JPH0594874A - 能動素子 - Google Patents
能動素子Info
- Publication number
- JPH0594874A JPH0594874A JP15454591A JP15454591A JPH0594874A JP H0594874 A JPH0594874 A JP H0594874A JP 15454591 A JP15454591 A JP 15454591A JP 15454591 A JP15454591 A JP 15454591A JP H0594874 A JPH0594874 A JP H0594874A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- functional layer
- crystal substrate
- active element
- orientation
- 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.)
- Pending
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- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 最適の成長方位に成長した単結晶機能層を有
する能動素子を提供すること。 【構成】 単結晶基板１０１上にヘテロエピタキシャル
成長した機能層を有する能動素子において、単結晶基板
１０１の表面をオフセットさせることにより機能層１０
２の成長方位が単結晶基板の面方位とは異なる方位に制
御されている能動素子。
する能動素子を提供すること。 【構成】 単結晶基板１０１上にヘテロエピタキシャル
成長した機能層を有する能動素子において、単結晶基板
１０１の表面をオフセットさせることにより機能層１０
２の成長方位が単結晶基板の面方位とは異なる方位に制
御されている能動素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】エピタキシャル成長技術を用いて
作製する能動素子、例えば発光素子、受光素子、電界効
トランジスタ等各種電子デバイス、非線形光学素子であ
って、ディスプレイ、ＬＥＤ、ＬＡＳＥＲ、プリンタヘ
ッド等の書込み素子に応用できる。
作製する能動素子、例えば発光素子、受光素子、電界効
トランジスタ等各種電子デバイス、非線形光学素子であ
って、ディスプレイ、ＬＥＤ、ＬＡＳＥＲ、プリンタヘ
ッド等の書込み素子に応用できる。
【０００２】
【従来の技術】能動素子の一例として電界発光素子の場
合、従来技術では、単結晶Ｓｉ（１１１）基板上に（１
１１）面方位にヘテロエピタキシャル成長したＺｎＳ：
Ｍｎを発光層とする電界発光素子（Ｊａｐａｎｅｓｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ，１９８
５，ｐｐ．Ｌ６２９−Ｌ６３１）、あるいは単結晶Ｓｉ
（１００）基板上に（１００）面方位にヘテロエピタキ
シャル成長したＺｎＳｅを発光層とする電界発光素子
（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ ５８（２），１５ Ｊｕｌｙ １９８５ ００２
１−８９７９／８５／１４７９３−０４）が報告されて
いるが、発光層の成長方位を制御した電界発光素子は報
告されていない。
合、従来技術では、単結晶Ｓｉ（１１１）基板上に（１
１１）面方位にヘテロエピタキシャル成長したＺｎＳ：
Ｍｎを発光層とする電界発光素子（Ｊａｐａｎｅｓｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ，１９８
５，ｐｐ．Ｌ６２９−Ｌ６３１）、あるいは単結晶Ｓｉ
（１００）基板上に（１００）面方位にヘテロエピタキ
シャル成長したＺｎＳｅを発光層とする電界発光素子
（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ ５８（２），１５ Ｊｕｌｙ １９８５ ００２
１−８９７９／８５／１４７９３−０４）が報告されて
いるが、発光層の成長方位を制御した電界発光素子は報
告されていない。
【０００３】ところで、光導波路、非線形光学素子、レ
ーザー、電界発光素子などの能動素子はその機能層に最
適の成長方位が存在する。ＺｎＳ系材料を発光層とする
電界発光素子の場合、発光層の面方位が＜１１１＞面に
成長した素子で高輝度が得られているが、発光層の面方
位を＜１１１＞面からわずかにずらせて、電界方向の格
子間距離を長くすることにより、加速された電子が発光
中心以外の原子と衝突する回数が少なくなるようにする
と、低電圧駆動でも高輝度が得られることになる。
ーザー、電界発光素子などの能動素子はその機能層に最
適の成長方位が存在する。ＺｎＳ系材料を発光層とする
電界発光素子の場合、発光層の面方位が＜１１１＞面に
成長した素子で高輝度が得られているが、発光層の面方
位を＜１１１＞面からわずかにずらせて、電界方向の格
子間距離を長くすることにより、加速された電子が発光
中心以外の原子と衝突する回数が少なくなるようにする
と、低電圧駆動でも高輝度が得られることになる。
【０００４】しかし、従来技術では単結晶基板の面方位
に習ってヘテロエピタキシャル成長した機能層を有する
能動素子の報告のみがされている。
に習ってヘテロエピタキシャル成長した機能層を有する
能動素子の報告のみがされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は単結晶基板の
面方位とわずかにずれた最適の方位に成長した機能層を
得るためになされたものであり、研摩等の方法を用いて
ｏｆｆ角度を最適方位に制御した単結晶基板上に、機能
層をヘテロエピタキシャル成長させることにより、最適
の成長方位に成長した単結晶機能層を有する能動素子を
提供することを目的としている。
面方位とわずかにずれた最適の方位に成長した機能層を
得るためになされたものであり、研摩等の方法を用いて
ｏｆｆ角度を最適方位に制御した単結晶基板上に、機能
層をヘテロエピタキシャル成長させることにより、最適
の成長方位に成長した単結晶機能層を有する能動素子を
提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、単結晶基板上にヘテロエピタキシャ
ル成長した能動素子において、単結晶基板の表面をオフ
セットさせることにより、機能層の成長方位が単結晶基
板の面方位とは異なる方位に制御されている能動素子で
ある。
の本発明の構成は、単結晶基板上にヘテロエピタキシャ
ル成長した能動素子において、単結晶基板の表面をオフ
セットさせることにより、機能層の成長方位が単結晶基
板の面方位とは異なる方位に制御されている能動素子で
ある。
【０００７】本発明による能動素子は単結晶基板表面を
斜めにエッチングすることにより、単結晶基板の面方位
とはわずかに異なる面方位を表面に出した後、表面の面
方位に習って、機能層をヘテロエピタキシャル成長させ
て、得られる能動素子である。上記能動素子では、機能
層の動作に最適の方位面を持つように成長方位が制御さ
れている。
斜めにエッチングすることにより、単結晶基板の面方位
とはわずかに異なる面方位を表面に出した後、表面の面
方位に習って、機能層をヘテロエピタキシャル成長させ
て、得られる能動素子である。上記能動素子では、機能
層の動作に最適の方位面を持つように成長方位が制御さ
れている。
【０００８】本発明により作製した電界発光素子におい
て、単結晶基板の面方位よりわずかに傾いた面方位にエ
ピタキシャル成長した発光層内において、電界方向の原
子間距離がわずかに長くなる。このような発光層におい
ては、電界により加速された電子が発光中心以外の原子
と衝突する回数が少なくなり、効率よく発光中心を励起
することができるため、低電圧駆動においても高輝度発
光の電界発光素子を得ることができる。
て、単結晶基板の面方位よりわずかに傾いた面方位にエ
ピタキシャル成長した発光層内において、電界方向の原
子間距離がわずかに長くなる。このような発光層におい
ては、電界により加速された電子が発光中心以外の原子
と衝突する回数が少なくなり、効率よく発光中心を励起
することができるため、低電圧駆動においても高輝度発
光の電界発光素子を得ることができる。
【０００９】図面を参照して具体的に説明すると、図１
は本発明の基板１０１と機能層１０２の関係を模式的に
示したものである。
は本発明の基板１０１と機能層１０２の関係を模式的に
示したものである。
【００１０】Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体材料や、Ｙ2Ｏ3、Ｙ
ＳＺ、Ｔａ2Ｏ3、Ｓｍ3Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＡｌ2Ｏ3等
の酸化物材料、ＣａＦ2、ＢａＦ2、ＳｒＦ2等のフッ化
物材料等の単結晶基板１０１を、斜めに研磨、あるいは
ウェットエッチング法において、エッチャントの選択
と、エッチング時間を制御する、あるいはドライエッチ
ング法において、レジスト、ガス種の選択、エッチング
時間を制御する等の方法により基板の面方位から０．１
〜２０°、好ましくは０．５〜１０°になるように、作
製するデバイスについて、最適な面方位をもった表面に
する。ＬｉＮｂＯ3、ＺｎＳｅ、ＰｂＴｉＯ3、ＰＬＴ、
ＬｉＴａＯ3、ＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3等
の非線形光学材料、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳXＳｅX-1
等を母材とし、発光中心としてＭｎを添加したＺｎＳ：
Ｍｎ系材料、もしくは上記母材にＣｕを添加したＺｎ
Ｓ：Ｃｕ系材料。もしくは上記母材に希土類フッ化物
（ＴｂＦ3、ＥｒＦ3、ＮｂＦ3、ＴｍＦ3、ＰｒＦ3、Ｓ
ｍＦ3、ＤｙＦ3、ＨｏＦ3等）を添加した材料、またＳ
ｒＳを母材とし、発光中心にＣｅ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、
Ｅｒ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｍｎ等を添加した材料や、ＣａＳを
母材とし、発光中心にＥｒ等を添加した発光材料を機能
層１０２とし、先述の最適面方位上にヘテロエピタキシ
ャル成長させることにより、表面の面方位に習った最適
面方位の機能層を得ることができる。エピタキシャル成
長の手段としては、ＭＯ−ＣＶＤ法（有機金属熱分
解）、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ−Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）、ＡＬＥ法（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−
Ｅｐｉｔａｘｙ）、エレクトロンビーム蒸着法、スパッ
タリング法、プラズマＣＶＤ法等の成長方法を単独もし
くは併用し使用する。
ＳＺ、Ｔａ2Ｏ3、Ｓｍ3Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＡｌ2Ｏ3等
の酸化物材料、ＣａＦ2、ＢａＦ2、ＳｒＦ2等のフッ化
物材料等の単結晶基板１０１を、斜めに研磨、あるいは
ウェットエッチング法において、エッチャントの選択
と、エッチング時間を制御する、あるいはドライエッチ
ング法において、レジスト、ガス種の選択、エッチング
時間を制御する等の方法により基板の面方位から０．１
〜２０°、好ましくは０．５〜１０°になるように、作
製するデバイスについて、最適な面方位をもった表面に
する。ＬｉＮｂＯ3、ＺｎＳｅ、ＰｂＴｉＯ3、ＰＬＴ、
ＬｉＴａＯ3、ＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3等
の非線形光学材料、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳXＳｅX-1
等を母材とし、発光中心としてＭｎを添加したＺｎＳ：
Ｍｎ系材料、もしくは上記母材にＣｕを添加したＺｎ
Ｓ：Ｃｕ系材料。もしくは上記母材に希土類フッ化物
（ＴｂＦ3、ＥｒＦ3、ＮｂＦ3、ＴｍＦ3、ＰｒＦ3、Ｓ
ｍＦ3、ＤｙＦ3、ＨｏＦ3等）を添加した材料、またＳ
ｒＳを母材とし、発光中心にＣｅ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、
Ｅｒ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｍｎ等を添加した材料や、ＣａＳを
母材とし、発光中心にＥｒ等を添加した発光材料を機能
層１０２とし、先述の最適面方位上にヘテロエピタキシ
ャル成長させることにより、表面の面方位に習った最適
面方位の機能層を得ることができる。エピタキシャル成
長の手段としては、ＭＯ−ＣＶＤ法（有機金属熱分
解）、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ−Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）、ＡＬＥ法（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−
Ｅｐｉｔａｘｙ）、エレクトロンビーム蒸着法、スパッ
タリング法、プラズマＣＶＤ法等の成長方法を単独もし
くは併用し使用する。
【００１１】
【実施例】以下に本発明における能動素子を実施例によ
って更に具体的に説明する。
って更に具体的に説明する。
【００１２】実施例１ 図２を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１３】＜１１１＞面方位の単結晶Ｇｅ基板を用い
る。Ｇｅ基板の抵抗率は１０Ωｃｍである。この単結晶
Ｇｅ基板を＜１１１＞面方位から１°傾くように表面研
磨を行って基板２０１とした。
る。Ｇｅ基板の抵抗率は１０Ωｃｍである。この単結晶
Ｇｅ基板を＜１１１＞面方位から１°傾くように表面研
磨を行って基板２０１とした。
【００１４】新しく得た表面を研磨して鏡面とし、その
上に発光中心となるＭｎを０．５ａｔ％添加したジンク
ブレンド構造のＺｎＳ：Ｍｎを３０００Åの厚さで基板
表面方位に習うようにＭＯ−ＣＶＤ法を用いて、ヘテロ
エピタキシャル成長させ、電界発光素子の発光層２０２
とした。
上に発光中心となるＭｎを０．５ａｔ％添加したジンク
ブレンド構造のＺｎＳ：Ｍｎを３０００Åの厚さで基板
表面方位に習うようにＭＯ−ＣＶＤ法を用いて、ヘテロ
エピタキシャル成長させ、電界発光素子の発光層２０２
とした。
【００１５】上記方法にて作製した発光層２０２上に、
ＭＯ−ＣＶＤ法を用いて、絶縁層２０３となるＰｂＴｉ
Ｏ3を３０００Åの膜厚に成膜する。この場合ＰｂＴｉ
Ｏ3は単結晶とはならないが、発光層２０２の面方位に
強く配向した膜となっている。最後に上部絶縁層上に透
明導電膜２０４となるＩＴＯをスパッタリング法を用い
て２０００Åの膜厚で成膜し、本発明による電界発光素
子を完成した。
ＭＯ−ＣＶＤ法を用いて、絶縁層２０３となるＰｂＴｉ
Ｏ3を３０００Åの膜厚に成膜する。この場合ＰｂＴｉ
Ｏ3は単結晶とはならないが、発光層２０２の面方位に
強く配向した膜となっている。最後に上部絶縁層上に透
明導電膜２０４となるＩＴＯをスパッタリング法を用い
て２０００Åの膜厚で成膜し、本発明による電界発光素
子を完成した。
【００１６】上記方法で作製した電界発光素子の透明導
電膜２０４であるＩＴＯと、Ｇｅ基板との間に３ｋＨｚ
の周波数の交流電圧を印加した状態で、発光の様子をＩ
ＴＯ側から観察した。
電膜２０４であるＩＴＯと、Ｇｅ基板との間に３ｋＨｚ
の周波数の交流電圧を印加した状態で、発光の様子をＩ
ＴＯ側から観察した。
【００１７】この電界発光素子の発光開始電圧は６０Ｖ
であり、最高の発光輝度２０００ｃｄ／ｍ2が得られて
いる。上記表面研磨をしなかったＧｅ（１１１）単結晶
基板上に同じように発光層等を形成した素子を構成し、
上記と同様の観察を行った結果よりも、発光開始電圧は
２０Ｖ低電圧であり、最高輝度は２０％向上している。
であり、最高の発光輝度２０００ｃｄ／ｍ2が得られて
いる。上記表面研磨をしなかったＧｅ（１１１）単結晶
基板上に同じように発光層等を形成した素子を構成し、
上記と同様の観察を行った結果よりも、発光開始電圧は
２０Ｖ低電圧であり、最高輝度は２０％向上している。
【００１８】以上のように、本発明による１実施例の電
界発光素子は、発光層の成長方位を微妙に制御しない電
界発光素子と比較して、発光開始電圧は低くなり、最高
輝度は向上し、低電圧駆動状態においても高輝度が得ら
れた。光導波路、レーザー非線形光学素子などの能動素
子においても、機能層の最適の面方位が存在し、上記の
ように、単結晶基板表面のｏｆｆ ｓｅｔ角度を制御す
ることにより成長層の成長方位が微妙に制御された単結
晶機能層をもつ能動素子は、その特性が向上している。
界発光素子は、発光層の成長方位を微妙に制御しない電
界発光素子と比較して、発光開始電圧は低くなり、最高
輝度は向上し、低電圧駆動状態においても高輝度が得ら
れた。光導波路、レーザー非線形光学素子などの能動素
子においても、機能層の最適の面方位が存在し、上記の
ように、単結晶基板表面のｏｆｆ ｓｅｔ角度を制御す
ることにより成長層の成長方位が微妙に制御された単結
晶機能層をもつ能動素子は、その特性が向上している。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の能動素子
は、従来の単結晶基板を用いた能動素子に比較して、そ
の機能が一段と向上している。
は、従来の単結晶基板を用いた能動素子に比較して、そ
の機能が一段と向上している。
【図１】本発明の基板と機能層との関係を説明するため
の断面の模式図、
の断面の模式図、
【図２】本発明の実施例１の能動素子の構成を示す断面
の模式図である。
の模式図である。
１０１、２０１ 基板 １０２ 機能層 ２０２ 発光層 ２０３ 絶縁層 ２０４ 透明導電膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 博 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５−10 リコー応用電子研究所株式会社内 (72)発明者 羽賀 浩一 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５−10 リコー応用電子研究所株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 単結晶基板上にヘテロエピタキシャル成
長した機能層を有する能動素子において、単結晶基板の
表面をオフセットさせることにより機能層の成長方位が
単結晶基板の面方位とは異なる方位に制御されているこ
とを特徴とする能動素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15454591A JPH0594874A (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | 能動素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15454591A JPH0594874A (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | 能動素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0594874A true JPH0594874A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=15586598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15454591A Pending JPH0594874A (ja) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | 能動素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0594874A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012116751A (ja) * | 2006-07-27 | 2012-06-21 | Imec | ＩＩＩ族−窒化物のＧｅ上への形成 |
-
1991
- 1991-06-26 JP JP15454591A patent/JPH0594874A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012116751A (ja) * | 2006-07-27 | 2012-06-21 | Imec | ＩＩＩ族−窒化物のＧｅ上への形成 |
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