ＺｎＯ系化合物半導体素子
【課題】ＺｎＯ系化合物半導体素子においてｐ型層を形成するための新規な技術を提供する。
【解決手段】ＺｎＯ系化合物半導体素子は、基板と、基板上方に形成され、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層と、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層上に形成され、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層とを有する。
【解決手段】ＺｎＯ系化合物半導体素子は、基板と、基板上方に形成され、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層と、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層上に形成され、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＺｎＯ系化合物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、室温で３．３７ｅＶのバンドギャップエネルギーを持つ直接遷移型の半導体であり、励起子の結合エネルギーが６０ｍｅＶと他の半導体と比較して非常に大きい。この値は、室温のエネルギーである２５ｍｅＶに比べても十分に大きく、室温でも励起子が解離しないことから、励起子発光を用いた高効率な発光素子材料としての研究が進められている。
【０００３】
また、ＺｎＯは、現在広く普及しているＧａＮ系発光素子の屈折率２．４と比較して、屈折率が２．０と小さいため、発光素子を作製した場合の光取り出し効率がＧａＮ系発光素子より高くなるというメリットも有する。さらに、原材料自体が安価であるとともに、環境や人体への悪影響が少ないという特徴も有する。
【０００４】
ＺｎＯ系化合物半導体の伝導性制御について、特にｐ型化に関し、特許文献や論文による発表が数多くなされている（例えば特許文献１参照）。しかし、ＺｎＯ系化合物半導体のｐ型伝導性は、再現性や安定性を向上させることが難しい。
【０００５】
ＺｎＯのｐ型化の方法として、ＮとＴｅをコドーピングする方法が発表されている（非特許文献１参照）。非特許文献１は、ＭＢＥにより、ＺｎＯ基板上に成長され、ＮとＴｅがコドーピングされたＺｎＯ膜において、キャリア密度４×１０１６ｃｍ−３、抵抗率１３Ω・ｃｍのｐ型伝導性が得られたと報告している。
【０００６】
また、ＺｎＯ系化合物半導体を含有するｐ型ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体として、不純物ドーピングされていないＺｎＯ層と、ｐ型不純物であるＮがドーピングされたＺｎＴｅとを交互に積層した積層構造（アンドープＺｎＯ／ＺｎＴｅ：Ｎ交互積層構造）が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
ＮがドープされたＭｇＺｎＯ層のｐ型伝導性について、非特許文献２に説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９７４１０号公報
【特許文献２】特許第３４９２５５１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｅｘｐｒｅｓｓ ３ （２０１０） ０３１１０３
【非特許文献２】Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ９７， ０１３５０１ (２０１０)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一目的は、ＺｎＯ系化合物半導体素子においてｐ型層を形成するための新規な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、基板と、前記基板上方に形成され、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層と、前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層上に形成され、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層とを有するＺｎＯ系化合物半導体素子が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層の下に、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層を挿入することにより、ＺｎＯ系化合物半導体素子の電気的特性改善等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。
【図２】図２Ａは、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性であり、図２Ｂは、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤのＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。
【図３】図３Ａは、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図であり、図３Ｂは、交互層の概略断面図である。
【図４】図４は、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、第３実施例によるサンプルのＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。
【図６】図６は、第４実施例による発光素子の概略断面図である。
【図７】図７Ａは、第５実施例による発光素子の概略断面図であり、図７Ｂは、交互層の概略断面図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、変形例による活性層構造を示す概略断面図である。
【図９】図９は、ＭＢＥ装置の例を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。
【図１１】図１１Ａは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性であり、図１１Ｂは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤのＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。
【図１２】図１２Ａは、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図であり、図１２Ｂは、交互層の概略断面図である。
【図１３】図１３は、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、ＺｎＯ系化合物半導体層及びＺｎＴｅ系化合物半導体層の成長に用いられる結晶製造装置について説明する。結晶製造方法として、以下に説明する比較例や実施例では、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を用いる。ここで、ＺｎＯ系化合物半導体はＺｎとＯとを含む。ＺｎＴｅ系化合物半導体はＺｎとＴｅとを含む。
【００１５】
図９は、ＭＢＥ装置の例を示す概略断面図である。真空チャンバ１０１が、Ｚｎソースガン１０２、Ｍｇソースガン１０３、Ｔｅソースガン１０４、Ｏソースガン１０５、及び、Ｎソースガン１０６を備える。
【００１６】
Ｚｎソースガン１０２、Ｍｇソースガン１０３、Ｔｅソースガン１０４は、それぞれ、Ｚｎ固体ソース（例えば純度７Ｎ）、Ｍｇ固体ソース（例えば純度６Ｎ）、及びＴｅ固体ソース（例えば純度６Ｎ）を収容するクヌーセンセルを含み、Ｚｎビーム、Ｍｇビーム、Ｔｅビームを出射する。
【００１７】
Ｏソースガン１０５、Ｎソースガン１０６は、それぞれ、例えば１３．５６ＭＨｚのラジオ周波（ＲＦ）を用いた無電極放電管を含み、Ｏ２ガス（例えば純度６Ｎ）、Ｎ２ガス（例えば純度６Ｎ）をプラズマ化して、Ｏラジカルビーム、Ｎラジカルビームを出射する。
【００１８】
なお、Ｎ源は、Ｎ元素を含むものであればＮ２に限らない。Ｎ２の他、例えば、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２＋Ｏ２、ＮＨ３などの種々のＮ源を用いることも可能である。
【００１９】
真空チャンバ１０１内に、ヒータを含むステージ１０７が配置され、ステージ１０７が、基板１０８を保持する。基板１０８上に、所望のビームを供給することにより、所望の結晶層を成長させることができる。
【００２０】
本ＭＢＥ装置は、反射高速電子回折（ＲＨＥＥＤ）用のガン１０９、及びＲＨＥＥＤ像を映すスクリーン１１０を備える。ＲＨＥＥＤ像から、成長した結晶層の結晶性を評価できる。単結晶が２次元的に成長し表面が平坦である場合は、ＲＨＥＥＤ像がストリークパターンを示し、単結晶が３次元的に成長し表面が平坦でない場合は、ＲＨＥＥＤ像がスポットパターンを示す。
【００２１】
ＺｎＯにＭｇを添加することにより、バンドギャップを広げることができる。ただし、ＺｎＯはウルツ鉱構造（六方晶）で、ＭｇＯは岩塩構造（立方晶）であるため、Ｍｇ組成が高すぎると相分離を起こしてしまう。ＭｇＺｎＯのＭｇ組成をｘと明示したＭｇｘＺｎ１−ｘＯにおいて、Ｍｇ組成ｘは、ウルツ鉱構造を保つため０．６以下とするのが好ましい。ここで、Ｍｇ組成ｘ＝０も含めることにより、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯという表記に、Ｍｇの添加されていないＺｎＯも含める。
【００２２】
なお、ＺｎＯにＢｅ、Ｃａ等を添加することにより、バンドギャップを広げることもできる。必要に応じて、ＭＢＥ装置にＢｅソースガン、Ｃａソースガン等を追加することができる。
【００２３】
ＺｎＯに例えばＳ、Ｓｅ、Ｃｄ等を添加することにより、バンドギャップを狭めることができる。必要に応じて、ＭＢＥ装置にＳソースガン、Ｓｅソースガン、Ｃｄソースガン等を追加することができる。
【００２４】
ＺｎＯ系化合物半導体のｎ型伝導性は、ｎ型不純物を添加しなくても得ることができる。ｎ型キャリア濃度を高めるために、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等を添加することもできる。必要に応じて、ＭＢＥ装置にＡｌソースガン、Ｇａソースガン、Ｉｎソースガン等を追加することができる。
【００２５】
ＺｎＯ系化合物半導体のｐ型伝導性を得るために、Ｎ及びＴｅを同時に添加（ＮとＴｅをコドープ）することができる。
【００２６】
また、ＺｎＯ系化合物半導体を含有するｐ型ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体として、Ｎ及びＴｅがコドープされたＺｎＯ系化合物半導体層と、ＮがドープされたＺｎＴｅ系化合物半導体層とを交互に積層した積層構造を形成することができる。なお、上記［背景技術］の欄で説明した特許文献２記載の積層構造は、アンドープＺｎＯと、ＮがドープされたＺｎＴｅとを交互に積層した構造である。
【００２７】
ＺｎＯ系化合物半導体素子の作製に用いられる基板には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板、 サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、六方晶系ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ基板（０＜ｘ≦０．５）、立方晶系ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ基板（０．５＜ｘ≦１）、シリコン（Ｓｉ）基板などがある。
【００２８】
結晶性の良いＺｎＯ系半導体層を得るためには、格子不整合度の小さい基板ほど良く、特に好ましいのはＺｎＯ基板である。また発光素子を作製する場合は、基板が活性層からの放射光を吸収してしまうことで、素子からの放射光の取り出し効率が落ちてしまうのを抑制するために、ＺｎＯに比べてバンドギャップが大きいＭｇＺｎＯ基板を用いるのも好ましい。
【００２９】
基板は、＋ｃ面、−ｃ面、ａ面、ｍ面など種々の面を用いて、その上にＺｎＯ系化合物半導体層を成長させることができる。
【００３０】
さらに例えば、＋ｃ面基板について、ｍ方向やａ方向などにオフ角をつけた種々の基板を用いることもできる。
【００３１】
また、上記の基板上に、ＭｇＺｎＯ膜、ＺｎＯ膜、ＧａＮ膜などを厚さ１μｍ以上形成したテンプレートを用いても良い。
【００３２】
次に、第１比較例によるＺｎＯ系発光ダイオード（ＬＥＤ）について説明する。
【００３３】
図１０は、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。洗浄された＋ｃ面ＺｎＯ基板４１上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ緩衝層（バッファ層）４２を、およそ３０ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は３５０℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射した。次に、バッファ層４２を高品質化させるためにアニールを行った。例えば、アニール温度は９００℃で、アニール時間は２０分である。
【００３４】
次に、バッファ層４２の上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ層（活性層）４３を、およそ１００ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は９００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射した。
【００３５】
次に、アンドープＺｎＯ層４３上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、Ｎラジカルビーム、及びＴｅビームを同時照射して、ＮとＴｅがコドープされたＺｎＯ層（ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層）４４Ａを、およそ７０ｎｍ程度の厚さ形成した。
【００３６】
成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００３ｎｍ／ｓとして照射した。
【００３７】
ＺｎＯ基板４１の裏面上に厚さ５ｎｍのＴｉ層を堆積し、Ｔｉ層上に厚さ４００ｎｍのＡｌ層を堆積して、ｎ側電極４５ｎを形成した。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４Ａ上に厚さ１ｎｍのＮｉ層を堆積し、Ｎｉ層上に厚さ１０ｎｍのＡｕ層を堆積して、ｐ側透光性電極４５ｐを形成した。電極用の各金属層の堆積には、ＥＢ蒸着を用いた。この後、３００℃の酸素ガス雰囲気中で、電極の合金化処理を行った。合金処理時間は３０秒である。このようにして、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤを作成した。
【００３８】
次に、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの課題について説明する。
【００３９】
図１１Ａは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。縦軸にｍＡ単位で電流値を示し、横軸にＶ単位で電圧値を示す。ｐｎ接合によるダイオード特性が観測されるが、およそ７Ｖ以下の低電圧領域でリーク電流成分が観測される。
【００４０】
ＬＥＤにおけるリーク電流の原因として、一般に、結晶中の欠陥が挙げられる。結晶中の欠陥がバンドギャップ中に準位を形成すると、電子-正孔は、その欠陥を介した再結合電流となって非発光再結合する。この非発光再結合過程は、例えばクラッド層中や活性層中などの欠陥、ヘテロ界面の欠陥などが形成するバンドギャップ中の準位を介して起こるため、低電圧でも、クラッド層、ヘテロ界面を通して起こり、低電圧領域でのリーク電流として現れる。測定された電流―電圧特性より、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤは、結晶中に多くの欠陥を含有していることが示唆される。
【００４１】
図１１Ｂは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤに対し、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定されたＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層には、およそ１×１０２０ｃｍ−３のＴｅと、３×１０２０ｃｍ−３のＮがほぼ均一にドーピングされている。
【００４２】
しかし、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層（ｐ型半導体層）４４ＡとアンドープＺｎＯ層（活性層）４３との界面には、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップが見られ、Ｎ及びＴｅともに、パイルアップの濃度がＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層中の濃度よりも高くなっている。
【００４３】
このパイルアップは、結晶中の欠陥と関連していると考えられ、パイルアップに起因する欠陥が、電流-電圧特性におけるリーク電流の原因になっているのではないかと推察される。
【００４４】
次に、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤについて説明する。
【００４５】
図１２Ａは、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。アンドープＺｎＯ層４３までは、第１比較例と同様な工程で形成される。第２比較例では、アンドープＺｎＯ層４３上に、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層と、ＮがドープされたＺｎＴｅ層（ＺｎＴｅ：Ｎ層）とが交互に積層されたＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層４４Ｂを形成した。
【００４６】
図１２Ｂは、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層４４Ｂの概略断面図である。交互層４４Ｂは、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４ａとＺｎＴｅ：Ｎ層４４ｂとを交互に６周期積層し、最表面にＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４ａを積層して形成した。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４ａの１層当たりの膜厚はおよそ５ｎｍであり、ＺｎＴｅ：Ｎ層４４ｂの１層当たりの膜厚はおよそ０．４ｎｍである。
【００４７】
ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４ａの形成において、成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００１ｎｍ／ｓとして照射した。
【００４８】
ＺｎＴｅ：Ｎ層４４ｂの形成において、成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００１ｎｍ／ｓとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射した。
【００４９】
ＺｎＯ基板４１の裏面上に、第１比較例と同様にして、ｎ側電極４５ｎを形成した。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層４４Ｂ上に、第１比較例と同様にして、ｐ側透光性電極４５ｐを形成した。このようにして、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤを作成した。
【００５０】
次に、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの課題について説明する。
【００５１】
図１３は、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。ｐｎ接合によるダイオード特性が観測されるが、およそ５Ｖ以下の低電圧領域でリーク電流成分が観測される。第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤも、結晶中に多くの欠陥を含有していると推測される。
【００５２】
次に、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤについて説明する。以下に説明するように、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤのＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下に、ＮがドープされたＺｎＯ層（ＺｎＯ：Ｎ層）が挿入された構造である。
【００５３】
図１は、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。洗浄された＋ｃ面ＺｎＯ基板１上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ緩衝層（バッファ層）２を、およそ３０ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は３５０℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射した。次に、バッファ層２を高品質化させるためにアニールを行った。例えば、アニール温度は９００℃で、アニール時間は２０分である。
【００５４】
次に、バッファ層２の上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ層（活性層）３を、およそ１００ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は９００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射した。
【００５５】
次に、アンドープＺｎＯ層３上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＮラジカルビームを同時照射して、ＺｎＯ：Ｎ層４を、およそ２０ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗとして照射した。
【００５６】
次に、ＺｎＯ：Ｎ層４上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、Ｎラジカルビーム、及びＴｅビームを同時照射して、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５Ａを、およそ８０ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．０００６ｎｍ／ｓとして照射した。
【００５７】
その後、第１比較例でのｎ側電極４５ｎ及びｐ側透光性電極４５ｐの形成工程と同様にして、ＺｎＯ基板１の裏面上にｎ側電極６ｎを形成し、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５Ａ上にｐ側透光性電極６ｐを形成した。このようにして、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤを作成した。
【００５８】
図２Ａは、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。縦軸にｍＡ単位で電流値を示し、横軸にＶ単位で電圧値を示す。ｐｎ接合によるダイオード特性が観測され、第１比較例に比べてリーク電流が抑えられている。第１実施例では、第１比較例に比べ結晶中の欠陥が少ないことが推測される。電気特性が改善した理由について、以下、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルを参照して考察する。
【００５９】
図２Ｂは、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤのＳＩＭＳによるＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層において、Ｔｅ濃度はおよそ１×１０２０ｃｍ−３であり、Ｎ濃度はおよそ３×１０２０ｃｍ−３であり、ドーピング量は第１比較例とほぼ等しい。ＺｎＯ：Ｎ層にも、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層とおおよそ等しい２×１０２０ｃｍ−３程度のＮがドープされている。
【００６０】
ただし、驚くべきことに、第１実施例の濃度プロファイルでは、第１比較例のようなＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下側界面におけるＮ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップが見られない。
【００６１】
第１実施例では、ｐ型層であるＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の成長界面にＮ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップがみられないことから、層界面の高濃度なＮ及びＴｅに起因する結晶中の欠陥発生が抑制されていると思われ、このことが電流−電圧特性におけるリーク電流低減につながったと推察される。
【００６２】
このように、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下地としてＺｎＯ：Ｎ層を挿入することにより、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップが抑制でき、ダイオード特性を改善できることがわかった。ダイオード特性の改善より、発光特性の改善も期待される。
【００６３】
なお、ＺｎＯ：Ｎ層４とＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５Ａの積層工程を、ひとまとまりのＺｎＯ［Ｎ＋Ｔｅ］層形成工程として捉えることもできる。このように捉えたとき、Ｎのドープ開始タイミングを、Ｔｅのドープ開始タイミングより先にすることにより、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップが抑制できるといえる。
【００６４】
次に、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤについて説明する。以下に説明するように、第２実施例によるＺｎＯ系発光ＬＥＤは、第２比較例によるＺｎＯ系発光ＬＥＤのＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層の下に、ＺｎＯ：Ｎ層が挿入された構造である。
【００６５】
図３Ａは、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。ＺｎＯ：Ｎ層４までは、第１実施例と同様な工程で形成される。ただし、第２実施例では、ＺｎＯ：Ｎ層４の厚さをおよそ３０ｎｍとした（第１実施例は、ＺｎＯ：Ｎ層４の厚さをおよそ２０ｎｍとした）。第２実施例では、ＺｎＯ：Ｎ層４上に、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層５Ｂを形成した。
【００６６】
図３Ｂは、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層５Ｂの概略断面図である。交互層５Ｂは、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａとＺｎＴｅ：Ｎ層５ｂとを交互に６周期積層し、最表面にＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａを積層して形成した。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａの１層当たりの膜厚はおよそ５ｎｍであり、ＺｎＴｅ：Ｎ層５ｂの１層当たりの膜厚はおよそ０．４ｎｍである。
【００６７】
交互層５Ｂの最下層はＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａであり、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下にＺｎＯ：Ｎ層が挿入されているという構造は、第１実施例と同様である。
【００６８】
ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａの形成において、成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００１ｎｍ／ｓとして照射した。
【００６９】
ＺｎＴｅ：Ｎ層５ｂの形成において、成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００１ｎｍ／ｓとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射した。
【００７０】
その後、第２比較例でのｎ側電極４５ｎ及びｐ側透光性電極４５ｐの形成工程と同様にして、ＺｎＯ基板１の裏面上にｎ側電極６ｎを形成し、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５Ｂ上にｐ側透光性電極６ｐを形成した。このようにして、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤを作成した。
【００７１】
図４は、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。ｐｎ接合によるダイオード特性が観測され、第２比較例に比べてリーク電流が抑えられている。第２実施例においても、ＺｎＯ［Ｎ＋Ｔｅ］層の下にＺｎＯ：Ｎ層が挿入されていることで、ＺｎＯ［Ｎ＋Ｔｅ］層の欠陥生成が抑制されて、リーク電流成分が減少したと推測される。第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤについても、ダイオード特性改善に伴う発光特性改善が期待される。
【００７２】
次に、第３実施例について説明する。第３実施例では、ＺｎＯ：Ｎ層とＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の積層構造におけるＺｎＯ：Ｎ層のＮ濃度を変化させた２つのサンプル（サンプル１とサンプル２）を作製した。
【００７３】
洗浄された＋ｃ面ｎ型ＺｎＯ基板上に、アンドープＺｎＯ緩衝層(バッファ層)を、成長温度３５０℃にて、およそ３０ｎｍ程度形成した。次に、バッファ層を高品質化させるためにアニールを行った。アニール温度は９００℃で、アニール時間は２０分である。
【００７４】
バッファ層の高品質化までの工程は、サンプル１及びサンプル２とも共通である。バッファ層上にＺｎＯ：Ｎ層を積層し、ＺｎＯ：Ｎ層上にＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層を積層した。サンプル１、サンプル２のＺｎＯ：Ｎ層及びＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の形成条件は以下の通りである。
［サンプル１］
・ＺｎＯ：Ｎ層 ： 成長温度７００℃、Ｚｎビームフラックス０．１５ｎｍ／ｓ、Ｏ２流量１ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｎ２流量１ｓｃｃｍ／ＲＦパワー１４０Ｗ
・ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層 ： 成長温度７００℃、Ｚｎビームフラックス０．１５ｎｍ／ｓ、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ、Ｔｅビームフラックス０．０００６ｎｍ／ｓ
［サンプル２］
・ＺｎＯ：Ｎ層 ： 成長温度７００℃、Ｚｎビームフラックス０．０９ｎｍ／ｓ、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｎ２流量０．２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー８０Ｗ
・ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層 ： 成長温度４００℃、Ｚｎビームフラックス０．１２ｎｍ／ｓ、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｎ２流量１．０ｓｃｃｍ／ＲＦパワー１２０Ｗ、Ｔｅビームフラックス０．０１ｎｍ／ｓ
サンプル１のＺｎＯ：Ｎ層は、Ｎ濃度が５×１０２０ｃｍ−３で、層厚がおよそ１５ｎｍ程度であり、サンプル２のＺｎＯ：Ｎ層は、Ｎ濃度が２×１０１９ｃｍ−３で、層厚がおよそ４０ｎｍ程度である。
【００７５】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、第３実施例によるサンプル１及びサンプル２のＳＩＭＳによるＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。サンプル１及びサンプル２はともに、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層／ＺｎＯ：Ｎ層界面での、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップはみられない。このことより、ＺｎＯ：Ｎ層の挿入によって、結晶中の欠陥発生が抑制されているものと推測される。
【００７６】
この結果より、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下に挿入されるＺｎＯ：Ｎ層のＮ濃度が２×１０１９ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３の範囲については、ダイオード特性等の改善効果が得られると考えられる。なお、第３実施例の実験で確認した範囲より少し広いＮ濃度範囲、例えば１×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下の範囲に対して、同様な効果を期待してもよいであろう。
【００７７】
なお、上述の実施例では、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下地層としてＺｎＯ：Ｎ層を用いたが、下地層として、その他のＺｎＯ系化合物半導体にＮがドープされた層を用いることもできるであろう。例えば、ＮがドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０＜ｘ≦０．６）層（ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ：Ｎ（０＜ｘ≦０．６）層）を用いることができるであろう。
【００７８】
また、上述の実施例では、ＺｎＯ：Ｎ層の直上に形成される上側層としてＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層を形成したが、上側層として、その他のＺｎＯ系化合物半導体にＮとＴｅがコドープされたｐ型層を用いることもできるであろう。例えば、ＮとＴｅがコドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０＜ｘ≦０．６）層（ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０＜ｘ≦０．６）層）を用いることができるであろう。
【００７９】
なお、上述の実施例では、上側層（ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層）にＮとともにコドープされる元素をＴｅとしたが、Ｎとともにコドープされる元素としてＴｅ以外に、同じＶＩ族元素であるＳ、Ｓｅなども用いることができるのではないかと思われる。
【００８０】
なお、上述の第２実施例では、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層を形成したが、交互層において、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層上に形成されるｐ型層は、ＺｎＴｅ：Ｎ層に限らず、その他のＺｎＴｅ系化合物半導体にＮがドープされた層を用いることもできるのではないかと思われる。例えば、ＮがドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＴｅ（０＜ｘ≦０．６）層を用いることができるであろう。
【００８１】
次に、下地層として用いられるＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層の好適な膜厚範囲について考察する。下地層の直上に形成される上側層は、例えばＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層である。下地層の直下に、例えばアンドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）による活性層が形成されている。
【００８２】
下地層が活性層表面を覆って、上側層と活性層とを接触させないことにより、上述のような効果を生じさせていると推測すると、下地層の厚みの下限は、例えば（ｃ軸方向で）ＺｎＯの２分子層分の厚みである、およそ０．５ｎｍ程度ではないかと推察される。
【００８３】
素子作製の観点から、下地層膜厚の上限について考察する。発光素子のように素子の上下間に電流を印加する場合、挿入される下地層の伝導型や抵抗率などが素子特性にとって重要になる。例えば上記［背景技術］の欄に記載した［非特許文献２］によると、ＭｇＺｎＯ：Ｎ層は、ｐ型伝導性を持つものの、ホール効果やゼーベック効果などによる測定が行えるほどアクセプタ密度の向上がなされていない。つまり、高抵抗なｐ型膜である。
【００８４】
例えばＺｎＯ系化合物半導体発光素子を作製する場合、挿入されるＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）下地層があまりに厚いと、電流印加時の素子の抵抗が高くなる為、電流印加によって素子が発熱してしまうことに起因して、例えば、発光効率が低下するなどの問題が発生する。よって、例えば発光素子に適用する場合のＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）下地層の膜厚は、３０ｎｍ程度以下とするのが好ましいであろう。
【００８５】
次に、第４実施例による発光素子について説明する。
【００８６】
図６は、第４実施例による発光素子の概略断面図である。洗浄された＋ｃ面ＺｎＯ基板２１上に、ＺｎＯ緩衝層(バッファ層)２２を形成する。バッファ層２２の厚さは１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度が望ましく、成長温度２００℃〜４００℃で成長させる。次に、バッファ層２２を高品質化させるためにアニールを行う。アニール温度は５００℃〜１０００℃で、アニール時間は３分〜３０分である。
【００８７】
次に、バッファ層２２上に、例えばＡｌがドープされたｎ型ＭｇｗＺｎ１−ｗＯ （０≦ｗ≦０．６）層２３を形成する。厚さは５ｎｍ〜２００ｎｍで、Ａｌ濃度は１×１０１７ｃｍ−３以上が好ましい。成長温度７００℃〜１０００℃で成長させる。
【００８８】
ｎ型ＭｇｗＺｎ１−ｗＯ （０≦ｗ≦０．６）層２３上に、アンドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６） 活性層２４を形成する。成長温度は、５００℃〜１０００℃である。
【００８９】
なお、図８Ａ及び図８Ｂに示す変形例のように、活性層２４は単一層に限らず、例えば、ＭｇａＺｎ１−ａＯ（０≦ａ≦０．６）障壁層２４ｂとＭｇｂＺｎ１−ｂＯ （０≦ｂ≦０．６、ｂ＜ａ）井戸層２４ｗとを交互に積層した量子井戸構造とすることもできる。図８Ａは一重量子井戸（ＳＱＷ）構造を示す概略断面図、図８Ｂは多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を示す概略断面図である。
【００９０】
活性層２４上に、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５を形成する。成長温度は３００℃〜１０００℃であり、厚さは０．５ｎｍ〜３０ｎｍである。
【００９１】
ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５上に、ｐ型半導体層として、ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層２６Ａを形成する。厚さは５ｎｍ〜２００ｎｍで、成長温度３００℃〜７００℃で成長させる。
【００９２】
なお、ｎ型ＭｇｗＺｎ１−ｗＯ （０≦ｗ≦０．６）層２３、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６） 活性層２４、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５、ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層２６ＡのＭｇ組成ｗ、ｘ、ｙ及びｚについて、ｘ≦ｗ、ｙ、ｚである。
【００９３】
その後、ＺｎＯ基板２１の裏面に、例えば、Ｔｉ層を厚さ２ｎｍ〜１０ｎｍ堆積し、Ｔｉ層上にＡｌ層を厚さ３００ｎｍ〜５００ｎｍ堆積して、ｎ側電極２７ｎを形成する。ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層２６Ａ上に、例えば、Ｎｉ層を厚さ０．５ｎｍ〜５ｎｍ堆積し、Ｎｉ層上にＡｕ層を厚さ１ｎｍ〜２０ｎｍ堆積して、ｐ側透光性電極２７ｐを形成する。
【００９４】
ｐ側透光性電極２７ｐ上に、例えば、Ｎｉ層を厚さ１００ｎｍ堆積し、Ｎｉ層上に厚さＡｕ層を１０００ｎｍ堆積して、ボンディング用パッド電極２８を形成する。電極のパターニングには、例えば、レジストパターンを用いたリフトオフ等を用いることができる。
【００９５】
この後、例えば３００℃〜７００℃の酸化性ガス雰囲気中で、電極合金化処理を行う。合金処理時間は例えば３０秒〜１０分程度である。以上のようにして、第４実施例による発光素子が形成される。
【００９６】
次に、第５実施例による発光素子について説明する。
【００９７】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、第５実施例による発光素子の概略断面図、及び交互層の概略断面図である。ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５までは、第４実施例と同様な工程で形成される。第５実施例では、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５上に、ｐ型半導体層として、ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層２６ａとＺｎＴｅ：Ｎ層２６ｂとが交互に積層された、ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層２６Ｂを形成する。
【００９８】
その後、第４実施例と同様にして、ＺｎＯ基板２１の裏面上にｎ側電極２７ｎを形成し、交互層２６Ｂ上にｐ側透光性電極２７ｐを形成し、ｐ側透光性電極２７ｐ上にボンディング用パッド電極２８を形成する。以上のようにして、第５実施例による発光素子が形成される。
【００９９】
なお、第４実施例及び第５実施例では、ｎ型導電性を有する＋ｃ面ＺｎＯ基板を用いる例を示したが、基板として、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁性基板を用いることもできる。この場合には、基板裏面側から電極を取ることができないため、素子上方からドライエッチングなどでｎ型半導体層を露出させて、露出部にｎ側電極を作製することができる。
【０１００】
なお、第４実施例及び第５実施例の発光素子ではｎ型半導体層にＡｌをドーピングしたが、ｎ型半導体層は、１×１０１７ｃｍ−３程度のｎ型キャリア密度を有すれば、アンドープでも構わないし、例えばＧａやＩｎなど、Ａｌ以外のその他のドナー元素をドーピングしても構わない。また、２つ以上のドナー元素を同時にドーピングしてｎ型半導体層を作製することも可能である。
【０１０１】
以上、実施例に沿って説明したように、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層の下に、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層を挿入することにより、ＺｎＯ系化合物半導体素子の電気的特性改善等を図ることができる。
【０１０２】
なお、上述の実施例では、結晶成長方法としてＭＢＥを例示したが、他の結晶成長方法、例えばパルスレーザ堆積（ＰＬＤ）や、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）などを用いることもできるであろう。
【０１０３】
実施例の方法で得られるＺｎＯ系化合物半導体素子構造は、例えば、短波長（紫外〜青）の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）に利用でき、また、これらの応用製品（各種インジケータ、ＬＥＤディスプレイ等）に利用できる。また、白色ＬＥＤやその応用製品（照明器具、各種インジケータ、ディスプレイ、各種表示器のバックライト等）に利用できる。また、ＺｎＯ系トランジスタ等の電子デバイスやその応用製品に利用でき、ＺｎＯ系センサ（湿度センサ、紫外センサ等）やその応用製品に利用できる。
【０１０４】
以上実施例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。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【０１０５】
１０１ 真空チャンバ
１０２ Ｚｎソースガン
１０３ Ｍｇソースガン
１０４ Ｔｅソースガン
１０５ Ｏソースガン
１０６ Ｎソースガン
１０７ ステージ
１０８ 基板
１０９ ＲＨＥＥＤ用ガン
１１０ スクリーン
１ ＺｎＯ基板
２ ＺｎＯバッファ層
３ アンドープＺｎＯ層
４ ＺｎＯ：Ｎ層
５Ａ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層
５Ｂ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層
５ａ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層
５ｂ ＺｎＴｅ：Ｎ層
６ｎ ｎ側電極
６ｐ ｐ側電極
２１ ＺｎＯ基板
２２ ＺｎＯバッファ層
２３ ｎ型ＭｇｗＺｎ１−ｗＯ （０≦ｗ≦０．６）層
２４ ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ （０≦ｘ≦０．６） 活性層
２５ ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層
２６Ａ ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層
２６Ｂ ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層
２６ａ ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層
２６ｂ ＺｎＴｅ：Ｎ層
２７ｎ ｎ側電極
２７ｐ ｐ側電極
２８ ボンディング用パッド電極
４１ ＺｎＯ基板
４２ ＺｎＯバッファ層
４３ アンドープＺｎＯ層
４４Ａ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層
４４Ｂ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層
４４ａ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層
４４ｂ ＺｎＴｅ：Ｎ層
４５ｎ ｎ側電極
４５ｐ ｐ側電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＺｎＯ系化合物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、室温で３．３７ｅＶのバンドギャップエネルギーを持つ直接遷移型の半導体であり、励起子の結合エネルギーが６０ｍｅＶと他の半導体と比較して非常に大きい。この値は、室温のエネルギーである２５ｍｅＶに比べても十分に大きく、室温でも励起子が解離しないことから、励起子発光を用いた高効率な発光素子材料としての研究が進められている。
【０００３】
また、ＺｎＯは、現在広く普及しているＧａＮ系発光素子の屈折率２．４と比較して、屈折率が２．０と小さいため、発光素子を作製した場合の光取り出し効率がＧａＮ系発光素子より高くなるというメリットも有する。さらに、原材料自体が安価であるとともに、環境や人体への悪影響が少ないという特徴も有する。
【０００４】
ＺｎＯ系化合物半導体の伝導性制御について、特にｐ型化に関し、特許文献や論文による発表が数多くなされている（例えば特許文献１参照）。しかし、ＺｎＯ系化合物半導体のｐ型伝導性は、再現性や安定性を向上させることが難しい。
【０００５】
ＺｎＯのｐ型化の方法として、ＮとＴｅをコドーピングする方法が発表されている（非特許文献１参照）。非特許文献１は、ＭＢＥにより、ＺｎＯ基板上に成長され、ＮとＴｅがコドーピングされたＺｎＯ膜において、キャリア密度４×１０１６ｃｍ−３、抵抗率１３Ω・ｃｍのｐ型伝導性が得られたと報告している。
【０００６】
また、ＺｎＯ系化合物半導体を含有するｐ型ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体として、不純物ドーピングされていないＺｎＯ層と、ｐ型不純物であるＮがドーピングされたＺｎＴｅとを交互に積層した積層構造（アンドープＺｎＯ／ＺｎＴｅ：Ｎ交互積層構造）が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
ＮがドープされたＭｇＺｎＯ層のｐ型伝導性について、非特許文献２に説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９７４１０号公報
【特許文献２】特許第３４９２５５１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｅｘｐｒｅｓｓ ３ （２０１０） ０３１１０３
【非特許文献２】Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ９７， ０１３５０１ (２０１０)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一目的は、ＺｎＯ系化合物半導体素子においてｐ型層を形成するための新規な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、基板と、前記基板上方に形成され、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層と、前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層上に形成され、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層とを有するＺｎＯ系化合物半導体素子が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層の下に、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層を挿入することにより、ＺｎＯ系化合物半導体素子の電気的特性改善等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。
【図２】図２Ａは、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性であり、図２Ｂは、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤのＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。
【図３】図３Ａは、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図であり、図３Ｂは、交互層の概略断面図である。
【図４】図４は、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、第３実施例によるサンプルのＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。
【図６】図６は、第４実施例による発光素子の概略断面図である。
【図７】図７Ａは、第５実施例による発光素子の概略断面図であり、図７Ｂは、交互層の概略断面図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、変形例による活性層構造を示す概略断面図である。
【図９】図９は、ＭＢＥ装置の例を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。
【図１１】図１１Ａは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性であり、図１１Ｂは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤのＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。
【図１２】図１２Ａは、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図であり、図１２Ｂは、交互層の概略断面図である。
【図１３】図１３は、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、ＺｎＯ系化合物半導体層及びＺｎＴｅ系化合物半導体層の成長に用いられる結晶製造装置について説明する。結晶製造方法として、以下に説明する比較例や実施例では、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を用いる。ここで、ＺｎＯ系化合物半導体はＺｎとＯとを含む。ＺｎＴｅ系化合物半導体はＺｎとＴｅとを含む。
【００１５】
図９は、ＭＢＥ装置の例を示す概略断面図である。真空チャンバ１０１が、Ｚｎソースガン１０２、Ｍｇソースガン１０３、Ｔｅソースガン１０４、Ｏソースガン１０５、及び、Ｎソースガン１０６を備える。
【００１６】
Ｚｎソースガン１０２、Ｍｇソースガン１０３、Ｔｅソースガン１０４は、それぞれ、Ｚｎ固体ソース（例えば純度７Ｎ）、Ｍｇ固体ソース（例えば純度６Ｎ）、及びＴｅ固体ソース（例えば純度６Ｎ）を収容するクヌーセンセルを含み、Ｚｎビーム、Ｍｇビーム、Ｔｅビームを出射する。
【００１７】
Ｏソースガン１０５、Ｎソースガン１０６は、それぞれ、例えば１３．５６ＭＨｚのラジオ周波（ＲＦ）を用いた無電極放電管を含み、Ｏ２ガス（例えば純度６Ｎ）、Ｎ２ガス（例えば純度６Ｎ）をプラズマ化して、Ｏラジカルビーム、Ｎラジカルビームを出射する。
【００１８】
なお、Ｎ源は、Ｎ元素を含むものであればＮ２に限らない。Ｎ２の他、例えば、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、Ｎ２＋Ｏ２、ＮＨ３などの種々のＮ源を用いることも可能である。
【００１９】
真空チャンバ１０１内に、ヒータを含むステージ１０７が配置され、ステージ１０７が、基板１０８を保持する。基板１０８上に、所望のビームを供給することにより、所望の結晶層を成長させることができる。
【００２０】
本ＭＢＥ装置は、反射高速電子回折（ＲＨＥＥＤ）用のガン１０９、及びＲＨＥＥＤ像を映すスクリーン１１０を備える。ＲＨＥＥＤ像から、成長した結晶層の結晶性を評価できる。単結晶が２次元的に成長し表面が平坦である場合は、ＲＨＥＥＤ像がストリークパターンを示し、単結晶が３次元的に成長し表面が平坦でない場合は、ＲＨＥＥＤ像がスポットパターンを示す。
【００２１】
ＺｎＯにＭｇを添加することにより、バンドギャップを広げることができる。ただし、ＺｎＯはウルツ鉱構造（六方晶）で、ＭｇＯは岩塩構造（立方晶）であるため、Ｍｇ組成が高すぎると相分離を起こしてしまう。ＭｇＺｎＯのＭｇ組成をｘと明示したＭｇｘＺｎ１−ｘＯにおいて、Ｍｇ組成ｘは、ウルツ鉱構造を保つため０．６以下とするのが好ましい。ここで、Ｍｇ組成ｘ＝０も含めることにより、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯという表記に、Ｍｇの添加されていないＺｎＯも含める。
【００２２】
なお、ＺｎＯにＢｅ、Ｃａ等を添加することにより、バンドギャップを広げることもできる。必要に応じて、ＭＢＥ装置にＢｅソースガン、Ｃａソースガン等を追加することができる。
【００２３】
ＺｎＯに例えばＳ、Ｓｅ、Ｃｄ等を添加することにより、バンドギャップを狭めることができる。必要に応じて、ＭＢＥ装置にＳソースガン、Ｓｅソースガン、Ｃｄソースガン等を追加することができる。
【００２４】
ＺｎＯ系化合物半導体のｎ型伝導性は、ｎ型不純物を添加しなくても得ることができる。ｎ型キャリア濃度を高めるために、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等を添加することもできる。必要に応じて、ＭＢＥ装置にＡｌソースガン、Ｇａソースガン、Ｉｎソースガン等を追加することができる。
【００２５】
ＺｎＯ系化合物半導体のｐ型伝導性を得るために、Ｎ及びＴｅを同時に添加（ＮとＴｅをコドープ）することができる。
【００２６】
また、ＺｎＯ系化合物半導体を含有するｐ型ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体として、Ｎ及びＴｅがコドープされたＺｎＯ系化合物半導体層と、ＮがドープされたＺｎＴｅ系化合物半導体層とを交互に積層した積層構造を形成することができる。なお、上記［背景技術］の欄で説明した特許文献２記載の積層構造は、アンドープＺｎＯと、ＮがドープされたＺｎＴｅとを交互に積層した構造である。
【００２７】
ＺｎＯ系化合物半導体素子の作製に用いられる基板には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板、 サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、六方晶系ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ基板（０＜ｘ≦０．５）、立方晶系ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ基板（０．５＜ｘ≦１）、シリコン（Ｓｉ）基板などがある。
【００２８】
結晶性の良いＺｎＯ系半導体層を得るためには、格子不整合度の小さい基板ほど良く、特に好ましいのはＺｎＯ基板である。また発光素子を作製する場合は、基板が活性層からの放射光を吸収してしまうことで、素子からの放射光の取り出し効率が落ちてしまうのを抑制するために、ＺｎＯに比べてバンドギャップが大きいＭｇＺｎＯ基板を用いるのも好ましい。
【００２９】
基板は、＋ｃ面、−ｃ面、ａ面、ｍ面など種々の面を用いて、その上にＺｎＯ系化合物半導体層を成長させることができる。
【００３０】
さらに例えば、＋ｃ面基板について、ｍ方向やａ方向などにオフ角をつけた種々の基板を用いることもできる。
【００３１】
また、上記の基板上に、ＭｇＺｎＯ膜、ＺｎＯ膜、ＧａＮ膜などを厚さ１μｍ以上形成したテンプレートを用いても良い。
【００３２】
次に、第１比較例によるＺｎＯ系発光ダイオード（ＬＥＤ）について説明する。
【００３３】
図１０は、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。洗浄された＋ｃ面ＺｎＯ基板４１上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ緩衝層（バッファ層）４２を、およそ３０ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は３５０℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射した。次に、バッファ層４２を高品質化させるためにアニールを行った。例えば、アニール温度は９００℃で、アニール時間は２０分である。
【００３４】
次に、バッファ層４２の上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ層（活性層）４３を、およそ１００ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は９００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射した。
【００３５】
次に、アンドープＺｎＯ層４３上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、Ｎラジカルビーム、及びＴｅビームを同時照射して、ＮとＴｅがコドープされたＺｎＯ層（ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層）４４Ａを、およそ７０ｎｍ程度の厚さ形成した。
【００３６】
成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００３ｎｍ／ｓとして照射した。
【００３７】
ＺｎＯ基板４１の裏面上に厚さ５ｎｍのＴｉ層を堆積し、Ｔｉ層上に厚さ４００ｎｍのＡｌ層を堆積して、ｎ側電極４５ｎを形成した。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４Ａ上に厚さ１ｎｍのＮｉ層を堆積し、Ｎｉ層上に厚さ１０ｎｍのＡｕ層を堆積して、ｐ側透光性電極４５ｐを形成した。電極用の各金属層の堆積には、ＥＢ蒸着を用いた。この後、３００℃の酸素ガス雰囲気中で、電極の合金化処理を行った。合金処理時間は３０秒である。このようにして、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤを作成した。
【００３８】
次に、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの課題について説明する。
【００３９】
図１１Ａは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。縦軸にｍＡ単位で電流値を示し、横軸にＶ単位で電圧値を示す。ｐｎ接合によるダイオード特性が観測されるが、およそ７Ｖ以下の低電圧領域でリーク電流成分が観測される。
【００４０】
ＬＥＤにおけるリーク電流の原因として、一般に、結晶中の欠陥が挙げられる。結晶中の欠陥がバンドギャップ中に準位を形成すると、電子-正孔は、その欠陥を介した再結合電流となって非発光再結合する。この非発光再結合過程は、例えばクラッド層中や活性層中などの欠陥、ヘテロ界面の欠陥などが形成するバンドギャップ中の準位を介して起こるため、低電圧でも、クラッド層、ヘテロ界面を通して起こり、低電圧領域でのリーク電流として現れる。測定された電流―電圧特性より、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤは、結晶中に多くの欠陥を含有していることが示唆される。
【００４１】
図１１Ｂは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤに対し、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）で測定されたＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層には、およそ１×１０２０ｃｍ−３のＴｅと、３×１０２０ｃｍ−３のＮがほぼ均一にドーピングされている。
【００４２】
しかし、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層（ｐ型半導体層）４４ＡとアンドープＺｎＯ層（活性層）４３との界面には、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップが見られ、Ｎ及びＴｅともに、パイルアップの濃度がＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層中の濃度よりも高くなっている。
【００４３】
このパイルアップは、結晶中の欠陥と関連していると考えられ、パイルアップに起因する欠陥が、電流-電圧特性におけるリーク電流の原因になっているのではないかと推察される。
【００４４】
次に、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤについて説明する。
【００４５】
図１２Ａは、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。アンドープＺｎＯ層４３までは、第１比較例と同様な工程で形成される。第２比較例では、アンドープＺｎＯ層４３上に、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層と、ＮがドープされたＺｎＴｅ層（ＺｎＴｅ：Ｎ層）とが交互に積層されたＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層４４Ｂを形成した。
【００４６】
図１２Ｂは、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層４４Ｂの概略断面図である。交互層４４Ｂは、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４ａとＺｎＴｅ：Ｎ層４４ｂとを交互に６周期積層し、最表面にＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４ａを積層して形成した。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４ａの１層当たりの膜厚はおよそ５ｎｍであり、ＺｎＴｅ：Ｎ層４４ｂの１層当たりの膜厚はおよそ０．４ｎｍである。
【００４７】
ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層４４ａの形成において、成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００１ｎｍ／ｓとして照射した。
【００４８】
ＺｎＴｅ：Ｎ層４４ｂの形成において、成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００１ｎｍ／ｓとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射した。
【００４９】
ＺｎＯ基板４１の裏面上に、第１比較例と同様にして、ｎ側電極４５ｎを形成した。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層４４Ｂ上に、第１比較例と同様にして、ｐ側透光性電極４５ｐを形成した。このようにして、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤを作成した。
【００５０】
次に、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの課題について説明する。
【００５１】
図１３は、第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。ｐｎ接合によるダイオード特性が観測されるが、およそ５Ｖ以下の低電圧領域でリーク電流成分が観測される。第２比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤも、結晶中に多くの欠陥を含有していると推測される。
【００５２】
次に、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤについて説明する。以下に説明するように、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤは、第１比較例によるＺｎＯ系ＬＥＤのＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下に、ＮがドープされたＺｎＯ層（ＺｎＯ：Ｎ層）が挿入された構造である。
【００５３】
図１は、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。洗浄された＋ｃ面ＺｎＯ基板１上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ緩衝層（バッファ層）２を、およそ３０ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は３５０℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射した。次に、バッファ層２を高品質化させるためにアニールを行った。例えば、アニール温度は９００℃で、アニール時間は２０分である。
【００５４】
次に、バッファ層２の上に、Ｚｎビーム及びＯラジカルビームを同時照射して、アンドープＺｎＯ層（活性層）３を、およそ１００ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は９００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１２ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射した。
【００５５】
次に、アンドープＺｎＯ層３上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＮラジカルビームを同時照射して、ＺｎＯ：Ｎ層４を、およそ２０ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量１ｓｃｃｍ、ＲＦパワー１００Ｗとして照射した。
【００５６】
次に、ＺｎＯ：Ｎ層４上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、Ｎラジカルビーム、及びＴｅビームを同時照射して、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５Ａを、およそ８０ｎｍ程度の厚さ形成した。成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．０００６ｎｍ／ｓとして照射した。
【００５７】
その後、第１比較例でのｎ側電極４５ｎ及びｐ側透光性電極４５ｐの形成工程と同様にして、ＺｎＯ基板１の裏面上にｎ側電極６ｎを形成し、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５Ａ上にｐ側透光性電極６ｐを形成した。このようにして、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤを作成した。
【００５８】
図２Ａは、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。縦軸にｍＡ単位で電流値を示し、横軸にＶ単位で電圧値を示す。ｐｎ接合によるダイオード特性が観測され、第１比較例に比べてリーク電流が抑えられている。第１実施例では、第１比較例に比べ結晶中の欠陥が少ないことが推測される。電気特性が改善した理由について、以下、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルを参照して考察する。
【００５９】
図２Ｂは、第１実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤのＳＩＭＳによるＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層において、Ｔｅ濃度はおよそ１×１０２０ｃｍ−３であり、Ｎ濃度はおよそ３×１０２０ｃｍ−３であり、ドーピング量は第１比較例とほぼ等しい。ＺｎＯ：Ｎ層にも、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層とおおよそ等しい２×１０２０ｃｍ−３程度のＮがドープされている。
【００６０】
ただし、驚くべきことに、第１実施例の濃度プロファイルでは、第１比較例のようなＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下側界面におけるＮ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップが見られない。
【００６１】
第１実施例では、ｐ型層であるＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の成長界面にＮ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップがみられないことから、層界面の高濃度なＮ及びＴｅに起因する結晶中の欠陥発生が抑制されていると思われ、このことが電流−電圧特性におけるリーク電流低減につながったと推察される。
【００６２】
このように、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下地としてＺｎＯ：Ｎ層を挿入することにより、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップが抑制でき、ダイオード特性を改善できることがわかった。ダイオード特性の改善より、発光特性の改善も期待される。
【００６３】
なお、ＺｎＯ：Ｎ層４とＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５Ａの積層工程を、ひとまとまりのＺｎＯ［Ｎ＋Ｔｅ］層形成工程として捉えることもできる。このように捉えたとき、Ｎのドープ開始タイミングを、Ｔｅのドープ開始タイミングより先にすることにより、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップが抑制できるといえる。
【００６４】
次に、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤについて説明する。以下に説明するように、第２実施例によるＺｎＯ系発光ＬＥＤは、第２比較例によるＺｎＯ系発光ＬＥＤのＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層の下に、ＺｎＯ：Ｎ層が挿入された構造である。
【００６５】
図３Ａは、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの概略断面図である。ＺｎＯ：Ｎ層４までは、第１実施例と同様な工程で形成される。ただし、第２実施例では、ＺｎＯ：Ｎ層４の厚さをおよそ３０ｎｍとした（第１実施例は、ＺｎＯ：Ｎ層４の厚さをおよそ２０ｎｍとした）。第２実施例では、ＺｎＯ：Ｎ層４上に、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層５Ｂを形成した。
【００６６】
図３Ｂは、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層５Ｂの概略断面図である。交互層５Ｂは、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａとＺｎＴｅ：Ｎ層５ｂとを交互に６周期積層し、最表面にＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａを積層して形成した。ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａの１層当たりの膜厚はおよそ５ｎｍであり、ＺｎＴｅ：Ｎ層５ｂの１層当たりの膜厚はおよそ０．４ｎｍである。
【００６７】
交互層５Ｂの最下層はＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａであり、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下にＺｎＯ：Ｎ層が挿入されているという構造は、第１実施例と同様である。
【００６８】
ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５ａの形成において、成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｏラジカルビームは、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー３００Ｗとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００１ｎｍ／ｓとして照射した。
【００６９】
ＺｎＴｅ：Ｎ層５ｂの形成において、成長温度は５００℃とし、Ｚｎビームは、フラックスを０．１５ｎｍ／ｓとして照射し、Ｔｅビームは、フラックスを０．００１ｎｍ／ｓとして照射し、Ｎラジカルビームは、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー９０Ｗとして照射した。
【００７０】
その後、第２比較例でのｎ側電極４５ｎ及びｐ側透光性電極４５ｐの形成工程と同様にして、ＺｎＯ基板１の裏面上にｎ側電極６ｎを形成し、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層５Ｂ上にｐ側透光性電極６ｐを形成した。このようにして、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤを作成した。
【００７１】
図４は、第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤの電流−電圧特性である。ｐｎ接合によるダイオード特性が観測され、第２比較例に比べてリーク電流が抑えられている。第２実施例においても、ＺｎＯ［Ｎ＋Ｔｅ］層の下にＺｎＯ：Ｎ層が挿入されていることで、ＺｎＯ［Ｎ＋Ｔｅ］層の欠陥生成が抑制されて、リーク電流成分が減少したと推測される。第２実施例によるＺｎＯ系ＬＥＤについても、ダイオード特性改善に伴う発光特性改善が期待される。
【００７２】
次に、第３実施例について説明する。第３実施例では、ＺｎＯ：Ｎ層とＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の積層構造におけるＺｎＯ：Ｎ層のＮ濃度を変化させた２つのサンプル（サンプル１とサンプル２）を作製した。
【００７３】
洗浄された＋ｃ面ｎ型ＺｎＯ基板上に、アンドープＺｎＯ緩衝層(バッファ層)を、成長温度３５０℃にて、およそ３０ｎｍ程度形成した。次に、バッファ層を高品質化させるためにアニールを行った。アニール温度は９００℃で、アニール時間は２０分である。
【００７４】
バッファ層の高品質化までの工程は、サンプル１及びサンプル２とも共通である。バッファ層上にＺｎＯ：Ｎ層を積層し、ＺｎＯ：Ｎ層上にＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層を積層した。サンプル１、サンプル２のＺｎＯ：Ｎ層及びＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の形成条件は以下の通りである。
［サンプル１］
・ＺｎＯ：Ｎ層 ： 成長温度７００℃、Ｚｎビームフラックス０．１５ｎｍ／ｓ、Ｏ２流量１ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｎ２流量１ｓｃｃｍ／ＲＦパワー１４０Ｗ
・ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層 ： 成長温度７００℃、Ｚｎビームフラックス０．１５ｎｍ／ｓ、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｎ２流量０．５ｓｃｃｍ／ＲＦパワー９０Ｗ、Ｔｅビームフラックス０．０００６ｎｍ／ｓ
［サンプル２］
・ＺｎＯ：Ｎ層 ： 成長温度７００℃、Ｚｎビームフラックス０．０９ｎｍ／ｓ、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｎ２流量０．２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー８０Ｗ
・ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層 ： 成長温度４００℃、Ｚｎビームフラックス０．１２ｎｍ／ｓ、Ｏ２流量２ｓｃｃｍ／ＲＦパワー３００Ｗ、Ｎ２流量１．０ｓｃｃｍ／ＲＦパワー１２０Ｗ、Ｔｅビームフラックス０．０１ｎｍ／ｓ
サンプル１のＺｎＯ：Ｎ層は、Ｎ濃度が５×１０２０ｃｍ−３で、層厚がおよそ１５ｎｍ程度であり、サンプル２のＺｎＯ：Ｎ層は、Ｎ濃度が２×１０１９ｃｍ−３で、層厚がおよそ４０ｎｍ程度である。
【００７５】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、第３実施例によるサンプル１及びサンプル２のＳＩＭＳによるＮ濃度及びＴｅ濃度のプロファイルである。サンプル１及びサンプル２はともに、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層／ＺｎＯ：Ｎ層界面での、Ｎ濃度及びＴｅ濃度のパイルアップはみられない。このことより、ＺｎＯ：Ｎ層の挿入によって、結晶中の欠陥発生が抑制されているものと推測される。
【００７６】
この結果より、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下に挿入されるＺｎＯ：Ｎ層のＮ濃度が２×１０１９ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３の範囲については、ダイオード特性等の改善効果が得られると考えられる。なお、第３実施例の実験で確認した範囲より少し広いＮ濃度範囲、例えば１×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下の範囲に対して、同様な効果を期待してもよいであろう。
【００７７】
なお、上述の実施例では、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層の下地層としてＺｎＯ：Ｎ層を用いたが、下地層として、その他のＺｎＯ系化合物半導体にＮがドープされた層を用いることもできるであろう。例えば、ＮがドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０＜ｘ≦０．６）層（ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ：Ｎ（０＜ｘ≦０．６）層）を用いることができるであろう。
【００７８】
また、上述の実施例では、ＺｎＯ：Ｎ層の直上に形成される上側層としてＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層を形成したが、上側層として、その他のＺｎＯ系化合物半導体にＮとＴｅがコドープされたｐ型層を用いることもできるであろう。例えば、ＮとＴｅがコドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０＜ｘ≦０．６）層（ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０＜ｘ≦０．６）層）を用いることができるであろう。
【００７９】
なお、上述の実施例では、上側層（ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層）にＮとともにコドープされる元素をＴｅとしたが、Ｎとともにコドープされる元素としてＴｅ以外に、同じＶＩ族元素であるＳ、Ｓｅなども用いることができるのではないかと思われる。
【００８０】
なお、上述の第２実施例では、ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層を形成したが、交互層において、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層上に形成されるｐ型層は、ＺｎＴｅ：Ｎ層に限らず、その他のＺｎＴｅ系化合物半導体にＮがドープされた層を用いることもできるのではないかと思われる。例えば、ＮがドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＴｅ（０＜ｘ≦０．６）層を用いることができるであろう。
【００８１】
次に、下地層として用いられるＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層の好適な膜厚範囲について考察する。下地層の直上に形成される上側層は、例えばＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層である。下地層の直下に、例えばアンドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）による活性層が形成されている。
【００８２】
下地層が活性層表面を覆って、上側層と活性層とを接触させないことにより、上述のような効果を生じさせていると推測すると、下地層の厚みの下限は、例えば（ｃ軸方向で）ＺｎＯの２分子層分の厚みである、およそ０．５ｎｍ程度ではないかと推察される。
【００８３】
素子作製の観点から、下地層膜厚の上限について考察する。発光素子のように素子の上下間に電流を印加する場合、挿入される下地層の伝導型や抵抗率などが素子特性にとって重要になる。例えば上記［背景技術］の欄に記載した［非特許文献２］によると、ＭｇＺｎＯ：Ｎ層は、ｐ型伝導性を持つものの、ホール効果やゼーベック効果などによる測定が行えるほどアクセプタ密度の向上がなされていない。つまり、高抵抗なｐ型膜である。
【００８４】
例えばＺｎＯ系化合物半導体発光素子を作製する場合、挿入されるＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）下地層があまりに厚いと、電流印加時の素子の抵抗が高くなる為、電流印加によって素子が発熱してしまうことに起因して、例えば、発光効率が低下するなどの問題が発生する。よって、例えば発光素子に適用する場合のＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）下地層の膜厚は、３０ｎｍ程度以下とするのが好ましいであろう。
【００８５】
次に、第４実施例による発光素子について説明する。
【００８６】
図６は、第４実施例による発光素子の概略断面図である。洗浄された＋ｃ面ＺｎＯ基板２１上に、ＺｎＯ緩衝層(バッファ層)２２を形成する。バッファ層２２の厚さは１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度が望ましく、成長温度２００℃〜４００℃で成長させる。次に、バッファ層２２を高品質化させるためにアニールを行う。アニール温度は５００℃〜１０００℃で、アニール時間は３分〜３０分である。
【００８７】
次に、バッファ層２２上に、例えばＡｌがドープされたｎ型ＭｇｗＺｎ１−ｗＯ （０≦ｗ≦０．６）層２３を形成する。厚さは５ｎｍ〜２００ｎｍで、Ａｌ濃度は１×１０１７ｃｍ−３以上が好ましい。成長温度７００℃〜１０００℃で成長させる。
【００８８】
ｎ型ＭｇｗＺｎ１−ｗＯ （０≦ｗ≦０．６）層２３上に、アンドープのＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６） 活性層２４を形成する。成長温度は、５００℃〜１０００℃である。
【００８９】
なお、図８Ａ及び図８Ｂに示す変形例のように、活性層２４は単一層に限らず、例えば、ＭｇａＺｎ１−ａＯ（０≦ａ≦０．６）障壁層２４ｂとＭｇｂＺｎ１−ｂＯ （０≦ｂ≦０．６、ｂ＜ａ）井戸層２４ｗとを交互に積層した量子井戸構造とすることもできる。図８Ａは一重量子井戸（ＳＱＷ）構造を示す概略断面図、図８Ｂは多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を示す概略断面図である。
【００９０】
活性層２４上に、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５を形成する。成長温度は３００℃〜１０００℃であり、厚さは０．５ｎｍ〜３０ｎｍである。
【００９１】
ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５上に、ｐ型半導体層として、ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層２６Ａを形成する。厚さは５ｎｍ〜２００ｎｍで、成長温度３００℃〜７００℃で成長させる。
【００９２】
なお、ｎ型ＭｇｗＺｎ１−ｗＯ （０≦ｗ≦０．６）層２３、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６） 活性層２４、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５、ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層２６ＡのＭｇ組成ｗ、ｘ、ｙ及びｚについて、ｘ≦ｗ、ｙ、ｚである。
【００９３】
その後、ＺｎＯ基板２１の裏面に、例えば、Ｔｉ層を厚さ２ｎｍ〜１０ｎｍ堆積し、Ｔｉ層上にＡｌ層を厚さ３００ｎｍ〜５００ｎｍ堆積して、ｎ側電極２７ｎを形成する。ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層２６Ａ上に、例えば、Ｎｉ層を厚さ０．５ｎｍ〜５ｎｍ堆積し、Ｎｉ層上にＡｕ層を厚さ１ｎｍ〜２０ｎｍ堆積して、ｐ側透光性電極２７ｐを形成する。
【００９４】
ｐ側透光性電極２７ｐ上に、例えば、Ｎｉ層を厚さ１００ｎｍ堆積し、Ｎｉ層上に厚さＡｕ層を１０００ｎｍ堆積して、ボンディング用パッド電極２８を形成する。電極のパターニングには、例えば、レジストパターンを用いたリフトオフ等を用いることができる。
【００９５】
この後、例えば３００℃〜７００℃の酸化性ガス雰囲気中で、電極合金化処理を行う。合金処理時間は例えば３０秒〜１０分程度である。以上のようにして、第４実施例による発光素子が形成される。
【００９６】
次に、第５実施例による発光素子について説明する。
【００９７】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、第５実施例による発光素子の概略断面図、及び交互層の概略断面図である。ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５までは、第４実施例と同様な工程で形成される。第５実施例では、ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層２５上に、ｐ型半導体層として、ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層２６ａとＺｎＴｅ：Ｎ層２６ｂとが交互に積層された、ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層２６Ｂを形成する。
【００９８】
その後、第４実施例と同様にして、ＺｎＯ基板２１の裏面上にｎ側電極２７ｎを形成し、交互層２６Ｂ上にｐ側透光性電極２７ｐを形成し、ｐ側透光性電極２７ｐ上にボンディング用パッド電極２８を形成する。以上のようにして、第５実施例による発光素子が形成される。
【００９９】
なお、第４実施例及び第５実施例では、ｎ型導電性を有する＋ｃ面ＺｎＯ基板を用いる例を示したが、基板として、例えばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁性基板を用いることもできる。この場合には、基板裏面側から電極を取ることができないため、素子上方からドライエッチングなどでｎ型半導体層を露出させて、露出部にｎ側電極を作製することができる。
【０１００】
なお、第４実施例及び第５実施例の発光素子ではｎ型半導体層にＡｌをドーピングしたが、ｎ型半導体層は、１×１０１７ｃｍ−３程度のｎ型キャリア密度を有すれば、アンドープでも構わないし、例えばＧａやＩｎなど、Ａｌ以外のその他のドナー元素をドーピングしても構わない。また、２つ以上のドナー元素を同時にドーピングしてｎ型半導体層を作製することも可能である。
【０１０１】
以上、実施例に沿って説明したように、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層の下に、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層を挿入することにより、ＺｎＯ系化合物半導体素子の電気的特性改善等を図ることができる。
【０１０２】
なお、上述の実施例では、結晶成長方法としてＭＢＥを例示したが、他の結晶成長方法、例えばパルスレーザ堆積（ＰＬＤ）や、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）などを用いることもできるであろう。
【０１０３】
実施例の方法で得られるＺｎＯ系化合物半導体素子構造は、例えば、短波長（紫外〜青）の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）に利用でき、また、これらの応用製品（各種インジケータ、ＬＥＤディスプレイ等）に利用できる。また、白色ＬＥＤやその応用製品（照明器具、各種インジケータ、ディスプレイ、各種表示器のバックライト等）に利用できる。また、ＺｎＯ系トランジスタ等の電子デバイスやその応用製品に利用でき、ＺｎＯ系センサ（湿度センサ、紫外センサ等）やその応用製品に利用できる。
【０１０４】
以上実施例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。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【０１０５】
１０１ 真空チャンバ
１０２ Ｚｎソースガン
１０３ Ｍｇソースガン
１０４ Ｔｅソースガン
１０５ Ｏソースガン
１０６ Ｎソースガン
１０７ ステージ
１０８ 基板
１０９ ＲＨＥＥＤ用ガン
１１０ スクリーン
１ ＺｎＯ基板
２ ＺｎＯバッファ層
３ アンドープＺｎＯ層
４ ＺｎＯ：Ｎ層
５Ａ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層
５Ｂ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層
５ａ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層
５ｂ ＺｎＴｅ：Ｎ層
６ｎ ｎ側電極
６ｐ ｐ側電極
２１ ＺｎＯ基板
２２ ＺｎＯバッファ層
２３ ｎ型ＭｇｗＺｎ１−ｗＯ （０≦ｗ≦０．６）層
２４ ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ （０≦ｘ≦０．６） 活性層
２５ ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ：Ｎ（０≦ｙ≦０．６）層
２６Ａ ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層
２６Ｂ ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層
２６ａ ｐ型ＭｇｚＺｎ１−ｚＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］（０≦ｚ≦０．６）層
２６ｂ ＺｎＴｅ：Ｎ層
２７ｎ ｎ側電極
２７ｐ ｐ側電極
２８ ボンディング用パッド電極
４１ ＺｎＯ基板
４２ ＺｎＯバッファ層
４３ アンドープＺｎＯ層
４４Ａ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層
４４Ｂ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］／ＺｎＴｅ：Ｎ交互層
４４ａ ＺｎＯ：［Ｎ＋Ｔｅ］層
４４ｂ ＺｎＴｅ：Ｎ層
４５ｎ ｎ側電極
４５ｐ ｐ側電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上方に形成され、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層と、
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層上に形成され、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層と
を有するＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項２】
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層が、ＮがドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層である請求項１に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項３】
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層のＮ濃度範囲が、１×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である請求項１または２に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項４】
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層の厚さが、０．５ｎｍ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項５】
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層の厚さが、３０ｎｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項６】
前記ＶＩ族元素が、Ｔｅである請求項１〜５のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項７】
前記ｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層が、ＮとＴｅとがコドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層である請求項１〜６のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項８】
さらに、前記基板上方に形成されたｎ型ＺｎＯ系化合物半導体層と
前記ｎ型ＺｎＯ系化合物半導体層上方に形成されたＺｎＯ系化合物半導体活性層と
を有し、
前記ＺｎＯ系化合物半導体活性層上に、前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層が形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項９】
さらに、前記ｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層上に形成され、Ｎがドープされたｐ型ＺｎＴｅ系化合物半導体層を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項１０】
さらに、前記ｐ型ＺｎＴｅ系化合物半導体層上に、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層とＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅ系化合物半導体層との交互積層が形成されている請求項９に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項１１】
前記ｐ型ＺｎＴｅ系化合物半導体層が、ＮがドープされたＺｎＴｅ層である請求項９または１０に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項１】
基板と、
前記基板上方に形成され、ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層と、
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層上に形成され、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層と
を有するＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項２】
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層が、ＮがドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層である請求項１に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項３】
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層のＮ濃度範囲が、１×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２１ｃｍ−３以下である請求項１または２に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項４】
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層の厚さが、０．５ｎｍ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項５】
前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層の厚さが、３０ｎｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項６】
前記ＶＩ族元素が、Ｔｅである請求項１〜５のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項７】
前記ｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層が、ＮとＴｅとがコドープされたＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０≦ｘ≦０．６）層である請求項１〜６のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項８】
さらに、前記基板上方に形成されたｎ型ＺｎＯ系化合物半導体層と
前記ｎ型ＺｎＯ系化合物半導体層上方に形成されたＺｎＯ系化合物半導体活性層と
を有し、
前記ＺｎＯ系化合物半導体活性層上に、前記ＮがドープされたＺｎＯ系化合物半導体層が形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項９】
さらに、前記ｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層上に形成され、Ｎがドープされたｐ型ＺｎＴｅ系化合物半導体層を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項１０】
さらに、前記ｐ型ＺｎＴｅ系化合物半導体層上に、ＮとＶＩ族元素とがコドープされたｐ型ＺｎＯ系化合物半導体層とＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅ系化合物半導体層との交互積層が形成されている請求項９に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【請求項１１】
前記ｐ型ＺｎＴｅ系化合物半導体層が、ＮがドープされたＺｎＴｅ層である請求項９または１０に記載のＺｎＯ系化合物半導体素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６９７２２（Ｐ２０１３−６９７２２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５１４５（Ｐ２０１１−２０５１４５）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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