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結晶成長方法及び結晶成長装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P08A013463
整理番号 ShIP-5084
掲載日 2008年6月13日
出願番号 特願2005-364018
公開番号 特開2007-165805
登録番号 特許第4876242号
出願日 平成17年12月16日(2005.12.16)
公開日 平成19年6月28日(2007.6.28)
登録日 平成23年12月9日(2011.12.9)
発明者
  • 中村 篤志
  • 天明 二郎
  • 青木 徹
  • 田中 昭
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 結晶成長方法及び結晶成長装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】 抵抗率の制御が広いダイナミックレンジで可能なp型のZnO系化合物半導体材料の結晶成長方法及び結晶成長装置を提供する。
【解決手段】 反応容器11と、基板41を成長温度まで加熱する加熱手段21と、減圧された反応容器11中において、Zn元素の化合物ガスを含む1又は2以上のII族原料ガスを基板41の表面に、成長圧力で供給する原料ガス導入ライン13と、基板41の表面にイオンが到達しないようにして、II族原料ガスの導入と同時若しくは交互に、窒素原子ラジカル及び酸素原子ラジカルを、基板41の表面に、成長圧力で供給する中性ラジカル供給手段(12,15)とを備え、基板41の表面にp型ZnO系化合物半導体薄膜を成長する。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


化合物半導体の結晶成長においては、化学量論的組成(ストイキオメトリ)の制御が重要であるが、特にII-VI族間化合物半導体では、化学量論的組成の制御が難しく、例えばZnO系化合物半導体材料の場合、長い間、p型のZnOの実現はできないと言われていた時期があったが、最近になって、p型のZnOの結晶成長の報告例が出始めるようになった。しかしながら、ZnO系化合物半導体材料の結晶成長は、工業的な意味では未完成の段階にあり、特にp型のZnOの抵抗率や不純物密度(キャリア密度)の広いダイナミックレンジにおける制御は困難である。



ZnO系化合物半導体材料をp型とすることが困難な理由の1つはその酸素欠損にある。したがって、ZnOの酸素欠損を防止すれば、p型を実現することが可能となる。しかしながら、単に酸素(O2)ガスを含有する雰囲気下でZnO薄膜を成膜しただけでは、ZnOの酸素欠損を十分に防止することができず、n型となってしまう。例えば、ZnOの酸素欠損を防止するため及びp型アクセプタを導入するために、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを励起することにより得られる励起ガス雰囲気下でZnO薄膜を成膜することが検討されているが、実際、窒素を導入する方法で得られるZnOはn型であり、p型は実現されていない。



そこで、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いる代わりに、酸化窒素(N2O)ガスを用い、p型のZnOを実現する方法が提案されている(特許文献1参照。)。特許文献1の発明者らのグループが、その後報告した論文によれば、窒素(N2)ガスの流量に対する酸素(O2)ガスの流量比(N2/O2)が1の場合はp型のZnOは得られなかったと報告されている(非特許文献1参照。)。

【特許文献1】特開2001-68707号公報

【非特許文献1】グオ(Xin-Li Guo)ら、 オプチカル・マテリアルズ(Optical Materials)第19巻(2002年)p.229-233

産業上の利用分野


本発明はp型のMgxZn1-xO等のp型酸化亜鉛(ZnO)系化合物半導体材料の結晶成長方法及びその結晶成長方法を実現する結晶成長装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
1Pa以上の圧力に減圧された反応容器中で基板を成長温度まで加熱し、該成長温度に維持するステップと、
前記減圧された反応容器中で、少なくともZn元素の化合物ガスを含む1又は2以上のII族原料ガスを前記基板の表面に供給するステップと、
前記減圧された反応容器中で、プラズマ発生位置から前記基板の表面までの距離が、イオンの寿命距離がラジカルの寿命距離よりも短くなるように設定して、前記II族原料ガスの導入と同時若しくは交互に、窒素原子ラジカル及び酸素原子ラジカルを、前記基板の表面に供給するステップ
とを含み、前記圧力に減圧された気相中の反応を利用して、前記基板の表面にp型ZnO系化合物半導体薄膜を成長することを特徴とする結晶成長方法。

【請求項2】
前記窒素原子ラジカル及び前記酸素原子ラジカルが、窒素ガスと酸素ガスの混合ガスをプラズマ化して生成され、前記窒素原子ラジカル及び前記酸素原子ラジカルの生成部と前記基板の表面との間の距離が、前記イオンの寿命距離よりも長く、前記ラジカルの寿命距離よりも短く設定されていることを特徴とする請求項1に記載の結晶成長方法。

【請求項3】
基板を内部に収納し、該内部を減圧可能な反応容器と、
前記基板を成長温度まで加熱し、該成長温度に維持する加熱手段と、
1Pa以上の圧力に減圧された前記反応容器中において、少なくともZn元素の化合物ガスを含む1又は2以上のII族原料ガスを前記基板の表面に供給する原料ガス導入ラインと、
減圧された前記反応容器中において、プラズマ発生位置から前記基板の表面までの距離が、イオンの寿命距離がラジカルの寿命距離よりも短くなるように設定して、前記基板の表面に前記イオンが到達しないようにして、前記II族原料ガスの導入と同時若しくは交互に、窒素原子ラジカル及び酸素原子ラジカルを、前記基板の表面に供給する中性ラジカル供給手段
とを備え、前記圧力に減圧された気相中の反応を利用して、前記基板の表面にp型ZnO系化合物半導体薄膜を成長することを特徴とする結晶成長装置。

【請求項4】
前記中性ラジカル供給手段が、
前記反応容器の外部から前記反応容器の内部まで延在し、先端部が前記基板の表面に向かうプラズマガスラインと、
該プラズマガスラインの一部に備えられ、前記窒素原子ラジカル及び酸素原子ラジカルを生成するプラズマジェネレータ
とを備えることを特徴とする請求項3に記載の結晶成長装置。

【請求項5】
前記プラズマガスラインに窒素ガスと酸素ガスの混合ガスが導入され、前記プラズマジェネレータにより前記混合ガスをプラズマ化して、前記窒素原子ラジカル及び前記酸素原子ラジカルが生成されることを特徴とする請求項4に記載の結晶成長装置。

【請求項6】
前記プラズマジェネレータと前記基板の表面との間の距離が、前記イオンの寿命距離よりも長く、前記ラジカルの寿命距離よりも短く設定されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の結晶成長装置。
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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JP2005364018thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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