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TW200810155A - ZnO-based semiconductor element - Google Patents

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Publication number
TW200810155A
TW200810155A TW096120834A TW96120834A TW200810155A TW 200810155 A TW200810155 A TW 200810155A TW 096120834 A TW096120834 A TW 096120834A TW 96120834 A TW96120834 A TW 96120834A TW 200810155 A TW200810155 A TW 200810155A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
axis
substrate
zno
layer
based semiconductor
Prior art date
Application number
TW096120834A
Other languages
English (en)
Inventor
Ken Nakahara
Hiroyuki Yuji
Kentaro Tamura
Shunsuke Akasaka
Masashi Kawasaki
Atsushi Tsukazaki
Akira Ohtomo
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Publication of TW200810155A publication Critical patent/TW200810155A/zh

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Description

200810155 •九、發明說,： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關使用Zn〇或MgZnO等ZnO系半導體之ZnO 系半導體元件。 【先前技術】 : 近年來，ZnO系半導體係作為祖較於GaN、AlGaN、 ; InGaN、InGaAIN、GaPN等含氮之氮化物半導體，在多功 能性方面優異之材料而受到矚目。 修 ZnO系半導體為寬隙半導體之一，由於激子結合能量駱 外地大，於室溫中亦可安定存在，可釋出單色性優異之光 子等理由，因此於作為照明或背光等光源來使用之紫外 LED、高速電子元件表面彈性波元件等方面進行實用化。 然而，據知ZnO系半導體會產生由氧空孔或晶格間錫原 子所造成之缺陷等，因該結晶缺陷而於結晶中產生無助益. 之電子，故ZnO系半導體通常顯示出η型，由於為了製成p 型，必須減低殘留電子之濃度，因此藉由ZnO系半導體層 構成半導體元件時，難以善雜受子，難以重現性良好地形 成p型ZnO。 …然而，近年來，可重現性良好地獲得p型ZnO，亦確認
. 到發光，已揭示該技術。例如非專利文獻1所示，可獲得P 型ZnO，為了獲得使用ZnO系半導體之半導體元件，使用 ScAlMg04(SCAM>*板作為成長用基板，-C面ZnO成長於 SCAM基板之C面上。-C面亦稱為0(氧）極性面，於具有 ZnO結晶之所謂纖鋅礦之結晶構造中，於c軸、方向無對稱 121690.doc 200810155 性’於C輛有+C及-C兩個獨立方向，於+c，由於Zn位於結 晶=最上面，因此亦稱為Zn極性’於<，由於0位於結晶 之最上面，因此亦稱為〇板性。 此面以0之成長在作為Zn〇結晶成長用基板而廣泛使 : 用之藍寳石基板亦同。於_c面Zn0系半導體之結晶成長 中’亦如螢明者等之非專利文獻2所示，P型摻雜物之氮之 -摻雜效率主要依存於成長温度，4了進行氮掺雜，必須降 鲁 低基板他度’但若降低基板溫度，結晶性會降低，形成補 {受子之载子補償中心，氮未能活化，因κρ#Ζη〇系半 導體之形成本身變得非常困難。 因此，如非專利文獻.〗所示，亦有利用氮摻雜效率之溫 度依存性，藉由升降400t與10001間之成長溫度之溫度 調變，以形成高載子濃度之pSZn〇系丰導體層之方法， ❻由於未冒間斷之加熱及冷卻而重複膨脹、收縮，因此對 ❿=短之問題。並且，由於使用雷射作為加熱源，因此不適 合大面積加熱，亦難以進行用以降低元件製造成本之多片 成長。 ·' 、作為解決其之方法，我等已提案使+C面Zn0系半導體層 成長以形成高載子濃度之P型ZnO系半導體（參考專利文^ 該專利公報係根據若.為+CsZn〇 ,則未有氮推雜之基 板溫度依存性之我等之發現。此係藉由於藍寶石基板之c 面’使基底層之+C面GaN膜成長，以成為+c軸配向，使此 +c軸配向.GaN膜上承繼極性而形成+e軸配向之Zn〇系半導 121690.doc 200810155 體層，從而發現氳摻雜之非成長溫度依存性。因此，不降 低基板溫度即可摻雜氮，其結果，可防止载子補償中心之 形成而製造高載子濃度之p型ΖηΌ系半導體' 專利文獻1:日本特開平2004-304166號公報 非專利文獻 1 : Nature Material vol.4 (2005) ρ·42 非專利文獻 2 : Journal of Crystal Growth 237-239 (2002)503 【發明内容】 發明所欲解決之問題 . ·._. · - - - - 然而，如上述先前技術，藉由使用成長用基板之+C面
GaN來形成+(：軸配向之211〇系半導體層，雖可形成高载子 濃度之p型ZnO系半導體，但此方法係以抑制+C面GaN之 表面氧化為特徵，因此於氧化物之ZnO難以確保重現。另 一方面，作為成長用基板雖可使甩+C面ZnO基板，但+C面 ZnO基板係比-C面ZnO基板在熱方面不安定，容易喪失平 坦面，若於其上進行結晶成長，則發生稱為台階聚集之覌 象，平坦部分之寬度不一致，容易·成為不齊平之面。 圖18(a)係成長用基板之-C面在大氣中以1000°C進行退火 處理後，使用AFM(原子間力顯微鏡），以解析能力5 μχη掃 描後之像，圖18(b)係成長用基板之+C面在大氣中以1000 °C進行退火處理後，使用AFM(原子間力顯微鏡），以解析 能力5 μιη掃描後之像。相對於圖18(a)之結晶成為均整之 表面，圖18(b)係產生台階聚集，並且其台階寬或台階緣音 亂，表面狀態不佳。例如若於圖18(b)之表面上進行ZnO系 化合物之蠢晶，成長’會成為圖19所不之凹凸散布之膜’平 12I690,doc 200810155 坦性極端惡化。 如此’於成長用基板之+c面上，難以使平坦膜成長，具 有最終亦對於元件之量子效果之減低或切換速度造成影響 之間題。 '\ 本發明係為了解決上述間题所首創，其目的在於提供一 種Ζη〇系半導體元件，其係可使平坦之ZnO系半導體層， 於髮層側之主面朝向+c軸」方向之MgZnO基板上成長。 解決問題之技術手段 一為了達成上述目的，請求項1所記載之發明為一種ZnO系 半導體tl件，其特徵為，其係於主面具有c面之 x<!)基板中，c軸至少往瓜轴方向傾斜^度，前述％滿足 <Φπ) = 3之條件者；而於前述主面形成有系半導體 層。 而且’請求項2所書己載之發明係如請求項冰記載之Zn〇 系半導體元件，其中前述C面係以+c面所構成。 而且印求項3所記載之發明係如請求項！或請求項2中 項所。己载之ZnO系半導.體元件，其中前述主面之c轴係 ^ al, ^ ^ ^ # , ^ ^ ^ ?〇 ^ {9〇_(18〇/7r)arctan (ta_a/ta_m)} ‘ 11〇之條件。 【實施方式】 發明之效果 若根據本發呀，MgZn〇基板之主面之《軸至少往❿輛方 向傾斜’令該m軸.方向之傾斜角為2度以下，藉此可於 gJnKx〇基板之豐層側表面，形成排列於顶軸方向之規則 121690.doc 200810155 ^ 口此可防止稱為台階聚集(step bunehing)之現 象可提升宜層於MgxZni_x〇基板上之各Zn〇系:半導體層之 膦之平坦性。
而且，於MgZnO基板之主面之e軸亦往&軸方向傾斜之情 況時，藉由設定其傾斜角度為特定範圍，可使MgZn〇基板 之成長面之台階成為排列於m軸方向之形式，因此可改善 於主面i成長之Zn0系半導|體之膜之平坦性。 以下，參考圖式來說明本發明之一實施型態。圖〗係表 示根據本發明之Zn0系半導體元件之剖面構造。 圖1係表示本發明之Zn0系半導體元件之一實施型態之 發光二極體（LED)之剖面構造，在將+〇面（〇〇〇1)至少往^軸 方向傾斜之面作為主面之MgxZni.x〇(〇 ^ χ<ι，更宜為〇 ^ x<0.5，以下相同^基板丨上’磊晶成長有冗⑽系半導體層 2〜6。然後，於Ζη0系半導體層5上形成有卩電極8，:
MgxZnpx〇基板1之下側形成有η電極9。Ζη〇系半導體層係 由Ζη〇或含Ζη〇之化合物所構成，因此上述Ζη〇系半^體 元件除了電極8、9以外，均由Ζη〇或含以〇之化合物所構 成0 然而’於圖2表示上述MgxZn〗x(^Zn〇系化合物之結 構造之概念圖。Zn0系化合物係與GaN相同，其具有稱i 纖鋅礦之六方晶構造。〇：面或你之表現可藉由所謂米勒 數來表示，例如C面表示為面（0001)。圖2中，附有斜線 面為A面⑴-20)，MS(1(M〇)表示六方晶構造之柱面、。 如面⑴-20}或面{10·10}係㈣結晶'所具有之卿 121690.doc -10- 200810155 表示亦包含與面（i i -20)或面（i 〇·丨0)等價之面之總稱。而 且，a軸表示A面之垂直方向，m軸表示乂面之垂直方向，〇 軸表示€面之垂直方向。 作為結晶成長之基礎之MgxZnKx〇基板！為χ=〇之Zn〇或 , 混晶有Mg之MgZn〇基板均可。若Mg超過50 wt%，由於
Mg〇為^札丨型.結.晶，因此不易與六方晶系之Zn〇系化合物 V 整合，容易引起相分離·，故不適宜。 籲 而且，如圖3所示’ MgxZni-x〇基板1係研磨為主面之+c 面成為至少往m軸方向傾斜之面。圖3係以χ_γ平面表示基 板1之表面全體，並表示與c軸方向、m軸方向、a軸方向= 關係。基板丨之表面之垂直方向設為乙軸：瓜軸方向相當於 X軸’a軸方向相當於Y軸。因此，m軸與a軸正交。然後， Z軸與c軸所構成之角度設為①，e軸對於爪軸方向之候斜角 成分設為Φιη，e軸對於&軸方向之傾斜角成分設為牝。 於此，說明有關使主面之(:軸往瓜軸方向傾斜之理由。圖 • 5(a)所示者為主面作為+C面，C面未往a軸及m軸傾斜之基 板之模式圖。其為基板丨之鉛直方向2與+(；軸方向—致之二 況，各&軸、m軸、C軸正交。 ♦ 然而，體塊結晶體若未使用其結晶所具有之劈開面，則 ' 如圖5(&)所示，晶圓主面之法線方向不會與C軸方向一致， 右堅持取得精確c面基板，則生產性亦惡化。實際上，〇軸 έ攸日曰圓主面之法線方向（2軸）傾斜而具有傾角。例如圖 ()所示若主面之C軸方向僅往例如m軸傾斜㊀度，則如 基板1之表面'部分（例如T1區域）之放，大圖、之|5(c)所示，產 121690.doc 200810155 生.平坦面之階地面1 a ’及於使其傾斜所產生之階差部分產 生等間隔且規則性之台Pt面1 b。 於此，Ρό地面1 a成為C面（0〇〇1)，台階面1上相當於]^面 (ΗΜ0)。如圖，形成之各台階面lb係於111軸方向保持階地 面之寬度而規則地排列/亦即，階地面不與κι面平 行而成為傾斜之面，，與降地面:ra垂直之c軸從z軸傾斜θ 度。 就圖3、4而言，圖5(c)之狀態相當於0s=9〇之情況。此 外圖3 4之台階緣係將台偕面q b之階差部分投影至γ 平面。如此.，若使台階面成為％面相當面，則於主面上結 晶成長之ΖηΟ系半導體層可成為平坦之膜。於主面上，^
口 面lb而產生階差部分，但飛至此階差部分之原子會與 口 IV地面la與台階面lb之兩面，故相較於飛至階地面h之 情況，原子會強固地結合，可安定地捕捉飛來原子。 於表面擴政過程中，飛來原子擴散於階地内，並於結告 強之P白差邛为或於此階差部分形成之扭結位置（參考圖 15)被捕捉而組人結晶中，藉由結晶成長進展之沿面成長 而安定地進行成長。如b 之基板上，使Zn〇系半導體層疊層，則Zn〇系半導體層以 然而，圖5(b)中，傾斜角度θ若過大，台階㈣之階差 ^得過大’韻平坦地進行結晶成h 、膜之平;L性依對於_方向之傾斜肖度而 定傾斜角度θ為15洚认/丄 口你口又 一 ·又，於具有此傾角之MgxZnix〇基板之主 121690.doc -12> 200810155 ©上’使㈣系半導體成長&另—方面’圖難設定傾斜 使ΖηΟ系半導體成長。圖9 1Q均於結晶成長後 使用
AFM ’以解析能力i μπι掃描之圖像。_係台階之寬度一 致之狀態，且產生均整之膜，而圖1〇係散布有凹凸，喪失 平坦性。根據以上，宜於超過G度之範面且為3度以下0咄 $3)。因此，關於圖3之傾斜角〜亦同理，超過〇度之範園 且3度以下（〇<〇>m $ 3)最適宜。
如以上，最宜使主面之c面僅傾斜而軸方向，使其傾斜 角度於超過0度之範.圍且為3度以下，但更實際而言/，難以 限定於僅使m轴方向傾斜而切出之情況，作為生產技術亦 容許往a軸傾斜必須設定其容許度b例如圖3所示，主面 之+c軸往m軸侧傾斜％，往a軸侧傾斜叫亦可。換言之，以 + C面往m軸側傾斜〜，往a軸側傾斜牝之方式製作主面亦 可。其中’此情況下，已由發明者等在實驗上確認到，關 於台階面之台階緣與m軸方向所構成之角度％，必須在一 定範圍内。台階緣規則排列於m軸方向之狀態，係製作平坦之膜方 面所需者，若台階緣之間隔或台階緣之線條紊亂，則無法 進行前述沿面成長，因此無法製作平坦之膜。 如圖3，c軸往m軸方向及a軸方向傾斜之主‘面係表示如圖 6(a)。座標軸之設定等係與爾5相同。如圖6(a)，對於^輛 之X-Y平面之投影表示作為L方向，基板之表面部分（例如 T2區域）之，放大圖表示.於圖6(1>)。產、生平坦面之階地面·^， 121690.doc -13- 200810155 及於藉由使其傾斜所產生之階差部分產生台階面u。於 此，階地面lc成為C面（〇〇〇1)，階地面lc未與χ_γ平面平行 而成為傾斜之面，若引用圖3,則與階地面lc垂直之c軸係- 從Z軸傾斜φ度。 % 由於階地面lc不僅往m軸方向，亦往a軸方向傾斜，因此 •.台階面傾斜伸.出，台階面1(1排列於1方向。如圖3及圖4所 不，此狀態係成為往m軸方向之台階緣排列而出現，但由 • 於Μ面在熱、化學方面為安定面，目此依a輛方向之傾斜 肖度’傾斜台階無法保持均整.，如圖6(b)所示，於^ 面Id產生凹凸，於台階緣之排列產生紊亂，於主面上無法 形成平坦之膜。 發明者等發現上述Μφ在熱、化學方面安定，於圖心 圖14表示作為其根據之資料。圖u係使用AF·，以解析能 力5 μπι來知描MgxZn^O基板表面之圖像，圖12〜圖14係以 解析能力1 μπι掃描之圖像。 ♦ ⑷係於大氣卜以將Mgxzni.x0基板之露出 ^ A® ^ ef € ^^ ^ , 11(b)# ^ A ^ 令，以I100C將Mgxzni.x0基板之露出之予以退火處理 2小時後之狀態。相對於圖11(^成為均整之表面，圖n(a) 產生台階聚集，並且其台階寬或台階緣奮薦L ’表面狀態不 佳。由此可知Μ面在熱方面為安定之面。 另-方面’於圖12(a)表示MgxZni x〇基板之主面之e轴往 a軸方向及瓜軸方向傾斜M面未均整地出現之如圖6⑻之 表面狀態。於圖12(b)矣千ri ς。/、曲― 纪 、）衣不以5%濃度之鹽，酸，將該表面進 121690.doc -14 - 200810155 行餘刻3G秒後m藉由利用鹽酸之❹〗，如⑻所 表示之六角形區域所示，可知M面以外之面被除去，乂面 4別<4現而且’圖13⑷係表示與圖12⑷對於a輪方向之 =斜角度不同之叫為』基板表面，於圖u(b)表示以5% .濃度之鹽酸，將此表面進行_3Q秒後之狀態、如圖剛 絲不之六㈣區賴示，可知麻時之面被除去，Μ 面特別顯現。 • 另方面’圖14⑷係表示MgxZnn〇基板之主面之c軸僅 往m輛方向傾斜之表面，其表示如圖$⑷之表面狀態。表 -# Μ ® ^ ^ ^ ^ ^ A # ? ^ w ^ 4(b^ _ ^ ^ 濃度之鹽酸將此表面進行㈣30秒後之狀態。從圖14^ 可知，钕刻後，表面狀態幾乎未有變化。從以上圖Η〜圖 Μ之資料可理解，M面在化學上為安定之面。 如上述’圖7係表示主面之c軸至少於111軸方向具有傾斜 角度（傾角）’於a軸方向亦具有一定之傾角之情沉下之 • MgxZn】-X〇基板之表面。藉由AFM拍攝MgxZni.x0基板之表 面® 7(a)係表不MgxZni x〇基板之主面之c面僅往瓜軸方 向傾斜而未往a軸方向傾斜之狀態。於圖7(b)〜(句中，表示 除了 m軸方向之傾斜，尚具有對於a軸方向之傾斜之情況， 其表示對於該a軸方向之傾斜角度逐漸變大之情況之表面 狀態。 圖7(a)係表示往m軸方向僅傾斜〇·3度之表面狀態，其表 不非常均整之表面狀態，台階緣規則地排列。例如於圖8 表示於圖7⑷之別gxZnix〇基板上，使Ζη〇系半導體層磊晶 12I690.doc -15- 200810155 成長之例。圖8⑷係使用趣，以解析能力3卿掃描蠢曰 成長後之表面之像，圖8_以解析能力1 μΓΠ掃描之像: 表面狀，憋非常均整，未見凹凸散布。 然而，若混有a軸方向之傾角，則於台階緣出現凹凸， 台階寬亦紊亂，此係對膜形成造成不良影響。 圖16表示於成長赶（主面)之€面除了·方向之傾角，尚 ^ ^ ^ ^ ^ ^ τ , ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 化。將圖3所說明之爪軸方向之傾角^固定於以度，使味 方向之傾角Φ3大幅變化而進行比較。此係籍由改變叫办力 基板之切出面而實現1 X h 若使a軸方向之傾角大幅變化’則台階緣與吨方向所 構成之角Θ4往變大之方向變化，因此於圖16記制$之角 度。圖16(a)為>=85度之情況’台階緣及台階寬均未紊 亂。圖16(_θ5=7^之情況’雖稍有紊亂，但可確切到 台階緣或台階寬。圖16⑷為㈣5度之情況，奈亂變^激 烈’無法確認、到台階緣或台階寬。若於圖i6⑷之表面狀離 上，使Zn〇系半導體層進行蟲晶成長，則形成如圖19: 相2於(Μ5度。根據以上資料，可知宜為7()度 之範圍。 然而，關於es，不僅是主面之讀方向往_方向傾⑽ 度之情況，_nY方㈣斜.之㈣㈣對稱性而等 償’故須列入考慮。若該傾斜角度設為％，將台階面所造 m^^W4(hy〇 } i21690.doc -16- 200810155 關於m軸與台階緣所構成之h之條件，上述70度$ θί$ 90度 成立。由於es=i8〇度-θί之關係成立，因此作為es之最大值 為180度-70度=110度，最終而言，70度^ 110度之範 圍係可使平坦之膜成長之條件。 製作平坦之膜方面，可知MgxZnieO基板上之成長面之c 轴對於a軸方向之傾斜，宜為滿足70度$0si9〇之範圓。 接著，將角度之單位設為孤度（rad)，根據圖3，使用0>m、a 表示es如下。根據圖3，角度α表示為： α=ΕΓ〇ίαη(ίαηΦ a /；tanOm) ^ θδ=(7ΐ/2)-α=(π/2)-αιχίΗη〇:&ιιΦ2/ί&ηΦπ1)。 於此，若將從孤度轉換為度（deg)，則成為： 0δ=9Ο-(18Ο/π)8ΐ：€^ιι(ΐ&ηΦ&/1:αιιΦπ1)，因此可表示為： 70 ‘ {90-(180/Ti:)arctaii(tancI>a/tan3>m)} $ 110。於此，如 眾所周知，tan表示正切（tangent)，arctaii表示反正切 (arctangent)。此外，0s=9〇度之情況為未有對於a轴方向之 傾斜，僅往m軸方向傾斜之情況。 如以上所說明，製作MgxZn^O基板1之疊層側之表面傾 斜，以下描述製造圖1所示之ZnO系半導體元件之方法。
首先，關於MgxZnnO基板1，將例如以水熱合成法所製 作之ZnO之鑄ί定，如前述使主面之+c軸至少往m轴方向傾 斜，或具有a軸方之缚角之情況時，則使傾角成為一定範 圍，亦即於表面之+C面（0001)往m軸方向超過Ό度而於2度 以下之範圍，且於a軸方向賦予傾斜之情況時，使圖3之θδ 為70度以上、90度以下之範圍而切出，並藉由CMP 121690.doc -17- 200810155 (chemical polish :化學機械研-磨）研磨而製作晶 圓。 此外，即使基板1之Mg之混晶比率為〇，仍幾乎不影響 於其上成長之ZnO系丰導體之結晶性，但帶隙比發光之光 之波長（活性層之組成）大之材料由於發出之光不會被基板} 吸收，因 <此較適宜。 然後’ ZnO系化合物之成長係使用具備以RF電漿，製作 鲁 出提升氧氣之反應活牲之氧自由基之自由基源之mbe裝
置。為了 p型ZnO之摻雜物之氮而準備相同之自由基源。 Zn源、Mg源、Ga源（η型摻雜物）分別使用純度6N (99.9999 /。）以上之金屬zn、金屬Mg等而供給自堆鍋（蒸發 源）。於MBE處理室之周圍，準備流有液體氮之遮板，使 壁面不會因來自坩鍋或基板加熱器之熱放射而升溫。藉其 可將處理室内保持於1X1 (Γ9 Torr程度之高真空。 於此MBE裝置内，導入經cMP研磨之前述Zn〇所組成之 • 晶圓（基板丨）後，以700〇C〜900°C程度進行熱清诜後、使基 板溫度變化至80〇t程度，依序成長ZnO系半導體層2〜6Γ . 於此，圖1所示之半導體疊層部7係以發光層形成部6、 ‘ 及例如膜厚10〜30疆程度之ρ型Ζη0接觸‘層·5來構成。然 :而，以簡單構造例來表示，不限定於此疊層構造。 發光層形成部6係形成將活性層3，以帶隙比其大之 ‘ yg〇.35，例如”〇.25)所組成之η型層2及ρ f層4予以灸心之雙異質構造。活性層3雖未圖示，但例如 從下層姻形成由,MgzZn〗_z〇(〇iz‘ 〇·35，例如^^2)所 121690.doc 200810155 組成尽度〇〜15 nm程度之η型導引層，及6〜15 nm程度厚 之MguZnuO層及1〜3 11111程度厚之層交互疊層有6週 期之疊層部，及形成由W所組成、厚度〇〜15 nm程度之p型導引層之疊層構造之多重量子井⑽qW)構
造，並形成發忠例如365 nm程度之波長之光。然而，發光 層形成部6之構造不限定於此例，例如活性層3為單一量子 井（SQW)構造或體塊構造均可，或非雙異質接合構造而為 單異質接合之pn構造亦可。並且，n型層2或？型層4亦製成 障壁層與接觸層之疊層構造，或於異質接合之層間設置梯 度層’或進一步於基板侧形成反射層亦可。 然後，研磨基板1之背面，使基板！之厚度成為】〇 〇 μπι程 度後，於其背面，藉由蒸鍍法或濺鍍等疊層Ti、Α1，藉由 C 1刀鐘程度之燒結，形成確保歐姆性之^電極9，並 且於Ρ型接觸層5之表面，藉由剝離法、蒸鍍法或濺鍍等， v Ni/Au之$層構造來形成ρ電極8，藉由切割等從晶圓予 以晶片化，形成圖！所示之構造之發光元件晶片。此外，η 側電極9未形成.於基板〗之背面，而形成於蝕刻疊層之半導 體疊層部7之一部分而露出之η型層2之表面。 、則述例為LED之例，]旦雷射二極體(LD)亦同樣藉由使/ 為成長用基板之MgxZni x〇基板之成長面側之〇面之肖度 在上述範圍內傾斜，關於在其上疊層之各Zn〇系半導; 層，可維射坦性，可製作量子效果叙何體雷射。 圖17係如上述，於勝C.面，(⑽〇1)往m軸方向傾斜亦往心 方向恨斜之面.，作為疊層方向側之主面之〜〇基板^上 I21690.doc -19- 200810155 成長有ZnO系半導體層，以構成電晶體’之剖面構造圖。於 此例中，依序將無摻雜之ZnO層23成長4 μπι程度，將η型 MgZnO系電子移動層24成長10 nm程度，無摻雜之MgZnO 系層25成長5 nm程度，留下作為閘極長之1.5 μπι程度之寬 度，蝕刻除去無掺雜之MgZiiO系層25，使電子務動層24露 出。然後，於藉由餘刻而露出之電子務動層24上，以例如 Ti膜及Α1膜形成源極電極26及汲極電極27，於無摻雜之 MgZnO系層25之表面，藉由例如？1膜及人11膜之疊層來形成 閘極電極28，以構成電晶體。 如上述構成之元件中，在形成於ZnO基板1上之各半導 體層，膜之平坦性提升，故獲得高切換速度之電晶體 (HEMT)。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之ZnO系半導體元件之剖面構造之一 例之圖。 圖2為ZnO系化合物之結晶構造之概念圖。 圖3係表示MgxZn^xO基板表面之c轴之傾斜狀態之圖。 圖4(a)、(b)係表示台階緣與m軸之關係之圖。 圖5(a)-(c)係表示c軸僅於m轴方向具有傾角之情況下之 MgxZnpxO基板表面之圖。 圖6(a)、(b)係表示c軸於m軸方向及a轴方向具有傾角之 情況下之MgxZiM-xO基板表面之圖。 圖、7(a)-(d)係表示MgxZiU-xO基板依m軸方向及a軸方向對 於c轴之傾角而表面·狀態變化之狀況之圖。： 121690.doc -20- 200810155 圖8(a)、(b)係·表示於c軸於m軸方向具有傾角.之MgxZnlocO 基板上成膜之表面之圖。 圖9係表示於c軸於m軸方向具有傾角：^MgxZnlocO基板上 成膜之表面之圖。 圖10係表示於c軸於m軸方向具有傾角之MgxZn^xQ基板 上成膜之表面之疆:。 圖.11(a)、（b)係藉由比較A面與Μ面來顯示出Μ面之熱安 定性之圖。 圖12(a)、（b)係表示Μ面之化學安定性之圖。 圖13(a)、(b)係表示Μ面之化學安定性之圖。 圖14(a)、（b)係表示Μ面之化學安定性之圖。 圖1 5係表不結晶成長過程中之晶圓上之扭結位置之圖。 圖16(a)-(c)係表示a軸方向對於c軸之傾角不同之MgxZnkO 基板表面狀態之圖。 圖17係表示藉由本發明所形成之電晶體之剖面構造之一 例之圖。 圖18(a)、(b)係表示於成長用基板之-C面上及+C面上成 膜之情況下之各表面之圖。 圖19係表示於圖18(b)之表面進一步疊層有半導體層之 表面之圖。 【主要元件符號說明】 1 MgxZribxO基板‘ 2 n型層 3 活性層· 121690.doc -21 - 200810155 4 P型層 5 p型接觸層 6 發光層形成部 7 半導體疊層部 8 p電極 9 η電極 21 ΖηΟ基板 23 無摻雜ΖηΟ層
24 η型MgZnO電子移動層 121690.doc -22-

Claims (1)

  1. 200810155 十、申請專利範圍： 1 ·——種ZnO系半導體元件，其特徵為：其係於主面具有C面 之MgxZnpxCKO S χ<1)基板中，c軸至少往m軸方向傾斜 .度；：前述 係滿足0<0>mS3之條件者；而於前述主面形成ZnO系 - 半導體層：。 '· 2.如請求項1之ZnO系半導體元听，其中前述C面?係以+C面 所構成。 ❿ 3·如請求項1或2中任一項之ZnO系半導體元件，其中前述 主面之c軸係往a軸方向傾斜(Da度；前述(Da 滿足 70S {90-(180/π)Ηΐχΐαιι(ΐ&ηΦ&/ΐ&ιιΦιη)} ‘ 110 之條 件。 121690.doc
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