JP2009506529A - 酸化亜鉛を用いたp型−真性−n型構造の発光ダイオード製造方法 - Google Patents
酸化亜鉛を用いたp型−真性−n型構造の発光ダイオード製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本発明の酸化亜鉛を用いたp型-真性-n型構造の発光ダイオード製造方法はサファイア単結晶基板の上に低温酸化亜鉛バッファ層を蒸着する第1工程、上記蒸着された低温酸化亜鉛バッファ層上にn型ガリウムドープ酸化亜鉛層を蒸着する第2工程、上記蒸着されたn型ガリウムドープ酸化亜鉛層上に真性酸化亜鉛薄膜を蒸着する第3工程、上記蒸着された真性酸化亜鉛薄膜の上にp型酸化亜鉛薄膜層を形成する第4工程、湿式エッチングを通じて上記p型酸化亜鉛薄膜層上にMESA構造を形成する第5工程、及び上記結果物を後熱処理する第6工程、を含むことを特徴とする。
Description
しかし、酸化亜鉛を用いた高効率発光ダイオードまたはレーザダイオードを製作するためには再現性のある優れた性質のp型酸化亜鉛薄膜を製作できる技術開発が必須である。現在、5族元素を用いたp型酸化亜鉛薄膜の製作における問題点になっているものは次のものである。
第二に、酸化亜鉛薄膜は主にブルチァイト(Wurzite)結晶構造を持っているから他の元素とのドープが容易な状況である。然し、5族元素が不純物でドープされる場合に、比較的低い温度で様々な結晶構造を持つ化合物の形態またはクラスタなどで存在するようになる。このような相違する結晶構造は電気的な性質及び工学的性質を変化させるだけでなく、n型ドーパントの役目になる場合もあって、相殺補償よりは逆相殺補償効果をもたらす結果となり、これを調節することが難しい。
また、透明な薄膜型トランジスタの製作ができ、Si素子の代わりに半導体市場及び新しいディスプレイ市場の開拓ができる。
: RA-MBE)で成長させた低温バッファ酸化亜鉛の成長形態を示した図である。即ち、多層のn、p型酸化亜鉛薄膜層の成長のためにバッファ層が持たなければならない大きい2種の性質は、上位層の結晶性増大及び多層薄膜の間の境界面での理想的物理的接合特性のための表面の非常に低い粗さである。
Gaを含んでない薄膜の場合には図3Aのように85arcsecの小さい値が示されていることが分かり、これはZnO薄膜がほとんど単結晶水準でサファイア基板の上に積層成長されていることが示されている。
図4Aは比抵抗値の変化を示し、Ga:ZnO(ne=1×1018/cm3)の場合には0.15Ωcm程度の値が示される一方、電荷濃度が増加するほど急激に低くなってGa:ZnO(ne=2.5×1020/cm3)の場合には10-3Ωcmまで減少することが分かる。
このような比抵抗の減少は電子の濃度が多くなるにつれて余剰の電子が伝導帯を占めるようになり、このような伝導帯に位置した電子は容易に電気伝導度に貢献するようになるバースタインーモース(Burstein-Moss)効果によって比抵抗が急激に減少することが分かる。
図2乃至図4から、多層構造の発光ダイオード製作のためのn型酸化亜鉛薄膜では表面粗さが非常に小さく、比抵抗が0.1Ωcmであり、電気移動度が45cm2/Vsで優れたGa:ZnO(ne=1×1018/cm3)が最も適切な薄膜に用いられることが分かる。
先ず、サファイア単結晶基板(100)の上に、図1A及び1Bと同じ低温酸化亜鉛バッファ層(200)を蒸着して、その上に図2AのGa:ZnO(ne=1×1018/cm3)を約550〜650nm程度に蒸着する。望ましい低温酸化亜鉛バッファ層(300)の厚さは600nmである。
また、約350〜450nm程度の厚さの真性酸化亜鉛薄膜(400)、即ち、他のn、p型不純物が入らない酸化亜鉛薄膜を蒸着するのに、望ましい真性酸化亜鉛縛膜(400)の厚さは400nmである。
次に図5Bのように、真性酸化亜鉛薄膜層(400)にp型ドープのために銅(Cu)イオンをイオン注入によってドープすることによりドープ層(500)を形成する。この時、銅イオンはSNICS(Sputtered Negative Ion Cesium exchange Source)から抽出されて80〜120keVに加速してイオン注入された。ここで、銅イオンが浸透された平均距離はコンピュータコード(SRIM-2003)を用いると約100〜120nm程度になる。
発光ダイオードの形成確認のために図5Cに示すように湿式エッチングによりMESA構造を製作する。この場合、n型とp型の電気的接点材料として働くTi/Au層(700)及びNi/Au層(600)のオーミック接点は夫々電子ビーム蒸着機で確認(comfirmed)され、その後電流-電圧特性が測定される。
以上、説明した内容を通して本業界に従事する当業者なら本発明の技術思想を離脱しない範囲内で多様な変更及び修正ができることが分かる。従って、本発明の技術的範囲は実施例に記載された内容だけで限定されず特許請求範囲によって決めるべきである。
Claims (7)
- サファイア単結晶基板の上に低温酸化亜鉛バッファ層を蒸着する第1工程、
上記蒸着された低温酸化亜鉛バッファ層上にn型ガリウムドープ酸化亜鉛層を蒸着する第2工程、
上記蒸着されたn型ガリウムドープ酸化亜鉛層上に真性酸化亜鉛薄膜を蒸着する第3工程、
上記蒸着された真性酸化亜鉛薄膜の上にp型酸化亜鉛薄膜層を形成する第4工程、
湿式エッチングを通じて上記p型酸化亜鉛薄膜層上にMESA構造を形成する第5工程、及び
上記結果物を後熱処理する第6工程、
を含む酸化亜鉛を用いたp型-真性-n型構造の発光ダイオード製造方法。 - 請求項1記載の発光ダイオード製造方法において、
上記n型ガリウムドープ酸化亜鉛層の厚さは550〜650nmであることを特徴とする酸化亜鉛を用いたp型-真性-n型構造の発光ダイオード製造方法。 - 請求項1記載の発光ダイオード製造方法において、
上記真性酸化亜鉛薄膜の厚さは350〜450nmであることを特徴とする酸化亜鉛を用いたp型-真性-n型構造の発光ダイオード製造方法。 - 請求項1記載の発光ダイオード製造方法において、
上記p型酸化亜鉛薄膜層は銅金属であることを特徴とする酸化亜鉛を用いたp型-真性-n型構造の発光ダイオード製造方法。 - 請求項1記載の発光ダイオード製造方法において、
上記後熱処理は酸素雰囲気で行うことを特徴とする酸化亜鉛を用いたp型-真性-n型構造の発光ダイオード製造方法。 - 請求項5記載の発光ダイオード製造方法において、
上記後熱処理は100〜300Torrの雰囲気で行うことを特徴とする酸化亜鉛を用いたp型-真性-n型構造の発光ダイオード製造方法。 - 請求項1記載の発光ダイオード製造方法において、
上記後熱処理は800℃で1〜10分間行うことを特徴とする酸化亜鉛を用いたp型-真性-n型構造の発光ダイオード製造方法。
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