JPH0513815A - 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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- JPH0513815A JPH0513815A JP3226953A JP22695391A JPH0513815A JP H0513815 A JPH0513815 A JP H0513815A JP 3226953 A JP3226953 A JP 3226953A JP 22695391 A JP22695391 A JP 22695391A JP H0513815 A JPH0513815 A JP H0513815A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 赤色、緑色、青色等で発光する発光素子に関
するもので、広いバンドギャップを有する半導体材料の
薄膜を用い、効率よく短波長でも発光する発光素子を提
供する。 【構成】 ｎ型低抵抗ＧａＡｓ基板１の（１１１）面上
にエピタキシャル成長させることでウルツ鉱型結晶構造
の、広いバンドギャップを有し、結晶性のよいＭｎＳ発
光層を形成する。素子構成は、ＭｎＳに部分的に電荷補
償材を添加し、ｎ型ＭｎＳ層２及び半絶縁性ＭｎＳ層３
を形成し、全体でＭＩＳ構造発光素子を形成する。
するもので、広いバンドギャップを有する半導体材料の
薄膜を用い、効率よく短波長でも発光する発光素子を提
供する。 【構成】 ｎ型低抵抗ＧａＡｓ基板１の（１１１）面上
にエピタキシャル成長させることでウルツ鉱型結晶構造
の、広いバンドギャップを有し、結晶性のよいＭｎＳ発
光層を形成する。素子構成は、ＭｎＳに部分的に電荷補
償材を添加し、ｎ型ＭｎＳ層２及び半絶縁性ＭｎＳ層３
を形成し、全体でＭＩＳ構造発光素子を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤色、緑色、青色等で
効率よく発光する発光素子に関するものである。
効率よく発光する発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータ端末などに用いるフ
ラットディスプレイとして、薄膜ＥＬ素子が盛んに研究
されている。黄橙色発光のマンガン添加硫化亜鉛からな
る蛍光体薄膜を用いたモノクロ薄膜ＥＬディスプレイは
既に実用化されている。
ラットディスプレイとして、薄膜ＥＬ素子が盛んに研究
されている。黄橙色発光のマンガン添加硫化亜鉛からな
る蛍光体薄膜を用いたモノクロ薄膜ＥＬディスプレイは
既に実用化されている。
【０００３】さらに、ディスプレイとしての広汎な用途
に対応するためにはカラー化が必要不可欠であり、赤
色、緑色、青色の３原色に発光するＥＬ用蛍光体の開発
に多大の力が注がれている。この中で青色発光蛍光体と
してはＺnＳ：ＴmやＳrＳ：Ｃe、赤色発光蛍光体として
はＺnＳ：Ｓm、ＣaＳ：Ｅu、緑色発光蛍光体としてはＺ
nＳ：Ｔb、ＣaＳ：Ｃeなどが盛んに研究されている。
に対応するためにはカラー化が必要不可欠であり、赤
色、緑色、青色の３原色に発光するＥＬ用蛍光体の開発
に多大の力が注がれている。この中で青色発光蛍光体と
してはＺnＳ：ＴmやＳrＳ：Ｃe、赤色発光蛍光体として
はＺnＳ：Ｓm、ＣaＳ：Ｅu、緑色発光蛍光体としてはＺ
nＳ：Ｔb、ＣaＳ：Ｃeなどが盛んに研究されている。
【０００４】一方、発光ダイオードにおいても、同様に
フルカラー化をめざして、短波長化の研究が盛んに行わ
れている。ＳiＣ、ＧaＮ、ＺnＳ、ＺnＳe等、広いバン
ドギャップの半導体材料を用いたＰＮ接合、ＭＩＳ接合
の形成により、青色ＬＥＤの高輝度化が試みられてい
る。
フルカラー化をめざして、短波長化の研究が盛んに行わ
れている。ＳiＣ、ＧaＮ、ＺnＳ、ＺnＳe等、広いバン
ドギャップの半導体材料を用いたＰＮ接合、ＭＩＳ接合
の形成により、青色ＬＥＤの高輝度化が試みられてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現在のとこ
ろ、これらの赤色、緑色、青色の３原色に発光する蛍光
体薄膜は、赤色および緑色に関しては発光輝度、効率に
問題があり、青色に関しては色純度に問題があり、実用
的なレベルのカラーＥＬパネルは形成されていない。
ろ、これらの赤色、緑色、青色の３原色に発光する蛍光
体薄膜は、赤色および緑色に関しては発光輝度、効率に
問題があり、青色に関しては色純度に問題があり、実用
的なレベルのカラーＥＬパネルは形成されていない。
【０００６】一方、ＬＥＤに関しては、赤色については
十分高輝度の発光素子が得られ実用化されているが、緑
色、青色については、実用化レベルとしては不十分であ
る。
十分高輝度の発光素子が得られ実用化されているが、緑
色、青色については、実用化レベルとしては不十分であ
る。
【０００７】さらに、より短波長の紫外に発光波長域を
有する固体発光素子はいまだ実現するに至っていない。
有する固体発光素子はいまだ実現するに至っていない。
【０００８】本発明は、このような従来の発光素子の課
題を考慮し、発光輝度、効率の高い、短波長発光素子を
提供することを目的とする。
題を考慮し、発光輝度、効率の高い、短波長発光素子を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】閃亜鉛鉱型もしくはウル
ツ鉱型結晶構造を有する硫化マンガンを主成分とする薄
膜、もしくは、硫化マンガンを含み、かつ硫化亜鉛、硫
化カドミウム、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、テ
ルル化亜鉛、テルル化カドミウムのうち１種以上を含む
閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型結晶構造の化合物を主成
分とする薄膜を用いて発光素子を構成する。
ツ鉱型結晶構造を有する硫化マンガンを主成分とする薄
膜、もしくは、硫化マンガンを含み、かつ硫化亜鉛、硫
化カドミウム、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、テ
ルル化亜鉛、テルル化カドミウムのうち１種以上を含む
閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型結晶構造の化合物を主成
分とする薄膜を用いて発光素子を構成する。
【００１０】また、ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型
結晶構造を有する基板上、もしくはウルツ鉱型結晶構造
を有する基板上にエピタキシャルで薄膜を成長させる。
結晶構造を有する基板上、もしくはウルツ鉱型結晶構造
を有する基板上にエピタキシャルで薄膜を成長させる。
【００１１】特に、ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型
結晶構造を有する基板の（１１１）面上またはウルツ鉱
型結晶構造を有する基板の（００・１）面上にエピタキ
シャルで薄膜を成長させる。
結晶構造を有する基板の（１１１）面上またはウルツ鉱
型結晶構造を有する基板の（００・１）面上にエピタキ
シャルで薄膜を成長させる。
【００１２】
【作用】硫化マンガンには、８面体配位を有する岩塩型
構造と、いずれも４面体配位を有する閃亜鉛鉱型構造お
よびウルツ鉱型構造の３種類の変態がある。閃亜鉛鉱型
構造およびウルツ鉱型構造は準安定な構造で、２００〜
３００℃以上に加熱すると容易に安定な岩塩型構造に構
造相転移を起こす。従って、従来のブリッジマン法や気
相成長法などの結晶成長方法では、閃亜鉛鉱型あるいは
ウルツ鉱型構造の硫化マンガン単結晶を得ることはでき
なかった。
構造と、いずれも４面体配位を有する閃亜鉛鉱型構造お
よびウルツ鉱型構造の３種類の変態がある。閃亜鉛鉱型
構造およびウルツ鉱型構造は準安定な構造で、２００〜
３００℃以上に加熱すると容易に安定な岩塩型構造に構
造相転移を起こす。従って、従来のブリッジマン法や気
相成長法などの結晶成長方法では、閃亜鉛鉱型あるいは
ウルツ鉱型構造の硫化マンガン単結晶を得ることはでき
なかった。
【００１３】安定な岩塩型構造の硫化マンガンのバンド
ギャップは２.８ｅＶと狭い。従って、それを母体とし
た材料では、短波長では発光しない。また、所望の発光
素子を形成するために、結晶構造が岩塩型構造ではない
一般の半導体材料と積層しようとすると、結晶構造の違
いに起因した界面の未結合手や格子不整が発生し、それ
らが非輻射再結合中心として働き、発光効率の低下を招
く。
ギャップは２.８ｅＶと狭い。従って、それを母体とし
た材料では、短波長では発光しない。また、所望の発光
素子を形成するために、結晶構造が岩塩型構造ではない
一般の半導体材料と積層しようとすると、結晶構造の違
いに起因した界面の未結合手や格子不整が発生し、それ
らが非輻射再結合中心として働き、発光効率の低下を招
く。
【００１４】しかし、先頃我々は、ダイヤモンド型ある
いは閃亜鉛鉱型構造を有する基板上、あるいはウルツ鉱
型構造を有する基板上にエピタキシャルでこれを成長さ
せることにより、バルクで安定な岩塩型相よりも、閃亜
鉛鉱型相あるいはウルツ鉱型相が支配的な硫化マンガン
のエピタキシャル配向膜を得ることができた。これは、
４面体配位型構造を有する基板上にエピタキシャル成長
させることで、硫化マンガンが本来バルクで安定な８面
体配位型構造ではなく基板と同じ４面体配位型構造を好
んでとることを表している。
いは閃亜鉛鉱型構造を有する基板上、あるいはウルツ鉱
型構造を有する基板上にエピタキシャルでこれを成長さ
せることにより、バルクで安定な岩塩型相よりも、閃亜
鉛鉱型相あるいはウルツ鉱型相が支配的な硫化マンガン
のエピタキシャル配向膜を得ることができた。これは、
４面体配位型構造を有する基板上にエピタキシャル成長
させることで、硫化マンガンが本来バルクで安定な８面
体配位型構造ではなく基板と同じ４面体配位型構造を好
んでとることを表している。
【００１５】特に我々は、ダイヤモンド型あるいは閃亜
鉛鉱型構造を有する基板の（１１１）面上、あるいはウ
ルツ鉱型構造を有する基板の（００・１）面上に所定の
エピタキシャル成長条件でこれを成長させることによ
り、ウルツ鉱型の硫化マンガンの単相の単結晶エピタキ
シャル膜を形成することに成功した。ダイヤモンド型あ
るいは閃亜鉛鉱型構造の（１１１）面とウルツ鉱型構造
の（００・１）面の２次元原子配列は同一なので、それ
らを表面とする基板上のエピタキシャル膜はどちらの４
面体配位型構造でもとり得るが、前記成長条件において
は閃亜鉛鉱型構造よりウルツ鉱型構造の方が安定な４面
体型構造なので、後者の構造をとったと考えられる。ま
た本来、このエピタキシャル膜と各基板の結晶構造およ
びその配向関係には、界面あるいは膜内に未結合手や積
層欠陥を引き起こす必然性がない。実際、上記製膜方法
により格子欠陥の少ない良好な結晶性のウルツ鉱型硫化
マンガンの膜を得ることができた。従って本方法は発光
効率の高い発光素子を提供できる。
鉛鉱型構造を有する基板の（１１１）面上、あるいはウ
ルツ鉱型構造を有する基板の（００・１）面上に所定の
エピタキシャル成長条件でこれを成長させることによ
り、ウルツ鉱型の硫化マンガンの単相の単結晶エピタキ
シャル膜を形成することに成功した。ダイヤモンド型あ
るいは閃亜鉛鉱型構造の（１１１）面とウルツ鉱型構造
の（００・１）面の２次元原子配列は同一なので、それ
らを表面とする基板上のエピタキシャル膜はどちらの４
面体配位型構造でもとり得るが、前記成長条件において
は閃亜鉛鉱型構造よりウルツ鉱型構造の方が安定な４面
体型構造なので、後者の構造をとったと考えられる。ま
た本来、このエピタキシャル膜と各基板の結晶構造およ
びその配向関係には、界面あるいは膜内に未結合手や積
層欠陥を引き起こす必然性がない。実際、上記製膜方法
により格子欠陥の少ない良好な結晶性のウルツ鉱型硫化
マンガンの膜を得ることができた。従って本方法は発光
効率の高い発光素子を提供できる。
【００１６】また同時に、ウルツ鉱型結晶構造を有する
硫化マンガンのバンドギャップが約３.９ｅＶと、岩塩
型構造の硫化マンガンや他の半導体材料とくらべて非常
に広いことを見い出した。
硫化マンガンのバンドギャップが約３.９ｅＶと、岩塩
型構造の硫化マンガンや他の半導体材料とくらべて非常
に広いことを見い出した。
【００１７】広いバンドギャップを有するウルツ鉱型の
硫化マンガンもしくはその化合物を発光体薄膜の母材と
して用いるので、そのバンド間発光もしくは所定の不純
物準位を介する発光の波長を従来の発光素子に比べて非
常に短くすることができる。
硫化マンガンもしくはその化合物を発光体薄膜の母材と
して用いるので、そのバンド間発光もしくは所定の不純
物準位を介する発光の波長を従来の発光素子に比べて非
常に短くすることができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１９】図１は、本発明の発光素子にかかる第１実
施例を示す断面図である。（１１１）Ｂ面を表面とする
ｎ型低抵抗ＧａＡｓ基板１（以後ｎ+−ＧａＡｓ基板と
称する）上に、基板１と同じく４面体配位のウルツ鉱型
結晶構造を有する膜厚約５００ｎｍのｎ型ＭｎＳ層２
と、同じく約１００ｎｍの半絶縁性ＭｎＳ層３がエピタ
キシャルで形成されている。その上に膜厚５０ｎｍのＡ
ｕよりなる電極４が形成され、ＭＩＳ構造が形成され
る。 対向するｎ+−ＧａＡｓ基板１の裏面にはＩｎよ
りなる電極５が形成されている。
施例を示す断面図である。（１１１）Ｂ面を表面とする
ｎ型低抵抗ＧａＡｓ基板１（以後ｎ+−ＧａＡｓ基板と
称する）上に、基板１と同じく４面体配位のウルツ鉱型
結晶構造を有する膜厚約５００ｎｍのｎ型ＭｎＳ層２
と、同じく約１００ｎｍの半絶縁性ＭｎＳ層３がエピタ
キシャルで形成されている。その上に膜厚５０ｎｍのＡ
ｕよりなる電極４が形成され、ＭＩＳ構造が形成され
る。 対向するｎ+−ＧａＡｓ基板１の裏面にはＩｎよ
りなる電極５が形成されている。
【００２０】本実施例の発光素子の電極５を接地し、電
極４に１０Ｖの正電圧を印加したところ、明るく青色に
発光した。
極４に１０Ｖの正電圧を印加したところ、明るく青色に
発光した。
【００２１】本実施例の発光素子の製造方法を以下に示
す。まず分子ビームエピタキシャル成長法で、表面を清
浄化した上記基板１上に基板温度２００℃で、高純度金
属マンガンをＫセルから、クラッキングした高純度硫化
水素と同時に供給することで、膜厚約６００ｎｍの硫化
マンガンのエピタキシャル膜を成長する。本方法により
バルクや、一般の非エピタキシャルな蒸着法では得るこ
とが難しい単相のウルツ鉱型構造のＭｎＳのエピタキシ
ャル膜を得ることができる。得られたウルツ鉱型構造の
ＭｎＳは、そのバンドギャップが３.９ｅＶときわめて
広く、比較的低抵抗のｎ型半導体特性を示す。
す。まず分子ビームエピタキシャル成長法で、表面を清
浄化した上記基板１上に基板温度２００℃で、高純度金
属マンガンをＫセルから、クラッキングした高純度硫化
水素と同時に供給することで、膜厚約６００ｎｍの硫化
マンガンのエピタキシャル膜を成長する。本方法により
バルクや、一般の非エピタキシャルな蒸着法では得るこ
とが難しい単相のウルツ鉱型構造のＭｎＳのエピタキシ
ャル膜を得ることができる。得られたウルツ鉱型構造の
ＭｎＳは、そのバンドギャップが３.９ｅＶときわめて
広く、比較的低抵抗のｎ型半導体特性を示す。
【００２２】次にこの膜の上部から例えば所定量の窒素
をドープすることで、高抵抗化した半絶縁性ＭｎＳ層３
を得る。
をドープすることで、高抵抗化した半絶縁性ＭｎＳ層３
を得る。
【００２３】最後に、この上にＡｕ製の電極４を、基板
裏面にＩｎ製の電極５を蒸着し、本実施例の発光素子を
完成した。
裏面にＩｎ製の電極５を蒸着し、本実施例の発光素子を
完成した。
【００２４】発光は、順バイアスされたＭＩＳ構造にお
いて、ｎ型半導体層２から、半絶縁性ＭｎＳ層３へ電子
が注入され、そこで電子、正孔が再結合することによっ
ておこると考えられる。青色発光の起源は明らかでない
が、何らかの不純物レベルを介した発光であろう。いづ
れにせよ、３.９ｅＶという広いバンドギャップを有す
るウルツ鉱型のＭｎＳを発光層の母材として用いたた
め、その発光波長を従来の発光素子に比べて非常に短く
することができた。
いて、ｎ型半導体層２から、半絶縁性ＭｎＳ層３へ電子
が注入され、そこで電子、正孔が再結合することによっ
ておこると考えられる。青色発光の起源は明らかでない
が、何らかの不純物レベルを介した発光であろう。いづ
れにせよ、３.９ｅＶという広いバンドギャップを有す
るウルツ鉱型のＭｎＳを発光層の母材として用いたた
め、その発光波長を従来の発光素子に比べて非常に短く
することができた。
【００２５】また、形成されたＭｎＳ層は従来のエピタ
キシャル膜に比べて良好な結晶性を呈した。これは、バ
ルクで安定な８面体配位の岩塩型構造ではなく基板と同
じ４面体配位のウルツ鉱型構造にエピタキシャル成長で
きたため、結晶構造の違いに起因した界面の未結合手や
格子不整等の発生が抑制されたためではないかと考えら
れる。明るい発光が得られたのは、非発光中心となるこ
れらの格子欠陥密度を低く抑えることができたことが原
因であると考えられる。
キシャル膜に比べて良好な結晶性を呈した。これは、バ
ルクで安定な８面体配位の岩塩型構造ではなく基板と同
じ４面体配位のウルツ鉱型構造にエピタキシャル成長で
きたため、結晶構造の違いに起因した界面の未結合手や
格子不整等の発生が抑制されたためではないかと考えら
れる。明るい発光が得られたのは、非発光中心となるこ
れらの格子欠陥密度を低く抑えることができたことが原
因であると考えられる。
【００２６】上記実施例では、ＧａＡｓ（１１１）Ｂ面
上にエピタキシャル成長させたが、ＧａＡｓ（１１１）
Ａ面上でも同様に良好な結晶性のウルツ鉱型ＭｎＳエピ
タキシャル膜を得ることができた。ＧａＡｓ（１１１）
Ａ面上のウルツ鉱型ＭｎＳエピタキシャル膜を用いて上
記実施例と同ー構成の発光素子を形成したところ、同様
の青色発光を得ることができた。
上にエピタキシャル成長させたが、ＧａＡｓ（１１１）
Ａ面上でも同様に良好な結晶性のウルツ鉱型ＭｎＳエピ
タキシャル膜を得ることができた。ＧａＡｓ（１１１）
Ａ面上のウルツ鉱型ＭｎＳエピタキシャル膜を用いて上
記実施例と同ー構成の発光素子を形成したところ、同様
の青色発光を得ることができた。
【００２７】ウルツ鉱型構造を有する基板の上にエピタ
キシャル成長させても、同様にウルツ鉱型ＭｎＳ膜を得
ることができる。第２実施例として、ウルツ鉱型構造の
ＣｄＳ基板の（００・１）面上に所定の基板温度で成長
させてウルツ鉱型ＭｎＳ層を得た例を、図２に示す。
キシャル成長させても、同様にウルツ鉱型ＭｎＳ膜を得
ることができる。第２実施例として、ウルツ鉱型構造の
ＣｄＳ基板の（００・１）面上に所定の基板温度で成長
させてウルツ鉱型ＭｎＳ層を得た例を、図２に示す。
【００２８】（００・１）面を表面とするウルツ鉱型構
造のｎ型低抵抗ＣｄＳ基板６（以後ｎ+−ＣｄＳ基板と
称する）上に、基板６と同じウルツ鉱型結晶構造を有す
る膜厚約６００ｎｍのｎ型ＭｎＳ層７と、同じく約１５
０ｎｍの半絶縁性ＭｎＳ層８がエピタキシャルで形成さ
れている。電極４、電極５は第１実施例同様で、同じく
ＭＩＳ構造が形成される。得られたＭｎＳ膜のバンドギ
ャップおよび半導体特性は第１実施例と同程度であっ
た。半絶縁性ＭｎＳ層８は、ＭｎＳ膜の上部から例えば
所定量のＮａをドープすることで、高抵抗化して作成し
た。
造のｎ型低抵抗ＣｄＳ基板６（以後ｎ+−ＣｄＳ基板と
称する）上に、基板６と同じウルツ鉱型結晶構造を有す
る膜厚約６００ｎｍのｎ型ＭｎＳ層７と、同じく約１５
０ｎｍの半絶縁性ＭｎＳ層８がエピタキシャルで形成さ
れている。電極４、電極５は第１実施例同様で、同じく
ＭＩＳ構造が形成される。得られたＭｎＳ膜のバンドギ
ャップおよび半導体特性は第１実施例と同程度であっ
た。半絶縁性ＭｎＳ層８は、ＭｎＳ膜の上部から例えば
所定量のＮａをドープすることで、高抵抗化して作成し
た。
【００２９】本実施例の発光素子も第１実施例同様の駆
動で、明るい青色発光を呈した。上記２つの実施例で
は、いづれも発光層にＭｎＳ単体を用いたが、ＭｎＳ
は、上記同様の作成方法で、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳ
ｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅの内の一種類以上の
化合物と固溶し、閃亜鉛鉱型構造もしくはウルツ鉱型構
造の多元混晶をつくるので、必要に応じてこれらを発光
層としてもよい。例えば、第１実施例において、ＭｎＳ
層２、３の代わりに所定の組成比のＣｄＭｎＳを用いて
同様の素子を作成したところ、明るい緑色の発光を得る
ことができた。これは、第１実施例同様良好なＭＩＳ構
造が形成されていることがわかる。また、発光の長波長
化は、混晶化によってＭｎＳ単体よりもバンドギャップ
が狭まったことによると考えられる。
動で、明るい青色発光を呈した。上記２つの実施例で
は、いづれも発光層にＭｎＳ単体を用いたが、ＭｎＳ
は、上記同様の作成方法で、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳ
ｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅの内の一種類以上の
化合物と固溶し、閃亜鉛鉱型構造もしくはウルツ鉱型構
造の多元混晶をつくるので、必要に応じてこれらを発光
層としてもよい。例えば、第１実施例において、ＭｎＳ
層２、３の代わりに所定の組成比のＣｄＭｎＳを用いて
同様の素子を作成したところ、明るい緑色の発光を得る
ことができた。これは、第１実施例同様良好なＭＩＳ構
造が形成されていることがわかる。また、発光の長波長
化は、混晶化によってＭｎＳ単体よりもバンドギャップ
が狭まったことによると考えられる。
【００３０】また、基板材料は閃亜鉛鉱型構造のＧａＡ
ｓあるいはウルツ鉱型構造のＣｄＳ以外でも、これらの
結晶構造をとる材料であればよく、それぞれそれらの
（１１１）面上あるいは（００・１）面上に所望のワイ
ドギャップを有するＭｎＳエピタキシャル層を形成する
ことができる。例えば基板面としてＳｉ（１１１）面あ
るいはＧａＰ（１１１）面、あるいはＧａＡｓ（１１
１）基板上にエピタキシャルで形成したＺｎＳバッファ
層面などを用いて素子を形成しても同様の機能を有す
る。一方、基板として（００１）面上にＭｎＳをエピタ
キシャル成長させた場合、（１１１）面上に成長させた
場合に比べて、その青色発光の輝度は低かった。これ
は、（００１）面上へ成長させた膜は閃亜鉛鉱型あるい
はウルツ鉱型構造単相ではなく、若干の岩塩型構造相が
混在したことが原因として考えられる。
ｓあるいはウルツ鉱型構造のＣｄＳ以外でも、これらの
結晶構造をとる材料であればよく、それぞれそれらの
（１１１）面上あるいは（００・１）面上に所望のワイ
ドギャップを有するＭｎＳエピタキシャル層を形成する
ことができる。例えば基板面としてＳｉ（１１１）面あ
るいはＧａＰ（１１１）面、あるいはＧａＡｓ（１１
１）基板上にエピタキシャルで形成したＺｎＳバッファ
層面などを用いて素子を形成しても同様の機能を有す
る。一方、基板として（００１）面上にＭｎＳをエピタ
キシャル成長させた場合、（１１１）面上に成長させた
場合に比べて、その青色発光の輝度は低かった。これ
は、（００１）面上へ成長させた膜は閃亜鉛鉱型あるい
はウルツ鉱型構造単相ではなく、若干の岩塩型構造相が
混在したことが原因として考えられる。
【００３１】基板材料の格子定数と、発光層であるＭｎ
ＳあるいはＭｎＳとＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ
ｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅの内の一種類以上の化合物とを
所定の組成比で固溶した多元混晶の格子定数は、近い方
が良好な結晶性の発光層が得られる点で好ましい。例え
ばウルツ鉱型ＭｎＳのＭｎ−Ｓ結合距離は２.４１Ａで
あって、上記基板のいづれとも格子整合性がよい。いず
れの場合にも良好な結晶性の発光層を得ることができ
た。また前記多元混晶は組成比を選ぶことで基板と完全
に格子整合することもできる。
ＳあるいはＭｎＳとＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ
ｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅの内の一種類以上の化合物とを
所定の組成比で固溶した多元混晶の格子定数は、近い方
が良好な結晶性の発光層が得られる点で好ましい。例え
ばウルツ鉱型ＭｎＳのＭｎ−Ｓ結合距離は２.４１Ａで
あって、上記基板のいづれとも格子整合性がよい。いず
れの場合にも良好な結晶性の発光層を得ることができ
た。また前記多元混晶は組成比を選ぶことで基板と完全
に格子整合することもできる。
【００３２】次に、本発明の発光素子の第３実施例をそ
の断面図を示す第３図に沿って説明する。
の断面図を示す第３図に沿って説明する。
【００３３】清浄化した（１１１）Ｂ面を表面とする低
抵抗ＧａＡｓ基板９上に、分子ビームエピタキシャル成
長法で、マンガンとテルビウムをそれぞれＫセルから、
クラッキングした硫化水素と同時に供給することで、基
板９と同じ４面体配位のウルツ鉱型結晶構造を有するＭ
ｎＳに発光中心としてテルビウムが所定量添加された膜
厚約１μｍの発光層１０が形成されている。その上から
ｒｆスパッタ法により、ＢaＴa2Ｏ6よりなる厚さ２００
ｎｍの誘電体薄膜１１が形成されている。その上に厚さ
２００ｎｍのＩＴＯからなる透明電極１２が電子ビーム
蒸着法で形成され、基板裏面にＡｕの電極５が蒸着さ
れ、全体で薄膜ＥＬ素子が形成されている。
抵抗ＧａＡｓ基板９上に、分子ビームエピタキシャル成
長法で、マンガンとテルビウムをそれぞれＫセルから、
クラッキングした硫化水素と同時に供給することで、基
板９と同じ４面体配位のウルツ鉱型結晶構造を有するＭ
ｎＳに発光中心としてテルビウムが所定量添加された膜
厚約１μｍの発光層１０が形成されている。その上から
ｒｆスパッタ法により、ＢaＴa2Ｏ6よりなる厚さ２００
ｎｍの誘電体薄膜１１が形成されている。その上に厚さ
２００ｎｍのＩＴＯからなる透明電極１２が電子ビーム
蒸着法で形成され、基板裏面にＡｕの電極５が蒸着さ
れ、全体で薄膜ＥＬ素子が形成されている。
【００３４】本発明の薄膜ＥＬ素子は、パルス幅30μ
ｓ、１ｋＨｚ、２００Ｖの交流電圧を電極５と透明電極
１２との間に印加することにより、高効率で明るく緑色
に発光した。
ｓ、１ｋＨｚ、２００Ｖの交流電圧を電極５と透明電極
１２との間に印加することにより、高効率で明るく緑色
に発光した。
【００３５】本方法により実施例１、２同様、単相のウ
ルツ鉱型構造のＭｎＳのエピタキシャル膜を得ることが
できる。得られたウルツ鉱型構造のＭｎＳは、そのバン
ドギャップが３.９ｅＶときわめて広く可視域に吸収を
もたないため、薄膜ＥＬ素子の母材として優れている。
これは、必要に応じて、窒素等の電荷補償不純物をドー
プすることで、高抵抗化することができる。
ルツ鉱型構造のＭｎＳのエピタキシャル膜を得ることが
できる。得られたウルツ鉱型構造のＭｎＳは、そのバン
ドギャップが３.９ｅＶときわめて広く可視域に吸収を
もたないため、薄膜ＥＬ素子の母材として優れている。
これは、必要に応じて、窒素等の電荷補償不純物をドー
プすることで、高抵抗化することができる。
【００３６】基板として（００１）面を用いた場合、若
干岩塩型結晶構造相が混在したが、（１１１）基板面上
に成長させたＭｎＳを用いた薄膜ＥＬ素子と比べて、そ
の緑色発光の強度に差はなかった。
干岩塩型結晶構造相が混在したが、（１１１）基板面上
に成長させたＭｎＳを用いた薄膜ＥＬ素子と比べて、そ
の緑色発光の強度に差はなかった。
【００３７】上記緑色発光は、ＥＬ発光機構によりＭｎ
Ｓ発光層内のＴｂの殻内準位間でおこっているものであ
る。高効率発光の要因は、上記理由の他に、本発明の製
造方法により結晶性のよい発光層が得られたこと、発光
中心のＴｂと母材のＭｎのイオン半径が近いため、従来
のＴｂをドープしたＺｎＳに比べて、効率よくドーピン
グできたこと等によると考えられる。
Ｓ発光層内のＴｂの殻内準位間でおこっているものであ
る。高効率発光の要因は、上記理由の他に、本発明の製
造方法により結晶性のよい発光層が得られたこと、発光
中心のＴｂと母材のＭｎのイオン半径が近いため、従来
のＴｂをドープしたＺｎＳに比べて、効率よくドーピン
グできたこと等によると考えられる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、発光輝度や効率が高い
３原色に発光する発光素子を形成することができる。
３原色に発光する発光素子を形成することができる。
【００３９】また、本発明は、高効率の短波長発光素子
を形成できる点が従来例に比べて特に優れており、実用
的価値が大きい。
を形成できる点が従来例に比べて特に優れており、実用
的価値が大きい。
【図１】本発明の第１の実施例における発光素子のＭＩ
Ｓ型発光素子の構造を示す断面図
Ｓ型発光素子の構造を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施例における発光素子のＭＩ
Ｓ型発光素子の構造を示す断面図
Ｓ型発光素子の構造を示す断面図
【図３】本発明の第３の実施例における発光素子の薄膜
ＥＬ素子の構造を示す断面図
ＥＬ素子の構造を示す断面図
１ ｎ型低抵抗ＧａＡｓ基板
２ ｎ型ＭｎＳ層
３ 半絶縁性ＭｎＳ層
４ 電極
５ 電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０５Ｂ 33/14 8815−3Ｋ
Claims (6)
- 【請求項１】閃亜鉛鉱型もしくはウルツ鉱型結晶構造を
有する硫化マンガンを主成分とする薄膜を用いたことを
特徴とする発光素子。 - 【請求項２】硫化マンガンを含み、かつ硫化亜鉛、硫化
カドミウム、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、テル
ル化亜鉛、テルル化カドミウムのうち１種以上を含む閃
亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型結晶構造の化合物を主成分
とする薄膜を用いたことを特徴とする発光素子。 - 【請求項３】ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型結晶構
造またはウルツ鉱型結晶構造を有する基板上にエピタキ
シャルで薄膜を成長させることにより請求項１または２
に記載の発光素子を形成することを特徴とする発光素子
の製造方法。 - 【請求項４】ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型結晶構
造を有する基板の（１１１）面上、またはウルツ鉱型結
晶構造を有する基板の（００・１）面上にエピタキシャ
ルで薄膜を成長させることを特徴とする請求項３に記載
の発光素子の製造方法。 - 【請求項５】ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型あるい
はウルツ鉱型結晶構造を有する基板と薄膜の格子定数の
違いが１０％以内であることを特徴とする請求項３に記
載の発光素子の製造方法。 - 【請求項６】基板が、IV族、IV−IV族、III−Ｖ族、II
−VI族、I−VII族の半導体もしくはそれらの混晶を主成
分とすることを特徴とする請求項３に記載の発光素子の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226953A JPH0513815A (ja) | 1991-03-06 | 1991-09-06 | 発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-39914 | 1991-03-06 | ||
| JP3991491 | 1991-03-06 | ||
| JP3226953A JPH0513815A (ja) | 1991-03-06 | 1991-09-06 | 発光素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513815A true JPH0513815A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=26379315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3226953A Pending JPH0513815A (ja) | 1991-03-06 | 1991-09-06 | 発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0513815A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923054A (en) * | 1994-09-13 | 1999-07-13 | Mutsubishi Chemical Corporation | Light emitting diode with tilted plane orientation |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3226953A patent/JPH0513815A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923054A (en) * | 1994-09-13 | 1999-07-13 | Mutsubishi Chemical Corporation | Light emitting diode with tilted plane orientation |
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