(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化亜鉛ベースの半導体発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板を用意する。次に、原子層堆積ベースのプロセスにより、発光領域を含むＺｎＯベースの多層構造を基板上に形成する。【選択図】図６
2008252075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を用意するステップと、
原子層堆積プロセスにより、前記基板上にＺｎＯベースの多層構造を形成するステップであって、前記ＺｎＯベースの多層構造は発光領域を含む、形成するステップと、
を含む半導体発光素子を製造する方法。
【請求項２】
前記原子層堆積ベースのプロセスは、原子層堆積プロセス、プラズマ増強原子層堆積プロセス、プラズマ支援原子層堆積プロセスからなる群から選択される少なくとも１つのプロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＩｎＧａＮ基板、ＺｎＯ基板、ＳｃＡｌＭｇＯ４基板、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）基板、ＳｒＣｕ２Ｏ２基板、ＣｕＡｌＯ２基板、ＬａＣｕＯＳ基板、ＮｉＯ基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＬｉＡｌＯ２基板、ＧａＡｓ基板、またはガラス基板からなる群から選択される基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板はパターン化基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発光領域は、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｎ型ドープＺｎＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせからなる群から選択され、０＜ｘ，ｙ，ｚ≦１である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＺｎＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせの堆積は、室温〜８００°Ｃの範囲の堆積温度で行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＺｎＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせの任意の構造は、堆積後、４００°Ｃ〜１２００°Ｃの範囲の温度でさらにアニーリングされる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ＺｎＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）前駆体、ＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛、Ｚｎ（ＣＨ３）２）前駆体、酢酸亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）前駆体、またはＺｎＣｌ２前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルである、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ前駆体、ＤＭＺｎ前駆体、酢酸亜鉛前駆体、またはＺｎＣｌ２前駆体、ＭｇＣｐ２（ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム、Ｍｇ（Ｃ５Ｈ５）２）前駆体、Ｍｇ（ｔｈｄ）２（２，２，６，６−テトラメチル−ヘプタンジオナト−３，５−マグネシウム（ＩＩ））前駆体、またはビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃ２０Ｈ３０Ｍｇ）前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルである、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＢｅｘＺｎ１−ｘＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ前駆体、ＤＭＺｎ前駆体、酢酸亜鉛前駆体またはＺｎＣｌ２前駆体、Ｂｅ（ａｃａｃ）３（ベリリウムアセチルアセトネート、（ＣＨ３ＣＯＣＨ＝Ｃ（Ｏ−）ＣＨ３）２Ｂｅ）前駆体またはＢｅＣｌ２前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルである、請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
ｐ型ドーパントが窒素、リン、およびヒ素からなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｐ型ドーパントとしての窒素の前駆体は、ＮＨ３前駆体、ＮＯ前駆体、Ｎ２Ｏ前駆体、１，１−ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２）前駆体、ｔ−ブチルヒドラジン（（ＣＨ３）３ＣＮＨＮＨ２）前駆体であり、前記ｐ型ドーパントとしてのリンの前駆体は、ＰＨ３前駆体、Ｐ２Ｏ５前駆体、Ｚｎ３Ｐ２前駆体または亜リン酸ジエチル（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）２Ｐ（Ｏ）Ｈ）であり、前記ｐ型ドーパントとしてのヒ素の前駆体はＡｓＨ３前駆体である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ｎ型ドーパントがアルミニウム、ガリウム、およびインジウムからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
前記ｎ型ドーパントとしてのアルミニウムの前駆体は、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）前駆体またはトリエチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３）前駆体であり、前記ｎ型ドーパントとしてのガリウムの前駆体は、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）前駆体またはトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）前駆体であり、前記ｎ型ドーパントとしてのインジウムの前駆体は、インジウムアセチルアセトネート（Ｉｎ（ＯＣＣＨ３ＣＨＯＣＣＨ３）３）前駆体、またはトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）前駆体である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
基板と、
前記基板上に形成され、発光領域を含むＺｎＯベースの多層構造と、
を備える半導体発光素子。
【請求項１６】
前記ＺｎＯベースの多層構造は、原子層堆積ベースのプロセスにより前記基板上に形成される、請求項１５に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記原子層堆積ベースのプロセスは、原子層堆積プロセス、プラズマ増強原子層堆積プロセス、プラズマ支援原子層堆積プロセスからなる群から選択される少なくとも１つのプロセスを含む、請求項１６に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記基板は、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＩｎＧａＮ基板、ＺｎＯ基板、ＳｃＡｌＭｇＯ４基板、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）基板、ＳｒＣｕ２Ｏ２基板、ＣｕＡｌＯ２基板、ＬａＣｕＯＳ基板、ＮｉＯ基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＬｉＡｌＯ２基板、ＧａＡｓ基板、またはガラス基板からなる群から選択される基板である、請求項１５に記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記基板はパターン化基板である、請求項１５に記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
前記発光領域は、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｎ型ドープＺｎＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせからなる群から選択され、０＜ｘ，ｙ，ｚ≦１である、請求項１５に記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＺｎＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせの堆積は、室温〜８００°Ｃの範囲の堆積温度で行われる、請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＺｎＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、前記ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせの任意の構造は、堆積後、４００°Ｃ〜１２００°Ｃの範囲の温度でさらにアニーリングされる、請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２３】
前記ＺｎＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）前駆体、ＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛、Ｚｎ（ＣＨ３）２）前駆体、酢酸亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）前駆体、またはＺｎＣｌ２前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルである、請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２４】
前記ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ前駆体、ＤＭＺｎ前駆体、酢酸亜鉛前駆体、またはＺｎＣｌ２前駆体、ＭｇＣｐ２（ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム、Ｍｇ（Ｃ５Ｈ５）２）前駆体、Ｍｇ（ｔｈｄ）２（２，２，６，６−テトラメチル−ヘプタンジオナト−３，５−マグネシウム（ＩＩ））前駆体、またはビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃ２０Ｈ３０Ｍｇ）前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルである、請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２５】
前記ＢｅｘＺｎ１−ｘＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ前駆体、ＤＭＺｎ前駆体、酢酸亜鉛前駆体またはＺｎＣｌ２前駆体、Ｂｅ（ａｃａｃ）３（ベリリウムアセチルアセトネート、（ＣＨ３ＣＯＣＨ＝Ｃ（Ｏ−）ＣＨ３）２Ｂｅ）前駆体またはＢｅＣｌ２前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルである、請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２６】
ｐ型ドーパントが窒素、リン、およびヒ素からなる群から選択される、請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２７】
前記Ｐ型ドーパントとしての窒素の前駆体は、ＮＨ３前駆体、ＮＯ前駆体、Ｎ２Ｏ前駆体、１，１−ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２）前駆体、ｔ−ブチルヒドラジン（（ＣＨ３）３ＣＮＨＮＨ２）前駆体であり、前記ｐ型ドーパントとしてのリンの前駆体は、ＰＨ３前駆体、Ｐ２Ｏ５前駆体、Ｚｎ３Ｐ２前駆体または亜リン酸ジエチル（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）２Ｐ（Ｏ）Ｈ）であり、前記ｐ型ドーパントとしてのヒ素の前駆体はＡｓＨ３前駆体である、請求項２６に記載の半導体発光素子。
【請求項２８】
ｎ型ドーパントがアルミニウム、ガリウム、およびインジウムからなる群から選択される、請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２９】
前記ｎ型ドーパントとしてのアルミニウムの前駆体は、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）前駆体またはトリエチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３）前駆体であり、前記ｎ型ドーパントとしてのガリウムの前駆体は、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）前駆体またはトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）前駆体であり、前記ｎ型ドーパントとしてのインジウムの前駆体は、インジウムアセチルアセトネート（Ｉｎ（ＯＣＣＨ３ＣＨＯＣＣＨ３）３）前駆体、またはトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）前駆体である、請求項２０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、半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、ＺｎＯベースの半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、当初はインジケータランプや表示パネルに使用されていた半導体素子である。白色光ＬＥＤの出現により、ＬＥＤは照明に使用することもできる。従来の光源と比較して、ＬＥＤは高効率、長寿命、高耐久性、および高信頼性等という利点を有する。これは、２１世紀の革命的な光源として名高い。
【０００３】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、室温で直接バンドギャップエネルギー３．３７ｅＶを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であり、その放射光は紫外線の範囲内である。白色光ＬＥＤを製造する原材料として、酸化亜鉛は以下の利点を有する。
１．豊富であり、比較的低コストの原材料である。
２．酸化亜鉛の励起子結合エネルギーは最大で６０ｍｅＶであるため、発光効率が高い。
３．酸化亜鉛の放射波長はおよそ３８０ｎｍであるため、白色光ＬＥＤを製造するために、蛍光材料を励起させるに当たり他の材料（例えば、ＧａＮ）よりも効率的である。したがって、酸化亜鉛は白色光ＬＥＤの製造に非常に適する。
４．酸化亜鉛は、白色光ＬＥＤを製造するために他の材料（例えば、ＧａＮ）よりも化学エッチングによる加工が容易である。
【０００４】
しかし、酸化亜鉛は、酸素空孔および格子間亜鉛等の固有の欠点の存在により本質的にｎ型特性を示す。このため、信頼性が高く、かつ高品質のｐ型酸化亜鉛を用意することが難しいという問題を有する。高品質ｐ型酸化亜鉛を実現するには、固有のｎ型欠陥に起因する強力な自己補償の影響に打ち勝つため、高濃度ｐ型ドーピングが必要である。それでも、酸化亜鉛内のｐ型アクセプタの固溶体は、高いｐ型ドーピング濃度を達成するのに十分なほど高くない。したがって、高品質ｐ型酸化亜鉛ならびにＬＥＤの重要な構造であるｐ−ｎ接合を製造することが難しい。その結果として、高品質酸化亜鉛を成長させるために、信頼性の高い成長技術が望まれる。
【０００５】
酸化亜鉛は白色光ＬＥＤの製造に適するが、上記制約により、酸化亜鉛を使用する白色光ＬＥＤを製造する技術は停滞している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、上記問題を解決する酸化亜鉛ベースの半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、酸化亜鉛ベースの半導体発光素子およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、半導体発光素子を製造する方法は、まず、基板を用意する。次に、方法は、原子層堆積ベースのプロセスにより、基板上にＺｎＯベースの多層構造を形成し、ＺｎＯベースの多層構造は発光領域を含む。
【０００９】
本発明の別の実施形態によれば、半導体発光素子は、基板と、基板上に形成されるＺｎＯベースの多層構造を含み、ＺｎＯベースの多層構造は発光領域を含む。
【００１０】
したがって、本発明によれば、方法は、原子層堆積ベースのプロセスにより半導体発光素子を製造する。それにより、方法は、高品質ＺｎＯベースの半導体発光素子を首尾良く製造することができる。さらに、原子層堆積プロセスにより形成される層には、容易かつ正確な厚さ制御、材料配合の正確な制御、容易なドーピング、急峻な界面、広い面積にわたって高い均一性、良好な再現精度、密でピンホールのない構造、低堆積温度等のいくつかの利点があるため、半導体発光素子は非常に高い結晶品質および非常に低い欠陥密度を有する。
【００１１】
本発明の利点および精神は、添付図面と共に以下の説明から理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照されたい。図１は、本発明の一実施形態による製造方法を示す。本発明の実施形態によれば、方法は、原子層堆積ベースのプロセスによりＺｎＯベースの半導体発光素子を製造する。ＺｎＯベースの半導体発光素子とは、半導体発光素子が、ＺｎＯ層、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ層、ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ層、またはＺｎＯを有する他の化合物層（これらに限定されない）を有することを意味する。
【００１３】
図１に示すように、方法はまず、基板１０を用意し、基板１０を、原子層堆積（ＡＬＤ）ベースのプロセスを実行するように設計された反応室２０内にセットする。実施形態では、基板１０は、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＩｎＧａＮ基板、ＺｎＯ基板、ＳｃＡｌＭｇＯ４基板、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）基板、ＳｒＣｕ２Ｏ２基板、ＣｕＡｌＯ２基板、ＬａＣｕＯＳ基板、ＮｉＯ基板、ＬｉＧａＯ２基板、ＬｉＡｌＯ２基板、ＧａＡｓ基板、またはガラス基板等であってよい。
【００１４】
次に、原子層堆積ベースのプロセスにより、方法は、ＺｎＯベースの多層構造を基板上に形成し、ＺｎＯベースの多層構造は発光領域（図示せず）を含む。実際の用途では、原子層堆積ベースのプロセスは原子層堆積プロセス、プラズマ増強原子層堆積プロセス、プラズマ支援原子層堆積プロセス、または原子層堆積プロセスとプラズマ増強原子層堆積プロセスとの組み合わせ、原子層堆積プロセスとプラズマ支援原子層堆積プロセスとの組み合わせ等の上記プロセスの組み合わせであってよい。プラズマ増強ＡＬＤプロセスまたはプラズマ支援ＡＬＤプロセスを使用して、前駆体をイオン化して、堆積温度を下げることができる。原子層堆積プロセスが原子層エピタキシー（ＡＬＥ）プロセスまたは原子層化学蒸着法（ＡＬＣＶＤ）プロセスとも呼ばれるため、これらプロセスが実際には同じであることに留意されたい。
【００１５】
実施形態では、発光領域は、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｎ型ドープＺｎＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ等であってよく、０＜ｘ，ｙ，ｚ≦１であり、ｐ型ドープ基板は基板１０であってよい。
【００１６】
ＺｎＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）前駆体、ＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛、Ｚｎ（ＣＨ３）２）前駆体、酢酸亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）前駆体、またはＺｎＣｌ２前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルであってよい。ＤＥＺｎ、ＤＭＺｎ、酢酸亜鉛、またはＺｎＣｌ２は、Ｚｎのソースであり、Ｈ２Ｏ、Ｏ３、Ｏ２、または酸素ラジカルはＯのソースである。
【００１７】
ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ前駆体、ＤＭＺｎ前駆体、酢酸亜鉛前駆体、またはＺｎＣｌ２前駆体、ＭｇＣｐ２（ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム、Ｍｇ（Ｃ５Ｈ５）２）前駆体、Ｍｇ（ｔｈｄ）２（２，２，６，６−テトラメチル−ヘプタンジオナト−３，５−マグネシウム（ＩＩ））前駆体、またはビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃ２０Ｈ３０Ｍｇ）前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルであってよい。ＤＥＺｎ、ＤＭＺｎ、酢酸亜鉛、またはＺｎＣｌ２はＺｎのソースであり、ＭｇＣｐ２、Ｍｇ（ｔｈｄ）２、またはビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）マグネシウムはＭｇのソースであり、Ｈ２Ｏ、Ｏ３、Ｏ２、または酸素ラジカルはＯのソースである。
【００１８】
ＢｅｘＺｎ１−ｘＯ構造の前駆体は、ＤＥＺｎ前駆体、ＤＭＺｎ前駆体、酢酸亜鉛前駆体またはＺｎＣｌ２前駆体、Ｂｅ（ａｃａｃ）３（ベリリウムアセチルアセトネート、（ＣＨ３ＣＯＣＨ＝Ｃ（Ｏ−）ＣＨ３）２Ｂｅ）前駆体またはＢｅＣｌ２前駆体、およびＨ２Ｏ前駆体、Ｏ３前駆体、Ｏ２前駆体、または酸素ラジカルであってよい。ＤＥＺｎ、ＤＭＺｎ、酢酸亜鉛、またはＺｎＣｌ２はＺｎのソースであり、Ｂｅ（ａｃａｃ）３またはＢｅＣｌ２はＢｅのソースであり、Ｈ２Ｏ、Ｏ３、Ｏ２、または酸素ラジカルはＯのソースである。
【００１９】
実施形態では、ｐ型ドープＺｎＯを製造する方法は、原子層堆積プロセス中にｐ型ドーパントを添加することを含み、ｐ型ドーパントは窒素、リン、ヒ素等であってよい。Ｐ型ドーパントとしての窒素の前駆体は、好ましくは、ＮＨ３前駆体、ＮＯ前駆体、Ｎ２Ｏ前駆体、１，１−ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２）前駆体、ｔ−ブチルヒドラジン（（ＣＨ３）３ＣＮＨＮＨ２）前駆体であるが、これらに限定されない。ｐ型ドーパントとしてのリンの前駆体は、好ましくは、ＰＨ３前駆体、Ｐ２Ｏ５前駆体、Ｚｎ３Ｐ２前駆体または亜リン酸ジエチル（（Ｃ２Ｈ５Ｏ）２Ｐ（Ｏ）Ｈ）であるが、これらに限定されない。ｐ型ドーパントとしてのヒ素の前駆体は、好ましくは、ＡｓＨ３前駆体であるが、これに限定されない。
【００２０】
実施形態では、ｎ型ドープＺｎＯを製造する方法は、原子層堆積プロセス中にｎ型ドーパントを添加することを含み、ｎ型ドーパントはアルミニウム、ガリウム、インジウム等であってよい。ｎ型ドーパントとしてのアルミニウムの前駆体は、好ましくは、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）前駆体またはトリエチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３）前駆体であるが、これらに限定されない。ｎ型ドーパントとしてのガリウムの前駆体は、好ましくは、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）前駆体またはトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）前駆体であるが、これらに限定されない。ｎ型ドーパントとしてのインジウムの前駆体は、好ましくは、インジウムアセチルアセトネート（Ｉｎ（ＯＣＣＨ３ＣＨＯＣＣＨ３）３）前駆体、またはトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）前駆体であるが、これらに限定されない。
【００２１】
図１に示すように、原子層堆積プロセスによりＺｎＯ層を形成する一例を提示する。一実施形態では、原子層堆積サイクル（ＡＬＤサイクル）は４つの反応ステップを含む。
１．キャリアガス２２を使用して、ＤＥＺｎ分子２４を反応室２０内に運び、ＤＥＺｎ分子２４は基板１０の表面に吸収されて、ＤＥＺｎ層を形成する。
２．キャリアガス２２を使用して、ポンプ２８の助けにより、基板１０の表面に吸収されないＤＥＺｎ分子をパージする。
３．キャリアガス２２を使用して、Ｈ２Ｏ分子２６を反応室２０内に運び、それにより、Ｈ２Ｏ分子２６が、基板１０の表面に吸収されたＤＥＺｎラジカルと反応して、単一層のＺｎＯを形成し、ここで、副産物は有機分子である。
４．キャリアガス２２を使用して、ポンプ２８の助けにより、残留Ｈ２Ｏ分子２６および反応による副産物をパージする。
【００２２】
実施形態では、キャリアガス２２は高純度アルゴンガスまたは窒素ガスであってよい。上記の４ステップはＡＬＤサイクルと呼ばれる。ＡＬＤサイクルは、基板１０の表面全体にわずか単一層の厚さの薄膜を成長させ、この特徴は「自己制限性（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）」と呼ばれ、原子層堆積の厚さ制御の精度を単一層にすることができる。したがって、ＺｎＯ層の厚さをＡＬＤサイクルの回数により精密に制御することができる。
【００２３】
実際には、ｎ型ドープＺｎＯまたはｐ型ドープＺｎＯを製造するプロセス中、ドーピングは、ＡＬＤサイクルの一部をｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントのＡＬＤサイクルで置換することにより実施され、ドーピング濃度は置換されるＡＬＤサイクルの割合によって決まる。例えば、６％Ａｌを有するｎ型ドープＺｎＯの場合、ＤＥＺｎおよびＨ２Ｏの５０回のＡＬＤサイクルのうちの３回が、ＴＭＡおよびＨ２Ｏの３回のＡＬＤサイクルで置換されるか、またはＤＥＺｎおよびＨ２Ｏの１００回のＡＬＤサイクルのうちの６回が、ＴＭＡおよびＨ２Ｏの６回のＡＬＤサイクルで置換される等である。
【００２４】
実施形態では、堆積温度は室温〜８００°Ｃの範囲である。しかし、堆積温度は、好ましくは、１００°Ｃ〜３００°Ｃの範囲である。堆積温度は比較的低いため、高温により機器が破損し、および／または誤作動する確率を低減することができ、プロセスおよび機器の可用性の信頼性がさらに高められることに留意されたい。
【００２５】
欠陥密度をさらに低減し、結晶品質を向上させるために、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＭｇｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＭｇｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＭｇｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｎ型ドープＺｎＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、ｎ型ドープＭｇｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＢｅｙＺｎ１−ｙＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＢｅｙＺｎ１−ｙＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＢｅｘＺｎ１−ｘＯ／ｎ型ドープＺｎＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／真性ＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｐ型ドープＺｎＯ／ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ構造の組み合わせ、ｎ型ドープＢｅｚＺｎ１−ｚＯ／ｐ型ドープ基板構造の組み合わせの任意の構造を堆積後にさらに４００°Ｃ〜１２００°Ｃの範囲の温度でアニーリングすることができ、雰囲気は窒素、酸素、アルゴン、または窒素、酸素、およびアルゴンの混合であってよい。
【００２６】
原子層堆積ベースのプロセスは以下の利点を提供することができる。
１．低堆積温度
２．単一層程度までの精密な厚さ制御
３．材料配合の正確な制御
４．高ドーピング濃度を達成するための容易なドーピング
５．低欠陥密度を有する高品質エピタキシャル層
６．急峻な界面および高品質ヘテロ接合、多重量子井戸等の成長に優れた界面品質
７．広面積かつ大量の生産能力
８．高い均一性
９．優れた整合性および良好なステップカバレージ
１０．良好な再現精度
【００２７】
図２を参照されたい。図２は、原子層堆積プロセスによりサファイア基板上に成長させＺｎＯ層のＸ線回折パターンを示す。図２に示すように、原子層堆積プロセスにより形成されるＺｎＯ層は、優れた結晶品質を有する。
【００２８】
図３〜図５を参照されたい。図３は、原子層堆積プロセスによりサファイア基板上に成長させたＺｎＯ層の室温での自然放出光ルミネセンススペクトルを示す。図４は、原子層堆積プロセスによりサファイア基板上に成長させたＺｎＯ層の誘導放出光ルミネセンススペクトルを示す。図５は、原子層堆積プロセスによりサファイア基板上に成長させたＺｎＯ層の光ルミネセンス発光強度と励起強度との関係を示す。図５は、発光強度が励起強度に伴って超線形的に増大することを示し、これは、誘導放出が３３．３ｋＷ／ｃｍ２という低い閾値強度で発生することを示す。誘導放出の発生は、原子層堆積プロセスにより成長させたＺｎＯ層が非常に高い結晶品質および非常に低い欠陥密度を有することを示す。これは、原子層堆積プロセスが、容易で正確な厚さ制御、材料配合の正確な制御、容易なドーピング、急峻な界面、広い面積にわたる高い均一性、良好な再現精度、密でピンホールのない構造、低堆積温度等の利点を提供するため、原子層堆積プロセスにより製造される半導体発光素子は、非常に高い結晶品質および非常に低い欠陥密度を有することを示す。その上、半導体発光素子はレイジング現象を適宜誘発させることができるため、半導体発光素子をより広い範囲で利用することができる。
【００２９】
図６を参照されたい。図６は、本発明の一実施形態による半導体発光素子３を示す。この実施形態では、半導体発光素子３は、原子層堆積プロセスにより製造される発光ダイオードである。実際の用途では、原子層堆積ベースのプロセスは、原子層堆積プロセス、プラズマ増強原子層堆積プロセス、プラズマ支援原子層堆積プロセス、または上記プロセスの組み合わせであってよい。図６に示すように、半導体発光素子３は、基板３０、ＧａＮ層３２、ＺｎＯ層３４、および電極３６を含む。この実施形態では、基板３０はサファイア基板である。実際には、ＧａＮ層３２は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスにより基板３０上に成長させたＧａＮ構造であってよい。ＺｎＯ層３４は、原子層堆積プロセスによりＧａＮ層３２上に成長させた固有のｎ型ＺｎＯ層であってよい。窒素雰囲気中で５分間、９５０°Ｃの温度でアニーリングし、それから蒸発器で電極３６を堆積させた後、ｎ型ＺｎＯ／ｐ型ＧａＮヘテロ接合発光ダイオードが、図６に示すような半導体発光素子３として仕上げられる。
【００３０】
図７を参照されたい。図７は、図６に示す半導体発光素子３の電流密度と電圧特性との関係を示す。図７から、半導体発光素子３が整流特性を示すことが分かる。図８を参照されたい。図８は、図６に示す半導体発光素子３のＺｎＯ層３４およびＧａＮ層３２のＸ線回折パターンを示す。図８に示すように、ＺｎＯ（０００２）Ｋα１およびＧａＮ（０００２）Ｋα１ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）はそれぞれ０．０５°および０．０４°であり、これは、ＺｎＯ層３４の結晶品質が良好であり、ＧａＮの結晶品質に匹敵することを示唆する。図９および図１０を参照されたい。図９は、図６に示す半導体発光素子３のＺｎＯ層３４およびＧａＮ層３２の光ルミネセンススペクトルを示す。図１０は、種々の注入電流での図６に示す半導体発光素子３のエレクトロルミネセンススペクトルを示す。図９と図１０を比較して、注入電流が低い場合、エレクトロルミネセンスは主にＧａＮ層３２からのものであり、注入電流が増大するにつれて、ＺｎＯ層３４からの発光がＧａＮ層３２からの発光よりも優勢になることが分かる。したがって、ＺｎＯベースの半導体発光素子が、ＺｎＯの優れた発光特性により良好な発光性能を有することが実証される。
【００３１】
従来技術と比較して、本発明による方法は、原子層堆積プロセスにより半導体発光素子を製造する。それにより、方法は、高品質ＺｎＯベースの半導体発光素子を首尾良く製造することができる。さらに、原子層堆積プロセスにより形成される層は、容易で正確な厚さ制御、材料配合の正確な制御、容易なドーピング、急峻な界面、広い面積にわたる高い均一性、良好な再現精度、密でピンホールのない構造、低堆積温度等のいくつかの利点を有するため、半導体発光素子は非常に高い結晶品質および非常に低い欠陥密度を有する。さらに、原子層堆積プロセスにより、半導体発光素子を広い面積上に製造することができるため、より生産性が高く、関連する製品をより要求にかなうものにする。さらに、堆積温度が比較的低いため、高温により機器が破損し、および／または誤作動する確率を低減することができ、プロセスおよび機器の可用性の信頼性がさらに高められる。
【００３２】
上記の例および説明により、願わくは本発明の特徴および精神が明確に説明されよう。本発明の教示を保ちながら素子の多くの変更および代替を行い得ることに当業者は容易に気付くであろう。したがって、上記開示は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態による製造方法を示す。
【図２】原子レーザ堆積プロセスによりサファイア基板上に成長させたＺｎＯ層のＸ線回折パターンを示す。
【図３】原子層堆積プロセスによりサファイア基板上に成長させたＺｎＯ層の自然放出光ルミネセンススペクトルを示す。
【図４】原子層堆積プロセスによりサファイア基板上に成長させたＺｎＯ層の誘導放出光ルミネセンススペクトルを示す。
【図５】原子層堆積プロセスによりサファイア基板上に成長させたＺｎＯ層の光ルミネセンス発光強度と励起強度との関係を示す。
【図６】本発明の一実施形態による半導体発光素子を示す。
【図７】図６に示す半導体発光素子の電流密度と電圧特性との関係を示す。
【図８】図６に示す半導体発光素子のＺｎＯ層およびＧａＮ層のＸ線回折パターンを示す。
【図９】図６に示す半導体発光素子のＺｎＯ層およびＧａＮ層の光ルミネセンススペクトルを示す。
【図１０】種々の注入電流での図６に示す半導体発光素子のエレクトロルミネセンススペクトルを示す。
【符号の説明】
【００３４】
１０    基板
１２    ＺｎＯベースの多層構造
２０    反応室
【図１】
2008252075.tif 000003
【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】
2008252075.tif 000012
【外国語明細書】
2008252075000001.pdf