JP2755940B2 - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に使用
される発光素子に関し、更に詳述すればp型ZnTe及び
n型ZnSeを利用する発光素子に関するものである。 【0002】 【従来の技術】発光ダイオード等の発光素子を発光させ
るためには、少数のキャリアを注入する必要があり、少
数のキャリアを効率良く注入できるp−n接合を同一結
晶内に形成した発光ダイオードが知られている。ところ
が、ZnSe、ZnTe等の場合、n型ZnSe、p型Z
nTeは容易に形成されるがp型ZnSe、n型ZnT
eの製造は困難であるという難点があった。 【0003】このため、p−n接合に代わって特開昭5
9−16393号公報に開示されている如くMIS構造
を有するダイオードが作られているが、このMIS構造
の発光ダイオードでは少数のキャリアの注入効率が悪
く、実用化できる程度の十分な発光強度を得ることがで
きなかった。 【0004】そこで、ヘテロ接合によるp−n接合が考
えられ、ZnSeと結晶構造が類似し、しかもバンドギ
ャップが大きいZnTeをZnSeの接合の相手とする
発光ダイオードが提案された。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】p型ZnTe21とn
型ZnSe22とのヘテロ接合23のエネルギーバンド
の構造は図7(a)に示す如く、コンダクションバンド
24側で約0.5eVのエネルギーギャップが生じ、バ
レンスバンド側で約0.8eVのエネルギーギャップが
生じる。 【0006】このため斯かる接合に順方向バイアスを印
加したとしても、図7(b)に示す如くバンドの不連続
のためp型ZnTe21の正孔はn型ZnSe22には
注入されず、かつn型ZnSe22の電子もp型ZnT
e21に注入されず、接合23上で再結合することとな
るので約1.8eVのエネルギーを有する赤色発光しか
得られない。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、互いにバンド
キャップが異なる第1、第2の半導体と、これら第1、
第2の半導体の間に位置し、電圧未印加時に階段状また
はスロープ状の量子準位を有する、上記第1、第2の半
導体と夫々略同じ組成の層の交互層からなる超格子とか
らなり、前記超格子は、前記交互層のうち少なくとも一
方の層の層厚の変化により、順方向電圧印加時に前記超
格子中のバレンスバンド側の量子準位又はコンダクショ
ンバンド側の量子準位が略一直線上になるように構成さ
れたことを特徴とする。 【0008】 【発明の実施の形態】図1は本発明に係る発光素子(以
下本発明装置という)の一実施例を示す模式図である。 【0009】発光素子、例えば発光ダイオード1は、p
型ZnTe層2上にZnTe−ZnSe超格子3を形成
し、更にこのZnTe−ZnSe3上にn型ZnSe層
4を形成した構造である。ZnTe−ZnSe超格子3
は、ZnSe層5a、5b、…5iとZnTe層6a、
6b、…6iとを交互に9層ずつ積層した構造をなし、
ZnSe層5a、5b、…5iの膜厚は何れの層も5
0Åであり、 ZnTe層6a、6b、…6iの層厚は
n型ZnSe層4に近い部分の層から順に夫々3Å、6
Å、9Å、12Å、15Å、18Å、24Å、30Å、
50Åである。 【0010】図2はこの発光ダイオード1のエネルギー
バンドの構造を示したものであり、p型ZnTe層2は
n型ZnSe層4に比べてそのバンドギャップがコンダ
クションバンド7側で約0.5eV小さく、バレンスバ
ンド8側で約0.8eV小さく、またZnTe−ZnS
e超格子3のバレンスバンド8側の各障壁間(量子井
戸)にはエネルギー差の小さい階段状の量子準位(図示
せず)が生じている。 【0011】そして、発光ダイオード1の順方向に電圧
を印加すると、ZnTe−ZnSe超格子3中のバレン
スバンド8側の各障壁間に生じる量子準位が略一直線上
に並ぶため、図3に示す如くトンネル効果により上記各
障壁を通過したp型ZnTe層2内の正孔9は上記準位
を通ってn型ZnSe層4に効率良く注入される。この
結果、n型ZnSe層4内の電子10と結合し、n型Z
nSe層4において約2.6eVのエネルギーを有する
十分な光量の青色光が発生する。尚、ZnTe−ZnS
e超格子3中のコンダクションバンド7側の各障壁間に
も量子準位は発生するが、上記順方向電圧印加時に斯か
る準位は直線的に並ばないため、n型ZnSe層4内の
電子10はp型ZnTe層2には注入され難い。 【0012】図4は本発明に係る発光素子の他の実施例
を示す模式図である。 【0013】発光素子、例えば発光ダイオード11はn
型ZnSe層12上にZnTe−ZnSe超格子13を
形成し、更にこのZnTe−ZnSe超格子13上にp
型ZnTe層14を形成した構造である。ZnTe―Z
nSe超格子13はZnTe層15a、15b、…15
iとZnSe層16a、16b、…16iとを交互に9
層ずつ積層した構造をなし、 ZnTe層15a、15
b、…15iの膜厚は何れの層も50Åであり、 Zn
Se層16a、16b、…16iの膜厚はp型ZnTe
層14に近い部分の層から順に、つまりZnSe層16
a、16b、…16iの順に夫々3Å、6Å、9Å、1
2Å、15Å、18Å、24Å、30Å、50Åであ
る。 【0014】図5はこの発光素子11のエネルギーバン
ド構造を示したものであり、第1の実施例と同様にp型
ZnTe層14はn型ZnSe層12に比べてそのバン
ドギャップがコンダクションバンド7側で約0.5eV
小さく、バレンスバンド8側で約0.8eV小さく、ま
たZnTe−ZnSe超格子13のコンダクションバン
ド7側の各障壁間(量子井戸)にはエネルギー差の小さ
い階段状の量子準位が生じている。 【0015】そして、発光素子11の順方向に電圧を印
可すると、ZnTe−ZnSe超格子13中のコンダク
ションバンド7側の各障壁間に生じる量子準位が略一直
線上に並ぶため、図6に示す如くトンネル効果により上
記各障壁を通過したn型ZnSe層12内の電子10は
上記準位を通ってp型ZnTe層14に効率良く注入さ
れる。この結果、p型ZnTe層14内の正孔9と結合
し、p型ZnTe層14内において約2.3eVのエネ
ルギーを有する十分な光量の緑色光が発生する。尚、上
記順方向電圧の印加時には、ZnTe−ZnSe超格子
13中のバレンスバンド8側の各障壁間にも量子準位は
発生するが、斯かる準位は直線的に並ばないため、p型
ZnTe層14内の正孔はn型ZnSe層12には注入
され難い。 【0016】上記2つの実施例では順方向電圧印加時に
超格子中のバレンスバンドもしくはコンダクションバン
ド側の量子準位のいずれか一方を直線的に並ぶように構
成し、正孔もしくは電子の注入効率を上げ、青色もしく
は緑色光を得るようにしたが、順方向電圧印加時に超格
子中のバレンスバンド及びコンダクションバンドの両側
の量子準位がいずれも直線的に並ぶように超格子中のZ
nTeとZnSeとの膜厚を適宜選択することもでき
る。斯かる構成によればp型ZnTe層の正孔はn型Z
nSe層に注入され、n型ZnSe層の電子はp型Zn
Te層に注入されるため、p型ZnTe層及びn型Zn
Se層において同時に再結合発光が生じ、青色と緑色と
の混合色が得られる。 【0017】 【発明の効果】本発明の発光素子は、互いにバンドギャ
ップが異なる第1、第2の半導体と、これら第1、第2
の半導体間に位置し、電圧未印加時に階段状またはスロ
ープ状の量子準位を有する、上記第1、第2の半導体と
夫々略同じ組成の層の交互層からなる超格子からなり、
前記超格子は、順方向電圧印加時に前記超格子中のバレ
ンスバンド側の量子準位又はコンダクションバンド側の
量子準位が略一直線上になるように構成されるので、第
1の半導体から第2の半導体への正孔又は電子の注入効
率が大きくなる。尚、第1、第2の半導体が共にp型又
はn型であり、バンドギャップが異なるために生じるバ
ンド不連続が原因で正孔又は電子の注入効率が小さい場
合においても、本発明により注入効率が大きくなる。従
って、例えば、p型半導体からn型半導体への正孔の注
入又はn型半導体からp型半導体への電子の注入が効率
良く行われるので、n型半導体又はp型半導体におい
て、各バンドギャップに相当する波長の光が十分に発生
する。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1実施例を示す断面図である。 【図2】第1の実施例におけるバンド構造の一例を示す
模式図である。 【図3】第1の実施例におけるバンド構造の他の例を示
す模式図である。 【図4】本発明の第2実施例を示す断面図である。 【図5】第2の実施例におけるバンド構造の一例を示す
模式図である。 【図6】第2の実施例におけるバンド構造の他の例を示
す模式図である。 【図7】従来例を説明するための模式図である。 【符号の説明】 1、11 発光素子 2、14 p型ZnSe層 3、13 ZnTe−ZnSe超格子 4、12 n型ZnSe層

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.互いにバンドキャップが異なる第1、第2の半導体
    と、これら第1、第2の半導体の間に位置し、電圧未印
    加時に階段状またはスロープ状の量子準位を有する、上
    記第1、第2の半導体と夫々略同じ組成の層の交互層か
    らなる超格子とからなり、前記超格子は、前記交互層の
    うち少なくとも一方の層の層厚の変化により、順方向電
    圧印加時に前記超格子中のバレンスバンド側の量子準位
    又はコンダクションバンド側の量子準位が略一直線上に
    なるように構成されたことを特徴とする発光素子。
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CN103219438A (zh) * 2013-04-08 2013-07-24 合肥彩虹蓝光科技有限公司 改善应力释放和载流子存储的发光二极管浅阱生长方法
DE102013104351B4 (de) * 2013-04-29 2022-01-20 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Halbleiterschichtenfolge und Verfahren zum Betreiben eines optoelektronischen Halbleiterchips

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