KR20070115969A - 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

400㎚ 이하의 단파장의 광을 발광시키는 경우에, 적층하는 반도체층의 결정성을 향상시켜 내부 양자 효율을 높게 하는 동시에, 발광한 광을 기판 등으로 가능한 흡수시키지 않고 외부로 취출함으로써 외부 양자 효율도 향상시키고, 총합적으로 발광 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 반도체 발광 소자를 제공한다. 기판(1)상에 400㎚ 이하인 파장의 광을 발광시키는 발광층 형성부(7)가 되도록 ZnO계 화합물 반도체층(2 ~ 6)을 적층하는 경우에, 기판(1)으로서 MgxZn1 -xO(0<x
Figure 112007067192848-PCT00022
0.5) 로 이루어진 기판을 이용한다.

Description

산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자{ZINC OXIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은 ZnO나 MgZnO계(Mg와 Zn과의 혼정(混晶) 비율이 변할 수 있다는 것을 의미함. 이하 동일) 화합물 등의 산화 아연계(이하, ZnO계라고도 함) 반도체를 이용한 발광 다이오드(LED) 등의 ZnO계 화합물 반도체 발광 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 특히 400㎚ 이하의 단파장역에서 발광시키는 경우에, 내부 양자 효율을 향상시키는 동시에, 발광한 광을 흡수하지 않고 외부로 효율적으로 취출하여 외부 양자 효율도 향상시킨 구조의 ZnO계 화합물 반도체 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 질화물 반도체를 이용한 청색계 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드 등의 질화물 반도체 발광 소자가 실용화되고 있다. 한편, ZnO계 화합물은 GaN계 화합물(Ga의 일부 또는 전부가 다른 Ⅲ족 원소와 치환한 화합물을 의미함. 이하 동일)보다 단파장역에서의 발광 특성이 우수하다. 구체적으로는 홀과 전자가 고체내에서 결합한 ZnO의 여기자(勵起子)의 속박 에너지가 60meV 로 커서 실온에서도 안정하게 존재한다(GaN은 24meV). 또한, GaN계 화합물에서는 In을 가하여 InGaN계 화합물(In과 Ga의 혼정 비율이 여러 가지 변할 수 있는 화합물을 의미함. 이하 동일) 로 하면 고효율로 발광하지만, In이 적어지게 될수록 효율이 떨어진다. InGaN계 화합물의 경우, In의 조성 변조에 의해 부분적으로 퍼텐셜이 작은 곳이 생기고, 여기에 캐리어가 포획되기 때문에 결정 결함에 둔감하게 된다고 알려져 있다. In이 적어지게 되면 조성이 균일화되고, 특히 캐리어가 포획되기 쉬운 부분이 없어지게 되기 때문에, 결정 결함이 보이기 쉬워지기 때문이라고 생각되고 있다. ZnO계 화합물에서는 단파장화해도 이와 같은 문제는 일어나지 않으며, 파장이 짧아지게 될수록 InGaN계 화합물은 불리하게 된다. 물론, 한층 더 단파장화로 GaN 나, AlGaN계 화합물(Al과 Ga의 혼정 비율이 여러 가지 변할 수 있는 화합물을 의미함. 이하 동일)을 이용해도 마찬가지로 불리하게 된다.
이와 같은 ZnO계 화합물을 이용한 발광 소자로서는 예를 들어 도 6에 나타나는 바와 같은 구조의 것이 알려져 있다(예를 들어 특허 문헌 1 참조). 즉, 도 6에 있어서, 사파이어 기판(31)상에, ZnO로 이루어진 버퍼층(32), n형의 ZnO로 이루어진 n형 컨택트층(33)이 형성되고, 그 위에 MgZnO계 화합물로 이루어진 n형 클래드층(34), CdZnO계 화합물로 이루어진 활성층(35), MgZnO계 화합물로 이루어진 p형 클래드층(36)으로 발광층 형성부(38)가 적층되고, 또한 ZnO로 이루어진 p형 컨택트층(37)이 적층되고, 반도체 적층부의 일부를 에칭하여 n형 컨택트층(33)을 노출시키고, 그 표면에 n측 전극(39), p형 컨택트층(37)의 표면에 p측 전극(40)이 설치됨으로써 형성되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개 2002-94114호 공보
상술한 도 6에 나타나는 ZnO계 화합물 반도체 발광 소자는 기판이 ZnO계 화 합물과는 이종인 사파이어 기판을 이용하고 있기 때문에, 결정성이 뒤떨어져 내부 양자 효율도 저하하기 쉬운 동시에, 상술한 예와 같이 활성층에 Cd를 혼정한 것을 이용하여, 청색과 같은 발광 파장 λ가 400㎚ 이상인 발광을 목표로 하는 경우는 상술한 In과 동일한 효과로 밝아지게 되나, 예를 들어 360㎚ 정도와 같은 400㎚ 이하인 단파장의 광으로 되면, 기판이 사파이어로 전위(轉位)가 많으므로, InGaN계 화합물과 동일한 이유에서 전위가 보이기 쉬워져서 내부 양자 효율이 상승하지 않는다고 하는 문제가 있다.
한편, ZnO계 화합물 반도체를 적층하는 기판에 호모 기판으로서 ZnO 기판을 이용하는 경우도 있다. 이와 같은 ZnO 기판을 이용하면 가격적으로는 높지만, 그 위에 성장하는 ZnO계 화합물 반도체가 기판과 격자 정합(格子 整合)하기 쉽기 때문에, 결정성이 좋은 반도체층을 성장시킬 수 있고 내부 양자 효율을 향상시키기 쉽다. 그러나, ZnO 기판을 이용해도, 상술한 바와 같은 400㎚ 이하라고 하는 단파장의 광을 발광시키는 경우에는 ZnO 기판에서도 광이 흡수되고, 외부 양자 효율이 저하된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 400㎚ 이하의 단파장의 광을 발광시키는 경우에, 적층하는 반도체층의 결정성을 향상시켜 내부 양자 효율을 높게 하는 동시에, 발광한 광을 기판 등으로 가능한 흡수시키지 않고 외부로 취출함으로써 외부 양자 효율도 향상시키고, 총합적으로 발광 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 400㎚ 이하인 파장의 광을 발광하는 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 압전체인 ZnO계 화합물을 헤테로(hetero) 접합으로 적층하여 발광 소자를 형성하는 경우에도, 피에조(piezo) 전계의 영향을 받은 일 없이, 구동 전압을 상승시키지 않고 내부 양자 효율이 높은 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자는 기판상에 400㎚ 이하인 파장의 광을 발광시키는 발광층 형성부가 되도록 ZnO계 화합물 반도체층을 적층하는 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자로서, 상기 기판으로서 MgxZn1 -xO(0<x
Figure 112007067192848-PCT00001
0.5) 로 이루어진 기판을 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.
여기에 산화 아연(ZnO)계 화합물 반도체는 Zn을 포함하는 산화물을 의미하며, 구체적인 예로서는 ZnO 이외, IIA족 원소와 Zn, IIB족 원소와 Zn, 또는 IIA족 원소 및 IIB족 원소와 Zn 각각의 산화물을 포함하는 것을 의미한다.
상기 기판의 Mg의 혼정 비율 x가 상기 발광시키는 광의 파장을 λ로 하여, (1240/λ-3.3)/4
Figure 112007067192848-PCT00002
x 로 되도록 상기 기판이 형성되어 있으면, 발광하는 광의 파장에 맞춰 필요한 양의 Mg를 혼정시켜 기판을 만들 수 있기 때문에, 기판의 제작이 비교적 용이하고, 또 발광하는 광을 흡수하는 일이 없는 산화 아연계 화합물 반도체 소자가 얻어진다.
상기 기판의 메인 면이 A면(11-20) 또는 M면(10-10)이고, 상기 메인 면과 평행한 면이 {11-20}면 또는 {10-10}면이고, 또 상기 메인 면과 수직인 면이 {0001}면에 배향하여 상기 ZnO계 화합물 반도체층이 에피택셜 성장되어 있음으로써, ZnO계 화합물이 압전체로, 헤테로 접합에 의해 ZnO계 화합물 반도체층이 적층되어 기판과 반도체층 사이 또는 적층되는 반도체층 사이의 격자 부정합에 수반하여 반도체층에 왜곡이 발생해도, 피에조 효과에 의한 전계가 구동 전압을 높게 하는 문제는 발생하지 않기 때문에 바람직하다. 이 이유에 대해서는 후술한다.
여기에 (11-20), (10-10), {11-20}, {10-10}은 엄밀하게는 각각
[식 1]
Figure 112007067192848-PCT00003
을 나타내지만, 편의적으로 상기와 같이 약기한다. 또, 예를 들어 {11-20}면은 결정이 갖는 대칭성에 의해, (11-20)면과 등가인 면도 포함하는 총칭인 것을 나타내고 있다.
본 발명에 의하면, ZnO계 화합물 반도체층을 적층하는 기판으로서, MgxZn1 -xO(0<x
Figure 112007067192848-PCT00004
0.5) 를 이용하기 있으므로, 그 위에 적층하는 ZnO계 화합물 반도체층은 기판과 동종의 화합물이기 때문에 매우 결정성이 뛰어난 반도체층으로서 적층된다. 게다가 Mg가 혼정되어 있기 때문에, 밴드갭 에너지가 커지게 되고, ZnO를 활성층의 재료로서 이용하는 것과 같은 파장이 짧은 광을 발광시키는 경우에도, 기판에서 흡수되는 일 없이, 기판측으로 진행한 광을 그 측면 등으로부터 취출하여 유효하게 이용할 수 있다. 그 결과, 결정성의 향상에 수반하여 내부 양자 효율이 향상하는 동시에, 발광한 광으로서 기판측으로 진행하는 광이어도, 흡수되지 않고 기판의 측면 등으로부터 유효하게 취출할 수 있어서, 광의 취출 효율도 매우 향상시킬 수 있고, 결과적으로 외부 양자 효율이 매우 뛰어난 발광 소자로 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 ZnO계 화합물 반도체 소자의 일 실시 형태인 LED의 단면 설명도이다.
도 2는 도 1에 나타나는 구조의 LED의 발광 특성을, ZnO를 기판으로서 동양(同樣)으로 형성한 LED의 발광 특성과 대비하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 반도체 소자에 이용하는 기판의 A면 및 M면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의해 형성한 LD 구성의 일례를 나타내는 단면 설명도이다.
도 5는 압전 결정체에 응력이 작용한 경우 전하의 발생을 설명하는 도면이다.
도 6은 종래의 ZnO계 화합물 반도체를 이용한 LED의 구조예를 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
1 기판
2 n형 버퍼층
3 n형층
4 활성층
5 p형층
6 p형 컨택트층
7 발광층 형성부
8 반도체 적층부
9 n측 전극
10 p측 전극
다음으로, 도면을 참조하면서 본 발명의 산화 아연계(ZnO계) 화합물 반도체 발광 소자에 대하여 설명을 한다. 본 발명에 의한 ZnO계 화합물 반도체 발광 소자는 도 1에 그 일실시 형태인 발광 다이오드(LED)의 단면 설명도가 나타내고 있는 바와 같이, 기판(1)상에 400㎚ 이하인 파장의 광을 발광시키는 발광층 형성부(7)가 되도록 ZnO계 화합물 반도체층(2 ~ 6)을 적층하는 경우에, 기판(1)으로서 ZnO에 Mg를 포함한 MgxZn1 -xO(0<x
Figure 112007067192848-PCT00005
0.5) 로 이루어진 기판을 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.
기판(1)은 Mg가 50at% 이하의 비율로 혼정된 MgxZn1 - xO(이하, 간단히 MgZnO계 화합물이라고도 함)에 의해 형성되어 있다. 이 MgZnO계 화합물 기판은 예를 들어 ZnO의 수열(水熱) 합성법과 동양으로 제작되지만, 그 때에 Mg를 첨가함으로써, MgZn0계 화합물의 잉곳(ingot)을 형성할 수 있고, 그 잉곳으로부터 웨이퍼로 잘라 냄으로써 형성된다. 그 잘라 낼 때에, 후술하는 바와 같이, 메인 면이 A면 또는 M면으로 되도록 잘라 내는 것이 바람직하지만, 본 발명에서는 반드시 메인 면을 A면 또는 M면이 아니더라도, C면을 메인 면으로 한 것이어도 된다. 층 사이의 응력이 문제로 되는 경우에는 층 사이에 구배(勾配)층이나 버퍼층을 삽입함으로써 해소할 수 있다. 또한, 기판(1)의 Mg의 혼정 비율 x는 클수록 밴드갭 에너지가 커지게 되어 발광하는 광을 흡수시키지 않게 하는 점에서는 바람직하지만, ZnO계 화합물은 6방정계인데 반해, MgO는 NaCl형 결정이기 때문에, Mg의 혼정 비율이 커지면 양자의 정합성이 나빠져서 결정성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 어느 경우에도, Mg의 혼정비는 50at% 이하로 할 필요가 있다.
본 발명자는 기판으로의 Mg의 혼정 비율의 최저한 필요한 양에 대해, 예의 검토를 거듭하여 조사한 결과, 발광시키는 광의 파장 λ와 혼정 비율 x 사이에서,
1240/λ
Figure 112007067192848-PCT00006
4x+3.3 (1)
의 관계를 만족하도록 x를 정함으로써, 발광하는 광의 흡수를 가장 효율적으로 억제하면서, 기판(1)의 결정성, 나아가서는 적층하는 ZnO계 화합물 반도체층의 결정성을 양호하게 유지할 수 있다는 것을 찾아내었다. 즉, 식 (1)에서, 1240/λ 는 발광 파장에 상당하는 밴드갭 에너지 Eg이고, 4x는 밴드갭의 변화율이고, 3.3은 ZnO의 밴드갭 에너지 Eg이다. 따라서, 발광 파장 λ과의 사이에서 식 (1)을 만족함으로써, 발광층 형성부(7)에서 발광한 광이 기판(1)에서 거의 흡수되지 않게 할 수 있다. 한편, x는 작은 쪽이 결정성이 좋고, 식 (1)의 등호가 성립하는 x일 때가 광의 흡수를 억제하면서, 결정성을 가장 양호하게 유지할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, x가 0.3 이하 정도에서는 결정성으로의 영향이 그 정도는 아니며, 등호의 x보다 크더라도 광의 흡수를 확실히 억제한다고 하는 관점에서는 바람직하다.
다음으로, 상술한 MgxZn1 -xO(0<x
Figure 112007067192848-PCT00007
0.5) 의 잉곳으로부터 웨이퍼로 잘라 낼 때에, 기판의 메인 면이 A면(11-20) 또는 M면(10-10)으로 되도록 잘라 내어, 메인 면과 평행한 면이 {11-20}면 또는 {10-10}면에 배향하고, 또한 메인 면과 수직인 면을 {0001}면에 배향시키면서 ZnO계 화합물 반도체층을 에피택셜 성장하는 것이 바람직한 이유에 대하여 설명을 한다. 또한, ZnO계 화합물, 예를 들어 MgxZn1 - xO는 결정 구조의 개념도가 도 3에 사시도로 나타나는 바와 같은 6방정 구조이고, A면 및 M면은 각각 도 3에 나타나는 바와 같은 면이며, 모두 C면과 직교하는 면이다. 이 경우, A면 또는 M면을 메인 면으로 하여 반도체층을 에피택셜 성장하면, 기판은 MgZn0계 화합물로, 적층하는 반도체층도 ZnO 또는 MgZnO계 화합물로 동종의 화합물인 것에 의해, c축도 메인 면내에서 횡방향으로 가지런히 배향하여 매우 결정성이 뛰어난 단결정층을 성장할 수 있다.
ZnO계 화합물은 압전체이기 때문에 응력이 작용하면 피에조 전계가 발생한다. 한편, 예를 들어 ZnO층과 MgZnO계 화합물층 사이, 또는 MgZnO계 화합물끼리에도 Mg의 혼정 비율이 다르면, 동종의 반도체라 해도 격자 정수는 약간 달라서, 기판과 반도체층 또는 반도체층 사이에서 응력이 발생한다. 이 때문에, 헤테로 접합으로 ZnO계 화합물 반도체층을 적층하면, 피에조 전계가 발생하지만, 이 피에조 전계는 캐리어에 있어서 새로이 더해진 퍼텐셜 장벽으로 되고, 다이오드 등의 빌트인(built-in) 전압을 상승시킴으로써 구동 전압이 상승하는 것이다.
피에조 전계에 대하여 보다 상세히 설명하면, 압전 효과를 갖는 결정에 응력 이 가해지면, 도 5(a) 및 (b)에 나타나는 바와 같이, 압축력의 경우와 끌어당김(引張)력의 경우에 그 발생하는 전하의 +와 -가 반대로 된다. 한편, ZnO와 같은 6방정계의 결정에서는 c축 방향으로 대칭성이 없고, c축 방향(C면과 수직인 면)은 전하의 편향으로 구별되는 2개의 방향이 존재하는 무극성면으로 된다. 이 때문에, 상술한 응력에 의한 전하는 결정의 C면의 양면에 +와 -의 전하가 생기고, A면 및 M면은 비극성면으로 되어 전하가 발생하지 않거나 매우 작아진다. 이 때문에, C면상에 적층된 ZnO층(33)과 MgZnO층(34)에서는 도 5(c)에 나타나는 바와 같이, 압축 왜곡이 발생하는 MgZnO층(34)의 ZnO층(33)측에 +의 전하가 반대측에 그와 역인 전하가 발생하여 빌트인 전압을 상승시킨다. 그러나, 메인 면을 A면 또는 M으로 함으로써, 구동 전압의 인가 방향과 전하가 발생하는 C면은 평행하게 되므로, 피에조 전계가 발생해도 구동 전압에는 아무런 영향을 미치지 않기 때문이다.
반도체 적층부(8)는 도 1에 나타난 예에서는 n형 ZnO으로 이루어지고, 예를 들어 10㎚ 정도 두께의 버퍼층(2)과 발광층 형성부(7)와 p형 ZnO으로 이루어지고, 10 ~ 30㎚ 정도 두께의 컨택트층(6)으로 구성되어 있다. 그러나, 간단한 구조예로 나타낸 것으로, 이 적층 구조로 한정되는 것은 아니다.
발광층 형성부(7)는 도 1에 나타난 예에서는 활성층(4)을 이 보다 밴드갭 에너지가 큰 MgyZn1 - yO(0
Figure 112007067192848-PCT00008
y
Figure 112007067192848-PCT00009
0.3, 예를 들어 y=0.1) 로 이루어진 n형층(3) 및 p형층(5)으로 샌드위치하는 더블 헤테로 구조로 형성되어 있다. 활성층(4)은 도시되어 있지 않으나, 예를 들어 하층측으로부터 n형 MgzZn1 - zO(0
Figure 112007067192848-PCT00010
z
Figure 112007067192848-PCT00011
0.15, 예를 들어 z=0.05) 로 이루어지고, 0 ~ 15㎚ 정도 두께의 n형 가이드층과, 6 ~ 15㎚ 정도 두께의 Mg0.1Zn0.9O층 및 1 ~ 5㎚ 정도 두께의 ZnO층을 교대로 6주기 적층한 적층부와, p형 MgzZn1 - ZO 로 이루어지고, 0 ~ 15㎚ 정도 두께의 p형 가이드층의 적층 구조로 형성된 다중 양자 우물(MQW) 구조로 형성되고, 365㎚ 정도인 파장의 광을 발광하도록 형성되어 있다. 그러나, 발광층 형성부(7)의 구조는 이 예로 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 활성층(4)이 단일 양자 우물(SQW) 구조이어도, 벌크 구조이어도 되며, 또 더블 헤테로 접합 구조가 아니라, 헤테로 접합의 pn 구조이어도 된다. 또한, n형층(3)이나 p형층(5)도 장벽층과 컨택트층의 적층 구조로 하거나, 또 헤테로 접합의 층 사이에 구배층을 설치하거나, 나아가서는 기판측에 반사층을 형성하거나 할 수도 있다.
그리고, 기판(1)의 이면을 연마하여 기판(1)의 두께를 100㎛ 정도로 한 후에, 그 이면에 Ti, Al을 적층하여 신터(sinter)함으로써 n측 전극(9)을 형성하고, 또한 p형 컨택트층(6)의 표면에 리프트 오프법에 의해 Ni/Au 의 적층 구조로 p측 전극(10)을 형성하여 웨이퍼로부터 칩화함으로써, 도 1에 나타나는 구조의 발광 소자 칩이 형성되어 있다. 또한, n측 전극(10)은 기판(1)의 이면에 형성하지 않고, 적층된 반도체 적층부(8)의 일부를 에칭하여 노출하는 n형층(3)의 표면에 형성할 수도 있다.
이 발광 다이오드를 제조하려면, 우선, 수열 합성법으로 만들어진 MgZnO계 화합물의 잉곳을 A면(11-20) 또는 M면(10-10)으로 잘라 내어 CMP 연마함으로써 웨 이퍼를 만든다. 그리고, ZnO계 화합물의 성장에는 RF 플라즈마로 산소 가스의 반응 활성을 향상시킨 산소 라디칼을 만들어 내는 라디칼원(源)을 구비한 MBE 장치를 이용한다. 동일한 라디칼원을 p형 MgZnO계 화합물의 도펀트(dopant)인 질소를 위해 준비한다. Zn원, Mg원, Ga원(n형 도펀트)은 각각 순도 6N(99.9999%) 이상의 금속 Zn, Mg 등을 이용하여 쿠누센셀(증발원)로부터 공급한다. MBE 쳄버의 주위에는 액체 질소가 흐르는 슈라우드를 준비하여, 벽면이 셀이나 기판 히터로부터의 열 방사로 따뜻해지지 않도록 해 둔다. 그렇게 함으로서, 쳄버내를 1× 10-9 Torr 정도의 고진공으로 유지할 수 있다.
이와 같은 MBE 장치내에, CMP 연마된 상술한 MgZnO계 화합물로 이루어진 웨이퍼를 도입 후, 700℃ 정도에서 서멀 클리닝을 한 후, 기판 온도를 600℃ 정도로 내려 n형 버퍼층(2)을 성장시키고, 또 상술한 구성의 각 반도체층을 순차적으로 성장함으로써 반도체 적층부(8)를 형성한다. 그리고, 상술한 바와 같이, 기판(1)을 얇게 하여 표면측의 p형 컨택트층(6)상에 리프트 오프법에 의해 진공 증착법 등을 이용하여, Ni/Au 적층 구조의 p측 전극(10)을, 기판(1)의 이면에 Ti/Al 을 적층하여 600℃, 1분 정도의 신터를 행함으로써 오믹성을 확보한 n측 전극(9)을 형성한다. 그 후, 다이싱 등에 의해 웨이퍼로부터 칩화한다.
이와 같이 형성한 LED의 전류(단위 A)에 대한 휘도(임의 단위)의 관계를 도 2에 나타낸다. 즉, 도 2는 횡축으로 순방향 전류를 취하여, 전류를 늘렸을 때 휘도 증가의 관계를 나타내는 도면으로, 본 발명의 Mg0 .1Zn0 .9O를 기판으로 하여 파장이 365㎚ 인 발광을 시킨 LED의 특성이 A 이고, ZnO를 기판으로 한 동일한 파장의 발광을 하는 LED가 B 로 각각 나타나 있다. 도 2로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 Mg를 혼정시킨 기판을 이용함으로써, ZnO를 기판으로 한 것보다 10배 이상의 휘도가 얻어진다
상술한 예는 LED의 예이지만, 레이저 다이오드(LD)에서도 동양으로 헤테로 접합의 반도체 적층부가 형성되고, 그 적층부와 수직 방향으로 구동 전압이 인가되기 때문에, A면 또는 M면을 메인 면으로 하는 MgXZn1 - xO(0
Figure 112007067192848-PCT00012
x
Figure 112007067192848-PCT00013
0.5) 로 이루어진 기판(1)을 이용하여, 메인 면과 평행한 면이 {11-20}면 또는 {10-10}면에 배향하고, 또한 메인 면과 수직인 면을 {0001}면에 배향시키면서 ZnO계 화합물 반도체층을 에피택셜 성장함으로써, 낮은 구동 전압으로 문턱값 전류가 작은 고특성의 반도체 레이저가 얻어진다. 도 4에 이와 같은 반도체 레이저의 구조예를 나타낸다.
도 4에 있어서, 기판(1) 및 버퍼층(2)은 도 1에 나타나는 예와 동일하다. 이 예에서는 n형층(3)이 ZnO로 이루어진 n형 컨택트층(3a), MgyZn1 - yO(0
Figure 112007067192848-PCT00014
y
Figure 112007067192848-PCT00015
0.3, 예를 들어 y=0.2) 로 이루어진 장벽층(클래드층)(3b)으로 구성되고, 활성층(4)은 상술한 예와 동양이지만, n형 MgzZn1 - zO(예를 들어 z=0.05) 로 이루어진 n형 가이드층(4a)과 Mg0.1Zn0.9O/ZnO의 적층부(4b), p형 MgzZn1 - zO로 이루어진 p형 가이드층(4c)으로 이루어져 있고, p형층(5)이 동일한 MgyZn1 - yO(0
Figure 112007067192848-PCT00016
y
Figure 112007067192848-PCT00017
0.3) 로 이루어진 제1 층(5a) 및 제2 층(5b)으로 분할되고, 그 사이에 스트라이프 그루브(11a)이 형성된 i 또는 n형의 MgaZn1-aO(0<a
Figure 112007067192848-PCT00018
0.3, 예를 들어 a=0.15) 로 이루어진 전류 협착층(11)이 삽입되는 구조로 형성되고, 이들에 의해 발광층 형성부(7)가 구성되어 있다. 그리고, 그 표면에는 p형 ZnO로 이루어진 p형 컨택트층(6)이 적층됨으로써, 버퍼층(2)으로부터 컨택트층(6)까지 반도체 적층부(8)가 형성되어 있다. 그리고, 컨택트층(6)상에 p측 전극(10)이 상술과 동양인 재료에 의해 형성되어 있으나, 이 경우는 적층면의 표면측으로부터 광을 취출하지 않기 때문에, 거의 전면에 형성되고, 반도체 적층부(8)의 일부가 에칭에 의해 제거되어 노출하는 n형 컨택트층(3a)에 n측 전극(9)이 형성되어 있다. 이 n측 전극(9)은 도 1에 나타나는 예와 동양으로, 기판(1)의 이면에 형성할 수도 있다.
이 400㎚ 이하의 파장역의 발광 소자는 예를 들어 자외광을 백색으로 변환하는 발광색 변환용 수지를 표면에 도포함으로써 백색 조명 램프의 광원으로서 이용할 수 있고, 또 소독용, 공기 청정용 등의 UV 램프 등으로 이용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 기판상에 400㎚ 이하인 파장의 광을 발광시키는 발광층 형성부가 되도록 ZnO계 화합물 반도체층을 적층하는 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자로서,
    상기 기판으로서 MgxZn1 -xO(0<y
    Figure 112007067192848-PCT00019
    0.3)(0<x
    Figure 112007067192848-PCT00020
    0.5) 로 이루어진 기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자.
  2. 상기 기판의 Mg의 혼정 비율 x가 상기 발광시키는 광의 파장을 λ로 하고, (1240/λ-3.3)/4
    Figure 112007067192848-PCT00021
    x 로 되도록, 상기 기판이 형성되어 이루어지는 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기판의 메인 면이 A면(11-20) 또는 M면(10-10)이고, 상기 메인 면과 평행한 면이 {11-20}면 또는 {10-10}면이고, 또 상기 메인 면과 수직인 면이 {0001}면에 배향하여 상기 ZnO계 화합물 반도체층이 에피택셜 성장되어 이루어지는 산화 아연계 화합물 반도체 발광 소자.
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