TW469511B

TW469511B - ZnO compound-based semiconductor light emitting element, and manufacturing process therefor

Info

Publication number: TW469511B
Application number: TW089114903A
Authority: TW
Inventors: Sakae Niki; Paul Fonsu; Hiroya Iwata; Tetsuhiro Tanabe; Hideshi Takasu
Original assignee: Agency Ind Science Techn; Rohm Co Ltd
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2001-12-21
Also published as: US20050247954A1; US6987029B2; US7605012B2; EP1199755A1; EP1199755A4; KR20020048377A; EP1912298A1; WO2001008229A1; US6674098B1; US20040099876A1; KR100694928B1

Description

4 6 9 5 11 A7 五、發明說明（1 ) [技術領域] 本發明為關於一種使用Zn0系化合物半導體，且能夠在具有高記憶密度之光碟存儲器或雷射光束印表機的高精φ度化上所需之藍光範圍發光的半導體雷射或發光二極管中使用之半導體發光元件及其製法，以及使用saw裝置、焦電70件、壓電元件、氣體感測器等Ζη〇系化合物半導體之7L件’及製造該元件之Ζη〇系化合物半導體層的結晶成長方法。更詳細者，為有關一種使用可使電極自晶片上下兩面取出及劈開，或可使Ζη〇系化合物半導體之結晶性良好成長，而可提高發光效率等之元件特性的Ζη〇系化合物半導體之元件，以及製造該元件之Ζη0系化合物半導艘層的晶體成長方法。 [背景技術] 最近在全色彩顯示器及信號燈等之光源上所使用之藍色系（意指紫外至黃色波長範圍，以下亦同）發光二極管（以下稱之為LED)及室溫下連績振盪而可作為新世代高精密 DVD光源用之藍色系半導體雷射（以下稱之為方面，可藉由在藍寶石基片之C面上疊積ο aN系化合物半導體層製成而受到重視。其構造即如第14圖之LD晶片的斜視說明圖所示，在藍寶石基片21上由ΙΠ族氤化物之化合物半導體以有機金屬化學氣相成長法（Metal Organic Chemical Vapor

Deposition ’以下稱之為M〇CVD)順序疊積，且依序疊積成GW緩衝層22、n形GaN層23、AV12Ga0 88N形成之n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公芨） 1 311649 46 95 1 A7 B7

修.li:: 補充I 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

形包覆層24、GaN形成之η形導光層25、InGaN系化合物半導體之多量子拼式構造構成之激活層26、ρ形GaN形成之P形導光層27、p形Al〇.2Ga0 8N形成之p形第1包覆層 28a、Al。12Ga0 88N形成之ρ形第2包覆層28b、p形GaN 形成之接觸層29、部份疊積之半導體層如第14圖所示，係以乾式蝕刻等蝕刻，而使η形GaN層23露出，並在其表面形成η側電極3 1，在前述接觸層29上則形成p側電極3 0。另一方面’ ΖηΟ系化合物半導體亦屬寬隙能半導體，可與C d混晶而縮小其帶隙能，並得到同樣發出藍色光系之光’且可用於SAW裝置及焦電元件、壓電元件等因而開始有各種研究。同時’以ZnO系化合物半導體因與GaN 系化合物半導體及藍寶石同樣為六邊形（hexagonal)結晶，晶格常數亦與其相仿’因此考慮以廣泛用在工業上之C面為主面的（0001)藍寶石基片為基片。以作為GaN系化合物半導體之磊晶成長用基片。此（0001)藍寶石基片上之2nO系化合物半導體之成長經濟部智慧財產局員工消費合作社印製可以依「（Room-temperature ultraviolet laser emission from seif-assembled ZnO microcrystallite thin films)」（Applied Physics Letters) ’ 第 72 卷 25 號、1998 年 6 月 22 日號， 3270至3272頁）令之所載。如前所述，已往藍色系之半導體發光元件因係使用C 面為主面的（0001)藍寶石基片為基片，所以基月無導電性，而無法形成在疊積體上面及下面間形成有電極之垂直衣纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格C?丨〇χ 297公釐） 2(疹正頁) 311649 A7 4 6 9 5 1 1 五、發明說明（3 ) f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 形元件（意即晶片之表面及内面形成電極之構造、以下相同）。因此’在將疊積半導體層之表面及其一部份蝕刻而露出之下層半導體層不得不設計兩端電極，因此製造步驟複雜，而同時亦有晶片接合變為複雜之問題。又同時，因藍寶石基片極為堅硬’劈開困難’因而在形成半導體雷射之光共振器的鏡面所必需之平坦端面上有其困難。亦即，藍寳石基片雖可得到優良的單結晶半導體層，但反而卻增加製造元件時，其加工性及電極形成之困難點。同時’藍寶石之c軸長（^為1.299inm，a軸長a為 0.4754nm，相 ’ Zn0 之 c 軸長為〇 52nnm，& 軸長 az為0.325nm 不配合度£：極大為ε 31.6%。此時’丨如第所示ΖηΟ結晶有可能迴轉3〇。而成長’但該情形下不配合度ε極大為e _(2/31/2 · az-as)/as 21.1%。因离，尤其有結晶成長時之基片溫度及， Ζιι及Ο元素之供給量，基片表面處理方法及，傾斜角度等各種參數複雜地作用，而缺少平垣性結晶成長面之再現性的問題。識經濟部智慧財產局員工消費合作社印製此外，因藍寶石與Zn◦之^常數不配合，所以如前述，ZnO可能迴轉30°而成長有未迴轉之結晶與3〇。迴轉之結晶混雜，而在形成具平坦性結晶成長面的再現性上有更缺少之問題。因此’本發明為解決此種問題而創作者，本發明之第 1項目的在於提供一種LED及LD等之半導體發光元件，係使用Zn〇系化合物半導體，且係從晶片之表、内兩面本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） 3 311649 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4b 95 1 A7 B7 五、發明說明（4 ) 以取出電極之垂直型、本道體層之結晶性優良、發光效率亦尚’同時基片不使用藍窨上為方便之構造。^石基片、在製造程序及使用面本發月之第2項目的為提供—種半導體發光元件之製法’為使ZnG系化合物半導體切基片上良好地成長特別含有矽基片之適當表面處理方法。本發明之第3項目的為提供一種使用半導體發光元件等Μ系化合物之元件，即使用藍寶石基片亦可得到結晶性優良之Zn〇系化合物結晶層，而可提高元件特性。本發明之第4項目的為提供__#ZnQ^b合物晶體之成長方法，即使用藍寶石基片亦可得到結晶性優良之Μ 系化合物結晶層。本發明之第5項目的為提供一種發光特性優良之及LD等半導體發光元件，係使用藍寶石基片及具優良結晶性之ZnO系化合物半導體。 [發明之開示] 本案發明人等為解除上述於藍寶石基片上成長Ζη〇系化合物半導體之不便，以達成第i及第2項目的，反覆研究如何以易操作之大口徑矽基片成長Zn〇系化合物半導體。發現雖然欲使ZnO系化合物半導體直接在碎基片上成長’但ZnO系化合物將不定形化而無法得到結晶性良好之半導體層之理由在於，由於引入促成ZnO系化合物成長之自由基氧，在ZnO系化合物半導體成長之前，矽基片表面含先被強烈地氧化致不定形化，若事先在矽基片表面施本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

-------------裝! (諳先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -線- 311649 46 95 1 A7 B7 修.“二| 補充經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（5 ) 以氮化處理形成薄氮化膜，即可防止矽基片表面氧化，並可成長結晶性優良之ZnO系化合物半導體層，而得到發光特性優良之半導體發光元件。因此為達成第1項目的，本發明之半導體發光元件含碎基片及’該矽基片之表面所設置之矽氮化膜及，設在該石夕II化膜上’且疊積至少具有Zn〇系化合物半導體形成的 Π形層及p形層’以形成發光層之半導體疊積部。在此之ZnO系化合物半導體意指含Zn之氧化物，具體之例可舉如ZnO以外之ΠΑ族元素與Zn或IIB族與Zn 或ΠΑ族元素及ΠΒ族元素與Zn之各氧化物。以下之發明中亦同。此構造係在矽基片表面上形成矽氮化膜，因此即使為使ZnO系化合物半導體層成長而注入自由基氧，矽基片表面亦不致被氡化、破壞’在該表面上Zn〇系化合物半導體層之成長亦可有良好之結晶性成長。其結果，即可以得到結晶性優良之半導體疊積部，並獲得具優良發光特性之半導體發光元件》上述石夕氮化膜表面不形成非晶形而形成平坦面，因此其上成長之ZnO系化合物半導體層之結晶將可更為良好。此處所謂矽氮化膜之表面係形成平坦面，意即表面無非晶形化且無嚴無凹凸不平，表面的晶格排列成可辨識程度之狀態’即以例如反射高能電子繞射法（RHEED法；即以經10至50kV加速之電子束自小角度（1至2。以下）射入 1111 111 11 I 訂- I — -----I (請先閱請背面之注意事項再填罵本頁) 本纸張尺度過闬中國國家標準（CNS)A4現格（2丨0x297公爱）修正頁） 311649 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 基片表面’並將表面原子所反射繞射之電子束投影在螢光幕以測定結晶之表面狀態的方法）可以顯現條狀狀態至點狀（spotty)影像程度之狀態。上述碎氮化膜可以形成lOnm以下之厚度，即妙氮化棋之表面不多結晶化’因此易於形成平坦面。上述半導體疊積部’係使CdxZnhOCOS χ<1)形成之激活層具有帶隙能量較上述激活層為大之MgyZn^yCKO $ y<l) 包覆層夾住形成之雙異質構造’因此，可得到使用Zn〇系化合物半導體且發光特性優良之LED及LD。為達成第2項目的’本發明之半導體發光元件之製法的特徵為’矽基片在氮存在環境下以熱處理形成矽基片表面之碎氮化膜’並於該矽氮化膜上成長由Zn◦系化合物半導體構成而形成發光層之半導體疊積部。以此方法’不只可以在矽基片表面形成氮化臈以防止其氧化’且表面不會多結晶化，而可以維持碎基片之結晶面’並在表面成長優良結晶性ZnO系化合物半導體，同時形成之矽氮化膜極薄、可以阻斷矽基片及半導體疊積部之間的導電性。上述形成矽氮化膜之處理中’可控制該處理之溫度及時間而使形成之矽氮化膜表面可以維持矽基片為平坦面，而可防止多結晶化《亦即，在例如以650°C進行氮化處理時’以5至10分鐘左右’或7分鐘左右之氮化處理則更佳，即可得到具優良結晶性之ZnO系化合物半導體層，但在15 分鐘左右時表面會多結晶化，其上成長之ZnO系化合物半 -------------:-裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 311649 46 95 1 A7 B7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（7 ) 導體亦多結晶化’因此無法得到結晶性佳之Zn〇系化合物半導體層。同時’以800<t進行氮化處理時，即使以3分鐘左右之處理時間’亦可得到結晶性優良之Zn〇系化合物半導體層’相反地在降低氮化溫度時，最好加長處理時間。此些條件可以例如上述之RHEED法檢查矽氮化膜之表面狀態，以設定矽氮化膜表面可為平坦，面之條件。為達成第3項至第5項目的’本案發明人等反覆致力研究ZnO系化合物結晶層在藍寶石基上成長時，如何成長為晶格缺點少、結晶性優良之Zn〇系化合物層。結果發現 ZnO系化合物層在以藍寶石之a面等與c面直交之面為主面的基片表面長成時，可以得到結晶性極為優良發光特性等元件特性優良之元件。為達成第3項目的，本發明之含Zn〇系化合物層元件具有，以與藍寶石基片之C面直交之面為主面的藍寶石基另、及該藍寶石基片之上述主面上磊晶成長之Zn〇系化合物層。此處所稱之與籃寶石基片C面直交之面，意指藍寶石之A面外如該A面在c面内迴轉的面而與c面成直交之面，所謂直父（直角）意指一般基片製作規格上在容許之土 0.5 °以下者。因此構造，Zn〇系化合物層成長在藍寶石基片之c軸方向的直角方向上，即沿著藍寶石之c軸與Zn〇之a軸並列成長。其結果，沿c軸長（1 299111〇1)有Zn〇系化合物結晶4個份之a軸長（0.325nm)並列，應可以得到結配合本紙張又度遡用中國國家標準(CNSJA4 ^(210 x 297 ) 311649 I-------一----· I-----—訂- - ------- {請先閱讀背面之;1意事項再填寫本頁) 46 9 5 A7 B7 %年㈣Λ丨爹正補充經濟部智慧財產局員Η消f合作社印製五、發明說明（8 ) 度極佳在0.07%左右之優良結晶面β 上述藍寶石基片之主面若為Α面，則容易得到藍寶石基片因此較佳β 為達成第4項目的，本發明中Ζη〇系化合物層之晶體成長方法’為藍寶石基片之（；軸與上述2η〇系化合物層之 c軸成直交’使上述ΖηΟ系化合物層磊晶成長。為達成第5項目的’本發明之半導體發光元件，含以與藍寶石基片之C面直交之面為主面之藍寶石基片，及整積至少具有在該藍寶石基片之上述主面上磊晶成長之Ζη〇系化合物半導想形成的η形層及ρ形層以形成發光層之半導體養積部。與上述C面直交之藍寶石基片主面係可用例如Α面。上述半導體積層部具有雙異質構造，係使CdxZni_x〇(〇 S χ<1)形成之激活層為MgyZnbyC^O gy<l)所形成，且帶隙能量較上述激活層大的包覆層夾住，因此，可得到使用系化合物半導體’且發光特性優異之LED及LD。 [圖面之簡單說明] 第1圖為本發明之半導體發光元件實施形態之一的 led晶片之斜視說明圖。第2圖所示為關於石夕基片表面氮化處理之溫度及時問之適宜條件關係圖。第3(a)至3(c)圖為以RHEED法檢查基片表面的方法之說明圖及所觀察之基片表面的繞射像說明圖。第4圖為顯示本發明之半導體發光元件的其他實施形表紙張叉度適用中國國笨標準（CNS>A4現格（210 «297公笼） 311649 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本I) 今° r

態之斷面說明圖。第5圖為顯示本發明之半導體發光元件的再其他之實施形態的斷面說明圓。第6圖為本發明之再其他實施形態中在A面藍寶石基片上成長ZnO層之狀態的斷面說明圖。第7(a)、（b)圖為藍寶石單結晶之代表性面方位之說明圖。第8(a)圖為本發明中在以a面為主面之藍寶石基片上成長之ZnO層的X線反射像之極象圖、第8(b)圖為在以c 面為主面之藍寶石基片上成長之同樣的圖。第9圖所示為本發明中在以a面為主面之藍寶石基片上成長之ZnO層的光激發光光譜分析（A)，與在以c面為主面之藍寶石基片上成長者（C)比較之圖。第10圖為本發明中於藍寶石之A面上成長Zn〇時之 ZnO晶體之配向狀態說明圖。第11圖為使用A面藍寶石基片之本發明的半導體發光元件之一例的LED晶片的說明圖。第12圖為使用A面藍寶石基片之本發明的半導體發光元件之其他例之LD晶片的說明圖。第13圖為使用A面藍寶石基片之本發明的半導體發光元件之再其他例的LD晶片的說明圖。第14圖為使用已往GaN系化合物半導體之ld晶片的一例之斜視說明圖。第15圖為藍寶石之C面上成長與C面平行之ZnO時 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝

I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公髮） 9 311649

^951 I 五、發明說明（10 ) 之結晶結構說明圖 [符號之說明] A7 B7 1 矽基片 1 a 藍寶石基片 2 矽氮化膜(Zn◦系化合物層） 3 n形層（接觸層） 4 η形層（包覆層） 5 ' 15 激活層 6 Ρ形層（包覆層） 7 P形層（接觸層） 8 透明電極（ΙΤΟ膜） 9 n例電極 10 ρ侧電極 11 半導體疊積部 14、 16導光層 17 電滴·集中層 18 條紋溝 51 電子槍 52 電子束 53 基片 54 電子束 55 螢光幕 -------------^4 11 ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [實施發明之最佳形態] 以下參考圖面說明本發明之使用矽基片的半導體發光元件及其製法。使用矽基片之本發明的半導體發光元件，如第〗圖中其一實施形態之LED晶片的斜視說明圖所示，在碎美片1 表面上設置矽氮化膜2 ’該矽氮化膜2上則疊積至少具有 ZnO系化合物半導體形成之n形層3、4及p形層6、7，以形成發光層之半導體疊積部11。如上所述’本案發明人等反覆專心研究如何在發基片上使ZnO系化合物半導體結晶性良好地成長之社术：’發現若使ZnO系化合物半導體在石夕基片上直接長成，則艺系化合物半導體材料之自由基氧在開始時會與碎激烈反本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

、9 5 1 I 五、發明說明（11 ) 應’表面即形成凹凸之不定晶形，該原因將導致無法得到結晶性良好之ZnO系化合物半導體層。同時也發現，矽基片之表面先行氮化處理，使基片表面獨立區帶之以與^^ 化合’而在表面形成薄矽氮化膜，其上即可長成結晶性優良之ZnO系化合物半導體。此矽氮化膜係在氮氣或氨氣等氮存在的環境下進行熱處理’並於矽基片之表面形成氮化膜而可得到良好結果，但氮化處理過度時其上之Zn〇系化合物半導體反而會多結晶化，而無法得到結晶性優良之Zn〇系化合物半導體。亦即’矽基片1經洗淨處理後放入MBE(Molecular Beam Epitaxy ;分子束外延法）之晶體成長裝置内，再將例如以RF電源激發成等離子狀態之ΝΑ氣體注入MBE晶體成長裝置内，並測定改變各種形成矽氮化臈2之處理溫度及處理時間時’其上所長成之Zn〇系化合物半導體層膜質之狀態。該測定結果如表Ϊ中所示，以6501之熱處理進行7分鐘時膜質非常良好（雙圓），進行5分鐘至1〇分鐘時，可以得到膜質良好之Zn〇系化合物半導體層（白圈），但相同溫度下進行熱處理]5分鐘時ZnO系化合物半導體層即非晶化而不適宜（X記號）。同時，以8〇(rc進行氮化處理3 分鐘之結果’同樣可以得到膜質良好之Zn〇系化合物半導體層。 ------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·. 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 11 311649 〇95 1 A7 B7 五、發明說明（12 處理溫度(°c) 650 處理時間(分） 5 膜質 L〇

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製該關係如第2圖所示’可得到良好膜質之範圍中，岑然在低溫下處理速度較為緩慢，但長時間之處理仍可以：到同樣之膜質’以第2时實線所包含㈣p之條件處理即可以得到膜質良好之矽氮化臈，因此，推想其上成長之 Zn〇系化合物半導體層亦可具有良好之膜質。該膜質之檢查，如第3圖⑷所示，係使用在一般mbe 裝置中裝設之所謂的反射高能電子繞射法（RHEED法）之方法，亦即由電子搶51將以10至5〇kv加速之電子束52 由小角度（1至2以下）Θ射入基片53表面，再將表面原子所反射繞射之電子東54投影至螢光幕55，以測定結晶之表面狀態的方法’而電子之加速電壓係以V進行。依據此方法時，因電子束之入射、反射、繞射束之測定是以小角度進行，因此並不影響幾乎與基片53為垂直方向之分子光朿的供給，而可以在成膜中測定。以繞射像，在基片表面為結晶構造時呈直線或帶狀明暗（條狀圖像），但基片表面出現凹凸而形成島時，以些島對透過繞射電子束之影響增大，因此條狀圖像消失而出現點狀（spotty)像。若表面進一步形成多晶體，則點會消失而得到環狀之繞射像。此乃是因微結晶之方位成不規則分饰本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复） 12 311649 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 95 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（u) 所造成。若表面再進而成非晶形，則原子排列失去週期性，因此不合繞射條件，RHEED線即形成同樣強度之帶狀（暈圈）。因此依據該測定來觀察矽氧化膜2之表面狀態，同時測定其上成長之Zn〇系化合物半導體之膜質，即可得到兩者之間的相關性。一面進行此表面狀態之測定，一面先氮化處理矽基片 1之表面，則開始時因矽基片之表面形成氧化膜，表面失去平坦性，而可得到如第3(c)圖所示之環狀繞射像。此狀態下再將上述以RF電源激發成等離子狀態之NH3氣體注入MBE裝置之箱内，並將基片昇溫至65{rc左右則矽基片1表面上氧化之氧被還原而得以去除，表面即呈現如第 3(b)圖所示之點狀像的狀態。再保持該狀態，則表面的氧被去除，形成獨立區帶之Si及N即化合形成矽氮化物，氮化處理再持續時，若為1 〇nm左右以下厚度之氮化膜2 ’ 繞射像便可維持上述之點狀像。但氮化處理持續比分鐘長時，點狀之像即模糊，進行15分鐘左右，則再度形成如第3(c)圖所示之環狀像。因此’要得到上述良好之膜質Ζώ0系化合物半導體從可得到如第3(b)圖所示之點狀繞射像之狀態長成點狀像稍為模糊狀態之帶平坦性氮化膜狀態下，若繞射像形成如第 3(c)圖所示的環狀’則氮化處理已過度，表面狀態凹凸明顯’該狀態下其上成長之ZnO系化合物半導體之結晶性即降低。因此’使表面非晶性化不會形成明顯之凹凸，而可維持平坦性之氮化處理’以得到膜質良好之Zn〇系化合物 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 士-° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 311649 A7 469511 B7 -------- 五、發明說明（14 ) 半導體。矽基片1，可以用在一般之iC等，可使用例如摻雜碟 (P)之η形矽基片（111)。但摻雜硼（B)等之p形基片及面方位為（1〇〇)者亦可。該矽基片1係進行以丙酮、乙醇以及單純超音波洗淨等之有機洗淨、及以稀釋氟酸光蝕刻基片之表面氧化膜的基板洗淨。矽氮化臈2如前所述係在氮存在之環境下經熱處理形成’矽基片1之表面為在不是多結晶及非晶性狀態之狀態易於形成。此氮化處理，並不須要如上述之ΜΒΕ裝置，但要一面觀察表面狀態一面進行處理時，則屬ΜΒΕ裝置為佳’因其可以如前述一面以RHEED法觀察一面處理。同時，氮存在之環境’可如上述例使用激發成等離子之氨氣，但也可以使用激發成等離子之ν2氣體，亦可以使用 Ν〇2。此矽氮化臈2係不形成上述非多結晶狀態，而是處理成可得到平坦面之狀態。亦即形成1 〇nm以下厚度，更好疋5nm以下厚度。此條件可由處理溫度及處理時間調整，亦即溫度尚時短時間、溫度低時則以較長時間處理。半導體疊積部11如第丨圖所示之例，係由含（}3之11 形ZnO形成左右之接觸層3’同樣由含Ga之 MgyZni-y〇(〇客y<1，例如y = 〇 15)形成〇2只瓜左右之n形包覆層4 ’由CdxZni_x〇(〇g χ<ι，且帶隙能量較包覆層小者組成，例如：㈣·08)形成之〇1心左右的激活層5，同時含Ga及N之y<i，例如y = 〇〗5)形成之〇.2"m左右的？形包覆層6,同時含Ga&N2Zn〇形成 --------------裝 _! {請先閱靖背面之注意事項再填寫本頁) * 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適时關冢鮮（CNS)A4規格~^) χ 297公爱- 14 311649 A7 469511 ___B7__ 五、發明說明（15 ) 的1/zm左右的p形接觸層7’之各層疊積成具雙異質構造之發光層形成部的半導體疊積部11。此半導體層可在上述 MBE裝置中持續氣化處理而成長。此外，激活層5,為避免形成非發光再結合中心’最好是無摻雜物。同時，η形及Ρ形包覆層4、6之帶隙較激活層5大，且具有將載波有效地封閉於激活層5内之效果。半導體疊積部1〗上為使電流擴散，可以例如形成〇 2 仁m左右之ΙΤΟ膜透明電極8，在其部份表面以上升法形成Ni/Al或Ni/Au等之疊積體的ρ側電極1〇，同時，在石夕基片1之内側整面由真空蒸鍍形成Ti/ΑΙ或Ti/Au等之叠積體的η側電極9。其次’說明此LED之製法。可舉例如將矽基片〗置於 MBE裝置内’再將基片1之溫度調為650°C左右下，以流速0.6sccm通入NH3氣體’並以電力300W左右之高頻電源通入箱内激發成等離子狀態。此程度流量下，因可得到強等離子激發光故佳。其後’進行氮化處理7分鐘左右。其次’使基片1溫度為300至450°C左右，再於等離子氧之照射條件下’開啟Zn源（隔室）開關、照射Zn，同時開啟η形摻雜劑之Ga開關’以長成n形ZnO所形成！ /z m左右之η形接觸層3。其次’再開啟Mg源（隔室）之開關，成長0.2々m左右之Mg。υΖη。85〇之n形包覆層4。其次’為長成激活層5，關閉Mg隔室及換雜劑之Ga 隔室’開啟Cd源金屬隔室之開關，並照射cd，以長成〇 1 # m左右之Cd。〇8ZnQ.92〇，其次，關閉Cd隔室之開關，再 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公楚） 15 311649 46 95 1 五、發明說明（μ ) 開啟Mg隔室及Ga隔室，再注人㈣摻雜劑之激發等離子 n2。以為n形摻雜劑，因可與激發等離子κ同時換雜而有效地p形化，因此須同時捧雜。同時，由· 一。85() 形成之Ρ形包覆層6成長成0、m左右，同樣地同時使摻雜p形Zn0形成之P形接觸層7長成】_左右，以成長成半導體疊積層部11。之後’取出由刪裝置外延成長之極板再放入例如錢裝置中使其形成IT0肖，成為厚度為02㈣左右之透明電極8。之後，研磨美Η 叫僧暴片1之内面成100 左右之厚度，再以真空蒸錢等在基片1之内面整面上形成Tl/A1 等之2 y m左右的n側電極9，以例如上升法在部份π。膜8上形成Tl/A1等之〇·2心左右的Ρ側電極10。之後，極板經晶片化，即可得到如第】圖所示之咖晶片。依據本發明使用石夕基片之半導體發光元件，切基片表面具有銳切膜’其上並疊積2η〇系化合物半導體層，因此，Ζ„〇系化合物半導體層可成良好之結晶性成長，且使用石夕基片之藍色系半導體發光元件，可如同在藍寶石基月上之成長同樣有高發光效率。亦即，已往在矽基片上系化合物半導體即使成長，其膜質亦不良，且非發光再姓合中心多，因此發光效率極差，但本發明卻可得到用㈣片之藍色系半導體發光元件。另方面，氮化矽膜係形成1 Onm以下極薄之層，因此由上下之導電性半導體層包爽時，導電性幾乎無電壓降 I低。其結果，2形成從晶月之上下’"彳電極及“則電極 1 本紙張尺度適财_家標準ϋ)Α伐格⑵χ 297公爱 311649 A7

469511 五、發明說明（Π ) (請先朋讀背面之注意事項再^寫本頁) 可分別取出之垂直型發光元件’且形成電極之部份疊積半導趙層無需經過蝕刻’不惟製造步驟極為簡化’同時在固定發光元件裝置時’兩電極無需經引線接合，一方可經晶粒接合直接連接於電極，因此可以減少線接合，使用上極為方便。另一方面，形成如後所述之LD時，最好使光諧振器之端面為鏡面’而矽基片上因疊積立方晶之半導體層，半導體疊積部係藉由立方晶整齊排列於基板上，因此比藍寶石基片更容易劈開’光講振器之端面可以形成劈開面β其結果即可以得到振盪特性優良之藍色系半導體雷射。上述之例為LED之例子，而LD亦相同《此種場合，半導體疊積部11有若干變化，最好可例如第4圖之斷面圖 (所不’由無換雜之Cd0.03Zri0.97O/Cd0.2Zn0.8O的阻推層及解 1層各5nm及4nm交互疊積2至5層成多量子阱式構造’形 γ成激活層15。此外’激活層15薄至無法將光充份地封閉於激活層15内時，亦可例如在激活層15之兩側設置ZnO t形成之導光層14、16。

I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 同時’在第4團所示之例中，包埋電流集中層17之 SAS型構造的LD晶片之例中，在p形Mg015Zn0 85〇形成之P形第1包覆層6a上設置例如η形Mg。2Ζηϋ8〇形成之〇·4μ m左右的電流集中層17，再一次將極板自結晶成長裝置中取出，並於表面由電阻膜形成條紋狀圖案，再置入 NaOH等驗溶液内蝕刻成條紋狀之電流集中層17，並形成條紋溝18，再再次將極板放回MBE裝置，如上述之例同本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 17 311649 4 6 9 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（18 ) 樣使ρ形Mg。成長形成p形第2包覆層讣及p 形Zn〇形成之p形接觸層7。此場合時，不需二〇形成之透明電極’而在p形接觸層7上接近整面地形成p側電極 10。同時，在囷中並未示出，但p形第】包覆層“及電流集中層17之間最好設置p形GaN形成之蝕刻終止層。因ZnO Μ匕合物|導體可以濕式敍刻法钱刻處理因此可以形成GaN系化合物半導體中難以包埋電流集中層之SAS型構造的LD晶片，也可在接近激活層處形成電流集中層，而得到高特性之半導體雷射光。然而，LD晶片之構造並不限於SAS型構造，亦可以形成只有p側電極為條紋狀之電極條紋構造’或自條紋狀電極之兩側半導體層至P形包覆層上部蝕刻成台面型形狀之台式條狀構造，或打入質子之質子打入型。電極條紋構造之LD晶片可例舉如苐5圖所示者。在該構造中，由於p側電極Μ形成條紋狀形狀’且只有未設置電流集中層之點與第4圖之構造不同’其他構造幾乎與第4圖相同，且相同的部份附記之符號相同’而省略其說明》同時，6為p形包覆層。即使在此種構造’因基片使用妙，因此，可自上、下兩側取出兩電極，不只製造面與使用面兩者皆非常方便，同時可以劈開光諧振器之端面形成劈開面，故可以得到高特性之半導體雷射。上述例中LED為雙異質構造之例，但亦可為單純之pn 接合或MIS(金屬-絕緣層-半導體層）構造等之其他構造β 同時’ LD晶片構造亦可無導光層，而設其他之層，或不 -I--I---I I I I J » - I I <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 訂· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297~^釐了 18 311649 469511 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（I9 限定於上述之疊積構造。此外，矽基片之氮化處理及其後之ZnO系化合物半導體的成長是在mbe裝置内進行，亦可以MOCVD裝置進行氮化處理及之後的半導體層成長，且只要設定條件，無需——觀察表面狀態亦可形成同樣之表面狀態，且亦可以其他方法製造。使用矽基片之本發明可在矽基片上成長成Zn〇系化合物半導體，並得到上下兩面設有電極之垂直型藍色系半導體發光元件。因此，不只製造步驟簡單且可降低成本，同時使用之際可以減少引線接合，因此得到之半導體發光元件易使用且價廉。此外，因可以劈開，故可得到有優良端面之雷射諧振器，且可得到可利用於具高記憶密度之光碟及雷射光束印表機之高精細化的高性能短波長半導體雷射。其-人，說明使用以與C面直交之面為主面之藍寶石基片的本發明所得到之ZnO系化合物層的元件，及該元件製造時ZnO系化合物層之晶體成長方法。具有使用以與C面直交之面為主面之藍寶石基片的本發明之ZnO系化合物層的元件，其一實施形態如第6圖之斷面說明圖所示，係在A面為主面之藍寳石基片la上成長ZnO化合物層，而在與藍寶石基片13之〇面直交之面，例如以A面（11-20)為主面之藍寶石基片u的上述主面（a 面）上外延成長ZnO系化合物層2 ^該Zn〇系化合物層之成長’可依目的元件以必要之组成（Mg& Cd等之混晶、摻雜之摻雜劑）成長成必需之厚度。例如在半導體發光元 ---I-------— 丨(·裝 i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I. 本紙張尺度邊用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297 $爱7 19 311649 .469511 A7

五、發明說明（20 ) 構成之情形下，可如下述，依序疊積以例如Zn〇系化合物半導體層之η形包覆層及p形包覆層，包夾帶隙能量比包覆層小之激活層，以構成發光層形成部。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如第7(a)圖之藍寶石單結晶之代表性面方位，第7(b) 圖之單結晶C面之正面圖所示，藍寶石之A面為與c面柵極中隔一柵極連線份之C面垂直之面，亦即藍寶石單結晶之（11-20)之面方位所示的面。此面方位有6次對稱，如第 7(b)圖所示’係一形成六角柱之結晶有6處。該a面若如下述’對應藍寶石之c軸長為4個份之Zn〇的a軸長，則應可得到優良之結晶構造’但根據此想法，亦未必—定要 A面’亦可如第7(b)圖之X所示’ A面雖為C面内迴轉之面’但對C面成直角’因此只要是與c面直交之面即可。同時，此對C面成直角（直交）即指大致成直角程度者，一般面方位誤差在± 0.5°左右之範圍即不影響結晶軸長之準線。經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製

ZnO化合物層在該藍寶石基片ia上之成長，是先以丙軻、乙醇、脫脂洗淨主面為A面之藍寶石極板la，最後再單純洗淨。之後，將洗淨之極板置入固定（Load Lock)室内，在133x 10-6Pa左右以下之真空度中，以400°C左右預先加熱1小時左右以使多餘水份蒸散。預先加熱完了後，再移入保持於Ι33χ ΙΟ9至133x 10·'° Pa 左右真空度之 MBE(Molecular Beam Epitaxy)裝置中。之後以800°C左右之熱底金屬清洗30分鐘左右後，調為65 0°C左右。之後，以13.56MHz之RF將激活02等離 ί尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 20 311649 A7 469511 五、發明說明（Μ ) 子化後注入，並開啟Zn隔室之開關使Zn〇層2外延成長。同時，在Mg及Cd等混晶’或摻雜摻雜劑之場合，亦可開 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁：> 啟此些元素隔室而可得到期望之Zn〇系化合物層。同時，在此例中，洗淨後是以8001左右進行30分鐘左右之熱底金屬清洗’但以1000°C左右進行1小時左右之熱焙發色處理使其成長時’亦確定可大為提高Ζη〇層結晶性之再現性。如此，為測定主面為Α面之藍寶石基片表面上外延成長之ZnO膜之結晶狀態，以χ光照射成長成數百nm左右厚度之ZnO膜表面，而第8圖所示即由該反射強度分佈得到之面的法線方向的位置以及面方位。第8(a)圖所示之圖為本發明在A面為主面的藍寶石基片上成長之膜的法線方向位置，第8(b)圖所示之圖為在€面為主面的藍寶石基片上成長之ZnO臈之面的法線方向位置。因為ZnO在a軸方向有6個對稱，原本應該只出現6 點之繞射型態（面之法線方向位置），但如第8(b)圖所示，在c面上成長之Zn0膜中，在211〇之3軸及藍寶石之& 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製軸平行處之外，亦混雜在ZnO之a軸對銨4 』益質石之a軸迴轉 3〇°之形態’而可觀察到]2點形態（實際所示迴轉。之位置之形態強度較弱’比例較少）。相對 ^ 對於此，如第8(a) 圖所不，本發明在A面上成長之Zn〇臌计⑪ 踢 Zn0之A面與藍寶石之C面成為平行，因此ZnO以一宏今认雜τ , 疋之結晶方向在藍寶石之c軸方向成長，而可觀察到只有6 ^ β 個對稱之繞射形遙。亦即可知無30。迴轉之結晶成長。匕紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（21G X 297公复） 311649 469511 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 311649 A7 五、發明說明（22 ) 此外，以RHEED法（反射高能電子繞射法；即由電子搶將以10至50kV加速之電子束自小角度（1至2。以下）射入基片表面’並將表面原子所反射繞射之電子束投影在螢光幕上以測定結晶表面狀態之方法）測定以MBE法成長 1分鐘左右之狀態（數十ηιη左右之厚度），結果可觀察到在藍寶石C面上成長之膜内，在原本Ζη〇形態之間有較弱形態出現，但本發明之Α面上成長的ΖηΟ膜内，只有向面内而無紊IL之原本ΖηΟ形態。第9圖為再另以其他之方法測定Ζη〇膜結晶狀態之圖’即由帶隙能量較此ΖηΟ大的4eV左右之光照射，激起光激發光譜’在此波長下顯示其發光強度。於第9圖之a 中所示之特性為本發明以A面為主面之藍寶石基片上成長的ΖηΟ膜之特性，c中所示之特性為以（^面為主面之藍寶石基片上成長之ΖηΟ的特性。而由苐9圖亦可知，本發明之ΖηΟ膜可得到較在c面上成長之ΖηΟ膜強約30倍的光，其半值幅在C面上成長者為3〇meV,相對地本發明在 A面上成長者為較小之〇.7meV，顯示明顯地可得到良好之結晶。本發明因係在主面為與C面直交之八面的藍寶石基片上成長ΖηΟ系化合物，因此可如上所述得到結晶性優良之 ΖηΟ系化合物層。其理由推想如次。亦即，藍寶石之c軸長Cs，如前所述為a輛長1為〇 325nm，因此cs約為4az。所以，如第10圖在主面為A面之藍寶石基片上成長之Zn〇的結晶狀態（C面）之平面圖所示，在藍 _ _ _ (&S)A4 規格⑽ χ 挪公餐）~~ -- ,{ I I ---- I [ I I I -—— <請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 6 9 5 1 五、發明說明（23 ) 寶石之c軸長Cs上排列2個份之Zn〇結晶（a轴為4個份之結晶），因此，推想在面内排列極為安定，可—直以一定之面内方向成長。此時之柵極配合度ε為ε =(4x &= ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇配合度極高。其結果即可以保持高度結晶性成長。由此觀點’可以推測即使非A面，而如前面第7圖所不之X面，因A面為在c面内迴轉之面，亦即只要為與c 面直交之面，如上述第10圖所示，藍寶石之c軸長對應於

ZnO系化合物結晶可排列4個份之Zn〇之汪輛長因此同樣可得到良好結晶性ZnO系化合物結晶層。其次’說明使用主面為A面（11至20)之藍寶石基片而成長ΖηΟ系化合物半導體層之藍色系半導體發光元件的構成例。以與C面直交之面為主面之藍寶石基片的本發明之半導體發光元件’係如第11圖LED晶片之斜視說明圖所示，在主面為A面之藍寶石基片ia表面上疊積有至少具有 ZnO系化合物半導體所形成之n形層3、4及p形層6、7，以形成發光層之半導體疊積部11。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

於第11圖所示之例中，半導體疊積部11是由1μιη& 右摻雜Ga之ΖηΟ形成的接觸層3,同樣由左右摻雜Ga之MgyZn^yO(0 Sy<l ’例如y = 〇.l5)形成之η形包覆層4’ Ο.ΐμπι左右由CdxZnhOiOS χ< 1，且帶隙能量較包覆層為小而組成’例如χ = 0·08)形成之激活層5，〇,2μιη 左右由同時摻雜Ga及Ν之y < 1，例如 y=0·15)形成之p形包覆層6’lμm左右由同時摻雜Ga及N

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） TIT5W A7 B7 46 95 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（24 ) tZnO形成之P形接觸層7’各層叠積形成具雙異質構造之發光層形成部的半導體疊積部u。此些半導體層可於上述刪裝置中連續成長。此外，激活層5為避免形成非發光再結合中心，最好是無摻雜物。同時，n形及p形包覆層4、6,最好帶隙能量較激活層5大，且具有可有封閉載波於激活層5内之效果而形成。在半導體疊積《卩π上為擴散電流，可以例如ιτο膜形成0.2" m左右之透明電極，且在其部份表面以上升法等使Ni/Al或Ni/Au等昼積體形成之p側電極，同時以 #刻使半導體疊積部11之部份去除，而露出之η形接觸層 3上以真空蒸鍍形成有Ti/A丨或Ti/Au等疊積體之側電極 9 ° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製其次’說明邊LED之製法。如上述，a面為主面之藍寶石基片1先以丙酮等脫脂洗淨，再於固定室預先加熱，並於MBE裝置内熱底金屬清洗後，供給成為650艺左右之激活氧，同時開啟Zn、Mg、Cd、Ga等所要材料之隔室之開關’並依序外延成長成上述組成之ZnO系化合物半導體層的各上述厚度’以形成半導體疊積部11。同時，形成η 形層之場合摻雜Ga為摻雜劑，形成ρ形層之場合，則同時摻雜N2等離子及Ga為摻雜劑。之後’取出在MBE裝置内外延成長之極片，並以反應性離子蝕刻（RIE)等乾式蝕刻法，蝕刻部份半導體疊積部使π形接觸層3露出。此蝕刻可以以硫酸系蝕刻劑等施行濕式敍刻。之後，再放入例如嗔满;裝置内，而在ρ形接觸本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 24 311649 46 95 1 五、發明說明（25 ) 層7上形成ΙΤ〇_，即成〇2//m左右厚度之透明電極卜之後’再以上升法等在11形接觸層3上形成Ti/A1等所形成之11側電極9 ’在ITO膜8上部份形成Ti/AI等之p側電極10 ’且分別形成〇2 " m左右。之後極板再經晶片化，即可得到第11圖所示之LED晶片。

使用藍寶石基片之本發明之半導體發光元件，為Zn〇系化口物半導體層在主面面之藍寶石基片纟面外延成長所以藍寶石之e轴長及Zn〇系化合物之4個&韩長將整〇排列並成長成結晶性良好之ΖηΟ系化合物半導體層15因在其上成長之Ζη〇系化合物半導體層亦與ΖηΟ為同種之化合物，所以可沿Ζη〇層之結晶成長成整體之結晶層。其結果，即不會發生膜質不良時的非發光再結合中心，内部量子效率則可大幅提高，與具有Ζη〇系化合物之高激發子一起’可以得到發光效率極高之半導體發光元件。同時，在Α面為主面之藍寶石基片上成長之化合物半導體層’即使非ZnO而為由Mg或Cd等取代部份Zn之ZnO 系化合物半導體’其栅極常數亦幾乎不改變，同樣可以有良好結晶性成長。

上述之例為LED之例，但LD亦相同。此時，半導體 #積部11有若干不同’例如如第12圖之斜視說明圖所示，激活層15可由無摻雜之Cd。03Zu0.97〇/Cd。2Zn08〇形成之阻擋層及牌層，各以5 nm及4 nm交互疊積2至5層成多量子阱式構造而構成。此外’若激活層I 5薄而無法充份封閉激活層1 5内之光時’可以例如在激活層1 5之兩側設置ZnO ί I ί 一-裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ _ - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 25 311649 469511 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 311649 五、發明說明（26 ) 形成之導光層14 ' 16。同時’使部份半導體疊積部11蝕刻、而在露出之η形接觸層3上形成η側電極9，係與上述LED之情形相同。此外，在第12圖所示之例，為包埋電流集中層17之 SAS型構造的LD晶片，即在p形Mg015Zn0 850形成之p 形第1包覆層6a上，再設置例如〇.4#m左右由η形 MgQ 2Ζη0 80形成之電流集中層1 7，先暫將極板自結晶成長裝置中取出’並在表面設置電阻膜而形成條紋狀，再以硫酸系溶液等蝕刻電流集中層17成條紋狀，以形成寬度為2 至3 y m之條紋溝18,然後再度將極板放回ΜΒΕ裝置内，同上述之例同樣成長形成p形Mg0 15Zn085O之p形第2包覆層6b及p形ZnO之p形接觸層7。此時，不需ITO形成之透明電極’ p形接觸層7上亦幾近全面形成p側電極 10。同時，在此並未圖示出，但最好在p形第i包覆層6a 及電流集令層17之間設置p形GaN之蝕刻終止層。因為ZnO系化合物半導體’可以以濕式蝕刻做蝕刻處理，因此可以形成在GaN系化合物半導體中難以包埋電流集中層之SAS型構造之LD晶片，亦可以在接近激活層處形成電流集中層，而得到高特性之半導體雷射。然而，lD 晶片之構造並不只限於SAS型構造，亦可使p側電極為只有條”文狀之電極條紋構造，或在條紋狀電極兩側之半導體層至p形包覆層上部為止蚀刻成台面型形狀而構成台面式條狀構造’或打入質子之質子打入型。電極條紋構造之LD 晶片的例子如第1 3圖所示。該構造除形成條紋狀P側電極規格⑽ x 297 公爱）----—— -- ----------丨丨—♦裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4〇95 1 \ A7 _ B7 五、發明說明（27) 10，且不設置電流集令層之點與第12圖構造不同外，其他構造與第12圖幾乎相同’因此相同部份以相同符號表示，並省略其說明。此外，6為包覆層。上述之例的led為雙異質構造之例，但單純的接合或MIS(金屬_絕緣層-半導艎層）構造等其他構造亦無不可。同時，LD晶片之構造，亦可無導光層而設置其他層，亦即不限於上述疊積構造。另外’上述各例中ZnO系化合物層之成長是利用mbE 裝置進行’但亦可以用MOCVD裝置等。此時，反應氣體可用：在Zn為二乙基鋅（Zn(C2H5)2)、〇為四氫呋喃 (C4H8〇)、Mg為環丙基二乙基鎂（Cp2Mg)、Cd為二乙基鎘 (Cd(C2H5)2)、摻雜劑之Ga為三6基鎵（TEG)、Ν2為等離子 Ν2以產生氣相反應。以外’上述之例中，利用ZnO系化合物半導體元件之例只有半導體發光元件，但在SAW裝置、壓電元件、焦電元件等之中’有需要優良結晶性的ZnO系化合物層之場合’可同樣使用主面為與C面直交之面的藍寶石基片來成經濟部智慧財產局負工消費合作杜印製 ------------裝--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 長’即可以得到具有優良結晶性之ZnO系化合物半導體層之元件。依本發明’可以成長成結晶性極為優良之ZnO系化合物層’故其上疊積之ZnO系化合物層之結晶性亦佳，而可得到具優良特性之ZnO系化合物層之元件。同時’依本發明之半導體發光元件，疊積之Zn〇系化合物半導體層之結晶性極為優良，因此得到之藍色系半導本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公變） 27 311649 46 9 5 A7 B7 五、發明說明（28 ) 體發光元件之内部量子效率極優良，為可以由以濕式蝕刻處理之材料獲得者。 [產業上之利用性] 依本發明’可以在矽基月或藍寶石基片上形成結晶性極為優良之ZnO系化合物半導體層’且可以得到價格低廉但有高特性之藍色系LED或LD等之發光元件、SAW裝置、壓電元件、焦電元件等。因可廉價得到高特性之藍色系LED、LD ’故可以利用為全色彩顯示器及信號燈等之光源、下世代之高記憶密度DVD、雷射光束印表機等之光源。，·裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） 28 311649

Claims

46 95 1 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 ‘ 六、申請專利範圍 1_ 一種使用砂基片之Zn0系化合物半導體發光元件，含矽基片、攻置於該矽基片表面之矽氮化膜、設置於該矽氣化膜上且叠積至少有Zn〇系化合物半導體之η形層及Ρ形層而形成發光層之半導體疊積部。 2. 如申請專利範圍第】項之半導體發光元件，其中上述矽氮化膜表面並無非晶化而係形成平坦之面。 3. 如申請專·圍第！項之半導體發光元件，其中上述石夕氮化膜形成I 〇ηηι以下之厚度。 4·如申請專利範圍第丨項之半導體發光元件，其中，上述半導體疊積部具有使cdxzni_x〇({^x<1)形成之激活層，由MgyZnhCKO各y<i)形成，且帶隙能量較上述激活層大之包覆層夾住之雙異質構造。 5. —種半導體發光元件之製法，其特徵為矽基片在氮存在之環境下經熱處理，使矽基片表面上形成矽氮化膜， ZnO系化合物半導體即在該矽氮化膜上成長形成半導體疊積部之發光層。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體發光元件之製法，其中’上述形成矽氮化膜之處理’是控制該處理溫度及時間’以使形成之矽氮化膜之表面可以維持矽基片成平垣面0 一種含ZnO系化合物層之元件’為含有Zn〇系化合物層之元件，包含主面為與藍寶石基片之C面直交之面的藍寶石基片，及該藍寶石之上述主面上外延成長之系化合物層。 I -----------(4--------訂--- ----- "^ <請先閱讀背面之注急事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 29 311649 46 95 1

申5青專利範圍如申請專利範圍第7項之元件，其中，上述藍寶石基片之主面為A面。種Zn〇系化合物層之結晶成長方法，為在藍寶石基片上外延成長ZnO系化合物層之方法，且上述Zn〇系化合物層外延成長成藍寶石基片之c轴與上述ZnO系化合物層之c轴成直交。種zn〇系化合物半導體發光元件，含主面為與藍寶石基片之C面直交之面的藍寶石基片，及疊積在該藍寶石基片之上述主面上至少含外延成長之ZnO系化合物半導體形成之η形層及p形層而形成發光層之半導體疊積部。 11·如申請專利範圍第1〇項之半導體發光元件，其中，上述藍寶石基片之主面為Α面。申請專利範圍第項之半導體發光元件，其中，上述半導體疊積部具有使CdxZni_xO(OSx<l)形成之激活層’由Mg/iihCKOSyCl)形成，且帶隙能量較上述激活層為大之包覆層夾住之雙異質構造。 ------------| ."--------訂---------線( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 30 311649