JPH01194371A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JPH01194371A JPH01194371A JP63017277A JP1727788A JPH01194371A JP H01194371 A JPH01194371 A JP H01194371A JP 63017277 A JP63017277 A JP 63017277A JP 1727788 A JP1727788 A JP 1727788A JP H01194371 A JPH01194371 A JP H01194371A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- excitons
- monoatomic
- gaas
- layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 90
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 7
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 210000004709 eyebrow Anatomy 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、発光波長を変化させることができ、かつ発光
効率の高い半導体発光素子に関するものである。
効率の高い半導体発光素子に関するものである。
[従来の技術]
化合物半導体を用いて発光ダイオードや半導体レーザー
等の発光素子が作製されている。これら発光素子の発光
波長は、作製に用いる半導体の組成と、作製した構造と
によって決定される。
等の発光素子が作製されている。これら発光素子の発光
波長は、作製に用いる半導体の組成と、作製した構造と
によって決定される。
発光波長の異なる素子を作製する際には、活性層となる
領域の組成を変え、禁制帯の幅を変化させる手法が一般
的である。しかし、組成の変化に伴って格子定数が変化
するため、格子不整合により結晶の質が悪化して、素子
寿命の低下や発光効率の低下等をもたらす。そのため、
格子不整合を緩和する構造を設計することが新たに必要
となる。
領域の組成を変え、禁制帯の幅を変化させる手法が一般
的である。しかし、組成の変化に伴って格子定数が変化
するため、格子不整合により結晶の質が悪化して、素子
寿命の低下や発光効率の低下等をもたらす。そのため、
格子不整合を緩和する構造を設計することが新たに必要
となる。
加えて、結晶成長時における最適条件も組成に応じて変
化するため、結晶成長条件の設定にも多大の労力を必要
とする。
化するため、結晶成長条件の設定にも多大の労力を必要
とする。
素子の基本的な構造と組成に大幅な変更を加えることな
しに、発光波長を変化させることが可能であれば、構造
設計や条件設定に要する時間と労力を節約でき、素子の
信頼性も向上する。
しに、発光波長を変化させることが可能であれば、構造
設計や条件設定に要する時間と労力を節約でき、素子の
信頼性も向上する。
発光の効率を高めるためには、ドナーあるいはアクセプ
ターとなる不純物濃度を高めることが必要である。その
理由は、このような不純物は発光に関与するキャリアの
数を増やすからである。
ターとなる不純物濃度を高めることが必要である。その
理由は、このような不純物は発光に関与するキャリアの
数を増やすからである。
[発明が解決しようとする課題]
しかし、不純物元素は化合物半導体の構成元素と比較す
ると、原子値も原子半径も異なっている。そのため、結
晶欠陥を誘発しやすく、過度にドーピングした場合には
、却って、かかる結晶欠陥のために発光効率は再び減少
する。
ると、原子値も原子半径も異なっている。そのため、結
晶欠陥を誘発しやすく、過度にドーピングした場合には
、却って、かかる結晶欠陥のために発光効率は再び減少
する。
そこで、本発明の目的は、発光素子作製用の化合物半導
体の結晶性を損なうことなく、簡単な構造により発光波
長を変化させ、発光効率を高めるようにした半導体発光
素子を提供することにある。
体の結晶性を損なうことなく、簡単な構造により発光波
長を変化させ、発光効率を高めるようにした半導体発光
素子を提供することにある。
1課題を解決するための手段]
周期律表において同じ族に属する元素をドーパントとし
て用いることがある。間接遷移型の半導体であるガリウ
ムリン(GaP) に窒素をドープしたものが、発光ダ
イオードを作製するために用いられている。その場合、
GaPにおけるリンの格子点の一部を占める窒素原子は
、電子親和力の差により結晶中の電子を引き寄せ、エキ
シトン(励起子)を形成する。このエキシトンが再結合
により消滅する際に発光する。このようにエキシトンを
積極的に形成することにより、発光効率を向上させるこ
とができる。
て用いることがある。間接遷移型の半導体であるガリウ
ムリン(GaP) に窒素をドープしたものが、発光ダ
イオードを作製するために用いられている。その場合、
GaPにおけるリンの格子点の一部を占める窒素原子は
、電子親和力の差により結晶中の電子を引き寄せ、エキ
シトン(励起子)を形成する。このエキシトンが再結合
により消滅する際に発光する。このようにエキシトンを
積極的に形成することにより、発光効率を向上させるこ
とができる。
本発明では、かかる事実の認識の下に、化合物半導体中
に、その構成元素と周期律表において同じ族に属する元
素(以下、同族元素と略す)を用いて、1枚あるいは複
数枚の単原子層を形成する。
に、その構成元素と周期律表において同じ族に属する元
素(以下、同族元素と略す)を用いて、1枚あるいは複
数枚の単原子層を形成する。
すなわち、請求項1の発明は、化合物半導体中に、その
構成元素の一つと周期律表において同じ族に属する元素
で構成される少くとも1層の単原子層を、単独で、また
は連続して、または一定の間隔をおいて埋め込んだ構造
を活性領域としたことを特徴とする 請求項2の発明は、請求項1に記載の構造を超格子構造
におけるバンドギャップの低い層、または量子井戸構造
の井戸層に設けたことを特徴とする。
構成元素の一つと周期律表において同じ族に属する元素
で構成される少くとも1層の単原子層を、単独で、また
は連続して、または一定の間隔をおいて埋め込んだ構造
を活性領域としたことを特徴とする 請求項2の発明は、請求項1に記載の構造を超格子構造
におけるバンドギャップの低い層、または量子井戸構造
の井戸層に設けたことを特徴とする。
[作 用]
発光素子の発光領域にこのように単原子層を配置するこ
とは、波長を変化させ、発光効率を高める効果を持つ。
とは、波長を変化させ、発光効率を高める効果を持つ。
化合物半導体の構成元素の一部をランダムに同族元素と
置き換えた場合、同族元素の比率に応じて禁制帯幅が変
化し、発光波長が変化する。それと同時に、構成元素を
置き換えた領域の格子定数も変化するため、基板や他の
領域との格子不整合が問題となる。
置き換えた場合、同族元素の比率に応じて禁制帯幅が変
化し、発光波長が変化する。それと同時に、構成元素を
置き換えた領域の格子定数も変化するため、基板や他の
領域との格子不整合が問題となる。
ある化合物半導体中に同族元素の単原子層を形成する場
合、ガリウム砒素(GaAs)中のインジウム(In)
のように、原子の半径が大きく異なる場合であっても、
その単原子層は結晶に欠陥を生成しない。しかも、この
単原子層は発光波長を変化させ、かつ発光効率を増加さ
せる効果を持つ。
合、ガリウム砒素(GaAs)中のインジウム(In)
のように、原子の半径が大きく異なる場合であっても、
その単原子層は結晶に欠陥を生成しない。しかも、この
単原子層は発光波長を変化させ、かつ発光効率を増加さ
せる効果を持つ。
複数枚の単原子層を持つ構造においては、原子層の枚数
および原子層間の間隔を変化させることにより、発光波
長が変化する。
および原子層間の間隔を変化させることにより、発光波
長が変化する。
本発明はこれらの新しい発見に基づいて完成したもので
ある。
ある。
単原子層を形成している同族元素の電子親和力が周囲よ
り強い場合には、この原子層は周囲に存在する電子を引
き寄せる力を持つ。電子を引き寄せマイナスに帯電した
原子はクーロン引力により正孔を捕らえ、エキシトン(
励起子)を形成する。このエキシトンは単原子層に2次
元的に束縛されている。エキシトンは電子と正孔との再
結合によって消滅するが、その際に発光する。複数枚の
単原子層がある場合には、原子層間の間隔によりエキシ
トンの束縛状態が変化する。そのため束縛エネルギーが
変化し、エキシトンからの発光波長が変化する。また、
単原子層を形成している同族元素の電子親和力が周囲よ
り弱い場合には、原子層には電子が存在しにくいため正
孔が引き寄せられる。プラスに帯電した原子層はクーロ
ン引力によって電子を捕らえるため、やはり2次元的に
束縛されたエキシトンを形成する。
り強い場合には、この原子層は周囲に存在する電子を引
き寄せる力を持つ。電子を引き寄せマイナスに帯電した
原子はクーロン引力により正孔を捕らえ、エキシトン(
励起子)を形成する。このエキシトンは単原子層に2次
元的に束縛されている。エキシトンは電子と正孔との再
結合によって消滅するが、その際に発光する。複数枚の
単原子層がある場合には、原子層間の間隔によりエキシ
トンの束縛状態が変化する。そのため束縛エネルギーが
変化し、エキシトンからの発光波長が変化する。また、
単原子層を形成している同族元素の電子親和力が周囲よ
り弱い場合には、原子層には電子が存在しにくいため正
孔が引き寄せられる。プラスに帯電した原子層はクーロ
ン引力によって電子を捕らえるため、やはり2次元的に
束縛されたエキシトンを形成する。
束縛されたエキシトンが消滅する際に生じる発光は強く
、高い発光効率が得られる。その−例として、GaPに
窒素をドープしたものは、窒素に束縛されたエキシトン
が発光するため、間接遷移型の半導体であるにも拘らず
、高い発光効率を持つことが挙げられる。
、高い発光効率が得られる。その−例として、GaPに
窒素をドープしたものは、窒素に束縛されたエキシトン
が発光するため、間接遷移型の半導体であるにも拘らず
、高い発光効率を持つことが挙げられる。
超格子構造あるいは量子井戸構造の井戸層内に同族元素
の単原子層を形成することは、井戸内に閉じ込められて
いる電子あるいは正孔をさらに引き寄せ、井戸内のある
部分に束縛する効果がある。このような効果は井戸層や
障壁層の厚さを変化させることなくエキシトンの束縛エ
ネルギーを変化させること、すなわち発光波長を変化さ
せることを可能にする。
の単原子層を形成することは、井戸内に閉じ込められて
いる電子あるいは正孔をさらに引き寄せ、井戸内のある
部分に束縛する効果がある。このような効果は井戸層や
障壁層の厚さを変化させることなくエキシトンの束縛エ
ネルギーを変化させること、すなわち発光波長を変化さ
せることを可能にする。
本発明による発光素子の作製においては、発光傾城とな
る化合物半導体中に同族元素の単原子層を形成する。単
原子層の枚数と、その層間の間隔を変化させることによ
り、格子欠陥を話発せず、発光領域の全体としての格子
定数を変化させることなく、波長を変化させることが可
能となる。また、同族元素の原子層に2次元的に束縛さ
れたエキシトンが発光するため、高い発光効率が得られ
た。
る化合物半導体中に同族元素の単原子層を形成する。単
原子層の枚数と、その層間の間隔を変化させることによ
り、格子欠陥を話発せず、発光領域の全体としての格子
定数を変化させることなく、波長を変化させることが可
能となる。また、同族元素の原子層に2次元的に束縛さ
れたエキシトンが発光するため、高い発光効率が得られ
た。
[実施例]
以下に、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。
以下に述べる本発明の実施例1.2および3では、Ga
As中にGaと同族元素であるInを用いて、単原子層
を形成した。ここでIn原子はGaAs中でGaの格子
点を占める。単原子層を持つ構造の作製にはFME(F
low rate Modulation Epita
xy)法を用いた。FME法はMOCVD法を基礎とし
ており、III族原料ガスとV族原料ガスとを交互に供
給して結晶を成長させる方法である。FME法によれば
、成長中、常に成長界面を原子レベルで平坦に保つこと
ができ、良質な単原子層が形成できる。
As中にGaと同族元素であるInを用いて、単原子層
を形成した。ここでIn原子はGaAs中でGaの格子
点を占める。単原子層を持つ構造の作製にはFME(F
low rate Modulation Epita
xy)法を用いた。FME法はMOCVD法を基礎とし
ており、III族原料ガスとV族原料ガスとを交互に供
給して結晶を成長させる方法である。FME法によれば
、成長中、常に成長界面を原子レベルで平坦に保つこと
ができ、良質な単原子層が形成できる。
すなわち、本実施例では、III族原粗原料てトリエチ
ルガリウム(TEG) とトリエチルガリウム(TEI
)を、V族原料としてアルシンC砒化水素)を用いてF
ME法を適用し、III族およびV族の原料ガスをそれ
ぞれ1秒ずつ供給し、これを1サイクルとした。ここで
、1サイクル当りの成長量が1原子層分になるように、
原料ガスの流量を設定した。
ルガリウム(TEG) とトリエチルガリウム(TEI
)を、V族原料としてアルシンC砒化水素)を用いてF
ME法を適用し、III族およびV族の原料ガスをそれ
ぞれ1秒ずつ供給し、これを1サイクルとした。ここで
、1サイクル当りの成長量が1原子層分になるように、
原料ガスの流量を設定した。
なお、TEGに代えてTEIを1サイクル供給すると、
Inの単原子層が形成される。
Inの単原子層が形成される。
実施例1.2
第1図に本発明の実施例1としてのGaAsPN接合ダ
イオードの層構造を示す。ここでは、GaAs発光層に
In単原子層を1枚埋め込んでPN接合ダイオードを構
成する。
イオードの層構造を示す。ここでは、GaAs発光層に
In単原子層を1枚埋め込んでPN接合ダイオードを構
成する。
第1図において、1はオーミック電極、2はn型のGa
As基板であり、この基板1の一方の主面に電極1を被
着する。3はn型にドープしたGaAsエピタキシャル
層、4はノンドープGaAsエピタキシャル層、5はI
n単原子層、6はノンドープGaAs層、7はp型にド
ープしたGaAsエピタキシャル層であり、これら各層
3〜7をこの順序で基板2の他方の主面上に配置する。
As基板であり、この基板1の一方の主面に電極1を被
着する。3はn型にドープしたGaAsエピタキシャル
層、4はノンドープGaAsエピタキシャル層、5はI
n単原子層、6はノンドープGaAs層、7はp型にド
ープしたGaAsエピタキシャル層であり、これら各層
3〜7をこの順序で基板2の他方の主面上に配置する。
8はオーミック電極であり、層7の上に配置する。
第2図は本発明の実施例2として、AlGa八5−へa
As量子井戸構造の井戸部分にInの単原子層を埋め込
んだダブルへテロ(DH)型ダイオードの層構造を示す
。
As量子井戸構造の井戸部分にInの単原子層を埋め込
んだダブルへテロ(DH)型ダイオードの層構造を示す
。
第2図において、1はオーミック電極、2はn型のGa
As基板であり、この基板1の一方の主面に電8i1を
被着する。13はn型にドープしたAlGaAsエピタ
キシャル層、4はノンドープGaAsエピタキシャル層
、5はIn単原子層、6はノンドープGaAs層、17
はp型にドープしたAlGaAsのエピタキシャル層、
19はGaAsキャップ層であり、これら各層13、4
. 5. 6.17.19をこの順序で基板2の他方の
主面上に配置する。8はオーミック電極であり、層19
の上に配置する。
As基板であり、この基板1の一方の主面に電8i1を
被着する。13はn型にドープしたAlGaAsエピタ
キシャル層、4はノンドープGaAsエピタキシャル層
、5はIn単原子層、6はノンドープGaAs層、17
はp型にドープしたAlGaAsのエピタキシャル層、
19はGaAsキャップ層であり、これら各層13、4
. 5. 6.17.19をこの順序で基板2の他方の
主面上に配置する。8はオーミック電極であり、層19
の上に配置する。
次に、以上に示した実施例1および2の構造の特性を以
下に説明する。
下に説明する。
第3図はGaAs層4.6中にInJIL原子層5を埋
め込んだ実施例1の構造における活性層の液体ヘリウム
を用いた低温(2に)での発光特性である実施例1およ
び2では、第3図かられかるように、GaAsのみ成長
させた通常の試料によるスペクトルII(発光強度は1
00倍して示しである)と本発明の実施例1の場合のス
ペクトルIとを比較すると、本発明の場合には、従来例
には見られない、非常に強く、半値幅の小さい発光が観
測された。この発光の半値幅は通常の不純物による発光
の半値幅に比べて、遥かに小さい。また、Inの単原子
層5が関与した発光より高エネルギー側にGaAsのエ
キシトンによる発光が観測されている。このGaAsか
らの発光は、強度および半値幅共に、FME法により作
製したノンドープGaAsからの発光に匹敵する。これ
は、In単原子層5を成長した後にこのIn層5より上
に成長したGaAs層6が、格子欠陥を含まず良質であ
ることを示している。
め込んだ実施例1の構造における活性層の液体ヘリウム
を用いた低温(2に)での発光特性である実施例1およ
び2では、第3図かられかるように、GaAsのみ成長
させた通常の試料によるスペクトルII(発光強度は1
00倍して示しである)と本発明の実施例1の場合のス
ペクトルIとを比較すると、本発明の場合には、従来例
には見られない、非常に強く、半値幅の小さい発光が観
測された。この発光の半値幅は通常の不純物による発光
の半値幅に比べて、遥かに小さい。また、Inの単原子
層5が関与した発光より高エネルギー側にGaAsのエ
キシトンによる発光が観測されている。このGaAsか
らの発光は、強度および半値幅共に、FME法により作
製したノンドープGaAsからの発光に匹敵する。これ
は、In単原子層5を成長した後にこのIn層5より上
に成長したGaAs層6が、格子欠陥を含まず良質であ
ることを示している。
第4図は実施例1によるPN接合ダイオードの活性層に
おける液体窒素温度(77K)での発光特性を示す。こ
こで、右側のスペクトルIはIn単原子層を持つ実施例
1の素子の場合を示し、左側のスペクトルIIは同一条
件で成長したGaAsのみの従来例の素子からのスペク
トルである。In単原子層を持つ素子は持たない素子に
比べて強い発光を示した。また、発光波長も長波長側に
シフトしている。なお、発光効率の向上は室温での測定
によっても確認されている。
おける液体窒素温度(77K)での発光特性を示す。こ
こで、右側のスペクトルIはIn単原子層を持つ実施例
1の素子の場合を示し、左側のスペクトルIIは同一条
件で成長したGaAsのみの従来例の素子からのスペク
トルである。In単原子層を持つ素子は持たない素子に
比べて強い発光を示した。また、発光波長も長波長側に
シフトしている。なお、発光効率の向上は室温での測定
によっても確認されている。
InはGaに比べ電子親和力が大きいため、電子を引き
寄せ、エキシトンを形成する。この2次元的に束縛され
たエキシトンが、再結合によって消滅する際に強い発光
を示す、また、エキシトンの束縛エネルギー分だけ、発
光波長を長波長側へ変化させる。
寄せ、エキシトンを形成する。この2次元的に束縛され
たエキシトンが、再結合によって消滅する際に強い発光
を示す、また、エキシトンの束縛エネルギー分だけ、発
光波長を長波長側へ変化させる。
InAsはGaAsより7.4%格子定数が大きい、こ
の7.4%という差は、GaPとGaAsの3.4%、
InPとInAsの3.2%、GaAsと^IAsの0
.2%等、他の化合物半導体の組合わせにおける差より
も大きい0本発明によれば、GaAs中のIn単原子層
が結晶に欠陥を誘発しないことが明らかとなった。した
がって、他の化合物半導体の組合せにおいても、単原子
層を含まないものと同程度の良質の結晶が得られる。
の7.4%という差は、GaPとGaAsの3.4%、
InPとInAsの3.2%、GaAsと^IAsの0
.2%等、他の化合物半導体の組合わせにおける差より
も大きい0本発明によれば、GaAs中のIn単原子層
が結晶に欠陥を誘発しないことが明らかとなった。した
がって、他の化合物半導体の組合せにおいても、単原子
層を含まないものと同程度の良質の結晶が得られる。
このように化合物半導体中の同族元素の単原子層によっ
て、結晶の質を劣化させることなく発光波長を変化させ
、発光効率を向上させることが可能である。
て、結晶の質を劣化させることなく発光波長を変化させ
、発光効率を向上させることが可能である。
実施例3
実施例1と同一条件で、GaAs発光層中にIn単原子
層を2層有する構造を作製した。ここで、残余の構造は
第1図と同様とした。この2層のIn単原子層はN層(
Nは2枚のIn単原子層の間の距離をGaAsの層数で
表したものであり、2以上の正整数である。)のGaA
s層で離隔されている。
層を2層有する構造を作製した。ここで、残余の構造は
第1図と同様とした。この2層のIn単原子層はN層(
Nは2枚のIn単原子層の間の距離をGaAsの層数で
表したものであり、2以上の正整数である。)のGaA
s層で離隔されている。
第5図に層数Nを種々変えた場合のかかる構造の低温(
2に)における発光特性を示す。In原子層間の距離に
相当するNを減少させると、発光波長は長波長側へと変
化した。発光波長は大幅に変化しているが、Nが10以
上であれば発光強度には大きな変化が見られなかった。
2に)における発光特性を示す。In原子層間の距離に
相当するNを減少させると、発光波長は長波長側へと変
化した。発光波長は大幅に変化しているが、Nが10以
上であれば発光強度には大きな変化が見られなかった。
これより、In単原子層の間隔がlO層程度以上あれば
、InとGaの原子半径の差による欠陥は生じないもの
と考えられる。
、InとGaの原子半径の差による欠陥は生じないもの
と考えられる。
単原子層が2層以上存在し、その距離がエキシトンの半
径より小さい場合、エキシトンは両方の原子層に束縛さ
れるものと考えられる。複数の原子層に束縛される場合
は、1層の単原子層に束縛される場合に比べ、エキシト
ンは安定な状態で存在する。そのため、エキシトンの束
縛エネルギーが増加し、発光波長は長波長側に変化する
。また、単原子層の間隔が小さい場合は、より狭い領域
にエキシトンを束縛することになり、束縛エネルギーが
より大きくなる。したがって単原子層間の距離を変化さ
せることによって、発光波長を変化させることが可能で
ある。
径より小さい場合、エキシトンは両方の原子層に束縛さ
れるものと考えられる。複数の原子層に束縛される場合
は、1層の単原子層に束縛される場合に比べ、エキシト
ンは安定な状態で存在する。そのため、エキシトンの束
縛エネルギーが増加し、発光波長は長波長側に変化する
。また、単原子層の間隔が小さい場合は、より狭い領域
にエキシトンを束縛することになり、束縛エネルギーが
より大きくなる。したがって単原子層間の距離を変化さ
せることによって、発光波長を変化させることが可能で
ある。
なお、上述した実施例1または2の単原子層を連続して
数層、たとえば2〜3層連続して配置することもできる
。
数層、たとえば2〜3層連続して配置することもできる
。
あるいはまた、実施例2と同様にして、量子井戸構造が
多数配置されてなる超格子構造におけるバンドギャップ
の低い側の層に、単独のまたは連続した複数層の単原子
層、あるいは一定の間隔をおいて設けた複数層の単原子
層を設けることもできる。
多数配置されてなる超格子構造におけるバンドギャップ
の低い側の層に、単独のまたは連続した複数層の単原子
層、あるいは一定の間隔をおいて設けた複数層の単原子
層を設けることもできる。
[発明の効果]
以上説明したところから明らかなように、本発明によれ
ば、化合物半導体中に同族元素の単原子層を埋め込むこ
とにより、エキシトンを2次元的に束縛し、それによっ
て発光効率を向上させることが可能である。しかもまた
、複数の単原子層を形成し、眉間の距離を変化させるこ
とにより発光波長を変化させることが可能である。
ば、化合物半導体中に同族元素の単原子層を埋め込むこ
とにより、エキシトンを2次元的に束縛し、それによっ
て発光効率を向上させることが可能である。しかもまた
、複数の単原子層を形成し、眉間の距離を変化させるこ
とにより発光波長を変化させることが可能である。
第1図および第2図は、本発明の2実施例として、Ga
As発光層にIn車原子面を埋め込んだPN接合ダイオ
ード、および^1GaAs−GaAs量子井戸構造にI
n単原子層を埋め込んだダブルへテロダイオードを、そ
れぞれ、示す断面図、 第3図は、GaAs中にInの単原子層面が1枚形成さ
れている実施例1の構造についての低温(2に)での発
光スペクトルを従来例と対比して示す発光特性図、 第4図は、GaAs中にInの単原子層面が1枚形成さ
れている実施例1の構造についての液体窒素温度(77
K)での発光スペクトルを比較のために同一条件で成長
したノンドープGaAsのスペクトルと併せて示す発光
特性図、 第5図はGaAs中に2枚のIn単原子層を持つ構造の
実施例についての低温(2に)での発光スペクトルを示
す発光特性図である。
As発光層にIn車原子面を埋め込んだPN接合ダイオ
ード、および^1GaAs−GaAs量子井戸構造にI
n単原子層を埋め込んだダブルへテロダイオードを、そ
れぞれ、示す断面図、 第3図は、GaAs中にInの単原子層面が1枚形成さ
れている実施例1の構造についての低温(2に)での発
光スペクトルを従来例と対比して示す発光特性図、 第4図は、GaAs中にInの単原子層面が1枚形成さ
れている実施例1の構造についての液体窒素温度(77
K)での発光スペクトルを比較のために同一条件で成長
したノンドープGaAsのスペクトルと併せて示す発光
特性図、 第5図はGaAs中に2枚のIn単原子層を持つ構造の
実施例についての低温(2に)での発光スペクトルを示
す発光特性図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)化合物半導体中に、その構成元素の一つと周期律表
において同じ族に属する元素で構成される少くとも1層
の単原子層を、単独で、または連続して、または一定の
間隔をおいて埋め込んだ構造を活性領域としたことを特
徴とする半導体発光素子。 2)請求項1に記載の前記構造を超格子構造におけるバ
ンドギャップの低い層、または量子井戸構造の井戸層に
設けたことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1727788A JPH084150B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1727788A JPH084150B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01194371A true JPH01194371A (ja) | 1989-08-04 |
JPH084150B2 JPH084150B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=11939485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1727788A Expired - Fee Related JPH084150B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH084150B2 (ja) |
-
1988
- 1988-01-29 JP JP1727788A patent/JPH084150B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH084150B2 (ja) | 1996-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8502266B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
CN108028300B (zh) | 氮化物半导体发光元件 | |
JP5940069B2 (ja) | 発光するナノワイヤー系光電子デバイス | |
US5523589A (en) | Vertical geometry light emitting diode with group III nitride active layer and extended lifetime | |
US8692228B2 (en) | Semiconductor light emitting device and wafer | |
US6608328B2 (en) | Semiconductor light emitting diode on a misoriented substrate | |
US7737451B2 (en) | High efficiency LED with tunnel junction layer | |
KR101466674B1 (ko) | 방사선을 방출하는 반도체 몸체 | |
US8901595B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
US20150060762A1 (en) | Semiconductor light emitting device including hole injection layer | |
US8338820B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
US8546846B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
US20070278474A1 (en) | Semiconductor light emitting element | |
US20220367754A1 (en) | Monolithic color-tunable light emitting diodes and methods thereof | |
US20130069035A1 (en) | Semiconductor light emitting device | |
JPH01194371A (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH0738460B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2680762B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP3635727B2 (ja) | 半導体発光ダイオード | |
JP2001189491A (ja) | AlGaInP発光ダイオード | |
JPS61137383A (ja) | 光半導体装置 | |
JP4055794B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
KR20240133214A (ko) | 디스플레이용 반도체 광원 및 그 제조 방법 | |
RU2370857C1 (ru) | Полупроводниковая светоизлучающая гетероструктура | |
JP2004297060A (ja) | 発光ダイオード素子とその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |