ ファ層を形成し、 前記バッファ層上に成長させることを特徴とする請求の範囲 26に 記載の薄膜単結晶の成長方法。
28. j3—Ga2〇3系単結晶からなる基板を準備し、
窒素ラジカル、 NH3ガス、 および窒素ラジカルを含む NH3ガスのうち 1または 2 以上のガスからなる雰囲気中で G aあるいは G aを含む合金からなる金属夕ーゲット に励起ビームを照射し、 これにより金属ターゲットから放出された原子、 分子、 ィォ ン等の化学種と前記ガスとを結合させて上記基板上に G a N系からなる薄膜単結晶を 成長させることを特徴とする薄膜単結晶の成長方法。
29. 前記 G a N系からなる薄膜単結晶の成長は、 GaN系の薄膜結晶からなるバッ ファ層を形成し、 前記バッファ層上に成長させることを特徴とする請求の範囲 2 8に 記載の薄膜単結晶の成長方法。
30'. 前記基板の準備は、 FZ法により形成することを特徴とする請求の範囲 24、 26または 28のいずれかに記載の薄膜単結晶の成長方法。
3 1. Ga2〇3系単結晶からなる n型導電性を示す第 1の層と、
前記第 1の層上に形成された G a2〇3系単結晶からなる p型導電性を示す第 2の層 とを備えることを特徴とする Ga203系発光素子。
32. 前記第 1の層および第 2の層は、 これらの間に活性層を備えることを特徴とす る請求の範囲 3 1に記載の Ga2〇3系発光素子。
33. 前記第 1の層および第 2の層は、 一方が基板、 他方が前記基板上に成長させる 薄膜であることを特徴とする請求の範囲 3 1に記載の Ga2〇3系発光素子。
34. 前記基板は、 前記薄膜を成長させる表面が、 （1 0 0) 面となっていることを 特徴とする請求の範囲 3 3に記載の Ga2〇3系発光素子。
35. 前記基板は、 前記薄膜を成長させる表面が、 （0 0 1) 面となっていることを 特徴とする請求の範囲 3 3に記載の Ga2〇3系発光素子。
36. 前記基板は、 前記薄膜を成長させる表面が、 （0 1 0) 面となっていることを 特徴とする請求の範囲 3 3に記載の G a2〇3系発光素子。
37. 前記基板は、 前記薄膜を成長させる表面が、 （1 0 1) 面となっていることを 特徴とする請求の範囲 3 3に記載の Ga203系発光素子。
3 8. 前記第 1の層は、 基板または薄膜であり、
前記基板または薄膜は、 前記 G a2〇3系単結晶中の酸素欠陥により n型導電性を示 すことを特徴とする請求の範囲 3 1に記載の G a 203系発光素子。
39. 前記第 1の層は、 基板または薄膜であり、
前記基板または前記薄膜に n型ドーパントを添加することにより n型導電性を示す ことを特徴とする請求の範囲 3 1に記載の G a203系発光素子。
40. 前記第 2の層は、 基板または薄膜であり、
前記基板または薄膜は、 前記 Ga203系単結晶中の Ga欠陥により p型導電性を示 すことを特徴とする請求の範囲 3 1に記載の G a 203系発光素子。
41. 前記第 2の層は、 基板または薄膜であり、
前記基板または前記薄膜に P型ドーパン卜を添加することにより p型導電性を示す ことを特徴とする請求の範囲 3 1に記載の Ga2〇3系発光素子。
42. G a 203系単結晶からなる n型導電性を示す基板と、
前記基板上に形成された G a 2〇3系単結晶からなる p型導電性を示す薄膜とを備え ることを特徴とする G a 203系発光素子。
43. 前記基板と前記 p型導電性を示す薄膜との間に、 Ga2〇3系単結晶からなり、 前記基板とキヤリァ濃度が異なる n型導電性を示す薄膜が形成されていることを特徴 とする請求の範囲 42に記載の G a 2〇3系発光素子。
44. 前記基板と前記 n型導電性を示す薄膜との間に、 Ga2〇3系単結晶からなるバ ッファ層が形成されていることを特徴とする請求の範囲 43に記載の Ga203系発光 素子。
45. Ga2〇3系単結晶からなる p型導電性を示す基板と、
前記基板上に形成された G a 2〇 3系単結晶からなる n型導電性を示す薄膜とを備え ' ることを特徴とする G a 203系発光素子。
46. 前記基板と前記 n型導電性を示す薄膜との間に、 Ga2〇3系単結晶からなり、 前記基板とキヤリァ濃度が異なる P型導電性を示す薄膜が形成されていることを特徴 とする請求の範囲 45に記載の G a 203系発光素子。
47. 前記基板と前記 p型導電性を示す薄膜との間に、 Ga2〇3系単結晶からなるバ ッファ層が形成されていることを特徴とする請求の範囲 46に記載の Ga203系発光 素子。
48. Ga2〇3系単結晶からなる n型導電性を示す基板を形成し、
前記基板をァニールすることによって絶縁基板を形成し、
前記絶縁基板上に、 n型ドーパントを添加することによって n型導電性を示す薄膜 を形成し、
さらにその上に、 p型ド一パン卜を添加することによってお型導電性を示す薄膜を 形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
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