[发明专利]半导体发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适用于发出紫外光或蓝色光、白色光的半导体发光元件及其制造方法。

背景技术

氧化锌(ZnO)是具有约3.4eV频带隙能量的直接迁移型半导体，由于其激子束缚能极高，可高达60meV，因此可实现高效率且消耗电力较少的发光装置。而且，由于具有原材料廉价、对人体及环境无害等特征，因此可作为廉价且环境性也优良的发光装置。

但是，ZnO容易产生缺氧或晶格间位置的锌原子等的缺欠，因此一般认为较难形成p形导电层，但是为了通过使用氮(N)作为受主杂质来实现p形化，从而使用ZnO系半导体制作高效率的发光元件，正在进行多项研究。

使用了ZnO单晶基板的半导体发光元件例如在以下专利文献1、2、3等中已公开，另外，在专利文献4中公开了虽然是在青玉基板上但导入了氮(N)的ZnO结晶的制造方法及ZnO系LED的制造方法。

专利文献1：日本特开2004-247411号公报

专利文献2：日本特开2004-247681号公报

专利文献3：日本特开2004-296821号公报

专利文献4：日本特开2004-221352号公报

但是，如在专利文献4中所见到的那样，在ZnO以外的结晶基板上成长起来的氧化锌(ZnO)系结晶(ZnO薄膜)，会因晶格常数与热膨胀系数之差而产生缺陷、晶格应变，从而不能得到优质的、结晶性良好的薄膜。因此，尝试了在异质基板上形成ZnO的缓冲层，再在该缓冲层上形成ZnO薄膜，但结晶性不够好。

另一方面，ZnO大块单晶基板近年来已制造出了结晶性优良的品种，但是，对于上述专利文献1～3中所见到那样的利用ZnO单晶基板的半导体发光元件，都是在该ZnO单晶基板上形成以改善结晶性为目的的ZnO缓冲层，再在该缓冲层上形成p形层。

图10及图11是表示这样的以往提出的半导体发光元件的例子的剖面示意图。这两个例子都是为了改善结晶性而在ZnO大块单晶基板100上形成n形ZnO薄膜的缓冲层101，再在该缓冲层上形成渗杂有氮的p形ZnO薄膜102作为p形层而进行pn结合，在该p形ZnO薄膜102上形成有第一电极(p形电阻性电极)103。

另外，在图10所示的例子中，在n形ZnO薄膜上形成有第二电极(n形电阻性电极)104，在图11所示的例子中，在ZnO大块单晶基板100的背面侧形成有第二电极(n形电阻性电极)104。

但是，即便如此，仍难以形成p形ZnO薄膜，基本上没有报告过发光成功的事例。另外，也没有成功地在n形ZnO大块单晶基板上直接形成p形薄膜的例子的报告。

发明内容

本发明是鉴于这样的背景而作成的，其目的在于，提供一种在n形ZnO大块单晶基板上可靠地形成高品质的ZnO的p形层，批量生产性优良，可获得充分的发光输出，廉价且环境性优良的半导体发光元件及其制造方法。

为了达成上述目的，本发明的半导体发光元件的特征在于，在通过渗杂施主杂质而低电阻化了的n形ZnO大块单晶基板上，形成由渗杂了氮的ZnO系化合物构成的半导体薄膜作为p形层而进行pn结合。

上述n形ZnO大块单晶基板可以按1.0×10¹⁷/cm³以上的原子个数渗杂施主杂质来进行低电阻化，该施主杂质为Al、Fe、Ga、B、In中的任一种或它们的组合。

优选是，通过上述方法使上述n形ZnO大块单晶基板的电阻率为0.5Ω·cm以下。

在这些半导体发光元件中，优选是在上述n形ZnO大块单晶基板的在热力学上稳定包含锌原子的面上形成p形层。

上述包含锌原子的面只要是n形ZnO大块单晶的c(0001)面(Zn面)、m(10-10)面、a(11-20)面中的任一面即可。

此时，即使上述n形ZnO大块单晶基板的面方位相对于上述c(0001)面(Zn面)、m(10-10)面、a(11-20)面中的任一面在±1度以内也可以形成结晶性良好的膜。

在这些半导体发光元件中，若在上述p形层的与上述n形ZnO大块单晶基板的接合面附近形成富氮层，则即使不在n形Zn O大块单晶基板上夹设缓冲层也能更可靠地形成p形层。

在上述p形层中，优选是，渗杂的氮浓度以原子数计为1.0×10¹⁷/cm³～1×10²¹/cm³。

这样，本发明的半导体发光元件可在上述n形ZnO大块单晶基板上直接形成上述p形层。