JP2000244014A - 半導体発光素子、およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子、およびその製造方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
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- H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光素子として満足のゆく結晶性を有するＺ
ｎＯ発光層をもった半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 サファイア基板等の下地基板と、下地基
板上に形成されるＺｎＯ発光層を有してなる半導体発光
素子において、前記下地基板とＺｎＯ発光層との間に、
Ｎｉ等の不純物のドープされたＺｎＯバッファ層を介在
して設ける。
ｎＯ発光層をもった半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 サファイア基板等の下地基板と、下地基
板上に形成されるＺｎＯ発光層を有してなる半導体発光
素子において、前記下地基板とＺｎＯ発光層との間に、
Ｎｉ等の不純物のドープされたＺｎＯバッファ層を介在
して設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、励起子によって発
光する半導体発光素子に関し、特にエピタキシャルＺｎ
Ｏ膜を用いた青色〜紫外線領域の発光波長を有する半導
体発光素子、及びその製造方法に関する。
光する半導体発光素子に関し、特にエピタキシャルＺｎ
Ｏ膜を用いた青色〜紫外線領域の発光波長を有する半導
体発光素子、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、発光ディスプレイ等における多色
化の要求や、通信・記録等におけるデータ密度の向上の
要求から、青色〜紫外線領域の発光波長を有する半導体
発光素子の実現が強く求められている。青色発光する半
導体発光素子の材料としては、ＧａＮ系半導体材料が注
目を集めているが、その製造には未だ技術的に困難な点
が多く、完全には実用化されていない。そこで本発明者
は、ＧａＮ系材料に代わる青色〜紫外線領域の発光波長
を有する半導体材料としてＺｎＯを用いること提案して
いる。具体的には、下地基板上にＺｎＯ膜をエピタキシ
ャル成長させ、該エピタキシャル膜を用いることによ
り、発光波長３７０ｎｍ付近での励起子発光を行う発光
素子が得ようとするものである。
化の要求や、通信・記録等におけるデータ密度の向上の
要求から、青色〜紫外線領域の発光波長を有する半導体
発光素子の実現が強く求められている。青色発光する半
導体発光素子の材料としては、ＧａＮ系半導体材料が注
目を集めているが、その製造には未だ技術的に困難な点
が多く、完全には実用化されていない。そこで本発明者
は、ＧａＮ系材料に代わる青色〜紫外線領域の発光波長
を有する半導体材料としてＺｎＯを用いること提案して
いる。具体的には、下地基板上にＺｎＯ膜をエピタキシ
ャル成長させ、該エピタキシャル膜を用いることによ
り、発光波長３７０ｎｍ付近での励起子発光を行う発光
素子が得ようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ＺｎＯ膜を用いた半導体発光素子は、以下の問題点を有
している。すなわち、発光層として用いるＺｎＯ膜は、
その結晶性が極めて良好なエピタキシャル膜（以下、Ｚ
ｎＯ系発光層と呼ぶ）でなければならないが、このＺｎ
Ｏ系発光層の形成が非常に難しいと言う点である。従来
よりＺｎＯ膜は各種の電子デバイスに用いられており、
比較的結晶性の劣る多結晶ＺｎＯ膜であればスパッタリ
ング法等の手法によって容易かつ大量に製造されてい
る。また、下地基板としてサファイア基板を用いること
により、スパッタリング法によるＺｎＯエピタキシャル
膜の成膜も行われている。しかしこの手法で形成される
エピタキシャルＺｎＯ膜はその配向性に劣り、発光素子
に供しうるまでの良好な結晶性を持ち合わせるものでは
なかった。このため、発光素子として用いるＺｎＯ系発
光層を成膜するためには、下地基板としてサファイア基
板を用いた上でレーザＭＢＥ法等の高価で精緻な成膜手
法を用いる必要があり、その成膜方法が極めて限定され
ていた。さらにこれらの手法によっても、いまだ充分に
満足のゆく膜質のＺｎＯ系発光層を再現性良く得られて
いないのが現状であり、またレーザＭＢＥ法では成膜で
きるＺｎＯ系発光層の面積も数ｍｍ角程度の非常に小さ
なものであり、かつ成膜速度が遅くその量産性に劣ると
いう問題点を有していた。
ＺｎＯ膜を用いた半導体発光素子は、以下の問題点を有
している。すなわち、発光層として用いるＺｎＯ膜は、
その結晶性が極めて良好なエピタキシャル膜（以下、Ｚ
ｎＯ系発光層と呼ぶ）でなければならないが、このＺｎ
Ｏ系発光層の形成が非常に難しいと言う点である。従来
よりＺｎＯ膜は各種の電子デバイスに用いられており、
比較的結晶性の劣る多結晶ＺｎＯ膜であればスパッタリ
ング法等の手法によって容易かつ大量に製造されてい
る。また、下地基板としてサファイア基板を用いること
により、スパッタリング法によるＺｎＯエピタキシャル
膜の成膜も行われている。しかしこの手法で形成される
エピタキシャルＺｎＯ膜はその配向性に劣り、発光素子
に供しうるまでの良好な結晶性を持ち合わせるものでは
なかった。このため、発光素子として用いるＺｎＯ系発
光層を成膜するためには、下地基板としてサファイア基
板を用いた上でレーザＭＢＥ法等の高価で精緻な成膜手
法を用いる必要があり、その成膜方法が極めて限定され
ていた。さらにこれらの手法によっても、いまだ充分に
満足のゆく膜質のＺｎＯ系発光層を再現性良く得られて
いないのが現状であり、またレーザＭＢＥ法では成膜で
きるＺｎＯ系発光層の面積も数ｍｍ角程度の非常に小さ
なものであり、かつ成膜速度が遅くその量産性に劣ると
いう問題点を有していた。
【０００４】従って本発明の目的は、発光素子として満
足のゆく結晶性を有するＺｎＯ系発光層をもった半導体
発光素子を実現し、さらにそれを再現性や量産性良く製
造することのできる製造方法を提供することにある。
足のゆく結晶性を有するＺｎＯ系発光層をもった半導体
発光素子を実現し、さらにそれを再現性や量産性良く製
造することのできる製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明の半導体発光素子は、サファイア基板等から
なる下地基板と、下地基板上に形成されるＺｎＯ系発光
層を有してなる半導体発光素子において、下地基板とＺ
ｎＯ系発光層との間に不純物のドープされたＺｎＯバッ
ファ層を介在して設けた。ここで、下地基板として用い
られる基板としては、サファイア基板、水晶基板、シリ
コン基板、ガラス基板または溶融石英基板が挙げられ
る。また、ＺｎＯバッファ層にドープされる不純物とし
ては、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｙ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａ
ｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｇａのうちの
少なくとも１種からなる金属を用いる。
めに本発明の半導体発光素子は、サファイア基板等から
なる下地基板と、下地基板上に形成されるＺｎＯ系発光
層を有してなる半導体発光素子において、下地基板とＺ
ｎＯ系発光層との間に不純物のドープされたＺｎＯバッ
ファ層を介在して設けた。ここで、下地基板として用い
られる基板としては、サファイア基板、水晶基板、シリ
コン基板、ガラス基板または溶融石英基板が挙げられ
る。また、ＺｎＯバッファ層にドープされる不純物とし
ては、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｙ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａ
ｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｇａのうちの
少なくとも１種からなる金属を用いる。
【０００６】本発明者は鋭意研究の結果、下地基板とＺ
ｎＯ系発光層との間に、不純物のドープされたＺｎＯバ
ッファ層を介在させることにより、バッファ層上に形成
されるＺｎＯ系発光層の配向性／結晶性が向上するとの
知見を得、本発明を完成させるに到った。これは、Ｚｎ
Ｏ膜中に所定の不純物がドープされることにより、形成
されるＺｎＯバッファ層の配向性および結晶性が向上す
るため、その上に重ねて形成されるＺｎＯ系発光層の結
晶性も併せて向上するためと考えられる。
ｎＯ系発光層との間に、不純物のドープされたＺｎＯバ
ッファ層を介在させることにより、バッファ層上に形成
されるＺｎＯ系発光層の配向性／結晶性が向上するとの
知見を得、本発明を完成させるに到った。これは、Ｚｎ
Ｏ膜中に所定の不純物がドープされることにより、形成
されるＺｎＯバッファ層の配向性および結晶性が向上す
るため、その上に重ねて形成されるＺｎＯ系発光層の結
晶性も併せて向上するためと考えられる。
【０００７】このように、配向性および結晶性の良好な
バッファ層が形成されているので、従来は結晶性の観点
からＺｎＯ系発光層の成膜方法としては採用することの
できなかったスパッタリング法を、本発明の半導体発光
素子のＺｎＯ系発光層の製造において初めて用いること
が可能となった。
バッファ層が形成されているので、従来は結晶性の観点
からＺｎＯ系発光層の成膜方法としては採用することの
できなかったスパッタリング法を、本発明の半導体発光
素子のＺｎＯ系発光層の製造において初めて用いること
が可能となった。
【０００８】
【発明の実施の形態】［第１実施例、図１〜図２］本発
明の第１実施例の半導体発光素子１は、図１に示すよう
に、ｃ面サファイア基板２と、不純物としてＮｉのドー
プされたＺｎＯバッファ層３と、該ＺｎＯバッファ層３
上に形成されたＺｎＯ系発光層４とから構成されてい
る。
明の第１実施例の半導体発光素子１は、図１に示すよう
に、ｃ面サファイア基板２と、不純物としてＮｉのドー
プされたＺｎＯバッファ層３と、該ＺｎＯバッファ層３
上に形成されたＺｎＯ系発光層４とから構成されてい
る。
【０００９】上述の構成の半導体発光素子１は、以下の
工程で製造される。まず下地基板としてｃ面サファイア
基板２を準備する。次いで、サファイア基板２上に、ス
パッタリング法によって、ＮｉのドープされたＺｎＯバ
ッファ層３を膜厚１．３μｍに成膜する。成膜に際して
はＡｒ／Ｏ2ガスを用い、不純物としてＮｉを含有する
ＺｎＯセラミックターゲットやＺｎ金属ターゲットを用
いて成膜すればよい。スパッタ装置としては、ＲＦスパ
ッタ、ＥＣＲスパッタ等の装置が用いられる。ＺｎＯバ
ッファ層３を成膜後、同じくスパッタリング法によって
ＺｎＯセラミックターゲットやＺｎ金属ターゲットを用
いて、ＺｎＯ系発光層４を膜厚１．０μｍに成膜する。
以上の工程によって半導体発光素子１は製造される。な
お、上述の各ＺｎＯ膜は、いずれもエピタキシャル膜で
ある。
工程で製造される。まず下地基板としてｃ面サファイア
基板２を準備する。次いで、サファイア基板２上に、ス
パッタリング法によって、ＮｉのドープされたＺｎＯバ
ッファ層３を膜厚１．３μｍに成膜する。成膜に際して
はＡｒ／Ｏ2ガスを用い、不純物としてＮｉを含有する
ＺｎＯセラミックターゲットやＺｎ金属ターゲットを用
いて成膜すればよい。スパッタ装置としては、ＲＦスパ
ッタ、ＥＣＲスパッタ等の装置が用いられる。ＺｎＯバ
ッファ層３を成膜後、同じくスパッタリング法によって
ＺｎＯセラミックターゲットやＺｎ金属ターゲットを用
いて、ＺｎＯ系発光層４を膜厚１．０μｍに成膜する。
以上の工程によって半導体発光素子１は製造される。な
お、上述の各ＺｎＯ膜は、いずれもエピタキシャル膜で
ある。
【００１０】従来より、ｃ面サファイア基板上にスパッ
タ法によってＺｎＯ膜を成膜するとＺｎＯのエピタキシ
ャル膜を成膜することは可能であったが、その配向性／
結晶性は不十分なものであった。このため、このエピ膜
をＺｎＯ系発光層として用いることはできなかったし、
またこのエピ膜をバッファ層として用い更にその上に第
２のＺｎＯエピ膜を形成しても、やはり第２のエピ膜も
結晶性が不十分なものとなり、ＺｎＯ系発光層として用
いることはできなかった。今回、ＮｉドープのＺｎＯバ
ッファ層をスパッタ成膜すると、ＺｎＯのエピ膜が得ら
れ、さらにそのエピ膜は配向性／結晶性に優れたものと
なることが判明した。このＺｎＯバッファ層自体は不純
物がドープされておりＺｎＯ系発光層として用いること
には不向きである。しかし、この配向性／結晶性に優れ
たＺｎＯバッファ層上にさらにスパッタリングによって
ＺｎＯエピ膜を形成することにより、発光素子に供する
ことのできるＺｎＯ系発光層を形成することができる。
タ法によってＺｎＯ膜を成膜するとＺｎＯのエピタキシ
ャル膜を成膜することは可能であったが、その配向性／
結晶性は不十分なものであった。このため、このエピ膜
をＺｎＯ系発光層として用いることはできなかったし、
またこのエピ膜をバッファ層として用い更にその上に第
２のＺｎＯエピ膜を形成しても、やはり第２のエピ膜も
結晶性が不十分なものとなり、ＺｎＯ系発光層として用
いることはできなかった。今回、ＮｉドープのＺｎＯバ
ッファ層をスパッタ成膜すると、ＺｎＯのエピ膜が得ら
れ、さらにそのエピ膜は配向性／結晶性に優れたものと
なることが判明した。このＺｎＯバッファ層自体は不純
物がドープされておりＺｎＯ系発光層として用いること
には不向きである。しかし、この配向性／結晶性に優れ
たＺｎＯバッファ層上にさらにスパッタリングによって
ＺｎＯエピ膜を形成することにより、発光素子に供する
ことのできるＺｎＯ系発光層を形成することができる。
【００１１】なお、ＺｎＯバッファ層は０．３μｍ以上
の膜厚に形成することが望ましい。バッファ層の膜厚が
０．３μｍより薄いと、たとえ不純物を添加したとして
も十分な配向性／結晶性を有するバッファ層を形成する
ことが難しいからである。ここで我々の言う十分な配向
性／結晶性とは、ＺｎＯバッファ層のＸ線回折によるロ
ッキングカーブ半値幅が２度以下であることが一つの目
安である。これらの値を選択することにより、比較的安
定して発光素子に供しうるＺｎＯ系発光層を得られるか
らである。また、ＺｎＯ系発光層は０．０５μｍ以上の
膜厚に形成することが望ましい。これは、たとえＺｎＯ
バッファ層の結晶性が良好であっても、ＺｎＯ系発光層
の膜厚を０．０５μｍ程度以上成膜しなければ、発光層
として使用できる程度に良好な結晶性を有するＺｎＯ系
発光層は得にくいからである。この、ＺｎＯバッファ層
の膜厚とＺｎＯ系発光層の膜厚との関係について詳述す
ると、ＺｎＯバッファ層の膜厚が薄いほどＺｎＯ発光層
は分厚く形成する必要があり、ＺｎＯバッファ層の膜厚
が厚いほどＺｎＯ発光層の膜厚は薄くても良い、という
関係が成り立つ。例えば、バッファ層の膜厚が０．３μ
ｍと非常に薄い場合、ＺｎＯ発光層としては０．１μｍ
程度以上に形成する必要があるが、バッファ層の膜厚が
１．０μｍ程度の厚みを有する場合は、ＺｎＯ発光層と
しては０．０５μｍ程度以上に形成すれば足る。
の膜厚に形成することが望ましい。バッファ層の膜厚が
０．３μｍより薄いと、たとえ不純物を添加したとして
も十分な配向性／結晶性を有するバッファ層を形成する
ことが難しいからである。ここで我々の言う十分な配向
性／結晶性とは、ＺｎＯバッファ層のＸ線回折によるロ
ッキングカーブ半値幅が２度以下であることが一つの目
安である。これらの値を選択することにより、比較的安
定して発光素子に供しうるＺｎＯ系発光層を得られるか
らである。また、ＺｎＯ系発光層は０．０５μｍ以上の
膜厚に形成することが望ましい。これは、たとえＺｎＯ
バッファ層の結晶性が良好であっても、ＺｎＯ系発光層
の膜厚を０．０５μｍ程度以上成膜しなければ、発光層
として使用できる程度に良好な結晶性を有するＺｎＯ系
発光層は得にくいからである。この、ＺｎＯバッファ層
の膜厚とＺｎＯ系発光層の膜厚との関係について詳述す
ると、ＺｎＯバッファ層の膜厚が薄いほどＺｎＯ発光層
は分厚く形成する必要があり、ＺｎＯバッファ層の膜厚
が厚いほどＺｎＯ発光層の膜厚は薄くても良い、という
関係が成り立つ。例えば、バッファ層の膜厚が０．３μ
ｍと非常に薄い場合、ＺｎＯ発光層としては０．１μｍ
程度以上に形成する必要があるが、バッファ層の膜厚が
１．０μｍ程度の厚みを有する場合は、ＺｎＯ発光層と
しては０．０５μｍ程度以上に形成すれば足る。
【００１２】本実施例では不純物としてＮｉを用いた
が、その他バッファ層に添加する不純物としては、Ｌ
ｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｌ
ａ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｇａのうちの少なくとも１種か
らなる金属が、ＺｎＯバッファ層の配向性／結晶性向上
の観点から好ましいことが、本発明者の実験から明らか
になっている。また、本実施例では下地基板としてｃ面
サファイア基板を使用したが、Ｚカット水晶基板、ｎ型
シリコン基板、ガラス基板、溶融石英基板を用いても、
上述の不純物をドープすることにより同様に配向性／結
晶性の良好なＺｎＯバッファ層を形成できることがわか
った。ＺｎＯバッファ層およびＺｎＯ系発光層成膜時の
基板加熱温度としては２００〜６００℃程度が、結晶配
向性の観点から好ましい。また成膜時のＡｒ／Ｏ2の分
圧比は、セラミックターゲットを用いる場合は６０／４
０〜９５／５の範囲に、金属ターゲットを用いる場合に
は４０／６０〜９０／１０の範囲に設定することが好ま
しい。
が、その他バッファ層に添加する不純物としては、Ｌ
ｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｌ
ａ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｇａのうちの少なくとも１種か
らなる金属が、ＺｎＯバッファ層の配向性／結晶性向上
の観点から好ましいことが、本発明者の実験から明らか
になっている。また、本実施例では下地基板としてｃ面
サファイア基板を使用したが、Ｚカット水晶基板、ｎ型
シリコン基板、ガラス基板、溶融石英基板を用いても、
上述の不純物をドープすることにより同様に配向性／結
晶性の良好なＺｎＯバッファ層を形成できることがわか
った。ＺｎＯバッファ層およびＺｎＯ系発光層成膜時の
基板加熱温度としては２００〜６００℃程度が、結晶配
向性の観点から好ましい。また成膜時のＡｒ／Ｏ2の分
圧比は、セラミックターゲットを用いる場合は６０／４
０〜９５／５の範囲に、金属ターゲットを用いる場合に
は４０／６０〜９０／１０の範囲に設定することが好ま
しい。
【００１３】ここで、本発明のＺｎＯ系発光層の膜質を
確認するために、従来の製法によって得られたＺｎＯ系
発光層と比較して実験を行った。具体的には、サファイ
ア基板上にＺｎＯバッファ層を形成せずに直接ＺｎＯ系
発光層をスパッタ成膜したものを試料１（従来例）、サ
ファイア基板上にＺｎＯバッファ層を形成せずに直接Ｚ
ｎＯ系発光層をレーザＭＢＥ法によって成膜したものを
試料２（従来例）、サファイア基板上にＮｉドープＺｎ
Ｏバッファ層を形成しその上にＺｎＯ系発光層をスパッ
タ成膜したものを試料３（本発明）としてそれぞれ準備
した。次いで、室温にて各試料に対して波長３２５ｎｍ
のＨｅ−Ｃｄレーザ光を照射し、フォトルミネッセンス
測定を行った。その結果を図２に示す。図２から、サフ
ァイア基板上に直接ＺｎＯ系発光層をスパッタ成膜した
試料１では、フォトルミネッセンス発光は確認されなか
った。ＺｎＯ系発光層をレーザＭＢＥ法によって成膜し
た試料２およびＮｉドープＺｎＯバッファ層上にＺｎＯ
系発光層をスパッタ成膜した試料３では共にフォトルミ
発光が得られるが、試料２に比べ試料３がより強い発光
強度を有することが分かる。
確認するために、従来の製法によって得られたＺｎＯ系
発光層と比較して実験を行った。具体的には、サファイ
ア基板上にＺｎＯバッファ層を形成せずに直接ＺｎＯ系
発光層をスパッタ成膜したものを試料１（従来例）、サ
ファイア基板上にＺｎＯバッファ層を形成せずに直接Ｚ
ｎＯ系発光層をレーザＭＢＥ法によって成膜したものを
試料２（従来例）、サファイア基板上にＮｉドープＺｎ
Ｏバッファ層を形成しその上にＺｎＯ系発光層をスパッ
タ成膜したものを試料３（本発明）としてそれぞれ準備
した。次いで、室温にて各試料に対して波長３２５ｎｍ
のＨｅ−Ｃｄレーザ光を照射し、フォトルミネッセンス
測定を行った。その結果を図２に示す。図２から、サフ
ァイア基板上に直接ＺｎＯ系発光層をスパッタ成膜した
試料１では、フォトルミネッセンス発光は確認されなか
った。ＺｎＯ系発光層をレーザＭＢＥ法によって成膜し
た試料２およびＮｉドープＺｎＯバッファ層上にＺｎＯ
系発光層をスパッタ成膜した試料３では共にフォトルミ
発光が得られるが、試料２に比べ試料３がより強い発光
強度を有することが分かる。
【００１４】また試料２と試料３とでは、発光強度の面
のみならず、その生産性の面でも大きな差を有する。す
なわち、試料２はレーザＭＢＥ法によるものであり、Ｚ
ｎＯ系発光層の成膜面積も数ｍｍ角程度の非常に小さな
ものしか成膜することができない。一方、試料３はＺｎ
Ｏバッファ層／発光層ともにスパッタ法により成膜さ
れ、３〜６インチ径の下地基板全面の広範囲に一度に成
膜することができ、生産性に非常に優れている。
のみならず、その生産性の面でも大きな差を有する。す
なわち、試料２はレーザＭＢＥ法によるものであり、Ｚ
ｎＯ系発光層の成膜面積も数ｍｍ角程度の非常に小さな
ものしか成膜することができない。一方、試料３はＺｎ
Ｏバッファ層／発光層ともにスパッタ法により成膜さ
れ、３〜６インチ径の下地基板全面の広範囲に一度に成
膜することができ、生産性に非常に優れている。
【００１５】次に、本発明の製造方法に従って製造した
半導体発光素子につき、その下地基板の変更によるＺｎ
Ｏ系発光層の膜質の変化を比較する実験を行った。具体
的には、下地基板としてｃ面サファイア基板、Ｚカット
水晶基板、ｎ型シリコン基板、ガラス基板を用いた試料
をそれぞれ準備し、上記と同様のＨｅ−Ｃｄレーザ光を
用いたフォトルミネッセンス測定を行った。その結果を
図３に示す。図３から、サファイア基板、Ｚカット水晶
基板、シリコン基板、ガラス基板のいずれの下地基板を
用いた試料とも、ほぼ同程度のフォトルミ発光強度が確
認されることがわかる。またここでは示していないが、
溶融石英基板を下地基板として用いた場合にも、ｎ型シ
リコン基板を用いた場合とほぼ同等の発光特性が得られ
た。このことから、不純物のドープされたＺｎＯバッフ
ァ層を介在して形成することにより、従来は成膜するこ
とのできなかった水晶基板上やシリコン基板上にも結晶
性の良いＺｎＯ系発光層を成膜できることが分かる。
半導体発光素子につき、その下地基板の変更によるＺｎ
Ｏ系発光層の膜質の変化を比較する実験を行った。具体
的には、下地基板としてｃ面サファイア基板、Ｚカット
水晶基板、ｎ型シリコン基板、ガラス基板を用いた試料
をそれぞれ準備し、上記と同様のＨｅ−Ｃｄレーザ光を
用いたフォトルミネッセンス測定を行った。その結果を
図３に示す。図３から、サファイア基板、Ｚカット水晶
基板、シリコン基板、ガラス基板のいずれの下地基板を
用いた試料とも、ほぼ同程度のフォトルミ発光強度が確
認されることがわかる。またここでは示していないが、
溶融石英基板を下地基板として用いた場合にも、ｎ型シ
リコン基板を用いた場合とほぼ同等の発光特性が得られ
た。このことから、不純物のドープされたＺｎＯバッフ
ァ層を介在して形成することにより、従来は成膜するこ
とのできなかった水晶基板上やシリコン基板上にも結晶
性の良いＺｎＯ系発光層を成膜できることが分かる。
【００１６】なお、さらに配向性／結晶性の良いＺｎＯ
バッファ層およびＺｎＯ系発光層を成膜するために、使
用するターゲットに９９．９９９％以上の高純度のもの
を用いたり、導入ガスに９９．９９９％以上の高純度の
ものを用いる等の工夫がなされうる。
バッファ層およびＺｎＯ系発光層を成膜するために、使
用するターゲットに９９．９９９％以上の高純度のもの
を用いたり、導入ガスに９９．９９９％以上の高純度の
ものを用いる等の工夫がなされうる。
【００１７】［第２実施例、図４］本発明の第２実施例
の半導体発光素子１１は、ＺｎＯ系発光層を用いて形成
された半導体発光素子であって、素子１１の外部から電
圧を印加するための電極が形成されたＬＥＤである。以
下、本実施例の発光素子の構造について図４を用いて説
明する。
の半導体発光素子１１は、ＺｎＯ系発光層を用いて形成
された半導体発光素子であって、素子１１の外部から電
圧を印加するための電極が形成されたＬＥＤである。以
下、本実施例の発光素子の構造について図４を用いて説
明する。
【００１８】まず、ｃ面サファイア基板１２上にＡｌの
ドープされたＺｎＯバッファ層１３が形成されている。
Ａｌがドープされることにより、ＺｎＯバッファ層１３
はｎ型ＺｎＯとなっている。ＺｎＯバッファ層１３上に
はＺｎＯ活性層１４が形成され、さらにその上にＮのド
ープ（あるいはイオン注入）されたｐ型ＺｎＯ層１５が
形成される。なお、これらの各ＺｎＯ層はいずれもスパ
ッタリング法により形成されたエピタキシャル膜であ
る。
ドープされたＺｎＯバッファ層１３が形成されている。
Ａｌがドープされることにより、ＺｎＯバッファ層１３
はｎ型ＺｎＯとなっている。ＺｎＯバッファ層１３上に
はＺｎＯ活性層１４が形成され、さらにその上にＮのド
ープ（あるいはイオン注入）されたｐ型ＺｎＯ層１５が
形成される。なお、これらの各ＺｎＯ層はいずれもスパ
ッタリング法により形成されたエピタキシャル膜であ
る。
【００１９】ｐ型ＺｎＯ層１５およびＺｎＯ活性層１４
の一部は、エッチングによって除去されており、除去後
のＺｎＯバッファ層１３の露出領域にはＺｎＯとオーミ
ック接触する金属材料、例えばＴｉ／Ａｕ等からなる下
部電極１６が、ｐ型ＺｎＯ層１５上には同じくＺｎＯと
オーミック接触する金属材料からなる上部電極１７が形
成されている。
の一部は、エッチングによって除去されており、除去後
のＺｎＯバッファ層１３の露出領域にはＺｎＯとオーミ
ック接触する金属材料、例えばＴｉ／Ａｕ等からなる下
部電極１６が、ｐ型ＺｎＯ層１５上には同じくＺｎＯと
オーミック接触する金属材料からなる上部電極１７が形
成されている。
【００２０】上述の構成のｐｎ接合型の半導体発光素子
１１では、下部電極１６と上部電極１７の間に電圧を印
加することにより、青色〜紫外線領域の光を励起子発光
させることができる。
１１では、下部電極１６と上部電極１７の間に電圧を印
加することにより、青色〜紫外線領域の光を励起子発光
させることができる。
【００２１】なお、本実施例の構成の他、ＺｎＯバッフ
ァ層１３をＮｉドープＺｎＯバッファ層とＡｌドープＺ
ｎＯバッファ層の２層構造としても構わない。このよう
な構成とすれば、結晶性の優れたＮｉドープＺｎＯバッ
ファ層を活かしつつ、低抵抗のＡｌドープＺｎＯバッフ
ァ層を引き出し電極として用いることが可能になる。
ァ層１３をＮｉドープＺｎＯバッファ層とＡｌドープＺ
ｎＯバッファ層の２層構造としても構わない。このよう
な構成とすれば、結晶性の優れたＮｉドープＺｎＯバッ
ファ層を活かしつつ、低抵抗のＡｌドープＺｎＯバッフ
ァ層を引き出し電極として用いることが可能になる。
【００２２】
【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
の半導体発光素子によれば、従来製造することが難しか
った、発光素子に供する配向性／結晶性の良好なＺｎＯ
系発光層をスパッタ法等の比較的容易な方法で生産性性
良く製造することが可能になる。
の半導体発光素子によれば、従来製造することが難しか
った、発光素子に供する配向性／結晶性の良好なＺｎＯ
系発光層をスパッタ法等の比較的容易な方法で生産性性
良く製造することが可能になる。
【図１】 本発明の一実施例の半導体発光素子の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】 本発明のＺｎＯ系発光層と従来例のＺｎＯ系
発光層のフォトルミネッセンス測定結果を比較したグラ
フである。
発光層のフォトルミネッセンス測定結果を比較したグラ
フである。
【図３】 下地基板の種類を変更した際の、本発明のＺ
ｎＯ系発光層のフォトルミネッセンス測定結果を示すグ
ラフである。
ｎＯ系発光層のフォトルミネッセンス測定結果を示すグ
ラフである。
【図４】 本発明の他の実施例の半導体発光素子の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１ ・・・ 半導体発光素子 ２ ・・・ ｃ面サファイア基板 ３ ・・・ ＺｎＯバッファ層 ４ ・・・ ＺｎＯ系発光層
Claims (5)
- 【請求項１】 下地基板と、下地基板上に形成されるＺ
ｎＯ系発光層を有してなる半導体発光素子であって、 前記下地基板とＺｎＯ系発光層との間に、不純物のドー
プされたＺｎＯバッファ層を介在して設けたことを特徴
とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 下地基板を準備する工程と、下地基板上
に不純物のドープされたＺｎＯバッファ層を形成する工
程と、ＺｎＯバッファ層上にＺｎＯ系発光層を形成する
工程と、を有することを特徴とする半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項３】 前記下地基板は、サファイア基板、水晶
基板、シリコン基板、ガラス基板または溶融石英基板の
うちの一種からなることを特徴とする請求項１または請
求項２のいずれかに記載の半導体発光素子またはその製
造方法。 - 【請求項４】 前記不純物はＬｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｙ、Ａ
ｇ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｔａ、
Ｎｂ、Ｇａのうちの少なくとも１種からなる金属である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに
記載の半導体発光素子またはその製造方法。 - 【請求項５】 前記ＺｎＯ系発光層はスパッタリング法
によって形成されることを特徴とする請求項２ないし請
求項４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP04188899A JP3399392B2 (ja) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | 半導体発光素子、およびその製造方法 |
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| US09/499,840 US6448585B1 (en) | 1999-02-19 | 2000-02-07 | Semiconductor luminescent element and method of manufacturing the same |
| SG200000756A SG83189A1 (en) | 1999-02-19 | 2000-02-10 | Semiconductor luminescent element and method of manufacturing the same |
| DE60044221T DE60044221D1 (de) | 1999-02-19 | 2000-02-14 | Lumineszierendes Halbleiterelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
| EP00102985A EP1030378B1 (en) | 1999-02-19 | 2000-02-14 | Semiconductor luminescent element and method of manufacturing the same |
| KR10-2000-0007495A KR100436410B1 (ko) | 1999-02-19 | 2000-02-17 | 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| DE (1) | DE60044221D1 (ja) |
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| JP2012119569A (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-21 | Ulvac Japan Ltd | 窒化物半導体素子 |
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