酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法

【課題】単結晶フィルム状である酸化亜鉛バッファ層でアルミン酸リチウム基板上に窒化ガリウム核形成層を生長させることができ、窒化ガリウムの欠陥密度が低減され、また、優れた格子マッチングと結晶界面品質が得られ、発光効率と完成済みの素子機能が向上される酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法を提供する。
【解決手段】アルミン酸リチウム基板を選択して、該アルミン酸リチウム基板上に、酸化亜鉛バッファ層と窒化ガリウム核形成層をエピタキシャル生長させ、該酸化亜鉛と窒化ガリウムとの類似するウルツ鉱構造を利用して、高い質量である窒化ガリウムが得られ、また、該エピタキシャルされた後のGaN/ZnO/LiAlO₂構造に、多重量子井戸と第１の金属電極層を生長させてから、該アルミン酸リチウム基板と該酸化亜鉛バッファ層をエッチング除去し、また、該窒化ガリウム核形成層の下方に第２の金属電極層を生長させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法に関し、特に、単結晶フィルム状である酸化亜鉛（ZnO）バッファ層を利用して、窒化ガリウム（GaN）核形成層を、アルミン酸リチウム（LiAlO₂）基板上に、成功に生長させ、また、窒化ガリウムの欠陥密度が低減されることにより、格子マッチングと優れた結晶界面品質が得られ、発光効率と完成済みの素子機能が向上されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光ダイオード構造の作製方法は、サファイヤ（Sapphire）を基板とし、そして、該サファイヤ上に、窒化ガリウムがエピタキシャルされ、発光ダイオードの構造を構成するのが多い。
【０００３】
図７〜図９は、それぞれ、従来の基板上にMQWとp型電極層を生長させる時の構造概念図と従来の発光ダイオードの構造概念図及び従来の格子ミスマッチングの概念図である。図のように、まず、サファイヤ基板３１を用意し、また、該サファイヤ基板３１上に、順に、窒化ガリウム多重量子井戸３２（Multiple Quantum Well、 MQW）とp極（p-side）電極層３３をエピタキシャル生長させ、そして、該窒化ガリウム多重量子井戸３２の上方に、n型電極層３４を生長させ、これにより、発光ダイオードの構造が構成される。
【０００４】
しかしながら、その電子ルミネセンススペクトラムは、該p型電極層３３量子井戸付近の中心波長によって支配されて、均一ではない白光になる。正孔の移動度が、電子より遥かに悪いから、発光する量子井戸が、該p型電極層３３に集中し、他の色の量子井戸の発光効率が、極めて悪くなる。
【０００５】
また、窒化ガリウム多重量子井戸３３と該サファイヤ基板３１との間において、格子ミスマッチング数が高すぎると、該窒化ガリウム多重量子井戸３３によりエピタキシャルされた格子の平衡位置が悪くなり（図９のように）、そのため、結晶界面品質が悪くなり、そして、完成品素子の品質が悪くなる。
【０００６】
また、従来の、直接に単結晶である酸化亜鉛を基板とし、また、該酸化亜鉛基板上に窒化ガリウムがエピタキシャルされることで、該窒化ガリウムと酸化亜鉛とが、類似する構造を利用して、直接に、サファイヤ上に窒化ガリウムを生長させるものより、高い品質である利点が得られるが、やや厚い酸化亜鉛を基板として、該酸化亜鉛の高価であるため、量産化し難い問題があり、また、薄い酸化亜鉛により、該利点も得られる点から言えば、無駄なことになり、そのため、一般の、従来のものは実用とは言えない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、単結晶フィルム状である酸化亜鉛バッファ層のみで、アルミン酸リチウム基板上に、窒化ガリウム核形成層を生長させることを成功し、該窒化ガリウムの欠陥密度を低減でき、優れた格子マッチングと結晶界面品質が得られ、発光効率と完成済みの素子機能が向上される酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するため、アルミン酸リチウム基板を選択して、該アルミン酸リチウム基板上に、酸化亜鉛バッファ層と窒化ガリウム核形成層を順にエピタキシャル生長させ、該酸化亜鉛と窒化ガリウムとの類似する構造を利用して、高い質量である該窒化ガリウムが得られ、また、エピタキシャルされた後のGaN/ZnO/LiAlO₂構造に、多重量子井戸と第１の金属電極層を生長させてから、該アルミン酸リチウム基板と該酸化亜鉛バッファ層をエッチング除去し、また、該窒化ガリウム核形成層の下方に第２の金属電極層を生長させる酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法である。これにより、単結晶フィルム状である酸化亜鉛バッファ層で、該アルミン酸リチウム基板上に、該窒化ガリウム核形成層を生長させることを成功し、該窒化ガリウムの欠陥密度が低減され、また、優れた格子マッチングと結晶界面品質が得られ、そして、発光効率と完成済みの素子機能が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜図５は、それぞれ、本発明の作製流れの概念図や本発明のアルミン酸リチウム基板の概念図、本発明の順にエピタキシャルした後の構造概念図、本発明の基板とバッファ層に対してエッチングした後の構造概念図及び本発明の発光ダイオードの構造概念図である。図のように、本発明は、酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法であり、少なくとも、（Ａ）アルミン酸リチウム（Lithium Aluminum Oxide、 LiAlO₂）基板を用意するステップ１１：図２のように、アルミン酸リチウム基板２１を選択し、該基板２１は、没食子酸リチウム（Lithium Gallium Oxide、 LiGaO₂）やシリコン酸リチウム（Lithium Silicon Oxide、 Li₂SiO₃）、ゲルマニウム酸リチウム（Lithium Germanium Oxide、 LiGeO₃）、アルミン酸ナトリウム（Sodium Aluminum Oxide、 NaAlO₂）、ゲルマニウム酸ナトリウム（Sodium Germanium Oxide、 Na₂GeO₃）、シリコン酸ナトリウム（Sodium Silicon Oxide、 Na₂SiO₃）、リン酸リチウム（Lithium Phosphor Oxide、 Li₃PO₄）、ヒ酸リチウム（Lithium Arsenic Oxide、 Li₃AsO₄）、バナジウム酸リチウム（Lithium Vanadium Oxide、 Li₃VO₄）、ゲルマニウム酸リチウムマグネシウム（Lithium Magnesium Germanium Oxide、 Li₂MgGeO₄）、ゲルマニウム酸リチウム亜鉛（Lithium Zinc Germanium Oxide、 Li₂ZnGeO₄）、ゲルマニウム酸リチウムカドミウム（Lithium Cadmium Germanium Oxide、 Li₂CdGeO₄）、シリコン酸リチウムマグネシウム（Lithium Magnesium Silicon Oxide、 Li₂MgSiO₄）、シリコン酸リチウム亜鉛（Lithium Zinc Silicon Oxide、 Li₂ZnSiO₄）、シリコン酸リチウムカドミウム（Lithium Cadmium Silicon Oxide、 Li₂CdSiO₄）、ゲルマニウム酸ナトリウムマグネシウム（Sodium Magnesium Germanium Oxide、 Na₂MgGeO₄）、ゲルマニウム酸ナトリウム亜鉛（Sodium Zinc Germanium Oxide、 Na₂ZnGeO₄）或いはシリコン酸ナトリウム亜鉛（Sodium Zinc Silicon Oxide、 Na₂ZnSiO₄）から構成される基板であり、（Ｂ）該アルミン酸リチウム基板上に、順にエピタキシャルするステップ１２：図３のように、該アルミン酸リチウム基板２１に下から上へ順に単結晶フィルム状である酸化亜鉛（ZnO）バッファ層２２と窒化ガリウム（GaN）核形成層２３を生長させ、該エピタキシャルされた後のGaN/ZnO/LiAlO₂構造に、多重量子井戸（Multiple
Quantum Well、 MQW）２４や第１の金属電極層２５を生長させ、該多重量子井戸は、一つ以上の異なる井戸幅とバリア幅の量子井戸であり、（Ｃ）該アルミン酸リチウム基板と該酸化亜鉛バッファ層をエッチング除去するステップ１３：図４のように、その後、エピタキシャル構造を酸性溶液に浸漬して、該アルミン酸リチウム基板２１と該酸化亜鉛バッファ層２２をエッチング除去するステップ：該酸性溶液は、硝酸（HNO₃）や弗化水素酸（HF）或いは酢酸（CH₃COOH）であり、（Ｄ）第２の金属電極層を生長させるステップ１４：図５のように、更に、該窒化ガリウム核形成層２３の下方に第２の金属電極層２６を生長させて、発光ダイオードの構造が構成される。
【００１０】
これにより、単結晶フィルム状である酸化亜鉛バッファ層２２だけを利用して、該アルミン酸リチウム基板２１上に、該窒化ガリウム核形成層２３を生長させることを成功するだけでなく、窒化ガリウムの欠陥密度が低減され、優れた格子マッチングと結晶界面品質が得られ、また、発光効率と完成済みの素子機能が向上され、例えば、発光ダイオードやレーザダイオード及び電界効果トランジスタである。
【００１１】
図６は、本発明の格子マッチング構造の概念図である。図のように、アルミン酸リチウム基板上に、単結晶フィルム状である酸化亜鉛バッファ層を形成すると、そのフィルム構造が、六角形柱状構造に変換し、また、ハニカム状に整然に配列され、該高い品質である酸化亜鉛バッファ層が、先に該アルミン酸リチウム基板上に生長するため、両者の間の格子ミスマッチング数が低く、より良い結晶界面品質が得られ、そして、発光効率が向上される。
【００１２】
以上のように、本発明は、酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法であり、有効に従来の諸欠点を改善でき、窒化ガリウムの欠陥密度を低減して、優れた格子マッチングと結晶界面品質が得られ、また、発光効率と完成済みの素子機能が向上されるため、本発明は、より進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。
【００１３】
以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の作製流れの概念図
【図２】本発明のアルミン酸リチウム基板の概念図
【図３】本発明の順にエピタキシャルした後の構造概念図
【図４】本発明の基板とバッファ層に対してエッチングした後の構造概念図
【図５】本発明の発光ダイオードの構造概念図
【図６】本発明の格子マッチングの構造概念図
【図７】従来の、基板上にMQWとp型電極層を生長させる時の構造概念図
【図８】従来の発光ダイオードの構造概念図
【図９】従来の格子ミスマッチングの概念図
【符号の説明】
【００１５】
（本発明部分）
１１〜１４ステップ
２１アルミン酸リチウム基板
２２酸化亜鉛バッファ層
２３窒化ガリウム核形成層
２４多重量子井戸
２５第１の金属電極層
２６第２の金属電極層
（従来部分）
３１サファイヤ基板
３２窒化ガリウム多重量子井戸
３３ p型電極層
３４ n型電極層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、（Ａ）アルミン酸リチウム基板を用意するステップと、（Ｂ）該アルミン酸リチウム基板上に、順に酸化亜鉛バッファ層と窒化ガリウム核形成層とを生長させ、また、該エピタキシャルされた後のGaN/ZnO/LiAlO₂構造に、多重量子井戸と第１の金属電極層を生長させるステップと、（Ｃ）上記の生長させた構造を酸性溶液に浸漬して、該アルミン酸リチウム基板と該酸化亜鉛バッファ層をエッチング除去するステップと、（Ｄ）該窒化ガリウム核形成層の下方に、第２の金属電極層を生長させ、発光装置の構造を形成するステップとが含有されることを特徴とする酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法。
【請求項２】
該アルミン酸リチウム基板は、没食子酸リチウムやシリコン酸リチウム、ゲルマニウム酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、ゲルマニウム酸ナトリウム、シリコン酸ナトリウム、リン酸リチウム、ヒ酸リチウム、バナジウム酸リチウム、ゲルマニウム酸リチウムマグネシウム、ゲルマニウム酸リチウム亜鉛、ゲルマニウム酸リチウムカドミウム、シリコン酸リチウムマグネシウム、シリコン酸リチウム亜鉛、シリコン酸リチウムカドミウム、ゲルマニウム酸ナトリウムマグネシウム、ゲルマニウム酸ナトリウム亜鉛或いはシリコン酸ナトリウム亜鉛から構成される基板であることを特徴とする請求項１に記載の酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法。
【請求項３】
該酸性溶液は、硝酸や弗化水素酸或いは酢酸であることを特徴とする請求項１に記載の酸化亜鉛による発光ダイオードの作製方法。

【図１】