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LIGHT EMITTING DIODE AND SEMICONDUCTOR LASER meetings

Patent code P03A000210
File No. E060P02
Posted date Aug 28, 2003
Application number P2000-024843
Publication number P2001-210864A
Patent number P3398638
Date of filing Jan 28, 2000
Date of publication of application Aug 3, 2001
Date of registration Feb 14, 2003
Inventor
  • (In Japanese)細野 秀雄
  • (In Japanese)太田 裕道
  • (In Japanese)折田 政寛
  • (In Japanese)河村 賢一
  • (In Japanese)猿倉 信彦
  • (In Japanese)平野 正浩
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
  • (In Japanese)HOYA株式会社
Title LIGHT EMITTING DIODE AND SEMICONDUCTOR LASER meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that the appearance of a diode characteristic can be recognized but light emission from a diode cannot be recognized by forming n-type ZnO on an SrCu2O2.
SOLUTION: A semiconductor ultraviolet emitting element is formed by laminating one of p-type semiconductors constituted of ArCu2O2, CuAlO2 or CuGaO2 on an n-type ZnO layer which is laminated on a transparent substrate and shows a light emitting characteristic and it is constituted of p-n junction. A single crystal substrate, especially an yttria part stabilized zirconia(YSZ) (111) substrate which is planarized into an atom shape is suitable for the transparent substrate. N-type ZnO is formed on the transparent substrate at a substrate temperature 200 to 1200°C. Then a p-type semiconductor layer constituted of SrCu2, CuAlO2 or CuGaO2 is formed on it. Then, n-type ZnO is formed without heating the substrate, the surface of the ZnO film is irradiated with ultraviolet beams and crystallization can be advanced.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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、SrCu2O2、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SrCu2O2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SrCu2O2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CuAlO2またはCuGaO2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、SrCu2O2、CuAlO2またはCuGaO2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、SrCu2O2、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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO HOSONO Transparent ElectroActive Materials AREA
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