JPH0268968A - 化合物半導体発光素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は化合物半導体発光素子に関し、特に紫外光発光
素子であるＩ［−Ｖｌ族化合物半導体発光素子に関する
。

（従来の技術） 短波長の紫外光を発光し得る化合物半導体発光素子は９
通常、ナイトライド系Ｉ−Ｖ族半導体化合物である窒化
アルミニウム（ＡＩＮ）や窒化はう素（ＢＮ）を用いて
製造されている。

第５図にＡＩＮを用いた金属−半導体（ＭＳ）構造の半
導体化合物発光素子の一例を示す。この発光素子は、　
　ＡＩＮ半導体５１に、ニオブ（Ｎｂ）を用いた金属電
極５２と、Ａｌを用いた金属電極５３とを配設したもの
である。このような構造の発光素子は、Ａｌｌ導体５１
が１０００Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有するため。

数１０Ｖ〜１００■程度の電圧を印加すると、０．１〜
２０ｍＡ程度の電流が流れ、　　２１５ｎｍ程度から５
００ｎｍにわたる広い波長範囲の発光が可能である。

第６図にＢＮを用いたｐｎ接合型の発光素子の一例を示
す。該発光素子は、　Ｓｔを添加したｎ型ＢＮ半導体６
１と、　Ｂｅを添加したｐ型ＢＮ半導体６２とを、超高
圧高温下で成長させ、ｎ型ＢＮ半導体６１およびｐ型Ｂ
Ｎ半導体６２に銀ペースト電極６３および６４をそれぞ
れ設けたものである。このような発光素子に、数１０Ｖ
以上の電圧を印加すると、０．１〜３ｍＡの電流が流れ
、その結果、　　２１５ｎｍ〜６００ｎｍ程度の広い波
長範囲にわたっての発光が可能である。

（発明が解決しようとする課題） 第５図に示す発光素子に使用されるＡＩＮ半導体は、基
板結晶を形成することが容易でないという問題がある。

このため、＾ＩＮ半導体として、サフアイア（Ａｌ２Ｏ
２）等の基板上にＡＩＮを堆積して、　　ＡＩＮ膜を形
成しており、結晶品質は極めて悪い。

また、第６図に示す発光素子に使用されるＢＮ半導体も
、基板結晶を形成することができず、このために、高圧
高温化でほぼＩＭ径程度の微小結晶にまで成長させ、こ
の結晶粒に電極を形成して素子化している。

このように、　＾ＩＮ半導体、　ＢＮ半導体では通常用
いられている液相成長法、気相成長法１分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等
のエピタキシャル成長法により高品質結晶を成長させる
ことができず、そのために、結晶性に優れたエピタキシ
ャル単結晶を得ることが極めて困難である。従って、こ
のような半導体材料を使用した発光素子は、数１０■と
いう高電圧を必要とし。

しかも発光波長も極めて広範囲にわたり、さらには輝度
が低いという欠点がある。その結果、波長選択性および
発光効率に優れた発光特性を有する紫外光発光素子を得
ることができない。

このような、ナイトライド系■−Ｖ族半導体化合物に対
し、ＩＩ−Ｖｌ族半導体化合物であるＺ　ｎ　Ｓ　＋Ｚ
ｎＳｘＳｅ１−ｘ等は直接遷移型のエネルギーギヤ・ノ
ブを有し、　ＺｎＳでは室温において約３．７ｅＶ　（
約３４０ｒ＋ｎ＋）　。

Ｚｎ５ｏ、　？５ＳｅＯ，Ｚ！ｉでは室温において約２
．９５　ｅＶ　（約４２０　ｎｍ）　という高いエネル
ギーギャップを有する。

しかもＺｎ５ｘＳｅ＋−ｘでは、Ｓの組成比Ｘを０．７
５から０．９５までに変化させることにより、　４２０
ｎｍから３４０ｎｍまで紫外光の波長範囲を任意に選択
できる。このように、　　ＺｎＳ、　ＺｎＳｘＳｅ１−
ｘは紫外光発光素子の材料として好適であると考えられ
ている。

しかしながら、このようなＺｎＳ＋　Ｚｎ５ＸＳｅ＋−
Ｘ　。

さらにはＺｎ５ｅ等のｌｌ−Ｖｌ族化合物半導体は、エ
ピタキシャル成長用基板として、　ＧａＡｓ、　ＧａＰ
、　Ｓｉ等が用いられており、このような基板上にＺｎ
Ｓ、　Ｚｎ５ｅ＋Ｚｎ５ｘＳｅＩ−ｘを高品質のエピタ
キシャル結晶として成長させることができず、その結果
、得られる発光素子は紫外光を高効率にて制御性良く発
光させることができない。

本発明は上記従来の問題を解決するものでありその目的
は、波長選択性に優れ、高輝度の紫外光を高効率で発光
し得る化合物半導体発光素子を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の化合物半導体発光素子は、ＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体の結晶基板上に、　　ＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体
の導電層９発光層、電流注入層がエピタキシャル成長に
より順次積層されていることを特徴としてなり、そのこ
とにより上記目的が達成される。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の化合物半導体発光素子は、第１図に示すように
、ｎ型ＺｎＳ単結晶基板１１上に、ｎ型ＺｎＳ導電層１
２．ｎ型ＺｎＳ発光層１３．および紫外光透過性のＺｎ
Ｓ高抵抗電流注入層１４が順次エピタキシャル成長によ
り積層されている。そして、ｎ型ＺｎＳ単結晶基板１１
には、負極を形成する金属電極１５が配設されており、
また、　　ＺｎＳ高抵抗電流注入層１４には、電流注入
用金属電極１６が配設されている。

そして、該電流注入用金属電極１６およびＺｎＳ高抵抗
電流注入ｌ１１４は、該金属電極１６の接続端子部を除
いて紫外光透過保護膜１７で覆われている。

ｎ型ＺｎＳ単結晶基板１１は、にさ２００〜５００　ｕ
ｍ程度であり、その抵抗率は１〜１０Ω・口である。

該ｎ型ＺｎＳ単結晶基板１１は９例えば沃素輸送法によ
り成長させたＺｎＳ高抵抗バルク単結晶を、　１０００
°Ｃ程度の高温に保ったＺｎ−Ａｌ　（ＡＩが１０％）
の融液中で約１００時間にわたって熱処理を行なうこと
により形成される。

ｎ型ＺｎＳ単結晶基板１１上に順次積層されたｎ型Ｚｎ
Ｓ導電ＪＩｉ１２．　　ｎ型ＺｎＳ発光層１３．　　Ｚ
ｎＳ高抵抗電流注入層１４は９例えば１分子線エピタキ
シャル成長（ＭＢＥ）法により成長される。

ｎ型ＺｎＳ導電層１２は、数Ω程度以下の低抵抗となる
ように１例えばｎ型不純物としてＡＩが添加されている
。該導電層１２は、　ＡＩ添加量を１０”〜３×１０”
ｃｍ−”の範囲とすれば、そのＡＩ濃度とほぼ同程度の
電子濃度とすることができる。例えばキャリア濃度を１
０２０印−３１層厚を０．５μＩ以上とすることで、該
導電層１２の面内の抵抗を数Ωにすることができ、また
キャリア濃度を１０Ｉ１０ｌ９’、層厚を３μｍ程度に
することにより面内の抵抗を１０Ω以下とすることがで
きる。なお、ｎ型不純物元素としては上記ＡＩに限らず
、ガリウム、インジウム、タリウム、塩素、フッ素、臭
素、沃素、シリコン。

ゲルマニウム等も用いることができる。

ｎ型ＺｎＳ発光層１３は、上記導電層１２と同様に。

ｎ型不純物が添加されている。該発光層重３は２本実施
例では、抵抗率が１０４〜１０Ω・ｃｍ程度、キャリア
濃度が１０”ｃｍ−’以下とされている。

該発光層１３は、注入されたキャリアの再結合により放
出されるエネルギーを高効率で紫外光に変換させるため
に、紫外光以外の発光を生じさせる発光中心、すなわち
深いエネルギー準位の発光中心を極力低減させる必要が
ある。本実施例では。

発光層１３として、高結晶性のホモエピタキシャルＺｎ
Ｓ層で構成しているため、キャリア濃度が２×１０１１
０ｌ９’以下であれば、紫外光を十分に強く発光させる
ことができる。該発光層１３の厚さは、キャリア濃度に
よっても変化するが、０．５μ冑以上であれば、紫外光
を十分な強度で発光させることができる。

ＺｎＳ高抵抗電流注入１’Ｗ１４は、導電層１３へ正孔
を注入するための層であり、高抵抗であってしかも高結
晶性であることが必要である。該電流注入層Ｉ４を高抵
抗化するためには、不純物を添加することが効果的であ
る。添加すべき不純物元素としては、リチウム、ナトリ
ウム、カリウム、カルシウム、ストロンチウム、銅、銀
、金、窒素、リン。

砒素、アンチモン、シリコン、ゲルマニウム、炭素、酸
素等が好適であり、これらの元素の少なくとも１種類以
上を１０”ｃｍ−３以下の濃度で添加することにより、
安定性のよい高抵抗層が得られる。

この高抵抗電流注入層１４は、放出される紫外光の波長
（３３７〜３４０ｎｍ）を透過させるべく紫外光透過性
とするためには、その層厚を約０．５μｍ以下とすれば
よいが、キャリア注入を効果的に行なうためには０．１
μｍ以下とすることが好ましい。そして、電圧が印加さ
れた場合に破損しないように。

Ｚｎｍ以上の層厚とされる。

該高抵抗電流注入層１４上に配設される電流注入用（正
孔注入用）の金属電極１６は、金や白金が好適であり、
電極形成のための真空蒸着時における通常の真空（１０
−５〜１Ｏ−ｂＴｏｒｒの真空度）よりもさらに真空度
が高い１０−”〜１０−’　Ｔｏｒｒの超高真空下で熱
蒸着あるいは電子ビーム蒸着することにより、極めて安
定性の高い緻密な電極が得られる。

金属電極１６として金や白金を用いた場合には、２．５
ｎｍ程度の厚さでも十分に電極して作用する。しかもこ
のような厚さであれば、該電極を紫外光が透過し得る。

厚さが２．５ｎｎ＋〜１０ｎｍ程度の薄膜の金属電極１
６では、電極内の抵抗が高くなるが、内部の抵抗を低下
させるためには、その電極の接続端子部を５０〜１００
ｎ−程度の厚さにする構成、あるいは。

該金属電極を複数に分割して配設する構成とすればよい
。

該金属電極１６および電流注入層１４を覆うべく配設さ
れる紫外光透過保護膜１７は、紫外光領域の光の透過率
の高い絶縁性の膜であり、スパッタリング、光あるいは
熱化学気相堆積等の方法で形成される。上述したように
、高抵抗電流注入１’ｉ１４および電流注入用金属電極
１６はいずれも薄く、紫外光発光時には大気中では劣化
するおそれがあるが。

このように、保護膜１７により、高抵抗電流注入層１４
および電流注入用金属電極１６を被覆することにより、
それらの劣化を防止することができる。

該保護膜１７としては、　Ａｌ□０３１５ｉＪｎ＋　Ａ
ＩＮ、　ＢＮ。

ＫＣＬ　ＫＢｒ、　ＫＦ＋　ＮａＣ１，ＮａＢｒ、　Ｎ
ａＦ、　ＣａＦｚ＋　ＣａＢｒｚ＋５ｒＦｚ＋　５ｒＢ
ｒｚ＋　ＣａＣ１ｚ＋　５ｒＣ１，、ＢａＦ２．　Ｃａ
Ｓ、　ＣａＳｅ。

ＳｒＳ、　５ｒＳｅ、　ＢａＳ、　ＢａＳｅ等の化合物
の少なくとも１種類、あるいはこれらの化合物とＺｎＳ
またはＺｎ５ｘＳｅ、、との化合物の少なくとも１種類
を用いることにより、耐温度性（１００″Ｃ以下）、耐
湿度性（９０％以下）に優れた発光素子が得られる。

ｎ型ＺｎＳ単結晶基板１１に配設される負極側の金属電
極１５は、　Ｉｎ、　ＡＩ、　Ｇａのうちの少なくとも
１種類を該基板１１に蒸着することにより形成される。

このように、形成された金属電極１５は、　　ＺｎＳ基
板１１とのオーム接触が良好である。また、該金属電極
１５を１０−８〜１０９−　Ｔｏｒｒの超高真空下で蒸
着すれば、さらに接触抵抗が低下する。

このような構成の化合物半導体発光素子は、印加電圧５
〜１０■、電流値０．１〜１００ｍＡで、極めて安定に
動作し、室温において３３８ｎｍの紫外光発光が得られ
た。発光層１３のキャリア濃度を２Ｘ１０”ｃｍ−”以
上にすると、ドーピングにより生じる４６０ｎｍ付近に
ピークを有する幅広い青色発光帯が生じるが、その強度
は、　　３３８ｎｍにピークを有する光の強度の１７２
以下であるため、注入電流量を増加させれば、　　３３
８ｎｍにピークを有する紫外光の強度のみが強くなる。

また２発光層１３のキャリア濃度をＩ　Ｘ１０１７ｃｍ
−’とすると、　　４６０ｎｍ付近の発光は、１ｍＡ以
下の低電流時の発光でも３３８ｎｍピークの紫外光に比
較してほとんど無視することができる。

なお、上記実施例では、　　ＭＢＥ法によりＺｎＳ単結
晶基板上１１上に、　　ＺｎＳ導電層１２．　　ＺｎＳ
発光層１３、ＺｎＳ高抵抗電流注入層１４を順次エピタ
キシャル成長させて化合物半導体発光素子を製造するこ
ととしたが、有機金属気相堆積＜？Ｉｏｃｖｏ）法によ
っても同様の構成の化合物半導体発光素子が得られる。

このように１本実施例では１発光層を含むエピタキシャ
ル成長層が基板と全く同一組成（ホモエピクキシャル成
長）であるため、エピタキシャル成長層の品質が著しく
向上し、欠陥密度が従来のそれに比して１／１００程度
となる。その結果、従来。

砒化ガリウム（ＧａＡｓ　）　、燐化ガリウム（ＧａＰ
）。

シリコン（Ｓｉ）等を基板として形成されているＺｎＳ
のエピタキシャル成長層（ヘテロエピタキシャル成長層
）の発光素子と比較して、紫外発光そのものの輝度が１
０倍以上に向上し、また、電流注入。

発光効率が著しく向上する。

第２図は本発明の化合物半導体発光素子の第２実施例を
示す断面図である。本実施例では、高抵抗ＺｎＳ単結晶
基板２１上にｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層２２゜がエピタキ
シャル成長により積層されている。該導電層２２には、
その−側部を除いて、ｎ型Ｚｎ５ｘＳｅ　ｌ　−ｘ低抵
抗導電層２３．ｎ型Ｚｎ５ｘＳｅ＋−＋＋低抵抗発光層
２４゜およびＺｎＳ高抵抗出力注入層２５が１例えばＭ
ＢＥ法により、順次、エピタキシャル成長により積層さ
れている。導電層２２におけるｎ型ｚｎＳＸＳｅＩ−ｘ
低抵抗導電層２３が積層されていない一側部上には、負
極側電極２７が配設されている。該ＺｎＳ高抵抗電流注
入層２５の中央部には、該中央部が薄肉になるように、
凹部が設けられており、該凹部に、電流注入用の正極側
電極２６が配設されている。従って。

その薄肉部を通して発光層２４に電流が注入される。

上記ＺｎＳ高抵抗電流注入層２５上面および正極側電極
２６上面は、該電極２６の接続端子部を除いて。

保護膜２８により覆われている。

該発光素子は、各エピタキシャル成長層とは直交する臂
開面を有し、該臂開面および該ＺｎＳ高抵抗電流注入層
２５の上面から紫外光が発光される。

本実施例では、前記実施例の基板１１とは異なり。

高抵抗なＺｎＳ単結晶基板２１が用いられている。従っ
て、該ＺｎＳ単結晶基板２１は、沃素輸送法、昇華法等
により形成されるが７前記実施例の基板１１のように、
熱処理により低抵抗化する必要がない。

該基板２１上に積層されたｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層２２
は、前記実施例１と同様に２例えばｎ型不純物としてＡ
Ｉを４　ＸＩＯ”ｃｎ＋−’の濃度に添加することによ
りキャリア濃度を３．５Ｘ１０１９ｃｍ−’とし、さら
に層厚を３μｌとすることにより１層内の面抵抗を５Ω
以下の低抵抗にしている。

咳ｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層２２上に積層されるｎ型Ｚｎ
５ＩＳｅ＋−ｘ導電層２３も、同様にｎ型不純物として
Ａｔが添加され、ｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層２２と同程度
にまで低抵抗化されている。該ｎ型Ｚｎ５ＸＳｅ＋−ｘ
導電層２３におけるＳの組成比Ｘは２本実施例の発光素
子の紫外光発光波長が３４０〜４２０ｎｍの範囲になる
ように、　０．７５〜０．９５の範囲の値に設定される
。

ｎ型ＺｎＳ低抵抗層２２とｎ型Ｚｎ５ｘＳｅ＋−ｘ導電
Ｎ２３との積層構造では、ｎ型ＺｎＳ低抵抗層２２上に
ｎ型Ｚｎ５ＸＳｅ、−、低抵抗層をエピタキシャル成長
させると、格子定数に差が生じるが、　Ｚｎ５ｚＳｅｌ
−ｘ低抵抗層２３を成長させる際に、　Ｓｅの割合を徐
々に増加させることにより、結晶性に優れたＺｎＳ、Ｓ
ｅ＋□低抵抗層２３が成長される。またこれらの低抵抗
層２２および２３の構成元素は、いずれも■族および■
族元素であるため、各元素が相互に不純物になるおそれ
がなく、各層の電気的性質および光学的性質を極めて容
易に制御し得る。この点は、　ＧａＡｓ、　ＧａＰ。

あるいはＳｉ等の基板を用いてヘテロエピタキシャル成
長させる場合と大いに異なる。

ｎ型Ｚｎ５ｘＳｅ＋−ｘ導電層２３では１等量の八ｌを
添加した場合０組成比Ｘの減少につれて、キャリア濃度
が増大するため、Ｓの組成比Ｘが０．７５程度でも導電
層の厚さは０．５μｍ以上で十分である。該ｎ型Ｚｎ５
ｘＳｅ＋−ｘ導電層２３上に積層されたｎ型ＺｎＳ、Ｓ
ｅ、−。

低抵抗発光層２４は、ｎ型不純物としてのＡＩの添加濃
度を５　ＸＩＯ”ｃ＋ｎ−’以下にすれば、該発光層２
３からの発光は、３４０〜４２０ｎｍの紫外光がほぼ主
体となり、ドーピングにより生じる深いエネルギー準位
からの発光（４７０ｎｍ〜６００ｎｍ）は、はとんど無
視することができる。

ＺｎＳ高抵抗電流注入層２５は、ｎ型Ｚｎ５ＸＳｅ＋−
ｘ低抵抗発光層２３からの発光紫外光が、該ＺｎＳ高抵
抗電流注入層２５の吸収端波長（３３５ｎ＋ｗ　）以上
の長波長であるため、該ＺｎＳ高抵抗電流注入層２５に
よる吸収を考慮する必要がない。８８　ＺｎＳ高抵抗電
流注入層２５の中央部に設けられた凹部により形成され
る薄膜層の厚さは、キャリア（正孔）が十分に注入でき
るように２〜１１００ｎとされる。該薄層部の周囲は１
μｍ以上の厚さとされる。このようなＺｎＳ高抵抗電流
注入層２５の構造により１発光層２３から発光される紫
外光は、高抵抗電流注入層２４との接合面に沿って導波
し、咳高抵抗電流注入層２５の上面と共に、臂開面から
も紫外光が取り出される。

該ＺｎＳ高抵抗電流注入層２５の凹部は、該高抵抗電流
注入Ｎ２５をＭＢＥ法により成長させている間に。

光照射することにより形成される。その照射光は。

例えば、波長３２５ｎｍにおいて２０１の出力を有する
Ｈｅ−Ｃｄ　レーザにより発生される。該レーザ光は。

例えば素子の平面寸法が２１１ＩＩ１１×２ｒＭｉの場
合には。

中央部における直径１閤の円形内に１〜５ｍ匈の出力に
て照射される。該レーザ光は、　　ＺｎＳ高抵抗電流注
入層２５の電流が注入される薄層部を所望の厚さ（例え
ば３０ｎｍ　）に成長させた時点で照射され。

その照射領域内のＺｎＳの成長を停止させて、レーザ光
照射領域の周辺部にのみ、　　ＺｎＳを１μＩｌｌ〜５
μｍ程度の厚さとなるように３０分〜３時間程度成長さ
せる。これにより、凹部を有するＺｎＳ高抵抗電流注入
１ｉ２５が形成される。

該ＺｎＳ高抵抗電流注入層２５の凹部の形成には。

Ｈｅ−Ｃｄレーザ光に限らず、紫外光出力１０ｍＷ／ｎ
ｍ程度以上のＸｅランプ光を分光した光、エキシマ−レ
ーザ光やＡｒレーザ光のＳＨＧ光、あるいはＷＡＧ　レ
ーザ光のＴＨＧ光等を照射する構成としてもよい。

高抵抗電流注入層２５としてはＺｎＳに限らず。

ＺｎＳ、４ｅ、−、（Ｓの組成比ｙが０．９〜１．０）
を用いることができる。この場合は、高品質の高抵抗電
流注入層が形成され、電流注入効率が高められる。

この場合の抵抗制御用不純物としては、前記実施例のＺ
ｎＳ高抵抗電流注入層１４に添加される不純物が用いら
れる。

該ＺｎＳ高抵抗電流注入層２５および正極側の電極２６
を覆う保護膜２８も前記実施例の保護膜１７と同様であ
り、また負極側の電極２７も前記実施例の負極側電極１
５と同様である。

本実施例の化合物半導体発光素子は、前述のように１発
光される紫外光のピーク波長が、ｎ型ＺｎＳ、５ｅＩ−
８低抵抗発光層２４のＳの組成比Ｘにて定まり、　　３
４０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲で選択される波長の紫外光
が半値幅２〜５ｎｍ程度にて高輝度に発光される。

第３図は１本発明の化合物半導体発光素子の第３実施例
の断面図である。該発光素子は　１ｎＳ問抵抗単結晶基
板３１上に、ｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層３２がエピタキシ
ャル成長により積層されており、該ＺｎＳ低抵抗導電層
３２上にその一側部を除いて、ｎ型ＺｎＳ発光層３３お
よびｐ型ＺｎＳ電流注入層３４が。

エピタキシャル成長により順次積層されいている。

該ｐ型ＺｎＳ電流注入層３４には、その中央部に薄肉部
が形成されるように、凹部が設けられており。

ｔｉｐ型ＺｎＳ低抵抗電流注入層３４の薄肉となった部
分上に、適当な間隔をあけて一対の正極側の電極３５お
よび３５が設けられている。

ｎ型ＺｎＳ低抵抗発光層３３内には、該ｐ型ＺｎＳ電流
注入層３４の薄肉部に対向して、イオンビームドープに
よる低抵抗導電領域３３ａが設けられている。

ｐ型ＺｎＳ電流注入層３４上面および各正極側電極３５
は、各正極側電極３５の接続端子との接続部を除いて絶
縁性保護膜３６にて覆われている。該保護膜３６は電流
注入層３４の側面およびその下側のｎ型ＺｎＳ低抵抗発
光層３３の側面の大部分を覆っている。

前記ｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層３２の一側部上には。

負極側電極３７が設けられている。

ｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層３２は、前記第１実施例および
第２実施例と同様に、　ＡＩ等のｎ型不純物の添加によ
り例えばキャリア濃度を５　ＸＩＯ”ｃｍ−３とされ、
また膜厚を２μｍとされている。該導電層３２上に積層
されたｎ型ＺｎＳ低抵抗発光層３３も、同様のｎ型不純
物の添加により、キャリア濃度５Ｘ１０”ｃｍ−”以下
とされている。該発光層３３からは、　　ＺｎＳのエネ
ルギーギャップに対応した。３３５〜３３８ｎｍの紫外
光が発生する。該発光層３３内に形成される低抵抗導電
領域３３ａは、該発光Ｊｉ３３形成時形成期に、上記ｎ
型不純物と共に、　Ａｔ、　Ｉｎ、　Ｇａ、　ＣＩ、　
Ｉ＋Ｆ、　Ｂｒ等の収束されたイオンビームを用いて形
成され、該発光層３３内の所定領域が０．５〜３μｍ程
度の厚さとなるように、イオンビームドーピングされて
高キャリア濃度（Ｉ　Ｘｌ０Ｉ９〜２　ＸＩＯ”ｃｍ−
’）となっている、該導電領域３３ａは発光層３３の抵
抗値より１桁以上低く設定されており、該発光層内の発
光領域の電流密度を増加させることができる。

その結果、その増加分と同程度の割合で、バンド間発光
による紫外発光を増加させ得る。

発光Ｊｉ３３上のｐ型ＺｎＳ電流注入層３４は、前記第
２実施例の電流注入層２５と同様の方法により、中央部
に０．５μｍ以下の薄肉部が形成され、該薄肉部を取り
囲む厚肉部は１〜５μｍ程度の厚さとされる。

このような構成の発光素子は、室温において。

３３７〜３３８ｎｍの高輝度紫外光を、上面および襞間
された端面から発光する。該発光素子は、印加電圧３■
付近で電流が流れ始め、３．５〜４■で１〜１００ｍＡ
の電流が流れる。発生した紫外光は、緑色あるいは青色
のカラーブラウン管用蛍光体を十分な輝度で発光させる
ことができる輝度を有し、従来の発光素子の発光効率の
１０２〜１０３倍とすることが可能である。

第４図は本発明の化合物半導体発光素子の第４実施例の
断面図である。該発光素子は、　　ＺｎＳ単結晶基板４
１上に、ｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層４２がエピタキシャル
成長により積層されている。該導電層４２の一側部上に
負極側の電極４３が設けられている。

該導電層４２には、その−側部を除いて、ｎ型Ｚｎ５ｚ
Ｓｅａ−、低抵抗導電層４４．ｎ型Ｚｎ５ｚＳｅ＋、、
ｚ低抵抗発光層４５．ｐ型Ｚｎ５ｇＳｅ＋−ｚ電流注入
層４６．ｐ型Ｚｎ５ｔｓｅ＋−を保ｉＩ層４７がエピタ
キシャル成長により順次積層されている。そして、該保
護層４７に正極側電極４８が設けられており、該電極４
８の配設領域を除いた該保護層４７上、および該保護層
４７．電流注入層４６゜発光層４５．導電層４４の各側
面は絶縁性保護膜４９にて覆われている。

本実施例のｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層４２およびｎ型Ｚｎ
５ｘＳｅ＋−ｚ低抵抗導電層４４は、前記第２実施例の
各ｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層２２．ｎ型ＺｎＳ、５ｅｌ−
、低抵抗導電層２３とそれぞれ同様にｎ型不純物を添加
して低抵抗化されている。

Ｚｎ５ｔＳｅ＋−ｚ低抵抗発光層４５は２発光される紫
外光の波長を規定するＳの組成比２を０．９５〜０．７
５に設定されて、前記第２実施例と同様に３４０〜４２
０ｎｍの波長の紫外光が発光される。

Ｐ型Ｚｎ５ｇＳｅ＋−ｇ電流注入層４６は、ｐ型不純物
元素として７４例えばＡｓが添加されて、キャリア濃度
がｌ　Ｘ１０’、’ｃｍ−３とされている。ｐ型不純物
としては、　Ｎ＋　ＰＩＳｂ、　Ｃｕ＋　Ａｇ、　Ｌｉ
ｔ　Ｎａ、　Ｋ、　Ｒｈ、　Ｔ１＋Ｓｉ＋Ｇｅ等のうち
の少な（とも１種類が用いられる。該電流注入Ｊｉ４６
のキャリア濃度はＩ　ＸＩＯ”Ｃｌ１１−’以下であれ
ば、十分に高品質の層を形成し得て、また。

電流注入層４６にｐ型不純物が添加されることに伴う深
いエネルギー準位の発光中心も発光特性を左右するほど
には生成しない。該電流注入層４６のキャリア濃度が上
記範囲を越えると、添加不純物が高濃度となり９例えば
、ｐ型不純物としてＡｓを添加した場合には発光のピー
ク波長が６００ｎｍ付近となる極めて幅広い赤橙色発光
が主体となり、高効率に紫外光を発光させることができ
ない。該電流注入ｌ１４６のキャリア濃度をＩ　ＸＩＯ
”ｃｍ−３とするためには、　ＭＢＥ法によるエピタキ
シャル成長時に。

Ａｓ供給量をＩ　ＸＩＯ”ｃｍ−”程度に増加さえる必
要がある。しかし、キャリア濃度をさらに増加させるた
めにＡｓｉをＩ　ＸＩＯ”ｃｍ−’程度よりもさらに増
加させれば、該電流注入ＩＪ４６の結晶性が低下する。

該電流注入層４６の層厚は２μｍ以上が好適である。

該電流注入層４６上にｍ層されるρ型Ｚｎ５ｔＳｅｔ−
１保護層４７は１発光層４５から発生する紫外光を十分
に効果的に素子外へ取り出すために、Ｓの組成比りを、
ｐ型Ｚｎ５ｇＳｅ　ｌ　−を電流注入層のＳの組成比ｙ
に対し、　　ｚ　＋０．０５≦ｔ≦１とされる。紫外光
は該保護層４７を透過して外部へ放出される。該保護層
４７に添加されるｐ型不純物は、電流注入層４６に添加
されるｐ型不純物と同様のものが用いられるが。

ｐ型不純物添加により定まるキャリア濃度により抵抗率
が定まり、さらには、そのキャリア濃度によっては、深
いエネルギー準位の発光中心が形成され、紫外光が励起
されることにより２次発光が生じるおそれがあるため、
そのキャリア濃度としては５ｘｌ□＋ｔｃ−１１−、程
度以下とされる。該保護層４７の層厚は２μｍ以上とさ
れる。

本実施例の発光素子は、第３実施例の発光素子と同様に
、高効率にて紫外光を発光し得る。

なお１本実施例の発光素子は、　　ＭＢ２法により化合
物半導体を成長させる構成としたが、　ＭＯＣＶＤ法に
より化合物半導体を成長させる構成としてもよい。

また１本実施例の素子構造において、ｎ型層とｐ型層と
の導電型を逆転させた素子構造、すなわちＺｎＳ単結晶
基板４１上に、ｐ型ＺｎＳ低抵抗導電層４２、ｐ型Ｚｎ
Ｓ、Ｓｅ、−、低抵抗導電層４４．ｐ型Ｚｎ５ｇＳｅ＋
−ｇ電流注入層４５．ｎ型Ｚｎ５ｔＳｅ＋−ｇ低抵抗発
光層、ｎ型Ｚｎ５ｔＳｅ＋−を保護層４７を、順次、エ
ピタキシャル成長により積層した構造としてもよい。こ
の構造においては、ｐ型ならびにｎ型のエピタキシャル
層の電気的特性および光学的特性を広範囲にわたって良
好かつ容易に制御できる。すなわち、電流注入層として
のｐ型層４５の光学的特性を犠牲にして電気的特性（キ
ャリア濃度）を確保する。つまり、Ｐ型層４５のキャリ
ア濃度を５　ＸＩＯ”ｃ＋ｒ”まで増加させることによ
り発光層４６へのキャリアの注入効率を高めることがで
きる。この場合、ｐ型層４５中には１０ｔ０ｃ「”に及
ぶ高濃度の前述したｐ型不純物が添加されているため、
　　５５０ｎｍ、　　６３０ｎｍ付近にピークを有する
深い順位からの発光の強度が優性となり光学的には特性
が劣るが、この層は発光そのものにはほとんど寄与しな
いため素子特性には何ら悪影響を及ぼさない。またｎ型
発光層４６中へは十分な濃度のキャリアが注入されるた
め、このｎ・型発光Ｎ４６中のキャリア濃度を５Ｘ１０
”〜５×１０Ｉ″ｃｍ−”と比較的低く設定することに
より、深い順位からの発光を十分に低減させ、紫外光発
光を優勢にさせた状態で、電流注入発光を生じさせるこ
とが可能となり、総じて、紫外光の発光効率を向上させ
ることができる。特に、キャリア濃度が１．　Ｘ１０１
８ｃｍ−″程度では先に示した第４図の実施例に比較し
て約３倍の発光効率が得られた。

なお、上記いずれの実施例でも、結晶基板としてＺｎＳ
を用いたが、高圧溶融法、パイパー法を中心とする昇華
法、沃素輸送法等により育成したＺｎ５ｅ単結晶、ある
いはＺｎ５ｕＳｅ＋−ｕ単結晶等を基板として用いても
よい。

（発明の効果） 本発明の化合物半導体発光素子は、このように。

■−■族化合物半導体基板上に、ＩＩ−Ｖｌ族化合物半
導体の導電層１発光層、電流注入層がエピタキシャル成
長により順次積層されているため、キャリア注入効率、
および発光部から発光素子外部への取り出し効率に優れ
、しかも発光輝度に優れた紫外光を発光し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はそれぞれ本発明の化合物半導体発光素
子の一例を示す断面図、第５図および第６図はそれぞれ
従来の発光素子の一例を示す断面図である。 １１・・・ｎ型ＺｎＳ単結晶基板、１２・・・ｎ型Ｚｎ
Ｓ導電層。 １３・・・ｎ型ＺｎＳ発光層、１４・・・ＺｎＳ高抵抗
電流注入層。 １７・・・保護膜、２１・・・高抵抗ＺｎＳ単結晶基板
、２２・・・ｎ型ＺｎＳ低抵抗導電層、２３−ｎ型Ｚｎ
Ｓ、Ｓｅ、−Ｘ低抵抗導電層、２４−ｎ型Ｚｎ５ｘＳｅ
＋−ｘ低抵抗発光層。 ２５・・・ＺｎＳ高抵抗電流注入層、２８・・・保護膜
、３１・・・ＺｎＳ高抵抗単結晶基板、３２・・・ｎ型
ＺｎＳ低抵抗導電層。 ３３・・・ｎ型ＺｎＳ低抵抗発光層、３４・・・ｐ型Ｚ
ｎＳ低抵抗電流注入層、４５・・・ｎ型Ｚｎ５ＩＢＳｅ
＋−ｇ低抵抗発光層。 ４６°”ｐ型Ｚｎ５ｚＳｅ＋−ｚ電流注入層、４７・＝
ｐ現型ＺｎＳ。ｅ。 保護層。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、II−VI族化合物半導体の結晶基板上に、II−VI族化
   合物半導体の導電層、発光層、電流注入層がエピタキシ
   ャル成長により順次積層されていることを特徴とする化
   合物半導体発光素子。