(57)【要約】【課題】可視光の発光に適したＺｎＯ系半導体層を提供する。【解決手段】ＺｎＯ系半導体層は、可視光の発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つ。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｅが添加され、可視光の発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層。
【請求項２】
前記発光ピーク波長が、４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に含まれる請求項１に記載のＺｎＯ系半導体層。
【請求項３】
前記発光ピーク波長が、５８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲に含まれる請求項１に記載のＺｎＯ系半導体層。
【請求項４】
前記発光ピーク波長が、５２０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲に含まれる請求項１に記載のＺｎＯ系半導体層。
【請求項５】
（ａ）基板を準備する工程と、
（ｂ）前記基板上に、第１のビームフラックス量のＺｎビームと、第２のビームフラックス量のＯラジカルビームと、第３のビームフラックス量のＳｅビームとを、該第２のビームフラックス量に対する第１のビームフラックス量の比であるＺｎ／Ｏビームフラックス比が、０．１＜Ｚｎ／Ｏビームフラックス比、という条件を満たし、該第２のビームフラックス量に対する第３のビームフラックス量の比であるＳｅ／Ｏビームフラックス比が、０．００００２≦Ｓｅ／Ｏ＜０．００１という条件を満たすように、同時に照射する工程と
を有するＺｎＯ系半導体層の製造方法。
【請求項６】
（ａ）基板を準備する工程と、
（ｂ）前記基板上に、第１のビームフラックス量のＺｎビームと、第２のビームフラックス量のＯラジカルビームと、第３のビームフラックス量のＳｅビームとを、該第２のビームフラックス量に対する第１のビームフラックス量の比であるＺｎ／Ｏビームフラックス比が、０．１＜Ｚｎ／Ｏビームフラックス比、という条件を満たし、該第２のビームフラックス量に対する第３のビームフラックス量の比であるＳｅ／Ｏビームフラックス比が、０．００１≦Ｓｅ／Ｏビームフラックス比、という条件を満たすように、同時に照射する工程と
を有するＺｎＯ系半導体層の製造方法。
【請求項７】
（ａ）基板を準備する工程と、
（ｂ）前記基板上に、第１のビームフラックス量のＺｎビームと、第２のビームフラックス量のＯラジカルビームと、第３のビームフラックス量のＳｅビームとを、該第２のビームフラックス量に対する第１のビームフラックス量の比であるＺｎ／Ｏビームフラックス比が、Ｚｎ／Ｏビームフラックス比≦０．１という条件を満たすように、同時に照射する工程と
を有するＺｎＯ系半導体層の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ）で、前記基板の温度を３００℃以上８００℃以下とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のＺｎＯ系半導体層の製造方法。
【請求項９】
第１導電型の第１の半導体層と、
前記第１導電型とは反対の第２導電型の第２の半導体層と、
第１のＺｎＯ系半導体層を含み、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に配置された発光層と、
前記第１の半導体層に電気的に接続される第１の電極と、
前記第２の半導体層に電気的に接続される第２の電極と
を有し、
前記第１のＺｎＯ系半導体層は、Ｓｅが添加され、可視光の発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層である半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１のＺｎＯ系半導体層は、Ｓｅが添加され、４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層、Ｓｅが添加され、５８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層、及び、Ｓｅが添加され、５２０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層からなる群から選択されたＺｎＯ系半導体層である請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記発光層は、さらに第２のＺｎＯ系半導体層を含み、該第２のＺｎＯ系半導体層は、前記第１のＺｎＯ系半導体層とは異なる発光ピーク波長を持つように前記群から選択されたＺｎＯ系半導体層である請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記発光層は、多重量子井戸構造を持ち、前記第１のＺｎＯ系半導体層及び第２のＺｎＯ系半導体層は、該多重量子井戸構造の井戸層である請求項１１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記発光層は、さらに第３のＺｎＯ系半導体層を含み、該第３のＺｎＯ系半導体層は、前記第１及び第２のＺｎＯ系半導体層のどちらとも異なる発光ピーク波長を持つように前記群から選択されたＺｎＯ系半導体層である請求項１１または１２に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
第１導電型の第１の半導体層と、
前記第１導電型とは反対の第２導電型の第２の半導体層と、
可視光の第１の発光ピーク波長を持つ第３の半導体層、及び、該第１の発光ピーク波長と異なる可視光の第２の発光ピーク波長を持ち該第３の半導体層のバンドギャップと同等なバンドギャップを持つ第４の半導体層を含み、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に配置された発光層と、
前記第１の半導体層に電気的に接続される第１の電極と、
前記第２の半導体層に電気的に接続される第２の電極と
を有する半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第３及び第４の半導体層のバンドギャップは、紫外光のエネルギに対応する請求項１４に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記発光層は、多重量子井戸構造を持ち、前記第３の半導体層及び第４の半導体層は、該多重量子井戸構造の井戸層である請求項１４または１５に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＺｎＯ系半導体層とその製造方法、及び、半導体発光素子に関し、特に、可視光の発光に適したＺｎＯ系半導体層とその製造方法、及び、そのようなＺｎＯ系半導体層を発光層に用いて作製することができる半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）のバンド間遷移エネルギは、約３７０ｎｍの紫外領域の発光エネルギに相当する。これは、産業上の利用価値が高い４００ｎｍ以上の可視光領域よりも短波長であるので、４００ｎｍよりも長波長の発光を得るための研究が進められている。
【０００３】
ＺｎＯ系化合物半導体で長波長の発光を得るための一つの技術として、バンドギャップを狭くする（ナローギャップ化する）技術がある。例えば、Ｚｎの一部をＣｄで置換したＺｎＣｄＯ混晶が提案されており、Ｃｄ組成に応じてバンドギャップを３．４ｅＶ〜１．５ｅＶの範囲で調整することができる。しかし、Ｃｄは毒性の強い元素であるため、ＺｎＣｄＯ混晶の採用は安全性の面から難しい。
【０００４】
例えば特許文献１に、ＶＩ族の元素である硫黄（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）でＯの一部を置換して混晶とすることにより、ＺｎＯのバンドギャップをナローギャップ化する技術が開示されている。この技術は、Ｃｄを導入する技術に比べ、安全性の面で優れている。
【０００５】
特許文献１は、また、ナローギャップ化したＺｎＯ系化合物半導体層（ＺｎＯＳ層、ＺＺｎＯＳｅ層）を、ＺｎＭｇＯクラッド層により挟んだ発光素子を開示する。
【０００６】
非特許文献１によると、ＺｎＯ１−ｙＳｅｙ（０≦ｙ≦１）におけるＳｅ組成ｙとバンドギャップとの関係は、ＥＺｎＯＳｅ、ＥＺｎＳｅ、及びＥＺｎＯを、それぞれ、ＺｎＯ１−ｙＳｅｙ、ＺｎＳｅ、及びＺｎＯのバンドギャップとし、ｂをボーイングパラメータとして、
ＥＺｎＯＳｅ＝ｙＥＺｎＳｅ＋（１−ｙ）ＥＺｎＯ−ｂ（１−ｙ）ｙ
と表される。なお、ここで、ボーイングパラメータｂ＝１２．７ｅＶである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１６２８５号公報
【非特許文献１】K.Iwata et al, Phys. Stat. sol (b) 229, No.2 (2002)887
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＺｎＯ系化合物半導体から可視光の発光を得るための種々の技術が望まれる。また、発光層に例えばＺｎＯ系化合物半導体を用いて、所望の色が得られる半導体発光素子を作製する技術が望まれる。
【０００９】
本発明の一目的は、可視光の発光に適したＺｎＯ系半導体層とその製造方法、及び、そのようなＺｎＯ系半導体層を発光層に用いた半導体発光素子を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、可視光の発光に適したＺｎＯ系半導体層が発光層に用いられ、所望の色が得られる半導体発光素子を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、新規な構成を有し、所望の色が得られる半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点によれば、Ｓｅが添加され、可視光の発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層が提供される。
【００１３】
本発明の第２の観点によれば、上記第１の観点によるＺｎＯ系半導体層において、発光ピーク波長が４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に含まれるＺｎＯ系半導体層が提供される。
【００１４】
本発明の第３の観点によれば、上記第１の観点によるＺｎＯ系半導体層において、発光ピーク波長が５８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲に含まれるＺｎＯ系半導体層が提供される。
【００１５】
本発明の第４の観点によれば、上記第１の観点によるＺｎＯ系半導体層において、発光ピーク波長が５２０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲に含まれるＺｎＯ系半導体層が提供される。
【００１６】
本発明の第５の観点によれば、第１導電型の第１の半導体層と、前記第１導電型とは反対の第２導電型の第２の半導体層と、第１のＺｎＯ系半導体層を含み、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に配置された発光層と、前記第１の半導体層に電気的に接続される第１の電極と、前記第２の半導体層に電気的に接続される第２の電極とを有し、前記第１のＺｎＯ系半導体層は、Ｓｅが添加され、可視光の発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層である半導体発光素子が提供される。
【００１７】
本発明の第６の観点によれば、上記第５の観点による半導体発光素子において、第１のＺｎＯ系半導体層が、Ｓｅが添加され、４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層、Ｓｅが添加され、５８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層、及び、Ｓｅが添加され、５２０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を持ち、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持つＺｎＯ系半導体層からなる群から選択されたＺｎＯ系半導体層である半導体発光素子が提供される。
【００１８】
本発明の第７の観点によれば、上記第６の観点の半導体発光素子において、発光層が、さらに第２のＺｎＯ系半導体層を含み、該第２のＺｎＯ系半導体層は、第１のＺｎＯ系半導体層とは異なる発光ピーク波長を持つように前記群から選択されたＺｎＯ系半導体層である半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
適切な成膜条件でＺｎＯにＳｅを添加することにより、ＺｎＯのバンドギャップと同等なバンドギャップを持ち、可視光の発光ピーク波長を持つＺｎＯ系半導体層が得られる。ＺｎＯのバンドギャップは紫外光のエネルギに対応するので、このようなＺｎＯ系半導体層は、自己透明性の高い発光材料となる。
【００２０】
このようなＺｎＯ系半導体層の発光ピーク波長は、特に、４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲に含まれるか、５８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲に含まれるか、５２０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲に含まれるようにできる。
【００２１】
このようなＺｎＯ系半導体層を発光層に用いることにより、多様な発光色の半導体発光素子を得ることが可能となる。多色の発光を示すように発光層を構成すれば、例えば白色光を得ることも可能となる。
【００２２】
発光層に多色の発光を示す半導体層が含まれるとき、各半導体層のバンドギャップが同等であれば、例えば、バンドギャップが異なることに起因して各半導体層の発光しやすさが異なること等の不具合が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
まず、図１を参照し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系化合物半導体層を成長させるための成膜装置の例について説明する。成膜方法として、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）が用いられる。
【００２４】
超高真空容器１内に、基板ヒータ８が配置され、基板９が、基板ヒータ８に保持される。基板９として、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、ＺｎＯ基板等が用いられる。結晶性の良いＺｎＯ系化合物半導体層を得るためには、格子不整合の小さな基板ほどよいので、ＺｎＯ基板を用いることが最も好ましい。
【００２５】
超高真空容器１が、亜鉛（Ｚｎ）ソースガン２、酸素（Ｏ）ソースガン３、セレン（Ｓｅ）ソースガン４、マグネシウム（Ｍｇ）ソースガン５、窒素（Ｎ）ソースガン６、及び、ガリウム（Ｇａ）ソースガン７を備える。
【００２６】
Ｚｎソースガン２、Ｓｅソースガン４、Ｍｇソースガン５、及びＧａソースガン７は、それぞれ、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、及びＧａの固体ソースを収容するクヌーセンセルを含み、それぞれ、Ｚｎビーム、Ｓｅビーム、Ｍｇビーム、及びＧａビームを出射する。
【００２７】
Ｏソースガン３及びＮソースガン６は、それぞれ、高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）を用いる無電極放電管を含み、無電極放電官内で酸素ガス及び窒素ガスをラジカル化して、Ｏラジカルビーム及びＮラジカルビームを出射する。
【００２８】
基板９上に、所望のタイミングで所望のビームを供給することにより、所望の組成のＺｎＯ系化合物半導体層を成長させることができる。
【００２９】
超高真空容器１にはまた、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）用のガン１０及び、ＲＨＥＥＤの回折像を映すスクリーン１１が取り付けられている。ＲＨＥＥＤの回折像から、基板９上に形成されたＺｎＯ系化合物半導体層の結晶性を評価できる。排気ポンプ１２が、超高真空容器１の内部を真空排気する。なお、超高真空とは、圧力が１×１０−７Ｔｏｒｒ以下の真空を示す。
【００３０】
次に、第１〜第８の実施例によるＺｎＯ系半導体層の成長方法について説明する。第１〜第８の実施例では、基板としてｃ面ＺｎＯ基板を用い、＋ｃ面（Ｚｎ面）上に、Ｓｅを添加したＺｎＯ系半導体層（ＺｎＯ（Ｓｅ）層）を成長させた。Ｚｎビームフラックス量、Ｏラジカルビームフラックス量、及びＳｅビームフラックス量の間の比を、実施例ごとに変化させた。
【００３１】
まず、第１〜第８の実施例の成長方法に共通な工程について説明する。洗浄されたＺｎＯ基板を成膜装置の基板ヒータに保持し、サーマルアニールを施して基板表面をさらに洗浄した。サーマルアニールは、１×１０−９Ｔｏｒｒの高い真空下において、９００℃で３０分行った。
【００３２】
次に、基板温度を５００℃とし、＋ｃ面上に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＳｅビームを同時に照射することにより、ＺｎＯ（Ｓｅ）層を成長させた。Ｚｎビームの照射は、固体ソースとして純度７ＮのＺｎを用いて行った。Ｏラジカルビームの照射は、純度６Ｎの純酸素ガスを３ｓｃｃｍで導入し高周波パワー３００Ｗでプラズマ化して行った。Ｓｅビームの照射は、固体ソースとして純度６ＮのＳｅを用いて行った。以上のようにして、ＺｎＯ（Ｓｅ）層を厚さ１μｍ程度まで成長させたサンプルを作製した。
【００３３】
成長させたＺｎＯ（Ｓｅ）層に対し、ホトルミネセンス（ＰＬ）スペクトルの測定、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によるＳｅ濃度の測定、及び、バンドギャップの測定を行った。ＰＬスペクトルは、波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ（２ｍＷ）をＺｎＯ（Ｓｅ）層に照射し、ホトルミネセンス光を分光して得られた発光スペクトルをホトマルで測定することにより得た。バンドギャップは、透過率及び反射率の測定から吸収係数を求めることにより導出した。
【００３４】
次に、第１〜第８の実施例それぞれについて、サンプル作製条件と、得られたＰＬスペクトル及び膜中Ｓｅ濃度について説明する。
【００３５】
第１の実施例では、Ｚｎビームフラックス量を１×１０１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｏラジカルビームフラックス量を１×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｓｅビームフラックス量を２×１０１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とした。Ｏラジカルビームフラックス量に対するＺｎビームフラックス量の比であるＺｎ／Ｏビームフラックス比は０．１となり、Ｏラジカルビームフラックス量に対するＳｅビームフラックス量の比であるＳｅ／Ｏビームフラックス比は０．２となる。
【００３６】
図２に、第１の実施例のサンプルのＰＬスペクトルを示す。グラフの横軸がｎｍ単位で表した波長を示し、縦軸が任意単位で表したＰＬ強度を示す（なお、第２〜第８の実施例に対応する図３〜図９のグラフについても同様である）。第１の実施例では、発光ピーク波長が５２８ｎｍのＰＬスペクトルが得られた。また、膜中Ｓｅ濃度は、ＳＩＭＳの検出下限である１．５×１０１６ｃｍ−３未満であった。
【００３７】
第２の実施例では、Ｚｎビームフラックス量を２×１０１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｏラジカルビームフラックス量を１×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｓｅビームフラックス量を２×１０１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とした。Ｚｎ／Ｏビームフラックス比は０．２となり、Ｓｅ／Ｏビームフラックス比は０．２となる。
【００３８】
図３に、第２の実施例のサンプルのＰＬスペクトルを示す。第２の実施例では、発光ピーク波長が５８２ｎｍのＰＬスペクトルが得られた。また、膜中Ｓｅ濃度は、５×１０１６ｃｍ−３であった。
【００３９】
第３の実施例では、Ｚｎビームフラックス量を７×１０１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｏラジカルビームフラックス量を１×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｓｅビームフラックス量を２×１０１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とした。Ｚｎ／Ｏビームフラックス比は０．７となり、Ｓｅ／Ｏビームフラックス比は０．２となる。
【００４０】
図４に、第３の実施例のサンプルのＰＬスペクトルを示す。第３の実施例では、発光ピーク波長が６０７ｎｍのＰＬスペクトルが得られた。また、膜中Ｓｅ濃度は、１×１０１７ｃｍ−３であった。
【００４１】
第４の実施例では、Ｚｎビームフラックス量を２×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｏラジカルビームフラックス量を１×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｓｅビームフラックス量を２×１０１３ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とした。Ｚｎ／Ｏビームフラックス比は２となり、Ｓｅ／Ｏビームフラックス比は０．０２となる。
【００４２】
図５に、第４の実施例のサンプルのＰＬスペクトルを示す。第４の実施例では、発光ピーク波長が６２９ｎｍのＰＬスペクトルが得られた。また、膜中Ｓｅ濃度は、４．９×１０２０ｃｍ−３であった。
【００４３】
第５の実施例では、Ｚｎビームフラックス量を１×１０１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｏラジカルビームフラックス量を１×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｓｅビームフラックス量を４×１０１１ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とした。Ｚｎ／Ｏビームフラックス比は０．１となり、Ｓｅ／Ｏビームフラックス比は０．０００４となる。
【００４４】
図６に、第５の実施例のサンプルのＰＬスペクトルを示す。第５の実施例では、発光ピーク波長が５２５ｎｍのＰＬスペクトルが得られた。また、膜中Ｓｅ濃度は、ＳＩＭＳの検出下限である１．５×１０１６ｃｍ−３未満であった。
【００４５】
第６の実施例では、Ｚｎビームフラックス量を２×１０１４ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｏラジカルビームフラックス量を１×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｓｅビームフラックス量を４×１０１１ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とした。Ｚｎ／Ｏビームフラックス比は０．２となり、Ｓｅ／Ｏビームフラックス比は０．０００４となる。
【００４６】
図７に、第６の実施例のサンプルのＰＬスペクトルを示す。第６の実施例では、発光ピーク波長が４５５ｎｍのＰＬスペクトルが得られた。また、膜中Ｓｅ濃度は、５×１０２０ｃｍ−３であった。
【００４７】
第７の実施例では、Ｚｎビームフラックス量を２×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｏラジカルビームフラックス量を１×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｓｅビームフラックス量を４×１０１１ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とした。Ｚｎ／Ｏビームフラックス比は２となり、Ｓｅ／Ｏビームフラックス比は０．０００４となる。
【００４８】
図８に、第７の実施例のサンプルのＰＬスペクトルを示す。第７の実施例では、発光ピーク波長が４５５ｎｍのＰＬスペクトルが得られた。また、膜中Ｓｅ濃度は、４×１０１９ｃｍ−３であった。
【００４９】
なお、第７の実施例のＰＬスペクトルでは、３７０ｎｍ程度の、ＺｎＯのバンドギャップに対応するピーク波長を持つ低いピークも観測されるが、ここでは、主たるピークのピーク波長（強度最大のピーク波長）を発光ピーク波長としている。
【００５０】
第８の実施例では、Ｚｎビームフラックス量を２×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｏラジカルビームフラックス量を１×１０１５ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とし、Ｓｅビームフラックス量を２×１０１０ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）とした。Ｚｎ／Ｏビームフラックス比は２となり、Ｓｅ／Ｏビームフラックス比は０．００００２となる。
【００５１】
図９に、第８の実施例のサンプルのＰＬスペクトルを示す。第８の実施例では、発光ピーク波長が４４７ｎｍのＰＬスペクトルが得られた。また、膜中Ｓｅ濃度は、４×１０１７ｃｍ−３であった。
【００５２】
さらに、上記実施例によるサンプルの他にも、種々の条件でＺｎＯ（Ｓｅ）層のサンプルを作製し、ＰＬスペクトル等を測定した。その結果、以下に説明するように、Ｚｎ／Ｏビームフラックス比及びＳｅ／Ｏビームフラックス比を制御することにより、得られるＺｎＯ（Ｓｅ）層の発光ピーク波長等を制御できることがわかった。
【００５３】
図１０は、Ｚｎ／Ｏビームフラックス比及びＳｅ／Ｏビームフラックス比の条件ごとに、
得られるＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトル及び膜中Ｓｅ濃度を並べて示した表である。
【００５４】
Ｚｎ／Ｏビームフラックス比（以下単にＺｎ／Ｏと表す）は、Ｚｎ／Ｏ≦０．１、０．１＜Ｚｎ／Ｏ＜２、２≦Ｚｎ／Ｏの３つの範囲に分けられている。また、Ｓｅ／Ｏビームフラックス比（以下単にＳｅ／Ｏと表す）は、０．００００２≦Ｓｅ／Ｏ＜０．００１、０．００１≦Ｓｅ／Ｏの２つの範囲に分けられている。
【００５５】
なお、各条件でのＰＬスペクトル及び膜中Ｓｅ濃度は例示である。０．００００２≦Ｓｅ／Ｏ＜０．００１のとき、Ｚｎ／Ｏ≦０．１の範囲については第５の実施例の結果を示し、０．１＜Ｚｎ／Ｏ＜２の範囲については第６の実施例の結果を示し、２≦Ｚｎ／Ｏの範囲については第８の実施例の結果を示す。また、０．００１≦Ｓｅ／Ｏのとき、Ｚｎ／Ｏ≦０．１の範囲については第１の実施例の結果を示し、０．１＜Ｚｎ／Ｏ＜２の範囲については第２の実施例の結果を示し、２≦Ｚｎ／Ｏの範囲については第４の実施例の結果を示す。
【００５６】
０．００００２≦Ｓｅ／Ｏ＜０．００１かつ０．１＜Ｚｎ／Ｏの条件で成長させたＺｎＯ（Ｓｅ）層は、例えば、４５０ｎｍ付近の青色の発光ピーク波長を持ち、半値幅が５５ｎｍ程度であるＰＬスペクトルを示す。また、このような条件で成長させたＺｎＯ（Ｓｅ）層中のＳｅ濃度は、４×１０１７ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３程度である。
【００５７】
なお、例えば、第６の実施例と同条件で作製したＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルは、励起強度を２．０ｍＡから０．００５ｍＡまで変化させると、ピーク波長が４５５ｎｍから４９０ｎｍまで変化する。このように、０．００００２≦Ｓｅ／Ｏ＜０．００１かつ０．１＜Ｚｎ／Ｏの条件で成長させたＺｎＯ（Ｓｅ）層は、発光ピーク波長に数十ｎｍ程度の幅を持つ青色発光を示す。０．００００２≦Ｓｅ／Ｏ＜０．００１かつ０．１＜Ｚｎ／Ｏの条件でＺｎＯ（Ｓｅ）層を成長させることにより、４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の範囲内の青色の発光ピーク波長を得られると考えられる。
【００５８】
０．００１≦Ｓｅ／Ｏかつ０．１＜Ｚｎ／Ｏの条件で成長させたＺｎＯ（Ｓｅ）層は、５８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の範囲内の橙色の発光ピーク波長を持つＰＬスペクトルを示す。また、このような条件で成長させたＺｎＯ（Ｓｅ）層中のＳｅ濃度は、５×１０１６ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３程度である。Ｓｅ濃度が増加すると、発光ピーク波長が長波長側にシフトする。例えば６１０ｎｍ付近の発光ピーク波長を示すＰＬスペクトルでは、半値幅が１２０ｎｍ程度である。なお、橙色発光のＺｎＯ（Ｓｅ）層については、励起強度に依存したピーク波長の変化はない。
【００５９】
（０．００００２≦Ｓｅ／Ｏ＜０．００１または０．００１≦Ｓｅ／Ｏとして）Ｚｎ／Ｏ≦０．１の条件で成長させたＺｎＯ（Ｓｅ）層は、波長５２０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲内の緑色の発光ピーク波長（例えば波長５２５ｎｍ）を持ち、半値幅が１２０ｎｍ程度であるＰＬスペクトルを示す。また、このようなビームフラックス比の条件で成長させたＺｎＯ（Ｓｅ）層中のＳｅ濃度は、１．５×１０１６ｃｍ−３未満（ＳＩＭＳでの検出下限未満）である。なお、緑色発光のＺｎＯ（Ｓｅ）層についても、励起強度に依存したピーク波長の変化はない。
【００６０】
なお、成膜時の基板温度が３００℃以上８００℃以下の範囲のとき、以上説明したような傾向を得やすい。なお、成膜温度が低すぎると、成長膜の結晶性が悪くなり、発光強度が低下してしまう。また、成膜温度が高すぎると、膜中にＳｅが取り込まれなくなり、所望の発光色を得ることが出来なくなってしまう。成膜時の基板温度は、４００℃以上６００℃以下とすることが特に好ましい。
【００６１】
次に、ＺｎＯ（Ｓｅ）層のバンドギャップについて説明する。上述のように、バンドギャップは、透過率及び反射率の測定から吸収係数を求めることにより導出される。吸収係数をαとし、ｈνをフォトンエネルギとし、Ｅｇをバンドギャップとしたとき、α∝（ｈν−Ｅｇ）１／２という関係より、バンドギャップを評価することができる。
【００６２】
図１１は、緑色発光を示す第１の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層、橙色発光を示す第３の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層、青色発光を示す第６の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層、及び、ＺｎＯ単結晶基板について、吸収係数の２乗α２のフォトンエネルギに対する依存性を示すグラフである。
【００６３】
横軸がｅＶ単位で表したフォトンエネルギを示し、縦軸がα２を示す。曲線Ｃ１〜Ｃ４が、それぞれ、第１の実施例（緑色）、第３の実施例（橙色）、第６の実施例（青色）、及びＺｎＯ単結晶基板の吸収係数を示す。
【００６４】
バンドギャップは、α２のグラフの、立ち上がりからピークに至るまでの部分のうち、直線的な増加を示している部分にフィッテイングした直線と、フォトンエネルギの軸との交点を求めることにより見積もられる。
【００６５】
ＺｎＯ単結晶基板のバンドギャップは３．３ｅＶであり、どの発光色のＺｎＯ（Ｓｅ）層についても、ＺｎＯ単結晶基板と同等なバンドギャップを示している。なお、ＺｎＯのバンドギャップ（３．３ｅＶ）との差が０．１ｅＶ以内であることを、同等と呼ぶこととする。
【００６６】
以上説明したように、０．００００２≦Ｓｅ／Ｏ＜０．００１かつ０．１＜Ｚｎ／Ｏの条件で成膜することにより、青色発光を示すＺｎＯ（Ｓｅ）層を得ることができ、０．００１≦Ｓｅ／Ｏかつ０．１＜Ｚｎ／Ｏの条件で成膜することにより、橙色発光を示すＺｎＯ（Ｓｅ）層を得ることができ、Ｚｎ／Ｏ≦０．１の条件で成膜することにより、緑色発光を示すＺｎＯ（Ｓｅ）層を得ることができる。どの発光色のＺｎＯ（Ｓｅ）層も、バンドギャップはＺｎＯと同等の値である。
【００６７】
なお、Ｓｅ／Ｏ及びＺｎ／Ｏの上限、Ｚｎ／Ｏの下限の目安は、以下のように見積もられる。実施例に使用した装置仕様において、Ｚｎビーム及びＳｅビームのフラックス量について、それぞれ、１×１０１０〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）程度の範囲で安定した制御が可能である。一方、酸素ラジカルビームのフラックス量については、１×１０１３〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／（ｃｍ２ｓ）程度の範囲で安定した制御が可能である。
【００６８】
したがって、フラックス比Ｓｅ／Ｏ及びＺｎ／Ｏの上限は、それぞれ１×１０４と見積もられ、Ｚｎ／Ｏの下限は、１×１０−６と見積もられる。ただし、これらの値は、装置の仕様により制限された値である。例えば、高密度のＺｎ及びＳｅビームフラックス量を制御できるソースガンや、さらに広範囲の酸素ラジカル量を制御できるＲＦラジカルガンを使用すれば、Ｓｅ／Ｏ及びＺｎ／Ｏの上限は１×１０４以上にでき、Ｚｎ／Ｏの下限は１×１０−６以下となる可能性はある。
【００６９】
上述のようなＺｎＯ（Ｓｅ）層は、半導体発光素子の発光層に用いることができると考えられる。次に、第９の実施例による半導体発光素子の製造方法について説明する。第９の実施例では、上述の青色発光、緑色発光、及び橙色発光を示すＺｎＯ（Ｓｅ）層のうち、１色のＺｎＯ（Ｓｅ）層を発光層に用いた単色の半導体発光素子が作製される。
【００７０】
図１２（Ａ）は、第９の実施例による発光素子の概略断面図である。基板９として、ｎ型の導電型を有するｃ面ＺｎＯ基板を用い、＋ｃ面上に発光素子を形成する。まず、洗浄された基板９を成膜装置の基板ヒータに保持し、さらに、９００℃で３０分のサーマルアニールを施して基板表面を洗浄する。
【００７１】
次に、サーマルアニールを施した基板９上に、ｎ型ＺｎＯバッファ層２０を形成する。ｎ型ＺｎＯバッファ層２０は、３００℃〜５００℃に加熱した基板に、Ｚｎビーム、及びＯラジカルビームを同時に照射することにより成長させ、さらに８００℃〜９００℃で３０分程度のアニールを行うことで得られる。ｎ型ＺｎＯバッファ層２０の厚さは、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度が好ましい。なお、アニールによりｎ型ＺｎＯバッファ層２０からＯ原子が抜けて、ｎ型の導電型が得られると考えられる。
【００７２】
次に、ｎ型ＺｎＯバッファ層２０の上に、Ｇａをドーピングしたｎ型ＺｎＯ層２１を形成する。ｎ型ＺｎＯ層２１は、５００℃〜１０００℃に加熱した基板に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＧａビームを同時に照射することにより成長させる。ｎ型ＺｎＯ層２１の厚さは１μｍ〜２μｍとし、Ｇａ密度は１×１０１８ｃｍ−３以上とすることが好ましい。
【００７３】
次に、ｎ型ＺｎＯ層２１の上に、Ｇａをドーピングしたｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０＜ｘ＜１:例えば０．２５）層２２を形成する。ｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２２は、ｎ型ＺｎＯバッファ層２０の成長時よりも低い基板温度とし、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、Ｍｇビーム、及びＧａビームを同時に照射することにより成長させる。ｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２２の厚さは１００ｎｍ〜６００ｎｍとし、Ｇａ密度は１×１０１８ｃｍ−３以上とすることが好ましい。
【００７４】
続いて、ｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２２の上に、発光層２３を形成する。発光層２３は、ＺｎＯ（Ｓｅ）層を井戸層とし、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０＜ｘ＜１:例えば０．２）層を障壁層とする量子井戸構造を有する。
【００７５】
発光層２３は、例えば、図１２（Ｂ）に示すように、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ障壁層２３ｂの上にＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗが積層された積層構造を１周期形成し、最上層にＭｇｘＺｎ１−ｘＯ障壁層２３ｂを形成することにより作製される。発光層２３は、また例えば、図１２（Ｃ）に示すように、上記積層構造を複数周期形成して、多重量子井戸構造としてもよい。
【００７６】
発光層２３は、基板温度３００℃〜８００℃で成長させる。ＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗは、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＳｅビームを同時に照射することにより成長させる。ＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗの膜厚は、０．５ｎｍ〜２０ｎｍ程度が望ましい。上述のように、Ｚｎ／Ｏビームフラックス比及びＳｅ／Ｏビームフラックス比を制御することにより、発光層２３の発光ピーク波長を調整することができる。
【００７７】
ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ障壁層２３ｂは、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＭｇビームを同時に照射することにより成長させる。ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ障壁層２３ｂの膜厚は、５ｎｍ〜２０ｎｍ程度が望ましい。
【００７８】
次に、発光層２３の上に、Ｎをドーピングしたｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０＜ｘ＜１:例えば０．２５）層２４を形成する。ｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２４は、５００℃〜１０００℃に加熱した基板に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、Ｍｇビーム及びＮラジカルビームを同時に照射することにより成長させる。ｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２４の厚さは１００ｎｍ〜３００ｎｍとし、Ｎ密度は１×１０１８ｃｍ−３以上とすることが好ましい。Ｎが膜中に均一にドープされたｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層を得ることができる。
【００７９】
次に、ｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２４の上に、Ｎをドーピングしたｐ型ＺｎＯ層２５を形成する。ｐ型ＺｎＯ層２５は、５００℃〜１０００℃に加熱した基板に、Ｚｎビーム、Ｏラジカルビーム、及びＮラジカルビームを同時に照射することにより成長させる。ｐ型ＺｎＯ層２５の厚さは１００ｎｍ〜２００ｎｍで、Ｎ密度は１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましい。Ｎが膜中に均一にドープされたｐ型ＺｎＯ層を得ることができる。
【００８０】
次に、電極を形成する。基板９の下面上にｎ側電極３０を形成する。ｎ側電極３０は、例えば、基板９の下面上に厚さ２ｎｍ〜１０ｎｍのＴｉ層を形成し、このＴｉ層に厚さ３００ｎｍ〜５００ｎｍのＡｌ層を積層することにより形成される。
【００８１】
また、ｐ型ＺｎＯ層２５の上面上に、ｐ側電極３１を形成する。ｐ側電極３１は、例えば、ｐ型ＺｎＯ層２５の上に厚さ０．５ｎｍ〜１ｎｍのＮｉ層を形成し、このＮｉ層に、厚さ１０ｎｍのＡｕ層を積層することにより形成される。さらに、ｐ側電極３１上にボンディング電極３２を形成する。ボンディング電極３２は、例えば、厚さ５００ｎｍのＡｕ層からなる。
【００８２】
これらの電極を形成した後、例えば４００℃〜８００℃の酸素雰囲気中で、電極合金化処理を行う。合金処理時間は、例えば１分〜１０分である。このようにして、第９の実施例による発光素子が作製される。青色発光または緑色発光または橙色発光を示す単色の発光素子が得られる。なお、量子井戸構造としたことに伴い、発光波長が、発光層のみの場合からややずれる可能性があるが、発光色は変えない程度であろう。
【００８３】
なお、発光層２３の下に配置されるｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２２は、省くことが可能である。また、発光層２３の上下に配置されるｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２２及びｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２４の双方を省くことも可能である。
【００８４】
なお、発光層２３は、単層のＺｎＯ（Ｓｅ）層とすることもできる。すなわち、ＺｎＯ（Ｓｅ）層を、クラッド層であるｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２２及びｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２４で挟んだダブルヘテロ(ＤＨ)構造を有する発光素子を形成することもできる。ＺｎＯ（Ｓｅ）層の膜厚は１００ｎｍ〜２μｍ程度とすることが望ましい。成長温度は、３００℃〜８００℃とする。
【００８５】
なお、単層のＺｎＯ（Ｓｅ）発光層２３の下に配置されるｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層２２を省き、シングルへテロ（ＳＨ）構造としてもよい。
【００８６】
なお、基板９として、ｎ型の導電型を有するＺｎＯ基板を用いたが、ｎ型の導電型を有するＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いることもできる。
【００８７】
次に、第１０の実施例による半導体発光素子の製造方法について説明する。基板として絶縁性のサファイア基板９ａを用いることと、それに伴い、電極の形成工程とが、第９の実施例と異なる。
【００８８】
図１３は、第１０の実施例による発光素子の概略断面図である。第９の実施例と同様にして、基板９ａ上に、ｎ型ＺｎＯバッファ層２０からｐ型ＺｎＯ層２５までを形成する。ｐ型ＺｎＯ層２５までが形成されたウエハを成膜装置から取り出した後、ｐ型ＺｎＯ層２５上に、レジスト膜または保護膜等を設けてパタニングし、ｎ側電極が形成される領域に対応する切り欠き窓を有するエッチングマスクを形成する。このエッチングマスクを用いて、例えばウエットエッチングやリアクティブイオンエッチングにより、ｐ型ＺｎＯ層２５〜発光層２２をエッチングして、ｎ型ＺｎＯ層２１を露出させる。
【００８９】
次に、露出したｎ型ＺｎＯ層２１の表面に、例えば、厚さ２ｎｍ〜１０ｎｍのＴｉ層を形成し、このＴｉ層に厚さ３００ｎｍ〜５００ｎｍのＡｌ層を積層することにより、ｎ側電極３０ａを形成する。ｎ側電極３０ａの形成後、エッチングマスクを除去する。
【００９０】
次に、ｐ型ＺｎＯ層２５の表面に、例えば、厚さ０．５ｎｍ〜１ｎｍのＮｉ層を形成し、このＮｉ層に厚さ１０ｎｍのＡｕ層を積層することにより、ｐ側電極３１ａを形成する。さらに、ｐ側電極３１ａの上に、例えば厚さ５００ｎｍのＡｕ層からなるボンディング電極３２ａを形成する。なお、ｐ側の電極の材料がｎ側電極３０ａ上に積層されないように、適宜マスクを用いて、ｐ側電極３１ａ及びボンディング電極３２ａを形成する。
【００９１】
これらの電極を形成した後、第９の実施例と同様に、例えば４００℃〜８００℃の酸素雰囲気中で、電極合金化処理を行う。合金処理時間は、例えば１分〜１０分である。このようにして、第１０の実施例による発光素子が作製される。
【００９２】
第１０の実施例による発光素子では、基板として絶縁性のサファイア基板を用いることができる。なお、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、またはＧａＮ基板を用いることもできる。
【００９３】
次に、第１１の実施例による半導体発光素子の製造方法について説明する。第１１の実施例では、上述の青色発光、緑色発光、及び橙色発光を示すＺｎＯ（Ｓｅ）層を３色とも発光層に用いた多色の半導体発光素子が作製される。発光層２３の構成以外は、第９または第１０の実施例の発光素子と同様である。
【００９４】
図１４は、第１１の実施例の発光素子の発光層２３を概略的に示す断面図である。第１１の実施例の発光素子の発光層２３は、橙色発光に対応するＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗＯ、緑色発光に対応するＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗＧ、青色発光に対応するＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗＢの３層の井戸層を含む多重量子井戸構造を有する。ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ障壁層２３ｂは、第９または第１０の実施例の発光素子のそれと同様である。
【００９５】
所望の発光色が得られるように、Ｚｎ／Ｏビームフラックス比及びＳｅ／Ｏビームフラックス比の条件を制御して各井戸層を形成する。ＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗＯ、ＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗＧ、及び、ＺｎＯ（Ｓｅ）井戸層２３ｗＢは、それぞれ、例えば、第３の実施例、第１の実施例、及び第６の実施例のＺｎ／Ｏビームフラックス比及びＳｅ／Ｏビームフラックス比の条件で作製することができる。
【００９６】
第１１の実施例の発光素子は、青色、緑色、及び橙色の３色を同時に発光させることができるので、白色光を得ることができる。各色の発光強度は、例えば、それぞれの井戸層の膜厚を制御することにより調整できる。
【００９７】
図１５（Ａ）に色度図を示す。点ＰＢ、ＰＧ、及びＰＯが、それぞれ、発光層の青色発光部分、緑色発光部分、及び橙色発光部分からの発光の色度座標を示す。第１１の実施例の発光素子を用いれば、点ＰＢ、ＰＧ、及びＰＯを結ぶ直線で囲まれた領域内の発光色を表示することが可能である。
【００９８】
なお、３色すべてを発光する発光素子について説明したが、２色のみを発光する発光素子を作製することもできる。例えば、青色及び橙色を発光する発光素子では、図１５（Ｂ）に示す色度図の点ＰＢとＰＯとを結ぶ直線上の発光色を表示することが可能である。このような発光素子でも、白色光を得ることは可能である。
【００９９】
なお、各発光色に対応する井戸層を１層ずつ形成する例について説明したが、複数層ずつ形成してもよい。各発光色に対応する井戸層の層数を調整することによっても、各発光色の強度を調整することが可能であろう。
【０１００】
上述したように、実施例の方法では、可視光に発光ピーク波長を有するＺｎＯ（Ｓｅ）層が得られる。成膜条件によって、青色、緑色、橙色の発光を示すＺｎＯ（Ｓｅ）層を作り分けることができる。
【０１０１】
いずれの発光色を示すＺｎＯ（Ｓｅ）層も、ＺｎＯと同等なバンドギャップを有する。ＺｎＯのバンドギャップは、紫外光に対応するエネルギを有する。このため、実施例の方法で得られたＺｎＯ（Ｓｅ）層は自己透明性に優れる。
【０１０２】
ここで、バンドギャップに対応する発光色を持つ井戸層を用いた多色発光素子について考える。例えば、青色、緑色、橙色の３色の発光色の井戸層を含むとする。このような多色発光素子は、最もバンドギャップの狭い橙色の井戸層が発光しやすい傾向を持つ。また、広いバンドギャップの井戸層（例えば青色発光の井戸層）からの発光が、狭いバンドギャップの井戸層（例えば橙色発光の井戸層）で吸収されることも懸念される。これらに起因して、このような多色発光素子では、各発光色の強度調整が難しい。
【０１０３】
実施例の多色発光素子では、どの発光色に対応する井戸層のバンドギャップも同等（ＺｎＯのバンドギャップとの差が０．１ｅＶ以内）であるので、バンドギャップの差に起因する発光しやすさの差が生じにくい。また、どの井戸層のバンドギャップも紫外光に対応するエネルギ差であり、可視光である発光色に対応するエネルギよりも広いので、短波長の発光が、長波長発光の井戸層で吸収される問題が抑制される。このようにして、実施例の多色発光素子では、各発光色の強度調整が容易になる。実施例の多色発光素子では、各発光色について、井戸層の膜厚または層数の少なくとも一方を変えることにより、強度を調整することができる。
【０１０４】
なお、上記実施例ではｃ面ＺｎＯ基板を用い、＋ｃ面上に半導体素子を形成する例を説明したが、−ｃ面上に半導体素子を形成することもできる。また、ａ面やｍ面を有するＺｎＯ基板上に半導体素子を形成することもできる。
【０１０５】
次に、第１２の実施例及びその変形例による発光装置について説明する。第１２の実施例の発光装置では、図１６（Ａ）に示すように、青色、緑色、橙色の３色の発光素子ＤＢ、ＤＧ、ＤＯを同時に点灯させて白色光を得る。３色の発光素子ＤＢ、ＤＧ、ＤＯをバンドギャップの等しい材料で作れるので、すべての発光素子を等しい印加電圧で適切に動作させることが容易である。
【０１０６】
また、この実施例の変形例の発光装置では、図１６（Ｂ）に示すように、青色、緑色、橙色の３色の発光素子ＤＢ、ＤＧ、ＤＯを切り替えて点灯させる。３色の発光素子ＤＢ、ＤＧ、ＤＯをバンドギャップの等しい材料で作れるので、どの色の発光素子も等しい印加電圧で適切に動作させることが容易である。
【０１０７】
なお、上記実施例では発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製する例を説明したが、例えば、へき開でキャビティを形成して、レーザダイオード（ＬＤ）を作製することもできる。さらに、それらの応用製品、例えば、各種インジケータや、ＬＥＤディスプレイ、ＬＤディスプレイ、照明器具、表示器のバック照明等を作ることもできる。青色、緑色、橙色、及びそれらの混色によって生成される白色等の発光色を得ることができる。
【０１０８】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１は、ＺｎＯ系化合物半導体層を成長させるための成膜装置の例を示す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルである。
【図３】図３は、第２の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルである。
【図４】図４は、第３の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルである。
【図５】図５は、第４の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルである。
【図６】図６は、第５の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルである。
【図７】図７は、第６の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルである。
【図８】図８は、第７の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルである。
【図９】図９は、第８の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトルである。
【図１０】図１０は、Ｚｎ／Ｏビームフラックス比及びＳｅ／Ｏビームフラックス比の条件ごとに、得られるＺｎＯ（Ｓｅ）層のＰＬスペクトル及び膜中Ｓｅ濃度の例を並べて示した表である。
【図１１】図１１は、第１、第３、第６の実施例のＺｎＯ（Ｓｅ）層、及びＺｎＯ単結晶基板について、吸収係数αの２乗のフォトンエネルギに対する依存性を示すグラフである。
【図１２】図１２（Ａ）は、第９の実施例による発光素子の概略断面図であり、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）は、発光層の構造の例を示す概略断面図である。
【図１３】図１３は、第１０の実施例による発光素子の概略断面図である。
【図１４】図１４は、第１１の実施例による発光素子の発光層を概略的に示す断面図である。
【図１５】図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、色度図である。
【図１６】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、第１２の実施例及びその変形例による発光装置の概略的な回路図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  超高真空容器
２  Ｚｎソースガン
３  Ｏソースガン
４  Ｓｅソースガン
５  Ｍｇソースガン
６  Ｎソースガン
７  Ｇａソースガン
８  基板ヒータ
９  基板
１０  （ＲＨＥＥＤ用の）ガン
１１  （ＲＨＥＥＤ用の）スクリーン
１２  真空ポンプ
２０  ｎ型ＺｎＯバッファ層
２１  ｎ型ＺｎＯ層
２２  ｎ型Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ層
２３  発光層
２３ｂ  障壁層
２３ｗ  井戸層
２４  ｐ型Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ層
２５  ｐ型ＺｎＯ層
３０  ｎ側電極
３１  ｐ側電極
３２  ボンディング電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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