公开了生长几乎不开裂、具有弱化的孪晶倾向和改进的结晶性的β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶的方法，生长具有高品质薄膜单晶的方法，能够在紫外区发光的Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］发光器件及其制造方法。在红外加热的单晶制造系统中，种晶和多晶材料以相对方向旋转并加热，β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶沿选自ａ轴＜１００＞方向、ｂ轴＜０１０＞方向和ｃ轴＜００１＞方向的一个方向生长。β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶薄膜由ＰＬＤ形成。将激光束施加于目标物上以激发构成目标物的原子。Ｇａ原子通过热和光化学作用从目标物释放。游离的Ｇａ原子与室中气体中的自由基结合。因此，β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶薄膜生长在β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶衬底上。所述的发光器件包括以ｎ型掺杂物掺杂β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶产生的ｎ型衬底和以ｐ型掺杂物掺杂β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶产生并连接到ｎ型衬底的ｐ型衬底。所述发光器件从结合部分发光。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及β-Ga2O3单晶生长方法、薄膜单晶生长方法、Ga2O3发光器件及其制造方法，更具体而言，本专利技术涉及生长几乎不开裂、具有弱化的孪晶倾向和改进的结晶性的β-Ga2O3单晶的方法，生长具有高品质薄膜单晶的方法，能够在紫外区发光的Ga2O3发光器件及其制造方法。
技术介绍
在无汞荧光灯、提供清洁气氛的光催化剂、实现更高密度记录的新一代DVD等的实现中，明显特别期望紫外区的发光器件。鉴于这些背景，已经实现了GaN发蓝光器件。在日本专利No.2778405中，描述了由蓝宝石衬底、形成在蓝宝石衬底上的缓冲层、形成在缓冲层上的n型氮化镓化合物半导体层、n型覆层、n型有源层、p型覆层和p型接触层组成的发蓝光器件。现有技术中的GaN发蓝光器件发射370nm发射波长的紫外辐射。但是，由于传统GaN发蓝光器件中的能带隙，难以获得发射具有比紫外区更短波长的光。从这一点上说，认为β-Ga2O3和ZnO有发射具有比紫外区更短波长的光的可能，因此研究将这些化合物用于发光器件。例如，研究了根据CZ方法(Czochralski方法)或FZ(Floating Zone(浮区)技术)方法制造β-Ga2O3块状单晶(bulk single crystal)衬底。一方面，日本专利申请特开No.2002-68889公开了根据PLD(脉冲激光沉积)方法在传统衬底上生长ZnO薄膜。图27示出了由传统β-Ga2O3块状单晶形成的衬底170。用于制造这种衬底170材料的传统单晶生长方法公知有CZ方法和FZ方法(参见”Rev.Int.Hautes Temper.EtRefract.”No.8，1971；page 291)。CZ方法根据下文所述的方式进行。首先，用二氧化硅管覆盖装有4N纯度Ga2O3的Ir坩埚，通过高频振荡器加热Ir坩埚，同时使通过将1体积％氧气加入到氩气中而获得的混合气体流经二氧化硅管来熔化Ga2O3粉末，由此生成Ga2O3多晶熔体。然后，将单独制备的β-Ga2O3种晶与熔融的Ga2O3接触，将β-Ga2O3种晶以1mm/小时的速率、以15rpm的晶体转数(crystalrotation number)上拉(draw up)，以制造β-Ga2O3单晶。根据该方法，优点是可以生长具有大直径的β-Ga2O3单晶。另外，FZ方法是生长晶体的同时通过位于下侧的β-Ga2O3种晶补给如位于上侧的β-Ga2O3多晶熔体原料的方式。根据该方法，优点是由于不使用容器，可以避免污染，不存在由于使用容器所致的所用气氛的限制，可以生长易于和所用容器反应的材料。此外，PLD方法是在非常低压力的氧气氛中使激光以脉冲方式照射到目标物薄膜的复合材料上，如ZnO目标物上，从而使构成目标物的组分成为等离子体或分子状态，使这种状态的组分能够溅射在衬底上，从而在衬底上生长ZnO薄膜。因此，易于在简单装置中制造薄膜。然而，在传统的CZ方法中，由于来自Ga2O3熔体的熔体组分的猛烈蒸发和明显不稳定生长，因而难以控制晶体生长。此外，虽然约1cm2的单晶的获得取决于FZ方法的条件，但是由于熔融区的猛烈蒸发和急变的温度梯度，导致出现孪晶倾向或开裂，因此难以按照尺寸生长单晶，并使之具有高品质。此外，当衬底170用方向不固定的β-Ga2O3单晶制造时，非常难于沿解理平面(100)之外的方向切割晶体，这是因为出现裂纹171。在根据传统PLD方法的薄膜生长方法中，ZnO和目标薄膜复合材料制成的目标物分离成簇，它们原样沉积在衬底上，由此ZnO分子在衬底上形成不规则凹凸，因此担心会形成具有差的表面平坦性的薄膜。此外，由于有时目标物会由于激光照射而劣化或变质，这成为阻碍薄膜单晶生长的一个因素。因此，本专利技术的一个目的是提供一种β-Ga2O3单晶生长方法，其中晶体生长易于控制，即使所得的单晶用作具有大尺寸和高品质的衬底等，也几乎不发生开裂。本专利技术的另一个目的是提供能够形成具有高品质的薄膜单晶的薄膜单晶生长方法。本专利技术的又一目的是提供能够发射具有比紫外区更短波长的光的Ga2O3发光器件及其制造方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种β-Ga2O3单晶生长方法，其特征在于制备β-Ga2O3种晶；和沿预定方向从β-Ga2O3种晶生长β-Ga2O3单晶。根据该构造，减小了开裂和孪晶倾向，同时结晶性变得更高，其操作性能良好。本专利技术提供了一种薄膜单晶生长方法，其特征在于制备衬底；在预定气氛中对由纯金属或合金制成的金属目标物照射激发束；将通过激发束照射从金属目标物释放的化学物质如原子、分子与离子与预定气氛中所包含的原子化合，以在衬底上形成薄膜。根据该构造，当激发束照射到金属目标物上时，构成金属目标物的金属原子受到激发，由于热和光化学作用导致释放出诸如金属原子、分子和离子的化学物质，这种释放的化学物质与气氛中的自由基化合，并且化合的产物在衬底上生长从而在其上形成薄膜。本专利技术提供了一种Ga2O3发光器件，其特征在于提供由Ga2O3单晶制成并表现出n型导电性的第一层；由Ga2O3单晶制成且表现出p型导电性，并且形成在第一层上且与之接触的第二层。根据该构造，由于表现出p型导电性的第二层形成在表现出n型导电性的第一层上，因而可以形成具有PN结的发光器件，由于Ga2O3单晶所含的能带隙，从而可以发射紫外区的光。附图说明图1是说明根据本专利技术第一实施方案的红外加热单晶制造设备的示意性构造图；图2是说明根据本专利技术第一实施方案的β-Ga2O3种晶的正视图；图3(a)-3(d)是分别说明根据本专利技术第一实施方案的β-Ga2O3单晶生长过程的图；图4是说明根据本专利技术第一实施方案的单晶的图；图5是说明由根据本专利技术第一实施方案的β-Ga2O3单晶形成的衬底的图；图6是说明根据本专利技术第一实施方案的β-Ga2O3单晶的晶胞图；图7是说明根据本专利技术第二实施方案的膜形成设备的示意性构造图；图8是说明根据本专利技术第三实施方案的MIS型发光器件的截面图；图9是说明根据本专利技术第六实施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力显微照片(AFM)的图；图10是说明根据本专利技术第七实施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力显微照片(AFM)的图；图11(a)和11(b)是说明根据本专利技术第七实施方案的β-Ga2O3薄膜和对应于第七实施方案的比较实施例的薄膜的反射式高能电子衍射(RHEED)图案的比较图，其中图11(a)示出根据本专利技术第七实施方案的β-Ga2O3薄膜的反射式高能电子衍射图案，图11(b)示出对应于第七实施方案的比较实施例的薄膜的反射式高能电子衍射图案；图12是说明根据本专利技术第八实施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力显微照片(AFM)的图；图13(a)和13(b)是说明根据本专利技术第八实施方案的β-Ga2O3薄膜和对应于第八实施方案的比较实施例的薄膜的反射式高能电子衍射(RHEED)图案的比较图，其中图13(a)说明根据本专利技术第八实施方案的β-Ga2O3薄膜的反射式高能电子衍射图案，图13(b)说明对应于第八实施方案的比较实施例的薄膜的反射式高能电子衍射图案；图14是说明根据本专利技术第九实施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力显微照片(AFM)的图；图15是说明根据本专利技术第十实施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力显微照片(AFM)的图；图16是说明根据对应于本专利技术第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶生长方法，其特征在于：制备β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］种晶；和沿预定方向从β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］种晶生长β－Ｇａ↓［２］Ｏ↓［３］单晶。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：一之濑升，岛村清史，青木和夫，恩卡纳西翁安东尼亚加西亚比略拉，
申请(专利权)人：学校法人早稻田大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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