[发明专利]氧化锌系半导体晶体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锌系半导体晶体的制造方法，该方法可以生长晶体 的生长速度快、表面平坦性和结晶性良好，并且晶体内的杂质极少的氧 化锌系半导体晶体。

本申请主张以2006年6月22日向日本提出的特愿2006-172613号 为基础的优先权，并在此引用其内容。

背景技术

作为取代在蓝色发光元件和紫外线发光元件等中使用的III-V族氮 化物半导体晶体的新型晶体材料，氧化锌(以下记述为ZnO)系半导体 晶体受到了关注。

这里，在ZnO系半导体晶体中，包括无掺杂ZnO、氧化锌锰 (ZnMgO)和氧化锌镉(ZnCdO)那样的以ZnO为母体的混晶、和掺 杂了镓(Ga)或氮(N)等呈现特定的传导性的ZnO或以ZnO为母体 的混晶。

在利用该ZnO系半导体晶体实现蓝色发光元件和紫外线发光元件 时，对于ZnO系半导体晶体要求出色的表面平坦性和结晶性。

针对这些要求，以往提出了例如在非专利文献1～3中公开的技术。

在非专利文献1中记载了使用激光分子束外延(激光MBE)装置， 以非常高的晶体生长温度(基板温度)使无掺杂ZnO半导体晶体(以 下简称为ZnO晶体)生长的技术。更具体而言，使用氟化氪(KrF) 准分子激光器，烧蚀作为原料的ZnO烧结体，通过使晶体生长到达被 加热到800℃的基板(在非专利文献1中，是氧化钪铝镁基板)表面， 来实现表面平坦性和结晶性良好的ZnO晶体。

另一方面，作为生长高品质的ZnO晶体的其他方法，公知有分子 束外延(MBE)法。基于MBE法的一般ZnO晶体的生长方法被公开 在例如非专利文献2中。非专利文献2所记载的方法中，通过加热填充 了固体锌(Zn)的克努森容器(Knudsen cell)，使固体Zn的一部分气 化，到达基板(在非专利文献2中是蓝宝石基板)表面，同时从另一方 使自由基(radical)化的氧气(O₂)到达基板表面，在基板表面上使 Zn与O发生反应，生长ZnO晶体。该MBE法中，由于把极高纯度的 固体Zn和O₂气体作为原料，并且将进行晶体生长的气氛保持为高真空， 所以，具有能够使在生长的ZnO晶体内存在的杂质减少到极少的特征。 该MBE法中，一般以600～700℃左右的晶体生长温度使ZnO晶体生长 (在非专利文献2中为600℃)。

另外，作为其他的ZnO晶体的生长方法，公知有反应离化团束 (R-ICB)法。基于R-ICB法的一般ZnO晶体的生长方法例如被公开 在非专利文献3中。非专利文献3所记载的方法中，加热被填充在坩埚 中的固体Zn，使固体Zn的一部分气化，形成Zn团(以范德瓦耳斯力 结合了多个Zn的状态)，使上述Zn团的一部分或全部离子化(Zn⁺)， 让其到达基板(在非专利文献3中，是玻璃基板或蓝宝石基板)表面， 并且通过将Zn团离子化的路径来供给O₂气，使该O₂气的一部分离子 化(O^-)并到达基板表面，由此在基板表面上使Zn(Zn⁺)团与O(O ^-)发生反应，生长ZnO的晶体。该R-ICB法中，由于通过将Zn团和 O离子化并到达基板表面，提高了这些的表面移动(迁移)效果，所以 即使在低晶体生长温度下也能够生长结晶性比较好的ZnO晶体。

非专利文献1：A.Tsukazaki et al.，“Layer-by-layer growth of high-optical-quality ZnO film on atomically smooth and lattice relaxed ZnO buffer layer”Appl.Phys.Lett.，83(2003)，pp.2784-2786

非专利文献2：K.Nakahara et al.，“Growth of Undoped ZnO Films with Improved Electrical Properties by Radical Source Molecular Beam Epitaxy”Jpn.J.Appl.Phys.，40(2001)，pp.250-254