ZnO系半导体元件的制作方法

专利名称：ZnO系半导体元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用有ZnO、 MgZnO等ZnO系半导体的ZnO系半导体元件。
背景技术：
近年来，作为与GaN、 AlGaN、 InGaN、 InGaAlN、 GaPN等含有氮元素 的氮化物半导体相比、多功能性更为优良的材料，ZnO系半导体备受瞩目。
ZnO系半导体是宽隙半导体之一，由于激子结合能量非常大，在室温下 也可稳定存在，可以放射单色性优良的光子等，因而在作为照明、背光灯等 光源使用的紫外LED、高速电子器件、表面弹性波器件等方面可进行实用化。
但是，公知的是ZnO系半导体存在因氧空穴及填隙锌原子引起的缺陷等， 自该结晶缺陷产生无助于结晶过程的电子，因此，ZnO系半导体通常呈现n 型，要形成p型则必须降低残留的电子的浓度，故而在由ZnO系半导体层构 成半导体元件时，受主掺杂困难，且难以再现性优良地形成p型ZnO。
但是，近年来公开有可以再现性优良地得到p型ZnO且还可确认发光的 技术。例如非专利文献1所示，虽然可得到p型ZnO，但为了得到使用有ZnO 系半导体的半导体元件，作为生长用的基板使用ScAlMg04 (SCAM)基板， 在SCMA基板的C面上使-C面ZnO生长。所谓-C面也被称为O (氧)极 性面，在ZnO晶体所具有的、称之为纤锌矿的晶体结构中，在c轴方向上无 对称性，在c轴上具有+ c和-c两个独立的方向，由于在+ c内Zn位于晶体 的最上面，因而也被称为Zn极性，由于在-c内O位于晶体的最上面，因而 也^皮称为O才及性。
该-C面ZnO生长在广泛用作为ZnO结晶生长用基板的蓝宝石基板中也 同样地进行。在-C面ZnO系半导体的结晶生长中，如发明者们的非专利文 献2所述，虽然作为P型掺杂剂的氮的掺杂效率密切依靠生长温度，为了进 行氮掺杂而必须使基板温度下降，但是由于基板温度一下降，结晶性也降低， 形成对受主进行补偿的载流子补偿中心，使氮非活性化，因而使p型ZnO系 半导体层的形成本身变得非常困难。因此，具有如下的方法，即，如非专利文献l所示地，利用氮掺杂效率
的温度依存性，通过在400。C 1000。C的生长温度来回进行温度调节，形成高 载流子浓度的p型ZnO系半导体层，但是存在有如下的问题，即，由于不间 断地加热、冷却而反复膨胀、收缩，故而增加了对制造装置的负担，使得制 造装置变得庞大，维修周期变短。另外，由于作为热源使用激光，所以不适 宜大面积地加热，为了降低设备制造成本而使用的多片生长也难以进行。
作为解决该问题的方法，本案发明人已经提出有使+ C面ZnO系半导体 层生长而形成高载流子浓度的p型ZnO系半导体的方法(参照专利文献1 )。 该专利公报基于发明人如下的发现而作出的，即，若为+C面ZnO，则不存 在氮掺杂的基板温度依存性。这是通过使作为基底层的+ C面GaN膜在蓝宝 石基板的C面生长后进行+c轴取向，在该+c轴取向GaN膜上承袭极性后形 成+c轴取向的ZnO系半导体层，发现了氮掺杂的非生长温度依存性。因此， 不用降低基板温度就可进行氮掺杂，其结果是，可防止载流子补偿中心的形 成，可制造高载流子浓度的p型ZnO系半导体。
专利文献l:(日本)特开平2004-304166号公报 非专利文献1: Nature Material vol.4 ( 2005 ) p.42 非专利文献2: Journal ofCrystal Growth 237-239 (2002) 503 但是，虽然如上述现有技术那样，通过使用生长用基板的+C面GaN形 成+c轴取向的ZnO系半导体层，可以形成高载流子浓度的p型ZnO系半导 体，但由于该方法的特征在于抑制+C面GaN表面的氧化，因而在作为氧化 物的ZnO中难以确保再现。另一方面，作为生长用基板可以使用+ C面ZnO 基板,但+ C面ZnO基板比-C面ZnO基板更加热不稳定且更易失去平坦面， 若在其上进行结晶生长，则发生被称为台阶会聚的现象，使平坦部分的宽度 不一样，易于成为各式各样的面。
图18 (a)是在大气环境中以IO(TC对生长用基板的-C面进行了退火处 理后，使用AFM(原子力显微镜)以分辨率5pm对其表面进行扫描得到的图 像。图18 (b)是在大气环境中以IO(TC对生长用基板的+C面进行了退火处 理后，使用AFM (原子力显微镜)以分辨率5pm对其表面进行扫描的图像。 图18 (a)的晶体形成整齐的表面，而图18 (b)产生了台阶会聚，且该台阶 宽度及台阶边缘杂乱，表面形态差。例如，若在图18 (b)的表面上进行ZnO 系化合物的外延生长，则形成如图19所示的凹凸分散的膜，使平坦性变得极差。
这样，在生长用基板的+C面上难以使平坦的膜生长，最终存在元件的 量子效应降低及对切换速度也带来影响的问题。

发明内容
本发明是为了解决上述的课题而设立的，其目的在于提供一种ZnO系半 导体元件，可以使平坦的ZnO系半导体层在层叠侧的主面朝向+c轴方向的 MgZnO基板上生长。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种ZnO系半导体元件，其特 征在于，在主面具有C面的MgxZn!-xO (0<x< 1 )基板上，c轴至少向m轴
方向倾斜Om度，上述0)m满足0〈Om《3的条件，且在上述主面形成有ZnO
系半导体层。
另外，本发明第二方面的ZnO系半导体元件，在第一方面的基础上，上 述C面由+C面构成。
另外，本发明第三方面的ZnO系半导体元件，在第一或第二方面的基础 上，上述主面的c轴向a轴方向倾斜。a度，上述<^满足70《{90- (180/兀) arctan (tanO>a / tanOm) }《110的条件。
根据本发明，MgZnO基板主面上的c轴至少向m轴方向倾斜，通过使其 m轴方向的倾斜角度为2。以下，可在MgxZn卜xO基板的层叠侧表面形成在 m轴方向排列的规则的台阶，故可防止被称为台阶会聚的现象，可提高层叠 于MgxZn卜xO基板上的各ZnO系半导体层的膜的平坦性。
另夕卜，在MgZnO基板主面上的c轴也向a轴方向倾斜时，通过使其倾斜 角度在规定的范围中，MgZnO基板的生长面的台阶可在m轴方向上排列，因 而可使在主面上生长的ZnO系半导体的膜的平坦性良好。


图1是表示本发明的ZnO系半导体元件的剖面结构的一例的图2是ZnO系化合物的晶体结构的示意图3是表示MgxZn^O基板表面的c轴的倾斜状态的图4(a)、 (b)是表示台阶边缘与m轴的关系的图5(a) ~ (c)是表示c轴仅向m轴方向具有偏角时的MgxZiVxO基板表面的图6 (a)、 (b)是表示c轴向m轴方向及a轴方向具有偏角时的MgxZn, iO基板表面的图7(a) ~ (d)是表示MgxZn,-,O基板表面状态根据c轴向m轴方向 及a轴方向的偏角而变化的情况的图8 (a)、 (b)是表示在c轴向m轴方向具有偏角的MgxZn^O基板上 形成膜的表面的图9是表示在c轴向m轴方向具有偏角的MgxZn, -xO基板上形成膜的表 面的图10是表示在c轴向m轴方向具有偏角的MgxZni—xO基板上形成膜的 表面的图11 (a)、 (b)是通过与A面和M面的比较来表示M面的热稳定性的
图12 (a)、 (b)是表示M面的化学稳定性的图13 (a)、 (b)是表示M面的化学稳定性的图14 (a)、 (b)是表示M面的化学稳定性的图15是表示在结晶生长过程中的晶片上的弯折位置的图16(a)、 (b)、 (c)是表示c轴向a轴方向的偏角不同的MgxZn卜xO基
板表面状态的图17是表示根据本发明形成的晶体管的剖面结构的 一例的图18 (a)、 (b)是表示在生长用基板的-C面上和+ C面上形成膜的各
表面的图19是表示在图18 (b)的表面进而层叠半导体层的表面的图。
附图标记说明
1: MgxZni—"基板
2: n型层
3:活性层
4: p型层
5: p型接触层
6:发光层形成部
7:半导体层叠部
68: p电极
9: n电才及
21: ZnO基板
23:非掺杂ZnO层
24: n型MgZnO电子渡越层
具体实施例方式
下面，参照

本发明一实施方式。图l表示本发明的ZnO系半导 体元件的剖面结构。
图1表示本发明的ZnO系半导体元件的一实施方式即发光二极管(LED) 的剖面结构，在以+ C面(0001 )至少向m轴方向倾斜的面为主面的MgxZn, -xO(0《x<l，优选0《x《0.5，下同)基板l上，使ZnO系半导体层2 6 外延生长。然后，在ZnO系半导体层5上形成有p电极8，在MgxZn卜xO基 板1的下侧形成有n电极9。ZnO系半导体层由ZnO或含ZnO的化合物构成， 因此，上述ZnO系半导体元件除电极8、 9之外，都是由ZnO或含ZnO的化 合物构成。
但是，图2表示上述MgxZnhO等ZnO系化合物的晶体结构的示意图。 ZnO系化合物与GaN—样，具有被称为纤锌矿结构的六方晶结构。C面及a 轴可利用所谓的密勒指数表示，例如，将C面表示为(0001 )面。在图2中， 带斜线的面为A面(11-20), M面(10-10)表示六方晶结构的柱面。例 如，根据晶体所具有的对称性，{11 - 20}面及{10-10}面表示为包含与(11 -20)面及(10-10)面等效的面的总称。另外，a轴表示A面的垂直方向， m轴表示M面的垂直方向，c轴表示C面的垂直方向。
作为结晶生长的基板的MgxZn卜xO基板l,既可以是x二0的ZnO，也可 以是混合有Mg晶体的MgZnO基板。若Mg超过50wt%,则由于MgO为NaCl 型晶体，所以难以与六方晶系ZnO系化合物匹配且易于引起相分离，因此不 理想。
另夕卜，如图3所示，对MgxZn卜xO基板1进行研磨以形成主面的C面至 少向m轴方向倾斜的面。图3用X-Y平面表示基板1的表面整体，表示与 c轴方向、m轴方向、a轴方向的关系。i殳基4反1的表面的垂直方向为Z轴， 则m轴方向相当于X轴，a轴方向相当于Y轴。因此，m轴与a轴正交。并且，设Z轴与c轴构成的角度为O,则c轴向m轴方向的倾斜角度成分为<Dm, c轴向a轴方向的倾斜角度成分为Oa。
在此，对使主面的c轴向m轴方向倾斜的理由进行说明。图5(a)所示 的是设主面为+ C面，C面既未向a轴倾斜也未向m轴倾斜的基板的模式图。 基板1的垂直方向Z与+c轴方向一致，各轴a轴、m轴、c轴彼此正交。
但是，体晶体只要不使用其晶体所具有的劈列面，则如图5 (a)所示晶 片主面的法线方向不与c轴方向相一致，若注重形成C面基板(C面-亇7 卜基板)则生产效率也变差。现实中，c轴自晶片主面的法线方向(Z轴)倾 斜，具有偏角。例如图5(b)所示，主面的c轴方向若例如仅向m轴倾斜0 度，则如基板l的表面部分(例如T1区域)的放大图即图5(c)所示，产生 平坦面即台面la和在因倾斜而产生的台阶部分等间隔地规则性形成的台阶面 ld。
在此，台面la为C面(0001 )，台阶面lb相当于M面(10-10)。如图 所示，所形成的各台阶面lb在m轴方向保持台面la的宽度且规则地排列。 即，台面la不是与X-Y平面相平行而是形成倾斜的面，与台面la垂直的c
轴自z轴方向倾斜e度。
按图3、 4而言，图5 (c)的状态相当于08=90°的情况。而图3、 4的 台阶边缘是将台阶面lb的阶梯部分投影到X-Y平面而得到的。这样，若使 台阶面为与M面相当的面，则可在结晶生长于主面上的ZnO系半导体层上形 成平坦的膜。虽然在主面上因台阶面lb而产生阶梯部分，但由于飞到该阶梯 部分的原子成为与台面la和台阶面lb这两面的结合，因而可使原子形成比 飞到台阶面la时更强地结合，进而可以稳定地捕获飞来原子。
在表面扩散过程中飞来原子在台阶内扩散，但通过在结合力强的阶梯部 分及在该阶梯部分形成的弯折位置(参照图15)被捕获且进入晶体，从而利 用进行结晶生长的沿表面生长进行稳定的生长。由此，若在C面至少向m轴 方向发生倾斜的基板上层叠ZnO系半导体层，则可以使ZnO系半导体层以该 台阶面lb为中心进^f亍结晶生长，形成平坦的膜。
但是，在图5 (b)中若使倾斜角度e过大，则使台阶面lb的阶梯变得过 大，不能平坦地进行结晶生长。图9、 IO表示由于向m轴方向的倾斜角度而 使生长膜的平坦性发生变化的情况。图9是设倾斜角度e为1.5° 、在具有该 偏角的MgxZnhO基板的主面上使ZnO系半导体生长的情况。图IO是设倾
8斜角度e为3.5。、在具有该偏角的MgxZn卜xO基板的主面上使ZnO系半导 体生长的情况。图9、 IO都是在晶体生长后使用AFM以分辨率lpm进行扫 描得到的图像。图9中在台阶宽度一致的状态下形成有整齐的膜，而图10中 凹凸分散，无平坦性。基于上述事实，优选在大于0。的范围内设为3。以下 (0<0<3)。因此，可以说图3的倾斜角OV也是同样的，因此优选在大于O °的范围内设为3。以下(0<OK3)。
如上所述，最为理想的是，使主面的C面仅向m轴方向倾斜，在使其倾 斜角度大于O。的范围设为3。以下，但实际上，难以局限于仅向m轴方向倾 斜并切削的情况，作为生产技术也允许向a轴的倾斜，需要设定其允许度。 例如如图3所示，也可以4吏主面的+c轴向m轴一方倾杀牛①m、向a轴一方倾 斜0>a。换言之，也可以使+C面向m轴一方倾斜0>m、向a轴一方倾斜0>a而 制成主面。但此时，需要将台阶面的台阶边缘与m轴方向所成的角0s设定在 一定的范围内，该情况已由本发明者们通过试验得到证实。
要形成在m轴方向规则地排列台阶边缘的状态，必须在制造平坦的膜的 基础上进行，若台阶边缘的间隔及台阶边缘的外形紊乱，则不能进行上述的 沿表面生长，故而不能制作平坦的膜。
如图3所示使c轴向m轴方向及a轴方向倾斜的主面，如图6 (a)所示 地表示。坐标轴的设定等与图5相同。如图6(a)所示，将c轴向X-Y平 面的投影表示为L方向，图6 (b)表示基板1的表面部分(例如T2区域) 的放大图。形成作为平坦面的台面lc和在因倾斜而产生的阶梯部分产生的台 阶面ld。在此，台面lc为C面(0001 )，但台面lc不与X-Y平面平行，而 为发生了倾斜的面，若引用图3，则与台面lc垂直的c轴自Z轴倾斜O度。
由于台面lc不只是向m轴方向倾斜，还向a轴方向倾斜，因而台阶面呈 现倾斜，台阶面ld在L方向上排列。该状态如图3及图4所示，表现为台阶 边缘向m轴方向的排列，但由于M面为热稳定面、化学稳定面，故而不能通 过a轴方向的倾斜角度来保证倾斜台阶面的整齐，如图6 (b)所示在台阶面 ld出现凹凸，在台阶边缘的排列上产生紊乱，在主面上不能形成平坦的膜。
所谓的上述M面的热稳定、化学稳定，是本发明者们发现的，作为其根 据的数据如图11 ~图14所示。图11是使用AFM以分辨率5nm扫描MgxZni -xO基板表面得到的图像，图12~图14为使用AFM以分辨率liam扫描MgxZn, -xO基板表面得到的图像。
9图11 (a)表示在大气环境中以1100。C对MgxZn卜xO基板的露出A面进 行了两个小时的退火处理后的状态，图11 (b)表示在大气环境中以1100°C 对Mg7n卜"基板的露出M面进行了两个小时的退火处理后的状态。在图11 (b)中形成了整齐的表面，而在图11 (a)中产生台阶会聚且该台阶宽度及 台阶边缘紊乱，表面状态差。由此可知M面为热稳定面。
另一方面，图12 (a)表示MgxZn,-xO基板主面的c轴向a轴方向及m 轴方向倾斜，不能使M面整齐地显露的图6 (b)那样的表面状态。图12(b) 表示对该表面用5%浓度的盐酸进行了 30秒蚀刻后的状态。如在图12 (b) 的六边形区域所示可知，通过用盐酸进行的蚀刻将M面以外的面除去，使M 面突出地显露出来。另外，图13 (a)表示向a轴方向的倾斜角度与图12 (a) 不同的MgxZn"xO基板表面，图13 (b)表示对该表面用5%浓度的盐酸进行 了 30秒蚀刻后的状态。如图13 (b)的六边形的区域所示可知，将M面以外 的面除去，使M面突出地显露出来。
另一方面，图14 (a)表示MgxZn卜xO基板主面的c轴仅向m轴方向倾 斜的表面，表示图5 (c)那样的表面状态。图14 (b)表示M面的台阶边缘 与m轴垂直排列，表示对该表面用5%浓度的盐酸进行30秒蚀刻后的状态。 由图14(b)可知，即使进行了蚀刻之后表面状态也几乎不发生变化。由以上 图12 ~图14的数据可理解M面为化学稳定面。
如上所述，图7表示主面的c轴至少在m轴方向具有倾斜角度(偏角)、 在a轴方向也具有一定的偏角时的MgxZn卜xO基板表面。利用AFM拍摄 MgxZn^xO基板的表面。图7 (a)表示MgxZn^xO基板的主面的C面仅向m 轴方向倾斜，不向a轴方向的倾斜的状态。图7(b) ~ (d)表示除了m轴 方向的倾斜之外，还具有向a轴方向的倾斜的情况，表示其向a轴方向的倾 斜角度逐渐变大时的表面状态。
图7 (a)表示仅向m轴方向倾斜0.3。的表面状态，展示出非常整齐的 表面状态，台阶边缘呈现出有规则地排列。例如，图8表示使ZnO系半导体 层在图7 (a)的MgxZn!-xO基板上外延生长的例子。图8 (a)是使用AFM 以分辨率3pm对外延生长后的表面进行了扫描的图像。表面状态非常整齐而 未发现凹凸的散布。
但是，若混有a轴方向的偏角，则由于在台阶边缘上出现凹凸，台阶宽 度也发生紊乱，因而对膜形成带来不利影响。图16表示生长面(主面)中的C面除m轴方向的偏角之外还具有a轴 方向的偏角的情况下，台阶边缘及台阶宽度是如何变化的。将由图3进行了 说明的m轴方向的偏角d^固定为0.4° 、使a轴方向的偏角^变大而进行变 化并进行比较。这是通过改变MgxZn^O基板的切削面而实现的。
若使a轴方向的偏角a^变大，则由于向台阶边缘与m轴方向所成的角es
也变大的方向发生变化，因而在图16中表示0s的角度。图16(a)是0s二85 度的情况，而无论台阶边缘还是台阶宽度都不紊乱。图16 (b)是05=78度 的情况，尽管稍微有些紊乱但可以确认台阶边缘及台阶宽度。图16(c)是0s =65度的情况，但紊乱严重，不能确认台阶边缘及台阶宽度。若在图16(c) 的表面状态的基础上使ZnO系半导体层外延生长，则形成图19那样的膜。 若换算成向a轴方向的倾角<Da，则该图16 (c)的情况相当于0.15。。由以 上的凄y居可知，优选70° <es《90°范围。
但是，0S不仅仅是主面的c轴方向向a轴方向倾斜Oa度的情况，由于在 图3中向-Y方向倾斜的情况也因对称性而等效，故而需要考虑。若设该倾 斜角度为-CV将台阶面的阶梯部分投影到X-Y平面，则如图4(b)所示。 在此，关于m轴与台阶边缘所成的角0i的条件，也要使上述70。《e,《90。 成立。由于0s-180。
-&的关系成立，故而作为0s的最大值为180° -70°
=110° ,最终，70°《es《iio°的范围成为可以使平坦的膜生长的条件。
已知在制作平坦的膜方面，优选MgxZn卜xO基板上的生长面的c轴向c 轴方向的倾斜度设在满足70。《es《90°的范围。然后，将角度的单位设成 弧度(rad)，若基于图3使用Om、 ^表示0s则如下所示。根据图3，角度a 表示成
a = arctan (tan<I)a / tan<I)m ),
es=(兀/2) —a=(兀/2) _ arctan (tan<J)a/tanOm )。
在此，若将es由弧度转换为度(deg),则由于
0S = 90 — ( 180 / 7i) arctan (tanO>a/ tanOm )，古t而表示成
70《{90 — ( 180 / Ti) arctan (tanO>a / tanOm) }《110。
在jt匕，众戶斤周^口， tan表示正+刀(tangent), arcten表示反正士刀(arctangent )。
另外，es = 90°的情况是没有向a轴方向的倾斜只向m轴方向倾斜的情况。 如上述说明，下面叙述制作MgxZn^O基板1的层叠侧的表面的倾斜，
制造图1所示的ZnO系半导体元件的方法。首先，关于MgxZ ，0基板1，将例如通过水热合成法制成的ZnO结晶 块如上述地切削，以使主面的+c轴至少向m轴方向倾斜，另外在具有a轴方 向的偏角时使偏角为一定的范围，即，在表面的+C面(0001 )以大于0°且 小于或等于2。的范围的倾斜角向m轴方向并且向a轴方向倾斜的情况下， 使图3的0s为70。以上且90°以下的范围，然后，通过进行CMP ( chemical mechanical polish)研磨制作晶片。
另外，即使基板l的Mg的混晶比例为0,对于在其上生长的ZnO系半 导体的结晶性也几乎无影响，但根据发光的光的波长(活性层的组成)选择 带隙大的材料时，由于发出的光不被基板1吸收，故而理想。
而且，在ZnO系化合物的生长方面，使用具备通过RF等离子体制作氧 气的反应活性提高了的氧原子团(，y力少)的原子团源的MBE装置。预先 准备相同的原子团源，以用于p型ZnO的掺杂剂即氮气。Zn源、Mg源、Ga 源(n型掺杂剂)分别使用纯度6N ( 99.9999% )以上的金属Zn、金属Mg等， 且从努森池(蒸发源)供给。预先准备在MBE容器的周围流动液态氮的护罩， 以使壁面不被来自努森池或基板加热器的热辐射加热。由此，可将容器内保 持在1 x 10巧Torr左右的高真空。
将由CMP研磨的上述ZnO构成的晶片(基板1 )导入这样的MBE装置 内后，以约700°C 900。C进行热清洗之后，将基板温度变化到80(TC左右， 使ZnO系半导体层2 ~ 6依次生长。
在此，图1所示的半导体层叠部7由发光层形成部6和例如10 ~ 30nm左 右膜厚的p型ZnO接触层5构成。但是只要是由筒单的结构例表示的构成， 则不限于该层叠结构。
发光层形成部6形成为双异质结构，该双异质结构通过由比活性层3的 带隙宽度大的MgyZn卜yO (0《y<0.35,例如y=0.25 )构成的n型层2及p 型层4夹着活性层3而形成。活性层3未进行图示，但形成为多重量子阱 (MQW)结构，发出例如365nm左右波长的光，所述多重量子阱形成为例 如自下侧层起由MgzZn卜zO ( 0《z《0.35，例如z=0.2 )构成的0 ~ 15nm左右 厚的n型引导层、以六个周期交替层叠6 ~ 15nm左右厚的Mg(nZno.90层及1 ~ 3nm左右厚的ZnO层而成的层叠部、以及由p型MgaiZn().90构成的0 ~ 15nm 左右厚的p型引导层的层叠结构。但是，发光层形成部6的结构不限于该例， 例如活性层3既可以是单量子阱(SQW)结构，也可以是块结构，另外，发
12光层形成部6可以不是双异质结结构，而是单异质结的pn结构。再者，n型 层2及p型层4也可以形成阻挡层和接触层的层叠结构，或者可以在异质结 的层间设置倾斜层，或者可以在基板侧形成反射层。
接着，对基板1的背面进行研磨使基叙1的厚度达到100pm左右之后， 通过蒸镀法及溅射法等在其背面层叠Ti、 Al，通过以60(TC进行1分钟的烧 结而形成确保了电阻性的n电极9，然后在p型接触层5的表面利用剥离法、 通过蒸镀法及溅射法等以Ni/Au的层叠结构形成p电极8,通过切割等从晶 片进行芯片化处理，形成有图1所示结构的发光元件芯片。另外，n侧电极9 也可以不形成在基板1的背面，而形成在对层叠的半导体层叠部7的一部分 进行蚀刻后露出的n型层2的表面。
尽管上述的实例是LED的实例，但即便是激光二极管(LD)，也可以同 样，通过使作为生长用基板的MgxZn^O基板的生长面侧的C面的角度在上 述的范围内倾斜，对层叠于其上的各ZnO系半导体可维持平坦性，进而可制 作量子效果高的半导体激光器。
图17是通过使ZnO系半导体层在ZnO基板1上生长而构成晶体管的剖 面结构图，其中，ZnO基板1将如上所述地使C面(0001 )向m轴方向倾斜 且也向a轴方向倾斜的面作为层叠方向侧的主面。在该例中，依次使非掺杂 的ZnO层23生长4fim左右，使n型MgZnO系电子渡越层24生长10nm左 右，使非掺杂的MgZnO层25生长5nm左右，保留作为栅极长度的1.5pm左 右的宽度而将非掺杂的MgZnO系层25蚀刻除去，使电子渡越层24露出。然 后，在由蚀刻而露出的电子渡越层24上，例如由Ti膜和Al膜形成源极26 和漏极27,在非掺杂的MgZnO系层25的表面例如利用Pt膜和Au膜的层叠 形成4册极28,由此构成晶体管。
在如上构成的元件中，在形成于ZnO基板1上的各半导体层，膜的平坦 性提高，因而可得到高切换速度的晶体管(HEMT)。
1权利要求
1、一种ZnO系半导体元件，其特征在于，在主面具有C面的MgxZn1-xO(0≤x<1)基板上，c轴至少向m轴方向倾斜Φm度，所述Φm满足0<Φm≤3的条件，且在所述主面形成有ZnO系半导体层。
2、 如权利要求1所述的ZnO系半导体元件，其特征在于，所述C面由 + C面构成。
3、 如权利要求1或2所述的ZnO系半导体元件，其特征在于，所述主 面的c轴向a轴方向倾冻牛(Da度，所述Oa满足70《{90 - ( 180 /兀)arctan (tanOa/ tand>m ) }《110的条件。
全文摘要
本发明涉及一种ZnO系半导体元件，可以使平坦的ZnO系半导体层在层叠侧的主面朝向c轴方向的MgZnO基板上生长。使ZnO系半导体层(2～6)在以+C(0001)面至少向m轴方向倾斜的面为主面的Mg_xZn_1-xO(0≤x＜1)基板(1)上外延生长。并且，在ZnO系半导体层(5)上形成有p电极(8)，在Mg_xZn_1-xO基板(1)的下侧形成有n电极(9)。这样，通过在Mg_xZn_1-xO基板(1)的表面形成沿m轴方向排列的规则的台阶，可以防止被称为台阶会聚的现象，提高层叠于基板(1)上的半导体层的膜的平坦性。
文档编号H01L33/16GK101473454SQ20078002118
公开日2009年7月1日 申请日期2007年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者中原健, 塚崎敦, 大友明, 川崎雅司, 汤地洋行, 田村谦太郎, 赤坂俊辅 申请人:罗姆股份有限公司