(57)【要約】【課題】不純物の取り込みや平坦性の悪化を抑制できる酸化物基板の清浄化方法、及び該方法によって清浄化された基板を用いた酸化物薄膜の製造方法の提供。【解決手段】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を清浄化処理することを特徴とする酸化物基板の清浄化方法。こ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半導体結晶を成長させて酸化物半導体薄膜を得る工程とを有することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。【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を清浄化処理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】
清浄化処理する酸化物基板を脱脂処理し、次いで該酸化物基板を真空チャンバー内に入れ、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を清浄化処理することを特徴とする酸化物基板の清浄化方法。
【請求項３】
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又は２に記載の酸化物基板の清浄化方法。
【請求項４】
前記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、酸化物基板の表面から重金属不純物を除去する第一の清浄化工程と、そ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二の清浄化工程とからなることを特徴とする酸化物基板の清浄化方法。
【請求項６】
請求項１〜５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半導体結晶を成長させて酸化物半導体薄膜を得る工程とを有することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記酸化物半導体薄膜が酸化亜鉛系半導体であることを特徴とする請求項６に記載の酸化物半導体薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物基板の清浄化方法に関し、特に単結晶酸化亜鉛基板の清浄化に好適な方法に関する。
また本発明は、前記清浄化方法で処理した酸化物基板を用いた酸化物半導体薄膜、特に酸化亜鉛系半導体薄膜の製造方法に関する。
【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。しかし、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。
【０００３】
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、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
以上のような理由から、酸化亜鉛系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非常に重要である。
【０００７】
これらに関するアプローチとして、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。
【０００８】
また、非特許文献２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ー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。真空チャンバー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】
【０００９】
通常、半導体結晶成長に用いられる基板は、酸やアルカリなどで化学的なエッチングを行うことによって、表面の有機物や重金属などの汚染を除去している。
しかしながら、単結晶酸化亜鉛基板は、酸やアルカリにより激しく腐食されてしまうことが知られており、未だ適切な基板処理方法が確立されていない。清浄化処理を行っていない単結晶酸化亜鉛基板上で半導体結晶成長を行うと、成長させた結晶は、基板表面の汚染により結晶欠陥の発生や不純物の薄膜への混入が起こり、素子を実現できるような平坦性や結晶性、電気的特性を得ることができない。
【００１０】
非特許文献１に開示されたように、セラミック酸化亜鉛の箱中で熱処理する方法では、数原子層オーダの平坦性を有する単結晶酸化亜鉛基板が得られるが、この方法は大気雰囲気中で熱処理するので、雰囲気中の不純物を取り込んでしまい、半導体の純度を大きく低下させてしまう。このような高温での熱処理方法は、表面に重金属などが存在していた場合、その熱により酸化亜鉛基板の内部に拡散してしまう問題がある。基板内部に拡散した不純物は、成長する半導体結晶への再拡散を起こすため、成長した半導体結晶の特性を悪化させてしまう。
【００１１】
非特許文献２に開示された方法を用いると、加熱により表面に吸着している水素や、水素プラズマ処理後も残っている有機物が基板内部へ拡散してしまう問題がある。特に、単結晶酸化亜鉛基板では、加熱により水素が基板内部へ拡散してしまうことが報告されている。酸化亜鉛基板内部へ拡散した水素は、キャリアとして働いてしまい、半導体結晶として伝導性の制御が困難になるとされている。
また、加熱しながらの原子状水素照射は、有機物のみでなく、酸化物基板自体の表面も還元してしまう。このような方法では、結果として基板表面を荒らしてしまい、平坦性を悪化させてしまう問題がある。
また、加熱を行いながらの原子状水素照射処理は、製造工程を複雑化してしまう問題もある。
【００１２】
以上のような理由から、平坦性を保ったままでの単結晶酸化亜鉛基板の清浄化処理方法は未だ確立されておらず、単結晶酸化亜鉛基板を用いた酸化亜鉛半導体結晶の結晶成長では、素子を実現できるような平坦性を得るまでには至っていなかった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、不純物の取り込みや平坦性の悪化を抑制できる酸化物基板の清浄化方法、及び該方法によって清浄化された基板を用いた酸化物薄膜の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明は、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を清浄化処理することを特徴とする酸化物基板の清浄化方法を提供する。
【００１４】
また本発明は、清浄化処理する酸化物基板を脱脂処理し、次いで該酸化物基板を真空チャンバー内に入れ、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を清浄化処理することを特徴とする酸化物基板の清浄化方法を提供する。
【００１５】
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好ましい。
【００１６】
本発明の酸化物基板の清浄化方法において、前記清浄化処理時の基板温度が１００℃以下であることが好ましい。
【００１７】
また本発明は、前記本発明に係る酸化物基板の清浄化方法によって酸化物基板の表面から、重金属不純物を除去する第一の清浄化工程と、そ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二の清浄化工程とからなることを特徴とする酸化物基板の清浄化方法を提供する。
【００１８】
さらに本発明は、前記本発明に係る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半導体結晶を成長させて酸化物半導体薄膜を得る工程とを有することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法を提供する。
【００１９】
本発明の酸化物半導体薄膜の製造方法において、前記酸化物半導体薄膜が酸化亜鉛系半導体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
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を成長させることで、単原子層オーダの平坦な半導体結晶を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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を加熱することなく原子状水素及び原子状重水素のうち少なくとも一方により清浄化処理を行い、平坦且つ清浄な酸化物基板表面を得ることを特徴とする。
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、その表面に酸化亜鉛系半導体のような酸化物半導体結晶を成長することで、量子井戸構造に必要な原子層オーダの平坦性を持つ酸化物半導体薄膜を提供することが可能となる。
【００２２】
本発明は、結晶成長前に基板を脱脂処理する工程と、真空チャンバー内に導入し真空中での清浄化処理を行う工程、その後に結晶成長を行う工程から構成される酸化物半導体薄膜の製造方法に関するものである。真空チャンバー内部へ導入後の清浄化処理において、低温での原子状水素及び原子状重水素のうち少なくとも一方により清浄化処理を行うことで酸化物基板の表面の清浄化を実現し、平坦且つ清浄な酸化物基板を得ることを可能とする。
本発明により、真空チャンバー内部での清浄化時に基板の加熱が不要となり、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。
【００２３】
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。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。本例の処理装置は、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ー４と、該真空チャンバー４の内部空間に接続して取り付けられた原子状水素供給セル６と、該原子状水素供給セル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とから構成されている。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、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からの水素供給配管の途中には、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。酸化物基板５は、原子状水素供給セル６から放出される原子状水素、原子状重水素が直接照射される位置にセットされている。
【００２４】
この処理装置を用いて酸化物基板５表面の清浄化を実施するには、真空チャンバー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１×１０−５Ｔｏｒｒ〜５×１０−７Ｔｏｒｒに設定する。好ましくは５×１０−６Ｔｏｒｒ程度が望ましい。
ガス圧が安定した後、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℃程度まで通電加熱を行う。好ましくは２１００℃が望ましい。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セル６から酸化物基板５の表面へ照射される。このように原子状水素及び原子状重水素の少なくとも一方が酸化物基板の表面に照射されることで、酸化基板表面を清浄化処理することができる。特に原子状水素、原子状重水素は、酸化物基板表面の重金属不純物を除去することに有効である。さらに、該酸化物基板の表面に酸素プラズマを接触させることで、基板表面から有機系不純物を除去することができる。
【００２５】
酸素プラズマに関しては、水素ガスの際と同様に、まず酸素源（図１中非表示）から酸素ガスを導入し、バルブ（図１中非表示）を用いて所定の圧力、流量に調整する。その後、高周波によって励起されるＲＦプラズマにより酸素プラズマを発生させる。この酸素プラズマが酸化物基板表面に接触することで基板表面から有機系不純物を除去することが可能となる。
【００２６】
本発明の酸化物基板の清浄化方法は、この清浄化処理の際、清浄化の対象となる酸化物基板５を加熱しないことを特徴とする。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。
また、１×１０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空中で処理を行うため、酸化物基板への不純物の付着を最小限に抑えることができ、非常に清浄な酸化物基板の表面を得ることが可能となる。
【００２７】
本発明は、特に単結晶酸化亜鉛系基板において好適である。原子状水素及び原子状重水素のうち少なくとも一方により清浄化処理を行った単結晶酸化亜鉛系基板を用い、ＭＢＥ法などの薄膜形成技術によって酸化亜鉛系半導体結晶を成長させることで、原子層オーダの酸化亜鉛系半導体結晶を得ることが可能となる。
ここで述べた酸化亜鉛系基板とは、亜鉛と酸素を主成分とするものであり、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の他に亜鉛の一部をＣｄ，Ｍｇで置き換えたＺｎＣｄＯ、ＺｎＭｇＯやＺｎＣｄＭｇＯをも含む。
【００２８】
本発明の対象となる酸化物基板は、前記単結晶酸化亜鉛基板に限定されものではなく、例えば、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）基板、ＳｉＯ２（石英ガラス）基板、ＬｉＡｌＯ２（リチウムアルミネート）基板、ＬａＡｌＯ３（アルミン酸ランタン）基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）基板、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）基板、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）基板、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）基板などの各種酸化物基板に対しても有効である。
【００２９】
また本発明により製造される酸化亜鉛系半導体薄膜とは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の他に、亜鉛の一部をカドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）で置き換えた、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＭｇＯやＺｎＣｄＭｇＯ半導体薄膜を含み、また酸素（Ｏ）の一部をセレン（Ｓｅ）で置き換えたＺｎＯＳｅやテルル（Ｔｅ）で置き換えたＺｎＯＴｅ、さらにこれらを適宜組み合わせた半導体薄膜も含む。これらの材料においても本発明が有効である。
【実施例】
【００３０】
［実施例１］
本発明の酸化物基板の清浄化方法によって、単結晶酸化亜鉛基板の表面を清浄化した。
単結晶酸化亜鉛基板を脱脂処理し、これを１×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空チャンバーへ導入した。
超高真空チャンバー内に基板を投入後、チャンバー内の水素分圧を５×１０−６Ｔｏｒｒ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分行った。
このとき、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、基板表面の平坦性を維持したまま還元や水素など不純物の内部拡散を抑えることができる。
【００３１】
図２に原子状水素処理を行う前の単結晶酸化亜鉛基板表面の原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと略記する）画像を、図３に原子状水素処理後の単結晶酸化亜鉛基板表面のＡＦＭ画像を示す。図２と図３の画像から、原子状水素処理により表面の汚染がなくなっていること、処理後の単結晶酸化亜鉛基板は平坦性を保っていることが分かり、単結晶酸化亜鉛基板表面の不純物を選択的に除去できており、基板の平坦性を維持しつつ、表面の清浄化がなされていることが分かる。
【００３２】
［実施例２］
実施例１において基板表面に原子状水素を照射し、表面の不純物を除去した後、この清浄化処理を行った単結晶酸化亜鉛基板上に酸化亜鉛半導体結晶の成膜を行った。
結晶成長は、金属亜鉛とＲＦ励起酸素プラズマを用いて行った。このときの酸化亜鉛半導体結晶の成長温度は４００〜１０００℃とした。
単結晶酸化亜鉛基板に原子状水素処理を行った後に結晶成長した酸化亜鉛半導体薄膜のＡＦＭ画像を図４に示す。原子状水素処理を行って成長した後の酸化亜鉛半導体結晶の表面の二乗平均粗さは０．５９ｎｍであり、その表面形状は０．２７ｎｍ高さの酸化亜鉛単結晶の１原子層に対応するステップとテラスにより構成されている。
【００３３】
［比較例１］
一方、原子状水素処理を行わずに酸化亜鉛半導体結晶を成膜した。得られた酸化亜鉛半導体薄膜のＡＦＭ画像を図５に示す。図５に示す比較例の酸化亜鉛半導体薄膜は、二乗平均粗さで２．０６ｎｍと低い値を示したが、表面に数十ｎｍという深さを持つ大きな孔を有していた。
【００３４】
以上のことから、本発明によれば、酸化物基板の表面の平坦性を維持したまま、清浄な基板表面を提供することが可能となった。
また本発明により清浄化処理した酸化物基板に酸化亜鉛半導体結晶を成長させることによって、酸化亜鉛半導体単結晶の１原子層に相当する段差を有する極めて平坦な薄膜を得ることができた。
【００３５】
図６に、原子状水素処理を行った単結晶酸化亜鉛基板上に成長した実施例２の酸化亜鉛半導体結晶と、原子状水素処理を行わずに成長した比較例２の酸化亜鉛半導体結晶とのＸ線回折２θ−ω測定の結果を示す。
図６より、比較例１の原子状水素処理を行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た。このピークは、基板上に残留している重金属不純物に起因していると考えられる。ピークの非対称性は、重金属不純物が酸化亜鉛半導体結晶内で重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と考えられる。
【００３６】
一方、実施例２の原子状水素処理を行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では、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により単結晶酸化亜鉛基板上の重金属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。
【００３７】
図７に、実施例２の原子状水素処理を行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、比較例１の原子状水素処理を行わずに成長した酸化亜鉛半導体結晶の１４Ｋ低温ＰＬ測定の結果を示す。
図７より、実施例２の原子状水素処理を行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では、比較例１の原子状水素処理を行わずに成長した酸化亜鉛半導体結晶と比較して、３６７．５ｎｍ付近に見られる自由励起子発光（ＦＸ）が強くなり、３６９．０ｎｍ付近に見られるドナー性不純物に束縛された発光（Ｄ０Ｘ）が低下していることが観測された。これは、結晶中のドナー性不純物が低下していると考えられ、原子状水素処理により基板表面が清浄化されたことにより高品質な酸化亜鉛半導体結晶が得られた結果だと考えられる。
【００３８】
［比較例２］
実施例１と同様に、本発明の酸化物基板の清浄化方法によって、単結晶酸化亜鉛基板の表面の処理を行った。単結晶酸化亜鉛基板を脱脂処理し、これを１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空チャンバーへ導入した。真空チャンバー内に基板を投入後、チャンバー内の水素分圧を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処理を５分行った。
【００３９】
図８は、比較例２の条件で清浄化した単結晶酸化物亜鉛基板のＡＦＭ画像である。実施例１と同様に、ステップとテラスからなる表面形態を示し、二乗平均粗さは０．４７ｎｍと表面平坦性は良好ではあるが、表面には汚染が残っており、５分間の処理では十分に清浄化がなされていなかった。
【００４０】
［比較例３］
単結晶酸化亜鉛基板への原子状水素処理を９０分間行ったこと以外は、比較例２と同様に作製し、これを比較例３とした。
【００４１】
図９は、９０分間原子状水素処理した基板表面のＡＦＭ画像である。この比較例３の条件ではステップとテラスが消失し、二乗平均粗さは１．９６ｎｍと悪化していた。また、基板表面に多数の孔が発生していた。長時間の原子状水素処理は、単結晶酸化亜鉛基板表面の過剰な還元により表面平坦性を悪化させてしまうと考えられる。
【００４２】
［比較例４］
本発明の構成とは異なり、単結晶酸化亜鉛基板を加熱しながら原子状水素処理を用いて単結晶酸化亜鉛基板の表面の処理を行った。単結晶酸化亜鉛基板を脱脂処理し、これを１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空チャンバーへ導入した。真空チャンバー内に基板を投入後、チャンバー内の水素分圧を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を４００℃に加熱し、原子状水素処理を３０分間行った。
【００４３】
図１０は、４００℃に加熱して原子状水素処理を行った酸化亜鉛基板表面のＡＦＭ画像である。この条件では二乗平均粗さは１．２０ｎｍと悪化しており、加熱によって酸化亜鉛基板裏面の還元を促進してしまっていると考えられる。また、照射する水素の打ち込みの問題もあり、加熱しながらの原子状水素処理による基板の特性悪化が考えられる。
【００４４】
［実施例３］
本発明の酸化物基板清浄化方法によって、単結晶酸化亜鉛基板の表面を清浄化した。特に単結晶酸化亜鉛基板の表面の清浄化に関しては、原子状水素処理により表面の重金属を除去した後、残留する水素ガスを１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ程度まで排気した。その後、チャンバー内の酸素分圧を１．０×１０−５Ｔｏｒｒに設定し、１３．５６ＭＨｚの高周波によって励起されるＲＦプラズマにより、酸素ラジカルを発生させた。この酸素ラジカルを単結晶酸化亜鉛基板に照射し、表面の有機物を除去した。その後、単結晶酸化亜鉛基板を脱脂処理し、これを１．０×１０−１０Ｔｏｒｒ以下の超高真空チャンバーへ導入した。真空チャンバー内に基板を投入後、チャンバー内の水素分圧を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処理を３０分間行った。
【００４５】
実施例３より、単結晶酸化亜鉛基板の表面平坦性を維持したまま、不純物を大幅に除去できることが確認された。また、単結晶酸化亜鉛基板の酸化亜鉛半導体結晶を成長させることで、非常に高品質な酸化亜鉛半導体結晶を実現することが可能となる事が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の酸化物基板の清浄化処理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。
【図２】実施例において使用した清浄化処理前の単結晶酸化亜鉛基板表面のＡＦＭ画像である。
【図３】実施例１において清浄化処理した単結晶酸化亜鉛基板表面のＡＦＭ画像である。
【図４】実施例２において製造した酸化亜鉛半導体薄膜のＡＦＭ画像である。
【図５】比較例において製造した酸化亜鉛半導体薄膜のＡＦＭ画像である。
【図６】原子状水素処理の有無によるＸ線２θ−ω測定の結果を示した図である。
【図７】原子状水素処理の有無による低温ＰＬ測定の結果を示した図である。
【図８】比較例２の単結晶酸化亜鉛基板のＡＦＭ画像である。
【図９】比較例３の単結晶酸化亜鉛基板のＡＦＭ画像である。
【図１０】比較例４の単結晶酸化亜鉛基板のＡＦＭ画像である。
【符号の説明】
【００４７】
１…フィラメント、２…バルブ、３…水素源、４…真空チャンバー、５…酸化物基板、６…原子状水素供給セル、７…フィラメント加熱用電源。  
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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