JP7082390B2 - Deep ultraviolet light emitting device and its manufacturing method - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 1.公開日 2017年2月4日 公開方法 高知工科大学システム工学群所有の学内サーバ上にアップロード(現在は非公開) 2.集会名 修士論文公聴会 開催場所 高知県公立大学法人 高知工科大学(高知県香美市土佐山田町宮ノ口185番地) 開催日 2017年2月5日 3.集会名 第64回応用物理学会春季学術講演会 開催場所 神奈川県横浜市西区みなとみらい1-1-1 パシフィコ横浜 開催日 2017年3月17日Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law 1. Release date February 4, 2017 Release method Uploaded to the campus server owned by Kochi University of Technology System Engineering Group (currently not open to the public) 2. Meeting name Master's thesis hearing Venue Kochi University of Technology (185 Miyanoguchi, Tosayamada-cho, Kami-shi, Kochi) Date February 5, 2017 3. Meeting name The 64th Japan Society of Applied Physics Spring Academic Lecture Venue 1-1-1 Minatomirai, Nishi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pacifico Yokohama Date March 17, 2017

本発明は、酸化物、具体的にはGaO系又はAlGaO系酸化物を用いた深紫外発光素子、および、これを製造するための方法に関する。 The present invention relates to a deep ultraviolet light emitting device using an oxide, specifically a GaO-based or AlGaO-based oxide, and a method for producing the same.

近年、金属または金属化合物材料の薄膜化に対する要望が高まっている。薄膜とは物質形態の一つであり、一般に10μm以下の厚さの膜材料をいう。薄膜材料は、比抵抗などの電気特性、熱伝導率などの熱的特性、耐摩耗性などの機械的特性、および発光特性などの様々な特性を有することが知られており、各種電子デバイスへ応用されるものも多い。 In recent years, there has been an increasing demand for thinning of metal or metal compound materials. A thin film is one of the material forms, and generally refers to a film material having a thickness of 10 μm or less. Thin film materials are known to have various properties such as electrical properties such as specific resistance, thermal properties such as thermal conductivity, mechanical properties such as wear resistance, and light emission properties, and are used for various electronic devices. Many are applied.

発光特性を有する薄膜材料としては、青色発光ダイオードの主材料であるGaNなどの窒化物、赤色半導体レーザの主材料であるGaAsなどのヒ素化合物が広く知られているが、酸化物を発光膜材料とすることも考えられる。酸化物は一般に、地球上で安定であり、電気耐性が高いと言う利点を有している。しかし、共有結合性とイオン結合性との両方の性質を持っているため、熱や変形等の外乱因子に対する耐性が窒化物よりも劣るので、製作時には、高レベルの薄膜作製制御が必要であり、それ故、量産化が難しいとされている。 Nitride such as GaN, which is the main material of blue light emitting diodes, and arsenide compounds such as GaAs, which is the main material of red semiconductor lasers, are widely known as thin film materials having light emitting characteristics. It is also possible to do. Oxides are generally stable on earth and have the advantage of high electrical resistance. However, since it has both covalent and ionic bonding properties, its resistance to disturbance factors such as heat and deformation is inferior to that of nitrides, so high-level thin film production control is required during production. Therefore, it is said that mass production is difficult.

一方、薄膜材料の製造手段として現在実用化されている多くの装置は、真空を利用した薄膜製造装置である。しかし、真空を利用する装置は莫大なエネルギーが必要であり、工場などで使われるエネルギーの約20%が真空ポンプの運転に消費されているという報告もある。 On the other hand, many of the devices currently put into practical use as means for manufacturing thin film materials are thin film manufacturing devices using vacuum. However, it is reported that a device using a vacuum requires a huge amount of energy, and about 20% of the energy used in factories and the like is consumed for operating a vacuum pump.

そこで、大気圧下で成膜可能なシステムが望まれるが、これには、a)熱による対流の発生、b)空間中に存在する原子の量が真空に比べて圧倒的に多いために起こる予想されない複合反応等、という解決課題があり、従来、大気圧プロセスでの薄膜製造は、高品質化、量産化が困難であるという問題を有している。 Therefore, a system capable of forming a film under atmospheric pressure is desired, but this occurs because a) generation of convection due to heat and b) the amount of atoms present in space is overwhelmingly larger than that of vacuum. There is a solution problem such as an unexpected complex reaction, and conventionally, thin film production by an atmospheric pressure process has a problem that it is difficult to improve the quality and mass production.

従来の大気圧プロセスの欠点を解決する手法として、ミストCVD法(Mist Chemical Vapor Deposition:ミスト化学気相成長法)が提案されている。この方法は、主成分を含む溶液を霧化してミストとし、ミスト状態で基材へ供給する方法である。ミストの供給条件の制御と反応炉の設計などにより、熱対流や副反応をほぼ無視できるような、均一性の高い薄膜製造を実現可能である。またミストCVD法は、環境負荷が少なく、運用コストも低廉であるという利点を有している。 As a method for solving the shortcomings of the conventional atmospheric pressure process, a mist CVD method (Mist Chemical Vapor Deposition) has been proposed. This method is a method in which a solution containing a main component is atomized into a mist and supplied to the base material in a mist state. By controlling the supply conditions of mist and designing the reactor, it is possible to produce a thin film with high uniformity so that thermal convection and side reactions can be almost ignored. Further, the mist CVD method has advantages that the environmental load is small and the operating cost is low.

ところで、酸化物を用いた発光膜を、大気圧下での製造プロセスにより製造する技術が、特許文献1および特許文献2に記載されている。特許文献1および特許文献2は、酸化ガリウムを用い,ミストCVD法を利用して深紫外発光膜を製造する技術に関し、具体的には、
1)深紫外光を発光する発光層が、ガリウムを少なくとも含有する酸化物を含むこと
2)発光層は、第1の層と、第1の層とは異なる材料を主成分とする第2の層とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されている量子井戸構造を有すること
3)第1の層および第2の層の主成分のいずれかが、アルミニウムを少なくとも含有する酸
化物であること
4)第1の層および第2の層の主成分が、それぞれコランダム構造を有する酸化物であること
5)発光層を、ミストCVD法で形成すること
が記載されている。
By the way, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe techniques for manufacturing a light emitting film using an oxide by a manufacturing process under atmospheric pressure. Patent Document 1 and Patent Document 2 relate specifically to a technique for producing a deep ultraviolet light emitting film by using gallium oxide and a mist CVD method.
1) The light emitting layer that emits deep ultraviolet light contains an oxide containing at least gallium. 2) The light emitting layer is a first layer and a second layer whose main component is a material different from that of the first layer. The layers have a quantum well structure in which at least one layer is alternately laminated. 3) One of the main components of the first layer and the second layer is an oxide containing at least aluminum. 4 ) It is described that the main components of the first layer and the second layer are oxides having a corundum structure, respectively. 5) The light emitting layer is formed by a mist CVD method.

特開2017-52855号公報JP-A-2017-52855 特開2017-54654号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-54654

薄膜成長技術を用いて、異なる物質からなる薄膜を何層も積層することにより、薄い層の中に電子(キャリア)や正孔(ホール)を閉じ込める効果、および、電子と正孔を一つの層を境にして隔てる分離効果を得ることができ、これらの効果、およびフォノンに対する量子効果などにより、窒化物やヒ素化合物に比べまだ開発途上にある酸化物でも、発光膜材料に適用できる可能性があると考えられている。 By stacking multiple layers of thin films made of different substances using thin film growth technology, the effect of confining electrons (carriers) and holes (holes) in the thin layer, and the effect of confining electrons and holes in one layer. Due to these effects and the quantum effect on phonons, it is possible that even oxides that are still under development compared to nitrides and arsenic compounds can be applied to light-emitting film materials. It is believed that there is.

具体的には、ミストCVD法を用いて、多重量子井戸構造を構築することで、酸化物から成る発光膜を形成することが検討されている。多重量子井戸構造は、異なるバンドギャップを持つ材料を交互に積層してエネルギー的井戸を形成し、キャリアを閉じ込め可能とした構造であり、この構造を構築することによって、電子と正孔との再結合確率が高まり、結果的に発光効率の向上が得られる。したがって、酸化物薄膜の高結晶化が可能であれば、酸化物の発光膜を実用化できると考えられる。 Specifically, it has been studied to form a light emitting film made of an oxide by constructing a multiple quantum well structure using a mist CVD method. The multiple quantum well structure is a structure in which materials with different band gaps are alternately laminated to form an energetic well, and carriers can be confined. By constructing this structure, electrons and holes can be reunited. The binding probability is increased, and as a result, the emission efficiency is improved. Therefore, if high crystallization of the oxide thin film is possible, it is considered that the oxide light emitting film can be put into practical use.

前記特許文献1,2は、ミストCVD法を利用した深紫外発光膜の製造について開示するが、深紫外発光膜を製造できる可能性のある条件が網羅的に記載されているだけであり、真に実用可能な発光特性を有する深紫外発光膜について、具体的な構造も、その製造方法も全く開示されていない。したがって当業者が、特許文献1,2に基づき、実用的な発光特性を備える深紫外発光膜を得ようとする場合、更なる研究と、多数の実験の積み重ねとが必要である。 The above-mentioned Patent Documents 1 and 2 disclose the production of a deep ultraviolet light emitting film by using the mist CVD method, but only comprehensively describe the conditions under which the deep ultraviolet light emitting film can be produced. No specific structure or manufacturing method of the deep ultraviolet light emitting film having practical light emitting properties is disclosed. Therefore, if a person skilled in the art wants to obtain a deep ultraviolet light emitting film having practical light emitting characteristics based on Patent Documents 1 and 2, further research and accumulation of a large number of experiments are required.

本発明は、実用的な発光強度を有する深紫外発光膜を備えた深紫外発光素子を実現するための具体的な構造および製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために本発明が採用した深紫外発光素子は、基材上に配設された(AlGa1-x(但し0<x≦1)から成るバッファ層と、バッファ層の上に配設された(AlGa1-w(但し0≦w<1)から成るN個(Nは自然数)の発光層と、N個の発光層それぞれの間に配設された(AlGa1-y(但し0<y≦1)から成る(N-1)個のバリア層と、最上位の発光層の上に配設された(AlGa1-z(但し0<z≦1)から成るキャップ層とを含み、前記発光層の厚みが0.1-10nmであり、前記バッファ層、前記バリア層、および前記キャップ層の厚みが前記発光層厚みと等しいかまたはそれよりも厚く設定され、バンドギャップが4.8-8.7eVである、ことを特徴とする。
An object of the present invention is to provide a specific structure and a manufacturing method for realizing a deep ultraviolet light emitting device provided with a deep ultraviolet light emitting film having a practical light emitting intensity.
The deep ultraviolet light emitting element adopted in the present invention for achieving the above object has a buffer layer composed of (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (provided, 0 <x ≦ 1) disposed on a substrate. , N (N is a natural number) light emitting layer composed of (Al w Ga 1-w ) 2 O 3 (where 0 ≦ w <1) arranged on the buffer layer, and each of the N light emitting layers. It was arranged on the (N-1) barrier layer composed of (Al y Ga 1-y ) 2 O 3 (provided that 0 <y ≦ 1) arranged between them and the uppermost light emitting layer. (Al z Ga 1-z ) 2 O 3 (where 0 <z ≦ 1) is included, the light emitting layer has a thickness of 0.1-10 nm, and the buffer layer, the barrier layer, and the barrier layer are included. It is characterized in that the thickness of the cap layer is set to be equal to or thicker than the thickness of the light emitting layer, and the band gap is 4.8-8.7 eV.

なお、透過率測定から算出したα-Gaのバンドギャップは5.3eV付近 (エリオット方程式からの推定は5.6eV:PHYSICAL REVIEW MATERIALS 1,024604(2017)“Band gap of corundumlike α-Ga determined by absorption and ellipsometry”参照)であるが、発光波長はそのバンドギャップから励起子束縛エネルギー等の損失を引いた値に設定することが望ましい。本発明における具体的な発光波長は約140-260nmの範囲となる。 The bandgap of α-Ga 2 O 3 calculated from the permeability measurement is around 5.3 eV (estimated from the Elliott equation is 5.6 eV: PHYSICAL REVIEW MATERIALS 1,024604 (2017) “Band gap of corundumlike α-Ga”. 2 O 3 determined by absorption and apoptosis ”), but it is desirable to set the emission wavelength to a value obtained by subtracting the loss such as exciton binding energy from the band gap. The specific emission wavelength in the present invention is in the range of about 140-260 nm.

なお、発光層およびバリア層を複数形成する場合、発光層のAl:Ga比を決定するw、および、バリア層のAl:Ga比を決定するyの各値は、各発光層および各バリア層それぞれに対し異なる値を設定してもよいが、一様な発光をさせるため、および、高効率な製品とするために、各発光層のwをそれぞれ同じ値に設定するとともに、各バリア層のyについてもそれぞれ同じ値に設定してもよい。 When a plurality of light emitting layers and barrier layers are formed, the values of w for determining the Al: Ga ratio of the light emitting layer and y for determining the Al: Ga ratio of the barrier layer are each light emitting layer and each barrier layer. Although different values may be set for each, in order to make uniform light emission and to obtain a highly efficient product, w of each light emitting layer is set to the same value and each barrier layer is set to the same value. The same value may be set for y as well.

なお、発光層を挟むバリア層のバンドギャップは、任意の組み合わせが可能である。また、バッファ層、バリア層、及び/又はキャップ層の各層を、AlとGaとの組成比が異なる複数の層で構成して、結晶性が良くなるように組成を変化させることが可能である。特に、Al:Ga組成比を連続的に変化させる傾斜バッファ層を利用することで、発光層の結晶性を高めることができる。 The band gap of the barrier layer sandwiching the light emitting layer can be any combination. Further, each layer of the buffer layer, the barrier layer, and / or the cap layer can be composed of a plurality of layers having different composition ratios of Al and Ga, and the composition can be changed so as to improve the crystallinity. .. In particular, the crystallinity of the light emitting layer can be enhanced by using a gradient buffer layer that continuously changes the Al: Ga composition ratio.

この場合、特に、発光層に隣接するバリア層を複数層で構成する場合、バリア性を高めたり、ピエゾ電界を増強したりする目的で、必要に応じ、y=y1、y2、…などの異なるAl:Ga比を有する層の積層数を増やしてもよい。 In this case, in particular, when the barrier layer adjacent to the light emitting layer is composed of a plurality of layers, y = y1, y2, ... The number of layers having an Al: Ga ratio may be increased.

前記発光層は、Ga(すなわちw=0)とすることができる。 The light emitting layer can be Ga 2 O 3 (that is, w = 0).

また本発明に係る上記深紫外発光素子は、前記基材がコランダム構造を有することを特徴とする。なお基材は、平板状の形態の基板が一般的であるが、湾曲形状や立体形状などの形態を有するものも可能である。 Further, the deep ultraviolet light emitting device according to the present invention is characterized in that the base material has a corundum structure. The base material is generally a flat plate-shaped substrate, but a substrate having a curved shape or a three-dimensional shape is also possible.

前記目的を達成するために本発明が採用した深紫外発光素子の製造方法は、薄膜製造装置を用い、大気圧下で、深紫外発光膜を形成して深紫外発光素子を製造する方法であって、前記深紫外発光膜は、(AlGa1-x(但し0<x≦1)から成るバッファ層と、バッファ層の上に配設される(AlGa1-w(但し0≦w<1)から成るN個(Nは自然数)の発光層と、N個の発光層それぞれの間に配設される(AlGa1-y(但し0<y≦1)から成る(N-1)個のバリア層と、最上位の発光層の上に配設される(AlGa1-z(但し0<z≦1)から成るキャップ層とを含み、前記薄膜製造装置は、原料溶液を霧化して原料ミストを生成するミスト生成手段と、原料ミストを搬送するための搬送ガスが導入される搬送ガス導入部と、原料ミストが送出されるミスト送出部とを備える原料供給器、原料ミストが導入されるミスト導入部と、基材が配置される領域がファインチャネル構造に構成された反応部と、基材を加熱するための加熱手段と、排ガスを排出するための排出部とを備える成膜器、および、原料供給器のミスト送出部と成膜器のミスト導入部とを連絡する搬送路であって、希釈ガスが導入される希釈ガス導入部を有する搬送路、を含み、
基材上にバッファ層、バリア層、またはキャップ層を形成する段階は、Ga含有原料およびAl含有原料を溶解した原料溶液を霧化して原料ミストを生成するミスト生成工程、原料ミストを含むミスト流を搬送路を通じて成膜器へ搬送する搬送工程、成膜器に導入したミスト流を、反応部において加熱された基材に接触させ、熱化学反応により基材上にGaと少なくともAlとを含有する原料を混晶状態で堆積させる成膜工程を含み、
基材上に発光層を形成する段階は、原料供給器においてGa含有原料およびAl含有原料を溶解した原料溶液を霧化して原料ミストを生成するミスト生成工程、原料ミストを含むミスト流を搬送路を通じて成膜器へ搬送する搬送工程、成膜器に導入したミスト流を、反応部において加熱された基材に接触させ、熱化学反応により、基材上にAlと少なくともGaとを含有する原料を混晶状態で堆積させる成膜工程を含む、ことを特徴とする。
The method for manufacturing a deep-ozone light-emitting element adopted in the present invention for achieving the above object is a method for manufacturing a deep-ozone light-emitting element by forming a deep-ozone light-emitting film under atmospheric pressure using a thin film manufacturing apparatus. The deep ultraviolet light emitting film is disposed on a buffer layer composed of (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 0 <x ≦ 1) and a buffer layer (Al w Ga 1-w ). ) 2 O 3 (where 0 ≤ w <1) is arranged between N (N is a natural number) light emitting layer and each of the N light emitting layers (Al y Ga 1-y ) 2 O 3 (However, 0 <y ≦ 1) (N-1) barrier layers and (Al z Ga 1-z ) 2 O 3 (provided, 0 <z ≦) disposed on the uppermost light emitting layer. The thin film manufacturing apparatus includes a cap layer made of 1), a mist generating means for atomizing a raw material solution to generate a raw material mist, and a transport gas introducing unit into which a transport gas for transporting the raw material mist is introduced. A raw material supply device including a mist sending section for delivering raw material mist, a mist introducing section for introducing raw material mist, a reaction section having a fine channel structure in which a base material is arranged, and a base material. A transport path connecting a film forming device having a heating means for heating and a discharging section for discharging exhaust gas, and a mist sending section of a raw material supply device and a mist introducing section of the film forming device. Includes a transport path, with a diluting gas introduction section, into which the diluting gas is introduced.
The step of forming the buffer layer, the barrier layer, or the cap layer on the base material is a mist generation step of atomizing a raw material solution in which a Ga-containing raw material and an Al-containing raw material are dissolved to generate a raw material mist, and a mist flow containing the raw material mist. In the transfer process of transporting Includes a film forming process in which the raw materials to be deposited are deposited in a mixed crystal state.
At the stage of forming the light emitting layer on the base material, a mist generation step of atomizing a raw material solution in which a Ga-containing raw material and an Al-containing raw material are dissolved to generate a raw material mist in a raw material supply device, and a mist flow containing the raw material mist are transported. A raw material containing Al and at least Ga on the base material by a thermochemical reaction in which the mist flow introduced into the film forming apparatus is brought into contact with the heated substrate in the reaction section. It is characterized by including a film forming step of depositing in a mixed crystal state.

本発明方法はさらに、成膜工程において、原料ミストが反応部においてライデンフロスト現象を生じるように、基材の温度が制御される。ライデンフロスト現象を積極的に生じさせるように、成膜器の構成を適宜設計することが好ましい。 Further, in the method of the present invention, the temperature of the base material is controlled so that the raw material mist causes the Leidenfrost phenomenon in the reaction portion in the film forming step. It is preferable to appropriately design the configuration of the film forming apparatus so as to positively cause the Leidenfrost phenomenon.

本発明方法はさらに、前記薄膜製造装置が、2つ以上の複数の原料供給器を含むとともに、複数の原料供給器それぞれから送出される原料ミストを混合するための混合器をさらに含み、搬送路は、複数の原料供給器の各ミスト送出部と混合器とを連絡する第1の搬送路であって、希釈ガスが導入される希釈ガス導入部を有する第1の搬送路、および、混合器と成膜器のミスト導入部とを連絡する第2の搬送路を含むものとするとともに、基材上に発光層、バッファ層、バリア層、またはキャップ層を形成する段階は、いずれか1つの原料供給器においてGa含有原料を溶解した原料溶液を霧化して第1の原料ミストを生成する第1ミスト生成工程、他の1つの原料供給器においてAl含有原料を溶解した原料溶液を霧化して第2の原料ミストを生成する第2ミスト生成工程、第1の原料ミストを含む第1ミスト流および第2の原料ミストを含む第2ミスト流を第1の搬送路を通じて混合器へ搬送して混合するミスト混合工程、第1ミスト流および第2ミスト流を混合して得られた混合ミスト流を第2の搬送路を通じて成膜器へ搬送する搬送工程、成膜器に導入した混合ミスト流を、反応部において加熱された基材に接触させ、熱化学反応により基材上にGa含有原料とAl含有原料とを混晶状態で堆積させる成膜工程を含むものとすることができる。 The method of the present invention further includes the thin film manufacturing apparatus including two or more raw material feeders, and further includes a mixer for mixing raw material mist delivered from each of the plurality of raw material feeders, and the transport path. Is a first transport path that connects each mist delivery section of the plurality of raw material feeders to the mixer, and is a first transport path having a dilute gas introduction section into which the diluting gas is introduced, and a mixer. The step of forming the light emitting layer, the buffer layer, the barrier layer, or the cap layer on the base material is to supply one of the raw materials, while including a second transport path connecting the mist introduction portion of the film forming apparatus. The first mist generation step of atomizing the raw material solution in which the Ga-containing raw material is dissolved in the vessel to generate the first raw material mist, and the second raw material solution in which the Al-containing raw material is dissolved in the other one raw material feeder are atomized. In the second mist generation step of producing the raw material mist, the first mist flow containing the first raw material mist and the second mist flow containing the second raw material mist are transferred to the mixer through the first transport path and mixed. The mist mixing step, the transfer step of transporting the mixed mist flow obtained by mixing the first mist flow and the second mist flow to the film forming device through the second transport path, and the mixed mist flow introduced into the film forming device. It is possible to include a film forming step of contacting the heated substrate in the reaction section and depositing the Ga-containing raw material and the Al-containing raw material on the substrate in a mixed crystal state by a thermochemical reaction.

前記方法において、前記発光層をGa(すなわちw=0)とすることができる。 In the method, the light emitting layer can be Ga 2 O 3 (that is, w = 0).

本発明方法において、目的とする組成比の膜を形成するため、前述のように、Al源とGa源とを混合した原料溶液を用意して成膜を行ってもよいが、2つ以上の原料供給器を用いることにより、複雑な反応や組成を予測または設計することが容易になる。さらに、成膜器は、連続システムに対応するように設計しても良いが、不純物の影響や外乱を無くす事を目的として、上記の如く設計することが推奨される。 In the method of the present invention, in order to form a film having a desired composition ratio, as described above, a raw material solution in which an Al source and a Ga source are mixed may be prepared and film formation may be performed. The use of a feedstock makes it easy to predict or design complex reactions and compositions. Further, although the film forming apparatus may be designed to be compatible with a continuous system, it is recommended to design as described above for the purpose of eliminating the influence of impurities and disturbance.

本発明方法において、搬送路が、反応性を向上させるための支援ガスが導入される支援ガス導入部をさらに含み、前記搬送工程が、その途中で、原料ミストの反応性を向上させる支援ガスを混合する支援ガス混合工程をさらに含ませることができる。 In the method of the present invention, the transport path further includes a support gas introduction section into which a support gas for improving the reactivity is introduced, and the transport step further includes a support gas for improving the reactivity of the raw material mist in the middle thereof. A support gas mixing step for mixing can be further included.

なお、第2の原料供給器を支援ガスの供給源として利用することも可能であり、たとえばNH等の反応支援剤をミストにして反応炉に供給することも考えられる。 It is also possible to use the second raw material supply device as a supply source of the support gas, and it is also conceivable to use a reaction support agent such as NH 3 as a mist and supply it to the reactor.

また本発明方法において、支援ガスをOガスとすることができる。 Further, in the method of the present invention , the supporting gas can be an O3 gas.

また本発明方法において、成膜工程に先立って、基材表面を有機溶剤、有機酸、またはOガスで洗浄する基材洗浄工程をさらに含むことができる。 Further, in the method of the present invention, a substrate cleaning step of cleaning the surface of the substrate with an organic solvent, an organic acid , or an O3 gas can be further included prior to the film forming step.

基材洗浄工程は、有機溶剤または有機酸で洗浄する有機洗浄工程と、Oガスで洗浄するオゾン洗浄工程との両方を含むものとすることができる。この場合、先に有機洗浄工程を行い、次いでオゾン洗浄工程を実行することが望ましい。 The substrate cleaning step may include both an organic cleaning step of cleaning with an organic solvent or an organic acid and an ozone cleaning step of cleaning with an O3 gas. In this case, it is desirable to first perform the organic cleaning step and then the ozone cleaning step.

請求項1に記載した深紫外発光素子によれば、発光層と、これ以上の厚みのバッファ層、バリア層、キャップ層とを交互に積層して、多重量子井戸構造を形成したので、実用的な発光特性を発揮することができる。また、バンドギャップが4.8-8.7eVであるので、発光波長が約140-260nmの範囲である深紫外発光素子を得ることが可能である。 According to the deep ultraviolet light emitting device according to claim 1, a light emitting layer and a buffer layer, a barrier layer, and a cap layer having a thickness higher than this are alternately laminated to form a multiple quantum well structure, which is practical. It is possible to exhibit various light emission characteristics. Further, since the band gap is 4.8-8.7 eV, it is possible to obtain a deep ultraviolet light emitting device having a light emitting wavelength in the range of about 140-260 nm.

後述する測定結果が示すように、本発明の深紫外発光素子は、可視光領域における発光がカメラで確認されているが、図5の(A)のCL測定結果を見れば分かるように、可視光領域(1.6eV~3eV)において、その強度はほとんど確認されておらず、、圧倒的に深紫外領域の発光が強いことが理解される。同時に、基材からの発光を除去しきれない状況下では、基材由来の発光の可能性もある。しかし、後述の実験結果から分かるように、本発明の発光は、基材由来ではなく、発光層及びこれに関わる材料からの発光であるということが確実であることが理解される。 As shown by the measurement results described later, the deep ultraviolet light emitting element of the present invention has been confirmed to emit light in the visible light region by the camera, but as can be seen from the CL measurement results of FIG. 5 (A), it is visible. In the light region (1.6 eV to 3 eV), its intensity is hardly confirmed, and it is understood that the light emission in the deep ultraviolet region is overwhelmingly strong. At the same time, there is a possibility that the light emitted from the base material may be emitted under the condition that the light emitted from the base material cannot be completely removed. However, as can be seen from the experimental results described later, it is understood that the light emission of the present invention is certainly not derived from the base material but from the light emitting layer and the materials related thereto.

また、w、x、y、zの各値を制御することで、発光波長を適宜設定することが可能となる。また、各層の厚みを調節することによっても、発光波長を制御することができる。具体的には、発光層の厚みを薄くすると、量子サイズ効果により、発光波長を短波長側に遷移させることができる。加えて、発光層におけるAlの比率を適宜設定することで、より短波長側へ遷移させることが可能である。その結果、本発明に基づく深紫外発光素子は、約8.7eVにも至る高い値のバンドギャップを獲得して、約140nmの短波長の紫外線発光を実現することが可能である。 Further, by controlling each value of w, x, y, and z, it is possible to appropriately set the emission wavelength. The emission wavelength can also be controlled by adjusting the thickness of each layer. Specifically, when the thickness of the light emitting layer is reduced, the emission wavelength can be shifted to the short wavelength side due to the quantum size effect. In addition, by appropriately setting the ratio of Al in the light emitting layer, it is possible to make a transition to a shorter wavelength side. As a result, the deep ultraviolet light emitting device based on the present invention can acquire a band gap of as high as about 8.7 eV and realize short wavelength ultraviolet light emission of about 140 nm.

要するに、発光層を挟むバリア層のバンドギャップを任意に組み合わせることにより、また、各層の厚み及び/又は各層のAl:Ga組成比を異ならせることにより、発光波長を制御することも可能である。さらに、バリア層およびバッファ層を複数の層で構成すると共に、Al:Ga組成比を連続的に変化させることにより、発光層の結晶性を高めることが可能である。 In short, it is also possible to control the emission wavelength by arbitrarily combining the band gaps of the barrier layers sandwiching the light emitting layer, and by making the thickness of each layer and / or the Al: Ga composition ratio of each layer different. Further, the crystallinity of the light emitting layer can be enhanced by forming the barrier layer and the buffer layer with a plurality of layers and continuously changing the Al: Ga composition ratio.

請求項2に記載するように、w=0に設定して、発光層の組成を2成分のGaとすることにより、発光層の結晶構造を一様化するための制御が容易となるので、高品質の深紫外発光素子を確実に得ることができる。また、この場合、発光層のバンドギャップが4.8-5.6eVとなるので、発光波長が約220-260nmの深紫外発光素子を得ることができる。 As described in claim 2, by setting w = 0 and setting the composition of the light emitting layer to Ga 2 O 3 having two components, it is easy to control for uniformizing the crystal structure of the light emitting layer. Therefore, a high-quality deep ultraviolet light emitting element can be surely obtained. Further, in this case, since the band gap of the light emitting layer is 4.8-5.6 eV, a deep ultraviolet light emitting device having a light emitting wavelength of about 220-260 nm can be obtained.

請求項3に記載した深紫外発光素子によれば、基材が酸化ガリウム結晶と共通するコランダム構造を備えるので、基材上に形成される深紫外発光膜を、高品質の結晶構造を有するものとするのが容易である。 According to the deep ultraviolet light emitting device according to claim 3, since the base material has a corundum structure common to gallium oxide crystals, the deep ultraviolet light emitting film formed on the base material has a high quality crystal structure. It is easy to say.

請求項4に記載した深紫外発光素子の製造方法によれば、実用的な発光強度を備える深紫外発光素子の製造を、大気圧プロセスで製造することが可能である。よって、深紫外発光素子を低廉に提供することができる。 According to the method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting device according to claim 4, it is possible to manufacture a deep ultraviolet light emitting device having a practical emission intensity by an atmospheric pressure process. Therefore, the deep ultraviolet light emitting element can be provided at low cost.

請求項5に記載した深紫外発光素子の製造方法によれば、原料ミストが、反応部においてライデンフロスト化することにより、基材表面上を走るように流れるので、基材表面上に均一性が高く、高品質な深紫外発光膜を形成することが可能である。 According to the method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting element according to claim 5, the raw material mist is formed into Leiden frost in the reaction portion and flows so as to run on the surface of the base material, so that the uniformity is maintained on the surface of the base material. It is possible to form a high-quality deep-ultraviolet luminescent film.

請求項6に記載した深紫外発光素子の製造方法によれば、複数の原料供給容器を用いるので、原料の種別ごとに供給量を制御することができ、各層の厚みや、Ga:Al比を調節して、所望する発光波長の深紫外発光素子が得られるように、膜構造を設計することが容易になる。 According to the method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting element according to claim 6, since a plurality of raw material supply containers are used, the supply amount can be controlled for each type of raw material, and the thickness of each layer and the Ga: Al ratio can be controlled. It is easy to adjust and design the film structure so as to obtain a deep ultraviolet light emitting element having a desired emission wavelength.

請求項7に記載した深紫外発光素子の製造方法によれば、w=0に設定して、発光層の組成を2成分のGaとすることにより、発光層の結晶構造を一様化するための制御が容易となるので、高品質の深紫外発光素子を確実に得ることができる。また、この場合、発光層のバンドギャップが4.8-5.3eVとなるので、発光波長が約230-260nmの深紫外発光素子を得ることができる。 According to the method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting device according to claim 7, the crystal structure of the light emitting layer is made uniform by setting w = 0 and setting the composition of the light emitting layer to Ga 2 O 3 having two components. Since the control for the conversion is facilitated, a high-quality deep-ultraviolet light emitting device can be reliably obtained. Further, in this case, since the band gap of the light emitting layer is 4.8-5.3 eV, a deep ultraviolet light emitting device having a light emitting wavelength of about 230-260 nm can be obtained.

請求項8に記載した深紫外発光素子の製造方法によれば、支援ガスを導入することにより、原料ミストの反応性が向上し、これが反応温度の低温化や不純物混入量の低減化に寄与するため、製造効率を高めることができる。 According to the method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting element according to claim 8, by introducing a support gas, the reactivity of the raw material mist is improved, which contributes to lowering the reaction temperature and reducing the amount of impurities mixed. Therefore, the manufacturing efficiency can be improved.

請求項9に記載した深紫外発光素子の製造方法によれば、支援ガスをOガスとすることにより、原料ミストの反応性をより向上させることができる。 According to the method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting device according to claim 9 , the reactivity of the raw material mist can be further improved by using O3 gas as the supporting gas.

請求項10に係る深紫外発光素子の製造方法によれば、基材表面を洗浄する基材洗浄工程をさらに含むので、原料ミストを堆積させる基材表面から不純物を除去することができ、これにより深紫外発光膜の表面粗さを小さくすることができ、より発光効率を向上させることができる。 According to the method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting element according to claim 10, since the base material cleaning step of cleaning the base material surface is further included, impurities can be removed from the base material surface on which the raw material mist is deposited, whereby impurities can be removed. The surface roughness of the deep ultraviolet light emitting film can be reduced, and the luminous efficiency can be further improved.

請求項11に係る深紫外発光素子の製造方法によれば、基材洗浄工程が、有機溶剤または有機酸で洗浄する有機洗浄工程と、Oガスで洗浄するオゾン洗浄工程とを含むので、基材の清浄化がより確実になる。 According to the method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting element according to claim 11, the base material cleaning step includes an organic cleaning step of cleaning with an organic solvent or an organic acid and an ozone cleaning step of cleaning with O3 gas. Cleaning of the material becomes more reliable.

本発明に係る深紫外発光素子を製造するための薄膜製造装置の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the thin film manufacturing apparatus for manufacturing the deep ultraviolet light emitting element which concerns on this invention. 本発明に係る深紫外発光素子の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the deep ultraviolet light emitting element which concerns on this invention. 本発明に係る深紫外発光素子のX線回折測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray diffraction measurement result of the deep ultraviolet light emitting element which concerns on this invention. 本発明に係る深紫外発光素子の逆格子マッピング測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the reciprocal lattice mapping measurement result of the deep ultraviolet light emitting element which concerns on this invention. カソードルミネッセンス測定によるバンドギャップの測定結果を示すものであって、図(A)は本発明に係る深紫外発光素子のバンドギャップを示すグラフ、図(B)は基材のバンドギャップを示すグラフである。The measurement result of the bandgap by the cathode luminescence measurement is shown, FIG. (A) is a graph showing the bandgap of the deep ultraviolet light emitting element according to the present invention, and FIG. be. Ga:Al比率を変化させて生成した各種薄膜のX線回折測定結果を示すグラフであって、左欄(1Chamber)は1つの原料供給器を用いて生成した(AlGa1-x膜、右欄(2Chamber)は2つの原料供給器を用いて生成した(AlGa1-x膜である。It is a graph showing the X-ray diffraction measurement results of various thin films produced by changing the Ga: Al ratio, and the left column (1 Chamber) was produced using one raw material feeder (Al x Ga 1-x ) 2 . The O3 film , the right column (2Chamber), is a (Al x Ga 1-x ) 2 O3 film produced using two raw material feeders. 薄膜のGa:Al比率を変化させたときの透過率の変化を示すグラフであって、左欄(1Chamber)は1つの原料供給器を用いて生成した(AlGa1-x膜、右欄(2Chamber)は2つの原料供給器を用いて生成した(AlGa1-x膜である。It is a graph showing the change of the transmittance when the Ga: Al ratio of the thin film is changed, and the left column (1 Chamber) is generated by using one raw material feeder (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 The membrane, right column (2Chamber), is a (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 membrane produced using two raw material feeders. Ga:Al比率を変化させて生成した薄膜の、バンドギャップ(■)、成長率(●)、およびロッキングカーブ半価値(▲)の各測定値を示すグラフであって、左欄(1Chamber)は1つの原料供給器を用いて生成した(AlGa1-x膜、右欄(2Chamber)は2つの原料供給器を用いて生成した(AlGa1-x膜である。It is a graph showing each measured value of the band gap (■), the growth rate (●), and the locking curve half value (▲) of the thin film produced by changing the Ga: Al ratio, and the left column (1 Chamber) is. (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 film produced using one raw material feeder, right column (2 Chamber) produced using two raw material suppliers (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 It is a membrane.

[製造装置]
図1は、本発明に係る深紫外発光素子の製造に用いられる薄膜製造装置Pの例を示す概略構成図である。本例の薄膜製造装置Pは、2つの原料供給器1A、1B、混合器5、成膜器10、2つの原料供給器1A、1Bと混合器5とを連絡する第1の搬送路R1、および、混合器5と成膜器10とを連絡する第2の搬送路R2を含む。本例では真空装置を必要とせず、薄膜製造装置Pの各構成要素は密閉されず、したがって、大気圧下で各工程が実行されることを特徴とする。
[manufacturing device]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a thin film manufacturing apparatus P used for manufacturing a deep ultraviolet light emitting device according to the present invention. In the thin film manufacturing apparatus P of this example, the first transport path R1 connecting the two raw material feeders 1A and 1B, the mixer 5, the film forming device 10, the two raw material feeders 1A and 1B, and the mixer 5 A second transport path R2 that connects the mixer 5 and the film forming apparatus 10 is included. This example does not require a vacuum device, and each component of the thin film manufacturing device P is not sealed, and therefore each step is performed under atmospheric pressure.

2つの原料供給器1A、1Bは、内部に収容される原料溶液L1、L2を霧化して原料ミストM1、M2を生成するミスト生成手段2と、原料ミストM1、M2を搬送するための搬送ガスG1が導入される搬送ガス導入部3と、原料ミストM1、M2を搬送ガスG1に含ませたミスト流F1、F2とが送出されるミスト送出部4とを備える。なお、目的とする組成比の膜を形成する為に、上述するように2つの別々の原料供給器1A、1Bを用意する替わりに、2種類の原料の混合溶液を用いて、1つの原料供給器で成膜を行うことも可能である。ただし、複雑な反応や組成の予測および設計が容易になるので、2つの原料供給器1A、1Bを用いることが推奨される。 The two raw material feeders 1A and 1B are a mist generating means 2 for atomizing the raw material solutions L1 and L2 contained therein to generate the raw material mist M1 and M2, and a transport gas for transporting the raw material mist M1 and M2. It includes a transport gas introduction unit 3 into which G1 is introduced, and a mist delivery unit 4 in which the mist flows F1 and F2 in which the raw material mists M1 and M2 are contained in the transport gas G1 are delivered. In order to form a film having a desired composition ratio, one raw material is supplied by using a mixed solution of two kinds of raw materials instead of preparing two separate raw material feeders 1A and 1B as described above. It is also possible to form a film with a vessel. However, it is recommended to use two raw material feeders 1A and 1B because it facilitates the prediction and design of complex reactions and compositions.

ミスト生成手段2としては、本例では超音波振動子を利用する構造のものを用いるが、その他に、スプレー方式のミスト化装置などを利用することもでき、特に限定されるものではない。 As the mist generation means 2, in this example, a structure using an ultrasonic vibrator is used, but in addition, a spray-type mist-forming device or the like can also be used, and the mist generation means 2 is not particularly limited.

原料ミストM1、M2を搬送する搬送ガスG1には、窒素N、ヘリウムHe、アルゴンAr、ネオンNe、二酸化炭素COなどの、膜形成工程に対する活性を持たない不活性ガスが適している。酸素O、塩素Cl、水素H、一酸化炭素CO等の活性なガスを利用してもよいが、安全上、キャリアとして利用することは薦められない。また空気を用いてもよいが、不純物混入の観点から、窒素などの利用が推奨される。 As the transport gas G1 for transporting the raw material mists M1 and M2, an inert gas having no activity for the film forming step, such as nitrogen N 2 , helium He, argon Ar, neon Ne, and carbon dioxide CO 2 , is suitable. Active gases such as oxygen O 2 , chlorine Cl 2 , hydrogen H 2 , and carbon monoxide CO may be used, but it is not recommended to use them as carriers for safety reasons. Although air may be used, the use of nitrogen or the like is recommended from the viewpoint of contamination with impurities.

原料供給器1A、1B内へ搬送ガス導入部3を通じて導入される搬送ガスG1の導入量は、たとえばファンやポンプなどの流量調節手段により、あらかじめ定める値に設定され、または、制御することが望ましい。さらには、成膜工程中に搬送ガス流量を変化させるように、導入量を制御したりすることも可能である。 It is desirable that the introduction amount of the transfer gas G1 introduced into the raw material feeders 1A and 1B through the transfer gas introduction unit 3 is set or controlled to a predetermined value by, for example, a flow rate adjusting means such as a fan or a pump. .. Furthermore, it is also possible to control the introduction amount so as to change the flow rate of the conveyed gas during the film forming process.

混合器5は、導入側に第1の搬送路R1が接続され、導出側に第2の搬送路R2が接続され、内部で、2つの原料供給器1A、1Bそれぞれから送出されるミスト流F1、F2を混合して、混合ミスト流F3を生成するためのものである。2つのミスト流F1、F2の混合比はフローメータやフローコントローラーを用いて調節されるが、混合器5にミスト流F1、F2の混合比を調節可能な機構を備えてもよい。なお、2種以上の原料を混合した溶液を使用する場合、混合器5は省略可能である。 In the mixer 5, the first transport path R1 is connected to the introduction side, the second transport path R2 is connected to the lead-out side, and the mist flow F1 internally transmitted from each of the two raw material feeders 1A and 1B. , F2 are mixed to generate a mixed mist flow F3. The mixing ratio of the two mist flows F1 and F2 is adjusted by using a flow meter or a flow controller, but the mixer 5 may be provided with a mechanism capable of adjusting the mixing ratio of the mist flows F1 and F2. When using a solution in which two or more kinds of raw materials are mixed, the mixer 5 can be omitted.

成膜器10は、原料ミストが導入されるミスト導入部11と、ミスト導入部11に連通する導入室10aと、導入室10aに連通すると共に基材Sが配置される反応部12と、基材Sを加熱するための加熱手段13と、排ガスを排出するための排出部14とを備える。 The film forming apparatus 10 includes a mist introduction unit 11 into which the raw material mist is introduced, an introduction chamber 10a communicating with the mist introduction unit 11, and a reaction unit 12 communicating with the introduction chamber 10a and arranging the base material S. A heating means 13 for heating the material S and a discharge unit 14 for discharging exhaust gas are provided.

反応部12は、基材S上に原料ミストM1、M2を堆積させて膜形成するための領域であり、その内部に反応流路12aを有している。反応流路12aは、基材Sが配置されると共に、基材Sを加熱するための加熱手段13が設けられる領域でもあり、反応流路12aにおいて、基材S上に原料ミストM1、M2を堆積させる熱化学反応を生じさせる。 The reaction unit 12 is a region for depositing raw material mists M1 and M2 on the base material S to form a film, and has a reaction flow path 12a inside thereof. The reaction flow path 12a is also a region where the base material S is arranged and the heating means 13 for heating the base material S is provided. In the reaction flow path 12a, the raw material mists M1 and M2 are placed on the base material S. Causes a thermochemical reaction to deposit.

反応部12は、反応流路12aの高さ寸法が、導入室10aの高さ寸法に比べて、著しく低く設定されることを特徴とする。すなわち反応部12は、反応流路12aの上下部分を、間に0.5-3.0mm程度、例えば1.0-1.5mmのわずかな隙間を設けて平行に配置した2つの平板で構成した「ファインチャネル構造」を有している。本例では、反応部12の流路の高さを約1.0mmに設定した。上記隙間寸法は約1.5mmでも可能であり、この数値は、実施条件に応じ適宜変更可能である。 The reaction unit 12 is characterized in that the height dimension of the reaction flow path 12a is set to be significantly lower than the height dimension of the introduction chamber 10a. That is, the reaction unit 12 is composed of two flat plates arranged in parallel with the upper and lower portions of the reaction flow path 12a provided with a slight gap of about 0.5-3.0 mm, for example 1.0-1.5 mm. It has a "fine channel structure". In this example, the height of the flow path of the reaction unit 12 is set to about 1.0 mm. The gap size can be set to about 1.5 mm, and this value can be appropriately changed according to the implementation conditions.

また、反応流路12aにおける加熱手段13の上流側領域、すなわち導入室10aから基材Sに至るまでの間に一定長さの領域を設けることが望ましい。この領域は、ミスト流を基材Sに導く前に、流体の整流化や予備加熱をするための、整流部15として機能する。 Further, it is desirable to provide a region on the upstream side of the heating means 13 in the reaction flow path 12a, that is, a region having a constant length from the introduction chamber 10a to the base material S. This region functions as a rectifying unit 15 for rectifying and preheating the fluid before guiding the mist flow to the substrate S.

反応部12は、ファインチャネル構造を有することにより、次のように機能すると考えられる。導入部11から導入室10a内へ供給される原料ミストM1、M2は、整流部15で整流された後、基材Sへ搬送される。反応流路12aは、高さ寸法が導入室10aと比べて著しく小さく設定されているため、原料ミストM1、M2を含むミスト流の流速が増大する。浮遊するミストとガスとの混相流中では、ガスの方がミストよりも高速で流動する。また、ガスの流速分布は、流路内面から中心にかけて勾配が生じる。その結果、ガスの速度勾配に基づき、ミストに回転力が発生し、垂直下向きの方向の力が生じる。このようなメカニズムにより、ミストを基材S表面へ押し付ける力がミストに作用するため、結果的にミストが基材S表面に付着しやすくなり、膜形成が促進されると推定される。 It is considered that the reaction unit 12 functions as follows by having a fine channel structure. The raw material mists M1 and M2 supplied from the introduction unit 11 into the introduction chamber 10a are rectified by the rectifying unit 15 and then conveyed to the base material S. Since the height dimension of the reaction flow path 12a is set to be significantly smaller than that of the introduction chamber 10a, the flow velocity of the mist flow including the raw material mists M1 and M2 increases. In a multiphase flow of floating mist and gas, the gas flows at a higher speed than the mist. Further, the flow velocity distribution of the gas has a gradient from the inner surface of the flow path to the center. As a result, a rotational force is generated in the mist based on the velocity gradient of the gas, and a vertical downward force is generated. By such a mechanism, the force that presses the mist against the surface of the base material S acts on the mist, and as a result, it is presumed that the mist easily adheres to the surface of the base material S and the film formation is promoted.

2つの原料供給器1A、1Bの各ミスト送出部4と混合器5とは、第1の搬送路R1で接続される。第1の搬送路R1には、希釈ガスG2を内部へ導入するための希釈ガス導入部6が設けられる。希釈ガスG2を、希釈ガス導入部6を通じて,原料供給器1A、1Bから送出されるミスト流F1、F2それぞれに混合し、ミスト流F1,F2におけるミスト濃度を調整する。これは結露を回避する目的にも利用される。 Each mist delivery unit 4 of the two raw material feeders 1A and 1B and the mixer 5 are connected by a first transport path R1. The first transport path R1 is provided with a diluted gas introduction unit 6 for introducing the diluted gas G2 into the inside. The diluted gas G2 is mixed with the mist flows F1 and F2 sent from the raw material feeders 1A and 1B through the diluted gas introduction unit 6, and the mist concentration in the mist flows F1 and F2 is adjusted. This is also used for the purpose of avoiding condensation.

希釈ガスG2としては、窒素N、ヘリウムHe、アルゴンAr、ネオンNe、二酸化炭素COなどの、膜形成工程に対する活性を持たない不活性ガスが使用され、好ましくは、搬送ガスG1と同種のガスを使用する。 As the diluting gas G2, an inert gas having no activity for the film forming step, such as nitrogen N 2 , helium He, argon Ar, neon Ne, and carbon dioxide CO 2 , is used, and is preferably the same type as the transport gas G1. Use gas.

また、ミスト濃度を、あらかじめ定める数値に設定するため、または適宜変更するため、さらには成膜時に変化させるため、希釈ガスG2の導入量を調節することが可能な、ファンやポンプなどの流量調節手段を設けることが望ましい。 In addition, the flow rate of fans, pumps, etc. can be adjusted so that the amount of diluted gas G2 introduced can be adjusted in order to set the mist concentration to a predetermined value, to change it as appropriate, and to change it at the time of film formation. It is desirable to provide means.

混合器5と成膜器10のミスト導入部11とは、第2の搬送路R2によって連絡される。第2の搬送路R2には、所望により、支援ガスG3を導入するための支援ガス導入部7が設けられる。支援ガスG3は、原料ミストM1、M2の反応性を向上させて、膜品質および膜形成効率を向上させるためのものであり、本例ではオゾン(O)が使用される。 The mixer 5 and the mist introduction portion 11 of the film forming apparatus 10 are connected by a second transport path R2. The second transport path R2 is provided with a support gas introduction unit 7 for introducing the support gas G3, if desired. The support gas G3 is for improving the reactivity of the raw material mists M1 and M2 to improve the film quality and the film formation efficiency, and ozone ( O3) is used in this example.

オゾンは、容易にラジカル化して酸素ラジカル(O・)を生成する。特に、周囲に他の分子が存在すると容易に反応し、酸素ラジカルを生成する。ラジカル化した物質は他の物質とラジカル反応を起こし、供給した原料の結合を容易に切断し、反応を促進させる。したがって、オゾンを反応系に導入することで、反応性が増大し、膜品質を向上させることができる。また反応効率も向上するので、結果的に反応に必要な温度を下げることが可能となり、基材温度を低下させて省エネルギー化を図ることができるという利点が得られる。 Ozone is easily radicalized to generate oxygen radicals (O.). In particular, when other molecules are present in the surroundings, they react easily and generate oxygen radicals. The radicalized substance causes a radical reaction with other substances, easily breaks the bond of the supplied raw material, and promotes the reaction. Therefore, by introducing ozone into the reaction system, the reactivity can be increased and the film quality can be improved. In addition, the reaction efficiency is also improved, and as a result, the temperature required for the reaction can be lowered, and the base material temperature can be lowered to save energy.

また、支援ガスG3の導入量をあらかじめ定める数値に設定するため、または適宜変更するため、支援ガスG3の導入量を調節することが可能な、ファンやポンプなどの流量調節手段を設けることが望ましい。 Further, in order to set the introduction amount of the support gas G3 to a predetermined value or to change it as appropriate, it is desirable to provide a flow rate adjusting means such as a fan or a pump capable of adjusting the introduction amount of the support gas G3. ..

なお図示の例では、支援ガス導入部7を、第2の搬送路R2の途中に設けたが、成膜器10における導入室10aに臨む適所に設けることも可能である。 In the illustrated example, the support gas introduction unit 7 is provided in the middle of the second transport path R2, but it is also possible to provide the support gas introduction unit 7 at an appropriate position facing the introduction chamber 10a of the film forming apparatus 10.

なお、使用する支援ガスG3は、オゾン(O)に限定されない。ラジカルを発生させる手法としてプラズマが一般に利用されているので、そのプラズマ源に各種ガスを導入する事で発生させたラジカル源を利用することが出来る。例えば、窒素を通して発生した窒素ラジカル、水蒸気を通して発生した水素ラジカルやOHラジカルを利用する事も可能である。水蒸気としてはミストを利用して蒸発を促進させたものを利用できる。また、ラジカルの種類はO・やN・やその他など特定できないが、空気を用いて発生したラジカルを用いることも可能である。 The support gas G3 used is not limited to ozone ( O3). Since plasma is generally used as a method for generating radicals, it is possible to use the radical source generated by introducing various gases into the plasma source. For example, it is also possible to use nitrogen radicals generated through nitrogen, hydrogen radicals generated through water vapor, and OH radicals. As the water vapor, one that promotes evaporation by using mist can be used. Further, although the type of radical cannot be specified such as O, N, and others, it is also possible to use a radical generated by using air.

[成膜材料]
次に、上述の薄膜製造装置Pを用いて製造される深紫外発光素子の成膜材料について述べる。本例が目的とする深紫外発光素子は、基材S上に酸化ガリウム系酸化物を堆積させた構造、具体的には、バリア層のyおよびキャップ層のzを、x=y=zとした、(AlGa1-x層(但し0<x≦1)と、Ga層とを交互に積層した構造のものである。
[Film film material]
Next, a film forming material for a deep ultraviolet light emitting device manufactured by using the above-mentioned thin film manufacturing apparatus P will be described. The deep ultraviolet light emitting device, which is the object of this example, has a structure in which a gallium oxide-based oxide is deposited on the base material S, specifically, y of the barrier layer and z of the cap layer are set to x = y = z. The structure is such that (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layers (however, 0 <x ≦ 1) and Ga 2 O 3 layers are alternately laminated.

基材Sは、ガリウム系酸化物が結晶化する基材であれば何でも良いが、ここでは特に(AlGa1-xおよびGaなどのガリウム系酸化物と同様のコランダム構造を有する基材、サファイア基材が好ましい。サファイア基材を用いることにより、形成される膜の結晶性を高めることができる。サファイア以外にも、類似のコランダム構造を有するものであれば、使用することができる。さらには、β、γ、εなどの他の結晶構造を有するGaを形成する場合は、結晶構造の種類に合わせて、最適な構造の基材を選択することが考えられる。この場合、それぞれの構造に伴い、発光波長は変化し得る。 The base material S may be any base material that crystallizes the gallium-based oxide, but here, it is particularly the same as the gallium-based oxides such as (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 and Ga 2 O 3 . A base material having a corundum structure and a sapphire base material are preferable. By using the sapphire base material, the crystallinity of the formed film can be enhanced. In addition to sapphire, any corundum structure having a similar corundum structure can be used. Furthermore, when forming Ga 2 O 3 having other crystal structures such as β, γ, and ε, it is conceivable to select a base material having an optimum structure according to the type of crystal structure. In this case, the emission wavelength may change with each structure.

2つの原料供給器1A、1Bそれぞれには、ガリウム(Ga)源およびアルミニウム(Al)源が収容される。ガリウム源としては、例えば、ガリウムアセチルアセトナート(C1521GaO:Ga(acac))溶液L1を使用する。アセチルアセトナートは、超純水に対し難溶性であるので、微量の塩酸を混合した溶媒に溶解させて溶液を調製した。また超純水を使用するのは、不純物による副反応の影響を極力避ける為である。 A gallium (Ga) source and an aluminum (Al) source are housed in each of the two raw material feeders 1A and 1B. As the gallium source, for example, gallium acetylacetonate ( C15 H 21 GaO 6 : Ga (acac) 3 ) solution L1 is used. Since acetylacetonate is sparingly soluble in ultrapure water, a solution was prepared by dissolving it in a solvent mixed with a small amount of hydrochloric acid. The reason for using ultrapure water is to avoid the influence of side reactions due to impurities as much as possible.

他方、アルミニウム源としては、例えばアルミニウムアセチルアセトナート(C1521AlO:Al(acac))溶液L2を使用する。アルミニウムアセチルアセトナートについても、超純水に、微量の塩酸を混合した溶媒に溶解させて溶液を調製した。 On the other hand, as the aluminum source, for example, aluminum acetylacetonate (C 15 H 21 AlO 6 : Al (acac) 3 ) solution L2 is used. Aluminum acetylacetonate was also prepared as a solution by dissolving it in a solvent mixed with a trace amount of hydrochloric acid in ultrapure water.

さらに、溶質としてGaClやAlCl等の塩化物を利用する場合、溶媒として、水、メタノール、メチルアセテート、それらの混合溶液などを利用することも可能である。このように、Ga源またはAl源となる化合物の種類や溶質の種類は、特に制限されない。勿論、溶質溶解のためや反応支援剤として、酸(塩酸)、アルカリ(NH)などを支援する事も可能である。 Further, when a chloride such as GaCl 3 or AlCl 3 is used as the solute, water, methanol, methyl acetate, a mixed solution thereof or the like can be used as the solvent. As described above, the type of the compound serving as the Ga source or the Al source and the type of the solute are not particularly limited. Of course, it is also possible to support acid (hydrochloric acid), alkali (NH 3 ), etc. for solute dissolution or as a reaction support agent.

基材S上に、Ga層を形成する場合は、ガリウム源を収容した原料供給器1Aからのミスト流F1のみを成膜器10へ導く。他方、基材S上に(AlGa1-w層を形成する場合は、ガリウム源を収容した原料供給器1Aからのミスト流F1およびアルミニウム源を収容した原料供給器1Bからのミスト流F2を混合器5で混合し、得られた混合ミスト流F3を成膜器10へ導くように設定される。 When the Ga 2 O 3 layer is formed on the base material S, only the mist flow F1 from the raw material supply device 1A accommodating the gallium source is guided to the film forming device 10. On the other hand, when the (Al w Ga 1-w ) 2O3 layer is formed on the base material S, the mist flow F1 from the raw material feeder 1A accommodating the gallium source and the raw material feeder 1B accommodating the aluminum source are used. The mist flow F2 of the above is mixed by the mixer 5, and the obtained mixed mist flow F3 is set to be guided to the film forming apparatus 10.

[製造方法]
前述した薄膜製造装置Pを用いた深紫外発光素子の製造方法について説明する。本例では、最初に基材S上に(AlGa1-x(但し0<x≦1)から成るバッファ層を形成し、バッファ層の上にGaから成る発光層を形成し、発光層の上に(AlGa1-yから成るバリア層を形成し、この発光層とバリア層との組合せを複数設け、最後に、最上位の発光層の上に(AlGa1-zから成るキャップ層を設けた構成の深紫外発光膜を備える深紫外発光素子を得ることを目的としている。
[Production method]
A method of manufacturing a deep ultraviolet light emitting device using the thin film manufacturing apparatus P described above will be described. In this example, first, a buffer layer composed of (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 0 <x ≦ 1) is formed on the base material S, and light emission composed of Ga 2 O 3 is formed on the buffer layer. A layer is formed, a barrier layer composed of (Al y Ga 1-y ) 2 O 3 is formed on the light emitting layer, a plurality of combinations of the light emitting layer and the barrier layer are provided, and finally, the uppermost light emitting layer is provided. It is an object of the present invention to obtain a deep ultraviolet light emitting element provided with a deep ultraviolet light emitting film having a structure in which a cap layer made of (Al z Ga 1-z ) 2 O 3 is provided on the top.

(O洗浄工程)
膜形成に先立ち、反応部12に基材Sを設置した後、オゾンガスのみを流通させる。これにより、基材Sの表面にある炭素などの不純物がCOなどに酸化して除去できるから、基材表面を洗浄する効果がもたらされる。なお、Oによるオゾン洗浄工程以外にも、有機溶剤や有機酸による有機洗浄工程が採用可能である。さらには、有機洗浄工程を実施したあと、さらにオゾン洗浄工程を行ことによって、基材の清浄化をより確実にすることもできる。
( O3 cleaning process)
Prior to film formation, the base material S is placed on the reaction unit 12, and then only ozone gas is circulated. As a result, impurities such as carbon on the surface of the base material S can be oxidized and removed by CO 2 or the like, so that the effect of cleaning the surface of the base material is brought about. In addition to the ozone cleaning step using O3 , an organic cleaning step using an organic solvent or an organic acid can be adopted. Further, by further performing the ozone cleaning step after carrying out the organic cleaning step, it is possible to further ensure the cleaning of the base material.

(バッファ層の形成)
最初に、基材上に(AlGa1-x層から成るバッファ層を形成する。この段階は、以下の工程を含む。
・第1ミスト生成工程:一方の原料供給器1Aにおいて、Ga(acac)溶液L1を、ミスト生成手段2で霧化して第1の原料ミストM1を生成する。
・第2ミスト生成工程:もう一方の原料供給器1Bにおいて、Al(acac)溶液L2を、ミスト生成手段2で霧化して第2の原料ミストM2を生成する。
・ミスト混合工程:搬送ガスG1を供給して、第1の原料ミストM1を含む第1ミスト流F1および第2の原料ミストM2を含む第2ミスト流F2を、第1の搬送路R1を通じて混合器5へ搬送し、適宜比率で混合する。第1ミスト流F1および第2ミスト流F2それぞれには希釈ガスG2を供給して、ミスト濃度を適切となるように調整する。
・搬送工程:混合器5で得られる混合ミスト流F3を、第2の搬送路R2を通じ、成膜器10へ搬送する。
・支援ガス混合工程:所望により、搬送工程の途中で、混合ミスト流F3に、オゾンガスなどの支援ガスを混合する。
(Formation of buffer layer)
First, a buffer layer composed of (Al x Ga 1-x ) 2O3 layers is formed on the substrate. This step includes the following steps:
First mist generation step: In one raw material supply device 1A, the Ga (acac) 3 solution L1 is atomized by the mist generation means 2 to generate the first raw material mist M1.
Second mist generation step: In the other raw material supply device 1B, the Al (acac) 3 solution L2 is atomized by the mist generation means 2 to generate the second raw material mist M2.
Mist mixing step: The transport gas G1 is supplied, and the first mist flow F1 containing the first raw material mist M1 and the second mist flow F2 containing the second raw material mist M2 are mixed through the first transport path R1. Transport to the vessel 5 and mix at an appropriate ratio. Diluting gas G2 is supplied to each of the first mist flow F1 and the second mist flow F2 to adjust the mist concentration appropriately.
Transfer step: The mixed mist flow F3 obtained by the mixer 5 is transferred to the film forming apparatus 10 through the second transfer path R2.
-Support gas mixing step: If desired, a support gas such as ozone gas is mixed with the mixed mist flow F3 in the middle of the transfer step.

・成膜工程:混合ミスト流F3を、成膜器10の導入室10a内へ導入し、反応部12を通過させて、加熱された基材Sに接触させる。混合ミスト流F3中に含まれる原料ミストM1、M2は、熱化学反応により、基材S上にGaとAlとの混晶状態で酸化物を堆積させる。これにより、基材S上に、(AlGa1-x層が形成される。反応部12を通過した残余の混合ミスト流F3は、排ガスとして排出部14から外部へ排出される。 The film forming step: The mixed mist flow F3 is introduced into the introduction chamber 10a of the film forming apparatus 10, passed through the reaction unit 12, and brought into contact with the heated base material S. The raw material mists M1 and M2 contained in the mixed mist flow F3 deposit an oxide on the base material S in a mixed crystal state of Ga and Al by a thermochemical reaction. As a result, a (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layer is formed on the base material S. The residual mixed mist flow F3 that has passed through the reaction unit 12 is discharged to the outside from the discharge unit 14 as exhaust gas.

本例では、反応部12がファインチャネル構造を有しているため、混合ミスト流F3は、整流部15で整流された後、急激に狭くなった反応流路12a内へ導入される。浮遊する原料ミスト粒子に比べて、ガスの方がより高速で流動すると考えられ、しかも、このガスは、流路内面から中心にかけて速度勾配を生じさせている。そのため、ガスの速度勾配に基づき、原料ミスト粒子に回転力が発生し、垂直下向きの力が生じる。その結果、原料ミスト粒子が基材S表面に押し付けられることとなり、原料ミストM1、M2の基材S表面への付着が促進される効果が得られると考えられる。 In this example, since the reaction unit 12 has a fine channel structure, the mixed mist flow F3 is rectified by the rectifying unit 15 and then introduced into the rapidly narrowed reaction flow path 12a. It is considered that the gas flows at a higher speed than the floating raw material mist particles, and the gas causes a velocity gradient from the inner surface of the flow path to the center. Therefore, a rotational force is generated in the raw material mist particles based on the velocity gradient of the gas, and a vertical downward force is generated. As a result, the raw material mist particles are pressed against the surface of the base material S, and it is considered that the effect of promoting the adhesion of the raw material mists M1 and M2 to the surface of the base material S can be obtained.

さらに本例では、原料ミストM1.M2およびこれを搬送するガスが常温であるのに対し、基材Sは加熱されて高温となっている。これにより、基材S近傍の雰囲気が高温になっているため、反応部12に供給された原料ミストは、その表面が急激に加熱されて気化し、液滴表面に蒸気からなる気相部分を形成する、ライデンフロスト現象を生じさせる。ライデンフロスト現象とは、液滴が、その沸点より十分に高温の雰囲気または固体に接触すると、液滴表面に熱伝導率の低い蒸気膜が瞬時に形成され、この蒸気膜によって液滴が、周囲の雰囲気または固体表面と絶縁されることで、液滴の蒸発時間が飛躍的に増大する現象である。そしてライデンフロスト化した原料ミストは、基材Sの表面上を走るように流れるとともに、原料ミストM1、M2の表面を覆う気相部分で熱分解反応が起こり、基材S上に薄膜を形成する。本例は、このようなライデンフロスト現象を利用することで、基材S上に、均一性が高く、高品質な薄膜の作製が可能であると考えられる。 Further, in this example, the raw material mist M1. While M2 and the gas that conveys it are at room temperature, the base material S is heated to a high temperature. As a result, the atmosphere in the vicinity of the base material S becomes high, so that the surface of the raw material mist supplied to the reaction unit 12 is rapidly heated and vaporized, and a vapor phase portion composed of steam is formed on the surface of the droplet. It causes the Leidenfrost phenomenon to form. The Leidenfrost phenomenon is that when a droplet comes into contact with an atmosphere or solid that is sufficiently hotter than its boiling point, a vapor film with low thermal conductivity is instantly formed on the surface of the droplet, and this vapor film causes the droplet to surround the droplet. This is a phenomenon in which the evaporation time of droplets is dramatically increased by being insulated from the atmosphere or solid surface of the liquid. The Leidenfrosted raw material mist flows so as to run on the surface of the base material S, and a thermal decomposition reaction occurs in the gas phase portion covering the surfaces of the raw material mists M1 and M2 to form a thin film on the base material S. .. In this example, it is considered that by utilizing such a Leidenfrost phenomenon, it is possible to produce a high-quality thin film having high uniformity on the base material S.

また、ライデンフロスト現象は、必須ではないが、膜をより高品質化するためには、生じさせることが好ましい。このようなライデンフロスト現象を生じさせるための基材Sの温度は、基材Sの材質や表面状態、溶媒などによって変わるが、本例のように水溶媒を用いる場合、少なくとも130℃以上に設定することが推奨される。溶媒Iとしてメタノールを用いる場合は、より低い温度でも可能である。 Further, although the Leidenfrost phenomenon is not essential, it is preferable to cause it in order to improve the quality of the film. The temperature of the base material S for causing such a Leidenfrost phenomenon varies depending on the material, surface condition, solvent, etc. of the base material S, but when an aqueous solvent is used as in this example, it is set to at least 130 ° C. or higher. It is recommended to do. When methanol is used as the solvent I, lower temperatures are possible.

(発光層の形成)
続いて、前記のようにして形成したバッファ層の上に、Gaから成る発光層を形成する。発光層の形成段階は、バッファ層を形成する段階と比較して、原料ミストとしてGa(acac)溶液L1を霧化した第1の原料ミストM1だけを用いる点を除き、ほぼ共通である。この段階は、以下の工程を含む。
・ミスト生成工程:一方の原料供給器1Aにおいて、Ga(acac)溶液L1を、ミスト生成手段2で霧化して第1の原料ミストM1を生成する。
・搬送工程:搬送ガスG1を供給して、第1の原料ミストM1を含む第1ミスト流F1を、第1の搬送路R1および第2の搬送路R2を通じ、成膜器10へ搬送する。その際、第1ミスト流F1に希釈ガスG2を供給して、ミスト濃度が適切となるように調整する。
・支援ガス混合工程:所望により、搬送工程の途中で、第1ミスト流F1に、オゾンガスなどの支援ガスを混合する。
・成膜工程:第1ミスト流F1を、成膜器10の導入室10a内へ導入し、反応部12を通過させて、加熱された基材Sに接触させる。第1ミスト流F1中に含まれる原料ミストM1が、熱化学反応により基材S上に堆積し、これにより、基材S上に、Ga層が形成される。反応部12を通過した残余の第1ミスト流F1は、排ガスとして排出部14から外部へ排出される。
(Formation of light emitting layer)
Subsequently, a light emitting layer made of Ga 2 O 3 is formed on the buffer layer formed as described above. The step of forming the light emitting layer is almost the same as that of the step of forming the buffer layer, except that only the first raw material mist M1 obtained by atomizing the Ga (acac) 3 solution L1 is used as the raw material mist. This step includes the following steps:
-Mist generation step: In one raw material supply device 1A, the Ga (acac) 3 solution L1 is atomized by the mist generation means 2 to generate the first raw material mist M1.
Transfer step: The transfer gas G1 is supplied, and the first mist flow F1 including the first raw material mist M1 is transferred to the film forming apparatus 10 through the first transfer path R1 and the second transfer path R2. At that time, the diluted gas G2 is supplied to the first mist flow F1 to adjust the mist concentration to be appropriate.
-Support gas mixing step: If desired, a support gas such as ozone gas is mixed with the first mist flow F1 in the middle of the transfer step.
The film forming step: The first mist flow F1 is introduced into the introduction chamber 10a of the film forming apparatus 10, passed through the reaction unit 12, and brought into contact with the heated base material S. The raw material mist M1 contained in the first mist flow F1 is deposited on the base material S by a thermochemical reaction, whereby a Ga 2 O 3 layer is formed on the base material S. The residual first mist flow F1 that has passed through the reaction unit 12 is discharged to the outside from the discharge unit 14 as exhaust gas.

発光層の形成が、ファインチャネル構造により促進されること、および、ライデンフロスト現象により、発光層の均一化、および高品質化が達成されるのは、バッファ層の形成と共通である。 It is common with the formation of the buffer layer that the formation of the light emitting layer is promoted by the fine channel structure and that the uniformization and high quality of the light emitting layer are achieved by the Leidenfrost phenomenon.

(バリア層およびキャップ層の形成)
(AlGa1-y(但し0<y≦1)から成るバリア層および(AlGa1-z(但し0<z≦1)から成るキャップ層について、本例では、y、zの値をバッファ層のxの値と共通にした。従って、バリア層およびキャップ層は、バッファ層と組成が共通となる。よって、バリア層およびキャップ層の形成段階は、形成する層厚みが異なることを除き、バッファ層の形成段階と共通するので、ここでの製造工程の説明は省略する。
(Formation of barrier layer and cap layer)
About the barrier layer consisting of (Al y Ga 1-y ) 2 O 3 (where 0 <y ≦ 1) and the cap layer consisting of (Al z Ga 1-z ) 2 O 3 (where 0 <z ≦ 1). In the example, the values of y and z are made common with the values of x in the buffer layer. Therefore, the barrier layer and the cap layer have the same composition as the buffer layer. Therefore, the steps of forming the barrier layer and the cap layer are the same as the steps of forming the buffer layer, except that the thickness of the layers to be formed is different. Therefore, the description of the manufacturing process here is omitted.

なお、基材S上の(AlGa1-x層は、Al層(x=1の場合)とすることができ、(AlwGa1-w層は、Ga層(w=1の場合)にすることができる。さらに各層に、ドーパントを加えることも可能である。ドーパントの種類としては、Si、Snなどの4価、Sbなどの5価、Cuなどの1価や2価など、13族原子に対してドーピング活性が認められる元素を選択出来る。 The (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layer on the base material S can be an Al 2 O 3 layer (when x = 1), and (Al w Ga 1-w ) 2 O 3 The layer can be a Ga 2 O 3 layer (when w = 1). Further, it is possible to add a dopant to each layer. As the type of dopant, an element having doping activity for Group 13 atoms such as tetravalent such as Si and Sn, pentavalent such as Sb, and monovalent and divalent such as Cu can be selected.

ドーパントを加える場合、原料供給器をさらに付加して、3種の原料溶液や4種の原料溶液を混合器で混合して、成膜器へ供給する態様も考えられる。複数種類の原料を個別に搬送する場合、反応を一様化するため、これらを均一に混合するための混合器の使用が推奨される。複数原料を1つの溶液に混ぜると、必要とする膜の組成が複数種類である場合、これらの膜を作製するために、別々の仕込み量の溶液を複数個用意する必要が生じる。これに対し、混合器で一様化する方式によれば、各原料の種類毎に溶液を用意し、これらの供給量を、流速だけで制御することが出来るので、多種類の組成の膜を容易に作製できるという効果を有する。 When adding a dopant, it is conceivable to further add a raw material supply device, mix three kinds of raw material solutions and four kinds of raw material solutions with a mixer, and supply them to the film forming device. When transporting multiple types of raw materials individually, it is recommended to use a mixer to mix them uniformly in order to make the reaction uniform. When a plurality of raw materials are mixed into one solution, if the required membrane compositions are multiple types, it becomes necessary to prepare a plurality of solutions having different charging amounts in order to prepare these films. On the other hand, according to the method of uniformizing with a mixer, solutions can be prepared for each type of raw material, and the supply amount of these can be controlled only by the flow velocity. It has the effect of being easily produced.

[深紫外発光素子]
前述の製造方法により製造される深紫外発光素子Qの一例を図2に示す。なお本例では、バッファ層、バリア層およびキャップ層の組成を共通としたので、以下の説明において、バリア層およびキャップ層の組成も、バッファ層と同じ(AlGa1-xを用いて表示するものとする。
[Deep ultraviolet light emitting element]
FIG. 2 shows an example of the deep ultraviolet light emitting device Q manufactured by the above-mentioned manufacturing method. In this example, the composition of the buffer layer, the barrier layer, and the cap layer are the same. Therefore, in the following description, the composition of the barrier layer and the cap layer is the same as that of the buffer layer (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 It shall be displayed using.

本例の深紫外発光素子Qは、基材Sの上に、(AlGa1-x(但し0<x≦1)から成る層と、Gaから成る発光層とを交互に積層して形成したものである。複数の(AlGa1-x層のうち、基材Sに接して形成される最下位の層がバッファ層、最上位の層がキャップ層、発光層(Ga層)の間に配置される層がバリア層である。 In the deep ultraviolet light emitting element Q of this example, a layer made of (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 0 <x ≦ 1) and a light emitting layer made of Ga 2 O 3 are formed on the base material S. Are alternately laminated and formed. Of the plurality of (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layers, the lowest layer formed in contact with the base material S is the buffer layer, the uppermost layer is the cap layer, and the light emitting layer (Ga 2 O 3 layer). The layer arranged between) is the barrier layer.

バッファ層、キャップ層、およびバリア層の各厚みは、発光層厚みと同等かそれ以上に設定され、1000nm程度を上限とする。発光層の厚みは0.1-10nmに設定される。 The thickness of each of the buffer layer, the cap layer, and the barrier layer is set to be equal to or larger than the thickness of the light emitting layer, and the upper limit is about 1000 nm. The thickness of the light emitting layer is set to 0.1-10 nm.

上記の如く構成された本例の深紫外発光膜Qは、発光層となるGa層と、(AlGa1-x層とを交互に積層することによって多重量子井戸構造を形成し、それにより、バンドギャップが4.8-8.7eVである、実用的な発光強度を発揮する。多重量子井戸構造を有することは、たとえば、X線回折(XRD)法によるアウトオブプレーン測定や逆格子マッピング測定により確認することができる。また発光特性については、カソードルミネセンス(CL)測定により確認することができる。 The deep ultraviolet light emitting film Q of this example configured as described above is a multiple quantum well by alternately stacking a Ga 2 O 3 layer as a light emitting layer and a (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layer. It forms a structure, thereby exhibiting practical emission intensity with a bandgap of 4.8-8.7 eV. Having a multiple quantum well structure can be confirmed, for example, by out-of-plane measurement by the X-ray diffraction (XRD) method or reciprocal lattice mapping measurement. The emission characteristics can be confirmed by cathode luminescence (CL) measurement.

なおバッファ層は、基材Sと発光層との間の格子不整合を緩和するためのものである。基材と発光層との間に適切なバッファ層を介在させることで、格子不整合および結晶構造の違いが存在しても、所望する品質のヘテロ層を成長させることが可能となり、高品質の結晶構造の形成に寄与する。 The buffer layer is for alleviating the lattice mismatch between the base material S and the light emitting layer. By interposing an appropriate buffer layer between the substrate and the light emitting layer, it is possible to grow a heterolayer of desired quality even in the presence of lattice mismatch and differences in crystal structure, resulting in high quality. Contributes to the formation of crystal structure.

以下に述べる製造条件にしたがい、図2に示す深紫外発光素子Qを製造した。
<ガリウム系成膜材料>
原料溶液 ガリウムアセチルアセトナート溶液
溶媒 純水:塩酸(99.5:0.5)の混合溶媒
溶質濃度 0.020mol/L
<アルミニウム系成膜材料>
原料溶液 アルミニウムアセチルアセトナート溶液
溶媒 純水:塩酸(99.5:0.5)の混合溶媒
溶質濃度 0.040mol/L
<ガス種類>)
搬送ガス 窒素ガス
希釈ガス 窒素ガス
<ガス流量>
・Ga層形成時
搬送ガス:5.0L/分 + 希釈ガス:2.0L/分
・(AlGa1-x層形成時
(Ga側)搬送ガス:2.0L/分 + 希釈ガス:1.0L/分
(Al側)搬送ガス:3.0L/分 + 希釈ガス:1.0L/分
<基材>
材質:C面サファイア基材
加熱温度:400℃
<ミスト生成手段>
超音波振動子:2.4MHz、24V、0.625A、3個使用
<深紫外発光膜>
発光層(Ga層) 2nm × 3
バッファ層((AlGa1-x層) 500nm
バリア層((AlGa1-x層) 10nm × 2
キャップ層((AlGa1-x層) 30nm
The deep ultraviolet light emitting device Q shown in FIG. 2 was manufactured according to the manufacturing conditions described below.
<Gallium-based film forming material>
Raw material solution Gallium acetylacetonate solution Solvent Pure water: Mixed solvent of hydrochloric acid (99.5: 0.5) Solute concentration 0.020 mol / L
<Aluminum-based film forming material>
Raw material solution Aluminum acetylacetonate solution Solvent Pure water: Mixed solvent of hydrochloric acid (99.5: 0.5) Solute concentration 0.040 mol / L
<Gas type>)
Transport gas Nitrogen gas Diluted gas Nitrogen gas <Gas flow rate>
・ Ga 2 O 3 layer forming transport gas: 5.0 L / min + dilution gas: 2.0 L / min ・ (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layer forming (Ga side) transport gas: 2.0 L / Min + Diluted gas: 1.0 L / min (Al side) Transport gas: 3.0 L / min + Diluted gas: 1.0 L / min <Base material>
Material: C-plane sapphire base material Heating temperature: 400 ° C
<Mist generation means>
Ultrasonic oscillator: 2.4MHz, 24V, 0.625A, 3 pieces used <Deep ultraviolet light emitting film>
Light emitting layer (Ga 2 O 3 layer) 2 nm x 3
Buffer layer ((Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layer) 500 nm
Barrier layer ((Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layer) 10 nm x 2
Cap layer ((Al x Ga 1-x ) 2 O 3 layer) 30 nm

<評価>
X線回折測定結果を図3に示す。縦軸がX線強度、横軸が2θ/ωの角度である。40.9度付近の鋭いピークがAlGaOのコランダム系構造に由来するc軸配向ピークである。また、その付近に、重なり合ったピークがあると推測できる。X線回折または透過率からベガード則を用いて計算される組成比は、Al源30-46%、Ga源70-54%であった。
<Evaluation>
The X-ray diffraction measurement result is shown in FIG. The vertical axis is the X-ray intensity and the horizontal axis is the angle of 2θ / ω. The sharp peak near 40.9 degrees is the c-axis orientation peak derived from the corundum-based structure of AlGaO. In addition, it can be inferred that there are overlapping peaks in the vicinity. The composition ratio calculated from X-ray diffraction or transmittance using Vegard's law was 30-46% for Al source and 70-54% for Ga source.

次に、(10110)の非対称面で測定を行った、逆格子マッピング測定結果を図4に示す。c(qz)軸方向に、多重量子井戸構造が形成されていると推定される干渉縞を確認することができた。 Next, FIG. 4 shows the results of the reciprocal lattice mapping measurement performed on the asymmetric surface of ( 101-10 ). Interference fringes presumed to form a multiple quantum well structure could be confirmed in the c (qz) axis direction.

AlGaO層のみの光学特性を測定するため。今回の実験と同条件で作製したAlGaOの単膜を、分光光度計を用いて測定したところ、AlGaOの透過率は可視光領域で80%以上を示し、そこから算出される光学バンドギャップは約6.4eVである。 To measure the optical properties of the AlGaO layer only. When a single film of AlGaO prepared under the same conditions as this experiment was measured using a spectrophotometer, the transmittance of AlGaO was 80% or more in the visible light region, and the optical band gap calculated from it was about. It is 6.4 eV.

さらに、カソードルミネッセンス測定による、発光特性の測定を行った。その結果を図5に示す。図(A)が本発明に係る、多重量子井戸構造(3MQW)を有する深紫外発光素子の測定結果、図(B)は、サファイア基材のみの測定結果である。なお横軸がエネルギー、縦軸がCL強度である。温度依存性を測っており、12Kから、室温(300K)まで、段階的に温度上昇させた結果を表している。 Furthermore, the emission characteristics were measured by cathode luminescence measurement. The results are shown in FIG. FIG. (A) is a measurement result of a deep ultraviolet light emitting element having a multiple quantum well structure (3MQW) according to the present invention, and FIG. (B) is a measurement result of only a sapphire substrate. The horizontal axis is energy and the vertical axis is CL intensity. The temperature dependence is measured, and the result of gradually increasing the temperature from 12K to room temperature (300K) is shown.

カソードルミネッセンス(CL)測定は、試料に電子線を照射した際に放出される光を検出する手法であり、この発光をフォトルミネセンス法と同じように分光し解析することで、結晶欠陥、不純物、キャリア濃度、歪度合いなどの情報を得ることが可能である。CL測定は電子線を用いるため、コンデンサーを使用して電子線を操作でき、自由度が高いため、例えばSEMと組み合わせることで、表面性状を観察しながら画像を比較することが可能となる。また高エネルギーの電子線を照射する為、真空紫外光や現行のレーザでは励起できない波長の測定が可能であり、バンドギャップが広い酸化物等も測定可能であるという利点を有している。 Cathodoluminescence (CL) measurement is a method for detecting the light emitted when a sample is irradiated with an electron beam. Crystal defects and impurities are detected by spectroscopically analyzing this light emission in the same manner as the photoluminescence method. , Carrier concentration, strain degree, etc. can be obtained. Since the CL measurement uses an electron beam, the electron beam can be operated using a capacitor and has a high degree of freedom. Therefore, by combining with SEM, for example, it is possible to compare images while observing the surface texture. In addition, since it irradiates a high-energy electron beam, it has the advantage that it can measure wavelengths that cannot be excited by vacuum ultraviolet light or current lasers, and it can also measure oxides with a wide bandgap.

図5の(B)におけるサファイア基材の1.8eV付近の鋭いピークは、基材特有のスパイクピークである。サファイア基材上の薄膜が薄い場合、電子線が基材に到達して、基材発光が結果に顕著に現われる。しかしながら、図(A)に示されるように、本例の測定結果には、基材特有のスパイクピークは観測されない。したがって、基材による発光は無視できると考えられる。一方、約4.9eV付近の発光に注目すると、サファイア基材においても、類似の位置にピークが観察されるが、本例の深紫外発光膜とサファイア基材とでは、ピーク位置が異なっている。さらに加えて、温度依存性が異なっている。すなわち、サファイア基材は、CL強度の推移が、温度の増加に伴い、単調ではないが、増加傾向が見られる。これに対し、本例は温度増加に伴ってCL強度が単調に減少している。このことは、両者が全く異なる発光プロセスを有していることを表しており、本例の約4.9eV付近の発光が、基材由来では無いことの証左となっている。したがって、図(A)のCL測定結果は、薄膜のみの発光を表していると言うことができる。 The sharp peak near 1.8 eV of the sapphire substrate in FIG. 5B is a spike peak peculiar to the substrate. When the thin film on the sapphire substrate is thin, the electron beam reaches the substrate and the substrate emission is noticeable in the result. However, as shown in FIG. (A), no spike peak peculiar to the substrate is observed in the measurement result of this example. Therefore, it is considered that the light emission by the base material can be ignored. On the other hand, focusing on the light emission near about 4.9 eV, a peak is observed at a similar position in the sapphire base material, but the peak position is different between the deep ultraviolet light emitting film and the sapphire base material in this example. .. In addition, the temperature dependence is different. That is, in the sapphire base material, the change in CL strength is not monotonous with the increase in temperature, but an increasing tendency is observed. On the other hand, in this example, the CL intensity monotonously decreases as the temperature increases. This indicates that both have completely different light emitting processes, and it is proof that the light emission near about 4.9 eV in this example is not derived from the substrate. Therefore, it can be said that the CL measurement result in FIG. (A) represents the emission of only the thin film.

以上の説明から、本発明に基づけば、多重量子井戸構造を有し、深紫外領域で強い発光を示す深紫外発光素子を、大気圧プロセスによって製造することが可能である。よって、従来よりも低廉な製造コストで、紫外線発光素子を提供することが可能になる。 From the above description, based on the present invention, it is possible to manufacture a deep ultraviolet light emitting device having a multiple quantum well structure and exhibiting strong light emission in the deep ultraviolet region by an atmospheric pressure process. Therefore, it becomes possible to provide the ultraviolet light emitting element at a lower manufacturing cost than the conventional one.

前記実施例1に替えて、1つの原料供給器において、Ga源とAl源とを含む混合溶液を霧化して混合ミスト流を生成し、これを成膜器10へ供給して、深紫外発光素子を製造することも可能である。 Instead of the first embodiment, in one raw material supply device, a mixed solution containing a Ga source and an Al source is atomized to generate a mixed mist flow, which is supplied to the film forming device 10 to emit deep ultraviolet light. It is also possible to manufacture the element.

図6-8は、1つの原料供給器を用いて混合溶液から生成させた混合ミスト流により作成した(AlGa1-x膜と、前記実施例で2つの原料供給器1A、1Bを用いて別々に生成させたミスト流を混合して作成した(AlGa1-x膜との、物理的特性の比較を示すものである。膜の作成条件は、実施例1と共通である。図6は、Ga:Al比率を変化させた各種薄膜のX線回折測定結果を示すグラフ、図7は、薄膜のGa:Al比率を変化させたときの透過率の変化を示すグラフ、図8は、薄膜のGa:Al比率を変化させたときの、バンドギャップ(■)、成長率(●)、およびロッキングカーブ半価値(▲)の各測定値を示すグラフである。いずれも左欄(1Chamber)に、1つの原料供給器を用いて作成した(AlGa1-x膜の測定結果、右欄(2Chamber)に、2つの原料供給器を用いて作成した(AlGa1-x膜の測定結果を示す。 FIG. 6-8 shows a (Al x Ga 1-x ) 2O3 membrane prepared by a mixed mist stream generated from a mixed solution using one raw material feeder, and two raw material feeders 1A in the above embodiment. It shows the comparison of the physical properties with the (Al x Ga 1-x ) 2O3 membrane prepared by mixing the mist flows separately generated using 1B. The conditions for forming the film are the same as those in Example 1. FIG. 6 is a graph showing the results of X-ray diffraction measurement of various thin films in which the Ga: Al ratio is changed, and FIG. 7 is a graph showing the change in transmission rate when the Ga: Al ratio of the thin film is changed. Is a graph showing each measured value of the band gap (■), the growth rate (●), and the locking curve half value (▲) when the Ga: Al ratio of the thin film is changed. In each case, the measurement results of the (Al x Ga 1-x ) 2O3 film prepared using one raw material feeder in the left column (1 Chamber), and the two raw material feeders in the right column ( 2 Chamber). The measurement result of the prepared (Al x Ga 1-x ) 2O3 film is shown.

なおGa:Al比率は、1つの容器にAl源およびGa源の混合溶液を収容しているときは、これらの仕込み量を指し、2つの容器にAl源とGa源を分けているときは、流量比から換算した値を指す。 The Ga: Al ratio refers to the amount of these charged when a mixed solution of Al source and Ga source is contained in one container, and when the Al source and Ga source are separated in two containers, it means. Refers to the value converted from the flow rate ratio.

これらのグラフから分かるように、単一の原料供給器を用いて作成した(AlGa1-x膜であっても、2つの原料供給器を用いて作成した(AlGa1-x膜と同様に、Ga:Al比を変化させることで、各物理的特性を制御できることが分かる。したがって、適当なGa:Al比を設定することにより、2つの原料供給器を用いて製造した場合と同等の発光強度を備える深紫外発光素子を製造し得ると考えられる。 As can be seen from these graphs , even a 2O3 film made using a single raw material feeder (Al x Ga 1-x ) was made using two raw material feeders (Al x Ga). 1-x ) Similar to the 2O3 film , it can be seen that each physical property can be controlled by changing the Ga: Al ratio. Therefore, by setting an appropriate Ga: Al ratio, it is considered possible to manufacture a deep ultraviolet light emitting device having a light emission intensity equivalent to that in the case of manufacturing using two raw material feeders.

本発明に係る深紫外発光素子は、紫外線発光素子として、紫外線センサや紫外線レーザ、殺菌装置、情報記憶媒体の読み書き装置などへの応用が考えられる。 The deep ultraviolet light emitting element according to the present invention is considered to be applied as an ultraviolet light emitting element to an ultraviolet sensor, an ultraviolet laser, a sterilizing device, a reading / writing device for an information storage medium, and the like.

1A、1B 原料供給器
2 ミスト生成器
3 搬送ガス導入部
4 ミスト送出部
5 混合器
6 希釈ガス導入部
7 支援ガス導入部
10 成膜器
11 ミスト導入部
12 反応部
13 加熱手段
14 排出部
15 整流部
F1 第1のミスト流
F2 第2のミスト流
F3 混合ミスト流
G1 搬送ガス
G2 希釈ガス
G3 支援ガス
M1 第1の原料ミスト
M2 第2の原料ミスト
R1 第1の搬送路
R2 第2の搬送路
P 薄膜製造装置
Q 深紫外発光素子
1A, 1B Raw material supply device 2 Mist generator 3 Transport gas introduction section 4 Mist delivery section 5 Mixer 6 Diluted gas introduction section 7 Support gas introduction section 10 Film forming device 11 Mist introduction section 12 Reaction section 13 Heating means 14 Discharge section 15 Rectifier F1 First mist flow F2 Second mist flow F3 Mixed mist flow G1 Transport gas G2 Diluted gas G3 Support gas M1 First raw material mist M2 Second raw material mist R1 First transport path R2 Second transport Path P Thin film manufacturing equipment Q Deep ultraviolet light emitting element

Claims (9)

基材、および、該基材上に形成された深紫外発光膜を備えた深紫外発光素子であって、
前記深紫外発光膜は、
基材上に配設された(AlGa1-x(但し0<x≦1)から成るバッファ層と、
バッファ層の上に配設された(AlGa1-w(但し0≦w<1)から成るN個(Nは自然数)の発光層と、
N個の発光層それぞれの間に配設された(AlGa1-y(但し0<y≦1)から成る(N-1)個のバリア層と、
最上位の発光層の上に配設された(AlGa1-z(但し0<z≦1)から成るキャップ層とを含み、
前記発光層の厚みが0.1-10nmであり、
前記バッファ層の厚みが300-1000nmであり、
前記バリア層の厚みが前記発光層の層厚みと等しいかまたはそれより厚く設定され、
前記キャップ層の厚みが前記バリア層の層厚みと等しいかまたはそれより厚く設定され、
発光層のバンドギャップが4.8-8.7eVである、
ことを特徴とする深紫外発光素子。
A deep ultraviolet light emitting device provided with a base material and a deep ultraviolet light emitting film formed on the base material.
The deep ultraviolet light emitting film is
A buffer layer composed of (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 0 <x ≦ 1) disposed on the substrate,
N (N is a natural number) light emitting layer composed of (Al w Ga 1-w ) 2 O 3 (where 0 ≦ w <1) arranged on the buffer layer, and
An (N-1) barrier layer composed of (Al y Ga 1-y ) 2 O 3 (where 0 <y ≦ 1) disposed between each of the N light emitting layers,
It includes a cap layer composed of (Al z Ga 1-z ) 2 O 3 (provided that 0 <z ≦ 1) disposed on the uppermost light emitting layer.
The light emitting layer has a thickness of 0.1-10 nm and has a thickness of 0.1-10 nm.
The thickness of the buffer layer is 300-1000 nm.
The thickness of the barrier layer is set to be equal to or thicker than the layer thickness of the light emitting layer.
The thickness of the cap layer is set to be equal to or thicker than the layer thickness of the barrier layer.
The bandgap of the light emitting layer is 4.8-8.7 eV,
A deep ultraviolet light emitting element characterized by this.
前記Nが6以下の自然数である、請求項1に記載の深紫外発光素子。 The deep ultraviolet light emitting device according to claim 1, wherein N is a natural number of 6 or less. 前記基材がコランダム構造を有する、請求項1または2に記載の深紫外発光素子。 The deep ultraviolet light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the substrate has a corundum structure. 薄膜製造装置を用い、大気圧下で、基材上に深紫外発光膜を形成して深紫外発光素子を製造する方法であって、
前記深紫外発光膜は、(AlGa1-x(但し0<x≦1)から成るバッファ層と、バッファ層の上に配設される(AlGa1-w(但し0≦w<1)から成るN個(Nは自然数)の発光層と、N個の発光層それぞれの間に配設される(AlGa1-y(但し0<y≦1)から成る(N-1)個のバリア層と、最上位の発光層の上に配設される(AlGa1-z(但し0<z≦1)から成るキャップ層とを含み、
前記薄膜製造装置は、
原料溶液を霧化して原料ミストを生成するミスト生成手段と、原料ミストを搬送するための搬送ガスが導入される搬送ガス導入部と、原料ミストが送出されるミスト送出部とを備える、2つ以上の複数の原料供給器、
該複数の原料供給器それぞれから送出される原料ミストを混合するための混合器、
原料ミストが導入されるミスト導入部と、基材が配置される領域がファインチャネル構造に構成された反応部と、基材を加熱するための加熱手段と、排ガスを排出するための排出部とを備える成膜器、および、
該複数の原料供給器の各ミスト送出部と混合器とを連絡する第1の搬送路であって、希釈ガスが導入される希釈ガス導入部を有する第1の搬送路、および、混合器と成膜器のミスト導入部とを連絡する第2の搬送路、
を含む薄膜製造装置であり、
基材上に発光層、バッファ層、バリア層、またはキャップ層を形成する段階は、
いずれか1つの原料供給器においてGa含有原料を溶解したAlを含有しない原料溶液を霧化して第1の原料ミストを生成する第1ミスト生成工程、
他の1つの原料供給器においてAl含有原料を溶解したGaを含有しない原料溶液を霧化して第2の原料ミストを生成する第2ミスト生成工程、
第1の原料ミストを含む第1ミスト流および第2の原料ミストを含む第2ミスト流を第1の搬送路を通じて混合器へ搬送して混合するミスト混合工程、
第1ミスト流および第2ミスト流を混合して得られた混合ミスト流を第2の搬送路を通じて成膜器へ搬送する搬送工程、および、
成膜器に導入した混合ミスト流を、反応部において加熱された基材に接触させ、熱化学反応により、基材上にGaと少なくともAlとを含有する原料を混晶状態で堆積させる成膜工程
を含む、
ことを特徴とする深紫外発光素子の製造方法。
It is a method of manufacturing a deep ultraviolet light emitting device by forming a deep ultraviolet light emitting film on a base material under atmospheric pressure using a thin film manufacturing apparatus.
The deep ultraviolet light emitting film is disposed on a buffer layer composed of (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 0 <x ≦ 1) and a buffer layer (Al w Ga 1-w ) 2 . O 3 (where 0 ≦ w <1) and N (where N is a natural number) light emitting layers are arranged between each of the N light emitting layers (Al y Ga 1-y ) 2 O 3 (where N is a natural number). (N-1) barrier layers composed of 0 <y ≦ 1) and (Al z Ga 1-z ) 2 O 3 (where 0 <z ≦ 1) are arranged on the uppermost light emitting layer. Including a cap layer consisting of
The thin film manufacturing apparatus is
It is provided with a mist generating means for atomizing the raw material solution to generate the raw material mist, a transport gas introducing unit into which the transport gas for transporting the raw material mist is introduced, and a mist sending section in which the raw material mist is delivered. More than one raw material feeder,
A mixer for mixing raw material mist sent from each of the plurality of raw material feeders,
A mist introduction part where the raw material mist is introduced, a reaction part where the region where the base material is placed is configured in a fine channel structure, a heating means for heating the base material, and an exhaust part for exhausting exhaust gas. A film forming device equipped with, and
A first transport path for connecting each mist delivery section of the plurality of raw material feeders to the mixer, and a first transport path having a diluted gas introduction section into which a diluted gas is introduced, and a mixer. A second transport path that connects to the mist introduction part of the film forming device,
It is a thin film manufacturing equipment including
The stage of forming a light emitting layer, a buffer layer, a barrier layer, or a cap layer on a substrate is
A first mist generation step of atomizing an Al-free raw material solution in which a Ga-containing raw material is dissolved to generate a first raw material mist in any one of the raw material feeders.
A second mist generation step of atomizing a Ga-free raw material solution in which an Al-containing raw material is dissolved to generate a second raw material mist in another raw material feeder.
A mist mixing step of transporting a first mist flow containing a first raw material mist and a second mist flow containing a second raw material mist to a mixer through a first transport path and mixing them.
A transfer step of transporting the mixed mist flow obtained by mixing the first mist flow and the second mist flow to the film forming apparatus through the second transport path, and
The mixed mist flow introduced into the film forming apparatus is brought into contact with the heated base material in the reaction section, and a raw material containing Ga and at least Al is deposited on the base material in a mixed crystal state by a thermochemical reaction. Including the process,
A method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting device.
成膜工程において、原料ミストが反応部においてライデンフロスト現象を生じるように、基材の温度が制御される、請求項4に記載の深紫外発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting device according to claim 4, wherein the temperature of the base material is controlled so that the raw material mist causes a Leidenfrost phenomenon in the reaction portion in the film forming step. 前記搬送路が、反応性を向上させるための支援ガスが導入される支援ガス導入部をさらに含み、
前記搬送工程は、その途中で、原料ミストの反応性を向上させる支援ガスを混合する支援ガス混合工程をさらに含む、請求項4または5に記載の深紫外発光素子の製造方法。
The transport path further includes a support gas introduction section into which a support gas for improving reactivity is introduced.
The method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting device according to claim 4 or 5, wherein the transfer step further includes a support gas mixing step of mixing a support gas for improving the reactivity of the raw material mist.
支援ガスがOガスである、請求項6に記載の深紫外発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting device according to claim 6 , wherein the support gas is O3 gas. 成膜工程に先立って、基材表面を、有機溶剤、有機酸、又はOガスで洗浄する基材洗浄工程をさらに含む、請求項4-7のいずれか1項に記載の深紫外発光素子の製造方法。 The deep ultraviolet light emitting element according to any one of claims 4-7, further comprising a substrate cleaning step of cleaning the substrate surface with an organic solvent, an organic acid , or an O3 gas prior to the film forming step. Manufacturing method. 基材洗浄工程は、有機溶剤または有機酸で洗浄する有機洗浄工程と、Oガスで洗浄するオゾン洗浄工程とを含む、請求項8に記載の深紫外発光素子の製造方法。 The method for manufacturing a deep ultraviolet light emitting element according to claim 8, wherein the substrate cleaning step includes an organic cleaning step of cleaning with an organic solvent or an organic acid and an ozone cleaning step of cleaning with O3 gas.
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