JP2013065914A - 半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光半導体素子Bは、n型Zn1−zMgzO(バリア層)11/Zn1−xMgxO(活性層)15/p型Zn1−yMgyO(バリア層)17からなり、活性層15から発光する構造である。それぞれのバリア層11・17に対して電極23・21を形成し、両電極23・21間に電圧を印加することにより、ZnO(活性層)15からの発光が得られる。尚、ここで、x<yかつx<zの関係があり、例えば、x=0.1、y=0.15、z=0.16などの値を例として選択することができる。x=0.15、y=0.25、z=0.24などの値も選択可能である。この際、活性層のx値を大きくすることにより、発光波長を短波長側にシフトさせることができる。さらに、上記の結果に示したように、x値を大きくすると、発光効率を高くすることができるため、発光素子としては優れていることがわかる。
【選択図】図7
Description
・Mg (純度=6N): 蒸発源温度=400〜500 ℃
・O2 (純度=6N):ガス流量=1.5 SCCM
・RF Power : 300W
・基板温度: 550 ℃ (Zn1−xMgxO), 650 ℃ (ZnO)
(2)バンド幅が大きくなる(Mg濃度の空間的な不均一に起因すると推定される)
(3)ピークの発光強度(積分強度)が増大する(振動子強度の増大に起因すると推定される)
(1)発光中心となる結晶格子欠陥の増大(DAP発光やD0−h発光の誘起)
(2)励起子の局在化
の2つの原因が考えられる。ただしここで、DAP発光とは電子がドナー準位からアクセプター準位へ遷移する際に発光する発光機構であり、またD0−h発光とは電子がドナー準位から価電子帯の頂上へ遷移する際に発光する発光機構である。ところが、実験結果によると、Zn1−xMgxOからの発光バンドのピーク位置に、励起光強度依存性はないことがわかっている。従って、DAP発光に起因する現象ではないことがわかる。一方、励起光の光強度LとPL発光強度Iとの関係(I〜Lk)からみると、k値はすべてのx値に対して1以上の値が得られ、励起子性再結合過程(バンド間遷移)による発光の可能性が高いことがわかる。
以下に、上記のような現象を利用した具体的な実施例について説明する。図7は、本発明の第1実施例による光半導体素子の一例を示す図である。図7に示す光半導体素子Bは、n型Zn1−zMgzO(バリア層)11/c(活性層)15/p型Zn1−yMgyO(バリア層)17からなり、活性層15から発光する構造である。それぞれのバリア層11・17に対して電極23・21を形成し、両電極23・21間に電圧を印加することにより、ZnO(活性層)15からの発光が得られる。尚、ここで、x<yかつx<zの関係があり、例えば、x=0.1、y=0.15、z=0.17などの値を例として選択することができる。x=0.15、y=0.25、z=0.24などの値も選択可能である。この際、活性層のx値を大きくすることにより、発光波長を短波長側にシフトさせることができる。さらに、上記の結果に示したように、x値を大きくすると、発光効率を高くすることができるため、発光素子としては優れていることがわかる。
図8は、本発明の第2実施例による光半導体素子の一例を示す図である。図8に示す光半導体素子Cは、n型ZnS(バリア層)31/Zn1−xMgxO(活性層)33/p型ZnS(バリア層)37からなり、活性層33から発光する構造である。それぞれのバリア層31・37に対して電極43・41を形成し、両電極43・41間に電圧を印加することにより、ZnO(活性層)33からの発光が得られる。尚、ここでは、バリア層としてZnSを用いているため、x値としては、例えば、x=0.1、x=0.15、y=0.25などの値が選択可能である。この際、活性層のx値を大きくすることにより、発光波長を短波長側にシフトさせることができる。さらに、上記の結果に示したように、x値を大きくすると、発光効率を高くすることができるため、発光素子としては優れていることがわかる。このように、バリア層としては、他のII−VI族材料を用いることも可能である。
図9は、本実施の形態について得られた結果をまとめた図である。
(1)Zn1−xMgxOのPL発光機構は、励起子性再結合過程であると推測される。
(2)Zn1−xMgxOのPL発光強度が増大した原因は、Mg濃度の空間的な不均一に起因する励起子の局在化にあると推測される。
(3)Zn1−xMgxOは、ZnOよりも発光素子の活性層として適している。すなわち、x値を大きくすることで、ZnO系の光半導体素子における発光効率を増大させることができる。
BeS, BeSe, BeTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgSe, HgTe。
Claims (5)
- 単結晶Zn1-xMgxO(xが0.05以上0.11未満である。)を活性層として用いたことを特徴とする紫外線発光素子において、
前記活性層を挟持する第1及び第2のバリア層として、Zn1-yMgyO(y>x)又はZn1-yMgyO(y>x)及びZn1-zMgzO(z>x、yとzとは異なる)を用い、
前記活性層は、前記x値を大きくすると、前記活性層における禁制帯が増大するとともに、発光効率も増大する特性を有する材料であり、
前記単結晶Zn1-xMgxO(xが0.05以上0.11未満である。)活性層は、Mg濃度に空間的な揺らぎを有し、励起子局在が誘起される特性を持たせることを特徴とする高効率紫外線発光素子。 - 発光波長が365nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の高効率紫外線発光素子。
- 温度に依存する発光強度の減少が、xの増大によりゆるやかになることを特徴とする請求項1又は2に記載の高効率紫外線発光素子。
- 前記単結晶Zn1-xMgxO(xが0.05以上0.11未満である。)活性層は、Mg濃度の高い領域と低い領域とが混ざって形成されていることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の高効率紫外線発光素子。
- n型Zn1-zMgzO(バリア層)/Zn1-xMgxO(活性層)/p型Zn1-yMgyOから
なり(x<yかつx<z)、該活性層から発光する構造を有することを特徴とする請求項1から4までのいずれか1項に記載の高効率紫外線発光素子。
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JP2003086901A (ja) * | 1991-02-21 | 2003-03-20 | Sony Corp | 半導体発光装置 |
JP2004193270A (ja) * | 2002-12-10 | 2004-07-08 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子 |
WO2007015330A1 (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-08 | Stanley Electric Co., Ltd. | 半導体発光素子及びその製造方法 |
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