半导体发光元件及其制造方法

摘要

本发明对于藉由电流之注入而发光之活性层(5)系由带隙比该活性层(5)为大之材料形成之n型遮盖层(4)及p型遮盖层(6)将其挟持的构造，例如用CdxZn1-xO(O≦x＜l)形成活性层(5)。又遮盖层(4)、(6)如以MgyZn1-yO(O≦y< l)形成则更佳。由此可图得ZnO材料之挟带隙化，对于以遮盖层挟持活性层之蓝色系的发光二极体及雷射二极体等之半导体发光元件的活性层及遮盖层之材料能实施湿蚀刻，能采用处理操作容易及结晶性优良之氧化物半导体，因而能制成发光特性优良之蓝色系的半导体发光元件。

主权项

1.一种半导体发光元件,系具备基数,以及设在该基 板上之以带隙比藉由电流注入而发光之活性层为 大的材料所形成之n型及p型遮盖层挟持该活性层 之发光层形成部的半导体发光元件,而前述活性层 系由至少含有Cd及Zn之一方的氧化物化合物半导体 所形成。2.如申请专利范围第1项之半导体发光元 件,其中前述遮盖层系用ZnO系氧化物化合物半导体 形成。3.如申请专利范围第1项之半导体发光元件, 其中前述遮盖层系III族氮化物化合物半导体。4. 如申请专利范围第1项之半导体发光元件,其中前 述活性层系CdxZn1-xO(0≦x<1)。5.一种半导体发光元 件,系具备藉由电流注入而发光之活性层,以及以 带隙比该活性层为大的材料所形成之由两面挟持 前述活性层之遮盖层的半导体发光元件,而前述遮 盖层系由含有Zn或Mg与Zn之氧化物化合物半导体所 形成。6.如申请专利范围第5项之半导体发光元件, 其中前述遮盖层系MgyZn1-yO(0≦y<1)。7.如申请专利 范围第1或第5项之半导体发光元件,其中积层有前 述遮盖层及活性层之基板系从将GaN、SiC形成在其 表面之Si、单结晶SiC、蓝宝石的群中选出的一种 。8.如申请专利范围第1项或第5项之半导体发光元 件,其中前述活性层系单一量子井构造或多重量子 井构造。9.一种半导体雷射,具备藉由电流注入而 发光的活性层,以及以带隙比该活性层为大的材料 所形成之由两面挟持前述活性层之n型及p型的遮 盖层,而前述活性层系以CdxZn1-xO(0≦x<1)形成,前述 遮盖层系以MgyZn1-yO(0≦y<1)形成,并形成有内部电流 狭窄层。10.一种ZnO化合物半导体之狭带隙化方法, 系藉由固溶化CdO与ZnO使其成为一般式以CdxZn1-xO(0 ≦x<1)所表示的混合结晶以减小ZnO的带隙。11.如申 请专利范围第1项之半导体发光元件,其中前述活 性层系藉由CdxZn1-x O (0≦x<1)之表体层或CdxZn1-xO(0≦ x<1)之组成调变而构成之量子井构造所形成,而在 前述活性层之n型遮盖层侧及p型遮盖层侧之至少 一方侧,用带隙比前述活性层为大,并且其组成材 料的晶格常数大致与位于前述至少一方侧之活性 层的最外侧之组成材料相同的材料以接触前述活 性层的状态形成应力缓和层。12.如申请专利范围 第11项之半导体发光元件,其中前述应力缓和层系 以MgwZn1-wO(0≦w<1)形成,前述遮盖层系以含有Mg及Zn 之氧化物化合物半导体形成。13.一种半导体雷射, 具备藉由电流注入而发光之活性层,以及以带隙比 该活性层为大的材料所形成之从两面挟持前述活 性层之n型及p型遮盖层,而前述活性层系藉由CdxZn1- xO(0≦x<1)之组成调变而构成之量子井构造所形成, 并在前述活性层之n型遮盖层侧及p型遮盖层侧之 至少一方侧以接触前述活性层的状态设置用MgwZn1- wO(0≦w<1)形成且其组成的晶格常数系与位于前述 至少一方侧之活性层之最外侧之组成大致相等的 应力缓和层。14.如申请专利范围第13项之半导体 雷射,其中前述遮盖层系由MgyZn1-yO(0≦y<1)形成,前 述应力缓和层与前述n型或p型遮盖层之间设有光 导引层。15.如申请专利范围第4项之半导体发光元 件,其中前述活性层与上部遮盖层之间至少在前述 活性层侧设有低温ZnO层。16.如申请专利范围第15 项之半导体发光元件,其中前述低温ZnO层形成100至 1000的厚度。17.一种ZnO系化合物半导体发光元件 的制造方法,系以ZnO系化合物半导体所形成之遮盖 层挟持含Cd之由ZnO系化合物半导体所形成之活性 层之ZnO系化合物半导体发光元件的制法,而以成长 含有Cd之由ZnO系化合物半导体所形成的活性层后, 以与该活性层之成长温度相同程度的低温成长以 ZnO形成的Cd之蒸发防止层,接着以高温成长ZnO系化 合物半导体层为其特征。18.一种半导体发光元件, 具备蓝宝石基板,设在该蓝宝石基板上之由Al2O3膜 所形成的缓冲层,以及设在该缓冲层上之由ZnO系化 合物半导体所形成之至少含有n型层与p型层以形 成发光层之发光层形成部。19.如申请专利范围第 18项之半导体发光元件,其中前述发光层形成部具 有以MgyZn1-yO(0≦y<1)所形成之n型及p型之遮盖层挟 持由CdxZn1-xO(0≦x<1)所形成之活性层的双混杂接合 构造。20.一种半导体发光元件的制造方法,其特征 为:首先于蓝宝石基板上以低温堆积形成Al2O3膜,接 着将该蓝宝石基板的温度提高至能结晶成长的温 度,然后成长形成由ZnO系化合物半导体所形成之含 有第1导电型层及第2导电型层以构成发光层的发 光层形成部。21.一种半导体发光元件,具备基板、 以及设在该基板上之由氧化物化合物半导体层所 形成之包含发光层形成部的半导体积层部,而在前 述基板的表面以比前述半导体积层部之半导体层 之成长温度为低的温度设置作为缓冲层之含有Zn 的氧化物薄膜,而使之介于前述基板与前述半导体 积层部之间。22.如申请专利范围第21项之半导体 发光元件,其中前述缓冲层系于100至300℃之间,用 MBE法、MOCVD法,或电浆CVD法形成20至200nm的厚度。23. 一种半导体发光元件的制造方法,其特征为:首先 于基板上用溅镀法、真空蒸着法、或雷射烧蚀法 以非晶质或多结晶成膜形成含有Zn的氧化物薄膜, 接着将前述基板置入半导体层之磊晶成长装置并 将基板温度提高至成长温度,其后积层形成氧化物 化合物半导体层以形成发光层形成部。24.一种半 导体发光元件,由基板、以及设在该基板上包含由 化合物半导体层所形成之n型层及p型层以形成发 光层之发光层形成部的半导体积层部所构成,并于 前述基板与前述半导体积层部之间设置其热膨胀 系数比前述半导体积层部之最小层之磊晶成长层 之热膨胀系数为大,并且比前述基板之热膨胀系数 为小的材料所形成之缓冲层。25.如申请专利范围 第24项之半导体发光元件,其中前述基板系用蓝宝 石基板形成,前述最下层磊晶成长层系由ZnO系化合 物半导体所形成,而前述缓冲层系纤锌矿构造之化 合物半导体。26.如申请专利范围第25项之半导体 发光元件,其中前述缓冲层系AlpGa1-pN(0≦p≦1)。27. 一种半导体发光元件,具备基板、用折射率不同之 介电体膜或半导体膜以/(4n)(n为介电体膜或半导 体膜之折射率,为发光波长)的厚度,并系以折射 率小的层至折射率大的层之顺序于前述基板上交 互积层成偶数层而形成之用以反射来自该基板之 表面侧之光的反射膜,以及于该反射膜上积层半导 体层以形成发光层之半导体积层部。28.如申请专 利范围第27项之半导体发光元件,其中于前述反射 膜上设有由含Zn之氧化物所形成并以低温形成之 缓冲层,并于该缓冲层上积层氧化物半导体以形成 前述半导体积层部。29.如申请专利范围第28项之 半导体发光元件,其中前述缓冲层系用溅镀法、真 空蒸着法、或雷射烧蚀法将含有Zn之氧化物薄膜 以非晶质或多结晶成膜而形成,而于该缓冲层上积 层ZnO系化合物半导体以形成前述半导体积层部。 30.一种ZnO系化合物半导体发光元件,系具备基板、 以及设在该基板上之含有至少包括n型层之ZnO系化 合物半导体之积层以形成发光层之发光层形成部 的ZnO系化合物半导体元件,而设成接触前述ZnO系化 合物半导体之n型层之n侧电极,其接触该n型层的部 分系不含Al而由Ti或Cr所形成。31.如申请专利范围 第30项之半导体发光元件,其中于前述不含Al之Ti或 Cr之层上设有含Ti与Al之层。32.如申请专利范围第 31项之半导体发光元件,其中于形成包含Ti与Al之层 后系藉由退火处理而使该Ti与Al合金化。33.一种p 型ZnO系化合物半导体之成长方法,系于磊晶成长形 成ZnO系化合物半导体之际,以VIIB族之元素作为缓 冲剂导入同时以IA族之元素作为p型掺剂导入,而磊 晶成长形成ZnO系化合物半导体。34.如申请专利范 围第33项之p型ZnO系化合物半导体的成长方法,其中 前述IA族之元素系使用由Li、Na、K及Rb群中之至少 一种元素,而前述VIIB族之元素则使用F、Cl、Br及I 群中之至少一种元素。35.如申请专利范围第33项 之p型ZnO系化合物半导体的成长方法,其中前述所 导入之IA族元素的克分子数比前述VIIB族元素之克 分子数为大。36.一种p型ZnO系化合物半导体之成长 方法,系于磊晶成长形成ZnO系化合物半导体之际, 以IIIB族之元素作为缓冲剂导入同时以VB族之元素 作为p型掺剂导入,而磊晶成长形成ZnO系化合物半 导体。37.如申请专利范围第36项之p型ZnO系化合物 半导体的成长方法,其中前述VB族之元素使用由N、 P、As及Sb群中之至少一种元素,而前述IIIB族元素使 用由B、Al、Ga、In及T1群中之至少一种元素。38.如 申请专利范围第36项之p型ZnO系化合物半导体的成 长方法,其中前述所导入之VB族元素克分子数比前 述IIIB族元素之克分子数为大。39.一种半导体发光 元件,系具备基板、以及以设在该基板上之ZnO系化 合物半导体层所形成的n型层与p型层形成发光层 之发光层形成部的半导体发光元件,而前述p型层 含有能当作n型掺剂的元素作为其缓冲剂。40.一种 p型化合物半导体之气相成长方法,系用MOCVD法磊晶 成长p型化合物半导体层之方法,其系交互重复进 行将成长形成化合物半导体层之反应气体导入成 长装置内以成长该半导体之薄膜的工序,及导入p 型掺剂气体以进行掺入杂质的工序以成长p型半导 体层。41.如申请专利范围第40项之p型化合物半导 体之气相成长方法,其中于成长前述半导体层之薄 膜的工序后,消除成长前述半导体层之反应气体, 然后导入前述掺剂气体而进行杂质的掺入。42.如 申请专利范围第40项之p型化合物半导体之气相成 长方法,其中用于成长前述半导体层之反应气体只 采用有机金属材料。43.如申请专利范围第41项之p 型化合物半导体之气相成长方法,其中清除前述反 应气体时,系由导入氮素或O族之惰性气体于前述 成长装置内而进行。44.一种p型化合物半导体之气 相成长方法,系使用MOCVD法磊晶成长形成p型化合物 半导体层之方法,其所使用之p型掺剂气体为采用 该掺剂之元素不与氢原子直接结合之构造的材料 。45.一种氧化物化合物半导体之结晶成长方法,系 将掺剂元素及将氧以电浆状态导入以在基板上结 晶成长氧化物化合物半导体的方法,其特征为:将 前述电浆中发生之带电粒子除去或使其偏向,使前 述带电粒子不直接照射在前述基板上而在前述基 板上结晶成长氧化物化合物半导体。46.如申请专 利范围第45项之氧化物化合物半导体之结晶成长 方法,其中前述电荷粒子之除去或偏向系藉由施加 电场及/或磁场而进行,而使前述氧化物化合物半 导体结晶成长为ZnO系化合物半导体。47.一种氧化 物化合物半导体之成长装置,具备主容室、设在该 主容室内之基板保持部、设成向着保持在该基板 保持部之基板而能照射构成化合物半导体之元素 之源室群、以及含有照射电浆之电浆源,而至少设 有对前述电浆源之照射电浆的照射口施加电场及/ 或磁场之电磁场施加装置。48.一种ZnO系化合物半 导体发光元件,具备基板、以及设在该基板上之以 ZnO系化合物半导体层之积层形成发光层之发光层 形成部,而前述ZnO系化合物半导体层含有C元素。49 .如申请专利范围第48项之半导体发光元件,其中前 述C元素系采用于成长ZnO系化合物半导体层之际用 作Zn材料之有机金属化合物中之C。50.一种ZnO系化 合物半导体发光元件之制造方法,系于制造基板上 积层形成ZnO系化合物半导体层以形成发光之ZnO系 化合物半导体发光元件的制造方法,其特征为:对 前述基板的表面照射作为前述ZnO系化合物之Zn材 料之Zn的有机金属化合物,同时使其于该基板表面 起反应而将前述ZnO系化合物半导体磊晶成长于前 述基板上。51.一种半导体雷射,具备基板、设在该 基板上之由第1导电型半导体所形成之第1遮盖层 、设在该第1遮盖层上之活性层、设在该活性层上 之由第2导电型半导体所形成之第2遮盖层、以及 设在该第2遮盖层之内部或其近傍之电流狭窄层, 而前述电流狭窄层系由掺入IA族或VB族之元素之ZnO 系化合物半导体所形成。52.如申请专利范围第51 项之半导体雷射,其中前述第1遮盖层、活性层、 及第2遮盖层系由ZnO系或GaN系化合物半导体所形成 。53.如申请专利范围第51项之半导体雷射,其中前 述电流狭窄层系由MgzZn1-z O(0≦z<1)所形成。54.一种 半导体雷射,具备基板、设在该基板上之由第1导 电型半导体所形成之第1遮盖层、设在该第1遮盖 层上之活性层、设在该活性层上之由第2导电型半 导体所形成之第2遮盖层、以及设在该第2遮盖层 之内部或其近傍之由MgzZn1-zO(0≦z<1)所形成之电流 狭窄层,而前述电流狭窄层之前述基板侧设有由 CdsZn1-sO(0