JPH11195808A - Optical semiconductor element and manufacture therefor - Google Patents

Optical semiconductor element and manufacture therefor

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JPH11195808A
JPH11195808A JP36121997A JP36121997A JPH11195808A JP H11195808 A JPH11195808 A JP H11195808A JP 36121997 A JP36121997 A JP 36121997A JP 36121997 A JP36121997 A JP 36121997A JP H11195808 A JPH11195808 A JP H11195808A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical semiconductor element using non-monocrystal material which has a freely selectable broad of optical gap, excellent optical conductive characteristics, high speed response, anti-environment characteristics, high temperature resistant characteristics, and is optically active, has a large area and can be a new, low-cost optoelectronic material. SOLUTION: At least a first layer 2 and a second layer 3 having optical gap smaller than that of the first layer 2 are alternately laminated on a substrate 1. Moreover, in an optical semiconductor element having a structural unit made by laminating a third layer having an an optical gap larger than the optical gap of the second layer 3, the first layer 2, the second layer 3 and a third layer 4 respectively comprise non-monocrystal material containing at least one of Al, Ga and In and nitrogen and hydrogen more than 0.5 atm.% but less than 50 atm.%, and the layer thickness of the second layer 3 is 5 to 200 angstrom.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非単結晶光半導体
及びその製造方法並びにこの光半導体を用いた光半導体
素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-single-crystal optical semiconductor, a method of manufacturing the same, and an optical semiconductor device using the optical semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体受光素子用の光電変換部材
として、非晶質や微結晶の非単結晶光半導体が使用され
ている。たとえば、セレン、テルルなどの非晶質カルコ
ゲナイド化合物が、撮像管、受光素子、電子写真感光体
などに広く用いられている(オーム社、「アモルファス
半導体の基礎」)。また、近年では、水素化アモルファ
スシリコンが、太陽電池、イメージセンサー、Thin Fi
lm Transistor、電子写真感光体などに用いられてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, an amorphous or microcrystalline non-single-crystal optical semiconductor has been used as a photoelectric conversion member for a semiconductor light receiving element. For example, amorphous chalcogenide compounds such as selenium and tellurium are widely used in image pickup tubes, light receiving elements, electrophotographic photoreceptors, and the like (Ohm, “Basics of amorphous semiconductors”). In recent years, hydrogenated amorphous silicon has been used in solar cells, image sensors,
Used for lm Transistor, electrophotographic photoreceptor, etc.

【0003】しかしながら、非晶質カルコゲナイド化合
物や水素化アモルファスシリコンから形成される従来の
非単結晶光半導体には種々の問題があった。非晶質カル
コゲナイド化合物は、熱に対して不安定で結晶化が起こ
り易く使用できる条件が限られており、価電子制御がで
きないなどの欠点があった。水素化アモルファスシリコ
ンは、価電子制御は可能であり、pn接合や界面での電
界効果などが実現でき、耐熱性も250℃程度まである
が、強い光により光導電性が劣化する現象があり(Stae
bler-Wronski効果:応用物理ハンドブックなど)、たと
えば、太陽電池の効率が使用中に低下する問題がある。
また、非晶質や微結晶シリコンのband gapは約1.7eV か
ら1.5eV 程度であり太陽光の光を有効に利用するためや
活性領域へ十分な光が到達できるようにGeやCを加える
ことによってband gapを狭めたり広めたりすることがで
きるが, これらの元素を加えて0.3 eV程度変化させても
光導電特性が大きく劣化し、広い範囲の光を有効に利用
できないという問題があった。さらに、GeやC等の元素
を含む半導体は、その結晶が間接遷移型であり、発光素
子に用いることができず、用途が限られていた。
However, conventional non-single-crystal optical semiconductors formed from an amorphous chalcogenide compound or hydrogenated amorphous silicon have various problems. Amorphous chalcogenide compounds are unstable with respect to heat, are easily crystallized, have limited conditions for use, and have drawbacks such as inability to control valence electrons. Hydrogenated amorphous silicon can control valence electrons, can realize a pn junction and an electric field effect at the interface, and has heat resistance up to about 250 ° C. However, there is a phenomenon that photoconductivity is deteriorated by strong light ( Stae
bler-Wronski effect: Applied physics handbook), for example, there is a problem that the efficiency of a solar cell is reduced during use.
In addition, the band gap of amorphous or microcrystalline silicon is about 1.7 eV to 1.5 eV, and Ge or C should be added to effectively use sunlight or to allow sufficient light to reach the active region. Although the band gap can be narrowed or widened by adding these elements, even if these elements are added and changed by about 0.3 eV, there is a problem that the photoconductive property is greatly deteriorated and light in a wide range cannot be used effectively. Further, semiconductors containing elements such as Ge and C have indirect transition type crystals and cannot be used for light-emitting elements, and their applications are limited.

【0004】一方、III-V族化合物半導体の多くは、直
接遷移型半導体に属し、光吸収係数が大きく、またバン
ドギャップが組成により変化できるという特徴を有して
いる。特に、窒素系の化合物は、InNの1.9 eVからGaN
の3.2 eVまで、またAlNの6.5 eVまでと、紫外領域から
可視領域まで広くバンドギャップを変えることができ
る。そこで、バンドギャップを自由に設定できる非単結
晶光半導体として、III-V族化合物、特に、窒素系のII
I-V族化合物からなる非単結晶光半導体に期待が寄せら
れている。
On the other hand, most of III-V group compound semiconductors belong to direct transition type semiconductors, and have a characteristic that the light absorption coefficient is large and the band gap can be changed by the composition. In particular, the nitrogen-based compound is GaN eGaN from 1.9 eV.
Up to 3.2 eV, and up to 6.5 eV of AlN, the band gap can be changed widely from the ultraviolet region to the visible region. Therefore, as a non-single-crystal optical semiconductor whose band gap can be freely set, a group III-V compound, particularly a nitrogen-based II
Expectations have been raised for non-single-crystal optical semiconductors made of IV group compounds.

【0005】また、窒素系のIII-V族結晶からなる半導
体は、一般に、基板としてサファイア基板、GaAs基板、
SiC基板を用いて結晶成長させているが、これらの基板
は高価であるとともに、格子常数がこれらの半導体とは
適合しないためそのままで結晶成長させることができ
ず、窒素系のIII-V族結晶からなる半導体には、バッフ
ァ層の挿入や基板の窒化処理などを行う必要があるとい
う不便さがあった。また、窒素系のIII-V族結晶用基板
材料については、光の入出力用材料としては導電性の基
板は光の透過性が不十分なものが多く、一方、光の透過
性が良い基板は絶縁性であり、光半導体素子用基板とし
ては不十分であった。また、この結晶成長は、通常800-
1100℃の温度でおこなわれているが、このような高温に
適合する材料が限られるとともに、基板用バルク結晶の
大きさがかぎられ任意の大面積の膜が得られないという
問題があった。このため、窒素系のIII-V族化合物の結
晶のLED(発光ダイオード;Light Emitting Diode)
が実用化されているが、LEDはDisplayなどの二次元
表示デバイスに使う場合にはLEDを画素数だけ並べる
必要があり、数10万から数100万画素といった高解像度
での表示には高価になりすぎ使用できるところが限られ
るという問題があった。また、従来、表示素子において
は複数の色からなる画素を一つの平面上に並べる方式が
広く行われており、高解像度の表示や光インターコネク
ションのような高密度の情報の伝達においては、より密
度の高い発光点の素子が必要であるが、発光素子を並べ
た場合、間隔が大きく、その位置ずれと単位画素の大き
さが問題であった。これらの発光や光導電、光起電力、
高速電子移動を利用した比較的面積の大きい二次元デバ
イス用に、大きさの制約が無く、安価に製造できる非晶
質や微結晶の材料が求められていた。
[0005] Further, a semiconductor comprising a nitrogen-based III-V crystal is generally used as a substrate for a sapphire substrate, a GaAs substrate,
Crystal growth is performed using SiC substrates, but these substrates are expensive and cannot be grown as they are because their lattice constants are not compatible with these semiconductors. Has a disadvantage that it is necessary to insert a buffer layer, perform nitriding of the substrate, and the like. In addition, as for the nitrogen-based III-V crystal substrate material, as a material for inputting / outputting light, a conductive substrate often has insufficient light transmission, while a substrate having good light transmission is used. Was insulative and was insufficient as a substrate for optical semiconductor elements. Also, this crystal growth is usually 800-
Although it is performed at a temperature of 1100 ° C., there is a problem that materials compatible with such a high temperature are limited, and the size of a bulk crystal for a substrate is limited, and a film having an arbitrary large area cannot be obtained. For this reason, nitrogen-based III-V compound crystal LEDs (Light Emitting Diodes)
However, when LEDs are used for two-dimensional display devices such as Display, it is necessary to arrange LEDs by the number of pixels, which is expensive for high-resolution display such as several hundred thousand to several million pixels. There was a problem that the place where it could be used too much was limited. Conventionally, in a display element, a method of arranging pixels of a plurality of colors on one plane has been widely used, and in transmission of high-density information such as high-resolution display and optical interconnection, it is more difficult. Although an element having a light emitting point with a high density is required, when the light emitting elements are arranged, the interval is large, and the displacement and the size of the unit pixel are problems. These luminescence and photoconductivity, photovoltaic,
For a two-dimensional device having a relatively large area using high-speed electron transfer, there has been a demand for an amorphous or microcrystalline material which is not limited in size and can be manufactured at low cost.

【0006】以上のような事情から、窒素系の非単結晶
III-V族化合物が、光半導体材料として注目されてい
る。従来、非単結晶のIII-V族化合物は、製造温度を、
結晶作製する場合(600-1000℃)よりも低い温度に設定
することによって得られている。具体的には、III-V族
化合物結晶膜は、III-V族結晶の蒸着やスパッターによ
って、あるいは、III 族金属を原子状としたものとV族
元素を含む分子や活性分子との反応によって[H.Reuter,
H.Schmitt,M.Boffgen,Thin Solid Films,254(1995)9
4]、あるいは、III 族金属を含む有機金属化合物とV族
元素を含む化合物を用いて、いわゆる有機金属CVD
(MOCVD)法によって、加熱した基板上に作製され
ているが、非単結晶のIII-V族化合物は、これらの方法
において、基板温度を、結晶作製する場合(600-1000
℃)よりも低い温度に設定することによって得られてい
る。
In view of the above circumstances, nitrogen-based non-single crystals
III-V compounds have attracted attention as optical semiconductor materials. Conventionally, a non-single-crystal group III-V compound has a manufacturing temperature of
It is obtained by setting the temperature lower than the case of producing crystals (600-1000 ° C). Specifically, a group III-V compound crystal film is formed by vapor deposition or sputtering of a group III-V crystal, or by a reaction between an atomized group III metal and a molecule containing a group V element or an active molecule. [H.Reuter,
H. Schmitt, M. Boffgen, Thin Solid Films, 254 (1995) 9
4] or so-called organometallic CVD using an organometallic compound containing a group III metal and a compound containing a group V element.
Although non-single-crystal group III-V compounds are produced on a heated substrate by the (MOCVD) method, the substrate temperature can be adjusted by these methods when the crystal is produced (600-1000).
C)).

【0007】しかしながら、原料に結晶を用いスパッタ
ーで作製する方法では、膜中の欠陥が多く、光導電性等
の光半導体特性が不良であり、また、MOCVD法で
は、非晶質化するために低温成膜が必要であり、有機金
属からの炭素が膜中に残ったり、膜中欠陥準位が多い等
の問題があり、光半導体材料として機能できる非単結晶
のIII-V族化合物半導体は得られていなかった[H.Reute
r,H.Schmitt,M.Boffgen,Thin Solid Films25 4,94(199
5)]。
[0007] However, the method in which a crystal is used as a raw material and which is produced by sputtering has many defects in the film and has poor optical semiconductor characteristics such as photoconductivity. Non-single-crystal III-V compound semiconductors that can function as an optical semiconductor material have problems such as low-temperature film formation, carbon from organic metal remaining in the film, and many defect levels in the film. [H.Reute
r, H. Schmitt, M. Boffgen, Thin Solid Films 25 4,94 (199
Five)].

【0008】これら非晶質や微結晶の非単結晶 III-V族
化合物半導体の欠陥を水素によりパッシベーションした
ものとしては、III 族の原料として有機金属化合物を使
用したプラズマCVD法によって水素を含む微結晶膜の
GaNが得られているが、光導電性を示さず、絶縁性であ
った[J.Knights,and R.A.Lujan,J.Appl.Phys.,42,1291
(1978)]。また、プラズマCVD法よって作製した水素
化非晶質GaAsについても、10%程度の微小の光導電性し
かなく実用上は程遠いものであった。以上の様に、水素
を導入するためには、より低温で成膜せざるを得ない
が、有機金属化合物をIII 族の原料にした低温成膜で
は、膜中への炭素の残存が問題であった[Y.Segui,F.Ca
rrere and A.Bui,Thin Solid Films,92,303(198
2)]。
[0008] These amorphous or microcrystalline non-single-crystal III-V compound semiconductors obtained by passivating defects with hydrogen include fine particles containing hydrogen by a plasma CVD method using an organometallic compound as a group III raw material. Crystalline film
Although GaN was obtained, it did not show photoconductivity and was insulating [J. Knights, and RALujan, J. Appl. Phys., 42, 1291
(1978)]. In addition, hydrogenated amorphous GaAs produced by the plasma CVD method has a small photoconductivity of about 10%, which is far from practical. As described above, in order to introduce hydrogen, it is necessary to form a film at a lower temperature.However, in a low-temperature film formation using an organometallic compound as a group III raw material, carbon remains in the film due to a problem. [Y. Segui, F. Ca
rrere and A. Bui, Thin Solid Films, 92, 303 (198
2)].

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的
は、上記窒素系の非単結晶 III-V族化合物半導体の欠点
を改善し、広範囲の光学ギャップが自由に選べ、優れた
光導電特性と発光特性を有し、かつ、高速応答性かつ耐
環境特性や耐高温度特性を有し光学的に活性で、大面積
で、安価な新しいオプトエレクトロニクス材料となりえ
る非単結晶材料を用いた光半導体素子を提供することに
ある。本発明の第2の目的は、高解像度の表示や高密度
の光情報が可能な入出力用の光半導体素子を提供するこ
とにある。本発明の第3の目的は、安全に製造でき、か
つ、低コストで製造することができる光半導体素子の製
造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to improve the disadvantages of the above-mentioned nitrogen-based non-single-crystal III-V compound semiconductors, to freely select a wide range of optical gaps, and to obtain excellent photoconductive properties. Using a non-single-crystal material that has high-speed response, environmental resistance and high temperature resistance, is optically active, has a large area, and can be a new low-cost optoelectronic material. An optical semiconductor device is provided. A second object of the present invention is to provide an input / output optical semiconductor element capable of high-resolution display and high-density optical information. A third object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical semiconductor device which can be manufactured safely and at low cost.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、有機金属
からの炭素が膜中に残ったり、膜中欠陥準位が多い等の
従来の窒素系の非単結晶のIII-V族化合物半導体材料の
欠点の改善について、鋭意検討した結果、本発明の製膜
法を用いることによって、炭素の含有量が少なく、膜中
の欠陥が少ない窒素系の非単結晶のIII-V族化合物半導
体材料を得ることができ、この材料を利用すれば、高性
能の光半導体素子が得られることを見い出し、本発明を
完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have developed a conventional nitrogen-based non-single-crystal group III-V compound, such as carbon from an organic metal remaining in a film or having many defect levels in the film. As a result of intensive studies on the improvement of the defects of semiconductor materials, a nitrogen-based non-single-crystal III-V compound semiconductor having a low carbon content and a small number of defects in the film was obtained by using the film forming method of the present invention. A material can be obtained, and it has been found that a high-performance optical semiconductor element can be obtained by using this material, and the present invention has been completed.

【0011】すなわち、本発明の光半導体素子は、基板
上に、少なくとも、第一の層と第一の層より光学ギャッ
プの小さい第二の層とを交互に積層し、さらに第二の層
の光学ギャップより大きい光学ギャップを有する第三の
層を積層してなる構造単位を有する光半導体素子におい
て、前記第一の層と前記第二の層と前記第三の層が、そ
れぞれ、Al, Ga, Inの少なくとも一つの元素とチッ素と
0.5 原子%以上50原子%以下の水素を含む非単結晶材料
からなり、前記第二の層の層厚が5〜200 Åであること
を特徴とする。
That is, in the optical semiconductor device of the present invention, at least a first layer and a second layer having an optical gap smaller than the first layer are alternately laminated on a substrate, and In an optical semiconductor device having a structural unit obtained by laminating a third layer having an optical gap larger than the optical gap, the first layer, the second layer, and the third layer are each made of Al, Ga , In and at least one element and nitrogen
The second layer is formed of a non-single-crystal material containing not less than 0.5 atomic% and not more than 50 atomic% of hydrogen, and has a thickness of 5 to 200 μm.

【0012】また、前記構造単位の両側に、電流注入の
ためのp型中間層とn型中間層を有してなることが好ま
しく、前記中間層が、Al, Ga, Inの少なくとも一つの元
素とチッ素と0.5 原子%以上50原子%以下の水素を含む
非単結晶材料からなることがより好ましい。また、光の
取り出しを容易にするために、前記中間層の少なくとも
一つを、第二の層の光学ギャップより大きい光学ギャッ
プを有する中間層とし、該中間層の上に透明電極を設け
ることが好ましい。
It is preferable that a p-type intermediate layer and an n-type intermediate layer for current injection are provided on both sides of the structural unit, and the intermediate layer is formed of at least one element of Al, Ga, and In. More preferably, it is made of a non-single-crystal material containing nitrogen, nitrogen and 0.5 to 50 atomic% of hydrogen. Further, in order to facilitate light extraction, at least one of the intermediate layers may be an intermediate layer having an optical gap larger than the optical gap of the second layer, and a transparent electrode may be provided on the intermediate layer. preferable.

【0013】また、透明基板上に、前記構造単位を2以
上積層してなる光半導体素子とすることもできる。この
場合も、光の取り出しを容易にするために、透明基板上
に、透明電極を設けることが好ましい。
Further, an optical semiconductor device comprising two or more of the above structural units laminated on a transparent substrate may be provided. Also in this case, it is preferable to provide a transparent electrode on a transparent substrate in order to facilitate light extraction.

【0014】本発明の光半導体素子を構成する非単結晶
材料は、赤外吸収スペクトルにおけるAl, Ga, In原子と
N原子の結合を示す吸収ピークの半値幅が、300cm-1以下
であることが好ましく、Al,Ga,Inの原子数の総和xとチ
ッ素の原子数の総和yの比が、0.5:1.0から1.0:0.5の間
にあることがより好ましい。
The non-single-crystal material constituting the optical semiconductor device of the present invention has Al, Ga, and In atoms in the infrared absorption spectrum.
The half width of the absorption peak indicating the bonding of N atoms is preferably 300 cm -1 or less, and the ratio of the total number x of atoms of Al, Ga, and In to the total number y of atoms of nitrogen is 0.5: 1.0. And more preferably between 1.0 and 0.5.

【0015】n型中間層には、C,Si,Ge,Snから選ばれた
少なくとも一つの元素を更に含むことができ、p型中間
層には、Be,Mg,Ca,Zn,Srから選ばれた少なくとも1つの
元素を更に含むことができる。また、各中間層が、C,S
i,Ge,Snから選ばれた少なくとも一つの元素とBe,Mg,Ca,
Zn,Srから選ばれた少なくとも1つ以上の元素とを、同
時に含むこともできる。
The n-type intermediate layer may further contain at least one element selected from C, Si, Ge, Sn, and the p-type intermediate layer may include at least one element selected from Be, Mg, Ca, Zn, Sr. It can further include at least one selected element. Further, each intermediate layer is composed of C, S
At least one element selected from i, Ge, Sn and Be, Mg, Ca,
At least one element selected from Zn and Sr can be contained simultaneously.

【0016】本発明の非単結晶光半導体は、窒素を含む
化合物を活性化した活性種と、Al,Ga,Inをの元素を一つ
以上含む有機金属化合物とを、活性化水素を含む雰囲気
下で、反応させることにより製造することができる。活
性化水素は、水素を含む化合物を活性化することにより
供給されてもよく、活性化手段としては、高周波放電お
よび/またはマイクロ波放電を利用することができる。
また、周期律表におけるIII 族元素を含む有機金属化合
物の少なくとも一種以上を、前記活性化手段の下流側か
ら導入することが好ましい。
The non-single-crystal optical semiconductor of the present invention comprises an active species that has activated a compound containing nitrogen and an organometallic compound that contains at least one element of Al, Ga, and In. In the following, it can be produced by reacting. Activated hydrogen may be supplied by activating a compound containing hydrogen, and high-frequency discharge and / or microwave discharge may be used as the activating means.
Further, it is preferable to introduce at least one or more of the organometallic compounds containing a group III element in the periodic table from the downstream side of the activating means.

【0017】このような方法で製造することにより、非
晶質膜や微結晶膜が成長できる低温でも有機金属から安
定分子として有機基が分離し、膜中に取り込まれず、膜
成長時に未結合手の欠陥が除去でき、さらに有機基より
生成する活性水素あるいは別に加えられた水素および水
素化合物による活性水素が膜成長時に膜表面の炭素を除
去する働きをし、不純物を極微量まで低減することがで
きる。
According to this method, even at a low temperature at which an amorphous film or a microcrystalline film can be grown, the organic groups are separated from the organic metal as stable molecules, are not taken into the film, and unbonded bonds are formed during film growth. Active hydrogen generated from organic groups or separately added hydrogen and active hydrogen due to hydrogen compounds acts to remove carbon on the film surface during film growth, reducing impurities to a very small amount. it can.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。 (光半導体素子の構造)図1および図2は、本発明の光
半導体素子の構造の一例を示す模式的断面図である。図
1に示すように、本発明の光半導体素子は、基板1上
に、少なくとも、第一の層2と第一の層より光学ギャッ
プの小さい第二の層3とを交互に積層し、さらにこの上
に設けられた第二の層の光学ギャップ以上の光学ギャッ
プを有する第三の層4とからなる構造単位5を有してい
る。構造単位5は、第一の層2と第二の層3とが一組の
井戸構造でも良いし、第一の層2と第二の層3とを2組
以上積層した多重井戸構造でも良い。また、前記構造単
位5の両側には、電流注入のためのp型中間層6とn型
中間層7とを有していてもよい。また、p型中間層6と
n型中間層7のうち、光出入力側の中間層(図1におい
ては、n型中間層7)の上には、透明電極8が設けられ
ている。あるいは、図2に示すように、p型中間層6と
n型中間層7のうち、光出入力側の中間層(図2におい
ては、p型中間層6)の上には、透明電極9と透明基板
10とが設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail. (Structure of Optical Semiconductor Element) FIGS. 1 and 2 are schematic sectional views showing an example of the structure of the optical semiconductor element of the present invention. As shown in FIG. 1, the optical semiconductor device of the present invention is configured such that at least a first layer 2 and a second layer 3 having an optical gap smaller than the first layer are alternately laminated on a substrate 1. It has a structural unit 5 consisting of a third layer 4 having an optical gap greater than or equal to the optical gap of the second layer provided thereon. The structural unit 5 may have a well structure in which the first layer 2 and the second layer 3 are one set, or a multi-well structure in which two or more sets of the first layer 2 and the second layer 3 are stacked. . Further, a p-type intermediate layer 6 and an n-type intermediate layer 7 for current injection may be provided on both sides of the structural unit 5. A transparent electrode 8 is provided on an intermediate layer on the light input / output side (the n-type intermediate layer 7 in FIG. 1) of the p-type intermediate layer 6 and the n-type intermediate layer 7. Alternatively, as shown in FIG. 2, of the p-type intermediate layer 6 and the n-type intermediate layer 7, the transparent electrode 9 is provided on the light-input / output-side intermediate layer (p-type intermediate layer 6 in FIG. 2). And a transparent substrate 10 are provided.

【0019】本発明の活性層を構成する前記第一の層、
前記第二の層と、該活性層の上に設けられた第三の層
は、それぞれ、Al, Ga, Inの少なくとも一つの元素とチ
ッ素と0.5 原子%以上50原子%以下の水素を含む非単結
晶材料で構成されている。
The first layer constituting the active layer of the present invention,
The second layer and the third layer provided on the active layer contain at least one element of Al, Ga, and In, nitrogen, and 0.5 to 50 atomic% of hydrogen, respectively. It is made of a non-single-crystal material.

【0020】本発明において、非単結晶とは、非晶質あ
るいは微結晶であることを意味し、非晶質相、微結晶
相、微結晶相と非晶質相の混合状態のいずれであっても
良い。微結晶の結晶系は、立方晶系あるいは6方晶系の
いずれか一つであってもよく、また、複数の結晶系が混
合された状態でもよい。なお、微結晶の大きさは5nm
から5μmであり、X線回折や電子線回折および断面の
電子顕微鏡写真を用いた形状測定などによって測定する
ことができる。ここで、非晶質とは、例えば、透過電子
線回折パターンにおいて全くリング状の回折パターンが
なくぼんやりしたハローパターンの完全に長距離秩序の
欠如しているものから、ハローパターンの中にリング状
の回折パターンが見られるもの、さらにその中に輝点が
見られるものまでを指している。このような膜は透過電
子線回折より広範囲を観測するX線回折測定において
は、ほとんど何のピークも得られないことが多い。ま
た、微結晶とは、例えば、透過電子線回折パターンにお
いてリング状の回折パターンとともに輝点が多数見られ
るもの、スポット状の輝点のみ見られるものを指してい
る。微結晶からなる膜は、X線回折測定においては、わ
ずかに結晶面に相当するピークが得られるが、多結晶で
あると、ピーク強度が単結晶にくらべて弱く、かつ、ピ
ーク幅が単結晶に比べて広いことが多い。このような、
非晶質あるいは微結晶の材料を用いることで、自由な基
板材料に低温で成膜することができるため、低コスト
で、形状、サイズに制限がなく、高機能な光半導体素子
を作製することができる。
In the present invention, the term non-single crystal means that it is amorphous or microcrystalline, and it means any of an amorphous phase, a microcrystalline phase, and a mixed state of a microcrystalline phase and an amorphous phase. May be. The crystal system of the microcrystal may be any one of a cubic system and a hexagonal system, or a state in which a plurality of crystal systems are mixed. The size of the microcrystal is 5 nm.
And 5 μm, and can be measured by X-ray diffraction, electron diffraction, shape measurement using an electron micrograph of a cross section, or the like. Here, the term “amorphous” refers to, for example, a halo pattern in which there is no ring-like diffraction pattern in the transmission electron beam diffraction pattern and the halo pattern completely lacks long-range order. , And those in which luminescent spots are seen. In such a film, almost no peak is often obtained in X-ray diffraction measurement for observing a wider range than transmission electron beam diffraction. The microcrystal refers to, for example, a transmission electron beam diffraction pattern in which a large number of bright spots are observed together with a ring-shaped diffraction pattern, or a microcrystal in which only spot-shaped bright spots are observed. In a film composed of microcrystals, in X-ray diffraction measurement, a peak slightly corresponding to a crystal plane is obtained. However, in the case of a polycrystalline film, the peak intensity is weaker than that of a single crystal, and the peak width is single crystal. Often larger than. like this,
By using an amorphous or microcrystalline material, a film can be formed on a free substrate material at a low temperature, so that a high-performance optical semiconductor element can be manufactured at low cost without any limitation in shape and size. Can be.

【0021】本発明の非単結晶材料は、周期律表におけ
るIII 族元素として、Al,Ga,Inの少なくとも一つを有し
ている。膜の光学ギャップは、これらIII 族元素の混合
比によって任意にかえることができる。例えば、GaN:H
膜の光学ギャップ3.2-3.5eVを基準にすると、これにAl
を加えることによって6.5eV 程度まで大きくすることが
でき、紫外領域にも対応でき、Inを加えることによって
1.9eV 程度まで変化させることができ、可視領域にも対
応できる。
The non-single-crystal material of the present invention has at least one of Al, Ga and In as a group III element in the periodic table. The optical gap of the film can be arbitrarily changed depending on the mixing ratio of these group III elements. For example, GaN: H
Based on the optical gap of the film, 3.2-3.5 eV,
Can be increased to about 6.5 eV by adding
It can be changed to about 1.9 eV, and it can be used in the visible region.

【0022】また、本発明の非単結晶材料は、V族元素
として、チッ素を含有している。V族元素として、チッ
素を選ぶことによって組成比がストイキオメトリック状
態を保ちやすくしたものである。
The non-single-crystal material of the present invention contains nitrogen as a group V element. By selecting nitrogen as the group V element, the composition ratio can easily maintain the stoichiometric state.

【0023】本発明の非単結晶材料中のAl,Ga,Inの原子
数の総和をx、チッ素の原子数をyとした場合に、xと
yとの比が、1.0:0.5 から1.0:2.0 の間にあることが好
ましい。xとyとの比が、この範囲外であると、III 族
元素と窒素との結合において立方晶や閃亜鉛鉱(Zincble
nde)型を取る部分が少なくなり、その結果、欠陥が多く
なり、良好な半導体として機能しなくなる。非単結晶材
料中の各元素組成はX線光電子分光(XPS)、エレク
トロンマイクロプローブ、ラザフォードバックスキャタ
リング(RBS)、二次イオン質量分析計等の方法で測
定することができる。
When the total number of atoms of Al, Ga, and In in the non-single-crystal material of the present invention is x and the number of atoms of nitrogen is y, the ratio of x to y is 1.0: 0.5 to 1.0. : 2.0. If the ratio of x to y is out of this range, the bond between the group III element and nitrogen will be cubic or zincblende.
The number of parts that take the nde) type is reduced, and as a result, the number of defects increases and the semiconductor does not function as a good semiconductor. The composition of each element in the non-single-crystal material can be measured by a method such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron microprobe, Rutherford back scattering (RBS), or secondary ion mass spectrometer.

【0024】本発明の非単結晶材料中の水素濃度は、0.
5 原子%以上50原子%以下の範囲になければならない。
3次元的な構造を維持しながら非晶質構造を実現するた
めには、III 族元素と窒素の両方に未結合手が発生す
る。また、微結晶により3次元的構造を実現するために
は、粒界においてIII 族元素と窒素の両方に未結合手が
発生する。この未結合手を補償するために水素またはハ
ロゲン等の一配位の原子を用いることができる。本発明
においては、水素により、このような未結合手を補償す
るため、水素がIII 族元素と窒素に共に結合するように
する。従って、 非単結晶材料に含まれる水素が0.5 原
子%未満では、結晶粒界での結合欠陥、非晶質相内部で
の結合欠陥、および未結合手を、水素との結合によって
なくし、バンド内に形成する欠陥準位を不活性化するの
に不十分であり、結合欠陥や構造欠陥が維持される結
果、暗抵抗が低下し、光感度がなくなるため、実用的な
光導電体として機能することができない。また、無輻射
過程の再結合中心が増加するため発光効率が低下し発光
素子として機能できない。一方、非単結晶材料に含まれ
る水素が50原子%をこえると、水素がIII 族元素および
窒素に2つ以上結合する確率が増え、これらの元素が3
次元構造を保たず、2次元および鎖状のネットワークを
形成するようになり、とくに結晶粒界でボイドを多量に
発生するため結果としてバンド内に新たな準位を形成
し、電気的な特性が劣化するとともに、硬度などの機械
的性質が低下する。さらに膜が酸化されやすくなり、結
果として膜中に不純物欠陥が多量に発生することとにな
り、良好な光電気特性が得られなくなる。また、非単結
晶材料に含まれる水素が50原子%をこえると、電気的特
性を制御するためにドープするドーパントを水素が不活
性化するようになるため、結果として、電気的に活性な
非晶質あるいは微結晶からなる非単結晶光半導体が得ら
れない。水素量についてはハイドロジェンフォワードス
キャタリング(HFS)により絶対値を測定することが
できる。また加熱による水素放出量の測定あるいは赤外
吸収スペクトルの測定によっても推定することができ
る。
The hydrogen concentration in the non-single-crystal material of the present invention is 0.1%.
Must be in the range of 5 atomic% to 50 atomic%.
In order to realize an amorphous structure while maintaining a three-dimensional structure, dangling bonds are generated in both the group III element and nitrogen. Further, in order to realize a three-dimensional structure using microcrystals, dangling bonds are generated in both the group III element and nitrogen at the grain boundaries. In order to compensate for this dangling bond, a one-coordinate atom such as hydrogen or halogen can be used. In the present invention, in order to compensate for such dangling bonds, the hydrogen is bonded to the group III element and the nitrogen together. Therefore, if the non-single-crystal material contains less than 0.5 atomic% of hydrogen, bonding defects at the crystal grain boundaries, bonding defects inside the amorphous phase, and dangling bonds are eliminated by bonding with hydrogen, and the band inside the band is eliminated. Insufficient to inactivate the defect levels formed in the substrate, and as a result of maintaining the coupling defects and structural defects, the dark resistance is reduced and the photosensitivity is lost, so that it functions as a practical photoconductor. Can not do. Further, since the number of recombination centers in the non-radiation process increases, the luminous efficiency decreases, and the device cannot function as a light emitting element. On the other hand, if the amount of hydrogen contained in the non-single-crystal material exceeds 50 atomic%, the probability of hydrogen bonding to two or more group III elements and nitrogen increases, and these elements become 3%.
Instead of maintaining a two-dimensional structure, a two-dimensional and chain-like network is formed. In particular, a large number of voids are generated at the grain boundaries, resulting in the formation of a new level in the band and the electrical characteristics. And mechanical properties such as hardness are reduced. Further, the film is easily oxidized, and as a result, a large amount of impurity defects are generated in the film, so that good photoelectric characteristics cannot be obtained. Further, when the hydrogen contained in the non-single-crystal material exceeds 50 atomic%, the dopant to be doped for controlling the electrical characteristics becomes inactivated by hydrogen, and as a result, the electrically active non-crystalline material becomes inactive. A non-single-crystal optical semiconductor made of crystalline or microcrystalline cannot be obtained. The absolute value of the amount of hydrogen can be measured by hydrogen forward scattering (HFS). It can also be estimated by measuring the amount of hydrogen released by heating or measuring the infrared absorption spectrum.

【0025】非単結晶材料における水素とIII 族元素、
水素と窒素、窒素とIII 族元素のそれぞれの結合状態は
赤外吸収スペクトルによって容易に測定することでき
る。すなわち、膜中の化学結合状態は、おもにIII 族元
素、窒素、および水素の結合状態と、その量関係によっ
て規定することが可能である。さらに不純物としての炭
素との関係を複合的にとらえることによって膜構造、さ
らには膜の特性を規定することができる。
Hydrogen and a group III element in a non-single crystal material,
The bonding state between hydrogen and nitrogen and between nitrogen and a group III element can be easily measured by infrared absorption spectrum. That is, the state of chemical bonding in the film can be defined mainly by the bonding state of the group III element, nitrogen, and hydrogen, and the quantity relation. Furthermore, the film structure and further the characteristics of the film can be defined by grasping the relationship with carbon as an impurity in a complex manner.

【0026】図3は、Siウェハーを基板として成膜した
膜の赤外吸収スペクトルの一例を示すスペクトル図であ
る。ここでは、III 族元素としてガリウムを用いている
ので、このスペクトルによれば、550 cm-1付近にGa-Nの
骨格振動による吸収ピークがある。測定結果から、この
550 cm-1付近のGa-Nの吸収ピークは、非晶質から微結晶
構造に近づくに従って、単一でシャープな形状を呈する
ようになることが分かっている。電子回折パターンから
判定した相状態と照合すると、具体的には、半値幅が25
0 cm-1以上では、非晶質であり、半値幅が200 cm-1以下
では、非晶質構造が主体ではあるが微結晶が混ざり始
め、半値幅が100 cm-1以下では、微結晶が主体となるこ
とが分かっている。一方、この吸収ピーク位置での吸収
帯は、例えば、C-H 結合などが膜中に多く含まれるよう
な有機的な膜では複数の吸収帯によって半値幅が300 cm
-1以上に広がることが分かっている。
FIG. 3 is a spectrum diagram showing an example of an infrared absorption spectrum of a film formed using a Si wafer as a substrate. Here, since gallium is used as the group III element, according to this spectrum, there is an absorption peak due to skeleton vibration of Ga-N near 550 cm −1 . From the measurement results,
It has been found that the absorption peak of Ga-N near 550 cm -1 exhibits a single and sharp shape as it approaches the amorphous to microcrystalline structure. When compared with the phase state determined from the electron diffraction pattern, specifically, the half width is 25
At 0 cm -1 or more, it is amorphous, and when the half width is 200 cm -1 or less, the amorphous structure is mainly contained but microcrystals begin to mix, and when the half width is 100 cm -1 or less, microcrystals Is known to be the subject. On the other hand, the absorption band at this absorption peak position is, for example, a half width of 300 cm due to a plurality of absorption bands in an organic film containing a large amount of CH bonds and the like.
It is known to spread more than -1 .

【0027】本発明の非単結晶材料は、炭素等の含有量
が少ないことが好ましく、赤外吸収スペクトルにおける
Al, Ga, In原子とN原子の結合を示す吸収ピークの半値
幅が、300cm-1以下であることが好ましく、微結晶が、
多く含まれるほど、光導電特性、高速応答性が向上する
ため、Ga-Nの吸収ピーク(III -N)の半値幅は、150cm
-1以下がより好ましい。
The non-single-crystal material of the present invention preferably has a low content of carbon and the like, and has a low infrared absorption spectrum.
Al, Ga, the half width of the absorption peak indicating the bond between the In atom and the N atom is preferably 300 cm -1 or less, microcrystals,
The more included, the better the photoconductivity and high-speed response. Therefore, the half width of the absorption peak (III-N) of Ga-N is 150 cm.
-1 or less is more preferable.

【0028】本発明において、半値幅とは、III 族原子
と窒素との結合を主体とする吸収位置での複数のピーク
からなる吸収帯の場合も含みそのピークの最高強度とバ
ックグランドを除いた強度を1/2 とした位置での幅であ
る。あるいは低波数側が完全に測定できない場合には高
波数側の片側半分の半値幅を二倍としたものである。
In the present invention, the full width at half maximum includes an absorption band composed of a plurality of peaks at an absorption position mainly composed of a bond between a group III atom and nitrogen, and excludes the maximum intensity of the peak and the background. This is the width at the position where the strength is halved. Alternatively, when the low wave number side cannot be completely measured, the half value width of one half of the high wave number side is doubled.

【0029】また、吸収波長ピークは、非晶質である場
合と微結晶である場合とでは、波長が10〜40cm-1の範囲
で高波数側にシフトするが、同様な関係を適用する。さ
らに、III 族元素としてガリウムの他に、インジウム、
アルミニウム等を含む膜の赤外吸収スペクトルの場合に
おいても、同様な関係を適用することができる。例えば
Inを加えた場合には低波数側に10-50 cm-1シフトするが
同様な関係を適用する。このほかの結合に由来する吸収
ピークも同様に状態や含有元素によりシフトするが、吸
収ピーク強度関係は同様に扱う。
The peak of the absorption wavelength shifts to a higher wave number in the range of 10 to 40 cm -1 between the case of amorphous and the case of microcrystal, but the same relationship applies. In addition to gallium as a Group III element, indium,
The same relationship can be applied to the case of an infrared absorption spectrum of a film containing aluminum or the like. For example
When In is added, it shifts to the lower wavenumber side by 10-50 cm -1, but the same relation is applied. Absorption peaks due to other bonds also shift depending on the state and the contained elements, but the absorption peak intensity relation is handled in the same manner.

【0030】本発明の非単結晶材料中、酸素と炭素は、
合計で15原子%以下であることが望ましい。酸素が材料
中に含まれると、この酸素原子がIII 族元素のAl,Ga,In
と安定な結合を形成し、Al,Ga,Inと窒素原子による3次
元構造を部分的に2次元的柔構造を形成するため、電気
的制御のための置換型ドーパントが3次元剛構造の中で
電気的に活性な結合配置をとることを妨げることとな
り、結果としてpn制御ができない。一方、炭素が材料
中に含まれると、炭素と水素との結合はIII 族原子とし
てのAl,Ga,Inと水素との結合より安定であり、水素が炭
素と多く結合するようになり、さらに炭素は -CH2-, -C
H3結合を取りやすくなり鎖状構造やボイドの発生によ
り、材料全体として欠陥準位が増えると共にドーパント
をドープしたときに構造的柔軟性のためpn制御ができ
ない。また、ワイドギャップの材料では材料が着色して
黄色から茶褐色となるため光学的な特性も悪化する。な
お、膜中の酸素と炭素の濃度は、X線光電子分光(XP
S)、エレクトロンマイクロプローブ、ラザフォードバ
ックスキャタリング(RBS)、二次イオン質量分析計
等の方法で測定することができる。
In the non-single-crystal material of the present invention, oxygen and carbon are
It is desirable that the total amount be 15 atomic% or less. When oxygen is contained in the material, this oxygen atom becomes the group III element Al, Ga, In
To form a stable bond with Al, Ga, In, and nitrogen atoms to partially form a two-dimensional flexible structure. In this case, it is difficult to take an electrically active coupling arrangement, and as a result, pn control cannot be performed. On the other hand, when carbon is contained in the material, the bond between carbon and hydrogen is more stable than the bond between Al, Ga, In and hydrogen as Group III atoms, and more hydrogen is bonded to carbon. Carbon is -CH 2- , -C
The generation of likely chain structure and voids take of H 3 bond can not pn control for structural flexibility when the dopant was doped with defect level increases overall material. Further, in the case of a wide-gap material, the material is colored to change from yellow to brown, so that the optical characteristics are also deteriorated. The concentrations of oxygen and carbon in the film were determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XP
S), an electron microprobe, Rutherford back scattering (RBS), a secondary ion mass spectrometer, or the like.

【0031】本発明の非単結晶材料には、pn制御のた
めに他の元素を材料中にドープすることができる。n型
用の元素としては、Ia族のLi、Ib族のCu,Ag,Au、II
a族のMg、IIb族のZn、IVa族のSi,Ge,Sn,Pb 、IVb族
のS,Se,Te を用いることができる。p型用の元素として
はIa族のLi,Na,K 、Ib族のCu,Ag,Au、IIa族のBe,M
g,Ca,Sr,Ba,Ra 、IIb族のZn,Cd,Hg、IVa族のC,Si,Ge,
Sn,Pb 、IVb族のS,Se,Te 、VIa族のCr,Mo,W 、VIII族
のFe,Co,Niなどを用いることができる。
The non-single-crystal material of the present invention can be doped with another element for controlling pn. Elements for n-type include Li of the Ia group, Cu, Ag, Au, and II of the Ib group.
Mg of group a, Zn of group IIb, Si, Ge, Sn, Pb of group IVa, S, Se, Te of group IVb can be used. The p-type elements include Li, Na, K of the Ia group, Cu, Ag, Au of the Ib group, and Be, M of the IIa group.
g, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd, Hg of IIb group, C, Si, Ge, IVa group,
Sn, Pb, IVb group S, Se, Te, VIa group Cr, Mo, W, VIII group Fe, Co, Ni, etc. can be used.

【0032】ドーパントは活性化された水素のIII 族元
素および窒素への結合、即ち、活性化された水素による
欠陥準位のパッシベーションを阻害しないものが好まし
い。すなわち、活性化された水素が、III 族元素および
窒素と選択的に結合し、ドーパントに結合して不活性化
しないことが必要である。この点から、n型用の元素と
しては、特に、Si,Ge,Snが好ましく、p型用の元素とし
ては、特に、Be,Mg,Ca,Zn,Srが好ましい。
The dopant is preferably one that does not inhibit the bonding of activated hydrogen to the group III element and nitrogen, that is, the passivation of the defect level by the activated hydrogen. In other words, it is necessary that the activated hydrogen selectively binds to the group III element and nitrogen and binds to the dopant so that it is not inactivated. From this point, Si, Ge, and Sn are particularly preferable as the n-type element, and Be, Mg, Ca, Zn, and Sr are particularly preferable as the p-type element.

【0033】本発明の構造単位に含まれる各層の光学ギ
ャップは、第一の層が、2.0〜6.5eVの範囲にあ
ることが好ましく、第二の層の光学ギャップは、第一の
層の光学ギャップより小さいが、量子井戸層を形成する
点で、0.1〜3.0eV程度小さいことが好ましく、
0.1〜2.5eV程度小さいことがより好ましい。ま
た、第三の層の光学ギャップは、第二の層の光学ギャッ
プ以上であり、量子井戸層の壁の点で、0.1〜3.0
eV程度大きいことが好ましい。
The optical gap of each layer included in the structural unit of the present invention is preferably in the range of 2.0 to 6.5 eV for the first layer, and the optical gap of the second layer is preferably in the range of 2.0 to 6.5 eV. Although it is smaller than the optical gap of the layer, it is preferably smaller by about 0.1 to 3.0 eV from the viewpoint of forming the quantum well layer,
More preferably, it is smaller by about 0.1 to 2.5 eV. The optical gap of the third layer is equal to or larger than the optical gap of the second layer, and is 0.1 to 3.0 in terms of the wall of the quantum well layer.
It is preferable that it is as large as eV.

【0034】本発明の活性層を構成する前記第一の層と
前記第二の層の各層の層厚は、5〜200 Åであり、発光
の効率の点で、5〜150 Åがより好ましい。層厚が5Å
以下では量子井戸構造を形成できないため電子と正孔は
自由にバルク内を移動して無輻射の再結合センターに捕
獲されてしまう。一方、200 Å以上の層厚では量子井戸
構造の幅が広すぎて電子と正孔のバリア内での閉じ込め
効果が得られない。なお、前記第三の層の層厚は、量子
井戸層の形成と電流注入の点で、5〜500Åが好まし
い。
The thickness of each of the first layer and the second layer constituting the active layer of the present invention is 5 to 200 °, more preferably 5 to 150 ° from the viewpoint of light emission efficiency. . 5mm thick
In the following, since a quantum well structure cannot be formed, electrons and holes move freely in the bulk and are captured by the non-radiative recombination center. On the other hand, if the layer thickness is more than 200 mm, the width of the quantum well structure is too wide, and the effect of confining electrons and holes in the barrier cannot be obtained. The thickness of the third layer is preferably 5 to 500 ° in view of formation of a quantum well layer and current injection.

【0035】本発明の中間層は、前記第一の層、第二の
層と同様、Al, Ga, Inの少なくとも一つの元素とチッ素
と0.5 原子%以上50原子%以下の水素を含む非単結晶材
料から構成されていることが好ましい。また、本発明の
中間層の少なくとも一つは、第二の層の光学ギャップよ
り大きい光学ギャップを有することが好ましい。具体的
には、0.1〜3.0eV程度大きい光学ギャップとす
ることが好ましい。このようにすることによってどちら
か一方の層から光入力や光出力を行うことができる。ま
た、本発明の中間層の層厚は、光の出入力と電流注入量
の点で、5Å〜2μmが好ましい。
Like the first and second layers, the intermediate layer according to the present invention is a non-metal layer containing at least one element of Al, Ga, and In, nitrogen and 0.5 to 50 atomic% of hydrogen. It is preferable to be composed of a single crystal material. Further, it is preferable that at least one of the intermediate layers of the present invention has an optical gap larger than the optical gap of the second layer. Specifically, it is preferable to make the optical gap larger by about 0.1 to 3.0 eV. In this manner, light input or light output can be performed from one of the layers. In addition, the thickness of the intermediate layer of the present invention is preferably 5 ° to 2 μm in terms of light input / output and current injection amount.

【0036】本発明の基板は、導電性でも絶縁性でも良
く、結晶あるいは非晶質でも良い。導電性基板として
は、アルミニウム、ステンレススチール、ニッケル、ク
ロム等の金属及びその合金結晶、Si,GaAs,GaP,GaN,SiC,
ZnOなどの半導体を挙げることができる。また、基板表
面に導電化処理を施した絶縁性基板を使用することもで
きる。絶縁性基板としては、高分子フィルム、ガラス、
石英、セラミック等を挙げることができる。導電化処理
は、上記の金属又は金、銀、銅等を蒸着法、スパッター
法、イオンプレーティング法などにより成膜して行う。
特に、光入力や光出力を行こなう側に設けられる基板と
しては、光入力や光出力を行う光の波長に対して透明な
ものを使用する。光の入出力用の透明導電性基板の透光
性支持体としては、ガラス、石英、サファイア、MgO, L
iF,CaF2等の透明な無機材料、また、弗素樹脂、ポリエ
ステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレ
ンテレフタレート、エポキシ等の透明な有機樹脂のフィ
ルムまたは板状体、さらにまた、オプチカルファイバ
ー、セルフォック光学プレート等が使用できる。
The substrate of the present invention may be conductive or insulating, and may be crystalline or amorphous. As the conductive substrate, metals such as aluminum, stainless steel, nickel, chromium and their alloy crystals, Si, GaAs, GaP, GaN, SiC,
A semiconductor such as ZnO can be given. Alternatively, an insulating substrate having a substrate surface subjected to a conductive treatment can be used. As the insulating substrate, polymer film, glass,
Quartz, ceramic and the like can be mentioned. The conductive treatment is performed by forming a film of the above metal, gold, silver, copper, or the like by an evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, or the like.
In particular, a substrate that is provided on the side that performs light input and light output is one that is transparent to the wavelength of light that performs light input and light output. Glass, quartz, sapphire, MgO, L
iF, transparent inorganic materials such as CaF 2, also fluorine resin, polyester, polycarbonate, polyethylene, polyethylene terephthalate, film or plate-like body of a transparent organic resin such as epoxy, furthermore, Opti Cal fiber, SELFOC optical plate etc. Can be used.

【0037】本発明の電極としては、公知の電極を使用
することができるが、特に、光入力や光出力を行こなう
側に設けられる電極としては、光入力や光出力を行う光
の波長に対して透明なものを使用する。上記透光性支持
体上に設ける透光性電極としては、ITO、酸化亜鉛、酸
化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅等の透明導電
性材料を用い、蒸着、イオンプレーティング、スパッタ
リング等の方法により形成したもの、あるいはAl,Ni,Au
等の金属を蒸着やスパッタリングにより半透明になる程
度に薄く形成したものが用いられる。
As the electrode of the present invention, a known electrode can be used. In particular, the electrode provided on the side that performs light input and light output has a wavelength of light that performs light input and light output. Use a transparent one. As the light-transmitting electrode provided on the light-transmitting support, a transparent conductive material such as ITO, zinc oxide, tin oxide, lead oxide, indium oxide, or copper iodide is used, and evaporation, ion plating, sputtering, or the like is used. Or Al, Ni, Au
And the like are formed by vapor deposition or sputtering so as to be thin enough to be translucent.

【0038】本発明の光半導体素子は、透明基板上に、
第一の層と第二の層を2回以上積層してなる構造とする
こともできる。これらの層を2回以上積層することによ
り、量子井戸構造として機能する層の信頼性を向上し、
高効率化が可能となる。また、電流注入効率を向上させ
るために、基板と第一の中間層あるいは第二の中間層と
電極の間には、さらに高濃度のドーピングを行った膜で
あるp+ 層あるいはn+ 層を挿入しても良いし、第一の
中間層と第一の層あるいは第二の中間層と第二の層の間
に低濃度のドーピングを行った膜であるp- 層あるいは
- 層を挿入しても良い。さらに、透明性や障壁の形成
のために、これらのp型、i型、n型の層は各々異なる
AlxGayInz(x=0-1.0,y=0-1.0,z=0-1.0)で表せるAl,Ga,In
とNの組成を持っていてもよいし、p型、i型、n型そ
れぞれの膜が、複数のAlxGayInzN:H(x=0-1.0,y=0-1.0,z
=0-1.0)の組成から成っていてもよい。
The optical semiconductor device of the present invention is provided on a transparent substrate.
A structure in which the first layer and the second layer are laminated two or more times may be employed. By stacking these layers two or more times, the reliability of the layer functioning as a quantum well structure is improved,
High efficiency can be achieved. Further, in order to improve the current injection efficiency, a p + layer or an n + layer, which is a film with a higher concentration of doping, is provided between the substrate and the first intermediate layer or the second intermediate layer and the electrode. A p - layer or n - layer, which is a lightly doped film, may be inserted between the first intermediate layer and the first layer or the second intermediate layer and the second layer. You may. Furthermore, these p-type, i-type, and n-type layers are different from each other for transparency and formation of a barrier.
Al, Ga, In represented by Al x Ga y In z (x = 0-1.0, y = 0-1.0, z = 0-1.0)
And N composition, and each of the p-type, i-type, and n-type films has a plurality of Al x Ga y In z N: H (x = 0-1.0, y = 0-1.0, z
= 0-1.0).

【0039】(光半導体素子の製造方法)本発明の光半
導体素子は、上記の通り、非晶質あるいは微結晶からな
る非単結晶材料を積層することによって、製造される。
そこで、まず、非単結晶材料の製造方法から説明する。
(Method of Manufacturing Optical Semiconductor Device) As described above, the optical semiconductor device of the present invention is manufactured by laminating a non-single-crystal material made of amorphous or microcrystalline.
Therefore, a method for manufacturing a non-single-crystal material will be described first.

【0040】本発明の非単結晶材料は、窒素を含む化合
物を活性化した活性種と、周期律表におけるIII 族元素
を含む有機金属化合物とを、活性化された水素を含む雰
囲気下で反応させ、基板上に膜として形成される。上記
の製造方法は、周期律表におけるIII 族元素の供給原料
として有機金属化合物を用いる点、および活性化された
窒素および水素との反応を低温で行う点に、特徴があ
る。
The non-single-crystal material of the present invention reacts an active species that has activated a compound containing nitrogen with an organometallic compound containing a Group III element in the periodic table in an atmosphere containing activated hydrogen. To form a film on the substrate. The above-described production method is characterized in that an organometallic compound is used as a raw material for a Group III element in the periodic table, and that the reaction with activated nitrogen and hydrogen is performed at a low temperature.

【0041】本発明の窒素を含む化合物の活性化とは、
窒素を含む化合物を、III 族元素を含む有機金属化合物
との反応に必要なエネルギー状態にすること、または、
窒素を含む化合物を分解して生成する励起種にすること
をいう。また、活性化された水素は、励起された水素ガ
スを活性化することにより得ることができる他、水素を
含有する化合物を活性化することにより得ることができ
る。水素を含有する化合物としては、水素分子、炭化水
素、ハロゲン化水素、有機金属化合物が挙げられ、不純
物が混入しない点で、水素分子が好ましい。また、放電
エネルギーにより形成される活性化水素と活性化窒素と
は独立に制御してもよいし、NH3 のような窒素と水素原
子を同時に含むガスを用いて同時に活性化してもよい。
この場合には、さらにH2 を加えてもよい。また、有機
金属化合物から活性水素が遊離生成する条件を用いるこ
ともできる。このようにすることで、基板上には活性化
されたIII 族原子、窒素原子が制御された状態で存在
し、かつ水素原子がメチル基やエチル基をメタンやエタ
ン等の不活性分子にするために低温にも拘わらず、炭素
がほとんど入らないか、極く低量の、膜欠陥が抑えられ
た非晶質あるいは微結晶の膜が形成できる。
The activation of the nitrogen-containing compound of the present invention means
Bringing the compound containing nitrogen into the energy state required for reaction with the organometallic compound containing a group III element, or
It means that a compound containing nitrogen is decomposed into excited species. In addition, activated hydrogen can be obtained by activating an excited hydrogen gas or by activating a compound containing hydrogen. Examples of the compound containing hydrogen include a hydrogen molecule, a hydrocarbon, a hydrogen halide, and an organometallic compound, and a hydrogen molecule is preferable because impurities are not mixed. The activated hydrogen and activated nitrogen formed by the discharge energy may be controlled independently, or may be activated simultaneously using a gas containing both nitrogen and hydrogen atoms, such as NH 3 .
In this case, H 2 may be further added. Further, a condition under which active hydrogen is liberated from the organometallic compound may be used. In this way, activated group III atoms and nitrogen atoms are present on the substrate in a controlled state, and hydrogen atoms convert methyl and ethyl groups into inert molecules such as methane and ethane. Therefore, despite the low temperature, an amorphous or microcrystalline film with little or no amount of carbon and with reduced film defects can be formed.

【0042】活性化手段としては、高周波放電、マイク
ロ波放電、エレクトロサイクロトロン共鳴方式、または
ヘリコンプラズマ方式等を用いることができる。これら
活性化手段は、単独で用いても良いし、二つ以上を組み
合わせて用いてもよい。また、高周波発放電同士、マイ
クロ波放電同士、またはエレクトロンサイクロトロン共
鳴方式同士を組み合わせて用いてもよい。また、高周波
放電の場合は、誘導型でも容量型でも良い。異なる活性
化手段(励起手段)を用いる場合には、同じ圧力で同時
に放電が生起できるようにする必要があり、放電管内と
成膜部に圧力差を設けても良い。また、同一圧力で行う
場合、異なる活性化手段(励起手段)、例えば、マイク
ロ波と高周波放電を用いると、励起種の励起エネルギー
を大きく変えることができ、膜質制御に有効である。
As the activating means, a high-frequency discharge, a microwave discharge, an electrocyclotron resonance method, a helicon plasma method, or the like can be used. These activation means may be used alone or in combination of two or more. Further, high frequency discharges, microwave discharges, or electron cyclotron resonance methods may be used in combination. In the case of high-frequency discharge, it may be an induction type or a capacitance type. When different activating means (exciting means) are used, it is necessary to enable simultaneous discharge at the same pressure, and a pressure difference may be provided between the inside of the discharge tube and the film forming unit. When the same pressure is used, when different activating means (exciting means), for example, a microwave and a high-frequency discharge are used, the excitation energy of the excited species can be largely changed, which is effective for controlling the film quality.

【0043】本発明の周期律表におけるIII 族元素を含
む有機金属化合物としては、トリメチルアルミニウム、
トリエチルアルミニウム、ターシャリーブチルアルミニ
ウム、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、ター
シャリーブチルガリウム、トリメチルインジウム、トリ
エチルインジウム、ターシャリーブチルインジウムなど
の液体や固体を気化して単独にあるいはキャリアガスで
バブリングすることによって混合状態で使用することが
できる。
The organometallic compound containing a Group III element in the periodic table of the present invention includes trimethylaluminum,
Liquid or solid such as triethyl aluminum, tertiary butyl aluminum, trimethyl gallium, triethyl gallium, tertiary butyl gallium, trimethyl indium, triethyl indium, tertiary butyl indium, etc. are vaporized and mixed alone or by bubbling with a carrier gas Can be used with

【0044】本発明の窒素を含む化合物としては、 N
2 、NH3 、NF3 、N2H4、メチルヒドラジンなどの気体、
液体の窒素化合物を、用いることができる。
The compounds containing nitrogen of the present invention include N
2, NH 3, NF 3, N 2 H 4, a gas such as methylhydrazine,
Liquid nitrogen compounds can be used.

【0045】本発明の非単結晶光半導体は反応性蒸着法
やイオンプレーティング、リアクティブスパッターなど
においては、原料あるいは補助原料に水素が無い場合が
多いので、水素を含ませるため、少なくとも活性化され
た水素の雰囲気下で成膜を行うことにより得ることがで
きる。
In the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention, there are many cases where the raw material or the auxiliary raw material does not contain hydrogen in the reactive evaporation method, ion plating, reactive sputtering, and the like. It can be obtained by performing film formation in an atmosphere of hydrogen that has been performed.

【0046】以下、本発明の非単結晶材料の製造方法
を、使用する製造装置とともに、具体的に説明する。図
4は、プラズマ活性化MOCVD法に用いる装置の概略
図である。プラズマ活性化MOCVD法は、プラズマを
活性化手段とする薄膜作製方法である。図4において、
11は真空に排気しうる容器、12は排気口、13は基
板ホルダー、14は基板加熱用のヒーター、15,16
は容器11に接続された石英管であり、それぞれガス導
入管19,20に連通している。また、石英管15には
ガス導入管22が接続され、石英管16にはガス導入管
22が接続されている。
Hereinafter, the method for producing a non-single-crystal material of the present invention will be specifically described together with the production apparatus used. FIG. 4 is a schematic view of an apparatus used for the plasma-activated MOCVD method. The plasma-activated MOCVD method is a method for producing a thin film using plasma as an activating means. In FIG.
Numeral 11 denotes a container which can be evacuated to vacuum, 12 denotes an exhaust port, 13 denotes a substrate holder, 14 denotes a heater for heating the substrate, 15, 16
Is a quartz tube connected to the container 11 and communicates with the gas introduction tubes 19 and 20, respectively. Further, a gas introduction tube 22 is connected to the quartz tube 15, and a gas introduction tube 22 is connected to the quartz tube 16.

【0047】この装置においては、窒素源として、例え
ば、N2 を用いガス導入管19から石英管15に導入す
る。マグネトロンを用いたマイクロ波発振器(図示せ
ず)に接続されたマイクロ導波管18に2.45 GHzのマイ
クロ波が供給され石英管15内に放電を発生させる。こ
れによりN2 が活性化され、活性種が容器11中に導入
される。別のガス導入口20から、水素元素源として、
例えば、H2 を石英管16に導入する。高周波発振器
(図示せず)から高周波コイル17に13.56MHzの高周波
を供給し、石英管16内に放電を発生させる。これによ
りH2 が活性化され、活性種が容器11中に導入され
る。放電空間の下流側よりトリメチルガリウムをガス導
入管22より導入することによって、窒素を活性化した
活性種と、水素を活性化した活性種と、トリメチルガリ
ウムとを、反応させ、基板上に水素を含んだ非晶質ある
いは微結晶の非単結晶チッ化ガリウム光半導体を成膜す
ることができる。
In this apparatus, for example, N 2 is used as a nitrogen source and introduced into the quartz tube 15 from the gas introduction tube 19. A microwave of 2.45 GHz is supplied to a micro waveguide 18 connected to a microwave oscillator (not shown) using a magnetron to generate a discharge in the quartz tube 15. Thereby, N 2 is activated, and the active species is introduced into the container 11. From another gas inlet 20, as a hydrogen element source,
For example, H 2 is introduced into the quartz tube 16. A high frequency of 13.56 MHz is supplied to a high frequency coil 17 from a high frequency oscillator (not shown) to generate a discharge in the quartz tube 16. Thereby, H 2 is activated, and the active species is introduced into the container 11. By introducing trimethylgallium from the gas introduction pipe 22 from the downstream side of the discharge space, the activated species that has activated nitrogen, the activated species that has activated hydrogen, and trimethylgallium react with each other, and hydrogen is deposited on the substrate. An amorphous or microcrystalline non-single-crystal gallium nitride optical semiconductor can be formed.

【0048】本発明の非単結晶材料が、非晶質あるいは
微結晶になるかは、基板の種類、基板温度、ガスの流量
・圧力、放電出力等の条件に依存する。また、光学ギャ
ップの値を決定する非単結晶材料の組成は、原料ガスと
キャリアガスの濃度・流量に依存する。また、膜厚は、
原料ガスとキャリアガスの濃度・流量の他、放電のエネ
ルギーにも依存する。ただし、膜厚の制御に関しては、
成膜時間の制御によるものが好ましい。
Whether the non-single-crystal material of the present invention becomes amorphous or microcrystalline depends on conditions such as the type of substrate, substrate temperature, gas flow rate / pressure, discharge output and the like. Further, the composition of the non-single-crystal material that determines the value of the optical gap depends on the concentrations and flow rates of the source gas and the carrier gas. The film thickness is
It depends not only on the concentration and flow rate of the source gas and the carrier gas, but also on the energy of the discharge. However, regarding the control of the film thickness,
It is preferable to control the film formation time.

【0049】基板の種類は、結晶性の基板あるいは表面
をエッチング処理した結晶基板の場合に、微結晶となり
やすく、例えば、Si基板等を好適に用いることができ
る。また、基板温度は、非単結晶とするためには100 ℃
〜600 ℃が好ましく、基板温度が300 ℃より高い場合に
微結晶になりやすく、好ましい。
As for the type of the substrate, in the case of a crystalline substrate or a crystalline substrate whose surface has been subjected to etching treatment, it tends to become microcrystalline. For example, a Si substrate or the like can be suitably used. In addition, the substrate temperature is set to 100 ° C. for non-single crystal.
To 600 ° C. is preferable, and when the substrate temperature is higher than 300 ° C., microcrystals are easily formed, which is preferable.

【0050】各種原料ガスの導入は、ガス導入口から行
われ、キャリアガスとしては、水素,N2 、メタン、エタ
ンなどの炭化水素、CF4 , C2F6などのハロゲン化炭素な
どを用いることができる。原料ガスの実質的流量は、膜
質等の点で、0.001〜10sccmとすることが好まし
い。また、III 族原料ガスの流量が少ない場合に、微結
晶になりやすく好ましい。ただし、基板温度とIII 族原
料ガスの流量とでは、基板温度の影響の方が大きく、基
板温度が300 ℃より高い場合には、III 族族原料ガスの
流量が多い場合でも微結晶となりやすい。一方、III 族
原料ガスの流量が多く、かつ、放電出力が不足する場合
には、有機物的な膜になりやすく、好ましくない。
Various raw material gases are introduced from a gas inlet, and as a carrier gas, hydrocarbons such as hydrogen, N 2 , methane and ethane, and halogenated carbons such as CF 4 and C 2 F 6 are used. be able to. The substantial flow rate of the source gas is preferably 0.001 to 10 sccm from the viewpoint of film quality and the like. When the flow rate of the group III source gas is small, microcrystals are easily formed, which is preferable. However, the influence of the substrate temperature on the substrate temperature and the flow rate of the group III raw material gas is more significant. When the substrate temperature is higher than 300 ° C., even when the flow rate of the group III raw material gas is large, microcrystals are easily formed. On the other hand, when the flow rate of the group III source gas is large and the discharge output is insufficient, an organic film tends to be formed, which is not preferable.

【0051】特に、III 族元素を含む有機金属化合物
は、放電空間での生膜を避けるため、放電空間の下流側
(図3においては、ガス導入管11またはガス導入管12)
に設けたガス導入管より導入するのが好ましい。また、
数種のIII 族元素を含む有機金属化合物を導入する場合
には、同一のガス導入管から導入してもよく、異なるガ
ス導入管から導入しても良い。
In particular, the organometallic compound containing a group III element should be placed downstream of the discharge space (in FIG. 3, the gas introduction pipe 11 or the gas introduction pipe 12) in order to avoid film formation in the discharge space.
It is preferable to introduce the gas through the gas introduction pipe provided in the above. Also,
When introducing an organometallic compound containing several Group III elements, they may be introduced from the same gas introduction tube or from different gas introduction tubes.

【0052】また、C,Si,Ge,Snから選ばれた少なくとも
一つ以上の元素を含むガス、あるいはBe,Mg,Ca,Zn,Srか
ら選ばれた少なくとも1つ以上の元素を含むガスを導入
することによってn型、p型等任意の伝導型の非晶質あ
るいは微結晶のチッ化物半導体を得ることができる。C
の場合には条件によっては有機金属化合物の炭素を使用
してもよい。また、これらは、III 族元素を含む有機金
属化合物と同様に、放電空間の下流側に設けたガス導入
管より導入するのが好ましい。
Further, a gas containing at least one element selected from C, Si, Ge and Sn, or a gas containing at least one element selected from Be, Mg, Ca, Zn and Sr is used. By introduction, an amorphous or microcrystalline nitride semiconductor of any conductivity type such as n-type and p-type can be obtained. C
In this case, carbon of an organometallic compound may be used depending on the conditions. These are preferably introduced from a gas introduction pipe provided on the downstream side of the discharge space, like the organometallic compound containing a group III element.

【0053】C,Si,Ge,Snの元素源としては、SiH4 , Si2
H6 , GeH4 , GeF4 , SnH4 等の化合物を、Be,Mg,Ca,Zn,
Srの元素源としては、BeH2 , BeCl2 , BeCl4 ,ビスシク
ロペンタジエニルマグネシウム、ジメチルカルシウム、
ジメチルストロンチウム、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛
等の化合物をガス状態で用いることができる。ドーピン
グの方法としては、熱拡散法、イオン注入法等の公知の
方法を採用することができる。
As the element sources of C, Si, Ge and Sn, SiH 4 , Si 2
Compounds such as H 6 , GeH 4 , GeF 4 , SnH 4 are converted to Be, Mg, Ca, Zn,
Elemental sources of Sr include BeH 2 , BeCl 2 , BeCl 4 , biscyclopentadienyl magnesium, dimethyl calcium,
Compounds such as dimethylstrontium, dimethylzinc and diethylzinc can be used in a gaseous state. As a doping method, a known method such as a thermal diffusion method or an ion implantation method can be employed.

【0054】また、放電出力は、高い場合に、微結晶と
なりやすく、例えば、水素放電により活性水素を併用し
て生膜を行った場合には、行なわない場合よりも、微結
晶化を進めることができるので好ましい。
When the discharge output is high, microcrystals are apt to be formed. For example, when a film is formed using active hydrogen by hydrogen discharge in combination with the active film, microcrystallization is performed more than when no film is formed. Is preferred.

【0055】次に、図1に示した本発明の光半導体素子
の製造方法について説明する。導電性あるいは導電処理
した基板1上に、前記のプラズマ活性化MOCVD法を
用い、p型(あるいはn型)の非単結晶光半導体からな
る第一の中間層6を設け、この上に、Al, Ga, Inの少な
くとも一つ以上の元素とチッ素と水素を含む非単結晶か
らなる第一の層2と、Al, Ga, Inの少なくとも一つ以上
の元素とチッ素と水素を含み第一の層より光学ギャップ
の小さい非単結晶からなる第二の層3とを、原料ガスを
一定時間交互に切り替えたり、二つの放電のうち窒素原
子を含まない方の放電をon/offすることによって5〜100
Åの層厚で一組以上積層する。これらの層の組成や膜
厚の制御は、前記した通り、原料ガスとキャリアガスと
の濃度を変えても良いし、また流量を変えても良い、ま
た放電のエネルギーを変えても良い。膜厚の制御に対し
ては成膜時間の制御によるものが好ましい。この上に、
第一の層とおなじ非単結晶からなる第三の層4を積層
し、第三の層4上に、n型(あるいはp型)の非単結晶
光半導体からなる第二の中間層7を設け、この第二の中
間層7上に、透明電極8を積層する。
Next, a method of manufacturing the optical semiconductor device of the present invention shown in FIG. 1 will be described. A first intermediate layer 6 made of a p-type (or n-type) non-single-crystal optical semiconductor is provided on the conductive or conductive-processed substrate 1 by using the plasma-activated MOCVD method described above. , A first layer 2 made of a non-single crystal containing at least one element of Ga, In, nitrogen and hydrogen, and a first layer 2 containing at least one element of Al, Ga, In, nitrogen and hydrogen. The source gas is alternately switched between the first layer and the second layer 3 made of a non-single crystal having a smaller optical gap than a single layer for a certain period of time, or the discharge of two discharges that does not contain nitrogen atoms is turned on / off. Depending on 5 ~ 100
Laminate one or more sets with a thickness of Å. As described above, the composition and thickness of these layers may be controlled by changing the concentrations of the source gas and the carrier gas, by changing the flow rate, or by changing the discharge energy. It is preferable to control the film thickness by controlling the film forming time. On top of this,
A third layer 4 made of the same non-single crystal as the first layer is laminated, and a second intermediate layer 7 made of an n-type (or p-type) non-single-crystal optical semiconductor is formed on the third layer 4. The transparent electrode 8 is laminated on the second intermediate layer 7.

【0056】[0056]

【実施例】実施例1 図2に示す製造装置を用い、洗浄したAl基板、石英基
板、Siウェハーを基板ホルダー13に載せ、排気口12
を介して容器11内を真空排気後、ヒーター14により
基板を250℃に加熱した。N2 ガスをガス導入管19よ
り直径25mmの石英管15内に1000sccm導入し、マイクロ
波導波管18を介して2.45 GHzのマイクロ波を出力250W
にセットしチューナでマッチングを取り放電を行った。
この時の反射波は0Wであった。水素ガスはガス導入管2
0より直径30mmの石英管16内に100sccm導入した。マ
イクロ波の出力を200Wにセットした。反射波は0Wであっ
た。この状態でガス導入管22より0℃で保持されたト
リメチルガリウム(TMGa)の蒸気を、直接マスフローコン
トローラーを通して1sccm導入した。この時バラトロン
真空計で測定した反応圧力は66.5Paであった。成膜を30
分行いGaN:H膜を作製した。次に、ガス導入管22より5
0℃に保持したトリメチルインジウム(TMIn)を、窒素ガ
スをキャリアガスとして用い、圧力1.01×105Pa で、マ
スフローコントローラーを通して3sccm反応領域に導入
した。30秒毎にガス導入管22のバルブのon/offを10回
行い、GaInN:Hの層が10層となるように、GaN:Hの層とGa
InN:Hの層とを交互に積層した多層構造を作製した。各
層の厚さは別の単層の実験から、GaInN:H層厚が30Å、G
aN:H層厚が20Åと推定した。その後ガス導入管22のバ
ルブを閉じたままトリメチルガリウム(TMGa)だけで成膜
を30分行いGaN:H膜を作製し、光半導体素子を得た。
EXAMPLE 1 Using a manufacturing apparatus shown in FIG. 2, a cleaned Al substrate, a quartz substrate, and a Si wafer were placed on a substrate holder 13 and an exhaust port 12 was formed.
After the inside of the container 11 was evacuated through, the substrate was heated to 250 ° C. by the heater. N 2 gas is introduced from the gas introduction pipe 19 into the quartz tube 15 having a diameter of 25 mm at 1000 sccm, and a microwave of 2.45 GHz is output through the microwave waveguide 18 at 250 W.
, And matching was performed with a tuner to discharge.
The reflected wave at this time was 0W. Hydrogen gas is gas inlet pipe 2
100 sccm was introduced into a quartz tube 16 having a diameter of 30 mm from 0. The microwave output was set to 200W. The reflected wave was 0W. In this state, 1 sccm of trimethylgallium (TMGa) vapor kept at 0 ° C. was directly introduced from the gas introduction pipe 22 through the mass flow controller. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. 30 depositions
GaN: H film was prepared. Next, 5
Trimethylindium (TMIn) maintained at 0 ° C. was introduced into the 3 sccm reaction region through a mass flow controller at a pressure of 1.01 × 10 5 Pa using nitrogen gas as a carrier gas. The valve of the gas introduction pipe 22 is turned on / off 10 times every 30 seconds, and the GaN: H layer and the GaInN: H layer are
A multilayer structure in which InN: H layers were alternately laminated was produced. From the experiment of another single layer, the thickness of each layer was GaInN: H layer thickness of 30Å, G
The aN: H layer thickness was estimated to be 20Å. Thereafter, a film of only trimethylgallium (TMGa) was formed for 30 minutes while the valve of the gas introduction pipe 22 was closed to produce a GaN: H film, and an optical semiconductor device was obtained.

【0057】得られた光半導体素子のGaN:H膜と同じ条
件で作製した膜の組成をRBS(ラザフォード・バック
ースキャタリング)にて測定したところGa/N比1.0で化
学量論化となっていた。炭素(C)は5原子%以下であ
り、酸素(O)は検出できなかった。また、HFS測定に
よる水素は25原子%であった。IRスペクトル測定によ
って、水素は、Ga-H,N-HとしてこのGaN膜中に含まれて
いることが確認できた。また、Ga-N吸収は200cm-1でブ
ロードであり非晶質であることがわかった。なお、電子
線回折スペクトルでもハローパターンしか検出できず非
晶質であることを示していた。光学Gapは3.2eVであっ
た。また、得られた光半導体素子のGaInN:H膜と同条件
で作製した膜の組成をXPSにてRBS測定から校正し
た補正係数をもちいて測定したところGa/N比は1.0:0.2
でありまたNとの比は(Ga+In)/N比1.1でほぼ化学量論化
となっていた。単層の光学Gapは2.6eVであった。得られ
た光半導体素子の量子井戸構造を持つ多層膜をIRスペ
クトル測定によって測定したところほぼ単層のGaN:H膜
とかわりが無かった。この膜は透明であり光学Gapは3.0
eVであった。
The composition of the GaN: H film of the obtained optical semiconductor device was measured under the same conditions as that of the GaN: H film by RBS (Rutherford Backscattering), and the stoichiometry was obtained at a Ga / N ratio of 1.0. I was Carbon (C) was less than 5 atomic%, and oxygen (O) could not be detected. Also, the hydrogen content by HFS measurement was 25 atomic%. By IR spectrum measurement, it was confirmed that hydrogen was contained in the GaN film as Ga-H, NH. The Ga-N absorption was found to be broad at 200 cm -1 and amorphous. Note that only a halo pattern could be detected in the electron diffraction spectrum, indicating that the sample was amorphous. The optical gap was 3.2 eV. Further, the composition of the film manufactured under the same conditions as the GaInN: H film of the obtained optical semiconductor device was measured using a correction coefficient calibrated from the RBS measurement by XPS, and the Ga / N ratio was 1.0: 0.2.
The ratio with N was almost stoichiometric at (Ga + In) / N ratio 1.1. The optical gap of the single layer was 2.6 eV. When a multilayer film having a quantum well structure of the obtained optical semiconductor device was measured by IR spectrum measurement, it was substantially the same as a single-layer GaN: H film. This film is transparent and the optical gap is 3.0
eV.

【0058】得られた光半導体素子に、室温にてHe-Cd
レーザの連続紫外光を照射したところ緑色の明確な発光
が観測できた。また半透明の金電極を100 Å蒸着し、暗
抵抗を測定したところ10+15Ωcmであり、キセノン(X
e)ランプ光を照射したところ、応答は0.1s以下で明暗
比6桁以上の光導電性を示し紫外光の検出も可能であっ
た。
At room temperature, He-Cd
When the laser was irradiated with continuous ultraviolet light, a clear green light emission was observed. A semi-transparent gold electrode was deposited for 100 、 and the dark resistance was measured to be 10 +15 Ωcm. Xenon (X
e) When irradiated with lamp light, the response was 0.1 s or less, the photoconductivity was 6 digits or more, and ultraviolet light could be detected.

【0059】比較例1 実施例1と同じ製造装置を用い、同様の状態にセットし
て、実施例1と同じ基板上に、ガス導入管22より0℃
で保持されたトリメチルガリウム(TMGa)の蒸気を、直接
マスフローコントローラーを通して1sccm導入した。こ
の時バラトロン真空計で測定した反応圧力は66.5Paであ
った。ガス導入管22より50℃に保持したトリメチルイ
ンジウム(TMIn)を、窒素ガスをキャリアガスとして用
い、圧力1.01×105Pa で、マスフローコントローラーを
通して3sccm反応領域に導入して、60分間成膜を行いG
aInN:H膜を作製し、光半導体素子を得た。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 The same manufacturing apparatus as in Example 1 was used and set in the same state.
The vapor of trimethylgallium (TMGa) retained at was introduced at 1 sccm directly through a mass flow controller. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. Trimethylindium (TMIn) kept at 50 ° C. from the gas introduction pipe 22 was introduced into a 3 sccm reaction region through a mass flow controller at a pressure of 1.01 × 10 5 Pa using nitrogen gas as a carrier gas, and a film was formed for 60 minutes. G
An aInN: H film was prepared to obtain an optical semiconductor device.

【0060】得られた光半導体素子に、室温にてHe-Cd
レーザの連続紫外光を照射したところなんら発光は観測
できなかった。金電極を設け、暗抵抗を測定したところ
10+9Ωcmであり、キセノン(Xe)ランプ光を照射したと
ころ、応答は1s以上で明暗比1桁しか光導電性を示さな
かった。
At room temperature, He-Cd
No emission was observed when the laser was irradiated with continuous ultraviolet light. When a gold electrode was provided and dark resistance was measured
When irradiated with a xenon (Xe) lamp light at 10 +9 Ωcm, the response was 1 s or more, and the light-dark ratio was only one digit, indicating photoconductivity.

【0061】比較例2 実施例1と同じ製造装置を用い、同様の状態にセットし
て、実施例1と同じ基板上に、ガス導入管22より0℃
で保持されたトリメチルガリウム(TMGa)の蒸気を、直接
マスフローコントローラーを通して1sccm導入した。こ
の時バラトロン真空計で測定した反応圧力は66.5Paであ
った。60分間成膜を行いGaInN:H膜を作製し、光半導
体素子を得た。
Comparative Example 2 The same manufacturing apparatus as in Example 1 was used and set in a similar state.
The vapor of trimethylgallium (TMGa) retained at was introduced at 1 sccm directly through a mass flow controller. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. Film formation was performed for 60 minutes to produce a GaInN: H film, and an optical semiconductor device was obtained.

【0062】得られた光半導体素子に、室温にてHe-Cd
レーザの連続紫外光を照射したところ、紫外域も含め
て、なんら発光は観測できなかった。暗抵抗を測定した
ところ10+15Ωcmであり、キセノン(Xe)ランプ光を照
射したところ、応答は0.1s以下で明暗比4桁の光導電性
を示した。
At room temperature, He-Cd
Irradiation with continuous ultraviolet light from the laser showed no light emission including the ultraviolet region. When the dark resistance was measured, it was 10 +15 Ωcm. When irradiated with a xenon (Xe) lamp, the response was 0.1 s or less, and the photoconductivity was four orders of magnitude.

【0063】比較例3 実施例1と同じ製造装置を用い、同様の状態にセットし
て、実施例1と同じ基板上に、ガス導入管22より0℃
で保持されたトリメチルガリウム(TMGa)の蒸気を、直接
マスフローコントローラーを通して1sccm導入した。こ
の時バラトロン真空計で測定した反応圧力は66.5Paであ
った。成膜を30分行いGaN:H膜を作製した。次に、ガス
導入管22より50℃に保持したトリメチルインジウム(T
MIn)を、窒素ガスをキャリアガスとして用い、圧力1.01
×105Pa で、マスフローコントローラーを通して3sccm
反応領域に導入し、5分間連続的に成膜を行い、GaInN:
H膜を作製した。推定厚さは300 Åである。その後ガス
導入管22のバルブを閉じたままトリメチルガリウム(T
MGa)だけで成膜を30分行いGaN:H膜を作製し、光半導体
素子を得た。
COMPARATIVE EXAMPLE 3 The same manufacturing apparatus as in Example 1 was used and set in a similar state.
The vapor of trimethylgallium (TMGa) retained at was introduced at 1 sccm directly through a mass flow controller. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. Film formation was performed for 30 minutes to produce a GaN: H film. Next, trimethyl indium (T
MIn), using nitrogen gas as carrier gas, pressure 1.01
× 10 5 Pa, 3sccm through mass flow controller
Introduced into the reaction area, and formed a film continuously for 5 minutes.
An H film was prepared. The estimated thickness is 300 mm. Thereafter, with the valve of the gas introduction pipe 22 closed, trimethylgallium (T
MGa) alone to form a GaN: H film for 30 minutes to obtain an optical semiconductor device.

【0064】得られた光半導体素子は、透明で干渉色が
見えた。得られた光半導体素子を、室温にてHe-Cdレー
ザの連続紫外光を照射したところなんら発光は観測でき
なかった。暗抵抗を測定したところ10+9Ωcmであり、キ
セノン(Xe)ランプ光を照射したところ、応答は1s以上
で明暗比1桁しか光導電性を示さなかった。
The obtained optical semiconductor device was transparent and showed an interference color. When the obtained optical semiconductor element was irradiated with continuous ultraviolet light of a He-Cd laser at room temperature, no light emission was observed. The dark resistance was measured to be 10 +9 Ωcm, and when irradiated with a xenon (Xe) lamp light, the response was 1 s or more and the photoconductivity showed only one digit of the light-dark ratio.

【0065】実施例2 図2に示す製造装置を用い、洗浄したAl基板、石英基
板、Siウェハーを基板ホルダー13に載せ、排気口12
を介して容器11内を真空排気後、ヒーター14により
基板を350℃に加熱した。N2 ガスをガス導入管19よ
り直径25mmの石英管5内に1000sccm導入し、マイクロ波
導波管18を介して2.45GHzのマイクロ波を出力300Wに
セットしチューナでマッチングを取り放電を行った。こ
の時の反射波は0Wであった。水素ガスはガス導入管20
より直径30mmの石英管16内に100sccm導入した。マイ
クロ波の出力を200Wにセットした。反射波は0Wであっ
た。この状態でガス導入管22より−10℃で保持された
トリメチルガリウム(TMGa)の中に圧力1.01×105 Paの窒
素を導入し、直接マスフローコントローラーを通して2s
ccm導入した。この時バラトロン真空計で測定した反応
圧力は66.5Paであった。成膜を30分行いGaN:H膜を作製
した。次に、ガス導入管22より50℃に保持したトリメ
チルインジウム(TMIn)を、窒素ガスをキャリアガスとし
て用い、圧力1.01×105Pa で、マスフローコントローラ
ーを通して2sccm反応領域に導入した。30秒毎にガス導
入管22のバルブのon/offを10回行い、GaInN:Hの層が1
0層となるように、GaN:Hの層とGaInN:Hの層とを交互に
積層した多層構造を作製した。各層の厚さは別の単層の
実験から、GaInN:H層厚が20Å、GaN:H層厚が15Åと推定
した。その後ガス導入管22のバルブを閉じたままトリ
メチルガリウム(TMGa)だけで成膜を30分行いGaN:H膜を
作製し、光半導体素子を得た。
Example 2 Using the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, a cleaned Al substrate, a quartz substrate, and a Si wafer were placed on a substrate holder 13 and an exhaust port 12
After evacuation of the inside of the container 11 through, the substrate was heated to 350 ° C. by the heater. N 2 gas was introduced into the quartz tube 5 having a diameter of 25 mm from the gas introduction tube 19 at a flow rate of 1000 sccm, and a microwave of 2.45 GHz was set to an output of 300 W via the microwave waveguide 18. The reflected wave at this time was 0W. Hydrogen gas is introduced into the gas introduction pipe 20
100 sccm was introduced into a quartz tube 16 having a diameter of 30 mm. The microwave output was set to 200W. The reflected wave was 0W. In this state, nitrogen at a pressure of 1.01 × 10 5 Pa was introduced into trimethylgallium (TMGa) kept at −10 ° C. from the gas introduction pipe 22 and directly passed through a mass flow controller for 2 seconds.
ccm introduced. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. Film formation was performed for 30 minutes to produce a GaN: H film. Next, trimethylindium (TMIn) kept at 50 ° C. was introduced into the 2 sccm reaction region from the gas introduction tube 22 through a mass flow controller at a pressure of 1.01 × 10 5 Pa using nitrogen gas as a carrier gas. The valve of the gas introduction pipe 22 is turned on / off 10 times every 30 seconds, and the GaInN: H layer is
A multilayer structure in which GaN: H layers and GaInN: H layers were alternately laminated so as to have 0 layers was produced. The thickness of each layer was estimated from the experiment of another single layer to be 20N for the GaInN: H layer and 15Å for the GaN: H layer. Thereafter, a film of only trimethylgallium (TMGa) was formed for 30 minutes while the valve of the gas introduction pipe 22 was closed to produce a GaN: H film, and an optical semiconductor device was obtained.

【0066】得られた光半導体素子のGaN:H膜と同じ条
件で作製した膜の組成をRBS(ラザフォード・バック
ースキャタリング)にて測定したところGa/N比0.9で化
学量論化となっていた。炭素(C)は12原子%以下であ
り、酸素(O)は検出できなかった。また、HFS測定に
よる水素は25原子%であった。IRスペクトル測定によ
って、水素は、Ga-H,N-HとしてこのGaN膜中に含まれて
いることが確認できた。また、Ga-N吸収はシャープで半
値幅が70cm-1であり微結晶的であることがわかった。ま
た電子線回折スペクトルではハローパターンのほかに明
確な輝点がピークが見られた。またX線回折測定では複
数の回折ピークが測定できた。光学Gapは3.0 eVであっ
た。また、得られた光半導体素子のGaInN:H膜と同条件
で作製した膜の組成をXPSにてRBS測定から校正し
た補正係数をもちいて測定したところGa/N比は1.0:0.22
でありまたNとの比は(Ga+In)/N比1.0 でほぼ化学量論化
となっていた。単層の光学Gapは2.45eVであった。得ら
れた光半導体素子の量子井戸構造を持つ多層膜をIRス
ペクトル測定によって測定したところほぼ単層のGaN:H
膜とかわりが無かった。この膜は透明であり光学Gapは
3.0eVであった。
The composition of the GaN: H film of the obtained optical semiconductor device was measured under the same conditions as the GaN: H film by RBS (Rutherford Backscattering), and the stoichiometry was obtained at a Ga / N ratio of 0.9. I was Carbon (C) was less than 12 atomic%, and oxygen (O) could not be detected. Also, the hydrogen content by HFS measurement was 25 atomic%. By IR spectrum measurement, it was confirmed that hydrogen was contained in the GaN film as Ga-H, NH. In addition, it was found that the Ga-N absorption was sharp and the half width was 70 cm −1 , indicating that it was microcrystalline. In the electron diffraction spectrum, a clear bright spot was observed in addition to the halo pattern. Further, in the X-ray diffraction measurement, a plurality of diffraction peaks could be measured. Optical Gap was 3.0 eV. Further, the composition of the film manufactured under the same conditions as the GaInN: H film of the obtained optical semiconductor device was measured using a correction coefficient calibrated from the RBS measurement by XPS, and the Ga / N ratio was 1.0: 0.22.
The ratio with N was almost stoichiometric at (Ga + In) / N ratio of 1.0. The optical gap of the single layer was 2.45 eV. The multilayer film having the quantum well structure of the obtained optical semiconductor device was measured by IR spectrum measurement.
There was no change with the membrane. This film is transparent and the optical gap is
3.0 eV.

【0067】得られた光半導体素子を、室温にてHe-Cd
レーザの連続紫外光を照射したところみどり色の明確な
発光が観測でき、電流注入発光に必要な発光が得られる
ことがわかった。さらに紫外光ー可視光変換が可能であ
ることがわかった。また暗抵抗を測定したところ10+9Ω
cmであり、キセノン(Xe)ランプ光を照射したところ、応
答は5s以下で明暗比2桁以上の光導電性を示し紫外光の
検出も可能であった。
The obtained optical semiconductor device was subjected to He-Cd
When the laser was irradiated with continuous ultraviolet light, clear emission of green color was observed, and it was found that light emission required for current injection light emission was obtained. Furthermore, it was found that UV-visible light conversion was possible. When the dark resistance was measured, 10 +9 Ω
When irradiated with a xenon (Xe) lamp, the response was 5 s or less, the photoconductivity was 2 digits or more, and ultraviolet light could be detected.

【0068】実施例3 トリメチルインジウム(TMIn)導入する際に、15秒毎にガ
ス導入管22のバルブのon/offを行いGaN:Hの層とGaIn
N:Hの層とを交互に積層した多層構造を作製した他は、
実施例2と同様にして、光半導体素子を得た。各層の厚
さは別の単層の実験から、GaInN:H層厚が10Å、GaN:H層
厚が10Åと推定した。
Example 3 When introducing trimethylindium (TMIn), the valve of the gas introduction pipe 22 was turned on / off every 15 seconds, and the GaN: H layer was
Other than producing a multilayer structure in which N: H layers are alternately laminated,
An optical semiconductor device was obtained in the same manner as in Example 2. From the experiment of another single layer, the thickness of each layer was estimated to be 10Å for the GaInN: H layer and 10Å for the GaN: H layer.

【0069】得られた光半導体素子のGaN:H膜、GaInN:H
膜の組成、光学Gapは、実施例2と同じであり、量子井
戸構造を持つ多層膜の光学Gapは3.0 eVであった。
The obtained optical semiconductor device has a GaN: H film and GaInN: H film.
The film composition and the optical gap were the same as those in Example 2, and the optical gap of the multilayer film having the quantum well structure was 3.0 eV.

【0070】得られた光半導体素子は、透明で干渉色が
見えた。得られた光半導体素子を、室温にてHe-Cdレー
ザの連続紫外光を照射したところ青色の明確な発光が観
測でき、電流注入発光に必要な発光が得られることがわ
かった。さらに、紫外光ー可視光変換が可能であること
がわかった。また、暗抵抗を測定したところ10+9Ωcmで
あり、キセノン(Xe)ランプ光を照射したところ、応答は
5s以下で明暗比2桁以上の光導電性を示し紫外光の検出
も可能であった。
The obtained optical semiconductor device was transparent and showed an interference color. When the obtained optical semiconductor element was irradiated with continuous ultraviolet light of a He-Cd laser at room temperature, a clear blue light emission was observed, and it was found that light emission required for current injection light emission was obtained. Furthermore, it was found that UV-visible light conversion was possible. When the dark resistance was measured, it was 10 +9 Ωcm, and when irradiated with a xenon (Xe) lamp light, the response was
It showed photoconductivity of 2 digits or more in brightness ratio of 5 seconds or less, and it was possible to detect ultraviolet light.

【0071】実施例4 トリメチルインジウム(TMIn)導入する際に、100 秒毎に
ガス導入管22のバルブのon/offを行いGaN:Hの層とGaI
nN:Hの層とを交互に積層した多層構造を作製した他は、
実施例1と同様にして、光半導体素子を得た。GaInN:H
層とGaN:H層の厚さは別の単層の実験から、各々、100
Åと推定した。
Example 4 When introducing trimethylindium (TMIn), the valve of the gas introduction pipe 22 was turned on / off every 100 seconds, and the GaN: H layer was
Other than producing a multilayer structure in which nN: H layers are alternately laminated,
An optical semiconductor device was obtained in the same manner as in Example 1. GaInN: H
Layer and GaN: H layer thicknesses of 100
推定 estimated.

【0072】得られた光半導体素子のGaN:H膜、GaInN:H
膜の組成、光学Gapは、実施例1と同じであり、量子井
戸構造を持つ多層膜の光学Gapは3.0 eVであった。
The obtained optical semiconductor device has a GaN: H film and GaInN: H film.
The film composition and the optical gap were the same as those in Example 1, and the optical gap of the multilayer film having the quantum well structure was 3.0 eV.

【0073】得られた光半導体素子は、透明で干渉色が
見えた。得られた光半導体素子を、室温にてHe-Cdレー
ザの連続紫外光を照射したところみどり色の明確な発光
が観測でき、電流注入発光に必要な発光が得られること
がわかった。さらに、紫外光ー可視光変換が可能である
ことがわかった。また、暗抵抗を測定したところ10+15
Ωcmであり、キセノン(Xe)ランプ光を照射したところ、
応答は明暗比5桁以上の光導電性を示し紫外光の検出も
可能であった。
The obtained optical semiconductor device was transparent and showed an interference color. When the obtained optical semiconductor device was irradiated with continuous ultraviolet light of a He-Cd laser at room temperature, clear green emission was observed, and it was found that light emission required for current injection emission was obtained. Furthermore, it was found that UV-visible light conversion was possible. The dark resistance was measured to be 10 +15
Ωcm, and when irradiated with xenon (Xe) lamp light,
The response showed a photoconductivity of 5 digits or more in light-dark ratio, and it was possible to detect ultraviolet light.

【0074】比較例4 トリメチルインジウム(TMIn)導入する際に、2秒毎にガ
ス導入管22のバルブのon/offを行いGaN:Hの層とGaIn
N:Hの層とを交互に積層した多層構造を作製した他は、
実施例2と同様にして、光半導体素子を得た。GaInN:H
層とGaN:H層の厚さは別の単層の実験から、各々、2Å
と推定した。
COMPARATIVE EXAMPLE 4 When introducing trimethylindium (TMIn), the valve of the gas introduction pipe 22 was turned on / off every two seconds, and the GaN: H layer was
Other than producing a multilayer structure in which N: H layers are alternately laminated,
An optical semiconductor device was obtained in the same manner as in Example 2. GaInN: H
The thickness of the layer and the GaN: H layer were determined to be 2 mm each from another single layer experiment.
It was estimated.

【0075】得られた光半導体素子は、透明で干渉色が
見えた。得られた光半導体素子を、室温にてHe-Cdレー
ザの連続紫外光を照射したところなんら発光は観測でき
なかった。
The obtained optical semiconductor device was transparent and showed an interference color. When the obtained optical semiconductor element was irradiated with continuous ultraviolet light of a He-Cd laser at room temperature, no light emission was observed.

【0076】比較例5 トリメチルインジウム(TMIn)導入する際に、5分毎にガ
ス導入管22のバルブのon/offを5回行い、GaInN:Hの
層が5層となるように、GaN:Hの層とGaInN:Hの層とを交
互に積層した多層構造を作製した他は、実施例2と同様
にして、光半導体素子を得た。GaInN:H層とGaN:H層の厚
さは別の単層の実験から、各々、300 Åと推定した。
COMPARATIVE EXAMPLE 5 When introducing trimethylindium (TMIn), the valve of the gas introduction pipe 22 was turned on / off five times every 5 minutes, and the GaN: An optical semiconductor device was obtained in the same manner as in Example 2, except that a multilayer structure in which layers of H and layers of GaInN: H were alternately laminated. The thickness of the GaInN: H layer and the thickness of the GaN: H layer were each estimated to be 300 mm from another single-layer experiment.

【0077】得られた光半導体素子は、透明で干渉色が
見えた。得られた光半導体素子を、室温にてHe-Cdレー
ザの連続紫外光を照射したところなんら発光は観測でき
なかった。
The obtained optical semiconductor device was transparent and showed an interference color. When the obtained optical semiconductor element was irradiated with continuous ultraviolet light of a He-Cd laser at room temperature, no light emission was observed.

【0078】実施例5 ガス導入管22のバルブを開けて、トリメチルインジウ
ム(TMIn)導入を、30秒間導入し、GaInN:Hの層を一層の
みとし、GaN:Hの層とGaInN:Hの層とを交互に積層した構
造を作製した他は、実施例1と同様にして、光半導体素
子を得た。各層の厚さは別の単層の実験から、GaInN:H
層厚が30Å、GaN:H層厚が20Åと推定した。
Example 5 The valve of the gas introduction pipe 22 was opened, trimethylindium (TMIn) was introduced for 30 seconds, and only a single layer of GaInN: H was formed, and a layer of GaN: H and a layer of GaInN: H were formed. An optical semiconductor device was obtained in the same manner as in Example 1, except that a structure in which were alternately laminated was prepared. The thickness of each layer was determined by GaInN: H
It was estimated that the layer thickness was 30 ° and the GaN: H layer thickness was 20 °.

【0079】得られた光半導体素子のGaN:H膜、GaInN:H
膜の組成、光学Gapは実施例1と同じであった。
The obtained optical semiconductor device has a GaN: H film, GaInN: H
The composition of the film and the optical gap were the same as in Example 1.

【0080】得られた光半導体素子を、室温にてHe-Cd
レーザの連続紫外光をHe-Cdレーザの連続紫外光を照射
したところみどり色の明確な発光が観測でき、電流注入
発光に必要な発光が得られることがわかった。さらに紫
外光ー可視光変換が可能であることがわかった。
The obtained optical semiconductor device was subjected to He-Cd
When the continuous ultraviolet light of the laser was irradiated with the continuous ultraviolet light of the He-Cd laser, clear emission of green color was observed, and it was found that light emission required for current injection emission was obtained. Furthermore, it was found that UV-visible light conversion was possible.

【0081】実施例6 実施例1と同じ装置、同じ基板を用いて、ヒーター14
により基板を250℃に加熱した。窒素ガスをガス導入管
19より直径25mmの石英管5内に1000sccm導入し、マイ
クロ波導波管18を介して2.45GHzのマイクロ波を出力2
50Wにセットしチューナでマッチングを取り放電を行っ
た。この時の反射波は0Wであった。水素ガスはガス導入
管20より直径30mmの石英管16内に100sccm導入し
た。マイクロ波の出力を200Wにセットした。反射波は0W
であった。この状態でガス導入管21より0℃で保持さ
れたトリメチルガリウム(TMGa)の蒸気を直接マスフロー
コントローラーを通して4sccm導入した。この時バラト
ロン真空計で測定した反応圧力は66.5Paであった。成膜
を10分行いGaN:H膜を作製した。次に、−10℃で保持さ
れたトリメチルアルミニウム(TMA)の蒸気を加えて1sccm
導入した。この条件で30秒保持し、その後、TMAのバル
ブを閉じ、ガス導入管22より20℃に保持したトリメチ
ルインジウム(TMIn)に窒素ガスを圧力1.01×10 5 Paで導
入し、マスフローコントローラーを通して1sccm反応領
域に導入した。30秒毎にこの操作を5回繰り返し、AlGa
N:H層が5層となるように、AlGaN:H の層とGaInN:Hの層
とを交互に積層した多層構造を作製した。さらに、AlGa
N:H層を一層積層した。この層の厚さは別の単層の実験
から、AlGaN:H層厚が30Å、GaInN:H層厚が25Åと推定し
た。その後ガス導入管22のバルブを閉じたままトリメ
チルガリウム(TMGa)で成膜を30分行いGaN:H膜を作製
し、光半導体素子を得た。
Embodiment 6 Using the same apparatus and the same substrate as in Embodiment 1,
Heated the substrate to 250 ° C. Gas inlet pipe for nitrogen gas
Introduce 1000 sccm into the quartz tube 5 with a diameter of 25 mm from 19
2.45 GHz microwave output through the waveguide 18
Set to 50W, match with a tuner and discharge
Was. The reflected wave at this time was 0W. Hydrogen gas is introduced
100 sccm is introduced into the quartz tube 16 having a diameter of 30 mm from the tube 20.
Was. The microwave output was set to 200W. 0W reflected wave
Met. In this state, the temperature is maintained at 0 ° C. through the gas introduction pipe 21.
Mass flow of trapped trimethylgallium (TMGa) vapor
4 sccm was introduced through the controller. This time balat
The reaction pressure measured by a Ron vacuum gauge was 66.5 Pa. Film formation
For 10 minutes to produce a GaN: H film. Then keep at -10 ° C
1sccm by adding steam of trimethylaluminum (TMA)
Introduced. Hold for 30 seconds under these conditions, and then
The valve is closed and the trimethyl
Nitrogen gas at a pressure of 1.01 × 10 Five Led by Pa
1cm reaction area through the mass flow controller
Introduced to the region. This operation is repeated 5 times every 30 seconds,
AlGaN: H layer and GaInN: H layer so that there are five N: H layers
Were alternately laminated to produce a multilayer structure. In addition, AlGa
One layer of N: H was laminated. The thickness of this layer is different for single layer experiments
From the above, it was estimated that the AlGaN: H layer thickness was 30 mm and the GaInN: H layer thickness was 25 mm.
Was. Thereafter, trimming is performed while the valve of the gas introduction pipe 22 is closed.
Perform GaN: H film by forming film with tilgallium (TMGa) for 30 minutes
Thus, an optical semiconductor device was obtained.

【0082】得られた光半導体素子のAlGaN:Hの膜組成
は(Al+Ga)/N 比1.05でほぼ化学量論化に等しいことが分
かった。光学Gapは3.8eVであった。GaInN:H膜の組成
は、(Ga+In)/N 比0.95であり、光学Gapは2.8 eVであっ
た。量子井戸構造を持つ多層膜の光学Gapは3.2 eVであ
った。
The film composition of AlGaN: H of the obtained optical semiconductor device was found to be almost equal to stoichiometric at (Al + Ga) / N ratio of 1.05. The optical gap was 3.8 eV. The composition of the GaInN: H film was (Ga + In) / N 2 ratio 0.95, and the optical gap was 2.8 eV. The optical gap of the multilayer film having the quantum well structure was 3.2 eV.

【0083】得られた光半導体素子を室温にて窒素レー
ザの337.1nmの紫外光を照射したところオレンジ色の明
確な発光が観測できた。またさらにHe-Cdレーザの連続
紫外光を照射したところさらにオレンジ色の明確な発光
が観測でき、電流注入発光に必要な発光が得られること
がわかった。さらに、紫外光ー可視光変換が可能である
ことがわかった。また、暗抵抗を測定したところ10+15
Ωcmであり、キセノン(Xe)ランプ光を照射したところ、
応答は明暗比4桁以上の光導電性を示し紫外光の検出も
可能であった。
When the obtained optical semiconductor device was irradiated with ultraviolet light of 337.1 nm of a nitrogen laser at room temperature, a clear orange emission was observed. Further, when the continuous ultraviolet light of the He-Cd laser was applied, a clear orange emission was observed, and it was found that the emission required for the current injection emission was obtained. Furthermore, it was found that UV-visible light conversion was possible. The dark resistance was measured to be 10 +15
Ωcm, and when irradiated with xenon (Xe) lamp light,
The response showed a photoconductivity of 4 digits or more in light-dark ratio, and detection of ultraviolet light was possible.

【0084】実施例7 実施例2と同じ装置、同じ基板とITO基板を用いて、窒
素ガスをガス導入管19より1000sccm導入し、2.45GHz
のマイクロ波出力を300Wで放電を行った。さらにH2
ス300sccmをガス導入管20より導入し、13.56MHzの高
周波で出力200Wで放電を行った。ヒーター14により基
板ホルダーの温度を250℃とし、この状態でガス導入管
22よりトリメチルガリウム0.5sccmと水素ガスで0.1
%に希釈したSiH 4 を導入し、n型のGax N z :Hを成膜
した。次に、トリメチルインジウム(TMIn)導入する際
に、トリメチルインジウム流量を半分にした他は、実施
例1と同様に、GaInN:Hの層が10層となるように、GaN:H
の層とGaInN:Hの層とを交互に積層した多層構造を作製
した。各層の厚さは別の単層の実験から、GaInN:H層厚
が30Å、GaN:H層厚が20Åと推定した。その後トリメチ
ルガリウム(TMGa)とビスペンタジエニルマグネシウムを
50℃保持しキャリアガスとともにガス導入管21より10
sccm導入し、p型のGaN:Hを5分成膜した。冷却後真空
槽から取り出し、真空蒸着器にてAl膜を電極として蒸着
し、光半導体素子を得た。
Example 7 Using the same apparatus as in Example 2, the same substrate and an ITO substrate, a nitrogen gas was introduced at 1000 sccm from the gas introduction pipe 19, and 2.45 GHz.
Was discharged at a microwave output of 300W. Further, 300 sccm of H 2 gas was introduced from the gas introduction tube 20, and discharge was performed at a high frequency of 13.56 MHz and an output of 200W. The temperature of the substrate holder was set to 250 ° C. by the heater 14 and in this state, 0.5 sccm of trimethylgallium and 0.1
% Of SiH 4 was introduced to form an n-type Ga x N z : H film. Next, when introducing trimethylindium (TMIn), except that the flow rate of trimethylindium was reduced by half, the GaN: H
And GaInN: H layers were alternately laminated to produce a multilayer structure. The thickness of each layer was estimated from a single-layer experiment to be GaInN: H layer thickness 30Å and GaN: H layer thickness 20Å. Then trimethylgallium (TMGa) and bispentadienyl magnesium
Hold at 50 ° C and 10
Sccm was introduced, and p-type GaN: H was formed for 5 minutes. After cooling, it was taken out of the vacuum chamber, and an Al film was deposited as an electrode using a vacuum evaporator to obtain an optical semiconductor device.

【0085】得られた光半導体素子のGaN:H膜の組成
は、Ga/N比0.95であり、光学Gapは3.1 eVであった。GaI
nN:H膜の組成は、(Ga+In)/N 比1.0 であり、光学Gapは
2.75eVであった。量子井戸構造を持つ多層膜光素子の光
学Gapは3.0 eVであった。
The composition of the GaN: H film of the obtained optical semiconductor device was 0.95 Ga / N ratio, and the optical gap was 3.1 eV. GaI
The composition of the nN: H film is (Ga + In) / N ratio 1.0, and the optical gap is
It was 2.75 eV. The optical gap of the multilayer optical device having the quantum well structure was 3.0 eV.

【0086】得られた光半導体素子を、ITO電極と金
(Au)電極に10V印加したところ緑色の発光が観測でき
た。
The obtained optical semiconductor device was replaced with an ITO electrode and gold.
When 10 V was applied to the (Au) electrode, green light emission was observed.

【0087】比較例6 実施例1とは基板温度を150 ℃とし、二つのマイクロ波
の出力を100Wとし、トリメチルガリウム(TMGa)流量を3s
ccm とし、トリメチルインジウム(TMIn)流量を5sccm と
した以外は、同じ条件で成膜した。GaN:H膜は水素濃度
が40原子%であり、Ga/N比1.20であった。また、GaIn
N:H膜は水素濃度が55原子%であり、(Ga+In)/N 比 1.
3であった。これらの多層膜の各々の推定厚さは50Åと7
0Åと推定した。この膜は透明で少し黄色がかって見え
た。この膜を室温にてHe-Cdレーザの連続紫外光を照射
したところなんら発光は観測できなかった。また金電極
を蒸着して光導電性を測定したところ明暗比一桁以下の
光導電性しか示さなかった。
Comparative Example 6 Example 1 differs from Example 1 in that the substrate temperature was 150 ° C., the output of two microwaves was 100 W, and the flow rate of trimethylgallium (TMGa) was 3 s.
The film was formed under the same conditions except that ccm was set and the flow rate of trimethylindium (TMIn) was set to 5 sccm. The GaN: H film had a hydrogen concentration of 40 atomic% and a Ga / N ratio of 1.20. Also, GaIn
The N: H film has a hydrogen concentration of 55 atomic% and a (Ga + In) / N ratio of 1.
Was 3. The estimated thickness of each of these multilayers is 50 mm and 7
It was estimated to be 0Å. The film appeared clear and slightly yellowish. When this film was irradiated with continuous ultraviolet light from a He-Cd laser at room temperature, no light emission was observed. When a gold electrode was vapor-deposited and the photoconductivity was measured, the photoconductivity was less than one order of magnitude.

【0088】以上の実施例、比較例から、本発明の光半
導体素子は、本発明のような積層構造をとることによ
り、広い波長領域で、発光機能を示し、光導電特性と高
速応答性に優れていることが分かる。一方、活性層を、
単一の材料で構成した光半導体素子は、光導電特性は示
すが、発光機能は発揮しえないことが分かる(比較例
1、2)。また、活性層の各層の層厚が200 Åを超える
と、発光機能を発揮せず、光導電特性も示さないことが
分かる(比較例3、5)。また、活性層の各層の層厚が
5Åより小さい場合も、発光機能を発揮せず、光導電特
性も示さないことが分かる(比較例4)。さらに水素を
50原子%より多く含む層を有する場合は、発光機能を
発揮しえないことが分かる(比較例6)。
From the above Examples and Comparative Examples, the optical semiconductor device of the present invention has a laminated structure as in the present invention, exhibits a light emitting function in a wide wavelength range, and has improved photoconductive characteristics and high-speed response. It turns out that it is excellent. On the other hand, the active layer
It can be seen that the photosemiconductor element made of a single material exhibits photoconductive properties but cannot exhibit a light emitting function (Comparative Examples 1 and 2). Further, when the thickness of each layer of the active layer exceeds 200 °, no light emitting function is exhibited and no photoconductive property is exhibited (Comparative Examples 3 and 5). Also, when the layer thickness of each layer of the active layer is smaller than 5 °, it can be seen that no light emitting function is exhibited and no photoconductive property is exhibited (Comparative Example 4). Further, it is found that the light emitting function cannot be exhibited when the layer has a layer containing more than 50 atomic% of hydrogen (Comparative Example 6).

【0089】[0089]

【発明の効果】本発明の非晶質あるいは微結晶の光半導
体素子は、従来の非晶質あるいは微結晶からなる非単結
晶半導体に無い発光機能を全波長領域で合わせ持つこと
ができるため光入力や光出力を赤色から紫外までの全領
域で可変となる。また、耐光性、耐熱性、耐酸化性にす
ぐれ、高速応答が可能であるほか、高光透過性と高光感
度および高速応答性に優れているので電子デバイスと発
光デバイスを組み合せたハイブリッドデバイスにも使用
できる。さらに、この光半導体素子単独の場合はもとよ
り、光入力や光出力波長の異なる光半導体素子を順次組
み合したタンデム型にすれば可視から紫外域までのはば
広い光の有効利用とかつ光入力や光出力の波長多重が可
能となり、同時に取り扱える情報量を飛躍的に増加する
ことができ二次元光情報処理素子としても使用すること
ができる。
The amorphous or microcrystalline optical semiconductor device of the present invention has a light emitting function in the entire wavelength region which is not provided by a conventional amorphous or microcrystalline non-single-crystal semiconductor. The input and light output are variable in the entire range from red to ultraviolet. In addition, it has excellent light resistance, heat resistance, and oxidation resistance, and is capable of high-speed response. In addition, because of its high light transmission, high light sensitivity, and high-speed response, it is also used for hybrid devices that combine electronic and light-emitting devices. it can. Furthermore, in addition to the optical semiconductor element alone, a tandem type in which optical semiconductor elements having different optical input and optical output wavelengths are sequentially combined can effectively utilize a wide range of light from the visible to the ultraviolet region, and provide an optical input. In addition, wavelength multiplexing of light and optical output becomes possible, and the amount of information that can be handled at the same time can be drastically increased.

【0090】具体的には、高効率太陽電池、高速TFT、
電子写真感光体、高感度光センサー、高感度アバランシ
ェ光センサーなどの電子や光導電性また光起電力を利用
するデバイスや、大面積LED、ディスプレー、フルカラ
ーフラットディスプレーなどの発光を利用するデバイ
ス、光変調子、光ー光波長変換デバイス、光インターコ
ネクト用素子などの光入力と光出力に関係するデバイ
ス、さらにこれらの機能併せ持つ複合デバイス等が挙げ
られる。
Specifically, high-efficiency solar cells, high-speed TFTs,
Devices that use electrons, photoconductivity and photovoltaic power, such as electrophotographic photoreceptors, high-sensitivity photosensors, and high-sensitivity avalanche photosensors; devices that use light emission such as large-area LEDs, displays, and full-color flat displays; Devices related to light input and light output, such as modulators, light-to-light wavelength conversion devices, and devices for optical interconnects, as well as composite devices having these functions in combination.

【0091】上記の通り、本発明によれば、広範囲の光
学ギャップが自由に選べ、優れた光導電特性と高速応答
性かつ耐環境特性や耐高温度特性を有し光学的に活性で
発光素子としても可能な大面積で安価な新しいオプトエ
レクトロニクス材料を用いた光半導体素子が提供され
る。さらに、本発明によれば、本発明の光半導体素子
を、安全、かつ、低コストで製造することができる光半
導体素子の製造方法が提供される。
As described above, according to the present invention, a wide range of optical gaps can be freely selected, and an optically active light emitting device having excellent photoconductive properties, high-speed response, environmental resistance and high temperature resistance. An optical semiconductor device using a large-sized and inexpensive new optoelectronic material is also provided. Further, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical semiconductor device, which can manufacture the optical semiconductor device of the present invention safely and at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の光半導体素子の構造の一例を示す模
式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the structure of an optical semiconductor device of the present invention.

【図2】 本発明の光半導体素子の構造の一例を示す模
式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of the structure of the optical semiconductor device of the present invention.

【図3】 Siウェハーを基板として成膜した膜のIRス
ペクトルの一例を示すスペクトル図である。
FIG. 3 is a spectrum diagram showing an example of an IR spectrum of a film formed using a Si wafer as a substrate.

【図4】 プラズマ活性化MOCVD法に用いる装置の
概略図である。
FIG. 4 is a schematic view of an apparatus used for a plasma activated MOCVD method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 第一の層 3 第二の層 4 第三の層 5 構造単位 6 p型中間層 7 n型中間層 8,9 透明電極 10 透明基板 11 真空容器 12 排気口 13 基板ホルダー 14 ヒーター 15,16 石英管 17 高周波コイル 18 マイクロ導波管 19〜22 ガス導入管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 1st layer 3 2nd layer 4 3rd layer 5 Structural unit 6 p-type intermediate layer 7 n-type intermediate layer 8, 9 Transparent electrode 10 Transparent substrate 11 Vacuum container 12 Exhaust port 13 Substrate holder 14 Heater 15 , 16 Quartz tube 17 High frequency coil 18 Micro waveguide 19-22 Gas introduction tube

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、少なくとも、第一の層と第一
の層より光学ギャップの小さい第二の層とを交互に積層
し、さらに第二の層の光学ギャップより大きい光学ギャ
ップを有する第三の層を積層してなる構造単位を有する
光半導体素子において、前記第一の層と前記第二の層と
前記第三の層が、それぞれ、Al, Ga,Inの少なくとも一
つの元素とチッ素と0.5 原子%以上50原子%以下の水素
を含む非単結晶材料からなり、前記第二の層の層厚が5
〜200 Åであることを特徴とする光半導体素子。
At least a first layer and a second layer having an optical gap smaller than the first layer are alternately laminated on a substrate, and further have an optical gap larger than the optical gap of the second layer. In an optical semiconductor device having a structural unit in which a third layer is stacked, the first layer, the second layer, and the third layer are each at least one element of Al, Ga, and In. The second layer is made of a non-single-crystal material containing nitrogen and not less than 0.5 atomic% and not more than 50 atomic% of hydrogen.
An optical semiconductor device having a thickness of up to 200 mm.
【請求項2】 前記構造単位の両側に、p型中間層とn
型中間層を有してなり、該中間層が、Al, Ga, Inの少な
くとも一つの元素とチッ素と0.5 原子%以上50原子%以
下の水素を含む非単結晶材料からなることを特徴とする
請求項1に記載の光半導体素子。
2. A p-type intermediate layer and an n-type intermediate layer on both sides of the structural unit.
A mold intermediate layer, wherein the intermediate layer is made of a non-single-crystal material containing at least one element of Al, Ga, In, nitrogen and 0.5 to 50 atomic% of hydrogen. The optical semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記中間層として、第二の層の光学ギャ
ップより大きい光学ギャップを有する中間層を、少なく
とも一つ有してなることを特徴とする請求項2に記載の
光半導体素子。
3. The optical semiconductor device according to claim 2, wherein at least one intermediate layer having an optical gap larger than the optical gap of the second layer is provided as the intermediate layer.
【請求項4】 前記第二の層の光学ギャップより広い光
学ギャップを有する中間層の上に、透明電極を積層して
なることを特徴とする請求項3に記載の光半導体素子。
4. The optical semiconductor device according to claim 3, wherein a transparent electrode is laminated on an intermediate layer having an optical gap wider than the optical gap of the second layer.
【請求項5】 透明基板上に、前記構造単位を2以上積
層してなることを特徴とする請求項1から4までのいず
れか一項に記載の光半導体素子。
5. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein two or more of the structural units are laminated on a transparent substrate.
【請求項6】 前記透明基板上に、透明電極を積層して
なることを特徴とする請求項5に記載の光半導体素子。
6. The optical semiconductor device according to claim 5, wherein a transparent electrode is laminated on the transparent substrate.
【請求項7】 前記非単結晶材料の赤外吸収スペクトル
におけるAl, Ga, In原子とN原子の結合を示す吸収ピー
クの半値幅が、300cm-1以下であることを特徴とする請
求項1から6までのいずれか一項に記載の光半導体素
子。
7. The infrared absorption spectrum of the non-single-crystal material, wherein a half width of an absorption peak indicating a bond between an Al, Ga, In atom and an N atom is 300 cm −1 or less. The optical semiconductor device according to any one of items 1 to 6.
【請求項8】 前記非単結晶材料のAl,Ga,Inの原子数の
総和xとチッ素の原子数の総和yの比が、0.5:1.0から
1.0:0.5の間にあることを特徴とする請求項1から7ま
でのいずれか一項に記載の光半導体素子。
8. The ratio of the total number x of atoms of Al, Ga, and In of the non-single-crystal material to the total number y of atoms of nitrogen is 0.5: 1.0.
The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the ratio is between 1.0: 0.5.
【請求項9】 前記n型中間層が、C,Si,Ge,Snから選ば
れた少なくとも一つの元素を更に含むことを特徴とする
請求項2から8までのいずれか一項に記載の光半導体素
子。
9. The light according to claim 2, wherein the n-type intermediate layer further contains at least one element selected from C, Si, Ge, and Sn. Semiconductor element.
【請求項10】 前記p型中間層が、Be,Mg,Ca,Zn,Srから
選ばれた少なくとも1つの元素を更に含むことを特徴と
する請求項2から9までのいずれか一項に記載の光半導
体素子。
10. The method according to claim 2, wherein the p-type intermediate layer further contains at least one element selected from Be, Mg, Ca, Zn, and Sr. Optical semiconductor device.
【請求項11】 前記中間層が、C,Si,Ge,Snから選ばれた
少なくとも一つの元素とBe,Mg,Ca,Zn,Srから選ばれた少
なくとも1つ以上の元素とを、同時に含むことを特徴と
する請求項2から9までのいずれか一項に記載の光半導
体素子。
11. The intermediate layer simultaneously contains at least one element selected from C, Si, Ge, Sn and at least one element selected from Be, Mg, Ca, Zn, Sr. The optical semiconductor device according to any one of claims 2 to 9, wherein:
【請求項12】 請求項1から9までのいずれか一項に記
載の光半導体素子の製造方法であって、各層が、有機金
属化合物を原料にして形成されたことを特徴とする光半
導体素子の製造方法。
12. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein each layer is formed using an organometallic compound as a raw material. Manufacturing method.
【請求項13】 請求項1から9までのいずれか一項に記
載の光半導体素子の製造方法であって、前記非単結晶材
料からなる層が、Al,Ga,Inから選ばれた少なくとも1つ
の元素を含む有機金属化合物を原料にして形成されたこ
とを特徴とする光半導体素子の製造方法。
13. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the layer made of the non-single-crystal material is at least one selected from Al, Ga, and In. A method for manufacturing an optical semiconductor device, wherein the method is formed using an organometallic compound containing two elements as a raw material.
【請求項14】 チッ素を含む化合物を活性化した活性種
と、Al,Ga,Inの元素を含む有機金属化合物とを反応させ
ることを特徴とする請求項13に記載の光半導体素子の製
造方法。
14. The production of an optical semiconductor device according to claim 13, wherein an active species obtained by activating the compound containing nitrogen is reacted with an organometallic compound containing an element of Al, Ga, and In. Method.
【請求項15】 チッ素を含む化合物を活性化した活性種
と、Al,Ga,Inの元素を含む有機金属化合物とを、活性化
水素を含む雰囲気下で、反応させることを特徴とする請
求項13または14に記載の光半導体素子の製造方法。
15. An active species obtained by activating a compound containing nitrogen and an organometallic compound containing an element of Al, Ga, and In are reacted in an atmosphere containing activated hydrogen. Item 15. The method for producing an optical semiconductor device according to item 13 or 14.
【請求項16】 活性化手段として、高周波放電及び/又
はマイクロ波放電を利用することを特徴とする請求項14
または15に記載の光半導体素子の製造方法。
16. The method according to claim 14, wherein a high-frequency discharge and / or a microwave discharge is used as the activating means.
16. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to item 15.
【請求項17】 Al,Ga,Inを含む化合物の少なくとも一種
を、前記活性化手段の下流側から導入することを特徴と
する請求項16に記載の光半導体素子の製造方法。
17. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 16, wherein at least one of the compounds containing Al, Ga, and In is introduced from a downstream side of the activating means.
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