β−Ｇａ２Ｏ３系基板、ＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法
【課題】光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低いβ−Ｇａ２Ｏ３系基板、そのβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を含むＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる低ドナー濃度層２ａと、低ドナー濃度層２ａ上に積層された、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる、第１電極３を接続するための高ドナー濃度層２ｂとを含むβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２を提供する。高ドナー濃度層２ｂは、厚さが１μｍ以下であり、低ドナー濃度層２ａよりも薄く、低ドナー濃度層２ａよりもドナー濃度が高い。
【解決手段】ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる低ドナー濃度層２ａと、低ドナー濃度層２ａ上に積層された、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる、第１電極３を接続するための高ドナー濃度層２ｂとを含むβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２を提供する。高ドナー濃度層２ｂは、厚さが１μｍ以下であり、低ドナー濃度層２ａよりも薄く、低ドナー濃度層２ａよりもドナー濃度が高い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、β−Ｇａ２Ｏ３系基板、ＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｇａ２Ｏ３系単結晶にＳｉやＳｎ等のＩＶ族元素を添加して導電性を付与する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３５９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子等の通電方向が縦方向である縦型の発光素子のための透明基板として、ドナー不純物の添加により導電性を付与されたＧａ２Ｏ３系基板を用いる場合、基板の光透過率が高いこと、及び基板と電極との接触抵抗が低いことが素子の発光効率のために重要になる。
【０００５】
しかし、基板と電極との接触抵抗を低減するために基板のドナー濃度を増加させると、ドナー濃度の増加に伴い光透過率が低下する。そのため、従来、光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低い透明基板を形成することは困難であった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低いβ−Ｇａ２Ｏ３系基板、そのβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を含むＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記の［１］〜［４］のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板、［５］〜［８］のＬＥＤ素子、及び［９］〜［１２］のＬＥＤ素子の製造方法を提供する。
【０００８】
［１］ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる第１の層と、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、厚さが１μｍ以下であり、前記第１の層よりも薄く、前記第１の層よりもドナー濃度が高い、前記第１の層上に積層された、電極を接続するための第２の層と、を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系基板
【０００９】
［２］前記第１層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、前記第２の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、前記［１］に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【００１０】
［３］前記第２の層の少なくとも一部の側面が前記第１の層に接する、前記［１］又は［２］に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【００１１】
［４］前記電極は透明電極又は金属電極である、前記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【００１２】
［５］ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる第１の層と、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、厚さが１μｍ以下であり、前記第１の層よりも薄く、前記第１の層よりもドナー濃度が高い、前記第１の層の第１の面上に積層された第２の層と、前記第１の層の前記第１の面の反対側の第２の面上に積層されたＬＥＤ層と、前記第２の層に接続された電極と、を含むＬＥＤ素子。
【００１３】
［６］前記第１の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、前記第２の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、前記［５］に記載のＬＥＤ素子。
【００１４】
［７］前記第２の層の少なくとも一部の側面が前記第１の層に接する、前記［５］又は［６］に記載のＬＥＤ素子。
【００１５】
［８］前記電極は透明電極又は金属電極である、前記［５］〜［７］のいずれか１つに記載のＬＥＤ素子。
【００１６】
［９］イオン注入法により、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板の第１の面側に、１μｍ以下の深さまでドナー不純物を注入する工程と、前記ドナー不純物の注入の前又は後に、前記基板の前記第１の面の反対側の第２の面上にＬＥＤ層を形成する工程と、前記基板中の前記ドナー不純物が注入された領域に電極を接続する工程と、を含むＬＥＤ素子の製造方法。
【００１７】
［１０］前記基板の前記ドナー不純物が注入されていない領域のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、前記基板の前記ドナー不純物が注入された領域のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、前記［９］に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【００１８】
［１１］前記ドナー不純物は、前記基板の前記第１の面側の一部に注入される、前記［９］又は［１０］に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【００１９】
［１２］前記電極は透明電極である、前記［９］〜［１１］のいずれか１つに記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低いβ−Ｇａ２Ｏ３系基板、そのβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を含むＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】β−Ｇａ２Ｏ３基板を透過する光の波長と透過率との関係を表すグラフ
【図２】実施の形態に係るＬＥＤ素子の垂直断面図
【図３】（ａ）：高ドナー濃度層を形成しない場合のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフ、（ｂ）：イオン注入後に８００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフ
【図４】（ａ）：イオン注入後に９００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフ、（ｂ）：イオン注入後に１０００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフ
【図５】イオン注入後の窒素雰囲気下でのアニール処理の温度とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性との関係を表すグラフ
【図６】イオン注入後の酸素雰囲気下でのアニール処理の温度とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性との関係を表すグラフ
【図７】イオン注入とアニール処理により高ドナー濃度層を形成した場合の、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の表面からの深さとドナー濃度との関係の一例を表すグラフ
【図８】一部の表面に高ドナー濃度層が形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３基板の垂直断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、β−Ｇａ２Ｏ３基板を透過する光の波長と透過率との関係を表すグラフである。上側は、ドナー濃度が５×１０１７／ｃｍ３のβ−Ｇａ２Ｏ３基板の測定値、下側は、ドナー濃度が２×１０１８／ｃｍ３のβ−Ｇａ２Ｏ３基板の測定値である。これらの基板の厚さは６００μｍである。
【００２３】
図１に示されるように、ドナー濃度が高い基板の方が光透過率が低い。これは、β−Ｇａ２Ｏ３基板の厚さ方向に通電するＬＥＤ素子等において、ドナー濃度が高いほど光透過率が低いことを裏付けている。
【００２４】
そこで、本発明の実施の形態では、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の電極が接続される一部の領域のドナー濃度を高くし、その他の領域のドナー濃度を比較的低くすることにより、光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低いβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を提供する。また、そのβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を含むＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法を提供する。以下、その実施の形態の一例について詳細に説明する。
【００２５】
（ＬＥＤ素子の構造）
図２は、実施の形態に係るＬＥＤ素子の垂直断面図である。ＬＥＤ素子１は、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の下面（図１の下側の面）上の第１電極３、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の上面（図１の上側の面）上のＬＥＤ層１０、及びＬＥＤ層１０上の第２電極４を含む。
【００２６】
β−Ｇａ２Ｏ３系基板２は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、ＬＥＤ層１０側の低ドナー濃度層２ａ、及び第１電極３側の高ドナー濃度層２ｂを有する。β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶は、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶、又は、Ａｌ、Ｉｎ等の元素が添加されたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶、例えば、（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１−ｘ−ｙ））２Ｏ３（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）結晶である。
【００２７】
低ドナー濃度層２ａの厚さは、例えば、１００〜３００μｍである。低ドナー濃度層２ａは、ＳｉやＳｎ等のＩＶ族元素をドナー不純物として含む。低ドナー濃度層２ａのドナー濃度は、５×１０１８／ｃｍ３未満である。
【００２８】
高ドナー濃度層２ｂの厚さは、１μｍ以下であり、例えば、３０ｎｍである。高ドナー濃度層２ｂは、低ドナー濃度層２ａよりも薄い。高ドナー濃度層２ｂは、ＳｉやＳｎ等のＩＶ族元素をドナー不純物として含む。高ドナー濃度層２ｂのドナー不純物は、低ドナー濃度層２ａのドナー不純物と同じ元素であってもよいし、異なる元素であってもよい。高ドナー濃度層２ｂのドナー濃度は、５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であり、低ドナー濃度層２ａのドナー濃度よりも高い。高ドナー濃度層２ｂは、例えば、イオン注入、又はエピタキシャル結晶成長により形成される。
【００２９】
図３（ａ）は、高ドナー濃度層を形成しない場合の、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフである。図３（ｂ）は、イオン注入後に８００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフである。図４（ａ）は、イオン注入後に９００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフである。また、図４（ｂ）は、イオン注入後に１０００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフである。
【００３０】
図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）の例では、ドナー不純物としてのＳｎをイオン注入し、アニール処理を施すことにより高ドナー濃度層２ｂを形成している。低ドナー濃度層２ａ及び高ドナー濃度層２ｂのドナー濃度は、それぞれ５×１０１７／ｃｍ３及び５×１０１８／ｃｍ３である。高ドナー濃度層２ｂの厚さは、２００ｎｍである。イオン注入後のアニール処理は、１Ｌ／分の流量で窒素ガスを流しながら３０分間行われた。また、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の表面に、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜と厚さ２３０ｍのＡｕ膜が積層された金属電極を２つ接続し、電圧を印加した。それぞれ３回ずつ印加電圧と電流の関係を測定した。
【００３１】
低ドナー濃度層２ａのドナー濃度は低いため、高ドナー濃度層２ｂを形成せずに２つの電極を低ドナー濃度層２ａに直接接続した場合は、電極の接触抵抗が大きく、図３（ａ）に示されるようにほとんど電流が流れない。一方、高ドナー濃度層２ｂを形成し、高ドナー濃度層２ｂに一方の電極を接続した場合は、図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）に示されるように十分な大きさの電流が流れる。図３（ｂ）の例では、やや不良なオーミックコンタクトが形成されているが、実用上はあまり問題はない。また、図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）は、アニール処理の温度が高いほど、良好なオーミックコンタクトが得られることを示している。
【００３２】
ＬＥＤ層１０は、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２上に積層されたＡｌｘＧａ１−ｘＮバッファ層（０≦ｘ≦１）１１、n−ＧａＮ層１２、ｐ−ＧａＮ層１３から構成される。なお、ＬＥＤ層１０の構造はこのような構造に限定されず、例えば、ダブルヘテロ構造であってもよい。
【００３３】
第１電極３及び第２電極４は、ＬＥＤ素子１の光取り出し方向により、一方がＩＴＯ（Indium-tin-oxide）等の透明電極材料からなる。例えば、ＬＥＤ素子１の光取り出し面が第１電極３側である場合は、第１電極３は透明電極であり、第２電極４はＴｉ等からなる不透明電極である。また、ＬＥＤ素子１の光取り出し面が第２電極４側である場合は、第２電極４は透明電極であり、第１電極３はＴｉ等からなる不透明電極である。光取り出し面でない側の電極は、光を反射する材料からなるか、又は直下に光反射層を有する。また、例えば、第１電極３がｎ電極、第２電極４がｐ電極であるが、逆であってもよい。
【００３４】
第１電極３は、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の下面の全領域上に形成される必要はないが、少なくとも一部が高ドナー濃度層２ｂに接するように形成される。これは、後述するように高ドナー濃度層２ｂがβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２の一部の表面に形成される場合でも同様である。
【００３５】
（ＬＥＤ素子の製造）
まず、ＥＦＧ（Edge-defined film-fed growth）法やＦＺ（Floating Zone）法等の結晶成長法により、ドナー濃度が５×１０１８／ｃｍ３未満であるβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶を形成する。次に、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶を所望の厚さにスライスした後、研削研磨処理及び物理的化学研磨を施してβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２を得る。
【００３６】
次に、イオン注入法によりβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２に５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下の濃度で１μｍ以下の深さまでドナー不純物を注入する。この場合、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２のドナー不純物がイオン注入された領域がアニール処理後に高ドナー濃度層２ｂとなり、イオン注入されていない領域が低ドナー濃度層２ａとなる。なお、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２に含まれるドナー不純物と異なるドナー不純物を注入してもよい。
【００３７】
イオン注入後、ＨＦ等の酸を用いて、高ドナー濃度層２ｂの表面を１０ｎｍ程度ウェットエッチングする。その後、注入されたドナー不純物を活性化させるために、８００℃以上のアニール処理を施し、高ドナー濃度層２ｂを形成する。例えば、アニール処理は、窒素雰囲気下では８００℃以上、酸素雰囲気下では８００〜９５０℃で実施される。アニール処理時間は、例えば、３０分である。
【００３８】
図５は、イオン注入後の窒素雰囲気下でのアニール処理の温度とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性との関係を表すグラフである。図５の縦軸は、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の単位立方センチ当たりのドナー密度とアクセプタ密度の差（Ｎｄ−Ｎａ）、すなわちｎ型半導体であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性の高さを表す。図５の横軸は、窒素雰囲気下でのアニール処理の温度を表す。アニール処理は、各々３０分間実施される。
【００３９】
図５中の■及び▲は、それぞれドナー不純物としてＳｉ及びＳｎを注入する場合のＮｄ−Ｎａの値を示す。また、○は、ドナー不純物を注入しない場合のＮｄ−Ｎａの値を示す。
【００４０】
図５に示されるように、Ｓｉを注入する場合、Ｓｎを注入する場合ともに、８００℃以上のアニール処理によりＮｄ−Ｎａの値が高くなる。すなわち、イオン注入後に窒素雰囲気下で８００℃以上のアニール処理を実施することにより、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶体に高い導電性を付与することができる。なお、ドナー不純物を注入しない場合は、アニール処理の温度を上げてもＮｄ−Ｎａの値が大きく増加することはない。
【００４１】
図６は、イオン注入後の酸素雰囲気下でのアニール処理の温度とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性との関係を表すグラフである。図６の縦軸は、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の単位立方センチ当たりのドナー密度とアクセプタ密度の差（Ｎｄ−Ｎａ）、すなわちｎ型半導体であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性の高さを表す。図６の横軸は、酸素雰囲気下でのアニール処理の温度を表す。アニール処理は、各々３０分間実施される。
【００４２】
図６中の■及び▲は、それぞれドナー不純物としてＳｉ及びＳｎを注入する場合のＮｄ−Ｎａの値を示す。
【００４３】
図６に示されるように、Ｓｉを注入する場合、８００℃以上９５０℃以下のアニール処理によりＮｄ−Ｎａの値が高くなる。また、Ｓｎを注入する場合、８００℃以上１１００℃以下のアニール処理によりＮｄ−Ｎａの値が高くなる。すなわち、イオン注入後に酸素雰囲気下で８００℃以上９５０℃以下のアニール処理を実施することにより、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶体に高い導電性を付与することができる。
【００４４】
図５及び６に示される結果は、イオン注入後、８００℃以上のアニール処理を施すことにより、高い導電性を有するβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる高ドナー濃度層２ｂが得られることを示している。具体的には、窒素雰囲気下で８００℃以上のアニール処理、及び酸素雰囲気下で８００〜９５０℃のアニール処理を実施した場合、高い導電性を有する高ドナー濃度層２ｂが得られることを示している。
【００４５】
イオン注入とアニール処理により高ドナー濃度層２ｂを形成した場合、ある深さで急峻にドナー濃度が変化するわけではなく、濃度分布はガウス分布に従う傾斜を有する。そのため、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の深さ方向にドナー濃度が一定の領域が続いた後、ドナー濃度が徐々に減少する領域が続く。本実施の形態においては、ドナー濃度が一定の領域を高ドナー濃度層２ｂとする。
【００４６】
図７は、イオン注入とアニール処理により高ドナー濃度層を形成した場合の、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の表面からの深さとドナー濃度との関係の一例を表すグラフである。図７の例では、ドナー不純物としてＳｎを約６×１０１８ｃｍ／ｃｍ３の濃度で注入している。β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の表面から約０．２３μｍの深さまでドナー濃度が約６×１０１８ｃｍ／ｃｍ３である領域が続いた後、ドナー濃度が徐々に減少する領域が続く。この場合、ドナー濃度が約６×１０１８ｃｍ／ｃｍ３である領域が高ドナー濃度層２ｂであり、高ドナー濃度層２ｂの厚さは約０．２３μｍである。
【００４７】
また、フォトリソグラフィ法等により形成されるマスクを用いてイオン注入を行うことにより、図８に示すようにβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２の一部の表面に高ドナー濃度層２ｂを形成してもよい。この場合、高ドナー濃度層２ｂの少なくとも一部の側面が低ドナー濃度層２ａに接する。
【００４８】
また、高ドナー濃度層２ｂは、エピタキシャル結晶成長により形成されてもよい。この場合、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶から切り出したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２の表面上に、ドナー濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であり、厚さが１μｍ以下であるβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶膜をホモエピタキシャル成長させ、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の厚さを増す。エピタキシャル成長したβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が高ドナー濃度層２ｂとなり、エピタキシャル結晶成長の下地となったβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２が低ドナー濃度層２ａとなる。なお、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２に含まれるドナー不純物と異なるドナー不純物を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させてもよい。
【００４９】
また、高ドナー濃度層２ｂは、熱拡散により形成されてもよい。その場合は、例えば、ＳｉやＳｎなどの金属をβ−Ｇａ２Ｏ３系基板に接触させた状態で加熱処理を行い、ＩＶ族元素をβ−Ｇａ２Ｏ３系基板中に拡散させる。
【００５０】
次に、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の低ドナー濃度層２ａ側の表面上にＡｌｘＧａ１−ｘＮバッファ層（０≦ｘ≦１）１１、n−ＧａＮ層１２、ｐ−ＧａＮ層１３から構成されるＬＥＤ層１０をエピタキシャル結晶成長により形成する。なお、ＬＥＤ層１０を形成した後にβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２の高ドナー濃度層２ｂを形成してもよい。
【００５１】
その後、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の高ドナー濃度層２ｂ側の表面上及びｐ型コンタクト層１５上に、それぞれ第１電極３及び第２電極４を形成する。なお、第１電極３と第２電極４は、どちらを先に形成してもよい。また、高ドナー濃度層２ｂをイオン注入とアニール処理により形成する場合のアニール処理は、第１電極３及び第２電極４を形成した後に実施してもよい。
【００５２】
（実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２において、ドナー濃度の高い高ドナー濃度層２ｂが第１電極３と接続されるため、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２と第１電極３との接触抵抗が低い。また、ドナー濃度の高い高ドナー濃度層２ｂは薄く、厚い低ドナー濃度層２ａのドナー濃度は低いため、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の光透過率が高い。そのため、発光効率が高いＬＥＤ素子１を得ることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００５４】
１…ＬＥＤ素子、２…β−Ｇａ２Ｏ３系基板、２ａ…低ドナー濃度層、２ｂ…高ドナー濃度層、１０…ＬＥＤ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、β−Ｇａ２Ｏ３系基板、ＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｇａ２Ｏ３系単結晶にＳｉやＳｎ等のＩＶ族元素を添加して導電性を付与する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３５９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子等の通電方向が縦方向である縦型の発光素子のための透明基板として、ドナー不純物の添加により導電性を付与されたＧａ２Ｏ３系基板を用いる場合、基板の光透過率が高いこと、及び基板と電極との接触抵抗が低いことが素子の発光効率のために重要になる。
【０００５】
しかし、基板と電極との接触抵抗を低減するために基板のドナー濃度を増加させると、ドナー濃度の増加に伴い光透過率が低下する。そのため、従来、光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低い透明基板を形成することは困難であった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低いβ−Ｇａ２Ｏ３系基板、そのβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を含むＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記の［１］〜［４］のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板、［５］〜［８］のＬＥＤ素子、及び［９］〜［１２］のＬＥＤ素子の製造方法を提供する。
【０００８】
［１］ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる第１の層と、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、厚さが１μｍ以下であり、前記第１の層よりも薄く、前記第１の層よりもドナー濃度が高い、前記第１の層上に積層された、電極を接続するための第２の層と、を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系基板
【０００９】
［２］前記第１層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、前記第２の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、前記［１］に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【００１０】
［３］前記第２の層の少なくとも一部の側面が前記第１の層に接する、前記［１］又は［２］に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【００１１】
［４］前記電極は透明電極又は金属電極である、前記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【００１２】
［５］ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる第１の層と、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、厚さが１μｍ以下であり、前記第１の層よりも薄く、前記第１の層よりもドナー濃度が高い、前記第１の層の第１の面上に積層された第２の層と、前記第１の層の前記第１の面の反対側の第２の面上に積層されたＬＥＤ層と、前記第２の層に接続された電極と、を含むＬＥＤ素子。
【００１３】
［６］前記第１の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、前記第２の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、前記［５］に記載のＬＥＤ素子。
【００１４】
［７］前記第２の層の少なくとも一部の側面が前記第１の層に接する、前記［５］又は［６］に記載のＬＥＤ素子。
【００１５】
［８］前記電極は透明電極又は金属電極である、前記［５］〜［７］のいずれか１つに記載のＬＥＤ素子。
【００１６】
［９］イオン注入法により、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板の第１の面側に、１μｍ以下の深さまでドナー不純物を注入する工程と、前記ドナー不純物の注入の前又は後に、前記基板の前記第１の面の反対側の第２の面上にＬＥＤ層を形成する工程と、前記基板中の前記ドナー不純物が注入された領域に電極を接続する工程と、を含むＬＥＤ素子の製造方法。
【００１７】
［１０］前記基板の前記ドナー不純物が注入されていない領域のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、前記基板の前記ドナー不純物が注入された領域のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、前記［９］に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【００１８】
［１１］前記ドナー不純物は、前記基板の前記第１の面側の一部に注入される、前記［９］又は［１０］に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【００１９】
［１２］前記電極は透明電極である、前記［９］〜［１１］のいずれか１つに記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低いβ−Ｇａ２Ｏ３系基板、そのβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を含むＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】β−Ｇａ２Ｏ３基板を透過する光の波長と透過率との関係を表すグラフ
【図２】実施の形態に係るＬＥＤ素子の垂直断面図
【図３】（ａ）：高ドナー濃度層を形成しない場合のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフ、（ｂ）：イオン注入後に８００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフ
【図４】（ａ）：イオン注入後に９００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフ、（ｂ）：イオン注入後に１０００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフ
【図５】イオン注入後の窒素雰囲気下でのアニール処理の温度とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性との関係を表すグラフ
【図６】イオン注入後の酸素雰囲気下でのアニール処理の温度とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性との関係を表すグラフ
【図７】イオン注入とアニール処理により高ドナー濃度層を形成した場合の、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の表面からの深さとドナー濃度との関係の一例を表すグラフ
【図８】一部の表面に高ドナー濃度層が形成されたβ−Ｇａ２Ｏ３基板の垂直断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、β−Ｇａ２Ｏ３基板を透過する光の波長と透過率との関係を表すグラフである。上側は、ドナー濃度が５×１０１７／ｃｍ３のβ−Ｇａ２Ｏ３基板の測定値、下側は、ドナー濃度が２×１０１８／ｃｍ３のβ−Ｇａ２Ｏ３基板の測定値である。これらの基板の厚さは６００μｍである。
【００２３】
図１に示されるように、ドナー濃度が高い基板の方が光透過率が低い。これは、β−Ｇａ２Ｏ３基板の厚さ方向に通電するＬＥＤ素子等において、ドナー濃度が高いほど光透過率が低いことを裏付けている。
【００２４】
そこで、本発明の実施の形態では、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の電極が接続される一部の領域のドナー濃度を高くし、その他の領域のドナー濃度を比較的低くすることにより、光透過率が高く、かつ電極との接触抵抗が低いβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を提供する。また、そのβ−Ｇａ２Ｏ３系基板を含むＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子の製造方法を提供する。以下、その実施の形態の一例について詳細に説明する。
【００２５】
（ＬＥＤ素子の構造）
図２は、実施の形態に係るＬＥＤ素子の垂直断面図である。ＬＥＤ素子１は、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の下面（図１の下側の面）上の第１電極３、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の上面（図１の上側の面）上のＬＥＤ層１０、及びＬＥＤ層１０上の第２電極４を含む。
【００２６】
β−Ｇａ２Ｏ３系基板２は、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、ＬＥＤ層１０側の低ドナー濃度層２ａ、及び第１電極３側の高ドナー濃度層２ｂを有する。β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶は、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶、又は、Ａｌ、Ｉｎ等の元素が添加されたβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶、例えば、（ＧａｘＡｌｙＩｎ（１−ｘ−ｙ））２Ｏ３（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）結晶である。
【００２７】
低ドナー濃度層２ａの厚さは、例えば、１００〜３００μｍである。低ドナー濃度層２ａは、ＳｉやＳｎ等のＩＶ族元素をドナー不純物として含む。低ドナー濃度層２ａのドナー濃度は、５×１０１８／ｃｍ３未満である。
【００２８】
高ドナー濃度層２ｂの厚さは、１μｍ以下であり、例えば、３０ｎｍである。高ドナー濃度層２ｂは、低ドナー濃度層２ａよりも薄い。高ドナー濃度層２ｂは、ＳｉやＳｎ等のＩＶ族元素をドナー不純物として含む。高ドナー濃度層２ｂのドナー不純物は、低ドナー濃度層２ａのドナー不純物と同じ元素であってもよいし、異なる元素であってもよい。高ドナー濃度層２ｂのドナー濃度は、５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であり、低ドナー濃度層２ａのドナー濃度よりも高い。高ドナー濃度層２ｂは、例えば、イオン注入、又はエピタキシャル結晶成長により形成される。
【００２９】
図３（ａ）は、高ドナー濃度層を形成しない場合の、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフである。図３（ｂ）は、イオン注入後に８００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフである。図４（ａ）は、イオン注入後に９００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフである。また、図４（ｂ）は、イオン注入後に１０００℃のアニール処理を施して高ドナー濃度層を形成したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板の印加電圧と電流の関係を表すグラフである。
【００３０】
図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）の例では、ドナー不純物としてのＳｎをイオン注入し、アニール処理を施すことにより高ドナー濃度層２ｂを形成している。低ドナー濃度層２ａ及び高ドナー濃度層２ｂのドナー濃度は、それぞれ５×１０１７／ｃｍ３及び５×１０１８／ｃｍ３である。高ドナー濃度層２ｂの厚さは、２００ｎｍである。イオン注入後のアニール処理は、１Ｌ／分の流量で窒素ガスを流しながら３０分間行われた。また、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の表面に、厚さ２０ｎｍのＴｉ膜と厚さ２３０ｍのＡｕ膜が積層された金属電極を２つ接続し、電圧を印加した。それぞれ３回ずつ印加電圧と電流の関係を測定した。
【００３１】
低ドナー濃度層２ａのドナー濃度は低いため、高ドナー濃度層２ｂを形成せずに２つの電極を低ドナー濃度層２ａに直接接続した場合は、電極の接触抵抗が大きく、図３（ａ）に示されるようにほとんど電流が流れない。一方、高ドナー濃度層２ｂを形成し、高ドナー濃度層２ｂに一方の電極を接続した場合は、図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）に示されるように十分な大きさの電流が流れる。図３（ｂ）の例では、やや不良なオーミックコンタクトが形成されているが、実用上はあまり問題はない。また、図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）は、アニール処理の温度が高いほど、良好なオーミックコンタクトが得られることを示している。
【００３２】
ＬＥＤ層１０は、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２上に積層されたＡｌｘＧａ１−ｘＮバッファ層（０≦ｘ≦１）１１、n−ＧａＮ層１２、ｐ−ＧａＮ層１３から構成される。なお、ＬＥＤ層１０の構造はこのような構造に限定されず、例えば、ダブルヘテロ構造であってもよい。
【００３３】
第１電極３及び第２電極４は、ＬＥＤ素子１の光取り出し方向により、一方がＩＴＯ（Indium-tin-oxide）等の透明電極材料からなる。例えば、ＬＥＤ素子１の光取り出し面が第１電極３側である場合は、第１電極３は透明電極であり、第２電極４はＴｉ等からなる不透明電極である。また、ＬＥＤ素子１の光取り出し面が第２電極４側である場合は、第２電極４は透明電極であり、第１電極３はＴｉ等からなる不透明電極である。光取り出し面でない側の電極は、光を反射する材料からなるか、又は直下に光反射層を有する。また、例えば、第１電極３がｎ電極、第２電極４がｐ電極であるが、逆であってもよい。
【００３４】
第１電極３は、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の下面の全領域上に形成される必要はないが、少なくとも一部が高ドナー濃度層２ｂに接するように形成される。これは、後述するように高ドナー濃度層２ｂがβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２の一部の表面に形成される場合でも同様である。
【００３５】
（ＬＥＤ素子の製造）
まず、ＥＦＧ（Edge-defined film-fed growth）法やＦＺ（Floating Zone）法等の結晶成長法により、ドナー濃度が５×１０１８／ｃｍ３未満であるβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶を形成する。次に、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶を所望の厚さにスライスした後、研削研磨処理及び物理的化学研磨を施してβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２を得る。
【００３６】
次に、イオン注入法によりβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２に５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下の濃度で１μｍ以下の深さまでドナー不純物を注入する。この場合、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２のドナー不純物がイオン注入された領域がアニール処理後に高ドナー濃度層２ｂとなり、イオン注入されていない領域が低ドナー濃度層２ａとなる。なお、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２に含まれるドナー不純物と異なるドナー不純物を注入してもよい。
【００３７】
イオン注入後、ＨＦ等の酸を用いて、高ドナー濃度層２ｂの表面を１０ｎｍ程度ウェットエッチングする。その後、注入されたドナー不純物を活性化させるために、８００℃以上のアニール処理を施し、高ドナー濃度層２ｂを形成する。例えば、アニール処理は、窒素雰囲気下では８００℃以上、酸素雰囲気下では８００〜９５０℃で実施される。アニール処理時間は、例えば、３０分である。
【００３８】
図５は、イオン注入後の窒素雰囲気下でのアニール処理の温度とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性との関係を表すグラフである。図５の縦軸は、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の単位立方センチ当たりのドナー密度とアクセプタ密度の差（Ｎｄ−Ｎａ）、すなわちｎ型半導体であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性の高さを表す。図５の横軸は、窒素雰囲気下でのアニール処理の温度を表す。アニール処理は、各々３０分間実施される。
【００３９】
図５中の■及び▲は、それぞれドナー不純物としてＳｉ及びＳｎを注入する場合のＮｄ−Ｎａの値を示す。また、○は、ドナー不純物を注入しない場合のＮｄ−Ｎａの値を示す。
【００４０】
図５に示されるように、Ｓｉを注入する場合、Ｓｎを注入する場合ともに、８００℃以上のアニール処理によりＮｄ−Ｎａの値が高くなる。すなわち、イオン注入後に窒素雰囲気下で８００℃以上のアニール処理を実施することにより、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶体に高い導電性を付与することができる。なお、ドナー不純物を注入しない場合は、アニール処理の温度を上げてもＮｄ−Ｎａの値が大きく増加することはない。
【００４１】
図６は、イオン注入後の酸素雰囲気下でのアニール処理の温度とβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性との関係を表すグラフである。図６の縦軸は、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の単位立方センチ当たりのドナー密度とアクセプタ密度の差（Ｎｄ−Ｎａ）、すなわちｎ型半導体であるβ−Ｇａ２Ｏ３単結晶体の導電性の高さを表す。図６の横軸は、酸素雰囲気下でのアニール処理の温度を表す。アニール処理は、各々３０分間実施される。
【００４２】
図６中の■及び▲は、それぞれドナー不純物としてＳｉ及びＳｎを注入する場合のＮｄ−Ｎａの値を示す。
【００４３】
図６に示されるように、Ｓｉを注入する場合、８００℃以上９５０℃以下のアニール処理によりＮｄ−Ｎａの値が高くなる。また、Ｓｎを注入する場合、８００℃以上１１００℃以下のアニール処理によりＮｄ−Ｎａの値が高くなる。すなわち、イオン注入後に酸素雰囲気下で８００℃以上９５０℃以下のアニール処理を実施することにより、β−Ｇａ２Ｏ３単結晶体に高い導電性を付与することができる。
【００４４】
図５及び６に示される結果は、イオン注入後、８００℃以上のアニール処理を施すことにより、高い導電性を有するβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる高ドナー濃度層２ｂが得られることを示している。具体的には、窒素雰囲気下で８００℃以上のアニール処理、及び酸素雰囲気下で８００〜９５０℃のアニール処理を実施した場合、高い導電性を有する高ドナー濃度層２ｂが得られることを示している。
【００４５】
イオン注入とアニール処理により高ドナー濃度層２ｂを形成した場合、ある深さで急峻にドナー濃度が変化するわけではなく、濃度分布はガウス分布に従う傾斜を有する。そのため、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の深さ方向にドナー濃度が一定の領域が続いた後、ドナー濃度が徐々に減少する領域が続く。本実施の形態においては、ドナー濃度が一定の領域を高ドナー濃度層２ｂとする。
【００４６】
図７は、イオン注入とアニール処理により高ドナー濃度層を形成した場合の、β−Ｇａ２Ｏ３系基板の表面からの深さとドナー濃度との関係の一例を表すグラフである。図７の例では、ドナー不純物としてＳｎを約６×１０１８ｃｍ／ｃｍ３の濃度で注入している。β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の表面から約０．２３μｍの深さまでドナー濃度が約６×１０１８ｃｍ／ｃｍ３である領域が続いた後、ドナー濃度が徐々に減少する領域が続く。この場合、ドナー濃度が約６×１０１８ｃｍ／ｃｍ３である領域が高ドナー濃度層２ｂであり、高ドナー濃度層２ｂの厚さは約０．２３μｍである。
【００４７】
また、フォトリソグラフィ法等により形成されるマスクを用いてイオン注入を行うことにより、図８に示すようにβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２の一部の表面に高ドナー濃度層２ｂを形成してもよい。この場合、高ドナー濃度層２ｂの少なくとも一部の側面が低ドナー濃度層２ａに接する。
【００４８】
また、高ドナー濃度層２ｂは、エピタキシャル結晶成長により形成されてもよい。この場合、β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶から切り出したβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２の表面上に、ドナー濃度が５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下であり、厚さが１μｍ以下であるβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶膜をホモエピタキシャル成長させ、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の厚さを増す。エピタキシャル成長したβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶膜が高ドナー濃度層２ｂとなり、エピタキシャル結晶成長の下地となったβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２が低ドナー濃度層２ａとなる。なお、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２に含まれるドナー不純物と異なるドナー不純物を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系結晶膜をエピタキシャル成長させてもよい。
【００４９】
また、高ドナー濃度層２ｂは、熱拡散により形成されてもよい。その場合は、例えば、ＳｉやＳｎなどの金属をβ−Ｇａ２Ｏ３系基板に接触させた状態で加熱処理を行い、ＩＶ族元素をβ−Ｇａ２Ｏ３系基板中に拡散させる。
【００５０】
次に、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の低ドナー濃度層２ａ側の表面上にＡｌｘＧａ１−ｘＮバッファ層（０≦ｘ≦１）１１、n−ＧａＮ層１２、ｐ−ＧａＮ層１３から構成されるＬＥＤ層１０をエピタキシャル結晶成長により形成する。なお、ＬＥＤ層１０を形成した後にβ−Ｇａ２Ｏ３系基板２の高ドナー濃度層２ｂを形成してもよい。
【００５１】
その後、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の高ドナー濃度層２ｂ側の表面上及びｐ型コンタクト層１５上に、それぞれ第１電極３及び第２電極４を形成する。なお、第１電極３と第２電極４は、どちらを先に形成してもよい。また、高ドナー濃度層２ｂをイオン注入とアニール処理により形成する場合のアニール処理は、第１電極３及び第２電極４を形成した後に実施してもよい。
【００５２】
（実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２において、ドナー濃度の高い高ドナー濃度層２ｂが第１電極３と接続されるため、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２と第１電極３との接触抵抗が低い。また、ドナー濃度の高い高ドナー濃度層２ｂは薄く、厚い低ドナー濃度層２ａのドナー濃度は低いため、β−Ｇａ２Ｏ３系基板２の光透過率が高い。そのため、発光効率が高いＬＥＤ素子１を得ることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００５４】
１…ＬＥＤ素子、２…β−Ｇａ２Ｏ３系基板、２ａ…低ドナー濃度層、２ｂ…高ドナー濃度層、１０…ＬＥＤ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる第１の層と、
ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、厚さが１μｍ以下であり、前記第１の層よりも薄く、前記第１の層よりもドナー濃度が高い、前記第１の層上に積層された、電極を接続するための第２の層と、
を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【請求項２】
前記第１の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、
前記第２の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、
請求項１に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【請求項３】
前記第２の層の少なくとも一部の側面が前記第１の層に接する、
請求項１又は２に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【請求項４】
前記電極は透明電極又は金属電極である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【請求項５】
ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる第１の層と、
ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、厚さが１μｍ以下であり、前記第１の層よりも薄く、前記第１の層よりもドナー濃度が高い、前記第１の層の第１の面上に積層された第２の層と、
前記第１の層の前記第１の面の反対側の第２の面上に積層されたＬＥＤ層と、
前記第２の層に接続された電極と、
を含むＬＥＤ素子。
【請求項６】
前記第１の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、
前記第２の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、
請求項５に記載のＬＥＤ素子。
【請求項７】
前記第２の層の少なくとも一部の側面が前記第１の層に接する、
請求項５又は６に記載のＬＥＤ素子。
【請求項８】
前記電極は透明電極又は金属電極である、
請求項５〜７のいずれか１項に記載のＬＥＤ素子。
【請求項９】
イオン注入法により、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板の第１の面側に、１μｍ以下の深さまでドナー不純物を注入する工程と、
前記ドナー不純物の注入の前又は後に、前記基板の前記第１の面の反対側の第２の面上にＬＥＤ層を形成する工程と、
前記基板中の前記ドナー不純物が注入された領域に電極を接続する工程と、
を含むＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記基板の前記ドナー不純物が注入されていない領域のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、
前記基板の前記ドナー不純物が注入された領域のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、
請求項９に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ドナー不純物は、前記基板の前記第１の面側の一部に注入される、
請求項９又は１０に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記電極は透明電極である、
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項１】
ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる第１の層と、
ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、厚さが１μｍ以下であり、前記第１の層よりも薄く、前記第１の層よりもドナー濃度が高い、前記第１の層上に積層された、電極を接続するための第２の層と、
を含むβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【請求項２】
前記第１の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、
前記第２の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、
請求項１に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【請求項３】
前記第２の層の少なくとも一部の側面が前記第１の層に接する、
請求項１又は２に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【請求項４】
前記電極は透明電極又は金属電極である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のβ−Ｇａ２Ｏ３系基板。
【請求項５】
ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる第１の層と、
ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなり、厚さが１μｍ以下であり、前記第１の層よりも薄く、前記第１の層よりもドナー濃度が高い、前記第１の層の第１の面上に積層された第２の層と、
前記第１の層の前記第１の面の反対側の第２の面上に積層されたＬＥＤ層と、
前記第２の層に接続された電極と、
を含むＬＥＤ素子。
【請求項６】
前記第１の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、
前記第２の層のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、
請求項５に記載のＬＥＤ素子。
【請求項７】
前記第２の層の少なくとも一部の側面が前記第１の層に接する、
請求項５又は６に記載のＬＥＤ素子。
【請求項８】
前記電極は透明電極又は金属電極である、
請求項５〜７のいずれか１項に記載のＬＥＤ素子。
【請求項９】
イオン注入法により、ドナー含有β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶からなる基板の第１の面側に、１μｍ以下の深さまでドナー不純物を注入する工程と、
前記ドナー不純物の注入の前又は後に、前記基板の前記第１の面の反対側の第２の面上にＬＥＤ層を形成する工程と、
前記基板中の前記ドナー不純物が注入された領域に電極を接続する工程と、
を含むＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記基板の前記ドナー不純物が注入されていない領域のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３未満であり、
前記基板の前記ドナー不純物が注入された領域のドナー濃度は５×１０１８／ｃｍ３以上１×１０２０／ｃｍ３以下である、
請求項９に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ドナー不純物は、前記基板の前記第１の面側の一部に注入される、
請求項９又は１０に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記電極は透明電極である、
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５８６３６（Ｐ２０１３−５８６３６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６４３３（Ｐ２０１１−１９６４３３）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【出願人】（０００１５３２３６）株式会社光波 (98)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（３９０００５２２３）株式会社タムラ製作所 (526)
【出願人】（０００１５３２３６）株式会社光波 (98)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]