ZnO系半导体元件制造技术

本发明专利技术涉及一种ＺｎＯ系半导体元件，可以使平坦的ＺｎＯ系半导体层在层叠侧的主面朝向ｃ轴方向的ＭｇＺｎＯ基板上生长。使ＺｎＯ系半导体层（２～６）在以＋Ｃ（０００１）面至少向ｍ轴方向倾斜的面为主面的Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ（０≤ｘ＜１）基板（１）上外延生长。并且，在ＺｎＯ系半导体层（５）上形成有ｐ电极（８），在Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ基板（１）的下侧形成有ｎ电极（９）。这样，通过在Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ基板（１）的表面形成沿ｍ轴方向排列的规则的台阶，可以防止被称为台阶会聚的现象，提高层叠于基板（１）上的半导体层的膜的平坦性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用有ZnO、 MgZnO等ZnO系半导体的ZnO系半导体元件。
技术介绍
近年来，作为与GaN、 AlGaN、 InGaN、 InGaAlN、 GaPN等含有氮元素 的氮化物半导体相比、多功能性更为优良的材料，ZnO系半导体备受瞩目。ZnO系半导体是宽隙半导体之一，由于激子结合能量非常大，在室温下 也可稳定存在，可以放射单色性优良的光子等，因而在作为照明、背光灯等 光源使用的紫外LED、高速电子器件、表面弹性波器件等方面可进行实用化。但是，公知的是ZnO系半导体存在因氧空穴及填隙锌原子引起的缺陷等， 自该结晶缺陷产生无助于结晶过程的电子，因此，ZnO系半导体通常呈现n 型，要形成p型则必须降低残留的电子的浓度，故而在由ZnO系半导体层构 成半导体元件时，受主掺杂困难，且难以再现性优良地形成p型ZnO。但是，近年来公开有可以再现性优良地得到p型ZnO且还可确认发光的 技术。例如非专利文献1所示，虽然可得到p型ZnO，但为了得到使用有ZnO 系半导体的半导体元件，作为生长用的基板使用ScAlMg04 (SCAM)基板， 在SCMA基板的C面上使-C面ZnO生长。所谓-C面也被称为O (氧)极 性面，在ZnO晶体所具有的、称之为纤锌矿的晶体结构中，在c轴方向上无 对称性，在c轴上具有+ c和-c两个独立的方向，由于在+ c内Zn位于晶体 的最上面，因而也被称为Zn极性，由于在-c内O位于晶体的最上面，因而 也^皮称为O才及性。该-C面ZnO生长在广泛用作为ZnO结晶生长用基板的蓝宝石基板中也 同样地进行。在-C面ZnO系半导体的结晶生长中，如专利技术者们的非专利文 献2所述，虽然作为P型掺杂剂的氮的掺杂效率密切依靠生长温度，为了进 行氮掺杂而必须使基板温度下降，但是由于基板温度一下降，结晶性也降低， 形成对受主进行补偿的载流子补偿中心，使氮非活性化，因而使p型ZnO系 半导体层的形成本身变得非常困难。因此，具有如下的方法，即，如非专利文献l所示地，利用氮掺杂效率的温度依存性，通过在400。C 1000。C的生长温度来回进行温度调节，形成高 载流子浓度的p型ZnO系半导体层，但是存在有如下的问题，即，由于不间 断地加热、冷却而反复膨胀、收缩，故而增加了对制造装置的负担，使得制 造装置变得庞大，维修周期变短。另外，由于作为热源使用激光，所以不适 宜大面积地加热，为了降低设备制造成本而使用的多片生长也难以进行。作为解决该问题的方法，本案专利技术人已经提出有使+ C面ZnO系半导体 层生长而形成高载流子浓度的p型ZnO系半导体的方法(参照专利文献1 )。 该专利公报基于专利技术人如下的发现而作出的，即，若为+C面ZnO，则不存 在氮掺杂的基板温度依存性。这是通过使作为基底层的+ C面GaN膜在蓝宝 石基板的C面生长后进行+c轴取向，在该+c轴取向GaN膜上承袭极性后形 成+c轴取向的ZnO系半导体层，发现了氮掺杂的非生长温度依存性。因此， 不用降低基板温度就可进行氮掺杂，其结果是，可防止载流子补偿中心的形 成，可制造高载流子浓度的p型ZnO系半导体。专利文献l:(日本)特开平2004-304166号公报 非专利文献1: Nature Material vol.4 ( 2005 ) p.42 非专利文献2: Journal ofCrystal Growth 237-239 (2002) 503 但是，虽然如上述现有技术那样，通过使用生长用基板的+C面GaN形 成+c轴取向的ZnO系半导体层，可以形成高载流子浓度的p型ZnO系半导 体，但由于该方法的特征在于抑制+C面GaN表面的氧化，因而在作为氧化 物的ZnO中难以确保再现。另一方面，作为生长用基板可以使用+ C面ZnO 基板,但+ C面ZnO基板比-C面ZnO基板更加热不稳定且更易失去平坦面， 若在其上进行结晶生长，则发生被称为台阶会聚的现象，使平坦部分的宽度 不一样，易于成为各式各样的面。图18 (a)是在大气环境中以IO(TC对生长用基板的-C面进行了退火处 理后，使用AFM(原子力显微镜)以分辨率5pm对其表面进行扫描得到的图 像。图18 (b)是在大气环境中以IO(TC对生长用基板的+C面进行了退火处 理后，使用AFM (原子力显微镜)以分辨率5pm对其表面进行扫描的图像。 图18 (a)的晶体形成整齐的表面，而图18 (b)产生了台阶会聚，且该台阶 宽度及台阶边缘杂乱，表面形态差。例如，若在图18 (b)的表面上进行ZnO 系化合物的外延生长，则形成如图19所示的凹凸分散的膜，使平坦性变得极差。这样，在生长用基板的+C面上难以使平坦的膜生长，最终存在元件的 量子效应降低及对切换速度也带来影响的问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述的课题而设立的，其目的在于提供一种ZnO系半 导体元件，可以使平坦的ZnO系半导体层在层叠侧的主面朝向+c轴方向的 MgZnO基板上生长。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种ZnO系半导体元件，其特 征在于，在主面具有C面的MgxZn!-xO (0<x< 1 )基板上，c轴至少向m轴方向倾斜Om度，上述0)m满足0〈Om《3的条件，且在上述主面形成有ZnO系半导体层。另外，本专利技术第二方面的ZnO系半导体元件，在第一方面的基础上，上 述C面由+C面构成。另外，本专利技术第三方面的ZnO系半导体元件，在第一或第二方面的基础 上，上述主面的c轴向a轴方向倾斜。a度，上述<^满足70《{90- (180/兀) arctan (tanO>a / tanOm) }《110的条件。根据本专利技术，MgZnO基板主面上的c轴至少向m轴方向倾斜，通过使其 m轴方向的倾斜角度为2。以下，可在MgxZn卜xO基板的层叠侧表面形成在 m轴方向排列的规则的台阶，故可防止被称为台阶会聚的现象，可提高层叠 于MgxZn卜xO基板上的各ZnO系半导体层的膜的平坦性。另夕卜，在MgZnO基板主面上的c轴也向a轴方向倾斜时，通过使其倾斜 角度在规定的范围中，MgZnO基板的生长面的台阶可在m轴方向上排列，因 而可使在主面上生长的ZnO系半导体的膜的平坦性良好。附图说明图1是表示本专利技术的ZnO系半导体元件的剖面结构的一例的图2是ZnO系化合物的晶体结构的示意图3是表示MgxZn^O基板表面的c轴的倾斜状态的图4(a)、 (b)是表示台阶边缘与m轴的关系的图5(a) ~ (c)是表示c轴仅向m轴方向具有偏角时的MgxZiVxO基板表面的图6 (a)、 (b)是表示c轴向m轴方向及a轴方向具有偏角时的MgxZn, iO基板表面的图7(a) ~ (d)是表示MgxZn,-,O基板表面状态根据c轴向m轴方向 及a轴方向的偏角而变化的情况的图8 (a)、 (b)是表示在c轴向m轴方向具有偏角的MgxZn^O基板上 形成膜的表面的图9是表示在c轴向m轴方向具有偏角的MgxZn, -xO基板上形成膜的表 面的图10是表示在c轴向m轴方向具有偏角的MgxZni—xO基板上形成膜的 表面的图11 (a)、 (b)是通过与A面和M面的比较来表示M面的热稳定性的图12 (a)、 (b)是表示M面的化学稳定性的图13 (a)、 (b)是表示M面的化学稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＺｎＯ系半导体元件，其特征在于，在主面具有Ｃ面的Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ（０≤ｘ＜１）基板上，ｃ轴至少向ｍ轴方向倾斜Φ↓［ｍ］度，　所述Φ↓［ｍ］满足０＜Φ↓［ｍ］≤３的条件，且在所述主面形成有ＺｎＯ系半导体层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2006-6-8 160273/20061、一种ZnO系半导体元件，其特征在于，在主面具有C面的MgxZn1-xO(0≤x<1)基板上，c轴至少向m轴方向倾斜Φm度，所述Φm满足0<Φm≤3的条件，且在所述主面形成有ZnO系半导体层。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤坂俊辅，川崎雅司，大友明，汤地洋行，田村谦太郎，中原健，塚崎敦，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]