本发明涉及基于氧化锌的合金半导体材料，更具体地，涉及可配置为具有 一个范围的理想能带隙值的这些材料。这些半导体材料可用于制造半导体层、 结构和装置，并改良半导体装置的功能和性能。

氧化锌的光学性质已得到了研究以获得其在半导体装置方面的潜在用途， 尤其是用于诸如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的光子发光装置和诸 如光电二极管的光子探测器。ZnO在室温中的能带隙为大约3.3电子伏特(eV)， 对应于此能量的发射光子的约376纳米(nm)的波长。已从使用p型和n型材 料形成二极管的ZnO LED证明了光发射。ZnO还用于制造UV光探测器和场效 应晶体管(FET)。
ZnO具有使得其成为用于光电装置和应用的有希望的半导体材料的几个重 要特性。与GaN的26meV和ZnSe的20meV相比，ZnO具有大的激子结合能 60meV。ZnO的大的激子结合能表明了对于制造基于ZnO的装置将在温度升高 时所述装置将拥有明亮且连贯的发射/探测能力的希望。ZnO具有非常大的击穿 电场，估计为约2×106V/cm(＞GaAs击穿电场的两倍)，从而表明可将高工作 电压施加至基于ZnO的装置以获得高功率和增益。ZnO在室温下也具有3.2× 107cm/sec的饱和速度，该速度大于氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)或砷化镓 (GaAs)的值。如此大的饱和速度表明，相对由这些其他材料作成的装置，基 于ZnO的装置可更好地用于高频率应用。
另外，ZnO能够格外地抗扰高能量辐射引起的辐射损坏。半导体中由高能 量辐射引起的普遍现象为禁止能带内的深中心的产生以及辐射所产生的载波。 这些效应严重影响装置敏感度、反应时间和读出噪音。因此，辐射硬度作为用 于工作在苛刻环境(诸如空间和核反应堆内)中的装置参数而非常重要。
从材料辐射硬度的观点来说，ZnO与其他宽带隙半导体相比能更好地适于 空间工作。例如，在抵抗来自电子或质子的高能量辐射引起的损坏方面，ZnO 大约比GaN的抵抗力大100倍。
ZnO也具有高熔化温度(近2000℃)，从而为装置制造期间的后生长 (post-growth)过程(诸如退火和烘培)中的高温处理以及在高温环境中的应 用提供了可能性。
大面积ZnO单晶晶片(高达75mm直径)为商业上可用的。可能生长具 有低错位密度的基于同外延ZnO的装置。ZnO衬底上的同外延ZnO生长将减 轻许多与蓝宝石上的异外延GaN生长有关的问题，诸如由于晶格失配引起的压 力和热膨胀问题。
与GaN的215meV相比，ZnO具有浅受主能级(acceptor level)129meV。 受主能级的低值意味着ZnO中的p型掺杂物较易于激活且藉此有助于在ZnO 中产生的孔浓度高于在每一材料的相同掺杂水平浓度的情况下在GaN中的对 应孔浓度。基于ZnO的装置可由湿式化学蚀刻过程来制造。这些特性使得ZnO 成为用于近UV至远UV探测器、LED、LD、FET和其他光电装置的发展的最 具吸引力的材料。
将ZnO的能带隙值修改为比用于ZnO的值更小的值，还可将ZnO的能带 隙值修改为比用于ZnO的值更大的值，以提供半导体装置的增强的功能、能力 和性能。
如实例，具有比ZnO的带隙能量大的带隙能量的材料允许在LED和LD 装置的较短波长上的发射。相对地，具有比ZnO的带隙能量小的带隙能量的材 料将允许在LED和LD装置的较长波长上的发射。
具有较大带隙的材料将允许半导体异质结构的制造，诸如活性发光层、量 子井、多个量子井、超晶格、覆层、吸收层、发射层和在频谱的紫外(UV)区 域中具有增加的功能、能力和性能的光探测器。这些装置和能力包括在频谱的 UV区域中发光的LED和LD和用于太阳挡板和其他应用的UV光探测器。
具有较小带隙的材料将允许半导体异质结构的制造，诸如活性发光层、量 子井、多个量子井、超晶格层、覆层、吸收层、发射层和在频谱的可见区域中 具有增加的功能、能力和性能的光探测器。
这些装置和能力包括在频谱的可见区域中发光的LED和LD和可见光探测 器。
将由基于ZnO的且具有增强的工作性能、能力和功能的材料制造的半导体 装置用于许多商业和军事部分中(包括但不限于诸如发光体、光探测器、FET、 PN二极管、PIN二极管、NPN晶体管、PNP晶体管、透明晶体管、电路元件、 通信网络、雷达、传感器和医疗成像的装置和区域)是合适的。
因此，提供可配置为具有特定能量带隙值的基于ZnO的半导体材料将是有 用的。
通过结合本发明的特定实例，通过调整ZnBeO半导体合金中Be的原子分 数来提供可配置为具有特定能量带隙值的基于ZnO的半导体材料将是有用的。
通过调整ZnCdOSe半导体合金中Cd的原子分数和Se的原子分数来提供 可配置为具有特定能量带隙值的基于ZnO的半导体材料将很有益处。

本发明通过提供用于改进半导体装置性能的材料来解决上述需要，这些材 料包括ZnBeO合金材料、ZnCdOSe合金材料、可含有用于晶格匹配目的的Mg 的ZnBeO合金材料和BeO材料。
ZnBeO合金系统中Be的原子分数x(即，Zn1-xBexO)是可变化的以将 ZnO的能量带隙增加为大于ZnO的能量带隙的值。
ZnCdOSe合金系统中Cd的原子分数y和Se的原子分数z(即，Zn1- yCdyO1-zSez)是可变化的以将ZnO的能量带隙减少为小于ZnO的能量带隙 的值。
所形成的每一合金可不掺杂或通过使用选定掺杂元素来形成p型或n型 掺杂。
这些合金可单独使用或组合使用以形成可发射一个范围的波长值的活 性光子层、诸如单个和多个量子井和超晶格层或覆层的异质结构，并制造光 和电子半导体装置。
这些结构可适用于半导体装置的功能、能力和性能的改进。
在本发明中，同样也将揭示本发明的其他实施例、实例、特征和方面。
在考虑了结合附图作出的本发明的详细描述之后，本发明的先前描述和 其他目的、优点和特征以及实现本发明的方式将变得更加明显。

通过结合附图的方式来提供对本发明的进一步理解，在附图中：
图1示出了利用(例如)用于薄膜生长的HBD过程(并通过类比使用 Cd和/或Se的那些的其他基于Zn的合金的结构)沉积在单晶蓝宝石衬底上 的ZnBeO薄膜。
图2示出了本发明的ZnBeO实施例的实例数据，其中绘制透射比对入 射于ZnBeO合金薄膜(以及ZnO薄膜)上的光的波长。

概述和此文件中所使用的术语
本发明涉及基于氧化锌的合金半导体材料，这些材料可配置为具有一个 范围的理想能带隙值，且可用于制造半导体结构和装置和改良半导体装置的 功能和性能。为了促进对本发明的理解，我们首先结合描述本发明来提供对 术语的讨论，包括以下：
LED或LD的活性层涉及发光的半导体层。n型或p型传导的电载体化 合成活性层。能带隙的值确定典型光发射的波长。
量子井(QW)结构或多个量子井(MQW)结构包括具有一个或多个 层的分层半导体结构，这些层具有比一个或多个邻近层小的能带隙以使得n 型载体和p型载体更可能位于具有较小能带隙的层中。光子发射的典型波长 将由QW或MQW中具有最小能带隙的半导体材料确定。
超晶格(SL)结构包括具有不同能带隙的半导体材料的第一层和第二 层，且其中每一第一层和第二层充分薄以使得其可在需要时形变以与相邻层 形成外延层，且其中第一层和第二层可具有不同浓度的n型掺杂元素或可具 有不同浓度的p型掺杂元素。通过减少可由使用均匀成分的半导体材料的厚 层所产生的形变来使用SL分层结构代替均匀成分的厚层来制造更高效的装 置。
在现有技术中，已提出外延分层结构的各种设计，以增加诸如LED和 LD的半导体装置的性能。在这些结构中是那些包括具有不同能带隙的材料 的交替层的半导体异质结构。这些异质结构包括(但不限于)量子井、多个 量子井、超晶格层、隔离层、光反射薄膜和多层、金属接触层、覆层和衬底。
例如，已描述或提出使用基于GaN的具有不同能带隙的半导体材料的 异质结构和相邻外延层，从而改变发光半导体装置的特性。
可通过增加发生光发射的活性层的能带隙值来使LED或LD所发射的 波长的下限变小。根据本发明，如以下进一步描述，可通过使用适当生长方 法使得ZnO与适合材料成为合金来增加ZnO的能带隙。
可通过减小发生光发射的活性层的能带隙值来使LED或LD所发射的 波长的上限变大。根据本发明，如以下进一步描述，可通过使用适当生长方 法使得ZnO与适合材料成为合金来减小ZnO的能带隙。
“带隙调变”和“带隙工程(engineering)”为本文中结合本发明所使 用的术语，用于改变材料的带隙以增加或减小能带隙的值。
根据本发明，可使用能带隙调变以增加半导体装置中的光子和载体限 制。可使用能带隙调变以定制发光半导体装置中的光发射的波长并改良光探 测器半导体装置的响应特征。
现有技术文件已讨论在室温下通过使ZnO与镁(Mg)成为合金形成 ZnMgO(即，Zn1-wMgwO)来将ZnO的能带隙增加至3.99eV。随着将Mg 的含量增加至w＝0.33，能带隙被增加至3.99eV。通过使用ZnO和ZnMgO 层来制造异质结构。然而，如果由于ZnO与MgO之间的不同晶体结构和晶 格常数的大的差异而使得Mg含量超出对应于w＝0.33的值，那么在MgO 与ZnO之间将发生结晶相分离。MgO具有晶格间距0.422nm的立方体晶格 结构，而ZnO为0.325nm的六角形。因此，对于将半导体装置中的能带隙 增加至3.3eV但是不增加至更大能带隙而言，ZnMgO合金具有有限效用。
预期此领域中的进一步用途将导致带隙值被增加至大于约3.3eV的值， 以制造可在短波长下工作的半导体装置。为了简化生长，将需要具有包括一 组覆盖了从约3.3eV至约10.6eV的能带隙值(对应于约117nm的波长) 的能带隙范围的元素的合金系统。如以下较详细描述，本发明使得能够实现 此合金系统。
氧化铍(BeO)在室温下具有约10.6eV的能带隙，对应于约117nm的 波长。BeO具有六角形晶格结构。
预期此领域中的进一步工作将导致将带隙减少至比约3.3eV小的值， 以制造可在长波长下工作的半导体装置。为了简化生长，将需要具有包括一 组覆盖从约3.3eV至约1.75eV的能带隙值(对应于710nm的波长)的能 带隙范围的元素的合金系统。本发明使得能够实现此合金系统。
硒化镉(CdSe)具有约1.75eV的能带隙，对应于约710nm的波长。 CdSe可使用适当生长条件来生长得具有六角形晶格结构。
硒化锌(ZnSe)具有约2.8eV的能带隙，对应于约444nm的波长。ZnSe 可使用适当生长条件来生长得具有六角形晶格结构，ZnO、BeO、CdSe、CdO 和ZnSe为II-VI族化合物。
总起来说，包括两个合金系统的基于ZnO的合金的能带隙值(ZnBeO， 即，Zn1-xBexO，其中x随需要在0与1之间变化；和ZnCdOSe，即，Zn1- yCdyO1-zSez，其中y随需要在0与1之间变化且其中z随需要在0与1之间 独立地变化)将跨越从约10.6eV至约1.75eV的范围(对应于从约117nm 至约710nm的波长范围)。
在以下讨论中，术语ZnBeO合金用于指Zn1-xBexO合金，其中，Be的 原子分数x从0变化至1，或可以是被指定的值。
在另一符号中，本文中术语ZnBeO合金用于指Zn1-xBexO合金，其中0 ≤x≤1，或可以是其被指定的值。
类似地，术语ZnCdOSe合金用于指Zn1-yCdyO1-zSez合金，其中Cd的 原子分数y从0变化至1，而Se的原子分数z独立地从0变化至1，y和z 的值可各自被指定。
在另一符号中，本文中术语ZnCdOSe合金用于指Zn1-yCdyO1-zSez合金， 其中0≤y≤1且独立地0≤z≤1，y和z的值可各自被指定。
能带隙调变材料应具有高结晶质量，以使得由这些材料制造的半导体装 置具有高性能特征。用于制造具有高功能、能力和性能的半导体装置的ZnO 和ZnO合金材料要求具有对薄膜生长、成分和质量进行适当控制的能力和 功能以及用于生长不掺杂材料、p型掺杂半导体材料和n型掺杂半导体材料 的能力以及用于层和使用这些层的异质结构来进行生长的生长过程。
申请人的HBD技术：
在这点上，申请人以前开发了混合波束沉积(HBD)制程，该过程使得 (除了其他方面以外)使用外部As分子束来将As掺杂物并入薄膜而非通 过As扩散的p型ZnO的生长成为可能。在共同拥有的分别在2002年8月 28日、2003年8月27日和2005年2月23日申请的专利申请案U.S.60/406,500， PCT/US03/27143和U.S.10/525,611中描述此HBD制程，这些专利的每一个 和所有都通过引用而结合于此。
申请人用于生产As掺杂p型ZnO薄膜的HBD制程可用于精确地控制 掺杂等级。在以上引用、共同拥有的专利申请案(通过引用而结合于本文中) 中讨论由HBD生长的ZnO:As的光学和电特性。更具体地，可获得对于半 导体层和结构而言和对于装置制造而言充分高的孔载体(Hole Carrier)浓度。 如从温度相关的霍耳效应测量得出，As受体(As-acceptor)的热结合能量 (EAth-b)为129eV。PL频谱揭示两个不同受体等级(EAopt-b)，分别位于 115与164meV之间，在ZnO原子价带(valence band)的最大值之上，且 也展示激子与As受体的结合能量(EAXb)为约12meV。由HBD生长的p 型ZnO:As层的质量对于装置而言充分高。
申请人的与氧化锌有关的薄膜和结构：
申请人也注意到，宽的带隙半导体材料对于装置工作在高温度下具有实 用性。氧化锌为宽带隙材料，其也具有良好抗辐射性质。氧化锌的宽带隙半 导体薄膜现在可用于n型与p型载体类型，这些类型具有足以制造半导体装 置的特性。
通过实例，第6,291,085号美国专利(怀特等人)披露了p型掺杂氧化 锌薄膜，其中，可将所述薄膜与包括FET的半导体装置相结合。
第6,342,313号美国专利(怀特等人)披露了p型掺杂金属氧化物薄膜， 该薄膜具有至少1015受体/cm3的净受体浓度，其中所述薄膜是选自由2族 (铍、镁、钙、锶、钡和镭)、12族(锌、镉和汞)、2和12族、12族和 16族(氧、硫、硒、碲和钋)元素的氧化化合物，其中，p型掺杂物是选自 由族I(氢、锂、钠、钾、铷、铯和钫)、族11(铜、银和金)、族5(钒、 铌和钽)和族15(氮、磷、砷、锑和铋)元素组成的族的元素。
第6,410,162号美国专利(怀特等人)披露了p型掺杂氧化锌薄膜，其 中，p型掺杂物选自族1、11、5和15元素，且其中可将薄膜与包括FET的 半导体装置相结合或并入半导体装置作为用于使装置中的材料和晶格相匹 配的衬底材料。
以上参考的专利和揭示案(包括以上参考的第6,291,085、6,342,313和 6,410,162号美国专利)以引用的方式结合于本文中。
申请人的HBD制程(如以上所提及且在以参考的方式并入本文的所引 用、共同拥有的专利文件中所描述)使得高质量半导体材料的生产变为可能， 所述材料包括但不限于不掺杂的ZnO、p型掺杂ZnO、n型掺杂ZnO、不掺 杂的ZnBeO合金、p型掺杂ZnBeO合金、n型掺杂ZnBeO合金合金、不掺 杂的ZnCdOSe合金、p型掺杂ZnCdOSe合金、n型掺杂ZnCdOSe合金。
申请人也注意到以下另外的方面，参考本发明如以下详细描述：
ZnO和BeO为分别具有3.3eV和10.6eV的能带隙值的化合物。ZnO 在适当条件下生长时具有六角形晶体结构。BeO在适当条件下生长时具有六 角形晶体结构。从Vernard定律考虑，ZnO与BeO可以适当比例混合以获得 在约3.3eV与约10.6eV之间的特定能带隙值。更特别地，根据Vernard定 律，合金Zn0.9Be0.1O的能带隙应比ZnO的约3.3eV大出约0.73eV的量。
ZnO和CdSe为分别具有3.3eV和约1.75eV的能带隙值的族II-VI化 合物。CdSe在适当条件下生长时具有六角形晶体结构。从Vernard定律考虑， ZnO与CdSe可以适当比例混合以获得在约3.3eV与约1.75eV之间的特定 能带隙值。
ZnO和ZnSe为分别具有3.3eV和约2.8eV的能带隙值的族II-VI化 合物。ZnSe在适当条件下生长时具有六角形晶体结构。从Vernard定律考虑， ZnO与ZnSe可以适当比例混合以获得在约3.3eV与约2.8eV之间的特定能 带隙值。
可设计具有在约10.6eV与约3.3eV之间的能带隙的外延分层材料，其 中材料可以是不掺杂、p型掺杂或n型掺杂。
可设计具有在约1.75eV与约3.3eV之间的能带隙的外延分层材料，其 中材料可以是不掺杂、p型掺杂或n型掺杂。
半导体装置的功率、效率、功能和速度受半导体装置中的载体(n型或 p型)迁移率所限制。用于ZnO装置中的SL、QW和MQW结构的实用性 可用于增强半导体装置的性能、能力和功能。
本发明的实例和实施例：
鉴于先前讨论，我们转向描述本发明的实施例和实例。
图1出示了本发明的实施例的实例，在所示的实例中，包括外延性地生 长于单晶蓝宝石衬底上的半导体ZnBeO合金层。ZnBeO合金层可以掺杂或 不掺杂。
ZnBeO实例：在根据图1中所示的实施例的一实例中，ZnBeO合金具 有约4.59eV的能带隙，对应于约271nm的波长，且特征在于适于用来增 强半导体装置的功能、能力、性能和应用的高结晶质量。
如根据图1中所示的实施例的另一实例，本发明可包括基于ZnO的半 导体材料，该材料包括沉积于单晶蓝宝石衬底上的ZnBeO合金，其中ZnBeO 合金具有约4.68eV的能带隙，对应于约265nm的波长，且具有适于用来 增强半导体装置的功能、能力、性能和应用的高结晶质量。
作为另一个实例，本发明可包括基于ZnO的半导体材料，该材料包括 沉积于单晶蓝宝石衬底上的ZnBeO合金，其中ZnBeO合金具有约4.86eV 的能带隙，对应于约256nm的波长，且具有适于用来增强半导体装置的功 能、能力、性能和应用的高结晶质量。
作为另一个实例，本发明可包括基于ZnO的半导体材料，该材料包括 沉积于单晶蓝宝石衬底上的ZnBeO合金，其中，ZnBeO合金具有约4.96eV 的能带隙，对应于约250nm的波长，且具有适于用来增强半导体装置的功 能、能力、性能和应用的高结晶质量。
作为另一个实例，本发明可包括基于ZnO的半导体材料，该材料包括 沉积于单晶蓝宝石衬底上的ZnBeO合金，其中，ZnBeO合金具有约5.39eV 的能带隙，对应于约230nm的波长，且具有适于用来增强半导体装置的功 能、能力、性能和应用的高结晶质量。
本发明的ZnBeO实施例的合金薄膜的能带隙可或多或少通过将ZnBeO 合金中的Be的原子分数从0增量调节至1来从约3.3eV变化至约10.6eV。
虽然关于ZnBeO合金描述本发明的实施例的先前实例，但是将了解， 可关于其他ZnBeO合金和其他类型的ZnO合金来实施本发明，诸如(但不 限于)ZnCdOSe合金和BeO材料。
ZnCdOSe和BeO实例：通过另一实例，本发明可以基于ZnO的半导体 材料的形式来实施，该材料包括沉积于单晶蓝宝石衬底上的ZnCdOSe合金， 其中，ZnCdOSe合金具有适于用来增强半导体装置的功能、能力、性能和 应用的高结晶质量。
本发明的ZnCdOSe合金薄膜的能带隙可或多或少通过将ZnCdOSe合金 中的Cd的原子分数和Se的原子分数独立地从0调节至1来从约3.3eV变 化至约1.75eV。
此外，可或多或少通过生长BeO来使得本发明的ZnBeO合金薄膜的能 带隙约为10.6eV。
根据本发明的另一个方面，ZnBeO合金、ZnCdOSe合金和BeO合金可 独立使用、或以各种组合使用、或以与ZnO或其他半导体材料的各种组合 使用，以形成有用层和结构，包括(但不限于)半导体异质结构、活性层、 量子井、多个量子井、超晶格层、隔离层、光反射薄膜和多层、金属接触层、 覆层、肖特基势垒(Schottky Barrier)和衬底；可用于制造半导体装置；且 可用于增强半导体装置的功能、能力、性能和应用。
本领域的技术人员应了解，根据本发明，且类似于图1的实例，许多变 化都是可能的且在本发明的范畴之内。这些变化可包括(通过实例)以下的 任何或组合：
-半导体ZnBeO合金的层可外延生长于不同于单晶蓝宝石衬底的成分 的材料或衬底材料上；
-ZnBeO合金的层可生长于p型或n型掺杂半导体材料上；
-ZnCdOSe的层可外延性地生长于单晶蓝宝石衬底上；
-半导体ZnCdOSe的层可外延性地生长于不同于单晶蓝宝石衬底的成 分的材料或衬底材料上；
-ZnCdOSe合金的层可生长于不掺杂；或p型或n型掺杂半导体材料 上；
-半导体BeO材料的层可外延性地生长于不同于单晶蓝宝石衬底的成 分的材料或衬底材料上；
-BeO材料的层可生长于不掺杂、p型或n型掺杂半导体材料上；
-可准备n型ZnBeO半导体合金材料，其中，n型掺杂物是选自由硼、 铝、镓、铟、铊、氟、氯、溴和碘组成的族的一个元素或多个元素；
-可准备p型ZnBeO半导体合金材料，其中，p型掺杂物为选自族1、 11、5和15元素的一个元素或多个元素；
-可准备p型ZnBeO半导体合金材料，其中，p型掺杂物选自由砷、 磷、锑和氮组成的族；
-可准备p型ZnBeO半导体合金材料，其中，p型掺杂物为砷；
-可准备n型ZnCdOSe半导体合金材料，其中，n型掺杂物为选自由 硼、铝、镓、铟、铊、氟、氯、溴和碘组成的族的一个元素或多个元素；
-可准备p型ZnCdOSe半导体合金材料，其中，p型掺杂物为选自族1、 11、5和15元素的一个元素或多个元素；
-可准备p型ZnCdOSe半导体合金材料，其中，p型掺杂物选自由砷、 磷、锑和氮组成的族；
-可准备p型ZnCdOSe半导体合金材料，其中，p型掺杂物为砷；
-ZnBeO半导体材料可生长具有Mg的原子分数，Mg并入ZnBeO材料 以供应用于形成晶格匹配层，其中ZnBeO薄膜可为不掺杂、p型掺杂或n 型掺杂半导体材料；
-可准备n型BeO半导体材料，其中，n型掺杂物为选自由硼、铝、镓、 铟、铊、氟、氯、溴和碘组成的族的一个元素或多个元素；
-可准备p型BeO半导体材料，其中，p型掺杂物为选自族1、11、5 和/或15元素的一个元素或多个元素；
-可准备p型BeO半导体材料，其中，p型掺杂物选自由砷、磷、锑和 氮组成的族；和/或
-可准备p型BeO半导体材料，其中，p型掺杂物为砷。
制造实例：
在一个实例中，将从大块晶体上切下的抛光蓝宝石晶片用作衬底。将晶 片置放于混合波束沉积反应器上，并加热至约750℃。将压力降低至约1× 10-5托，且使用RF氧等离子体将衬底清洁30分钟。随后将温度降低至650 ℃且随后将ZnBeO层沉积至衬底上约0.3微米的厚度。在ZnBeO半导体合 金的沉积期间，对热受控克努森池(Knudsen Cell)进行加热以产生Be蒸气 束，在所述Be蒸气束用于生长ZnO的同时使所述Be蒸气束撞击衬底上。
在共同拥有的第6,475,825和6,610,141号美国专利和U.S. U.S.60/406,500，PCT/US03/27143和U.S.10/525,611专利申请中阐述了用于 沉积氧化锌层、n型掺杂氧化锌层和p型掺杂氧化锌层且尤其是掺杂有砷的 p型掺杂氧化锌层的(示例性混合束沉积(HBD)的较详细描述)过程，这 些专利的每一个和所有的整体都以参考的方式结合于本文中。
随后将具有沉积层的晶片从反应器移开并置放于可见紫外线透射分光 计中，该分光计具有约180nm的截止波长下限。在室温下，使用光学透射 量测来特征化ZnBeO半导体合金薄膜以确定透射率对波长。
透射率对波长数据：
图2出示了本发明的ZnBeO实施例的实例的数据，绘制透射率对入射 于ZnBeO合金薄膜(同样对于ZnO薄膜)上的光的波长。对于ZnO薄膜而 言，Be的原子分数为零，标记为曲线A。Be的原子分数随着由薄膜生长条 件所确定的单调增加(由从曲线A至B、至C、至D、至E和至F产生)， 以使得标记为F的曲线出示在所展示的那些中具有最高Be原子分数的薄膜 的数据。(分光计的波长下限能力为约180nm)。
图2中的图例中的标记ZnBeO的使用属于含有Be的某些原子分数的合 金，这些原子分数不同于特定合金中的Zn的原子分数。
根据本发明，可对每一光学透射量测曲线进行适合的数据分析以确定 ZnO的能带隙值(透射曲线A)且为ZnBeO半导体合金中的每一个确定能 带隙值(透射曲线B、C、D、E和F)。
对于透射曲线A，能带隙值为约3.3eV，对应于约376nm的波长。此 能带隙值对于ZnO而言是合理的。
对于透射曲线B，能带隙值为约4.59eV，对应于约271nm的波长。此 能带隙值对于具有某些Be原子分数的ZnBeO合金而言是合理的。
对于透射曲线C，能带隙值为约4.68eV，对应于约265nm的波长。这 些值对于具有比与透射曲线B相关联的Be原子分数大且比与曲线D相关联 的原子分数小的Be原子分数的ZnBeO合金而言是合理的。
对于透射曲线D，能带隙值为约4.86eV，对应于约256nm的波长。此 能带隙值对于具有比与透射曲线C相关联的Be原子分数大且比与曲线F相 关联的原子分数小的Be原子分数的ZnBeO合金而言为合理的。
对于透射曲线E，能带隙值为约4.96eV，对应于约250nm的波长。此 能带隙值对于具有比与透射曲线D相关联的Be原子分数大且比与曲线E相 关联的Be原子分数小的Be原子分数的ZnBeO合金而言是合理的。
对于透射曲线F，能带隙值为约5.39eV，对应于约230nm的波长。此 能带隙值对于具有比与透射曲线D相关联的Be原子分数大的Be原子分数 的ZnBeO合金而言是合理的。
本发明的其他实例和变化：
根据本发明，ZnBeO半导体材料可经生长具有在与透射曲线A至F相 关联的那些值的任何理想的Be原子分数值。
同样根据本发明，在ZnBeO或ZnCdOSe的状况下，ZnBeO、ZnCdOSe 或BeO半导体材料可经生长得分别具有在0与1之间任何理想值的Be或 Cd和Se的原子分数；其中，ZnBeO或ZnCdOSe半导体材料是生长在材料 或衬底(包括但不限于ZnO、GaN和SiC)上的不掺杂、p型掺杂或n型掺 杂，且具有用于制造半导体衬底和装置的充分结晶质量。
根据本发明，ZnBeO半导体合金、ZnCdOSe半导体合金和BeO半导体 材料(包括不掺杂、p型掺杂和n型掺杂半导体材料)可独立使用、或各种 组合使用、或与ZnO或其他半导体材料各种组合使用，以形成层和结构， 这些层和结构包括但不限于半导体异质结构、活性层、量子井、多个量子井、 超晶格层、隔离层、光反射薄膜和多层、金属接触层、覆层、肖特基势垒和 衬底；制造半导体装置；和增强半导体装置的功能、能力、性能和应用。
同样，根据本发明，可将ZnBeO半导体合金、ZnCdOSe半导体合金和 /或BeO半导体材料(包括不掺杂、p型掺杂和n型掺杂半导体材料)形成 的层和结构用于制造光子和电子半导体装置以用于光子和电子应用中。
这些装置的用途包括但不限于诸如LED、LD、FET、PN结(Junction)、 PIN结、肖特基势垒二极管、UV探测器和发射器、晶体管和透明晶体管， 其可用于诸如发光显示器、晶体管和透明晶体管、显示器的逆光、UV和可 见发射器和探测器、高频雷达、生物医学成像、化合物鉴定、分子鉴定和结 构、气敏传感器、成像系统和原子、分子、气体、蒸气和固体的基本研究的 应用中。
根据本发明，ZnBeO和ZnCdOSe半导体材料可用于制造具有从约117 nm至约710nm的频谱范围中的发射波长中的一个或多个的LED和LD；且 BeO半导体材料可用于制造具有约117nm的发射波长的LED和LD。
另外，根据本发明，ZnBeO或BeO半导体材料可生长得具有在生长期 间并入其中的Mg原子分数，以用于应用中以形成晶格匹配层，其中含有 Mg的ZnBeO或BeO材料可为不掺杂、p型掺杂或n型掺杂半导体材料。
可将本文所描述的材料、层和结构并入半导体装置中以改良这些装置的 性能、功能和能力和速度。
本技术领域人员应了解，可对本文所描述的材料、层、结构和实施例进 行各种修改、添加和其他改变，且各种修改均落在本发明的精神和范围之内。 本文所使用的术语和表达为描述性术语而非限制性的，且并非打算使用这些 术语和表达来排除所示和描述的特征和其部分的等效物。此外，在不脱离由 所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可将本发明的任一个或 多个特征和方面与本发明的一个或多个其他特征进行组合。