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発光素子及びその製造方法

国内特許コード P05P003067
整理番号 U2003P202
掲載日 2005年5月9日
出願番号 特願2003-335898
公開番号 特開2005-108869
登録番号 特許第3787635号
出願日 平成15年9月26日(2003.9.26)
公開日 平成17年4月21日(2005.4.21)
登録日 平成18年4月7日(2006.4.7)
発明者
  • 大友 明
  • 川崎 雅司
  • 塚▲崎▼ 敦
出願人
  • 学校法人東北大学
発明の名称 発光素子及びその製造方法
発明の概要

【課題】アニールされたバッファ層上に形成されたバルク単結晶と同等以上の品質を持つ酸化亜鉛層を具える半導体素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】酸化亜鉛の格子定数と整合性が高い格子定数を持つ材料から成る基板と、前記基板上に堆積され、アニールされた酸化亜鉛又は酸化マグネシウムを添加した酸化亜鉛薄膜バッファ層と、前記バッファ層上に堆積された酸化亜鉛薄膜層とを具える。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


酸化亜鉛は、III族窒化物に継ぐ新しい紫外発光素子の薄膜材料として注目されている。従来、このような酸化亜鉛単結晶薄膜層を具える発光素子の基板材料としては、サファイア等が用いられてきた。



発光素子を形成する際、基板上に高品質な薄膜を形成することが要求される。薄膜の結晶性(コヒーレンシ)の品質を決定する要因としては、結晶粒サイズ、格子面間隔のゆらぎ(歪み)、格子面方向のゆらぎ(配向性、モザイクネス)がある。すなわち、一般に、高品質な結晶とは、結晶粒サイズが大きく、格子面間隔のゆらぎが小さく、モザイクネスが小さいものである。



酸化亜鉛と、従来の基板材料であるサファイア等との格子不整合は18%程度と大きいため、サファイア等の基板上に酸化亜鉛薄膜を形成すると、酸化亜鉛薄膜中に粒界が生じたり、モザイクネスが大きくなったりするため、高品質の酸化亜鉛単結晶薄膜層を形成することが困難であった。したがって、2次元成長制御やp型伝導制御などの薄膜成長関連技術の水準が不十分であることによって発光素子としての応用が阻まれてきた。



本願発明者等による特開2000-277534号明細書「半導体デバイス」において、酸化亜鉛の格子定数と整合性の高い格子定数を持つ材料から成る基板上にパルスレーザ堆積法で酸化亜鉛薄膜を形成することにより、酸化亜鉛層の結晶性や電気特性をバルク単結晶に近づけた半導体デバイスが開示されている。



しかしながら、この従来の半導体デバイスでは、酸化亜鉛層の光学特性はバルク単結晶に及ぶものではなく、2次元成長制御により表面平坦性の向上や良質な量子井戸を形成することは困難であった。

産業上の利用分野


本発明は、発光素子及びその製造方法に関し、特に、酸化亜鉛を材料とする紫外発光素子及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ScAlMgO、ScAlZnO、ScAlCoO、ScAlMnO、ScGaZnO、ScGaMgO、ScAlZn、ScAlZn、ScAlZn10、ScGaZn、ScGaZn、ScGaZn10、ScFeZn、ScFeZn、又は、ScFeZnのいずれかを含む基板と、前記基板上に堆積され、約1000℃以上でアニールされた酸化亜鉛又は酸化マグネシウムを添加した酸化亜鉛薄膜バッファ層と、前記バッファ層上に堆積された酸化亜鉛薄膜層とを具えることを特徴とする発光素子

【請求項2】
請求項1に記載の発光素子において、前記酸化亜鉛薄膜層と同じ組成又は構造の材料をベースとして用い、前記酸化亜鉛薄膜層上に形成された発光層と、前記酸化亜鉛薄膜層と同じ組成又は構造の材料をベースとして用い、前記発光層上に形成され、前記酸化亜鉛薄膜層と異なるチャネル半導体層とをさらに具えることを特徴とする発光素子。

【請求項3】
請求項2に記載の発光素子において、前記発光層を、(Mg,Zn)O及びZnOの多層構造、(Zn,Cd)O及びZnOの多層構造、又は、(Mg,Zn)O及び(Zn,Cd)Oの多層構造のいずれかとしたことを特徴とする発光素子。

【請求項4】
ScAlMgO、ScAlZnO、ScAlCoO、ScAlMnO、ScGaZnO、ScGaMgO、ScAlZn、ScAlZn、ScAlZn10、ScGaZn、ScGaZn、ScGaZn10、ScFeZn、ScFeZn、又は、ScFeZnのいずれかを含む基板を形成するステップと、
前記基板上に酸化亜鉛又は酸化マグネシウムを添加した酸化亜鉛薄膜のバッファ層を形成するステップと、
前記バッファ層を約1000℃以上でアニールするステップと、
前記アニールされたバッファ層上に酸化亜鉛薄膜層を形成するステップとを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。

【請求項5】
請求項4記載の発光素子の製造方法において、前記バッファ層をアニールするステップを電気炉又は成膜装置内で行うことを特徴とする発光素子の製造方法。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003335898thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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