Top > Search of Japanese Patents > OXIDE SEMICONDUCTOR PN JUNCTION DEVICE

OXIDE SEMICONDUCTOR PN JUNCTION DEVICE

Patent code P04A004253
File No. E060P32
Posted date Jun 18, 2004
Application number P2002-278214
Publication number P2004-119525A
Patent number P4164563
Date of filing Sep 24, 2002
Date of publication of application Apr 15, 2004
Date of registration Aug 8, 2008
Inventor
  • (In Japanese)太田 裕道
  • (In Japanese)細野 秀雄
  • (In Japanese)神谷 利夫
  • (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 OXIDE SEMICONDUCTOR PN JUNCTION DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that, since GaN used as a device material for ultraviolet-light detection has photosensitivity to visible light and an ultraviolet range, a device needs to remove unnecessary light by using an optical filter and make only ultraviolet light having a specified wavelength incident on a GAN detector.
SOLUTION: A pn junction device comprises a ZnxMg1-xO (0.7<x≤1) single crystal thin film which is formed by epitaxial growth on an ITO single crystal film, an NiO thin film which is deposited on the ZnxMg1-xO single crystal thin film as a polycrystalline or amorphous film and annealed for epitaxial growth and contains Li ions exhibiting p-type electric conduction, or an amorphous InGaO3(ZnO)m (m: an integer between 1 and 50) which is formed of a ZnRh2O4 film and deposited on the pn junction device and ITO film and shows n-type electric conduction, and an amorphous NiO thin film or ZnRh2O4 thin film which is deposited on InGaO3(ZnO)m and shows p-type electric conduction.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


Si、Geなどの単体元素半導体、GaAs、InP、GaNなどの化合物半導体を用いたPN接合は、固体電子デバイス及び固体光電子デバイスとして広く実用化されている。電子デバイスとしては、バイポーラトランジスタ、整流ダイオードデバイスなどに使われている。一方、光電子デバイスとしては、半導体レーザー、発光ダイオード、光検出素子、太陽電池などに使われている。これらのデバイスでは、同種の化合物から構成されるホモPN接合が使われことが多いが、半導体レーザー、発光ダイオードなどでは、異種の化合物から構成されるヘテロPN接合が使われている。



光電子デバイスに関しては、広い波長域で機能するデバイスが要求されているが、一つの材料でその要求に応えるのは原理的に不可能で、波長に応じて、異なる材料が使われている。しかし、特に、紫外波長域に対しては、充分に機能するデバイスが開発されていない。また、これらのPN接合を形成する材料、特に化合物半導体材料は、化学的、熱的に不安定なものが多く、また、環境的に有害であったり、資源的に枯渇の恐れのあるものが多い。こうした、半導体材料を用いたPN接合デバイスの有する課題のいくつかは、酸化物半導体材料を用いることにより解決することができる。



1997年に、CuAlO2を用いて、最初のp型電気伝導性を有する酸化物が開発されて以来(非特許文献1)、酸化物を用いたPN接合の開発が行なわれ、本発明者らは、n-ZnO/p-SrCu2O2のヘテロPN接合を開発して紫外発光ダイオードを実現した(非特許文献2、特許文献1)。また、n-ZnO/p-NiOのヘテロPN接合を用いた発光ダイオードを開発し、特許出願している(太田ら 特願2002-70165)さらに、CuInO2を用いたホモ接合を開発している(非特許文献3)。



【特許文献1】
特開2001-210864号公報(WO0156088号公報)



【非特許文献1】
川副 他、Nature、389、939、1997
【非特許文献2】
太田ら Appl.Phys.Lett. 76, 2740 (2000)
【非特許文献3】
柳 他 Solid State Communication 121,15 (2002)



これまでに開発されてきた酸化物半導体を用いたPN接合デバイスは、整流ダイオード、発光素子、太陽電池として機能するものの、化合物半導体材料を用いたPN接合デバイスに比較して、現状では、発光効率が低いなど、デバイス特性が悪いので、デバイス特性の向上を図る必要がある。しかし、化合物半導体化合物に比べた酸化物半導体のもつ材料特性に基づき、酸化物半導体を用いたPN接合デバイスは、化学的に安定で、耐高温度性に優れ、環境負荷が少ないなど、本来的な長所を有している。さらに、短波長光領域で機能する光電子デバイスに限って見れば、酸化物半導体を用いたPN接合デバイスは、化合物半導体PN接合デバイスの特性を凌駕する大きな可能性をもっていると見なすことができる。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、PN接合デバイス、特に特定波長の紫外線に感度を有する紫外光センサー、太陽電池などに使用できる酸化物半導体化合物薄膜から構成されるPN接合デバイスとその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
酸化物半導体化合物薄膜から構成される紫外波長域の光検出機能を有するPN接合デバイスであって、n型透明電極として使用されるITO単結晶膜上にエピタキシャル成長したn型電気伝導性を示し紫外光感度を有するZnxMg1-xO(ただし、0.7<x≦1)単結晶薄膜、該ZnxMg1-xO単結晶薄膜上に多結晶又はアモルファス膜として堆積されアニールによる拡散処理によりエピタキシャル成長したp型電気伝導を示すLiイオンを10~30at%含むNiO単結晶薄膜、該NiO単結晶薄膜上に成膜したp型電極として使用される金属膜又はITO薄膜とからなり、該ZnxMg1-xO単結晶薄膜と該Liイオンを含むNiO単結晶薄膜とがヘテロエピタキシャル界面を形成していることを特徴とするPN接合デバイス。

【請求項2】
 
酸化物半導体化合物薄膜から構成される紫外波長域の光検出機能を有するPN接合デバイスであって、n型透明電極として使用されるITO単結晶膜上にエピタキシャル成長したn型電気伝導性を示し紫外光感度を有するZnxMg1-xO(ただし、0.7<x≦1)単結晶薄膜、該ZnxMg1-xO単結晶薄膜上に多結晶又はアモルファス膜として堆積されアニールによる拡散処理によりエピタキシャル成長したp型電気伝導を示すZnRh2O4単結晶薄膜、該ZnRh2O4単結晶薄膜上に成膜したp型電極として使用される金属膜又はITO薄膜とからなり、該ZnxMg1-xO単結晶薄膜と該ZnRh2O4単結晶膜とがヘテロエピタキシャル界面を形成していることを特徴とするPN接合デバイス。

【請求項3】
 
酸化物半導体化合物薄膜から構成される紫外波長域の光検出機能を有するPN接合デバイスであって、n型透明電極として使用されるITO膜上に堆積されたn型電気伝導性を示し紫外光感度を有するアモルファスInGaO3(ZnO)m(mは1以上50未満の整数)薄膜、該InGaO3(ZnO)m上に堆積されたp型電気伝導を示すアモルファスNiO薄膜又はアモルファスZnRh2O4薄膜、該アモルファスNiO薄膜又はアモルファスZnRh2O4薄膜上に成膜したp型電極として使用される金属膜又はITO薄膜とからなり、該アモルファスInGaO3(ZnO)m(mは1以上50未満の整数)薄膜と該アモルファスNiO薄膜又はアモルファスZnRh2O4薄膜とがヘテロ界面を形成していることを特徴とするPN接合デバイス。

【請求項4】
 
酸化物半導体化合物薄膜から構成される紫外波長域の光検出機能を有するPN接合デバイスの製造方法であって、ITO単結晶膜上にZnxMg1-xO単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、該ZnxMg1-xO(ただし、0.7<x≦1)単結晶薄膜上にLiイオンを10~30at%含む多結晶又はアモルファスNiO薄膜を堆積させ、600℃~1500℃の温度でアニールによる拡散処理をしてエピタキシャル成長させることにより該多結晶又はアモルファスNiO薄膜をNiO単結晶薄膜とするとともに、該ZnxMg1-xO単結晶薄膜と該NiO単結晶薄膜とのヘテロエピタキシャル界面を形成し、該NiO単結晶薄膜上に金属膜又はITO薄膜を成膜することを特徴とする請求項1記載のPN接合デバイスの製造方法。

【請求項5】
 
酸化物半導体化合物薄膜から構成される紫外波長域の光検出機能を有するPN接合デバイスの製造方法であって、ITO単結晶膜上にZnxMg1-xO(ただし、0.7<x≦1)単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、該ZnxMg1-xO単結晶薄膜上に多結晶又はアモルファスZnRh2O4膜を堆積させ、600℃~1500℃の温度でアニールによる拡散処理をしてエピタキシャル成長させることにより該多結晶又はアモルファスZnRh2O4膜をZnRh2O4単結晶薄膜とするとともに、該ZnxMg1-xO単結晶薄膜と該ZnRh2O4単結晶薄膜とのヘテロエピタキシャル界面を形成し、該ZnRh2O4単結晶薄膜上に金属膜又はITO薄膜を成膜することを特徴とする請求項2記載のPN接合デバイスの製造方法。

【請求項6】
 
酸化物半導体化合物薄膜から構成される紫外波長域の光検出機能を有するPN接合デバイスの製造方法であって、ITO膜上にアモルファスInGaO3(ZnO)m(mは1以上50未満の整数)薄膜を堆積させ、該InGaO3(ZnO)m薄膜上にアモルファスNiO薄膜又はアモルファスZnRh2O4薄膜を基板温度100℃以下で堆積させ、該アモルファスInGaO3(ZnO)薄膜と該アモルファスNiO薄膜又はアモルファスZnRh2O4薄膜とのヘテロ界面を形成し、該アモルファスNiO薄膜又はアモルファスZnRh2O4薄膜上に金属膜又はITO薄膜を成膜することを特徴とする請求項3記載のPN接合デバイスの製造方法。

【請求項7】
 
請求項1乃至3のいずれかに記載のPN接合デバイスを用いた紫外波長域に選択的な感度を有する光検出器。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

※Click image to enlarge.

JP2002278214thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO HOSONO Transparent ElectroActive Materials AREA
Please contact us by E-mail or facsimile if you have any interests on this patent.


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close