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薄膜及びp型酸化亜鉛薄膜製造方法と半導体デバイス

国内特許コード P05P003076
整理番号 U2003P206
掲載日 2005年8月19日
出願番号 特願2004-031194
公開番号 特開2005-223219
登録番号 特許第3834658号
出願日 平成16年2月6日(2004.2.6)
公開日 平成17年8月18日(2005.8.18)
登録日 平成18年8月4日(2006.8.4)
発明者
  • 川崎 雅司
  • 大友 明
  • 福村 知昭
  • 塚▲崎▼ 敦
  • 大谷 亮
出願人
  • 学校法人東北大学
発明の名称 薄膜及びp型酸化亜鉛薄膜製造方法と半導体デバイス
発明の概要

【課題】高い結晶性及び表面平坦性を実現すると共に、高濃度でドーパントをドーピングすることができる薄膜製造方法を提供する。
【解決手段】所定の第1温度において薄膜を成長させながらドーパントをドーピングする低温高ドープ層成長ステップと、薄膜の成長を中断し前記第1温度より高い所定の第2温度において薄膜をアニール処理するアニール処理ステップと、前記第2温度において薄膜を成長させる高温低ドープ層成長ステップとを含む。
【選択図】図3

従来技術、競合技術の概要


例えば紫外線発光素子などに用いられるIII-V族窒化物に継ぐ新しい薄膜材料として、酸化亜鉛が注目されている。このような酸化亜鉛薄膜には、高い結晶性及び表面平坦性が求められ、p型化を行うために窒素を高濃度でドーピングすることが要求される。しかしながら、高い結晶性及び表面平坦性を得るためには成長温度を高くする必要であり、高濃度にドーピングを行うためには成長温度を低くする必要がある。窒素は酸化亜鉛中でアクセプタとして活性化することが知られているが、酸化亜鉛薄膜の成長中に高濃度(100ppm程度)にドーピングを行うには、成長温度を下げなければならず、通常は500℃程度の成長温度でドーピングを行っていた。



本願発明者等による特開2000-277534号明細書「半導体デバイス」において、酸化亜鉛の格子定数と整合性の高い格子定数を持つ材料から成る基板上にパルスレーザ堆積法で酸化亜鉛薄膜を形成することにより、酸化亜鉛層の結晶性や電気特性をバルク単結晶に近づけた半導体デバイスが開示されている。しかしながらこの従来技術においても、結晶性が未だ完全ではないため、p型化には至っていなかった。



本願発明者等による特願2003-335898号明細書「半導体素子及びその製造方法」において、酸化亜鉛の格子定数と整合性の高い格子定数を持つ材料から成る基板上に堆積され、アニールされたバッファ層を用いることで、その上に堆積された酸化亜鉛層の結晶性、光学特性や電気特性がバルクに匹敵する単結晶薄膜が得られたことが示されている。しかしながらこの従来技術においても、p型化には至っていなかった。



他方において、従来薄膜を加熱する手段としては抵抗加熱ヒータが使用されていたが、本願発明者等による特開2000-87223号明細書「レーザ加熱装置」では、レーザ光を使用することにより、酸化雰囲気下での使用が可能になり、また絶縁性基板でも有効に加熱することができる加熱装置が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、薄膜製造方法に関し、特にp型酸化亜鉛薄膜製造方法に関する。本発明は、このような方法によって製造されたp型酸化亜鉛薄膜を具える半導体デバイスにも関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
p型酸化亜鉛薄膜製造方法であって、
所定の第1温度において酸化亜鉛薄膜を成長させながら窒素をドーピングする低温高ドープ層成長ステップと、
酸化亜鉛薄膜の成長を中断し前記第1温度より高い所定の第2温度において酸化亜鉛薄膜をアニール処理するアニール処理ステップと、
前記第2温度において酸化亜鉛薄膜を成長させる高温低ドープ層成長ステップとを含み、
前記第1温度が、前記低温高ドープ層成長ステップの最初の温度と最後の温度の相加平均値であり、前記第2温度が800℃であり、
前記低温高ドープ層成長ステップ、アニール処理ステップ、及び高温低ドープ層成長ステップを所定の回数繰り返すことを特徴とするp型酸化亜鉛薄膜製造方法。

【請求項2】
請求項1記載のp型酸化亜鉛薄膜製造方法において、前記第1温度から前記第2温度への加熱を、レーザ光を照射して行うことを特徴とするp型酸化亜鉛薄膜製造方法。

【請求項3】
請求項1記載のp型酸化亜鉛薄膜製造方法によって製造されたp型酸化亜鉛薄膜を具えることを特徴とする半導体デバイス。

【請求項4】
請求項3に記載の半導体デバイスにおいて、発光デバイスであることを特徴とする半導体デバイス。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004031194thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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