(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＳ−ＭＢＥ法によってサファイヤ基板上に、亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは酸素（Ｏ）リッチの条件にて２００℃から６００℃の間の温度でＺｎＯ単結晶バッファー層を成長する工程と、
前記ＺｎＯ単結晶バッファー層に６００℃から８００℃までの温度で、２分間から６０分間の熱処理による表面平坦化処理を実施する工程と、
前記表面平坦化処理を施したＺｎＯ単結晶バッファー層上に単結晶ＺｎＯ層を成長する工程と
を含むＺｎＯ結晶の成長方法。
【請求項２】
前記ＺｎＯ単結晶バッファー層を成長する工程は、Ｚｎリッチな条件で気相成長する工程である請求項１に記載のＺｎＯ結晶の成長方法。
【請求項３】
サファイヤ基板と、
その上に２００℃から６００℃の間の温度で形成され、６００℃から８００℃までの温度で２分間から６０分間の熱処理による表面平坦化処理が施された亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは酸素（Ｏ）リッチの、不純物がドープされていないＺｎＯ単結晶バッファー層と、
前記ＺｎＯ単結晶バッファー層より上に形成されたＺｎＯ単結晶層と
を含むＺｎＯ結晶構造。
【請求項４】
前記ＺｎＯ単結晶バッファー層は、６００℃よりも低い温度でＺｎＯを成長した層であり、前記ＺｎＯ単結晶バッファー層上に形成されたＺｎＯ単結晶層は、前記ＺｎＯ単結晶バッファー層よりも高くかつ８００℃よりも低い温度で成長した高温成長ＺｎＯ単結晶層を含むことを特徴とする請求項３に記載のＺｎＯ結晶構造。
【請求項５】
前記ＺｎＯ単結晶バッファー層の厚さは、１０から１００ｎｍである請求項３又は４に記載のＺｎＯ結晶構造。
【請求項６】
前記高温成長ＺｎＯ単結晶層は、Ｇａ又はＡｌをドーピングしたｎ型の導電性を有するＺｎＯ層である請求項４又は５に記載のＺｎＯ結晶構造。
【請求項７】
前記高温成長ＺｎＯ単結晶層は、Ｎをドーピングしたｐ型の導電性を有するＺｎＯ層である請求項４から６までのいずれかに記載のＺｎＯ結晶構造。
【請求項８】
サファイヤ基板と、
前記基板に接するように２００℃から６００℃の間の温度で形成され、６００℃から８００℃までの温度で２分間から６０分間の熱処理による表面平坦化処理が施された亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは酸素（Ｏ）リッチの、不純物がドープされていないＺｎＯ単結晶バッファー層と、
前記ＺｎＯ単結晶バッファー層より上に形成されたＺｎＯ単結晶層と
を含み、
前記ＺｎＯ単結晶層は、Ｇａ又はＡｌをドーピングしたｎ型の導電性を有するＺｎＯ層と、Ｎをドーピングしたｐ型の導電性を有するＺｎＯ層とのｐ−ｎ接合を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＺｎＯ結晶、その成長方法及びそれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＺｎＯは、ＲＳ（ラジカルソース）−ＭＢＥ法を用いてサファイヤ基板上に直接成長させていた。Ｚｎ用のソースとしては、Ｋセル（クヌードセンセル）中のＺｎ用の固体ソースを用いる。Ｏ用のソースとしては、気体ソースである酸素ガスを、ＲＦ又はＥＣＲ等を用いて発生させた酸素ラジカルを用いる。
【０００３】
特に、ＲＦを用いたＲＦ−ＭＢＥ法は、商業ベース上、最も一般的な高周波（１３．５６ＭＨｚ）を用いる。ＭＢＥチャンバ内の無電極放電管内に原料ガスであるＯ2ガスを導入することによりＯラジカルを発生させる。Ｏラジカルは、ＭＢＥチャンバー内に吹き出し、Ｏラジカルのビームとなる。ＯラジカルのビームとＫセルからのＺｎのビームをサファイヤ基板上に同時に照射することにより、ＺｎＯ薄膜の成長を行う。
【０００４】
ＩＩ―ＶＩ族半導体のうちの１つであるＺｎＯを用いて、ｐ−ｎ接合を含むＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体装置を製造することができる。
【０００５】
ＬＥＤやＬＤ等の半導体装置を構成する半導体結晶材料の結晶性は、半導体素子の電気的な特性、光学的特性及び素子の信頼性（素子寿命）に重大な影響を与える。半導体素子を構成する半導体結晶材料の結晶性が良好なほど、半導体素子の光学的・電気的特性や信頼性が良好になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＲＳ（ラジカルソース）−ＭＢＥ法を用いてサファイヤ基板上に直接成長させたＺｎＯ結晶には、次のような問題点があった。すなわち、サファイヤ基板とＺｎＯとの格子定数の差（格子定数のミスマッチが約１８％）が大きい。加えて両者の熱膨張係数にも２．６倍という大きな差が存在する。
【０００７】
成長後のＺｎＯ結晶中には多くの結晶欠陥が導入される。
【０００８】
図８にサファイヤ（０００１）基板上に、ＺｎＯ（０００２）結晶を直接成長させた場合の、ＺｎＯ結晶のＸＲＣ（Ｘ線ロッキングカーブ）法による測定結果を示す。ＺｎＯ結晶は、ＲＳ−ＭＢＥ法により成長温度：Ｔｇ＝６５０℃、Ｚｎの分圧：Ｐzn＝１×１０-7  Ｔｏｒｒ、酸素の流量：Ｏ2＝２  ＳＣＣＭ、ＲＦ出力：３００Ｗの条件で成長した。
【０００９】
ＸＲＣの測定結果をみると、Ｏｍｅｇａが１７．５度付近にピーク強度を有するほぼ正規分布の曲線が観測された。半値幅（ＦＷＨＭ）は０．５°（１８００ａｒｃｓｅｃ）と大きな値を示した。図８の測定結果より、上記の条件で成長したＺｎＯ結晶は、その結晶性が良くないことが判明した。
【００１０】
図９に、上記の条件において成長したＺｎＯ結晶を、ＰＬ（Ｐｈｏｔｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）法により測定した結果を示す。横軸は、ＰＬの出射光のエネルギーである。エネルギー３．３５ｅＶ付近に強度が高く半値幅の常に狭い、鋭いピークが観測された。ＰＬのピークエネルギー値は、ＺｎＯの禁制帯幅（３．３  ｅＶ）とほぼ一致する。導電帯と価電子帯との間での電子と正孔との再結合に起因する発光ピークであると解される。
【００１１】
エネルギーとして１．８ｅＶから２．７ｅＶ付近にかけて非常にブロードなピークも観測された。このブロードなピークは、禁制帯内に存在する深い準位間の発光に起因するものと解される。ＺｎＯ結晶中に多くの結晶欠陥が存在することを示唆する。
【００１２】
本発明の目的は、サファイヤ基板上に成長されるＺｎＯ結晶の結晶欠陥を低減し、良質なＺｎＯ結晶を成長する結晶成長方法を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、サファイヤ基板上に成長されるＺｎＯ結晶及びそれを用いた半導体装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、ＲＳ−ＭＢＥ法によってサファイヤ基板上に、亜鉛（Ｚｎ）リッチもしくは酸素（Ｏ）リッチの条件にて２００℃から６００℃の間の温度でＺｎＯ単結晶バッファー層を成長する工程と、前記ＺｎＯ単結晶バッファー層に６００℃から８００℃までの温度で、２分間から６０分間の熱処理による表面平坦化処理を実施する工程と、前記表面平坦化処理を施したＺｎＯ単結晶バッファー層上に単結晶ＺｎＯ層を成長する工程とを含むＺｎＯ結晶の成長方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
尚、本明細書中において定義される「低温成長ＺｎＯの成長温度」とは、例えば２００℃から６００℃程度の、一般的にＺｎＯ単結晶を成長するための結晶成長の温度よりも１００℃から４００℃程度低い温度である。「高温成長単結晶ＺｎＯ層の成長温度」とは、一般的にＺｎＯ単結晶を成長する際に適した成長温度であり、上記の「低温成長ＺｎＯの成長温度」よりも高く、かつ、８００℃よりも低い温度であり、例えば６５０℃である。
【００１７】
図１から図３までを参照して、本発明の第一の実施の形態によるＩＩ―ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法を説明する。
【００１８】
図１にＩＩ―ＶＩ族化合物半導体結晶の成長装置の一例として、ラジカルソース分子線エピタクシー（ＲＳ−ＭＢＥ）法を用いた結晶成長装置（以下「ＲＳ−ＭＢＥ装置」という。）を示す。
【００１９】
ＲＳ−ＭＢＥ装置Ａは、結晶成長が行われるチャンバ１と、チャンバ１を超高真空状態に保つ真空ポンプＰとを含む。
【００２０】
チャンバ１は、Ｚｎを蒸発させるためのＺｎ用ポート１１と、Ｏラジカルを照射するためのＯラジカルポート２１と、Ｎラジカルを照射するためのＮラジカルポート３１とを含む。
【００２１】
Ｚｎ用ポート１１は、Ｚｎ（純度７Ｎ）原料１５を収容するとともに加熱・蒸発させるクヌーセンセル（Ｋｎｕｄｓｅｎ  ｃｅｌｌ：  以下Ｋセルと呼ぶ。）１７とシャッターＳ1とを備えている。
【００２２】
Ｏラジカルポート２１は、無電極放電管内に原料ガスである酸素ガスを導入し、高周波（１３.５６ＭＨｚ）を用いて生成したＯラジカルを、ＭＢＥチャンバ１内に噴出する。Ｏラジカルのビームに対してオリフィスＳ2が設けられている。
【００２３】
Ｎラジカルポート３１は、無電極放電管内に原料ガスである窒素ガスを導入し、高周波（１３.５６ＭＨｚ）を用いて生成したＮラジカルを、ＭＢＥチャンバ１内に噴出する。Ｎラジカルのビームに対してシャッターＳ3が設けられている。
【００２４】
ラジカルポート２１、３１の構造としては、外側シールド管内に設けられている放電管の外側に誘導コイルが巻かれている構造である。
【００２５】
チャンバ１内には、結晶成長の下地となるサファイヤ基板Ｓを保持する基板ホルダー３と、基板ホルダー３を加熱するためのヒータ３ａとが設けられている。サファイヤ基板Ｓの温度は熱電対５によって測定可能である。基板ホルダー３の位置は、ベローズを用いたマニュピュレータ７によって移動可能である。
【００２６】
チャンバ１は、成長した結晶層をモニタリングするために設けられた反射電子線回折装置（ＲＨＥＥＤ装置）のガン４１とＲＨＥＥＤ装置のスクリーン５５とを含む。ＲＨＥＥＤ装置のガン４１とＲＨＥＥＤ装置のスクリーン５５とを用いて、ＭＢＥ装置Ａ内での結晶成長の様子（成長量、成長した結晶層の質）をモニタリングしながら成長を行うことができる。
【００２７】
結晶成長の温度、結晶成長膜の厚さ、チャンバ内の真空度等は、制御装置Ｃによって適宜制御される。
【００２８】
以下に、サファイヤ基板Ｓ上に、ＺｎＯを成長する工程について、詳細に説明する。
【００２９】
結晶成長はＲＳ−ＭＢＥ法によりシャッターＳ1からＳ3を適宜開閉することにより行う。
【００３０】
ラジカルソースを発生させる方法としては、ＲＦを用いたＲＦ−ＭＢＥ法が用いられる。１３．５６ＭＨｚの高周波を用いて、無電極放電管内に原料ガスであるＯ2を導入することによりＯラジカルを生成する。Ｏラジカルを高真空状態のＭＢＥチャンバー１内に吹き出させることにより、Ｏラジカルビームとなる。ＯラジカルビームとＫセルからのＺｎビームとをサファイヤ基板Ｓ上に同時に照射することにより、ＺｎＯ薄膜の成長を行う。
【００３１】
図２に、本実施の形態による半導体結晶構造の概略を示す。
【００３２】
サファイヤ（０００１）基板Ｓ上に、ＺｎＯバッファー層１０１を形成し、バッファー層１０１の上にＺｎＯの単結晶層１０５を形成する。
【００３３】
以下に、上記図２の構造を作成するための工程について簡単に説明する。
【００３４】
まず、サファイヤ基板Ｓ上に、低い成長温度で、かつＺｎリッチの条件においてＺｎＯを成長させる。酸素ラジカルを照射した状態で、ＺｎＯを単結晶成長させるのに適した通常の成長温度まで昇温する。この状態を例えば２０分程度維持する。高温熱処理により低温成長ＺｎＯ層の表面が平坦化する。これによりバッファー層１０１が形成される。その上にＺｎＯ単結晶層１０５を成長する。
【００３５】
バッファー層１０１は、サファイヤ基板ＳとＺｎＯ単結晶層１０５との間の格子定数の大きなずれに起因する格子不整合と大きな熱膨張係数の差とを緩和し、これらに起因するＺｎＯ単結晶層１０５中への歪みの導入を防止する。
【００３６】
図３に、ＡＦＭ法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）法により観測したＺｎＯバッファー層１０１の表面状態を示す。
【００３７】
図３（ａ）はＺｎリッチの条件において成長させた場合のバッファー層１０１の表面を、図３（ｂ）はＯリッチの条件において成長させた場合のバッファー層１０１の表面を示す。
【００３８】
ＺｎリッチのＺｎＯ結晶とは、ＺｎＯ1-xにおいて、ｘが１よりも小さい割合で含まれている結晶である。
【００３９】
ＺｎＯのバッファー層１０１をＺｎリッチの条件において成長させると、Ｏリッチの条件において成長させた場合と比べてＺｎＯバッファー層１０１の表面の平坦性が向上することがわかる。また、酸素リッチな成長条件で成長した場合も、Ｚｎリッチな成長条件で成長した場合も、成長した低温成長ＺｎＯ層は粒界が存在する単結晶と考えられる。
【００４０】
以下に、より詳細な結晶成長方法を示す。
【００４１】
サファイヤ基板Ｓの（０００１）面を、１１０℃に加熱したＨ3ＰＯ4：Ｈ2ＳＯ4＝１：３の溶液中で６０分ウェットエッチングを行う。
【００４２】
上記の表面処理を行った後、サファイヤ基板Ｓを基板ホルダー３（図１）に装着する。
【００４３】
基板温度５５０℃、酸素の流量を２ＳＣＣＭ、ＲＦパワーを１５０Ｗの条件下で、ＭＢＥ装置中において１時間酸素プラズマによる表面処理を行った。ＭＢＥ装置内においてサファイヤ基板Ｓの表面を処理することにより、サファイヤ基板Ｓ表面が清浄化される。
【００４４】
上記の基板表面処理の後、まずバッファー層１０１を成長する。通常の単結晶ＺｎＯ基板の成長条件と異なり低温かつＺｎリッチの条件下での成長を行う（低温成長ＺｎＯ層）。Ｚｎのビーム量は、２．７×１０-7  Ｔｏｒｒである。
【００４５】
酸素ビームの供給源としてＯのＲＦプラズマソースを用いる。Ｏラジカルポート２１に純酸素（純度６Ｎ）ガスを導入し、高周波発振源を用いてラジカル化する。
【００４６】
ガスソースである酸素の流量は、チャンバー内の酸素の分圧として流量１．５ＳＣＣＭにおいて５×１０-5  Ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは３００Ｗである。成長温度は３００℃から６００℃の範囲で行う。バッファー層の厚みとしては、１０から１００ｎｍの範囲である。
【００４７】
ここで、上記の圧力の値は、基板ホルダー位置（成長位置）に取り付けたヌードイオンゲージの指示値を示したものである。
【００４８】
図４に、基板温度Ｔｇを６５０℃とした場合のＺｎの分圧（Ｐｚｎ）と成長速度との関係を示す。Ｏ2の分圧を２ＳＣＣＭ、ＲＦ出力を３００Ｗとした。Ｚｎの分圧を１．３×１０-7Ｔｏｒｒから２．７×１０-7Ｔｏｒｒまで変化させた。
【００４９】
Ｚｎの分圧を１．３×１０-7Ｔｏｒｒから２．１５×１０-7Ｔｏｒｒまで増加させると、ＺｎＯの成長速度は、０．１０μｍ／ｈｒから０．２６μｍ／ｈｒまで増加する。Ｚｎの分圧が２．１５×１０-7Ｔｏｒｒから２．７×１０-7Ｔｏｒｒまでの範囲でのＺｎＯの成長速度は、０．２６μｍ／ｈｒから０．２７μｍ／ｈｒ程度とほぼ一定の値を示す。
【００５０】
低温成長したＺｎＯバッファー層を成長した後、バッファー層の表面の平坦化処理を行う。平坦化処理としては単結晶を成長させるような高温、例えば６５０℃において２分間から６０分間までの間の熱処理を行う。低い成長温度で成長を終えた低温成長ＺｎＯバッファ層１０１は粒界を有する単結晶で、各グレインが同じ異方性を示すようにエピタキシャル成長していると考えられる。主にそのグレイン間の粒界に起因してＡＦＭ観察でみられたような凹凸が観察されたものと考えられる。
【００５１】
低温成長ＺｎＯバッファ層に上記の熱処理を施すことで、各グレインの単結晶が固相成長してグレインサイズが大型化して表面を平坦化するものと考えられる。
【００５２】
特にＺｎリッチの条件で成長させた場合には、酸素リッチの条件で成長させた場合に比べて当初の表面凹凸が小さいので、平坦化処理により優れた平坦表面が得られやすい。優れた平面表面を有する低温成長ＺｎＯバッファー層の上に高温でＺｎＯ層を成長すると、良好な結晶性の単結晶ＺｎＯ層が得られやすい。
【００５３】
尚、低温成長ＺｎＯ層を成長する温度は、２００℃から６００℃の間が好ましい。
【００５４】
低温成長ＺｎＯバッファ層は、成長したまま（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）の状態ではグレインサイズが小さく粒界が観察されるため、ＡＦＭ観察では多結晶のようにも見える。しかしながら、Ｘ線回折やＲＨＥＥＤ法による解析を行うと単結晶の特性を示す。
【００５５】
この現象は、ＧａＮやＺｎＯでの成長において観察される。低温成長ＺｎＯバッファ層を高温熱処理することにより、粒界等に起因する凹凸が固相成長の場合と同様に成長し、表面が平坦化するものと考えられる。平坦でないＺｎＯ表面上に単結晶ＺｎＯを成長しようとしても、経験上、その結晶性は良くならない。
【００５６】
次いで平坦化した低温成長ＺｎＯバッファ層上にＺｎＯの単結晶（高温成長ＺｎＯ単結晶層）を成長する。
【００５７】
成長条件は、基板温度６５０℃、Ｚｎ（７Ｎ）のビーム量８．０×１０-5Ｔｏｒｒである。酸素の分圧として流量２．０ＳＣＣＭにおいて８×１０-5  Ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは３００Ｗである。
【００５８】
成長した高温成長ＺｎＯ単結晶層の厚さは１μｍである。
【００５９】
尚、高温成長ＺｎＯ単結晶層の成長条件としては、６００℃から８００℃の間の温度で、２分間から６０分間の成長を行うのが好ましい。
【００６０】
上記の条件で成長させた場合の高温成長ＺｎＯ単結晶層の結晶性評価を行った。
【００６１】
図５は、ＸＲＣによる測定結果である。
【００６２】
ピーク値は、１７．３５°と図１の値とほとんど同じである。半値幅は、０．０６°（２１６ａｒｃｓｅｃ）である。図８に示される従来の条件で成長した場合のＺｎＯの半値幅（０．５°）と比較して、半値幅が約１／８に減少した。半値幅の大幅な低減は、低温成長ＺｎＯバッファー層を設け、かつ、その表面の平坦化処理を行った後に、その上に高い成長温度で高温成長ＺｎＯ単結晶層を成長したことによる高温成長ＺｎＯ単結晶層の結晶性向上に起因するものと解される。
【００６３】
図６に、上記のＺｎＯ単結晶層のＰＬスペクトルを示す。
【００６４】
エネルギー３．３５９ｅＶに鋭いピークが観測された。低温成長ＺｎＯバッファー層がない状態で成長したＺｎＯ単結晶の場合に（図９）観測された１．８ｅＶから２．７ｅＶ付近にかけての非常にブロードなピークが観測されない。これは、ＺｎＯ層の禁制帯内に存在する深い準位からの発光が低減したことによるものと解される。ＺｎＯ結晶中の結晶欠陥が低減し、結晶性が大幅に向上したと考えられる。
【００６５】
ＺｎＯ結晶中に多くの結晶欠陥が導入されると、不純物を導入しない状態においても、強いｎ型の導電性を示す。上記の結晶成長法を用いて成長した高温成長ＺｎＯ単結晶層は、結晶欠陥も非常に少ない。従来の結晶成長方法によって成長したＺｎＯ単結晶では困難であったｐ型の導電性を示すＺｎＯを実現することも可能となる。非発光センターを形成するような結晶欠陥が大幅に低減されるため、発光効率も非常に高くなったものと考えられる。
【００６６】
不純物としてＮをドーピングしたＺｎＯをｐ型半導体として用い、ＧａドープのＺｎＯをｎ型半導体として用いたｐ−ｎ接合ダーオードを含むＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を実現することが可能である。
【００６７】
図７に、ＮドープのＺｎＯをｐ型半導体として用い、ＧａドープのＺｎＯをｎ型半導体として用いたｐ−ｎ接合ダーオードを含むＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）の断面構造を示す。
【００６８】
図７に示すＬＥＤは、サファイア基板３０１と、その上に低温成長された厚さ１００ｎｍのノンドープの低温成長ＺｎＯバッファ層３０５と、その上に成長された厚さ１μｍのｎ型（Ｇａドープ：１×１０18ｃｍ-3）高温成長ＺｎＯ単結晶層３１１と、その上に形成され厚さ１００ｎｍのＮドープのｐ型の高温成長ＺｎＯ単結晶層３１５とを含む。
【００６９】
上記のｎ型ＺｎＯ層３１１は、第１電極３２１とコンタクトされている。
【００７０】
ｎ型ＺｎＯ層を形成するためには、Ｇａの代わりにＡｌなどの他の３族元素をドーピングしても良い。
【００７１】
Ｎドープのｐ型ＺｎＯ層３１５は島状に加工されている。島状に加工されたｐ型ＺｎＯ層３１５は、例えばＳｉ3Ｎ4からなる絶縁膜３１８により被覆される。ｐ型ＺｎＯ層３１５の上部表面には、例えば略円形の開口が絶縁膜３１８を貫通して形成される。
【００７２】
ｐ型ＺｎＯ層３１５の上面周辺部上に、リング状の第２電極３２５が形成される。リング状の第２電極は、その下面の少なくとも一部がｐ型ＺｎＯ層３１５の上部表面の周辺部と接触する。リング状の第２電極２３５の径方向外方の部分は、絶縁膜３１８上に乗り上げた構造となっている。
【００７３】
上記の構造において、第１電極３２１に対し第２電極にプラスの電圧を印加すると、ｐ−ｎ接合に順方向電流が流れる。ｐ型ＺｎＯ層３１５中に注入された少数キャリア（電子）とｐ型ＺｎＯ層３１５中の多数キャリア（正孔）とが発光性の再結合をする。電子と正孔との再結合の際に、ほぼ禁制帯のエネルギーギャップに等しいエネルギーを有する光が前記の開口から発する。すなわち、電気的エネルギーを光のエネルギーに変換する。
【００７４】
上記の動作により、ＬＥＤのリング状の第２電極２３５の開口から、例えば波長として約３７０ｎｍの光が発する。
【００７５】
尚、本実施の形態においては、ｐ型ＺｎＯ層とｎ型ＺｎＯ層とのｐ−ｎ接合を利用した半導体素子の例としてＬＥＤについて説明したが、ｐ型ＺｎＯ層３１５とｎ型ＺｎＯ３１１とを組み合わせてレーザー素子を形成することも可能である。その他、ｐ型ＺｎＯ層３１５と組み合わせて、ＦＥＴやバイポーラトランジスタ等の電子デバイスや、他の光デバイス及びこれらを組み合わせた半導体装置を製造することも可能であることは言うまでもない。
【００７６】
尚、結晶性の良好なＺｎＯ単結晶を含むＺｎＯ系の３元系又は４元系の混晶により半導体結晶や半導体装置を作成することもできる。
【００７７】
以上、実施の形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。結晶成長の条件その他のプロセスパラメータも種々選択することができる。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明あろう。
【００７８】
【発明の効果】
サファイヤ基板上に結晶性が良好な単結晶ＺｎＯを成長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施の形態による結晶成長方法に用いるＭＢＥ装置の概略を示す断面図である。
【図２】  本発明の第一の実施の形態による結晶成長方法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造を示す。
【図３】  本発明の第二の実施の形態による結晶成長方法により成長したＺｎＯバッファー層の表面状態をＡＦＭ法により測定した結果を示す。（ａ）はＺｎリッチの条件で成長したものであり、（ｂ）はＯリッチの条件で成長したものである。
【図４】  成長温度６５０℃における高温成長ＺｎＯ単結晶層の成長速度とＺｎの分圧との関係を示す。
【図５】  本発明の第一の実施の形態による結晶成長方法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造のうち、高温成長ＺｎＯ単結晶層のＸＲＣ法による測定結果である。
【図６】  本発明の第一の実施の形態による結晶成長方法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造のうち、ＺｎＯ単結晶層のＰＬ測定法による測定結果である。
【図７】  本発明の第２の実施の形態による半導体発光装置（ＬＥＤ）の構造を示す概略的な断面図である。
【図８】  従来の成長方法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造のうち、ＺｎＯ単結晶層のＸＲＣ法による測定結果である。
【図９】  従来の成長方法により成長したサファイヤ基板／低温成長ＺｎＯバッファー層／高温成長ＺｎＯ単結晶層の積層構造のうち、高温成長ＺｎＯ単結晶層のＰＬ測定法による測定結果である。
【符号の説明】
Ａ  ＲＳ−ＭＢＥ装置
Ｃ  制御装置
Ｐ  真空ポンプ
Ｓ  基板
１  チャンバ
３  基板ホルダー
３ａ  ヒータ
５  熱電対
７  マニピュレータ
１１  Ｚｎ用ポート
１５  Ｚｎ原料
１７  クヌーセンセル
２１  Ｏラジカルポート
３１  Ｎラジカルポート
１００  ＺｎＯ基板
１０１  ＺｎＯバッファー層（低温成長ＺｎＯバッファー層）
１０５  ＺｎＯ単結晶層（高温成長ＺｎＯ単結晶層）
３０１  サファイヤ基板
３０５  ＺｎＯ層バッファー層（低温成長ＺｎＯバッファー層）
３１１  ｎ型ＺｎＯ層（高温成長ＺｎＯ単結晶層）
３１５  ｐ型ＺｎＯ層（高温成長ＺｎＯ単結晶層）
３１８  絶縁膜
３２１  第１電極
３２５  第２電極
【図１】
0004268405.tif 000002
【図２】
0004268405.tif 000003
【図３】
0004268405.tif 000004
【図４】
0004268405.tif 000005
【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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