(57)【要約】【課題】本発明は、表面の有機物と金属不純物の両方を除去して清浄化できる方法と、清浄化した酸化物基板に酸化物薄膜を形成する方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、真空雰囲気中に置いた酸化物基板５を加熱することなしに、その表面に原子状水素および原子状重水素のうち少なくとも一方を接触させて該酸化物基板５の表面から金属不純物を除去する第１の清浄化工程と、前記酸化物基板５の表面に酸素プラズマを接触させて該酸化物基板５の表面から有機系不純物を除去する第２の清浄化工程を具備することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気中に置いた酸化物基板を加熱することなしに、その表面に原子状水素および原子状重水素のうち少なくとも一方を接触させて該酸化物基板の表面から金属不純物を除去する第１の清浄化工程と、前記酸化物基板の表面に酸素プラズマを接触させて該酸化物基板の表面から有機系不純物を除去する第２の清浄化工程を具備することを特徴とする酸化物基板の清浄化方法。
【請求項２】
１．０×１０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空中で前記清浄化処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の酸化物基板の清浄化方法。
【請求項３】
前記酸化物基板が酸化亜鉛基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物基板の清浄化方法。
【請求項４】
前記第１の清浄化処理時の基板温度が１００℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の酸化物基板の清浄化方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物基板の清浄化方法によって酸化物基板の表面を清浄化する工程と、清浄化した酸化物基板の表面に酸化物薄膜を堆積させて酸化物薄膜を得る工程とを有することを特徴とする酸化物薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記酸化物薄膜を単結晶酸化亜鉛薄膜とすることを特徴とする請求項５に記載の酸化物薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物基板の表面清浄化方法と酸化物薄膜の製造方法に関し、特に単結晶酸化亜鉛基板表面の清浄化に好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化亜鉛系半導体結晶の結晶成長には、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）基板が用いられてきたが、サファイア基板は酸化亜鉛系半導体との格子定数が大きく異なるため、サファイア基板上へ酸化亜鉛系半導体結晶を成長させると、その格子定数の違いから多数の結晶欠陥が発生してしまい、素子への応用が困難であった。
近年、単結晶酸化亜鉛基板が実現され、酸化亜鉛系半導体の結晶成長への応用が期待され始めている。単結晶酸化亜鉛基板を用いて酸化亜鉛系半導体を結晶成長させることで、サファイア基板を用いた場合のような格子定数の違いから発生する結晶欠陥を低減できる。しかしながら、現状の単結晶酸化亜鉛基板は、表面の清浄度や平坦性に問題があり、半導体結晶成長への応用が困難である。
【０００３】
通常、半導体結晶成長に用いる基板表面は、様々な方法を用いて清浄化処理を行い、表面に存在している汚染の除去を行っている。基板表面に汚染が存在していると、基板上へ成長させる半導体結晶は、その汚染を起源として結晶欠陥を発生させてしまう。また基板表面の汚染は、結晶内部へ取り込まれて不純物になってしまう問題もある。このような半導体結晶内部の結晶欠陥や不純物は、半導体結晶の結晶性や電気的特性を悪化させてしまう。
【０００４】
また、半導体結晶は、その平坦性も重要である。発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）には、量子井戸構造と呼ばれる数原子層オーダの非常に薄い薄膜を挟むような積層構造が用いられている。このため、適用する薄膜は原子層オーダでの平坦性を得る必要がある。基板表面が荒れた形状をしていると、その基板上に成長させる半導体結晶は、基板の表面形状を引き継ぎ、荒れた表面になってしまう。
【０００５】
以上のような理由から、単結晶酸化亜鉛などの単結晶酸化物基板を用いて半導体素子を実現するためには、結晶欠陥や不純物を可能な限り抑制する必要がある。つまり、半導体結晶成長に用いる基板表面の清浄度と平坦性は極めて重要な特徴であると認識できる。
これらに関するアプローチとして、下記の非特許文献１に開示されるように、セラミックス酸化亜鉛の箱の中で単結晶酸化亜鉛基板を熱処理する方法により、単結晶酸化亜鉛基板表面の平坦化を行っている。
また、非特許文献２に開示されている技術では、水素プラズマを用いた単結晶酸化亜鉛基板の清浄化処理を行っている。現在、発光素子や電子デバイスとして利用されている砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板では、清浄化方法として原子状水素照射処理が行われてきた。特許文献１、２には、原子状水素処理を行うことで、表面の酸化物や炭化物を除去する方法が開示されている。
特許文献１に開示された清浄化方法は、清浄化処理工程として、ラジカル処理工程と清浄化処理工程から構成されており、基板を真空チャンバ内に導入した後に加熱を行い、所定温度（２００℃）に達した後にラジカル処理を行い、その後に高温（４００℃）に昇温し熱処理する清浄化工程から構成されている。しかしながら、特許文献１には、真空チャンバ導入前の基板処理や、清浄化後の結晶成長に関しては記述がなされていない。
非特許文献２では記載されていないが、水素プラズマ処理は、特許文献１、２に記載のような効果を狙っていると思われる。
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 45, No.7, 2006, pp. 5724-5727
【非特許文献２】APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol. 86, 091901 (2005)
【特許文献１】特開平６−９７１３９号公報
【特許文献２】特開平１０−７９３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来から、半導体結晶成長用の基板は、その結晶成長の前に基板の脱脂洗浄を行い、表面に付着した有機物を除去している。有機物が基板上に残っている状態で結晶成長を行うと、その不純物を核として半導体結晶に欠陥が発生し、半導体結晶の品質を低下させてしまう。
通常、脱脂洗浄ではアセトンやメタノールなどの溶剤により基板表面の有機物を除去しているが、その洗浄工程や、その乾燥工程が不十分であると、逆に有機物が残留し、結晶成長用基板を汚染してしまう恐れがある。
有機物の除去には酸素プラズマによるアッシングが効果的であると考えられるが、通常、半導体結晶成長用基板の表面には有機物以外の金属不純物等も存在しているため、酸素プラズマによる有機物除去を行うことで、残留している金属不純物の酸化物を形成してしまう。この金属酸化物は、化学的にも物理的にも非常に安定なため、基板表面に一度形成されてしまうと除去することが極めて困難な問題がある。
【０００７】
前記問題を解決するため、本発明では不純物の取り込みや表面平坦性の悪化を抑制できる酸化物基板の清浄化方法の提供を目的とする。
また、本発明では、表面の有機物と金属不純物の両方を除去して清浄化した酸化物基板に酸化物薄膜を形成する方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の酸化物基板の清浄化方法は、真空雰囲気中に置いた酸化物基板を加熱することなしに、その表面に原子状水素および原子状重水素のうち少なくとも一方を接触させて該酸化物基板の表面から金属不純物を除去する第１の清浄化工程と、前記酸化物基板の表面に酸素プラズマを接触させて該酸化物基板の表面から有機系不純物を除去する第２の清浄化工程を具備することを特徴とする。
本発明の酸化物基板の清浄化方法において、１．０×１０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空中で前記清浄化処理を行うことができる。
本発明の酸化物基板の清浄化方法において、前記酸化物基板を酸化亜鉛基板とすることができる。
本発明の酸化物基板の清浄化方法において、前記第１の清浄化処理時の基板温度を１００℃以下とすることができる。
【０００９】
本発明の酸化物薄膜の製造方法では、先のいずれかに記載の酸化物基板の清浄化方法によって酸化物基板の表面を清浄化する工程と、清浄化した酸化物基板の表面に酸化物薄膜を堆積させて酸化物薄膜を得る工程とを有することを特徴とする。
本発明の酸化物薄膜の製造方法では、前記酸化物薄膜を単結晶酸化亜鉛薄膜とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の酸化物基板の清浄化方法によれば、清浄且つ平坦性の高い酸化物基板表面を得ることができる。
また、基板の加熱や清浄化処理後の高温処理などを必要としないため、製造工程の簡略化を図ることができる。
本発明は、特に単結晶酸化亜鉛基板の表面清浄化において好適であり、本発明によって得られた清浄表面上に酸化亜鉛系半導体結晶などの薄膜を成長させることで、単原子層オーダの表面平坦性の良好な半導体結晶の薄膜を得ることが可能となる。
【００１１】
また、本発明により清浄化処理された単結晶酸化亜鉛基板を用いて結晶成長することにより、量子井戸構造に必要な極めて高い表面平坦性を持つ酸化亜鉛系薄膜、例えば、酸化亜鉛系半導体薄膜を提供することが可能となる。
本発明は、加熱することなく、低温での原子状水素処理を行なうことで酸化物基板の表面の金属不純物を除去し、その後に酸素プラズマ照射を行うことで金属酸化物を形成することなく、有機系不純物の除去を実現でき、酸化物基板の表面清浄化を実現し、平坦かつ清浄な表面状態の酸化物基板を得ることを可能とする。
本発明により、真空チャンバ内部での清浄化時に加熱の必要性が無くなり、前述の特許文献１で示されているような高温での清浄化処理の必要が無くなる。また、脱脂洗浄で除去しきれていなかった残留有機系不純物の除去が可能となる上、超高真空中での清浄化工程のため、本発明で得た清浄な表面を有する基板を極力汚染することなく、結晶成長工程へ移行することが可能となる。
また、本発明により清浄化処理された単結晶酸化亜鉛基板を用いて結晶成長することで、発光ダイオードやレーザダイオードなどに設けられる量子井戸構造に必要な、極めて高い表面平坦性を持つ酸化亜鉛系半導体薄膜を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法に代表されるような半導体製造プロセスにおいて、酸化物基板を用いた半導体結晶の結晶成長に関し、成長前において酸化物基板の加熱をすることなく原子状水素照射処理を行ない、金属不純物を除去する第１の清浄化工程と、酸素プラズマ照射処理により有機物除去を行う第２の清浄化工程からなる清浄化方法を提供し、平坦かつ清浄な酸化物基板表面を得ることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、結晶成長前に酸化物基板を脱脂処理する工程と、その酸化物基板を真空チャンバ内に導入し、真空中での清浄化処理を行なう工程と、その後に結晶成長を行う工程から構成される酸化物薄膜形成技術に関するものであり、真空チャンバの内部へ酸化物基板を導入した後の清浄化処理において、低温での原子状水素処理を行なうことで酸化物基板の表面の金属不純物を除去し、その後に、酸素プラズマ照射を行うことで金属酸化物を形成することなく、有機系不純物の除去を実現することができ、酸化物基板の表面清浄化を実現し、平坦かつ清浄な表面を有する酸化物基板を得ることを可能とする。
【００１４】
以下、本発明に係る酸化物基板の清浄化方法の一例について、図面を参照して詳しく説明するが、本発明が以下に説明する実施の形態に制限されるものではないことは勿論である。
図１は、本発明の酸化物基板の清浄化方法を実施するのに好適な処理装置の一例を示す構成図である。この例の処理装置は、清浄化処理する酸化物基板５を所定位置に配置した状態で、内部を超高真空雰囲気に排気可能な真空チャンバ４と、該真空チャンバ４の内部空間に接続してその外壁に取り付けられた原子状水素供給用あるいは原子状重水素供給用の水素供給セル６と、該水素供給セル６の外部側に接続された水素源３及びフィラメント加熱用電源７と、前記真空チャンバ４の内部空間に接続してその外壁に取り付けられた酸素プラズマ供給用セル１１と、該酸素プラズマ供給用セル１１の外部側に接続された酸素源８及びＲＦ電源１０とを備えて構成されている。
【００１５】
前記原子状水素供給セル６内には、フィラメント加熱用電源７と電気的に接続された原子状水素あるいは原子状重水素生成用のフィラメント１が設けられている。また、水素源３と水素供給セル６とが水素供給配管３ａにより接続され、この水素供給配管３ａの途中に、原子状水素供給セル６への水素供給量を調整するためのバルブ２が設けられている。更に、酸素源８と酸素プラズマ供給用セル１１とが酸素供給配管８ａにより接続され、この酸素供給配管８ａの途中に、酸素プラズマ供給用セル１１への酸素供給量を調整するためのバルブ９が設けられている。
前記酸化物基板５は、真空チャンバ４の内部において基台４Ａに取り付けられ、この酸化物基板５の表面に対して斜め方向から対向するように、真空チャンバ４の外壁に水素供給セル６と酸素プラズマ供給用セル１１が取り付けられている。
【００１６】
次に図１に示す装置を用いて酸化物基板５を清浄化する方法について説明する。
図１に示す装置を用いて酸化物基板５を清浄化する前に、酸化物基板５を脱脂処理して予備清浄化しておく。ここで行う脱脂処理は、一般的に基板を洗浄する際に通常なされている脱脂処理で良く、アセトンやメタノールなどの溶剤を用いて酸化物基板５の表面に付着していると想定される有機物を洗浄する。これらの溶剤を用いる場合、浸漬法、スプレイ法、ふき取り法、蒸気法など、一般的に行われている種々の方法を適宜選択して用いることができる。これらの溶剤により酸化物基板５の外面を洗浄した後、洗浄工程と乾燥工程により溶剤を完全に取り除いておくことが好ましい。
【００１７】
脱脂処理が終了した酸化物基板５については、真空チャンバ４に導入して基台４Ａにセットし、チャンバ４の内部を１×１０−５Ｔｏｒｒ以下の真空状態とする。
その後、真空チャンバ４内に水素源３から水素ガスを導入し、バルブ２を調整して水素ガス分圧を１．０×１０−５Ｔｏｒｒ〜１．０×１０−７Ｔｏｒｒに設定する。ガス圧力が安定した後、フィラメント加熱用電源７を調節することでフィラメント１へ通電し、フィラメント温度を１９００〜２２００℃程度まで通電加熱する。高温のフィラメント１に触れた水素分子は水素原子に解離されて原子状水素供給用の水素供給セル６から酸化物基板５の表面へ照射されるので、第１の清浄化工程がなされる。
この第１の清浄化工程の時、清浄化の対象となる酸化物基板５は加熱をしないことを特徴とする。ここで基板加熱を行わないことで不純物の内部への拡散と基板表面の還元を防ぐことが可能となる。
基板加熱を行わないとは、加熱装置などにより積極的に基板加熱を行わないことを意味する。ただし、膜の処理に従い、酸化物基板５が自然に１００℃程度あるいはそれ以下の温度になることは加熱しない、との概念とする。
また、上述の原子状水素の照射処理は、１．０×１０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空中で処理を行なうため、酸化物基板５への不純物の付着を最小限に抑えることができ、非常に清浄な状態を維持したまま、不純物の内部への拡散を防止し、基板表面の還元を防止しながら、酸化物基板５の表面の金属不純物を除去することが可能となる。
【００１８】
原子状水素による第１の清浄化工程の後、真空チャンバ４内に残留する水素ガスを排気してその内部を１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ程度まで減圧する。その後、酸素源８から供給される酸素ガスを、バルブ９を操作し真空チャンバ４内に導入する。真空チャンバ４内の酸素分圧を３．０×１０−５〜１.０×１０−７Ｔｏｒｒに設定し、ＲＦ電源１０によって発生する１３.５６ＭＨｚの高周波によって励起されたＲＦプラズマにより、酸素ラジカルを発生させる。この酸素ラジカルを酸素プラズマ供給源１１から酸化物基板５に照射することで、酸化物基板５の表面の有機物を除去する第２の清浄化工程を行う。
先の原子状水素による第１の清浄化工程により、酸化物基板５の表面では十分に金属不純物が除去されているため、この第２の清浄化工程においては、酸化物基板５の表面に酸素ラジカルを照射しても金属酸化物の発生を引き起こすことなく、酸化物基板５の表面の有機物を除去することができる。
以上説明した第１の洗浄化工程と第２の洗浄化工程を行う本発明方法は、特に単結晶の酸化亜鉛基板５において好適であり、原子状水素処理と酸素ラジカル照射を行なった単結晶の酸化亜鉛基板５を用いてその表面上に酸化亜鉛系半導体結晶を成長させることで、原子層オーダーで平坦性を有する酸化亜鉛薄膜を表面に有する酸化亜鉛系半導体結晶を得ることが可能となる。
【００１９】
以上説明した表面清浄化した酸化亜鉛薄膜を有する酸化亜鉛系半導体結晶に対し、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）により、酸化亜鉛薄膜を結晶成長させることができる。
酸化亜鉛薄膜の結晶成長は、例えば、金属亜鉛とＲＦ励起酸素プラズマを用いて行なうことができる。このときの酸化亜鉛半導体結晶の成長温度は４００〜１０００℃の範囲とすることができる。
この酸化亜鉛薄膜の表面にあっては、金属不純物、有機系不純物の両方を高度なレベルで除去できており、酸化亜鉛薄膜の結晶成長が円滑になされる結果、結晶欠陥の生じていない、表面平滑性の良好な、原子層オーダーで平坦性を有する酸化亜鉛薄膜を得ることができる。
【実施例】
【００２０】
「単結晶酸化亜鉛基板を用いた酸化亜鉛薄膜の成長」
次に、本発明方法により単結晶酸化亜鉛基板を清浄化するとともに、この清浄化された単結晶酸化亜鉛基板を用いて、ＭＢＥ法により行う、単結晶酸化亜鉛基板上への酸化亜鉛薄膜の結晶成長について具体的に説明する。
単結晶酸化亜鉛基板を溶剤により脱脂処理し、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下程度まで排気可能な図１に示す構造の超高真空チャンバへ導入する。
真空チャンバ内に単結晶酸化亜鉛基板を投入後、水素分圧を５．０×１０−６Ｔｏｒｒに設定し、フィラメントに通電してフィラメントを２１００℃まで加熱し、単結晶酸化亜鉛基板への原子状水素照射を３０分行ない、第１の清浄化工程を行った。この時、基板加熱を行わずに原子状水素を基板表面に照射することで、基板表面の還元を選択的に抑え、水素など不純物の内部拡散を抑えつつ基板表面の金属不純物を除去することができる。
【００２１】
原子状水素による第１の清浄化工程後、残留する水素ガスを排気してチャンバの内部を１.０×１０−１０Ｔｏｒｒまで排気する。その後、チャンバ内の酸素分圧を１．０×１０−５Ｔｏｒｒに設定し、１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗの高周波によって励起させるＲＦプラズマにより、酸素ラジカルを発生させる。この酸素ラジカルを酸素プラズマ供給用セルから単結晶酸化亜鉛基板に向けて１０分問照射し、基板表面の清浄化を行う第２の清浄化処理工程を行い、有機物を除去した。単結晶酸化亜鉛基板の表面は、先の原子状水素による第１の清浄化工程により、十分に金属不純物が除去されているため、第２の清浄化工程において、不要な金属酸化物の発生を引き起こすことなく、酸化物基板表面の有機物を除去することができる。
【００２２】
次いで、先の原子状水素処理による第１の清浄化工程と、酸素プラズマによる第２の清浄化工程により清浄化された単結晶酸化亜鉛基板上へ、酸化亜鉛半導体結晶の成長を行う。
酸化亜鉛半導体結晶の成長は金属亜鉛とＲＦ励起酸素プラズマを用いて行なう。このときの酸化亜鉛半導体結晶の成長温度は４００〜１０００℃とすることができるが、ここでは６５０℃で行った。
本発明方法に従い、上述の如く清浄化された単結晶酸化亜鉛基板上に結晶成長させた酸化亜鉛半導体結晶について、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による観察結果（ＡＦＭ像）を図２に示し、本発明方法に係る清浄化工程を行わずに結晶成長させた酸化亜鉛半導体結晶のＡＦＭ像を図３に示す。なお、図２、図３の縦軸と横軸の単位はいずれもμｍであり、図２に示す試料の二乗平均粗さは１．５０６ｎｍ、図３に示す試料の二乗平均粗さは２．０５７ｎｍであった。
図２と図３のＡＦＭ像の比較から、本発明方法を実施することで得られる酸化亜鉛半導体結晶の表面平坦性が明らかに向上し、残留する不純物が核となって発生する表面の孔が減少していることがわかる。
【００２３】
図４に、本発明方法の清浄化処理を行なった単結晶酸化亜鉛基板上に成長した酸化亜鉛半導体結晶と、本発明の方法による清浄化処理を行なわずに成長させた酸化亜鉛半導体結晶のＸ線回折、２θ−ω測定の結果を示す。図４の縦軸は回折強さ（任意単位）を示し、横軸は２θ（゜）を示し、図４の実線が本発明の実施例、図４の鎖線が清浄化処理無しの試料を示す。
本発明の処理を行なっていない単結晶酸化亜鉛基板上に成長した酸化亜鉛半導体結晶では、酸化亜鉛半導体結晶のピークの低角度側に非対称な回折ピークが見られる。このピークは基板上に残留している不純物が起因していると考えられる。ピークの非対称性は、不純物が酸化亜鉛半導体結晶内で金属酸化物や有機物との不純物層を形成し、酸化亜鉛半導体結晶へひずみを与え、酸化亜鉛半導体結晶の格子定数に影響を与えていることによるものであると考えられる。
一方、本発明方法の清浄化処理を行なった単結晶酸化亜鉛基板上に成長させた酸化亜鉛半導体結晶は、図４の実線の如く前述の非対称なピークが見られず、ひずみのない酸化亜鉛半導体結晶であった。これは、原子状水素処理とプラズマ処理の両方により単結晶酸化亜鉛基板上の不純物を除去できていることを示し、高品質な酸化亜鉛半導体結晶が実現可能であることを示している。
【００２４】
以上のことから、本発明方法は酸化物基板の表面を還元することなく、清浄な基板表面を提供することを可能とする。また、本発明方法を適用して得られた単結晶酸化亜鉛基板に成長させる酸化亜鉛半導体結晶は、酸化亜鉛半導体単結晶の１原子層に相当する程度の段差を有する極めて平坦な薄膜として得ることが可能となる。
【００２５】
「比較例１」：「酸素プラズマ処理後に原子状水素処理」
本発明方法の有効性を証明ずるために、比較例の清浄化方法を適用した単結晶酸化亜鉛基板上への、酸化亜鉛薄膜の結晶成長について説明する。
単結晶酸化亜鉛基板を脱脂処理し、１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空チャンバへ導入する。脱脂処理後の単結晶酸化亜鉛基板を真空チャンバ内に投入後、チャンバ内の醸素分圧を１．０×１０−５Ｔｏｒｒに設定し、１３．５６Ｍａｚ、２００Ｗの高周波によって励起させるＲＦプラズマにより、酸素ラジカルを発生させる。この酸素ラジカルを単結晶酸化亜鉛基板に１０分間照射し、表面の有機物を除去した。
酸素プラズマによる第１の清浄化工程の後、残留する酸素ガスを１．０×１０−１０Ｔｏｒｒまで排気する。その後、水素分圧を５．０×１０−６Ｔｏｒｒに設定し、フィラメントを２１００℃まで加熱して単結晶酸化亜鉛基板への原子状水素照射を３０分間行う。これらの清浄化処理は、いずれも基板加熱を行わずに行うことで、基板表面の還元や残留する不純物の内部拡散を抑えることができる。
【００２６】
以上説明の方法により処理された単結晶酸化亜鉛基板上へ、酸化亜鉛半導体結晶の成長を行った。結晶成長は金属亜鉛とＲＦ励起酸素プラズマを用いて行なった。この時の酸化亜鉛半導体結晶の成長温度は４００〜１０００℃とすることができるが、ここでは６５０℃で行った。
結晶成長した酸化亜鉛半導体結晶の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ〉観察結果を図５に示す。
図５に示す結果、非常に荒れた表面を持つ酸化亜鉛半導体結晶が得られた。この試料の二乗平均粗さは４．６９２ｎｍである。
更に、図２と図３と図５の横軸の下の方にｎｍと表記した濃淡表示バーは、各図に示すＡＦＭ像の表示色の濃淡に応じた粗さの尺度を示すもので、図２は最大１１．９５ｎｍ、図３は最大８．０９、図５は最大４７．９９を示す。これらの指標の比較から、図５に示すＡＦＭ像を示す試料の表面粗さが、図２、図３に示す試料の表面粗さよりも遙かに大きいことが分かる。
これは、比較例１では酸素プラズマ処理を最初に行なったため、基板表面に存在している金属不純物が酸化物を形成し、後の清浄化工程である原子状水素処理でも清浄化できなかったためであると考えられる。なお、原子状水素処理の条件を変えることで金属酸化物は還元除去できると考えられるが、その場合、母体となる酸化亜鉛基板自身の表面も還元されてしまい、表面平坦性を損なってしまうおそれがある。
【００２７】
図６に、比較例１に記載の処理方法により清浄化した単結晶酸化亜鉛基板上に成長した酸化亜鉛半導体結晶のＸ線回折２θ−ω測定の結果と、先の実施例に係る単結晶酸化亜鉛基板上に成長した酸化亜鉛半導体結晶のＸ線回折２θ−ω測定の結果を比較して示す。比較例１の処理方法で清浄化した単結晶酸化亜鉛基板上に成長した酸化亜鉛半導体結晶（鎖線）では、本発明の実施例（実線）と比較して、酸化亜鉛半導体結晶のピークの広がりが見られる。これは、比較例１に記載の処理方法では酸素プラズマ照射によって有機物は除去できているが、残留する金属不純物が金属酸化物を形成し、酸化亜鉛半導体結晶へひずみを与え、酸化亜鉛半導体結晶の格子定数に影響を与えていることによるものであると考えられる。
【００２８】
以上の対比から、酸素プラズマを用いて処理してから原子状水素照射を施して酸化物基板を洗浄化し、その上に酸化物薄膜を成長させても、酸化物薄膜の表面が荒れた状態となり易いのに対し、原子状水素照射を施して金属不純物を除去した後に酸素プラズマを接触させて有機物を除去するという順番が重要であることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明に係る清浄化方法を実施するために使用する装置の一例を示す構成図。
【図２】図２は本発明に係る方法により得られた酸化亜鉛基板表面のＡＦＭ像の一例を示す図。
【図３】図３は本発明に係る方法を実施することなく得られた酸化亜鉛基板表面のＡＦＭ像の一例を示す図。
【図４】図４は本発明に係る方法を実施した試料のＸ線回折２θ−ω測定の結果と実施していない試料のＸ線回折２θ−ω測定の結果を比較して示す図。
【図５】図５は本発明に係る方法を実施することなく得られた比較例１の試料のＡＦＭ像の一例を示す図。
【図６】図６は本発明に係る方法を実施した試料のＸ線回折２θ−ω測定の結果と実施していない比較例１の試料のＸ線回折２θ−ω測定の結果を比較して示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１…フィラメント、２…バルブ、３…水素源、４…真空チャンバ、５…酸化物基板、６…水素供給セル、７…フィラメント加熱用電源、８…酸素源、９…バルブ、１０…ＲＦ電源、１１…酸素プラズマ供給用セル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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