JP2751468B2 - Semiconductor heterojunction structure - Google Patents

Semiconductor heterojunction structure

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JP2751468B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は、ダイオードや、高輝度の青色〜紫外発光素
子等の半導体素子に使用する半導体ヘテロ接合構造に関
する。
The present invention relates to a semiconductor heterojunction structure used for a semiconductor device such as a diode or a high-luminance blue-ultraviolet light-emitting device.

【従来の技術】[Prior art]

発光ダイオード(LED)、半導体レーザ(LD)等の半
導体発光素子は、高信頼性、高速性、小型等の優れた特
徴を持っている。 LEDは既に赤外〜可視域のものまで開発されている。
赤外LEDは光通信、光情報処理機器の分野で、可視LEDは
各種表示素子として不可欠のデバイスとなっている。 半導体レーザは赤外〜赤色のものまで開発されてい
る。これも光通信、光情報処理機器分野の中枢ともいえ
る重要な役割を果たしている。 これらの半導体発光素子は主として、III−V族化合
物、またはこれらの混晶半導体を用いて製作されてい
る。 可視LEDについて示すと、 赤色LEDがGaP(Zn、O)、AlGaAs、GaAsP、 黄色LEDはGaAsP(N)、 緑色LEDはGaP(N) を材料として製作される。
Semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) have excellent features such as high reliability, high speed, and small size. LEDs have already been developed in the infrared to visible range.
Infrared LEDs are in the field of optical communication and optical information processing equipment, and visible LEDs are indispensable devices as various display elements. Semiconductor lasers from infrared to red have been developed. This also plays an important role that can be said to be the center of the optical communication and optical information processing equipment fields. These semiconductor light emitting devices are mainly manufactured using a III-V group compound or a mixed crystal semiconductor thereof. As for visible LEDs, the red LED is made of GaP (Zn, O), AlGaAs, GaAsP, the yellow LED is made of GaAsP (N), and the green LED is made of GaP (N).

【発明が解決しようとする課題】 飛躍的な発展を遂げた半導体発光素子の最大の課題は
青色LEDの開発である。 前述のように可視LEDは現在緑色まで開発されている
が、未だ青色LEDが無い。このため各LEDを画素としたカ
ラーデイスプレイが実現していない。 もしも、高輝度の青色LEDが得られれば、高速性、制
御性、信頼性に優れた画期的なデイスプレイ、あるいは
極薄型デイスプレイが開発できる。 青色LEDを得るには広禁制帯幅(Eg>2.6eV)の材料が
必要である。しかも直接遷移型で、低抵抗p、n型が形
成可能であることが望まれる。 現在、GaN、6H−SiC、ZnS、ZnSe、等の結晶が青色発
光素子の材料として研究され、LEDの試作もなされてい
る。 しかしGaN、ZnS、ZnSeは低抵抗p型が得られない。し
たがって良好なpn接合を形成することができない。 6H−SiCは最も有望な材料であるが、間接遷移型のた
め変換効率が悪い。このように既に知られている材料は
それぞれ一長一短があり、高輝度の青色LEDは未だ得ら
れていない。 現在、6H−SiCで作られた発光ダイオードで12mcdの光
出力を得たという報告があり、これが研究室レベルでの
最高値である。 ダイヤモンドは広い禁制帯幅(5.5eV)を持ち、青色
発光素子の材料として期待されている。近年マイクロ波
プラズマCVD法によって高品質のダイヤモンド薄膜が形
成できるようになってきたので、青色発光素子の材料と
しての期待は益々高まりつつある。p型ダイヤモンドは
ホウ素(B)をドープすることによって作られる。これ
は比較的低抵抗である。 しかしダイヤモンドで発光素子を作るにはまだ解決し
なければならない問題が主として二つある。ひとつは低
抵抗n型ダイヤモンドが未だ得られていないということ
である。もう一つの難点はダイヤモンドが間接遷移型半
導体だということである。 このため現在はp型ダイヤモンドと金属との接合を利
用したSchottkyダイオードなどが試作されているだけで
ある。これは順方向に電流を流した時緑〜青色発光する
ことが観察されている。しかし青色発光の輝度は極めて
低い。また駆動電圧が高い(50〜100V)。こういう問題
があって実用的には役に立たない。
The biggest problem of the semiconductor light-emitting device that has made a dramatic progress is the development of a blue LED. As mentioned above, visible LEDs are currently being developed to green, but there is no blue LED yet. Therefore, a color display using each LED as a pixel has not been realized. If a high-brightness blue LED can be obtained, a revolutionary display with high speed, controllability, and reliability, or an ultra-thin display can be developed. To obtain a blue LED, a material with a wide bandgap (Eg> 2.6 eV) is required. In addition, it is desired that a direct transition type and low resistance p and n type can be formed. At present, crystals such as GaN, 6H-SiC, ZnS, and ZnSe have been studied as materials for blue light-emitting devices, and LED prototypes have been made. However, GaN, ZnS, and ZnSe cannot obtain a low-resistance p-type. Therefore, a good pn junction cannot be formed. 6H-SiC is the most promising material, but its conversion efficiency is poor due to the indirect transition type. Thus, each of the already known materials has advantages and disadvantages, and a high-brightness blue LED has not yet been obtained. At present, there is a report that a light emitting diode made of 6H-SiC has obtained a light output of 12mcd, which is the highest value at the laboratory level. Diamond has a wide band gap (5.5 eV) and is expected as a material for blue light emitting devices. In recent years, it has become possible to form a high-quality diamond thin film by the microwave plasma CVD method. Therefore, expectations for a material for a blue light emitting device are increasing. P-type diamond is made by doping boron (B). It has a relatively low resistance. However, there are two main problems that must be solved to make a light-emitting device from diamond. One is that a low-resistance n-type diamond has not yet been obtained. Another drawback is that diamond is an indirect semiconductor. For this reason, at present, only Schottky diodes using a junction of p-type diamond and a metal have been prototyped. This has been observed to emit green to blue light when a forward current is applied. However, the luminance of blue light emission is extremely low. The drive voltage is high (50-100V). These problems make it useless in practice.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本発明は、p型ダイヤモンド結晶の一方の面にp型立
方晶窒化ホウ素(c−BN)結晶を接合し、これとは反対
側のp型ダイヤモンド結晶の面にn型立方晶窒化ホウ素
結晶を接合した半導体ヘテロ接合である。 つまり、n型c−BN/p型ダイヤモンド/p型c−BNのダ
ブルヘテロ接合である。これにより高輝度の青色〜紫外
発光素子を得るものである。c−BNの方がダイヤモンド
より禁制帯幅が大きいのでこのダブルヘテロ構造によっ
てキャリヤの閉じ込めを行うことができる。
In the present invention, a p-type cubic boron nitride (c-BN) crystal is bonded to one surface of a p-type diamond crystal, and an n-type cubic boron nitride crystal is bonded to the opposite surface of the p-type diamond crystal. It is a joined semiconductor heterojunction. That is, it is a double hetero junction of n-type c-BN / p-type diamond / p-type c-BN. Thus, a high-luminance blue-ultraviolet light-emitting element is obtained. Since c-BN has a larger forbidden band width than diamond, carriers can be confined by this double heterostructure.

【作 用】[Operation]

前述のようにダイヤモンドは低抵抗のn型が得られて
いない。 BNはダイヤモンドに似た性質を持つ物質である。例え
ば金属、Si基板の上にCVD法などで形成する。製造条件
により様々な構造のBNが出来る。 立方晶BN(c−BNと略記) 閃亜鉛鉱(ZnS)型の立方晶系構造をとる。 立方晶BN(h−BN) ある面内では6角形上の構造が繰り返しており、この
面が積層して層状の構造になっている。殆どの場合この
h−BNが形成されやすい。 t−BN(乱層構造) B−Nがつながっているが構造が乱れており、ヘキサ
ゴナル構造が乱れたもの。 a−BN(アモルファス) 基板の温度によってアモルファスになることもある このように多様な構造を取るがh−BNはCを骨格とす
るグラファイトに対応し、c−BNはCを骨格とするダイ
ヤモンドに対応するといえる。h−BNは機械的に弱い
が、c−BNはダイヤモンドについて高い硬度を有する。
しかしc−BNは天然に存在せず、全て人工的に作られ
る。ホローカソード放電、反応性イオンビームプレーテ
イング法、反応性パルスプラズマ法、等多くの方法が提
案されている。 前述のようにダイヤモンドは低抵抗のn型が得られな
い。 一方c−BNはより広い禁制帯幅(約7.5eV)を持ち、
p型、n型ともにドーピング可能な材料である。 そこでp型ダイヤモンドとn型c−BNの接合を形成す
ることにより広禁制帯幅のヘテロ接合が得られる。これ
だけであればシングルヘテロであるが、さらにp型ダイ
ヤモンドのn型c−BNとは反対側の面にp型c−BNを接
合することによってダブルヘテロ(DH)構造を形成する
ことができる。 n型c−BN/p型ダイヤモンド/p型c−BNという構造で
ある。 この場合、ダイヤモンドとc−BNの界面特性の良否が
問題になる。ダイヤモンドは格子定数が3.567Åのダイ
ヤモンド型の立方晶系である。c−BNは格子定数が3.61
5Åの閃亜鉛鉱型の立方晶系である。両者を接合したと
きの格子不整合は1.3%と極めて小さい。しかも閃亜鉛
鉱型の、異なる2原子を一種類の原子で置き換えればダ
イヤモンド型になるのでこれらは互いに良く似た結晶構
造である。こういうわけでダイヤモンド/c−BNの接合に
おいて良好な界面特性が得られる。 本発明はこのようなヘテロ接合をダイヤモンド層の両
側に設けたダブルヘテロ構造である。 n型c−BN/p型ダイヤモンド/p型c−BNのDH構造のバ
ンド図を第1図に示す。 右端がp型c−BN、中央がp型ダイヤモンド、左端が
n型c−BNのバンドである。第1図(a)は零バイアス
時、第1図(b)は順バイアス時を示す。p型c−BNの
伝導帯1、価電子帯2の間の下方にフェルミ準位7があ
る。p型ダイヤモンドの伝導帯3、価電子帯4は接合界
面8において前記の伝導帯1、価電子帯2に連続する。 ダイヤモンドよりc−BNの禁制帯幅が広いので、p型
ダイヤモンドの伝導帯3はp型c−BNの伝導帯1より少
し下にある。p型ダイヤモンドの価電子帯4はp型c−
BNの価電子帯2より少し上にある。 n型c−BNの伝導体5、価電子帯6も界面9におい
て、p型ダイヤモンドの伝導帯3、価電子帯4に連続す
る。界面9はpn接合面であるので、伝導帯や価電子帯の
不連続性が著しい。零バイアス時はp型c−BN、p型ダ
イヤモンド、n型c−BNのバンドが階段状になる。 順バイアス時はpn接合面でn型c−BNのバンドが持ち
挙げられる。第1図(b)のようになるとn型c−BNか
らp型ダイヤモンドに電子が注入される。この電子はダ
イヤモンドの禁制帯幅が小さいことから、伝導帯3に有
効に閉じ込められる。一方p型ダイヤモンド中の正孔は
両側のヘテロ接合面の障壁によりダイヤモンドの価電子
帯4に閉じ込められる。 このDH構造では、以下に示す要因によって高輝度の青
色〜紫外発光素子が実現できる。 pn接合が形成されるので順バイアス時に少数キャリ
の注入が著しく促進される。この少数キャリヤの注入は
半導体発光における最重要項目である。少数キャリヤが
注入されることによってpn接合の近傍で発光性の電子正
孔再結合が起こり青色発光する。 前述のダイヤモンドSchottkyダイオードで青色発光す
るが、輝度が低いというのは、Schottky接合では電流が
主として多数キャリヤによって運ばれ少数キャリヤの注
入が極めて少ないため発光性の電子正孔再結合が起こり
難いからである。 DH構造によりキャリヤが活性層であるp型ダイヤモ
ンド領域に閉じ込められる。第1図(b)に示すように
順バイアス時には電子、正孔ともにエネルギーの低いp
型ダイヤモンド領域に閉じ込められて、発光再結合確率
が著しく増大する。 ダイヤモンドの屈折率(2.42)が、c−BNの屈折率
(2.12)より大きいので光もダイヤモンド領域に閉じ込
められる。特に端面発光型の素子の場合にこれは有効な
特質である。 以上に述べた理由により、n型c−BN/p型ダイヤモン
ド/p型c−BNのDH構造によって高輝度の青色〜紫外発光
素子が得られる。 発光素子に限らず、このDHヘテロ接合はダイオード、
トランジスタ等の各種半導体デバイスに応用できる。ダ
イヤモンド、c−BNは機械的強度が大きく、耐熱性に優
れ、ダイヤモンドのキャリヤ移動度が大きいので、耐環
境性、耐熱性、高出力、高速の半導体デバイスを実現す
ることができる。
As described above, diamond does not have a low-resistance n-type. BN is a substance with properties similar to diamond. For example, it is formed on a metal or Si substrate by a CVD method or the like. BN with various structures can be made depending on the manufacturing conditions. Cubic BN (abbreviated as c-BN) A cubic structure of zinc blende (ZnS) type. Cubic BN (h-BN) A hexagonal structure is repeated in a certain plane, and this plane is laminated to form a layered structure. In most cases, this h-BN is easily formed. t-BN (turbostratic structure) A structure in which BN is connected but the structure is disordered, and the hexagonal structure is disordered. a-BN (amorphous) It may become amorphous depending on the temperature of the substrate. However, h-BN corresponds to graphite with C skeleton, and c-BN corresponds to diamond with C skeleton. It can be said that it corresponds. h-BN is mechanically weak, while c-BN has a high hardness for diamond.
However, c-BN does not exist in nature and is all made artificially. Many methods have been proposed, such as hollow cathode discharge, reactive ion beam plating, and reactive pulse plasma. As described above, diamond cannot have a low resistance n-type. On the other hand, c-BN has a wider bandgap (about 7.5 eV),
Both p-type and n-type are dopable materials. Therefore, a heterojunction having a wide band gap can be obtained by forming a junction between p-type diamond and n-type c-BN. This is a single hetero structure, but a double hetero (DH) structure can be formed by bonding the p-type c-BN to the surface of the p-type diamond opposite to the n-type c-BN. It has a structure of n-type c-BN / p-type diamond / p-type c-BN. In this case, the quality of the interface characteristics between diamond and c-BN becomes a problem. Diamond is a diamond-type cubic crystal with a lattice constant of 3.567 °. c-BN has a lattice constant of 3.61
It is a 5% zinc-blende cubic system. Lattice mismatch when both are joined is as small as 1.3%. Moreover, if two different atoms of the zinc blende type are replaced with one type of atom, they become diamond type, so that they have crystal structures very similar to each other. For this reason, good interface characteristics can be obtained in the bonding of diamond / c-BN. The present invention is a double hetero structure in which such a hetero junction is provided on both sides of the diamond layer. FIG. 1 shows a band diagram of the DH structure of n-type c-BN / p-type diamond / p-type c-BN. The right end is p-type c-BN, the center is p-type diamond, and the left end is n-type c-BN. FIG. 1A shows a case of zero bias, and FIG. 1B shows a case of forward bias. There is a Fermi level 7 below between the conduction band 1 and the valence band 2 of p-type c-BN. The conduction band 3 and the valence band 4 of the p-type diamond are continuous with the conduction band 1 and the valence band 2 at the junction interface 8. Since the bandgap of c-BN is wider than that of diamond, the conduction band 3 of p-type diamond is slightly lower than the conduction band 1 of p-type c-BN. The valence band 4 of p-type diamond is p-type c-
It is slightly above the valence band 2 of BN. The conductor 5 and valence band 6 of n-type c-BN are also continuous at the interface 9 with the conduction band 3 and valence band 4 of p-type diamond. Since the interface 9 is a pn junction surface, the discontinuity of the conduction band and the valence band is remarkable. At zero bias, the bands of p-type c-BN, p-type diamond, and n-type c-BN are stepped. At the time of forward bias, an n-type c-BN band is present at the pn junction surface. As shown in FIG. 1B, electrons are injected from n-type c-BN into p-type diamond. These electrons are effectively confined in the conduction band 3 because the forbidden band width of diamond is small. On the other hand, the holes in the p-type diamond are confined in the valence band 4 of the diamond by the barriers at the heterojunction surfaces on both sides. With this DH structure, a high-luminance blue-ultraviolet light-emitting element can be realized due to the following factors. Since a pn junction is formed, the injection of minority carriers is significantly promoted during forward bias. This minority carrier injection is the most important item in semiconductor light emission. By injection of minority carriers, luminescent electron-hole recombination occurs near the pn junction to emit blue light. The above-mentioned diamond Schottky diode emits blue light, but the brightness is low because in the Schottky junction, the current is mainly carried by majority carriers and the injection of minority carriers is extremely small, so that luminescent electron-hole recombination is unlikely to occur. is there. The carrier is confined in the p-type diamond region which is the active layer by the DH structure. As shown in FIG. 1 (b), at the time of forward bias, p and p have low energy for both electrons and holes.
Trapped in the diamond-shaped region, the radiative recombination probability is significantly increased. Since the refractive index (2.42) of diamond is larger than the refractive index (2.12) of c-BN, light is also confined in the diamond region. This is an effective characteristic particularly in the case of an edge-emitting device. For the reasons described above, a blue to ultraviolet light emitting device with high luminance can be obtained by the DH structure of n-type c-BN / p-type diamond / p-type c-BN. This DH heterojunction is not limited to light-emitting elements,
It can be applied to various semiconductor devices such as transistors. Diamond and c-BN have high mechanical strength, excellent heat resistance, and high carrier mobility of diamond, so that it is possible to realize a semiconductor device having environmental resistance, heat resistance, high output, and high speed.

【実 施 例】【Example】

高圧合成p型c−BN基板(Beドープ、抵抗率5×102
Ωcm、1×2mm、厚さ500μm)上にp型ダイヤモンド層
(Bドープ、抵抗率20Ωcm、厚さ0.5μm)を成長させ
た。さらにこの上にn型c−BN層(Siドープ、抵抗率10
Ωcm、厚さ0.7μm)を成長させてDH構造とした。電極
はp型c−BN基板裏面にAuBe電極を、n型c−BN層上面
にAuSi電極を設けた。 第2図はこのDH接合ダイオードの構造の断面図であ
る。p型c−BN基板11の上にp型ダイヤモンド成長層1
2、n型c−BN成長層13があり、上面にAuSi電極15が、
下面にAuBe電極14が設けられている。 ここでダイヤモンド薄膜はマイクロ波プラズマCVD法
によって形成した。成長条件は、 原料ガス CH4、H2、B2H6 ガス圧力 40Torr 基板温度 900℃ マイクロ波電力 350W であった。 またc−BN薄膜はHCD(ホローカソード放電)ガンを
用いた活性化反応性蒸着法により形成した。成長条件
は、 原料 固体ホウ素、N2、H2、SiH4 基板温度 600℃ HCDガン 20V 85A 基板バイアス電圧 −120V である。AuBe電極、AuSi電極は真空蒸着法によって形成
した。 こうして作ったダイオードに順方向に電流を流すと44
0nm付近にピークを持つ青色発光が観測された。 この時の駆動電圧と発光光度の関係を第3図に示す。
横軸は駆動電圧(V)、縦軸は発光光度(mcd)であ
る。第3図には本発明の実施例の他に比較例として、p
型ダイヤモンドとWのSchottky接合ダイオード(第4図
に断面図を示す)の発光特性を示すグラフも並記した。
第4図において絶縁性ダイヤモンド基板21の上に、p型
ダイヤモンド成長層22が形成してあり、その上にW電極
23、Ti電極24が設けてある。 Schottky接合ダイオードの場合、駆動電圧が50〜100V
でやっと0.1mcd〜0.3mcd程度の発光である。 本発明のDH接合ダイオードの場合、4Vの駆動電圧で発
光を始め、7Vの駆動電圧で20〜30mcdの光度が得られ
た。この値は従来6H−SiC LEDで達成された青色発光の
最高光度(12mcd)の2〜3倍という高い値である。 このように低駆動電圧で高光度が得られる原因は、先
述のように、pn接合が形成されたこと、DH構造によって
キャリヤと光の閉じ込めが効果的になされたことによる
ものと考えられる。 各層の結晶性の向上や素子構造の最適化を図ることに
よってさらに高い光度あるいは低駆動電圧が達成される
ものと期待される。 なお、この実施例に係る発光ダイオードでは〜280nm
程度までの紫外発光も観測された。従って適当な作製プ
ロセスや素子構造をとることによって本発明の発光素子
構造から紫外LEDの開発も可能である。例えば不純物を
ダイヤモンドにドープして発光センターを作ったり、電
子線をダイヤモンドに照射することにより空格子点を作
り、これと不純物が複合した発光センターを作ることに
より、短い波長の光を出すことが出来るようにする。 ここでは高圧合成p型c−BN基板上にp型ダイヤモン
ド層、n型c−BN層を成長させた場合について述べた
が、気相合成によるp型c−BNを基板に用いても良い。 また高圧合成あるいは気相合成p型ダイヤモンド基板
上に、p型c−BN層、p型ダイヤモンド層、n型c−BN
層を成長させた物であっても良い。
High-pressure synthetic p-type c-BN substrate (Be-doped, resistivity 5 × 10 2
A p-type diamond layer (B-doped, resistivity 20 Ωcm, thickness 0.5 μm) was grown on Ωcm, 1 × 2 mm, thickness 500 μm). An n-type c-BN layer (Si-doped, resistivity 10
Ωcm, thickness 0.7 μm) to form a DH structure. As the electrodes, an AuBe electrode was provided on the back surface of the p-type c-BN substrate, and an AuSi electrode was provided on the upper surface of the n-type c-BN layer. FIG. 2 is a sectional view of the structure of the DH junction diode. p-type diamond growth layer 1 on p-type c-BN substrate 11
2, there is an n-type c-BN growth layer 13, AuSi electrode 15 on the upper surface,
An AuBe electrode 14 is provided on the lower surface. Here, the diamond thin film was formed by a microwave plasma CVD method. The growth conditions were source gas CH 4 , H 2 , B 2 H 6 gas pressure 40 Torr substrate temperature 900 ° C. microwave power 350 W. The c-BN thin film was formed by an activated reactive vapor deposition method using an HCD (hollow cathode discharge) gun. The growth conditions are: raw material solid boron, N 2 , H 2 , SiH 4 substrate temperature 600 ° C HCD gun 20V 85A substrate bias voltage −120V. AuBe electrodes and AuSi electrodes were formed by vacuum evaporation. When a forward current is applied to the diode thus fabricated, 44
Blue light emission having a peak near 0 nm was observed. FIG. 3 shows the relationship between the driving voltage and the luminous intensity at this time.
The horizontal axis is the driving voltage (V), and the vertical axis is the luminous intensity (mcd). FIG. 3 shows p as a comparative example in addition to the embodiment of the present invention.
A graph showing the light emission characteristics of a Schottky junction diode of type diamond and W (a cross-sectional view is shown in FIG. 4) is also shown.
In FIG. 4, a p-type diamond growth layer 22 is formed on an insulating diamond substrate 21 and a W electrode is formed thereon.
23, a Ti electrode 24 is provided. For Schottky junction diode, drive voltage is 50-100V
Finally, the emission is about 0.1mcd to 0.3mcd. In the case of the DH junction diode of the present invention, light emission started at a driving voltage of 4 V, and luminous intensity of 20 to 30 mcd was obtained at a driving voltage of 7 V. This value is as high as 2 to 3 times the maximum luminous intensity (12 mcd) of blue light emission achieved by the conventional 6H-SiC LED. It is considered that the reason why the high luminous intensity is obtained at the low driving voltage is that the pn junction is formed and the carrier and light are effectively confined by the DH structure, as described above. It is expected that higher luminous intensity or lower driving voltage can be achieved by improving the crystallinity of each layer and optimizing the element structure. The light emitting diode according to this embodiment has a wavelength of ~ 280 nm.
Ultraviolet light emission to the extent was also observed. Therefore, it is possible to develop an ultraviolet LED from the light emitting device structure of the present invention by taking an appropriate manufacturing process and device structure. For example, a light-emitting center can be created by doping impurities into diamond, or a vacancy can be created by irradiating diamond with an electron beam, and a short-wavelength light can be emitted by creating a light-emitting center that combines this with impurities. Make it possible. Here, the case where the p-type diamond layer and the n-type c-BN layer are grown on the high-pressure synthesized p-type c-BN substrate has been described, but p-type c-BN formed by vapor phase synthesis may be used for the substrate. Further, a p-type c-BN layer, a p-type diamond layer, an n-type c-BN
The thing which grew a layer may be sufficient.

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明によれば、n型c−BN/p型ダイヤモンド/p型c
−BNのDH構造を形成するので、従来の青色発光素子より
も1桁低い駆動電圧で約2〜3桁高い光度を有する青色
LEDが得られる。これはpn接合を有すること、p型ダイ
ヤモンド層でキャリヤ、光の閉じ込めを有効に行うこと
ができるからである。 短い波長の光も出るので、適当な作製プロセスを採用
することによって、過去に例のない紫外LEDを実現する
ことができる。 また本発明のDH構造は、整流器、レーザー、トランジ
スタ等の半導体デバイスにも応用できる。この場合耐環
境性、耐熱性、高速、高出力の半導体デバイスを作製す
ることができる。
According to the present invention, n-type c-BN / p-type diamond / p-type c
-Because the BN structure of BN is formed, the blue color having about 2-3 orders of magnitude higher luminous intensity at a driving voltage one order lower than the conventional blue light emitting device
LED is obtained. This is because carriers and light can be effectively confined by having a pn junction and a p-type diamond layer. Since short-wavelength light is also emitted, an unprecedented ultraviolet LED can be realized by adopting an appropriate manufacturing process. Further, the DH structure of the present invention can be applied to semiconductor devices such as rectifiers, lasers, and transistors. In this case, a semiconductor device having environmental resistance, heat resistance, high speed, and high output can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のp型c−BN/p型ダイヤモンド/n型c−
BNよりなるDH構造のバンド図。第1図(a)は零バイア
ス時、第1図(b)は順バイアス時のバンド図である。 第2図は本発明の実施例に係るp型c−BN/p型ダイヤモ
ンド/n型c−BN DH接合ダイオードの断面図。 第3図は本発明の実施例に係るDH接合ダイオードと従来
例のSchottky接合ダイオードの駆動電圧と発光光度の関
係を示すグラフ。 第4図は従来例に係るSchottky接合ダイオードの断面
図。 1……p型c−BNの伝導帯 2……p型c−BNの価電子帯 3……p型ダイヤモンドの伝導帯 4……p型ダイヤモンドの価電子帯 5……n型c−BNの伝導帯 6……n型c−BNの価電子帯 7……フェルミ準位 8……p型ダイヤモンドとp型c−BNの接合界面 9……n型c−BNとp型ダイヤモンドの接合界面 11……p型c−BN基板 12……p型ダイヤモンド成長層 13……n型c−BN成長層 14……AuBe電極 15……AuSi電極 21……絶縁性ダイヤモンド基板 22……p型ダイヤモンド成長層 23……W電極 24……Ti電極
FIG. 1 shows the p-type c-BN / p-type diamond / n-type c- of the present invention.
The band diagram of the DH structure composed of BN. FIG. 1A is a band diagram at the time of zero bias, and FIG. 1B is a band diagram at the time of forward bias. FIG. 2 is a sectional view of a p-type c-BN / p-type diamond / n-type c-BN DH junction diode according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the drive voltage and the luminous intensity of the DH junction diode according to the embodiment of the present invention and the conventional Schottky junction diode. FIG. 4 is a sectional view of a Schottky junction diode according to a conventional example. 1 ... conduction band of p-type c-BN 2 ... valence band of p-type c-BN 3 ... conduction band of p-type diamond 4 ... valence band of p-type diamond 5 ... n-type c-BN 6 conduction band of n-type c-BN 7 Fermi level 8 bonding interface of p-type diamond and p-type c-BN 9 bonding of n-type c-BN and p-type diamond Interface 11 p-type c-BN substrate 12 p-type diamond growth layer 13 n-type c-BN growth layer 14 AuBe electrode 15 AuSi electrode 21 insulating diamond substrate 22 p-type Diamond growth layer 23 W electrode 24 Ti electrode

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】p型ダイヤモンド結晶の一方の面にp型立
方晶窒化ホウ素結晶が接合しており、これとは反対側の
p型ダイヤモンド結晶の面にn型立方晶窒化ホウ素結晶
が接合してあることを特徴とする半導体ヘテロ接合構
造。
A p-type cubic boron nitride crystal is bonded to one surface of a p-type diamond crystal, and an n-type cubic boron nitride crystal is bonded to a surface of a p-type diamond crystal on the opposite side. A semiconductor heterojunction structure, characterized by being provided.
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