在基片上形成的光子器件及其制造方法技术

本发明专利技术针对发射或吸收具有短波长的光的光子器件，其通过使用基片上生长的氧化钼形成，所述基片由从以下选择的材料组成：单质半导体、Ⅲ－Ⅴ或Ⅱ－Ⅳ化合物半导体、Ⅳ化合物半导体、有机半导体、金属晶体以及它们的衍生物或玻璃。实现了发射具有从蓝到深紫外线的波长的光的新的便宜的光子器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由在已知半导体光子器件中使用的材料组成的基片上形成的包括氧化钼的半导体光子器件。根据本专利技术的半导体光子器件发射或吸收具有短波长的光。更加具体地，本专利技术涉及由在已知半导体光子器件中使用的材料组成的基片上形成的发射蓝或紫外光的新的发光二极管。根据本专利技术的光子器件具有克服由诸如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)之类的已知半导体制成的器件带来的问题的可能性。此外，本专利技术涉及由在已知半导体光子器件中使用的材料组成的基片上形成的光子器件，其发射具有比GaN发光二极管能够发射的361nm更短的波长的光。另外，本专利技术涉及由在已知半导体光吸收器件中使用的材料组成的基片上形成的光吸收器件，其吸收具有短于361nm的波长的光，并且转换成电能。本专利技术还涉及用于在由已在通常的电子和光子器件中使用的材料组成的基片上制造所述光子器件的新的方法。
技术介绍
近来已开发了发射蓝光的发光二极管，以便实现光的三个基色，并且获得具有用于数字视频盘(DVD)的较短波长的光。开发的蓝光发射器件使用氮化镓(GaN)作为对于发光非常重要的作用区。GaN的能带隙大约为3.43eV，这对应于361nm的波长。尽管从GaN器件能够获得蓝光，但是存在一些难题。首先，GaN的块晶尚未获得，因为氮的平衡蒸汽压相对于镓的平衡蒸汽压非常高。因此，使用由蓝宝石或碳化硅(SiC)组成的基片。在蓝宝石基片上不能直接形成GaN，因为在蓝宝石和GaN之间存在16％的晶格失配。因此在生长GaN之前，在蓝宝石基片上形成氮化铝(AlN)的缓冲层。AlN是电阻性的，因为难以将杂质掺入到AlN中。因此，结构及其制造过程严重受限。另一方面，SiC基片非常昂贵，因为SiC的块晶要在2200-2400℃的非常高的温度下生长。氧化锌(ZnO)具有用于形成蓝光发射器件的可能性。然而，它的能带隙为3.2eV，其对应于387nm的光波长，这大于GaN器件发射的光波长。此外，ZnO具有许多要解决的问题以实现实用的器件。半导体光子器件目前能够发射的光的最短波长是GaN器件能够发射的光波长。DVD存储器的最大密度由波长决定。因此，能够发射具有较短波长的光的新的光子器件是所希望的，以便增加DVD存储器的最大密度或替换诸如He-Cd激光器之类的气体激光器。另外，由新的材料制成的新的蓝光发射器件是所希望的，因为目前的蓝光发射器件具有如上所述的许多问题。此外，能够发射具有短于GaN器件能够发射的361nm的波长或例如250-350nm的深紫外线的较短波长的光的新器件是所希望的。对于实现新器件要解决的问题是获得替换诸如蓝宝石或SiC之类的昂贵基片的新基片。第二个问题是实现能够在形成GaN或SiC层的更低温度下生长的新半导体。在高温下形成半导体层需要大量能量。另外，存在原子在层之间移动、成分被干扰或者掺杂物在层之间的界面附近移动的可能性。有必要在高于1000℃的温度下形成GaN或SiC的层。通过使用氧化钼用于这样的光子器件，能够部分解决上述问题。本专利技术的专利技术人发现，高质量氧化钼晶体具有大于3.2eV的能带隙，并且非常适用于在光子和电子器件中使用(美国专利申请No.10/848,145和No.10/863,288)。在上述专利申请中，描述了本专利技术的专利技术人发现的事实和方法。它们被总结如下(i)高质量氧化钼晶体具有3.45～3.85eV的能带隙。通过对具有大于10μm的厚度的氧化钼层的实验获得该结果，所述氧化钼层通过在具有99.9995％的纯度的氧气中氧化具有99.99％的纯度的钼板生长。例如，通过在550℃下氧化120分钟形成的氧化钼具有3.66eV的能带隙。本专利技术的专利技术人专利技术的方法形成的氧化钼具有大于以前报导的能带隙的原因在于，它是具有大于以前报导的厚度的高质量氧化钼晶体。能带隙受到层的结构，亦即晶体或非晶体、层中的应变以及纯度的影响。(ii)可以证实，本专利技术人的方法形成的氧化钼也是基于电子性质的测量结果的半导体。然而，在上述专利申请中，通过氧化部分的金属钼板来形成氧化钼晶体。因为钼板不是晶体，所以不能使用诸如劈理之类的某些制造技术。进而，当通过氧化钼板来形成时，精确控制氧化钼层的厚度是困难的。因此需要在新的基片上形成具有大于3.2eV的能带隙的半导体晶体层，所述新的基片优选地由在已知器件中使用的材料组成，并且优选地是晶体。因为氧化钼能够在低于850℃的温度下制造，所以通过在器件的主要部分中使用高质量氧化钼，能够解决上述第二个问题。
技术实现思路
本专利技术针对由在基片上生长的金属氧化物组成的半导体光子器件及其制造方法。金属氧化物包含氧化钼，其具有大于3.2eV的能带隙，并且非常适用于制造光子器件。氧化钼尤其适用于制造发射具有短于387nm的波长的光的发光二极管或激光二极管。本专利技术的重要方面在于，在由已在通常的光子和电子器件中传统上使用的任何材料组成的基片上形成氧化钼膜。可以用作这样的基片材料的最普遍的材料是硅。本专利技术的另一个重要方面在于在基片上制造光子器件的新颖方法。根据这种新颖的方法，在基片上形成金属氧化物的至少第一层，优选地在基片上直接形成氧化钼。本专利技术的新颖方法包括以下系列步骤。第一步，在生长室中布置基片和源材料。典型的源材料是钼板，并且典型的基片包含硅。第二步，在生长室中形成温度分布，以便源材料处的温度高于基片处的温度。第三步，在形成温度分布之后，使氧气流动一段预定时间，这取决于形成特定器件所需的氧化钼的厚度。能够通过使用包括和上述步骤类似的步骤的任何方法来形成光子器件中的(一个或多个)氧化钼层。在那些情况下，基片可以包括部分的器件。任何适当的基片都由下述材料组成，所述材料选择来自诸如硅和锗之类的IV单质半导体、诸如砷化镓和磷化镓之类的III-V化合物半导体、诸如氧化锌之类的II-IV化合物半导体、IV化合物半导体、有机半导体、金属晶体或它们的衍生物或玻璃。附图说明图1是根据本专利技术的第一实施例的发光二极管的示意图；图2是根据本专利技术的第二实施例的激光二极管的示意图。具体实施例方式现在将对本专利技术的优选实施例更加详细地进行参考。图1示意性显示了根据本专利技术的第一实施例的发光二极管1的结构。在这个实施例中，基片2由硅组成。然而其他材料能够用作基片。最好基片是导电的。层3由硅基片2上形成的氧化钼组成。通过以下步骤形成层3。在这个例子中，钼(Mo)板用作源，并且使用硅(Si)基片。首先，漂洗并干燥源和硅基片2。然后，将它们放置在生长室中。下一步，加热生长室，以便在氮保护气氛下，源区的温度为650℃，并且基片区的温度为550℃。在将源和基片2分别加热到所述温度之后，将高纯度氧流入到生长室中并且保持6个小时。层3的厚度为6μm。尽管并未有意掺杂层3，但是它为n型。可以认为氧空位充当施主。在层3上形成缓冲层4，以便限制因为层3具有不同于基片2的成分而引起的层3中的无序。例如，层4由通过在下述生长条件下的和用于形成层3类似的方法形成的氧化钼组成，所述生长条件为源温度为700℃，并且基片温度为630℃。它是具有3×1017cm-3的载流子浓度的n型。层4的厚度为4.0μm。在层4上形成氧化钼层5。例如通过和用于形成层3的方法类似的方法形成层5，其中源温度为670℃，并且基片温度为600℃。它是具有6×1016c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体光子器件，其具有在基片上形成的氧化钼层，所述基片由从以下选择的材料组成：Ⅳ单质半导体、Ⅲ－Ⅴ或Ⅱ－Ⅳ化合物半导体、Ⅳ化合物半导体、有机半导体、金属晶体或它们的衍生物或玻璃。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：河东田隆，
申请(专利权)人：河东田隆，
类型：发明
国别省市：JP[日本]