JP2545212B2 - 青色発光素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、表示用などに用いられる青色発光素子の構
造に関する。

〈従来の技術〉 II−VI族化合物半導体薄膜を積層して得られる歪超格
子を利用した発光素子でこれまでに報告されている構造
は以下の通りである。

1.ドナー性不純物をドーピングしたZnSxSe1−ｘ層とア
ンドープZnTe層を積層してなるｎ−型領域とアンドープ
ZnSxSe1−ｘ層とアクセプター性不純物をドーピングし
たZnTe層を積層してなるｐ−型領域を有するもの。

（J.Appl.Phys.,57（1985）2960参照） 2.AlをドーピングしたZnSとアンドープZnTe層を積層し
てなるｎ−型領域とアンドープZnS層とAsをドーピング
したZnTe層を積層してなるｐ−型領域を有するもの。

（日経エレクトロニクス1985年１月14日号p.213参照） 〈発明が解決しようとする問題点〉 前述の従来技術では、歪超格子を形成する２種類のII
−VI族化合物半導体の格子定数の差が大きすぎるために
良質の歪超格子が形成されないという問題点を有する。
格子定数の違いは、ZnSeとznTeで約７％、ZnSxSe1−ｘ
とZnTeでは、ｘの値に応じて７％以上、又、ZnTeとZnS
では約12％という大きな値である。例えば、ZnSeとZnTe
からなる歪超格子において観測されている、室温におけ
るフォトルミネッセンス発光強度が極めて弱いといった
現象は歪超格子の質の悪さに起因していると考えられ
る。

（昭和61年春季応用物理学関係連合講演会 予稿集 1p
−Ｒ−17、1p−Ｒ−13 参照） 上述の問題点は、発光素子を作製した際に発光効率の
低下をもたらす大きな原因となり得る。そこで本発明は
上述の問題点を解決するもので、その目的とするところ
は、II−VI族化合物半導体の良質な歪超格子を用い、高
輝度、高効率の青色発光素子を提供するところにある。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明の青色発光素子は、（ａ）第１のZnS_xSe_1-x薄
膜と、前記第１のZnS_xSe_1-xと組成が異なる第２のZnS
_ｘ′Se_１−ｘ′薄膜とを交互に積層して構成され、かつ
少なくとも一方の薄膜がドナー性不純物を含有している
ｎ型の歪超格子領域と、（ｂ）前記第１のZnS_xSe_1-x薄
膜と組成が等しい第３のZnS_ySe_1-y薄膜と、前記第２のZ
nS_ｘ′Se_１−ｘ′薄膜と組成が等しい第４のZnS_ｙ′Se
_１−ｙ′薄膜とを交互に積層して構成され、かつ少なく
とも一方の薄膜がアクセプター性不純物を含有している
ｐ型の歪超格子領域と、を含むpn接合型の青色発光素子
であることを特徴とする。

〈作用〉 本発明の上記の構成によれば、格子定数の違いは最も
大きい場合でさえもZnSとZnSeの４％であり、両者の混
晶であるZnSxSe1−ｘ（０＜ｘ＜１）を利用すること
で、格子定数の差を小さくすることが可能となる。歪超
格子は格子定数の異なる薄膜の格子が互いに歪み合うこ
とにより形成されている。この時に生じる歪エネルギー
により転位の低減や、不純物の拡散の抑制が期待でき
る。この効果は、歪の大きさ即ち積層する２種類の薄膜
の格子定数の差によって決定される。本発明において
は、歪エネルギーの効果が充分利用でき、かつ良質の歪
超格子の形成が可能である様な格子定数の違いを有する
ZnSxSe1−ｘとZnSx′Se1−ｘ′の組み合せで青色発光素
子を作製することが可能である。

〈実施例１〉 第１図には、本発明に係る青色発光素子の構成断面図
の概略の一例を示す。１はｎ−型ガリウムヒ素（GaAs）
基板で、２は基板に形成したオーム性コンタクトを示し
ている。GaAs基板上にアルミニウムをドーピングした厚
さ50ÅのZnSe層（ZnSe:Al）３と厚さ50ÅのアンドープZ
nS層４が繰りかえし50周期積層されてなるｎ−型領域及
びヒ素をドーピングした厚さ50ÅのZnSe層（ZnSe:As）
５と厚さ50ÅのアンドープZnS層４が繰りかえし50周期
積層されてなるｐ−型領域に対するオーム性コンタクト
６が形成されている。上記の実施例においてはドナー性
不純物としてAlを用いているが、この他、Ga、In、Cl、
Br、Ｉなども同様に用いることができる。またアクセプ
ター性不純物としてAsの他に、Ｎ、Ｐ、Sb、Li、Naなど
も同様に用いることができる。

また上記の実施例においては、ドナー性又はアクセプ
ター性不純物をドーピングした層（以下ドーピング層と
略す）にZnSeを用い、不純物をドーピングしない層（以
下アンドープ層と略す）にZnSを用いているが、ドーピ
ング層にZnSxSe1−ｘ（０≦ｘ≦１）、アンドープ層にZ
nSx′Se1−ｘ′（０≦ｘ′≦１、ｘ′＞ｘ）を用いても
良い。具体的な（ドーピング層）−（アンドープ層）の
組み合せとしては例えばZnSe−ZnS_0.1Se_0.9、ZnSe−ZnS
_0.12Se_0.88あるいは、ZnS_0.05Se_0.95−ZnS_0.2Se_0.8など
で良い。

各層の厚さとドーピングする不純物の濃度はフォトルミ
ネッセンス測定によって求まる室温でのバンドギャツプ
が2.5〜2.7eVになる様に設定した。

以下に作製方法の概略を示す。

1.裏面にオーム性コンタクトを形成したｎ−型GaAs基板
の上にドナー性不純物を含むドーピング層とアンドープ
層を交互に積層する。結晶成長は、有機金属気相熱分解
法（MOCVD法）、分子線エピタキシー法（MBE法）ホット
ウォールエピタキシー法（HWE法）により、成長温度300
〜400℃において行なった。

2.n−型領域の形成に続いて、アクセプター性不純物を
含むドーピング層とアンドープ層を交互に積層する。

3.p−型領域の最上部層にAuを蒸着し、不活性雰囲気中
でアニールを行ない、オーム性コンタクトを形成する。

以上の方法でGaAs基板上に成長したアンドープZnSxSe
1−ｘ（０≦ｘ≦１）とアンドープZnSx′Se1−ｘ′（０
≦ｘ′≦１、ｘ′＞ｘ）からなる各層の厚さ50Åの歪超
格子構造を有する薄膜の室温におけるフォトルミネッセ
ンススペクトルにおいては、自由励起子発光線が観測さ
れた。このことは、本発明に係る超格子構造が極めて良
質であることを示している。

本実施例における青色発光素子を、GaAs基板側を極
として順方向バイアスを印加したところ、460〜480mm付
近に発光ピークを有する青色発光が得られた。順方向電
圧5V印加時に、輝度５ミリカンデラ、発光効率0.1％を
得た。また10³時間を越える室温での連続点灯を行なっ
ても、発光スペクトルの変化や輝度の低下は観測されな
かった。これは格子定数の差が小さい薄膜の積層により
良質の歪超格子が形成されたためである。

〈実施例２〉 第２図には本発明に係る青色発光素子の構成断面図の
概略の一例を示す。７はｎ−型GaAs基板で８は基板に形
成したオーム性コンタクトを示している。GaAs基板上に
アルミニウムをドーピングした厚さ50ÅのZnS層（ZnS:A
l）９と厚さ50ÅのアンドープZnSe層10が繰り返し50周
期積層されてなるｎ−型領域及びヒ素をドーピングした
厚さ50ÅのZnS層（ZnS:As）11と厚さ50ÅのアンドープZ
nSe層10が繰り返し50周期積層されてなるｐ−型領域が
形成されている。更に最上部にはｐ−型領域に対するオ
ーム性コンタクト12が形成されている。素子の作製方法
は〈実施例１〉と同様である。ドナー性不純物としては
Alの他に、Ga、In、Cl、Br、Ｉなどが使用でき、又アク
セプター性不純物としてAsの他にＮ、Ｐ、Sb、Li、Naな
ども同様に用いることができる。

またドーピング層とアンドープ層の組み合せも〈実施例
１〉と同様にそれぞれZnSx′Se1−ｘ′（０≦ｘ′≦
１、ｘ′＞ｘ）及びZnSxSe1−ｘ（０≦ｘ≦１）を用い
ることが可能である。発光素子の特性は〈実施例１〉に
示した素子と同レベルであった。

〈実施例３〉 第３図には本発明に係る青色発光素子の構成断面図の
概略の一例を示す。13はｎ−型GaAs基板で14は基板に形
成したオーム性コンタクトを示している。GaAs基板上に
アルミニウムをドーピングした厚さ50ÅのZnSe層（ZnS
e:Al）15と厚さ50ÅのアルミニウムドープZnS層（ZnS:A
l）16が繰り返し50周期積層されてなるｎ−型領域及び
ヒ素をドーピングした厚さ50ÅのZnSe層（ZnSe:As）17
と厚さ50Åのヒ素ドープZnS層（ZnS:As）18が繰り返し5
0周期積層されてなるｐ−型領域が形成されている。更
に最上部にはｐ−型領域に対するオーム性コンタクト19
が形成されている。素子の作製方法は〈実施例1,2〉と
同様である。ドナー性不純物としてはAlの他にGa、In、
Cl、Br、Ｉなどが使用でき、又アクセプター性不純物と
してAsの他にＮ、Ｐ、Sb、Li、Naなども同様に用いるこ
とができる。積層する２種類の薄膜組成の組み合せも
〈実施例1,2〉と同様にそれぞれZnSxSe1−ｘ（０≦ｘ≦
１）及びZnSx′Se1−ｘ′（０≦ｘ′≦１、ｘ′＞ｘ）
を用いることが可能である。発光素子の特性は〈実施例
1,2〉に示した素子と同レベルであった。

〈発明の効果〉 以上述べた様に本発明によれば格子定数の異なる２種
類のII−VI族化合物半導体薄膜を積層して得られる歪超
格子構造を有する発光素子において積層するII−VI族化
合物半導体薄膜がZnSxSe1−ｘ（０≦ｘ≦１）及びZnS
x′Se1−ｘ′（０≦ｘ′≦１、ｘ′＞ｘ）であることを
特徴としたことにより、良質な歪超格子構造が形成可能
となり、高輝度、高効率の青色発光素子が作製できる様
になった。本発明が、各種表示用光源、ディスプレイ等
の重要な構成要素である青色発光素子の普及に寄与する
ところは大きいものと確信する。

さらに、ｐ型領域とｎ型領域の両領域を歪超格子構造
としたことにより、両領域の転位の発生を防止すること
ができ、発光効率をさらに向上させることができる。

また、ｐ型領域を構成する２種類の薄膜のそれぞれの
組成が、ｎ型領域を構成する２種類の薄膜のそれぞれの
組成と等しいので、ドーパントを換えて２種類の組成の
薄膜を積層することで歪超格子構造を構成することがで
き、製造プロセスが簡便となるため再現性に優れた青色
発光素子を得ることを可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の青色発光素子の一実施例を示す構成断
面図。 １……ｎ−型ガリウムヒ素基板 ２……オーム性コンタクト ３……アルミニウムドープZnSe層 ４……アンドープZnS層 ５……ヒ素ドープZnSe層 ６……オーム性コンタクト 第２図は本発明の青色発光素子の一実施例を示す構成断
面図。 ７……ｎ−型ガリウムヒ素基板 ８……オーム性コンタクト ９……アルミニウムドープZnS層 10……アンドープZnSe層 11……ヒ素ドープZnS層 12……オーム性コンタクト 第３図は本発明の青色発光素子の一実施例を示す構成断
面図。 13……ｎ−型ガリウムヒ素基板 14……オーム性コンタクト 15……アルミニウムドープZnSe層 16……アルミニウムドープZnS層 17……ヒ素ドープZnSe層 18……ヒ素ドープZnS層 19……オーム性コンタクト

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）第１のZnS_xSe_1-x薄膜と、前記第１
   のZnS_ｘSe_１−ｘと組成が異なる第２のZnS_ｘ′Se
   _１−ｘ′薄膜とを交互に積層して構成され、かつ少なく
   とも一方の薄膜がドナー性不純物を含有しているｎ型の
   歪超格子領域と、 （ｂ）前記第１のZnS_xSe_1-x薄膜と組成が等しい第３のZ
   nS_ySe_1-y薄膜と、前記第２のZnS_ｘ′Se_１−ｘ′薄膜と
   組成が等しい第４のZnS_ｙ′Se_１−ｙ′薄膜とを交互に
   積層して構成され、かつ少なくとも一方の薄膜がアクセ
   プター性不純物を含有しているｐ型の歪超格子領域と、 を含むpn接合型の青色発光素子。