專利名稱：：β－Ga的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及β-Ga2O3單晶生長方法、薄膜單晶生長方法、Ga2O3發(fā)光器件及其制造方法，更具體而言，本發(fā)明涉及生長幾乎不開裂、具有弱化的孿晶傾向和改進的結晶性的β-Ga2O3單晶的方法，生長具有高品質薄膜單晶的方法，能夠在紫外區(qū)發(fā)光的Ga2O3發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術：
：在無汞熒光燈、提供清潔氣氛的光催化劑、實現(xiàn)更高密度記錄的新一代DVD等的實現(xiàn)中，明顯特別期望紫外區(qū)的發(fā)光器件。鑒于這些背景，已經(jīng)實現(xiàn)了GaN發(fā)藍光器件。在日本專利No.2778405中，描述了由藍寶石襯底、形成在藍寶石襯底上的緩沖層、形成在緩沖層上的n型氮化鎵化合物半導體層、n型覆層、n型有源層、p型覆層和p型接觸層組成的發(fā)藍光器件?，F(xiàn)有技術中的GaN發(fā)藍光器件發(fā)射370nm發(fā)射波長的紫外輻射。但是，由于傳統(tǒng)GaN發(fā)藍光器件中的能帶隙，難以獲得發(fā)射具有比紫外區(qū)更短波長的光。從這一點上說，認為β-Ga2O3和ZnO有發(fā)射具有比紫外區(qū)更短波長的光的可能，因此研究將這些化合物用于發(fā)光器件。例如，研究了根據(jù)CZ方法(Czochralski方法)或FZ(FloatingZone(浮區(qū))技術)方法制造β-Ga2O3塊狀單晶(bulksinglecrystal)襯底。一方面，日本專利申請?zhí)亻_No.2002-68889公開了根據(jù)PLD(脈沖激光沉積)方法在傳統(tǒng)襯底上生長ZnO薄膜。圖27示出了由傳統(tǒng)β-Ga2O3塊狀單晶形成的襯底170。用于制造這種襯底170材料的傳統(tǒng)單晶生長方法公知有CZ方法和FZ方法(參見”Rev.Int.HautesTemper.EtRefract.”No.8，1971；page291)。CZ方法根據(jù)下文所述的方式進行。首先，用二氧化硅管覆蓋裝有4N純度Ga2O3的Ir坩堝，通過高頻振蕩器加熱Ir坩堝，同時使通過將1體積％氧氣加入到氬氣中而獲得的混合氣體流經(jīng)二氧化硅管來熔化Ga2O3粉末，由此生成Ga2O3多晶熔體。然后，將單獨制備的β-Ga2O3種晶與熔融的Ga2O3接觸，將β-Ga2O3種晶以1mm/小時的速率、以15rpm的晶體轉數(shù)(crystalrotationnumber)上拉(drawup)，以制造β-Ga2O3單晶。根據(jù)該方法，優(yōu)點是可以生長具有大直徑的β-Ga2O3單晶。另外，F(xiàn)Z方法是生長晶體的同時通過位于下側的β-Ga2O3種晶補給如位于上側的β-Ga2O3多晶熔體原料的方式。根據(jù)該方法，優(yōu)點是由于不使用容器，可以避免污染，不存在由于使用容器所致的所用氣氛的限制，可以生長易于和所用容器反應的材料。此外，PLD方法是在非常低壓力的氧氣氛中使激光以脈沖方式照射到目標物薄膜的復合材料上，如ZnO目標物上，從而使構成目標物的組分成為等離子體或分子狀態(tài)，使這種狀態(tài)的組分能夠濺射在襯底上，從而在襯底上生長ZnO薄膜。因此，易于在簡單裝置中制造薄膜。然而，在傳統(tǒng)的CZ方法中，由于來自Ga2O3熔體的熔體組分的猛烈蒸發(fā)和明顯不穩(wěn)定生長，因而難以控制晶體生長。此外，雖然約1cm2的單晶的獲得取決于FZ方法的條件，但是由于熔融區(qū)的猛烈蒸發(fā)和急變的溫度梯度，導致出現(xiàn)孿晶傾向或開裂，因此難以按照尺寸生長單晶，并使之具有高品質。此外，當襯底170用方向不固定的β-Ga2O3單晶制造時，非常難于沿解理平面(100)之外的方向切割晶體，這是因為出現(xiàn)裂紋171。在根據(jù)傳統(tǒng)PLD方法的薄膜生長方法中，ZnO和目標薄膜復合材料制成的目標物分離成簇，它們原樣沉積在襯底上，由此ZnO分子在襯底上形成不規(guī)則凹凸，因此擔心會形成具有差的表面平坦性的薄膜。此外，由于有時目標物會由于激光照射而劣化或變質，這成為阻礙薄膜單晶生長的一個因素。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種β-Ga2O3單晶生長方法，其中晶體生長易于控制，即使所得的單晶用作具有大尺寸和高品質的襯底等，也幾乎不發(fā)生開裂。本發(fā)明的另一個目的是提供能夠形成具有高品質的薄膜單晶的薄膜單晶生長方法。本發(fā)明的又一目的是提供能夠發(fā)射具有比紫外區(qū)更短波長的光的Ga2O3發(fā)光器件及其制造方法。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于制備β-Ga2O3種晶；和沿預定方向從β-Ga2O3種晶生長β-Ga2O3單晶。根據(jù)該構造，減小了開裂和孿晶傾向，同時結晶性變得更高，其操作性能良好。本發(fā)明提供了一種薄膜單晶生長方法，其特征在于制備襯底；在預定氣氛中對由純金屬或合金制成的金屬目標物照射激發(fā)束；將通過激發(fā)束照射從金屬目標物釋放的化學物質如原子、分子與離子與預定氣氛中所包含的原子化合，以在襯底上形成薄膜。根據(jù)該構造，當激發(fā)束照射到金屬目標物上時，構成金屬目標物的金屬原子受到激發(fā)，由于熱和光化學作用導致釋放出諸如金屬原子、分子和離子的化學物質，這種釋放的化學物質與氣氛中的自由基化合，并且化合的產(chǎn)物在襯底上生長從而在其上形成薄膜。本發(fā)明提供了一種Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于提供由Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的第一層；由Ga2O3單晶制成且表現(xiàn)出p型導電性，并且形成在第一層上且與之接觸的第二層。根據(jù)該構造，由于表現(xiàn)出p型導電性的第二層形成在表現(xiàn)出n型導電性的第一層上，因而可以形成具有PN結的發(fā)光器件，由于Ga2O3單晶所含的能帶隙，從而可以發(fā)射紫外區(qū)的光。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的紅外加熱單晶制造設備的示意性構造圖；圖2是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的β-Ga2O3種晶的正視圖；圖3(a)-3(d)是分別說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的β-Ga2O3單晶生長過程的圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的單晶的圖；圖5是說明由根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的β-Ga2O3單晶形成的襯底的圖；圖6是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的β-Ga2O3單晶的晶胞圖；圖7是說明根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的膜形成設備的示意性構造圖；圖8是說明根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的MIS型發(fā)光器件的截面圖；圖9是說明根據(jù)本發(fā)明第六實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)的圖；圖10是說明根據(jù)本發(fā)明第七實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)的圖；圖11(a)和11(b)是說明根據(jù)本發(fā)明第七實施方案的β-Ga2O3薄膜和對應于第七實施方案的比較實施例的薄膜的反射式高能電子衍射(RHEED)圖案的比較圖，其中圖11(a)示出根據(jù)本發(fā)明第七實施方案的β-Ga2O3薄膜的反射式高能電子衍射圖案，圖11(b)示出對應于第七實施方案的比較實施例的薄膜的反射式高能電子衍射圖案；圖12是說明根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)的圖；圖13(a)和13(b)是說明根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的β-Ga2O3薄膜和對應于第八實施方案的比較實施例的薄膜的反射式高能電子衍射(RHEED)圖案的比較圖，其中圖13(a)說明根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的β-Ga2O3薄膜的反射式高能電子衍射圖案，圖13(b)說明對應于第八實施方案的比較實施例的薄膜的反射式高能電子衍射圖案；圖14是說明根據(jù)本發(fā)明第九實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)的圖；圖15是說明根據(jù)本發(fā)明第十實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)的圖；圖16是說明根據(jù)對應于本發(fā)明第十實施方案的對比實施例的β-Ga2O3薄膜的掃描電子顯微照片(SEM)的圖；圖17是說明根據(jù)本發(fā)明第十二實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面圖；圖18是說明根據(jù)本發(fā)明第十二實施方案的Ga2O3單晶的氧濃度和載流子濃度之間關系的圖；圖19是說明用于制造根據(jù)本發(fā)明第十二實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的膜形成設備的示意性構造的圖；圖20是說明根據(jù)本發(fā)明第十三實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面圖；圖21是說明根據(jù)本發(fā)明第十四實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面圖；圖22是說明根據(jù)本發(fā)明第十五實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面圖；圖23是說明根據(jù)本發(fā)明第十六實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面圖；圖24是說明根據(jù)本發(fā)明第十七實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面圖；圖25是說明β-Al1.4Ga0.6O3、β-Ga2O3與β-GaInO3的晶格常數(shù)比和能帶隙之間關系的圖；圖26是說明根據(jù)本發(fā)明第十八實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面圖；圖27是說明傳統(tǒng)單晶襯底的圖；具體實施方式(第一實施方案)圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的紅外加熱單晶制造設備，其中紅外加熱單晶制造設備101用來制造根據(jù)FZ方法的β-Ga2O3單晶，該設備示意性地由二氧化硅管102、用于夾持/旋轉β-Ga2O3種晶(下文稱作“種晶”)107的種晶旋轉部件103、用于夾持/旋轉β-Ga2O3多晶原材料(下文簡稱為“多晶原材料”)109的原材料旋轉部件104、用于加熱多晶原材料109使之熔化的加熱部件105、種晶旋轉部件103和控制原材料旋轉部件104與加熱部件105的控制部件106。種晶旋轉部件103提供有夾持種晶107的種晶夾(seedchuck)、將旋轉傳遞到種晶夾133的下旋轉軸132和正常旋轉下旋轉軸132并同時使之垂直移動的下驅動部件131。原材料旋轉部件104提供有夾持多晶原材料109的上端109a的原材料夾143、將旋轉傳遞到原材料夾143的上旋轉軸142和垂直并反向旋轉上旋轉軸142并同時使之垂直移動的上驅動部件141。加熱部件105提供有直接加熱多晶原材料109使之熔化的鹵素燈151、包含鹵素燈151并使發(fā)射自鹵素燈151的光聚集在多晶原材料109的預定區(qū)域中的橢圓鏡152，和為鹵素燈151提供電源的電源供應部件153。二氧化硅管102包含下旋轉軸132、種晶夾133、上旋轉軸142、原材料夾143、多晶原材料109、β-Ga2O3單晶108和種晶107。向二氧化硅管102供應由氧氣和作為惰性氣體的氮氣組成的混合氣，并可將之密封。下面，將參照圖2、圖3和圖4描述根據(jù)本發(fā)明第一實施方案生長β-Ga2O3單晶的方法。(1)制備種晶圖2是說明種晶107的正視圖，其中種晶107是具有正方形截面的矩形柱，部分種晶107由種晶夾133夾持。對于種晶107來說，例如使用了通過沿解理平面切割的β-Ga2O3單晶而制備的材料。為了生長良好的β-Ga2O3單晶，種晶107的直徑為其生長晶體的五分之一或更小，或者截面面積為5mm2或小于生長晶體，并表現(xiàn)出強度，從而使β-Ga2O3單晶在生長過程中不斷裂。在本實施方案中，截面面積為1-2mm2。其軸向為a軸<100>方向、b軸<010>方向或c軸<001>方向。這里應該注意的是術語“直徑”指正方形的邊、矩形的長邊或圓的直徑。軸向和各方向之間的誤差幅度需要在±10°以內。圖3(a)-3d說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的β-Ga2O3單晶的生長過程，圖4說明根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的單晶，其中分別省略了圖3(a)-3(d)與圖4中的種晶夾133。(2)制備多晶原材料109首先，如下所述制造多晶原材料。亦即，將預定量的具有4N純度的Ga2O3粉末裝入橡膠管(未示出)，在500Mpa下進行冷壓。然后，將所得產(chǎn)物于1500℃燒結10小時，以獲得桿狀的多晶原材料109。(3)β-Ga2O3單晶108的制備然后如圖1所述，將部分種晶107用種晶夾133夾持，同時將桿狀多晶原材料109的上端109a用原材料夾143夾持。接著，如圖3(a)所示，通過調節(jié)上旋轉軸142在垂直方向上的位置，使種晶107的上端107a與多晶原材料109的下端109a接觸。此外，還調節(jié)上旋轉軸142和下旋轉軸132在垂直方向上的位置，使鹵素燈151的光集中在由種晶107的上端107a和多晶原材料109的下端109b組成的區(qū)域上。二氧化硅管102的氣氛102a是氮氣和氧氣的混合氣(其比例在100％氮氣和100％氧氣之間變動)，充以1-2個大氣壓的全壓力(fullpressure)。當操作者打開電源開關(未示出)時，控制部件106根據(jù)控制程序控制各部件，以進行單晶生長控制。當加熱部件105通電時，鹵素燈151加熱由種晶107的上端107a和多晶原材料109的下端109b組成的區(qū)域，以熔化該加熱區(qū)域，從而形成熔滴108c。這時，只有種晶107旋轉。然后，使多晶原材料109和種晶107的接觸區(qū)域熔化，同時使它們彼此逆向旋轉，使多晶原材料109變得足以與種晶107相容。如圖3(b)所示，當獲得中等β-Ga2O3單晶熔體108’時，停止多晶原材料的旋轉，只有種晶107旋轉，并且將多晶原材料109和種晶107朝相反的方向拉伸，以形成比種晶107更薄的沖擊頸(dashneck)108a。接著，用鹵素燈151對種晶107和多晶原材料109進行加熱，同時使它們以20rpm逆向旋轉，用上旋轉軸142以5mm/小時的速率上拉多晶原材料109。當多晶原材料109由鹵素燈151加熱時，多晶原材料109熔化形成熔體108’，當其冷卻時，產(chǎn)生直徑等于或小于多晶原材料109的β-Ga2O3單晶108，如圖3(c)所示。形成中等長度的單晶后，將β-Ga2O3單晶108的上部108b的直徑減小，以取出所產(chǎn)生的β-Ga2O3單晶108，如圖3(d)所示。(4)制備襯底圖5示出了由β-Ga2O3單晶108形成的襯底。當β-Ga2O3單晶108沿b軸<010>方向進行晶體生長時，(100)平面中的解理變得較強，從而通過沿平行或垂直于(100)平面的平面切割單晶來制造襯底160。當β-Ga2O3單晶108沿a軸<100>方向和c軸<001>方向進行單晶生長時，(100)平面和(001)平面中的解理變弱，從而使所有平面的可操作性變得良好，因此對上述切割平面沒有限制。圖6示出了β-Ga2O3單晶的晶胞。β-Ga2O3單晶由8個Ga原子和12個O原子組成，其中它們表示為Ga(1)、Ga(2)、O(1)、O(2)和O(3)。在圖中，參考符號a、b和c分別表示a軸<100>方向、b軸<010>方向和c軸<001>方向。根據(jù)第一實施方案，獲得了下列優(yōu)點(a)由于晶體沿預定方向生長，因而可以獲得大的β-Ga2O3單晶108。(b)當選擇a軸<100>方向、b軸<010>方向或c軸<001>方向作為其晶體軸時，開裂和孿晶傾向減小，因此獲得高的結晶性。(c)此外，可以獲得具有良好重現(xiàn)性的上述晶體，從而使其具有作為半導體等的襯底的高使用價值。本發(fā)明并不局限于上述的實施方案，而是適于進行各種改動。例如，可以用與β-Ga2O3處于同一單斜體系的、其空間群屬于C2/m并由含有選自鎵、銦、鋁、錫、鍺、鎳、銅、鋅、鋯、鈮、鉬、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鉿、鉭、鎢、硅和鎂的一種、兩種或多種元素的氧化物的β-Ga2O3固體溶液組成的β-Ga2O3種晶替代β-Ga2O3種晶107來生長由這種固體溶液制成的β-Ga2O3單晶。因此，可以實現(xiàn)在由紫外延伸到藍光的波段發(fā)光的LED。此外，當使用全壓力為2個大氣壓或更高的氮氣和氧氣的混合氣來進行FZ方法時，可以抑制氣泡的產(chǎn)生，從而使晶體生長過程更穩(wěn)定。在需要上拉單晶108時，可以降低下旋轉軸132。鹵素燈151不能轉移，但可以轉移下旋轉軸132和上旋轉軸142，以進行熱處理。此外，可以使用加熱線圈代替鹵素燈151來加熱。在本實施方案中，雖然將氮氣用作惰性氣體，但可以使用氬氣代替本發(fā)明中的氮氣。種晶107可以具有矩形截面，也可以使用筒形或柱形種晶。雖然根據(jù)FZ方法描述了本實施方案，但也可以使用諸如EFG方法(是一種使用Czochralski方法作為牽引方法進行的形狀控制的晶體生長方法)的其他方法。(第二實施方案)圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的膜形成設備的示意性構造。膜形成設備201根據(jù)PLD方法執(zhí)行膜形成，其提供有含可以排空的空間220的室202、設置在室202中的目標物臺(targettable)205、保持在目標物臺上的目標物203、設置在室202外部并旋轉目標物臺205的旋轉機械裝置211、設置在室202內部并夾持襯底206的襯底夾持部件207、容納在襯底夾持部件中能夠將襯底206加熱至1500℃的加熱器、將自由基通過管道202a注入到室202中的自由基注入部件208、具有用于通過管道202b排空空間220以將空間220抽成真空的真空泵(未示出)的排氣部件(exhaustsection)209，和提供在室202外部并將作為激發(fā)束的激光束照射到目標物203上的激光部件204。目標物203由純金屬或合金制成，例如，由含高純度Ga的合金或Ga制成。激光部件204提供有用來以脈沖方式輻射激光束并使用Nd:YAG激光器、KrF受激準分子激光器、ArF受激準分子激光器等作為激光源的激光振蕩部件241，和使由激光振蕩部件241輸出的激光束集中到目標物203上的透鏡243和244。襯底206與目標物203相對，從而使激光束242照射到目標物203上時從目標物203解離的化學物質如金屬原子233能夠有助于膜形成。設置自由基注入部件208，使之可以注射選自氧氣、含臭氧的氧氣、純臭氧氣體、N2O氣體、NO2氣體、含氧自由基的氧氣、氧自由基、氮自由基、NH3氣體、含氮自由基的NH3氣體等的一種、兩種或多種氣體，也就是說使氣體與膜形成時由目標物203釋放的原子在空間220中化合。接著將描述根據(jù)第二實施方案的生長薄膜單晶的方法。生長方法包括制備其上生長薄膜的襯底206的工藝，和在襯底206上生長薄膜的工藝。本文描述了由β-Ga2O3制成的薄膜形成在由β-Ga2O3制成的襯底206上的情況。(1)制備襯底206首先，根據(jù)FZ(FloatingZone)方法形成β-Ga2O3單晶。更具體地，在二氧化硅管中使β-Ga2O3種晶和β-Ga2O3多晶原材料在其接觸區(qū)熔化。當熔化的β-Ga2O3多晶原材料和β-Ga2O3種晶一起下降時，在β-Ga2O3種晶上形成β-Ga2O3單晶。然后，從β-Ga2O3單晶制備襯底206。當晶體沿b軸<010>方向生長時，(100)平面中的解理變強，從而分別通過沿與(100)平面平行和垂直的平面中切下所得單晶來制造襯底206。當晶體沿a軸<100>方向或c軸<001>方向生長時，(100)平面和(001)平面中的解理變弱，從而使所有平面的可操作性提高，因此和上述情況不同，對要切隔的平面沒有限制。(2)生長薄膜使用上述膜形成設備201使薄膜形成在襯底206上。也就是說，例如對于目標物203來說，將由Ga制成的目標物203固定在目標物臺205上。用襯底夾持部件207夾持由β-Ga2O3單晶制成的襯底206。使用包含在排氣部件209中的真空泵排出空間220中的空氣，直至空間220中的真空度為例如約1×10-9托，然后，例如將氧氣注入到空間220中，直至真空度為約1×10-7托，利用襯底夾持部件207使加熱器(未示出)通電，加熱襯底206至300℃-1500℃的溫度。然后，利用自由基注入部件208將氧自由基注入到空間220中，直至真空度為1×10-4-1×10-6托。當266nm波長的激光束242從激光部件204以100mW的激光輸出和10Hz的重復頻率照射到由旋轉機械裝置211旋轉的目標物203上時，構成目標物203的Ga原子得以激發(fā)，從而使從目標物203釋放的化學物質如Ga原子、Ga離子、激發(fā)的Ga原子和激發(fā)的Ga離子在熱和光化學作用下與氣氛中的氧自由基化合在襯底上，由此形成β-Ga2O3單晶。所形成的β-Ga2O3單晶在襯底206上生長，由此在襯底206上形成β-Ga2O3薄膜單晶。這種情況下，所生長的β-Ga2O3薄膜單晶表現(xiàn)出n型導電性，該導電性認為是由氧缺陷所導致的。根據(jù)第二實施方案，由于從目標物203釋放的化學物質如金屬原子、金屬離子、激發(fā)的金屬原子和激發(fā)的金屬離子和其氣氛中的原子化合，表面平坦性高，可以在襯底上生長具有良好品質的由β-Ga2O3單晶制成的薄膜。(第三實施方案)圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的MIS型發(fā)光器件的截面。MIS型發(fā)光器件260提供有由β-Ga2O3單晶制成的襯底206、表現(xiàn)出n型導電性并形成在襯底206上的β-Ga2O3薄膜單晶261、由β-Ga2O3薄膜晶體制成并形成在n型β-Ga2O3薄膜單晶261頂部的絕緣層262、形成在絕緣層262頂部的金電極263、附著在金電極263頂部且連接引線268的接合料(bonding)267、形成在襯底206底部的n電極264和附著在n電極264底部且連接引線266的接合料265。通過在氧氣氛中于900℃下使β-Ga2O3晶體退火形成絕緣層262，在10-1000nm的表面中沒有氧缺陷。根據(jù)第三實施方案，獲得了發(fā)射波長在260nm附近的發(fā)光器件。(第四實施方案)通過使用根據(jù)第二實施方案的膜形成設備201，使用金屬Zn或含Zn合金作為目標物203以及在襯底206上生長薄膜，獲得了根據(jù)本發(fā)明第四實施方案的ZnO薄膜單晶。根據(jù)第四實施方案，當激發(fā)束照射在由Zn或含Zn合金制成的金屬目標物203上時，構成金屬目標物203的Zn原子或其他原子得以激發(fā)，從而使從金屬目標物203釋放的化學物質如Zn原子、Zn離子、激發(fā)的Zn原子和激發(fā)的Zn離子在熱和光化學作用下與其氣氛中的自由基化合，如此化合的產(chǎn)物在襯底206上生長，形成ZnO薄膜單晶。作為替代方案，可以在由β-Ga2O3單晶制成的襯底上生長由ZnO薄膜晶體組成的緩沖層，并使ZnO薄膜單晶形成在緩沖層上。根據(jù)該構造，由于在緩沖層上形成與緩沖層類型相同的ZnO薄膜單晶，晶格錯配下降，從而可以形成具有良好結晶性的ZnO薄膜單晶。(第五實施方案)通過采用根據(jù)第二實施方案的膜形成設備201，使用選自氮自由基、NH3氣體、含氮自由基的NH3氣體的一種、兩種或多種氣體作為其氣氛以及在襯底206上生長薄膜，獲得根據(jù)本發(fā)明第五實施方案的GaN薄膜單晶。根據(jù)第五實施方案，當激發(fā)束照射在由Ga或含Ga合金制成的金屬目標物203上時，構成金屬目標物203的Ga原子或其他原子得以激發(fā)，從而使從金屬目標物203釋放的化學物質如Ga原子、Ga離子、激發(fā)的Ga原子和激發(fā)的Ga離子在熱和光化學作用下與其氣氛中的自由基化合，如此化合的產(chǎn)物在襯底206上生長，形成GaN薄膜單晶。作為替代方案，可以在由β-Ga2O3單晶制成的襯底上生長由GaN薄膜晶體組成的緩沖層，使GaN薄膜單晶形成在緩沖層上。根據(jù)該構造，由于在緩沖層上形成與緩沖層類型相同的GaN薄膜單晶，晶格錯配下降，從而可以形成具有良好結晶性的GaN薄膜單晶。(第六實施方案)根據(jù)本發(fā)明第六實施方案的β-Ga2O3薄膜通過以下方式獲得使用根據(jù)第二實施方案的膜形成設備201，使用Ga作為目標物203的材料，使用由β-Ga2O3制成的襯底206，使具有266nm波長的激光束242照射在目標物203上，同時注入氧自由基，其中襯底溫度為400℃，激光輸出為100mW，重復頻率為10Hz，真空度為1×10-5托。激光振蕩部件241采用對應于QswNd:YAG激光器振蕩波長的1.064μm作為基礎波，可以利用非線形光學晶體(未示出)使355nm的脈沖振蕩成為第三諧波和使266nm的脈沖振蕩成為第四諧波。照射激光束242之后，在β-Ga2O3襯底206上生長無色透明的β-Ga2O3薄膜。圖9示出了根據(jù)第六實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)。根據(jù)該顯微照片，β-Ga2O3薄膜表現(xiàn)出具有高平坦性的β-Ga2O3薄膜表面，并且該薄膜具有高品質。根據(jù)第六實施方案，當激發(fā)束照射在由Ga制成的目標物上時，Ga原子從目標物激發(fā)，從目標物釋放的化學物質如Ga原子在熱和光化學作用下與其氣氛中的氧自由基化合，如此化合的產(chǎn)物在襯底上生長，從而在由β-Ga2O3制成的襯底上形成具有高品質的無色透明β-Ga2O3薄膜單晶。(第七實施方案)根據(jù)本發(fā)明第七實施方案的β-Ga2O3薄膜可以采用與第六實施方案相同的條件制備，除了襯底溫度為1000℃。圖10示出了根據(jù)第七實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)。根據(jù)該顯微照片，β-Ga2O3薄膜表現(xiàn)出具有高平坦性的β-Ga2O3薄膜表面，并且該薄膜具有高品質。圖11(a)示出了根據(jù)第七實施方案的β-Ga2O3薄膜的反射式高能電子衍射(RHEED)圖案，圖11(b)示出了根據(jù)下面將要描述的與第七實施方案對應的對比實施例的薄膜的反射式高能電子衍射圖案。從圖11(a)明顯可見，生長了具有高品質的β-Ga2O3薄膜單晶。根據(jù)第七實施方案，當激發(fā)束照射在由Ga制成的目標物上時，Ga原子從目標物激發(fā)，從目標物釋放的化學物質如Ga原子在熱和光化學作用下與其氣氛中的氧自由基化合，如此化合的產(chǎn)物在襯底上生長，從而在由β-Ga2O3制成的襯底206上形成具有高品質的無色透明β-Ga2O3薄膜單晶。(與第七實施方案對應的對比實施例)根據(jù)對比實施例的β-Ga2O3薄膜在β-Ga2O3襯底上通過以下方式獲得使用根據(jù)第二實施方案的膜形成設備201，使用Ga2O3作為目標物203的材料，使用由β-Ga2O3制成的襯底206，在氧自由基氣氛中使具有266nm波長的激光束242照射在目標物203上，其中襯底溫度為1000℃，激光輸出為100mW，重復頻率為10Hz，真空度為1×10-5托。所得的β-Ga2O3薄膜是透明的。圖11(b)示出了所生長的β-Ga2O3薄膜的反射式高能電子衍射圖案。從圖11(b)明顯可見，未生長出良好的β-Ga2O3薄膜單晶。根據(jù)該對比實施例，當使用由Ga2O3制成的目標物時，未產(chǎn)生良好的薄膜單晶。從結果可以看出由Ga制成的目標物適于生長薄膜單晶。此外，從圖11(a)和11(b)可以理解，除了由Ga制成的目標物外，氧自由基的存在對于在由β-Ga2O3制成的襯底206上生長β-Ga2O3薄膜單晶來說是有效的。(第八實施方案)根據(jù)本發(fā)明第八實施方案的β-Ga2O3薄膜通過以下方式獲得使用根據(jù)第二實施方案的膜形成設備201，使用Ga作為目標物203的材料，使用由β-Ga2O3制成的襯底206，使具有266nm波長的激光束242照射在目標物203上，同時注入N2O自由基，其中襯底溫度為1000℃，激光輸出為100mW，重復頻率為10Hz，真空度為1×10-5托。圖12示出了根據(jù)第八實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)。根據(jù)該顯微照片，β-Ga2O3薄膜表現(xiàn)出具有高平坦性的β-Ga2O3薄膜表面，并且該薄膜具有高品質。圖13(a)示出了根據(jù)第八實施方案的β-Ga2O3薄膜的反射式高能電子衍射(RHEED)圖案，圖13(b)示出了根據(jù)下面將要描述的與第八實施方案對應的對比實施例的薄膜的反射式高能電子衍射圖案。從圖13(a)明顯可見，生長了具有高品質的β-Ga2O3薄膜單晶。根據(jù)第八實施方案，當激發(fā)束照射在由Ga制成的目標物上時，Ga原子從目標物激發(fā)，從目標物釋放的化學物質如Ga原子在熱和光化學作用下與其氣氛中的N2O自由基化合，如此化合的產(chǎn)物在襯底上生長，從而在由β-Ga2O3制成的襯底206上形成具有高品質的無色透明β-Ga2O3薄膜單晶。(與第八實施方案對應的對比實施例)根據(jù)對比實施例的β-Ga2O3薄膜在β-Ga2O3襯底上通過以下方式獲得使用根據(jù)第二實施方案的膜形成設備201，使用Ga2O3作為目標物203的材料，使用由β-Ga2O3制成的襯底206，在N2O自由基氣氛中使具有266nm波長的激光束242照射在目標物203上，其中襯底溫度為1000℃，激光輸出為100mW，重復頻率為10Hz，真空度為1×10-5托。所得的β-Ga2O3薄膜是透明的。圖13(b)示出了上述生長的β-Ga2O3薄膜的反射式高能電子衍射圖案。從圖13(b)明顯可見，未生長出良好的β-Ga2O3薄膜單晶。根據(jù)該對比實施例，發(fā)現(xiàn)除了由Ga制成的目標物之外，N2O自由基的存在對于在由β-Ga2O3制成的襯底206上生長β-Ga2O3薄膜單晶來說是有效的。(第九實施方案)根據(jù)本發(fā)明第九實施方案的β-Ga2O3薄膜可以以與第八實施方案相同的條件制備，除了襯底溫度為400℃。圖14示出了根據(jù)第九實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)。根據(jù)該顯微照片，β-Ga2O3薄膜表現(xiàn)出具有高平坦性的β-Ga2O3薄膜表面，并且該薄膜具有高品質。根據(jù)第九實施方案，當激發(fā)束照射在由Ga制成的目標物上時，Ga原子從目標物激發(fā)，從目標物釋放的化學物質如Ga原子在熱和光化學作用下與其氣氛中的N2O自由基化合，如此化合的產(chǎn)物在襯底上生長，從而在由β-Ga2O3制成的襯底206上形成具有高品質的無色透明β-Ga2O3薄膜單晶。(第十實施方案)根據(jù)本發(fā)明第十實施方案的β-Ga2O3薄膜通過以下方式獲得使用根據(jù)第二實施方案的膜形成設備201，使用Ga作為目標物203的材料，使用由β-Ga2O3制成的襯底206，使具有355nm波長的激光束242照射在目標物203上，同時注入氧自由基，其中襯底溫度為1000℃，激光輸出為100mW，重復頻率為10Hz，真空度為1×10-5托。圖15示出了根據(jù)第十實施方案的β-Ga2O3薄膜的原子力顯微照片(AFM)。根據(jù)該顯微照片，β-Ga2O3薄膜表現(xiàn)出具有高平坦性的β-Ga2O3薄膜表面，并且該薄膜具有高品質。根據(jù)第十實施方案，當激發(fā)束照射在由Ga制成的目標物上時，Ga原子從目標物激發(fā)，從目標物釋放的化學物質如Ga原子在熱和光化學作用下與其氣氛中的氧自由基化合，如此化合的產(chǎn)物在襯底上生長，從而在由β-Ga2O3制成的襯底206上形成具有高品質的無色透明β-Ga2O3薄膜單晶。(與第十實施方案對應的對比實施例)圖16示出了根據(jù)與第十實施方案對應的對比實施例的β-Ga2O3薄膜的掃描電子顯微照片(SEM)。根據(jù)該對比實施例的β-Ga2O3薄膜在β-Ga2O3襯底206上通過以下方式獲得使用根據(jù)第二實施方案的膜形成設備201，使用Ga2O3作為目標物203的材料，使用由β-Ga2O3制成的襯底206，在氧氣氛中使具有355nm波長的激光束242照射在目標物203上，其中襯底溫度為1000℃，激光輸出為200mW，重復頻率為10Hz，真空度為1×10-5托。所得的β-Ga2O3薄膜是白色的。這意味著白色簇狀物質附著在平整的襯底206上，因此發(fā)現(xiàn)幾乎不生長β-Ga2O3膜。根據(jù)該對比實施例，發(fā)現(xiàn)除了由Ga制成的目標物之外，氧自由基的存在對于在由β-Ga2O3制成的襯底206上生長β-Ga2O3薄膜單晶來說是有效的。雖然所提到的PLD方法是在由β-Ga2O3單晶制成的襯底上生長β-Ga2O3單晶薄膜的方式，但本發(fā)明并不局限于PLD方法，也可以應用物理氣相生長方法，如MBE(分子束外延)法和MOCVD(金屬有機物氣相沉積)法，以及化學氣相生長方法，如熱CVD(化學氣相沉積)和等離子體CVD。此外，雖然描述了具有金屬片特征的目標物，但是目標物并不局限于由金屬制成，也可以使用除金屬之外的固體材料或液體材料。另外，目標物并不局限于由Ga制成，也可以使用由含Ga、Zn的合金或含Zn合金組成的金屬。根據(jù)這些改動，增加了選擇所要形成膜的的自由程度。此外，可以使用激光束之外的束作為激發(fā)束，前提是它能在照射到金屬目標物上時釋放金屬原子等，例如使用電子束、離子束等。此外，激光的波長并不局限于266nm，也可以使用其他波長，如355nm、193nm等。作為選擇，激光輸出可以變?yōu)?0mW-400mW。襯底溫度可以在300-1500℃變動。因為這樣的溫度容許使所生長的膜平坦并使之致密，換言之，是提高結晶性的溫度范圍。室202中的真空度可以是1托-1×10-10托。即使在指定的真空度范圍內，也可以生長β-Ga2O3薄膜單晶。(第十一實施方案)根據(jù)本發(fā)明第十一實施方案的β-Ga2O3發(fā)光器件通過以下方式獲得分別形成表現(xiàn)出n型導電性的襯底、表現(xiàn)出p型導電性的襯底、絕緣型襯底、表現(xiàn)出p型導電性的薄膜、表現(xiàn)出n型導電性的薄膜等，并將這些材料彼此結合。下面將描述制造發(fā)光器件等的這些組分的方法。(1)制造表現(xiàn)出n型導電性襯底的方法襯底表現(xiàn)出n型導電性需要具有下列特征，即襯底中的Ga被n型摻雜物替代、襯底中的氧被n型摻雜物替代或β-Ga2O3單晶中存在有氧缺陷。Ga被n型摻雜物替代的鎵替代性n型摻雜物的例子包括Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Ru、Rh、Ir、C、Sn、Si、Ge、Pb、Mn、As、Sb和Bi。氧被n型摻雜物替代的氧替代性n型摻雜物的例子包括F、Cl、Br和I。具有n型導電性的襯底制造如下。首先，根據(jù)FZ(FloatingZone)方法形成β-Ga2O3單晶。也就是說，單獨從β-Ga2O3多晶原材料制備β-Ga2O3種晶，使β-Ga2O3種晶與β-Ga2O3多晶原材料在二氧化硅管中接觸，將兩材料處于接觸狀態(tài)的區(qū)域加熱，由此接觸區(qū)域中的β-Ga2O3種晶和β-Ga2O3多晶原材料熔化。當熔融的β-Ga2O3多晶原材料和β-Ga2O3種晶一起結晶時，在β-Ga2O3種晶上產(chǎn)生β-Ga2O3單晶。然后，當β-Ga2O3單晶經(jīng)歷了切割等程序后，即制得表現(xiàn)出n型導電性的襯底。當晶體沿b軸<010>方向生長時，(100)平面中的解理變強，從而分別通過沿與(100)平面平行和垂直的平面切割所得單晶來制造襯底。另一方面，當晶體沿a軸<100>方向或c軸<001>方向生長時，(100)平面和(001)平面中的解理變弱，從而使所有平面的可操作性提高，因此和上述情況不同，對要切割的平面沒有限制。因而，晶體可以沿(001)平面、(010)平面和(101)平面切割。根據(jù)上述方法制造的所得襯底表現(xiàn)出n型導電性的原因是由于β-Ga2O3單晶中的氧缺陷。(2)控制表現(xiàn)出n型導電性的襯底的導電性控制由β-Ga2O3制成并表現(xiàn)出n導電性的襯底的導電性的方法例子包括通過改變氣氛中的氧分壓或改變生長過程中的氧流速而控制氧缺陷濃度的方式；和根據(jù)FZ方法控制n型摻雜物濃度的方式。較高的氧缺陷濃度導致較高的導電性。β-Ga2O3單晶生長過程中氧流速與導電性對數(shù)的關系基本成反比。在β-Ga2O3單晶情況下，當通過在1-2個大氣壓下在0-0.2m3/小時范圍內改變氧流速而改變氧濃度時，載流子濃度可以控制在1016-1019/cm3。(3)制造絕緣型襯底的方法如下所述制造絕緣型襯底。首先，與制造表現(xiàn)出n型導電性的襯底的方法一樣，通過控制氧缺陷濃度來生長表現(xiàn)出n型導電性的β-Ga2O3單晶。然后，將所得的單晶在預定溫度(例如900℃)空氣氣氛中退火預定時間(例如6天)，以減小氧缺陷，即得由β-Ga2O3單晶制成的絕緣型襯底。(4)制造表現(xiàn)出p型導電性的襯底的方法由β-Ga2O3單晶形成的襯底中表現(xiàn)出p型導電性需要具有下列特征，即襯底中的Ga被p型摻雜物替代或襯底中的氧被p型摻雜物替代。Ga被p型摻雜物替代的鎵替代性p型摻雜物的例子包括H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Tl、Pb等。氧被p型摻雜物替代的氧替代性p型摻雜物的例子包括N、P等。如下所述制造表現(xiàn)出p型導電性的襯底。首先，根據(jù)FZ方法形成β-Ga2O3晶體。將含例如MgO(p型摻雜物源)的例如β-Ga2O3原材料均勻共混，將所得的混合物裝入橡膠管，在500Mpa下進行冷壓以成型為桿狀產(chǎn)物。將該桿狀產(chǎn)物在大氣中于1500℃燒結10小時，以獲得含Mg的β-Ga2O3多晶原材料。制備β-Ga2O3種晶。使β-Ga2O3種晶和β-Ga2O3多晶原材料在二氧化硅管中于全壓力為1-2個大氣壓的生長氣氛下相接觸，同時以500ml/min流通混合的N2和O2氣體，對它們的接觸區(qū)域加熱，使接觸區(qū)域中的β-Ga2O3種晶和β-Ga2O3多晶原材料熔化。然后使熔融的β-Ga2O3多晶原材料和β-Ga2O3種晶一起以20rpm的轉速相對旋轉，并以5mm/小時的生長速度生長，從而在β-Ga2O3種晶上產(chǎn)生透明絕緣的含Mg的β-Ga2O3單晶。由所得的β-Ga2O3單晶制造襯底，當襯底在氧氣氛中于預定溫度(如950℃)退火預定時間時，氧缺陷減低，以獲得表現(xiàn)出p型導電性的所得襯底。(5)控制表現(xiàn)出p型導電性的襯底的導電性控制由β-Ga2O3制成并表現(xiàn)出n型導電性的襯底中導電性的方式的例子包括根據(jù)FZ方法控制p型摻雜物濃度的方法。(6)制造表現(xiàn)出n型導電性的薄膜的方法可以通過諸如PLD方法、MBE方法、MOCVD方法和濺射方法的物理氣相生長法或諸如熱CVD和等離子體CVD的化學氣相生長法形成表現(xiàn)出n型導電性的薄膜。下面描述根據(jù)PLD方法的膜形成。在薄膜中表現(xiàn)出n型導電性需要具有下列特征，即薄膜中的Ga被n型摻雜物替代、薄膜中的氧被n型摻雜物替代或基于存在氧缺陷。Ga被n型摻雜物替代的鎵替代性n型摻雜物的例子包括Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Ru、Rh、Ir、C、Sn、Si、Ge、Pb、Mn、As、Sb和Bi等。氧被n型摻雜物替代的氧替代性n型摻雜物的例子包括F、Cl、Br和I等。在PLD方法中，有下列方法作為摻雜鎵替代性n型摻雜物或氧替代性n型摻雜物的方式。也就是說，它們是使用由含Ga和n型摻雜物的合金制成的目標物、由β-Ga2O3的燒結材料和n型摻雜物的氧化物制成的目標物、由β-Ga2O3固體溶液單晶和n型摻雜物的氧化物制成的目標物或由Ga金屬制成的目標物和由n型摻雜物制成的目標物的方法。此外，在PLD方法中，可以采用β-Ga2O3晶體(單晶、多晶)作為目標物并在氧氣氛中形成膜來制造由于氧缺陷而表現(xiàn)出n型導電性的薄膜。(7)控制表現(xiàn)出n型導電性的薄膜的導電性控制由β-Ga2O3制成并表現(xiàn)出n型導電性的薄膜導電性的方式例子包括控制目標物中n型摻雜物混合比例的方法、改變激光照射條件或襯底的膜形成條件來控制氧缺陷濃度的方法等。根據(jù)PLD技術控制n型濃度的方法例子包括改變使用由含Ga和n型摻雜物的合金制成的目標物、由β-Ga2O3的燒結材料和n型摻雜物的氧化物制成的目標物、或由β-Ga2O3固體溶液單晶和n型摻雜物的氧化物制成的目標物的方法中Ga和摻雜物組分比例的方式；和改變使用由Ga金屬制成的目標物或由n型摻雜物制成的目標物的方法中激光照射目標物方法的方式。更具體而言，有改變激光波長(如157nm、193nm、248nm、266nm、355nm等)的方法、改變每次脈沖的功率(例如10-500mW)或重復頻率(例如1-200Hz)的方法。對于根據(jù)PLD方法控制氧缺陷的方式，存在有改變激光照射目標物的條件的方法和改變襯底的膜形成條件的方法。根據(jù)PLD方法控制氧缺陷濃度的方式例子包括改變激光波長(157nm、193nm、248nm、266nm、355nm等)的方法和改變每次脈沖的功率(例如10-500mW)或重復頻率(例如1-200Hz)的方法。一方面，改變襯底膜形成條件的方法例子包括改變襯底溫度(如300-1500℃)的方式、改變目標物和襯底之間距離(如20-50mm)的方式、改變膜形成過程中真空度(如10-3-10-7托)的方式和改變等離子體槍輸出的方式。(8)制造表現(xiàn)出p型導電性的薄膜的方法可以通過諸如PLD法、MBE法、MOCVD法和濺射法的物理氣相生長法或諸如熱CVD和等離子體CVD的化學氣相生長法形成表現(xiàn)出p型導電性的薄膜。下面將描述根據(jù)PLD方法的膜形成。在薄膜中表現(xiàn)出p型導電性需要具有下列特征，即薄膜中的Ga被p型摻雜物替代、薄膜中的氧被p型摻雜物替代或基于Ga缺陷。Ga被p型摻雜物替代的鎵替代性p型摻雜物的例子包括H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Tl、Pb等。氧被p型摻雜物替代的氧替代性p型摻雜物的例子包括P等。在PLD方法中，摻雜鎵替代性p型摻雜物的方式或摻雜氧替代性p型摻雜物的方式是在薄膜生長工藝中摻雜p型摻雜物的方法。也就是說，關于摻雜p型摻雜物的方式，存在有使用由含Ga和p型摻雜物的合金制成的目標物、由β-Ga2O3的燒結材料和p型摻雜物的氧化物制成的目標物、由β-Ga2O3固體溶液單晶和p型摻雜物的氧化物制成的目標物或由Ga金屬制成的目標物和由p型摻雜物制成的目標物的下列方法。此外，可以采用Ga金屬、β-Ga2O3燒結材料或β-Ga2O3晶體(單晶、多晶)作為目標物并在通過等離子體槍將N2O轉化為自由基的氣氛中生長晶體來制造由于氧缺陷而表現(xiàn)出p型導電性的薄膜。(9)控制表現(xiàn)出p型導電性的薄膜的導電性控制由β-Ga2O3制成并表現(xiàn)出p型導電性的薄膜導電性的方式例子包括控制目標物中p型摻雜物混合比例的方法、改變激光照射條件或襯底的膜形成條件來控制氧缺陷濃度的方法等。根據(jù)PLD技術控制p型濃度的方法例子包括使用由含Ga和p型摻雜物的合金制成的目標物、由β-Ga2O3的燒結材料和p型摻雜物的氧化物制成的目標物的方法、使用由β-Ga2O3固體溶液單晶和p型摻雜物的氧化物制成的目標物的方法和使用由Ga金屬制成的目標物或由p型摻雜物制成的目標物的方法。在使用由β-Ga2O3固體溶液單晶和p型摻雜物的氧化物制成的目標物的方法中，存在有改變Ga和p型摻雜物組分比例的方式。在使用由Ga金屬制成的目標物或由p型摻雜物制成的目標物的方法中，存在有改變激光照射目標物方法的方式。例如，存在有改變激光波長(如157nm、193nm、248nm、266nm、355nm等)的方法和改變每次脈沖功率(例如10-500mW)或重復頻率(例如1-200Hz)的方法。根據(jù)PLD方法控制氧缺陷濃度的方式例子包括改變激光波長(157nm、193nm、248nm、266nm、355nm等)的方法和改變每次脈沖的功率(例如10-500mW)或重復頻率(例如1-200Hz)的方法。一方面，改變襯底膜形成條件的方法例子包括改變襯底溫度(如300-1500℃)的方式、改變目標物和襯底之間距離(如20-50mm)的方式、改變膜形成過程中真空度(如10-3-10-7托)的方式和改變等離子體槍輸出的方式。(10)電極在表現(xiàn)出p型導電性的薄膜或襯底或者表現(xiàn)出n型導電性的薄膜或襯底上，通過氣相沉積、濺射等方式形成電極。電極由從中獲得電阻接觸的材料形成。例如，在表現(xiàn)出n型導電性的薄膜或襯底上形成Au、Al、Ti、Sn、Ge、In、Ni、Co、Pt、W、Mo、Cr、Cu、Pb等中的單一金屬，或由其中至少兩種得到的合金(如Au-Ge合金)，或由其形成的兩層結構(如Al/Ti、Au/Ni、Au/Co)，或ITO。在表現(xiàn)出p型導電性的薄膜或襯底上形成Au、Al、Be、Ni、Pt、In、Sn、Cr、Ti、Zn等中的單一金屬，或由其中至少兩種得到的合金(如Au-Ge合金)，或由其形成的兩層結構(如Al/Ti、Au/Ni、Au/Co)，或ITO。根據(jù)第十一實施方案，當在表現(xiàn)出n型導電性的第一層上形成表現(xiàn)出p型導電性的第二層時，可以形成具有PN結的發(fā)光器件，從而可以由于β-Ga2O3單晶中所含的能帶隙導致發(fā)射紫外區(qū)的光。(第十二實施方案)圖17示出了根據(jù)本發(fā)明第十二實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面，其中發(fā)光器件301提供有由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的n型襯底302、形成在n型襯底302頂部且由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p型導電性的p型層303、形成在p型層303頂部的透明電極304、形成在部分透明電極304上的接合電極(bondingelectrode)306和形成在n型襯底302底部整個表面上的n電極305。接合電極306例如由Pt形成，而n電極305例如由Au形成。引線308通過接合物309與接合電極306相連。透明電極304例如由Au/Ni形成。下面，將參照附圖描述制造發(fā)光器件301的方法，其中圖18示出了氧濃度和載流子濃度之間的關系。首先，如上所述根據(jù)FZ方法形成β-Ga2O3單晶。如圖18所示，當在生長β-Ga2O3單晶的情況下氧濃度在1-20％變化時，可以將β-Ga2O3單晶的載流子濃度控制在1.4×1017-1×1016/cm3。當通過以1-20mm/小時進行單一結晶而制造的β-Ga2O3單晶經(jīng)由切割所得的單晶進行加工時，即制得表現(xiàn)出n型導電性的n型襯底302。n型襯底的載流子濃度為1×1017/cm3，而p型層的載流子濃度為1×1016/cm3。圖19示出了用于制造根據(jù)本發(fā)明第十二實施方案的發(fā)光器件的膜形成設備的示意性構造。膜形成設備320根據(jù)PLD方法進行膜形成，其提供有含可以排空的空間360的室321、設置在室321中的目標物臺(targettable)325、保持在目標物臺上的目標物323、設置在室321外部并旋轉目標物臺325的旋轉機械裝置330、設置在室321內部并夾持襯底302的襯底夾持部件327、容納在襯底夾持部件中可以將襯底302加熱至1500℃的加熱器、將自由基通過管道321a注入到室321中的自由基注入部件328、具有用于通過管道312b排空空間360以將空間360抽成真空的真空泵(未示出)的排氣部件(exhaustsection)329、和提供在室321外部并用于將激光束342作為激發(fā)束照射到目標物323上的激光部件324。目標物323由例如含高純度Ga或Mg的合金、摻雜Mg的β-Ga2O3晶體(單晶或多晶)、摻雜Mg的β-Ga2O3燒結材料等材料制成。目標物也可由合金以外的固體材料或液體材料制成。激光部件324提供有用于以脈沖方式輻射激光束并且使用Nd:YAG激光器、KrF受激準分子激光器、ArF受激準分子激光器等作為激光源的激光振蕩部件341，和用于將由激光振蕩部件341輸出的激光束集中到目標物323上的透鏡343和344。n型襯底302與目標物323相對，從而使激光束342照射到目標物323上的同時從目標物323解離的化學物質333如金屬原子能夠形成膜。設置自由基注入部件328，使之可以注射選自氧氣、含臭氧的氧氣、純臭氧氣體、N2O氣體、NO2氣體、含氧自由基的氧氣、氧自由基等的一種、兩種或多種氣體，也就是說使氣體和膜形成時由目標物323釋放的金屬原子化合在空間360中。接著將描述在n-型襯底302表面上形成由β-Ga2O3制得的p型層303的方法。使用上述膜形成設備320在n型襯底302上生長p型層303。也就是說，對于目標物323，例如將由含Ga和Mg的合金制成的目標物323固定到目標物臺325上。用襯底夾持部件327夾持n型襯底302。利用排氣部件329中包含的真空泵排出空間360中的空氣，直至空間360中的真空度為例如約1×10-9托，然后，例如將氧氣注入到空間360中，直至真空度為約1×10-7托，接著通過使提供在襯底夾持部件327中的加熱器通電，加熱n型襯底302至300℃-1500℃的溫度。然后，用自由基注入部件328將氧自由基注入到空間360中，直至真空度為1×10-6-1×10-4托。當266nm波長的激光束342從激光部件324以100mW的激光輸出、10Hz的重復頻率照射到由旋轉機械裝置330旋轉的目標物323上時，構成目標物323的Ga原子和Mg原子得以激發(fā)，從而使從目標物323釋放的化學物質333如金屬原子、金屬離子、激發(fā)的金屬原子和激發(fā)的金屬離子在熱和光化學作用下與氣氛中的氧自由基化合在襯底302上，由此形成由β-Ga2O3單晶制成的p型層303。導電性是由于Mg的功能為受體所導致的。然后，通過適當?shù)姆椒?，在p型層303的表面上形成透明電極304，在部分透明電極304上形成接合電極306，在n型襯底302底部的整個表面上形成n電極305。接著，使引線308通過接合物309與接合電極306相連。根據(jù)第十二實施方案，獲得了下列優(yōu)點。(a)由于n型襯底302與p型層303連接，可以形成具有PN結的發(fā)光器件。因此，由于源自β-Ga2O3單晶的寬能帶隙導致可以發(fā)射260nm的短波長光。(b)n型襯底302和p型層303各自以β-Ga2O3構成其主要組分，因此可以不需要緩沖層，從而形成具有高結晶性的p型層。(c)由于n型襯底302是導電性的，可以應用可將電極通過頂部和底部路線引出的垂直型結構。因此，可以簡化n型襯底的層構造和制造工藝。(d)由于n型襯底302在其發(fā)射區(qū)中具有高通透性，因而可以增加光提取效率，從而還可以從襯底的側面提取具有260nm短波長的紫外線。(e)由于將氧化物β-Ga2O3單晶用于n型襯底302和p型層303，因此可以形成即使在高溫大氣中也能穩(wěn)定運行的發(fā)光器件。(第十三實施方案)圖20示出了根據(jù)本發(fā)明第十三實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面。本實施方案的發(fā)光器件301不同于第十二實施方案的發(fā)光器件301，原因在于由β-Ga2O3單晶制成、具有與n型襯底302不同的載流子濃度且表現(xiàn)出n型導電性的n型層形成在p型層303和n型襯底302之間。接著將描述n型層307形成在n型襯底302表面上的情況，其中使用如圖19所示的膜形成設備320形成n型層307，并且使用例如由含高純度Ga和Sn的合金、Sn摻雜的β-Ga2O3單晶或Sn摻雜的β-Ga2O3晶體燒結材料制成的目標物323。首先，例如，將由含Ga和Sn的合金制成的目標物323固定在目標物臺325上。用襯底夾持部件327夾持n型襯底302。使用排氣部件329中包含的真空泵排出空間360中的空氣，直至空間360中的真空度為例如約1×10-9托，然后，例如將氧氣注入到空間360中，直至真空度為約1×10-7托，接著通過使提供在襯底夾持部件327中的加熱器通電，加熱n型襯底302至300℃-1500℃的溫度。然后，用自由基注入部件328將氧自由基注入到空間360中，直至真空度為1×10-6-1×10-4托。當266nm波長的激光束342從激光部件324以100mW的激光輸出、10Hz的重復頻率照射到由旋轉機械裝置330旋轉的目標物323上時，構成目標物323的Ga原子和Sn原子得以激發(fā)，從而使從目標物323釋放的化學物質333如金屬原子、金屬離子、激發(fā)的金屬原子和激發(fā)的金屬離子在熱和光化學作用下與氣氛中的氧自由基化合在n型襯底302上，由此形成n型層307。在該情況下，通過減小膜生長過程中氧自由基濃度，將n型層307的載流子濃度設為低于n型襯底302的載流子濃度。更具體而言，n型襯底302的載流子濃度為2×10U/cm3，n型層307的載流子濃度為1017/cm3，p型層303的載流子濃度為1016/cm3。然后，通過適當?shù)姆椒?，在p型層303的表面上形成透明電極304，在部分透明電極304上形成接合電極306，在n型襯底302底部的整個表面上形成n電極305。接著，使引線308通過接合物309與接合電極306相連。根據(jù)第十三實施方案，獲得了下列優(yōu)點。(a)由于使n型層307的載流子濃度低于n型襯底302的載流子濃度，p型層303的結晶性變得更好，從而使發(fā)光效率與第十二實施方案相比更高。(b)出于n型襯底302與p型層303連接，可以形成具有PN結的發(fā)光器件。因此，由于源自β-Ga2O3單晶的寬能帶隙導致可以發(fā)射260nm的短波長光。(c)n型襯底302和n型層307各自以β-Ga2O3構成其主要組分，因此可以不需要緩沖層，從而形成具有高結晶性的n型層。(d)由于n型襯底302是導電性的，可以應用可將電極通過頂部和底部路線引出的垂直型結構。因此，可以簡化n型襯底的層構造和制造工藝。(e)由于n型襯底302在發(fā)射區(qū)中具有高通透性，可以增加光提取效率，從而還可以從襯底的側面提取具有260nm短波長的紫外線。(f)由于將氧化物β-Ga2O3單晶用于n型襯底302、n型層307和p型層303，因而可以形成即使在高溫大氣中也能穩(wěn)定運行的發(fā)光器件。(第十四實施方案)圖21示出了根據(jù)本發(fā)明第十四實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面，其中發(fā)光器件301提供有由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p型導電性的p型襯底312、形成在p型襯底312上的由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的n型層313、形成在n型襯底313頂部的透明電極304、形成在部分透明電極304上的接合電極306和形成在p型襯底312底部整個表面上的p電極336。引線308通過接合物309與接合電極306相連。p電極335例如由Pt形成，而接合電極306例如由Au形成。下面將描述制造發(fā)光器件301的方法。首先，根據(jù)FZ方法形成β-Ga2O3晶體。對于原材料，例如，將含例如MgO作為摻雜物(p型摻雜物源)的β-Ga2O3均勻共混，將所得的混合物裝入橡膠管，在500Mpa下進行冷壓以成型為桿狀產(chǎn)物。將該桿狀產(chǎn)物在大氣中于1500℃燒結10小時，以獲得β-Ga2O3多晶原材料。制備β-Ga2O3種晶。使β-Ga2O3種晶和β-Ga2O3多晶原材料在二氧化硅管中于全壓力為1-2個大氣壓的生長氣氛下相接觸，同時以500ml/min流通混合的N2和O2氣體，對它們的接觸區(qū)域加熱，使接觸區(qū)域中的β-Ga2O3種晶和β-Ga2O3多晶原材料熔化。然后使熔融的β-Ga2O3多晶原材料和β-Ga2O3種晶一起以20rpm的轉速相對旋轉，并以5mm/小時的生長速度生長，從而在β-Ga2O3種晶上產(chǎn)生透明的β-Ga2O3單晶。通過對所得的β-Ga2O3單晶進行諸如切割操作的加工來制造襯底。然后，當襯底在氧氣氛中于950℃退火時，即得表現(xiàn)出p型導電性的p型襯底。然后，如第十三實施方案所示形成n型層313，并進一步形成接合電極306、p電極336等。在第十四實施方案的發(fā)光器件301中，p型襯底312與形成在p型襯底312頂部的n型層連接。因此，當使接合電極306的極性為負、p電極336的極性為正，并施加電源電壓時，p型襯底312中的正電空穴和n型層313中的電子分別在p型襯底312與n型層313的連接處結合。然后，這些正電空穴在該連接處附近與電子再次結合，從而在該連接處附近發(fā)射出光。根據(jù)第十四實施方案，獲得了下列優(yōu)點。(a)由于p型襯底312與n型層313連接，可以形成具有PN結的發(fā)光器件。因此，由于源自β-Ga2O3單晶的寬能帶隙導致可以發(fā)射260nm的短波長光。(b)p型襯底312和n型層313各自以β-Ga2O3構成其主要組分，因此可以不需要緩沖層，從而形成具有高結晶性的n型層313。(c)由于p型襯底312是導電性的，可以應用可將電極通過頂部和底部路線引出的垂直型結構。因此，可以簡化p型襯底的層構造和制造工藝。(d)由于p型襯底312在發(fā)射區(qū)中具有高通透性，可以增加光提取效率，從而還可以從襯底的側面提取具有260nm短波長的紫外線。(e)由于將氧化物β-Ga2O3單晶用于p型襯底312和n型層313，可以形成即使在高溫大氣中也能穩(wěn)定運行的發(fā)光器件。(第十五實施方案)圖22示出了根據(jù)本發(fā)明第十五實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面。本實施方案的發(fā)光器件301不同于第十四實施方案的發(fā)光器件301，原因在于由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p導電性的的p型層303形成在n型層313和p型襯底312之間。P型層303功能為控制上述導電性，因而其形成具有比p型襯底312更低的載流子濃度。在發(fā)光器件301中，p型襯底312如第十四實施方案所述形成，p型層303如第十二實施方案所述形成在p型襯底312上，n型層313如第十三實施方案所述形成在p型層303上。根據(jù)第十五實施方案，獲得了下列優(yōu)點。(a)由于使p型層303的載流子濃度低于p型襯底312的載流子濃度，可以防止發(fā)光效率降低。(b)由于n型襯底313與p型層303連接，可以形成具有PN結的發(fā)光器件。因此，由于源自β-Ga2O3單晶的寬能帶隙導致可以發(fā)射260nm的短波長光。(c)p型襯底312和p型層303各自以β-Ga2O3構成其主要組分，因此可以不需要緩沖層，從而形成具有高結晶性的n型層313。(d)由于p型襯底312是導電性的，可以應用可將電極通過頂部和底部路線引出的垂直型結構。因此，可以簡化p型襯底的層構造和制造工藝。(e)由于p型襯底312在發(fā)射區(qū)中具有高通透性，可以增加光提取效率，從而還可以從襯底的側面提取具有260nm短波長的紫外線。(f)由于將氧化物β-Ga2O3單晶用于p型襯底312和n型層313，可以形成即使在高溫大氣中也能穩(wěn)定運行的發(fā)光器件。(第十六實施方案)圖23示出了根據(jù)本發(fā)明第十六實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面，其中發(fā)光器件301提供有由β-Ga2O3單晶制成的絕緣型襯底316、形成在絕緣型襯底316底部由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的n型層317、形成在部分n型層317上由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p型導電性的p型層318、形成在n型層317上的p電極336和形成在n型層317上的n電極337。p電極336例如由Pt形成，而n電極337例如由Au等形成。P電極與n電極337分別通過焊球363與364連接到印刷電路板365的印刷圖案366上。發(fā)光器件301在n型層317結合于p型層318的pn結處發(fā)射光，所發(fā)射的光透過絕緣型襯底316向上輸出為輸出光370。下面將描述制造發(fā)光器件301的方法。如下所述獲得絕緣型襯底316。將如第十二實施方案所述根據(jù)FZ方法獲得的由β-Ga2O3制成并表現(xiàn)出n型導電性的襯底在大氣中于950℃退火，由此可以減少氧缺陷，以獲得絕緣型襯底316。n型層317如第十四實施方案所述形成在絕緣型襯底316上。用掩膜遮蓋部分n型層317，以如第十二實施方案所述形成p型層318。去除掩模后，分別在p型層318上形成p電極336，在部分n型層317上形成n電極337。根據(jù)第十六實施方案，獲得了下列優(yōu)點。(a)由于n型層317與p型層318連接，可以形成具有PN結的發(fā)光器件。因此，由于源自β-Ga2O3單晶的寬能帶隙導致可以發(fā)射260nm的短波長光。(b)由于按照印刷電路板或引線框的連接方式可以使倒裝晶片接合變得可能，因而可以將從發(fā)射區(qū)放出的熱量有效地消散到印刷電路板或引線框上。(c)絕緣型襯底316和n型層317各自以β-Ga2O3構成其主要組分，因此可以不需要緩沖層，從而形成具有高結晶性的n型層317。(d)由于絕緣型襯底316在發(fā)射區(qū)中具有高通透性，可以增加光提取效率，從而還可以從襯底的側面提取具有260nm短波長的紫外線。(e)由于將氧化物β-Ga2O3單晶用于n型襯底316和n型層318，可以形成即使在高溫大氣中也能穩(wěn)定運行的發(fā)光器件。(第十七實施方案)圖24示出了根據(jù)本發(fā)明第十七實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面，其中發(fā)光器件301提供有由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的n型β-Ga2O3襯底350、形成在n型β-Ga2O3襯底350上并表現(xiàn)出n型導電性的n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351、形成在n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351上并由β-Ga2O3制成的β-Ga2O3有源層352、形成在β-Ga2O3有源層352上并表現(xiàn)出p型導電性的p型β-Al1.4Ga0.6O3覆層353、形成在p型β-Al1.4Ga0.6O3覆層353上由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p型導電性的p型β-Ga2O3接觸層354、形成在p型β-Ga2O3接觸層354頂部的透明電極304、形成在部分透明電極304上的接合電極306和形成在n型β-Ga2O3襯底350底部整個表面上的n電極337。接合電極306例如由Pt形成，而n電極337例如由Au形成。引線308通過接合電極306在接合物309處連接于發(fā)光器件301，而發(fā)光器件301通過金屬膠381安裝到印刷電路板380上。根據(jù)控制薄膜導電性的上述方法使p型β-Al1.4Ga0.6O3覆層353的載流子濃度低于p型β-Ga2O3接觸層354的載流子濃度。同樣，使n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351的載流子濃度低于n型β-Ga2O3襯底350的載流子濃度。β-Ga2O3有源層352處于該層夾在n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351和p型β-Al1.4Ga0.6O3覆層353之間的雙異質結(doubleheterojunction)中，并由具有比各覆層351與353更小能帶隙的β-Ga2O3形成。發(fā)射光371由印刷電路板380反射為向上輸出。圖25表示β-Al1.4Ga0.6O3、β-Ga2O3和β-GaInO3的晶格常數(shù)比與能帶隙之間的關系。從該關系可以看出，當增加Al濃度時，其能帶隙增加，其晶格常數(shù)比減??；而當增加In濃度時，能帶隙減小，晶格常數(shù)比增加。關于Ga2O3，相對于b軸<010>方向和c軸<001>方向的關系如圖25中所示，而關于a軸<100>方向也觀察到了相同的趨勢。根據(jù)第十七實施方案，獲得了下列優(yōu)點。(a)由于形成有源層352的β-Ga2O3單晶的寬能帶隙，導致可以發(fā)射具有短波長，例如260nm短波長的光。此外，Al的加入使得可以發(fā)射具有更短波長的光。(b)由于雙異質結，因而將作為載流子的電子和正電空穴限定在β-Ga2O3有源層352中并重新結合的可能性提高。因此，明顯提高了發(fā)光效率。(c)n型β-Ga2O3襯底350和351-354各層以β-Ga2O3構成其主要組分，因此可以不需要緩沖層，從而形成具有高結晶性的p型層。(d)由于p型β-Ga2O3襯底350是導電性的，可以應用可將電極通過頂部和底部路線引出的垂直型結構。因此，可以簡化其層構造和制造工藝。(e)由于n型β-Ga2O3襯底350在發(fā)射區(qū)中具有高通透性，可以增加光提取效率，從而還可以從襯底的側面提取具有260nm短波長的紫外線。(f)由于將氧化物β-Ga2O3單晶用于n型β-Ga2O3襯底350和351-354各層，可以形成即使在高溫大氣中也能穩(wěn)定運行的發(fā)光器件。(g)發(fā)射光作為輸出光370被輸出到外部，所述的輸出光370透過透明電極304向上輸出。此外，指向n型β-Ga2O3襯底350底部的發(fā)射光371例如被n電極337或金屬膠381反射為向上輸出。因此，當與發(fā)射光371直接輸出到外部的情況相比時，其發(fā)射強度增加。β-Ga2O3有源層352可以由β-GaInO3形成，在該情況下，其可以由β-Ga2O3形成為覆層。另外，其可以具有能夠由此提高發(fā)光效率的量子阱結構。(第十八實施方案)圖26示出了根據(jù)本發(fā)明第十八實施方案的Ga2O3發(fā)光器件的截面，其中發(fā)光器件301提供有由β-Ga2O3單晶制成的絕緣型β-Ga2O3襯底355、形成在絕緣型β-Ga2O3襯底355上由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的n型β-Ga2O3接觸層356、形成在部分n型β-Ga2O3接觸層356上的n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351、形成在n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351上并由β-Ga2O3制成的β-Ga2O3有源層352、形成在β-Ga2O3有源層352上并表現(xiàn)出p型導電性的p型β-Al1.4Ga0.6O3覆層353、形成在p型β-Al1.4Ga0.6O3覆層353上由β-Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p型導電性的p型β-Ga2O3接觸層354、形成在p型β-Ga2O3接觸層354頂部的透明電極304、形成在部分透明電極304上的接合電極306和形成在n型β-Ga2O3接觸層356上的n電極337。接合電極306例如由Pt形成，引線308在接合物309處連接于發(fā)光器件；而n電極337例如由Au形成，引線358在接合物359處連接于發(fā)光器件。使p型β-Al1.4Ga0.6O3覆層353的載流子濃度低于p型β-Ga2O3接觸層354的載流子濃度，同時使n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351的載流子濃度低于n型β-Ga2O3接觸層356的載流子濃度。發(fā)光器件301安裝到印刷電路板380上。β-Ga2O3有源層352處于該層夾在n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351和p型β-Al1.4Ga0.6O3覆層353之間的雙異質結中，并由具有比各覆層351與353更小能帶隙的β-Ga2O3形成，如同第十七實施方案的情況。發(fā)射光371由印刷電路板380反射為向上輸出。根據(jù)第十八實施方案，獲得了下列優(yōu)點。(a)由于包含在形成有源層352的β-Ga2O3單晶中的寬能帶隙，導致可以發(fā)射具有短波長，例如260nm短波長的光。此外，Al的加入使得可以發(fā)射具有更短波長的光。(b)由于雙異質結，因而將作為載流子的電子和正電空穴限定在β-Ga2O3有源層352中并重新結合的可能性提高。因此，明顯提高了發(fā)光效率。(c)絕緣型β-Ga2O3襯底355和n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351以β-Ga2O3構成其主要組分，因此可以不需要緩沖層，從而形成具有高結晶性的p型層。(d)由于絕緣型β-Ga2O3襯底355在發(fā)射區(qū)中具有高通透性，可以增加光提取效率。(e)由于將氧化物β-Ga2O3單晶用于絕緣型β-Ga2O3襯底355和351、353、352、356各層，因而可以形成即使在高溫大氣中也能穩(wěn)定運行的發(fā)光器件。(f)發(fā)射光作為輸出光370被輸出到外部，所述的輸出光370透過透明電極304向上輸出。此外，指向n型β-Ga2O3襯底350底部的發(fā)射光371例如由印刷電路板380反射為向上輸出。因此，當與發(fā)射光371直接輸出到外部的情況相比時，其發(fā)射強度增加。在第十二至第十八實施方案中，發(fā)光器件301可以提供有緩沖層，其中所述的緩沖層分別形成在n型襯底302與p型層303之間(第十二實施方案，圖17)、n型襯底302與n型層307之間(第十三實施方案，圖20)、p型襯底312與n型層313之間(第十四實施方案，圖21)、p型襯底312與p型層303之間(第十五實施方案，圖22)、絕緣型襯底316與n型層317之間(第十六實施方案，圖23)、n型β-Ga2O3襯底350與n型β-Al1.4Ga0.6O3覆層351之間(第十七實施方案，圖24)、絕緣型β-Ga2O3襯底355與n型β-Ga2O3接觸層356之間(第十八實施方案，圖26)。此外，還可以將激光束之外的電子束、離子束等用作激發(fā)束，前提是作為在其上照射的結果，其能從金屬目標物釋放化學物質，如金屬原子。此外，也可以將其他類型的Ga2O3用于β-Ga2O3。雖然結合發(fā)光器件描述了第十二至第十八實施方案，但本發(fā)明還可以用于將輸入光轉化為電信號的光電傳感器。工業(yè)應用如上所述，β-Ga2O3單晶沿預定方向從β-Ga2O3種晶生長，因此可以根據(jù)本發(fā)明獲得開裂減少、具有弱化的孿晶傾向、高結晶性和良好可操作性的β-Ga2O3單晶。此外，β-Ga2O3單晶在襯底上生長，以在襯底上形成β-Ga2O3單晶薄膜。另外，當β-Ga2O3單晶薄膜彼此結合時，可以形成具有PN結的發(fā)光器件。因此，由于Ga2O3單晶所含的能帶隙，導致紫外區(qū)的光發(fā)射成為可能，從而使本發(fā)明可以應用于無汞熒光燈、提供清潔氣氛的光催化劑、由其實現(xiàn)高密度記錄的新一代DVD及其他設備中。權利要求1.一種β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于制備β-Ga2O3種晶；和沿預定方向從β-Ga2O3種晶生長β-Ga2O3單晶。2.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的預定方向為a軸<100>方向。3.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的預定方向為b軸<010>方向。4.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的預定方向為c軸<001>方向。5.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于根據(jù)FZ方法進行β-Ga2O3單晶的生長。6.權利要求5所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于FZ方法中所用的β-Ga2O3多晶原料棒的直徑等于或大于生長晶體的直徑。7.權利要求5所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于在1-2個大氣壓的全壓力下，在由O2和惰性氣體組成的混合氣體的氣氛中進行FZ方法。8.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的β-Ga2O3種晶是單晶。9.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的β-Ga2O3種晶沿預定方向生長。10.權利要求9所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的預定方向為a軸<100>方向。11.權利要求9所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的預定方向為b軸<010>方向。12.權利要求9所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的預定方向為c軸<001>方向。13.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的β-Ga2O3種晶的直徑等于或小于生長晶體的五分之一，并具有強度，因此在生長β-Ga2O3單晶時不會斷裂。14.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的β-Ga2O3種晶的截面面積等于或小于5mm2，并具有強度，因此在生長β-Ga2O3單晶時不會斷裂。15.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的β-Ga2O3種晶含有與β-Ga2O3為同一單斜體系的β-Ga2O3固體溶液，其空間群屬于C2/m。16.權利要求1所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的β-Ga2O3生長晶體含有與β-Ga2O3為同一單斜體系的β-Ga2O3固體溶液，其空間群屬于C2/m。17.權利要求15或16所述的β-Ga2O3單晶生長方法，其特征在于所述的β-Ga2O3固體溶液含有選自鎵、銦、鋁、錫、鍺、鎳、銅、鋅、鋯、鈮、鉬、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鉿、鉭、鎢、硅和鎂的一種、兩種或多種元素的氧化物。18.一種薄膜單晶生長方法，其特征在于制備襯底；在預定氣氛中對由純金屬或合金制成的金屬目標物照射激發(fā)束；將通過激發(fā)束照射從金屬目標物釋放的化學物質如原子、分子與離子和預定氣氛中所包含的原子化合，以在襯底上形成薄膜。19.權利要求18中所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于預定氣氛包含注入的自由基。20.權利要求18中所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于所述的預定氣氛的真空度為1-1×10-10托。21.權利要求18中所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于所述的金屬目標物是包含純金屬或合金的液體。22.權利要求18中所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于所述的激發(fā)束是激光束。23.權利要求18中所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于所述的襯底加熱至300℃-1500℃。24.一種薄膜單晶生長方法，其特征在于制備由β-Ga2O3單晶制成的襯底；在由選自氧氣、含臭氧的氧氣、純臭氧氣體、N2O氣體、NO2氣體、含氧自由基的氧氣和氧自由基的一種、兩種或多種氣體組成的氣氛中，對由Ga或含Ga合金制成的金屬目標物照射激發(fā)束；和將通過激發(fā)束照射從金屬目標物釋放的化學物質如原子、分子與離子與所述氣體化合，以在襯底上形成由β-Ga2O3制成的薄膜單晶。25.權利要求24中所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于通過形成由β-Ga2O3薄膜晶體制成的緩沖層和在緩沖層上生長薄膜單晶來進行由β-Ga2O3制成的薄膜單晶的生長。26.一種薄膜單晶生長方法，其特征在于制備由β-Ga2O3單晶制成的襯底；在由選自氧氣、含臭氧的氧氣、純臭氧氣體、N2O氣體、NO2氣體、含氧自由基的氧氣和氧自由基的一種、兩種或多種氣體組成的氣氛中，對由Zn或含Zn合金制成的金屬目標物照射激發(fā)束；和將通過激發(fā)束照射從金屬目標物釋放的化學物質如原子、分子與離子與所述氣體化合，以在襯底上形成由ZnO制成的薄膜單晶。27.權利要求26中所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于通過形成由ZnO薄膜晶體制成的緩沖層并在緩沖層上生長薄膜單晶來進行由ZnO制成的薄膜單晶的生長。28.一種薄膜單晶生長方法，其特征在于制備由β-Ga2O3單晶制成的襯底；在由選自氮自由基、NH3氣體、含氮自由基的NH3氣體的一種、兩種或多種氣體組成的氣氛中，對由Ga或含Ga合金制成的金屬目標物照射激發(fā)束；和將通過激發(fā)束照射從金屬目標物釋放的化學物質如原子、分子與離子與所述氣體化合，以在襯底上形成由GaN制成的薄膜單晶。29.權利要求28中所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于通過形成由GaN薄膜晶體制成的緩沖層并在緩沖層上生長薄膜單晶來進行由GaN制成的薄膜單晶的生長。30.權利要求24、26和28中任意一項所述的薄膜單晶生長方法，其特征在于通過根據(jù)FZ方法的形成來進行襯底的制備。31.一種Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于提供由Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的第一層；形成在第一層上、由Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p型導電性的第二層。32.權利要求31所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于提供在所述第一層和第二層之間的有源層。33.權利要求31所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于第一層和第二層之一是襯底，另一個是將在襯底上生長的薄膜。34.權利要求33所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于其上將生長薄膜的所述襯底表面為(100)平面。35.權利要求33所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于其上將生長薄膜的所述襯底表面為(001)平面。36.權利要求33所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于其上將生長薄膜的所述襯底表面為(010)平面。37.權利要求33所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于其上將生長薄膜的所述襯底表面為(101)平面。38.權利要求31所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于第一層是襯底或薄膜；并且由于Ga2O3單晶中的氧缺陷，導致襯底或薄膜表現(xiàn)出n型導電性。39.權利要求31所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于第一層是襯底或薄膜；并且通過向襯底或薄膜中加入n型摻雜物，使襯底或薄膜表現(xiàn)出n型導電性。40.權利要求31所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于第二層是襯底或薄膜；并且由于Ga2O3單晶中的氧缺陷，導致襯底或薄膜表現(xiàn)出p型導電性。41.權利要求31所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于第二層是襯底或薄膜；并且通過向襯底或薄膜中加入p型摻雜物，使襯底或薄膜表現(xiàn)出p型導電性。42.一種Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于提供由Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的襯底；形成在襯底上、由Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p型導電性的薄膜。43.權利要求42所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于由Ga2O3單晶制成、具有與襯底不同的載流子濃度并表現(xiàn)出n型導電性的薄膜形成在襯底與表現(xiàn)出p型導電性的薄膜之間。44.權利要求43所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于由Ga2O3單晶制成的緩沖層形成在襯底和表現(xiàn)出n型導電性的薄膜之間。45.一種Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于提供由Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出p型導電性的襯底；形成在襯底上、由Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的薄膜。46.權利要求45所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于由Ga2O3單晶制成、具有與襯底不同的載流子濃度并表現(xiàn)出p型導電性的薄膜形成在襯底與表現(xiàn)出n型導電性的薄膜之間。47.權利要求46所述的Ga2O3發(fā)光器件，其特征在于由Ga2O3單晶制成的緩沖層形成在襯底和表現(xiàn)出p型導電性的薄膜之間。48.一種制造發(fā)光器件的方法，其特征在于形成由Ga2O3單晶制成并表現(xiàn)出n型導電性的襯底；將襯底退火以形成絕緣襯底；將n型摻雜物加到絕緣襯底上，以形成表現(xiàn)出n型導電性的薄膜；和將p型摻雜物加到薄膜上，以形成在其上表現(xiàn)出p型導電性的另一薄膜。全文摘要公開了生長幾乎不開裂、具有弱化的孿晶傾向和改進的結晶性的β－Ga文檔編號H01S5/323GK1754013SQ20048000500公開日2006年3月29日申請日期2004年2月16日優(yōu)先權日2003年2月24日發(fā)明者一之瀨升,島村清史,青木和夫,恩卡納西翁·安東尼亞·加西亞·比略拉申請人:學校法人早稻田大學