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発光ダイオードおよび半導体レーザーとそれらの製造方法 新技術説明会

国内特許コード P03A000210
整理番号 E060P02
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2000-024843
公開番号 特開2001-210864
登録番号 特許第3398638号
出願日 平成12年1月28日(2000.1.28)
公開日 平成13年8月3日(2001.8.3)
登録日 平成15年2月14日(2003.2.14)
発明者
  • 細野 秀雄
  • 太田 裕道
  • 折田 政寛
  • 河村 賢一
  • 猿倉 信彦
  • 平野 正浩
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • HOYA株式会社
発明の名称 発光ダイオードおよび半導体レーザーとそれらの製造方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】SrCu2 2 膜上にn型ZnOを成膜してダイオード特性が発現することは確認されているが、ダイオードからの発光は確認できていなかった。
【構成】透明基板上に積層した発光特性を示すn型ZnO層上に、SrCu2 2 、CuAlO2 、またはCuGaO2 からなるp型半導体のうちの一つを積層して形成したp-n接合からなることを特徴とする半導体紫外発光素子。透明基板は、単結晶基板、特に、原子状に平坦化したイットリア部分安定化ジルコニア(YSZ)(111)基板がよい。透明基板上に、基板温度200~1200℃でn型ZnOを成膜し、さらにその上に、SrCu2 O、CuAlO2 またはCuGaO2 からなるp型半導体層を成膜する。基板を加熱することなく、n型ZnOを成膜し、該ZnO膜表面に紫外光を照射して結晶化を進めることもできる。
従来技術、競合技術の概要


高度情報化社会の発達に伴い、記録メディアの高密度化が進んでいる。例えば、光ディスクの記録・再生はコンパクトディスクから、より高密度記録可能なデジタルビデオディスクへと変化した。光ディスクでは、記録・再生は光を使って行うため、波長の短い光を用いることができれば記録密度を増加させることができる。このため、発光ダイオード(以下LED)としては、従来、赤色を出すGaAsが主力であったが、より短波長の青色を出すGaNなどの実用化が進められている。
さらに、GaNよりも短波長の発光材料としては酸化亜鉛が挙げられる。酸化亜鉛(以下、ZnO)は、高電気伝導性、可視領域での光透過性を利用して太陽電池用の透明導電膜として検討されているほか、緑色の蛍光材料としても広く応用され、例えば、低速電子線衝撃型のELデバイスとして実用化されている。ZnOは、室温でのバンドギャップが約3.38eVの直接遷移型の半導体であり、紫外光励起により紫外領域(室温では波長約380nm)の蛍光を示すことが知られているため、ZnOを使った発光ダイオードやレーザーダイオードが作製できれば、蛍光体の励起光源や超高密度記録メディアに応用できると考えられている。

産業上の利用分野


本発明は、電流注入により紫外線発光をさせられる紫外発光ダイオードおよび半導体レーザーに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
透明基板上に積層したバンドギャップ付近の固有発光のみを示す、X線回折法においてZnOの結晶相の(0002)面のロッキングカーブにおける半値幅が1度以下のn型ZnO層上に、SrCu、CuAlO 、またはCuGaOからなるp型半導体のうちの一つを積層して形成したp-n接合からなる紫外発光ダイオードであって、該透明基板は、原子状に平坦化したイットリア部分安定化ジルコニア(YSZ)(111)単結晶基板であり、該透明基板上に透明負電極層を有し、該透明負電極層上にヘテロエピタキシャル成長したキャリア濃度が1×1017~1×1020の範囲のZnO層を発光層として有し、ZnO層上にp型半導体層を正孔注入層として有し、p型半導体層側に正電極層を有することを特徴とする紫外発光ダイオード。

【請求項2】
透明負電極層として、透明基板上にヘテロエピタキシャル成長したインジウム錫酸化物(ITO)層を有することを特徴とする請求項1記載の紫外発光ダイオード。

【請求項3】
p型半導体層側電極として、p型半導体層上にNiを積層したことを特徴とする請求項1記載の紫外発光ダイオード。

【請求項4】
1価金属元素をSr位置に20原子%以下置換したSrCu薄膜を用いることを特徴とする請求の範囲第1項記載の発光ダイオード。

【請求項5】
原子状に平坦化したイットリア部分安定化ジルコニア(YSZ)(111) 単結晶からなる透明基板上に、基板温度200~1200℃でn型ZnOを成膜し、さらにその上に、基板温度200~800℃でSrCuからなるp型半導体層を成膜することを特徴とする請求項1記載の発光ダイオードの製造方法。

【請求項6】
原子状に平坦化したイットリア部分安定化ジルコニア(YSZ)(111) 単結晶からなる透明基板上に、基板温度200~1200℃でn型ZnOを成膜し、さらにその上に、基板温度500~800℃でCuAlOまたはCuGaOからなるp型半導体層を成膜することを特徴とする請求項1記載の発光ダイオードの製造方法。

【請求項7】
原子状に平坦化したイットリア部分安定化ジルコニア(YSZ)(111) 単結晶からなる透明基板上に、基板を加熱することなく、n型ZnOを成膜し、該ZnO膜表面に紫外光を照射して結晶化を進め、さらにその上に、基板を加熱することなく、SrCu、CuAlOまたはCuGaOからなるp型半導体層を成膜し、該p型半導体層に紫外光を照射して結晶化を進めることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオードの製造方法。

【請求項8】
イットリア部分安定化ジルコニア(YSZ)単結晶を光学研磨し、1000~1300℃に加熱することによって原子状平坦化構造とした透明基板を用いることを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。

【請求項9】
透明基板上にインジウム錫酸化物(ITO)層をヘテロエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項5乃至8のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。

【請求項10】
原子状に平坦化したイットリア部分安定化ジルコニア(YSZ)(111) 単結晶からなる透明基板上に積層したバンドギャップ付近の固有発光のみを示すn型ZnO層上に、SrCu、CuAlOまたはCuGaOからなるp型半導体のうちの一つを積層して形成したp-n接合であって、n型ZnO層は単結晶基板上にヘテロエピタキシャル成長させたMg置換ZnO上にヘテロエピタキシャル成長させたものであり、キャリア濃度の低いp型半導体を正孔注入層として有し、キャリア濃度の低いp型半導体層の上にキャリア濃度の高いp型半導体層を有することを特徴とする半導体レーザー。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 細野透明電子活性プロジェクト 領域
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