[发明专利]发光二极管及半导体激光

说明书

技术领域

本发明是有关由电流注入使照射紫外线发光的紫外线发光二极管及半导体激光。

背景技术

随着高度信息化社会的发展，记录媒体的高密度化正进展着。例如光盘的记录，再生由小型磁盘(compact disc)，变化成可较高密度记录的数字影像磁盘(Digital Video Disc，以下简称DVD)。光盘因可使用光线进行记录，再生，若可使用波长较短的光时，则可使记录密度增加。

因此，至于半导体激光(以下称LD)，向来在小型磁盘用方面以红外线的GaAlAs正予实用化着，而在DVD用方面，则以红外线的GaInAlP正予实用化着。再者，放出较短波长的蓝色的GaN等的实用化正被推展着。

又，发光二极管(以下称LED)，主要被使用作显示器用，由GaAs、GaP、GaN的实用化，可成为三色显示器。再者，紫外线LED正被开发作液晶背光用、杀菌用、紫外线硬化树脂用光源等。

至于亦较GaN短波长的发光材料，可举出氧化锌。氧化锌(以下称ZnO)除利用高导电性、可见光领域的透光性并被检讨用作太阳电池用的透明导电膜外，亦被广泛应用于绿色的萤光材料，例如正予实用化作低速电子射束冲击型的EL装置。

ZnO在室温为能带隙(band gap)约3.38eV的直接过渡型半导体，由紫外线激发显示出紫外领域(在室温为波长约380nm)的萤光为人所知的，故已使用ZnO的发光二极管或激光二极管若可予制作时，则被视作可应用于萤光体的激发光源或超高密度纪录媒体。

通常于制作发光二极管或激光二极管时，有接合p型半导体及n型光导体的必要。n型ZnO薄膜虽可予容易制作，但是与p型ZnO薄膜有关的技术，则由1999年日本大阪大学的川合氏等人开始报导着。此为采用ZnO的部分Zn为Ga所取代的烧结体靶材，由利用PLD法于N₂O气体中成膜，乃予说明着由于Co-dope(共搀杂)效果以正孔浓度增加可予P型化。

然而，于本发明提出申请时，仍未有其它研究机关确认出ZnO薄膜的P型特性的报导。又，毕竟ZnO由于欠缺氧(晶格间锌)而较容易成为n型，欲稳定p型半导体并予制作较困难的材料，故有由电流注入至p-n接合而制作LED较困难的问题存在。由n型ZnO及p型ZnO的接合引起的二极管，则至目前为止仍未予报导着。

至于适于与n型ZnO间的接合的p型半导体，有SrCu₂O₂。SrCu₂O₂虽为报导着在室温的能带隙约3.2eV的间接过渡型半导体，但是由能带隙计算结果得知，则被暗示作直接过渡型。又，由K+离子等的添加，显示出p型传导[Kudo、Yanagi、Hosono、Kawazoe、APL(Applied PhysicsLetters).73、220(1998)]。

若依Kudo氏等人的报导时，则由脉冲激光累积法制作的SrCu₂O₂薄膜的载体(cartier)浓度、移动度各自为1×10¹⁷cm^-3、0.5cm²/Vs。结晶为正方晶(空间群：I41/a)、晶格常数为a＝b＝0.5480nm，c＝0.9825nm，ZnO的(0001)及SrCu₂O₂的(112)的晶格整合性虽为19％，但是SrCu₂O₂的晶格常数的5倍及ZnO的晶格常数的6倍由于几乎一致，故可使异质外延(heteroepixital)成长于ZnO上。又累积时的基板温度若在200℃以上时，则可形成单一相。

Kudo氏等人已确认出于SrCu₂O₂膜上成膜n型ZnO并显现出二极管特性(Kudo，Yanagi，Hosono，Kawazoe，Yano，APL，75，2851)。然而，在Kudo氏等人的制程，于基板上已制作SrCu₂O₂膜之后，因制作ZnO膜，故未能制作出结晶性良好的ZnO膜。

为制作结晶性良好的ZnO膜，有将基板温度例如设成500℃以上的必要，SrCu₂O₂膜会分解，与ZnO膜会反应，而丧失二极管特性所致。因此，Kudo氏等人未能确认出二极管的发光。