JP2008218965A - 半導体発光素子及びフォトルミネッセンス素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びフォトルミネッセンス素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008218965A JP2008218965A JP2007202433A JP2007202433A JP2008218965A JP 2008218965 A JP2008218965 A JP 2008218965A JP 2007202433 A JP2007202433 A JP 2007202433A JP 2007202433 A JP2007202433 A JP 2007202433A JP 2008218965 A JP2008218965 A JP 2008218965A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water vapor
- plasma
- zinc oxide
- light emitting
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
【課題】半導体発光素子であるエレクトロルミネッセンス素子及びフォトルミネッセンス素子に関して、発光効率のより一層の向上を図る。
【解決手段】pn接合を有する半導体発光素子の製造方法であって、基板2上部にn型半導体層3と、p型半導体層4とを順次積層して、pn接合型のダイオード構造1を形成する工程と、減圧下で水蒸気を導入し、プラズマ領域にて高周波電圧の印加によりプラズマ生成を行い、該プラズマで生成された原子を前記プラズマ領域から離れた位置に導き、該位置に前記ダイオード構造を配置して表面処理を行うリモートプラズマ処理を行う工程と、前記ダイオード1に電極15・16を形成する工程とを含む製造方法を適用する。
【選択図】図6
【解決手段】pn接合を有する半導体発光素子の製造方法であって、基板2上部にn型半導体層3と、p型半導体層4とを順次積層して、pn接合型のダイオード構造1を形成する工程と、減圧下で水蒸気を導入し、プラズマ領域にて高周波電圧の印加によりプラズマ生成を行い、該プラズマで生成された原子を前記プラズマ領域から離れた位置に導き、該位置に前記ダイオード構造を配置して表面処理を行うリモートプラズマ処理を行う工程と、前記ダイオード1に電極15・16を形成する工程とを含む製造方法を適用する。
【選択図】図6
Description
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関し、特に半導体発光材料・デバイスのプラズマ処理による特性向上の技術に関する。
近年、様々な色や波長で発光する発光ダイオード(LED)は、多岐にわたり実用化され、日常生活の至る所に用いられるようになっている。特に照明用白色発光ダイオードは、その発光効率が蛍光灯に匹敵するまでになった。ただし、白色LEDが蛍光灯に置き換わるためには初期設置費用面での不利をカバーし得るだけのさらなる効率化が不可欠である。また、照明用白色発光ダイオードは、長寿命性、高効率性、廃棄時の無害性などのメリットにより、省資源、省エネルギー、地球温暖化防止、脱水銀などの地球環境保全などの面から人類の福祉向上へ大きく寄与するばかりでなく、国内だけで1兆円を超える照明機器市場を擁する産業界へのインパクトは計り知れない。そのため、LEDによる白色生成方式はいくつか考案され検討が重ねられているが、高効率性、高演色性、デバイス構造の単純さなどの点から青色LED+赤・緑2波長蛍光体による3波長型白色LEDが最も有望である。このLEDの変換効率を高めるには、白色生成の元になる青色発光の高効率化と青色を赤色・緑色へと変換する蛍光体の高効率化が必要であるが、中でも青色発光の効率化は最重要課題である。GaN系半導体をベースにした青色LEDや青色レーザ・ダイオード(LD)がすでに実用化されているが、これらはいずれもInGaNやAlGaNなどを用いて量子井戸構造を構成する複雑な構造をとっている(特許文献1参照)。
以上のような従来の青色発光技術が有する課題を解消する、特に発光効率を向上することを目的として、本発明者等は、先ず非特許文献1に示す研究成果を提案した。
図1から図3を用いて、当該非特許文献1にかかる研究成果を示す。この非特許文献1に記載された技術内容は、発明者等のグループにより、水蒸気リモートプラズマ処理によるGaN基板の発光効率を最大20倍向上させることを世界で初めて見出したものである(図1参照)。詳しくは、Mgをドープしたp型GaN基板を光で励起して生じた発光(フォトルミネッセンス:PL、図2参照)を観測したものである。なお、リモートプラズマ処理とは、従来のプラズマ処理とは異なり、直接プラズマに曝して処理するのではなく、被処理基板の場所とは異なる離れた場所でプラズマを発生させて、それを被処理基板表面に導きプラズマ処理を行うことである。
また、本発明者等は、当該非特許文献1にかかる研究成果において、水蒸気プラズマの発光分析を行い、水蒸気プラズマから高効率で発生する原子状水素が重要な役割を担っていることを突き止めた(図3参照)。水蒸気リモートプラズマ処理によりGaN膜の電気抵抗は変化しないことから、この効果はいわゆる従来の水素のパシペーション効果ではなく、まったく新しい現象であることも明らかにした。
ただし、当該研究成果は、本発明とはサンプル構造や励起方法が異なり、主に基礎的研究成果を発表したものに過ぎない。つまり、本発明の前段階の基礎研究にあたるものである。本発明のように実際のデバイス化に際して励起方法を変えるにあたっては、この研究成果に基づき、後述する幾つかの実用化のための課題の解決を必要とするものである。
特開2005−294753号公報
特許第3721399号公報
国際公開WO2004/096949号公報
Japanese Journal of Applied Physics Vol.44,No.29,2005,pp.L926−L928
図1から図3を用いて、当該非特許文献1にかかる研究成果を示す。この非特許文献1に記載された技術内容は、発明者等のグループにより、水蒸気リモートプラズマ処理によるGaN基板の発光効率を最大20倍向上させることを世界で初めて見出したものである(図1参照)。詳しくは、Mgをドープしたp型GaN基板を光で励起して生じた発光(フォトルミネッセンス:PL、図2参照)を観測したものである。なお、リモートプラズマ処理とは、従来のプラズマ処理とは異なり、直接プラズマに曝して処理するのではなく、被処理基板の場所とは異なる離れた場所でプラズマを発生させて、それを被処理基板表面に導きプラズマ処理を行うことである。
また、本発明者等は、当該非特許文献1にかかる研究成果において、水蒸気プラズマの発光分析を行い、水蒸気プラズマから高効率で発生する原子状水素が重要な役割を担っていることを突き止めた(図3参照)。水蒸気リモートプラズマ処理によりGaN膜の電気抵抗は変化しないことから、この効果はいわゆる従来の水素のパシペーション効果ではなく、まったく新しい現象であることも明らかにした。
ただし、当該研究成果は、本発明とはサンプル構造や励起方法が異なり、主に基礎的研究成果を発表したものに過ぎない。つまり、本発明の前段階の基礎研究にあたるものである。本発明のように実際のデバイス化に際して励起方法を変えるにあたっては、この研究成果に基づき、後述する幾つかの実用化のための課題の解決を必要とするものである。
特許文献1に記載されているような量子井戸構造などの複雑な構造を有する発光素子では製造コストがかさみ、初期設置費用を下げることは困難である。したがって、できるだけ単純なデバイス構造で高効率の青色発光を実現することが重要課題である。
また、医療用の超小型照明用として白色LEDを用いるためには小型化・高輝度化は必須条件であり、白色LEDの効率化は緊急の課題である。
そこで本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子に関して、単純なダイオード構造を用い、これに順方向電流を流してそれを光に変換する注入発光を実現し、発光効率のより一層の向上を図ることを目的とする。
<実用化のための課題>
水蒸気100%のプラズマ(以下、水蒸気プラズマ)を用いてGaN基板の発光増大を実現した発明者等の研究(非特許文献1)は、従来無かった斬新なアイデアに基づくものである。しかし、この研究では単に基板を光で励起したもの(PL:フォトルミネッセンス)であり、照明などへの実用化のためにはまだ検討不十分であり、少なくても以下の3つの問題点を克服する必要がある。
1.(ダイオード構造の形成とそのプラズマ処理)
サンプル構造を従来技術(非特許文献1)で示した単なる基板ではなく、デバイス化のためにp型とn型を接合したダイオード構造とする必要がある。さらに、ダイオードに水蒸気プラズマ処理等の処理条件のプロセス検討を行い、発光効率を向上するための新たなプロセス設計(最適化設計)を行う必要がある。
2.(電流注入法の採用)
ダイオード構造に順方向電流を流し、それを光に変換する注入発光が実現するかどうかの検証が必要である。
3.(発光増大効果の耐熱性の向上)
本発明者等の研究によりp型GaN基板の場合、水蒸気プラズマ処理により得られる発光増大効果は500℃以上で消失することがわかっている。この特性により、実デバイスを製造する際に後プロセスの温度が500℃以下に制限されてしまう。したがって、この耐熱性を向上させることがプロセスの柔軟性(プロセス設計のし易さ)の点から重要である。
また、医療用の超小型照明用として白色LEDを用いるためには小型化・高輝度化は必須条件であり、白色LEDの効率化は緊急の課題である。
そこで本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子に関して、単純なダイオード構造を用い、これに順方向電流を流してそれを光に変換する注入発光を実現し、発光効率のより一層の向上を図ることを目的とする。
<実用化のための課題>
水蒸気100%のプラズマ(以下、水蒸気プラズマ)を用いてGaN基板の発光増大を実現した発明者等の研究(非特許文献1)は、従来無かった斬新なアイデアに基づくものである。しかし、この研究では単に基板を光で励起したもの(PL:フォトルミネッセンス)であり、照明などへの実用化のためにはまだ検討不十分であり、少なくても以下の3つの問題点を克服する必要がある。
1.(ダイオード構造の形成とそのプラズマ処理)
サンプル構造を従来技術(非特許文献1)で示した単なる基板ではなく、デバイス化のためにp型とn型を接合したダイオード構造とする必要がある。さらに、ダイオードに水蒸気プラズマ処理等の処理条件のプロセス検討を行い、発光効率を向上するための新たなプロセス設計(最適化設計)を行う必要がある。
2.(電流注入法の採用)
ダイオード構造に順方向電流を流し、それを光に変換する注入発光が実現するかどうかの検証が必要である。
3.(発光増大効果の耐熱性の向上)
本発明者等の研究によりp型GaN基板の場合、水蒸気プラズマ処理により得られる発光増大効果は500℃以上で消失することがわかっている。この特性により、実デバイスを製造する際に後プロセスの温度が500℃以下に制限されてしまう。したがって、この耐熱性を向上させることがプロセスの柔軟性(プロセス設計のし易さ)の点から重要である。
前述した従来技術及び実用化のための課題は、主にGaN系半導体発光素子について説明したものであるが、GaN系以外の材料として、例えば酸化亜鉛(ZnO)の場合においては、まだ十分な実用化検討が行われているとは言えない。酸化亜鉛は、図8に示すように約3.3eVのバンドギャップを持つ半導体であり、発光波長が約380nmで紫外発光するとともに、約500nm付近に発光強度のピークを持つ青緑色の発光をすることが良く知られている。この青緑色発光の原因は作製時に導入される欠陥によるものであり、酸化亜鉛の結晶構造中に生成する酸素空孔あるいは格子間亜鉛が形成するドナー準位であると考えられている。これらの酸素空孔、格子間亜鉛は、酸化亜鉛の理想的化学組成から、酸素が欠損することにより生じる。従来技術においては、紫外発光(約380nm付近)を増大させる技術(特許文献2参照)と、青緑色発光の白色化(発光波長の広帯域化)についての技術(特許文献3参照)があるが、青緑色発光(500nm付近の発光)の発光強度を増大させるための技術はこれまで無かった。
そこで本発明は、前述したGaN系半導体発光素子に加えて、前述した酸化亜鉛を用いたフォトルミネッセンス素子の製造方法の課題に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子であるエレクトロルミネッセンス素子及びフォトルミネッセンス素子に関して、発光効率のより一層の向上を図ることを目的とする。
そこで本発明は、前述したGaN系半導体発光素子に加えて、前述した酸化亜鉛を用いたフォトルミネッセンス素子の製造方法の課題に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子であるエレクトロルミネッセンス素子及びフォトルミネッセンス素子に関して、発光効率のより一層の向上を図ることを目的とする。
本発明者等は、上記課題について鋭意研究を行った結果、半導体発光素子としてpn接合のダイオード構造を形成し、該ダイオード構造のデバイスに水蒸気を用いてリモートプラズマ処理を行えば、高効率で発生する原子状水素の効果により、発光効率の格段の向上を図ることができることを見出して、実用化の前段階として本発明を完成するに至った。
さらに、本発明者等は、フォトルミネッセンス素子として焼結体を形成し、該焼結体を水蒸気を用いてリモートプラズマ処理を行えば、高効率で発生する原子状水素の効果により、発光効率の格段の向上を図ることができることを見出して、実用化の前段階として本発明を完成するに至った。
即ち、請求項1に記載の発明は、pn接合を有する半導体発光素子の製造方法であって、基板上部にn型半導体層と、p型半導体層とを順次積層して、pn接合型のダイオード構造を形成する工程と、減圧下で水蒸気を導入し、プラズマ領域にて高周波電圧の印加によりプラズマ生成を行い、該プラズマで生成された原子を前記プラズマ領域から離れた位置に導き、該位置に前記ダイオード構造を配置して表面処理を行うリモートプラズマ処理の工程と、前記ダイオード構造に電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、前記半導体層が、GaN系半導体であることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、前記半導体発光素子が、エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、前記水蒸気として重水蒸気を用いることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、酸化亜鉛結晶を焼結して焼結体を作製する工程と、減圧下で水蒸気もしくは水蒸気と水素との混合ガスを導入し、プラズマ領域にて高周波電圧の印加によりプラズマ生成を行い、該プラズマで生成された原子を前記プラズマ領域から離れた位置に導き、該位置に前記酸化亜鉛結晶を配置して表面処理を行うリモートプラズマ処理の工程とを含むことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、前記水蒸気として重水蒸気を用いることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、前記酸化亜鉛結晶が、多結晶酸化亜鉛であることを特徴とする。
本発明のように、水蒸気プラズマ処理を実デバイスの製造プロセスに応用することにより、通常のガス(H2、O2、N2など)を用いたプラズマ処理と比較して発光効率の格段の向上を図ることができる。また、このような応用例はおそらく世界初である。
また、リモートプラズマ処理なので、従来の直接照射に比べプラズマダメージを生じにくく、さらに発光の高効率化に有利である。
また、GaNエピ基板(サファイア基板等)からpnホモ接合ダイオードを作製することで、欠陥を抑制し、白色LEDの発光効率を上げることができる。そして、シンプルなダイオード構造で高発光効率を実現できるために製造コストを下げることができる。
また、水蒸気プラズマ処理による発光増強効果は低温処理で顕著なので、水蒸気プラズマ処理を低温プロセスとしてLED製造ライン等に適用することが可能である。具体的には、上記の効果は600℃以下では破壊されないので、水蒸気プラズマ処理の後処理温度を500℃程度まで上げることが可能となる。
また、水蒸気として重水蒸気を用いてプラズマ処理を行った場合、後処理温度のさらなる上昇が期待でき、プロセス設計の自由度が向上する。
また、水蒸気を発生させる原料として水を用いるので、原料保管スペースもはるかに少なくて済み、設備の省スペース化も可能である。
さらに、本発明における発光効率の向上効果は、水蒸気プラズマ処理により大量に発生する原子状水素によるものであるが、この原理を水素による表面処理を行う他分野で利用することも可能である。
また、リモートプラズマ処理なので、従来の直接照射に比べプラズマダメージを生じにくく、さらに発光の高効率化に有利である。
また、GaNエピ基板(サファイア基板等)からpnホモ接合ダイオードを作製することで、欠陥を抑制し、白色LEDの発光効率を上げることができる。そして、シンプルなダイオード構造で高発光効率を実現できるために製造コストを下げることができる。
また、水蒸気プラズマ処理による発光増強効果は低温処理で顕著なので、水蒸気プラズマ処理を低温プロセスとしてLED製造ライン等に適用することが可能である。具体的には、上記の効果は600℃以下では破壊されないので、水蒸気プラズマ処理の後処理温度を500℃程度まで上げることが可能となる。
また、水蒸気として重水蒸気を用いてプラズマ処理を行った場合、後処理温度のさらなる上昇が期待でき、プロセス設計の自由度が向上する。
また、水蒸気を発生させる原料として水を用いるので、原料保管スペースもはるかに少なくて済み、設備の省スペース化も可能である。
さらに、本発明における発光効率の向上効果は、水蒸気プラズマ処理により大量に発生する原子状水素によるものであるが、この原理を水素による表面処理を行う他分野で利用することも可能である。
さらに、発光素子の材料として酸化亜鉛を用いた焼結体に対して水蒸気プラズマ処理を施し、半導体発光素子であるフォトルミネッセンス素子を製造した場合、前述したようにプラズマによる試料へのダメージを低減し、かつ可視発光の高効率化、特に青緑色発光の発光強度を増大させることが可能となる。さらには、水を使用して水素プラズマを発生させる水蒸気プラズマ処理を行うことは製造時おけるガス取り扱い上のリスクが小さくなる。また、酸化亜鉛は環境に対して無害である。また、資源として豊富にある酸化亜鉛を用いることにより発光素子の製造コストを抑えることができる。
次に、発明の実施の形態を説明する。
図4はpn接合ダイオードを示す断面図、図5はリモートプラズマ処理装置の装置構成を示す図、図6はpn接合ダイオードを示す斜視図、図7は水蒸気プラズマ処理前後のEL(Electro Luminescence:エレクトロルミネッセンス)測定結果を示す図である。
図4はpn接合ダイオードを示す断面図、図5はリモートプラズマ処理装置の装置構成を示す図、図6はpn接合ダイオードを示す斜視図、図7は水蒸気プラズマ処理前後のEL(Electro Luminescence:エレクトロルミネッセンス)測定結果を示す図である。
まず、図4を用いて本発明に係る半導体発光素子の一例であるpn接合ダイオードの形成工程について説明する(これを、第一工程とする。)。
pn接合ダイオード1は、図4に示すようにサファイア基板2上にMOCVD法(有機金属化学気相蒸着法)によりn型半導体層となるn型GaN膜3(膜厚3.9μm)を気相成長させて成膜した。そして、前記n型GaN膜3上に、p型半導体層となるMgがドープされたp型GaN膜4(膜厚0.1μm)を同じくMOCVD法により気相成長してpn接合型のダイオード構造を作製した。p型GaN膜4のMgの濃度は1×1020/cm3である。Mgをドープする濃度としては、キャリヤ濃度等を考慮して1×1018/cm3〜5×1021/cm3とすることが好ましい。
なお、前記サファイア基板2上にGaN系半導体層を形成する方法としては、従来から公知である上記のMOCVD法(MOVPE法とも称される)のほか、例えばHVPE法、MBE法などの気相成長法を、用いることができる。
また、発光層となるGaN系半導体の組成を適宜選択することにより、波長が異なる光(赤色から紫外域)を発光させることも可能である。例えば、照明用としては青色発光だけでよいが、他の色を必要とする場合は、発光の色(波長)を変化させるために、GaNのGa原子を一部In原子に入れ替えた混晶を用いて発光増大を実現するなどしてもよい。
また、GaN系半導体は、化学式AlaInbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)で決定される3族窒化物からなる化合物半導体であって、本実施例では半導体組成をGaNとしているが、例えば、InGaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、InNなどの組成も上げられる。また、上記化学式において、3族元素の一部をB、Tlなどで置換したもの、また、Nの一部をP、As、Sb、Biなどで置換したものも、GaN系半導体に含まれる。
また、p型GaN膜4については、必要に応じて、ドープしたMgを活性化させるための処理を行ってもかまわない。そのような処理としては、例えば、電子線照射処理やアニーリング処理等が挙げられる。
pn接合ダイオード1は、図4に示すようにサファイア基板2上にMOCVD法(有機金属化学気相蒸着法)によりn型半導体層となるn型GaN膜3(膜厚3.9μm)を気相成長させて成膜した。そして、前記n型GaN膜3上に、p型半導体層となるMgがドープされたp型GaN膜4(膜厚0.1μm)を同じくMOCVD法により気相成長してpn接合型のダイオード構造を作製した。p型GaN膜4のMgの濃度は1×1020/cm3である。Mgをドープする濃度としては、キャリヤ濃度等を考慮して1×1018/cm3〜5×1021/cm3とすることが好ましい。
なお、前記サファイア基板2上にGaN系半導体層を形成する方法としては、従来から公知である上記のMOCVD法(MOVPE法とも称される)のほか、例えばHVPE法、MBE法などの気相成長法を、用いることができる。
また、発光層となるGaN系半導体の組成を適宜選択することにより、波長が異なる光(赤色から紫外域)を発光させることも可能である。例えば、照明用としては青色発光だけでよいが、他の色を必要とする場合は、発光の色(波長)を変化させるために、GaNのGa原子を一部In原子に入れ替えた混晶を用いて発光増大を実現するなどしてもよい。
また、GaN系半導体は、化学式AlaInbGa1−a−bN(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)で決定される3族窒化物からなる化合物半導体であって、本実施例では半導体組成をGaNとしているが、例えば、InGaN、AlGaN、AlInGaN、AlN、InNなどの組成も上げられる。また、上記化学式において、3族元素の一部をB、Tlなどで置換したもの、また、Nの一部をP、As、Sb、Biなどで置換したものも、GaN系半導体に含まれる。
また、p型GaN膜4については、必要に応じて、ドープしたMgを活性化させるための処理を行ってもかまわない。そのような処理としては、例えば、電子線照射処理やアニーリング処理等が挙げられる。
以上、本実施例において上記のようにpn接合ダイオード1の構成を説明したが、特にこの構成に限定するものではない。例えば、GaN系半導体層を成長させるための基板としては、GaN系半導体結晶の成長に適した基板であればよく、本実施例のようなサファイア基板2の他に、SiC基板、GaN基板、AlGaN基板、AlN基板、Si基板、GaAs基板、GaP基板、スピネル基板、ZnO基板、NGO(NdGaO3)基板、LGO(LiGaO2)基板、LAO(LaAlO3)基板、ZrB2基板、TiB2基板等を用いることができる。また、サファイア基板などの表面に、予め下地層としてGaN系半導体結晶層が成長されたテンプレートも使用可能である。pn接合ダイオード構造を構成するn型GaN膜、p型GaN膜は、n型GaN膜に注入される電子と、p型GaN膜に注入される正孔が、再結合して発光が生じるように組合せられていればよく、各層の結晶組成、不純物の種類・濃度、厚さなどにおいて特に限定するものではない。
次に、図5を用いてリモートプラズマ処理に用いるリモートプラズマ処理装置の装置構成を説明する。
図5に示すように、リモートプラズマ処理装置10は、マイクロ波キャビティ11、石英管12、試料ホルダー13、ニクロム炉14、温度計17、真空ポンプ(図示せず)、ガスバルブ(図示せず)、真空バルブ(図示せず)などで構成される。
石英管12は、略水平に配置されており、該石英管12の上流側はガスバルブを介して種々のガス(水蒸気、水素、酸素、窒素)供給手段(図示せず)と接続されており、種々のガスが単独もしくは混合して供給可能となっている。また、石英管12の下流側は、真空バルブを介して真空ポンプと接続されている。前記上流側ガスバルブと下流側真空バルブとの間に配置された石英管12は、マイクロ波キャビティ11を介してニクロム炉14に挿通している。該ニクロム炉14を挿通している石英管12内には試料ホルダー13が配置されている。マイクロ波キャビティ11と試料ホルダー13とは所定の距離(本実施例では15cm)を有して配置しており、試料が直接プラズマに曝されることによるダメージを軽減する構成としている。マイクロ波キャビティ11には、プラズマ化用のマイクロ波電源(図示せず)が接続される。なお、リモートプラズマ処理装置10には、バルブ、ガス流量制御装置、ガス濃度計などを必要に応じて接続可能である。
なお、上述したマイクロ波キャビティ11と試料ホルダー13との間の距離は、特に限定するものではなく、リモートプラズマ処理装置の仕様に応じて適宜距離を設定してかまわない。本実施例のリモートプラズマ処理装置10において、マイクロ波キャビティ11と試料ホルダー13との間は、5cm〜50cm程度の距離を有して配置することが好ましい。5cmより短いとプラズマによる試料のダメージが大きくなり、また、50cmよりも長くなると十分なプラズマ処理効果が得られない。
図5に示すように、リモートプラズマ処理装置10は、マイクロ波キャビティ11、石英管12、試料ホルダー13、ニクロム炉14、温度計17、真空ポンプ(図示せず)、ガスバルブ(図示せず)、真空バルブ(図示せず)などで構成される。
石英管12は、略水平に配置されており、該石英管12の上流側はガスバルブを介して種々のガス(水蒸気、水素、酸素、窒素)供給手段(図示せず)と接続されており、種々のガスが単独もしくは混合して供給可能となっている。また、石英管12の下流側は、真空バルブを介して真空ポンプと接続されている。前記上流側ガスバルブと下流側真空バルブとの間に配置された石英管12は、マイクロ波キャビティ11を介してニクロム炉14に挿通している。該ニクロム炉14を挿通している石英管12内には試料ホルダー13が配置されている。マイクロ波キャビティ11と試料ホルダー13とは所定の距離(本実施例では15cm)を有して配置しており、試料が直接プラズマに曝されることによるダメージを軽減する構成としている。マイクロ波キャビティ11には、プラズマ化用のマイクロ波電源(図示せず)が接続される。なお、リモートプラズマ処理装置10には、バルブ、ガス流量制御装置、ガス濃度計などを必要に応じて接続可能である。
なお、上述したマイクロ波キャビティ11と試料ホルダー13との間の距離は、特に限定するものではなく、リモートプラズマ処理装置の仕様に応じて適宜距離を設定してかまわない。本実施例のリモートプラズマ処理装置10において、マイクロ波キャビティ11と試料ホルダー13との間は、5cm〜50cm程度の距離を有して配置することが好ましい。5cmより短いとプラズマによる試料のダメージが大きくなり、また、50cmよりも長くなると十分なプラズマ処理効果が得られない。
次に、リモートプラズマ処理装置10の各部の詳細について説明する。
マイクロ波キャビティ11は、種々の気体を放電させ、プラズマ化するための構成物である。本実施例において使用したのは、周波数2.45GHzで、最大200Wのマイクロ波パワーを注入することができるものである。
なお、上記のプラズマ化させる構成物としては、マイクロ波キャビティ11に特に限定するものでなく、他の代替としては、例えば高周波数13.65MHzの誘導コイルや容量結合用平板電極を用いることも可能である。これらを駆動するためには、それぞれの周波数の交流電圧を発生する電源が必要である。
また、プラズマ化用のプラズマ放電の形式としては直流放電でも交流放電でもかまわない。また、交流放電の場合、高周波放電だけに限らず低周波放電でもかまわない。さらに、高周波放電の場合、誘導型でも容量型でもよい。また、本実施例のようにマイクロ波キャビティのみならず、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式やヘリコンプラズマ方式のキャビティを使用してもかまわない。また上記プラズマ放電方式を併用して使用することも可能である。
マイクロ波キャビティ11は、種々の気体を放電させ、プラズマ化するための構成物である。本実施例において使用したのは、周波数2.45GHzで、最大200Wのマイクロ波パワーを注入することができるものである。
なお、上記のプラズマ化させる構成物としては、マイクロ波キャビティ11に特に限定するものでなく、他の代替としては、例えば高周波数13.65MHzの誘導コイルや容量結合用平板電極を用いることも可能である。これらを駆動するためには、それぞれの周波数の交流電圧を発生する電源が必要である。
また、プラズマ化用のプラズマ放電の形式としては直流放電でも交流放電でもかまわない。また、交流放電の場合、高周波放電だけに限らず低周波放電でもかまわない。さらに、高周波放電の場合、誘導型でも容量型でもよい。また、本実施例のようにマイクロ波キャビティのみならず、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式やヘリコンプラズマ方式のキャビティを使用してもかまわない。また上記プラズマ放電方式を併用して使用することも可能である。
試料ホルダー13は、石英製であり、リモートプラズマ処理を施す試料をサポートする役割とともに、サーモカップルなどの温度計17を試料のすぐ近くまで挿入することができる構造となっている。
ニクロム炉14は、試料の処理温度を室温から900℃まで変化させることができる。温度設定精度は±0.5℃である。
なお、本実施例においてはニクロム炉14を使用する構成としたが、特に限定するものではなく、ニクロム炉を他の構造で代替することも可能であり、さらに高温まで処理温度を上げることができる。例えばシリコニット炉で1600℃、赤外線加熱炉で1800℃程度まで昇温可能である。
なお、本実施例においてはニクロム炉14を使用する構成としたが、特に限定するものではなく、ニクロム炉を他の構造で代替することも可能であり、さらに高温まで処理温度を上げることができる。例えばシリコニット炉で1600℃、赤外線加熱炉で1800℃程度まで昇温可能である。
また、本実施例に係るリモートプラズマ処理装置10内に導入するガスとしては、主として水蒸気(H2O)を用いるが、調整用として他のガス種(H2、N2、O2)も利用可能なように構成している。発明者等の研究によりp型GaN基板の場合、水蒸気プラズマ処理により得られる発光増大効果は500℃以上で消失する。そこで本発明では、発光増大効果の耐熱性向上のために重水蒸気(D2O)も用いて処理することも可能としている。また典型的なガス流量は、5−100sccmであり、ガス圧力は10−1000Paである。
このような構成において、まず第一工程として、MOCVD法により気相成長させて、p型GaN膜4とn型GaN膜3を接合してダイオード構造とし、pn接合ダイオード1を形成する。次に第二工程として、前記pn接合ダイオード1の水蒸気リモートプラズマ処理を行う。詳しくは、前述したリモートプラズマ処理装置10を使用して前記pn接合ダイオード1を試料ホルダー13に載置して、上流側ガスバルブを閉めて、下流側真空バルブを開く。このとき、ニクロム炉14は約400℃に加熱しておく。次に真空ポンプを稼動させて石英管12内を所定の圧力(本実施例では10Pa)まで減圧する。そうして、上流側ガスバルブを開けて図示せぬ水蒸気供給手段より水蒸気(100%、石英管12内圧力60Pa)を石英管12の上流側から所定の流量(本実施例では、流量5sccm)で供給する。前記水蒸気は、マイクロ波キャビティ11近傍(プラズマ領域)を通過する際に、高周波電圧が印加されて、プラズマが生成する。このとき、本発明者等が突き止めたプラズマで生成された原子である前述(図3参照)の原子状水素が高効率で発生し、この原子状水素を含んだガスが下流へ流れ、試料ホルダー13に載置された前記pn接合ダイオード1がガスに曝される。このようにして、pn接合ダイオード1の表面が約30分間、水蒸気リモートプラズマ処理される。該水蒸気リモートプラズマ処理の終了後は、上流側ガスバルブを閉めて、下流側真空バルブを開けて真空ポンプで排気を行い、処理後のpn接合ダイオード1を試料ホルダー13から取り外す。
なお、リモートプラズマ処理の条件としてガス流量、ガス圧力、加熱温度、または加熱時間は、上記に限定されるものでなく、処理による効果に応じて適宜設定することができる。例えば、ガス流量は2.5〜10sccm、ガス圧力は40〜100Paの範囲内で問題なくリモートプラズマ処理が可能である。特に、発光効率の向上を考慮した場合は、加熱温度としては100〜700℃程度、加熱時間としては30〜120分程度の範囲で処理を施すことが好ましい。
また、本実施例では水蒸気100%をリモートプラズマ処理装置内に導入して、水蒸気リモートプラズマ処理を実施する構成としたが、特に限定するものではなく水蒸気を主として他のガス種(H2、N2、O2等)を適宜少量混合してもかまわない。
なお、リモートプラズマ処理の条件としてガス流量、ガス圧力、加熱温度、または加熱時間は、上記に限定されるものでなく、処理による効果に応じて適宜設定することができる。例えば、ガス流量は2.5〜10sccm、ガス圧力は40〜100Paの範囲内で問題なくリモートプラズマ処理が可能である。特に、発光効率の向上を考慮した場合は、加熱温度としては100〜700℃程度、加熱時間としては30〜120分程度の範囲で処理を施すことが好ましい。
また、本実施例では水蒸気100%をリモートプラズマ処理装置内に導入して、水蒸気リモートプラズマ処理を実施する構成としたが、特に限定するものではなく水蒸気を主として他のガス種(H2、N2、O2等)を適宜少量混合してもかまわない。
上記のように、pn接合ダイオード1が水蒸気リモートプラズマ処理された後で、第三工程として図6に示すようにpn接合ダイオード1を所定の大きさにカットして、p型GaN膜4の表面とn型GaN膜3の一側とに、Au線15a・16aをInで半田付けを行い、pn接合型のダイオード構造体に電極15・16を形成する。また、比較用として上記と同じ層構成のpn接合ダイオードを作製し、水蒸気リモートプラズマ処理を施さない比較用試料(as−grown)を準備した。
なお、本実施例では15a・16aとしてAu線を用い、Inの半田付けにより電極15・16を形成しているが、特に限定するものではなく、例えば、Au、Ni、Pd、Rh、Ag、Pt、Ir、Inなどの単体や、これらの合金を用いてもかまわない。
なお、本実施例では15a・16aとしてAu線を用い、Inの半田付けにより電極15・16を形成しているが、特に限定するものではなく、例えば、Au、Ni、Pd、Rh、Ag、Pt、Ir、Inなどの単体や、これらの合金を用いてもかまわない。
次に、本実施例のリモートプラズマ処理装置10で処理されたpn接合ダイオード1について、p型GaN膜表面の電極15から電流を供給する、すなわち順方向に電流注入(46mA)を行うと、発光を生じた。このときのEL測定を行った。
図7は水蒸気プラズマ処理前後のEL測定結果を示す図である。図7において、横軸は波長(nm)であり、縦軸はEL強度(arb.units)すなわち電流注入時の発光強度を示すものである。
図7は水蒸気プラズマ処理前後のEL測定結果を示す図である。図7において、横軸は波長(nm)であり、縦軸はEL強度(arb.units)すなわち電流注入時の発光強度を示すものである。
結果としては、水蒸気プラズマ未処理のpn接合ダイオード試料(as−grown)と水蒸気リモートプラズマ処理を施したpn接合ダイオード1を比較すると、未処理のpn接合ダイオードに対して発光強度が2倍近く増大している。発光ピーク波長は共に、約400nmである。
このように、複雑なダイオード構造ではなくシンプルなダイオード構造においても発光効率が高い半導体発光素子であるエレクトロルミネッセンス素子が形成される。
このように、複雑なダイオード構造ではなくシンプルなダイオード構造においても発光効率が高い半導体発光素子であるエレクトロルミネッセンス素子が形成される。
つまり、pn接合を有する半導体発光素子の製造方法であって、サファイア基板2上部にn型半導体層であるn型GaN膜3と、p型半導体層であるp型GaN膜4とを順次積層して、pn接合型のダイオード構造1を形成する工程と、減圧下で水蒸気を導入し、プラズマ領域にて高周波電圧の印加によりプラズマ生成を行い、該プラズマで生成された原子である原子状水素を前記プラズマ領域から離れた位置に導き、該位置に前記ダイオード構造1を配置して表面処理を行うリモートプラズマ処理の工程と、前記ダイオード構造1に電極15・16を形成する工程とを含む製造方法を適用して、GaN系半導体で構成されるエレクトロルミネッセンス発光素子を形成することにより、通常のガス(H2、O2、N2など)を用いたプラズマ処理と比較して発光効率の格段の向上を図ることができる。
なお、本実施例の水蒸気リモートプラズマ処理により大量に発生する原子状水素を他分野へ適用することも可能である。適用例として幾つかあげると、例えば半導体、金属などの表面の酸化膜を、水素の還元作用で除去することも可能である。
また、半導体表面の水素化処理により、原子オーダーで平滑化も可能である。
さらに、半導体・金属の界面、半導体・絶縁体の界面に存在する電子準位(いわゆる界面準位)を、水素パシペーションにより不活性化(無害化)することも可能である。
また、本実施例の形態では青色発光ダイオードを例に挙げて説明したが、特に限定するものではなく、pn接合を有する半導体素子であれば本発明を適用することができる。
また、半導体表面の水素化処理により、原子オーダーで平滑化も可能である。
さらに、半導体・金属の界面、半導体・絶縁体の界面に存在する電子準位(いわゆる界面準位)を、水素パシペーションにより不活性化(無害化)することも可能である。
また、本実施例の形態では青色発光ダイオードを例に挙げて説明したが、特に限定するものではなく、pn接合を有する半導体素子であれば本発明を適用することができる。
次に、本発明に係るフォトルミネッセンス素子の一例である酸化亜鉛を用いたフォトルミネッセンス素子を製造方法について説明する。
図9は水蒸気プラズマ処理前後のPL(Photo Luminescence:フォトルミネッセンス)測定結果を示す図、図10はESR(電子スピン共鳴法)による測定結果を示す図である。
まず、原料として市販の多結晶酸化亜鉛粉末(純度99.9%)を、所定の大きさの成形型に入れて所定の圧力で高圧プレスを行う。そうして、成形型から取り出した多結晶酸化亜鉛の成形体を、電気炉により所定温度(1200〜1800℃程度。焼結状態を考慮して適宜選択可能)及び、該温度に応じた所定時間で焼結して多結晶酸化亜鉛焼結体(図示せず)を作製する(以上を、第一工程:酸化亜鉛焼結工程とする)。
なお、本実施例においては酸化亜鉛の焼結体を作製するための原料として前記多結晶酸化亜鉛粉末を使用しているが、特にこれに限定するものではなく、例えば単結晶酸化亜鉛粉末もしくは単結晶酸化亜鉛粉末と多結晶酸化亜鉛粉末との混合物を原料として使用してもかまわない。また、本実施例においては高純度の多結晶酸化亜鉛(純度99.9%)を用いたが、特に高純度酸化亜鉛に限定するものではない。
また、本実施例では多結晶酸化亜鉛焼結体の作製工程を示したが、特に限定するものではなく一般的に市販されている多結晶酸化亜鉛焼結体を使用してもかまわない。
図9は水蒸気プラズマ処理前後のPL(Photo Luminescence:フォトルミネッセンス)測定結果を示す図、図10はESR(電子スピン共鳴法)による測定結果を示す図である。
まず、原料として市販の多結晶酸化亜鉛粉末(純度99.9%)を、所定の大きさの成形型に入れて所定の圧力で高圧プレスを行う。そうして、成形型から取り出した多結晶酸化亜鉛の成形体を、電気炉により所定温度(1200〜1800℃程度。焼結状態を考慮して適宜選択可能)及び、該温度に応じた所定時間で焼結して多結晶酸化亜鉛焼結体(図示せず)を作製する(以上を、第一工程:酸化亜鉛焼結工程とする)。
なお、本実施例においては酸化亜鉛の焼結体を作製するための原料として前記多結晶酸化亜鉛粉末を使用しているが、特にこれに限定するものではなく、例えば単結晶酸化亜鉛粉末もしくは単結晶酸化亜鉛粉末と多結晶酸化亜鉛粉末との混合物を原料として使用してもかまわない。また、本実施例においては高純度の多結晶酸化亜鉛(純度99.9%)を用いたが、特に高純度酸化亜鉛に限定するものではない。
また、本実施例では多結晶酸化亜鉛焼結体の作製工程を示したが、特に限定するものではなく一般的に市販されている多結晶酸化亜鉛焼結体を使用してもかまわない。
そして、本実施例において前記多結晶酸化亜鉛焼結体に対してリモートプラズマ処理を施すリモートプラズマ処理装置は、実施例1で示したリモートプラズマ処理装置10と同一の装置を用いる。実施例1と同一装置の使用であるため装置構成の説明は省略する。
また、本実施例に係るリモートプラズマ処理装置10内に導入するガスとしては、水蒸気(H2O)を用いるが、調整用として他のガス種(H2、N2、O2)も利用可能なように構成している。また、本発明では、発光増大効果の耐熱性向上のために重水蒸気(D2O)も用いて処理することも可能としている。また典型的なガス流量は、5−100sccmであり、ガス圧力は10−1000Paである。
このような構成において、まず第一工程(焼結体焼結工程)として、上述したように市販の多結晶酸化亜鉛粉末を、成形型を用いて成形体を形成し、該成形体を電気炉により所定温度・所定時間で焼結して多結晶酸化亜鉛焼結体を作製する。次に第二工程(焼結体プラズマ処理工程)として、前記多結晶酸化亜鉛焼結体に対して水蒸気リモートプラズマ処理を行う。詳しくは、前述したリモートプラズマ処理装置10を使用して前記多結晶酸化亜鉛焼結体を試料ホルダー13に載置して、上流側ガスバルブを閉めて、下流側真空バルブを開く。このとき、ニクロム炉14は約800℃に加熱しておく。次に真空ポンプを稼動させて石英管12内を所定の圧力(本実施例では20Pa)まで減圧する。そうして、上流側ガスバルブを開けて図示せぬ水蒸気供給手段より水蒸気(100%)を石英管12の上流側から所定の流量(本実施例では、流量5sccm)と、図示せぬ水素供給手段により水素(100%)を同じく石英管12の上流側から所定の流量(本実施例では、流量100sccm)で供給する。つまり、本実施例においては水蒸気と水素の混合ガス(石英管12内圧力2000Pa)としてマイクロ波キャビティ11に供給される。前記水蒸気及び水素の混合ガスは、マイクロ波キャビティ11近傍(プラズマ領域)を通過する際に、高周波電圧が印加されて、プラズマが生成する。このとき、本発明者等が突き止めたプラズマで生成された原子である前述(図2参照)の原子状水素が高効率で発生し、この原子状水素を含んだガスが下流へ流れ、試料ホルダー13に載置された前記多結晶酸化亜鉛焼結体がガスに曝される。このようにして、多結晶酸化亜鉛焼結体の表面が所定時間(20分間、40分間、150分間の3条件)水蒸気リモートプラズマ処理される。該水蒸気リモートプラズマ処理の終了後は、上流側ガスバルブを閉めて、下流側真空バルブを開けて真空ポンプで排気を行い、処理後の多結晶酸化亜鉛焼結体を試料ホルダー13から取り外す。
なお、リモートプラズマ処理の条件としてガス流量、ガス圧力、加熱温度、または加熱時間は、上記に限定されるものでなく、処理による効果に応じて適宜設定することができる。本実施例では、ガス流量は1〜110sccm、ガス圧力は20〜2000Paの範囲内で問題なくリモートプラズマ処理が可能である。特に、本実施例で示す多結晶酸化亜鉛焼結体の発光効率の向上を考慮した場合は、第二工程となる焼結体プラズマ処理工程においてニクロム炉14による多結晶酸化亜鉛焼結体の加熱温度として600〜900℃程度、加熱時間としては30〜120分程度の範囲で処理を施すことが好ましく、特に加熱温度については、750〜850℃程度で処理を施すことがより好ましい。
また、本実施例では水蒸気と水素との混合ガスをリモートプラズマ処理装置内に導入して、水蒸気リモートプラズマ処理を実施したが、特に限定するものではなく水蒸気100%もしくは水蒸気を主として他のガス種(N2、O2等)を適宜混合しても青緑色発光の発光強度の向上が可能である。
また、本実施例では水蒸気と水素との混合ガスをリモートプラズマ処理装置内に導入して、水蒸気リモートプラズマ処理を実施したが、特に限定するものではなく水蒸気100%もしくは水蒸気を主として他のガス種(N2、O2等)を適宜混合しても青緑色発光の発光強度の向上が可能である。
上記のように、多結晶酸化亜鉛焼結体が水蒸気リモートプラズマ処理された後で、多結晶酸化亜鉛焼結体を所定の大きさにカットして、PL測定用試料(前述した処理時間20分間、40分間、150分間の各試料)を作製するとともに、水蒸気リモートプラズマ処理を施さない多結晶酸化亜鉛焼結体のPL測定比較用試料(as−grown)を準備した。
次に、前記多結晶酸化亜鉛焼結体のPL測定用試料のそれぞれの試料に対して、レーザー光(He−Cdレーザー)で励起して生じた発光(フォトルミネッセンス:PL)を観測した。このときのPL測定を行った。
図9は水蒸気プラズマ処理前後のPL測定結果を示す図である。図9において、横軸は波長(nm)であり、縦軸はPL強度(arb.units)すなわちレーザー照射時の発光強度を示すものである。
図9は水蒸気プラズマ処理前後のPL測定結果を示す図である。図9において、横軸は波長(nm)であり、縦軸はPL強度(arb.units)すなわちレーザー照射時の発光強度を示すものである。
結果としては、水蒸気プラズマ未処理の多結晶酸化亜鉛焼結体のPL測定比較用試料(as−grown)と水蒸気リモートプラズマ処理を施した多結晶酸化亜鉛焼結体のPL測定用試料(プラズマ処理時間20分間、40分間、150分間の各試料)とを比較すると、未処理の多結晶酸化亜鉛焼結体(図9に示す処理前)に対して、水蒸気プラズマ処理時間が20分→40分→150分と増加するにともなって、青緑色発光の発光強度が数十倍から最大130倍程度まで増大している。また、発光ピーク波長は、青緑色発光となる約490〜500nmとなっている。
このように、青緑色発光の発光効率が高い半導体発光素子であるフォトルミネッセンス素子が形成される。
このように、青緑色発光の発光効率が高い半導体発光素子であるフォトルミネッセンス素子が形成される。
次に、前記水蒸気プラズマ未処理の多結晶酸化亜鉛焼結体のPL測定比較用試料(as−grown)と水蒸気リモートプラズマ処理を施した多結晶酸化亜鉛焼結体PL測定用試料(プラズマ処理時間60分)に対して、ESR(電子スピン共鳴法)による測定を行った。
図10はESR(電子スピン共鳴法)による測定結果を示す図である。図10において、横軸は磁場(mT)であり、縦軸はESR信号強度(arb.units)を示すものである。処理前試料(水蒸気プラズマ未処理)と処理後試料(水蒸気プラズマ処理60分)とを比較すると処理後試料が処理前試料に対してESR信号強度(縦軸:結晶内の欠陥量に比例)が1割程度になっている。酸化亜鉛が発する青緑色発光強度の強弱は、酸化亜鉛結晶構造中に存在する欠陥量に由来すると考えられており、上記ESRの測定結果は、この欠陥のうち発光に寄与しない欠陥量を示したものであると考えられる。すなわち、本実施例における水蒸気と水素との混合ガスを用いてプラズマ処理を行ったことにより発光に寄与しない欠陥量をコントロールして青緑色発光の発光強度を向上させたのである。
図10はESR(電子スピン共鳴法)による測定結果を示す図である。図10において、横軸は磁場(mT)であり、縦軸はESR信号強度(arb.units)を示すものである。処理前試料(水蒸気プラズマ未処理)と処理後試料(水蒸気プラズマ処理60分)とを比較すると処理後試料が処理前試料に対してESR信号強度(縦軸:結晶内の欠陥量に比例)が1割程度になっている。酸化亜鉛が発する青緑色発光強度の強弱は、酸化亜鉛結晶構造中に存在する欠陥量に由来すると考えられており、上記ESRの測定結果は、この欠陥のうち発光に寄与しない欠陥量を示したものであると考えられる。すなわち、本実施例における水蒸気と水素との混合ガスを用いてプラズマ処理を行ったことにより発光に寄与しない欠陥量をコントロールして青緑色発光の発光強度を向上させたのである。
つまり、酸化亜鉛結晶である多結晶酸化亜鉛を焼結して焼結体を作製する工程と、減圧下で水蒸気を導入し、プラズマ領域にて高周波電圧の印加によりプラズマ生成を行い、該プラズマで生成された原子である原子状水素を前記プラズマ領域から離れた位置に導き、該位置に前記多結晶酸化亜鉛焼結体を配置して表面処理を行うリモートプラズマ処理の工程とを含む製造方法を適用して、多結晶酸化亜鉛焼結体で構成されるフォトルミネッセンス素子を形成することにより、プラズマによる試料へのダメージを低減し、かつ、通常のガス(H2、O2、N2など)を用いたプラズマ処理と比較して可視発光、特に青緑色発光の発光強度を増大させることが可能となる。この増大化した青緑色発光を利用することで、酸化亜鉛を可視発光ダイオードなどの可視域での発光素子として応用することができる。さらには、水を使用して水素プラズマを発生させる水蒸気プラズマ処理を行うことは製造時におけるガス取り扱い上のリスクが小さくなる。また、酸化亜鉛は環境に対して無害である。また、資源として豊富にある酸化亜鉛を用いることにより発光素子の製造コストを抑えることができる。また、多結晶酸化亜鉛粉末は単結晶酸化亜鉛粉末と比較して、製造コストが安く、低コストの半導体素子を製造する上で好適な材料である。
なお、実施例2で示した酸化亜鉛の水蒸気プラズマ処理により半導体発光素子の製造方法については、可視発光ダイオード、光エレクトロニクスにおける可視発光素子及び青緑色蛍光体等に広く適用することが可能である。
1・20 pn接合ダイオード
2 サファイア基板
3 n型GaN膜
4 p型GaN膜
15・16 電極
2 サファイア基板
3 n型GaN膜
4 p型GaN膜
15・16 電極
Claims (7)
- pn接合を有する半導体発光素子の製造方法であって、基板上部にn型半導体層と、p型半導体層とを順次積層して、pn接合型のダイオード構造を形成する工程と、減圧下で水蒸気を導入し、プラズマ領域にて高周波電圧の印加によりプラズマ生成を行い、該プラズマで生成された原子を前記プラズマ領域から離れた位置に導き、該位置に前記ダイオード構造を配置して表面処理を行うリモートプラズマ処理の工程と、前記ダイオード構造に電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
- 前記半導体層が、GaN系半導体であることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記半導体発光素子が、エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記水蒸気として重水蒸気を用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子の製造方法。
- 酸化亜鉛結晶を焼結して焼結体を作製する工程と、減圧下で水蒸気もしくは水蒸気と水素との混合ガスを導入し、プラズマ領域にて高周波電圧の印加によりプラズマ生成を行い、該プラズマで生成された原子を前記プラズマ領域から離れた位置に導き、該位置に前記酸化亜鉛結晶を配置して表面処理を行うリモートプラズマ処理の工程とを含むことを特徴とするフォトルミネッセンス素子の製造方法。
- 前記水蒸気として重水蒸気を用いることを特徴とする請求項5に記載のフォトルミネッセンス素子の製造方法。
- 前記酸化亜鉛結晶が、多結晶酸化亜鉛であることを特徴とする請求項5に記載のフォトルミネッセンス素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007202433A JP2008218965A (ja) | 2007-02-06 | 2007-08-03 | 半導体発光素子及びフォトルミネッセンス素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007027286 | 2007-02-06 | ||
JP2007202433A JP2008218965A (ja) | 2007-02-06 | 2007-08-03 | 半導体発光素子及びフォトルミネッセンス素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008218965A true JP2008218965A (ja) | 2008-09-18 |
Family
ID=39838595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007202433A Pending JP2008218965A (ja) | 2007-02-06 | 2007-08-03 | 半導体発光素子及びフォトルミネッセンス素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008218965A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013149953A (ja) * | 2011-12-20 | 2013-08-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及び半導体装置の作製方法 |
CN109301045A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-02-01 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种发光器件及其制备方法、显示装置 |
-
2007
- 2007-08-03 JP JP2007202433A patent/JP2008218965A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013149953A (ja) * | 2011-12-20 | 2013-08-01 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及び半導体装置の作製方法 |
JP2017195397A (ja) * | 2011-12-20 | 2017-10-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
CN109301045A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-02-01 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种发光器件及其制备方法、显示装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rahman | Zinc oxide light-emitting diodes: a review | |
Kuo et al. | n-UV+ blue/green/red white light emitting diode lamps | |
WO2008023592A1 (fr) | Élément électroluminescent aux ultraviolets et semi-conducteurs, à transition indirecte et forte efficacité | |
JP2006295132A (ja) | 発光装置 | |
JP2006228732A (ja) | シリコンエレクトロルミネセンス素子およびその製造方法、並びに短波長光を放射させる方法。 | |
JP5072397B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法 | |
Chen et al. | White-light electroluminescence from n-ZnO/p-GaN heterojunction light-emitting diodes at reverse breakdown bias | |
TWI252595B (en) | Nitride semiconductor; light-emitting device, light-emitting diode, laser device and lamp using the semiconductor; and production methods thereof | |
TW200834981A (en) | Process for producing III group nitride compound semiconductor light emitting element, III group nitride compound semiconductor light emitting element, and lamp | |
JP2006237281A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
TWI390769B (zh) | 生產第三族氮化物半導體層的設備,生產第三族氮化物半導體層的方法,生產第三族氮化物半導體發光裝置的方法,該第三族氮化物半導體發光裝置及該燈 | |
JP3726252B2 (ja) | 紫外発光素子およびInAlGaN発光層の製造方法 | |
JP5155611B2 (ja) | ZnO系半導体発光素子 | |
US20100270583A1 (en) | Manufacturing method of nitride semi-conductor layer, and a nitride semi-conductor light emitting device with its manufacturing method | |
JP6231005B2 (ja) | SiC蛍光材料及びその製造方法並びに発光素子 | |
US9099597B2 (en) | Light emitting diode element with porous SiC emitting by donor acceptor pair | |
JP2008218965A (ja) | 半導体発光素子及びフォトルミネッセンス素子の製造方法 | |
JP2006348244A (ja) | 酸化亜鉛紫外発光体、酸化亜鉛紫外発光体薄膜、およびそれらの製造方法 | |
JP2013120848A (ja) | 赤色発光半導体素子とその製造方法 | |
JPH0797300A (ja) | 窒化ガリウム系結晶の熱処理方法 | |
JP2016143771A (ja) | エピタキシャルウエハ、半導体発光素子、発光装置及びエピタキシャルウエハの製造方法 | |
JP2007129271A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
JP2004288757A (ja) | 半導体発光素子 | |
CN105070797B (zh) | 一种led外延生长方法 | |
CN110168752A (zh) | 用于在紫外照射下生长发光器件的方法 |