发光二极管制造技术

本发明专利技术提供一种发光二极管，不产生由掺杂物引起的晶体的畸变、缺陷，发光效率高、没有不必要的波长的发光，并能大范围地选择发光波长。将不添加掺杂物的双极性半导体作为发光层，并使作为电子注入用电极的ｎ电极和作为空穴注入用电极的ｐ电极与其接合而制作发光二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用半导体的二端子型发光元件，即发光二极管。
技术介绍
使用半导体的发光元件，被广泛地用作显示或光源，近年来开始用于照明，替代白炽灯或荧光灯。作为这种发光元件之一，有发光二极管。发光二极管，是将p型无机半导体和n型无机半导体接合起来的器件(pn结，作为现有文献的例子，有“后藤显也著，光电子学入门，75页，オ一ム出版社，1981年”)。p型半导体和n型半导体是向半导体内扩散p型或n型掺杂物而形成的。p型掺杂物在半导体内产生空穴，n型掺杂物在半导体内产生电子。pn结型发光二极管是通过将p型半导体和n型半导体接合起来而制成的。通过在pn结型发光二极管上施加正向电压，使存在于n型半导体内的电子和存在于p型半导体内的空穴在pn结部复合而获得发光。作为这种p型半导体，有掺杂了N的ZnSe(意思是含有Zn、Se，但并不限定它们的含有率。以下相同)，作为n型半导体，有掺杂了Cl的ZnSe，将两者接合而制作出ZnSe类的发光二极管(作为现有文献的例子，有“Applied Physics Letter，57卷，1990年，2127页”)。
技术实现思路
在pn结型发光二极管中，通常只有在无机半导体内添加浓度大于或等于1017/cm3的大量的掺杂物，作为p型半导体或n型半导体才能得到足够的导电性。因此，会因该掺杂物而在半导体晶体内产生畸变、缺陷等，这些畸变、缺陷成为消光中心而使发光效率降低，或导致发出不必要的波长的光。而且，在现有的pn结型发光二极管中，能使用的半导体材料的范围受到限制，例如，由于p-ZnS尚未开发出来，因此还未制作出使用ZnS的pn结二极管。为解决上述课题，本专利技术提供具有以下结构的发光二极管。即，本专利技术的发光二极管，具有作为电子注入用电极的n电极；作为空穴注入用电极的p电极；以及配置成与两电极接触的发光层；上述发光层是兼有电子输送性和空穴输送性的双极性无机半导体。该双极性无机半导体，与上述现有的pn结型发光二极管不同，不含用于得到所要极性的掺杂物，所以不会引起晶体结构的畸变、缺陷等。因此，不会产生由消光中心导致的发光效率的降低或发出不必要的波长的光这样的问题。另外，由于不是用p型半导体和n型半导体这两者构成的发光二极管，因此，即使使用不存在p型半导体或n型半导体的半导体，也能制作本专利技术的发光二极管。例如，可以实现使用了ZnS的发光二极管。根据本专利技术，由于不向发光层导入掺杂物，因此可以生长低缺陷密度的晶体，从而可以提供不存在由掺杂物引起的发光效率的降低或因掺杂物而发出的不必要的波长的光、能进行有效发光的发光二极管。另外，可以将金刚石、II-VI族化合物半导体、III-V族化合物半导体等用作发光层，因此，不仅迁移率大而且可以得到足够的发光强度，而且可以在紫外光到红外光的大范围内选择发光波长。并且，由于不需要p型半导体和n型半导体，因此可以将难于p型化或n型化的半导体用作发光层来制作发光极管。另外，作为衬底，不仅可以采用单晶体的衬底，而且可以采用多晶体、非晶态(amorphous)的衬底，因此可以使用玻璃衬底或塑料衬底等，并且，还可以使用透明衬底。根据本专利技术，可以制造出大面积发光器件。附图说明图1是表示作为本专利技术一实施方式的发光二极管的结构的剖视图。图2是表示现有的发光二极管的结构的剖视图。图3是在0～1×1020/scm3的范围内以梯度(gradation)示出了利用仿真对图1所示的发光二极管内的复合发光速度进行研究的结果的图，按照空穴迁移率，由a～d的4个图组成，图3是表示其中的a和b的图，a～d各图示出了发光二极管的截面，横轴表示沿平行于衬底表面的方向的元件宽度，在任何情况下元件宽度都是10nm，而纵轴表示沿垂直于衬底的方向的元件厚度。图4与图3相同，是表示a～d 4个图中的c和d的图。图5是表示利用仿真对图1所示的发光二极管的电压电流特性进行研究的结果的图，横轴为施加于阳极的电压(V)，纵轴为阳极电流(A)。图6是实施例1中使用的飞行时间测量装置的框图。图7是实施例2中制作的发光二极管的电压电流曲线。图8是实施例2中制作的发光二极管的发光光谱，a是本专利技术的发光二极管的发光光谱，b是作为比较例而制作的pn结型发光二极管的发光光谱。图9是表示作为本专利技术一实施方式的发光二极管的结构剖视图。图10是表示实施例3的发光二极管的结构剖视图。图11是表示实施例6的发光二极管的结构剖视图。具体实施例方式以下，参照附图详细说明本专利技术的实施方式。(1)结构图1是表示作为本专利技术一实施方式的发光二极管的结构图。本专利技术的发光元件，在衬底11上形成有n电极12，在n电极12之上层叠有作为发光层的双极性无机半导体13，在双极性无机半导体13之上层叠有p电极14。这里的n电极和p电极，也可以相互交换。即，也可以在p电极之上形成双极性无机半导体，并在其上层叠n电极。另外，作为本专利技术的发光元件的实施方式，还可以列举出图9那样的发光二极管。在衬底101上形成有作为发光层的双极性无机半导体105，在发光层105上，在与发光层接触、且彼此不接触的状态下形成有n电极103和p电极107。在本专利技术的发光二极管中，用于n电极的材料，为能向发光层中注入电子的金属、半导体、或者金属层和半导体层的组合。用于p电极的材料，为能向发光层中注入空穴的金属、半导体、或者金属层和半导体层的组合。一般地说，用于两电极的材料和用于发光层的材料可以不同。图2是表示现有的pn结型发光二极管的典型结构的图。在导电性衬底21上层叠有p型半导体23和n型半导体24，在导电性衬底21的下面和n型半导体24的上面形成有金属电极22和25。通常，p型半导体和n型半导体，将同一半导体用作基质晶体。(2)整体动作以下，参照图1说明整体动作。当在p电极14上施加相对于n电极12的电位为正的电位时，从n电极12向发光层13中注入电子，从p电极14向发光层13中注入空穴。发光层13中的电子和空穴彼此复合，并发出波长与形成发光层13的双极性无机半导体的能带端之间的能量差相当的光。或者，当发光层13中激子(exiton)稳定时，发出波长与激子(电子-空穴对)的结合能相当的光。如上所述，在本专利技术的发光二极管中，作为发光源的电子和空穴，都通过电极从外部注入发光层。因此，不需要对发光层的掺杂。(3)各部的详细说明(功能、材料、制造方法等)以下，对本专利技术的发光二极管的各部位进行更详细的说明。①衬底衬底是在其上形成的各层的基座。可以考虑发光层的晶体类型(单晶体、多晶体、非晶态)或晶格常数来选择衬底和发光层的组合。例如，在使发光层为单晶体时，作为衬底，最好采用单晶体衬底，并通过在单晶体衬底上外延生长发光层来进行制作。这时，形成发光层的晶体和衬底晶体的晶格常数最好相等。此外，如果可以形成单晶体发光层，则也可以使用玻璃衬底作为衬底。另外，在使发光层为多晶体时，或为非晶态(非晶质)时，作为衬底可以使用例如玻璃衬底或塑料衬底，而无需使用单晶体衬底。玻璃衬底或塑料衬底，与单晶体衬底相比，易于以廉价得到大型(例如几十厘米以上的方形)的衬底，此外，由于毒性小，作为衬底材料是优良的。特别是，塑料衬底重量轻，在具有耐冲击性和挠性方面是理想的。作为发光层材料和衬底的组合，例如可以列举出如下所述的组合。当将Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管，其特征在于，包括：作为电子注入用电极的ｎ电极；作为空穴注入用电极的ｐ电极；以及在上述ｎ电极和ｐ电极之间与两电极接触地配置、且由双极性无机半导体材料形成的无机发光层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：川副博司，折田政宽，柳田裕昭，小林哲，
申请(专利权)人：HOYA株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]