JP3441059B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ZnO系の半導体
素子に関し、より詳細には、p形ZnO系単結晶に対し
て低抵抗なオーミック接触が得られる電極構造を含む半
導体素子及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ZnO-based semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including an electrode structure capable of obtaining ohmic contact with low resistance to a p-type ZnO-based single crystal and a method for manufacturing the same. Regarding
【0002】[0002]
【従来の技術】II−VI族化合物半導体の一種である
ZnO結晶は、発光素子や受光素子などの光半導体素子
への応用が期待されている。ZnO結晶は、広いバンド
ギャップを有する半導体であるため(Eg=3.4e
V)、バンドギャップに対応した発光波長は360nm
から400nmの紫外光となる。2. Description of the Related Art ZnO crystals, which is a type of II-VI group compound semiconductors, are expected to be applied to optical semiconductor elements such as light emitting elements and light receiving elements. Since ZnO crystal is a semiconductor having a wide band gap (Eg = 3.4e)
V), the emission wavelength corresponding to the band gap is 360 nm
To 400 nm ultraviolet light.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、ZnOは、
単極性と呼ばれる性質を有している。ZnOを用いてn
型半導体(n−ZnO)を実現することは比較的容易で
あるが、p型半導体(p−ZnO)を実現することは難
しかった。By the way, ZnO is
It has a property called unipolar. N using ZnO
It is relatively easy to realize a type semiconductor (n-ZnO), but it is difficult to realize a p-type semiconductor (p-ZnO).
【0004】従って、ZnOを用いてp−n接合を形成
することが難しく、ZnO系の半導体素子、特にp−n
接合を有する光半導体素子を実現することは困難であっ
た。Therefore, it is difficult to form a pn junction using ZnO, and a ZnO-based semiconductor element, especially pn
It has been difficult to realize an optical semiconductor device having a junction.
【0005】最近、ZnO中にp型不純物である窒素
(N)とn型不純物であるガリウム(Ga)を共ドープ
(co−dope)する技術を用いることにより、p型
ZnO結晶が得られた旨の報告がなされている。より具
体的には、パルスレーザーデポジション法により、Zn
O中にp型不純物である窒素(N)とn型不純物である
ガリウム(Ga)を共ドープ(co−dope)しつ
つ、p型ZnO単結晶を成長する方法が用いられてい
る。Recently, a p-type ZnO crystal has been obtained by using a technique of co-doping nitrogen (N) which is a p-type impurity and gallium (Ga) which is an n-type impurity into ZnO. A report to that effect has been made. More specifically, by the pulse laser deposition method, Zn
A method of growing a p-type ZnO single crystal while co-doping p-type impurity nitrogen (N) and n-type impurity gallium (Ga) in O is used.
【0006】ところで、n型ZnO結晶に対するオーミ
ック電極としては、一般的にはAlが用いられている
が、前述のような事情から、p型ZnO結晶に適したオ
ーミック電極に関する知見がなかった。By the way, Al is generally used as an ohmic electrode for an n-type ZnO crystal, but due to the above-mentioned circumstances, there has been no knowledge of an ohmic electrode suitable for a p-type ZnO crystal.
【0007】本発明は、p型ZnO系結晶に適したオー
ミック電極構造を有する半導体素子及びその製造方法を
提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a semiconductor device having an ohmic electrode structure suitable for a p-type ZnO crystal and a method for manufacturing the same.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、p型ZnO系単結晶層と、前記p型ZnO系単結晶
層に接触し、Ni、Rh、Pt、Pdおよびこれらの合
金の群から選択された少なくとも1種を含む第1金属層
と、前記第1金属層の上に形成される第2金属層を含
み、前記第1金属層がNiの場合は、前記第2金属層は
Au、Rh、Pt、Pd、Irのうち少なくとも一つを
含む金属層であり、前記第1金属層がRhの場合は、前
記第2金属層はAuを含む金属層であり、前記第1金属
層がPtの場合は、前期第2金属層はRh、Auのうち
少なくとも一つを含む金属層であり、前記第1金属層が
Pdの場合は、前記第2金属層はAuを含む金属層であ
り、前記第1金属層がIrの場合は、前記第2金属層は
Rh、Au、Pdのうち少なくとも一つを含む金属層で
ある半導体素子が提供される。According to one aspect of the present invention, a p-type ZnO-based single crystal layer is brought into contact with the p-type ZnO-based single crystal layer, and Ni, Rh, Pt, Pd and alloys thereof are formed. A second metal layer formed on the first metal layer and a first metal layer containing at least one selected from the group: and the second metal layer is Ni when the first metal layer is Ni. The layer is a metal layer containing at least one of Au, Rh, Pt, Pd, and Ir, and when the first metal layer is Rh, the second metal layer is a metal layer containing Au. When the first metal layer is Pt, the second metal layer is a metal layer containing at least one of Rh and Au, and when the first metal layer is Pd, the second metal layer contains Au. When the first metal layer is Ir, and the second metal layer is Rh, Au, or Pd. Semiconductor device is provided which is a metal layer containing at least one.
【0009】本発明の他の観点によれば、表面が露出さ
れたp型ZnO系単結晶層を準備する工程と、前記p型
ZnO系単結晶層の表面上に、Ni、Rh、Pt、Pd
およびこれらの合金の群から選択された少なくとも1種
を含む第1金属層を形成する工程と、前記第1金属層の
上に、第2金属層を形成する工程を含み、前記第1金属
層がNiの場合は、前記第2金属層はAu、Rh、P
t、Pd、Irのうち少なくとも一つを含む金属層で形
成する工程であり、前記第1金属層がRhの場合は、前
記第2金属層はAuを含む金属層で形成する工程であ
り、前記第1金属層がPtの場合は、前期第2金属層は
Rh、Auのうち少なくとも一つを含む金属層で形成す
る工程であり、前記第1金属層がPdの場合は、前記第
2金属層はAuを含む金属層で形成する工程であり、前
記第1金属層がIrの場合は、前記第2金属層はRh、
Au、Pdのうち少なくとも一つを含む金属層で形成す
る工程である半導体素子の製造方法が提供される。According to another aspect of the present invention, a step of preparing a p-type ZnO-based single crystal layer whose surface is exposed, and Ni, Rh, Pt, and Pd
And a step of forming a first metal layer containing at least one selected from the group of these alloys, and a step of forming a second metal layer on the first metal layer, the first metal layer When Ni is Ni, the second metal layer is Au, Rh, P
a step of forming a metal layer containing at least one of t, Pd and Ir, and a step of forming the second metal layer with a metal layer containing Au when the first metal layer is Rh. When the first metal layer is Pt, the second metal layer is a metal layer containing at least one of Rh and Au, and when the first metal layer is Pd, the second metal layer is the second metal layer. The metal layer is a step of forming a metal layer containing Au. When the first metal layer is Ir, the second metal layer is Rh,
There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, which is a step of forming a metal layer containing at least one of Au and Pd.
【0010】本発明の他の観点によれば、基板と、前記
基板上に形成されたZnO系バッファ層と、前記ZnO
系バッファ層上に形成された第1導電型又は第2導電型
ZnO系単結晶層を含む第1半導体層と、前記第1導電
型又は第2導電型ZnO系単結晶層上に形成され、前記
第1導電型又は第2導電型ZnO系単結晶層と逆の導電
型を有する第2半導体層と、前記第1半導体層又は前記
第2半導体層のうちp型の半導体層に接触し、Ni、R
h、Pt、Pdおよびこれらの合金の群から選択された
少なくとも1種を含む第1金属層と、前記第1金属層の
上に形成される第2金属層を含み、前記第1金属層がN
iの場合は、前記第2金属層はAu、Rh、Pt、P
d、Irのうち少なくとも一つを含む金属層であり、前
記第1金属層がRhの場合は、前記第2金属層はAuを
含む金属層であり、前記第1金属層がPtの場合は、前
期第2金属層はRh、Auのうち少なくとも一つを含む
金属層であり、前記第1金属層がPdの場合は、前記第
2金属層はAuを含む金属層であり、前記第1金属層が
Irの場合は、前記第2金属層はRh、Au、Pdのう
ち少なくとも一つを含む金属層である半導体素子が提供
される。According to another aspect of the present invention, a substrate, a ZnO-based buffer layer formed on the substrate, and the ZnO
A first semiconductor layer including a first-conductivity-type or second-conductivity-type ZnO-based single-crystal layer formed on the system-buffer layer and the first-conductivity-type or second-conductivity-type ZnO-based single-crystal layer, A second semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the first conductivity type or second conductivity type ZnO-based single crystal layer, and a p-type semiconductor layer of the first semiconductor layer or the second semiconductor layer, Ni, R
a first metal layer containing at least one selected from the group consisting of h, Pt, Pd and alloys thereof, and a second metal layer formed on the first metal layer, wherein the first metal layer is N
In the case of i, the second metal layer is Au, Rh, Pt, P
If the first metal layer is Rh, the second metal layer is a metal layer containing Au, and if the first metal layer is Pt, the metal layer contains at least one of d and Ir. The second metal layer is a metal layer containing at least one of Rh and Au. When the first metal layer is Pd, the second metal layer is a metal layer containing Au. When the metal layer is Ir, the second metal layer is a metal layer including at least one of Rh, Au, and Pd.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本明細書において用いる、
p型ZnO系単結晶との用語は、p型ZnO単結晶のみ
ではなく、例えば、ZnOとZnTeとの超格子構造の
ように、ZnOを主要成分として含み、ZnOと同様の
広いバンドギャップを有する半導体単結晶層をも含むも
のとする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As used in the present specification,
The term “p-type ZnO-based single crystal” includes not only p-type ZnO single crystal but also ZnO as a main component, such as a superlattice structure of ZnO and ZnTe, and has a wide band gap similar to ZnO. A semiconductor single crystal layer is also included.
【0012】また、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6
00℃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6
50℃である。The "growth temperature of low-temperature grown ZnO" defined in this specification is, for example, from 200 ° C to 6 ° C.
The temperature is about 100 ° C. to 400 ° C. lower than the crystal growth temperature for growing a ZnO single crystal, which is about 00 ° C. The "growth temperature of the high temperature grown single crystal ZnO layer" is generally a growth temperature suitable for growing a ZnO single crystal, higher than the above "growth temperature of low temperature grown ZnO", and 800 ° C. Lower temperature, eg 6
It is 50 ° C.
【0013】発明者は、まず、p型ZnO半導体結晶用
の電極についての検討を行った。The inventor first studied an electrode for a p-type ZnO semiconductor crystal.
【0014】金属(電極)と半導体とを接合させた際
に、半導体側からみたバリア高さeVdは、eVd=φ
m−φsで表される。ここで、Vdは半導体層の拡散電
位、φmは金属(電極)の仕事関数、φsは半導体の仕
事関数である。When the metal (electrode) and the semiconductor are joined, the barrier height eVd seen from the semiconductor side is eVd = φ
It is represented by m-φs. Here, Vd is the diffusion potential of the semiconductor layer, φm is the work function of the metal (electrode), and φs is the work function of the semiconductor.
【0015】p型半導体と金属とを接触させた場合に、
良好なオーミック接合が得られる条件は、φm>φs
(p)で表される。When a p-type semiconductor and a metal are brought into contact with each other,
Conditions for obtaining good ohmic contact are φm> φs
It is represented by (p).
【0016】ところで、p型ZnO半導体結晶の仕事関
数φs(p)は、6.25eV程度(真性半導体を仮定
すると)と大きい。尚、p型不純物のドープ量を1018
cm -3と仮定すると、仕事関数φs7.9eV程度とな
る。従って、p型ZnO系単結晶用のオーミック電極材
料としては、仕事関数(φm)の比較的大きい金属を選
択するのが、金属−半導体間のコンタクト抵抗を低減す
るという観点からも望ましいと考えられる。By the way, the work function of the p-type ZnO semiconductor crystal is
The number φs (p) is about 6.25 eV (assuming an intrinsic semiconductor
Then it is big. Note that the p-type impurity doping amount is 1018
cm -3Assuming that, the work function φs is about 7.9 eV.
It Therefore, ohmic electrode material for p-type ZnO-based single crystal
As the material, select a metal with a relatively large work function (φm).
The choice is to reduce the contact resistance between metal and semiconductor.
It is considered desirable from the viewpoint of
【0017】p型ZnO系単結晶用のオーミック電極材
料として具体的には、Ni(φm=5.15)、Ge
(φm=5.0)、Se(φm=5.9)、Rh(φm
=4.98)、Te(φm=4.95)、Re(φm=
4.96)、Ir(φm=5.27)、Pt(φm=
5.65)、Au(φm=5.1)、C(φm=5.
0)、Pd(φm=5.12)などの材料は、仕事関数
が比較的大きいため望ましいと考えられる。Specific examples of the ohmic electrode material for p-type ZnO single crystal are Ni (φm = 5.15) and Ge.
(Φm = 5.0), Se (φm = 5.9), Rh (φm
= 4.98), Te (φm = 4.95), Re (φm =
4.96), Ir (φm = 5.27), Pt (φm =
5.65), Au (φm = 5.1), C (φm = 5.
Materials such as 0) and Pd (φm = 5.12) are considered desirable because they have a relatively large work function.
【0018】尚、本明細書において、「仕事関数が5.
0eV近傍である」との記載は、例えば、仕事関数が、
4.5から6.0までの範囲内であり、好ましくは、仕
事関数が4.9から5.2までの範囲内であることを意
味する。In the present specification, "work function is 5.
It is described that the work function is near 0 eV, for example.
It is in the range of 4.5 to 6.0, preferably the work function is in the range of 4.9 to 5.2.
【0019】発明者による理論的考察及び実験結果によ
れば、特にNi(1層目:p型ZnO結晶と直接接触す
る金属)/Au(2層目:1層目の金属上に堆積される
金属)の積層構造が好ましい。According to the theoretical consideration and the experimental result by the inventor, it is particularly deposited on Ni (first layer: metal in direct contact with p-type ZnO crystal) / Au (second layer: first layer metal). A laminated structure of (metal) is preferable.
【0020】Ti/Auの積層構造に熱処理を行った構
造の他に、Rh/Au、Pt/Rh、Pd/Au、Pt
/Au、Ni/Rh、Ni/Pt、Ni/Pd、Ni/
Ir、Ir/Au、Ir/Rh、Ir/Pdの積層構造
に熱処理を行ったものなどが有望であることがわかっ
た。In addition to the structure obtained by heat-treating the laminated structure of Ti / Au, Rh / Au, Pt / Rh, Pd / Au, Pt
/ Au, Ni / Rh, Ni / Pt, Ni / Pd, Ni /
It was found that a laminated structure of Ir, Ir / Au, Ir / Rh, and Ir / Pd subjected to heat treatment is promising.
【0021】以上の知見に基づき、p型ZnO系単結晶
に対するオーミック電極として上記のような電極構造を
有する半導体素子について以下に説明する。Based on the above findings, a semiconductor element having the above electrode structure as an ohmic electrode for a p-type ZnO-based single crystal will be described below.
【0022】本発明の第1の実施の形態による半導体素
子について図面を参照して説明する。A semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0023】図1に、半導体素子を構成するZnO系結
晶構造を成長するための成長装置の一例として、ラジカ
ルソース分子線エピタキシー(RS−MBE)法を用い
た結晶成長装置(以下「RS−MBE装置」という。)
の構造を示す。In FIG. 1, as an example of a growth apparatus for growing a ZnO-based crystal structure forming a semiconductor element, a crystal growth apparatus using a radical source molecular beam epitaxy (RS-MBE) method (hereinafter referred to as "RS-MBE" It is called a device.)
Shows the structure of.
【0024】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。The RS-MBE apparatus A includes a chamber 1 in which crystal growth is performed, and a vacuum pump P that keeps the chamber 1 in an ultrahigh vacuum state.
【0025】チャンバ1は、Znを蒸発させるためのZ
n用ポート11と、Gaを蒸発させるためのGa用ポー
ト21と、Oラジカルを照射するためのOラジカルポー
ト31と、Nラジカルを照射するためのNラジカルポー
ト41とを含む。The chamber 1 contains Z for evaporating Zn.
It includes a port 11 for n, a port 21 for Ga for evaporating Ga, an O radical port 31 for irradiating O radicals, and an N radical port 41 for irradiating N radicals.
【0026】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。The Zn port 11 is provided with a Knudsen cell (hereinafter referred to as K cell) 17 for containing and heating and evaporating a Zn (purity 7N) raw material 15 and a shutter S 1 .
【0027】Ga用ポート21は、Ga原料25を収容
するとともに加熱、蒸発させるKセル27とシャッタS
2とを備えるOラジカルポート31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(13.5
6MHz)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33とシャッタS3とが設けられている。The Ga port 21 accommodates the Ga raw material 25 and heats and evaporates the K cell 27 and the shutter S.
The O radical port 31 provided with 2 introduces oxygen gas, which is a raw material gas, into the electrodeless discharge tube, and the high frequency (13.5
The O radical generated by using 6 MHz) is ejected into the MBE chamber 1. An orifice 33 and a shutter S 3 are provided for the beam of O radicals.
【0028】Nラジカルポート41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(13.5
6MHz)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S4が設けられている。The N radical port 41 introduces nitrogen gas, which is a raw material gas, into the electrodeless discharge tube to generate high frequency (13.5).
N radicals generated by using 6 MHz) are ejected into the MBE chamber 1. A shutter S 4 is provided for the beam of N radicals.
【0029】ラジカルポート31、41の構造は、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。The structure of the radical ports 31 and 41 is such that the induction coil is wound outside the discharge tube provided inside the outer shield tube.
【0030】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。Inside the chamber 1, there are provided a substrate holder 3 for holding a sapphire substrate S which is a base for crystal growth, and a heater 3a for heating the substrate holder 3.
【0031】サファイヤ基板Sの温度はヒーターに設置
された熱電対5によって間接的に測定可能である。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。The temperature of the sapphire substrate S can be indirectly measured by the thermocouple 5 installed in the heater. The position of the substrate holder 3 can be moved by a manipulator 7 using a bellows.
【0032】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(RHE
ED装置)のガン51とRHEED装置のスクリーン5
5とを含む。RHEED装置のガン51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。The chamber 1 is a reflection electron beam diffractometer (RHE) provided for monitoring the grown crystal layer.
ED device) gun 51 and RHEED device screen 5
Including 5 and. Using the gun 51 of the RHEED device and the screen 55 of the RHEED device, the growth can be performed while monitoring the state of crystal growth (growth amount, quality of the grown crystal layer) in the MBE device A.
【0033】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。The temperature of crystal growth, the thickness of the crystal growth film, the degree of vacuum in the chamber, etc. are appropriately controlled by the controller C.
【0034】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。The process of growing ZnO on the sapphire substrate S will be described in detail below.
【0035】結晶成長はRS−MBE法によりシャッタ
ーS1からS4までを適宜開閉することにより行う。Crystal growth is performed by appropriately opening and closing shutters S 1 to S 4 by the RS-MBE method.
【0036】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。As a method for generating a radical source, the RF-MBE method using RF is used. 13.
O 2 radicals are generated by introducing O 2 which is a raw material gas into the electrodeless discharge tube by using a high frequency of 56 MHz. By blowing O radicals into the MBE chamber 1 in a high vacuum state, an O radical beam is formed. A ZnO thin film is grown by simultaneously irradiating the sapphire substrate S with the O radical beam and the Zn beam from the K cell.
【0037】図2は、本実施の形態による半導体素子の
構造を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment.
【0038】以下に、図2に示される半導体素子を形成
するための工程について説明する。The steps for forming the semiconductor device shown in FIG. 2 will be described below.
【0039】1)表面処理: (0001)面を有する
サファイヤ基板S表面を、110℃に加熱したH3P
O4:H2SO4=1:3の溶液中で60分ウェットエッ
チングした。1) Surface treatment: H 3 P obtained by heating the surface of the sapphire substrate S having a (0001) plane to 110 ° C.
Wet etching was performed for 60 minutes in a solution of O 4 : H 2 SO 4 = 1: 3.
【0040】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)に装着した。After performing the above surface treatment, the sapphire substrate S was mounted on the substrate holder 3 (FIG. 1).
【0041】基板温度600℃、酸素の流量を2scc
m、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。M
BE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。The substrate temperature is 600 ° C. and the oxygen flow rate is 2 sccc.
m and RF power of 150 W, the surface treatment was carried out by oxygen plasma for 1 hour in the MBE apparatus. M
The surface of the sapphire substrate S is cleaned by treating the surface of the sapphire substrate S in the BE device.
【0042】2)低温成長ZnOバッファ層成長: 上
記の基板表面処理の後、まずバッファ層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、4.0×10-7Torrであ
る。2) Low temperature growth ZnO buffer layer growth: After the above substrate surface treatment, the buffer layer 101 is grown first. Different from the growth condition of a normal single crystal ZnO substrate, the growth is performed at a low temperature and a Zn rich condition (low temperature growth ZnO substrate).
layer). The beam amount of Zn is 4.0 × 10 −7 Torr.
【0043】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。An O 2 RF plasma source is used as a supply source of the oxygen beam. Pure oxygen (purity 6N) gas is introduced into the O radical port 21, and is radicalized using a high frequency oscillation source.
【0044】ガスソースである酸素の流量は、チャンバ
内の酸素の分圧として流量2.0sccmにおいて5×
10-5Torr、RFパワーは300Wである。成長温
度は500℃で行った。尚、成長は、200℃から60
0℃の間で行うのが好ましい。The flow rate of oxygen as a gas source is 5 × as the partial pressure of oxygen in the chamber at a flow rate of 2.0 sccm.
10 -5 Torr, RF power is 300W. The growth temperature was 500 ° C. The growth is from 200 ° C to 60
It is preferably carried out between 0 ° C.
【0045】ZnOバッファ層101の厚みは、10n
mとした。尚、厚さは、10から100nmの範囲が好
ましい。The thickness of the ZnO buffer layer 101 is 10 n
m. The thickness is preferably in the range of 10 to 100 nm.
【0046】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。Here, the above-mentioned pressure value indicates the indicated value of the nude ion gauge attached at the substrate holder position (growth position).
【0047】3)平坦化処理: 低温成長ZnOバッフ
ァ層101を成長した後、ZnOバッファ層101の表
面の平坦化処理を行った。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600℃において10分
間の熱処理を行った。尚、熱処理時間は、2分間から6
0分間までの間の時間から選択される。3) Flattening treatment: After the low-temperature grown ZnO buffer layer 101 was grown, the surface of the ZnO buffer layer 101 was flattened. As the flattening treatment, heat treatment was performed at a high temperature for growing a single crystal, for example, 600 ° C. for 10 minutes. The heat treatment time is from 2 minutes to 6
Selected from times up to 0 minutes.
【0048】低い成長温度で成長を終えた低温成長Zn
O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
凹凸が観察される。低温成長ZnOバッファ層101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。Low-temperature-grown Zn that has finished growth at a low growth temperature
The O buffer layer 101 is a single crystal having a grain boundary, and it is considered that each grain is epitaxially grown so that each grain exhibits the same anisotropy. Irregularities are observed mainly due to the grain boundaries between the grains. It is considered that by performing the above heat treatment on the low-temperature grown ZnO buffer layer 101, the single crystal of each grain undergoes solid phase growth to increase the grain size and flatten the surface.
【0049】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Z
nOバッファ層の上に高温で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。Particularly when grown under a Zn-rich condition, the initial surface unevenness is smaller than when grown under an oxygen-rich condition, so that an excellent flat surface can be easily obtained by the flattening treatment. Low temperature growth Z with excellent planar surface
When the ZnO layer is grown on the nO buffer layer at a high temperature, a single crystal ZnO layer having good crystallinity can be easily obtained.
【0050】低温成長ZnOバッファ層101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、(AtomicFo
rceMicroscopy: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RHEE
D法による解析を行うと単結晶の特性を示す。The low temperature growth ZnO buffer layer 101, since the grain boundaries small grain size while still grown (as-grown) is observed, (A Tomic F o
rce M icroscopy: AFM) also appear as polycrystalline observation. However, X-ray diffraction and RHEE
The analysis by the D method shows the characteristics of the single crystal.
【0051】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101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。This phenomenon is observed in the growth of GaN or ZnO. It is considered that by subjecting the low-temperature grown ZnO buffer layer 101 to a high-temperature heat treatment, irregularities due to grain boundaries and the like grow like in the case of solid-phase growth, and the surface becomes flat. From the experience, even if an attempt is made to grow single crystal ZnO on an uneven ZnO surface, the crystallinity does not improve.
【0052】4)アンドープZnO単結晶層の成長:
次いで平坦化した低温成長ZnOバッファ層101上
に、アンドープのZnOの単結晶(高温成長ZnO単結
晶層)103を成長した。厚さは1μmである。4) Growth of undoped ZnO single crystal layer:
Then, an undoped ZnO single crystal (high temperature grown ZnO single crystal layer) 103 was grown on the flattened low temperature grown ZnO buffer layer 101. The thickness is 1 μm.
【0053】成長条件として、基板温度は、600℃で
ある。Kセルの温度は320℃である。この場合のZn
の蒸発速度は、1.6オングストローム/秒である。As a growth condition, the substrate temperature is 600 ° C. The temperature of the K cell is 320 ° C. Zn in this case
Has an evaporation rate of 1.6 Å / sec.
【0054】酸素の流量は、2.0sccmである。こ
の場合、酸素の分圧は5×10-5Torrである。RF
パワーは300Wである。The flow rate of oxygen is 2.0 sccm. In this case, the partial pressure of oxygen is 5 × 10 −5 Torr. RF
The power is 300W.
【0055】尚、高温成長ZnO単結晶層103の成長
条件としては、600℃から800℃の間の温度で、1
μm程度成長する。The growth conditions for the high temperature grown ZnO single crystal layer 103 are as follows: a temperature between 600 ° C. and 800 ° C.
Grow about μm.
【0056】低温成長ZnOバッファ層101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アンドープのZnO単結晶層10
3を成長することにより、アンドープのZnO単結晶層
103の結晶性が向上した。A low temperature grown ZnO buffer layer 101 is provided,
Moreover, after the surface is flattened, a high temperature growth undoped ZnO single crystal layer 10 is grown thereon at a high growth temperature.
By growing No. 3, the crystallinity of the undoped ZnO single crystal layer 103 was improved.
【0057】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
成長アンドープZnO単結晶層103は、結晶欠陥が非
常に少ない。従来の結晶成長方法によって成長したZn
O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。When many crystal defects are introduced into the ZnO crystal, strong n-type conductivity is exhibited even in the state where no impurities are introduced. The high-temperature grown undoped ZnO single crystal layer 103 grown using the above crystal growth method has very few crystal defects. Zn grown by conventional crystal growth method
It is also possible to realize ZnO exhibiting p-type conductivity, which was difficult with an O single crystal. It is considered that since the crystal defects that form the non-radiative centers are significantly reduced, the luminous efficiency is also extremely high.
【0058】5)p型ZnO単結晶層の成長: 次に、
p型ZnO単結晶層107を成長した。5) Growth of p-type ZnO single crystal layer:
A p-type ZnO single crystal layer 107 was grown.
【0059】p型ZnO単結晶層107の成長条件は、
上記のアンドープZnO単結晶層103の成長条件とほ
ぼ同様である。The growth conditions for the p-type ZnO single crystal layer 107 are as follows:
The growth conditions for the undoped ZnO single crystal layer 103 are almost the same.
【0060】但し、結晶成長は550℃で行った。尚、
成長温度としては、500℃から700℃の範囲が好ま
しい。However, the crystal growth was performed at 550.degree. still,
The growth temperature is preferably in the range of 500 ° C to 700 ° C.
【0061】ドーパントとして、通常はn型ZnO用の
ドーパントであるGaに加えて、Nを用いた。GaのK
セル温度は、600℃である。ZnO結晶の成長中に、
Nプラズマをチャンバ内に導入してNをドーピングし
た。Nプラズマを発生させる際のN2ガスの流量は0.
1sccm、RFパワー300Wである。膜厚は1μm
である。As a dopant, N was used in addition to Ga which is usually a dopant for n-type ZnO. Ga K
The cell temperature is 600 ° C. During the growth of ZnO crystals,
N plasma was introduced into the chamber to dope N. The flow rate of N 2 gas when generating N plasma is 0.
It is 1 sccm and RF power is 300 W. Film thickness is 1 μm
Is.
【0062】成長したp型ZnO単結晶107に関して
ホール測定による評価を行った。実際にp型の導電性を
示すことが確認された。抵抗率は1.78Ωcmであ
る。p型不純物濃度は、5.47×1017cm-3であ
る。The grown p-type ZnO single crystal 107 was evaluated by hole measurement. It was confirmed that p-type conductivity was actually exhibited. The resistivity is 1.78 Ωcm. The p-type impurity concentration is 5.47 × 10 17 cm −3 .
【0063】結晶成長条件を最適化することにより、よ
り高い不純物濃度、例えば1019cm-3程度の不純物濃
度のp型ZnO単結晶層が得られるものと期待される。It is expected that by optimizing the crystal growth conditions, a p-type ZnO single crystal layer having a higher impurity concentration, for example, an impurity concentration of about 10 19 cm -3 can be obtained.
【0064】6)オーミック電極の形成: 次いで、p
型ZnO単結晶層107の上に、電極を形成する工程に
ついて説明する。6) Formation of ohmic electrode: Then, p
A process of forming an electrode on the type ZnO single crystal layer 107 will be described.
【0065】まず、p型ZnO単結晶層107まで成長
した後に、サファイヤ基板SをMBEチャンバ1(図
1)から取り出す。蒸着用のマスクパターンを形成した
後、サファイヤ基板Sを蒸着装置内に取り付ける。First, after growing up to the p-type ZnO single crystal layer 107, the sapphire substrate S is taken out from the MBE chamber 1 (FIG. 1). After forming the mask pattern for vapor deposition, the sapphire substrate S is mounted in the vapor deposition apparatus.
【0066】蒸着装置内において、p型ZnO単結晶の
上に、第1金属層108aとしてNiを70Åの厚さで
蒸着する。次いで、第2金属層108bとしてAuを3
500Å形成する。所定距離だけ離れた位置に複数のN
i/Au電極108が形成される。In the vapor deposition apparatus, Ni is vapor-deposited as a first metal layer 108a with a thickness of 70Å on the p-type ZnO single crystal. Then, Au is used as the second metal layer 108b.
Form 500Å. Multiple N's at positions separated by a specified distance
The i / Au electrode 108 is formed.
【0067】蒸着装置内からNi/Au電極108が形
成された基板を取り出し、窒素雰囲気内において基板を
ランプ加熱により熱処理を施した。加熱温度は500
℃、加熱時間は20秒である。The substrate on which the Ni / Au electrode 108 was formed was taken out from the vapor deposition apparatus, and the substrate was heat-treated by lamp heating in a nitrogen atmosphere. Heating temperature is 500
C., heating time is 20 seconds.
【0068】なお、上記の電極材料として単独の材料、
例えばAuのみを用いることも可能である。A single material as the above electrode material,
For example, it is possible to use only Au.
【0069】熱処理を行う場合、加熱条件は、200℃
から600℃の範囲で行うことができる。300℃から
500℃の範囲が好適である。熱処理は、窒素
(N2)、アルゴン(Ar)、などの不活性ガスの雰囲
気下で行うことが望ましい。When heat treatment is performed, the heating condition is 200 ° C.
To 600 ° C. A range of 300 ° C to 500 ° C is preferred. The heat treatment is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen (N 2 ) or argon (Ar).
【0070】尚、ZnOを結晶材料としているため、大
気中や酸素ガス雰囲気下など、酸素ガスの存在下におい
て熱処理を行うことも可能である。酸素ガスの存在下に
おいて熱処理すれば、ZnO結晶からの酸素の解離が防
止できる。Since ZnO is used as the crystal material, it is possible to perform the heat treatment in the presence of oxygen gas, such as in the air or in an oxygen gas atmosphere. The heat treatment in the presence of oxygen gas can prevent the dissociation of oxygen from the ZnO crystal.
【0071】熱処理を行う場合の加熱時間は、1秒から
10分までの間である。実用的には、1秒から3分間、
好ましくは1分以内であることが好ましい。When the heat treatment is performed, the heating time is from 1 second to 10 minutes. Practically 1 to 3 minutes,
It is preferably within 1 minute.
【0072】図3に、上記の工程により形成されたp型
ZnO結晶層107上に形成されたNi/Au電極10
8の電気的特性を測定器109(図2)を用いて評価し
た結果を示す。In FIG. 3, the Ni / Au electrode 10 formed on the p-type ZnO crystal layer 107 formed by the above steps is shown.
The result of having evaluated the electric characteristics of No. 8 using the measuring device 109 (FIG. 2) is shown.
【0073】サファイヤ基板のサイズは、10mm×1
2mm程度である。このサファイヤ基板上に、5mmピ
ッチで縦方向及び横方向に整列した複数のNi/Au電
極108(図2)を形成した。The size of the sapphire substrate is 10 mm × 1
It is about 2 mm. On this sapphire substrate, a plurality of Ni / Au electrodes 108 (FIG. 2) aligned in the vertical and horizontal directions at a pitch of 5 mm were formed.
【0074】各電極のサイズは、φ0.1mmである。
これらの電極のうち、一対の電極を用いて電極間の電流
―電圧特性を評価した。図3は、この時に得られた電流
―電圧特性を示す。結果としてほぼリニアなオーミック
特性が得られた。The size of each electrode is φ0.1 mm.
Among these electrodes, a pair of electrodes was used to evaluate the current-voltage characteristics between the electrodes. FIG. 3 shows the current-voltage characteristics obtained at this time. As a result, almost linear ohmic characteristics were obtained.
【0075】またこの時に実測されたコンタクト抵抗の
値は、約3.3kΩ程度である。求められたコンタクト
抵抗率は、約1×10-2Ωcm2である。The value of the contact resistance measured at this time is about 3.3 kΩ. The obtained contact resistivity is about 1 × 10 -2 Ωcm 2 .
【0076】上述のように、p型ZnO単結晶層107
の成長条件を最適化することによりp型不純物濃度を高
くすれば、p型ZnO単結晶層107のシート抵抗がさ
らに低くなる。加えて、p型ZnO単結晶層107とN
i/Au電極108との間のコンタクト抵抗が一層低減
される。As described above, the p-type ZnO single crystal layer 107 is formed.
If the p-type impurity concentration is increased by optimizing the growth conditions of, the sheet resistance of the p-type ZnO single crystal layer 107 is further reduced. In addition, the p-type ZnO single crystal layer 107 and N
The contact resistance with the i / Au electrode 108 is further reduced.
【0077】上記の本発明の第1の実施の形態による半
導体素子においては、p型ZnO単結晶用のオーミック
電極としてNi/Auの2層の積層構造を用いたが、電
極形成後の熱処理によって、Ni/Auの電極構造は渾
然一体の合金膜を形成していても良く、積層構造が維持
されていても良い。渾然一体となった合金膜とは、p型
ZnO系単結晶や熱処理時の雰囲気ガスと反応して、こ
れらを一部構成要素に含む合金膜を含んでいても良い。
例えば、積層構造が、何らかの要因(例えば熱処理時に
加えられた熱エネルギー)によって一方拡散又は相互拡
散し、積層構造としての秩序性を失っている場合も含ま
れる。In the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention described above, the Ni / Au two-layer laminated structure is used as the ohmic electrode for the p-type ZnO single crystal. The Ni / Au electrode structure may form a completely integrated alloy film, or the laminated structure may be maintained. The completely integrated alloy film may include an alloy film that partially reacts with a p-type ZnO-based single crystal or an atmospheric gas during heat treatment.
For example, the case where the laminated structure is diffused or interdiffused by some factor (for example, thermal energy applied during the heat treatment) and loses the order as the laminated structure is also included.
【0078】また、上述のように、p型ZnO単結晶上
のオーミック電極材料としては、Rh/Au、Pt/R
h、Pd/Au、Pt/Au、Ni/Rh、Ni/P
t、Ni/Pd、Ni/Ir、Ir/Au、Ir/R
h、Ir/Pdの積層構造に熱処理を行ったものなども
用いることができる。As described above, as the ohmic electrode material on the p-type ZnO single crystal, Rh / Au and Pt / R are used.
h, Pd / Au, Pt / Au, Ni / Rh, Ni / P
t, Ni / Pd, Ni / Ir, Ir / Au, Ir / R
It is also possible to use a layered structure of h and Ir / Pd which is heat-treated.
【0079】また、上記の第1領域の電極材料中に、次
に挙げる金属材料をドープすることもできる。例えば、
III族化合物、V族化合物であるB、Al、Ga、I
n、Y、P、As、Sb、Bi、V、Nb、Taなどが
挙げられる。The electrode material in the first region may be doped with the following metal materials. For example,
Group III compounds, Group V compounds B, Al, Ga, I
Examples thereof include n, Y, P, As, Sb, Bi, V, Nb and Ta.
【0080】上記のような電極を用いた構造も、本発明
の範囲に入るものとする。The structure using the electrodes as described above is also within the scope of the present invention.
【0081】さらに、反射率の高い金属材料として、A
gやAlを用いることもできる。Further, as a metal material having a high reflectance, A
It is also possible to use g or Al.
【0082】p型ZnO系単結晶用のオーミック電極
は、p型ZnO系単結晶層の上に、例えばNi/Au等
の電極が接触していれば良い。The ohmic electrode for the p-type ZnO-based single crystal has only to be in contact with an electrode of Ni / Au or the like on the p-type ZnO-based single crystal layer.
【0083】オーミック電極の形態が、例えば、層状、
島状、合金など、いずれの形態を有していても良い。特
に、熱処理後には、オーミック電極は、島状や合金のよ
うな形態になっている場合が多い。実際には、各電極材
料の膜厚自体も正確には定義しにくくなる。The form of the ohmic electrode is, for example, a layer form,
It may have any shape such as an island shape or an alloy. In particular, after heat treatment, the ohmic electrode is often in the form of an island or an alloy. In reality, it is difficult to accurately define the film thickness itself of each electrode material.
【0084】量産性等も考慮に入れると、発明者が行っ
た実験の範囲内において最も好適なプロセス条件は、N
iを200Å程度蒸着し、その後にAuを3000Å程
度蒸着し、その後に熱処理を行った場合である。Considering mass productivity and the like, the most preferable process condition within the range of the experiment conducted by the inventor is N
This is a case where i is vapor-deposited at about 200 Å, Au is vapor-deposited at about 3000 Å, and then heat treatment is performed.
【0085】必要に応じて、熱処理前又は熱処理後に、
ボンディングパッド用の金属材料としてTi又はW等の
金属材料を介してAuなどの金属材料を形成する構造を
用いることもできる。If necessary, before or after the heat treatment,
A structure in which a metal material such as Au is formed via a metal material such as Ti or W can be used as the metal material for the bonding pad.
【0086】熱処理前に上記の金属材料(Ti/Au又
はW/Au)を堆積した場合には、その後に行われる熱
処理により、ボンディングパッド用の金属材料とオーミ
ック電極材料とが相互に拡散し、さらに複雑な合金を形
成することも考えられる。When the above metal material (Ti / Au or W / Au) is deposited before the heat treatment, the heat treatment performed thereafter causes the metal material for the bonding pad and the ohmic electrode material to diffuse into each other, It is also conceivable to form more complex alloys.
【0087】本明細書においては、p型ZnO系単結晶
に接する材料(例えば上記の実施の形態におけるNi)
を第1金属層と称し、その上に形成される金属材料を第
2金属層と称する。In the present specification, a material in contact with the p-type ZnO-based single crystal (for example, Ni in the above-mentioned embodiment).
Is referred to as a first metal layer, and the metal material formed thereon is referred to as a second metal layer.
【0088】第1金属層は、それを構成する金属材料が
p型ZnO系単結晶層と直接接触している。従って、オ
ーミック電極を形成する場合において、第1金属層がオ
ーミック特性等に最も重要な役割を果たす。The metal material of the first metal layer is in direct contact with the p-type ZnO based single crystal layer. Therefore, when forming the ohmic electrode, the first metal layer plays the most important role for the ohmic characteristics and the like.
【0089】但し、上述のように、第1層目の金属材料
は、実際には層状の形態を有するものに限られない。例
えば、蒸着機中において第1層目の金属材料を蒸着する
場合に、その予定される膜厚が薄い場合には、必ずしも
金属材料が、ZnO表面の全面にわたって層状に堆積す
るわけではない。むしろ、金属材料がアイランド状に形
成される場合が多い。However, as described above, the metal material of the first layer is not limited to one having a layered form in practice. For example, when the first layer metal material is vapor-deposited in the vapor deposition machine and the expected film thickness is thin, the metal material is not necessarily deposited in layers over the entire surface of the ZnO. Rather, the metal material is often formed in an island shape.
【0090】第一層目の金属材料の厚みは薄いことが重
要で、仕事関数の大きな金属材料と高いホールキャリア
密度のp型−ZnO層とを接触させて、トンネル的な働
きでオーミック接触が形成されるものと推定している。It is important that the thickness of the metal material of the first layer is thin. When the metal material having a large work function is brought into contact with the p-type ZnO layer having a high hole carrier density, ohmic contact is achieved by a tunnel-like function. It is estimated that it will be formed.
【0091】第1金属層として薄い金属材料を用いる場
合には、実用上、第1金属層の上に、ある程度の厚みを
持った第2金属層が必要となる。第2金属層を形成する
金属材料がオーミック特性に与える影響は、第1金属層
を形成する金属材料に比べて大きくはない。但し、実際
上、上述の金属材料を用いることが好ましい。When a thin metal material is used as the first metal layer, the second metal layer having a certain thickness is required on the first metal layer for practical use. The influence of the metal material forming the second metal layer on the ohmic characteristics is not so large as that of the metal material forming the first metal layer. However, in practice, it is preferable to use the above-mentioned metal materials.
【0092】尚、p型ZnO単結晶上に、上記の第1金
属層を形成する金属材料と上記の第2金属層を形成する
金属材料との合金(Ni−Au合金など)を、例えばス
パッタリング法により堆積する方法も有効である。On the p-type ZnO single crystal, an alloy (Ni-Au alloy or the like) of the metal material forming the first metal layer and the metal material forming the second metal layer is sputtered, for example. The method of depositing by the method is also effective.
【0093】上述の実施例では、ZnO系単結晶を成長
している途中で、GaとNとの共ドープする方法によ
り、p型ZnO系単結晶を形成した。In the above-mentioned embodiment, the p-type ZnO-based single crystal was formed by the method of codoping with Ga and N while growing the ZnO-based single crystal.
【0094】その他、以下に説明する方法を用いて、p
型ZnO単結晶とほぼ同等の特性を有するp型ZnO系
単結晶を形成することができる。In addition, using the method described below, p
It is possible to form a p-type ZnO-based single crystal having substantially the same characteristics as the p-type ZnO single crystal.
【0095】p型ZnO系単結晶の成長に用いた結晶成
長装置は、上記のRS−MBE装置(図1)と同様の装
置である。但し、図1におけるGa用ポート21中にG
aの代わりにTeを入れる。Teの純度は6Nである。
RS−MBE装置は、原料Te(25)を収容するとと
もにTeを加熱蒸発させるKセル27とシャッタS2を
備えている。MBE装置内に取り付けられたRHEED
ガン51とRHEEDスクリーン55とを用いて、MB
E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。The crystal growth apparatus used for growing the p-type ZnO-based single crystal is the same as the above RS-MBE apparatus (FIG. 1). However, in the Ga port 21 in FIG.
Put Te in place of a. The purity of Te is 6N.
The RS-MBE device is provided with a K cell 27 for containing the raw material Te (25) and heating and evaporating Te, and a shutter S 2 . RHEED installed in MBE device
MB using the gun 51 and RHEED screen 55
E The growth can be performed while monitoring the state of crystal growth (growth amount, quality of grown crystal layer) in the apparatus A.
【0096】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。The temperature of crystal growth, the thickness of the crystal growth film, the degree of vacuum in the chamber, etc. are appropriately controlled by the controller C.
【0097】以下に、ZnO基板上に、p型ZnO系単
結晶層を成長する工程について説明する。The process of growing a p-type ZnO based single crystal layer on a ZnO substrate will be described below.
【0098】結晶成長は全てMBE法により行う。All crystal growth is performed by the MBE method.
【0099】Znのビーム量は、1.0×10-7Tor
rであり、Teのビーム量は5.0×10-7Torrで
ある。The beam amount of Zn is 1.0 × 10 −7 Tor.
The beam amount of Te is 5.0 × 10 −7 Torr.
【0100】酸素ビームの供給源としては、OのRFプ
ラズマソースが用いられる。Oラジカルポート31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。As an oxygen beam supply source, an O 2 RF plasma source is used. Pure oxygen (purity 6N) gas is introduced into the O radical port 31, and is radicalized using a high frequency oscillation source.
【0101】窒素ビームの供給源としては、NのRFプ
ラズマソースが用いられる。Nラジカルポート41に純
窒素(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。An N RF plasma source is used as the supply source of the nitrogen beam. Pure nitrogen (purity 6N) gas is introduced into the N radical port 41, and is radicalized using a high frequency oscillation source.
【0102】ガスソースである酸素、窒素のポート3
1,41内の圧力は、各々、酸素(流量2sccm)が
5×10-5Torr、窒素(流量0.03sccm)が
2×10-6Torrである。成長温度は600℃であ
る。Port 3 for oxygen and nitrogen gas sources
The pressure in 1, 41 is 5 × 10 −5 Torr for oxygen (flow rate 2 sccm) and 2 × 10 −6 Torr for nitrogen (flow rate 0.03 sccm), respectively. The growth temperature is 600 ° C.
【0103】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。Here, the above-mentioned pressure value indicates the indicated value of the nude ion gauge attached to the substrate holder position (growth position).
【0104】また、上記のガスソースの流量としては、
sccmの単位を用いたが、これは、周知のように25
℃、1気圧での流量を示したものである。The flow rate of the gas source is as follows.
The unit of sccm was used, which is 25 as well known.
It shows the flow rate at 1 ° C and ° C.
【0105】図4は、ZnO結晶を成長するための2通
りの成長プロセス((a)及び(b))を、シャッタS
1からS4の開閉シーケンスにより示したものである。FIG. 4 shows two growth processes ((a) and (b)) for growing a ZnO crystal using a shutter S.
This is shown by the opening / closing sequence from 1 to S 4 .
【0106】図4(a)は、2通りの成長プロセスのう
ちの、第1の成長プロセスを示すものである。時間t1
に、ZnのシャッターS1とOのシャッターS3とを開
く。Zn元素とO元素とが基板100表面上に飛来し、
ZnO結晶層が成長する。Zn供給量、O供給量等の成
長パラメータを制御することによりZnO結晶が分子層
単位で成長する。FIG. 4A shows the first growth process of the two growth processes. Time t 1
Then, the Zn shutter S 1 and the O shutter S 3 are opened. Zn element and O element fly over the surface of the substrate 100,
A ZnO crystal layer grows. By controlling the growth parameters such as the supply amount of Zn and the supply amount of O, ZnO crystals grow in a molecular layer unit.
【0107】なお、本明細書で1分子層とは、Znの1
原子層とOの1原子層とで構成される結晶単位を意味す
る。10分子層の結晶が成長するまでシャッターS1、
S3を開く。In this specification, one molecular layer means one of Zn.
It means a crystal unit composed of an atomic layer and one atomic layer of O. Shutter S 1 until crystal of 10 molecular layers grows,
Open S 3 .
【0108】時間t2においてOのシャッターS3を閉じ
て、時間t3までの間、Znのみを供給する。Zn供給
の結果、アンドープのZnO層101a最表面にZnの
終端面が形成される。過剰のZnを脱離するために、t
3からt4までの間、全てのシャッターを閉じる。時間t
4において、TeのシャッターS2とNのシャッターS 4
を開にして、Znの終端面上にTeとNとを供給する。
Zn終端面とTe、Nが結合することにより、Nがドー
ピングされたZnTe層が1分子層成長する。Time t2At shutter S of O3Close
Time t3Until then, only Zn is supplied. Zn supply
As a result, Zn on the outermost surface of the undoped ZnO layer 101a
A termination surface is formed. In order to eliminate excess Zn, t
3To tFourUntil then, close all shutters. Time t
FourAt Te, shutter S2And N shutter S Four
Is opened to supply Te and N onto the Zn termination surface.
By combining the Zn termination surface with Te and N, N
The pinned ZnTe layer grows by one molecular layer.
【0109】尚、時刻t4で、ZnTe層のRHEED
パターンは、(2×1)でありTeリッチの状態を示
す。At time t 4 , RHEED of the ZnTe layer
The pattern is (2 × 1) and represents a Te-rich state.
【0110】t5からt6までの間、全てのシャッターを
閉じ、余分の原子を脱離、排気する。その後、再びZn
のシャッターS1を開け、ZnTeの終端面の修正を行
う。Teリッチになっている表面を、Znリッチの表面
に変える。これにより、表面のモホロジー及び極性の改
善を行う。From t 5 to t 6 , all shutters are closed, excess atoms are desorbed and exhausted. Then Zn again
Then, the shutter S 1 is opened and the ZnTe end surface is corrected. The Te-rich surface is changed to a Zn-rich surface. This improves the surface morphology and polarity.
【0111】次に、OのシャッターS3を開にして
(t7)、再び、ZnOを成長する。この状態は、時刻
t1の状態と同等である。以上の工程を30回繰り返
す。Next, the shutter S 3 for O is opened (t 7 ), and ZnO is grown again. This state is equivalent to the state at time t 1 . The above process is repeated 30 times.
【0112】以上の工程を経ることにより、p型ZnO
系単結晶を成長することができる。Through the above steps, p-type ZnO
A system single crystal can be grown.
【0113】図4(b)には、第二の成長プロセスを示
す。成長プロセスの概略を以下に示す。FIG. 4B shows the second growth process. The outline of the growth process is shown below.
【0114】ZnのシャッターS1を開き、基板上にZ
n元素を継続的に供給した状態にする。 時間t2でO
のシャッターS3を開き、O元素を供給して積極的には
不純物ドーピングされていないZnOを成長する。The shutter S 1 of Zn is opened, and Z is placed on the substrate.
The n element is continuously supplied. O at time t 2
The shutter S 3 is opened to supply O element to grow ZnO which is not impurity-doped positively.
【0115】次いで、時間t2でOのシャッターS3を閉
じてO元素の供給を停止した後、時間t4でTeのシャ
ッターS2とNのシャッターS4を開き、Te元素とN元
素とを供給してNがドーピングされたZnTe層を成長
する。Next, at time t 2 , the shutter S 3 for O is closed to stop the supply of O element, and then at time t 4 , the shutter S 2 for Te and the shutter S 4 for N are opened to remove Te element and N element. To grow a ZnTe layer doped with N.
【0116】時間t5からt6までの間、シャッターS3
とS4を閉じ、ZnTeの終端面の修正を行う。During the time t 5 to t 6 , the shutter S 3
And S 4 are closed, and the ZnTe termination surface is corrected.
【0117】次に、OのシャッターS3を開にして
(t7)、再び、ZnOを成長する。この状態は、時刻
t1の状態と同等である。以上の工程を30回繰り返
す。Next, the shutter S 3 for O is opened (t 7 ), and ZnO is grown again. This state is equivalent to the state at time t 1 . The above process is repeated 30 times.
【0118】尚、ZnOバッファ層101を設ける場合
には、予め基板100上にZnとOとを供給し、所望厚
のZnO層を成長した後、上記のプロセスを行う。When the ZnO buffer layer 101 is provided, Zn and O are supplied in advance on the substrate 100 to grow a ZnO layer having a desired thickness, and then the above process is performed.
【0119】以上の2工程のいずれかを経た後に形成さ
れるp型ZnO系単結晶層は、ZnOが10分子層に対
してZnTeが1分子層の割合で積層されたものであ
る。積層された超格子層のバンドギャップはZnOとほ
ぼ同じである。ZnTeは、Nを不純物としてドーピン
グすることでp型の導電性を示す。NドープのZnTe
層からのNの不純物拡散およびホールの移動は、ZnO
層のうち10分子層にわたって生じる。The p-type ZnO-based single crystal layer formed after passing through either of the above two steps is one in which ZnTe is laminated at a ratio of 10 molecular layers to ZnTe at one molecular layer. The band gap of the stacked superlattice layers is almost the same as that of ZnO. ZnTe exhibits p-type conductivity when doped with N as an impurity. N-doped ZnTe
The diffusion of N impurities from the layer and the migration of holes are
It occurs over 10 of the layers.
【0120】このようにして成長したZnO/ZnTe
超格子層は、全体としてp型の導電層としての性質を示
す。ZnO / ZnTe grown in this way
The superlattice layer exhibits a property as a p-type conductive layer as a whole.
【0121】ZnTeの厚さは1分子層にとどめた。臨
界膜厚以下の厚さであり、成長層中で発生する歪を小さ
く抑えることができる。成長層の表面モホロジーを良好
にすることができる。The thickness of ZnTe was limited to one molecular layer. Since the thickness is the critical film thickness or less, the strain generated in the growth layer can be suppressed to be small. The surface morphology of the growth layer can be improved.
【0122】ZnTeへのNの流量を、上記の成長条件
において0.05ccm以下にすると、ZnTe中への
Nのドーピング量は、1×1020cm-3以下に抑えられ
る。When the flow rate of N into ZnTe is set to 0.05 ccm or less under the above growth conditions, the amount of N doping in ZnTe is suppressed to 1 × 10 20 cm -3 or less.
【0123】好ましくは、拡散等によりZnOにドーピ
ングされているN濃度は、ZnTeにドーピングされて
いるNのドーピング濃度よりも低く抑えられる。Preferably, the concentration of N doped in ZnO is suppressed to be lower than the concentration of N doped in ZnTe by diffusion or the like.
【0124】上記のp型ZnO系単結晶層の製造技術及
びp型系ZnO単結晶に対するオーミック電極の形成技
術を用いて、p−n接合を有するダイオードを作成する
ことができる。A diode having a pn junction can be produced by using the above-described technique for manufacturing a p-type ZnO single crystal layer and technique for forming an ohmic electrode for a p-type ZnO single crystal.
【0125】ZnO系単結晶を用いてp−n接合を有す
るダイオードを形成するために、上述の工程1)から工
程6)までのうち、工程4)の高温成長ノンドープZn
O単結晶層を成長する工程と、5)のp型ZnO単結晶
層を形成する工程との間に、n型ZnO単結晶層を形成
する工程を行う。高温成長ノンドープZnO単結晶層の
代わりにn型ZnO単結晶を成長しても良い。Gaポー
ト21を用いてZnO単結晶の成長中に、n型不純物の
ドーパントとして用いられるGaをドーピングする。In order to form a diode having a pn junction by using a ZnO-based single crystal, among the above steps 1) to 6), the high temperature grown non-doped Zn of step 4) is used.
A step of forming an n-type ZnO single crystal layer is performed between the step of growing the O single crystal layer and the step 5) of forming the p-type ZnO single crystal layer. An n-type ZnO single crystal may be grown instead of the high temperature growth non-doped ZnO single crystal layer. Ga used as a dopant for an n-type impurity is doped during growth of a ZnO single crystal using the Ga port 21.
【0126】形成されたn型ZnO単結晶層は、厚さ1
μmである。Gaのドープ量は、1×1018cm-3であ
る。The formed n-type ZnO single crystal layer has a thickness of 1
μm. The doping amount of Ga is 1 × 10 18 cm −3 .
【0127】n型ZnO単結晶層上に、p型ZnO単結
晶層を形成する。A p-type ZnO single crystal layer is formed on the n-type ZnO single crystal layer.
【0128】結晶成長終了後、液相エッチング法又は気
相エッチング法により、p型ZnO単結晶層をエッチン
グして、n型ZnO単結晶層の表面を露出する。After the crystal growth is completed, the p-type ZnO single crystal layer is etched by the liquid phase etching method or the vapor phase etching method to expose the surface of the n-type ZnO single crystal layer.
【0129】露出されたn型ZnO単結晶層の表面上
に、例えばAlなどの材料を用いて第1電極を形成す
る。A first electrode is formed on the exposed surface of the n-type ZnO single crystal layer by using a material such as Al.
【0130】その後に上述の6)の工程と同様の工程に
より、例えば、Ni/Auなどの材料を用いて第2電極
を形成する。After that, the second electrode is formed by using a material such as Ni / Au by the same step as the above step 6).
【0131】上記の工程により、ZnO単結晶を用いた
p−n接合ダイオードが形成される。Through the above steps, a pn junction diode using ZnO single crystal is formed.
【0132】上記構造において、第1電極に対し第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単結晶層中に注入された少数キ
ャリア(電子)とp型ZnO単結晶層中の多数キャリア
(正孔)とが発光性再結合する。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発生する。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。In the above structure, when a positive voltage is applied to the second electrode with respect to the first electrode, a forward current flows in the pn junction. The minority carriers (electrons) injected into the p-type ZnO single crystal layer and the majority carriers (holes) in the p-type ZnO single crystal layer undergo radiative recombination. Upon recombination of electrons and holes, light with energy approximately equal to the energy gap of the forbidden band is generated. That is, it converts electrical energy into light energy.
【0133】上記のp−n接合ダイオード構造を用いて
光半導体素子を作る。An optical semiconductor device is manufactured using the above pn junction diode structure.
【0134】本発明の第2の実施の形態による半導体素
子(光半導体素子)について説明する。A semiconductor element (optical semiconductor element) according to the second embodiment of the present invention will be described.
【0135】図5に、p型ZnO単結晶層とn型ZnO
単結晶層とのp−n接合を用いたLED(Light
Emitting Diode)の断面構造を示す。FIG. 5 shows a p-type ZnO single crystal layer and an n-type ZnO.
LED using a p-n junction between the single crystal layer (L ight
Shows a cross-sectional structure of E mitting D iode).
【0136】図5に示すLEDは、サファイヤ基板30
1と、その上に低温成長された厚さ10nm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の高温成長ノンドープZnO単結晶層
307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3
11と、その上に形成された厚さ100nmのNとGa
とを共ドープした上述のp型のZnO系単結晶層315
とを含む。The LED shown in FIG. 5 is a sapphire substrate 30.
1, a low-temperature grown non-doped ZnO buffer layer 305 having a thickness of 10 nm grown thereon, a high-temperature grown non-doped ZnO single crystal layer 307 having a thickness of 1 μm grown thereon, and a non-doped ZnO single crystal layer 307 grown thereon. 1 μm thick n-type (Ga
Dope: 1 × 10 18 cm −3 ) High-temperature grown ZnO single crystal layer 3
11 and N and Ga having a thickness of 100 nm formed thereon.
And p-type ZnO-based single crystal layer 315 co-doped with
Including and
【0137】n型ZnO単結晶層311は、Alからな
る第1電極321とコンタクトされている。The n-type ZnO single crystal layer 311 is in contact with the first electrode 321 made of Al.
【0138】尚、n型ZnO層を形成するためには、G
a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。In order to form the n-type ZnO layer, G
Instead of a, other Group 3 element such as Al may be doped.
【0139】共ドープ(N、Ga)により形成されたp
型ZnO系単結晶層315は島状に加工されている。P formed by co-doping (N, Ga)
The ZnO-based single crystal layer 315 is processed into an island shape.
【0140】島状に加工されたp型ZnO単結晶層31
5は、例えばSi3N4からなる絶縁膜318により被覆
される。p型ZnO単結晶層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。Island-shaped p-type ZnO single crystal layer 31
5 is covered with an insulating film 318 made of, for example, Si 3 N 4 . On the upper surface of the p-type ZnO single crystal layer 315, for example, a substantially circular opening is formed through the insulating film 318.
【0141】p型ZnO単結晶層315の上面周辺部上
に、リング状の第2電極325(第1金属層325a
(Ni)と第2金属層325b(Au))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。A ring-shaped second electrode 325 (first metal layer 325a) is formed on the peripheral portion of the upper surface of the p-type ZnO single crystal layer 315.
(Ni) and the second metal layer 325b (Au)) are formed. At least a part of the lower surface of the ring-shaped second electrode contacts the peripheral portion of the upper surface of the p-type ZnO layer 315.
The radially outer portion of the ring-shaped second electrode 235 has a structure in which it rides on the insulating film 318.
【0142】上記の構造において、第1電極321に対
し第2電極325(325a、325b)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単結晶層315中に注入された少数キャリア
(電子)とp型ZnO単結晶層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、ZnOの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開口327から出射する。
出射光の波長は約370nmである。In the above structure, when a positive voltage is applied to the second electrode 325 (325a, 325b) with respect to the first electrode 321, a forward current flows in the pn junction. p
The minority carriers (electrons) injected into the p-type ZnO single crystal layer 315 and the majority carriers (holes) in the p-type ZnO single crystal layer 315 recombine luminescently. Upon recombination of electrons and holes, light having an energy equal to the energy gap of the band gap of ZnO is emitted from the opening 327.
The wavelength of the emitted light is about 370 nm.
【0143】図6は、本発明の第2の実施の形態による
半導体素子の第1の変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a first modification of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【0144】図6(a)は、ZnO/NドープのZnT
eからなる超格子を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接合ダイオー
ドを含むLED(Light Emitting Di
ode)の構造を示す断面図である。FIG. 6A shows ZnO / N-doped ZnT.
using a superlattice consisting of e as a p-type semiconductor, LED comprising a p-n junction diode using a ZnO and Ga-doped as an n-type semiconductor (L ight E mitting D i
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of (ode).
【0145】図6(b)は、ZnO/ZnTeからなる
超格子構造を示す断面図である。FIG. 6B is a sectional view showing a superlattice structure made of ZnO / ZnTe.
【0146】図6(a)に示すように、LEDは、サフ
ァイヤ基板301と、その上に低温成長された厚さ10
nmのノンドープのZnOバッファ層305と、その上
に成長された厚さ1μmの高温成長ノンドープZnO単
結晶層307と、その上に成長され厚さ1μmのn型
(Gaドープ:1×1018cm-3)ZnO層311と、
その上に形成された30層のZnOとZnTe(N)と
が交互に積層された超格子層316(総厚として約10
0nm)とを含む。As shown in FIG. 6A, the LED comprises a sapphire substrate 301 and a low-temperature grown sapphire substrate 301 with a thickness of 10.
nm non-doped ZnO buffer layer 305, a high-temperature grown non-doped ZnO single crystal layer 307 having a thickness of 1 μm grown thereon, and an n-type (Ga-doped: 1 × 10 18 cm) grown thereon having a thickness of 1 μm. -3 ) a ZnO layer 311 and
A superlattice layer 316 in which 30 layers of ZnO and ZnTe (N) formed thereon are alternately laminated (total thickness is about 10
0 nm).
【0147】図6(b)に示すように、共ドープp型Z
nO単結晶315(図5)の代わりに、p型ZnO系単
結晶層として超格子層が用いられる。n型ZnO層31
1上にアンドープのZnO層とNドープのZnTe層と
の超格子層316が用いられている。As shown in FIG. 6B, co-doped p-type Z
A superlattice layer is used as the p-type ZnO-based single crystal layer instead of the nO single crystal 315 (FIG. 5). n-type ZnO layer 31
On top of this, a superlattice layer 316 of an undoped ZnO layer and an N-doped ZnTe layer is used.
【0148】超格子層316は、ZnO層331a、3
31b、・・・331zと、ZnTe層333a、33
3b、・・・、333zとの交互積層で形成される。Z
nO層331a、331b、・・・331Zの各々は、
たとえば10分子層であり、ZnTe層333a、33
3b、・・・333zの各々は、たとえば1分子層であ
る。The superlattice layer 316 is composed of ZnO layers 331a, 331a and
31b, ... 331z and ZnTe layers 333a, 33
3b, ..., 333z are alternately laminated. Z
Each of the nO layers 331a, 331b, ... 331Z is
For example, it has 10 molecular layers, and ZnTe layers 333a, 33
Each of 3b, ..., 333z is, for example, one molecular layer.
【0149】超格子層316の総厚は、たとえば100
nm程度である。ZnOが10分子層に対してZnTe
が1分子層の割合で積層される。積層された超格子層の
バンドギャップはZnOとほぼ同じである。ZnTe
は、Nを不純物としてドーピングすることでp型の導電
性を示す。Nの不純物拡散およびホールの移動がNドー
プのZnTe層からZnO層へZnO層10分子層にわ
たって生じる。The total thickness of superlattice layer 316 is, for example, 100.
It is about nm. ZnO for 10 molecular layers is ZnTe
Are laminated at a ratio of one molecular layer. The band gap of the stacked superlattice layers is almost the same as that of ZnO. ZnTe
Shows p-type conductivity by being doped with N as an impurity. N diffusion of impurities and migration of holes occur from the N-doped ZnTe layer to the ZnO layer over the ZnO layer 10 molecular layer.
【0150】p型の導電性を示すZnO/ZnTe超格
子層の上に、上記第1の実施の形態によるp型ZnO単
結晶用オーミック電極と同様の方法により、例えば、N
i/Auからなる電極を形成することにより、p型Zn
O/ZnTe超格子層に対してオーミック接合を得るこ
とができる。On the ZnO / ZnTe superlattice layer exhibiting p-type conductivity, the same method as that for the ohmic electrode for p-type ZnO single crystal according to the first embodiment is used, for example, N
By forming an electrode composed of i / Au, p-type Zn
An ohmic junction can be obtained for the O / ZnTe superlattice layer.
【0151】n型ZnO層311(図6(a))は、第
1電極321(Al)とコンタクトされている。The n-type ZnO layer 311 (FIG. 6A) is in contact with the first electrode 321 (Al).
【0152】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。In order to form the n-type ZnO layer, other Group 3 element such as Al may be doped instead of Ga.
【0153】超格子層316は島状に加工されている。
島状に加工された超格子層316は、例えばSiNから
なる絶縁膜318によりその外側部が被覆される。絶縁
膜318のうち超格子層316の上部表面には、例えば
略円形の開口が形成される。島状に加工された超格子層
316のうち少なくともその側面は、絶縁膜318によ
り被覆保護される。The superlattice layer 316 is processed into an island shape.
The outer portion of the island-shaped superlattice layer 316 is covered with an insulating film 318 made of SiN, for example. On the upper surface of the superlattice layer 316 of the insulating film 318, for example, a substantially circular opening is formed. At least the side surface of the island-shaped superlattice layer 316 is covered and protected by the insulating film 318.
【0154】超格子層316の周辺部には、開口を有す
る例えばリング状の第2電極325(325a、325
b)が形成される。リング状の第2電極は、その内周側
の下面が超格子層316の上部表面の周辺部と接触す
る。第2電極のうちその外周部は、絶縁膜318上に乗
り上げた構造となっている。In the periphery of the superlattice layer 316, for example, a ring-shaped second electrode 325 (325a, 325a) having openings is formed.
b) is formed. The lower surface of the ring-shaped second electrode on the inner peripheral side is in contact with the peripheral portion of the upper surface of the superlattice layer 316. The outer peripheral portion of the second electrode has a structure of riding on the insulating film 318.
【0155】上記構造において、第1電極321に対し
第2電極325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型の超格子層316中に注
入された少数キャリア(電子)とp型の超格子層316
中の多数キャリア(正孔)とが発光性再結合する。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。In the above structure, when a positive voltage is applied to the second electrode 325 with respect to the first electrode 321, a forward current flows in the pn junction. Minority carriers (electrons) injected into the p-type superlattice layer 316 and the p-type superlattice layer 316
The majority carriers (holes) therein undergo radiative recombination. Upon recombination of electrons and holes, light with an energy approximately equal to the energy band gap is emitted from the aperture. That is, it converts electrical energy into light energy.
【0156】図7に第2の実施の形態による半導体装置
(LED)の第2の変形例を示す。FIG. 7 shows a second modification of the semiconductor device (LED) according to the second embodiment.
【0157】図7に示すLEDは、サファイヤ基板40
1と、その上に低温成長された厚さ10nmのノンドー
プの低温成長ZnOバッファ層405と、その上に成長
された厚さ1μmの高温成長ノンドープZnO単結晶層
407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4
11と、その上に形成された厚さ100nmのNとGa
とを共ドープしたp型ZnO系単結晶層415とを含
む。The LED shown in FIG. 7 is a sapphire substrate 40.
1, a low-temperature grown non-doped low-temperature-grown ZnO buffer layer 405 having a thickness of 10 nm, a high-temperature grown non-doped ZnO single-crystal layer 407 having a thickness of 1 μm grown on the low-temperature grown ZnO buffer layer 405, 1 μm thick n-type (Ga
Dope: 1 × 10 18 cm −3 ) High temperature growth ZnO single crystal layer 4
11 and N and Ga having a thickness of 100 nm formed thereon.
And a p-type ZnO-based single crystal layer 415 co-doped with and.
【0158】n型ZnO単結晶層411は、Alからな
る第1電極421とコンタクトされている。The n-type ZnO single crystal layer 411 is in contact with the first electrode 421 made of Al.
【0159】尚、n型ZnO層を形成するためには、G
a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。In order to form the n-type ZnO layer, G
Instead of a, other Group 3 element such as Al may be doped.
【0160】共ドープ(N、Ga)により形成されたp
型ZnO系単結晶層415は、島状に加工されている。P formed by co-doping (N, Ga)
The ZnO-based single crystal layer 415 is processed into an island shape.
【0161】島状に加工されたp型ZnO系単結晶層4
15は、例えばSi3N4からなる絶縁膜418により被
覆される。p型ZnO単結晶層415の上部表面には、
例えば略円形の開口が絶縁膜418を貫通して形成され
る。Island-shaped p-type ZnO-based single crystal layer 4
15 is covered with an insulating film 418 made of, for example, Si 3 N 4 . On the upper surface of the p-type ZnO single crystal layer 415,
For example, a substantially circular opening is formed through the insulating film 418.
【0162】p型ZnO系単結晶層415の表面上に、
第2電極425(第1金属層425a、例えばNi、第
2金属層425b、例えばAu)が形成される。第2電
極425は、その下面の少なくとも一部がp型ZnO系
単結晶層415の表面と接触する。リング状に形成され
た第2電極425(425a、425b)の径方向外方
の部分は、絶縁膜418上に乗り上げた構造となってい
る。第2電極425(425a、425b)は、例え
ば、Ni/Auの電極構造を有している。On the surface of the p-type ZnO-based single crystal layer 415,
A second electrode 425 (first metal layer 425a, eg Ni, second metal layer 425b, eg Au) is formed. At least a part of the lower surface of the second electrode 425 contacts the surface of the p-type ZnO-based single crystal layer 415. A radially outer portion of the ring-shaped second electrode 425 (425a, 425b) has a structure in which it is mounted on the insulating film 418. The second electrode 425 (425a, 425b) has, for example, a Ni / Au electrode structure.
【0163】第2電極425(425a、425b)の
上には、上記第2電極425(425a、425b)に
形成されている開口をも覆うように反射電極427が形
成されている。反射電極427は、例えばAl又はAg
のような反射率の高い金属材料により形成されている。A reflection electrode 427 is formed on the second electrode 425 (425a, 425b) so as to cover the opening formed in the second electrode 425 (425a, 425b). The reflective electrode 427 is, for example, Al or Ag.
Is formed of a metal material having high reflectance.
【0164】上記の構造において、第1電極421に対
し第2電極425(425a、425b)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系単結晶層415中に注入された少数キャリア
(電子)とp型ZnO系単結晶層415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発生する。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。In the above structure, when a positive voltage is applied to the second electrode 425 (425a, 425b) with respect to the first electrode 421, a forward current flows in the pn junction. p
The minority carriers (electrons) injected into the p-type ZnO-based single crystal layer 415 and the majority carriers (holes) in the p-type ZnO-based single crystal layer 415 recombine with light emission. Upon recombination of electrons and holes, light with energy approximately equal to the energy gap of the forbidden band is generated. That is, it converts electrical energy into light energy.
【0165】発生した光は、サファイヤ基板401を透
過する。サファイヤ基板401と逆側に出射される光
は、反射電極427により反射されて、最終的にサファ
イヤ基板401を透過する。サファイヤ基板401を透
過する光の波長は、約370nmである。The generated light passes through the sapphire substrate 401. The light emitted to the opposite side of the sapphire substrate 401 is reflected by the reflective electrode 427 and finally passes through the sapphire substrate 401. The wavelength of light transmitted through the sapphire substrate 401 is approximately 370 nm.
【0166】図8に、上記第2の実施の形態による半導
体装置(LED)の第3の変形例を示す。FIG. 8 shows a third modification of the semiconductor device (LED) according to the second embodiment.
【0167】図8に示すLEDは、フリップチップタイ
プのLEDである。The LED shown in FIG. 8 is a flip-chip type LED.
【0168】このフリップチップタイプのLEDは、図
5に示すLEDの構造と同様の構造を有している。This flip-chip type LED has a structure similar to that of the LED shown in FIG.
【0169】より詳細には、サファイヤ基板301と、
その上に低温成長された厚さ10nm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の高温成長ノンドープZnO単結晶層307
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、その上に形成された厚さ100nmのNとGaとを
共ドープした上述のp型ZnO系単結晶層315とを含
む。More specifically, the sapphire substrate 301,
Non-doped low-temperature-grown ZnO buffer layer 305 with a thickness of 10 nm grown at low temperature and high-temperature grown non-doped ZnO single crystal layer 307 with a thickness of 1 μm grown thereon.
And a 1 μm thick n-type (Ga-doped: 1 × 10 18 cm −3 ) high-temperature-grown ZnO single crystal layer 311 grown thereon.
And a 100-nm-thick p-type ZnO-based single crystal layer 315 co-doped with N and Ga formed thereon.
【0170】n型ZnO単結晶層311は、Alからな
る第1電極321とコンタクトされている。The n-type ZnO single crystal layer 311 is in contact with the first electrode 321 made of Al.
【0171】共ドープ(N、Ga)により形成されたp
型ZnO系単結晶層315は島状に加工されている。P formed by co-doping (N, Ga)
The ZnO-based single crystal layer 315 is processed into an island shape.
【0172】p型ZnO系単結晶層315の一部領域上
に、第2電極325(325a、325b)が形成され
る。第2電極325(325a、325b)は、例え
ば、Ni/Auの電極構造を有している。サファイヤ基
板301の裏面に、例えばAlやAgなどの反射率の高
い金属材料よりなる反射電極331が形成されている。The second electrode 325 (325a, 325b) is formed on a partial region of the p-type ZnO-based single crystal layer 315. The second electrode 325 (325a, 325b) has, for example, a Ni / Au electrode structure. On the back surface of the sapphire substrate 301, a reflective electrode 331 made of a metal material having a high reflectance such as Al or Ag is formed.
【0173】上記の構造を有するLEDのサファイヤ基
板301の裏面(反射電極331が形成されている側)
を上にして、別途用意されているガラス基板341上に
搭載する。The back surface of the sapphire substrate 301 of the LED having the above structure (the side on which the reflective electrode 331 is formed)
On the glass substrate 341 prepared separately.
【0174】より詳細には、ガラス基板341上の所定
の領域に、例えばTi/Auにより形成された第1及び
第2の配線パターン345a、345bが形成されてい
る。More specifically, first and second wiring patterns 345a and 345b made of, for example, Ti / Au are formed in a predetermined region on the glass substrate 341.
【0175】第1の配線パターン345aは、バンプ3
47を介して第1電極311と電気的に接続されてい
る。The first wiring pattern 345a has bumps 3
It is electrically connected to the first electrode 311 via 47.
【0176】第2の配線パターン345bは、第2電極
325(325a、325b)と直接電気的に接続され
ている。The second wiring pattern 345b is directly electrically connected to the second electrode 325 (325a, 325b).
【0177】上記の構造において、第1電極321に対
し第2電極325(325a、325b)にプラスの電
圧が印加されるように第1及び第2の配線パターン34
5a、345b間に電圧を印加すると、p−n接合に順
方向電流が流れる。p型ZnO系単結晶層315中に注
入された少数キャリア(電子)とp型ZnO系単結晶層
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、ZnOの禁制帯の
エネルギーギャップに等しいエネルギーを有する光が出
射し、ガラス基板341を透過する。ガラス基板341
と逆側に出射される光は、反射電極331により反射さ
れて、最終的にガラス基板341を透過する。ガラス基
板341を透過する光の波長は、約370nmである。In the above structure, the first and second wiring patterns 34 are applied so that a positive voltage is applied to the second electrode 325 (325a, 325b) with respect to the first electrode 321.
When a voltage is applied between 5a and 345b, a forward current flows in the pn junction. The minority carriers (electrons) injected into the p-type ZnO-based single crystal layer 315 and the majority carriers (holes) in the p-type ZnO-based single crystal layer 315 recombine with light emission. When the electrons and holes are recombined, light having an energy equal to the energy band gap of the ZnO forbidden band is emitted and transmitted through the glass substrate 341. Glass substrate 341
The light emitted to the opposite side is reflected by the reflective electrode 331 and finally passes through the glass substrate 341. The wavelength of light transmitted through the glass substrate 341 is approximately 370 nm.
【0178】尚、上記の本実施の形態においては、p型
ZnO系単結晶層とn型ZnO単結晶層との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系単結晶層とn型ZnO単結晶層とを
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単結晶層と組み合わせて、FE
T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。In the present embodiment described above, the LED has been described as an example of the semiconductor element utilizing the pn junction between the p-type ZnO single crystal layer and the n-type ZnO single crystal layer. It is also possible to form a laser element by combining a ZnO-based single crystal layer and an n-type ZnO single crystal layer. In addition, in combination with a p-type ZnO single crystal layer, FE
It goes without saying that it is also possible to manufacture electronic devices such as T and bipolar transistors, other optical devices, and semiconductor devices combining these.
【0179】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。Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these. Various crystal growth conditions and other process parameters can be selected. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【0180】[0180]
【発明の効果】p型ZnO系単結晶層に対して良好なオ
ーミック電極を有する半導体素子を形成することができ
る。EFFECTS OF THE INVENTION A semiconductor element having a good ohmic electrode can be formed on a p-type ZnO-based single crystal layer.
【0181】半導体素子を形成した場合に、動作電圧を
下げることができ、低消費電力化が可能となる。オーミ
ック電極に起因する寄生抵抗を低減できるため、半導体
素子における発熱の影響を抑えることができる。When a semiconductor element is formed, the operating voltage can be lowered and the power consumption can be reduced. Since the parasitic resistance due to the ohmic electrode can be reduced, the influence of heat generation in the semiconductor element can be suppressed.
【図1】 本発明の第1の実施の形態による半導体素子
に含まれる結晶構造を成長するためのMBE装置の概略
を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an MBE apparatus for growing a crystal structure included in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の第1の実施の形態による半導体素子
の構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の第1の実施の形態による半導体素子
の電流−電圧特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing current-voltage characteristics of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の第1の実施の形態の第1変形例によ
る半導体素子に含まれる結晶構造を成長するためのシャ
ッターのシーケンス方法を示すタイミングチャートであ
る。FIG. 4 is a timing chart showing a shutter sequence method for growing a crystal structure included in a semiconductor device according to a first modification of the first embodiment of the present invention.
【図5】 本発明の第2の実施の形態による半導体素子
であり、上記第1の実施の形態による半導体素子をLE
Dに適用した構造を示す断面図である。FIG. 5 is a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, in which the semiconductor device according to the first embodiment is LE
It is sectional drawing which shows the structure applied to D.
【図6】 本発明の第2の実施の形態による半導体素子
の第1変形例による結晶構造の断面図である。図6
(a)は全体の構造を示す断面図である。図6(b)は
超格子層の構造を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a crystal structure according to a first modification of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Figure 6
(A) is sectional drawing which shows the whole structure. FIG. 6B is a sectional view showing the structure of the superlattice layer.
【図7】 本発明の第2の実施の形態の第2変形例によ
る半導体素子をLEDに適用した構造を示す断面図であ
る。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a structure in which a semiconductor element according to a second modification of the second embodiment of the present invention is applied to an LED.
【図8】 本発明の第2の実施の形態の第3変形例によ
る半導体素子をLEDに適用した構造を示す断面図であ
る。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a structure in which a semiconductor device according to a third modification of the second embodiment of the present invention is applied to an LED.
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バッファ層(低温成長ZnOバッファ
層)
103 ZnO単結晶層(高温成長ZnO単結晶層)
105 n型ZnO系単結晶層
107 p型ZnO系単結晶層
108 電極
108a 第1金属層
108b 第2金属層
301 サファイヤ基板
305 ZnOバッファ層(低温成長ZnOバッファ
層)
307 アンドープZnO単結晶層(高温成長ZnO単
結晶層)
311 n型ZnO単結晶層(高温成長ZnO単結晶
層)
315 p型ZnO系単結晶層(高温成長ZnO単結晶
層)
318 絶縁膜
321 第1電極
325 第2電極A RS-MBE device C Control device P Vacuum pump S Substrate 1 Chamber 3 Substrate holder 3a Heater 5 Thermocouple 7 Manipulator 11 Zn port 15 Zn raw material 17 Knudsen cell 21 O radical port 31 N radical port 100 ZnO substrate 101 ZnO buffer layer (Low-temperature grown ZnO buffer layer) 103 ZnO single crystal layer (high-temperature grown ZnO single crystal layer) 105 n-type ZnO-based single crystal layer 107 p-type ZnO-based single crystal layer 108 electrode 108a first metal layer 108b second metal layer 301 sapphire Substrate 305 ZnO buffer layer (low temperature grown ZnO buffer layer) 307 Undoped ZnO single crystal layer (high temperature grown ZnO single crystal layer) 311 n-type ZnO single crystal layer (high temperature grown ZnO single crystal layer) 315 p type ZnO based single crystal layer ( High temperature growth ZnO single crystal layer) 318 Insulating film 32 1 1st electrode 325 2nd electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 弘之 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社 技術研究所 内 (72)発明者 森川 謙一 神奈川県横浜市青葉区荏田西1−3−1 スタンレー電気株式会社 技術研究所 内 (56)参考文献 特開2000−277534(JP,A) 国際公開00/16411(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroyuki Sato 1-3-1 Eda Nishi, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Stanley Electric Co., Ltd. Technical Research Institute (72) Inventor Kenichi Morikawa Nishi Eda, Aoba-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 1-3-1 Stanley Electric Co., Ltd. Technical Research Laboratory (56) Reference JP 2000-277534 (JP, A) International Publication 00/16411 (WO, A1) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7) , DB name) H01L 33/00 H01S 5/00-5/50
Claims (20)
t、Pdおよびこれらの合金の群から選択された少なく
とも1種を含む第1金属層と、前記第1金属層の上に形成される第2金属層を含み、 前記第1金属層がNiの場合は、前記第2金属層はA
u、Rh、Pt、Pd、Irのうち少なくとも一つを含
む金属層であり、 前記第1金属層がRhの場合は、前記第2金属層はAu
を含む金属層であり、 前記第1金属層がPtの場合は、前期第2金属層はR
h、Auのうち少なくとも一つを含む金属層であり、 前記第1金属層がPdの場合は、前記第2金属層はAu
を含む金属層であり、 前記第1金属層がIrの場合は、前記第2金属層はR
h、Au、Pdのうち少なくとも一つを含む金属層であ
る 半導体素子。1. A p-type ZnO-based single crystal layer, and Ni, Rh, P contacting the p-type ZnO-based single crystal layer.
a first metal layer containing at least one selected from the group consisting of t, Pd and alloys thereof, and a second metal layer formed on the first metal layer , wherein the first metal layer is made of Ni. In this case, the second metal layer is A
At least one of u, Rh, Pt, Pd, and Ir is included.
A metal-free layer, the first case the metal layer is Rh, the second metal layer is Au
A metal layer containing the case of the first metal layer is Pt, year second metal layer R
h, a metal layer comprising at least one of Au, the first case the metal layer is of Pd, the second metal layer is Au
A metal layer containing the case of the first metal layer is Ir, said second metal layer R
A metal layer containing at least one of h, Au, and Pd.
Semiconductor element that.
〜5.2eVの金属を含む第1金属層と、 前記第1金属層の上に形成される第2金属層であって、
前記第1金属層がNiの場合はAu、Rh、Pt、P
d、Irのうち少なくとも一つを含む金属層であり、前
記第1金属層がNi以外の金属の場合は、仕事関数が
4.9〜5.2eVであり、前記第1金属層を形成する
金属とは異なる金属の1種又はこれらの金属を含む合金
からなる金属層である第2金属層と、 前記第2金属層の上に形成され、その仕事関数が前記第
1金属層の仕事関数よりも低い金属からなる表面金属層
とを含む半導体素子。2. A p-type ZnO-based single crystal layer is in contact with the p-type ZnO-based single crystal layer and has a work function of 4.9.
A first metal layer containing a metal of about 5.2 eV, and a second metal layer formed on the first metal layer,
When the first metal layer is Ni, Au, Rh, Pt, P
When the first metal layer is a metal layer containing at least one of d and Ir, and the first metal layer is a metal other than Ni, the work function is 4.9 to 5.2 eV and forms the first metal layer. A second metal layer which is a metal layer composed of one kind of metal different from the metal or an alloy containing these metals; and a work function formed on the second metal layer, the work function of which is the work function of the first metal layer. And a surface metal layer made of a lower metal than the semiconductor element.
も高い反射率を有する請求項2記載の半導体素子。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the surface metal layer has a reflectance higher than that of the second metal layer.
合金、若しくはAl又はAlを含む合金を含む請求項2
記載の半導体素子。4. The surface metal layer contains Ag, an alloy containing Ag, or Al or an alloy containing Al.
The semiconductor device described.
は、 Ni、Au、C、Pdのうちから選択される元素又はこ
れらの元素を含む化合物又は合金を含む請求項2から4
までのいずれかに記載の半導体素子。5. The metal having a work function of around 5.0 eV includes an element selected from Ni, Au, C and Pd, or a compound or alloy containing these elements.
The semiconductor device according to any one of 1 to 3 above.
の層状又は高さが50nm以下の島状の領域である請求
項1から5までのいずれかに記載の半導体素子。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal layer is a layered region having a thickness of 50 nm or less or an island region having a height of 50 nm or less.
金属層がAuである請求項1から6までのいずれかに記
載の半導体素子。7. The first metal layer is Ni, and the second metal layer is Ni.
The semiconductor element according to claim 1, wherein the metal layer is Au.
融状態である請求項1から7までのいずれかに記載の半
導体素子。8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal layer and the second metal layer are in a solid fusion state.
ZnTe層とが交互に積層された積層構造であって、少
なくとも前記ZnTe層にはNがドーピングされている
請求項1から8までのいずれかに記載の半導体素子。9. The p-type ZnO-based single crystal has a laminated structure in which ZnO layers and ZnTe layers are alternately laminated, and at least the ZnTe layers are N-doped. The semiconductor element according to any one of 1.
物とn型不純物とが共ドーピングされている請求項1か
ら8までのいずれかに記載の半導体素子。10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type ZnO-based single crystal is co-doped with a p-type impurity and an n-type impurity.
不純物はGaである請求項10記載の半導体素子。11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the p-type impurity is N and the n-type impurity is Ga.
層を準備する工程と、 前記p型ZnO系単結晶層の表面上に、Ni、Rh、P
t、Pdおよびこれらの合金の群から選択された少なく
とも1種を含む第1金属層を形成する工程と、前記第1金属層の上に、第2金属層を形成する工程を含
み、 前記第1金属層がNiの場合は、前記第2金属層はA
u、Rh、Pt、Pd、Irのうち少なくとも一つを含
む金属層で形成する工程であり、 前記第1金属層がRhの場合は、前記第2金属層はAu
を含む金属層で形成する工程であり、 前記第1金属層がPtの場合は、前期第2金属層はR
h、Auのうち少なくとも一つを含む金属層で形成する
工程であり、 前記第1金属層がPdの場合は、前記第2金属層はAu
を含む金属層で形成する工程であり、 前記第1金属層がIrの場合は、前記第2金属層はR
h、Au、Pdのうち少なくとも一つを含む金属層で形
成する工程である 半導体素子の製造方法。12. A step of preparing a p-type ZnO-based single crystal layer having an exposed surface, and Ni, Rh, P on the surface of the p-type ZnO-based single crystal layer.
t, Pd, and a step of forming a first metal layer containing at least one selected from the group of these alloys, and a step of forming a second metal layer on the first metal layer.
If the first metal layer is Ni, the second metal layer is A
At least one of u, Rh, Pt, Pd, and Ir is included.
A step of forming in metal-free layer, the first case the metal layer is Rh, the second metal layer is Au
And the first metal layer is Pt, the second metal layer is R.
It is formed of a metal layer containing at least one of h and Au.
A step, wherein if the first metal layer is of Pd, the second metal layer is Au
And the second metal layer is R when the first metal layer is Ir.
Formed by a metal layer containing at least one of h, Au, and Pd
A method of manufacturing a semiconductor element, which is a step of forming .
層を準備する工程と、 前記p型ZnO系単結晶層の表面上に、仕事関数が4.
9〜5.2eVの金属を含む第1金属層を形成する工程
と、 前記第1金属層の上に第2金属層を形成する工程とを含
み、 前記第2金属層は、前記第1金属層がNiの場合はA
u、Rh、Pdのうち少なくとも一つを含む金属層であ
り、前記第1金属層がNi以外の金属の場合は、仕事関
数が4.9〜5.2eVであり、仕事関数が前記第1金
属層の仕事関数よりも低い金属であって前記第1金属層
を形成する金属とは異なる金属又はこれらの金属を含む
合金からなる金属層である半導体素子の製造方法。13. A step of preparing a p-type ZnO-based single crystal layer having an exposed surface, and a work function of 4. on the surface of the p-type ZnO-based single crystal layer.
A step of forming a first metal layer containing a metal of 9 to 5.2 eV; and a step of forming a second metal layer on the first metal layer, wherein the second metal layer is the first metal A when the layer is Ni
When the first metal layer is a metal layer containing at least one of u, Rh, and Pd, and the first metal layer is a metal other than Ni, the work function is 4.9 to 5.2 eV, and the work function is the first layer. A method of manufacturing a semiconductor element, which is a metal layer having a work function lower than that of the metal layer and different from the metal forming the first metal layer or an alloy containing these metals.
程の後に、熱処理を行う工程を含む請求項12又は13
に記載の半導体素子の製造方法。14. The method according to claim 12, further comprising a step of performing heat treatment after the step of forming the first and second metal layers.
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.
第2導電型ZnO系単結晶層を含む第1半導体層と、 前記第1導電型又は第2導電型ZnO系単結晶層上に形
成され、前記第1導電型又は第2導電型ZnO系単結晶
層と逆の導電型を有する第2半導体層と、 前記第1半導体層又は前記第2半導体層のうちp型の半
導体層に接触し、Ni、Rh、Pt、Pdおよびこれら
の合金の群から選択された少なくとも1種を含む第1金
属層と、前記第1金属層の上に形成される第2金属層を含み、 前記第1金属層がNiの場合は、前記第2金属層はA
u、Rh、Pt、Pd、Irのうち少なくとも一つを含
む金属層であり、 前記第1金属層がRhの場合は、前記第2金属層はAu
を含む金属層であり、 前記第1金属層がPtの場合は、前期第2金属層はR
h、Auのうち少なくと も一つを含む金属層であり、 前記第1金属層がPdの場合は、前記第2金属層はAu
を含む金属層であり、 前記第1金属層がIrの場合は、前記第2金属層はR
h、Au、Pdのうち少なくとも一つを含む金属層であ
る 半導体素子。15. A first semiconductor including a substrate, a ZnO-based buffer layer formed on the substrate, and a first-conductivity-type or second-conductivity-type ZnO-based single crystal layer formed on the ZnO-based buffer layer. A second semiconductor layer formed on the first conductivity type or the second conductivity type ZnO-based single crystal layer and having a conductivity type opposite to that of the first conductivity type or the second conductivity type ZnO-based single crystal layer. A first metal layer which is in contact with a p-type semiconductor layer of the first semiconductor layer or the second semiconductor layer and contains at least one selected from the group consisting of Ni, Rh, Pt, Pd and alloys thereof. And a second metal layer formed on the first metal layer, wherein the second metal layer is A when the first metal layer is Ni.
At least one of u, Rh, Pt, Pd, and Ir is included.
A metal-free layer, the first case the metal layer is Rh, the second metal layer is Au
A metal layer containing the case of the first metal layer is Pt, year second metal layer R
h, a metal layer containing one to as least one of Au, the first case the metal layer is of Pd, the second metal layer is Au
A metal layer containing the case of the first metal layer is Ir, said second metal layer R
A metal layer containing at least one of h, Au, and Pd.
Semiconductor element that.
第2導電型ZnO系単結晶層のいずれかを含む第1半導
体層と、 前記第1導電型又は第2導電型ZnO系単結晶層上に形
成され、前記第1導電型又は第2導電型ZnO系単結晶
層と逆の導電型を有する第2半導体層とを含み、 前記第1半導体層又は前記第2半導体層のうちp型の半
導体層に接触し、仕事関数が4.9〜5.2eVの金属
を含む第1金属層と、 前記第1金属層の上に形成される第2金属層であって、
前記第1金属層がNiの場合はAu、Rh、Pt、P
d、Irのうち少なくとも一つを含む金属層であり、前
記第1金属層がNi以外の金属の場合は、仕事関数が
4.9〜5.2eVであり、前記第1金属層を形成する
金属とは異なる金属又はこれらの金属を含む合金の一種
からなる金属層である第2金属層と、 前記第2金属層の上に形成され、仕事関数が前記第1金
属層の仕事関数よりも低い金属からなる表面金属層とを
含む半導体素子。16. A substrate, a ZnO-based buffer layer formed on the substrate, and a ZnO-based single crystal layer of a first conductivity type or a second conductivity type formed on the ZnO-based buffer layer. A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and the first or second conductivity type ZnO-based single crystal layer and having a conductivity type opposite to that of the first or second conductivity type ZnO-based single crystal layer; A first metal layer including a semiconductor layer, being in contact with a p-type semiconductor layer of the first semiconductor layer or the second semiconductor layer, and including a metal having a work function of 4.9 to 5.2 eV; A second metal layer formed on the first metal layer,
When the first metal layer is Ni, Au, Rh, Pt, P
When the first metal layer is a metal layer containing at least one of d and Ir, and the first metal layer is a metal other than Ni, the work function is 4.9 to 5.2 eV and forms the first metal layer. A second metal layer, which is a metal layer made of a metal different from the metal or an alloy containing these metals, and a work function formed on the second metal layer and having a work function higher than that of the first metal layer. A semiconductor device including a surface metal layer made of a low metal.
結晶層と、 前記n型ZnO系単結晶層上に形成されたp型ZnO系
単結晶層と、 前記n型ZnO系単結晶層に接触する第1電極と、 前記p型ZnO系単結晶層に接触し、Ni、Rh、P
t、Pdおよびこれらの合金の群から選択された少なく
とも1種を含む第1金属層と、前記第1金属層の上に形
成される第2金属層とを含む第2電極と、 前記第1電極および又は前記第2電極に形成された開口
とを含み、前記第2金属層は、 前記第1金属層がNiの場合は、Au、Rh、Pt、P
d、Irのうち少なくとも一つを含む金属層であり、 前記第1金属層がRhの場合は、Auを含む金属層であ
り、 前記第1金属層がPtの場合は、Rh、Auのうち少な
くとも一つを含む金属層であり、 前記第1金属層がPdの場合は、Auを含む金属層であ
り、 前記第1金属層がIrの場合は、Rh、Au、Pdのう
ち少なくとも一つを含む金属層である光半導体素子。17. A substrate, a ZnO-based buffer layer formed on the substrate, an n-type ZnO-based single crystal layer formed on the ZnO-based buffer layer, and an n-type ZnO-based single crystal layer on the substrate. The formed p-type ZnO-based single crystal layer, the first electrode that contacts the n-type ZnO-based single crystal layer, and the p-type ZnO-based single crystal layer that contacts Ni, Rh, P
a second electrode including a first metal layer containing at least one selected from the group consisting of t, Pd and alloys thereof, and a second metal layer formed on the first metal layer; An electrode and / or an opening formed in the second electrode, wherein the second metal layer is Au, Rh, Pt, or P when the first metal layer is Ni.
a metal layer containing at least one of d and Ir, a metal layer containing Au when the first metal layer is Rh, and a metal layer containing Rh and Au when the first metal layer is Pt. When the first metal layer is Pd, it is a metal layer containing Au, and when the first metal layer is Ir, at least one of Rh, Au, and Pd. An optical semiconductor device which is a metal layer containing.
結晶層と、 前記n型ZnO系単結晶層上に形成されたp型ZnO系
単結晶層と、 前記n型ZnO系単結晶層に接触する第1電極と、 前記p型ZnO系単結晶層に接触し、仕事関数が4.9
〜5.2eVの金属を含む第1金属層と、前記第1金属
層の上に形成される第2金属層であって、前記第1金属
層がNiの場合はAu、Rh、Pt、Pd、Irのうち
少なくとも一つを含む金属層であり、前記第1金属層が
Ni以外の金属の場合は、仕事関数が4.9〜5.2e
Vであり、前記第1金属層を形成する金属とは異なる金
属又はこれらの金属を含む合金からなる金属層である第
2金属層と、前記第2金属層の上に形成され、仕事関数
が前記第1金属層の仕事関数よりも低い金属からなる表
面金属層とを含む第2電極と、 前記第1電極及び前記第2電極に形成された開口とを含
む光半導体素子。18. A substrate, a ZnO-based buffer layer formed on the substrate, an n-type ZnO-based single crystal layer formed on the ZnO-based buffer layer, and an n-type ZnO-based single crystal layer on the ZnO-based single crystal layer. The formed p-type ZnO-based single crystal layer, the first electrode that contacts the n-type ZnO-based single crystal layer, and the p-type ZnO-based single crystal layer that has a work function of 4.9.
A first metal layer containing a metal of ˜5.2 eV and a second metal layer formed on the first metal layer, wherein Au, Rh, Pt, Pd when the first metal layer is Ni. , Ir at least one of which is a metal layer, and the first metal layer is a metal other than Ni, the work function is 4.9 to 5.2e.
V, a second metal layer which is a metal layer made of a metal different from the metal forming the first metal layer or an alloy containing these metals, and a work function formed on the second metal layer. An optical semiconductor device comprising: a second electrode including a surface metal layer made of a metal having a work function lower than that of the first metal layer; and openings formed in the first electrode and the second electrode.
へ反射する反射電極が設けられている請求項17又は1
8に記載の光半導体素子。19. The substrate is a transparent substrate, and a reflective electrode for reflecting light emitted from the opening toward the substrate is provided on the opening.
8. The optical semiconductor device according to item 8.
基板に向けて進む光を反射する反射部が設けられるとと
もに、前記基板の表面側には、前記第1電極、前記第2
電極とそれぞれ電気的に接触する第1配線部、第2配線
部が形成された第2の透明基板が配置されている請求項
17又は18に記載の光半導体素子。20. Further, a reflecting portion for reflecting light traveling toward the substrate is provided on the back surface side of the substrate, and the first electrode and the second electrode are provided on the front surface side of the substrate.
The optical semiconductor element according to claim 17 or 18, wherein a second transparent substrate having a first wiring portion and a second wiring portion which are in electrical contact with the electrodes are arranged.
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