(57)【要約】【課題】ＺｎＯを用いて形成される発光ダイオードの歩留まり向上を図ること。【解決手段】ベース基板１をＮ型のＺｎＯにより形成することで、結晶欠陥がなく、しかも平面度の高い無機物質層を形成したうえで、そのベース基板１上に、ホール輸送層２としてをα−ＮＰＤ或いはＴＰＤといった有機物質層を積層して形成するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機物質層とされるＮ型酸化亜鉛からなる基板上に、有機物質層とされる正孔輸送材料を積層して構成されることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記正孔輸送材料は、ジフェニルナフチルジアミンであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記正孔輸送材料は、テトラフェニルジアミノジフェニルであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば青色発光ダイオードや紫外線発光ダイオードなどの半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ））やレーザダイオード（ＬＤ；Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの半導体デバイスの開発が行われている。
特に、ＰＮ接合構造による電子と正孔の注入再結合発光を基本原理とするＬＥＤやＬＤ、及び、発光層となる薄膜を電子輸送性または正孔輸送性を有する有機物質層により形成して半導体ＰＮ接合に類似の電子と正孔の注入発光再結合を基本原理とする、いわゆる有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などの研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
上記したような青色ＬＥＤや紫外線ＬＥＤなどの半導体デバイス材料としては酸化亜鉛（ＺｎＯ）が注目されている。
ＺｎＯを用いてｐｎ接合構造の半導体デバイスを作製するには、半導体材料としてＰ型（チャンネル）のＺｎＯとＮ型ＺｎＯが必要になるが、Ｐ型ＺｎＯは、Ｎ型ＺｎＯに比べて作製が困難である。
【０００４】
そこで、従来、上記したようなワイドギャップ半導体でＰ型化の難しい無機材料では、比較的容易に得られるＮチャンネル半導体からなる層と、有機化合物からなるホール輸送層を積層するなどして形成した半導体発光素子などがある。
即ち、ｐｎ接合型のＬＥＤ素子のＰ型半導体に代えて、有機化合物のホール輸送層を用いて、Ｎ型半導体にホールを注入して発光特性を得るように半導体発光素子などがある（特許文献１）。
【０００５】
図４は、特許文献１に記載されている発光素子の構造を示した図である。
この図４に示すように、従来の発光ダイオード１００では、ベース基板１０１上にホール注入電極１０２と電子注入電極１０３との間に、例えばＺｎＯなどの酸化物膜からなる無機物質層１０４と有機物質層１０５を形成するようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２２２０５号公報（第１図−第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような半導体発光素子などの半導体デバイスを作製するにあたっては、ベース基板１０１上に形成する無機物質層１０４の品質が、その電気的特性や光学的特性、信頼性（寿命）などに重大な影響を与える。このような無機物質層１０４の品質が良好なほど電気的、光学的特性や信頼性が良好なものとされる。
このため、無機物質層１０４としてＺｎＯ薄膜を材料とした半導体デバイスを作製するにあたっては、ベース基板１０１上に結晶欠陥のない高品質のＺｎＯ薄膜を形成することが重要になる。
【０００８】
ベース基板１０１上に結晶欠陥のない薄膜を成膜するには、ベース基板１０１と薄膜との格子定数の差が小さいほど良いとされる。なお、格子定数とは、結晶内で規則正しく並んでいる原子の配列間隔を示すものとされる。
【０００９】
そこで、これまでベース基板１０１上に極めて高品質のＺｎＯ薄膜を形成するには、ベース基板１０１をＺｎＯ薄膜と格子定数が同じＺｎＯの単結晶によって形成することが考えられるが、これまでの技術ではベース基板１０１として利用ができるＺｎＯは存在しなかった。
【００１０】
このため、格子定数がＺｎＯに比較的近いとされるサファイアなどをベース材料に用いてベース基板を作製するようにしていた。
しかしながら、この場合のベース基板１０１上に形成されるＺｎＯ薄膜は、結晶欠陥が多く、しかも平面度も悪い。
このため、上記したような発光ダイオードでは、必ずしも高輝度化を図ることができないという欠点があった。また、製造時の歩留まりも悪く、製品のコストアップを招いていた。
【００１１】
そこで、本発明は、上記したような点を鑑みてなされたものであり、高輝度が得られる酸化亜鉛を利用した発光ダイオード素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体発光素子は無機物質層とされるＮ型酸化亜鉛からなる基板上に、有機物質層とされる正孔輸送材料を積層して構成するようにした。
【００１３】
そして、正孔輸送材料には、ジフェニルナフチルジアミン（α−ＮＰＤ）或いはテトラフェニルジアミノジフェニル（ＴＰＤ）を用いるようにした。
【００１４】
本発明によれば、ベース基板を酸化亜鉛により構成したうえで、このベース基板上に有機物質層とされる正孔輸送材料を積層することで、結晶欠陥がなく、しかも平面度の高い無機物質層を形成することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態としての半導体発光素子の一構造例を示した図である。この図１には、本実施の形態として２層積層型の発光ダイオードの構成が示されており、ベース基板１上に有機物層であるホール（正孔）輸送層２が形成されている。この場合、ベース基板１はｎ型の酸化亜鉛（ＺｎＯ）とされる。
そして、図示するようにホール輸送層２に電子注入電極３が形成され、ｎ型ＺｎＯからなるベース基板１にホール注入電極４が形成されている。
このよう構造の発光ダイオードでは、電子注入電極３とホール注入電極４との間に駆動電源Ｅが接続される。
【００１６】
即ち、本実施の形態としての発光ダイオードにあっては、従来のように、ベース基板上にＺｎＯ薄膜を成膜して無機物質層を形成するのではなく、無機物質層としてｎ型ＺｎＯをベース基板１にして発光ダイオードを形成するようにしている点に特徴がある。
【００１７】
そして、この場合のホール輸送層２としての有機化合物は、例えば、図２（ａ）に示すような組成式により示されるα−ＮＰＤ（ジフェニルナフチルジアミン）、或いは図２（ａ）に示すような組成式により表されるＴＰＤ（テトラフェニルジアミノジフェニル）とされる。
【００１８】
なお、このような有機化合物としては、上記α−ＮＰＤやＴＰＤに限らず、ホール移動度の大きい物質で構成することが好ましい。
そのような有機化合物としては、例えばジアミン、ＴＡＤ、ピラゾリン誘導体、ＣｕＰｃ、ＨＴＭ系、ＴＤＡＢ系等の有機材料を用いることができる。
【００１９】
電子注入電極３の材料としては、低仕事関数の金属が好ましい。
また、ホール注入電極４の材料としては、透明なＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）が好ましい。なお、このような電子注入電極３はｎ型ＺｎＯを利用して形成することも可能である。
【００２０】
このように、ベース基板１をｎ型ＺｎＯ単結晶により形成すると、例えば従来のように、サファイアなどからなるベース基板上にＺｎＯ薄膜を成膜して無機物質層を形成する場合に比べて、ＺｎＯに結晶欠陥がほとんど無い、極めて高品質の無機物質層を形成することが可能になる。
【００２１】
この結果、本実施の形態のように、ベース基板１をｎ型ＺｎＯ単結晶により形成して、例えば紫外線（３７５ｎｍ）〜青色（４００ｎｍ）の発光波長が得られるの発光ダイオードを構成すれば、無機物質層であるＺｎＯに結晶欠陥がほとんど無いため、それだけ発光効率の高い発光ダイオードを実現することができる。また、無機物質層であるＺｎＯ単結晶に結晶欠陥が無いため、発光ダイオード素子の製造時の歩留まりを大幅に向上させることが可能になり、紫外線発光素子や、青色発光素子を安価に提供することが可能になる。
【００２２】
特に、本実施の形態によれば、高輝度化を図るうえで１つの目安とされるエキシトンが、これまでの窒化ガリウム（ＧａＮ）より高いとされるＺｎＯを用いて、発光ダイオード素子を構成することが可能になる。例えばＧａＮのエキシトンは２２．７ｍｅＶであるのに対して、ＺｎＯのエキシトンは６０．８ｍｅＶとされる。したがって、ＺｎＯを用いて発光ダイオードを構成すれば、エキシトンの違いによりＧａＮの約３倍程度まで輝度を高くすることが可能になる。
【００２３】
また、例えば電子注入電極３を低仕事関数で、且つ反射膜として機能する金属、例えば銀などにより形成すると、ホール輸送層２における発光を出射面側であるベース基板１側に集めることができるので、その分発光輝度を高くすることが可能になる。
【００２４】
なお、本実施の形態として示した半導体発光素子の構造はあくまでも一例であり、本発明の半導体発光素子としては、無機物質層またはＮチャンネル層が、ＺｎＯ単結晶により形成された全ての半導体発光素子に適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように、本発明の半導体発光素子によれば、ベース基板を酸化亜鉛により構成する、このベース基板上に有機物質層とされる正孔輸送材料を積層することで、結晶欠陥がなく、しかも平面度の高い無機物質層を形成することができる。これにより、高輝度とされる半導体発光素子を実現することができる。
また、無機物質層であるＺｎＯ単結晶に結晶欠陥が殆ど無いため、製造時の歩留まりが大幅に向上するため、紫外線や青色の発光素子を安価に提供することが可能になるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態とされる半導体発光素子の構造を説明するための模式図である。
【図２】本実施の形態とされる半導体発光素子の有機物質層を示した組成式である。
【図３】従来の半導体発光素子の構造を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１  ベース基板、２  ホール輸送層、３  電子注入電極、４  ホール注入電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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