JPH0472683A - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は化合物半導体発光素子に関し、特にＩ［−Ｖ
ｌ族化合物半導体ＺｎＳを用いた高輝度前１色発光素子
に関する。

（ロ）従来の技術 Ａｌを不純物として添加したＺｎＳを発光層として用い
た従来の青色発光素子の例（“ＺｎＳ　ｂｌｕｅ−ｅａ
ｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅｓ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ｅｘｔ
ｅｒｎａｌ　ｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏ
ｒ　５ＸＩＯ−”、Ｉｌ、Ｋａｔａｙａｍａ、Ｓ、Ｏｄ
ａ　ａｎｄｌｌ、Ｋｕｋｉｇ＋ｏｔｏ　Ａｐｐｌ、Ｐｈ
ｙｓ、Ｌｅｔｔ、、２７（１９７５）６９７）を第１Ｏ
図に示す。同図において、２！は高圧熔融法により作成
したＺｎＳｎＳバルク単結用０％のＡｌを添加した熔融
Ｚｎ中において、９００℃で１０〜２４時間熱処理して
得られた抵抗率ｌＯ〜＋００ΩＣｍのｎ型ＺｎＳ単結晶
基板であり、このＡ１添加ＺｎＳバルク単結晶が発光部
となる。

２２はこのＺｎＳ単結晶基板２Ｉを真空中で４００℃で
６０〜１００秒熱処理することによりＺｎＳ単結晶基板
表面に形成した高抵抗（絶縁性）のＺｎ５Ｊｉｊである
。２３は高抵抗Ｚｎ８層２２上にＡｕを蒸着して形成し
た正電極、２４はｎ　！！！　ＺｎＳ単結晶基板２１の
臂開面にＡ１を蒸着して形成した負電極である。

この発光素子において、順方向に約１０Ｖの電圧を印加
することにより室温で４６５ｎｍにピーりをもつ青色の
発光が得られている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述したバルクＺｎＳ単結晶を発光層と
して用いた従来の青色発光素子では、Ａｌ濃度を厳密に
制御することは困難であり、高輝度の発光を得るための
最適なＡｌ濃度は不明であった。従って、高輝度の青色
発光素子を再現性良く作成することが極めて困難である
という問題点を有していた。

さらにまた、発光層に電流注入さけるための従来の金属
電極（金属−半導体構造）は、Δｕ、　　Ｉｎ等が単体
、単層膜として形成されているが、オーミック特性、密
着性（機械的強度）、耐温度特性等を含む総合的な電極
特性としては不十分であり、通常発光素子の動作により
極く短時間の内に通電劣化（非オーミック化、高抵抗化
、剥離）するという問題点を有していた。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、係る点に鑑みてなされたもので、単結晶基板
上に化合物半導体エピタキシャル層からなる発光素子層
が形成され、前記発光素子層に電圧を印加するための電
極が少なくと６２つ形成されてなる電流注入型の化合物
半導体発光素子であって、発光素子層中の発光層のうち
少なくとも１つが、Ａｌを添加したＺｎＳからなり、前
記発光層中のＡｌ濃度がｌＸｌ０”〜ｌＸｌ０”ｃｍ−
’であることを特徴とする化合物半導体発光素子である
。

あるいはまた、単結晶基板上に化合物半導体エピタキシ
ャル層からなる発光素子層が形成され、その発光素子層
に電圧を印加するための電極が少なくとも２つ形成され
てなる電流注入型の化合物半導体発光素子であって、発
光素子層のｐ型Ｚｎ５ｍに接続された電極がＡ　ｕ　／
　Ａ　ｕ　−Ｂ　ｅ合金／Ｐｔ／Ａ＋積層電極、Ａ　ｕ
／Ｔ　ｅ／Ｔ　ｉ　／Ａ　ｌ積層電極、あるいはＡｕ／
Ｐｔ／Ｔａ／Ｎｉ／Ａ　ｌ積層電極からなり、発光素子
層のｎ　ｙｊｌＺｎ　Ｓ層に接続された電極がＩ’ｎ／
’Ａ　Ｉ／Ｔ　ｉ／Ａ　ｌ積層電極、　　Ｉ　ｎ／Ａ　
Ｉ／Ｎ　ｉ／Ｔ　ｌ積層電極、あるいはＡｌ／Ｎｉ／Ｔ
ｉ／Ｔａ／Ａｌ積層電極からなる化合物半導体発光素子
である。

この発明における単結晶基板としては、例えばヨウ素輸
送法により作成したＺｎＳｎＳバルク単結用いることが
好ましい。基板結晶として発光層と同じ材料であるＺｎ
Ｓを用いることにより、発光層に適した高品質のエピタ
キシャル層を成長させることが可能となる。さらに、Ｚ
ｎＳは青色光に対して高い透過率を有し、発光層から光
を素子外部に効率良く取り出す上で好適である。他の材
料としては、ＧａＡｓやＧａＰあるいはＳｉなどもＺｎ
Ｓとの間の格子不整合が少なく基板結晶として用いる事
が可能である。

この発明における発光素子層としては、ｎ型ＺｎＳ発光
層、高抵抗（絶縁）層および金属電極の接合からなる金
属−絶縁体一半導体接合型（ＭｆＳ型）の発光素子層、
あるいはｎ型Ｚ−ｎｓ発光層とｐ型ＺｎＳ発光層等の接
合かならるｐｎ接合型の発光素子層が好ましいものとし
て挙げられる。

本発明においては、この発光素子層中のｎ型ＺｎＳ発光
層としはＡ１を添加した低抵抗のｎ型ＺｎＳを用い、そ
のＡ１１度を］ｘｌＯ１７〜ｌｘｌ０１ＯＣｔｌ−３と
することが最大の特徴となる。ＺｎＳは、Ａｌを添加す
ることにより、室温におけるフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）で、４５０〜４８０ｒ＋ｍ付近に発光ピークをもつ
青色発光を示す。

第９図は、Ａｌ添添加Ｚｎ模膜この青色発光強度の膜中
のＡ１６度依存性を図示への破線で示したものである。

さらに、Ａｌｉ加ＺｎＳ膜の抵抗率のＡｌＩ度依存性に
ついても図示Ｂの実線で同時に示している。このＡｌ添
添加Ｚｎ模膜分子線エビタキンヤル法（ＭＢＥ法）によ
り成膜したものであり、膜中のΔｌ濃度は二次イオン質
量分析法（Ｓ　ＩＭＳ）により測定した。第９図に示さ
れるようにＺｎＳ膜の青色領域のＰＬ発光強度はＡｌａ
度の増加とともに単調に増大し、特にＡｌ１１度力月ｘ
　Ｉ　Ｏ”ｃｍ−’以上の範囲で急激に増大する。

従って発光層の１つとしてＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ｃｍ−’以
上のＡｌを添加したＺｎＳ膜を用いることで、高い発光
効率を得ることが可能となる。しかしながら、模の抵抗
率はＡ＋濃度が３　Ｘ　１０　”ｃｔｎ−”以下ではＡ
１１％度の増大ととしに減少するが、Ａ！濃度が３　Ｘ
　ｌ　Ｏ”ｃｍ−’を越えると逆に抵抗率は増大し、約
１．５Ｘ　ｌ　Ｏ″０Ｃ〔３以上のＡｌ濃度では膜はｌ
Ω・ｃｍ以上の高抵抗となる。このため、ＭＩＳ型ある
いはｐｎ接合型のいわゆる電流注入型発光素子の発光層
に用いるために適した抵抗率（１層ｃｍ程度以下）を得
るためにはＡｌｆｉ度をＩ　Ｘ　ｌ　Ｏ”ａｍ−’以下
とすることが好ましい。従って、発光層を形成する上で
適した抵抗率を有し、かつ高い発光効率を有するｎ型Ｚ
ｎＳ膜を得るためにはＺｎＳ膜中のＡｌ１１３度をｌＸ
ｌ０”　〜ＩｘｌＯ″０Ｃ―゛コの範囲に設定すること
が好ましい。

また、本発明においては、ｐ　！！！　Ｚ　ｎ　８層に
対する電極としては、Ａ　ｕ　／　Ａ　ｕ　−Ｂ　ｅ合
金／Ｐ（／Ａ１積層電極を用いる。この電極は、ｐ型Ｚ
ｎＳ層表面に、Ａｕを厚さ０．１μ鎖、Ａｕ−Ｂｅ合金
を同０．０５−０．２ｕｍ、　Ｐ　ｔを同０．５μｍ、
　Ａ　ｕを同０．３〜３＃Ｉ１１順次積層して作成した
ものであり、その作成方法としては例えば、Ａｕ層、Ａ
ｕ−Ｂｅ合金層は抵抗加熱蒸着法、Ｐｔ層はＡｒガスを
用いたスパッター法、Ａｕ層は電子ビーム蒸着法を用い
ることができる。なお、良好な電極特性を得るために各
金属層を形成後、ランプフラッシュアニールによりＩＯ
秒〜！５分の界面形成処理を行うことが好ましい。この
Ａｕ／Ａｕ−Ｂｅ合金／Ｐｔ／Δ１積！’Ｑ！極では、
Ａｕ層ならびにＡｕ−ｔ３ｅ３層層が主としてｐ型Ｚｎ
Ｓ層へのオーミック？！Ｘ極として働き、ｐｔ層ならび
にＡ１層が主に保護層として働くことにより、安定した
良好なオーミック電極が形成され、安定な素子特性を得
る上で好ましい。また、このＡｕ／Ａｕ−Ｂｅ合金／Ｐ
ｔ／Ａｌ積層電極の他にもＡ　ｕ　／　Ｔ　ｅ　／　Ｔ
　ｉ　／Δ１積ＦＪ電極、Ａ　ｕ　／　Ｐ　ｔ　／　Ｔ
　ａ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｌ積層電極も同様に良好な
電極特性を示すものとして用いることができる。一方、
ｎ型ＺｎＳ３に対する電極としては、Ａ　Ｉ　／　Ｎ　
ｉ　／　Ｔ　ｉ　／　Ｔ　ａ　／　Ａ　ｌ積層電極を用
いる。この電極はｎ型ＺｎＳ表面にＡｌ（膜厚Ｏ１〜０
．３μｍ）、　Ｎｉ　（同００５〜０．５μｍ）。

Ｔｉ（同０．１−０．５μｍ）　、　Ｔ　ａ　（同０．
０５−１．ｈｍ）　。

Ａ　ｌ　（同０３〜３．０μｆｆ１）を順次形成したも
のであり、ΔＩＢおよびＮｉ層は電子ビーム蒸着法、Ｔ
ｉ層お上び′Ｉ″ａ層はＡｒガスを用いたスパッター法
により作成することができる。なお各層を積層した後、
良好なオーミック特性を得るためにランプフラッシュア
ニールにより１０秒〜１５分間の界面形成処理を行うこ
とが好ましい。なお、このＡｌ／Ｎ　ｉ　／’Ｉ’　ｉ
　／Ｔａ／Ａ　Ｉ債Ｐｉ！１ｒｒｉ極の他にＩｎ／Δｌ
　／　Ｔ　ｉ　／　Ａ　ｌ積層電極、　　Ｉ　ｎ／Ａ　
Ｉ／Ｎ　ｉ／Ｔｉ積５１積極１ｆ極の良好な電極特性を
有するものとして用いることができる。

（ホ）作用 本発明によれば、Ｍ　Ｉ　Ｓ　！！！　Ｚ　ｎ　Ｓ発光
素子、ｐｎ接合型ＺｎＳ発光素子等の電流注入型発光素
子を構成する上で適した抵抗率を有し、かつ高い発光効
率を有するＡｌＩ加ｎ型ＺｎＳ発光層を得るために適し
たＡｌ１１１度が提示され、さらにまた、ｐ型、ｎ型Ｚ
ｎＳ［に対する安定で良好なオーミック特性を有する電
極の構造が掲示され、高輝度のＺｎＳ青色発光素子の製
作が可能となる。

（へ）実施例 次にこの発明を実施例に基づいて詳細に説明す実施例１ 第１図に本発明の第１の実施例の化合物半導体発光素子
の断面模式図を示す。同図において、ＩはＺｎＳ単結晶
基板、２は低抵抗ｎ型ＺｎＳ導電層、３はＡｌ添加ｎ型
ＺｎＳ発光層、４はｎ型ＺｎＳ発光層であり、５．６は
それぞれ正、負電極、７．８はリード線である。

ＺｎＳ基板ｌとしては、例えばヨウ素輸送法で作成した
ＺｎＳバルク単結晶より切り出し研摩した（１００）あ
るいは（１１０）ＺｎＳ単結晶基板を用いる。このＺｎ
ＳｎＳ単結晶基板上に、Ａｌ添加低抵抗ｎ型ＺｎＳ導電
層（Ａ１１度３×１０１７ｃｍ−’、膜厚０．ｈｓ）　
２、Ａｌ添加ｎ型ＺｎＳ発光層ＣＡｎ度ｌＸｌ０”ｃｍ
−’、膜厚０．５μｓ）３とＡｓ添加ｎ型ＺｎＳ発光層
（Ａｓ濃度ｌ×１０”ｃｍ−”、膜厚０．３μｓ）　４
の３層からなるエピタキシャル成長層をＭＢＥ法により
順次成長させた。各エピタキシャル層の不純物濃度、膜
厚の設定範囲としては、Ａ１添加ｎ型ＺｎＳ導電層２は
抵抗を低くするため、Ａ１１１度はｌＸｌ０”〜５　Ｘ
　Ｉ　Ｏ”ｃｍ−’、膜厚は０．５〜２μ−とすること
が好ましい。Ａｌ添加ｎ型ＺｎＳ発光層については前記
のようにＡｌｆｉ度はＩ×１０１７−ＩＸＩＯｌ　＠　
ｃ　ｒｎ−３とし、膜厚は発光層のＡ１濃度に応じて２
〜０．５μ繭程度とすることが好ましく、Ａｓ添加ｎ型
ＺｎＳ発光層はＡｓｌａ度を１×１０１７〜１ｘ１０”
ｃｍ−’かつ膜厚を０．１〜０．３μ鳳とすることがそ
れぞれ好ましい。ＭＢＥ成長に際しては、基板温度は２
６０℃とし、分子線源としては、Ｚｎ、Ｓ、Ａｌならび
にＡｓの単体を用い、ＺｎおよびＳの分子線強度をそれ
ぞれＩ　Ｘ　１０−＠Ｔｏｒｒ、　５　Ｘｌ　０−”Ｔ
ｏｒｒとした。Ａｌの分子線強度は、上記のＡｌ１１度
が得られるようにｎ型ＺｎＳ導電層２の成長時には２　
Ｘ　Ｉ　Ｏ−”Ｔｏｒｒ、　ｎ型ＺｎＳ発光層３の成長
時には６　Ｘ　Ｉ　Ｏ−＠Ｔｏｒｒに設定した。また、
ｎ型ＺｎＳ発光層４を成長する際のＡｓ分子線強度はＩ
　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒとした。上記の成長条件では膜
の成長速度はおよそ１μｌ／ｈであった。これらのエピ
タキシャル層を形成したのち、ｐ型ＺｎＳ発光！ｉ４の
上にＡｕを蒸着して圧電４ｒ１５とし、ｐ型ＺｎＳ発光
ｗＡ４の表面の正電極５の形成部分をフォトレジスト等
でマスクしたのちＣＦ、を用いた反応性イオンエツチン
グ（ＲＩＥ）によりｎ型ＺｎＳ発光層４ならびにｎ型Ｚ
ｎＳ発光層３の一部をエツチングして低抵抗ｎ型Ｚｎ５
ｇ１ｉｔ層２を露出させ、その表面にＡｌを蒸着して負
電極６とした。その後フォトレジストを除去し、リード
線７．８を接続してｐｎ接合型ＺｎＳ発光素子を製作し
た。

第２図にこのｐｎ接合型ＺｎＳ発光素子の電流電圧特性
を示す、同図のように順方向の立ち上がり印加電圧が約
３．５■の整流特性を示した。順方向印加電圧３．７■
以上（電流３ｍＡ以上）で第３図に示すような４５０ｎ
ｍにピークをもつ青色発光が肉眼で観察され、印加電圧
５Ｖ（電流２０ｍＡ）における発光輝度は、約３０ｍｃ
ｄであった。

以上のように本発明により高輝度のｐｎ接合型ＺｎＳ青
色発光素子を作成する事ができた。

実施例２ 次に第２の実施例として第１の実施例と同じ素子構造の
ｐｎ接合型ＺｎＳ青色発光素子を有機金属気相成長法（
ＭＯＣＶＤ法）を用いて成長した例について示す。基板
活用は実施例１と同様にヨウ素輸送法により作成したＺ
ｎＳ単結晶基板を用いた。ＺｎＳ基板１上の３層のエピ
タキシャル層は、ＺｎおよびＳの原料ガスとしてそれぞ
れジェヂル亜鉛とノエチル硫黄との付加体（ＤＥＺ−Ｄ
ＥＳ）ならびに硫化水素（Ｈａｓ）を用いた減圧ＭＯＣ
ＶＤ法により作成した。ｎ型ＺｎＳ導電層ならびにｎ型
ＺｎＳ発光層へのドーパント原料としてはトリエチルＡ
ｌ（ＴＥＡ）を、ｐ’ｌ！ＺｎＳ発光層へのドーパント
原料としてはアルシン（ＡｓＨｓ）を用いた。基板温度
は高品質の低抵抗ｎ型Ｚｎ５Ｈを得るためには３３０〜
３７０℃とすることが好ましく、本実施例では３５０℃
とした。

原料ガｘの供給量は、ＤＥＺ−ＤＥＳおよびＨ。

ＳＪこついては、それぞれＩＸＩ（Ｉ’膳ｏ１／鵬ｉｎ
とし、ＴＥＡの供給量としては、ｎ型ＺｎＳ導電層２の
成長時には１．２Ｘ　Ｉ　Ｏ−７ｍｏｌ／ｓｉｎ、　ｎ
型ＺｎＳ発光層３の成長時には４　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’ｓｏ
ｌ／ｓｉｎに設定し、所望のＡ１６度を得た。また、ｐ
型ＺｎＳ発光層４の成長時のＡ　ｓ　Ｈｓの供給量は、
Ｉ　ｘ　Ｉ　Ｏ−’ｍｏｌ／ｓｉｎとした。膜の成長速
度は、上記の成長条件の場合、約１．５μｓ＋／ｈであ
った。これらのエピタキシャル層を作成した後、第１の
実施例の場合と同様にして正、負電極の形成ならびにリ
ード線の接続を行いｐｎ接合型ＺｎＳ発光素子を作成し
た。

上記の様にして第１の実施例の場合と同様の特性を有す
る高輝度青色発光素子を作製することができた。

実施例３ 第４図に本発明の第３の実施例であるＭＩＳ型ＺｎＳ発
光素子の断面模式図を示す。同図においてｌはＺｎＳ単
結晶基板、２は低抵抗ｎ　！！！　Ｚ　ｎ　Ｓ導ｍｍ、
３はＡ１添加ｎ型ＺｎＳ発光層、９は高抵抗ＺｎＳ１ｍ
、５．６はそれぞれ正・負電極、７゜８はリード線であ
る。本実施例において、Ｚ−ｎＳ単結晶基基板、低抵抗
ｎ　’！：！　Ｚ　ｎ　Ｓ　ｉｊｌ’ＲＩＩＪ　２なら
びにｎ型ＺｎＳ発光層３は、第１あるいは第２の実施例
と同様にして作成したものである。このｎ型ＺｎＳ発光
ＦＪ３の上に不純物を添加しない高抵抗のＺｎＳ層９を
５００人成長させ、高抵抗ＺｎＳ層９を形成した。この
高抵抗層９の膜厚としては高い正孔注入効率を得るため
に１００〜７００人とすることが好ましい。この高抵抗
Ｚｎ５Ｉ９の上にＡｕを蒸着して正電極５とし、第１の
実施例と同様にしてエピタキシャル層の一部をエツチン
グして露出させたｎ型ＺｎＳ導電層２の表面にＡ１を蒸
着して負電極６を作成し、リード線７．８を接続してＭ
　Ｉ　Ｓ　ｆＭ　Ｚ　ｎ　Ｓ発光素子を作成した。

このようにして作成したＭＩＳ型ＺｎＳ発光素子は、順
方向印加電圧１０ｖ（電流２５ｍＡ）において発光輝度
的１５ｍｃｄの４５０ｎｍに発光ピークをもつ青色発光
を示した。

以上のように本発明により、従来のＭＩＳ型ＺｎＳ青色
発光素子（輝度５　ｍ　ｃ　ｄ　）を上回る高輝度の青
色発光素子を作製することができた。

実施例４ 第５図に本発明の第４の実施例のｐｎ接合型ＺｎＳ青色
発光素子の断面模式図を示す。同図においてｌはＺｎＳ
単結晶基板、２は低抵抗ｎ型ＺｎＳ導ｉｔ、３はＡ１添
加ｎ型ＺｎＳ発光層、ＩＯはＰ添加ｐ型ＺｎＳ発光層、
ＩｆはＰ添加ｐ型ＺｎＳ導［層、１２．１３はそれぞれ
正、負電極、７．８はリード線である。本実施例におい
て、ＺｎＳ単結晶基板１１低抵抗ｎ型ＺｎＳ導電層２、
およびＡｌ添加ｎ型ＺｎＳ発光層３は、実施例１のｐｎ
接合型ＺｎＳ青色発光素子の場合と同様の特性（不純物
濃度、膜厚等）を有するものであって、Ｐ添加ｐｆｆｉ
！ＺｎＳ発光層１０ならびにＰ添加ｐ型ＺｎＳ導電層１
１のＰ濃度および膜厚としては、それぞれ、ｌＸｌ０”
ａｍ−’、０．１μｓト５　Ｘ１０”ｃｍ−’、１．０
ｇ膳とに設定した。なおＰ添加ＺｎＳ層のＰ濃度、膜厚
の設定範囲としては、発光層ｌＯはＰ濃度をＩ　Ｘ　１
０”〜Ｉ　Ｘ　１０”ｃｍ、膜厚を０．１−０．３μ−
１導電層１１はＰｉｎ度を１ＸＩＯ”−１〜１０″０ｃ
ｍ−”、膜厚を０．５〜２μ−とすることが好ましい。

各エピタキシャル半導体層は、実施例１および２と同様
の成長条件でＭＢＥ法、あるいはＭＯＣＶＤ法によって
作成した。

なおＰ添加ＺｎＳ層の成長に際して、ＭＢＥ法による場
合、Ｐの分子１源としてはＰの単体を用い、上記のＰｆ
ｉ度を得るためにＰの分子線強度を発光５１０、導電層
１１の成長時にそれぞれ、ＩｘｌＯ−”Ｔｏｒｒ、５　
Ｘ　Ｉ　Ｏ−”Ｔｏｒｒとした。また、ＭＯＣｖＤ法を
用いた場合、Ｐの原料ガスとしてＰＨ，を用い、その流
量を発光層１０に対して１ｘｌＯ−’ｍｏｌ／ｓｉｎ、
導電層Ｉｌｌこ対して５　Ｘ　１０−’ｓａｔ／ｓｉｎ
としてそれぞれ所望のＰ濃度を有するｐ型ＺｎＳ層を得
た。

次に、正電極１２は、Ｐ添加ｐ！！！ＺｎＳ導電層２上
にＡｕ（膜厚０．１ｇ−）、Ａｕ−Ｂｅ合金（同０．０
５〜０．２μ−）、Ｐｔ（同０．５μ履）、Ａｌ（同０
．３〜３μ−）を順次積層して作成したものであり、Ａ
ｕ層およびＡｕ−Ｂｅ合金層は抵抗加熱蒸着法（真空度
■Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以下）、ｐｔ層はスパッター法
（ガ電圧Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”Ｔｏｒｒ）　、Ａ　ｌｌ！！
は電子ビーム蒸着法（真空度約ｌ　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏ
ｒｒ）によりそれぞれ成膜した。各金ｒｆ４層を成膜後
、ランプフラッシュアニールにより１０秒〜１５分間の
界面形成処理を行い、ｐ！！！ＺｎＳ層へのオーミック
性の電極とした。このようにして正電極１２を作成した
後、実施例１と同様にしてエピタキシャル半導体層の一
部を除去し、露出させたＡｌ添加低抵抗口型ＺｎＳ導電
層２の表面にＡｌ（！ＩＡ厚０１〜０３μ鋼）、Ｎｉ（
同０．（１５〜０．５ｕｍ）、Ｔｉ（同０．１〜０．５
ｕｓ）、Ｔａ（同０．０５〜１．０μｍ）、Ａｌ（同０
，３〜３．０μ麿）を順次積層し、正電極Ｉ２と同様に
ランプフラッシュアニル（１０秒〜１５分）による界面
形成処理を施し、ｎ！！！ＺｎＳ層へのオーミック性の
負電極１３とした。負電極■３を構成する各金属層の成
膜は、Ａ１層およびＮｉ層は電子ビーム蒸着法（真空度
ＩＸ　ｌ　Ｏ−”Ｔｏｒｒ以下）、Ｔｉ層およびＴａ層
はスノ（ツタ−法（ガス圧力的１　ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏ
ｒｒ）により行った。リード線７．８は、電極１２．１
３上に５０μ−φのＡｕ線をボンディングすることによ
り作成した。

第６，７図にそれぞれＡ１添加低抵抗ｎ型Ｚｎ５Ｉｆｊ
ＣＡ＋濃度３　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ｃｍ−３、膜厚２μｍ）に
Ａｌ正電極らびに本実施例で負電極として用いたＡ　Ｉ
／Ｎ　ｉ／Ｔ　ｉ／Ｔａ／Ａ　１１１極を形成した場合
の２端子間の電流電圧特性の経時変化の様子を示す。Ａ
ｌ正電極用いた場合、第６図に示されるように、時冊と
ともにオーミック性の低下ならびに接触抵抗の増大が見
られたが、Ａｌ／Ｎｊ／Ｔｉ　／　１’　ａ　／Ａｌ電
極を用いた場合は、第７図のように電流電圧特性の経時
変化はほとんど見られず、長時間にわたって安定したオ
ーミック特性を保持することができた。

以上のようにして作成したｐｎ接合型ＺｎＳ青色発光素
子は立ち上がり電圧３．２ｖの整流特性を示し、印加電
圧３．５Ｖ（電流３　ｍ　Ａ　）以上において実施例１
と同様の発光スペクトルを有する青色発光が得られた。

なお、正電極Ｉ２としてＡｌ／Ｎ　ｉ／Ｔ　ｉ／Ｔａ／
Ａ　Ｉを電極を用いることにより、Ａｕ電極を用いた場
合と比較して立ち上がり電圧は約０．２ｖ減少した。発
光輝度は、印加電圧５Ｖ　（［ｍ２０ｍＡ）において約
３０ｍｃｄであり、長時間にわたって、安定した発光を
観測することができた。

実施例５ 第８図に本発明の第５の実施例のｐｎ接合型ＺｎＳ青色
発光素子の断面模式図を示す。同図において１４はＣＩ
添加低抵抗ｎ型ＺｎＳ単結晶基板、１５はＣ１添加低抵
抗ｎ　！！！　Ｚ　ｎ　Ｓ導電層、１６はＡｌ添加ｎ型
ＺｎＳ発光層、Ｉ７はＰ添加ｐ型ＺｎＳ発光層、１８は
Ｐ添加ｐ型ＺｎＳ導電層であり、１９．２０はそれぞれ
正、負電極、７．８はリード線である。ＣＩ添加低抵抗
ｎ型ＺｎＳ単結晶基板１４は、ヨウ素輸送法で作成した
ＺｎＳバルク単結晶をＺｎＣｌ５中で熱処理することに
よりＣＩを添加して低抵抗化したものを切断、研摩して
厚さ約４００μｍのウェハーに加工したものである。用
いた基板ウェハーの抵抗率は約１０Ω・ｃｍである。こ
の低抵抗ｎ　！！！　Ｚ　ｎ　Ｓ基板Ｉ４上の４Ｂから
なるエピタキシャル半導体層＋５．１６゜１７．１８は
、実施例１と同様にしてＭＢＥ法で作成した。ＣＩ添加
低抵抗ｎ型ＺｎＳ導！！＋５の成長に際しては、Ｃ１の
分子線源としてＺｎＣｈを用い、Ｃ１度を５ＸＩＯ”ｃ
ｍ−”、膜厚を０．５μ−に設定した。上記のＣ１濃度
を得るためにＺ　ｎ　ＣＩ　＊の分子線強度は２　Ｘ　
Ｉ　０−１０Ｔｏｒｒとした。Ａ１添加ｎ型ＺｎＳ発光
層！６、Ｐ添加ｐ型ＺｎＳ発光層１７、Ｐ添加ｐ型Ｚｎ
Ｓ導電層１８については実施例４の場合と同様の不純物
農度、膜厚とした。次に、Ｐ添加ｐ型ＺｎＳ導電層Ｉ８
上に実施例４と同様にしてＡ　ｕ　／　Ａ　ｕ　−Ｂ　
ｅ合金／　Ｐ　ｔ　／　Ａ　Ｉ　？！！極を作成し正電
極１９とした。正電極１９作成後、負電極２０を低抵抗
ＺｎＳ基板１４裏面に形成する前に、基板ウェハーを保
持治具に正電極１９側が接着面となるようにワックス等
を用いて固定した基板１４を素子抵抗低減のため２００
ＪＪｓの厚さまで研摩した。研摩面は０５％のＢｒ−メ
タノール溶妓で約５μ−エツチングし、研摩による加工
変質層を取り除いた。次に、フックスを除去し、Ｉ　Ｘ
　Ｉ　Ｏ−”Ｔｏｒｒ以下の高真空中で２００℃で数分
間加熱処理した後、ｌ　Ｘ　Ｉ　Ｏ−＠Ｔｏｒｒ以下の
高真空中でこのｎ型ＺｎＳ基板１４裏面に電子線を照射
しながらＡｌを電子ビーム蒸着し、さらにＮ１、Ｔｉ、
Ｔａ、Ａｌを実施例４と同様にして順次積層し、ランプ
フラッシュアニールにより界面形成処理を行い負電極１
３を形成した。

このようにして作成したｐｎ接合型ＺｎＳ青色発光素子
は立ち上がり電圧３．ＯＶの整流特性を示し、印加電圧
３．５Ｖ以上で４５０ｎｍにピークをもつ青色発光が見
られた。発光輝度は印加電圧４５（１！流２０ｍＡ）で
３０ｍｃｄであり、長時間安定した発光が観測された。

なお本実施例において、ｐ型ＺｎＳ発光層ならびにｐ型
ＺｎＳ導電層への添加不純物としてＡｓを用いた場合で
も同様の特性を有する高輝度青色発光素子を作成するこ
とができた。

本発明の実施例に於いて開扉した＃ｒ８１な電極の構造
（構成法）は、その作用効果からも明らかであるように
、ＺｎＳのみならずＺｎを含む化合物、即ちＺｎ５ｅ、
ＺｎＴｅ、ＺｎＢｅ５．ＺｎＢｅＳｅ、　Ｚｎ１３ｅ’
ｌ’ｅ　　　ＺｎＭｎ５．ＺｎＭｎＳｅ。

Ｚ　ｎ　Ｍ　ｎ　Ｔｅ等、同様にＬ（ｇを成分元素とし
て含有する同化合物類、Ｍｇを成分元素として含有する
同化合物類、さらに加えて、上記のＺｎ化合物に於いて
ＺｎがＣｄに置換された一群の化合物類およびＺｎなら
びにＣｄを同時に含有する一群の化合物類に亘るＩＩ−
Ｖｌ族化合物半導体に適用できることは明らかである。

（ト）発明の効果 上述のように、本発明によれば、高輝度のＺｎＳ青色発
光素子を製作することが可能となることは明らかであり
、フルカラー表示素子用光源、高密度情報処理用光源、
光化学反応処理用光源等の各種オプトエレクトロニクス
機器用光源として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の第１の実施例のｐｎ接合型ＺｎＳ発
光素子の断面模式図、第２図および第３図は、それぞれ
、第１の実施例のｐｎ接合型ＺｎＳ発光素子の電流電圧
特性ならびに発光スペクトルを示す模式図、第４図は第
３の実施例のＭＩＳ型ＺｎＳ発先素子の断面模式図、第
５図は第４の実施例のｐｎ接合型ＺｎＳ発光素子の断面
模式図、第６図および第７図はＡ１添加低抵抗ｎ型Ｚｎ
Ｓ層上に形成し？、＝ＡｌＷ極およびＡ　Ｉ　／　Ｎ　
ｉ　／　Ｔ　ｉ／　Ｔ　ａ　／　Ａ　ｌ　ｉｆ極の２端
子間の電流電圧特性の経時変化をそれぞれ示した模式図
、第８図は第５の実施例のｐｎ接合型ＺｎＳ発光素子の
断面模式図、第９図はＡ１添加Ｚｎ５ｌの抵抗率とＰＩ
、発光強度のＡｌ１１度依存性を示した模式図、第１θ
図は従来のＺｎＳ発光素子の断面模式図である。 ９・・・高抵抗ＺｎＳ層、 ｔｏ、＋７−Ｐ添加ｐ型ＺｎＳ発光層、１１、Ｉ　８　
・＝　−Ｐ添加ｐ型ＺｎＳ導電層、１４・・・Ｃ１添加
低抵抗ｎ型ＺｎＳ基板、１５・・・　ＣＩ添加低抵抗ｎ
型Ｚ、ｎ　Ｓエピタキノヤル導電層、 ２１・・・・Ａ１添加低抵抗ｎ型ＺｎＳ単結晶基板（発
光Ｂ）、 ２２・・・・・高抵抗ＺｎＳ層。 ｌ・・・・・・ＺｎＳ単結晶基板、 ２・・・・・・低抵抗ｎ　ＰＩ！　Ｚ　ｎ　Ｓ　ｌｉｔ
層、３．１６・・・・・・Ａｌ添加ｎ型ＺｎＳ発光層、
４・・・・・・ｐ型ＺｎＳ発光層、 ５、＋２．１９．２３・・・・・・正電極、６、＋３．
２０．２４・・・・・・負電極、？、８，２５．２６・
・・・・・リード線、第１図 第４回 第３図 ｉ畏 （ｎｍ） 第 ５図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単結晶基板上に化合物半導体エピタキシャル層から
   なる発光素子層が形成され、その発光素子層に電圧を印
   加するための電極が少なくとも２つ形成されてなる電流
   注入型の化合物半導体発光素子であって、発光素子層中
   の発光層のうち少なくとも１つが、Ａｌを添加したＺｎ
   Ｓからなり、その発光層中のＡｌ濃度が１×１０＾１＾
   ７〜１×１０＾２＾０ｃｍ＾−＾３であることを特徴と
   する化合物半導体発光素子。 ２、単結晶基板がＺｎＳである請求項１記載の化合物半
   導体発光素子。 ３、発光層がＡｌを添加したｎ型ＺｎＳとＰを添加した
   ｐ型ＺｎＳとのｐｎ接合層からなる請求項１又は２記載
   の化合物半導体発光素子。 ４、発光層がＡｌを添加したｎ型ＺｎＳとＡｓを添加し
   たｐ型ＺｎＳとのｐｎ接合層からなる請求項１又は２記
   載の化合物半導体発光素子。 ５、単結晶基板上に化合物半導体エピタキシャル層から
   なる発光素子層が形成され、その発光素子層に電圧を印
   加するための電極が少なくとも２つ形成されてなる電流
   注入型の化合物半導体発光素子であって、発光素子層の
   ｐ型ＺｎＳ層に接続された電極がＡｕ／Ａｕ−Ｂｅ合金
   ／Ｐｔ／Ａｌ積層電極、Ａｕ／Ｔｅ／Ｔｉ／Ａｌ積層電
   極、あるいはＡｕ／Ｐｔ／Ｔａ／Ｎｉ／Ａｌ積層電極か
   らなり、発光素子層のｎ型ＺｎＳ層に接続された電極が
   Ｉｎ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｌ積層電極、Ｉｎ／Ａｌ／Ｎｉ／
   Ｔｉ積層電極、あるいはＡｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｔａ／Ａｌ
   積層電極からなる化合物半導体発光素子。