(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定したｐ型リチウム（Ｌｉ）およびニッケル（Ｎｉ）共ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を成長させるための方法であって、
ＬｉおよびＮｉ共ドープＺｎＯターゲットをチャンバー中に提供することと、
基板を前記チャンバー中に提供することと、
前記ターゲットをアブレーションして前記薄膜を前記基板に形成することとを含む、方法。
【請求項２】
前記ターゲットは、Ｚｎ１−ｘ−ｙＬｉｘＮｉｙＯの化学式を有し、
ただし、ｘは、０．０１から０．０３の範囲であり、ｙは、０．０１から０．０２の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｘは、０．０２であり、ｙは、０．０２である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
さらに前記ターゲットを形成することを含み、
前記ターゲットを形成することが、
炭酸リチウム、酸化ニッケル、および酸化亜鉛を混合し、粉砕して混合物を形成することと、
前記混合物を７５０℃で１２時間加熱することと、
前記粉末を粉砕し、ペレットにプレス加工することと、
前記ペレットを９５０℃で１５時間焼結して前記ターゲット形成することとを含み、
前記ターゲットは、ｎ型伝導性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記チャンバーを４×１０−６ミリバールまで排気することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
酸素を前記チャンバーに０．１５ミリバールの分圧まで導入することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基板を４００℃まで加熱することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ターゲットを回転させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ターゲットは、１９３から３５５ナノメートルの範囲から選択される波長で、８５から１００ミリジュール／パルスの範囲から選択されるエネルギーを持って、５から２５ナノ秒の範囲から選択されるパルス幅で、１から１０ヘルツの範囲から選択される周波数で、２．５から３．０ジュール／ｃｍ２の範囲から選択されるレーザーフルエンスで、５から３０分間の範囲から選択される継続時間動作するパルスレーザーを使ってアブレーションされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記波長は、３５５ナノメートルであり、前記エネルギーは、８５ミリジュール／パルスであり、前記パルス幅は、１９ナノ秒であり、前記周波数は、１０ヘルツであり、前記レーザーフルエンスは、２．７ジュール／ｃｍ２であり、前記継続時間は、１０分間である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
室温で、０．０１から１Ωｃｍの範囲から選択される抵抗率、１０１７ｃｍ−３から１０１８ｃｍ−３の範囲から選択される正孔濃度、および８０から２５０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の範囲から選択される移動度を含む安定したｐ型リチウム（Ｌｉ）およびニッケル（Ｎｉ）共ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜であって、前記正孔濃度は、前記薄膜が堆積された後、１００日間初期値の±２０％内にとどまる、安定したｐ型リチウム（Ｌｉ）およびニッケル（Ｎｉ）共ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜。
【請求項１２】
前記抵抗率は、０．１５Ωｃｍであり、前記正孔濃度は、３．２×１０１７ｃｍ−３であり、前記移動度は、１３０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１である、請求項１１に記載の薄膜。
【請求項１３】
基板と、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）バッファー層と、
前記ＺｎＯバッファー層を覆うｎ型ＺｎＯ層と、
前記ｎ型ＺｎＯ層を覆うｐ型リチウム（Ｌｉ）およびニッケル（Ｎｉ）共ドープＺｎＯ層であって、前記ｐ型ＬｉおよびＮｉ共ドープＺｎＯ層は、室温で、０．０１から１Ωｃｍの範囲から選択される抵抗率、１０１７ｃｍ−３から１０１８ｃｍ−３の範囲から選択される正孔濃度、および８０から２５０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の範囲から選択される移動度を含み、前記正孔濃度は、前記ｐ型ＬｉおよびＮｉ共ドープＺｎＯ薄膜が堆積された後、１００日間初期値の±２０％内にとどまる、ｐ型ＬｉおよびＮｉ共ドープＺｎＯ層と、
前記ｎ型ＺｎＯ層に結合される第１の電極と、
前記ｐ型ＺｎＯ層に結合される第２の電極とを含む、発光デバイス。
【請求項１４】
前記抵抗率は、０．１５Ωｃｍであり、前記正孔濃度は、３．２×１０１７ｃｍ−３であり、前記移動度は、１３０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１である、請求項１３に記載の発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年８月２６に出願され、代理人整理番号１３１−００１１−ＩＮを有するインド出願第２０５４／ＣＨＥ／２００９号の利益を主張する。
【０００２】
本開示は一般に、半導体技術に関し、より具体的には安定したｐ型ＺｎＯ薄膜を成長させることに関連する技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書でそうでないと指示しない限り、この節で述べる手法は、本出願でのクレームに対する従来技術ではなく、この節に含まれることによって従来技術であると認められない。
【０００４】
ダイオードを基にした光源は、インジケーターでの点滅する光はもとより現代の通信システム、照明応用、光学式記憶媒体その他までのいろいろな応用で毎日使用される。固体照明は、将来の安価で効率の良い照明システムのための究極の目的である。その手法は、地球温暖化を低減するため（低カーボンフットプリント）の触媒の役割を果たすことができる、商業的に実現可能で、低コストで、成功する高効率の照明デバイスを作製することである。以前の手法は、ＩＩＩ−Ｖ族を基にした半導体材料に頼っていて、それは、高価であり、安定性および製造プロセスの問題を有する。
【０００５】
ＺｎＯはいつも、室温でのそれの広い直接バンドギャップ（３．３７ｅＶ）およびＧａＮの結合エネルギー（２５ｍｅＶ）およびＺｎＳｅの結合エネルギー（２２ｍｅＶ）と比較して相対的に大きい結合エネルギー（６０ｍｅＶ）のために、紫外発光ダイオードおよびレーザーダイオードの最も有望な材料候補の１つと考えられている。ＺｎＯを基にしたホモ接合およびヘテロ接合からの室温電界発光の成功した実証は、その材料が次世代短波長光電子デバイスに最適であることを証明した。最近の研究は、ｐ型ＺｎＯの成長に集中しており、それは、ドーピング非対称性およびｐ型伝導性の安定性の問題を有する。Ｖ族元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ）、ＩおよびＩＢ族元素（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ａｇ、Ｃｕ）などのすべての可能性のあるｐ型ドーパントは、ＺｎＯでｐ型伝導および紫外（ＵＶ）−電界発光を実現しようと試みられた。ＺｎＯの酸素サイトでの窒素置換は、ｐ型伝導に有望であるように思われ、多くのグループは、ＮドープＺｎＯを基にしたホモ接合からの室温電界発光を報告している。Ｐ、ＡｓおよびＳｂなどのドーパントは、ＺｎＯでのｐ型伝導の優れた候補に思われる。Ｉ族元素のなかでも、理論的にＬｉは、浅いアクセプタ準位を持つ。しかしながら、Ｌｉ置換（ＬｉＺｎ）ＺｎＯを基にしたホモ接合からの電界発光は、達成されていない。理論的予測に反して、ＺｎＯでのＬｉドーピングは、抵抗率を数桁まで大幅に増加させ、それを絶縁性にすることが、実験で観察された。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一実施形態は一般に、安定したｐ型リチウム（Ｌｉ）および遷移金属共ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を成長させるための方法に関してもよい。一例となる方法は、Ｌｉおよび遷移金属共ドープＺｎＯターゲットをチャンバー中に提供することと、基板をチャンバー中に提供することと、ターゲットをアブレーションして薄膜を基板に形成することとを含んでもよい。
【０００７】
本開示の別の実勢形態は一般に、安定したｐ型リチウム（Ｌｉ）および遷移金属共ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜に関してもよく、薄膜は、室温で、０．０１から１Ωｃｍの範囲から選択される抵抗率、１０１７ｃｍ−３から１０１８ｃｍ−３の範囲から選択される正孔濃度、および８０から２５０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の範囲から選択される移動度を有する。正孔濃度は、薄膜が堆積された後、約１００日間初期値の±２０％内にとどまる。
【０００８】
本開示のなお別の実施形態は一般に、発光デバイスに関してもよい。一例となる発光デバイスは、基板と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）バッファー層と、ＺｎＯバッファー層を覆うｎ型ＺｎＯ層と、ｎ型ＺｎＯ層を覆うｐ型リチウム（Ｌｉ）および遷移金属共ドープＺｎＯ層であって、ｐ型Ｌｉおよび遷移金属共ドープＺｎＯ層は、室温で、０．０１から１Ωｃｍの範囲から選択される抵抗率、１０１７ｃｍ−３から１０１８ｃｍ−３の範囲から選択される正孔濃度、および８０から２５０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の範囲から選択される移動度を含み、正孔濃度は、ｐ型ＬｉおよびＮｉ共ドープＺｎＯ薄膜が堆積された後、約１００日間初期値の±２０％内にとどまる、ｐ型Ｌｉおよび遷移金属共ドープＺｎＯ層と、ｎ型ＺｎＯ層に結合される第１の電極と、ｐ型ＺｎＯ層に結合される第２の電極とを含んでもよい。
【０００９】
前述の概要は、説明に役立つだけであり、決して限定することを意図しない。上で述べた説明に役立つ態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴は、図面および次の詳細な記述を参照することによって明らかになる。
【００１０】
本開示の前述のおよび他の特徴は、付随する図面と併せて受け取られる次の記述および添付のクレームからより完全に明らかになる。これらの図面は、本開示によるいくつかの実施形態だけを描写し、したがって、それの範囲を限定すると考えるべきでない。本開示は、付随する図面の使用を通じてさらに具体的にかつ詳細に述べられることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の１つまたは複数の実施形態での安定したｐ型ＺｎＯ薄膜を成長させるための例となるパルスレーザー堆積装置の概略図を例示する図である。
【図２】本開示の１つまたは複数の実施形態での安定したｐ型ＺｎＯ薄膜を成長させるために図１の装置を操作するための例となる方法の流れ図である。
【図３】本開示の１つまたは複数の実施形態での例となる非ドープ、Ｌｉモノドープ、Ｎｉモノドープ、およびＬｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜のＸ線回折パターンを例示する図である。
【図４】本開示の１つまたは複数の実施形態での例となるＮｉモノドープおよびＬｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜の抵抗率の温度依存性のプロットである。
【図５】本開示の１つまたは複数の実施形態での例となる、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜の正孔濃度の温度依存性のプロット、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜の移動度の温度変化のプロット、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜のＵＶ暴露時間に関する見掛けの正孔濃度のプロット、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜の堆積後の時間の関数としての見掛けの正孔濃度のプロットである。
【図６Ａ】本開示の１つまたは複数の実施形態での例となるＮｉモノドープＺｎＯ薄膜のＸ線光電子分光（ＸＰＳ）スペクトルのプロットである。
【図６Ｂ】本開示の１つまたは複数の実施形態での例となるＬｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜のＸＰＳスペクトルのプロットである。
【図７】本開示の１つまたは複数の実施形態でのＺｎＯを基にしたホモ接合発光ダイオード（ＬＥＤ）を基板に成長させるための例となる方法の流れ図である。
【図８】本開示の１つまたは複数の実施形態での図７の方法から製作される例となるＬＥＤデバイスの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次の詳細な記述では、付随する図面が参照され、それは、本明細書の一部を形成する。図面では、同様の符号は、文脈がそうでないと指示しない限り、同様の構成要素を同一視してもよい。詳細な記述、図面、およびクレームで述べる説明に役立つ実施形態は、限定することを意図しない。本明細書で提示する主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態が、利用されてもよく、他の変更が、なされてもよい。本明細書で一般的に述べ、図で例示するような、本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置され、置換され、組み合わされ、設計されてもよく、その構成のすべては、明確に熟考され、この開示の一部をなすことが容易に理解されよう。
【００１３】
本開示は、とりわけ、低抵抗率および高ホール移動度を持つ安定したｐ型酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を製作することに関連している方法、装置、およびシステムに関する。本開示の１つまたは複数の実施形態では、リチウム（Ｌｉ）およびニッケル（Ｎｉ）などの遷移金属共ドープｐ型ＺｎＯ薄膜は、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ）によって成長させることができる。Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜は、ＬｉモノドープＺｎＯ膜と比較して減少した抵抗率を有することができる。Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｐ型ＺｎＯ薄膜は、室温で高移動度を持つ安定したｐ型伝導を有することができる。Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｐ型ＺｎＯ薄膜は、ＵＶ照射の下でさえ安定であることができる。たとえば、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｐ型ＺｎＯ薄膜は、室温で、約０．０１から１Ωｃｍ（たとえば、０．１５Ωｃｍ）の抵抗率、１０１７ｃｍ−３から１０１８ｃｍ−３（たとえば、３．２×１０１７ｃｍ−３）の正孔濃度、および８０から２５０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１（たとえば、１３０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１）の移動度を有する。ＰＬＤの代わりに、スパッタリング、分子線エピタキシー、および化学気相堆積（たとえば、有機金属化学気相堆積）などの他の物理気相堆積技術が、使用されてもよい。
【００１４】
図１は、本開示の１つまたは複数の実施形態での安定したｐ型ＺｎＯ薄膜１０２を成長させるための例となるパルスレーザー堆積装置１００の概略図を例示する。ｐ型ＺｎＯ薄膜１０２は、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｐ型ＺｎＯ薄膜であってもよい。装置１００は、レーザー１０４、石英窓１０８を備える真空チャンバー１０６、回転可能ターゲットホルダー１１２上のターゲット１１０、加熱可能基板ホルダー１１６上の基板１１４、真空ポンプ１１８、および酸素源１２０を含むことができる。ターゲット１１０は、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｎ型ＺｎＯターゲットであってもよい。レーザー１０４は、石英窓１０８を通過し、真空チャンバー１０６中の回転ターゲット１１０にぶつかるパルスレーザービーム１２２を提供することができる。材料は、ターゲット１１０からアブレーションされ（たとえば、蒸発され）てもよく、プルーム１２４は、加熱された基板１１４に薄膜１０２として堆積されてもよい。レーザー１０４は、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧ（ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット）レーザーであってもよい。基板１１４は、石英基板または１つもしくは複数の半導体層を備えるデバイス基板であってもよい。
【００１５】
図２は、本開示の１つまたは複数の実施形態での薄膜１０２を成長させるために装置１００を操作するための例となる方法２００の流れ図である。方法２００は、ブロック２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、および２１４を含むことができる。方法２００は、半導体製造装置を使用する人間オペレーターもしくはコンピュータプログラム、またはそれらの組み合わせによって実施されてもよい。
【００１６】
ブロック２０２では、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｎ型ＺｎＯターゲット１１０が、準備され、回転可能ターゲットホルダー１１２に取り付けられる。ターゲット１００の化学式は、Ｚｎ１−ｘ−ｙＬｉｘＮｉｙＯであってもよい。Ｌｉのモル百分率は、１から３モル％の範囲であってもよく、Ｎｉのモル百分率は、１から２モル％の範囲であってもよい。本開示の１つまたは複数の実施形態では、ｘ＝０．０２およびｙ＝０．０２である。
【００１７】
本開示の１つまたは複数の実施形態では、ターゲット１１０は、化学量論的量のＺｎＯ、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、および酸化ニッケル（ＮｉＯ）（９６モル％Ｚｎ、２モル％Ｌｉ、および２モル％Ｎｉ）が混合され、６０分間よく粉砕されるところの固相反応法によって形成されてもよい。混合物は、約７５０℃で１２時間加熱されてもよい。粉末は、再び３０分間粉砕され、ペレットにプレス加工されてもよい。ペレットは、９５０℃で１５時間焼結されてもよい。結果として得られるペレットは、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｎ型ＺｎＯ多結晶ターゲット１１０を形成することができる。
【００１８】
上記のプロセスでは、焼結している間にペレット中の酸素空孔を制御することが困難なこともある。焼結は典型的には、大気中で行われ、それでターゲット１１０は、ｎ型伝導性の原因である、多くの酸素空孔を含有することもある。Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｎ型ＺｎＯターゲット１００の抵抗率は、非常に高いこともある（たとえば、ＫΩｃｍ程度）。
【００１９】
入射レーザービームと相互作用するようにターゲットのクリーンで新鮮な表面を提供するために、ターゲット１１０の上面は、サンドペーパーで除去されてもよく、ターゲットの上部層は、実際の堆積の前にレーザーパルスによって約１分間ラッピングされてもよい。
【００２０】
ブロック２０４では、基板１１４が、準備され、加熱可能基板ホルダー１１６に取り付けられる。上で述べたように、基板１１４は、石英または１つもしくは複数の半導体層を備えるデバイス基板であってもよい。基板１１４が、石英基板であるときは、それは、エタノール、アセトン、および脱イオン水を使用して超音波洗浄器で洗浄されてもよい。基板１１４が、デバイス基板であるときは、それは、基板の材料に応じて洗浄されてもよい。たとえば、シリコン基板については、上部二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層は、フッ化水素酸（ＨＦ）でエッチングすることによって除去されてもよい。
【００２１】
ブロック２０６では、ポンプ１１８が、真空チャンバー１０６を所望の圧力まで排気してもよい。本開示の１つまたは複数の実施形態では、所望の圧力は、約４×１０−６ミリバール（ｍｂ）（たとえば、±１０％の範囲で）であってもよい。
【００２２】
ブロック２０８では、加熱可能基板ホルダー１１６が、基板１１４を所望の温度に加熱し、維持してもよい。本開示の１つまたは複数の実施形態では、所望の温度は、約４００℃（たとえば、±１０℃の範囲で）であってもよい。
【００２３】
ブロック２１０では、酸素源１２０が、真空チャンバー１０６を酸素で所望の分圧まで満たしてもよい。本開示の１つまたは複数の実施形態では、酸素の所望の分圧は、約０．１５ミリバール（たとえば、±１０％の範囲で）であってもよい。
【００２４】
ブロック２１２では、回転可能ターゲットホルダー１１２が、ターゲット１１４を所望の毎分回転数（ＲＰＭ）まで回転させてもよく、それでレーザー１０４は、同じスポットに連続してぶつからない。本開示の１つまたは複数の実施形態では、所望のＲＰＭは、２００であってもよい。
【００２５】
ブロック２１４では、レーザー１０４が、所望のレーザーパラメーターの下で所望の継続時間ターゲット１１４をアブレーションしてＬｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜１０２を基板１１４に成長させてもよい。上で述べたように、薄膜１０２は、室温で低抵抗率および高移動度を持つ安定したｐ型伝導を有する。本開示の１つまたは複数の実施形態では、所望の継続時間は、５から３０分間（たとえば、１０分間）であってもよく、所望のレーザーパラメーターは、次の通りであってもよい、すなわち、波長は、約１９３から３５５ナノメートル（ｎｍ）（たとえば、３５５ｎｍ）、エネルギーは、約８５から１００ミリジュール（ｍＪ）／パルス（たとえば、８５ｍｊ／パルス）、パルス幅は、約５から２５ナノ秒（ｎｓ）（たとえば、１９ｎｓ）、レーザーフルエンスは、２．５から３．０ジュール／ｃｍ２（たとえば、２．７ジュール／ｃｍ２）、および周波数は、約１から１０ヘルツ（Ｈｚ）（たとえば、１０Ｈｚ）であってもよい。薄膜１０２は、約３００ｎｍ厚さであってもよい。
【００２６】
Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜１０２は主に、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯターゲット１１４と対照的にウルツ鉱型六方晶構造のｃ軸（００２）方向に沿って配向することもある。さらに、真空チャンバー１０６の酸素分圧を調節することによって薄膜１０２の酸素空孔を精密に制御することが可能なこともある。それ故に、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜１０２は、適切な半導体の性質を持つ安定したｐ型伝導を示す。
【００２７】
比較のために、ＺｎＯ、Ｚｎ１−ｘＬｉｘＯ（２モル％のＬｉモノドープＺｎＯ薄膜）、およびＺｎ１−ｙＮｉｙＯ（２モル％のＮｉモノドープＺｎＯ薄膜）薄膜もまた、方法２００を使用して同じ条件で成長させることができる。たとえば、ＬｉモノドープおよびＮｉモノドープＺｎＯターゲットは、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯターゲットと同じ粉砕および加熱条件によってだがしかしＬｉ２ＣＯ３またはＮｉＯだけを使用することによって準備することができる。例となるＺｎＯ、ＬｉモノドープＺｎＯ薄膜、ＮｉモノドープＺｎＯ薄膜、およびＬｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜の結晶相は、ＣｕのＫα放射線を使用して、Ａｌｍｅｌｏ、ＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓのＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌからのＸ線回折計、Ｘ’Ｐｅｒｔ  Ｐｒｏによって分析された。ＺｎＯ薄膜の電気抵抗率、キャリア濃度、およびホール移動度は、Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＱｕａｎｔｕｍ  ＤｅｓｉｇｎからのＰｈｙｓｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｙ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＰＰＭＳ）によって測定された。Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定は、Ｃｈａｎｈａｓｓｅｎ、ＭｉｎｎｅｓｏｔａのＰｈｙｓｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．からのＶｅｒｓａＰｒｏｂｅを使用して行われた。
【００２８】
図３は、本開示の１つまたは複数の実施形態での例となるＺｎＯ薄膜のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す。図３は、（００２）ＺｎＯピークの拡大を示す挿入図を含む。Ｘ線回折パターンは、ＺｎＯ薄膜が主にウルツ鉱型六方晶構造のｃ軸（００２）方向に配向していることを明らかにする。
【００２９】
室温電気輸送測定は、ＬｉモノドープＺｎＯ薄膜が４×１０３Ωｃｍの高抵抗率を有することを示す。この高抵抗率に起因して、さらなるホール効果測定は、この薄膜について行われなかった。図４は、本開示の１つまたは複数の実施形態でのＮｉモノドープおよびＬｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜の抵抗率の温度依存性を与える。Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜は、約０．１５Ωｃｍの最低抵抗率を有し、それは、ＬｉモノドープＺｎＯ薄膜のそれと比較するとき４桁小さいことが明瞭にわかる。ＮｉモノドープＺｎＯ薄膜は、０．２１Ωｃｍの室温抵抗率を示す。
【００３０】
図５Ａおよび５Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施形態でのＬｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜のホール効果の温度依存性（Ｔ−ホール）測定結果を示す。薄膜は、全温度範囲にわたって安定したｐ型伝導性を示し、それは、正孔が系での唯一の主要キャリアであることを示す。室温では、薄膜は、約３．２×１０１７ｃｍ−３の正孔濃度および約１３０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の移動度を有する。移動度は、温度の減少とともに増加し、１６０ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１の最大値が、５ケルビン（Ｋ）で観察される。
【００３１】
図５Ｃは、本開示の１つまたは複数の実施形態では、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜がＵＶ放射線（３６５ｎｍ）に連続して１２０分間さらされるときでさえ、ｐ型伝導性が著しく安定していることを示す。その上、正孔濃度は、ＵＶ照射とともにわずかに増加し、４０分間の暴露時間後に飽和し、１２０分間のＵＶ暴露に至るまで同じままであることがわかる。図５Ｄは、本開示の１つまたは複数の実施形態での堆積後の時間に関する正孔濃度を例示する。１００日間にわたって、ホール効果測定が、時間に関するｐ型伝導の安定性を調べるために７回実行された。測定結果は、薄膜が、堆積の日に得られたのとほとんど同じ正孔濃度（たとえば、±２０％）を持って１００日後でさえそれのｐ型挙動を保持していることを示す。たとえば、正孔濃度は、３．２×１０１７ｃｍ−３付近から始まり、１００日間にわたって２．８×１０１７ｃｍ−３から３．６×１０１７ｃｍ−３（±１５％）の範囲であった。この結果は、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｐ型ＺｎＯ薄膜が著しく安定していることを明瞭に示す。
【００３２】
二重アクセプタドープのＬｉ−Ｎ共ドープｐ型ＺｎＯ系と比較しながら、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｐ型ＺｎＯ薄膜が約０．１５Ωｃｍの低抵抗率を提示することに留意すると、驚きである。低抵抗率、高移動度、および安定したｐ型伝導は、次の通りに説明できる。理論計算は、強磁性（ＦＭ）および反強磁性（ＡＦＭ）状態の最少全エネルギーに起因して、ＬｉおよびＮｉをＺｎＯに共ドープしている間に、ＬｉイオンがＮｉイオンに近いサイトを置換する傾向があると報告している。他のものは、遷移金属（ＴＭ）だけがＺｎＯにドープされるときは、安定したＴＭ２＋配置が好都合であるが、一方ＴＭ３＋配置は、追加の正孔がＺｎＯ系に導入されるとき好都合であると報告している。それ故にＬｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ系では、Ｌｉイオンは、Ｎｉイオンの最近接サイトにある可能性が高く、したがってＮｉ２＋をＮｉ３＋に促進する。ＮｉモノドープＺｎＯ系でのような場合には、Ｎｉイオンに最も好都合な状態は、Ｎｉ２＋である。これは、図６Ａおよび６Ｂで示すようなＸＰＳ測定結果によって確認される。共ドープ系では、Ｎｉ３＋イオンは、（Ｌｉ、Ａｌ）および（Ｎ、Ｉｎ）共ドープＺｎＯ系と同様に、反応性ドナーの役割を果たすことになり、Ｌｉ−Ｎｉ錯体を形成することによってＬｉ溶解限度を増加させる。
【００３３】
図６Ａは、ＮｉモノドープＺｎＯ薄膜のＸＰＳスペクトルを与える。２モル％のＮｉモノドープＺｎＯ薄膜について、Ｎｉ２ｐ３／２準位は、Ｎｉ２＋およびＮｉ３＋化学状態にそれぞれ対応する８５３．６３ｅＶおよび８５５．７４ｅＶ付近に中心がある２つのピークから成る。Ｎｉ３＋およびＮｉ２＋イオンの面積比（Ｎｉ３＋／Ｎｉ２＋）は、２．６であることがわかる。図６Ｂは、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ薄膜について、Ｎｉ２＋およびＮｉ３＋化学状態に対応するピークが、８５３．４９ｅＶおよび８５５．８５ｅＶにそれぞれ中心があることを示す。この共ドープ系についてのＮｉ＋３／Ｎｉ２＋イオンの面積比は、７．８である。これは、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープＺｎＯ系では、Ｎｉイオンの最も好都合な化学状態がＮｉ３＋であることを明瞭に示す。
【００３４】
安定したｐ型ＺｎＯ薄膜は、ｎ型ＺｎＯと併せてＵＶ／青色レーザーダイオードおよび発光ダイオードなどのいろいろな応用で使用できる。適切な周波数倍増を使用することによって、ＺｎＯヘテロ構造から発生するＵＶ光は、水浄化に使用できる。安定したｐ型ＺｎＯ薄膜はまた、希薄磁性半導体（ＤＭＳ）にも使用でき、それは、スピントロニクスの新興領域で潜在的応用を有する。一般に、安定したｐ型ＺｎＯ薄膜は、固体照明、スピントロニクス、メモリストレージ、光学式読み出し／書き込みデバイス、および一般に記憶デバイスで応用を見出すことができる。
【００３５】
図７は、本開示の１つまたは複数の実施形態でのＺｎＯを基にしたホモ接合発光ダイオード（ＬＥＤ）８００（図８）を基板８０２に成長させるための例となる方法７００の流れ図である。方法７００は、ブロック７０２、７０４、７０６、および７０８を含むことができる。方法７００は、半導体製造装置を使用する人間オペレーターもしくはコンピュータプログラム、またはそれらの組み合わせによって実施されてもよい。
【００３６】
ブロック７０２では、ＺｎＯバッファー層８０４が、基板８０２を覆って成長させられてもよい。基板８０２は、サファイアであってもよい。バッファー層８０４は、非ドープの固有ＺｎＯ層であってもよい。バッファー層８０４は、酸素の１００から３００ミリバールのチャンバー圧力の下でＰＬＤを使用して成長させることができる。バッファー層８０４は、１００ｎｍであってもよい。
【００３７】
ブロック７０４では、ｎ型ＺｎＯ層８０６が、バッファー層８０４を覆って成長させられてもよい。ｎ型層８０６は、アルミニウム（Ａｌ）ドープＺｎＯ薄膜であってもよい。典型的には２モル％のＡｌドープＺｎＯは、ほぼ１０１９ｃｍ−３程度の電子濃度を提供する。
【００３８】
本開示の１つまたは複数の実施形態では、ｎ型層８０６は、ＡｌドープＺｎＯターゲットを使ってＰＬＤを使用して成長させることができる。Ａｌ２Ｏ３およびＺｎＯ粉末の化学量論的混合物（２モル％Ａｌおよび９８モル％Ｚｎ）は、約１時間粉砕される。粉末は、１，０００℃で１５時間加熱される。粉末は、再び３０分間粉砕され、ペレットにプレス加工される。ペレットは、１，２００℃で２４時間焼結される。結果として得られるペレットは、ＡｌドープＺｎＯターゲットを形成することができる。
【００３９】
上で述べた方法２００は、ＡｌドープＺｎＯターゲットを使ってｎ型層８０６を成長させるために使用できる。結晶性のエピタキシャル薄膜を実現するために、成長温度およびチャンバー圧力は、６００℃および酸素の１０−２ミリバールであってもよい。ｎ型層８０６は、５００ｎｍであってもよい。
【００４０】
ブロック７０６では、Ｌｉ−Ｎｉ共ドープｐ型ＺｎＯ層８０８が、ｎ型層８０６を覆って成長させられてもよい。ｐ型層８０８は、上で述べた方法２００を使用して成長させられてもよい。ｐ型層８０８は、３００ｎｍであってもよい。
【００４１】
ブロック７０８では、ｎ型電極８１０およびｐ型電極８１２が、ｎ型層８０６およびｐ型層８０８にそれぞれ形成されてもよい。電極８１０および８１２は、Ｔｉ／Ａｕ電極であってもよく、それは、Ｔｉに続いてＡｕを連続して堆積させることによって形成される。
【００４２】
図８は、本開示の１つまたは複数の実施形態での例となるＺｎＯを基にしたホモ接合ＬＥＤ８００である。ＬＥＤ８００は、サファイア基板８０２と、基板を覆うＺｎＯバッファー層８０４と、バッファー層を覆うｎ型ＺｎＯ層８０６と、ｎ型層を覆うＬｉ−Ｎｉ共ドープｐ型ＺｎＯ層８０８と、ｎ型層上のｎ型電極８１０と、ｐ型層上のｐ型電極８１２とを含んでもよい。
【００４３】
システムの側面でのハードウェアの実装形態とソフトウェアの実装形態との間には、ほとんど相違が残されていない。ハードウェアまたはソフトウェアの使用は、一般に（いつもそうではないが、ある状況ではハードウェアとソフトウェアの間の選択が重要になり得るという点で）コスト対効果のトレードオフを表す設計上の選択である。本明細書に記載された、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術をもたらすことができるさまざまな達成手段があり（たとえば、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェア）、好ましい達成手段は、プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が導入される状況によって異なる。たとえば、実装者が速度と正確性が最も重要であると決定すると、実装者は主にハードウェアおよび／またはファームウェアの達成手段を選択することができる。フレキシビリティが最も重要なら、実装者は主にソフトウェアの実装形態を選択することができる。または、さらに別の代替案として、実装者は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアのなんらかの組み合わせを選択することができる。
【００４４】
前述の詳細な説明では、ブロック図、フローチャート、および／または例の使用によって、装置および／またはプロセスのさまざまな実施形態を説明してきた。そのようなブロック図、フローチャート、および／または例が１つまたは複数の機能および／または動作を含む限りにおいて、そのようなブロック図、フローチャート、または例の中のそれぞれの機能および／または動作は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または実質上それらのすべての組み合わせにより、個別におよび／または集合的に実装可能であることが、当業者には理解されるであろう。ある実施形態では、本明細書に記載された主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または他の集積化方式によって実装することができる。しかし、本明細書で開示された実施形態のいくつかの態様が、全体においてまたは一部において、１つまたは複数のコンピュータ上で動作する１つまたは複数のコンピュータプログラムとして（たとえば、１つまたは複数のコンピュータシステム上で動作する１つまたは複数のプログラムとして）、１つまたは複数のプロセッサ上で動作する１つまたは複数のプログラムとして（たとえば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ上で動作する１つまたは複数のプログラムとして）、ファームウェアとして、あるいは実質上それらの任意の組み合わせとして、等価に集積回路に実装することができることを、当業者は認識するであろうし、電気回路の設計ならびに／またはソフトウェアおよびもしくはファームウェアのコーディングが、本開示に照らして十分当業者の技能の範囲内であることを、当業者は認識するであろう。さらに、本明細書に記載された主題のメカニズムをさまざまな形式のプログラム製品として配布することができることを、当業者は理解するであろうし、本明細書に記載された主題の例示的な実施形態が、実際に配布を実行するために使用される信号伝達媒体の特定のタイプにかかわらず適用されることを、当業者は理解するであろう。信号伝達媒体の例には、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリ、などの記録可能なタイプの媒体、ならびに、デジタル通信媒体および／またはアナログ通信媒体（たとえば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンクなど）の通信タイプの媒体が含まれるが、それらには限定されない。
【００４５】
本明細書で説明したやり方で装置および／またはプロセスを記載し、その後そのように記載された装置および／またはプロセスを、データ処理システムに統合するためにエンジニアリング方式を使用することは、当技術分野で一般的であることを当業者は認識するであろう。すなわち、本明細書に記載された装置および／またはプロセスの少なくとも一部を、妥当な数の実験によってデータ処理システムに統合することができる。通常のデータ処理システムは、一般に、システムユニットハウジング、ビデオディスプレイ装置、揮発性メモリおよび不揮発性メモリなどのメモリ、マイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサなどのプロセッサ、オペレーティングシステムなどの計算実体、ドライバ、グラフィカルユーザインタフェース、およびアプリケーションプログラムのうちの１つもしくは複数、タッチパッドもしくはスクリーンなどの１つもしくは複数の相互作用装置、ならびに／またはフィードバックループおよびコントロールモータを含むコントロールシステム（たとえば、位置検知用および／もしくは速度検知用フィードバック、コンポーネントの移動用および／もしくは数量の調整用コントロールモータ）を含むことを、当業者は理解するであろう。データ処理システムは、データコンピューティング／通信システムおよび／またはネットワークコンピューティング／通信システムの中に見出すことができるコンポーネントなどの、市販の適切なコンポーネントを利用して実装することができる。
【００４６】
本明細書に記載された主題は、さまざまなコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他のさまざまなコンポーネントに包含されるか、または他のさまざまなコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例示にすぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的にかみ合わせ可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。
【００４７】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００４８】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む発明に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、通常、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、など���有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００４９】
さまざまな態様および実施形態が、本明細書で開示されたが、他の態様および実施形態は、当業者には明らかであろう。本明細書で開示されるさまざまな態様および実施形態は、説明の目的のためであり、限定することを意図せず、真の範囲および精神は、次のクレームによって示される。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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