JPH05121781A - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents
発光素子およびその製造方法Info
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- JPH05121781A JPH05121781A JP6802992A JP6802992A JPH05121781A JP H05121781 A JPH05121781 A JP H05121781A JP 6802992 A JP6802992 A JP 6802992A JP 6802992 A JP6802992 A JP 6802992A JP H05121781 A JPH05121781 A JP H05121781A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｐ型正孔注入層を形成し、高い発光効率のｐ
−ｎ接合型青色発光素子を提供する。 【構成】 ｎ伝導型を有したＺｎＳ基板１１１上に、ｐ
型層としてｐ伝導型を有したＺｎＴｅ１１２ａとノンド
ープのＺｎＳ１１２ｂを交互に積層した多重量子井戸構
造１１２を形成する。多重量子井戸構造上に正電極１１
３、ＺｎＳ結晶に負電極１１４を形成する。この発光素
子に順バイアスを印加すると、ｎ型ＺｎＳから電子が多
重量子井戸層１１２に注入され、多重量子井戸層１１２
内で正孔と結合し、青色発光が得られる。 【効果】 ｐ伝導型正孔注入層を再現性よく容易に得る
ことができ、高密度のキャリアの注入と高い効率の青色
発光が得られるという効果がある。
−ｎ接合型青色発光素子を提供する。 【構成】 ｎ伝導型を有したＺｎＳ基板１１１上に、ｐ
型層としてｐ伝導型を有したＺｎＴｅ１１２ａとノンド
ープのＺｎＳ１１２ｂを交互に積層した多重量子井戸構
造１１２を形成する。多重量子井戸構造上に正電極１１
３、ＺｎＳ結晶に負電極１１４を形成する。この発光素
子に順バイアスを印加すると、ｎ型ＺｎＳから電子が多
重量子井戸層１１２に注入され、多重量子井戸層１１２
内で正孔と結合し、青色発光が得られる。 【効果】 ｐ伝導型正孔注入層を再現性よく容易に得る
ことができ、高密度のキャリアの注入と高い効率の青色
発光が得られるという効果がある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表示装置などに用いら
れるII−VI族化合物半導体発光素子およびその製造方法
に関するものである。
れるII−VI族化合物半導体発光素子およびその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、壁掛けテレビなどのディスプレー
用光源として、実用上十分な輝度と効率をもつ青色発光
ダイオード（以下、ＬＥＤと記す。）の開発が望まれて
いる。II−VI族化合物半導体であるＺｎＳｅやＺｎＳま
たはＺｎＳＳｅは、バンドギャップが室温で２.７〜３.
７ｅＶあり、直接遷移型のバンド構造を有することか
ら、青色ＬＥＤ用半導体材料として期待されている。一
般に、高輝度、高効率の青色ＬＥＤを実現するために
は、これらの材料に不純物を添加して伝導型の制御をお
こない、ｐ−ｎ接合構造を形成する必要がある。しか
し、ＺｎＳｅ、ＺｎＳまたはその混晶のＺｎＳＳｅは、
ともに低抵抗のｐ型伝導が得にくい材料であることが知
られている。
用光源として、実用上十分な輝度と効率をもつ青色発光
ダイオード（以下、ＬＥＤと記す。）の開発が望まれて
いる。II−VI族化合物半導体であるＺｎＳｅやＺｎＳま
たはＺｎＳＳｅは、バンドギャップが室温で２.７〜３.
７ｅＶあり、直接遷移型のバンド構造を有することか
ら、青色ＬＥＤ用半導体材料として期待されている。一
般に、高輝度、高効率の青色ＬＥＤを実現するために
は、これらの材料に不純物を添加して伝導型の制御をお
こない、ｐ−ｎ接合構造を形成する必要がある。しか
し、ＺｎＳｅ、ＺｎＳまたはその混晶のＺｎＳＳｅは、
ともに低抵抗のｐ型伝導が得にくい材料であることが知
られている。
【０００３】そこで、現在までに、低抵抗ｐ型をめざし
て新しいアクセプター不純物の検討が数多くなされてき
た。そして、ＺｎＳｅ中にＮやＬｉを添加することで、
ｐ型伝導が得られたとの報告もいくつかある（参考文
献：J. Nishizawa et al.;ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジクス J. Appl. Phys. 59(1986)2256., A.O
hki et al.;ジャーナル・オブ・クリスタル・グロウス
J. Cryst. Growth 93(1988)692., Y. Yasuda et a
l.;アプライド・フィジクス・レターズ Appl. Phys. L
ett. 52(1988)57.）。
て新しいアクセプター不純物の検討が数多くなされてき
た。そして、ＺｎＳｅ中にＮやＬｉを添加することで、
ｐ型伝導が得られたとの報告もいくつかある（参考文
献：J. Nishizawa et al.;ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジクス J. Appl. Phys. 59(1986)2256., A.O
hki et al.;ジャーナル・オブ・クリスタル・グロウス
J. Cryst. Growth 93(1988)692., Y. Yasuda et a
l.;アプライド・フィジクス・レターズ Appl. Phys. L
ett. 52(1988)57.）。
【０００４】従来のII−VI族化合物半導体の発光素子と
してとして、ＺｎＳｅ中にＮ不純物を添加して得られた
ｐ−ｎ接合型青色ＬＥＤの構造を図１６に示す。２０１
はＳｉをドープしたｎ型ＧａＡｓ基板、２０２はＣｌを
ドープしたｎ型ＺｎＳｅエピタキシャル層、２０３はＮ
をドープしたｐ型ＺｎＳｅエピタキシャル層、２０４お
よび２０５はそれぞれＡｕおよびＡｕＳｎ電極である。
このｐ−ｎ接合構造に順方向のバイアスをかけると、少
数キャリアである電子がｎ型ＺｎＳｅエピタキシャル層
２０２からｐ型ＺｎＳｅエピタキシャル層２０３へ注入
されて発光が得られる。
してとして、ＺｎＳｅ中にＮ不純物を添加して得られた
ｐ−ｎ接合型青色ＬＥＤの構造を図１６に示す。２０１
はＳｉをドープしたｎ型ＧａＡｓ基板、２０２はＣｌを
ドープしたｎ型ＺｎＳｅエピタキシャル層、２０３はＮ
をドープしたｐ型ＺｎＳｅエピタキシャル層、２０４お
よび２０５はそれぞれＡｕおよびＡｕＳｎ電極である。
このｐ−ｎ接合構造に順方向のバイアスをかけると、少
数キャリアである電子がｎ型ＺｎＳｅエピタキシャル層
２０２からｐ型ＺｎＳｅエピタキシャル層２０３へ注入
されて発光が得られる。
【０００５】一方、II−VI族化合物半導体としてＺｎＳ
を用いた発光素子についてはこれらのような不純物を添
加して低抵抗のｐ型伝導が得られたという報告はまだな
く、ｐ−ｎ接合型の青色ＬＥＤは得られていないのが実
状である。
を用いた発光素子についてはこれらのような不純物を添
加して低抵抗のｐ型伝導が得られたという報告はまだな
く、ｐ−ｎ接合型の青色ＬＥＤは得られていないのが実
状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のII
−VI族化合物半導体であるＺｎＳｅ発光素子には次のよ
うな課題がある。
−VI族化合物半導体であるＺｎＳｅ発光素子には次のよ
うな課題がある。
【０００７】従来のＺｎＳｅ発光素子に、ＮやＬｉを不
純物としてＺｎＳｅ中に添加しても、キャリア濃度がｐ
〜１０16ｃｍ-3以上の実用上十分な正孔濃度がえられな
い。したがって、十分な青色発光が実現できない。そこ
で、高濃度にＮやＬｉの不純物をＺｎＳｅ中に添加する
と、図１７に示すように、発光特性においてＺｎＳｅの
バンドギャップ中にできた深いアクセプタ準位からの発
光が支配的となり、青色の発光色が得られなくなってし
まうといった問題点があった。
純物としてＺｎＳｅ中に添加しても、キャリア濃度がｐ
〜１０16ｃｍ-3以上の実用上十分な正孔濃度がえられな
い。したがって、十分な青色発光が実現できない。そこ
で、高濃度にＮやＬｉの不純物をＺｎＳｅ中に添加する
と、図１７に示すように、発光特性においてＺｎＳｅの
バンドギャップ中にできた深いアクセプタ準位からの発
光が支配的となり、青色の発光色が得られなくなってし
まうといった問題点があった。
【０００８】さらに従来のＺｎＳｅ発光素子の構造は、
ｐ型ＺｎＳｅ層とｎ型ＺｎＳｅ層のｐｎ接合のシングル
ヘテロ構造であり、バンドギャップエネルギーの異なる
半導体層を３層以上積層した二重ヘテロ構造ではないた
め、発光を生じる活性領域に高密度の電子および光子を
閉じ込めることができない。そのために、高い発光効
率、さらには誘導放出（レーザ発振）が従来の構造では
得られないといった問題点があった。
ｐ型ＺｎＳｅ層とｎ型ＺｎＳｅ層のｐｎ接合のシングル
ヘテロ構造であり、バンドギャップエネルギーの異なる
半導体層を３層以上積層した二重ヘテロ構造ではないた
め、発光を生じる活性領域に高密度の電子および光子を
閉じ込めることができない。そのために、高い発光効
率、さらには誘導放出（レーザ発振）が従来の構造では
得られないといった問題点があった。
【０００９】またII−VI族化合物半導体としてＺｎＳを
用いた発光素子では、不純物を添加しても低抵抗のｐ型
伝導が得られておらず十分が青色の発光は得られない。
用いた発光素子では、不純物を添加しても低抵抗のｐ型
伝導が得られておらず十分が青色の発光は得られない。
【００１０】そこで本発明は、高密度のキャリアの注入
と高い効率の青色発光が得られ、高輝度、高発光効率の
青色発光素子を提供することを目的とする。
と高い効率の青色発光が得られ、高輝度、高発光効率の
青色発光素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段は次の通りである。 （１）ｎ伝導型を有したＺｎＳ結晶上に、ｐ伝導型を有
したＺｎＴｅまたはｐ伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺｎ
Ｓを交互に積層した構造と、前記構造上に正電極、前記
ＺｎＳ結晶に負電極を備えた発光素子とすることであ
る。 （２）ＧａＡｓ基板上に、ｎ伝導型のＺｎＳ結晶と、前
記ＺｎＳ結晶上に、ｐ伝導型を有したＺｎＴｅまたはｐ
伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構
造と、前記構造上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を
備えた発光素子とすることである。 （３）ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上に、ＭＯＣＶＤ法によりｐ
伝導型ＺｎＴｅまたはｐ伝導型ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交
互に積層した構造を形成する工程と、前記ＺｎＴｅまた
はＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に正電
極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を形成する工程とを備えた
発光素子の製造方法である。 （４）ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法によりｎ伝導型Ｚ
ｎＳ結晶を形成する工程と、前記ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上
に、ＭＯＣＶＤ法によりｐ伝導型ＺｎＴｅまたはｐ伝導
型ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形成する
工程と、前記ＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互
に積層した構造上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を
形成する工程とを備えた発光素子の製造方法である。 （５）ｎ伝導型を有したＺｎＳ結晶上に、第１のＺｎＴ
ｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造と、
前記第１の構造上に第２のｐ伝導型を有したＺｎＴｅま
たはｐ伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層
した構造と、前記第２の構造上に正電極、前記ＺｎＳ結
晶に負電極を備えた発光素子とすることである。 （６）ＧａＡｓ基板上に、ｎ伝導型のＺｎＳ結晶と、前
記ＺｎＳ結晶上に、第１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅと
ＺｎＳを交互に積層した構造と、前記第１の構造上に第
２のｐ伝導型を有したＺｎＴｅまたはｐ伝導型を有した
ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造と、前記構造
上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を備えた発光素子
とすることである。 （７）ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上に、ＭＯＣＶＤ法により第
１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層し
た構造を形成する工程と、前記第１の構造上にＭＯＣＶ
Ｄ法により第２のｐ伝導型ＺｎＴｅまたはｐ伝導型Ｚｎ
ＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形成する工程
と、前記第２のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交
互に積層した構造上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極
を形成する工程とを備えた発光素子の製造方法である。 （８）ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法によりｎ伝導型Ｚ
ｎＳ結晶を形成する工程と、前記ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上
に、ＭＯＣＶＤ法により第１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴ
ｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形成する工程と、前
記第１の構造上にＭＯＣＶＤ法により第２のｐ伝導型Ｚ
ｎＴｅまたはｐ伝導型ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層
した構造を形成する工程と、前記第２のＺｎＴｅまたは
ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に正電極、
前記ＺｎＳ結晶に負電極を形成する工程とを備えた発光
素子の製造方法である。
段は次の通りである。 （１）ｎ伝導型を有したＺｎＳ結晶上に、ｐ伝導型を有
したＺｎＴｅまたはｐ伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺｎ
Ｓを交互に積層した構造と、前記構造上に正電極、前記
ＺｎＳ結晶に負電極を備えた発光素子とすることであ
る。 （２）ＧａＡｓ基板上に、ｎ伝導型のＺｎＳ結晶と、前
記ＺｎＳ結晶上に、ｐ伝導型を有したＺｎＴｅまたはｐ
伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構
造と、前記構造上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を
備えた発光素子とすることである。 （３）ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上に、ＭＯＣＶＤ法によりｐ
伝導型ＺｎＴｅまたはｐ伝導型ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交
互に積層した構造を形成する工程と、前記ＺｎＴｅまた
はＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に正電
極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を形成する工程とを備えた
発光素子の製造方法である。 （４）ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法によりｎ伝導型Ｚ
ｎＳ結晶を形成する工程と、前記ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上
に、ＭＯＣＶＤ法によりｐ伝導型ＺｎＴｅまたはｐ伝導
型ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形成する
工程と、前記ＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互
に積層した構造上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を
形成する工程とを備えた発光素子の製造方法である。 （５）ｎ伝導型を有したＺｎＳ結晶上に、第１のＺｎＴ
ｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造と、
前記第１の構造上に第２のｐ伝導型を有したＺｎＴｅま
たはｐ伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層
した構造と、前記第２の構造上に正電極、前記ＺｎＳ結
晶に負電極を備えた発光素子とすることである。 （６）ＧａＡｓ基板上に、ｎ伝導型のＺｎＳ結晶と、前
記ＺｎＳ結晶上に、第１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅと
ＺｎＳを交互に積層した構造と、前記第１の構造上に第
２のｐ伝導型を有したＺｎＴｅまたはｐ伝導型を有した
ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造と、前記構造
上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を備えた発光素子
とすることである。 （７）ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上に、ＭＯＣＶＤ法により第
１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層し
た構造を形成する工程と、前記第１の構造上にＭＯＣＶ
Ｄ法により第２のｐ伝導型ＺｎＴｅまたはｐ伝導型Ｚｎ
ＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形成する工程
と、前記第２のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交
互に積層した構造上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極
を形成する工程とを備えた発光素子の製造方法である。 （８）ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法によりｎ伝導型Ｚ
ｎＳ結晶を形成する工程と、前記ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上
に、ＭＯＣＶＤ法により第１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴ
ｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形成する工程と、前
記第１の構造上にＭＯＣＶＤ法により第２のｐ伝導型Ｚ
ｎＴｅまたはｐ伝導型ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層
した構造を形成する工程と、前記第２のＺｎＴｅまたは
ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に正電極、
前記ＺｎＳ結晶に負電極を形成する工程とを備えた発光
素子の製造方法である。
【００１２】
【作用】本発明は上記手段により次の作用を有する。 （１）II−VI族化合物半導体としてＺｎＳやＺｎＳｅを
用いた発光素子の場合、アクセプタ不純物をＺｎＳやＺ
ｎＳｅ結晶中に添加しても、キャリア濃度ｐ〜１０16cm
-3以上の実用に足る正孔濃度が得られない。
用いた発光素子の場合、アクセプタ不純物をＺｎＳやＺ
ｎＳｅ結晶中に添加しても、キャリア濃度ｐ〜１０16cm
-3以上の実用に足る正孔濃度が得られない。
【００１３】一方、本発明を構成するＺｎＴｅまたはＺ
ｎＳＴｅ結晶は、アクセプター不純物を添加することに
より十分な正孔濃度（ｐ〜１０18cm-3）が得られる。し
かし、ｐ型ＺｎＴｅ結晶およびＺｎＳＴｅ結晶のバンド
ギャップの大きさはそれぞれ２．２６eV近傍であり、こ
の大きさでは青色発光は得られずグリーン色の発光しか
得られない。そこでバンドギャップをグリーン色の大き
さから青色の大きさまで大きくするために、本発明の構
造で示したように、ｐ型ＺｎＴｅとノンドープＺｎＳを
交互に積層した多重量子井戸構造、あるいはｐ型ＺｎＳ
ＴｅとノンドープＺｎＳを交互に積層した多重量子井戸
構造とするのである。
ｎＳＴｅ結晶は、アクセプター不純物を添加することに
より十分な正孔濃度（ｐ〜１０18cm-3）が得られる。し
かし、ｐ型ＺｎＴｅ結晶およびＺｎＳＴｅ結晶のバンド
ギャップの大きさはそれぞれ２．２６eV近傍であり、こ
の大きさでは青色発光は得られずグリーン色の発光しか
得られない。そこでバンドギャップをグリーン色の大き
さから青色の大きさまで大きくするために、本発明の構
造で示したように、ｐ型ＺｎＴｅとノンドープＺｎＳを
交互に積層した多重量子井戸構造、あるいはｐ型ＺｎＳ
ＴｅとノンドープＺｎＳを交互に積層した多重量子井戸
構造とするのである。
【００１４】ｐ型層をこのような多重量子井戸構造に
し、この多重量子井戸構造のｐ型ＺｎＴｅ層とノンドー
プＺｎＳ層の膜厚を所定の大きさに制御することによ
り、ｐ型多重量子井戸層の実効的なバンドギャップを、
波長換算でＺｎＴｅのもつバンドギャップ５５０nmから
ＺｎＳのもつバンドギャップ３４０nmまでの間の希望の
大きさに設定できる。
し、この多重量子井戸構造のｐ型ＺｎＴｅ層とノンドー
プＺｎＳ層の膜厚を所定の大きさに制御することによ
り、ｐ型多重量子井戸層の実効的なバンドギャップを、
波長換算でＺｎＴｅのもつバンドギャップ５５０nmから
ＺｎＳのもつバンドギャップ３４０nmまでの間の希望の
大きさに設定できる。
【００１５】同じように、ｐ型層を多重量子井戸構造の
ｐ型ＺｎＳＴｅ層とノンドープＺｎＳ層にして、その層
の膜厚を所定の大きさに制御することにより、ｐ型多重
量子井戸層の実効的なバンドギャップを、波長換算でＺ
ｅＳＴｅのもつバンドギャップ５５０nmからＺｎＳのも
つバンドギャップ３４０nmまでの間の希望の大きさに設
定できる。
ｐ型ＺｎＳＴｅ層とノンドープＺｎＳ層にして、その層
の膜厚を所定の大きさに制御することにより、ｐ型多重
量子井戸層の実効的なバンドギャップを、波長換算でＺ
ｅＳＴｅのもつバンドギャップ５５０nmからＺｎＳのも
つバンドギャップ３４０nmまでの間の希望の大きさに設
定できる。
【００１６】したがって、本発明によれば実用上十分な
正孔濃度をもち、かつバンドギャップが広く、青色発光
に十分な大きさのバンドギャップをもつｐ型層が得られ
る。 （２）ｐ型ＺｎＴｅとノンドープＺｎＳを交互に積層し
た多重量子井戸構造、またはｐ型ＺｎＳＴｅとノンドー
プＺｎＳを交互に積層した多重量子井戸構造において、
ＺｎＴｅ層,ＺｎＳＴｅ層に、十分なｐ型キャリア濃度
をもたせるためｐ型不純物をドープしてもＺｎＴｅ層,
ＺｎＳＴｅ層に、深いアクセプター準位は存在しないた
めに、青色発光以外の発光は存在しない。したがって強
い青色発光を室温で示す青色発光素子が得られる。 （３）ＺｎＴｅとＺｎＳを交互に積層した多重量子井戸
構造またはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した多重量
子井戸構造では、その状態密度は階段状の分布をもつよ
うになり、バンドギャップ付近における状態密度が著し
く増加する。そのため、室温で高い青色発光効率が得ら
れる。 （４）第１の多重量子井戸構造の実効的バンドギャップ
を第２の多重量子井戸構造の実効的バンドギャップより
小さくなるよう構造を設定することにより、ＺｎＳと第
１および第２の多重量子井戸構造とでバンドギャップエ
ネルギーの異なる３種類の半導体層を積層した二重ヘテ
ロ構造が形成できる。そのため、活性領域である第１の
多重量子井戸構造に高密度の電子および光子を閉じ込め
ることができ、発光効率も向上し、誘導放出（レーザ発
振）も可能となる。
正孔濃度をもち、かつバンドギャップが広く、青色発光
に十分な大きさのバンドギャップをもつｐ型層が得られ
る。 （２）ｐ型ＺｎＴｅとノンドープＺｎＳを交互に積層し
た多重量子井戸構造、またはｐ型ＺｎＳＴｅとノンドー
プＺｎＳを交互に積層した多重量子井戸構造において、
ＺｎＴｅ層,ＺｎＳＴｅ層に、十分なｐ型キャリア濃度
をもたせるためｐ型不純物をドープしてもＺｎＴｅ層,
ＺｎＳＴｅ層に、深いアクセプター準位は存在しないた
めに、青色発光以外の発光は存在しない。したがって強
い青色発光を室温で示す青色発光素子が得られる。 （３）ＺｎＴｅとＺｎＳを交互に積層した多重量子井戸
構造またはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した多重量
子井戸構造では、その状態密度は階段状の分布をもつよ
うになり、バンドギャップ付近における状態密度が著し
く増加する。そのため、室温で高い青色発光効率が得ら
れる。 （４）第１の多重量子井戸構造の実効的バンドギャップ
を第２の多重量子井戸構造の実効的バンドギャップより
小さくなるよう構造を設定することにより、ＺｎＳと第
１および第２の多重量子井戸構造とでバンドギャップエ
ネルギーの異なる３種類の半導体層を積層した二重ヘテ
ロ構造が形成できる。そのため、活性領域である第１の
多重量子井戸構造に高密度の電子および光子を閉じ込め
ることができ、発光効率も向上し、誘導放出（レーザ発
振）も可能となる。
【００１７】
【実施例】（実施例１）本発明の第１の実施例を図面に
基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の青色発光素
子（以下、ＬＥＤと書く。）の構造断面図を示す。１１
１はＩ（インジウム）ドープｎ型ＺｎＳ基板、１１２は
Ｓｂ（アンチモン）ドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井
戸層である。ＩおよびＳｂの添加濃度はともにキャリア
濃度で１×１０18cm-3とした。ここで、ＺｎＳ基板１１
１にＩをドープして１×１０18cm -3のキャリア濃度をも
つｎ型にし、ｐ型はＺｎＴｅ１１２ａをもちいるからＺ
ｎＳｅ,ＺｎＳでは得られない、１×１０18cm-3の高濃
度のキャリア濃度をもつｐ型にできる。
基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の青色発光素
子（以下、ＬＥＤと書く。）の構造断面図を示す。１１
１はＩ（インジウム）ドープｎ型ＺｎＳ基板、１１２は
Ｓｂ（アンチモン）ドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井
戸層である。ＩおよびＳｂの添加濃度はともにキャリア
濃度で１×１０18cm-3とした。ここで、ＺｎＳ基板１１
１にＩをドープして１×１０18cm -3のキャリア濃度をも
つｎ型にし、ｐ型はＺｎＴｅ１１２ａをもちいるからＺ
ｎＳｅ,ＺｎＳでは得られない、１×１０18cm-3の高濃
度のキャリア濃度をもつｐ型にできる。
【００１８】１１３および１１４はそれぞれｐ型電極と
してＡｕ電極およびｎ型電極としてＩｎ電極である。
してＡｕ電極およびｎ型電極としてＩｎ電極である。
【００１９】ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１１２を
構成するＺｎＴｅ層１１２ａにＳｂが添加されると、Ｚ
ｎＴｅ層１１２ａはｐ伝導型となり、正孔がキャリアと
して働くようになる。ここでＺｎＴｅはＺｎＳ,ＺｎＳ
ｅに比べて高濃度のｐ型にできるため非常に好都合であ
る。ただＺｎＴｅのバンドギャップは波長換算で５５０
nmであり、発光色はグリーンになる。よって、青色ＬＥ
Ｄにするためには波長換算でバンドギャップを現在の５
５０nmから４８０nm程度に大きくする必要がある。その
ために、ｐ型層として、ｐ型の高濃度にできるＺｎＴｅ
と、さらにバンドギャップが波長換算で３４０nmのＺｎ
Ｓとを用い、ｐ型のＺｎＴｅとノンドープのＺｎＳとの
多重量子井戸構造にすることにより、ｐ型層のバンドギ
ャップを青色にまで大きくするのである。
構成するＺｎＴｅ層１１２ａにＳｂが添加されると、Ｚ
ｎＴｅ層１１２ａはｐ伝導型となり、正孔がキャリアと
して働くようになる。ここでＺｎＴｅはＺｎＳ,ＺｎＳ
ｅに比べて高濃度のｐ型にできるため非常に好都合であ
る。ただＺｎＴｅのバンドギャップは波長換算で５５０
nmであり、発光色はグリーンになる。よって、青色ＬＥ
Ｄにするためには波長換算でバンドギャップを現在の５
５０nmから４８０nm程度に大きくする必要がある。その
ために、ｐ型層として、ｐ型の高濃度にできるＺｎＴｅ
と、さらにバンドギャップが波長換算で３４０nmのＺｎ
Ｓとを用い、ｐ型のＺｎＴｅとノンドープのＺｎＳとの
多重量子井戸構造にすることにより、ｐ型層のバンドギ
ャップを青色にまで大きくするのである。
【００２０】ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１１２内
のキャリアは、ヘテロ接合によって形成されるポテンシ
ャル井戸に閉じ込められると、自由度が制限されるよう
になる。この結果、ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１
１２内には量子準位が形成される。この量子井戸中に形
成される量子準位は井戸層の膜厚によって変化するた
め、ＺｎＴｅ１１２ａおよびＺｎＳ１１２ｂの各層の膜
厚を変えることによって、実効バンドギャップを波長換
算で約５５０nmから３４０nmまで短波長化できる。本実
施例ではＺｎＴｅ１１２ａおよびＺｎＳ１１２ｂの各層
の膜厚をそれぞれ１nmとしたため、実効的バンドギャッ
プは波長換算で４５０nmとなる。
のキャリアは、ヘテロ接合によって形成されるポテンシ
ャル井戸に閉じ込められると、自由度が制限されるよう
になる。この結果、ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１
１２内には量子準位が形成される。この量子井戸中に形
成される量子準位は井戸層の膜厚によって変化するた
め、ＺｎＴｅ１１２ａおよびＺｎＳ１１２ｂの各層の膜
厚を変えることによって、実効バンドギャップを波長換
算で約５５０nmから３４０nmまで短波長化できる。本実
施例ではＺｎＴｅ１１２ａおよびＺｎＳ１１２ｂの各層
の膜厚をそれぞれ１nmとしたため、実効的バンドギャッ
プは波長換算で４５０nmとなる。
【００２１】ｐ型層であるｐ型ＺｎＴｅとノンドープＺ
ｎＳとの多重量子井戸構造にした時のバンドギャップの
大きさは、次に示す式によって計算できる。
ｎＳとの多重量子井戸構造にした時のバンドギャップの
大きさは、次に示す式によって計算できる。
【００２２】
【数１】
【００２３】ここで、
【００２４】
【数２】
【００２５】であり、ｋzは波数ベクトルのｚ成分、ｍz
*、ｍB *はそれぞれ井戸層および障壁層の電子（正孔）
の有効質量、ΔＥはバンドオフセットの大きさとする。
*、ｍB *はそれぞれ井戸層および障壁層の電子（正孔）
の有効質量、ΔＥはバンドオフセットの大きさとする。
【００２６】この（数１）により計算すると、ＺｎＴｅ
１１２ａおよびＺｎＳ１１２ｂの各層の膜厚が１nmのと
きバンドギャップは４５０nmになり、青色発光のバンド
ギャップの大きさに制御できる。
１１２ａおよびＺｎＳ１１２ｂの各層の膜厚が１nmのと
きバンドギャップは４５０nmになり、青色発光のバンド
ギャップの大きさに制御できる。
【００２７】またＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１１
２はｐ伝導型を示し、平均の正孔キャリア濃度は４×１
０17cm-3が得られた。したがって、本発明のＡｕ電極１
１３側に正、Ｉｎ電極１１４側に負バイアスをかける
と、ｎ型ＺｎＳ１１１からＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ
多重量子井戸層１１２の領域に電子が注入された。その
結果、この少数キャリアである電子がＳｂドープＺｎＴ
ｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１１２中の多数キャリア（正
孔）と発光再結合することにより青色発光が生じた。図
１（ｂ）にこの本発明のＺｎＳ青色ＬＥＤのバンド構造
とともに、発光のメカニズムを示した。
２はｐ伝導型を示し、平均の正孔キャリア濃度は４×１
０17cm-3が得られた。したがって、本発明のＡｕ電極１
１３側に正、Ｉｎ電極１１４側に負バイアスをかける
と、ｎ型ＺｎＳ１１１からＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ
多重量子井戸層１１２の領域に電子が注入された。その
結果、この少数キャリアである電子がＳｂドープＺｎＴ
ｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１１２中の多数キャリア（正
孔）と発光再結合することにより青色発光が生じた。図
１（ｂ）にこの本発明のＺｎＳ青色ＬＥＤのバンド構造
とともに、発光のメカニズムを示した。
【００２８】図２は作製した本構造のＬＥＤにおける電
流−電圧特性を示す。縦軸はＬＥＤの駆動電流、横軸は
駆動電圧である。この図に示すように、電圧−電流特性
においてはｐ−ｎ接合構造の形成を示す良好な整流特性
であることがわかる。立ち上がり電圧は（Turn-on volt
age）は約２．５Ｖ、逆バイアス・ブレークダウン電圧
は（Reverse bias breakdown）は１２Ｖであった。
流−電圧特性を示す。縦軸はＬＥＤの駆動電流、横軸は
駆動電圧である。この図に示すように、電圧−電流特性
においてはｐ−ｎ接合構造の形成を示す良好な整流特性
であることがわかる。立ち上がり電圧は（Turn-on volt
age）は約２．５Ｖ、逆バイアス・ブレークダウン電圧
は（Reverse bias breakdown）は１２Ｖであった。
【００２９】従来報告されているＺｎＳｅのｐ−ｎ接合
ＬＥＤは、ＺｎＳｅＬＥＤに大きな寄生抵抗を持つこと
により、非常に大きな立ち上がり電圧を持つ。しかし図
１に示す本構造のＬＥＤは極めて低い立ち上がり電圧を
示し、寄生抵抗の低い良好なｐ−ｎ接合構造が形成され
ていることがこの結果より確認される。
ＬＥＤは、ＺｎＳｅＬＥＤに大きな寄生抵抗を持つこと
により、非常に大きな立ち上がり電圧を持つ。しかし図
１に示す本構造のＬＥＤは極めて低い立ち上がり電圧を
示し、寄生抵抗の低い良好なｐ−ｎ接合構造が形成され
ていることがこの結果より確認される。
【００３０】図３も本発明のＬＥＤの電流−電圧特性を
示す。縦軸は順方向電流、横軸は順方向電圧である。こ
の図より、ＬＥＤに印加する順方向電圧を大きくしてい
くと、それにつれて順方向電流も大きくなる。この図に
おいてｎ=1.3の値が得られる。ここでｎ値とは、Ｉ＝Ｉ
0ｅｘｐ（ｅＶ／ｎｋＴ）で表わされるｎである。
示す。縦軸は順方向電流、横軸は順方向電圧である。こ
の図より、ＬＥＤに印加する順方向電圧を大きくしてい
くと、それにつれて順方向電流も大きくなる。この図に
おいてｎ=1.3の値が得られる。ここでｎ値とは、Ｉ＝Ｉ
0ｅｘｐ（ｅＶ／ｎｋＴ）で表わされるｎである。
【００３１】 Ｉ：駆動電流 Ｉ0：定数 ｅ：素電荷 Ｖ：駆動電圧 ｎ：diode ideality factor ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：温度 このなかでｎ値とは、ｐｎ接合ダイオードが理想的な駆
動状態にあるか、そうでないかを表わす数値であり、こ
の値はｎ＝１であれば理想的なｐｎ接合の順方向バイア
スと拡散電流の関係であることを示す。また、ｐｎ接合
の遷移領域でバンドギャップ中のトラップによるキャリ
アの発生、消滅が存在して、ダイオードの理想的な駆動
状態からはずれると、ｎの値は１からはずれ、２に近づ
く。本発明のＬＥＤのｎ値（Diode ideality factor）
は順方向電流１０-3Ａの付近までｎ＝１．３の値が得ら
れている。したがって、本発明のＬＥＤは非常に良好な
ｐｎ接合特性を有していることがわかる。本構造のＬＥ
Ｄによって、波長約４６０nmの強い青色発光が室温にお
いて得られた。
動状態にあるか、そうでないかを表わす数値であり、こ
の値はｎ＝１であれば理想的なｐｎ接合の順方向バイア
スと拡散電流の関係であることを示す。また、ｐｎ接合
の遷移領域でバンドギャップ中のトラップによるキャリ
アの発生、消滅が存在して、ダイオードの理想的な駆動
状態からはずれると、ｎの値は１からはずれ、２に近づ
く。本発明のＬＥＤのｎ値（Diode ideality factor）
は順方向電流１０-3Ａの付近までｎ＝１．３の値が得ら
れている。したがって、本発明のＬＥＤは非常に良好な
ｐｎ接合特性を有していることがわかる。本構造のＬＥ
Ｄによって、波長約４６０nmの強い青色発光が室温にお
いて得られた。
【００３２】図４は作製したＬＥＤの室温におけるエレ
クトロルミネッセンススペクトル（Electroluminescenc
e(EL) spectrum）およびＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多
重量子井戸層１１２の室温におけるフォトルミネッセン
ススペクトル（Photoluminescence spectrum）を示す。
ダイオードの順方向電流（Forward bias voltage）は４
Ｖである。EL spectrumは２．７ｅＶの青色領域にピー
クを有する。ＬＥＤのEL スペクトルとＳｂドープＺｎ
Ｔｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層のPL スペクトルが良く一
致することから、ＬＥＤのＥＬ発光はＬＥＤ構造のＳｂ
ドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１１２中におけ
る多数キャリアである正孔と、少数キャリアである電子
との再結合（Electron-hole recombination）によるも
のと考えられる。外部量子効率は１％であった。
クトロルミネッセンススペクトル（Electroluminescenc
e(EL) spectrum）およびＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多
重量子井戸層１１２の室温におけるフォトルミネッセン
ススペクトル（Photoluminescence spectrum）を示す。
ダイオードの順方向電流（Forward bias voltage）は４
Ｖである。EL spectrumは２．７ｅＶの青色領域にピー
クを有する。ＬＥＤのEL スペクトルとＳｂドープＺｎ
Ｔｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層のPL スペクトルが良く一
致することから、ＬＥＤのＥＬ発光はＬＥＤ構造のＳｂ
ドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層１１２中におけ
る多数キャリアである正孔と、少数キャリアである電子
との再結合（Electron-hole recombination）によるも
のと考えられる。外部量子効率は１％であった。
【００３３】図５は横軸に駆動電流、縦軸に青色光の大
きさを示した特性図である。この図より、発光パワーは
電流の増加と共にリニアに増加することから、ｐｎ接合
ダイオード中に非発光再結合中心がほとんど存在しない
ことがわかる。
きさを示した特性図である。この図より、発光パワーは
電流の増加と共にリニアに増加することから、ｐｎ接合
ダイオード中に非発光再結合中心がほとんど存在しない
ことがわかる。
【００３４】（実施例２）次に、本発明のＬＥＤの製造
方法の一例を図６を用いて説明する。本実施例ではＺｎ
Ｓ１１１の成長方法として、ヨウ素輸送法を採用した。
まずヨウ素輸送法による成長について説明する。
方法の一例を図６を用いて説明する。本実施例ではＺｎ
Ｓ１１１の成長方法として、ヨウ素輸送法を採用した。
まずヨウ素輸送法による成長について説明する。
【００３５】ＺｎＳの粉末を高純度水素中で８５０℃、
３時間還元処理を行った後、石英アンプル等の中に２×
１０-6Ｔｏｒｒ程度で真空封入し１０００℃、５０時間
焼成した。これを原料として用いた。また、鏡面ラップ
し、化学エッチを施した（１１１）面をもつＺｎＳ単結
晶を種結晶として用いた。成長用アンプルの体積に対し
て５mg／cm2の分量のヨウ素とともに、この焼成したＺ
ｎＳと種結晶ＺｎＳを成長用アンプルに封入し、封管中
で成長を行った。成長用アンプルにおいて焼成したＺｎ
Ｓの部分の温度は８５０℃とし、ＺｎＳ種結晶の部分の
温度は８４０℃として温度勾配をつけ、１０日程度の成
長を行った。
３時間還元処理を行った後、石英アンプル等の中に２×
１０-6Ｔｏｒｒ程度で真空封入し１０００℃、５０時間
焼成した。これを原料として用いた。また、鏡面ラップ
し、化学エッチを施した（１１１）面をもつＺｎＳ単結
晶を種結晶として用いた。成長用アンプルの体積に対し
て５mg／cm2の分量のヨウ素とともに、この焼成したＺ
ｎＳと種結晶ＺｎＳを成長用アンプルに封入し、封管中
で成長を行った。成長用アンプルにおいて焼成したＺｎ
Ｓの部分の温度は８５０℃とし、ＺｎＳ種結晶の部分の
温度は８４０℃として温度勾配をつけ、１０日程度の成
長を行った。
【００３６】次に、こうして得られた図６（ａ）のＺｎ
Ｓ結晶１１１上に有機金属化学気相成長（以下、ＭＯＣ
ＶＤと記す。）法によりＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
構造を形成した（図６（ｂ））。ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重
量子井戸層１１２を構成するＺｎＴｅ層１１２ａの原料
にはジメチル亜鉛およびジメチルテルル、ＺｎＳ層１１
２ｂの原料にはジメチル亜鉛および硫化水素を用いた。
ドーパントであるＳｂの原料にはトリメチルアンチモン
を用いた。ジメチル亜鉛、ジメチルテルル、硫化水素、
およびトリメチルアンチモンの典型的な供給量は、それ
ぞれ４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×１０-6ｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、６〜４０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、およ
び６〜３０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎである。基板温度は
３５０〜４５０℃、成長圧力は５０Ｔｏｒｒとした。ま
ず、５０％ＮａＯＨ水溶液のエッチャントによりＺｎＳ
基板１１１の表面酸化膜を除去する。次に図６（ｂ）に
示すように、ジメチル亜鉛とジメチルテルルおよびトリ
メチルアンチモンを用いてＳｂドープＺｎＴｅ層１１２
ａを１nm、ジメチル亜鉛、硫化水素を用いてＺｎＳ層１
１２ｂを１nm、原料ガスを交互供給することにより交互
に１００周期成長させた。その後図６（ｃ）、（ｄ）に
示すようにＡｕおよびＩｎの金属蒸着により電極１１３
および１１４を形成した。
Ｓ結晶１１１上に有機金属化学気相成長（以下、ＭＯＣ
ＶＤと記す。）法によりＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
構造を形成した（図６（ｂ））。ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重
量子井戸層１１２を構成するＺｎＴｅ層１１２ａの原料
にはジメチル亜鉛およびジメチルテルル、ＺｎＳ層１１
２ｂの原料にはジメチル亜鉛および硫化水素を用いた。
ドーパントであるＳｂの原料にはトリメチルアンチモン
を用いた。ジメチル亜鉛、ジメチルテルル、硫化水素、
およびトリメチルアンチモンの典型的な供給量は、それ
ぞれ４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×１０-6ｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、６〜４０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、およ
び６〜３０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎである。基板温度は
３５０〜４５０℃、成長圧力は５０Ｔｏｒｒとした。ま
ず、５０％ＮａＯＨ水溶液のエッチャントによりＺｎＳ
基板１１１の表面酸化膜を除去する。次に図６（ｂ）に
示すように、ジメチル亜鉛とジメチルテルルおよびトリ
メチルアンチモンを用いてＳｂドープＺｎＴｅ層１１２
ａを１nm、ジメチル亜鉛、硫化水素を用いてＺｎＳ層１
１２ｂを１nm、原料ガスを交互供給することにより交互
に１００周期成長させた。その後図６（ｃ）、（ｄ）に
示すようにＡｕおよびＩｎの金属蒸着により電極１１３
および１１４を形成した。
【００３７】図７はトリメチルアンチモンの供給流量に
対する正孔キャリア濃度の変化を示す。ＺｎＴｅ層およ
びＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ量子井戸構造のキャリア
濃度はトリメチルアンチモンの供給量に対して単調に増
加する。これから電気的特性を良好に制御可能であるこ
とがわかる。ここではＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ量子
井戸構造のキャリア濃度は１×１０17cm-3の高い値が得
られた。
対する正孔キャリア濃度の変化を示す。ＺｎＴｅ層およ
びＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ量子井戸構造のキャリア
濃度はトリメチルアンチモンの供給量に対して単調に増
加する。これから電気的特性を良好に制御可能であるこ
とがわかる。ここではＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ量子
井戸構造のキャリア濃度は１×１０17cm-3の高い値が得
られた。
【００３８】ここで、ＺｎＴｅ層１１２ａとＺｎＳ層１
１２ｂの膜厚を１nmとしたが、量子効果を有する範囲内
で、またコヒーレント成長の臨界膜厚範囲内であればそ
れぞれの膜厚を変えることも可能である。すなわち、Ｚ
ｎＴｅのバンドギャップ５５０nmとＺｎＳ３４０ｎｍの
間の範囲にあるバンドギャップであれば、ＺｎＴｅの膜
厚と、ＺｎＳの膜厚を設定してやればよい。
１２ｂの膜厚を１nmとしたが、量子効果を有する範囲内
で、またコヒーレント成長の臨界膜厚範囲内であればそ
れぞれの膜厚を変えることも可能である。すなわち、Ｚ
ｎＴｅのバンドギャップ５５０nmとＺｎＳ３４０ｎｍの
間の範囲にあるバンドギャップであれば、ＺｎＴｅの膜
厚と、ＺｎＳの膜厚を設定してやればよい。
【００３９】なお、本発明の第１、第２の実施例におい
て、基板にｎ型ＺｎＳ基板を用いたが、ｎ型ＺｎＳｅ基
板やｎ型ＺｎＳＳｅ基板でも同様に利用でき、これらの
基板はヨウ素輸送法によって容易に得られる。また、Ｚ
ｎＳ基板上にバッファー層としてｎ型ＺｎＳ層を形成し
たものをｎ型ＺｎＳ基板１１１の代わりに用いても同様
な効果が期待できる。
て、基板にｎ型ＺｎＳ基板を用いたが、ｎ型ＺｎＳｅ基
板やｎ型ＺｎＳＳｅ基板でも同様に利用でき、これらの
基板はヨウ素輸送法によって容易に得られる。また、Ｚ
ｎＳ基板上にバッファー層としてｎ型ＺｎＳ層を形成し
たものをｎ型ＺｎＳ基板１１１の代わりに用いても同様
な効果が期待できる。
【００４０】ＺｎＳ結晶より簡単に手にはいるＧａＡｓ
基板を用いることにより、ＺｎＳ結晶のかわりに、ｎ型
ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法により形成したｎ型Ｚｎ
Ｓ、ｎ型ＺｎＳｅまたはｎ型ＺｎＳＳｅエピタキシャル
層を用いることで図１の実施例に示した構造をＧａＡｓ
基板上に作ることができる。
基板を用いることにより、ＺｎＳ結晶のかわりに、ｎ型
ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法により形成したｎ型Ｚｎ
Ｓ、ｎ型ＺｎＳｅまたはｎ型ＺｎＳＳｅエピタキシャル
層を用いることで図１の実施例に示した構造をＧａＡｓ
基板上に作ることができる。
【００４１】（実施例３）次に第３の実施例を図面に基
づいて説明する。この第３の実施例の基本的には図１を
用いて説明した第１の実施例と同じである。異なる点は
基板にＧａＡｓ３１を用いているところである。
づいて説明する。この第３の実施例の基本的には図１を
用いて説明した第１の実施例と同じである。異なる点は
基板にＧａＡｓ３１を用いているところである。
【００４２】図８において、３１はＳｉドープｎ型Ｇａ
Ａｓ基板、３２はＣｌドープｎ型ＺｎＳ層、３３はＳｂ
ドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層、３４および３
５はＡｕおよびＡｕＳｎ電極である。ｎ型ＺｎＳ層３２
はバッファー層としてＧａＡｓ基板３１上に形成されて
おり、そのために図１で示したＺｎＳ基板１１１を用い
る必要がなく、比較的簡単に手にはいるＧａＡｓを使用
できる。
Ａｓ基板、３２はＣｌドープｎ型ＺｎＳ層、３３はＳｂ
ドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層、３４および３
５はＡｕおよびＡｕＳｎ電極である。ｎ型ＺｎＳ層３２
はバッファー層としてＧａＡｓ基板３１上に形成されて
おり、そのために図１で示したＺｎＳ基板１１１を用い
る必要がなく、比較的簡単に手にはいるＧａＡｓを使用
できる。
【００４３】本実施例のＬＥＤのＡｕ電極３４側に正、
ＡｕＳｎ電極３５側に負バイアスをかけると、ｎ型Ｚｎ
Ｓ層３２からＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層３３の領域に正孔が注入された。その結果、この少数
キャリアがｐ型ＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井
戸層３３中の多数キャリアと発光再結合することにより
発光が生じた。電圧−電流特性においては（図示せず）
ｐ−ｎ接合構造の形成を示す整流特性が得られた。本構
造のＬＥＤによって、ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層
３３の量子準位間の発光に相当する波長約４５０nmの強
い青色発光が室温において得られた。また外部量子効率
は１.２％が得られた。
ＡｕＳｎ電極３５側に負バイアスをかけると、ｎ型Ｚｎ
Ｓ層３２からＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層３３の領域に正孔が注入された。その結果、この少数
キャリアがｐ型ＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井
戸層３３中の多数キャリアと発光再結合することにより
発光が生じた。電圧−電流特性においては（図示せず）
ｐ−ｎ接合構造の形成を示す整流特性が得られた。本構
造のＬＥＤによって、ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層
３３の量子準位間の発光に相当する波長約４５０nmの強
い青色発光が室温において得られた。また外部量子効率
は１.２％が得られた。
【００４４】次に本発明の第４の実施例である製造の工
程の一例を図９を用いて説明する。まず、ＧａＡｓ基板
の酸化膜を除去した後、図９（ｂ）のように例えばＭＯ
ＣＶＤ法により、原料にジメチル亜鉛と硫化水素、ドー
パント原料に１−クロロオクタンを用いて、成長温度３
５０〜４５０℃、成長圧力５０ＴｏｒｒでＺｎＳ層３２
を成長させた。ジメチル亜鉛、硫化水素、および１−ク
ロロオクタンの典型的な供給量は、それぞれ４×１０-5
ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、
および５〜２０×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎである。これに
よりキャリア濃度ｎ〜１×１０18cm-3のＣｌドープｎ型
ＺｎＳが得られる。またドーパントとしてＩ、Ａｌ、Ｇ
ａ等を用いてもｎ型結晶が得られる。次に連続して、Ｚ
ｎＳ層３２上にＭＯＣＶＤ法によりＺｎＴｅ／ＺｎＳ多
重量子井戸構造を形成した（図９（ｃ））。ＺｎＴｅ／
ＺｎＳ多重量子井戸層３３を構成するＺｎＴｅ層３３ａ
の原料にはジメチル亜鉛およびジメチルテルル、ＺｎＳ
層３３ｂの原料にはジメチル亜鉛および硫化水素を用い
た。ドーパントであるＳｂの原料にはトリメチルアンチ
モンを用いた。ジメチル亜鉛、ジメチルテルル、硫化水
素、およびトリメチルアンチモンの典型的な供給量は、
それぞれ４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×１０
-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、６〜４０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、
および６〜３０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎである。基板温
度は３５０〜４５０℃、成長圧力は５０Ｔｏｒｒとし
た。図９（ｃ）に示すように、ジメチル亜鉛とジメチル
テルルを用いてＺｎＴｅ層３３ａを１nm、ジメチル亜
鉛、硫化水素を用いてＺｎＳ層３３ｂを１nm、原料ガス
を交互供給することにより交互に１００周期成長させ
た。その後図９（ｄ）に示すようにＡｕおよびＡｕＳｎ
の金属蒸着により電極３４および３５を形成した。
程の一例を図９を用いて説明する。まず、ＧａＡｓ基板
の酸化膜を除去した後、図９（ｂ）のように例えばＭＯ
ＣＶＤ法により、原料にジメチル亜鉛と硫化水素、ドー
パント原料に１−クロロオクタンを用いて、成長温度３
５０〜４５０℃、成長圧力５０ＴｏｒｒでＺｎＳ層３２
を成長させた。ジメチル亜鉛、硫化水素、および１−ク
ロロオクタンの典型的な供給量は、それぞれ４×１０-5
ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、
および５〜２０×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎである。これに
よりキャリア濃度ｎ〜１×１０18cm-3のＣｌドープｎ型
ＺｎＳが得られる。またドーパントとしてＩ、Ａｌ、Ｇ
ａ等を用いてもｎ型結晶が得られる。次に連続して、Ｚ
ｎＳ層３２上にＭＯＣＶＤ法によりＺｎＴｅ／ＺｎＳ多
重量子井戸構造を形成した（図９（ｃ））。ＺｎＴｅ／
ＺｎＳ多重量子井戸層３３を構成するＺｎＴｅ層３３ａ
の原料にはジメチル亜鉛およびジメチルテルル、ＺｎＳ
層３３ｂの原料にはジメチル亜鉛および硫化水素を用い
た。ドーパントであるＳｂの原料にはトリメチルアンチ
モンを用いた。ジメチル亜鉛、ジメチルテルル、硫化水
素、およびトリメチルアンチモンの典型的な供給量は、
それぞれ４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×１０
-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、６〜４０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、
および６〜３０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎである。基板温
度は３５０〜４５０℃、成長圧力は５０Ｔｏｒｒとし
た。図９（ｃ）に示すように、ジメチル亜鉛とジメチル
テルルを用いてＺｎＴｅ層３３ａを１nm、ジメチル亜
鉛、硫化水素を用いてＺｎＳ層３３ｂを１nm、原料ガス
を交互供給することにより交互に１００周期成長させ
た。その後図９（ｄ）に示すようにＡｕおよびＡｕＳｎ
の金属蒸着により電極３４および３５を形成した。
【００４５】（実施例４）さらに例えば上述のようにｎ
型ＧａＡｓ基板を用いる場合は、その上に形成する結晶
として、ｎ型ＺｎＳ層にかえて、ＺｎＳＳｅエピタキシ
ャル層を用いれば、ＧａＡｓ基板３１と格子整合可能と
なり品質の向上がはかれる。
型ＧａＡｓ基板を用いる場合は、その上に形成する結晶
として、ｎ型ＺｎＳ層にかえて、ＺｎＳＳｅエピタキシ
ャル層を用いれば、ＧａＡｓ基板３１と格子整合可能と
なり品質の向上がはかれる。
【００４６】尚、本発明は、図１５に示したように、あ
らかじめ電子デバイスや光デバイスを形成したＧａＡｓ
を基板として用いることで、青色ＬＥＤとこれらの電子
デバイスや光デバイスを集積化を可能とするものであ
る。
らかじめ電子デバイスや光デバイスを形成したＧａＡｓ
を基板として用いることで、青色ＬＥＤとこれらの電子
デバイスや光デバイスを集積化を可能とするものであ
る。
【００４７】本発明の実施例において多重量子井戸層を
構成するｐ型ＺｎＴｅ層のかわりに、ｐ型ＺｎＳＴｅ混
晶を用いて、ＺｎＳＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸としても
同様な効果が期待できる。
構成するｐ型ＺｎＴｅ層のかわりに、ｐ型ＺｎＳＴｅ混
晶を用いて、ＺｎＳＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸としても
同様な効果が期待できる。
【００４８】（実施例５）本発明の第５の実施例を図面
に基づいて説明する。図１０は、ＺｎＳ青色ＬＥＤの構
造断面図を示す。５１はＩドープｎ型ＺｎＳ基板、５２
は第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層、５３は第２
のＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層である。
に基づいて説明する。図１０は、ＺｎＳ青色ＬＥＤの構
造断面図を示す。５１はＩドープｎ型ＺｎＳ基板、５２
は第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層、５３は第２
のＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層である。
【００４９】第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５
２はＺｎＴｅ５２ａとＺｎＳ５２ｂによって構成され
る。ここでＺｎＴｅ５２ａはノンドープで膜厚は３ｎｍ
で、ＺｎＳ５２ｂはノンドープで膜厚は３nmである。
２はＺｎＴｅ５２ａとＺｎＳ５２ｂによって構成され
る。ここでＺｎＴｅ５２ａはノンドープで膜厚は３ｎｍ
で、ＺｎＳ５２ｂはノンドープで膜厚は３nmである。
【００５０】第２のＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量
子井戸層５３はＺｎＴｅ５３ａとＺｎＳ５３ｂとにより
構成される。ＺｎＴｅ５３ａはｐ型不純物ドープしてあ
り、膜厚は２nm、ＺｎＳ５３ｂはノンドープ層でその膜
厚は３nmである。
子井戸層５３はＺｎＴｅ５３ａとＺｎＳ５３ｂとにより
構成される。ＺｎＴｅ５３ａはｐ型不純物ドープしてあ
り、膜厚は２nm、ＺｎＳ５３ｂはノンドープ層でその膜
厚は３nmである。
【００５１】本実施例のＬＥＤの構造はｐ型のＺｎＴｅ
／ＺｎＳ多重量子井戸層５３とｎ型のＺｎＳ基板５１と
の間にノンドープのＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５
２をはさんだダブルヘテロ構造となっている。
／ＺｎＳ多重量子井戸層５３とｎ型のＺｎＳ基板５１と
の間にノンドープのＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５
２をはさんだダブルヘテロ構造となっている。
【００５２】ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５２と５
３の実効的バンドギャップは、ヘテロ接合によって形成
されるポテンシャル井戸中の量子準位により決定され
る。この井戸中に形成される量子準位の深さは井戸層お
よび障壁層の膜厚に依存するため、ＺｎＴｅおよびＺｎ
Ｓの各層の膜厚を変えることによって、実効的バンドギ
ャップを波長換算で約５５０nm（ＺｎＴｅのバンドギャ
ップに相当）から３４０nm（ＺｎＳのハンドギャップに
相当）まで変化できる。
３の実効的バンドギャップは、ヘテロ接合によって形成
されるポテンシャル井戸中の量子準位により決定され
る。この井戸中に形成される量子準位の深さは井戸層お
よび障壁層の膜厚に依存するため、ＺｎＴｅおよびＺｎ
Ｓの各層の膜厚を変えることによって、実効的バンドギ
ャップを波長換算で約５５０nm（ＺｎＴｅのバンドギャ
ップに相当）から３４０nm（ＺｎＳのハンドギャップに
相当）まで変化できる。
【００５３】本実施例では第１の多重量子井戸５２と第
２の多重量子井戸５３の実効的な吸収端は、それぞれ４
７０nmと４４０nmとなった。ＩおよびＳｂの添加濃度は
ともにキャリア濃度で１×１０18cm-3とした。５４およ
び５５はそれぞれＡｕおよびＩｎ電極である。
２の多重量子井戸５３の実効的な吸収端は、それぞれ４
７０nmと４４０nmとなった。ＩおよびＳｂの添加濃度は
ともにキャリア濃度で１×１０18cm-3とした。５４およ
び５５はそれぞれＡｕおよびＩｎ電極である。
【００５４】第２のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５
３を構成するＺｎＴｅ層５３ａにＳｂを添加すると、Ｚ
ｎＴｅ層５３ａはｐ伝導型となり、ＺｎＳ５３ｂはノン
ドープであるが、第２のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層５３においては正孔がキャリアとして働くようにな
る。第１の多重量子井戸構造５２の実効的バンドギャッ
プは４７０ｎｍであり、第２の多重量子井戸構造５３の
実効的バンドギャップ４４０ｎｍより小さいため、Ｚｎ
Ｓと第１および第２の多重量子井戸構造とでバンドギャ
ップエネルギーの異なる３種類の半導体層を積層した二
重ヘテロ（ダブルヘテロ）構造となる。第２のＺｎＴｅ
／ＺｎＳ多重量子井戸層５３はｐ伝導型を示し、平均の
正孔キャリア濃度は４×１０17cm-3が得られた。
３を構成するＺｎＴｅ層５３ａにＳｂを添加すると、Ｚ
ｎＴｅ層５３ａはｐ伝導型となり、ＺｎＳ５３ｂはノン
ドープであるが、第２のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層５３においては正孔がキャリアとして働くようにな
る。第１の多重量子井戸構造５２の実効的バンドギャッ
プは４７０ｎｍであり、第２の多重量子井戸構造５３の
実効的バンドギャップ４４０ｎｍより小さいため、Ｚｎ
Ｓと第１および第２の多重量子井戸構造とでバンドギャ
ップエネルギーの異なる３種類の半導体層を積層した二
重ヘテロ（ダブルヘテロ）構造となる。第２のＺｎＴｅ
／ＺｎＳ多重量子井戸層５３はｐ伝導型を示し、平均の
正孔キャリア濃度は４×１０17cm-3が得られた。
【００５５】本発明のＡｕ電極５４側に正、Ｉｎ電極５
５側に負バイアスをかけると、第２のＳｂドープＺｎＴ
ｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５３から第１のＺｎＴｅ／Ｚ
ｎＳ多重量子井戸層５２に正孔が注入され、同様にｎ型
ＺｎＳ５１から第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層
５２に電子が注入される。そのため、活性領域である第
１の多重量子井戸構造５２に高密度の電子および光子を
閉じ込めることができる。電圧−電流特性においてはｐ
−ｎ接合構造の形成を示す整流特性が得られた。本構造
のＬＥＤによって、波長約４７０nmの強い青色発光が室
温において得られた。また外部量子効率は５％が得られ
た。
５側に負バイアスをかけると、第２のＳｂドープＺｎＴ
ｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５３から第１のＺｎＴｅ／Ｚ
ｎＳ多重量子井戸層５２に正孔が注入され、同様にｎ型
ＺｎＳ５１から第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層
５２に電子が注入される。そのため、活性領域である第
１の多重量子井戸構造５２に高密度の電子および光子を
閉じ込めることができる。電圧−電流特性においてはｐ
−ｎ接合構造の形成を示す整流特性が得られた。本構造
のＬＥＤによって、波長約４７０nmの強い青色発光が室
温において得られた。また外部量子効率は５％が得られ
た。
【００５６】（実施例６）図１０に示した本発明のＬＥ
Ｄに共振器を形成することができる。それを図６１に示
す。図１１に示したように、第２のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多
重量子井戸層５３の上にSiO2を形成し、ストライプ状に
溝を形成してある。
Ｄに共振器を形成することができる。それを図６１に示
す。図１１に示したように、第２のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多
重量子井戸層５３の上にSiO2を形成し、ストライプ状に
溝を形成してある。
【００５７】この構造にしておいて、ｐ電極であるＡｕ
電極５４から注入される正孔をSiO2５６に形成した溝に
効率よく注入するものである。
電極５４から注入される正孔をSiO2５６に形成した溝に
効率よく注入するものである。
【００５８】以上、図１１に示すように本積層構造に電
極ストライプを形成し、端面へき開により共振器（キャ
ビティ）を形成することにより、半導体レーザも製造可
能となる。
極ストライプを形成し、端面へき開により共振器（キャ
ビティ）を形成することにより、半導体レーザも製造可
能となる。
【００５９】（実施例７）次に、実施例６に示した半導
体レーザの製造工程の一例を図１２を用いて説明する。
本実施例でもＺｎＳ５１の成長方法として、ヨウ素輸送
法を採用した。
体レーザの製造工程の一例を図１２を用いて説明する。
本実施例でもＺｎＳ５１の成長方法として、ヨウ素輸送
法を採用した。
【００６０】まず、ＺｎＳの粉末を高純度水素中で８５
０℃、３時間還元処理を行った後、石英アンプル等の中
に２×１０-6Torr程度で真空封入し１０００℃、５０時
間焼成した。これを原料として用いた。また、鏡面ラッ
プし、化学エッチを施した（１１１）面をもつＺｎＳ単
結晶を種結晶として用いた。成長用アンプルの体積に対
して５mg／cm2の分量のヨウ素とともに、この焼成した
ＺｎＳと種結晶ＺｎＳを成長用アンプルに封入し、封管
中で成長を行った。成長用アンプルにおいて焼成したＺ
ｎＳの部分の温度は８５０℃とし、ＺｎＳ種結晶の部分
の温度は８４０℃として温度勾配をつけ、１０日程度の
成長を行った。
０℃、３時間還元処理を行った後、石英アンプル等の中
に２×１０-6Torr程度で真空封入し１０００℃、５０時
間焼成した。これを原料として用いた。また、鏡面ラッ
プし、化学エッチを施した（１１１）面をもつＺｎＳ単
結晶を種結晶として用いた。成長用アンプルの体積に対
して５mg／cm2の分量のヨウ素とともに、この焼成した
ＺｎＳと種結晶ＺｎＳを成長用アンプルに封入し、封管
中で成長を行った。成長用アンプルにおいて焼成したＺ
ｎＳの部分の温度は８５０℃とし、ＺｎＳ種結晶の部分
の温度は８４０℃として温度勾配をつけ、１０日程度の
成長を行った。
【００６１】次に、こうして得られた図１２（ａ）のＺ
ｎＳ結晶５１上にＭＯＣＶＤ法によりＺｎＴｅ／ＺｎＳ
多重量子井戸構造５２と５３を形成した（図１２
（ｂ））。ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５２と５３
を構成するＺｎＴｅ層５２ａと５３ａの原料にはジメチ
ル亜鉛およびジメチルテルル、ＺｎＳ層５２ｂと５３ｂ
の原料にはジメチル亜鉛および硫化水素を用いた。ドー
パントであるＳｂの原料にはトリメチルアンチモンを用
いた。ジメチル亜鉛、ジメチルテルル、硫化水素、およ
びトリメチルアンチモンの典型的な供給量は、それぞれ
４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×１０-6ｍｏｌ
／ｍｉｎ、６〜４０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、および６
〜３０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎである。基板温度は３５
０〜４５０℃、成長圧力は５０Torrとした。まず、５０
％ＮａＯＨ水溶液のエッチャントによりＺｎＳ基板５１
の表面酸化膜を除去する。次に図１２（ｂ）に示すよう
に、ジメチル亜鉛とジメチルテルルを用いてＺｎＴｅ層
５２ａを３nm、ジメチル亜鉛、硫化水素を用いてＺｎＳ
層５２ｂを３nm、原料ガスを交互供給することにより交
互に５０周期成長させた。次にジメチル亜鉛とジメチル
テルル、およびトリメチルアンチモンを用いてＳｂドー
プＺｎＴｅ層５３ａを２nm、ジメチル亜鉛、硫化水素を
用いてＺｎＳ層５３ｂを３nm、原料ガスを交互供給する
ことにより交互に２００周期成長させた。その後図１２
（ｃ）、（ｄ）に示すようにＡｕおよびＩｎの金属蒸着
により電極５４および５５を形成した。
ｎＳ結晶５１上にＭＯＣＶＤ法によりＺｎＴｅ／ＺｎＳ
多重量子井戸構造５２と５３を形成した（図１２
（ｂ））。ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層５２と５３
を構成するＺｎＴｅ層５２ａと５３ａの原料にはジメチ
ル亜鉛およびジメチルテルル、ＺｎＳ層５２ｂと５３ｂ
の原料にはジメチル亜鉛および硫化水素を用いた。ドー
パントであるＳｂの原料にはトリメチルアンチモンを用
いた。ジメチル亜鉛、ジメチルテルル、硫化水素、およ
びトリメチルアンチモンの典型的な供給量は、それぞれ
４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×１０-6ｍｏｌ
／ｍｉｎ、６〜４０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、および６
〜３０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎである。基板温度は３５
０〜４５０℃、成長圧力は５０Torrとした。まず、５０
％ＮａＯＨ水溶液のエッチャントによりＺｎＳ基板５１
の表面酸化膜を除去する。次に図１２（ｂ）に示すよう
に、ジメチル亜鉛とジメチルテルルを用いてＺｎＴｅ層
５２ａを３nm、ジメチル亜鉛、硫化水素を用いてＺｎＳ
層５２ｂを３nm、原料ガスを交互供給することにより交
互に５０周期成長させた。次にジメチル亜鉛とジメチル
テルル、およびトリメチルアンチモンを用いてＳｂドー
プＺｎＴｅ層５３ａを２nm、ジメチル亜鉛、硫化水素を
用いてＺｎＳ層５３ｂを３nm、原料ガスを交互供給する
ことにより交互に２００周期成長させた。その後図１２
（ｃ）、（ｄ）に示すようにＡｕおよびＩｎの金属蒸着
により電極５４および５５を形成した。
【００６２】ここで、ＺｎＴｅ層５２ａとＺｎＳ層５２
ｂの膜厚を１nmとしたが、量子効果を有する範囲内で、
またコヒーレント成長の臨界膜厚範囲内であればそれぞ
れの膜厚を変えることも可能である。
ｂの膜厚を１nmとしたが、量子効果を有する範囲内で、
またコヒーレント成長の臨界膜厚範囲内であればそれぞ
れの膜厚を変えることも可能である。
【００６３】尚、本発明の第５、第６、第７の実施例に
おいて、基板にｎ型ＺｎＳ基板を用いたが、ｎ型ＺｎＳ
ｅ基板やｎ型ＺｎＳＳｅ基板でも同様に利用でき、これ
らの基板はヨウ素輸送法によって容易に得られる。
おいて、基板にｎ型ＺｎＳ基板を用いたが、ｎ型ＺｎＳ
ｅ基板やｎ型ＺｎＳＳｅ基板でも同様に利用でき、これ
らの基板はヨウ素輸送法によって容易に得られる。
【００６４】また、ＺｎＳ基板上にバッファー層として
ｎ型ＺｎＳ層を形成したものをＺｎＳ基板５１の代わり
に用いても同様な効果が期待できる。
ｎ型ＺｎＳ層を形成したものをＺｎＳ基板５１の代わり
に用いても同様な効果が期待できる。
【００６５】（実施例８）ＺｎＳ結晶より簡単に手には
いるＧａＡｓ基板を用いることにより、ＺｎＳ結晶のか
わりに、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法により形成
したｎ型ＺｎＳ、ｎ型ＺｎＳｅまたはｎ型ＺｎＳＳｅエ
ピタキシャル層を用いることで図１の実施例に示した構
造をＧａＡｓ基板上に作ることができる。次に第８の実
施例を図面に基づいて説明する。図１３において、８１
はＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板、８２はＣｌドープｎ型
ＺｎＳ層、８３は第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層、８４は第２のＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子
井戸層、８５および８６はＡｕおよびＡｕＳｎ電極であ
る。
いるＧａＡｓ基板を用いることにより、ＺｎＳ結晶のか
わりに、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法により形成
したｎ型ＺｎＳ、ｎ型ＺｎＳｅまたはｎ型ＺｎＳＳｅエ
ピタキシャル層を用いることで図１の実施例に示した構
造をＧａＡｓ基板上に作ることができる。次に第８の実
施例を図面に基づいて説明する。図１３において、８１
はＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板、８２はＣｌドープｎ型
ＺｎＳ層、８３は第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層、８４は第２のＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子
井戸層、８５および８６はＡｕおよびＡｕＳｎ電極であ
る。
【００６６】本発明のＡｕ電極８５側に正、ＡｕＳｎ電
極８６側に負バイアスをかけると、第２のＳｂドープＺ
ｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層８４から第１のＺｎＴｅ
／ＺｎＳ多重量子井戸層８３に正孔が注入され、同様に
ｎ型ＺｎＳ８２から第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井
戸層８３に電子が注入される。そのため、活性領域であ
る第１の多重量子井戸構造８３に高密度の電子および光
子を閉じ込めることができる。電圧−電流特性において
はｐ−ｎ接合構造の形成を示す整流特性が得られた。本
構造のＬＥＤによって、波長約４７０nmの強い青色発光
が室温において得られた。また外部量子効率は１.２％
が得られた。
極８６側に負バイアスをかけると、第２のＳｂドープＺ
ｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層８４から第１のＺｎＴｅ
／ＺｎＳ多重量子井戸層８３に正孔が注入され、同様に
ｎ型ＺｎＳ８２から第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井
戸層８３に電子が注入される。そのため、活性領域であ
る第１の多重量子井戸構造８３に高密度の電子および光
子を閉じ込めることができる。電圧−電流特性において
はｐ−ｎ接合構造の形成を示す整流特性が得られた。本
構造のＬＥＤによって、波長約４７０nmの強い青色発光
が室温において得られた。また外部量子効率は１.２％
が得られた。
【００６７】（実施例９）次に本発明の第９の実施例で
ある製造の工程の一例を図１４を用いて説明する。ま
ず、ＧａＡｓ基板８１の酸化膜を除去した後、図１４
（ｂ）のように例えばＭＯＣＶＤ法により、原料にジメ
チル亜鉛と硫化水素、ドーパント原料に１−クロロオク
タンを用いて、成長温度３５０〜４５０℃、成長圧力５
０TorrでＺｎＳ層４２を成長させた。ジメチル亜鉛、硫
化水素、および１−クロロオクタンの典型的な供給量
は、それぞれ４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×
１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、および５〜２０×１０-7ｍｏｌ
／ｍｉｎである。これによりキャリア濃度ｎ〜１×１０
18cm-3のＣｌドープｎ型ＺｎＳが得られる。またドーパ
ントとしてＩ、Ａｌ、Ｇａ等を用いてもｎ型結晶が得ら
れる。次に連続して、ＺｎＳ層８２上にＭＯＣＶＤ法に
よりＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸構造８３と８４を形
成した（図１４（ｃ））。ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井
戸層８３と８４を構成するＺｎＴｅ層８３ａと８４ａの
原料にはジメチル亜鉛およびジメチルテルル、ＺｎＳ層
８３ｂと８４ｂの原料にはジメチル亜鉛および硫化水素
を用いた。ドーパントであるＳｂの原料にはトリメチル
アンチモンを用いた。ジメチル亜鉛、ジメチルテルル、
硫化水素、およびトリメチルアンチモンの典型的な供給
量は、それぞれ４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００
×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、６〜４０×１０-6ｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、および６〜３０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎである。
基板温度は３５０〜４５０℃、成長圧力は５０Torrとし
た。まずジメチル亜鉛とジメチルテルルを用いてＺｎＴ
ｅ層８３ａを３nm、ジメチル亜鉛、硫化水素を用いてＺ
ｎＳ層８３ｂを３nm、原料ガスを交互供給することによ
り交互に５０周期成長させた。次にジメチル亜鉛とジメ
チルテルル、およびトリメチルアンチモンを用いてＳｂ
ドープＺｎＴｅ層８４ａを２nm、ジメチル亜鉛、硫化水
素を用いてＺｎＳ層８４ｂを３nm、原料ガスを交互供給
することにより交互に２００周期成長させた。その後図
１４（ｄ）に示すようにＡｕおよびＩｎの金属蒸着によ
り電極８５および８６を形成した。
ある製造の工程の一例を図１４を用いて説明する。ま
ず、ＧａＡｓ基板８１の酸化膜を除去した後、図１４
（ｂ）のように例えばＭＯＣＶＤ法により、原料にジメ
チル亜鉛と硫化水素、ドーパント原料に１−クロロオク
タンを用いて、成長温度３５０〜４５０℃、成長圧力５
０TorrでＺｎＳ層４２を成長させた。ジメチル亜鉛、硫
化水素、および１−クロロオクタンの典型的な供給量
は、それぞれ４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００×
１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、および５〜２０×１０-7ｍｏｌ
／ｍｉｎである。これによりキャリア濃度ｎ〜１×１０
18cm-3のＣｌドープｎ型ＺｎＳが得られる。またドーパ
ントとしてＩ、Ａｌ、Ｇａ等を用いてもｎ型結晶が得ら
れる。次に連続して、ＺｎＳ層８２上にＭＯＣＶＤ法に
よりＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸構造８３と８４を形
成した（図１４（ｃ））。ＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井
戸層８３と８４を構成するＺｎＴｅ層８３ａと８４ａの
原料にはジメチル亜鉛およびジメチルテルル、ＺｎＳ層
８３ｂと８４ｂの原料にはジメチル亜鉛および硫化水素
を用いた。ドーパントであるＳｂの原料にはトリメチル
アンチモンを用いた。ジメチル亜鉛、ジメチルテルル、
硫化水素、およびトリメチルアンチモンの典型的な供給
量は、それぞれ４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、５〜１００
×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、６〜４０×１０-6ｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、および６〜３０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎである。
基板温度は３５０〜４５０℃、成長圧力は５０Torrとし
た。まずジメチル亜鉛とジメチルテルルを用いてＺｎＴ
ｅ層８３ａを３nm、ジメチル亜鉛、硫化水素を用いてＺ
ｎＳ層８３ｂを３nm、原料ガスを交互供給することによ
り交互に５０周期成長させた。次にジメチル亜鉛とジメ
チルテルル、およびトリメチルアンチモンを用いてＳｂ
ドープＺｎＴｅ層８４ａを２nm、ジメチル亜鉛、硫化水
素を用いてＺｎＳ層８４ｂを３nm、原料ガスを交互供給
することにより交互に２００周期成長させた。その後図
１４（ｄ）に示すようにＡｕおよびＩｎの金属蒸着によ
り電極８５および８６を形成した。
【００６８】さらに例えば上述のようにｎ型ＧａＡｓ基
板を用いる場合は、その上に形成する結晶としてＺｎＳ
Ｓｅエピタキシャル層を用いれば、格子整合可能となり
品質の向上がはかれる。
板を用いる場合は、その上に形成する結晶としてＺｎＳ
Ｓｅエピタキシャル層を用いれば、格子整合可能となり
品質の向上がはかれる。
【００６９】尚、図１５に示すように、本発明は、あら
かじめ電子デバイスや光デバイスを形成したＧａＡｓを
基板として用いることで、青色ＬＥＤとこれらの電子デ
バイスや光デバイスを集積化を可能とするものである。
かじめ電子デバイスや光デバイスを形成したＧａＡｓを
基板として用いることで、青色ＬＥＤとこれらの電子デ
バイスや光デバイスを集積化を可能とするものである。
【００７０】図１５に示すように、ＧａＡｓ基板８１上
に図１３で示したＬＥＤ１０３と、ＬＥＤ１０３からの
発光を受けるフォトダイオード１０１と、ＬＥＤ１０３
を駆動するＧａＡｓ電界効果とトランジスタ（ＧａＡｓ
ＦＥＴ）１０２とをすべて形成した集積回路を構成する
ことができる。
に図１３で示したＬＥＤ１０３と、ＬＥＤ１０３からの
発光を受けるフォトダイオード１０１と、ＬＥＤ１０３
を駆動するＧａＡｓ電界効果とトランジスタ（ＧａＡｓ
ＦＥＴ）１０２とをすべて形成した集積回路を構成する
ことができる。
【００７１】
【発明の効果】本発明の効果は、本発明によれば、ｐ伝
導型正孔注入層を再現性よく容易に得ることができ、高
密度のキャリアの注入と高い効率の青色発光が得られる
という効果がある。そのため、従来にないＬＥＤや半導
体レーザなどの高輝度、高効率の青色発光素子が実現で
き、工業的価値は極めて高い。
導型正孔注入層を再現性よく容易に得ることができ、高
密度のキャリアの注入と高い効率の青色発光が得られる
という効果がある。そのため、従来にないＬＥＤや半導
体レーザなどの高輝度、高効率の青色発光素子が実現で
き、工業的価値は極めて高い。
【図１】本発明の第１の実施例であるＺｎＳ青色ＬＥＤ
の構造断面図とバンド図
の構造断面図とバンド図
【図２】本発明の第１の実施例であるＺｎＳ青色ＬＥＤ
の電流電圧特性を示す図
の電流電圧特性を示す図
【図３】本発明の第１の実施例であるＺｎＳ青色ＬＥＤ
の電流電圧特性を示す図
の電流電圧特性を示す図
【図４】本発明の第１の実施例であるＺｎＳ青色ＬＥＤ
の室温におけるエレクトロルミネッセンススペクトルお
よびＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層の室温
におけるフォトルミネッセンススペクトルを示す図
の室温におけるエレクトロルミネッセンススペクトルお
よびＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層の室温
におけるフォトルミネッセンススペクトルを示す図
【図５】本発明の第１の実施例であるＺｎＳ青色ＬＥＤ
の駆動電流と青色光の強度との関係を示す図
の駆動電流と青色光の強度との関係を示す図
【図６】本発明の第２の実施例であるＺｎＳ青色ＬＥＤ
の製造工程断面図
の製造工程断面図
【図７】ＳｂドープＺｎＴｅ、ＺｎＳＴｅ、およびＺｎ
Ｔｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層におけるトリメチルアンチ
モンの供給流量に対する正孔キャリア濃度の変化を示す
図
Ｔｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層におけるトリメチルアンチ
モンの供給流量に対する正孔キャリア濃度の変化を示す
図
【図８】本発明の第３の実施例であるＺｎＳ青色ＬＥＤ
の構造断面図
の構造断面図
【図９】本発明の第４の実施例であるＺｎＳ青色ＬＥＤ
の製造工程断面図
の製造工程断面図
【図１０】本発明の第５の実施例である青色ＬＥＤの構
造断面図とバンド図
造断面図とバンド図
【図１１】本発明の第６の実施例である青色半導体レー
ザの構造図
ザの構造図
【図１２】本発明の第７の実施例である青色ＬＥＤの製
造工程断面図
造工程断面図
【図１３】本発明の第８の実施例である青色ＬＥＤの構
造断面図
造断面図
【図１４】本発明の第９の実施例である青色ＬＥＤの製
造工程断面図
造工程断面図
【図１５】本発明の第１０の実施例である青色ＬＥＤと
ＧａＡｓ素子との集積化素子の構造断面図
ＧａＡｓ素子との集積化素子の構造断面図
【図１６】ＺｎＳｅを用いた従来のＬＥＤの構造断面図
【図１７】深い準位を介した発光を示すＺｎＳｅのバン
ド図
ド図
３１ ＧａＡｓ基板 ３２ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ層 ３３ ＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層 ３４ Ａｕ電極 ３５ ＡｕＳｎ電極 ５１ Ｉドープｎ型ＺｎＳ基板 ５２ 第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層 ５３ 第２のＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層 ５４ Ａｕ電極 ５５ Ｉｎ電極 ８１ ＧａＡｓ基板 ８２ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ層 ８３ 第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層 ８４ 第２のＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層 ８５ Ａｕ電極 ８６ ＡｕＳｎ電極 １１１ Ｉドープｎ型ＺｎＳ基板 １１２ ＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層 １１３ Ａｕ電極 １１４ Ｉｎ電極
層 ５４ Ａｕ電極 ５５ Ｉｎ電極 ８１ ＧａＡｓ基板 ８２ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ層 ８３ 第１のＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層 ８４ 第２のＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸
層 ８５ Ａｕ電極 ８６ ＡｕＳｎ電極 １１１ Ｉドープｎ型ＺｎＳ基板 １１２ ＳｂドープＺｎＴｅ／ＺｎＳ多重量子井戸層 １１３ Ａｕ電極 １１４ Ｉｎ電極
Claims (12)
- 【請求項１】ｎ伝導型を有したＺｎＳ結晶上に、ｐ伝導
型を有したＺｎＴｅまたはｐ伝導型を有したＺｎＳＴｅ
とＺｎＳを交互に積層した構造を有し、前記ＺｎＴｅま
たはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に正電
極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を備えたことを特徴とする
発光素子。 - 【請求項２】ＧａＡｓ基板上に、ｎ伝導型のＺｎＳ結晶
を有し、前記ＺｎＳ結晶上に、ｐ伝導型を有したＺｎＴ
ｅまたはｐ伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に
積層した構造を有し、前記ＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅと
ＺｎＳを交互に積層した構造上に正電極、前記ＺｎＳ結
晶に負電極を備えたことを特徴とする発光素子。 - 【請求項３】ＺｎＳ結晶に代えてｎ伝導型ＺｎＳｅまた
はｎ伝導型ＺｎＳＳｅ結晶を用いることを特徴とする請
求項１または２記載の発光素子。 - 【請求項４】ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上に、ＭＯＣＶＤ法に
よりｐ伝導型ＺｎＴｅまたはｐ伝導型ＺｎＳＴｅとＺｎ
Ｓを交互に積層した構造を形成する工程と、前記ＺｎＴ
ｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に
正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を形成する工程とを備
えたことを特徴とする発光素子の製造方法。 - 【請求項５】ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法によりｎ伝
導型ＺｎＳ結晶を形成する工程と、前記ｎ伝導型ＺｎＳ
結晶上に、ＭＯＣＶＤ法によりｐ伝導型ＺｎＴｅまたは
ｐ伝導型ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形
成する工程と、前記ＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳ
を交互に積層した構造上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負
電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする発光素
子の製造方法。 - 【請求項６】ＺｎＳ結晶に代えてｎ伝導型ＺｎＳｅまた
はｎ伝導型ＺｎＳＳｅ結晶を用いることを特徴とする請
求項４または５記載の発光素子の製造方法。 - 【請求項７】ｎ伝導型を有したＺｎＳ結晶上に、第１の
ＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構
造を有し、前記第１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎ
Ｓを交互に積層した構造上に、第２のｐ伝導型を有した
ＺｎＴｅまたはｐ伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺｎＳを
交互に積層した構造を有し、前記第２のＺｎＴｅまたは
ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に正電極、
前記ＺｎＳ結晶に負電極を備えたことを特徴とする発光
素子。 - 【請求項８】ＧａＡｓ基板上に、ｎ伝導型を有したＺｎ
Ｓ結晶を有し、前記ｎ伝導型を有したＺｎＳ結晶上に、
第１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層
した構造を有し、前記第１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅ
とＺｎＳを交互に積層した構造上に、第２のｐ伝導型を
有したＺｎＴｅまたはｐ伝導型を有したＺｎＳＴｅとＺ
ｎＳを交互に積層した構造を有し、前記第２のＺｎＴｅ
またはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に正
電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を備えたことを特徴とす
る発光素子。 - 【請求項９】ＺｎＳ結晶に代えてｎ伝導型ＺｎＳｅまた
はｎ伝導型ＺｎＳＳｅ結晶を用いることを特徴とする請
求項１または２記載の発光素子。 - 【請求項１０】ｎ伝導型ＺｎＳ結晶上に、ＭＯＣＶＤ法
により第１のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互
に積層した構造を形成する工程と、ＭＯＣＶＤ法により
前記第１の構造上にｐ伝導型ＺｎＴｅまたはｐ伝導型Ｚ
ｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形成する工程
と、前記第２のＺｎＴｅまたはＺｎＳＴｅとＺｎＳを交
互に積層した構造上に正電極、前記ＺｎＳ結晶に負電極
を形成する工程とを備えたことを特徴とする発光素子の
製造方法。 - 【請求項１１】ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法によりｎ
伝導型ＺｎＳ結晶を形成する工程と、前記ｎ伝導型Ｚｎ
Ｓ結晶上に、ＭＯＣＶＤ法により第１のＺｎＴｅまたは
ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造を形成する工
程と、ＭＯＣＶＤ法により前記第１の構造上にｐ伝導型
ＺｎＴｅまたはｐ伝導型ＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積
層した構造を形成する工程と、前記第２のＺｎＴｅまた
はＺｎＳＴｅとＺｎＳを交互に積層した構造上に正電
極、前記ＺｎＳ結晶に負電極を形成する工程とを備えた
ことを特徴とする発光素子の製造方法。 - 【請求項１２】ＺｎＳ結晶に代えてｎ伝導型ＺｎＳｅま
たはｎ伝導型ＺｎＳＳｅ結晶を用いることを特徴とする
請求項４または５記載の発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6802992A JP2663787B2 (ja) | 1991-06-05 | 1992-03-26 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13396091 | 1991-06-05 | ||
| JP3-225710 | 1991-09-05 | ||
| JP3-133960 | 1991-09-05 | ||
| JP22571091 | 1991-09-05 | ||
| JP6802992A JP2663787B2 (ja) | 1991-06-05 | 1992-03-26 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05121781A true JPH05121781A (ja) | 1993-05-18 |
| JP2663787B2 JP2663787B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=27299625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6802992A Expired - Lifetime JP2663787B2 (ja) | 1991-06-05 | 1992-03-26 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663787B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6126271A (ja) * | 1984-07-16 | 1986-02-05 | Koito Mfg Co Ltd | 半導体素子 |
| JPS63245984A (ja) * | 1987-04-01 | 1988-10-13 | Seiko Epson Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-03-26 JP JP6802992A patent/JP2663787B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6126271A (ja) * | 1984-07-16 | 1986-02-05 | Koito Mfg Co Ltd | 半導体素子 |
| JPS63245984A (ja) * | 1987-04-01 | 1988-10-13 | Seiko Epson Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2663787B2 (ja) | 1997-10-15 |
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