DE112006002192T5 - Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, Lichtemissionsvorrichtung und Lichtemissionsmaterial - Google Patents

Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, Lichtemissionsvorrichtung und Lichtemissionsmaterial Download PDF

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Hiroya Inaoka
Masayuki Ichiyanagi
Nobuhiko Sawaki
Yoshio Honda
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Abstract

Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, mit:
einem einkristallinen Substrat; und
einer orientierten mikrokristallinen Schicht, die auf dem einkristallinen Substrat ausgebildet ist;
wobei das Substrat ein Substrat ist, bei dem eine Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der orientierten mikrokristallinen Schicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist,
das Substrat ist dadurch gekennzeichnet, dass
eine der Kristallachsen von jeweiligen Kristallen, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, in einer spezifischen Richtung bezüglich des einkristallinen Substrats orientiert ist; und dadurch, dass
der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, auf 1-1.000 nm eingerichtet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, eine Lichtemissionsvorrichtung und ein Lichtemissionsmaterial, und sie betrifft insbesondere ein Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, eine Lichtemissionsvorrichtung und ein Lichtemissionsmaterial, wobei die Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Als Materialien für einen fluoreszierenden Körper wurden seit einer langen Zeit II-VI-Halbleiter wie etwa Zn erforscht. Die II-VI-Halbleiter waren jedoch mit einem derartigen Problem verbunden, dass sich die Langlebigkeit verschlechtert, wenn sie in einen hoch angeregten Zustand unter Verwendung eines Elektronenstrahls zur Erzielung von großer Helligkeit gewandelt werden. Folglich bestand ein Bedarf nach der Entwicklung eines hoch widerstandsfähigen Materials.
  • Als hoch widerstandsfähiges Material für einen fluoreszierenden Körper können Nitridhalbleiter genannt werden. Da Nitridhalbleiter physikalisch und chemisch sehr stabil sind, tritt kein derartiges Phänomen auf, dass sich die Langlebigkeit verschlechtert, selbst wenn sie mittels eines Elektronenstrahls und dergleichen in einen intensiv angeregten Zustand gewandelt werden, und folglich werden sie als hoch widerstandsfähiges Material für einen fluoreszierenden Körper erwartet. Nitridhalbleiter sind jedoch derart, dass die Ausbildung eines Volumeneinkristalls aus der Schmelze schwierig ist. Folglich wurde zur Ausbildung eines fluoreszierenden Körpers unter Verwendung eines Nitridhalbleiters das Folgende im Stand der Technik verwendet: ein Verfahren zur Verwendung des Wachstums von polykristallinem Pulver (vergleiche beispielsweise die Patentdruckschrift 1: JP-A-9-235548 ); sowie ein Verfahren zur Verwendung eines Gasphasenaufwachsverfahrens (vergleiche beispielsweise Patentdruckschrift 2: JP-A-11-339681 ).
  • In der vorgenannten Patentdruckschrift 1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines granulierten fluoreszierenden Körpers mittels der Erwärmung eines Rohmaterialpulvers, das Galliumsulfid als eine Galliumverbindung ohne Sauerstoff, Indiumsulfid als eine Indiumverbindung ohne Sauerstoff und ein Sulfid aus Zink oder Magnesium als Dotierstoff ohne Sauerstoff aufweist, in einer Ammoniakatmosphäre offenbart.
  • Andererseits ist in der Patentdruckschrift 2 eine Technologie zur Orientierung einer Kristallachse in einer fluoreszierenden Kristallschicht offenbart, bei der eine leitende Schicht auf einer isolierenden Basisplatte ausgebildet ist; und eine fluoreszierende Kristallschicht in polykristallinem Zustand mit InxGayAl1-x-yN: Zn, Si wird auf der leitenden Schicht mittels eines metallorganischen Gasphasenaufwachsverfahrens (oder MOCVD-Verfahrens) und danach mittels einer Ausheilbehandlung aufgewachsen.
  • Bei dem Verfahren, welches das in der Patentdruckschrift 1 offenbarte Pulver verwendet, ist es möglich, einen Nitridhalbleiter in großer Menge bei geringen Kosten zu erhalten. Bei dem Vorgang zur Erwärmung von Galliumnitrid oder Galliumoxid und dergleichen in Ammoniakatmosphäre gibt es jedoch ein derartiges Problem, dass die Kristallqualität schlecht ist, und es demzufolge aufgrund von Stickstoffmangel geschwärzt ist (oder die Kristalle selbst schwarz erscheinen), so dass eine Erhöhung bei der Helligkeit schwierig wird. Da darüber hinaus die Steuerbarkeit der Rohmaterialzufuhr gering ist, und da es Einschränkungen bei den Rohmaterialarten gibt, existiert eine Beschränkung bei der Verbesserung der Lichtemissionseffizienz.
  • Andererseits gibt es bei dem Verfahren unter Verwendung des Gasphasenaufwachsverfahrens gemäß der vorstehenden angeführten Patentdruckschrift 2 kein derartiges Problem, dass die Kristallqualität aufgrund einer Schwärzung verschlechtert ist. Da darüber hinaus die Steuerung der Rohmaterialzufuhr leicht ist, werden die Steuerung zur Ausbildung eines Mischkristalls und die Konzentrationssteuerung von Dotierstoffen machbar, und dadurch wird die Verbesserung der Farbwidergabeeigenschaft oder Lichtemissionseffizienz realisierbar. Da jedoch eine membranförmige fluoreszierende Kristallschicht mittels des Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet wird, ist es schwierig, dieses mikrokristallin auszubilden, und demzufolge gibt es das Problem, dass eine extreme Verbesserung der Lichtemissionseffizienz nicht möglich ist.
  • ERFINDUNGSOFFENBARUNG
  • Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der vorstehend angeführten Umstände, und ihre zu lösende Aufgabe ist die Bereitstellung eines Substrats zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, einer Lichtemissionsvorrichtung und eines Lichtemissionsmaterials, welche eine Verbesserung der Lichtemissionseffizienz sowie eine mikrokristalline Ausbildung der Lichtemissionsschicht ermöglichen, während ein Gasphasenaufwachsverfahren verwendet wird, dass zur Verbesserung der Kristallqualität und dergleichen vorteilhaft ist.
  • Ein Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht gemäß Patentanspruch 1, welches die vorstehend angegebene Aufgabe löst, umfasst: ein einkristallines Substrat; und eine orientierte Mikrokristallschicht, die auf dem einkristallinen Substrat ausgebildet ist; wobei das Substrat ein Substrat ist, bei dem eine Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der orientierten Mikrokristallschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, das zudem dadurch gekennzeichnet ist, dass eine der Kristallachsen von jeweiligen Kristallen, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, in einer spezifischen Richtung bezüglich des einkristallinen Substrats orientiert ist; sowie dadurch, dass der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, auf 1-1000 nm eingerichtet ist.
  • Eine Lichtemissionsvorrichtung gemäß Patentanspruch 2, welche die vorstehend angeführte Aufgabe löst, ist derart, dass sie mit dem Substrat zur Ausbildung der Lichtemissionsschicht nach Patentanspruch 1 sowie einer Lichtemissionsschicht versehen ist, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht des Substrats zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, und ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionsschicht aus mikrokristallinen Körnern gebildet ist, deren durchschnittlicher Korndurchmesser 1-1000 nm beträgt.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die in Patentanspruch 2 definierte Lichtemissionsvorrichtung derart, dass sie ferner mit einer Zwischenschicht versehen ist, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter mit einem Nukleusmaterial aufweist, das zum Startpunkt wird, wenn die Lichtemissionsschicht wächst; und dass die Lichtemissionsschicht auf der Zwischenschicht ausgebildet ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der in Patentanspruch 3 definierten Lichtemissionsvorrichtung ist die Zwischenschicht derart, dass die Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Lichtemissionsvorrichtung gemäß Patentanspruch 3 oder 4 umfasst das einkristalline Substrat ein Siliziumsubstrat; die Zwischenschicht umfasst AlxGayN (x + y = 1, 0 < x ≤ 1, und 0 ≤ y < 1); und die Lichtemissionsschicht umfasst InzAlxGayN (x + y + z = 1, 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y ≤ 1, und 0 ≤ z ≤ 1).
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die in Patentanspruch 2, 3, 4 oder 5 definierte Lichtemissionsvorrichtung derart, dass sie ferner eine Mantelschicht aufweist, die auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, dessen Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist.
  • Ein in Patentanspruch 7 definiertes Lichtemissionsmaterial, welches die vorstehend angeführte Aufgabe löst, ist dadurch gekennzeichnet, dass es durch Abschälen von einem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht vollendet ist, wobei das Substrat das Substrat der Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 6 ist; sowie dadurch, dass es die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht beinhaltet.
  • Ein Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht gemäß Patentanspruch 8, das die vorstehend angeführte Aufgabe löst, umfasst ein einkristallines Siliziumsubstrat; wobei das Substrat ein Substrat ist, bei dem eine Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf dem einkristallinen Substrat mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vielzahl von (n11)-Siliziumebenenabschnitten (wobei jedoch n eine gerade Zahl aus dem Menge 0 bis 6 ist) aufweist, wobei die (n11)-Siliziumebenenabschnitte durch Mikroverarbeitung einer Oberfläche des einkristallinen Substrats ausgebildet sind, und wobei ein Durchschnitt der Längen von Abschnitten mit maximaler Länge 1-1000 nm beträgt.
  • Eine Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 9, welche die vorstehend aufgeführte Aufgabe löst, ist derart, dass sie das Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht nach Patentanspruch 8 sowie eine Lichtemissionsschicht aufweist, die auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten des Substrats zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionsschicht aus mikrokristallinen Körnern gebildet ist, deren durchschnittlicher Korndurchmesser 1-1000 nm beträgt.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die in Patentanspruch 9 definierte Lichtemissionsvorrichtung derart, dass sie ferner eine Zwischenschicht aufweist, die auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter mit einem Nukleusmaterial beinhaltet, der zum Startpunkt wird, wenn die Lichtemissionsschicht wächst; und dass die Lichtemissionsschicht auf der Zwischenschicht ausgebildet ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der in Patentanspruch 10 definierten Lichtemissionsvorrichtung ist die Zwischenschicht derart, dass die Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der in Patentanspruch 10 oder 11 definierten Lichtemissionsvorrichtung umfasst die Zwischenschicht AlXGayN (x + y = 1, 0 < x ≤ 1, und 0 ≤ y < 1); und die Lichtemissionsschicht umfasst InzAlxGayN (x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und 0 ≤ z ≤ 1).
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist die in Patentanspruch 9, 10, 11 oder 12 definierte Lichtemissionsvorrichtung derart, dass sie ferner eine Mantelschicht aufweist, die auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, dessen Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist.
  • Ein Lichtemissionsmaterial gemäß Patentanspruch 14, welches die vorstehend angeführte Aufgabe löst, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Abschälen von einem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht vollendet ist, wobei das Substrat das Substrat der Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 13 ist; sowie dadurch, dass es die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht beinhaltet.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 richtet sich auf Beispiel Nr. 1 der Erfindung und zeigt Querschnittsansichten zur schematischen Darstellung von Herstellungsschritten für ein Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, für eine Lichtemissionsvorrichtung und für ein Lichtemissionsmaterial.
  • 2 richtet sich auf Beispiel Nr. 2 der Erfindung und zeigt Schnittansichten zur schematischen Darstellung von Herstellungsschritten für ein Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, für eine Lichtemissionsvorrichtung und für ein Lichtemissionsmaterial.
  • 3 richtet sich auf ein Bezugsbeispiel und zeigt ein Diagramm zur Darstellung des KL-Spektrums einer InGaN-Lichtemissionsschicht, wenn die Siliziumkonzentration konstant bei 4,6 × 1018/cm3 ausgebildet ist, und die Zinkkonzentration verschiedenartig verändert wird.
  • 4 richtet sich auf ein Bezugsbeispiel und zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Lichtemissionsintensität einer InGaN-Lichtemissionsschicht, wenn die Siliziumkonzentration konstant bei 4,6 × 1018/cm3 ausgebildet ist und die Zinkkonzentration verschiedenartig verändert wird.
  • 5 richtet sich auf ein Bezugsbeispiel und zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Lichtemissionsintensität einer InGaN-Lichtemissionsschicht, wenn die Zinkkonzentration konstant bei 4,0 × 1019/cm3 ausgebildet ist und die Siliziumkonzentration verschiedenartig verändert wird.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
    • (1) Ein Substrat gemäß der in Patentanspruch 1 definierten Erfindung umfasst ein einkristallines Substrat und eine orientierte mikrokristalline Schicht, die auf dem einkristallinen Substrat ausgebildet ist; wobei eine Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der orientierten mikrokristallinen Schicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist.
  • Die Materialqualität des einkristallinen Substrats ist nicht besonders beschränkt, solange es bei Ausbildung der orientierten mikrokristallinen Schicht, einer Zwischenschicht und der Lichtemissionsschicht stabil bleibt. Obwohl beispielsweise die Verwendung von Si, MgO, Al2O3, SiC, GaAs oder Ge möglich ist, wird vorzugsweise Si verwendet. Wenn es sich um ein einkristallines Substrat mit Si handelt, ist es möglich, eine großflächige Basisplatte leicht und bei geringen Kosten zu erhalten, und darüber hinaus ist es möglich, die Lichtemissionsschicht und dergleichen, was auf dem Substrat ausgebildet ist, leicht abzuschälen, weil die chemische Verarbeitung einfach ist. Bezüglich der Struktur des einkristallinen Substrats kann es sich dabei zudem um eine Einzelschichtstruktur mit Einzelmaterialqualität handeln, oder es kann sich um eine vielschichtige Struktur mit einer Vielzahl von Materialqualitätsarten handeln.
  • Die Form und Größe des einkristallinen Substrats sind nicht besonders beschränkt, und demzufolge ist es möglich, diese geeignet einzustellen.
  • Die Art der orientierten mikrokristallinen Schicht ist nicht besonders beschränkt, solange es sich um eine handelt, deren Größe leicht gesteuert werden kann, und die unter Aufwachsbedingungen Stabilität zeigt, und es ist möglich, ZnO, Si, SiO2, SiNx oder InAlGaN und dergleichen geeignet zu verwenden.
  • Darüber hinaus wird bevorzugt, die Dicke der orientierten mikrokristallinen Schicht auf 5 bis 1000 nm anzupassen. Wenn die Dicke der orientierten mikrokristallinen Schicht weniger als 5 nm beträgt, ist es nicht möglich, die Wirkungen ausreichend zu demonstrieren, die sich aus der Ausbildung der orientierten mikrokristallinen Schicht ergeben. Wenn andererseits die Dicke der orientierten mikrokristallinen Schicht 1000 nm überschreitet, wird die Orientierung auf dem einkristallinen Substrat schwierig. Unter diesen Gesichtspunkten ist es zu bevorzugen, die Dicke in der orientierten mikrokristallinen Schicht auf 50 bis 200 nm anzupassen.
  • Die jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, sind darüber hinaus derart, dass es bevorzugt ist, dass die Kristallkorndurchmesser so homogen wie möglich sind, d.h. die Verteilung der Kristallkorndurchmesser kann so gering wie möglich sein. Wenn die Kristallkorndurchmesser in der orientierten mikrokristallinen Schicht homogen sind, ist dies zur homogenen Mikrokristallisierung der Zwischenschicht und der Lichtemissionsschicht, die darauf ausgebildet sind, ebenfalls vorteilhaft.
  • Das Ausbildungsverfahren für diese orientierte mikrokristalline Schicht ist nicht besonders beschränkt, und es ist demzufolge möglich, verschiedene Verfahren zu verwenden, die für die Arten der orientierten mikrokristallinen Schicht geeignet sind. Wenn beispielsweise ZnO oder Si als die orientierte mikrokristalline Schicht verwendet wird, ist es möglich, die orientierte mikrokristalline Schicht mit einer vorbestimmten Dicke mittels der Durchführung eines Schrittes zur Ausbildung einer polykristallinen Schicht, bei dem eine polykristalline Schicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem einkristallinen Substrat mittels eines Vorgangs wie etwa einem Zerstäubungsvorgang oder einem CVD-Verfahren ausgebildet wird, und danach mittels der Durchführung eines Behandlungsschritts zur Oberflächenmodifikation auszubilden, bei dem die polykristalline Schicht einer die Oberfläche modifizierenden Behandlung unterzogen wird, um sie in die orientierte mikrokristalline Schicht umzuwandeln. Bei diesem Behandlungsschritt zur Oberflächenmodifikation ist es möglich, eine Ausheilbehandlung unter einer Atmosphärenbedingung wie etwa Vakuum, Luft oder Inertgas und dergleichen, unter einer Temperaturbedingung wie etwa ungefähr 300-1200°C sowie unter einer Zeitbedingung wie etwa ungefähr 5-120 Minuten durchzuführen. Wenn darüber hinaus SiO2 als die orientierte mikrokristalline Schicht verwendet wird, ist es möglich, die orientierte mikrokristalline Schicht mit einer vorbestimmten Dicke auf einer Siliziumbasisplatte durch Durchführung einer thermisch oxidierenden Behandlung bezüglich einer Siliziumeinkristallbasisplatte unter einer Atmosphärenbedingung wie etwa einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre wie Luft usw., eine Temperaturbedingung wie etwa ungefähr 1000°C sowie unter einer Zeitbedingung wie etwa ungefähr 102-105 Sekunden auszubilden. Wenn SiNx als orientierte mikrokristalline Schicht verwendet wird, ist es möglich, die orientierte mikrokristalline Schicht mit einer vorbestimmten Dicke auf einer Siliziumbasisplatte auszubilden, indem eine thermisch nitrierende Behandlung bezüglich einer Siliziumeinkristallbasisplatte unter einer Atmosphärenbedingung wie etwa N2 oder NH3, unter einer Temperaturbedingung wie etwa ungefähr 1000°C und unter einer Zeitbedingung wie etwa 102-105 Sekunden ausgeführt wird. Wenn InAlGaN als orientierte mikrokristalline Schicht verwendet wird, ist es möglich, die orientierte mikrokristalline Schicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem einkristallinen Substrat mittels eines bekannten synthetisierenden Verfahrens wie etwa mit einem CVD-Gerät, einem MBE-Gerät usw. auszubilden.
  • Zudem ist bei dieser orientierten mikrokristallinen Schicht eine der Kristallachsen der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, in einer spezifischen Richtung bezüglich dem einkristallinen Substrat orientiert, und der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, ist auf 1-1000 nm eingestellt.
  • Dabei bedeutet der Ausdruck „orientiert in einer spezifischen Richtung bezüglich dem einkristallinen Substrat", dass eine der Kristallachsen der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, bezüglich einer der Kristallachsen in einem Einkristall orientiert ist, welcher das einkristalline Substrat bildet. Es ist jedoch nicht Gegenstand der Wirkung, dass eine der Kristallachsen von allen Kristallen, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, bezüglich einer spezifischen Richtung im Hinblick auf das einkristalline Substrat orientiert sein muss.
  • Bei der orientierten mikrokristallinen Schicht ist bevorzugt, dass von den Kristallen, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, eine der Kristallachsen von ungefähr 5-9 von zehn (vorzugsweise 8-9 von zehn) der Kristalle in einer spezifischen Richtung bezüglich dem einkristallinen Substrat orientiert sein können. Wenn bei der orientierten mikrokristallinen Schicht die Proportion der Kristalle, welche in einer spezifischen Richtung bezüglich dem einkristallen Substrat orientiert sind, aufgrund der Tatsache niedrig wird, dass die Aufwachsdichte der orientierten mikrokristallinen Schicht sich verschlechtert, so dass die Nuklei, welche zum Startpunkt des Kristallwachstums werden, sich verringern, tritt eine Rohmaterialkonzentration auf einen Nukleus auf, so dass die Aufwachsrate des Kristalls stark ansteigt; in der Folge wird es schwierig, die Mikrokristallisierung der Zwischenschicht und der Lichtemissionsschicht zu planen, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht ausgebildet sind. Wenn andererseits bei der orientierten mikrokristallinen Schicht die Proportion der Kristalle, welche sich in eine spezifische Richtung bezüglich dem einkristallinen Substrat orientieren, ungefähr 9 von zehn von diesen überschreitet, wird es für sie unmöglich, als Mikrokristalle zu wachsen, weil sie zu einer einkristallinen Schicht werden.
  • Soweit der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, weniger als 1 nm beträgt, ist die Ausbildung als solche derzeit schwierig. Wenn darüber hinaus die Kristallkorndurchmesser der orientierten mikrokristallinen Schicht klein sind, werden begleitend dazu auch die Kristallkorndurchmesser der Zwischenschicht und der Lichtemissionsschicht klein, die auf dieser orientierten mikrokristallinen Schicht ausgebildet sind; wenn die Kristallkorndurchmesser der Mikrokristalle, welche die Lichtemissionsschicht bilden, zu gering sind, existiert die Gefahr, dass nicht die gewünschte Lichtemissionsmenge aufgrund des Volumenmangels an Lichtemissionsschicht erhältlich wird. Wenn andererseits der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, 1000 nm überschreitet, wird es schwierig, die Mikrokristallisation in der Zwischenschicht und der Lichtemissionsschicht zu planen, die auf dieser orientierten mikrokristallinen Schicht ausgebildet werden. Unter diesen Gesichtspunkten ist vorzuziehen, dass der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser in der orientierten mikrokristallinen Schicht 5-500 nm ist, wobei 5-200 nm noch bevorzugter ist.
  • Wenn dabei der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, 1-1000 nm beträgt, kann der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser von jeweiligen Kristallen, welche die auf dieser orientierten mikrokristallinen Schicht mittels der Zwischenschicht oder unmittelbar darauf ausgebildete Lichtemissionsschicht bilden, auf einen Bereich von ungefähr 1-1000 nm angepasst werden; wenn der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, 5-500 nm beträgt, kann er auf 5-500 nm angepasst werden; und wenn der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, 5-200 nm beträgt, kann er auf ungefähr 5-200 nm angepasst werden.
  • Somit ist es gemäß dem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mit der spezifischen orientierten mikrokristallinen Schicht gemäß der in Patentanspruch 1 definierten Erfindung möglich, die Lichtemissionsschicht effektiv zu mikrokristallisieren, welche auf der orientierten mikrokristallinen Schicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet wird. Es wird angenommen, dass die Lichtemissionsschicht dergestalt mikrokristallisiert ist, weil die Lichtemissionsschicht der Kristallgröße der orientierten mikrokristallinen Schicht als Grundschicht folgend mikrokristallisiert wird.
  • Die Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 2 definierten Erfindung umfasst Folgendes: das in Patentanspruch 1 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht definierte Substrat; eine Zwischenschicht, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht des Substrats zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die nötigenfalls einen Nitridhalbleiter aufweist; eine Lichtemissionsschicht, die auf der Zwischenschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, wenn die Zwischenschicht ausgebildet ist, oder die mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens auf der orientierten mikrokristalline Schicht ausgebildet ist, wenn die Zwischenschicht nicht ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist; und eine Mantelschicht, die auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die nötigenfalls einen Nitridhalbleiter aufweist.
  • Diese Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 2 definierten Erfindung kann ausgebildet werden, indem der nachstehend angeführte Ablauf durchgeführt wird: ein Zwischenschichtausbildungsschritt zur Ausbildung einer Zwischenschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der orientierten mikrokristallinen Schicht des Substrats, das in Patentanspruch 1 definiert ist, damit eine Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet wird, falls nötig; ein Lichtemissionsschichtausbildungsschritt zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der Zwischenschicht, wenn die Zwischenschicht ausgebildet wird, oder auf der orientierten mikrokristallinen Schicht, wenn die Zwischenschicht nicht ausgebildet wird, mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens; und ein Mantelschichtausbildungsschritt zum Ausbilden einer Mantelschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens, falls nötig.
  • Die Zwischenschicht umfasst einen Nitridhalbleiter mit einem Nukleusmaterial, das zum Startpunkt wird, wenn die Lichtemissionsschicht wächst. Wenn demzufolge ein Wachsen der Lichtemissionsschicht auf der orientierten mikrokristallinen Schicht schwierig wird, kann vorzugsweise zunächst eine Zwischenschicht auf der orientierten mikrokristallinen Schicht ausgebildet werden, und die Lichtemissionsschicht kann dann auf dieser Zwischenschicht ausgebildet werden. Wenn es andererseits möglich ist, die Lichtemissionsschicht auf der orientierten mikrokristallinen Schicht leicht auszubilden, ist es möglich, die Lichtemissionsschicht unmittelbar auf der orientierten mikrokristallinen Schicht auszubilden, ohne jemals eine Zwischenschicht auszubilden. Selbst wenn es möglich ist, die Lichtemissionsschicht auf der orientierten mikrokristallinen Schicht leicht auszubilden, ist es jedoch natürlich ebenso möglich, zunächst eine Zwischenschicht auf der orientierten mikrokristallinen Schicht auszubilden, und dann die Lichtemissionsschicht auf dieser Zwischenschicht auszubilden.
  • Die Zwischenschicht ist derart, dass sie vorzugsweise eine Bandlückenenergie aufweist, die größer als die der Lichtemissionsschicht ist. Durch die Tatsache, dass die Lichtemissionsschicht auf einer Zwischenschicht ausgebildet wird, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, so dass sie in einen laminierten Zustand versetzt wird, ist es möglich, eine Bewegung von Elektronen von der Lichtemissionsschicht zur Zwischenschicht zu vermeiden. Somit wird die Lichtemissionsvorrichtung so umgewandelt, dass sie den Quanteneinschlusseffekt zeigt, und es wird dadurch möglich, die Lichtemissionseffizienz effektiv zu verbessern. Darüber hinaus ist eine Zwischenschicht, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, im Allgemeinen derart, dass der Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht wird. Durch die Tatsache, dass die Lichtemissionsschicht auf einer Zwischenschicht ausgebildet wird, deren Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht ist, so dass sie in einen laminierten Zustand versetzt wird, wird es demzufolge möglich, die Bewegung von Licht von der Lichtemissionsschicht zur Zwischenschicht zu vermeiden. Somit ist es möglich, dass Licht, das an der Lichtemissionsschicht emittiert wird, innerhalb der Lichtemissionsschicht für eine sehr viel längere Zeitdauer verbleibt, und es wird dadurch möglich, eine längere Lichtemissionslebensdauer zu planen.
  • Die Dicke der Zwischenschicht wird vorzugsweise auf 5-500 nm eingerichtet. Im Hinblick auf den Einschlusseffekt kann dieser nicht ausreichend erhalten werden, falls die Zwischenschicht zu dünn ist. Wenn andererseits die Dicke der Zwischenschicht zu dick ist, wird die Mikrokristallisierung der Lichtemissionsschicht schwierig. Unter diesen Gesichtspunkten ist es noch bevorzugter, dass die Dicke der Zwischenschicht auf 10-100 nm angepasst werden kann.
  • Die Lichtemissionsschicht ist aus mikrokristallinen Körnern gebildet, deren durchschnittlicher Korndurchmesser 1-1000 nm beträgt. Die Lichtemissionsschicht, die aus derartigen mikrokristallinen Körnern gebildet ist, ist auf dem Substrat zur Ausbildung der Lichtemissionsschicht in einer derartigen Form ausgebildet, dass die jeweiligen Lichtemissionsschichten unabhängig in einer gepunkteten Form verteilt sind. Es versteht sich, dass es ebenso möglich ist, dass sie auf dem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht der Gestalt ausgebildet wird, dass Teile der Lichtemissionsschichten zueinander benachbart sind.
  • Insofern der durchschnittliche Korndurchmesser der mikrokristallinen Körner, welche die Lichtemissionsschicht bilden, kleiner als 1 nm ist, ist derzeit der Ausbildungsvorgang als solcher schwierig. Wenn darüber hinaus der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der mikrokristallinen Körner, welche die Lichtemissionsschicht bilden, zu gering ist, besteht die Gefahr, dass aufgrund des Volumenmangels an Lichtemissionsschicht keine wünschenswerte Lichtemissionsmenge erhältlich werden kann. Wenn andererseits der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der mikrokristallinen Körner, welche die Lichtemissionsschicht bilden, 1000 nm überschreitet, wird es unmöglich, die Lichtemissionseffizienz der Lichtemissionsschicht effektiv zu verbessern. Unter diesen Gesichtspunkten ist vorzuziehen, dass der durchschnittliche Kristalldurchmesser der mikrokristallinen Körner, welche die Lichtemissionsschicht bilden, 5-500 nm betragen kann, wobei 5-200 nm noch bevorzugter ist.
  • Da bei der Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 2 definierten Erfindung die Lichtemissionsschicht aus mikrokristallinen Körnern gebildet ist, wird es somit möglich, die Lichtemissionseffizienz mittels der Mikrokristallisation der Lichtemissionsschicht effektiv zu verbessern. Da diese Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, gibt es darüber hinaus nicht das Problem, dass sie aufgrund eines Stickstoffmangels geschwärzt ist, so dass sich die Kristallqualität verschlechtert. Da die Steuerung der Rohmaterialzufuhr leicht ist, werden ferner gemäß dem Gasphasenaufwachsverfahren die Steuerung der Ausbildung eines Mischkristalls sowie die Konzentrationsteuerung von Dotierstoffen leicht, und dadurch wird die Verbesserung der Farbwiedergabeeigenschaften oder der Lichtemissionseffizienz machbar.
  • Obwohl bei der Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 2 definierten Erfindung die Art des einkristallinen Substrats und die Zusammensetzungen der Zwischenschicht und der Lichtemissionsschicht nicht besonders beschränkt sind, soweit jede von ihnen eine ist, welche dazu in der Lage ist, ihre vorbestimmten Funktionen zu erzielen; und obwohl es machbar ist, verschiedenartige Kombinationen zu verwenden; ist es möglich, ein Beispiel für eine bevorzugte Ausgestaltungen zu nennen, bei der: das einkristalline Substrat ein Siliziumsubstrat aufweist; die Zwischenschicht AlxGayN (x + y = 1, 0 < x ≤ 1, und 0 ≤ y < 1) aufweist; und die Lichtemissionsschicht InzAlxGayN (x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und 0 ≤ z ≤ 1) aufweist. Die Zusammensetzungsverhältnisse in dieser Lichtemissionsschicht können in Abhängigkeit von den benötigten Lichtemissionswellenlängen verschiedenartig eingestellt werden. Obwohl die Zusammensetzungsverhältnisse in der Zwischenschicht verschiedenartig eingestellt werden können, so dass ein Nukleusmaterial enthalten wird, das zum Startpunkt wird, wenn die auf der Zwischenschicht ausgebildete Lichtemissionsschicht wächst, ist es darüber hinaus vorzuziehen, diese so einzustellen, dass die Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ausgebildet ist.
  • Bei der Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 2 definierten Erfindung ist es darüber hinaus vorzuziehen, dass die Lichtemissionsschicht einen geeigneten Dotierstoff enthält (der beispielsweise zur Verbesserung der Lichtemissionsintensität geeignet ist). Eine Lichtemissionsschicht, die einen Donatordotierstoff wie etwa Silizium, Wasser oder Kohlenstoff und einen Akzeptordotierstoff wie etwa Zink, Magnesium oder Kohlenstoff enthält, ist beispielsweise vorzuziehen, wenn es möglich ist, die Lichtemission aus einem Donator/Akzeptor-Paar zu erhalten. Gemäß der Lichtemissionsschicht, die sowohl einen derartigen Donatordotierstoff als auch Akzeptordotierstoff beinhaltet, wird des möglich, die Lichtemissionsintensität bedeutend zu erhöhen, und es wird zudem möglich, ein breites Spektrum von Lichtemissionswellenlängen zu erhalten. Es versteht sich, dass wenn die Dotierstoffkonzentration in der Lichtemissionsschicht zu niedrig ist, die Wahrscheinlichkeit einer Lichtemission an Donator/Aktzeptor-Paaren sinkt. Wenn andererseits eine Dotierstoffkonzentration in der Lichtemissionsschicht zu hoch ist, treten Fehler in den Kristallen der Lichtemissionsschicht auf, so dass Zentren erzeugt werden, die kein Licht emittieren; und als Folge verschlechtert sich die Lichtemissionsintensität. Demzufolge ist es vorzuziehen, dass sowohl der Donatordotierstoff als auch der Akzeptordotierstoff in vorbestimmten Konzentrationen in den jeweiligen mikrokristallinen Körnern enthalten sein können, welche die Lichtemissionsschicht bilden. Es versteht sich, dass der optimale Konzentrationsbereich der Dotierstoffe in der Lichtemissionsschicht in Abhängigkeit von den Zusammensetzungsverhältnissen der Lichtemissionsschicht als Wirtsmaterial fluktuiert.
  • Die Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 2 definierten Erfindung kann ferner vorzugsweise zudem mit einer Mantelschicht versehen sein, die auf der Lichtemissionsschicht anhand eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, dessen Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist. Durch die Tatsache, dass eine Mantelschicht, deren Bandlückenenergiegröße als die der Lichtemissionsschicht ist, auf der Lichtemissionsschicht ausgebildet wird, so dass sie in einen laminierten Zustand versetzt wird, ist es möglich, die Bewegung von Elektronen von der Lichtemissionsschicht zur Mantelschicht zu vermeiden. Somit wandelt sie sich in eine Lichtemissionsvorrichtung, welche den Quanteneinschlusseffekt zeigt, und es wird dadurch möglich, die Lichtemissionseffizienz effektiv zu verbessern. Darüber hinaus ist eine Mantelschicht, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, im Allgemeinen der Art, dass der Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht wird. Durch die Tatsache, dass eine Mantelschicht, deren Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht ist, auf der Lichtemissionsschicht ausgebildet wird, so dass sie in einen laminierten Zustand versetzt wird, ist es demzufolge möglich, die Bewegung von Licht von der Lichtemissionsschicht zur Mantelschicht zu vermeiden. Somit ist es möglich, dass Licht, das an der Lichtemissionsschicht emittiert wird, innerhalb der Lichtemissionsschicht für eine sehr viel längere Zeitdauer verbleibt, und es wird dadurch möglich, eine längere Lichtemissionslebensdauer zu planen. Wenn die Zwischenschicht auf der orientierten mikrokristallinen Schicht des Substrats zum Ausbilden der Lichtemissionsschicht ausgebildet wird, wird es zudem möglich, dass Elektronen und Licht effektiver innerhalb der Lichtemissionsschicht verbleiben, und es wird dadurch möglich, die Verbesserung der Lichtemissionseffizienz effektiver zu bewirken, und die Langlebigkeit der Lichtemission länger auszubilden, da die Lichtemissionsschicht in einen derartigen laminierten Zustand versetzt wird, bei dem die Lichtemissionsschicht zwischen der Zwischenschicht, deren Bandlückenenergie größer und deren Brechungsindex kleiner als bei der Lichtemissionsschicht sind, und der Mantelschicht gehalten wird, deren Bandlückenenergie größer und deren Brechungsindex kleiner als bei der Lichtemissionsschicht sind.
  • Vorzugsweise kann eine Dicke der Mantelschicht auf 5-500 nm angepasst werden. Wenn der Einschlusseffekt betrachtet wird, kann dieser nicht ausreichend erhalten werden, falls die Mantelschicht zu dünn ist. Wenn andererseits die Dicke der Mantelschicht zu dick ist, verschlechtert sich das Durchlassvermögen für einen Elektronenstrahl in der Mantelschicht. Unter diesen Gesichtspunkten ist es bevorzugter, dass die Mantelschicht auf 10-100 nm angepasst werden kann.
  • Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass diese Mantelschicht ausgebildet werden kann, so dass die Lichtemissionsschicht vollständig bedeckt ist. Dadurch wird es möglich, die Lichtemissionsschicht anhand der Mantelschicht sicher zu schützen.
  • Gemäß vorstehender Beschreibung sind die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht derart, dass sie alle mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet werden. Obwohl die Bedingungen und dergleichen dieses Gasphasenaufwachsverfahrens nicht besonders beschränkt sind, ist es möglich, ein metallorganisches Gasphasenaufwachsverfahren (oder MOCVD-Verfahren) geeignet zu verwenden, welches ein vorbestimmtes organisches Material als Rohmaterial verwendet.
  • Ein Lichtemissionsmaterial gemäß der in Patentanspruch 7 definierten Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es durch ein Abschälen von einem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht vollendet wird, wobei das Substrat das Substrat der in Patentanspruch 6 definierten Lichtemissionsvorrichtung ist; und dadurch, dass es die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht beinhaltet. Dieses Lichtemissionsmaterial wird in einen derartigen laminierten Zustand versetzt, bei dem die Lichtemissionsschicht zwischen der Zwischenschicht, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, und deren Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht ist, und der Mantelschicht gehalten wird, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, und deren Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht ist. Demzufolge ist es gemäß diesem Lichtemissionsmaterial möglich, dass Elektronen und Licht noch effektiver innerhalb der Lichtemissionsschicht bleiben, und es wird dadurch möglich, eine Verbesserung der Lichtemissionseffizienz noch effektiver zu erzielen, und die Lichtemissionslanglebigkeit länger auszubilden.
  • Als Verfahren zum Abschälen des Lichtemissionsmaterials, welches die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht enthält, von dem Substrat zum Ausbilden der Lichtemissionsschicht ist es möglich, beispielsweise einen Nassätzvorgang oder einen Trockenätzvorgang zu verwenden, obwohl dies nicht besonders beschränkt ist.
  • Somit kann die Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 2 definierten Erfindung, die mit der Lichtemissionsschicht mit mikrokristallinen Körnern versehen ist, oder das Lichtemissionsmaterial gemäß der in Patentanspruch 7 definierten Erfindung, bei der die Lichtemissionsschicht mit den mikrokristallinen Körnern zwischen der Zwischenschicht und der Mantelschicht gehalten wird, zur Plasmaanzeige oder für fluoreszierendes Licht und dergleichen als fluoreszierendes Material verwendet werden, das Licht anhand eines Elektronenstrahls oder ultravioletter Anregung emittiert. Da das Lichtemissionsmaterial gemäß der in Patentanspruch 7 definierten Erfindung nicht auf einer Siliziumbasisplatte oder ähnlichem ausgebildet ist, welche sichtbares unter Verschlechterung der Lichtemissionseffizienz absorbiert, wird darüber hinaus eine Anwendung als fluoreszierendes Material, das Licht anhand von sichtbarem Licht emittiert, machbar.
    • (2) Ein Substrat gemäß der in Patentanspruch 8 definierten Erfindung zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht umfasst ein einkristallines Siliziumsubstrat, bei dem eine Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf dem einkristallinen Substrat mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens auf dem einkristallinen Substrat ausgebildet ist.
  • Das einkristalline Substrat umfasst Silizium. Die Form und Größe dieses einkristallinen Substrats sind nicht besonders beschränkt, und es ist demzufolge möglich, diese geeignet einzustellen.
  • Zudem umfasst dieses Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht eine Vielzahl von (n11)-Siliziumebenenabschnitten (wobei jedoch n eine ganze Zahl von 0 bis 6 ist), wobei (n11)-Siliziumebenenabschnitte durch Mikroverarbeiten einer Oberfläche des einkristallinen Substrats ausgebildet sind, und wobei ein Durchschnitt der Längen der Maximallängenabschnitte 1-1000 nm beträgt.
  • Die (n11)-Siliziumebenenabschnitte sind jene für die n gleich 0, 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 ist, d.h. diese sind ein
    (011)-Siliziumebenenabschnitt, ein
    (111)-Siliziumebenenabschnitt, ein
    (211)-Siliziumebenenabschnitt, ein
    (311)-Siliziumebenenabschnitt, ein
    (411)-Siliziumebenenabschnitt, ein
    (511)-Siliziumebenenabschnitt und ein
    (611)-Siliziumebenenabschnitt.
  • Die Größe der (n11)-Siliziumebenenabschnitte ist derart, dass ein Durchschnitt der Längen der Maximallängenabschnitte auf 1-1000 nm angepasst ist. Wenn der Durchschnitt der Länge der Maximallängenabschnitte der (n11)-Siliziumebenenabschnitte weniger als 1 nm wird, wird das Ausbilden einer Zwischenschicht oder einer Lichtemissionsschicht auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten als solchen schwierig. Wenn andererseits der Durchschnitt der Längen der Maximallängenabschnitte der (n11)-Siliziumebenenabschnitte 1000 nm überschreitet, wird es schwierig, die Mikrokristallisation in einer Zwischenschicht und einer Lichtemissionsschicht zu planen, die auf diesen (n11)-Siliziumebenenabschnitten ausgebildet werden. Unter diesen Gesichtspunkten ist es vorzuziehen, dass der Durchschnitt der Längen der Maximallängenabschnitte der (n11)-Siliziumebenenabschnitte 5-500 nm sein kann, wobei 5-200 nm noch bevorzugter ist.
  • Wenn dabei der Durchmesser der Längen der Maximallängenabschnitte der (n11)-Siliziumebenenabschnitte 1-1000 nm beträgt, kann der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser von jeweiligen Kristallen, welche eine auf diesen (n11)-Siliziumebenen über die Zwischenschicht oder unmittelbar darauf ausgebildete Lichtemissionsschicht bilden, auf ungefähr 1-1000 nm angepasst werden; wenn der Durchschnitt der Längen der Maximallängenabschnitte der (n11)-Siliziumebenenabschnitte 5-500 nm beträgt, kann er auf ungefähr 5-500 nm angepasst werden; und wenn der Durchschnitt der Längen der Maximallängenabschnitte der (n11)-Siliziumebenenabschnitte 5-200 nm beträgt, kann er auf ungefähr 5-200 nm angepasst werden.
  • Somit ist es gemäß dem Substrat nach der in Patentanspruch 9 definierten Erfindung mit den spezifischen (n11)-Siliziumebenenabschnitten zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht möglich, die Lichtemissionsschicht effektiv zu mikrokristallisieren, welche auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet wird. Die Tatsache, dass die Lichtemissionsschicht dergestalt mikrokristallisiert wird, wird darin vermutet, dass die Größe dieser Kristalle durch die Größen der (n11)-Siliziumebenenabschnitte bestimmt sind, da Kristalle allein auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten wachsen.
  • Darüber hinaus ist vorzuziehen, dass die Größen der (n11)-Siliziumebenenabschnitte so homogen wie möglich sein können. Wenn die Größen der jeweiligen (n11)-Siliziumebenenabschnitte homogen sind, wird es vorteilhaft, diese in der Zwischenschicht und der Lichtemissionsschicht homogen zu mikrokristallisieren, die auf den jeweiligen (n11)-Siliziumebenenabschnitten ausgebildet werden.
  • Ein Ausbildungsverfahren dieser (n11)-Siliziumebenenabschnitte ist nicht besonders beschränkt. Zur Ausbildung dieser (n11)-Siliziumebenenabschnitte durch Mikroverarbeiten einer Oberfläche des Siliziumsubstrats ist es jedoch nötig, andere Siliziumebenen außer der (111)-Siliziumebene einer Mikroverarbeitung zu unterziehen. Es ist beispielsweise möglich, die (n11)-Siliziumebenenabschnitte durch Ausführung eines anisotropen Ätzvorgangs der (001)-Siliziumebene und der (011)-Siliziumebene unter Verwendung einer anisotropen Ätzlösung wie etwa KOH (Kaliumhydroxid) oder TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid, (CH3)4NOH) und dergleichen oder durch das Ausführen einer mechanischen Verarbeitung an ihnen auszubilden. Es versteht sich, dass bei dem Ausbilden der (n11)-Siliziumebenenabschnitte mittels eines anisotropen Ätzvorgangs ein Steuern der Größen der (n11)-Siliziumebenenabschnitte durch Einstellen der Eintauchzeit in der anisotropen Ätzlösung oder der Temperatur oder Konzentration und dergleichen der anisotropen Ätzlösung möglich ist.
  • Die Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 9 definierten Erfindung umfasst Folgendes: das in Patentanspruch 8 definierte Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht; eine Zwischenschicht, die auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten des Substrats zum Ausbilden einer Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die nötigenfalls einen Nitridhalbleiter aufweist; eine Lichtemissionsschicht, die auf der Zwischenschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, wenn die Zwischenschicht ausgebildet ist, oder die auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, wenn die Zwischenschicht nicht ausgebildet wird, und die einen Nitridhalbleiter aufweist; und eine Mantelschicht, die auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die nötigenfalls einen Nitridhalbleiter aufweist.
  • Diese Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 9 definierten Erfindung kann durch den nachstehend beschriebenen Ablauf ausgebildet werden: ein Zwischenschichtausbildungsschritt zur Ausbildung einer Zwischenschicht mit einem Nitridhalbleiter auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten des Substrats gemäß Patentanspruch 8 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens, falls nötig; ein Lichtemissionsschichtausbildungsschritt zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der Zwischenschicht, wenn die Zwischenschicht ausgebildet ist, oder auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten, wenn die Zwischenschicht nicht ausgebildet ist, mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens; und ein Mantelschichtausbildungsschritt zur Ausbildung einer Mantelschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens, falls nötig.
  • Die Zwischenschicht umfasst einen Nitridhalbleiter mit einem Nukleusmaterial, das zum Startpunkt wird, wenn die Lichtemissionsschicht wächst. Wenn es schwierig ist, die Lichtemissionsschicht auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten aufzuwachsen, ist es demzufolge vorzuziehen, dass zunächst eine Zwischenschicht auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten ausgebildet wird, wobei dann die Lichtemissionsschicht auf dieser Zwischenschicht ausgebildet werden kann. Wenn es andererseits möglich ist, die Lichtemissionsschicht leicht auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten auszubilden, ist es möglich, die Lichtemissionsschicht unmittelbar auf diesen (n11)-Siliziumebenenabschnitten auszubilden, ohne jemals eine Zwischenschicht auszubilden. Selbst wenn es jedoch möglich ist, die Lichtemissionsschicht leicht auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten auszubilden, ist es natürlich ebenso möglich, zunächst eine Zwischenschicht auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten auszubilden, und dann die Lichtemissionsschicht auf dieser auszubilden. Es versteht sich, dass bei Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mit Ga unmittelbar auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten Si aufgrund der Tatsache korrodiert wird, dass Si und Ga bei hoher Temperatur reagieren, und dadurch Löcher in μm-Größenordnung ausgebildet wurden. Wenn eine Lichtemissionsschicht mit Gallium ausgebildet wird, ist es demzufolge vorzuziehen, zunächst eine Zwischenschicht auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten auszubilden, und dann die Lichtemissionsschicht auf dieser Zwischenschicht auszubilden.
  • Die Zwischenschicht weist vorzugsweise eine Bandlückenenergie auf, die größer als die der Lichtemissionsschicht ist. Durch die Tatsache, dass die Lichtemissionsschicht auf einer Zwischenschicht ausgebildet wird, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, so dass sie in einen laminierten Zustand versetzt wird, ist es möglich, die Bewegung von Elektronen von der Lichtemissionsschicht zur Zwischenschicht zu vermeiden. Somit erfolgt eine Umwandlung in eine Lichtemissionsvorrichtung, welche den Quanteneinschlusseffekt zeigt, und es wird dadurch möglich, die Lichtemissionseffizienz effektiv zu verbessern. Darüber hinaus ist eine Zwischenschicht, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, im Allgemeinen derart, dass der Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht wird. Durch die Tatsache, dass die Lichtemissionsschicht auf einer Zwischenschicht ausgebildet wird, deren Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht ist, so dass sie in einen laminierten Zustand versetzt wird, ist es demzufolge möglich, die Bewegung von Licht von der Lichtemissionsschicht zur Zwischenschicht zu vermeiden. Somit ist es möglich, dass Licht, welches in der Lichtemissionsschicht emittiert wird, innerhalb der Lichtemissionsschicht für eine viel längere Zeitdauer verbleibt, und es wird dadurch möglich, eine längere Lichtemissionslebensdauer zu planen.
  • Die Dicke der Zwischenschicht kann vorzugsweise auf 5-500 nm angepasst werden. Wenn der Einschlusseffekt betrachtet wird, kann dieser nicht ausreichend erhalten werden, falls die Zwischenschicht zu dünn ist. Wenn andererseits die Dicke der Zwischenschicht zu dick ist, wird die Mikrokristallisierung der Lichtemissionsschicht schwierig. Unter diesen Gesichtspunkten ist es bevorzugter, dass die Dicke der Zwischenschicht auf 10-100 nm angepasst werden kann.
  • Die Lichtemissionsschicht ist aus mikrokristallinen Körnern gebildet, deren durchschnittlicher Korndurchmesser 1-1000 nm beträgt. Die Lichtemissionsschicht, die aus derartigen mikrokristallinen Körnern gebildet ist, ist auf dem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht in einer derartigen Form ausgebildet, dass die jeweiligen Lichtemissionsschichten unabhängig in einer gepunkteten Form verteilt sind. Es versteht sich, dass es ebenso erlaubt ist, dass sie auf dem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht in einer derartigen Form ausgebildet werden können, dass Teile der Lichtemissionsschicht aneinander benachbart sind.
  • Jene, deren durchschnittlicher Korndurchmesser der mikrokristallinen Körner, welche die Lichtemissionsschicht bilden, weniger als 1 nm beträgt, sind derart, dass ihre Ausbildung als solche zur Zeit schwierig ist. Wenn der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der mikrokristallinen Körner, welche die Lichtemissionsschicht bilden, zu gering ist, gibt es darüber hinaus die Befürchtung, dass die gewünschte Lichtemissionsmenge aufgrund eines Volumenmangels an Lichtemissionsschichten nicht erhältlich wird. Wenn andererseits der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der mikrokristallinen Körner, welche die Lichtemissionsschicht bilden, 1000 nm überschreitet, wird es unmöglich, die Lichtemissionseffizienz der Lichtemissionsschicht effektiv zu verbessern. Unter diesen Gesichtpunkten ist vorzuziehen, dass der durchschnittliche Kristallkorndurchmesser der mikrokristallinen Körner, welche die Lichtemissionsschicht bilden, 5-500 nm betragen kann, wobei 5-200 nm noch bevorzugter ist.
  • Da bei der Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 9 definierten Erfindung die Lichtemissionsschicht aus mikrokristallinen Körnern gebildet ist, wird es somit möglich, die Lichtemissionseffizienz anhand einer Mikrokristallisierung der Lichtemissionsschicht effektiv zu verbessern. Da diese Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet wird, gibt es darüber hinaus kein derartiges Problem, dass sie aufgrund eines Stickstoffmangels geschwärzt ist, so dass die Kristallqualität verschlechtert ist. Da gemäß dem Gasphasenaufwachsverfahren die Steuerung der Rohmaterialzufuhr leicht ist, wird die Steuerung der Ausbildung eines Mischkristalls und die Konzentrationssteuerung von Dotierstoffen machbar, und dadurch wird die Verbesserung der Farbwiedergabeeigenschaften oder der Lichtemissionseffizienz machbar.
  • Obwohl bei der Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 9 definierten Erfindung eine Bauart des einkristallinen Substrats und die Zusammensetzungen der Zwischenschicht und der Lichtemissionsschicht nicht besonders beschränkt sind, soweit jede von ihnen in der Lage ist, ihre vorbestimmten Funktionen zu erzielen; und obwohl es machbar ist, verschiedenartige Kombinationen zu verwenden; ist es möglich, als Beispiel der bevorzugten Ausgestaltungen eine zu nennen, bei der: das einkristalline Substrat ein Siliziumsubstrat aufweist; die Zwischenschicht AlxGayN (x + y = 1, 0 < x ≤ 1, und 0 ≤ y < 1) aufweist; und die Lichtemissionsschicht InzAlxGayN (x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und 0 ≤ z ≤ 1) aufweist. Die Zusammensetzungsverhältnisse in dieser Lichtemissionsschicht können in Abhängigkeit von erforderlichen Lichtemissionswellenlängen verschiedenartig eingestellt werden. Obwohl die Zusammensetzungsverhältnisse in der Zwischenschicht verschiedenartig eingestellt werden können, so dass ein Nukleusmaterial enthalten ist, das zum Startpunkt wird, wenn die auf der Zwischenschicht ausgebildete Lichtemissionsschicht wächst, ist es darüber hinaus vorzuziehen, diese so einzustellen, dass die Bandlückenenergiegröße als die der Lichtemissionsschicht ausgebildet ist.
  • Bei der Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 9 definierten Erfindung ist es darüber hinaus vorzuziehen, dass die Lichtemissionsschicht einen geeigneten Dotierstoff beinhalten kann (beispielsweise zur Verbesserung der Lichtemissionsintensität geeignet). Beispielsweise ist eine Lichtemissionsschicht vorzuziehen, die einen Donatordotierstoff wie etwa Silizium, Wasser oder Kohlenstoff und einen Akzeptordotierstoff wie etwa Zink, Magnesium oder Kohlenstoff enthält, weil es möglich ist, die Lichtemission aus einem Donator/Akzeptor-Paar zu erhalten. Gemäß der Lichtemissionsschicht, die sowohl einen Donatordotierstoff als auch einen Akzeptordotierstoff enthält, wird es möglich, die Lichtemissionsintensität bedeutend zu erhöhen, und es wird zudem möglich, ein breites Spektrum von Lichtemissionswellenlängen zu erhalten. Es versteht sich, dass wenn eine Dotierstoffkonzentration in der Lichtemissionsschicht zu niedrig ist, die Wahrscheinlichkeit einer Lichtemission bei Donator/Akzeptor-Paaren verringert ist. Wenn andererseits eine Dotierstoffkonzentration in der Lichtemissionsschicht zu hoch ist, treten Fehler in den Kristallen der Lichtemissionsschicht auf, so dass Zentren erzeugt werden, die kein Licht emittieren; folglich verschlechtert sich die Lichtemissionsintensität. Demzufolge ist es vorzuziehen, dass sowohl der Donatordotierstoff als auch der Akzeptodotierstoff jeweils in vorbestimmten Konzentrationen in den jeweiligen mikrokristallinen Körnern enthalten sein können, welche die Lichtemissionsschicht bilden. Es versteht sich, dass der optimale Konzentrationsbereich der Dotierstoffe in der Lichtemissionsschicht in Abhängigkeit von den Zusammensetzungsverhältnissen der Lichtemissionsschicht als Wirtsmaterial fluktuiert.
  • Die Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 9 definierten Erfindung kann zudem vorzugsweise ferner mit einer Mantelschicht versehen sein, die auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, dessen Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist. Durch den Umstand, dass eine Mantelschicht, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, auf der Lichtemissionsschicht ausgebildet wird, so dass sie in einen laminierten Zustand versetzt wird, ist es möglich, die Bewegung von Elektronen von der Lichtemissionsschicht zur Mantelschicht zu vermeiden. Somit erfolgt eine Umwandlung in eine Lichtemissionsvorrichtung, welche den Quanteneinschlusseffekt zeigt, und dadurch wird es möglich, die Lichtemissionseffizienz effektiv zu verbessern. Darüber hinaus ist eine Mantelschicht, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, im Allgemeinen derart, dass der Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht wird. Durch die Tatsache, dass eine Mantelschicht, deren Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht ist, auf der Lichtemissionsschicht ausgebildet wird, so dass sie in einen laminierten Zustand versetzt wird, wird es demzufolge möglich, die Bewegung von Licht von der Lichtemissionsschicht zur Mantelschicht zu vermeiden. Somit ist es möglich, dass Licht, das in der Lichtemissionsschicht emittiert wird, innerhalb der Lichtemissionsschicht für eine sehr viel längere Zeitdauer verbleibt, und dadurch wird es möglich, längere Lichtemissionslebensdauer zu planen. Wenn zudem die Zwischenschicht auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten des Substrats zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht ausgebildet wird, wird es möglich, Elektronen und Licht effektiver innerhalb der Lichtemissionsschicht zu halten, wodurch es möglich wird, noch effektiver die Verbesserung der Lichtemissionseffizienz zu erreichen, und die Lebensdauer der Lichtemission länger auszubilden, da die Lichtemissionsschicht in einen derartigen laminierten Zustand versetzt wird, bei dem die Lichtemissionsschicht zwischen der Zwischenschicht, deren Bandlückenenergie größer und deren Brechungsindex kleiner als jene der Lichtemissionsschicht sind, und der Mantelschicht gehalten wird, deren Bandlückenenergie größer und deren Brechungsindex kleiner als jene der Lichtemissionsschicht sind.
  • Die Dicke der Mantelschicht kann vorzugsweise auf 5-500 nm angepasst werden. Wenn der Einschlusseffekt betrachtet wird, kann dieser nicht ausreichend erhalten werden, falls die Mantelschicht zu dünn ist. Wenn andererseits die Dicke der Mantelschicht zu dick ist, verschlechtert sich das Durchlassvermögen für einen Elektronenstrahl in der Mantelschicht. Unter diesen Gesichtspunkten ist es bevorzugter, dass die Mantelschicht auf 10-100 nm angepasst werden kann.
  • Darüber hinaus ist vorzuziehen, dass diese Mantelschicht ausgebildet werden kann, so dass sie die Lichtemissionsschicht vollständig bedeckt. Dadurch wird es möglich, die Lichtemissionsschicht mittels der Mantelschicht sicher zu schützen.
  • Gemäß vorstehender Beschreibung sind die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht derart, dass sie alle mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet werden. Obwohl die Bedingungen und dergleichen für dieses Gasphasenaufwachsverfahren nicht besonders beschränkt sind, ist es möglich, ein metallorganisches Gasphasenaufwachsverfahren (oder MOCVD-Verfahren oder MOVPE-Verfahren) geeignet zu verwenden, das ein vorbestimmtes organisches Material als Rohmaterial verwendet.
  • Ein Lichtemissionsmaterial gemäß der in Patentanspruch 14 definierten Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es durch Abschälen von einem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht vollendet ist, wobei das Substrat das Substrat der in Patentanspruch 13 definierten Lichtemissionsvorrichtung ist; und dadurch dass es die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht beinhaltet. Dieses Lichtemissionsmaterial wird in einen derartigen laminierten Zustand versetzt, bei der die Lichtemissionsschicht zwischen der Zwischenschicht, deren Bandlückenenergie größer und deren Brechungsindex kleiner als jene der Lichtemissionsschicht sind, und der Mantelschicht gehalten wird, deren Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist, und deren Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschicht ist. Gemäß dieses Lichtemissionsmaterials ist es demzufolge möglich, dass Elektronen und Licht noch effektiver innerhalb der Lichtemissionsschicht bleiben, und es wird dadurch möglich, eine Verbesserung der Lichtemissionseffizienz noch effektiver zu erzielen, und eine längere Lichtemissionslanglebigkeit auszubilden.
  • Obwohl das Verfahren zum Abschälen des Lichtemissionsmaterials, welches die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht beinhaltet, von dem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht nicht besonders beschränkt ist, ist es möglich, beispielsweise einen Nassätzvorgang oder einen Trockenätzvorgang zu verwenden.
  • Somit kann die Lichtemissionsvorrichtung gemäß der in Patentanspruch 9 definierten Erfindung, welche mit der Lichtemissionsschicht mit den mikrokristallinen Körnern versehen ist, oder das Lichtemissionsmaterial gemäß der in Patentanspruch 14 definierten Erfindung, bei der die Lichtemissionsschicht mit den mikrokristallinen Körnern zwischen der Zwischenschicht und der Mantelschicht gehalten wird, für eine Plasmaanzeige oder Fluoreszenzlicht und dergleichen als fluoreszierendes Material verwendet werden, das Licht mittels eines Elektronenstrahls oder ultravioletter Anregung emittiert. Da das Lichtemissionsmaterial gemäß der in Patentanspruch 14 definierten Erfindung nicht auf einer Siliziumbasisplatte oder ähnlichem ausgebildet ist, welches sichtbares Licht zur Verschlechterung der Lichtemissionseffizienz absorbiert, ist darüber hinaus eine Anwendung als Fluoreszenzmaterial möglich, welches Licht anhand von sichtbarem Licht emittiert.
  • Nachstehend sind Beispiele der Erfindung näher beschrieben.
  • (Beispiel Nr. 1)
  • Beispiel Nr. 1 verkörpert die Erfindung gemäß den Patentansprüchen 1 bis 7.
  • Ein Substrat 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, wobei sich das Substrat 4 auf das in dem Querschnittsdiagramm nach 1(c) dargestellte vorliegende Beispiel bezeichnet, ist aus Folgendem gebildet: einem einkristallinen Substrat 1 mit einer einkristallinen Siliziumbasisplatte; und einer orientierten mikrokristallinen Schicht 3, die auf diesem einkristallinen Substrat 1 ausgebildet ist, und deren Dicke ungefähr 100 nm beträgt.
  • Diese orientierte mikrokristalline Schicht 3 ist derart, dass eine der Kristallachsen der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht 3 bilden, in eine spezifische Richtung bezüglich des einkristallinen Substrats 1 orientiert ist. Genauer ist die c-Achse der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht 3 bilden, in senkrechter Richtung bezüglich des einkristallinen Substrats 1 orientiert. Es versteht sich, dass in der orientierten mikrokristallinen Schicht 3 von den Kristallen, welche die orientierte mikrokristalline Schicht 3 bilden, die c-Achse der Kristalle von fünf oder mehr aus ungefähr zehn bezüglich des einkristallinen Substrats 1 in senkrechter Richtung orientiert ist.
  • Diese orientierte mikrokristalline Schicht 3 ist darüber hinaus derart, dass ein Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht 3 bilden, auf ungefähr 50 nm angepasst ist.
  • Zudem ist eine Lichtemissionsvorrichtung 8 gemäß dem in dem Querschnittsbild nach 1(f) dargestellten vorliegenden Beispiel aus Folgendem gebildet: dem Substrat 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht; einer Vielzahl von Zwischenschichten 5, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht 3 dieses Substrats 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht anhand eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet sind, und die einen Nitridhalbleiter aufweisen; einer Vielzahl von Lichtemissionsschichten 6, die auf den jeweiligen Zwischenschichten 5 anhand eines Gasphasenaufwachsverfahrens jeweils ausgebildet sind, und die einen Nitridhalbleiter aufweisen; und einer Vielzahl von Mantelschichten 7, die auf den jeweiligen Lichtemissionsschichten 6 anhand eines Gasphasenaufwachsverfahrens jeweils ausgebildet sind, und die einen Nitridhalbleiter aufweisen.
  • Die Zwischenschichten 5 sind jene, welche eine Zusammensetzungsformel AlN aufweisen, und die Al als Nukleusmaterial beinhalten, das zum Startpunkt wird, wenn die Lichtemissionsschichten 6 wachsen. Darüber hinaus sind die Zwischenschichten 5 derart, dass die Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschichten 6 eingerichtet ist, und der Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschichten 6 eingerichtet ist. Zudem ist die Dicke dieser Zwischenschichten 5 auf ungefähr 10 nm eingerichtet.
  • Die Lichtemissionsschichten 6 weisen die Zusammensetzungsformel GaN auf. Die jeweiligen Lichtemissionsschichten 6 sind aus einzelnen mikrokristallinen Körnern gebildet, deren durchschnittlicher Korndurchmesser jeweils 150 nm beträgt. Darüber hinaus sind die meisten der Lichtemissionsschichten 6 unabhängig von den benachbarten Lichtemissionsschichten 6 mit Lücken dazwischen. Zudem beinhalten die jeweiligen Lichtemissionsschichten 6 Si als Dotierstoff in einer Konzentration von 8,0 × 1018/cm3, und Zn als Akzeptordotierstoff in einer Konzentration von 4 × 1019/cm3.
  • Die Mantelschichten 7 weisen eine Zusammensetzungsformel AlN auf. Darüber hinaus ist die Mantelschicht 7 derart, dass ihre Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschichten 6 eingerichtet ist, und der Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschichten 6 eingerichtet ist. Zudem sind diese Mantelschichten 7 mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet, so dass die Lichtemissionsschichten 6 vollständig bedeckt sind.
  • Ein Lichtemissionsmaterial 9 gemäß der in dem schematischen Querschnittsbild nach 1(g) dargestellten Erfindung ist darüber hinaus durch Abschälen von dem Lichtemissionsschichtausbildungssubstrat 4 der Lichtemissionsvorrichtung 8 vollendet, und wird aus der Zwischenschicht 5, der Lichtemissionsschicht 6 und der Mantelschicht 7 gebildet.
  • Dieses Lichtemissionsmaterial wird in einen derartigen laminierten Zustand versetzt, bei dem die Lichtemissionsschicht 6 zwischen der Zwischenschicht 5, deren Bandlückenenergie größer und deren Brechungsindex kleiner ist als bei der Lichtemissionsschicht 6, und der Mantelschicht 7 gehalten wird, deren Bandlückenenergie größer und deren Brechungsindex kleiner ist als bei der Lichtemissionsschicht 6. Zudem ist ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser dieses Lichtemissionsmaterials 9 auf 100-200 eingerichtet.
  • Das Substrat 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, die Lichtemissionsvorrichtung 8 und das Lichtemissionsmaterial 9, welche Gegenstand des vorliegenden Beispiels mit entsprechendem Aufbau sind, wurden wie folgt hergestellt.
  • <Ausbildungsschritt für orientierte mikrokristalline Schicht>
  • Ein einkristallines Substrat 1, das eine einkristalline Siliziumbasisplatte aufwies, wurde hergestellt (vergleiche 1(a)). Es versteht sich, dass dieses einkristalline Substrat 1 von der Art war, dass dessen (111)-Siliziumebene chemisch poliert war, so dass eine Oberflächenrauhigkeit, ausgedrückt als quadratischer Mittelwert der Höhe, auf 0,1 nm oder weniger eingerichtet war.
  • Mittels eines Zerstäubungsvorgangs von ZnO bezüglich der (111)-Siliziumebene des einkristallinen Substrats 1 in einer Argonatmosphäre bei ungefähr 6 mTorr wurde eine polykristalline Schicht 2, deren Dicke bei ungefähr 100 nm lag, auf diesem einkristallinen Substrat 1 ausgebildet (ein Ausbildungsschritt für eine polykristalline Schicht, vergleiche 1(b)).
  • Zudem wurde das einkristalline Substrat 1 mit der ausgebildeten polykristallinen Schicht 2 in eine Quarzröhre verbracht, und die polykristalline Schicht 3 wurde in die orientierte mikrokristalline Schicht 3 ausgebildet, indem eine Ausheilbehandlung unter derartigen Bedingungen wie etwa einer N2-Atmosphäre und 800°C für 30 Minuten ausgeführt wurde (ein Oberflächenmodifikationsbehandlungsschritt, vergleiche 1(c)).
  • Somit war das Substrat 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht erzeugt, wobei das Substrat 4 gemäß dem vorliegenden Beispiel das einkristalline Substrat 1 und die auf diesem einkristallinen Substrat 1 ausgebildete orientierte mikrokristalline Schicht 3 umfasst.
  • Sodann wurden bezüglich des erhaltenen Substrats 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht ein Zwischenschichtausbildungsschritt, ein Lichtemissionsschichtausbildungsschritt und ein Mantelschichtausbildungsschritt fortlaufend durchgeführt, welche ein nachstehend spezifiziertes MOVPE-Verfahren verwendeten. Bei diesen MOVPE-Vorgängen versteht sich, dass Folgendes verwendet wurde: Trimethylindium (oder TMIn, In(CH3)3) als Indiumzufuhrquelle; Trimethylaluminium (oder TMAl, Al(CH3)3) als Aluminiumzufuhrquelle; Trimethylgallium (oder TMGa, Ga(CH3)3) als Galliumzufuhrquelle; Ammoniak (NH3) als Stickstoffzufuhrquelle; Diethylzink (oder DEZn) als Zinkzufuhrquelle; und Monomethylsilan (oder MMSi, SiCH3) als Siliziumzufuhrquelle.
  • <Zwischenschichtausbildungsschritt>
  • Die Zwischenschichten 5 wurden auf der orientierten mikrokristallinen Schicht 3 des Substrats 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht (vergleiche 1(d)) mittels eines MOVPE-Verfahrens ausgebildet, das unter den nachstehenden Bedingungen ausgeführt wurde.
    Substrattemperatur: 1200°C
    TMAl-Zufuhrmenge: 2 μmol/min.
    NH3-Zufuhrmenge: 2 Liter/min.
    Aufwachszeit: 1 min.
  • <Lichtemissionsschichtausbildungsschritt>
  • Nachfolgend zu dem Zwischenschichtausbildungsschritt wurden die Lichtemissionsschichten 6, welche Silizium und Zink in jeweils vorbestimmter Konzentration enthielten, auf den Zwischenschichten 5 (vergleiche 1(e)) ausgebildet, indem ein MOVPE-Verfahren unter den nachstehenden Bedingungen ausgeführt wurde.
    Substrattemperatur: 1050°C
    TMGa-Zufuhrmenge: 17,6 μmol/min.
    NH3-Zufuhrmenge: 2,5 Liter/min.
    DEZn-Zufuhrmenge: 10,3 μmol/min.
    MMSi-Zufuhrmenge: 7,4 nmol/min.
    Aufwachszeit: 6 min.
  • <Mantelschichtausbildungsschritt>
  • Nachfolgend zu dem Lichtemissionsschichtausbildungsschritt wurden die Mantelschichten 7 auf den Lichtemissionsschichten 6 (vergleiche 1(f) ausgebildet, indem ein MOVPE-Verfahren unter den nachstehenden Bedingungen ausgeführt wurde.
    Substrattemperatur: 1050°C
    TMAl-Zufuhrmenge: 2 μmol/min.
    NH3-Zufuhrmenge: 2,5 Liter/min.
    Aufwachszeit: 1 min.
  • Somit wurde die Lichtemissionsvorrichtung 8 erzeugt, wobei die Lichtemissionsvorrichtung 8 gemäß dem vorliegenden Beispiel versehen ist mit: dem Substrat 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht; den Zwischenschichten 5, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht 3 dieses Substrats 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht ausgebildet waren; den Lichtemissionsschichten 6, die auf diesen Zwischenschichten 5 ausgebildet waren; und den Mantelschichten 7, die auf diesen Lichtemissionsschichten 6 ausgebildet waren.
  • <Abschälschritt>
  • Schließlich wurden integrierte Teile der Zwischenschicht 5, Lichtemissionsschicht 6 und Mantelschicht 7 von dem Lichtemissionsschichtausbildungssubstrat 4 der erhaltenen Lichtemissionsvorrichtung 8 mittels einer Nassätzbehandlung unter Verwendung einer Mischlösung aus Flusssäure und Nitratsäure abgeschält, und dadurch wurde das Lichtemissionsmaterial 9 gemäß dem vorliegenden Beispiel erhalten (vergleiche 1(g)), welches versehen ist mit der Zwischenschicht 5, der Lichtemissionsschicht 6 und der Mantelschicht 7.
  • (Beispiel Nr. 2)
  • Beispiel Nr. 2 verkörpert die in den Patentansprüchen 8 bis 14 definierte Erfindung.
  • Ein Substrat 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht gemäß dem in der Querschnittsansicht aus 2(b) dargestellten vorliegenden Beispiel ist aus einem einkristallinen Substrat 11 gebildet, welches eine einkristalline Siliziumbasisplatte aufweist; und umfasst eine Vielzahl von (111)-Siliziumebenenabschnitten 12, die durch Mikroverarbeitung (oder anisotropes Ätzen) einer Oberfläche dieses einkristallinen Substrats 11 ausgebildet werden.
  • Die jeweiligen (111)-Siliziumebenenabschnitte 12 sind derart, dass der Durchschnitt der Längen von maximalen Abschnitten auf 150 nm eingerichtet ist.
  • Darüber hinaus ist eine Lichtemissionsvorrichtung 17 gemäß dem in der schematischen Querschnittsansicht aus 2(e) dargestellten vorliegenden Beispiel aus Folgendem gebildet: dem Substrat 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht; einer Vielzahl von Zwischenschichten 14, die auf den (111)-Siliziumebenenabschnitten 12 dieses Substrats 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet sind, und die einen Nitridhalbleiter aufweisen; einer Vielzahl von Lichtemissionsschichten 15, die auf den jeweiligen Zwischenschichten 14 mittels eines jeweiligen Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet sind, und die einen Nitridhalbleiter aufweisen; und einer Vielzahl von Mantelschichten 16, die auf den jeweiligen Lichtemissionsschichten 15 mittels eines jeweiligen Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet sind und die einen Nitridhalbleiter aufweisen.
  • Die Zwischenschichten 14 weisen die Zusammensetzungsformel AlN auf und beinhalten Al als Nukleusmaterial, das zum Startpunkt wird, wenn die Lichtemissionsschichten 15 wachsen. Darüber hinaus sind die Zwischenschichten 14 derart, dass die Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschichten 15 eingerichtet ist, und der Brechungsindex ist kleiner als der der Lichtemissionsschichten 15 eingerichtet. Zudem ist die Dicke dieser Zwischenschichten 14 auf ungefähr 10 nm eingerichtet.
  • Die Lichtemissionsschichten 15 weisen die Zusammensetzungsformel GaN auf. Die jeweiligen Lichtemissionsschichten 15 sind aus einzelnen mikrokristallinen Körnern gebildet, deren durchschnittlicher Korndurchmesser jeweils 150 nm beträgt. Darüber hinaus sind die meisten Lichtemissionsschichten 15 unabhängig von benachbarten Lichtemissionsschichten 15 mit Lücken dazwischen. Ferner beinhalten die jeweiligen Lichtemissionsschichten 15 Si als Donatordotierstoff in einer Konzentration von 8,0 × 1018/cm3, und sie beinhalten Zn als Aktzeptordotierstoff in einer Konzentration von 4,0 × 1019/cm3.
  • Die Mantelschichten 16 weisen die Zusammensetzungsformel AlN auf. Darüber hinaus sind die Mantelschichten 16 derart, dass die Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschichten 15 eingerichtet ist, und der Brechungsindex kleiner als der der Lichtemissionsschichten 15 eingerichtet ist. Zudem sind diese Mantelschichten 16 mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet, so dass die Lichtemissionsschichten 15 vollständig bedeckt sind.
  • Darüber hinaus wird ein Lichtemissionsmaterial 18 gemäß der in der schematischen Querschnittsansicht aus 2(f) dargestellten Erfindung durch Abschälen von dem Lichtemissionsschichtausbildungssubstrat 13 der Lichtemissionsvorrichtung 17 vollendet, und ist aus der Zwischenschicht 14, der Lichtemissionsschicht 15 und der Mantelschicht 16 gebildet.
  • Dieses Lichtemissionsmaterial 18 ist in einen derartigen laminierten Zustand versetzt, dass die Lichtemissionsschicht 15 zwischen der Zwischenschicht 14 und der Mantelschicht 16 gehalten wird, deren Bandlückenenergie größer und deren Brechungsindex kleiner ist als bei der Lichtemissionsschicht 15. Zudem ist ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser dieses Lichtemissionsmaterials 18 auf 100-200 nm eingerichtet.
  • Substrat 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, die Lichtemissionsvorrichtung 17 und das Lichtemissionsmaterial 18, welche Gegenstand des vorliegenden Beispiels mit derartigen Aufbauten sind, wurden wie folgt hergestellt.
  • <Mikroverarbeitungsschritt>
  • Ein einkristallines Substrat 11, das eine einkristalline Siliziumbasisplatte aufwies, wurde hergestellt (vergleiche 2(a)). Es versteht sich, dass dieses einkristalline Substrat 1 derart war, dass ihre zu verarbeitende Oberfläche keiner Polierungsbehandlung und dergleichen ausgesetzt war, und die (001)-Siliziumebenen 11a aufwies, deren Oberflächenrauhigkeit, ausgedrückt als quadratischer Mittelwert der Höhe, auf 25 nm eingerichtet war.
  • Zudem wurden die (011)-Siliziumebenen 11 mittels der Durchführung einer anisotropen Ätzbehandlung bezüglich dieses einkristallinen Substrats 11 unter den nachstehend spezifizierten Bedingungen mikroverarbeitet, und dadurch wurden die (111)-Siliziumebenenabschnitte 12 ausgebildet (vergleiche 2(b)).
    Art der anisotropen Ätzlösung: wässrige KOH-Lösung
    Konzentration der anistropen Ätzlösung: 25 Gewichtsprozent
    Temperatur der anistropen Ätzlösung: konstant 40°C (ungefähr ± 2°C)
    Eintauchzeit: 7,5 min.
  • Somit war das Substrat 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht hergestellt, wobei das Substrat 13 gemäß dem vorliegenden Beispiel das einkristalline Siliziumsubstrat 11 sowie eine Vielzahl der (111)-Siliziumebenenabschnitte 12 umfasste.
  • Sodann wurde bezüglich des erhaltenen Substrats 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht ein Zwischenschichtausbildungsschritt, ein Lichtemissionsschichtausbildungsschritt und ein Mantelschichtausbildungsschritt nacheinander durchgeführt, welche ein nachstehend spezifiziertes MOVPE-Verfahren verwendeten. Bei diesen MOVPE-Vorgängen versteht sich, dass ebenso wie bei Beispiel Nr. 1 das Folgende verwendet wurde: TMIn als Indiumzufuhrquelle; TMAl als Aluminiumzufuhrquelle; TMGa als Galliumzufuhrquelle; NH3 als Stickstoffzufuhrquelle; DEZn als Zinkzufuhrquelle; und MMSi als Siliziumzufuhrquelle.
  • <Zwischenschichtausbildungsschritt>
  • Die Zwischenschichten 14 wurden auf den (111)-Siliziumebenenabschnitten 12 des Substrats 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht (vergleiche
  • 2(c)) mittels eines MOVPE-Verfahrens ausgebildet, das unter den nachstehenden Bedingungen ausgeführt wurde.
    Substrattemperatur: 1200°C
    TMAl-Zufuhrmenge: 2 μmol/min.
    NH3-Zufuhrmenge: 2 Liter/min.
    Aufwachszeit: 1 min.
  • <Lichtemissionsschichtausbildungsschritt>
  • Nachfolgend zu dem Zwischenschichtausbildungsschritt wurden die Lichtemissionsschichten 14, die Silizium und Zink in jeweils vorbestimmten Konzentrationen beinhalteten, auf den Zwischenschichten 14 (vergleiche 2(d)) ausgebildet, indem ein MOVPE-Verfahren unter den nachfolgenden Bedingungen ausgeführt wurde.
    Substrattemperatur: 1050°C
    TMGa-Zufuhrmenge: 17,6 μmol/min.
    NH3-Zufuhrmenge: 2,5 Liter/min.
    DEZn-Zufuhrmenge: 10,3 μmol/min.
    MMSI-Zufuhrmenge: 7,4 nmol/min.
    Aufwachszeit: 6 min.
  • <Mantelschichtausbildungsschritt>
  • Nachfolgend zu dem Lichtemissionsschichtausbildungsschritt wurden die Mantelschichten 16 auf den Lichtemissionsschichten 15 (vergleiche 2(e)) ausgebildet, indem ein MOVPE-Verfahren unter den nachstehenden Bedingungen ausgeführt wurde.
    Substrattemperatur: 1050°C
    TMAl-Zufuhrmenge: 2 μmol/min.
    NH3-Zufuhrmenge: 2,5 Liter/min.
    Aufwachszeit: 1 min.
  • Somit war die Lichtemissionsvorrichtung 17 hergestellt, wobei die Lichtemissionseinrichtung 17 gemäß dem vorliegenden Beispiel versehen ist mit: dem Substrat 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht; den Zwischenschichten 14, die auf den (111)-Siliziumebenenabschnitten 12 dieses Substrats 13 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht ausgebildet wurden; den Lichtemissionsschichten 15, die auf diesen Zwischenschichten 14 ausgebildet wurden; und den Mantelschichten 16, die auf diesen Lichtemissionsschichten 15 ausgebildet wurden.
  • <Abschälschritt>
  • Schließlich wurden integrierte Teilchen der Zwischenschicht 14, der Lichtemissionsschicht 15 und der Mantelschicht 16 von dem Lichtemissionsschichtausbildungssubstrat 13 der erhaltenen Lichtemissionsvorrichtung 17 mittels einer Nassätzbehandlung unter Verwendung einer Mischlösung aus Flusssäure und Nitratsäure abgeschält, und dadurch wurde das Lichtemissionsmaterial 18 erhalten (vergleiche 2(f)), das gemäß dem vorliegenden Beispiel diese Zwischenschicht 14, die Lichtemissionsschicht 15 und die Mantelschicht 16 umfasst.
  • (Vergleichsbeispiel)
  • Als einkristallines Substrat wurde eine (111)-Siliziumbasisplatte hergestellt. Zudem wurden unter Verwendung eines MOVPE-Verfahrens eine GaN-Matrizenschicht, eine AlN-Pufferschicht und eine InGaN-Lichtemissionsschicht auf der (111)-Siliziumbasisplatte in dieser Reihenfolge ausgebildet. Bei diesem Beispiel wurden bei der Ausbildung der InGaN-Lichtemissionsschicht die Zinkkonzentration und die Siliziumkonzentration, die in der InGaN-Lichtemissionsschicht enthalten sind, durch verschiedenartige Modifizierung der Zufuhrmenge von Zink und Silizium wie folgt verschiedenartig modifiziert: Zn: 0,34 × 1019/cm3 – 9,2 × 1019/cm3; und Si: 2,3 × 1018/cm3 – 9,2 × 1018/cm3. Diese Zinkkonzentration und diese Siliziumkonzentration wurden mittels eines SIMS (sogenanntes „Secondary Ionization Mass Spectrometer" beziehungsweise „secondary ion mass spectrometer") gemessen.
  • Bei dem vorstehend angeführten MOVPE-Verfahren versteht sich, dass auf dieselbe Weise wie bei Beispiel Nr. 1 das Folgende verwendet wurde: TMIn als Indiumzufuhrquelle; TMAl als Aluminiumzufuhrquelle; TMGa als Galliumzufuhrquelle; NH3 als Stickstoffzufuhrquelle; DEZn als Zinkzufuhrquelle; und MMSi als Siliziumzufuhrquelle.
  • Darüber hinaus betrug die Dicke der GaN-Matrizenschicht 200 nm, und die Dicke der AlN-Pufferschicht lag bei 50 nm. Zudem umfasste die InGaN-Lichtemissionsschicht eine Dicke von 200 nm und eine Zusammensetzungsformel von In0,1Ga0,9N.
  • Ferner wurde untersucht, wie sich die Lichtemissionseigenschaften (d.h. die Lichtemissionsintensität oder die Lichtemissionseffizienz und dergleichen) in Abhängigkeit von der Zn-Konzentration und der Si-Konzentration, die in der InGaN-Lichtemissionsschicht enthalten waren, änderten.
  • 3 zeigt ein KL-Spektrum (oder Kathodolumineszenzspektrum) einer InGaN-Lichtemissionsschicht (bei Raumtemperatur), wenn die Siliziumkonzentration konstant auf 4,6 × 1018/cm3 ausgebildet wurde, und die Zinkkonzentration verschiedenartig modifiziert wurden. Aus 3 ist ersichtlich, dass das KL-Spektrum einer InGaN-Lichtemissionsschicht, die alleine mit Silizium dotiert war, eine Spitzenwertwellenlänge von 400 nm aufwies. Durch die Dotierung von Zink zusammen mit Silizium ergab sich darüber hinaus das KL-Spektrum einer InGaN-Lichtemissionschicht derart, dass die Spitzenwertwellenlänge auf 482 nm wanderte. Zudem wurde bei der InGaN-Lichtemissionsschicht, die mit Si: 4,6 × 1018/cm3 und Zn: 4 × 1019/cm3 dotiert war, die Lichtemissionsintensität das 5-fache im Vergleich zu dem Fall einer ausschließlichen Dotierung mit Silizium. Zudem erweiterte sich die Breite des Spektrums mittels der Dotierung von Zink zusammen mit Silizium, und dadurch wurde ein breites Spektrum von Lichtemissionswellenlängen erhalten.
  • 4 zeigt die Lichtemissionsintensität einer InGaN-Lichtemissionsschicht, wenn die Siliziumkonzentration konstant auf 4,6 × 1018/cm3 ausgebildet wurde, und die Zinkkonzentration verschiedenartig modifiziert wurde. 5 zeigt die Lichtemissionsintensität einer InGaN-Lichtemissionsschicht, wenn die Zinkkonzentration konstant auf 4 × 1019/cm3 ausgebildet war, und die Siliziumkonzentration verschiedenartig modifiziert wurde.
  • Aus den 4 und 5 ergibt sich, dass die Lichtemissionsintensität durch die Dotierung mit Zink und Silizium vergrößert wurde. Mit anderen Worten wurde es in der InGaN-Lichtemissionsschicht, deren Zusammensetzungsformel In0,1Ga0,9N war, möglich, die Lichtemissionsintensität durch Einbeziehung von Silizium als Donatordotierstoff in einer Konzentration von 4,6 × 1018/cm3 bis 9,2 × 1018/cm3 sowie durch Einbeziehung von Zink als Akzeptordotierstoff in einer Konzentration von 2 × 1019/cm3 – 8 × 1019/cm3 effektiv zu vergrößern. Insbesondere die In0,1Ga0,9N-Lichtemissionsschicht, welche Silizium mit einer Konzentration von 8 × 1018/cm3 und Zink mit einer Konzentration von 4 × 1019/cm3 enthielt, war derart, dass die Lichtemissionsintensität maximal wurde, und dadurch dass 23-fache der Lichtemissionsintensität der In0,1Ga0,9N-Lichtemissionsschicht wurde, die nur Silizium in einer Konzentration von 4,6 × 1018/cm3 enthielt.
  • Zusammenfassung
  • Zur Verbesserung der Lichtemissionseffizienz wird eine Lichtemissionsschicht mikrokristallisiert, während ein Gasphasenaufwachsverfahren verwendet wird, das zur Verbesserung der Kristallqualität und dergleichen vorteilhaft ist. Ein Substrat 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht umfasst ein einkristallines Substrat 1 und eine auf dem einkristallinen Substrat 4 ausgebildete orientierte feinkristalline Schicht 3. Eine der Kristallachsen von jeweiligen Kristallen, welche die orientierte mikrokristalline Schicht 3 bilden, ist in einer spezifischen Richtung bezüglich dem einkristallinen Substrat 1 orientiert, und der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht 3 bilden, ist auf 1-1000 nm eingerichtet. Eine Lichtemissionsvorrichtung 8 ist mit einer Zwischenschicht 5, einer Lichtemissionsschicht 6 und einer Mantelschicht 7 versehen, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht 3 dieses Substrats 4 zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht jeweils mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet sind, und die einen Nitridhalbleiter aufweisen. Die Lichtemissionsschicht 6 ist aus mikrokristallinen Körnern gebildet, deren durchschnittlicher Korndurchmesser 1-1000 nm beträgt.

Claims (14)

  1. Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, mit: einem einkristallinen Substrat; und einer orientierten mikrokristallinen Schicht, die auf dem einkristallinen Substrat ausgebildet ist; wobei das Substrat ein Substrat ist, bei dem eine Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf der orientierten mikrokristallinen Schicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, das Substrat ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kristallachsen von jeweiligen Kristallen, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, in einer spezifischen Richtung bezüglich des einkristallinen Substrats orientiert ist; und dadurch, dass der Durchschnitt der Kristallkorndurchmesser der jeweiligen Kristalle, welche die orientierte mikrokristalline Schicht bilden, auf 1-1.000 nm eingerichtet ist.
  2. Lichtemissionsvorrichtung, mit: dem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht nach Patentanspruch 1, und einer Lichtemissionsschicht, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht des Substrats zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, die Lichtemissionsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionsschicht aus mikrokristallinen Körnern gebildet ist, deren durchschnittlicher Korndurchmesser 1-1.000 nm beträgt.
  3. Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Zwischenschicht aufweist, die auf der orientierten mikrokristallinen Schicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter mit einem Nukleusmaterial aufweist, das zum Startpunkt wird, wenn die Lichtemissionsschicht wächst; und dass die Lichtemissionsschicht auf der Zwischenschicht ausgebildet ist.
  4. Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht derart ist, dass ihre Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist.
  5. Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das einkristalline Substrat ein Siliziumsubstrat aufweist; die Zwischenschicht AlxGayN (x + y = 1, 0 < x ≤ 1, und 0 ≤ y < 1) aufweist; und die Lichtemissionsschicht InzAlxGayN (x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und 0 ≤ z ≤ 1) aufweist.
  6. Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Mantelschicht aufweist, die auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, dessen Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist.
  7. Lichtemissionsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Abschälen von einem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht vollendet ist, wobei das Substrat das Substrat der Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 6 ist; und dadurch, dass es die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht beinhaltet.
  8. Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht, mit: einem einkristallinen Siliziumsubstrat; wobei das Substrat ein Substrat ist, bei dem eine Lichtemissionsschicht mit einem Nitridhalbleiter auf dem einkristallinen Substrat mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, das Substrat ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vielzahl von (n11)-Siliziumebenenabschnitten (wobei n eine gerade Zahl von 0 bis 6 ist) aufweist, wobei die (n11)-Siliziumebenenabschnitte durch Mikroverarbeitung einer Oberfläche des einkristallinen Substrats ausgebildet sind, und wobei ein Durchschnitt der Längen von Abschnitten mit maximaler Länge 1-1.000 nm beträgt.
  9. Lichtemissionsvorrichtung mit: dem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht nach Patentanspruch 8, und einer Lichtemissionsschicht, die auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten des Substrats zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, die Lichtemissionsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionsschicht aus mikrokristallinen Körnern gebildet ist, deren durchschnittlicher Korndurchmesser 1-1.000 nm beträgt.
  10. Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Zwischenschicht aufweist, die auf den (n11)-Siliziumebenenabschnitten mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter mit einem Nukleusmaterial aufweist, das zum Startpunkt wird, wenn die Lichtemissionsschicht wächst; und dass die Lichtemissionsschicht auf der Zwischenschicht ausgebildet ist.
  11. Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht derart ist, dass die Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist.
  12. Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht AlxGayN (x + y = 1, 0 < x ≤ 1, und 0 ≤ y < 1) aufweist; und die Lichtemissionsschicht InzAlxGayN (x + y + z = 1, 0 x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und 0 ≤ z ≤ 1) aufweist.
  13. Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Mantelschicht aufweist, die auf der Lichtemissionsschicht mittels eines Gasphasenaufwachsverfahrens ausgebildet ist, und die einen Nitridhalbleiter aufweist, dessen Bandlückenenergie größer als die der Lichtemissionsschicht ist.
  14. Lichtemissionsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Abschälen von einem Substrat zur Ausbildung einer Lichtemissionsschicht vollendet ist, wobei das Substrat das Substrat der Lichtemissionsvorrichtung nach Patentanspruch 13 ist; und dadurch, dass es die Zwischenschicht, die Lichtemissionsschicht und die Mantelschicht beinhaltet.
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