JPH10112556A - ＺｎＳｅ基板上に成長した発光素子 - Google Patents
ＺｎＳｅ基板上に成長した発光素子Info
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- JPH10112556A JPH10112556A JP28188696A JP28188696A JPH10112556A JP H10112556 A JPH10112556 A JP H10112556A JP 28188696 A JP28188696 A JP 28188696A JP 28188696 A JP28188696 A JP 28188696A JP H10112556 A JPH10112556 A JP H10112556A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 素子劣化の原因となる電極部分での発熱の少
ない、信頼性の高いＺｎＳｅ系発光素子とその製造方法
を提供する。 【解決手段】 絶縁性ＺｎＳｅ基板１を溶融亜鉛中にて
８５０℃以上の温度で９０時間以上熱処理を行い、キャ
リアの活性化率を向上させキャリア密度１０18ｃｍ-3以
上のｎ型ＺｎＳｅ厚膜エピタキシャル層とする。これを
メカノケミカルエッチングにより平坦に加工したのち、
分子線エピタキシャル法によりＺｎＳｅ系化合物半導体
を用いてｐｎ接合を形成する。次に基板１の裏面に研磨
および／またはエッチングを行って素子底部を除去し、
ＺｎＳｅ層２を露出させ、この露出部にｎ電極８を、素
子上部のＺｎＳｅ層にｐ電極９を形成して発光素子とす
る。
ない、信頼性の高いＺｎＳｅ系発光素子とその製造方法
を提供する。 【解決手段】 絶縁性ＺｎＳｅ基板１を溶融亜鉛中にて
８５０℃以上の温度で９０時間以上熱処理を行い、キャ
リアの活性化率を向上させキャリア密度１０18ｃｍ-3以
上のｎ型ＺｎＳｅ厚膜エピタキシャル層とする。これを
メカノケミカルエッチングにより平坦に加工したのち、
分子線エピタキシャル法によりＺｎＳｅ系化合物半導体
を用いてｐｎ接合を形成する。次に基板１の裏面に研磨
および／またはエッチングを行って素子底部を除去し、
ＺｎＳｅ層２を露出させ、この露出部にｎ電極８を、素
子上部のＺｎＳｅ層にｐ電極９を形成して発光素子とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色からオレンジ
色にいたる発光素子等に利用される半導体発光素子に関
するもので、特にＺｎＳｅ基板を利用したＺｎＳｅ系化
合物を発光材料とした発光素子に関するものである。
色にいたる発光素子等に利用される半導体発光素子に関
するもので、特にＺｎＳｅ基板を利用したＺｎＳｅ系化
合物を発光材料とした発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＺｎＳｅ系発光素子は、従来ＧａＡｓや
ＩｎＰあるいはＺｎＳｅ基板上に結晶成長をさせて作成
され、その代表的な構造は図４〜図５に示すとおりであ
る。例えばＧａＡｓ単結晶上にＺｎＳｅ系化合物半導体
を用いた素子を成長させる場合、ＧａＡｓとＺｎＳｅと
では格子定数がそれぞれ５．６６５４Å、５．６６９Å
と差があり、ミスフィットディスロケーションと呼ばれ
る欠陥が発生する。そのためＺｎＳＳｅ，ＺｎＣｄＳｅ
あるいはＭｇＺｎＳＳｅ等のＧａＡｓに格子整合する化
合物組成を選んで素子を構成する手法が採用されてい
る。また基板とエピタキシャル成長部の界面にバッファ
層と呼ばれる緩衝層を成長させることにより、エピタキ
シャル層の結晶性を向上させる工夫もなされている。高
輝度化対策として、キャリアの再結合を効率よく行わせ
るために、活性層を単一層から複数層にした多重量子井
戸を用いる手段がとられたりしている。
ＩｎＰあるいはＺｎＳｅ基板上に結晶成長をさせて作成
され、その代表的な構造は図４〜図５に示すとおりであ
る。例えばＧａＡｓ単結晶上にＺｎＳｅ系化合物半導体
を用いた素子を成長させる場合、ＧａＡｓとＺｎＳｅと
では格子定数がそれぞれ５．６６５４Å、５．６６９Å
と差があり、ミスフィットディスロケーションと呼ばれ
る欠陥が発生する。そのためＺｎＳＳｅ，ＺｎＣｄＳｅ
あるいはＭｇＺｎＳＳｅ等のＧａＡｓに格子整合する化
合物組成を選んで素子を構成する手法が採用されてい
る。また基板とエピタキシャル成長部の界面にバッファ
層と呼ばれる緩衝層を成長させることにより、エピタキ
シャル層の結晶性を向上させる工夫もなされている。高
輝度化対策として、キャリアの再結合を効率よく行わせ
るために、活性層を単一層から複数層にした多重量子井
戸を用いる手段がとられたりしている。
【０００３】一方、ＺｎＳｅ基板上にＺｎＳｅ系化合物
半導体の発光素子を形成する場合は、ＧａＡｓやＩｎＰ
を基板とした時のように格子定数差や熱膨張係数差によ
る欠陥や歪みの発生を考慮する必要がない。そのため素
子の設計を単純化できる等のメリットがあり、現在Ｚｎ
Ｓｅ基板上にｐｎ接合を形成した発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）の開発が進められている。
半導体の発光素子を形成する場合は、ＧａＡｓやＩｎＰ
を基板とした時のように格子定数差や熱膨張係数差によ
る欠陥や歪みの発生を考慮する必要がない。そのため素
子の設計を単純化できる等のメリットがあり、現在Ｚｎ
Ｓｅ基板上にｐｎ接合を形成した発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）の開発が進められている。
【０００４】しかしこのような従来技術にあっては次の
ような欠点があった。 （１）ＧａＡｓ基板上にＺｎＳｅ系化合物半導体を成長
させると１０3 ｃｍ-2オーダの欠陥密度が発生する。こ
うした欠陥は活性層内にダークラインディフェクトと呼
ばれる発光しない部分を形成し、素子の明るさを減少さ
せることになる。またこの欠陥は時間が経過するととも
に増殖してついには素子が発光しなくなるので、長期の
信頼性を確保することが難しい。 （２）一方ＺｎＳｅ基板は大型で良質な単結晶の製造が
難しいこと、またドーピングが困難なことから低抵抗の
単結晶基板の製造が困難となっている。現在報告されて
いる導電性ＺｎＳｅ単結晶基板としては、直径２イン
チ、キャリア密度が１〜７×１０-17 ｃｍ-3、移動度が
４６０〜２５０ｃｍ／Ｖ（アルミニウムドープ）を得た
との報告があるが、実用化にはいたっていない。（参考
文献：Proceedings of International Symposium of Bl
ue Laser and LED, Chiba,Japan, 1996, p74）
ような欠点があった。 （１）ＧａＡｓ基板上にＺｎＳｅ系化合物半導体を成長
させると１０3 ｃｍ-2オーダの欠陥密度が発生する。こ
うした欠陥は活性層内にダークラインディフェクトと呼
ばれる発光しない部分を形成し、素子の明るさを減少さ
せることになる。またこの欠陥は時間が経過するととも
に増殖してついには素子が発光しなくなるので、長期の
信頼性を確保することが難しい。 （２）一方ＺｎＳｅ基板は大型で良質な単結晶の製造が
難しいこと、またドーピングが困難なことから低抵抗の
単結晶基板の製造が困難となっている。現在報告されて
いる導電性ＺｎＳｅ単結晶基板としては、直径２イン
チ、キャリア密度が１〜７×１０-17 ｃｍ-3、移動度が
４６０〜２５０ｃｍ／Ｖ（アルミニウムドープ）を得た
との報告があるが、実用化にはいたっていない。（参考
文献：Proceedings of International Symposium of Bl
ue Laser and LED, Chiba,Japan, 1996, p74）
【０００５】市販されているＺｎＳｅ基板は、高抵抗品
でサイズも最大１０×１０ｍｍ程度である。図５に示す
ように、ＺｎＳｅ基板１上にあらかじめ数μｍのｎ型Ｚ
ｎＳｅ層を成長させ、表面を低抵抗化したのちｐｎ接合
を形成して発光素子とし、ｐ型電極は素子の上面に形成
させ、ｎ型電極は素子の一部を除去してｎ型低抵抗層上
に形成した構造となるのである。しかしこのような構造
の発光素子では以下のような問題点がある。 （ａ）電流注入経路が長くなり、電極部で発熱して素子
の劣化を招く。 （ｂ）二つの電極を発光面に形成するため発光面積が減
少して高発光効率が得られない。 （ｃ）素子サイズが大きくなり低コスト化の障害とな
る。
でサイズも最大１０×１０ｍｍ程度である。図５に示す
ように、ＺｎＳｅ基板１上にあらかじめ数μｍのｎ型Ｚ
ｎＳｅ層を成長させ、表面を低抵抗化したのちｐｎ接合
を形成して発光素子とし、ｐ型電極は素子の上面に形成
させ、ｎ型電極は素子の一部を除去してｎ型低抵抗層上
に形成した構造となるのである。しかしこのような構造
の発光素子では以下のような問題点がある。 （ａ）電流注入経路が長くなり、電極部で発熱して素子
の劣化を招く。 （ｂ）二つの電極を発光面に形成するため発光面積が減
少して高発光効率が得られない。 （ｃ）素子サイズが大きくなり低コスト化の障害とな
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】高抵抗あるいは、半絶
縁性ＺｎＳｅ単結晶を基板としてＺｎＳｅ系化合物半導
体を用いた発光素子は、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）の欠点
を有している。そこでこれらの問題点を克服するため
に、（ａ）については、高抵抗あるいは半絶縁性の基板
上に５０μｍから１００μｍのｎ型ＺｎＳｅ層を成長さ
せ、半絶縁性基板の裏面の一部を研磨およびエッチング
あるいはいずれかの方法により除去し、露出された導電
性ＺｎＳｅ化合物半導体層を基板とすることにより、電
流注入経路を短くすることで、また（ｂ）については、
半絶縁性基板を除去し、基板の裏面側に露出した導電性
ＺｎＳｅ化合物半導体層に電極を形成することにより、
素子の発光面積を広く確保することにより高輝度化を達
成できる。（ｃ）については、電極を上下に配置するこ
とにより、素子構造を単純化することで、導電性基板を
使用した場合と同様に素子サイズを小さくすることがで
きる。
縁性ＺｎＳｅ単結晶を基板としてＺｎＳｅ系化合物半導
体を用いた発光素子は、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）の欠点
を有している。そこでこれらの問題点を克服するため
に、（ａ）については、高抵抗あるいは半絶縁性の基板
上に５０μｍから１００μｍのｎ型ＺｎＳｅ層を成長さ
せ、半絶縁性基板の裏面の一部を研磨およびエッチング
あるいはいずれかの方法により除去し、露出された導電
性ＺｎＳｅ化合物半導体層を基板とすることにより、電
流注入経路を短くすることで、また（ｂ）については、
半絶縁性基板を除去し、基板の裏面側に露出した導電性
ＺｎＳｅ化合物半導体層に電極を形成することにより、
素子の発光面積を広く確保することにより高輝度化を達
成できる。（ｃ）については、電極を上下に配置するこ
とにより、素子構造を単純化することで、導電性基板を
使用した場合と同様に素子サイズを小さくすることがで
きる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】高抵抗または半絶縁性の
ＺｎＳｅ単結晶基板上にＺｎＳｅ系化合物半導体を用い
て発光素子を作製する場合、スライドボート型結晶成長
装置を使用して、単結晶基板上に薄膜を液相成長させた
後引き続き連続的にＺｎ融液中で熱処理を行う方法によ
り、あらかじめｎ型ＺｎＳｅ層を成長させ、その上部に
ｐｎ接合を形成して発光素子を形成する。そして絶縁性
基板の裏面の一部を研磨およびエッチング、あるいはそ
のいずれかの方法を用いて除去し、露出された導電性Ｚ
ｎＳｅ化合物半導体層に電極を形成することにより、導
電性基板を使用した場合と同様な素子作製を可能にする
ものである。すなわち、本発明のＺｎＳｅ系化合物半導
体素子は、絶縁性ＺｎＳｅ単結晶基板上にｎ型ＺｎＳｅ
厚膜層を成長した上にｐｎ接合を形成し、発光素子を作
成し、その後基板の裏面を除去し、基板底部にＺｎＳｅ
素子層を露出させ、この露出部と上部のＺｎＳｅ層に正
負の電極を形成することを特徴とする。
ＺｎＳｅ単結晶基板上にＺｎＳｅ系化合物半導体を用い
て発光素子を作製する場合、スライドボート型結晶成長
装置を使用して、単結晶基板上に薄膜を液相成長させた
後引き続き連続的にＺｎ融液中で熱処理を行う方法によ
り、あらかじめｎ型ＺｎＳｅ層を成長させ、その上部に
ｐｎ接合を形成して発光素子を形成する。そして絶縁性
基板の裏面の一部を研磨およびエッチング、あるいはそ
のいずれかの方法を用いて除去し、露出された導電性Ｚ
ｎＳｅ化合物半導体層に電極を形成することにより、導
電性基板を使用した場合と同様な素子作製を可能にする
ものである。すなわち、本発明のＺｎＳｅ系化合物半導
体素子は、絶縁性ＺｎＳｅ単結晶基板上にｎ型ＺｎＳｅ
厚膜層を成長した上にｐｎ接合を形成し、発光素子を作
成し、その後基板の裏面を除去し、基板底部にＺｎＳｅ
素子層を露出させ、この露出部と上部のＺｎＳｅ層に正
負の電極を形成することを特徴とする。
【０００８】すなわち、本発明は第１に、ＺｎＳｅ単結
晶基板上にＺｎＳｅ系化合物半導体層を積層することに
よりｐｎ接合を有する発光素子を形成し、積層された面
と対向する基板面を素子底部が露出するまで研磨および
エッチング、またはこれらのいずれかの方法を用いて除
去し、露出された素子表面に正負いずれかの電極が形成
されてなることを特徴とするＺｎＳｅ系化合物半導体素
子：第２に、ＺｎＳｅ単結晶基板が高抵抗のＺｎＳｅ単
結晶基板である上記第１に記載のＺｎＳｅ系化合物半導
体素子：第３に、ＺｎＳｅ単結晶基板が半絶縁性のＺｎ
Ｓｅ単結晶基板である上記第１に記載のＺｎＳｅ系化合
物半導体素子：第４に、ＺｎＳｅ系化合物半導体層がエ
ピタキシャル成長された低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタ
キシャル層である上記第１に記載のＺｎＳｅ系化合物半
導体素子：第５に、ＺｎＳｅ系化合物半導体層がIII 族
元素またはIII 族元素とII族元素との混合溶媒を用いて
液相エピタキシャル成長させた低抵抗ＺｎＳｅ系化合物
エピタキシャル層である上記第１に記載のＺｎＳｅ系化
合物半導体素子：第６に、III 族元素がＩｎもしくはＧ
ａまたはＧａＩｎ溶媒より液相エピタキシャル成長させ
た低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である上記
第５に記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子：第７に、II
I 族元素およびII族元素の混合溶媒がＩｎ−Ｚｎ系また
はＧａ−Ｚｎ系溶媒より液相エピタキシャル成長させた
低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である上記第
５に記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子：第８に、Ｚｎ
Ｓｅ単結晶基板上にＺｎＳｅ系化合物半導体層を積層す
ることによりｐｎ接合を有する発光素子を形成する工程
と、該積層された面と対向する基板面を素子底部が露出
するまで研磨およびエッチング、またはこれらのいずれ
かの方法を用いて除去する工程と、該露出された素子表
面に正負いずれかの電極を形成する工程とからなるＺｎ
Ｓｅ系化合物半導体素子の製造方法：第９に、ＺｎＳｅ
単結晶基板が高抵抗のＺｎＳｅ単結晶基板である上記第
８に記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子の製造方法：第
１０に、ＺｎＳｅ単結晶基板が半絶縁性のＺｎＳｅ単結
晶基板である上記第８に記載のＺｎＳｅ系化合物半導体
素子の製造方法：第１１に、ＺｎＳｅ系化合物半導体層
がエピタキシャル成長された低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エ
ピタキシャル層である上記第８に記載のＺｎＳｅ系化合
物半導体素子の製造方法：第１２に、ＺｎＳｅ系化合物
半導体層がIII 族元素またはIII 族元素とII族元素との
混合溶媒を用いて液相エピタキシャル成長させた低抵抗
ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である上記第８に記
載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子の製造方法：第１３
に、III 族元素がＩｎもしくはＧａまたはＧａＩｎ溶媒
より液相エピタキシャル成長させた低抵抗ＺｎＳｅ系化
合物エピタキシャル層である上記第８に記載のＺｎＳｅ
系化合物半導体素子の製造方法：第１４に、III 族元素
およびII族元素の混合溶媒がＩｎ−Ｚｎ系またはＧａ−
Ｚｎ系溶媒より液相エピタキシャル成長させた低抵抗Ｚ
ｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である上記第８に記載
のＺｎＳｅ系化合物半導体素子の製造方法を提供するも
のである。
晶基板上にＺｎＳｅ系化合物半導体層を積層することに
よりｐｎ接合を有する発光素子を形成し、積層された面
と対向する基板面を素子底部が露出するまで研磨および
エッチング、またはこれらのいずれかの方法を用いて除
去し、露出された素子表面に正負いずれかの電極が形成
されてなることを特徴とするＺｎＳｅ系化合物半導体素
子：第２に、ＺｎＳｅ単結晶基板が高抵抗のＺｎＳｅ単
結晶基板である上記第１に記載のＺｎＳｅ系化合物半導
体素子：第３に、ＺｎＳｅ単結晶基板が半絶縁性のＺｎ
Ｓｅ単結晶基板である上記第１に記載のＺｎＳｅ系化合
物半導体素子：第４に、ＺｎＳｅ系化合物半導体層がエ
ピタキシャル成長された低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタ
キシャル層である上記第１に記載のＺｎＳｅ系化合物半
導体素子：第５に、ＺｎＳｅ系化合物半導体層がIII 族
元素またはIII 族元素とII族元素との混合溶媒を用いて
液相エピタキシャル成長させた低抵抗ＺｎＳｅ系化合物
エピタキシャル層である上記第１に記載のＺｎＳｅ系化
合物半導体素子：第６に、III 族元素がＩｎもしくはＧ
ａまたはＧａＩｎ溶媒より液相エピタキシャル成長させ
た低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である上記
第５に記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子：第７に、II
I 族元素およびII族元素の混合溶媒がＩｎ−Ｚｎ系また
はＧａ−Ｚｎ系溶媒より液相エピタキシャル成長させた
低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である上記第
５に記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子：第８に、Ｚｎ
Ｓｅ単結晶基板上にＺｎＳｅ系化合物半導体層を積層す
ることによりｐｎ接合を有する発光素子を形成する工程
と、該積層された面と対向する基板面を素子底部が露出
するまで研磨およびエッチング、またはこれらのいずれ
かの方法を用いて除去する工程と、該露出された素子表
面に正負いずれかの電極を形成する工程とからなるＺｎ
Ｓｅ系化合物半導体素子の製造方法：第９に、ＺｎＳｅ
単結晶基板が高抵抗のＺｎＳｅ単結晶基板である上記第
８に記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子の製造方法：第
１０に、ＺｎＳｅ単結晶基板が半絶縁性のＺｎＳｅ単結
晶基板である上記第８に記載のＺｎＳｅ系化合物半導体
素子の製造方法：第１１に、ＺｎＳｅ系化合物半導体層
がエピタキシャル成長された低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エ
ピタキシャル層である上記第８に記載のＺｎＳｅ系化合
物半導体素子の製造方法：第１２に、ＺｎＳｅ系化合物
半導体層がIII 族元素またはIII 族元素とII族元素との
混合溶媒を用いて液相エピタキシャル成長させた低抵抗
ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である上記第８に記
載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子の製造方法：第１３
に、III 族元素がＩｎもしくはＧａまたはＧａＩｎ溶媒
より液相エピタキシャル成長させた低抵抗ＺｎＳｅ系化
合物エピタキシャル層である上記第８に記載のＺｎＳｅ
系化合物半導体素子の製造方法：第１４に、III 族元素
およびII族元素の混合溶媒がＩｎ−Ｚｎ系またはＧａ−
Ｚｎ系溶媒より液相エピタキシャル成長させた低抵抗Ｚ
ｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である上記第８に記載
のＺｎＳｅ系化合物半導体素子の製造方法を提供するも
のである。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１〜図３は本発明の発光基板の
断面構造を示す。絶縁性ＺｎＳｅ基板１は、III 族元素
を溶媒とした液相エピタキシャル法により不純物濃度１
０18ｃｍ-3以上のｎ型ＺｎＳｅ厚膜エピタキシャル層を
５０μｍ以上成長させて形成される。この基板を溶融亜
鉛中にて８５０℃以上の温度で９０時間以上熱処理を行
い、キャリアの活性化率を向上させキャリア密度１０18
ｃｍ-3以上のｎ型ＺｎＳｅ厚膜エピタキシャル層とす
る。これをメカノケミカルエッチングにより平坦性が±
２０μｍとなるように加工したのち、分子線エピタキシ
ャル法によりＺｎＳｅ系化合物半導体を用いてｐｎ接合
を形成する。
断面構造を示す。絶縁性ＺｎＳｅ基板１は、III 族元素
を溶媒とした液相エピタキシャル法により不純物濃度１
０18ｃｍ-3以上のｎ型ＺｎＳｅ厚膜エピタキシャル層を
５０μｍ以上成長させて形成される。この基板を溶融亜
鉛中にて８５０℃以上の温度で９０時間以上熱処理を行
い、キャリアの活性化率を向上させキャリア密度１０18
ｃｍ-3以上のｎ型ＺｎＳｅ厚膜エピタキシャル層とす
る。これをメカノケミカルエッチングにより平坦性が±
２０μｍとなるように加工したのち、分子線エピタキシ
ャル法によりＺｎＳｅ系化合物半導体を用いてｐｎ接合
を形成する。
【００１０】次に基板１の裏面に研磨および／またはエ
ッチングを行って素子底部を除去し、ＺｎＳｅ層を露出
させる。この露出部と上部ＺｎＳｅ層に正負の電極９、
８を形成し発光素子とする。すなわちこの発明のＺｎＳ
ｅ系発光素子は絶縁性ＺｎＳｅ基板１を除去することに
より導電性基板と同様に基板側から電極を取り出すこと
を可能とし、これにより素子劣化の原因となる電極部分
での発熱を減少させることにより、発光素子の信頼性を
高める方法を提供するものである。
ッチングを行って素子底部を除去し、ＺｎＳｅ層を露出
させる。この露出部と上部ＺｎＳｅ層に正負の電極９、
８を形成し発光素子とする。すなわちこの発明のＺｎＳ
ｅ系発光素子は絶縁性ＺｎＳｅ基板１を除去することに
より導電性基板と同様に基板側から電極を取り出すこと
を可能とし、これにより素子劣化の原因となる電極部分
での発熱を減少させることにより、発光素子の信頼性を
高める方法を提供するものである。
【００１１】
【実施例１】図１は実施例１において行った素子の作成
手順を素子の断面図で示したものである。以下この図を
用いて実施例を説明する。基板としては面方位（１０
０）の絶縁性ＺｎＳｅ基板１を使用した。この基板上
に、スライドボート型結晶成長装置を使用して、単結晶
基板上に薄膜を液相成長させた後引き続き連続的にＺｎ
融液中で熱処理を行う方法により、膜厚約１００μｍの
ｎ型ＺｎＳｅ膜２をエピタキシャル成長させた。すなわ
ちIII 族元素とII族元素の混合融液体であるＩｎ−１０
原子％Ｚｎを溶媒としてｎ型ＺｎＳｅ層を成長させ、そ
の後溶融亜鉛中にて９００℃で１２０時間熱処理を行
い、直径２インチのｎ型ＺｎＳｅ単結晶エピタキシャル
基板を作製した。得られた基板の室温における電気特性
は、キャリア密度２×１０18ｃｍ-3、移動度２８０ｃｍ
2 ／Ｖであった。次にこの基板をブロムメタノール溶液
を用いてメカノケミカル研磨を行い、基板内での平坦性
が±２０μｍ以内になるように加工した。加工により生
じた変質層はＫＭｎＯ4 −Ｈ2 ＳＯ4 （ＫＭｎＯ4 ：
０．１ｇ、Ｈ2 ＳＯ4 ：１０ｍｌ、Ｈ2 Ｏ：４０ｍｌ）
により室温にて２０分間エッチングすることにより除去
した。このときのエッチングレートは、０．１１μｍ／
分であった。エッチング後の基板は成長直前までイソプ
ロピルアルコール中に保管した。
手順を素子の断面図で示したものである。以下この図を
用いて実施例を説明する。基板としては面方位（１０
０）の絶縁性ＺｎＳｅ基板１を使用した。この基板上
に、スライドボート型結晶成長装置を使用して、単結晶
基板上に薄膜を液相成長させた後引き続き連続的にＺｎ
融液中で熱処理を行う方法により、膜厚約１００μｍの
ｎ型ＺｎＳｅ膜２をエピタキシャル成長させた。すなわ
ちIII 族元素とII族元素の混合融液体であるＩｎ−１０
原子％Ｚｎを溶媒としてｎ型ＺｎＳｅ層を成長させ、そ
の後溶融亜鉛中にて９００℃で１２０時間熱処理を行
い、直径２インチのｎ型ＺｎＳｅ単結晶エピタキシャル
基板を作製した。得られた基板の室温における電気特性
は、キャリア密度２×１０18ｃｍ-3、移動度２８０ｃｍ
2 ／Ｖであった。次にこの基板をブロムメタノール溶液
を用いてメカノケミカル研磨を行い、基板内での平坦性
が±２０μｍ以内になるように加工した。加工により生
じた変質層はＫＭｎＯ4 −Ｈ2 ＳＯ4 （ＫＭｎＯ4 ：
０．１ｇ、Ｈ2 ＳＯ4 ：１０ｍｌ、Ｈ2 Ｏ：４０ｍｌ）
により室温にて２０分間エッチングすることにより除去
した。このときのエッチングレートは、０．１１μｍ／
分であった。エッチング後の基板は成長直前までイソプ
ロピルアルコール中に保管した。
【００１２】素子の作製は分子線エピタキシ法により行
った。以下にその詳細を説明する。基板は約１００℃に
て３時間のベーキングを行った後、１０-10 Ｔｏｒｒに
真空排気された成長室に導入した。基板の酸化膜の除去
は２００℃から４２０℃まで昇温しながら水素プラズマ
（ＲＦ電力：３５０Ｗ、Ｈ2 ：０．０４２ＳＣＣＭ．、
Ｈｅ：０．１３〜０．２ＳＣＣＭ．）を照射して行い、
ＲＨＥＥＤがストリーク（直線状に明るくなる状態）に
なるまで行った。酸化膜除去後の基板には、成長温度の
２８０℃まで降温後２分間Ｚｎ照射を行った後、ｎ型Ｍ
ｇ0.1Ｚｎ0.9Ｓ0.15Ｓｅ0.85（塩素ドープ）３を約０．
４μｍ成長させた。活性層４としては、ＺｎＳｅとＭｇ
0.1Ｚｎ0.9Ｓｅ0.85を交互に６層成長させ、成長膜厚を
それぞれ６．５ｎｍおよび８．５ｎｍとした。さらにｐ
型クラッド層５としてＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｓ0.15Ｓｅ
0.85（窒素ドープ）を約１．０μｍ成長させた。バッフ
ァー層として、ｐ型ＺｎＳｅを０．１μｍ成長させ、コ
ンタクト層としてＺｎＳｅ、ＺｎＴｅの擬傾斜組成層６
を５２ｎｍ成長させて膜厚５０ｎｍのＺｎＴｅ膜７でキ
ャップした。成長が終了した基板は、成長面を定盤に固
定し、メカノケミカル研磨を用いて厚さ約３００μｍに
加工した。
った。以下にその詳細を説明する。基板は約１００℃に
て３時間のベーキングを行った後、１０-10 Ｔｏｒｒに
真空排気された成長室に導入した。基板の酸化膜の除去
は２００℃から４２０℃まで昇温しながら水素プラズマ
（ＲＦ電力：３５０Ｗ、Ｈ2 ：０．０４２ＳＣＣＭ．、
Ｈｅ：０．１３〜０．２ＳＣＣＭ．）を照射して行い、
ＲＨＥＥＤがストリーク（直線状に明るくなる状態）に
なるまで行った。酸化膜除去後の基板には、成長温度の
２８０℃まで降温後２分間Ｚｎ照射を行った後、ｎ型Ｍ
ｇ0.1Ｚｎ0.9Ｓ0.15Ｓｅ0.85（塩素ドープ）３を約０．
４μｍ成長させた。活性層４としては、ＺｎＳｅとＭｇ
0.1Ｚｎ0.9Ｓｅ0.85を交互に６層成長させ、成長膜厚を
それぞれ６．５ｎｍおよび８．５ｎｍとした。さらにｐ
型クラッド層５としてＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｓ0.15Ｓｅ
0.85（窒素ドープ）を約１．０μｍ成長させた。バッフ
ァー層として、ｐ型ＺｎＳｅを０．１μｍ成長させ、コ
ンタクト層としてＺｎＳｅ、ＺｎＴｅの擬傾斜組成層６
を５２ｎｍ成長させて膜厚５０ｎｍのＺｎＴｅ膜７でキ
ャップした。成長が終了した基板は、成長面を定盤に固
定し、メカノケミカル研磨を用いて厚さ約３００μｍに
加工した。
【００１３】次に、基板にはダイシングソーを用いて液
相エピタキシ層まで切り込みを入れた。基板下部のｎ層
にはｎ電極８としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを各々０．３μ
ｍ、０．１μｍ、０．３μｍの膜厚で、そして素子上部
のｐ層にはｐ電極９としてＰｄ／Ｐｔ／Ａｕを各々０．
１μｍ、０．１μｍ、０．３μｍの膜厚で、電子線蒸着
により成膜して発光素子を形成した。得られた素子の断
面図を図３に示す。得られた素子の特性を表１に示す。
表１にはＴＬＭ法により算出したｎ電極のコンタクト値
も併記した。なお基板のすべてを研磨およびエッチング
により除去した場合においても、実施例と同様の結果を
得た。
相エピタキシ層まで切り込みを入れた。基板下部のｎ層
にはｎ電極８としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを各々０．３μ
ｍ、０．１μｍ、０．３μｍの膜厚で、そして素子上部
のｐ層にはｐ電極９としてＰｄ／Ｐｔ／Ａｕを各々０．
１μｍ、０．１μｍ、０．３μｍの膜厚で、電子線蒸着
により成膜して発光素子を形成した。得られた素子の断
面図を図３に示す。得られた素子の特性を表１に示す。
表１にはＴＬＭ法により算出したｎ電極のコンタクト値
も併記した。なお基板のすべてを研磨およびエッチング
により除去した場合においても、実施例と同様の結果を
得た。
【００１４】
【比較例】図４〜５は比較例の作成手順を素子断面で示
したものである。以下この断面図を用いて比較例を説明
する。基板としては、面方位（１００）の絶縁性ＺｎＳ
ｅ基板１を使用した。基板の前処理は実施例１と同じ方
法で行った。基板は、約１００℃にて３時間のベーキン
グを行った後、１０-10 Ｔｏｒｒに真空排気された成長
室に導入した。基板の酸化膜の除去は、２００℃から４
２０℃まで昇温しながら水素プラズマ（ＲＦ電力：３５
０Ｗ、Ｈ2 ：０．０４２ＳＣＣＭ．、Ｈｅ：０．１３〜
０．２ＳＣＣＭ．）を照射して行い、ＲＨＥＥＤがスト
リーク（直線状に明るくなる状態）になるまで行った。
酸化膜除去後の基板には、成長温度である２８０℃まで
降温後２分間Ｚｎ照射を行った後、ｎ型Ｍｇ0.1Ｚｎ0.9
Ｓ0.15Ｓｅ0.85（塩素ドープ）３を約３μｍ成長させ
た。活性層４としては、ＺｎＳｅとＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｓｅ
0.85を交互に６層成長させ、成長膜厚をそれぞれ６．５
ｎｍおよび８．５ｎｍとした。さらにｐ型クラッド層５
としてＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｓ0.15Ｓｅ0.85（窒素ドープ）を
約１．０μｍ成長させた。バッファー層として、ｐ型Ｚ
ｎＳｅを０．１μｍ成長させ、コンタクト層としてＺｎ
Ｓｅ、ＺｎＴｅの擬傾斜組成層６を５２ｎｍ成長させ
て、膜厚５０ｎｍのＺｎＴｅ膜７でキャップした。
したものである。以下この断面図を用いて比較例を説明
する。基板としては、面方位（１００）の絶縁性ＺｎＳ
ｅ基板１を使用した。基板の前処理は実施例１と同じ方
法で行った。基板は、約１００℃にて３時間のベーキン
グを行った後、１０-10 Ｔｏｒｒに真空排気された成長
室に導入した。基板の酸化膜の除去は、２００℃から４
２０℃まで昇温しながら水素プラズマ（ＲＦ電力：３５
０Ｗ、Ｈ2 ：０．０４２ＳＣＣＭ．、Ｈｅ：０．１３〜
０．２ＳＣＣＭ．）を照射して行い、ＲＨＥＥＤがスト
リーク（直線状に明るくなる状態）になるまで行った。
酸化膜除去後の基板には、成長温度である２８０℃まで
降温後２分間Ｚｎ照射を行った後、ｎ型Ｍｇ0.1Ｚｎ0.9
Ｓ0.15Ｓｅ0.85（塩素ドープ）３を約３μｍ成長させ
た。活性層４としては、ＺｎＳｅとＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｓｅ
0.85を交互に６層成長させ、成長膜厚をそれぞれ６．５
ｎｍおよび８．５ｎｍとした。さらにｐ型クラッド層５
としてＭｇ0.1Ｚｎ0.9Ｓ0.15Ｓｅ0.85（窒素ドープ）を
約１．０μｍ成長させた。バッファー層として、ｐ型Ｚ
ｎＳｅを０．１μｍ成長させ、コンタクト層としてＺｎ
Ｓｅ、ＺｎＴｅの擬傾斜組成層６を５２ｎｍ成長させ
て、膜厚５０ｎｍのＺｎＴｅ膜７でキャップした。
【００１５】次にレジストにより成長面の一部に１５０
μｍ×１５０μｍのドットを形成した。これをマスクと
して、スパッタ法により基板表面に約１０μｍのＳｉＯ
2 を堆積させた。その後超音波を用いてレジストをリフ
トオフして、基板表面に１５０μｍの正方形の穴あきマ
スクを形成した。次に、飽和ブロム水（ＳＢＷ：Ｈ
2Ｏ：リン酸＝２：１５：１）を用い、約１０分間室温
にてエッチングを行い素子を除去した。この時のエッチ
ングレートは０．１６μｍ／分であった。次に、フッ酸
によりＳｉＯ2 マスクを除去した。この基板除去部にｎ
電極８としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを各々０．１μｍ、０．
１μｍ、０．３μｍ厚、そして素子上部にｐ電極９とし
て、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕを各々０．１μｍ、０．１μｍ、
０．３μｍ厚を電子線蒸着により成膜して発光素子を形
成した。比較例にて作製した素子の断面図を図５に示
す。得られた素子の特性を表１に示す。またＴＬＭ法に
より算出したｎ電極のコンタクト抵抗値も併記した。
μｍ×１５０μｍのドットを形成した。これをマスクと
して、スパッタ法により基板表面に約１０μｍのＳｉＯ
2 を堆積させた。その後超音波を用いてレジストをリフ
トオフして、基板表面に１５０μｍの正方形の穴あきマ
スクを形成した。次に、飽和ブロム水（ＳＢＷ：Ｈ
2Ｏ：リン酸＝２：１５：１）を用い、約１０分間室温
にてエッチングを行い素子を除去した。この時のエッチ
ングレートは０．１６μｍ／分であった。次に、フッ酸
によりＳｉＯ2 マスクを除去した。この基板除去部にｎ
電極８としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを各々０．１μｍ、０．
１μｍ、０．３μｍ厚、そして素子上部にｐ電極９とし
て、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕを各々０．１μｍ、０．１μｍ、
０．３μｍ厚を電子線蒸着により成膜して発光素子を形
成した。比較例にて作製した素子の断面図を図５に示
す。得られた素子の特性を表１に示す。またＴＬＭ法に
より算出したｎ電極のコンタクト抵抗値も併記した。
【００１６】
【表１】 （＊）抵抗値は、実施例１にて得られた抵抗値を１として表示した。
【００１７】
【発明の効果】絶縁性ＺｎＳｅ基板を除去することによ
り、導電性基板の場合と同様に基板側から電極を取り出
すことが可能となり、電流注入経路が短くなって、表１
に示されるようにｎ電極のコンタクト抵抗値が従来法に
比べて大幅に減少し、素子劣化の原因となる電極部分で
の発熱が減少し、信頼性の高い発光素子を提供すること
が可能になった。さらに構造上素子の発光面積を広く確
保できるので素子の高輝度化を達成でき、素子構造を単
純化することで、導電性基板を使用した場合と同様に素
子サイズを小さくすることができた。
り、導電性基板の場合と同様に基板側から電極を取り出
すことが可能となり、電流注入経路が短くなって、表１
に示されるようにｎ電極のコンタクト抵抗値が従来法に
比べて大幅に減少し、素子劣化の原因となる電極部分で
の発熱が減少し、信頼性の高い発光素子を提供すること
が可能になった。さらに構造上素子の発光面積を広く確
保できるので素子の高輝度化を達成でき、素子構造を単
純化することで、導電性基板を使用した場合と同様に素
子サイズを小さくすることができた。
【図１】実施例１における発光素子作製の最初の手順を
示す、絶縁性ＺｎＳｅ基板上に成長したｎ型ＺｎＳｅエ
ピタキシャル層の断面図である。
示す、絶縁性ＺｎＳｅ基板上に成長したｎ型ＺｎＳｅエ
ピタキシャル層の断面図である。
【図２】実施例１における発光素子作製の中間の手順を
示す、成長を完了した基板の断面図である。
示す、成長を完了した基板の断面図である。
【図３】実施例１において作製した発光素子の断面図で
ある。
ある。
【図４】比較例における発光素子作製の中間の手順を示
す、成長を完了した基板の断面図である。
す、成長を完了した基板の断面図である。
【図５】比較例において作製した発光素子の断面図であ
る。
る。
１ 絶縁性ＺｎＳｅ基板 ２ ＬＰＥｎ−ＺｎＳｅ層 ３ ｎ−ＭｇＺｎＳＳｅ ４ ＺｎＳｅ／ＭｇＺｎＳＳｅ ＭＱＷ（活性層） ５ ｐ−ＭｇＺｎＳＳｅ（ｐ型クラッド層） ６ ｐ−ＺｎＳｅ、ｐ−ＺｎＴｅ擬傾斜組成層 ７ ｐ−ＺｎＴｅ ８ ｎ電極 ９ ｐ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/363 Ｈ０１Ｌ 21/363
Claims (14)
- 【請求項１】 ＺｎＳｅ単結晶基板上にＺｎＳｅ系化合
物半導体層を積層することによりｐｎ接合を有する発光
素子を形成し、積層された面と対向する基板面を素子底
部が露出するまで研磨およびエッチング、またはこれら
のいずれかの方法を用いて除去し、露出された素子表面
に正負いずれかの電極が形成されてなることを特徴とす
るＺｎＳｅ系化合物半導体素子。 - 【請求項２】 ＺｎＳｅ単結晶基板が高抵抗のＺｎＳｅ
単結晶基板である請求項１記載のＺｎＳｅ系化合物半導
体素子。 - 【請求項３】 ＺｎＳｅ単結晶基板が半絶縁性のＺｎＳ
ｅ単結晶基板である請求項１記載のＺｎＳｅ系化合物半
導体素子。 - 【請求項４】 ＺｎＳｅ系化合物半導体層がエピタキシ
ャル成長された低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル
層である請求項１記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子。 - 【請求項５】 ＺｎＳｅ系化合物半導体層がIII 族元素
またはIII 族元素とII族元素との混合溶媒を用いて液相
エピタキシャル成長させた低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピ
タキシャル層である請求項１記載のＺｎＳｅ系化合物半
導体素子。 - 【請求項６】 III 族元素がＩｎもしくはＧａまたはＧ
ａＩｎ溶媒より液相エピタキシャル成長させた低抵抗Ｚ
ｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である請求項５記載の
ＺｎＳｅ系化合物半導体素子。 - 【請求項７】 III 族元素およびII族元素の混合溶媒が
Ｉｎ−Ｚｎ系またはＧａ−Ｚｎ系溶媒より液相エピタキ
シャル成長させた低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャ
ル層である請求項５記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素
子。 - 【請求項８】 ＺｎＳｅ単結晶基板上にＺｎＳｅ系化合
物半導体層を積層することによりｐｎ接合を有する発光
素子を形成する工程と、該積層された面と対向する基板
面を素子底部が露出するまで研磨およびエッチング、ま
たはこれらのいずれかの方法を用いて除去する工程と、
該露出された素子表面に正負いずれかの電極を形成する
工程とからなるＺｎＳｅ系化合物半導体素子の製造方
法。 - 【請求項９】 ＺｎＳｅ単結晶基板が高抵抗のＺｎＳｅ
単結晶基板である請求項８記載のＺｎＳｅ系化合物半導
体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 ＺｎＳｅ単結晶基板が半絶縁性のＺｎ
Ｓｅ単結晶基板である請求項８記載のＺｎＳｅ系化合物
半導体素子の製造方法。 - 【請求項１１】 ＺｎＳｅ系化合物半導体層がエピタキ
シャル成長された低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャ
ル層である請求項８記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素子
の製造方法。 - 【請求項１２】 ＺｎＳｅ系化合物半導体層がIII 族元
素またはIII 族元素とII族元素との混合溶媒を用いて液
相エピタキシャル成長させた低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エ
ピタキシャル層である請求項８記載のＺｎＳｅ系化合物
半導体素子の製造方法。 - 【請求項１３】 III 族元素がＩｎもしくはＧａまたは
ＧａＩｎ溶媒より液相エピタキシャル成長させた低抵抗
ＺｎＳｅ系化合物エピタキシャル層である請求項８記載
のＺｎＳｅ系化合物半導体素子の製造方法。 - 【請求項１４】 III 族元素およびII族元素の混合溶媒
がＩｎ−Ｚｎ系またはＧａ−Ｚｎ系溶媒より液相エピタ
キシャル成長させた低抵抗ＺｎＳｅ系化合物エピタキシ
ャル層である請求項８記載のＺｎＳｅ系化合物半導体素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28188696A JP3693436B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | ＺｎＳｅ基板上に成長した発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28188696A JP3693436B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | ＺｎＳｅ基板上に成長した発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10112556A true JPH10112556A (ja) | 1998-04-28 |
| JP3693436B2 JP3693436B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=17645347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28188696A Expired - Fee Related JP3693436B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | ＺｎＳｅ基板上に成長した発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3693436B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6528395B2 (en) | 2000-04-27 | 2003-03-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of fabricating compound semiconductor device and apparatus for fabricating compound semiconductor device |
| JP2007251027A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Stanley Electric Co Ltd | ＺｎＯ系化合物半導体、それを用いた発光素子及びそれらの製造方法 |
-
1996
- 1996-10-03 JP JP28188696A patent/JP3693436B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6528395B2 (en) | 2000-04-27 | 2003-03-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of fabricating compound semiconductor device and apparatus for fabricating compound semiconductor device |
| US6815316B2 (en) | 2000-04-27 | 2004-11-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Apparatus for fabricating compound semiconductor device |
| JP2007251027A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Stanley Electric Co Ltd | ＺｎＯ系化合物半導体、それを用いた発光素子及びそれらの製造方法 |
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|---|---|
| JP3693436B2 (ja) | 2005-09-07 |
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