JP2001237460A - Light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物半導体を用
いた発光素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device using an oxide semiconductor.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在実用化されている紫外線発光素子の
材料として、ガリウム(以下、Gaと記す)と窒素(以
下、Nと記す)との化合物であるGaNがある。2. Description of the Related Art As a material for an ultraviolet light emitting device currently in practical use, there is GaN which is a compound of gallium (hereinafter, referred to as Ga) and nitrogen (hereinafter, referred to as N).
【0003】最近では、紫外線発光素子の材料として、
亜鉛(以下、Znと記す)と酸素(以下、Oと記す)と
の化合物である酸化亜鉛(以下、ZnOと記す)が期待
されている。Recently, as a material for an ultraviolet light emitting device,
Zinc oxide (hereinafter, referred to as ZnO), which is a compound of zinc (hereinafter, referred to as Zn) and oxygen (hereinafter, referred to as O), is expected.
【0004】ZnOは、直接遷移型でそのバンドギャッ
プが約3.37eVと近紫外光領域で、室温でも解離し
ない60meVという大きな励起子の結合エネルギーを
持ち、光ポンピングで室温励起子レーザー発振を行うこ
とも報告されている。これは例えば、Z.K.Tang
et al.,Appl.Phys.Lett,Vo
l.72,No.25,22 June 1998の3
270頁〜3272頁に記載されている。[0004] ZnO is a direct transition type, has a band gap of about 3.37 eV and has a large exciton binding energy of 60 meV which does not dissociate even at room temperature in the near ultraviolet region, and emits room temperature exciton laser by optical pumping. It has also been reported. This is described, for example, in Z. K. Tang
et al. , Appl. Phys. Lett, Vo
l. 72, no. 25,22 June 1998-3
270 to 3272.
【0005】また、最近、照明分野への応用を目指して
インジウム(以下、Inと記す)、GaおよびNとの化
合物であるInGaNの紫外線LED(Light E
mitting Diode)とYAG((YGd)3
(AlGa)5O12:Ce)蛍光材料を用いた白色発光
LEDが商品化されている。これは例えば、向井他、応
用物理、第68巻、第2号、(1999)の152頁〜
155頁に記載されている。Recently, an ultraviolet LED (Light E) made of InGaN, which is a compound of Indium (hereinafter referred to as In), Ga and N, for application to the field of lighting.
Mitting Diode) and YAG ((YGd) 3
A white light emitting LED using (AlGa) 5 O 12 : Ce) fluorescent material has been commercialized. This is described in, for example, Mukai et al., Applied Physics, Vol. 68, No. 2, (1999), p.
155 pages.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】発光素子の実現には、
pn接合の形成が不可欠であるが、ZnOを用いた発光
素子は、n型導電性は容易に得られるがp型導電性が得
にくい。In order to realize a light emitting device,
Although formation of a pn junction is indispensable, a light-emitting element using ZnO can easily obtain n-type conductivity but hardly obtain p-type conductivity.
【0007】また、白色発光LEDは、YAG蛍光材料
を青色LEDで励起して黄緑色を発光させ、元の青色と
合わせて青色と黄緑色で白色を発光させているが、蛍光
体を励起しているため、発光効率が十分ではない。The white light emitting LED emits yellow-green light by exciting a YAG fluorescent material with a blue LED, and emits white light in blue and yellow green in combination with the original blue light. Therefore, the luminous efficiency is not sufficient.
【0008】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、ZnOを活性層として用い、酸化物半導
体から構成されるダブルヘテロ構造のpn接合を有する
紫外域、可視域の発光素子を提供すること目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an ultraviolet and visible light emitting device having a double heterostructure pn junction composed of an oxide semiconductor using ZnO as an active layer. The purpose is to provide.
【0009】また、本発明は、発光効率が高く、低コス
ト化を図った白色の発光素子を提供することを目的とす
る。Another object of the present invention is to provide a white light-emitting element having high luminous efficiency and low cost.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】以下、元素および化合物
の組成式は、次のように元素記号を用いて記載する。The compositional formulas of elements and compounds are described below by using element symbols as follows.
【0011】すなわち、マグネシウムはMg、コバルト
はCo、リチウムはLi、ニッケルはNi、ユウロピウ
ムはEu、エルビウムはEr、プラセオジムはPr、テ
ルビウムはTr、セリウムはCe、ツリウムはTm、ス
トロンチウムはSr、チタンはTi、アルミニウムはA
l、アルゴンはAr、ランタンはLa、ニオブはNbと
記載する。That is, magnesium is Mg, cobalt is Co, lithium is Li, nickel is Ni, europium is Eu, erbium is Er, praseodymium is Pr, terbium is Tr, cerium is Ce, thulium is Tm, strontium is Sr, titanium is titanium. Is Ti, aluminum is A
1, argon is described as Ar, lanthanum as La, and niobium as Nb.
【0012】上記課題を達成するために、本発明の発光
素子は、活性層となるZnO層が、一導電型のZnMg
O層および前記ZnMgO層とは逆の導電型のZnNi
O層との間に形成されているものである。In order to achieve the above object, in a light emitting device of the present invention, a ZnO layer serving as an active layer is formed of one conductivity type ZnMg.
O layer and ZnNi of the opposite conductivity type to the ZnMgO layer
It is formed between the O layer.
【0013】これにより、バッファ層となるZnMgO
層は、ZnO(バンドギャップ約3.37eV)とMg
O(バンドギャップ約7.7eV)の混晶であり、Zn
Oよりバンドギャップが大きく容易にn型の導電性が得
られ、また、バッファ層となるZnNiO層は、ZnO
とNiO(バンドギャップ約4.2eV)の混晶であ
り、ZnOよりバンドギャップが大きく容易にp型の導
電性が得られるので、ZnOを活性層とするダブルヘテ
ロ構造のpn接合が得られ、紫外領域の発光素子が実現
できる。As a result, ZnMgO serving as a buffer layer is formed.
The layer is made of ZnO (band gap about 3.37 eV) and Mg
O (band gap: about 7.7 eV)
The band gap is larger than that of O, n-type conductivity can be easily obtained, and the ZnNiO layer serving as a buffer layer is made of ZnO.
And a mixed crystal of NiO and a band gap of about 4.2 eV. Since the band gap is larger than that of ZnO and p-type conductivity can be easily obtained, a pn junction of a double hetero structure using ZnO as an active layer can be obtained. A light emitting element in the ultraviolet region can be realized.
【0014】また、本発明の発光素子は、活性層となる
ZnO層が、一導電型のZnMgO層および前記ZnM
gO層とは逆の導電型のNiO層との間に形成されてい
るものである。Further, in the light emitting device of the present invention, the ZnO layer serving as an active layer is a one-conductivity type ZnMgO layer and the ZnM layer.
The gO layer is formed between the opposite conductive type NiO layer and the gO layer.
【0015】これにより、上記のようにバッファ層とな
るZnMgO層は、ZnOよりバンドギャップが大きく
容易にn型の導電性が得られ、また、バッファ層となる
NiO層は、ZnOよりバンドギャップが大きく容易に
p型の導電性が得られ、ZnOを活性層とするダブルヘ
テロ構造のpn接合が得られるので、紫外領域の発光素
子が実現できる。As a result, as described above, the ZnMgO layer serving as the buffer layer has a larger band gap than ZnO, so that n-type conductivity can be easily obtained. The NiO layer serving as the buffer layer has a band gap higher than that of ZnO. Since p-type conductivity can be obtained easily and easily, and a pn junction having a double heterostructure using ZnO as an active layer can be obtained, a light emitting element in an ultraviolet region can be realized.
【0016】また、本発明の発光素子は、活性層となる
ZnO層が、一導電型のZnMgO層および前記ZnM
gO層とは逆の導電型のZnCoO層との間に形成され
ているものである。Further, in the light emitting device of the present invention, the ZnO layer serving as an active layer is a one-conductivity-type ZnMgO layer and the ZnM layer.
The gO layer is formed between the opposite conductivity type ZnCoO layer and the gO layer.
【0017】これにより、バッファ層となるZnMgO
層は、上記のようにZnOよりバンドギャップが大きく
容易にn型の導電性が得られ、また、バッファ層となる
ZnCoO層は、ZnOとCoO(バンドギャップ約
4.7eV)の混晶であり、ZnOよりバンドギャップ
が大きく容易にp型の導電性が得られるので、ZnOを
活性層とするダブルヘテロ構造のpn接合が得られ、紫
外領域の発光素子が実現できる。As a result, ZnMgO serving as a buffer layer is formed.
As described above, the layer has a larger band gap than ZnO and can easily obtain n-type conductivity. The ZnCoO layer serving as a buffer layer is a mixed crystal of ZnO and CoO (band gap of about 4.7 eV). Since the band gap is larger than that of ZnO and p-type conductivity can be easily obtained, a pn junction having a double hetero structure using ZnO as an active layer can be obtained, and a light emitting element in an ultraviolet region can be realized.
【0018】また、本発明の発光素子は、活性層となる
ZnO層が、一導電型のZnMgO層および前記ZnM
gO層とは逆の導電型のCoO層との間に形成されてい
るものである。Further, in the light emitting device of the present invention, the ZnO layer serving as an active layer is formed of one conductivity type ZnMgO layer and the ZnM layer.
It is formed between the gO layer and the CoO layer of the opposite conductivity type.
【0019】これにより、上記のようにバッファ層とな
るZnMgO層は、ZnOよりバンドギャップが大きく
容易にn型の導電性が得られ、また、バッファ層となる
CoO層は、ZnOよりバンドギャップが大きく容易に
p型の導電性が得られ、ZnOを活性層とするダブルヘ
テロ構造のpn接合が得られるので、紫外領域の発光素
子が実現できる。As a result, as described above, the ZnMgO layer serving as the buffer layer has a larger band gap than ZnO, so that n-type conductivity can be easily obtained. The CoO layer serving as the buffer layer has a band gap higher than that of ZnO. Since p-type conductivity can be obtained easily and easily, and a pn junction having a double heterostructure using ZnO as an active layer can be obtained, a light emitting element in an ultraviolet region can be realized.
【0020】また、本発明の発光素子は、希土類元素を
ドーピングしたZnO層を活性層とするものである。Further, the light emitting device of the present invention uses a ZnO layer doped with a rare earth element as an active layer.
【0021】これにより、電流を流すと、母体半導体の
活性層となるZnO層でバンド間遷移のエネルギーによ
り、希土類元素の内殻の電子系が励起され、希土類元素
の種類に応じた可視で発光することができる。Thus, when an electric current is applied, the inner electron system of the rare earth element is excited by the energy of the inter-band transition in the ZnO layer serving as the active layer of the base semiconductor, and visible light is emitted according to the type of the rare earth element. can do.
【0022】また、本発明の発光素子は、さらに、希土
類元素が、Eu、Pr、Er、Tb、Tm、Ceの少な
くともいずれか1つから成るものである。Further, in the light emitting device of the present invention, the rare earth element is at least one of Eu, Pr, Er, Tb, Tm, and Ce.
【0023】これにより、例えば希土類元素のErは、
5Sや5Pの外殻軌道は完全に電子で満たされている
が、内殻の4f軌道は部分的にしか電子で占められてお
らず、半導体に添加されると3価のイオンになり、f殻
の電子はその外側の5S、5P軌道の電子にシールドさ
れているため、f殻電子系での遷移で発光することがで
きる。また、希土類元素の種類によって、Eu、Prは
赤色、Er、Tbは緑色、Tm、Ceは青色の発光遷移
があり、これらを可視域よりバンドギャップの大きいZ
nOにドーピングすることにより、ZnOでのバンド間
遷移のエネルギーが、希土類の遷移エネルギーに変換さ
れ、可視光の発光素子を形成することが可能である。Thus, for example, Er of the rare earth element is
The outer orbitals of 5S and 5P are completely filled with electrons, but the 4f orbitals of the inner shell are only partially occupied by electrons. When added to the semiconductor, they become trivalent ions, and f Since electrons in the shell are shielded by electrons in the outer 5S and 5P orbits, light can be emitted by transition in the f-shell electron system. Depending on the type of the rare earth element, Eu and Pr have red emission, Er and Tb have green emission, and Tm and Ce have blue emission transition.
By doping nO, the energy of the interband transition in ZnO is converted to the transition energy of rare earth, and a light emitting element of visible light can be formed.
【0024】また、本発明の発光素子は、同一基板上
に、Eu又はPrの少なくとも1つをドーピングした赤
色を発光する第1の活性層と、Er又はTbの少なくと
も1つをドーピングした緑色を発光する第2の活性層
と、Tm又はCeの少なくとも1つをドーピングした青
色を発光する第3の活性層とが形成されているととも
に、前記第1の活性層、前記第2の活性層および前記第
3の活性層が同一の材料から形成されているものであ
る。Further, the light emitting device of the present invention comprises a first active layer which emits red light doped with at least one of Eu or Pr and a green light which is doped with at least one of Er or Tb, on the same substrate. A second active layer that emits light and a third active layer that emits blue light doped with at least one of Tm and Ce are formed, and the first active layer, the second active layer, The third active layer is formed from the same material.
【0025】これにより、同一基板面上に、Eu、Pr
をドーピングした赤色を発光する領域と、Tb、Erを
ドーピングした緑色を発光する領域と、Ce、Tmをド
ーピングした青色を発光する領域を有し、各発光領域
は、電流調整により赤、緑、青のそれぞれの発光出力の
制御が可能となり、その発光強度は、それぞれの領域に
異なる電流を流すことにより制御できるため、容易に白
色を発光する素子が実現できる。Thus, Eu, Pr and Pr are formed on the same substrate surface.
, A green light-emitting region doped with Tb and Er, and a blue light-emitting region doped with Ce and Tm. The light emission output of each blue light can be controlled, and the light emission intensity can be controlled by applying different currents to the respective regions, so that an element that emits white light can be easily realized.
【0026】また、本発明の発光素子は、さらに、同一
の材料が、ZnO、GaN、InGaN、AlInGa
N、AlGaNのいずれかで構成されているものであ
る。Further, in the light emitting device of the present invention, the same material may be used for ZnO, GaN, InGaN, AlInGa
It is made of one of N and AlGaN.
【0027】これにより、同一基板面上に形成されたZ
nO、GaN、InGaN、AlInGaN、AlGa
N等の可視領域より大きなバンドギャップを有する活性
層内に、Eu、Prをドーピングした赤色を発光する領
域と、Tb、Erをドーピングした緑色を発光する領域
と、Ce、Tmをドーピングした青色を発光する領域を
有し、各発光領域は、電流調整により赤、緑、青のそれ
ぞれの発光出力の制御が可能となり、その発光強度は、
それぞれの領域に異なる電流を流すことにより制御でき
るため、容易に白色を発光する素子が実現できる。Thus, the Z formed on the same substrate surface
nO, GaN, InGaN, AlInGaN, AlGa
In an active layer having a bandgap larger than the visible region such as N, a region emitting red light doped with Eu and Pr, a region emitting green light doped with Tb and Er, and a blue region doped with Ce and Tm are provided. Each light-emitting area has a light-emitting area, and each light-emitting area can control the light-emission output of red, green, and blue by adjusting current, and the light-emission intensity is
Since control can be performed by supplying different currents to the respective regions, an element that emits white light can be easily realized.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の発光素子を詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a light emitting device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0029】(実施の形態1)図1は、本発明における
第1の実施形態を示す発光素子の断面図を示したもので
ある。(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention.
【0030】この構造は、サファイア基板1の(000
1)面上に、n型Zn0.8Mg0.2O層2が形成され、n
型Zn0.8Mg0.2O層2の選択された領域上に活性層と
なるn型ZnO層3が形成され、n型ZnO層3の上に
p型Zn0.75Ni0.25O層4が形成され、露出されたn
型Zn0.8Mg0.2O層2の上およびp型Zn0.75Ni
0.25O層4の上に、それぞれAuからなるオーミック電
極5、6が形成されているものである。This structure corresponds to (000) of the sapphire substrate 1.
1) On the surface, n-type Zn0.8Mg0.2An O layer 2 is formed, and n
Type Zn0.8Mg0.2An active layer on a selected region of the O layer 2
Is formed on the n-type ZnO layer 3.
p-type Zn0.75Ni0.25An O layer 4 is formed and the exposed n
Type Zn0.8Mg0.2O-layer 2 and p-type Zn0.75Ni
0.25An ohmic electrode made of Au is formed on the O layer 4.
The poles 5 and 6 are formed.
【0031】次に、第1の実施形態による発光素子の製
造方法の一例について図2を参照して説明する。Next, an example of a method for manufacturing the light emitting device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
【0032】まず、図2(a)に示すように、サファイ
ア基板1の(0001)面上に、MBE(Molecu
lar Beam Epitaxy)装置を用いて、n
型Zn0.8Mg0.2O層2を150nmの厚さに、n型Z
nO層3を50nmの厚さに、p型Zn0.75Ni0.25O
層4を150nmの厚さに連続成長させる。First, as shown in FIG. 2A, an MBE (Molecu) is formed on the (0001) plane of the sapphire substrate 1.
lar Beam Epitaxy) device, n
The type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is formed to a thickness of 150 nm,
The thickness of the nO layer 3 is set to 50 nm, and the p-type Zn 0.75 Ni 0.25 O
Layer 4 is grown continuously to a thickness of 150 nm.
【0033】なお、これらの酸化物半導体層の成長は、
MBE法により、Zn、MgおよびNiの固体蒸着源
(Kセル)とO2ラジカルイオン源を用い、n型ドーパ
ントとしてAl、p型ドーパントとしてLi2Oのそれ
ぞれ固体蒸着源(Kセル)を用い、基板温度を600℃
で行った。Note that the growth of these oxide semiconductor layers is as follows.
According to the MBE method, a solid deposition source (K cell) of Zn, Mg, and Ni and a O 2 radical ion source are used, and a solid deposition source (K cell) of Al is used as an n-type dopant and Li 2 O is used as a p-type dopant. , Substrate temperature 600 ℃
I went in.
【0034】この場合、n型バッファ層となるn型Zn
0.8Mg0.2O層2のバンドギャップは約3.67eV、
p型バッファ層となるp型Zn0.75Ni0.25O層4のバ
ンドギャップは約3.48eVであり、共に活性層とな
るn型ZnO層3のバンドギャップ(約3.37eV)
より大きく、ダブルヘテロ構造のpn接合が形成されて
いる。In this case, n-type Zn serving as an n-type buffer layer
The band gap of the 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is about 3.67 eV,
The band gap of the p-type Zn 0.75 Ni 0.25 O layer 4 serving as the p-type buffer layer is about 3.48 eV, and the band gap of the n-type ZnO layer 3 serving as the active layer (about 3.37 eV).
A larger, double heterostructure pn junction is formed.
【0035】ここで、MgOやNiOの結晶構造は通常
は立方晶であるが、ZnOとの混晶にした場合、その組
成比が約0.3以下では母体のZnOと同じ六方晶の結
晶構造を保ち、格子定数の変化も少ない。従って、良好
な結晶が得られる。Here, the crystal structure of MgO or NiO is usually cubic, but when mixed with ZnO, if the composition ratio is about 0.3 or less, the same hexagonal crystal structure as the base ZnO is used. And the change in lattice constant is small. Therefore, good crystals can be obtained.
【0036】また、活性層となるZnO層はp型導電性
は得にくいが、Li等のドーピングによりp型導電性が
容易に得られるNiOとの混晶にしてZnNiO層とす
ることにより、p型導電性を得ることができる。The ZnO layer serving as an active layer is difficult to obtain p-type conductivity. However, by forming a ZnNiO layer by forming a mixed crystal with NiO which can easily obtain p-type conductivity by doping with Li or the like. Mold conductivity can be obtained.
【0037】次に、図2(b)に示すように、p型Zn
0.75Ni0.25O層4の表面の所定の領域をレジストマス
ク等を用いてマスクし、Arを用いたArイオンミリン
グで、p型Zn0.75Ni0.25O層4およびn型ZnO層
3をエッチングしてn型Zn 0.8Mg0.2O層2の一部表
面を露出させる。Next, as shown in FIG.
0.75Ni0.25A predetermined area on the surface of the O layer 4 is
Ar ion milling using Ar
With p-type Zn0.75Ni0.25O layer 4 and n-type ZnO layer
3 to etch n-type Zn 0.8Mg0.2Partial table of O layer 2
Expose the surface.
【0038】次に、図2(c)に示すように、リフトオ
フ法等を用いて、n型Zn0.8Mg0 .2O層2およびp型
Zn0.75Ni0.25O層4の上にそれぞれAuからなるオ
ーミック電極5およびオーミック電極6を形成して、発
光素子を完成させる。Next, as shown in FIG. 2 (c), by using a lift-off method or the like, from the n-type Zn 0.8 Mg 0 .2 O layer 2 and the p-type Zn 0.75 Ni 0.25 respectively Au on the O layer 4 The ohmic electrode 5 and the ohmic electrode 6 are formed to complete the light emitting device.
【0039】次に、この製造方法で形成した発光素子の
発光スペクトルを図3に示す。Next, FIG. 3 shows an emission spectrum of the light emitting device formed by this manufacturing method.
【0040】図3に示すように、中心波長が約380n
mの紫外域で発光していることがわかる。As shown in FIG. 3, the center wavelength is about 380n.
It can be seen that light is emitted in the ultraviolet region of m.
【0041】また、ダブルヘテロ構造を用いているた
め、約8%と良好な外部量子効率が得られた。Further, since the double hetero structure was used, good external quantum efficiency of about 8% was obtained.
【0042】(実施の形態2)図4は、本発明における
第2の実施形態を示す発光素子の断面図を示したもので
ある。(Embodiment 2) FIG. 4 is a sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
【0043】この構造は、サファイア基板1の(000
1)面上に、n型Zn0.8Mg0.2O層2が形成され、n
型Zn0.8Mg0.2O層2の選択された領域上に活性層と
なるn型ZnO層3が形成され、n型ZnO層3の上に
p型NiO層7が形成され、露出されたn型Zn0.8M
g0.2O層2の上およびp型NiO層7の上に、それぞ
れAuからなるオーミック電極5、6が形成されている
ものである。This structure corresponds to (000) of the sapphire substrate 1.
1) An n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is formed on the surface,
An n-type ZnO layer 3 serving as an active layer is formed on a selected region of the type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2, a p-type NiO layer 7 is formed on the n-type ZnO layer 3, and an exposed n-type Zn 0.8 M
Ohmic electrodes 5 and 6 made of Au are formed on the g 0.2 O layer 2 and the p-type NiO layer 7, respectively.
【0044】これは、第1の実施形態のp型バッファ層
となるp型Zn0.75Ni0.25O層4をp型NiO層7で
置き換えた構造である。This is a structure in which the p-type Zn 0.75 Ni 0.25 O layer 4 serving as the p-type buffer layer of the first embodiment is replaced by the p-type NiO layer 7.
【0045】ここで、通常のNiO層は、バンドギャッ
プ約4.2eVを持ち、Li等のドーピングでp型導電
性が容易に得られる酸化物半導体で、その結晶構造は立
方晶であるが、MBE法等を用いれば、ZnO層の上に
エピタキシャル成長させることが可能で、ダブルヘテロ
構造のpn接合を容易に形成させることができる。Here, the ordinary NiO layer is an oxide semiconductor having a band gap of about 4.2 eV and easily obtaining p-type conductivity by doping with Li or the like, and its crystal structure is cubic. If the MBE method or the like is used, epitaxial growth can be performed on the ZnO layer, and a pn junction having a double hetero structure can be easily formed.
【0046】なお、これらの酸化物半導体層の成長は、
第1の実施形態で説明したのと同様にMBE法により、
Zn、MgおよびNiの固体蒸着源(Kセル)とO2ラ
ジカルイオン源を用い、n型ドーパントとしてAl、p
型ドーパントとしてLi2Oのそれぞれ固体蒸着源(K
セル)を用い、基板温度を600℃で行った。Note that the growth of these oxide semiconductor layers is as follows.
By the MBE method as described in the first embodiment,
Using a solid deposition source (K cell) of Zn, Mg and Ni and an O 2 radical ion source, Al, p as n-type dopant
Li 2 O as solid type dopant (K
(Cell) at a substrate temperature of 600 ° C.
【0047】なお、第2の実施形態で形成した発光素子
は、図3に示したのと同様な紫外域の発光スペクトルを
示した。The light emitting device formed in the second embodiment showed an emission spectrum in the ultraviolet region similar to that shown in FIG.
【0048】(実施の形態3)図5は、本発明における
第3の実施形態を示す発光素子の断面図を示したもので
ある。(Embodiment 3) FIG. 5 is a sectional view of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
【0049】この構造は、サファイア基板1の(000
1)面上に、n型Zn0.8Mg0.2O層2が形成され、n
型Zn0.8Mg0.2O層2の選択された領域上に活性層と
なるn型ZnO層3が形成され、n型ZnO層3の上に
p型Zn0.8Co0.2O層8が形成され、露出されたn型
Zn0.8Mg0.2O層2の上およびp型Zn0.8Co0.2O
層8の上に、それぞれAuからなるオーミック電極5、
6が形成されているものである。This structure corresponds to (000) of the sapphire substrate 1.
1) An n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is formed on the surface,
An n-type ZnO layer 3 serving as an active layer is formed on a selected region of the type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2, and a p-type Zn 0.8 Co 0.2 O layer 8 is formed on the n-type ZnO layer 3 and exposed. N-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 and p-type Zn 0.8 Co 0.2 O
On the layer 8, ohmic electrodes 5 each made of Au,
6 is formed.
【0050】これは、第1の実施形態のp型のバッファ
層となるp型Zn0.75Ni0.25O層4をp型Zn0.8C
o0.2O層8で置き換えた構造である。This is because the p-type Zn 0.75 Ni 0.25 O layer 4 serving as the p-type buffer layer of the first embodiment is replaced with the p-type Zn 0.8 C
The structure is replaced by an o 0.2 O layer 8.
【0051】Zn0.8Co0.2O層8は、ZnOとバンド
ギャップ約4.7eVを持つCoOとの混晶からなる層
で、バンドギャップは約3.55eVを持ち、これを用
いて容易にダブルヘテロ構造のpn接合を形成させるこ
とができる。The Zn 0.8 Co 0.2 O layer 8 is a layer composed of a mixed crystal of ZnO and CoO having a band gap of about 4.7 eV, has a band gap of about 3.55 eV, and can be easily used as a double heterojunction layer. A pn junction of the structure can be formed.
【0052】すなわち、ZnO層はp型導電性は得にく
いが、Li等のドーピングによりp型導電性が容易に得
られるCoOとの混晶にしてZnCoO層とすることに
より、p型導電性が得られることができる。That is, it is difficult to obtain p-type conductivity in the ZnO layer, but by forming a ZnCoO layer by forming a mixed crystal with CoO which can easily obtain p-type conductivity by doping with Li or the like, the p-type conductivity can be reduced. Can be obtained.
【0053】また、ZnNiO層の場合と同様に、Co
Oは、通常立方晶の結晶構造を持つが、ZnOとの混晶
にした場合、その組成比が約0.3以下では母体のZn
Oと同じ六方晶の結晶構造を保ち、格子定数の変化も少
ない。従って、良好な結晶が得られる。As in the case of the ZnNiO layer, Co
O usually has a cubic crystal structure, but when a mixed crystal with ZnO has a composition ratio of about 0.3 or less, the base Zn
Maintains the same hexagonal crystal structure as O, with little change in lattice constant. Therefore, good crystals can be obtained.
【0054】なお、これらの酸化物半導体層の成長は、
第1の実施形態で説明したのと同様にMBE法により、
Zn、MgおよびCoの固体蒸着源(Kセル)とO2ラ
ジカルイオン源を用い、n型ドーパントとしてAl、p
型ドーパントとしてLi2Oのそれぞれ固体蒸着源(K
セル)を用い、基板温度を600℃で行った。Note that the growth of these oxide semiconductor layers is as follows.
By the MBE method as described in the first embodiment,
Using a solid deposition source (K cell) of Zn, Mg and Co and an O 2 radical ion source, Al, p as n-type dopant
Li 2 O as solid type dopant (K
(Cell) at a substrate temperature of 600 ° C.
【0055】第3の実施形態で形成した発光素子は、図
3に示したのと同様な紫外域の発光スペクトルを示し
た。The light emitting device formed in the third embodiment exhibited an emission spectrum in the ultraviolet region similar to that shown in FIG.
【0056】(実施の形態4)図6は、本発明における
第4の実施形態を示す発光素子の断面図を示したもので
ある。(Embodiment 4) FIG. 6 is a sectional view of a light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
【0057】この構造は、サファイア基板1の(000
1)面上に、n型Zn0.8Mg0.2O層2が形成され、n
型Zn0.8Mg0.2O層2の選択された領域上に活性層と
なるn型ZnO層3が形成され、n型ZnO層3の上に
はp型CoO層9が形成され、p型CoO層9の上およ
び露出されたn型Zn0.8Mg0.2O層2の上に、それぞ
れAuからなるオーミック電極5、6が形成されている
ものである。This structure corresponds to (000) of the sapphire substrate 1.
1) An n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is formed on the surface,
An n-type ZnO layer 3 serving as an active layer is formed on a selected region of the type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2, a p-type CoO layer 9 is formed on the n-type ZnO layer 3, and a p-type CoO layer The ohmic electrodes 5 and 6 made of Au are formed on the N-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 and on the exposed n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2, respectively.
【0058】これは、第1の実施形態のp型のバッファ
層となるp型Zn0.75Ni0.25O層4をp型CoO層9
で置き換えた構造である。This is because the p-type Zn 0.75 Ni 0.25 O layer 4 serving as the p-type buffer layer of the first embodiment is replaced with the p-type CoO layer 9.
This is the structure replaced by.
【0059】CoO層は、バンドギャップ約4.7eV
を持ち、これを用いてダブルヘテロ構造のpn接合を形
成させることができる。The CoO layer has a band gap of about 4.7 eV.
Which can be used to form a pn junction of a double hetero structure.
【0060】すなわち、NiOの場合と同様に、CoO
は、Li等のドーピングでp型導電性が容易に得られる
酸化物半導体で、その結晶構造は通常は立方晶である
が、MBE法等を用いれば、ZnO層の上にエピタキシ
ャル成長させることが可能である。That is, as in the case of NiO, CoO
Is an oxide semiconductor whose p-type conductivity can be easily obtained by doping with Li or the like, and its crystal structure is usually cubic, but it can be epitaxially grown on a ZnO layer by MBE or the like. It is.
【0061】なお、これらの酸化物半導体層の成長は、
第1の実施形態で説明したのと同様にMBE法により、
Zn、MgおよびCoの固体蒸着源(Kセル)とO2ラ
ジカルイオン源を用い、n型ドーパントとしてAl、p
型ドーパントとしてLi2Oのそれぞれ固体蒸着源(K
セル)を用い、基板温度を600℃で行った。Note that the growth of these oxide semiconductor layers is as follows.
By the MBE method as described in the first embodiment,
Using a solid deposition source (K cell) of Zn, Mg and Co and an O 2 radical ion source, Al, p as n-type dopant
Li 2 O as solid type dopant (K
(Cell) at a substrate temperature of 600 ° C.
【0062】第4の実施形態で形成した発光素子は、図
3に示したのと同様な紫外域の発光スペクトルを示し
た。The light emitting device formed in the fourth embodiment exhibited an emission spectrum in the ultraviolet region similar to that shown in FIG.
【0063】以上、第1の実施形態から第4の実施形態
で説明した酸化物半導体は、MBE法を用いた場合につ
いて説明したが、レーザーアブレーション法、スパッタ
法等の他の成膜方法を用いても、同様の結果が得られ
た。As described above, the case where the oxide semiconductor described in the first embodiment to the fourth embodiment uses the MBE method is described. However, other film formation methods such as a laser ablation method and a sputtering method are used. However, similar results were obtained.
【0064】また、基板としてサファイア基板を用いた
場合について説明したが、SrTiO3基板やMgO基
板等の他の酸化物基板を用いてもよい。特に、SrTi
O3基板は、LaやNbのドーピングでn型導電性基板
があり、この場合、基板裏面から電極が取れるため、プ
ロセスも容易になる。Although the case where a sapphire substrate is used as the substrate has been described, another oxide substrate such as a SrTiO 3 substrate or a MgO substrate may be used. In particular, SrTi
The O 3 substrate includes an n-type conductive substrate doped with La or Nb. In this case, an electrode can be removed from the back surface of the substrate, so that the process is facilitated.
【0065】(実施の形態5)図7は、本発明における
第5の実施形態を示す発光素子の断面図を示したもので
ある。(Embodiment 5) FIG. 7 is a sectional view showing a light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
【0066】この構造は、サファイア基板1の(000
1)面上に、n型Zn0.8Mg0.2O層2が形成され、n
型Zn0.8Mg0.2O層2の選択された領域上に活性層と
なるErをドーピングしたn型ZnO層10が形成さ
れ、Erをドーピングしたn型ZnO活性層10の上に
p型Zn0.75Ni0.25O層4が形成され、露出されたn
型Zn0.8Mg0.2O層2の上およびp型Zn0.75Ni
0.25O層4の上に、それぞれAuからなるオーミック電
極5、6が形成されているものである。This structure corresponds to (000) of the sapphire substrate 1.
1) An n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is formed on the surface,
An Er-doped n-type ZnO layer 10 serving as an active layer is formed on a selected region of the type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2, and a p-type Zn 0.75 Ni is formed on the Er-doped n-type ZnO active layer 10. A 0.25 O layer 4 is formed and the exposed n
On the p-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 and p-type Zn 0.75 Ni
Ohmic electrodes 5 and 6 made of Au are formed on the 0.25 O layer 4 respectively.
【0067】これは、本発明の第1実施形態で説明した
発光素子において、n型ZnO活性層3を希土類元素の
Erをドーピングしたn型ZnO活性層10で置き換え
た構造である。This is a structure in which the n-type ZnO active layer 3 in the light-emitting element described in the first embodiment of the present invention is replaced with an n-type ZnO active layer 10 doped with rare earth element Er.
【0068】この第5の実施形態における成膜方法とし
ては、図2に示したのと同様にMBE法を用いて行い、
Erのドーピング方法はErの固体蒸着源(Kセル)を
用いて行った。The film forming method according to the fifth embodiment is performed by using the MBE method as shown in FIG.
The Er doping method was performed using an Er solid deposition source (K cell).
【0069】希土類元素のErは、5Sや5Pの外殻軌
道は完全に電子で満たされているが、内殻の4f軌道は
部分的にしか電子で占められておらず、半導体に添加さ
れると3価のイオンになり、4f殻の電子はその外側の
5S、5P軌道の電子にシールドされているため、4f
殻電子系の遷移で発光することができる。このエネルギ
ー遷移図を図8に示す。この発光素子に電流を流すと、
より大きいエネルギーを持っている母体半導体の活性層
となるZnO層3でのバンド間遷移のエネルギーによ
り、Erの4f殻電子系が励起され、波長約545nm
の緑色の可視光で発光する。In the rare earth element Er, the outer orbital of 5S or 5P is completely filled with electrons, but the 4f orbital of the inner shell is only partially occupied by electrons, and is added to the semiconductor. And trivalent ions, and the electrons in the 4f shell are shielded by the electrons in the outer 5S and 5P orbits.
Light can be emitted by the transition of the shell electron system. FIG. 8 shows this energy transition diagram. When a current is passed through this light emitting element,
The 4f shell electron system of Er is excited by the energy of the interband transition in the ZnO layer 3 which becomes the active layer of the host semiconductor having a higher energy, and the wavelength is about 545 nm.
Emit with green visible light.
【0070】図9は、第5の実施形態で形成した発光素
子の発光スペクトルを示したものである。FIG. 9 shows an emission spectrum of the light emitting device formed in the fifth embodiment.
【0071】なお、第5の実施形態では、希土類元素と
してErをドーピングした場合について説明したが、他
の希土類元素をドーピングすると、例えばEuやPrは
赤色発光、TbはErと同様に緑色発光、CeやTmは
青色発光の可視領域の発光素子を作ることが可能であ
る。In the fifth embodiment, the case where Er is doped as a rare earth element has been described. However, when other rare earth elements are doped, for example, Eu and Pr emit red light, and Tb emits green light similarly to Er. Ce or Tm can make a light-emitting element in the visible region of blue light emission.
【0072】また、本発明の第2の実施形態から第4の
実施形態で示されたZnO層3の活性層を希土類元素で
ドーピングしても同様の効果があることは言うまでもな
い。Further, it goes without saying that the same effect can be obtained even if the active layer of the ZnO layer 3 shown in the second to fourth embodiments of the present invention is doped with a rare earth element.
【0073】また、活性層となるZnO層への希土類元
素のドーピング方法としては、MBE法を用いた場合に
ついて説明したが、例えばイオン注入法等を用いても同
様の効果を得た。Further, as the doping method of the rare earth element into the ZnO layer serving as the active layer, the case where the MBE method is used has been described. However, the same effect can be obtained by using, for example, the ion implantation method.
【0074】また、上記の第1の実施形態から第5の実
施形態で示された発光素子としては、発光ダイオード
(LED)について説明したが、レーザーダイオード
(LD)についても同様の作用効果があることは言うま
でもない。Further, as the light emitting element shown in the first to fifth embodiments, a light emitting diode (LED) has been described, but a laser diode (LD) has a similar effect. Needless to say.
【0075】(実施の形態6)図10は、本発明におけ
る第6の実施形態を示す発光素子の断面図を示したもの
である。(Embodiment 6) FIG. 10 is a sectional view of a light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【0076】この構造は、サファイア基板1の(000
1)面上にn型Zn0.8Mg0.2O層2が形成され、n型
Zn0.8Mg0.2O層2の上の所定の領域に、希土類元素
のEu又はPrをドーピングしたn型ZnO層11、T
b又はErをドーピングしたn型ZnO層12およびC
e又はTmをドーピングしたn型ZnO層13がそれぞ
れ形成され、活性層となる各n型ZnO層の上にp型Z
n0.75Ni0.25O層4が形成され、各n型ZnO層の上
の各p型Zn0.75Ni0.25O層4の上にAuからなるオ
ーミック電極14、15、16が形成され、露出された
n型Zn0.8Mg0.2O層2上に、Auからなるオーミッ
ク電極5が形成されているものである。This structure corresponds to (000) of the sapphire substrate 1.
1) An n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is formed on the surface, and a predetermined region on the n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is doped with a rare earth element Eu or Pr to form an n-type ZnO layer 11, T
n-type ZnO layer 12 doped with b or Er and C
An n-type ZnO layer 13 doped with e or Tm is formed, and a p-type ZnO layer is formed on each n-type ZnO layer serving as an active layer.
An n 0.75 Ni 0.25 O layer 4 is formed, and ohmic electrodes 14, 15, 16 made of Au are formed on each p-type Zn 0.75 Ni 0.25 O layer 4 on each n-type ZnO layer, and the exposed n An ohmic electrode 5 made of Au is formed on a type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2.
【0077】次に、第6の実施形態における発光素子の
製造方法の一例について、図11、図12を用いて説明
する。Next, an example of a method for manufacturing a light emitting device according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS.
【0078】まず、図11(a)に示すように、サファ
イア基板1の(0001)面上に、MBE装置を用いて
n型Zn0.8Mg0.2O層2を150nmの厚さに、n型
ZnO層3を50nmの厚さに、p型Zn0.75Ni0.25
O層4を150nmの厚さに連続成長させる。First, as shown in FIG. 11A, an n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 2 was formed on an (0001) plane of a sapphire The layer 3 is formed to a thickness of 50 nm, and p-type Zn 0.75 Ni 0.25
The O layer 4 is continuously grown to a thickness of 150 nm.
【0079】ここで、MBE法による成長は、第1の実
施形態で説明したのと同様にZn、MgおよびNiの固
体蒸着源(Kセル)とO2ラジカルイオン源を用いて、
n型ドーパントとしてAl、p型ドーパントとしてLi
2Oのそれぞれ固体蒸着源(Kセル)を用い、基板温度
を600℃で行った。Here, the growth by the MBE method is performed by using a solid deposition source (K cell) of Zn, Mg and Ni and an O 2 radical ion source in the same manner as described in the first embodiment.
Al as an n-type dopant and Li as a p-type dopant
The substrate temperature was set at 600 ° C. by using a solid deposition source (K cell) of 2 O.
【0080】次に、図11(b)、図11(c)、図1
1(d)にそれぞれ示すように、フォトレジスト膜17
a、17b、17cをp型Zn0.75Ni0.25O層4の上
にイオン注入前にそれぞれ選択的に形成してマスクと
し、n型ZnO層3の活性層の中心付近にピーク濃度が
くるように、図11(b)の場合はEu、図11(c)
の場合はEr、図11(d)の場合はTmをそれぞれイ
オン注入する。この場合、注入ドーズ量としては、約5
×1014cm-2が適当である。Next, FIG. 11 (b), FIG. 11 (c), FIG.
1 (d), the photoresist film 17
a, 17b, and 17c are selectively formed on the p-type Zn 0.75 Ni 0.25 O layer 4 before ion implantation, respectively, as masks so that the peak concentration comes near the center of the active layer of the n-type ZnO layer 3. Eu in the case of FIG. 11B, and FIG.
In this case, Er is ion-implanted, and in FIG. 11D, Tm is ion-implanted. In this case, the implantation dose is about 5
× 10 14 cm -2 is appropriate.
【0081】次に12図(e)に示すように、温度が8
00℃の酸素雰囲気中で、約3時間アニールしてイオン
注入層を活性化して、Euをドーピングしたn型ZnO
層11、Erをドーピングしたn型ZnO層12、Tm
をドーピングしたn型ZnO層13をそれぞれ形成す
る。Next, as shown in FIG.
Annealing is performed for about 3 hours in an oxygen atmosphere at 00 ° C. to activate the ion-implanted layer.
Layer 11, Er-doped n-type ZnO layer 12, Tm
Is formed, respectively.
【0082】次に、図12(f)に示すように、基板表
面の所定の領域を開口したレジストマスク等を用いて、
Eu、ErあるいはTmがドーピングされなかったn型
ZnO層3の上のp型Zn0.75Ni0.25O層4およびE
u、ErあるいはTmがドーピングされなかったn型Z
nO層3をArイオンミリングでエッチングしてn型Z
n0.8Mg0.2O層2を一部露出させる。Next, as shown in FIG. 12F, using a resist mask or the like having an opening in a predetermined region on the substrate surface,
P-type Zn 0.75 Ni 0.25 O layer 4 on n-type ZnO layer 3 not doped with Eu, Er or Tm;
n-type Z not doped with u, Er or Tm
The nO layer 3 is etched by Ar ion milling to form an n-type Z
The n 0.8 Mg 0.2 O layer 2 is partially exposed.
【0083】次に、図12(g)に示すように、リフト
オフ法等を用いて、露出したn型Zn0.8Mg0.2O層2
の上にAuからなるオーミック電極5を形成し、また、
Euをドーピングしたn型ZnO層11、Erをドーピ
ングしたn型ZnO層12、Tmをドーピングしたn型
ZnO層13の各ZnO層の上の各p型Zn0.75Ni
0.25O層4上にAuからなるオーミック電極14、1
5、16を形成して発光素子を完成させる。Next, as shown in FIG.
Exposed n-type Zn0.8Mg0.2O layer 2
An ohmic electrode 5 made of Au is formed on
N-type ZnO layer 11 doped with Eu,
N-type ZnO layer 12 doped with Tm
Each p-type Zn on each ZnO layer of the ZnO layer 130.75Ni
0.25The ohmic electrodes 14 and 1 made of Au are formed on the O layer 4.
5 and 16 are formed to complete the light emitting device.
【0084】この発光素子構造は、同一の基板上に赤色
を発光する領域(Euをドーピングしたn型ZnO層1
1の領域)、緑色を発光する領域(Erをドーピングし
たn型ZnO層12の領域)、青色を発光する領域(T
mをドーピングしたn型ZnO層13の領域)を形成し
たもので、各発光領域は、電極14、15、16によ
り、その電流を調整することにより、独立に発光出力を
制御することが可能で、それにより、白色の発光素子を
得ることができる。This light emitting element structure has a structure in which a red light emitting region (Eu doped n-type ZnO layer 1) is formed on the same substrate.
1), a region that emits green light (a region of the n-type ZnO layer 12 doped with Er), and a region that emits blue light (T
The light-emitting output of each light-emitting region can be independently controlled by adjusting its current by the electrodes 14, 15, and 16. Thereby, a white light emitting element can be obtained.
【0085】図13は、上記の方法のように形成された
発光素子の各領域の発光スペクトルを示したもので、赤
色は約615nm、緑色は約545nm、青色は約45
0nmで発光していることがわかる。FIG. 13 shows the emission spectrum of each region of the light emitting device formed by the above method, wherein red is about 615 nm, green is about 545 nm, and blue is about 45 nm.
It can be seen that light is emitted at 0 nm.
【0086】このように、同一の基板上に同時に形成さ
れた活性層を用いて、赤色発光領域、緑色発光領域、青
色発光領域をそれぞれ形成するため、プロセス工程も削
減でき、低コスト化および小型化を図った白色発光素子
が得られる。また、蛍光体を使用していないため、発光
効率も高い。As described above, since the red light emitting region, the green light emitting region, and the blue light emitting region are respectively formed by using the active layers simultaneously formed on the same substrate, the number of process steps can be reduced. As a result, a white light-emitting element which has been improved can be obtained. Further, since no phosphor is used, the luminous efficiency is high.
【0087】以上、第6の実施形態の説明では、赤色発
光としてEu、緑色発光としてEr、青色発光としてT
mを用いた場合について説明したが、他の希土類元素、
例えば、赤色発光としてPr、緑色発光としてTb、青
色発光としてCeを用いてもよい。また、活性層として
ZnO層を用いた場合について説明したが、GaN系の
デバイス、即ちGaN、InGaN、AlInGaN、
AlGaN等の活性層を用いても同様であることは、言
うまでもない。As described above, in the description of the sixth embodiment, Eu is emitted as red light, Er is emitted as green light, and T is emitted as blue light.
Although the case where m is used has been described, other rare earth elements,
For example, Pr may be used for red light emission, Tb for green light emission, and Ce for blue light emission. Also, the case where the ZnO layer is used as the active layer has been described, but a GaN-based device, that is, GaN, InGaN, AlInGaN,
It goes without saying that the same is true even when an active layer such as AlGaN is used.
【0088】[0088]
【発明の効果】本発明によれば、ZnOを活性層とし、
n型バッファ層としてZnMgO層、p型バッファ層と
してZnNiO層、NiO層、ZnCoO層、CoO層
等を用いることにより、ZnOを活性層とするダブルヘ
テロ構造のpn接合が得られ、紫外領域の発光素子が実
現できる。According to the present invention, ZnO is used as an active layer,
By using a ZnMgO layer as an n-type buffer layer and a ZnNiO layer, a NiO layer, a ZnCoO layer, and a CoO layer as a p-type buffer layer, a pn junction of a double hetero structure using ZnO as an active layer is obtained, and light emission in the ultraviolet region is obtained. An element can be realized.
【0089】また、Eu、Pr、Er、Tb、Tm、C
e等の希土類元素をZnO活性層にドーピングすること
により、赤色、緑色、青色等の可視域の発光素子が実現
できる。Further, Eu, Pr, Er, Tb, Tm, C
By doping a rare earth element such as e into the ZnO active layer, a light emitting device in the visible region such as red, green, and blue can be realized.
【0090】また、同一の基板上に同時に形成されたZ
nO、GaN、InGaN、AlInGaN、AlGa
N等の可視領域より大きなバンドギャップを有する活性
層内に、選択的にEu、Pr等をドーピングした赤色を
発光する領域と、Tb、Er等をドーピングした緑色を
発光する領域と、Ce、Tm等をドーピングした青色を
発光する領域を形成し、各発光領域に設けた電極によ
り、赤、緑、青のそれぞれの発光出力の制御を電流によ
り行うことにより、発光効率の高い白色発光素子を実現
できる。また、これにより製造工程が少なく低コスト化
および小型化も図ることができる。Also, the Z simultaneously formed on the same substrate
nO, GaN, InGaN, AlInGaN, AlGa
In the active layer having a band gap larger than the visible region such as N, a region emitting red light selectively doped with Eu, Pr, etc., a region emitting green light doped with Tb, Er, etc., and Ce, Tm A white light-emitting element with high luminous efficiency is realized by controlling the luminous output of each of red, green, and blue by using the electrodes provided in each luminous region to control the luminous output of blue. it can. In addition, the number of manufacturing steps is reduced, so that cost reduction and size reduction can be achieved.
【図1】本発明における第1の実施形態を示す発光素子
の断面図FIG. 1 is a sectional view of a light emitting device showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明における第1の実施形態を示す発光素子
の製造方法の工程断面図FIG. 2 is a process cross-sectional view of the method for manufacturing the light-emitting element according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明における第1の実施形態を示す発光素子
の発光スペクトルの図FIG. 3 is a diagram of an emission spectrum of the light-emitting element according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明における第2の実施形態を示す発光素子
の断面図FIG. 4 is a cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明における第3の実施形態を示す発光素子
の断面図FIG. 5 is a sectional view of a light emitting device showing a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明における第4の実施形態を示す発光素子
の断面図FIG. 6 is a sectional view of a light emitting device showing a fourth embodiment of the present invention.
【図7】本発明における第5の実施形態を示す発光素子
の断面図FIG. 7 is a sectional view of a light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】Erの4f殻電子系のエネルギー遷移を表す図FIG. 8 is a diagram showing energy transition of a 4f shell electron system of Er.
【図9】本発明における第5の実施形態を示す発光素子
の発光スペクトルの図FIG. 9 is a diagram of an emission spectrum of a light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図10】本発明における第6の実施形態を示す発光素
子の断面図FIG. 10 is a sectional view of a light emitting device showing a sixth embodiment of the present invention.
【図11】本発明における第6の実施形態を示す発光素
子の製造方法の工程断面図FIG. 11 is a process sectional view of a method for manufacturing a light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図12】本発明における第6の実施形態を示す発光素
子の製造方法の工程断面図FIG. 12 is a process sectional view of a method for manufacturing a light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図13】本発明における第6の実施形態を示す発光素
子の発光スペクトルの図FIG. 13 is a diagram of an emission spectrum of a light emitting device according to a sixth embodiment of the present invention.
1 サファイア基板 2 n型Zn0.8Mg0.2O層 3 n型ZnO層 4 p型Zn0.75Ni0.25O層 5、6、14、15、16 オーミック電極 7 p型NiO層 8 p型Zn0.8Co0.2O層 9 p型CoO層 10 Erをドーピングしたn型ZnO層 11 Eu又はPrをドーピングしたn型ZnO層 12 Tb又はErをドーピングしたn型ZnO層 13 Ce又はTmをドーピングしたn型ZnO層 17a、17b、17c フォトレジスト膜Reference Signs List 1 sapphire substrate 2 n-type Zn 0.8 Mg 0.2 O layer 3 n-type ZnO layer 4 p-type Zn 0.75 Ni 0.25 O layer 5, 6, 14, 15, 16 ohmic electrode 7 p-type NiO layer 8 p-type Zn 0.8 Co 0.2 O Layer 9 p-type CoO layer 10 n-type ZnO layer doped with Er 11 n-type ZnO layer doped with Eu or Pr 12 n-type ZnO layer doped with Tb or Er 13 n-type ZnO layer 17a doped with Ce or Tm 17b, 17c Photoresist film
Claims (9)
nMgO層および前記ZnMgO層とは逆の導電型のZ
nNiO層との間に形成されていることを特徴とする発
光素子。The ZnO layer serving as an active layer is made of one conductivity type Z
nMgO layer and Z of opposite conductivity type to the ZnMgO layer
A light emitting element formed between the nNiO layer and the light emitting element.
nMgO層および前記ZnMgO層とは逆の導電型のN
iO層との間に形成されていることを特徴とする発光素
子。2. The method according to claim 1, wherein the ZnO layer serving as an active layer is made of one conductivity type ZO.
nMgO layer and Ng of the opposite conductivity type to the ZnMgO layer
A light-emitting element formed between the light-emitting element and an iO layer.
nMgO層および前記ZnMgO層とは逆の導電型のZ
nCoO層との間に形成されていることを特徴とする発
光素子。3. The method according to claim 1, wherein the ZnO layer serving as an active layer is made of one conductivity type ZN.
nMgO layer and Z of opposite conductivity type to the ZnMgO layer
A light-emitting element formed between the light-emitting element and an nCoO layer.
nMgO層および前記ZnMgO層とは逆の導電型のC
oO層との間に形成されていることを特徴とする発光素
子。4. The method according to claim 1, wherein the ZnO layer serving as an active layer is made of one conductivity type ZO.
C of the opposite conductivity type to the nMgO layer and the ZnMgO layer
A light emitting element formed between the light emitting element and an oO layer.
活性層とすることを特徴とする発光素子。5. A light emitting device comprising a ZnO layer doped with a rare earth element as an active layer.
ジウム、エルビウム、テルビウム、ツリウム、セリウム
の少なくともいずれか1つから成ることを特徴とする請
求項5記載の発光素子。6. The light emitting device according to claim 5, wherein the rare earth element comprises at least one of europium, praseodymium, erbium, terbium, thulium, and cerium.
ム、プラセオジウム、エルビウム、テルビウム、ツリウ
ム、セリウムの少なくともいずれか1つの希土類元素を
ドーピングした層であることを特徴とする請求項1ない
し4のいずれかに記載の発光素子。7. The ZnO layer serving as an active layer is a layer doped with at least one rare earth element of europium, praseodymium, erbium, terbium, thulium, and cerium. A light-emitting element according to any one of the above.
オジウムの少なくとも1つをドーピングした赤色を発光
する第1の活性層と、エルビウム又はテルビウムの少な
くとも1つをドーピングした緑色を発光する第2の活性
層と、ツリウム又はセリウムの少なくとも1つをドーピ
ングした青色を発光する第3の活性層とが形成されてい
るとともに、前記第1の活性層、前記第2の活性層およ
び前記第3の活性層が同一の材料から形成されているこ
とを特徴とする発光素子。8. A first active layer emitting red light doped with at least one of europium or praseodymium and a second active layer emitting green light doped with at least one of erbium or terbium on the same substrate. And a third active layer that emits blue light doped with at least one of thulium or cerium, and wherein the first active layer, the second active layer, and the third active layer A light-emitting element formed of the same material.
aN、AlInGaN、AlGaNのいずれかで構成さ
れていることを特徴とする請求項8記載の発光素子。9. The same material may be made of ZnO, GaN, InG
9. The light emitting device according to claim 8, wherein the light emitting device is made of any one of aN, AlInGaN, and AlGaN.
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