JPH04273482A - 発光ダイオード素子及びその製造方法 - Google Patents

発光ダイオード素子及びその製造方法

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JPH04273482A
JPH04273482A JP3059306A JP5930691A JPH04273482A JP H04273482 A JPH04273482 A JP H04273482A JP 3059306 A JP3059306 A JP 3059306A JP 5930691 A JP5930691 A JP 5930691A JP H04273482 A JPH04273482 A JP H04273482A
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JP
Japan
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compound semiconductor
layer
substrate
emitting diode
light emitting
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Pending
Application number
JP3059306A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Okawa
和宏 大川
Akira Ueno
明 上野
Tsuneo Mitsuyu
常男 三露
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、II−VI 族化合物
半導体を用いた緑色から紫外にかける可視短波長を発す
る発光ダイオード素子、特に青色発光ダイオード素子及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】緑色から紫外にかける可視短波長を発す
るII−VI 族化合物半導体を用いた発光ダイオード
素子、特に青色発光ダイオード素子は、オプトエレクト
ロニクス材料として期待されている。
【0003】従来の青色発光ダイオード素子は、n型G
aAs基板上にCl添加n型ZnSeと、Li添加p型
ZnSeから成るp−n接合と、p型ZnSeに蒸着し
た金電極から構成されている(第6回国際分子線エピタ
キシー会議、1990年、サンディエゴ、講演番号:P
IV−31)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のLi添加p型Z
nSeではLi原子がZnSe内で拡散しやすいため、
Li原子がn型ZnSeに入り込み高品質なp−n接合
を形成することが困難である。また金蒸着によるp型Z
nSe層への電極は接触抵抗が大きい。そのため発光ダ
イオードは必要な電流を流すと発熱等の問題が生じると
いう課題がある。さらにZnSeのエピタキシャル基板
にGaAsを用いているが、格子不整や熱膨張係数の違
い等によりZnSe膜の結晶性は限界がある。
【0005】本発明は前記従来技術の課題を解決するた
め、高い効率を有する緑色から紫外にわたる発光ダイオ
ード素子、特に青色発光ダイオード素子及びその製造方
法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明の発光ダイオード素子は、基体上に基体と同一
の伝導型を有するII−VI 族化合物半導体A層と、
前記A層と異なる伝導型を有するII−VI 族化合物
半導体B層を順次積層し、形成したp−n接合およびp
型II−VI 族化合物半導体層上にプラチナ(Pt)
または金(Au)電極を備えたという構成を有する。
【0007】前記構成においては、基体としてセレン化
亜鉛(ZnSe)単結晶、硫化亜鉛・カドミウム(Zn
X Cd1−X S)混晶単結晶、硫化セレン化亜鉛(
ZnSX Se1−X )及び砒化ガリウム(GaAs
)から選ばれる少なくとも一種の物質を用いることが好
ましい。
【0008】次に本発明の発光ダイオード素子の製造方
法は、基体上に基体と同一の伝導型を有するII−VI
 族化合物半導体A層と、前記A層と異なる伝導型を有
するII−VI族化合物半導体B層を順次積層し、形成
したp−n接合及びp型II−VI 族化合物半導体層
上にプラチナ(Pt)または金(Au)電極を備えた発
光ダイオード素子を製造する方法であって、前記II−
VI 族化合物半導体基体のエッチングとして、弗素(
F)、塩素(Cl)、臭素(Br)及び沃素(I)から
選ばれるハロゲン元素のうち少なくとも1つを含む分子
からなるガスを用い、前記ハロゲン元素を含むガス圧力
を50〜70mTorrの範囲に設定し、放電により生
成したプラズマを用いることを特徴とする。
【0009】前記構成においては、真空蒸着法を用いて
窒素(N)、燐(P)または砒素(As)のいずれか1
つ以上の元素を含むガスを放電し、生じたラジカルビー
ムと、II族元素ビームおよびVI元素ビームを同時に
基体上に照射することにより、p型II−VI 族化合
物半導体を製造することが好ましい。
【0010】また前記構成においては、p型II−VI
 族化合物半導体の所望の表面を、スパッタ法でエッチ
ングし、前記エッチング部に金(Au)またはプラチナ
(Pt)をスパッタ法により蒸着することにより電極を
形成することが好ましい。
【0011】
【作用】前記本発明の構成によれば、基体上に基体と同
一の伝導型を有するII−VI 族化合物半導体A層と
、前記A層と異なる伝導型を有するII−VI 族化合
物半導体B層を順次積層し、形成したp−n接合及びp
型II−VI 族化合物半導体層上にプラチナ(Pt)
または金(Au)電極を備えたので、高い効率を有する
緑色から紫外にわたる発光ダイオード素子とすることが
できる。
【0012】また本発明により添加されたp型不純物で
あるN,P,Asの原子は、II−VI族化合物半導体
中で拡散し難いために高品質なp−n接合を形成するこ
とができる。
【0013】次に、スパッタ法により形成したPtまた
はAu電極は接触抵抗が低く、接触抵抗による発熱を低
く抑えることができる。
【0014】また、ドライ・エッチング技術の開発によ
って結晶性の良いホモエピタキシー膜の形成が可能とな
る。
【0015】
【実施例】本発明の好ましい実施例は、p型不純物とし
てN、P、Asのいずれかの元素を用いている。これら
の元素の付着係数は低いが、これらの元素を含むガスを
放電によりラジカル化し、付着係数を高めることができ
る。このラジカルビームを成長中のII−VI 族化合
物半導体に照射して、p型II−VI 族化合物半導体
を得る。
【0016】また、p型II−VI 族化合物半導体へ
の電極は、まずp型II−VI 族化合物半導体の表面
をスパッタ法でエッチングし、次にPtやAuをスパッ
タ法蒸着することにより形成した。
【0017】さらに結晶性を飛躍的に向上できるII−
VI 族化合物半導体のホモエピタキシーにおいて、必
要なII−VI 族化合物半導体基板処理はハロゲン系
プラズマによるドライ・エッチング技術によって行った
【0018】以下、具体例について詳細に述べる。本発
明の1実施例である青色発光ダイオード素子の作製方法
について図1〜図3を用いて説明する。
【0019】まずn型ZnSe基板1は基板作製時の研
磨等による加工変質層2が表面に存在する。この加工変
質層2は三塩化ホウ素のプラズマ3を使用することによ
りエッチングすることができる。しかしプラズマ3によ
り基板1の極表面はプラズマダメージ4が形成される。
【0020】本発明者らは、三塩化ホウ素ガス圧が50
から70mTorrの範囲におけるプラズマ5によるエ
ッチングにおいて、プラズマダメージ4が非常によく抑
えられることを見いだした。ゆえにエピタキシャル成長
する基板1は、このプラズマ5でエッチングする必要が
ある。
【0021】基板としてはZnSeの他に、ZnX C
d1−X SやZnSX Se1−X 等の混晶でも有
効である。しかし青色発光ダイオード素子に必要な禁制
帯幅を有するためにはZnX Cd1−X Sの組成X
は、0.3から0.5にする必要がある。同様な理由で
ZnSX Se1−X の組成Xは、0.2以下にする
のが好ましい。またこれらのII−VI 族化合物半導
体基板より安価GaAsでも有効である。しかしGaA
s基板を用いた場合はII−VI 族化合物半導体ヘテ
ロエピタキシャル膜の結晶性はホモエピタキシャル膜の
場合に比べて悪いため、発光ダイオード素子の効率は低
くなる。
【0022】エッチングした基板1を純水や有機溶剤に
よる洗浄後に真空蒸着装置にいれ、温度400〜650
℃で10分間の熱エッチングを施し基板1の表面に存在
する酸化層や汚染物を昇華させ、清浄な面を得る。亜鉛
(Zn)、セレン(Se)、塩化亜鉛(ZnCl2 )
の各々をルツボに入れ、それらのルツボからのビームを
基板1に同時に照射し、図2(a)のように、Clドー
プZnSe層6及び7を形成する。高キャリヤ密度を有
するn+ 型層6と低抵抗で青色発光効率の高いn型層
7をエピタキシャル成長する。ZnCl2 のルツボの
温度は、n層成長時よりn+ 型層2成長時の方を高く
設定した。そのためn型層のキャリヤ密度は1×101
8cm−3程度であるがn+ 型層では1×1019c
m−3程度である。n型不純物としては他にF,Br,
I等のハロゲン元素が有効である。
【0023】次に図2(b)のp型ZnSe層8は窒素
のラジカルビームとZn、Seの各分子線を同時に照射
することにより作製した。窒素のラジカルビームは窒素
ガスを高周波により放電させラジカル化して発生させて
いる。ラジカル化することにより、窒素の付着係数は大
きくなり大量の窒素をII−VI 族化合物半導体に添
加させることができることを我々は見い出した。p型不
純物としては他にP,As等の元素でも有効である。
【0024】得られたp−n接合構造に電極を付ける工
程を図3を用いて説明する。p型層8に電極を付ける部
分を以外にマスク9を図3(a)の如く置く。アルゴン
プラズマによるいわゆるスパッタエッチングを行い、約
100nm程度エッチングする。そしてマスク16を付
けたままの状態で、プラチナ(Pt)をアルゴンガスに
よるスパッタ法でp型層8の上に積層させ、図3(b)
のようにPt電極10を形成した。Ptの他に仕事関数
の大きいAuでも有効である。
【0025】最後にn型基板1に電極を付ける。インジ
ウム・水銀(In−Hg)アマルガムを基板1に塗布し
、水素雰囲気1気圧で320℃、30秒間のアニールを
行い、電極11を形成した。
【0026】以上のようにしてZnSe半導体による青
色発光ダイオード素子を製造することができた。
【0027】また本発明を硫化亜鉛(ZnS)に応用す
ることにより紫外光を発する発光ダイオード素子の作製
も可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によってI
I−VI 族化合物半導体を用いた発光ダイオード素子
を提供することができた。特に、ZnSe半導体を採用
することにより青色発光ダイオード素子を提供すること
ができた。
【0029】また本発明の製造方法によれば、前記本発
明の発光ダイオードを効率よく合理的に製造することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の実施例のII−VI 族化合物半
導体基板処理を示す断面図である。
【図2】  本発明の実施例の発光ダイオード素子のp
− n接合を作る工程を示す断面図である。
【図3】  本発明の実施例のp型II−VI 族化合
物半導体表面に電極を形成する工程を示す断面図である
【符号の説明】
1…n型ZnSe基板 2…加工変質層 3…三塩化ホウ素ガスプラズマ 4…プラズマダメージ 5…ガス圧が50〜70mTorrの範囲にある三塩化
ホウ素ガスプラズマ 6…n+ 型ZnSe層 7…n型ZnSe層(A層) 8…p型ZnSe層(B層) 9…マスク 10…Pt電極 11…In−Hg電極

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基体上に基体と同一の伝導型を有する
    II−VI 族化合物半導体A層と、前記A層と異なる
    伝導型を有するII−VI 族化合物半導体B層を順次
    積層し、形成したp−n接合及びp型II−VI 族化
    合物半導体層上にプラチナ(Pt)または金(Au)電
    極を備えた発光ダイオード素子。
  2. 【請求項2】  基体として、セレン化亜鉛(ZnSe
    )単結晶、硫化亜鉛・カドミウム(ZnX Cd1−X
     S)混晶単結晶、硫化セレン化亜鉛(ZnSX Se
    1−X )及び砒化ガリウム(GaAs)から選ばれる
    少なくとも一種の物質を用いた請求項1記載の発光ダイ
    オード素子。
  3. 【請求項3】  基体上に基体と同一の伝導型を有する
    II−VI 族化合物半導体A層と、前記A層と異なる
    伝導型を有するII−VI 族化合物半導体B層を順次
    積層し、形成したp−n接合及びp型II−VI 族化
    合物半導体層上にプラチナ(Pt)または金(Au)電
    極を備えた発光ダイオード素子を製造する方法であって
    、前記II−VI 族化合物半導体基体のエッチングと
    して、弗素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)及び沃
    素(I)から選ばれるハロゲン元素のうち少なくとも1
    つを含む分子からなるガスを用い、前記ハロゲン元素を
    含むガス圧力を50〜70mTorrの範囲に設定し、
    放電により生成したプラズマを用いることを特徴とする
    発光ダイオード素子の製造方法。
  4. 【請求項4】  真空蒸着法を用いて、窒素(N)、燐
    (P)または砒素(As)のいずれか1つ以上の元素を
    含むガスを放電し、生じたラジカルビームと、II族元
    素ビームおよびVI元素ビームを同時に基体上に照射す
    ることにより、p型II−VI 族化合物半導体を製造
    する請求項3記載の発光ダイオード素子の製造方法。
  5. 【請求項5】  p型II−VI 族化合物半導体の所
    望の表面を、スパッタ法でエッチングし、前記エッチン
    グ部に金(Au)またはプラチナ(Pt)をスパッタ法
    により蒸着することにより電極を形成した請求項3また
    は4記載の発光ダイオード素子の製造方法。
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