(57)【要約】【課題】化合物半導体基板とその上に形成される成膜層との界面順位や相互拡散の影響を問題と捉えず、成膜層へ積極的に拡散させることを利用する新規な発光素子及びその作製方法を提供することを目的とする。【解決手段】化合物半導体基板に化学処理を行うことにより表面に凹凸を形成し、凹凸が形成された化合物半導体基板の表面に化合物半導体層を形成し、熱処理を行うことにより、化合物半導体基板の原子を化合物半導体層に拡散させ、化合物半導体基板上に第１の導電層を形成し、化合物半導体層上に第２の導電層を形成することを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電層と化合物半導体層とが形成された化合物半導体基板と、前記化合物半導体層上に形成された第２の導電層と、を有し、
前記化合物半導体層には、前記化合物半導体基板に含まれる元素と同一の元素が含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
第１の導電層と化合物半導体層とが形成された化合物半導体基板と、前記化合物半導体層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された第２の導電層と、を有し、
前記化合物半導体層には、前記化合物半導体基板に含まれる元素と同一の元素が含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記誘電体層は、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、又はＹ２Ｏ３のいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３において、
前記化合物半導体層は、第２族又は第１２族の元素と、第１６族の元素と、を含む化合物である母体材料と、発光中心である不純物元素と、を有していることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記母体材料は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、又は硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）のいずれか一を含み、
前記不純物元素は、マンガン（Ｍｎ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、塩素（Ｃｌ）、又はフッ素（Ｆ）のいずれか一を有していることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５いずれか一項において、
前記第２の導電層は、透光性を有することを特徴とする発光素子。
【請求項７】
第１の導電層と第１の化合物半導体層とが形成された化合物半導体基板と、前記第１の化合物半導体層上に形成された第２の化合物半導体層と、前記第２の化合物半導体層上に形成された第２の導電層と、を有し、
前記第１の化合物半導体層と前記第２の化合物半導体層の一方又は両方に、前記化合物半導体基板に含まれる元素と同一の元素が含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
第１の導電層と第１の化合物半導体層とが形成された化合物半導体基板と、前記第１の化合物半導体層上に形成された第２の化合物半導体層と、前記第２の化合物半導体層上に形成された誘電体層と、前記誘電体層上に形成された第２の導電層と、を有し、
前記第１の化合物半導体層と前記第２の化合物半導体層の一方又は両方に、前記化合物半導体基板に含まれる元素と同一の元素が含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記誘電体層は、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、又はＹ２Ｏ３のいずれか一であることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか一項において、
前記第１の化合物半導体層は、第２族又は第１２族の元素と、第１６族の元素と、を含む化合物である母体材料と、発光中心である不純物元素と、を含み、
前記第２の化合物半導体層は、カルコパイライト化合物を有していることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記母体材料は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、又は硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）のいずれか一を含み、
前記不純物元素は、マンガン（Ｍｎ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、塩素（Ｃｌ）、又はフッ素（Ｆ）のいずれか一を含んでいることを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
前記化合物半導体基板上には、凹凸を有する層が形成されていることを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記凹凸を有する層は、前記化合物半導体基板の表面を処理することによって形成されたものであることを特徴とする発光素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項において、
前記化合物半導体基板は、ｐ型半導体であることを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項において、
前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、又はＩｎＰであることを特徴とする発光素子。
【請求項１６】
化合物半導体基板上に化合物半導体層を形成し、
熱処理を行うことにより、前記化合物半導体基板に含まれる元素を前記化合物半導体層中に拡散させ、
前記化合物半導体基板上に第１の導電層を形成し、
前記化合物半導体層上に第２の導電層を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項１７】
化合物半導体基板の表面に凹凸を有する層を形成し、
前記凹凸を有する層の上に化合物半導体層を形成し、
熱処理を行うことにより、前記化合物半導体基板に含まれる元素を前記化合物半導体層中に拡散させ、
前記化合物半導体基板上に第１の導電層を形成し、
前記化合物半導体層上に第２の導電層を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記凹凸を有する層は、前記化合物半導体基板を表面処理することによって形成されることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項１９】
請求項１６乃至請求項１８のいずれか一項において、
前記化合物半導体層と前記第２の導電層との間に誘電体層を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２０】
請求項１６乃至請求項１９のいずれか一項において、
前記化合物半導体層として、第２族又は第１２族の元素と、第１６族の元素と、を含む化合物である母体材料と、発光中心である不純物元素と、を含む層を用いることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記母体材料として、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、又は硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）のいずれか一を用い、
前記不純物元素として、マンガン（Ｍｎ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、塩素（Ｃｌ）、又はフッ素（Ｆ）のいずれか一を用いることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２２】
請求項１６乃至請求項２１のいずれか一項において、
前記化合物半導体層に、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、又はアンチモン（Ｓｂ）のいずれか一を導入することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２３】
化合物半導体基板上に第１の化合物半導体層を形成し、
前記第１の化合物半導体層上に第２の化合物半導体層を形成し、
熱処理を行うことにより、前記化合物半導体基板に含まれる元素を前記第１の化合物半導体層中又は前記第２の化合物半導体層中に拡散させ、
前記化合物半導体基板上に第１の導電層を形成し、
前記第２の化合物半導体層上に第２の導電層を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２４】
化合物半導体基板の表面に凹凸を有する層を形成し、
前記凹凸を有する層の上に第１の化合物半導体層を形成し、
前記第１の化合物半導体層上に第２の化合物半導体層を形成し、
熱処理を行うことにより、前記化合物半導体基板に含まれる元素を前記第１の化合物半導体層中又は前記第２の化合物半導体層中に拡散させ、
前記化合物半導体基板上に第１の導電層を形成し、
前記第２の化合物半導体層上に第２の導電層を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２５】
請求項２４において、
前記凹凸を有する層は、前記化合物半導体基板を表面処理することによって形成されることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２６】
請求項２３乃至請求項２５において、
前記第２の化合物半導体層と前記第２の導電層との間に誘電体層を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２７】
請求項２３乃至請求項２６のいずれか一項において、
前記第１の化合物半導体層として、第２族又は第１２族の元素と、第１６族の元素と、を含む化合物である母体材料と、発光中心である不純物元素と、を含む層を用い、
前記第２の化合物半導体層として、カルコパイライト化合物を用いることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２８】
請求項２７において、
前記母体材料として、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、又は硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）のいずれか一を用い、
前記不純物元素として、マンガン（Ｍｎ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、塩素（Ｃｌ）、又はフッ素（Ｆ）のいずれか一を用いることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項２９】
請求項２３乃至請求項２８のいずれか一項において、
前記第１の化合物半導体層に、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、又はアンチモン（Ｓｂ）のいずれか一を導入することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項３０】
請求項１８又は請求項２５において、
前記表面処理は、硫酸と過酸化水素水との混合溶液、オルトリン酸と過酸化水素水との混合溶液、水酸化ナトリウム水溶液、クエン酸水溶液、臭素とエタノールとの混合溶液、塩酸とオルトリン酸との混合溶液、又は塩酸と硝酸との混合溶液で処理することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項３１】
請求項１６乃至請求項３０のいずれか一項において、
前記化合物半導体基板として、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、又はＩｎＰ基板を用いることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項３２】
請求項１６乃至請求項３１のいずれか一項において、
前記化合物半導体基板として、ｐ型の化合物半導体基板を用いることを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項３３】
請求項１６乃至請求項３２のいずれか一項において、
前記熱処理として、レーザー光を照射することを特徴とする発光素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子及びその作製方法に関し、特に化合物半導体基板上に発光層として機能する化合物半導体層を設ける発光素子及びその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化合物半導体基板上に異種の化合物半導体が作製された素子は、発光ダイオード、フォトダイオード、太陽電池、半導体レーザー、高速トランジスタなど幅広く用いられている。また、高電界印加型のＥＬデバイスにおいても化合物半導体基板を用いることで良好な結晶が得られ、高輝度な薄膜型無機ＥＬデバイスを得ることが出来る。
【０００３】
しかし、化合物半導体基板上へ化合物半導体層を形成する場合、格子定数や熱膨張係数の違いにより、界面準位が形成されたり、熱プロセスによる半導体界面付近で相互拡散が生じたりするため、注入されたキャリアがトラップされ良好な結晶性を得ることは困難である。従って、単純な積層構造で良好な結晶性を得ることは、非常に難しい状況である。
【０００４】
これを解決するために、例えば、第１３族の元素と第１５族の元素を含む化合物半導体基板と当該化合物半導体基板上に形成する第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物半導体層との間に、緩和（バッファ）層を用いることや、成膜後のアニール処理を行う等の研究が行われている。
【０００５】
また、化合物半導体基板上へ多孔質半導体層の形成や有機物層をバッファ層として用いることで界面準位の低減、低コスト、製造の簡便さを考えた作製プロセスも検討されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−１５６３２１号公報
【特許文献２】特開２００３−８６５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明は、化合物半導体基板とその上に形成される成膜層との界面準位や相互拡散の影響を問題と捉えず、成膜層へ積極的に拡散させることを利用する新規な発光素子及びその作製方法を提供することを目的とする。また、現状の発光素子よりも低抵抗化、高輝度を実現した発光素子及びその作製方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光素子は、化合物半導体基板上に設けられた、第１の導電層及び化合物半導体層と、化合物半導体層上に設けられた第２の導電層とを有し、化合物半導体層に、化合物半導体基板と同一の元素が含まれていることを特徴としている。また、化合物半導体層中に含まれる元素は、化合物半導体基板上に発光層として機能する化合物半導体層を形成した後に、熱処理等を行うことによって化合物半導体基板に含まれる元素が化合物半導体層へ拡散したものである。
【０００８】
本発明の発光素子は、化合物半導体基板上に設けられた、第１の導電層及び化合物半導体層と、化合物半導体層上に設けられた誘電体層と、誘電体層上に設けられた第２の導電層とを有し、化合物半導体層に、化合物半導体基板と同一の元素が含まれていることを特徴としている。
【０００９】
上記構成において、化合物半導体層は、第２族又は第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と発光中心である不純物元素を有していることを特徴としている。
【００１０】
また、上記構成において、化合物半導体層は複数の層を積層させて設けることができる。
【００１１】
本発明の発光素子の作製方法は、化合物半導体基板上に化合物半導体層を形成し、熱処理を行うことにより、化合物半導体基板の元素を前記化合物半導体層に拡散させ、化合物半導体基板上に第１の導電層を形成し、化合物半導体層上に第２の導電層を形成することを特徴としている。
【００１２】
本発明の発光素子の作製方法は、化合物半導体基板に化学処理等を行うことにより表面に凹凸を有する層を形成し、凹凸が形成された化合物半導体基板の表面に化合物半導体層を形成し、熱処理を行うことにより、化合物半導体基板の元素を化合物半導体層に拡散させ、化合物半導体基板上に第１の導電層を形成し、化合物半導体層上に第２の導電層を形成することを特徴としている。凹凸を有する層は、表面の粗さを増加させるものであり、化合物半導体基板と化合物半導体層との密着性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の発光素子の作製方法は、上記構成において化合物半導体層と第２の導電層との間に誘電体層を形成することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の発光素子の作製方法は、上記構成において第２族又は第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と発光中心である不純物元素を含む層を化合物半導体層として用いることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の発光素子の作製方法は、上記構成において化合物半導体層を複数の層を積層させて設けることができる。
【発明の効果】
【００１６】
化合物半導体基板上に形成された成膜層へ当該化合物半導体基板の元素を拡散させることによって、成膜層に新たなエネルギー準位を形成し、成膜層へのキャリアの移動速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の発光素子及びその作製方法の一例に関して図面を参照して説明を行う。
【００１９】
本実施の形態で示す発光素子は、化合物半導体基板１０１上に設けられた化合物半導体層１０２を有し、当該化合物半導体基板１０１と電気的に接続した第１の導電層１０３と、化合物半導体層１０２と電気的に接続された第２の導電層１０４とを有している。ここでは、化合物半導体基板１０１上に第１の導電層１０３を設け、化合物半導体層１０２上に第２の導電層１０４を設けた例を示す。
【００２０】
まず、化合物半導体基板１０１を用意する（図１（Ａ））。化合物半導体基板１０１としては、例えば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等を用いることができる。また、ｐ型の化合物半導体を基板として用いる。なお、化合物半導体基板１０１にあらかじめ化学処理等の表面処理を行うことによって、表面に凹凸を有する層を形成しておいてもよい。
【００２１】
例えば、化合物半導体基板１０１としてｐ型のＧａＡｓ基板を用いた場合、硫酸と過酸化水素水と水との混合溶液の化学処理を施すことにより表面に凹凸を有する層を形成することができる。この時の混合溶液中の硫酸と過酸化水素水と水の体積比は、３〜８：１：１、好ましくは、３〜４：１：１とする。また、化学処理温度は２０℃〜８０℃、好ましくは、７０℃〜８０℃の条件下で行う。
【００２２】
他にも、ＧａＡｓ基板の化学処理として、上述した混合溶液の他に、アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液、オルトリン酸と過酸化水素水との混合溶液、水酸化ナトリウム水溶液、クエン酸水溶液とエタノールとの混合溶液、又は臭素とエタノールの混合溶液等を用いて行ってもよい。
【００２３】
また、化合物半導体基板１０１としてＧａＰ又はＩｎＰを用いた場合には、化学処理に臭素とエタノールとの混合溶液、塩酸、塩酸とオルトリン酸の混合溶液、又は塩酸と硝酸の混合溶液等を用いることができる。
【００２４】
なお、凹凸を有する層は、上述の化学処理によって形成されるものに限定されず、エッチング等の表面処理を施すことによって形成することも可能である。
【００２５】
ここでは、化合物半導体基板１０１としてｐ型のＧａＡｓ基板を用い、当該ＧａＡｓ基板に化学処理を行うことにより化合物半導体基板１０１の表面に凹凸を有する層１０５を形成した例を示す。
【００２６】
次に、化合物半導体基板１０１上に電子ビーム蒸着法を用いて発光材料となる化合物半導体層１０２を形成する（図１（Ｂ））。電子ビーム蒸着法の蒸着速度は、０．１〜２０ｎｍ／ｓ、好ましくは０．５〜２ｎｍ／ｓで行う。また、化合物半導体層１０２の膜厚は、１００〜２０００ｎｍ、好ましくは３００〜１０００ｎｍに形成する。蒸着時の基板温度は、１５０℃〜３００℃、好ましくは２００℃〜２５０℃とする。
【００２７】
また、電子ビーム蒸着法の他に、抵抗加熱法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、又は分子線蒸着法（ＭＢＥ）法等を用いて化合物半導体層１０２を形成してもよい。
【００２８】
化合物半導体層１０２は、第２族又は第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物、第１３族の元素と第１５族の元素を含む化合物、又は第２族の元素と第１３族の元素と第１６族の元素を含む化合物である母体材料と、発光中心である不純物元素を含む層で形成することができる。
【００２９】
母体材料は、第２族又は第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物としては、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等、第１３族の元素と第１５族の元素を含む化合物としては、窒化ガリウム（ＧａＮ）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等、第２族の元素と第１３族の元素と第１６族の元素を含む化合物としては、アルミ硫化バリウム（ＢａＡｌ２Ｓ４）、又はガリウム硫化カルシウム（ＣａＧａ２Ｓ４）等を用いることができる。
【００３０】
不純物元素としては、マンガン（Ｍｎ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、塩素（Ｃｌ）、又はフッ素（Ｆ）の少なくともいずれか一種を含んでいる。なお、母体材料に対する不純物元素のモル濃度は、０．１〜２０ｍｏｌ％、好ましくは、０．５〜１０ｍｏｌ％とする。
【００３１】
また、化合物半導体層１０２に、第１１族元素（例えば、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等）、第１３族−第１５族元素（例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、又はアンチモン（Ｓｂ）等）又は第１４族元素（例えば、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、又はゲルマニウム（Ｇｅ）等）を固相反応等によりあらかじめドーピングして用いてもよい。これらの元素を化合物半導体層１０２にドーピングすることによって、結晶系の変化を誘起させることができる。なお、化合物半導体層１０２に対するドーピングする材料のモル濃度は、０．１〜５０ｍｏｌ％、好ましくは、０．５〜１０ｍｏｌ％とする。
【００３２】
化合物半導体層１０２を設けた後、熱処理を行う（図１（Ｃ））。ここでは、オーブン、電気炉、又は石英管を用い、窒素（Ｎ２）とＡｒを含む雰囲気下で、５５０℃〜８００℃、好ましくは６００℃〜７００℃でアニールする。アニールの時間は３０分〜１２時間、好ましくは１〜４時間で行う。なお、他にも、レーザー光を照射することにより熱処理を行ってもよい。
【００３３】
熱処理によって、化合物半導体基板１０１から成膜層（ここでは、化合物半導体層１０２）へ化合物半導体基板１０１の元素が拡散する。その結果、化合物半導体層１０２には新たなエネルギー準位が形成される。その結果、化合物半導体基板１０１から化合物半導体層１０２へのキャリアの注入が改善され、化合物半導体層１０２に形成された新たなエネルギー準位へのエネルギー移動が起こる確率が増加し発光効率が向上する。また、この際、化合物半導体基板１０１に凹凸を有する層１０５を設けておくことによって密着性が向上するため、より顕著に化合物半導体基板１０１から化合物半導体層１０２へ拡散させ、より多くのエネルギー準位を形成することができる。
【００３４】
一般的に、第２族又は第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物半導体（例えば、ＺｎＳ、ＣａＳ、又はＳｒＳ）は、自己補償効果のため、低抵抗かつｐ型の化合物半導体層の形成は困難である。しかし、本発明では、ｐ型の化合物半導体基板（例えば、ＧａＡｓ基板）から当該化合物半導体基板の元素を積極的に化合物半導体層へ拡散させて新たなエネルギー準位を形成することにより、第２族又は第１２族の元素と第１６族の元素を含む化合物半導体層の抵抗を下げ、キャリアの移動速度を向上させることができる。
【００３５】
また、第１３族の元素と第１５族の元素を含む化合物（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＮ）又は第２族の元素と第１３族の元素と第１６族の元素を含む化合物（例えば、ＢａＡｌ２Ｓ４、ＣａＧａ２Ｓ４、ＳｒＧａ２Ｓ４）を、化合物半導体基板１０１上に形成する場合、化合物半導体基板１０１と化合物半導体層１０２との格子定数の違いにより欠陥準位が多く存在するが、凹凸を有する層１０５が化合物半導体基板１０１と化合物半導体層１０２の中間層の役割を果たし、欠陥準位の低減した化合物半導体層１０２を形成することができる。
【００３６】
次に、化合物半導体基板１０１と電気的に接続する第１の導電層１０３と、化合物半導体層１０２と電気的に接続する第２の導電層１０４を形成する（図１（Ｄ））。ここでは、化合物半導体基板１０１上に第１の導電層１０３を形成し、化合物半導体層１０２上に第２の導電層１０４を形成する。
【００３７】
第１の導電層１０３としては、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、又はＭＢＥ法等を用いて、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）等を１００〜５００ｎｍで形成することができる。
【００３８】
第２の導電層１０４としては、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、又はＭＢＥ法等を用いて、透光性を有する導電材料で１００〜５００ｎｍとなるように形成する。透光性を有する導電材料として、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等により形成することができる。
【００３９】
以上の工程により発光素子を形成することができる。図１に示した発光素子は、直流駆動型の発光素子とすることができる。この場合、第１の導電層１０３を陽極として用い、第２の導電層を陰極として用いる。
【００４０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる発光素子に関して図面を参照して説明する。
【００４１】
本実施の形態で示す発光素子は、化合物半導体基板１０１上に形成された第１の化合物半導体層１０２と、当該第１の化合物半導体層１０２上に形成された第２の化合物半導体層１０６と、化合物半導体基板１０１と電気的に接続した第１の導電層１０３と、第２の化合物半導体層１０６と電気的に接続された第２の導電層とを有している（図２（Ａ））。これは、図１（Ｄ）で示した構造において、化合物半導体層１０２と第２の導電層１０４との間に第２の化合物半導体層１０６を設けた構造となっている。また、化合物半導体層は３層以上積層させて設けてもよい。
【００４２】
第２の化合物半導体層１０６としては、第１族の元素と第１３族の元素と第１６族の元素の化合物（例えば、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＩｎＳ２、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＧａＳ２、又はＡｇＩｎＳ２等）、又は第１２族の元素と第１４族の元素と第１５族の元素の化合物（ＺｎＳｉＰ２又はＺｎＧｅＰ２等）のカルコパイライト化合物を用いることができる。
【００４３】
また、第２の化合物半導体層１０６に、第１１族元素（例えば、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等）、第１３族−第１５族元素（例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、又はアンチモン（Ｓｂ）等）又は第１４族元素（例えば、炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、又はゲルマニウム（Ｇｅ）等）を固相反応等によりあらかじめドーピングして用いてもよい。これらの元素を化合物半導体層１０２にドーピングすることによって、結晶系の変化を誘起させることができる。なお、化合物半導体層１０６に対するドーピングする材料のモル濃度は、０．１〜５０ｍｏｌ％、好ましくは、０．５〜１０ｍｏｌ％とする。
【００４４】
なお、化合物半導体基板１０１、第１の化合物半導体層１０２、第１の導電層１０３、第２の導電層１０４は、上記実施の形態で示した材料や作製方法を用いることができる。
【００４５】
また、図２（Ａ）に示す構造では、化合物半導体基板１０１上に第１の化合物半導体層１０２及び第２の化合物半導体層を積層して形成した後、熱処理を行う。従って、化合物半導体基板１０１から成膜層（ここでは、第１の化合物半導体層１０２と第２の化合物半導体層の一方又は両方）へ化合物半導体基板１０１の元素が拡散する。その結果、化合物半導体層１０２と第２の化合物半導体層には新たなエネルギー準位が形成される。その結果、化合物半導体基板１０１から成膜層へのキャリアの注入が改善され、成膜層に形成された新たなエネルギー準位へのエネルギー移動が起こる確率が増加し発光効率が向上する。
【００４６】
また、図２（Ａ）に示した構造の他にも、化合物半導体基板１０１上に第２の化合物半導体層１０６を形成し、その上に第１の化合物半導体層１０２を形成した構造とすることも可能である（図２（Ｂ））。この場合、第１の化合物半導体層１０２上に第２の導電層を形成する。
【００４７】
また、第１の化合物半導体層１０２を設けずに化合物半導体基板１０１上に第２の化合物半導体層１０６を形成し、当該化合物半導体層１０６上に第２の導電層１０４を形成した構造とすることも可能である（図２（Ｃ））。
【００４８】
以上の工程により発光素子を形成することができる。図１に示した発光素子は、直流駆動型の発光素子とすることができる。この場合、第１の導電層１０３を陽極として用い、第２の導電層を陰極として用いる。
【００４９】
本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる発光素子に関して図面を参照して説明する。
【００５１】
本実施の形態で示す発光素子は、化合物半導体基板１０１上に設けられた化合物半導体層１０２と、当該化合物半導体層１０２上に設けられた誘電体層１１０を有し、当該化合物半導体基板１０１と電気的に接続された第１の導電層１０３と、誘電体層１１０と電気的に接続された第２の導電層とを有している（図３（Ａ））。これは、図１（Ｃ）で示した構造において、化合物半導体層１０２と第２の導電層１０４との間に誘電体層１１０を設けた構造となっている。
【００５２】
誘電体層１１０は、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、又はＭＢＥ法等によって、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、又はＹ２Ｏ３等の単層又は積層構造で３００ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚で形成する。
【００５３】
誘電体層１１０を化合物半導体層１０２と第２の導電層１０４との間に設けることによって、交流駆動が可能となる。
【００５４】
また、他にも、図２（Ａ）で示した構造において第２の化合物半導体層１０６と第２の導電層１０４との間に誘電体層１１０を設けた構造としてもよいし（図３（Ｂ））、図２（Ｂ）で示した構造において第１の化合物半導体層１０２と第２の導電層１０４との間に誘電体層１１０を設けた構造としてもよいし（図３（Ｃ））、図２（Ｃ）で示した構造において第２の化合物半導体層１０６と第２の導電層１０４との間に誘電体層１１０を設けた構造としてもよい（図３（Ｃ））。
【００５５】
図３に示した発光素子は、交流駆動型の発光素子とすることができる。
【００５６】
本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【００５７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について図４を用いて説明する。なお、図４（Ａ）は上面図を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＡ−Ｂ間の断面図を示している。
【００５８】
図４において、化合物半導体基板２０１には、第１の導電層２０３と化合物半導体層２０２が設けられている。また、化合物半導体層２０２上には、第２の導電層が設けられている。なお、化合物半導体基板２０１、化合物半導体層２０２、第１の導電層２０３、第２の導電層２０４は、上記実施の形態で示したものを用いることができる。
【００５９】
化合物半導体層２０２は、第１の導電層２０３に囲まれて設けられている。図４に示した表示素子を有する発光装置は、直流で駆動することができる。なお、上記実施の形態で示したように、化合物半導体層２０２と第２の導電層２０４の間に誘電体層を設け交流駆動としてもよい。また、化合物半導体層２０２を積層して設けてもよい。
【００６０】
次に、本実施の形態で示した発光装置の使用形態の一例を図５に示す。
【００６１】
図５は、本発明の発光素子を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図５に示す電気スタンドは、筐体２００１と、光源２００２を有し、光源２００２として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は、高輝度の発光が可能であるため、細かい作業をする場合など、手元を明るく照らすことが可能である。
【００６２】
本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。
【００６３】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態４と異なる発光装置について図６を用いて説明する。なお、図６（Ａ）は上面図を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＡ−Ｂ間の断面図を示している。
【００６４】
本実施の形態で示す発光装置は、トランジスタ等の駆動用の素子を設けずに発光素子を駆動させる発光装置である。
【００６５】
図６において、化合物半導体基板２１１には、化合物半導体層２１２と第１の導電層２１３が設けられている。また、化合物半導体層２１２の端部と第１の導電層２１３を覆うように絶縁膜２１８が設けられており、当該絶縁膜２１８を覆うように選択的に第２の導電層２１４が設けられている。第２の導電層２１４は、化合物半導体層２１２上に接するように形成する。また、第１の導電層２１３は、化合物半導体層２１２を囲むように形成する。なお、化合物半導体基板２１１、化合物半導体層２１２、第１の導電層２１３、第２の導電層２１４は、上記実施の形態で示したものを用いることができる。
【００６６】
ここでは、縦３×横３の画素を示しており、第１の方向（図面縦方向）に第１の導電層２１３が電気的に接続されて設けられており、第２の方向（図面横方向）に第２の導電層２１４が電気的に接続されて設けられている。
【００６７】
図６に示した表示素子を有する発光装置は、直流で駆動することができる。なお、上記実施の形態で示したように、化合物半導体層２１２と第２の導電層２１４の間に誘電体層を設け交流駆動としてもよい。また、化合物半導体層２１２を積層して設けてもよい。
【００６８】
次に、本実施の形態で示した発光装置の使用形態の一例を図７に示す。
【００６９】
本実施の形態の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図７に示す。
【００７０】
図７（Ａ）は本実施の形態の発光装置を用いて製造されたテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、本実施の形態で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態の発光装置を用いて製造されたテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【００７１】
図７（Ｂ）は本実施の形態の発光装置を用いて製造されたコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングマウス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、本実施の形態で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態の発光装置を用いて製造されたコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、携帯時の外部からの衝撃にも高耐性の表示部を有しているコンピュータを提供することができる。
【００７２】
図７（Ｃ）は本実施の形態の発光装置を用いて製造された携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、本実施の形態で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態の発光装置を用いて製造された携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯時の外部からの衝撃にも高耐性の表示部を有している製品を提供することができる。
【００７３】
図７（Ｄ）は本実施の形態の発光装置を用いて製造されたカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、本実施の形態で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低く、外部からの衝撃等による短絡を防止することができるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化が低減され、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本実施の形態の発光装置を用いて製造されたカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯時の外部からの衝撃にも高耐性の表示部を有している製品を提供することができる。
【００７４】
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の発光素子の一例を示す図。
【図２】本発明の発光素子の一例を示す図。
【図３】本発明の発光素子の一例を示す図。
【図４】本発明の発光素子を用いた発光装置の一例を示す図。
【図５】本発明の発光素子を用いた発光装置の使用形態の一例を示す図。
【図６】本発明の発光素子を用いた発光装置の一例を示す図。
【図７】本発明の発光素子を用いた発光装置の使用形態の一例を示す図。
【符号の説明】
【００７６】
１０１    化合物半導体基板
１０２    化合物半導体層
１０３    導電層
１０４    導電層
１０５    凹凸を有する層
１０６    化合物半導体層
１１０    誘電体層
２０１    化合物半導体基板
２０２    化合物半導体層
２０３    導電層
２０４    導電層
２１１    化合物半導体基板
２１２    化合物半導体層
２１３    導電層
２１４    導電層
２１８    絶縁膜
２００１    筐体
２００２    光源
９１０１    筐体
９１０２    支持台
９１０３    表示部
９１０４    スピーカー部
９１０５    ビデオ入力端子
９２０１    本体
９２０２    筐体
９２０３    表示部
９２０４    キーボード
９２０５    外部接続ポート
９２０６    ポインティングマウス
９４０１    本体
９４０２    筐体
９４０３    表示部
９４０４    音声入力部
９４０５    音声出力部
９４０６    操作キー
９４０７    外部接続ポート
９４０８    アンテナ
９５０１    本体
９５０２    表示部
９５０３    筐体
９５０４    外部接続ポート
９５０５    リモコン受信部
９５０６    受像部
９５０７    バッテリー
９５０８    音声入力部
９５０９    操作キー
９５１０    接眼部
【図１】
2007266599.tif 000003
【図２】
2007266599.tif 000004
【図３】
2007266599.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007266599.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007266599.tif 000009