WO2014092168A1 - 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子 - Google Patents

酸化亜鉛基板を用いた面発光素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2014092168A1
WO2014092168A1 PCT/JP2013/083380 JP2013083380W WO2014092168A1 WO 2014092168 A1 WO2014092168 A1 WO 2014092168A1 JP 2013083380 W JP2013083380 W JP 2013083380W WO 2014092168 A1 WO2014092168 A1 WO 2014092168A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
zinc oxide
light emitting
layer
substrate
emitting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/083380
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
守道 渡邊
克宏 今井
吉川　潤
七瀧　努
隆史 吉野
武内　幸久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2014552094A priority Critical patent/JPWO2014092168A1/ja
Publication of WO2014092168A1 publication Critical patent/WO2014092168A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/823—Materials of the light-emitting regions comprising only Group II-VI materials, e.g. ZnO
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/012—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group II-IV materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/855—Optical field-shaping means, e.g. lenses
    • H10H20/856—Reflecting means

Definitions

  • the present invention relates to a surface light emitting device using a zinc oxide substrate.
  • surface-emitting EL lighting has attracted attention as next-generation lighting.
  • the surface-emitting EL illumination has advantages such as high brightness uniformity, thin and space-saving, high designability, and eye-friendlyness.
  • surface-emitting EL lighting is partially commercialized using organic EL, there are still many issues for widespread use in terms of cost and durability.
  • a light emitting diode (LED) is used, there is a problem that it is difficult to increase the area of the element because it is necessary to use an expensive substrate.
  • Non-Patent Document 1 reports that ultraviolet light emission was observed in an LED manufactured by forming a Mg x Zn 1-x O film doped with N on a Zn-polar ZnO single crystal substrate.
  • a zinc oxide single crystal substrate used for such a light emitting element is required to have both high conductivity and crystallinity.
  • the zinc oxide single crystal is generally doped with a different element (hereinafter referred to as a dopant) that improves conductivity.
  • a dopant a different element that improves conductivity.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-315361 discloses that a zinc oxide single crystal doped with Al, Fe, or the like is manufactured by a hydrothermal synthesis method in order to improve conductivity.
  • Patent Document 2 International Publication No. 2007/100146 discloses that various dopants can be added in the production of a zinc oxide single crystal by a liquid phase growth method.
  • the present inventors have now obtained the knowledge that a high-performance surface light emitting device can be provided at low cost by using a zinc oxide single crystal having a thickness of 100 ⁇ m or more as a substrate.
  • an object of the present invention is to provide a high-performance surface light emitting element at low cost.
  • a substrate composed of a zinc oxide single crystal having a thickness of 100 ⁇ m or more;
  • a light emitting functional layer capable of emitting ultraviolet light provided on the substrate;
  • An electrode provided on the light emitting functional layer;
  • a phosphor layer for converting the ultraviolet light to visible light, provided on the outside of the electrode;
  • a reflective layer provided outside the phosphor layer;
  • a surface light emitting device comprising:
  • a substrate composed of a conductive zinc oxide single crystal having a thickness of 100 ⁇ m or more;
  • a light emitting functional layer provided on the substrate;
  • An electrode provided on the light emitting functional layer;
  • a surface light emitting device comprising:
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an AD film forming apparatus used in Examples 1 and 2.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a heating device used in Examples 1 and 2.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a heating device used in Examples 1 and 2.
  • FIG. 1 shows an example of a surface light emitting element according to the present invention.
  • the surface light emitting device 10 shown in FIG. 1 includes a substrate 12, a light emitting functional layer 14 provided on the substrate, and an electrode 16 provided on the light emitting functional layer. If desired, the surface light emitting device 10 may further include a phosphor layer 17 and / or a reflective layer 18 outside the electrode 16.
  • the light emitting functional layer 14 is composed of a p-type zinc oxide layer so as to constitute a part of a light emitting element utilizing a pn junction, while the substrate 12 is composed of an n-type zinc oxide single crystal.
  • the structure can function as an n-type zinc oxide layer.
  • the surface emitting element 10 of the example of illustration becomes a structure by which the n-type zinc oxide layer was abbreviate
  • the substrate 12 is composed of a zinc oxide single crystal having a thickness of 100 ⁇ m or more, preferably a conductive zinc oxide single crystal.
  • the zinc oxide single crystal has a hexagonal wurtzite structure, may contain a dopant as another element, and is preferably a conductive zinc oxide single crystal.
  • the zinc oxide single crystal may be made of ZnO mixed with one or more kinds of crystals selected from the group consisting of MgO, CdO, ZnS, ZnSe, and ZnTe. That is, even if mixed crystals are used, any zinc oxide-based single crystal having a hexagonal wurtzite structure is included in the zinc oxide single crystal of the present invention.
  • the zinc oxide single crystal is doped with an n-type dopant regardless of whether it is mixed or not, so that the substrate 12 can be configured to function as an n-type zinc oxide layer.
  • the n-type dopant include aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), boron (B), fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I) and silicon. 1 or more types selected from the group which consists of (Si) are mentioned.
  • Such a zinc oxide single crystal can have various advantageous properties such as conductivity, crystallinity, and transparency, and by using this as a substrate, a high-performance surface light emitting device can be provided at low cost.
  • the present inventors use a technique such as a solid phase epitaxial growth method or a hydrothermal method to produce a low-resistance zinc oxide single crystal of preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ cm or less at a thickness of 100 ⁇ m or more at low cost. The knowledge that it can produce is obtained.
  • the zinc oxide single crystal having such a thickness is suitable for increasing the area from the viewpoint of cost and mechanical strength, and not only enables inexpensive production of a large area surface light emitting device, but also has conductivity and crystal By adopting a configuration that maximizes the use of various advantageous characteristics such as property and transparency, a high-performance surface light emitting device can be realized.
  • the constituent layer of the light emitting functional layer 14 is formed on the zinc oxide single crystal substrate 12 by epitaxial growth, so that high light emission efficiency can be obtained. Further, by using the zinc oxide single crystal substrate, the crystallinity of the light emitting functional layer 14 is increased and the light emission efficiency is improved. In particular, when a zinc oxide single crystal substrate to which an n-type dopant is added is used, diffusion of the n-type dopant into the substrate, which becomes a problem when an n-type layer is formed on an undoped zinc oxide substrate, can be suppressed. The quality of the surface light emitting element can be stabilized.
  • n-type zinc oxide single crystal that has been remarkably reduced in resistance by adding an n-type dopant
  • the substrate 12 not only the n-type layer but also the n-type layer side is opposed to the substrate 12 itself as in the illustrated example.
  • a function as an electrode can be provided, and the configuration can be simplified by eliminating the n-type layer and / or the counter electrode on the n-type layer side.
  • heat generation at the time of light emission is suppressed by reducing the resistance of the substrate 12 functioning as an n-type layer, and the light emission efficiency can be further increased.
  • the counter electrode on the back surface side of the substrate 12 is not required, light can be extracted from the back surface of the substrate 12 due to the transparency of the zinc oxide single crystal, and more preferably, only visible light is extracted. It is also possible to.
  • the light emitting functional layer 14 can emit ultraviolet light
  • a phosphor layer 17 for converting ultraviolet light to visible light is provided outside the electrode 16, and It is preferable that the reflection layer 18 be provided outside the phosphor layer 17 so that only visible light not including ultraviolet light is extracted. That is, according to this configuration, the ultraviolet light from the light emitting functional layer 14 is converted into visible light by the phosphor layer 17, while the unconverted ultraviolet light is absorbed by the zinc oxide single crystal zinc oxide single crystal 12, As a result, only visible light can be extracted from the back side of the substrate 12 with high efficiency. By doing so, it is possible to realize a white surface light emitting element that does not emit ultraviolet light harmful to the human body.
  • the reflective layer 18 may be eliminated and the entire surface light emitting element 10 may emit light.
  • the band gap energy of the zinc oxide single crystal is preferably smaller than the energy of ultraviolet light emitted from the light emitting functional layer.
  • a surface-emitting element having a large area can be manufactured by using a zinc oxide single crystal having a thickness of 100 ⁇ m or more.
  • the preferable thickness of the zinc oxide single crystal substrate 12 is 100 ⁇ m or more, more preferably 300 ⁇ m or more, and more preferably 500 ⁇ m or more.
  • substrate 12 has an area of 20 cm ⁇ 2 > or more, More preferably, it is 45 cm ⁇ 2 > or more.
  • the substrate 12 preferably has a size of ⁇ 5.08 cm or more, more preferably ⁇ 7.62 cm or more.
  • the light emitting functional layer 14 is provided on the substrate.
  • the light emitting functional layer 14 may be any layer that has a light emitting function in the light emitting element, and the type and method of the light emitting element are not limited as long as a desired light emitting function can be secured on the zinc oxide single crystal that is a constituent material of the substrate 12. . Therefore, the light emitting functional layer 12 may emit blue or red visible light, or may emit ultraviolet light without visible light or together with visible light. In this regard, since the light emitting functional layer 14 shown in FIG. 1 is configured to emit ultraviolet light, a phosphor layer 17 is separately provided to convert the ultraviolet light into visible light.
  • the light-emitting functional layer 14 preferably constitutes at least a part of a light-emitting element using a pn junction, and the pn junction may include a light-emitting layer between the p-type layer and the n-type layer. . Further, as one form of the p-type layer-the light-emitting layer-the n-type layer, a quantum well structure in which the light-emitting layer is thin can be adopted. In the case of a pn junction, each of the p-type layer, the n-type layer, and the light-emitting layer (when the light-emitting layer is included) can be made of a zinc oxide-based material, which is also made of zinc oxide. Therefore, it is easy to align the orientation or crystal orientation with the substrate, thereby increasing the light emission efficiency.
  • the light emitting functional layer 14 preferably includes at least a p-type zinc oxide layer made of ZnO doped with a p-type dopant.
  • the substrate 12 is configured to function as an n-type zinc oxide layer.
  • a light-emitting element having a ⁇ n junction can be configured.
  • a light emitting element having a pn junction can be formed by a combination thereof.
  • Preferred examples of the p-type dopant include nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), carbon (C), lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), silver (Ag), and copper. 1 or more types selected from the group which consists of (Cu) are mentioned.
  • the p-type zinc oxide layer may be made of ZnO mixed with one or more kinds of crystals selected from the group consisting of MgO, CdO, ZnS, ZnSe, and ZnTe. ZnO may be doped with a p-type dopant.
  • a compound in which Mg x Zn 1-x O (0.1 ⁇ x ⁇ 0.4), which is a mixed crystal of ZnO and MgO, is doped with N is particularly preferable.
  • ZnO mixed with MgO the band gap is widened, and the emission wavelength can be shifted to a higher energy side.
  • ZnO may be a mixed crystal with CdO or ZnS, whereby the band gap is narrowed, and the emission wavelength can be shifted to the low energy side.
  • the preparation of the p-type zinc oxide layer can be preferably performed by a solid phase epitaxial growth method using a commercially available p-type ZnO powder or an RS-MBE method (radical source molecular beam growth), but is not limited thereto. It can also be carried out by a technique of applying p-type zinc oxide by a MOCVD method or a solution method such as spin coating or dipping and heat-treating at 300 to 700 ° C.
  • the light emitting functional layer 14 may further include an n-type zinc oxide layer doped with an n-type dopant between the p-type zinc oxide layer and the substrate 12.
  • the n-type dopant include aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), boron (B) fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I) and silicon ( 1 or more types selected from the group consisting of Si).
  • the n-type zinc oxide layer may be made of ZnO mixed with one or more kinds of crystals selected from the group consisting of MgO, CdO, ZnS, ZnSe, and ZnTe. ZnO may be doped with an n-type dopant.
  • a compound in which Mg x Zn 1-x O (0.1 ⁇ x ⁇ 0.4), which is a mixed crystal of ZnO and MgO, is doped with Al or Ga is particularly preferable.
  • the n-type zinc oxide layer can be omitted.
  • the light-emitting functional layer 14 includes ZnO having a smaller band gap than the p-type zinc oxide layer and the n-type zinc oxide layer, or MgO, CdO, ZnS, between the p-type zinc oxide layer and the n-type zinc oxide layer.
  • You may have at least the light emitting layer which consists of a mixed crystal of 1 or more types selected from the group which consists of ZnSe and ZnTe, and does not contain a p-type dopant and an n-type dopant.
  • the structure in which the light emitting layer is thin corresponds to a light emitting element having a quantum well structure which is an embodiment of a pn junction, and the light emission efficiency can be further improved.
  • the light emitting functional layer is a p-type zinc oxide layer between the p-type zinc oxide layer and the n-type zinc oxide substrate 12.
  • ZnO having a smaller band gap than any of the single crystals of zinc oxide, or a mixed crystal of ZnO with one or more selected from the group consisting of MgO, CdO, ZnS, ZnSe, and ZnTe, and a p-type dopant and What is necessary is just to comprise so that it may have at least the light emitting layer which does not contain an n-type dopant.
  • the light emitting functional layer 14 is epitaxially grown following the crystal structure of the zinc oxide single crystal, thereby having the same crystal structure as the single crystal substrate. In this way, excellent light emission characteristics can be obtained.
  • the method for forming the light emitting functional layer 14 having such a structure is not particularly limited as long as it is a method for promoting growth according to the orientation of the substrate, but sputtering, molecular beam epitaxy (MBE), solid epitaxial growth, etc. Is preferably exemplified.
  • the solid epitaxial growth method can be preferably performed, for example, by forming a film on a substrate by an aerosol deposition method (AD method) and making the coating into a single crystal by unidirectional heating from the substrate side.
  • AD method aerosol deposition method
  • the phosphor layer 17 for converting the ultraviolet light into visible light is further provided outside the electrode 16.
  • the phosphor layer 17 is not particularly limited as long as it includes a known fluorescent component capable of converting ultraviolet light into visible light.
  • a fluorescent component that emits blue light when excited by ultraviolet light, a fluorescent component that emits blue to green light when excited by ultraviolet light, and a fluorescent component that emits red light when excited by ultraviolet light are mixed. It is preferable that white light is obtained as a mixed color.
  • Preferred combinations of such fluorescent components include (Ca, Sr) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu, BaMgAl 10 O 17 : Eu, and Mn, Y 2 O 3 S: Eu, and these components Is preferably dispersed in a resin such as a silicone resin to form the phosphor layer 17.
  • a fluorescent component is not limited to the above-exemplified substances, and may be a combination of other ultraviolet light-excited phosphors such as yttrium aluminum garnet (YAG), silicate phosphors, and oxynitride phosphors. .
  • a phosphor layer 17 for converting blue light into yellow light is further provided outside the electrode 16.
  • the phosphor layer 17 is not particularly limited as long as it includes a known fluorescent component capable of converting blue light into yellow light. For example, it may be combined with a phosphor emitting yellow light such as YAG. By doing in this way, since blue light emission which permeate
  • the phosphor layer 17 includes both a fluorescent component for converting blue to yellow and a fluorescent component for converting ultraviolet light to visible light, thereby converting ultraviolet light into visible light and blue light. It is good also as a structure which performs both conversion to yellow light.
  • the electrode 16 is provided on the light emitting functional layer 14.
  • the electrode 16 may be formed of a known electrode material. However, when light is converted by the phosphor layer 17 and / or when light is extracted from the electrode 16 side, a transparent conductive film such as ITO, or A metal electrode having a high aperture ratio such as a lattice structure or a moth-eye structure is preferable in terms of increasing the conversion and / or extraction efficiency of light generated in the light emitting functional layer 14.
  • the reflective layer 18 may be further provided outside the phosphor layer 17.
  • the material and thickness of the reflective layer 18 are not particularly limited as long as they can reflect visible light from the phosphor, and may be made of a highly reflective metal such as Au or Al.
  • the substrate 12 is configured to function as a counter electrode.
  • a counter electrode may be separately provided on the side of the substrate 12 opposite to the light emitting functional layer 14.
  • the counter electrode may be made of a known electrode material.
  • the aperture ratio of a transparent conductive film such as ITO, or a lattice structure or a moth-eye structure is high.
  • a metal electrode is preferable in that the extraction efficiency of light generated in the light emitting functional layer 14 can be increased.
  • the n-type layer included in the light emitting functional layer 14 may be used as an electrode, or an electrode may be provided on the n-type layer.
  • the zinc oxide single crystal used as the substrate 12 may be produced by any method, but a highly doped conductive zinc oxide single crystal suitable as the substrate 12 is produced by the method described below. It can manufacture preferably.
  • the manufacturing method of a highly doped electroconductive zinc oxide single crystal is not restricted to the following method, For example, you may use the hydrothermal synthesis method and the liquid phase epitaxial method (LPE method).
  • raw material powder As a raw material powder for producing a conductive zinc oxide single crystal, a zinc oxide raw material powder to which a dopant is dissolved or added is produced.
  • This doped raw material powder may be produced by any method regardless of the solid phase method or the liquid phase method.
  • the production of the zinc oxide raw material powder by the solid phase method can be preferably carried out by mixing non-doped zinc oxide particles and particles of a compound such as an oxide of a dopant element with a pot mill, a ball mill or the like, followed by heat treatment.
  • This heat treatment may be performed under conditions suitable for a solid phase reaction, and is preferably performed at 900 to 1500 ° C. for 1 to 5 hours, more preferably at 1000 to 1400 ° C. for 1 to 5 hours.
  • the heat-treated powder is preferably pulverized to a desired average particle size by pot milling, ball milling or the like.
  • the preferred volume-based D50 average particle diameter of the raw material powder after pulverization is 0.2 to 4 ⁇ m.
  • the zinc oxide raw material powder is sprayed to form a film mainly composed of zinc oxide on a seed substrate containing the zinc oxide single crystal, and the formed film remains in a solid state. Crystallization produces a zinc oxide single crystal.
  • the spray film formation method include an aerosol deposition method (AD method) and a powder jet deposition method (PJD method).
  • the film forming method is not limited to the method using the above-described powder injection, and any method selected from the group consisting of a physical vapor deposition (PVD) method and a chemical vapor deposition (CVD) method may be used.
  • Specific examples of the physical vapor deposition (PVD) method include a sputtering method.
  • examples of the chemical vapor deposition (CVD) method include a mist CVD method and a laser CVD method.
  • the step of crystallizing the formed film in a solid state is performed by using an infrared lamp (for example, a near infrared lamp), various lasers (for example, a CO 2 laser, a YAG laser, an excimer laser, a semiconductor laser, etc.) as a heat source. It is desirable to use a method that uses heat treatment such as light heating or a high-frequency heating device.
  • the heating step is performed after the film formation.
  • a method of spraying the zinc oxide raw material powder while heating the substrate at a temperature at which the zinc oxide single crystal can be grown may be used.
  • the heating temperature is more preferably 900 ° C. or higher, and further preferably 1000 to 1400 ° C.
  • Example 1 As shown in FIG. 1, a light emitting functional layer 14 using a pn junction, an electrode 16, a phosphor layer 17, and a reflective layer 18 are formed in this order on an n-type ZnO single crystal substrate 12 in order.
  • n-type ZnO single crystal substrate 12 were made and evaluated. Specifically, it is as follows.
  • the following examples are examples using the board
  • the solid phase epitaxial growth method is used for manufacturing the n-type ZnO single crystal substrate, other methods such as a hydrothermal method and LPE may be used.
  • n-type ZnO single crystal substrate 1a
  • zinc oxide (ZnO) in which aluminum (Al) was dissolved was prepared as follows. First, zinc oxide (ZnO) powder (volume-based median diameter (D50): 0.8 ⁇ m) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder (volume-based D50: 0.5 ⁇ m) are converted into atomic moles of aluminum (Al). They were weighed and mixed so that the ratio was 0.2 at%. The obtained mixed powder was wet-mixed in a pot mill. This wet-mixed powder was fired at 1400 ° C.
  • zinc oxide (ZnO) powder in which aluminum (Al) was dissolved.
  • the obtained synthetic powder was wet-ground for 5 hours in a pot mill using zirconia balls so that the volume standard D50 was 2.6 ⁇ m.
  • zinc oxide (ZnO) in which 0.2 at% of aluminum (Al) was dissolved was obtained as a film forming raw material powder.
  • the raw material powder for film formation obtained in (1a) above was deposited on a commercially available ZnO single crystal substrate (diameter: 7.62 cm, thickness: 0.5 mm, c-plane) by an aerosol deposition method (hereinafter referred to as “a”). , Referred to as AD).
  • a film forming apparatus 120 shown in FIG. 2 was used for AD film formation.
  • the film forming apparatus 120 includes an aerosol generating unit 122 that generates an aerosol of a raw material powder containing a raw material component, and a film forming unit 130 that sprays the film forming powder onto the seed substrate 121 to form a film containing the raw material component. ing.
  • the aerosol generating unit 122 contains the film forming powder 112 and receives the supply of the carrier gas 111 from a gas cylinder (not shown) to generate an aerosol, and supplies the generated aerosol to the film forming unit 130.
  • a raw material supply pipe 124, an aerosol generation chamber 123, and a vibrator 125 for applying vibration to the aerosol therein at a frequency of 10 to 100 Hz are provided.
  • the film forming unit 130 includes a film forming chamber 132 for injecting aerosol onto the seed substrate 121, a seed substrate holder 134 that is disposed inside the film forming chamber 132 and fixes the seed substrate 121, and the seed substrate holder 134 is X-axis- And an XY stage 133 that moves in the Y-axis direction.
  • the film forming unit 130 includes a spray nozzle 136 that has a slit 137 formed at the tip thereof and sprays aerosol onto the seed substrate 121, and a vacuum pump 138 that decompresses the film forming
  • the film forming apparatus 120 nitrogen (N 2 ) gas is allowed to flow as a carrier gas 111 at a flow rate of 6 L / min, the pressure in the aerosol generation chamber 123 is 50 to 70 kPa, and the pressure in the film forming chamber 132 is 0.1 kPa.
  • the opening size of the slit 137 provided in the film-forming powder injection nozzle 136 was set to 10 mm ⁇ 0.8 mm.
  • the scanning distance of one scan is 80 mm
  • the scanning speed is 1 mm / second
  • the film is formed by shifting the 10 mm scanning position after the end of one scan, and a total of eight rows are scanned in one cycle. went. This film formation was performed for a total of 60 cycles to obtain an AD film made of Al-doped ZnO having a thickness of about 2.5 ⁇ m.
  • the seed substrate 202 and the platinum plate 203 were placed on a quartz pedestal 204, and the temperature of the film 201 was measured by a thermocouple 205.
  • the heat treatment was performed in the air, heated at a temperature rising rate of 400 ° C./min, and held at 1250 ° C. for 10 minutes.
  • the ZnO film was subjected to solid phase epitaxial growth that grew following the surface atomic arrangement of the single crystal serving as the substrate, and became an Al-doped ZnO (hereinafter referred to as AZO) single crystal film.
  • AZO Al-doped ZnO
  • the confirmation of single crystallization was carried out by measuring the in-plane rocking curve (XRC) using a multifunctional high resolution X-ray diffractometer (D8 DISCOVER, manufactured by Bruker AXS Co., Ltd.) under the following conditions. Since a (100) peak was detected, it was judged that a single crystal film was obtained satisfactorily.
  • XRC measurement conditions > ⁇ Tube voltage: 40kV ⁇ Tube current: 40 mA ⁇ Anti-scattering slit: 3 ° ⁇ Step width: 0.001 ° ⁇ Scanning speed: 0.5 seconds / step ⁇ Incident angle: 1 °
  • a p-type ZnO layer 14 made of N-doped p-type ZnO (hereinafter referred to as ZnO: N) is formed.
  • the solid phase epitaxial growth was used as follows. First, a commercially available N-doped p-type ZnO powder (hereinafter referred to as ZnO: N powder) is formed on an n-type ZnO single crystal substrate by using an AD apparatus shown in FIG. A dense ZnO: N film was obtained.
  • N 2 nitrogen
  • the pressure in the aerosol generation chamber 123 is 50 kPa
  • the pressure in the film formation chamber 132 is 0.1 kPa or less
  • film formation is performed.
  • the opening size of the slit 137 provided in the powder injection nozzle 136 was 10 mm ⁇ 0.4 mm.
  • the scanning distance of one scan is 80 mm
  • the scanning speed is 1 mm / second
  • the film is formed by shifting the 10 mm scanning position after the end of one scan, and a total of eight rows are scanned in one cycle. went.
  • This film formation was performed for a total of 60 cycles to obtain an AD film made of ZnO: N having a thickness of about 2.5 ⁇ m.
  • the film forming method is the AD method, but a PJD method, a sputtering method, a laser CVD method, a mist CVD method, a spin coating method, a dipping method, or the like may be used.
  • single crystallization was performed using the infrared lamp heating apparatus of FIG. The heat treatment was performed in nitrogen, heated at a heating rate of 400 ° C./min, and held at 1100 ° C. for 10 minutes.
  • the ZnO: N film was subjected to solid phase epitaxial growth that grew in accordance with the crystal structure of the n-type ZnO single crystal substrate, and a ZnO: N single crystal film was obtained.
  • a ZnO: N single crystal film was obtained.
  • the n-type ZnO single crystal film and the ZnO: N single crystal film were energized and subjected to IV measurement, rectification was confirmed, and the ZnO: N single crystal film functioned as a p-type ZnO layer. It was confirmed that a good pn junction was formed by the heat treatment.
  • Electrode layer on the p-type ZnO layer 14, 30 nm of Au was formed by electron beam evaporation to obtain an electrode 16.
  • the electrode in this example is an Au thin film, an electrode having a high aperture ratio such as a lattice shape or a transparent conductive film such as ITO may be used for the Au portion in order to increase luminous efficiency.
  • n-type ZnO single crystal substrate In order to increase the efficiency as a surface light source, the light emission from the light emitting functional layer 14 side is suppressed by the reflective layer 18 and the light emission intensity from the back surface side of the substrate 12 is amplified.
  • the reflective layer 18 may be eliminated and the entire surface light emitting device 10 may emit light.
  • Example 2 A surface-emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the p-type ZnO layer was prepared by RS-MBE (radical source molecular beam growth).
  • the p-type ZnO layer was produced on the n-type ZnO single crystal substrate obtained in (1c) of Example 1 using an RS-MBE (radical source molecular beam growth) apparatus.
  • zinc (Zn) which is a metal material
  • Zn zinc
  • Oxygen (O) and nitrogen (N) which are gas materials, are expressed as oxygen radicals (O *) and nitrogen radicals (N *) using O 2 gas and NO gas as raw materials in an RF radical generator, respectively.
  • the purity of various raw materials was 7N for Zn, 6N for O 2 , and 5N for NO gas.
  • the substrate was heated to 700 ° C.
  • Example 2 (2) the n-type ZnO single crystal film and the ZnO: N single crystal film were energized and subjected to IV measurement. As a result, rectification was confirmed, and the ZnO: N single crystal film was p. It was confirmed that it functions as a type ZnO layer and that a high-quality pn junction is formed by heat treatment.
  • the surface light emitting device 10 was obtained by sequentially forming the electrode 16, the phosphor layer 17, and the reflective layer 18 on the p-type ZnO layer 14 obtained in the same manner as in Example 1.
  • the obtained surface light emitting device when current was passed between the electrode 16 and the n-type ZnO single crystal substrate 12, only white light emission was observed from the entire area of the n-type ZnO single crystal substrate 12, and no ultraviolet light was detected. .
  • the phosphor layer 17 was removed and the emission wavelength was measured from the light emitting functional layer side, an ultraviolet emission of about 375 nm was observed, and the ultraviolet emission from the pn junction was converted into visible light by the phosphor layer 17. It was confirmed that the unconverted ultraviolet light was absorbed by the ZnO single crystal substrate 12.
  • n-type ZnO single crystal substrate since a low-resistance n-type ZnO single crystal substrate was used, it was found that there was almost no heat generation during light emission and high efficiency. From these results, by using a low-resistance n-type ZnO single crystal substrate, a lower (n-type side) electrode is unnecessary, and a white light emitting element having a vertical structure can be manufactured.
  • the light emission from the light emitting functional layer 14 side is suppressed by the reflective layer 18 and the light emission intensity from the back surface side of the substrate 12 is amplified.
  • the reflective layer 18 may be eliminated and the entire surface light emitting device 10 may emit light.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

　１００μｍ以上の厚さを有する酸化亜鉛単結晶から構成される基板と、紫外光を放出可能な発光機能層と、発光機能層上に設けられる電極と、電極の外側に設けられる、紫外光を可視光に変換するための蛍光体層と、蛍光体層の外側に設けられる反射層とを備えた、面発光素子が提供される。本発明によれば、高性能な面発光素子を安価に提供することができる。

Description

酸化亜鉛基板を用いた面発光素子
　本発明は、酸化亜鉛基板を用いた面発光素子に関する。
　近年、次世代照明として面発光ＥＬ照明が注目されている。面発光ＥＬ照明には、明るさの均一性が高い、薄型で省スペースである、デザイン性が高い、目に優しいといった利点がある。面発光ＥＬ照明は、有機ＥＬを用いたものでは一部製品化されているが、コスト及び耐久性の面で全面的な普及への課題は依然として多い。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる場合は、高価な基板を使用する必要があるため、素子の大面積化が難しいという問題がある。
　一方、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、安全、安価であり、化学的にも安定で、透明性にも優れた材料として知られており、その広いバンドギャップや優れた光学特性から、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子への応用が期待されている。例えば非特許文献１には、Ｚｎ極性ＺｎＯ単結晶基板上にＮをドープしたＭｇｘＺｎ１－ｘＯ膜を形成して作製したＬＥＤにおいて紫外発光を観測したことが報告されている。
　このような発光素子に用いられる酸化亜鉛単結晶基板には、導電性及び結晶性の両方が高いことが求められる。このため、導電性を向上させる異種元素（以下、ドーパントという）を酸化亜鉛単結晶にドーピングすることが一般的に行われる。例えば、特許文献１（特開２００４－３１５３６１号公報）には、導電性向上のためにＡｌやＦｅ等をドープした酸化亜鉛単結晶を水熱合成法により製造することが開示されている。また、特許文献２（国際公開第２００７／１００１４６号）には、液相成長法による酸化亜鉛単結晶の製造において各種のドーパントを添加可能であることが開示されている。
特開２００４－３１５３６１号公報 国際公開第２００７／１００１４６号
K. Nakahara et al., "Nitrogendoped MgxZn1−xO/ZnO single heterostructure ultraviolet light-emitting diodes onZnO substrates", Applied Physics Letters 97, 013501 (2010)
　本発明者らは、今般、１００μｍ以上の厚さを有する酸化亜鉛単結晶を基板として用いることで、高性能な面発光素子を安価に提供できるとの知見を得た。
　したがって、本発明の目的は、高性能な面発光素子を安価に提供することにある。
　本発明の一態様によれば、１００μｍ以上の厚さを有する酸化亜鉛単結晶から構成される基板と、
　前記基板上に設けられる、紫外光を放出可能な発光機能層と、
　前記発光機能層上に設けられる電極と、
　前記電極の外側に設けられる、前記紫外光を可視光に変換するための蛍光体層と、
　前記蛍光体層の外側に設けられる反射層と、
を備えた、面発光素子が提供される。
　本発明の別の一態様によれば、１００μｍ以上の厚さを有する導電性酸化亜鉛単結晶から構成される基板と、
　前記基板上に設けられる発光機能層と、
　前記発光機能層上に設けられる電極と、
を備えた、面発光素子が提供される。
本発明の面発光素子の一例を示す模式断面図である。 例１及び２で用いたＡＤ成膜装置を示す模式断面図である。 例１及び２で用いた加熱装置を示す模式断面図である。
　面発光素子
　図１に、本発明による面発光素子の一例を示す。図１に示される面発光素子１０は、基板１２と、基板上に設けられる発光機能層１４と、発光機能層上に設けられる電極１６とを備えてなる。所望により、面発光素子１０は、電極１６の外側に蛍光体層１７及び／又は反射層１８を更に備えてもよい。なお、図１において、発光機能層１４はｐ－ｎ接合を利用した発光素子の一部を構成すべくｐ型酸化亜鉛層で構成される一方、基板１２はｎ型酸化亜鉛単結晶で構成されてｎ型酸化亜鉛層として機能しうる構成となっている。このため、図示例の面発光素子１０はｎ型酸化亜鉛層が省略された構成となっているが、本発明はこれに限定されない。
　基板１２は１００μｍ以上の厚さを有する酸化亜鉛単結晶、好ましくは導電性酸化亜鉛単結晶から構成される。酸化亜鉛単結晶は六方晶ウルツ鉱型構造を有しており、他の元素としてドーパントを含んでいてもよく、それにより導電性酸化亜鉛単結晶とされているのが好ましい。また、酸化亜鉛単結晶は、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなるものであってもよい。すなわち、混晶化されていても、六方晶ウルツ鉱型構造を有する酸化亜鉛ベースの単結晶であれば、本発明における酸化亜鉛単結晶に包含される。また、混晶化されているか否かを問わず、酸化亜鉛単結晶にはｎ型ドーパントがドープされるのが好ましく、それにより基板１２がｎ型酸化亜鉛層として機能するように構成されてもよい。ｎ型ドーパントの好ましい例としては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、硼素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる群から選択される１種以上が挙げられる。
　このような酸化亜鉛単結晶は、導電性、結晶性、透明性等の様々な有利な特性を有することができ、これを基板として用いることで、高性能な面発光素子を安価に提供することができる。特に、本発明者らは、固相エピタキシャル成長法や水熱法等の手法を用いることで、望ましくは１×１０－３Ωｃｍ以下という低抵抗な酸化亜鉛単結晶を１００μｍ以上の厚さで安価に作製できるとの知見を得ている。そして、このような厚みの酸化亜鉛単結晶はコスト及び機械強度の観点から大面積化に適し、大面積面発光素子の安価な製造を可能にするのみならず、それが持ちうる導電性、結晶性、透明性等の種々の有利な特性を最大限に活用する構成を採用することで高性能の面発光素子を実現することができる。
　例えば、酸化亜鉛単結晶基板１２上に発光機能層１４の構成層をエピタキシャル成長により形成した場合、単結晶基板と同一の結晶構造が実現可能となるため、高い発光効率を得ることができる。また、酸化亜鉛単結晶基板を用いることで発光機能層１４の結晶性が高まって発光効率が向上する。特にｎ型ドーパントの添加した酸化亜鉛単結晶基板を用いた場合、ドーピングされていない酸化亜鉛基板上にｎ型層を形成したときに問題となる、ｎ型ドーパントの基板への拡散も抑制でき、面発光素子の品質を安定化できる。また、ｎ型ドーパントを添加して著しく低抵抗化したｎ型酸化亜鉛単結晶を基板１２として用いる場合には、図示例のように基板１２自体にｎ型層だけでなくｎ型層側の対向電極としての機能を持たせることができ、ｎ型層及び／又はｎ型層側の対向電極を不要にして構成を簡素化できる。また、ｎ型層として機能する基板１２の低抵抗化によって発光時の発熱が抑制され、発光効率を更に高めることができる。その上、基板１２の裏面側の対向電極を不要とした場合には、酸化亜鉛単結晶の透明性によって、基板１２裏面から光を取り出すことが可能であり、より好ましくは可視光のみを取り出す構成とすることも可能となる。
　例えば、発光機能層１４が紫外光を放出可能な場合には、図１に示されるように、電極１６の外側に、紫外光を可視光に変換するための蛍光体層１７を設け、且つ、蛍光体層１７の外側に反射層１８を設けることで、紫外光を含まない可視光のみを取り出すように構成するのが好ましい。すなわち、この構成によれば、発光機能層１４からの紫外光が蛍光体層１７によって可視光に変換される一方、変換されなかった紫外光が酸化亜鉛単結晶酸化亜鉛単結晶１２によって吸収され、その結果、可視光のみが基板１２の裏面側から高効率に取り出されることが可能となる。こうすることで、人体に有害な紫外光を発しない白色面発光素子を実現できる。その上、反射層１８によって電極１６側からの光放出を抑制し、基板１２裏面側からの発光強度を増幅する構成となるため、面光源としての発光効率を有意に高めることができる。もっとも、用途によっては反射層１８を無くして面発光素子１０全体を発光させる構成としてもよい。なお、酸化亜鉛単結晶のバンドギャップエネルギーは、発光機能層から発せられた紫外光のエネルギーより小さいことが望ましい。
　前述のとおり、１００μｍ以上の厚さを有する酸化亜鉛単結晶を用いることで大面積の面発光素子の製造が可能となる。酸化亜鉛単結晶基板１２の好ましい厚さは１００μｍで以上であり、より好ましくは３００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上である。また、基板１２は２０ｃｍ２以上の面積を有するのが好ましく、より好ましくは４５ｃｍ２以上である。別の表現をすれば、基板１２はφ５．０８ｃｍ以上の大きさを有するのが好ましく、より好ましくはφ７．６２ｃｍ以上である。基板１２は大きければ大きいほど面発光素子として面発光照明等への用途が広がる点で好ましく、その面積ないし大きさに上限は規定されるべきではない。
　発光機能層１４が基板上に設けられる。発光機能層１４は、発光素子における発光機能を担う層であればよく、基板１２の構成材料である酸化亜鉛単結晶上で所望の発光機能を確保できるかぎり、発光素子の種類や方式は限定されない。従って、発光機能層１２は青色、赤色等の可視光を放出するものであってもよいし、可視光を伴わずに又は可視光と共に紫外光を発光するものであってもよい。この点、図１に示される発光機能層１４は紫外光を発光するものとして構成されているため、蛍光体層１７を別途設けて紫外光を可視光に変換する構成とされている。発光機能層１４は、ｐ－ｎ接合を利用した発光素子の少なくとも一部を構成するのが好ましく、このｐ－ｎ接合はｐ型層とｎ型層の間に発光層を含んでいても良い。また、ｐ型層－発光層－ｎ型層の一形態として、発光層の厚みを薄くした量子井戸構造を採りうる。ｐ－ｎ接合の場合にはｐ型層、ｎ型層及び（発光層を含む場合には）発光層の各層をいずれも酸化亜鉛系の材料で構成することができ、同じく酸化亜鉛で構成される基板との間で配向ないし結晶方位を整合させやすく、それにより発光効率を高めることができる。
　発光機能層１４は、ｐ型ドーパントがドープされたＺｎＯからなるｐ型酸化亜鉛層を少なくとも含むのが好ましい。これにより、図１に示されるようにｎ型酸化亜鉛層を有しない構成の場合には、基板１２をｎ型酸化亜鉛層として機能しうるように構成することで、基板１２との組み合わせによりｐ－ｎ接合による発光素子を構成可能である。一方、ｎ型酸化亜鉛層が存在する場合にはそれとの組み合わせによりｐ－ｎ接合による発光素子を構成しうる。ｐ型ドーパントの好ましい例としては、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、カーボン（Ｃ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）からなる群から選択される１種以上が挙げられる。また、ｐ型酸化亜鉛層は、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなるものであってもよく、この混晶化されたＺｎＯにｐ型ドーパントがドープされていてもよい。例えば、ＺｎＯとＭｇＯの混晶であるＭｇｘＺｎ１－ｘＯ（０．１≦ｘ≦０．４）にＮをドープした化合物が特に好ましい。ＺｎＯをＭｇＯと混晶化することでバンドギャップが広がり、発光波長を高エネルギー側にシフトさせることができる。また、ＺｎＯをＣｄＯ又はＺｎＳとの混晶としてもよく、これによりバンドギャップが狭まり、発光波長を低エネルギー側にシフトさせることができる。なお、ｐ型酸化亜鉛層の作製は、市販のｐ型ＺｎＯ粉末を用いた固相エピタキシャル成長法、ＲＳ－ＭＢＥ法（ラジカルソース分子線成長）によって好ましく行うことができるが、これらに限定されず、ＭＯＣＶＤ法や、スピンコートやディッピング等の溶液法によってｐ型酸化亜鉛を塗布し、３００～７００℃で熱処理する手法によっても行うことができる。
　発光機能層１４は、ｐ型酸化亜鉛層と基板１２との間に、ｎ型ドーパントがドープされたｎ型酸化亜鉛層を更に備えてもよい。ｎ型ドーパントの好ましい例としては、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、硼素（Ｂ）フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる群から選択される１種以上が挙げられる。また、ｎ型酸化亜鉛層は、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなるものであってもよく、この混晶化されたＺｎＯにｎ型ドーパントがドープされていてもよい。例えば、ＺｎＯとＭｇＯの混晶であるＭｇｘＺｎ１－ｘＯ（０．１≦ｘ≦０．４）にＡｌ又はＧａをドープした化合物が特に好ましい。もっとも、前述したように、基板１２がｎ型酸化亜鉛層として機能するように構成されている場合には、ｎ型酸化亜鉛層は省略可能である。
　発光機能層１４は、ｐ型酸化亜鉛層とｎ型酸化亜鉛層との間に、ｐ型酸化亜鉛層及びｎ型酸化亜鉛層のいずれよりもバンドギャップが小さいＺｎＯ、又はＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上とＺｎＯとの混晶からなり、且つ、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントを含まない発光層を少なくとも有してもよい。この発光層を薄くした構成はｐ－ｎ接合の一態様である量子井戸構造の発光素子に相当し、発光効率をより一層高めることができる。もっとも、ｎ型酸化亜鉛層を省略してｎ型酸化亜鉛基板１２を用いる場合には、発光機能層は、ｐ型酸化亜鉛層とｎ型酸化亜鉛基板１２との間に、ｐ型酸化亜鉛層及び酸化亜鉛単結晶のいずれよりもバンドギャップが小さいＺｎＯ、又はＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上とＺｎＯとの混晶からなり、且つ、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントを含まない発光層を少なくとも有するように構成すればよい。
　発光機能層１４は、酸化亜鉛単結晶の結晶構造に倣ってエピタキシャル成長し、それにより単結晶基板と同一の結晶構造を有するのが特に好ましい。こうすることで優れた発光特性を得ることができる。このような構造を有する発光機能層１４の成膜方法は、基板の配向性に倣った成長を促す方法であれば特に限定されないが、スパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、固体エピタキシャル成長法等が好ましく例示される。固体エピタキシャル成長法は、例えば、基板上にエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により成膜しておき、被膜を基板側からの一方向加熱により単結晶化することにより好ましく行うことができる。
　前述したとおり、発光機能層１４が紫外光を放出可能なものである場合には、紫外光を可視光に変換するための蛍光体層１７を、電極１６の外側に更に備えてなるのが好ましい。蛍光体層１７は紫外光を可視光に変換可能な公知の蛍光成分を含む層であればよく特に限定されない。例えば、紫外光により励起されて青色光を発光する蛍光成分、紫外光により励起されて青～緑色光を発光する蛍光成分、及び紫外光により励起されて赤色光を発光する蛍光成分を混在させて、混合色として白色光を得るような構成とするのが好ましい。そのような蛍光成分の好ましい組み合わせとしては、（Ｃａ，Ｓｒ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、及びＭｎ、Ｙ２Ｏ３Ｓ：Ｅｕが挙げられ、これらの成分をシリコーン樹脂等の樹脂中に分散させて蛍光体層１７を形成するのが好ましい。このような蛍光成分は上記例示物質に限されるものではなく、他の紫外光励起蛍光体、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）やシリケート系蛍光体、酸窒化物系蛍光体等の組み合わせでもよい。
　また、発光機能層１４が青色光を放出可能なものである場合には、青色光を黄色光に変換するための蛍光体層１７を電極１６の外側に更に備えてなるのが好ましい。蛍光体層１７は青色光を黄色光に変換可能な公知の蛍光成分を含む層であればよく特に限定されない。例えばＹＡＧなどの黄色発光する蛍光体との組み合わせたものとしてもよい。このようにすることで、蛍光体層を透過した青色発光と蛍光体からの黄色発光は補色関係にあるため、擬似的な白色光源とすることができる。なお、蛍光体層１７は、青色を黄色に変換する蛍光成分と、紫外光を可視光に変換するための蛍光成分との両方を備えることで、紫外光の可視光への変換と青色光の黄色光への変換との両方を行う構成としてもよい。
　電極１６は発光機能層１４上に設けられる。電極１６は公知の電極材料で構成すればよいが、蛍光体層１７で光の変換を行う場合及び／又は電極１６側から光を取り出す構成とする場合には、ＩＴＯ等の透明導電膜、又は格子構造若しくはモスアイ構造等の開口率が高い金属電極とすれば、発光機能層１４で発生した光の変換及び／又は取り出し効率を上げられる点で好ましい。
　前述したとおり、反射層１８が蛍光体層１７の外側に更に設けられてもよい。反射層１８の材質及び厚さは、蛍光体からの可視光線を反射できるものであれば特に限定されず、ＡｕやＡｌ等の反射性の高い金属で構成すればよい。
　図１において基板１２は対向電極として機能するように構成されているが、そうでない場合には、基板１２の発光機能層１４と反対側に対向電極を別途設ければよい。この場合、対向電極は公知の電極材料で構成すればよいが、対向電極側から光を取り出す構成とする場合には、ＩＴＯ等の透明導電膜、又は格子構造若しくはモスアイ構造等の開口率が高い金属電極とすれば、発光機能層１４で発生した光の取り出し効率を上げられる点で好ましい。また、基板１２が十分な導電性を持たない場合は発光機能層１４中に含まれるｎ型層を電極としてもよいし、ｎ型層に電極を設置してもよい。
　酸化亜鉛単結晶の製造方法
　基板１２として用いる酸化亜鉛単結晶はいかなる方法によって作製されたものであってもよいが、基板１２として適する高ドープの導電性酸化亜鉛単結晶は以下に示される方法により好ましく製造することができる。なお、高ドープの導電性酸化亜鉛単結晶の製法は以下の方法に限るものではなく、例えば水熱合成法や液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）を用いてもよい。
（１）原料粉末の作製
　導電性酸化亜鉛単結晶の製造用原料粉末として、ドーパントが固溶又は添加された酸化亜鉛原料粉末を作製する。このドープされた原料粉末は、固相法、液相法を問わず、いかなる方法によって製造されたものでもよい。
　固相法による酸化亜鉛原料粉末の製造は、ノンドープの酸化亜鉛粒子と、ドーパント元素の酸化物等の化合物の粒子とをポットミル、ボールミル等で混合し、熱処理をすることにより好ましく行うことができる。この熱処理は固相反応に適した条件で行えばよく、９００～１５００℃で１～５時間行われるのが好ましく、より好ましくは１０００～１４００℃で１～５時間である。熱処理後の粉末はポットミル、ボールミル粉砕等を施して所望の平均粒径に粉砕するのが好ましい。粉砕後の原料粉末の好ましい体積基準Ｄ５０平均粒径は０．２～４μｍである。
（２）酸化亜鉛単結晶の作製
　上記酸化亜鉛原料粉末を噴射して、酸化亜鉛単結晶を含む種基板上に主に酸化亜鉛からなる膜を形成すると共に、形成した膜を固相状態のまま結晶化させて酸化亜鉛単結晶を作製する。上記の噴射成膜の手法としては、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）及びパウダージェットデポジション法（ＰＪＤ法）が好ましく挙げられる。また、成膜手法としては上記の粉末の噴射を用いたものに限るものではなく、物理蒸着（ＰＶＤ）法、及び化学蒸着（ＣＶＤ）法からなる群より選ばれる何れの方法としてもよい。上記物理蒸着（ＰＶＤ）法の具体例としては、例えば、スパッタ法等を挙げることができる。更に、化学蒸着（ＣＶＤ）法としては、例えば、ミストＣＶＤ法及びレーザーＣＶＤ法等を挙げることができる。
　また、形成した膜を固相状態のまま結晶化させる工程は、赤外線ランプ（例えば、近赤外線ランプ等）、各種レーザー（例えば、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、エキシマーレーザー、半導体レーザー等）等を熱源とする光加熱や高周波加熱装置等による加熱処理で行う手法が望ましい。尚、上記では成膜後に加熱する工程としたが、酸化亜鉛単結晶が成長可能な温度で基板を加熱しながら酸化亜鉛原料粉末を噴射する方法であっても良い。これらの加熱温度は、より好ましくは９００℃以上であり、更に好ましくは１０００～１４００℃である。
　本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。
　例１
　図１に示されるように、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板１２上に、ｐ－ｎ接合を用いた発光機能層１４、電極１６、蛍光体層１７及び反射層１８を順に形成して面発光素子１０を作製して、その評価を行った。具体的には以下のとおりである。なお、以下の例はｎ型ドーパントをＡｌとした基板を用いる例であるが、Ｇａドーパント、又はＩｎドーパントなど、他のｎ型ドーパントを添加した基板でもよい。また、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板の作製には固相エピタキシャル成長法を用いているが、水熱法やＬＰＥ等の他の方法を用いてもよい。
（１）ｎ型ＺｎＯ単結晶基板の作製
（１ａ）成膜用原料粉の作製
　成膜用原料粉として、アルミニウム（Ａｌ）が固溶した酸化亜鉛（ＺｎＯ）を以下のようにして調製した。まず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末（体積基準メジアン径（Ｄ５０）：０．８μｍ）と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末（体積基準Ｄ５０：０．５μｍ）とを、アルミニウム（Ａｌ）の原子モル比率が０．２ａｔ％となるように秤量し、混合した。得られた混合粉末をポットミルにて湿式混合した。この湿式混合した粉末を、大気中、１４００℃で５時間に亘って焼成して、アルミニウム（Ａｌ）が固溶した酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末を合成した。得られた合成粉末を、体積基準Ｄ５０が２．６μｍとなるように、ポットミル中で、ジルコニアボールを用いて、５時間に亘って湿式粉砕した。こうして、アルミニウム（Ａｌ）が０．２ａｔ％固溶した酸化亜鉛（ＺｎＯ）を成膜用原料粉として得た。
（１ｂ）ＡＤ膜の作製
　上記（１ａ）で得られた成膜用原料粉を市販のＺｎＯ単結晶基板（直径７．６２ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ、ｃ面）上にエアロゾルデポジション法（以下、ＡＤという）により堆積させた。ＡＤ成膜には図２に示す成膜装置１２０を使用した。この成膜装置１２０は、原料成分を含む原料粉末のエアロゾルを生成するエアロゾル生成部１２２と、成膜粉を種基板１２１に噴射して原料成分を含む膜を形成する成膜部１３０とを備えている。
　エアロゾル生成部１２２は、成膜粉１１２を収容しガスボンベ（図示せず）からのキャリアガス１１１の供給を受けてエアロゾルを生成するエアロゾル生成室１２３と、生成したエアロゾルを成膜部１３０へ供給する原料供給管１２４と、エアロゾル生成室１２３及びその中のエアロゾルに１０～１００Ｈｚの振動数で振動を付与する加振器１２５とを備えている。成膜部１３０は、種基板１２１にエアロゾルを噴射する成膜チャンバ１３２と、成膜チャンバ１３２の内部に配設され種基板１２１を固定する種基板ホルダ１３４と、種基板ホルダ１３４をＸ軸－Ｙ軸方向に移動するＸ－Ｙステージ１３３とを備えている。また、成膜部１３０は、先端にスリット１３７が形成されエアロゾルを種基板１２１へ噴射する噴射ノズル１３６と、成膜チャンバ１３２を減圧する真空ポンプ１３８とを備えている。
　成膜装置１２０においては、窒素（Ｎ２）ガスを６Ｌ／分の流量にてキャリアガス１１１として流し、エアロゾル生成室１２３の圧力は５０～７０ｋＰａとし、成膜チャンバ１３２内の圧力は０．１ｋＰａ以下とし、成膜用粉体の噴射ノズル１３６に備えられたスリット１３７の開口サイズは１０ｍｍ×０．８ｍｍとした。成膜時のノズルの走査方法としては、１スキャンの走査距離を８０ｍｍ、スキャン速度１ｍｍ／秒とし、１スキャン終了後、１０ｍｍ走査位置をずらして成膜を行い、１サイクルで計８列スキャンを行った。この成膜を計６０サイクル行い、厚みが約２．５μｍのＡｌドープＺｎＯからなるＡＤ膜を得た。
（１ｃ）ＡＤ膜の単結晶化
　得られたＺｎＯ膜を図３の加熱装置を用いて基板側から一方向加熱した。図３には光加熱のための光源として近赤外線ランプ２０６を使用した。なお、ＺｎＯ膜は近赤外線の吸収係数が低いため、種基板２０２の膜２０１が堆積した面とは反対側の面に白金板２０３を配設し、種基板２０２の膜２０１が堆積した面と同じ側から近赤外線を照射して、当該近赤外線を上記白金板２０３に吸収させることにより、膜２０１を種基板２０２側から加熱した。種基板２０２及び白金板２０３は石英製台座２０４上に設置し、熱電対２０５にて膜２０１の温度を計測した。加熱処理は大気中で行い、昇温速度４００℃／分で加熱し、１２５０℃で１０分間保持した。この熱処理によってＺｎＯ膜は基板となる単結晶の表面原子配列に倣って成長する固相エピタキシャル成長を生じ、ＡｌドープされたＺｎＯ（以下、ＡＺＯという）単結晶膜となった。成膜－熱処理のサイクルを２００回繰り返すことで、厚さ５００μｍのＡＺＯ膜を作製した。その後、ワイヤソーにて導電性のないＺｎＯ単結晶基板を切断し、ＡＺＯ単体からなる直径３インチ（７．６２ｃｍ）の単結晶基板をｎ型ＺｎＯ単結晶基板として得た。
　単結晶化の確認は多機能高分解能Ｘ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス株式会社製、Ｄ８　ＤＩＳＣＯＶＥＲ）を、以下の条件下で使用して、面内ロッキングカーブ（ＸＲＣ）測定を行った。（１００）ピークが検出されたため、単結晶膜が良好に得られたと判断した。
＜ＸＲＣ測定条件＞
・管電圧：４０ｋＶ
・管電流：４０ｍＡ
・アンチスキャッタリングスリット：３°
・ステップ幅：０．００１°
・スキャンスピード：０．５秒／ステップ
・入射角：１°
　また、抵抗率計（三菱化学株式会社製、ロレスタＡＸ　ＭＣＰ－Ｔ３７０型）を用いて、単結晶体の中心部近傍にて四探針法により体積抵抗率を測定したところ、５×１０－４Ωｃｍと非常に低抵抗であることが分かった。
（２）固相エピタキシャル成長によるｐ型ＺｎＯ層の成膜
　上記得られたｎ型ＺｎＯ単結晶基板１２上に、Ｎドープしたｐ型ＺｎＯ（以下、ＺｎＯ：Ｎという）からなるｐ型ＺｎＯ層１４を、固相エピタキシャル成長を用いて以下のようにして作製した。まず、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板に対し、市販のＮドープしたｐ型ＺｎＯ粉末（以下、ＺｎＯ：Ｎ粉末という）を用いて、図２のＡＤ装置によってｎ型ＺｎＯ層上にＡＤ成膜し、緻密なＺｎＯ：Ｎ膜を得た。ＡＤ成膜は窒素（Ｎ２）ガスを１０Ｌ／分の流量にてキャリアガス１１１として流し、エアロゾル生成室１２３の圧力は５０ｋＰａとし、成膜チャンバ１３２内の圧力は０．１ｋＰａ以下とし、成膜用粉体の噴射ノズル１３６に備えられたスリット１３７の開口サイズは１０ｍｍ×０．４ｍｍとした。成膜時のノズルの走査方法としては、１スキャンの走査距離を８０ｍｍ、スキャン速度１ｍｍ／秒とし、１スキャン終了後、１０ｍｍ走査位置をずらして成膜を行い、１サイクルで計８列スキャンを行った。この成膜を計６０サイクル行い、厚みが約２．５μｍのＺｎＯ：ＮからなるＡＤ膜を得た。なお、本例では成膜方法をＡＤ法としたが、ＰＪＤ法、スパッタ法、レーザーＣＶＤ法、ミストＣＶＤ法、スピンコート法、ディッピング法などを用いてもよい。その後、図３の赤外ランプ加熱装置を用いて単結晶化を行った。加熱処理は窒素中で行い、昇温速度４００℃／分で加熱し、１１００℃で１０分間保持した。この熱処理によってＺｎＯ：Ｎ膜はｎ型ＺｎＯ単結晶基板の結晶構造に倣って成長する固相エピタキシャル成長を生じ、ＺｎＯ：Ｎ単結晶膜を得た。ｎ型ＺｎＯ単結晶膜とＺｎＯ：Ｎ単結晶膜に通電し、Ｉ－Ｖ測定を行ったところ、整流性が確認され、ＺｎＯ：Ｎ単結晶膜がｐ型ＺｎＯ層として機能していること、及び熱処理によって良質なｐ－ｎ接合が形成されたことが確認できた。
（３）電極層の作製
　ｐ型ＺｎＯ層１４上に、Ａｕを電子ビーム蒸着法にて３０ｎｍ成膜して電極１６を得た。本例の電極はＡｕ薄膜としたが、発光効率を高めるためＡｕ部は格子状など開口率が高い電極やＩＴＯなどの透明導電膜を用いてもよい。
（４）蛍光体層の作製
　電極１６上に、蛍光体層１７を形成すべく、蛍光成分として（Ｃａ，Ｓｒ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ、及びＹ２Ｏ３Ｓ：Ｅｕを分散含有させたシリコーン樹脂を約５μｍ塗布した。これらの各蛍光体はそれぞれ紫外光により励起されて青色光、青～緑色光、赤色光を発光し、混合色として白色光を得ることができる。このような蛍光体は上記に挙げたものに限られるものではなく、他の紫外光励起蛍光体、例えばＹＡＧやシリケート系蛍光体、酸窒化物系蛍光体などの組み合わせでも問題はない。
（５）反射層の作製
　蛍光体層１７上に、電極層１６と同様、Ａｕを電子ビーム蒸着法にて５００ｎｍ成膜して反射層１８とした。反射層の成分や厚みはこれに限定するものではなく、蛍光体からの可視光線を反射できるものであれば特に限定されない。
（６）発光素子の評価
　上記のようにして得られた面発光素子において、電極１６とｎ型ＺｎＯ単結晶基板１２との間に通電したところ、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板１２の全域から白色発光のみが観察され、紫外光は検出されなかった。蛍光体層１７を除去して発光機能層側から発光波長を測定したところ、約３７５ｎｍの紫外発光が観測され、ｐ－ｎ接合部からの紫外発光が蛍光体層１７にて可視光に変換されたこと、及び変換されなかった紫外光はＺｎＯ単結晶基板１２に吸収されたことが確認できた。また、低抵抗なｎ型ＺｎＯ単結晶基板を用いたため、発光時の発熱がほとんど無いことがわかった。これらの結果から、低抵抗なｎ型ＺｎＯ単結晶基板を用いることで、ｎ型層とｎ型側の電極（対向電極）が不要となり、縦型構造の白色発光素子を作製できた。なお、本例では面光源としての効率を高めるため、反射層１８によって発光機能層１４側からの光放射を抑制し、基板１２裏面側からの発光強度を増幅する構成としたが、用途によっては反射層１８を無くして面発光素子１０全体を発光させる構成としてもよい。
　例２
　ｐ型ＺｎＯ層の作製をＲＳ－ＭＢＥ（ラジカルソース分子線成長）により行ったこと以外は例１と同様にして、面発光素子の作製及び評価を行った。
　すなわち、ｐ型ＺｎＯ層の作製は、例１の（１ｃ）で得られたｎ型ＺｎＯ単結晶基板に対し、ＲＳ－ＭＢＥ（ラジカルソース分子線成長）装置を用いて行った。このとき、金属材料である亜鉛（Ｚｎ）はクヌーセンセルで照射し、基板に供給した。ガス材料である酸素（Ｏ）と窒素（Ｎ）は、ＲＦラジカル発生装置にてそれぞれＯ２ガス、ＮＯガスを原料とし、酸素ラジカル（Ｏ＊と表記する）、窒素ラジカル（Ｎ＊と表記する）として供給した。各種原料の純度はＺｎが７Ｎ、Ｏ２が６Ｎ、ＮＯガスは５Ｎのものを用いた。基板は抵抗加熱ヒータを用いて７００℃に加熱し、膜中の窒素濃度が１×１０２０ｃｍ－３となるように各種ガスソースのフラックスを制御しながら厚さ１００ｎｍのＺｎＯ：Ｎ単結晶膜を成膜した。例１の（２）と同様に、ｎ型ＺｎＯ単結晶膜とＺｎＯ：Ｎ単結晶膜に通電し、Ｉ－Ｖ測定を行ったところ、整流性が確認され、ＺｎＯ：Ｎ単結晶膜がｐ型ＺｎＯ層として機能していること、及び熱処理によって良質なｐ－ｎ接合が形成されたことが確認できた。
　上記得られたｐ型ＺｎＯ層１４上に、例１と同様にして、電極１６、蛍光体層１７及び反射層１８を順次形成して、面発光素子１０を得た。得られた面発光素子において、電極１６とｎ型ＺｎＯ単結晶基板１２との間に通電したところ、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板１２の全域から白色発光のみが観察され、紫外光は検出されなかった。蛍光体層１７を除去して発光機能層側から発光波長を測定したところ、約３７５ｎｍの紫外発光が観測され、ｐ－ｎ接合部からの紫外発光が蛍光体層１７にて可視光に変換されたこと、及び変換されなかった紫外光はＺｎＯ単結晶基板１２に吸収されたことが確認できた。また、低抵抗なｎ型ＺｎＯ単結晶基板を用いたため、発光時の発熱がほとんど無く、高効率であることがわかった。これらの結果から、低抵抗なｎ型ＺｎＯ単結晶基板を用いることで、下部（ｎ型側）電極が不要となり、縦型構造の白色発光素子を作製できた。なお、本例では面光源としての効率を高めるため、反射層１８によって発光機能層１４側からの光放射を抑制し、基板１２裏面側からの発光強度を増幅する構成としたが、用途によっては反射層１８を無くして面発光素子１０全体を発光させる構成としてもよい。

Claims (41)

  1. 　１００μｍ以上の厚さを有する酸化亜鉛単結晶から構成される基板と、
    　前記基板上に設けられる、紫外光を放出可能な発光機能層と、
    　前記発光機能層上に設けられる電極と、
    　前記電極の外側に設けられる、前記紫外光を可視光に変換するための蛍光体層と、
    　前記蛍光体層の外側に設けられる反射層と、
    を備えた、面発光素子。
  2. 　前記発光機能層が、ｐ－ｎ接合に基づいた発光機能を有する、請求項１に記載の面発光素子。
  3. 　前記発光機能層が、前記酸化亜鉛単結晶の結晶方位に倣ってエピタキシャル成長した構造を有し、それにより単結晶基板と同一の結晶構造を有する、請求項１又は２に記載の面発光素子。
  4. 　前記発光機能層が、ｐ型ドーパントがドープされたＺｎＯからなるｐ型酸化亜鉛層を少なくとも含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の面発光素子。
  5. 　前記ｐ型ドーパントが、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、カーボン（Ｃ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）からなる群から選択される１種以上を含む、請求項４に記載の面発光素子。
  6. 　前記発光機能層が、前記ｐ型酸化亜鉛層と前記基板との間に、ｎ型ドーパントがドープされたｎ型酸化亜鉛層を更に備えてなる、請求項４又は５に記載の面発光素子。
  7. 　前記ｎ型ドーパントが、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、硼素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる群から選択される１種以上を含む、請求項６に記載の面発光素子。
  8. 　前記ｐ型酸化亜鉛層が、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなる、請求項４～７のいずれか一項に記載の面発光素子。
  9. 　前記ｎ型酸化亜鉛層が、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなる、請求項６～８のいずれか一項に記載の面発光素子。
  10. 　前記酸化亜鉛単結晶が、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなる、請求項１～９のいずれか一項に記載の面発光素子。
  11. 　前記発光機能層が、前記ｐ型酸化亜鉛層と前記基板との間に、前記ｐ型酸化亜鉛層及び前記酸化亜鉛単結晶のいずれよりもバンドギャップが小さいＺｎＯ、又はＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上とＺｎＯとの混晶からなり、且つ、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントを含まない発光層を少なくとも有する発光素子を構成してなる、請求項４、５、８及び１０のいずれか一項に記載の面発光素子。
  12. 　前記発光機能層が、前記ｐ型酸化亜鉛層とｎ型酸化亜鉛層との間に、前記ｐ型酸化亜鉛層及び前記ｎ型酸化亜鉛層のいずれよりもバンドギャップが小さいＺｎＯ、又はＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上とＺｎＯとの混晶からなり、且つ、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントを含まない発光層を少なくとも有する発光素子を構成してなる、請求項６、７、９及び１０のいずれか一項に記載の面発光素子。
  13. 　前記基板が対向電極として機能する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の面発光素子。
  14. 　前記基板上の前記発光機能層と反対側に、対向電極を更に備えてなる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の面発光素子。
  15. 　前記電極が、透明導電膜、又は格子構造若しくはモスアイ構造を有する金属電極である、請求項１～１４のいずれか一項に記載の面発光素子。
  16. 　前記基板が２０ｃｍ２以上の面積を有する、請求項１～１５のいずれか一項に記載の面発光素子。
  17. 　前記基板が４５ｃｍ２以上の面積を有する、請求項１～１６のいずれか一項に記載の面発光素子。
  18. 　前記酸化亜鉛単結晶のバンドギャップエネルギーが、前記発光機能層から発せられた紫外光のエネルギーより小さいことを特徴とする請求項１～１７のいずれか一項に記載の面発光素子。
  19. 　１００μｍ以上の厚さを有する導電性酸化亜鉛単結晶から構成される基板と、
    　前記基板上に設けられる発光機能層と、
    　前記発光機能層上に設けられる電極と、
    を備えた、面発光素子。
  20. 　前記導電性酸化亜鉛単結晶はｎ型ドーパントがドープされている、請求項１９に記載の面発光素子。
  21. 　前記ｎ型ドーパントが、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、硼素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる群から選択される１種以上を含む、請求項１９又は２０に記載の面発光素子。
  22. 　前記導電性酸化亜鉛単結晶が１×１０-３Ωｃｍ以下の抵抗率を有する、請求項１９～２１のいずれか一項に記載の面発光素子。
  23. 　前記導電性酸化亜鉛単結晶が、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなる、請求項１９～２２のいずれか一項に記載の面発光素子。
  24. 　前記基板がｎ型酸化亜鉛層として機能する、請求項１９～２３のいずれか一項に記載の面発光素子。
  25. 　前記発光機能層が、ｐ－ｎ接合に基づいた発光機能を有する、請求項１９～２４のいずれか一項に記載の面発光素子。
  26. 　前記発光機能層が、前記酸化亜鉛単結晶の結晶方位に倣ってエピタキシャル成長した構造を有し、それにより単結晶基板と同一の結晶構造を有する、請求項１９～２５のいずれか一項に記載の面発光素子。
  27. 　前記発光機能層が、ｐ型ドーパントがドープされたＺｎＯからなるｐ型酸化亜鉛層を少なくとも含む、請求項１９～２６のいずれか一項に記載の面発光素子。
  28. 　前記ｐ型ドーパントが、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、カーボン（Ｃ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）からなる群から選択される１種以上を含む、請求項２７に記載の面発光素子。
  29. 　前記発光機能層が、前記ｐ型酸化亜鉛層と前記基板との間に、ｎ型ドーパントがドープされたｎ型酸化亜鉛層を更に備えてなる、請求項１９～２３及び２５～２８のいずれか一項に記載の面発光素子。
  30. 　前記ｎ型ドーパントが、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、硼素（Ｂ）、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）及びシリコン（Ｓｉ）からなる群から選択される１種以上を含む、請求項２９に記載の面発光素子。
  31. 　前記ｐ型酸化亜鉛層が、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなる、請求項２７～３０のいずれか一項に記載の面発光素子。
  32. 　前記ｎ型酸化亜鉛層が、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上の結晶と混晶化されたＺｎＯからなる、請求項２９～３１のいずれか一項に記載の面発光素子。
  33. 　前記発光機能層が、前記ｐ型酸化亜鉛層と前記基板との間に、前記ｐ型酸化亜鉛層及び前記導電性酸化亜鉛単結晶のいずれよりもバンドギャップが小さいＺｎＯ、又はＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上とＺｎＯとの混晶からなり、且つ、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントを含まない発光層を少なくとも有する発光素子を構成してなる、請求項２７、２８及び３１のいずれか一項に記載の面発光素子。
  34. 　前記発光機能層が、前記ｐ型酸化亜鉛層と前記ｎ型酸化亜鉛層の間に、前記ｐ型酸化亜鉛層及び前記ｎ型酸化亜鉛層のいずれよりもバンドギャップが小さいＺｎＯ、又はＭｇＯ、ＣｄＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ及びＺｎＴｅからなる群から選択される１種以上とＺｎＯとの混晶からなり、且つ、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントを含まない発光層を少なくとも有する発光素子を構成してなる、請求項２９～３２のいずれか一項に記載の面発光素子。
  35. 　前記発光機能層が紫外光を放出可能なものであり、該紫外光を可視光に変換するための蛍光体層を、前記電極の外側に更に備えてなる、請求項１９～３４のいずれか一項に記載の面発光素子。
  36. 　前記基板が対向電極として機能する、請求項１９～３５のいずれか一項に記載の面発光素子。
  37. 　前記基板上の前記発光機能層と反対側に、対向電極を更に備えてなる、請求項１９～３５のいずれか一項に記載の面発光素子。
  38. 　前記電極が、透明導電膜、又は格子構造若しくはモスアイ構造を有する金属電極である、請求項１９～３７のいずれか一項に記載の面発光素子。
  39. 　前記面発光素子の前記電極側の最外層として反射層を更に備えてなる、請求項１９～３８のいずれか一項に記載の面発光素子。
  40. 　前記基板が２０ｃｍ２以上の面積を有する、請求項１９～３９のいずれか一項に記載の面発光素子。
  41. 　前記基板が４５ｃｍ２以上の面積を有する、請求項１９～４０のいずれか一項に記載の面発光素子。 
     
PCT/JP2013/083380 2012-12-14 2013-12-12 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子 Ceased WO2014092168A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014552094A JPWO2014092168A1 (ja) 2012-12-14 2013-12-12 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012273978 2012-12-14
JP2012-273978 2012-12-14
JP2013-115754 2013-05-31
JP2013115754 2013-05-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014092168A1 true WO2014092168A1 (ja) 2014-06-19

Family

ID=50934451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/083380 Ceased WO2014092168A1 (ja) 2012-12-14 2013-12-12 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2014092168A1 (ja)
WO (1) WO2014092168A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025079560A1 (ja) * 2023-10-11 2025-04-17 住友化学株式会社 金属窒化物、膜、積層体、素子、デバイス、膜の製造方法、磁気トンネル接合素子、及び、磁気デバイス

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123938A (ja) * 2007-01-26 2007-05-17 Rohm Co Ltd 酸化亜鉛系化合物半導体素子
JP2011108859A (ja) * 2009-11-18 2011-06-02 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体発光素子
JP2011521477A (ja) * 2008-05-21 2011-07-21 ルーメンズ， インコーポレイテッド 酸化亜鉛系エピタキシャルの層およびデバイス
JP2011252965A (ja) * 2010-05-31 2011-12-15 Meijo University 屈折率変調構造及びｌｅｄ素子

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123938A (ja) * 2007-01-26 2007-05-17 Rohm Co Ltd 酸化亜鉛系化合物半導体素子
JP2011521477A (ja) * 2008-05-21 2011-07-21 ルーメンズ， インコーポレイテッド 酸化亜鉛系エピタキシャルの層およびデバイス
JP2011108859A (ja) * 2009-11-18 2011-06-02 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体発光素子
JP2011252965A (ja) * 2010-05-31 2011-12-15 Meijo University 屈折率変調構造及びｌｅｄ素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025079560A1 (ja) * 2023-10-11 2025-04-17 住友化学株式会社 金属窒化物、膜、積層体、素子、デバイス、膜の製造方法、磁気トンネル接合素子、及び、磁気デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2014092168A1 (ja) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rahman Zinc oxide light-emitting diodes: a review
Bashar et al. An Sb-doped p-type ZnO nanowire based random laser diode
Weng et al. A high-responsivity GaN nanowire UV photodetector
JP6112626B2 (ja) 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子
WO2014092167A1 (ja) 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子
WO2006043719A1 (ja) 発光ダイオード素子、発光ダイオード用基板及び発光ダイオード素子の製造方法
JP2009016656A (ja) ＺｎＯ系半導体層及びＺｎＯ系半導体発光素子
JP6017243B2 (ja) ＺｎＯ系半導体素子、及び、ＺｎＯ系半導体素子の製造方法
JP6092586B2 (ja) ＺｎＯ系半導体層とその製造方法、及びＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法
JPWO2014092165A1 (ja) 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子
JP2014234330A (ja) 多孔質酸化亜鉛単結晶及び同単結晶を使用するデバイス
JP5507234B2 (ja) ＺｎＯ系半導体装置及びその製造方法
TW201501346A (zh) ＳｉＣ材料的製造方法及ＳｉＣ材料積層體
JP5739765B2 (ja) ＺｎＯ系半導体層の製造方法及びＺｎＯ系半導体発光素子の製造方法
CN103531681B (zh) 一种GaN基白光发光二极管及其制备方法
TWI428427B (zh) SiC fluorescent material and its manufacturing method and light emitting element
JP6100590B2 (ja) ｐ型ＺｎＯ系半導体層の製造方法、ＺｎＯ系半導体素子の製造方法、及び、ｎ型ＺｎＯ系半導体積層構造
JPWO2014092168A1 (ja) 酸化亜鉛基板を用いた面発光素子
Kumar et al. Hybrid 1D semiconducting ZnO and GaN nanostructures for light‐emitting devices
JP6419472B2 (ja) ｐ型ＺｎＯ系半導体層の製造方法、及び、ＺｎＯ系半導体素子の製造方法
JP2018140914A (ja) 積層構造体及び発光ダイオード
JP2004335716A (ja) 白色ｌｅｄ
JP2014027134A (ja) ｐ型ＺｎＯ系半導体単結晶層、及び、ＺｎＯ系半導体素子
JP5912968B2 (ja) ｐ型ＺｎＯ系半導体膜の製造方法、及び、ＺｎＯ系半導体素子の製造方法
JP6092657B2 (ja) ｐ型ＺｎＯ系半導体層の製造方法、ＺｎＯ系半導体素子の製造方法、及び、ｎ型ＺｎＯ系半導体積層構造

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13861888

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014552094

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13861888

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1