JP4832250B2 - p型半導体材料、半導体素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、及びp型半導体材料の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、本発明は、有機EL素子のほか、無機材料を使ったLEDのp型電極など、正孔注入を行うほかの種類の素子にも適用することができる。
本実施形態に係るp型半導体材料は、ZnとSeを含む化合物中に、ドーパントとしてAgを1×1018〜5×1020cm−3含有させてなるものであり、このp型半導体材料をp型電極として基板上に形成したものが本実施形態に係る半導体素子である。このp型半導体材料は、例えば有機EL素子のp型電極材料として用いることができ、隣接するように形成された正孔輸送層へ正孔を注入することができる。
下側へシフトすることができるため、p型半導体材料のバンドギャップを広げることができるからである。
つづいて、図2、3を参照しつつ、AgをドープしたZnSeのエピタキシャル膜を例にとって、p型電極の成膜(半導体素子の製造)について説明する。ここで、図2は、本実施形態に係る蒸着器の概略内部構成を側面から見た概念図であり、(a)は蒸着開始前の状態を、(b)は蒸着開始後の状態を、それぞれ示す図である。また、図3は、本発明の一実施形態に係る蒸着器のるつぼの配置を示す概略図であり、(a)は本実施形態における基板ホルダの回転軌道に対するるつぼの位置を示した平面図であり、(b)はるつぼが4つある場合の配置を示した平面図である。
成膜中は、蒸着器10内の圧力を1×10−7Torr以下とすることが好ましい。蒸着器10内の圧力が1×10−7Torrより高いと、残留水分が多すぎて成膜される薄膜中に取り込まれてしまい、結晶性を害し、所望の電気特性が発現しないことがあるためである。また、蒸着器10内の圧力を1×10−7Torr以下とすることで、蒸着器内における原子の平均自由行程は1000Km程度になり、るつぼ25,26,27,28にて発生する原料気流に含まれるガス分子が、何にも衝突せずに、基板20の表面へ直接到達できるからである。
ている。このように配置することで、各つるぼにて発生させる原料気流の流れを、基板20に対して略垂直とすることができる。また、図5に示すように、本発明の他の実施形態として、各原料気流が基板20付近に集中するように角度を付けてるつぼ25、26、27を配置することでも構わない。
そして、成膜中のるつぼ25、26、27の温度を制御することで、各るつぼからの原料気流の蒸気圧を制御することが出来、形成する薄膜の組成を制御することが出来る。
なお、成膜中の基板20の温度は200℃以上400度以下とすることが好ましい。200℃以下とすると、基板20に到達した原料気流が結晶化せず、所望の電気特性が発現しないためである。また、400℃以上とすると、ZnSeの蒸気圧が高すぎて基板20に膜が付着しないためである。
その後、所定時間の経過後に基板20の下面側に所望膜厚のp型電極21が成膜されたら、シャッタ14を同時に閉めて、成膜処理を完了する。
実施例1ではAgをドープしたZnSeのエピタキシャル膜をp−GaAs基板上に成膜して半導体素子を形成した。
触針式段差計で測定したエピタキシャル膜の膜厚は400nmであり、ICP法により分析した化学組成は、Zn:Se:Ag=49.4:50.2:0.33(at%)であった。また、SIMS法により分析したAg濃度は1×1020cm−3であり、膜厚方向に均一であった。また、比抵抗率は6.8 ×104Ωcmであった。膜厚方向の電流−電圧特性は、図4に示すように良好であった。ここで、図4はZnSe:Ag/p−GaAs(AgをドープしたZnSeをp−GaAs上に成膜した実施例1に係る半導体素子)の電流電圧特性を示す図である。
実施例2では、AgドープしたZnSe膜をITO付ガラス基板上に成膜して半導体素子を形成した。成膜条件は実施例1と同様である。
実施例3ではAgをドープしたZnSeのエピタキシャル膜をp−GaAs基板上に成膜して半導体素子を形成した。
る一方、p−GaAs基板をIRランプ(赤外線ランプ)により250℃に昇温し、基板下方のシャッタを開放して成膜を行った。
実施例4ではAgをドープしたZnSeのエピタキシャル膜をp−GaAs基板上に成膜して半導体素子を形成した。
比較例1ではAgをドープしたZnSeのエピタキシャル膜をp−GaAs基板上に成膜して半導体素子を形成した。
比較例2ではAgをドープしたZnSeのエピタキシャル膜をp−GaAs基板上に成膜して半導体素子を形成した。
る一方、p−GaAs基板をIRランプ(赤外線ランプ)により250℃に昇温し、基板下方のシャッタを開放して成膜を行った。
能である。
2 p型電極層
10 蒸着器
20 基板
21 p型電極
25 るつぼ
26 るつぼ
27 るつぼ
Claims (8)
- 仕事関数の値が6.1〜6.3eVであり、ZnとSeとを含む化合物中に、Agを1×1018〜5×1020cm−3含有させてなることを特徴とするp型半導体材料。
- 前記ZnとSeとを含む化合物に、Agを3×10 19 〜3×10 20 cm −3 含有させてなることを特徴とする請求項1に記載のp型半導体材料。
- 前記ZnとSeとを含む化合物は、組成式Zn (1−x) Mg x Se (1−y) Sy(0≦x≦0.5、0≦y≦0.5)で示されることを特徴とする請求項1又は2に記載のp型半導体材料。
- 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のp型半導体材料を含むp型電極を具備することを特徴とする半導体素子。
- 前記p型電極に含まれるp型半導体材料の組織が、正孔の平均的な移動方向に伸びた柱状構造をなすことを特徴とする請求項4に記載の半導体素子。
- 前記p型電極に含まれるp型半導体材料がp型GaAs層の上にエピタキシャル成長させた膜であり、
前記p型半導体材料と前記p型GaAs層とのp−p接合が整流特性を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体素子。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のp型半導体材料を含むp型電極を具備することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- ZnSeに、Agを1×1018〜5×1020cm−3含有させてなることを特徴とするp型半導体材料の製造方法であって、当該製造方法が真空蒸着法であり、かつ蒸着源として、ZnSe及びAg2Seを用い、前記p型半導体材料の仕事関数の値を6.1〜6.3eVとすることを特徴とするp型半導体材料の製造方法。
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