JPH0524640B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0524640B2
JPH0524640B2 JP460485A JP460485A JPH0524640B2 JP H0524640 B2 JPH0524640 B2 JP H0524640B2 JP 460485 A JP460485 A JP 460485A JP 460485 A JP460485 A JP 460485A JP H0524640 B2 JPH0524640 B2 JP H0524640B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor
electrons
holes
heterojunction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP460485A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61163592A (en
Inventor
Hiroshi Fujasu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koito Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koito Manufacturing Co Ltd filed Critical Koito Manufacturing Co Ltd
Priority to JP60004604A priority Critical patent/JPS61163592A/en
Publication of JPS61163592A publication Critical patent/JPS61163592A/en
Publication of JPH0524640B2 publication Critical patent/JPH0524640B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特にエレクトロル
ミネツセンス等の光学的現象を示す半導体光学装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor optical device exhibiting optical phenomena such as electroluminescence.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

エレクトロルミネツセンス装置とは、純粋な熱
輻射以外の方法により電子を励起し、結果として
光の放射を起させる装置をいい、母体に対する不
純物のベレルを用いて発光するもの、バンド間遷
移によつて発光するもの、バンド内遷移によつて
発光するもの等を含む。エキシトンはバンドに附
随して生じるものなので、本明細書ではエキシト
ン遷移もバンド間遷移の1種とする。以下バンド
間遷移を利用するエレクトロルミネツクスについ
て述べる。
An electroluminescent device is a device that excites electrons by a method other than pure thermal radiation, resulting in the emission of light. This includes those that emit light due to in-band transition, and those that emit light due to intra-band transition. Since excitons are generated along with bands, in this specification, exciton transition is also considered as a type of interband transition. Below, we will discuss electroluminescence that utilizes interband transitions.

比較的バンドギヤツプが狭く、不純物添加によ
りpn接合を形成し易い−族(GaAs他)等の
半導体においては、pn接合を介して少数キヤリ
アを注入し、多数キヤリアと発光再結合させる発
光ダイオードが知られている。可干渉光を発する
半導体レーザも発光ダイオードの1種と言える。
特に半導体レーザにおいてはホモ接合のみでな
く、ヘテロ接合の利用もさかんである。又、モレ
キユラービーム(MB)法有機金属(MO)CVD
法等によりいわゆる超格子を形成する技術も知ら
れている。発光に係る遷移を増加させる種々の工
夫も提案されている。
In semiconductors such as - group (GaAs, etc.), which have a relatively narrow band gap and are easy to form pn junctions by adding impurities, light-emitting diodes are known in which minority carriers are injected through the pn junction and recombined with majority carriers by light emission. ing. A semiconductor laser that emits coherent light can also be considered a type of light emitting diode.
Particularly in semiconductor lasers, not only homojunctions but also heterojunctions are increasingly used. In addition, molecular beam (MB) method organometallic (MO) CVD
Techniques for forming a so-called superlattice by methods such as the method are also known. Various techniques have also been proposed to increase the transition related to light emission.

−族半導体のように、バンドギヤツプの広
い半導体においては、一般にp型n型の誘電型制
御が困難である。これらの半導体を利用したEL
装置としては、硫化亜鉛(ZnS)等のEL物質の
粉末を固め電極間にはさんだもの等が知られてい
る。強電界の作用等により電子が低いエネルギ準
位から高いエネルギー準位へ励起され、再び低い
エネルギー準位へ落ちること等により発光現象を
起すと考えられる。このようなEL発光の発光効
率は発光に関する遷移の前後の波動函数の振幅の
2乗、およびその遷移の遷移確率に依存する。つ
まり状態(キヤリア)の数と遷移の起り易さとに
依存する。
In semiconductors with wide band gaps, such as - group semiconductors, it is generally difficult to control the p-type and n-type dielectric types. EL using these semiconductors
Known devices include those in which powdered EL materials such as zinc sulfide (ZnS) are solidified and sandwiched between electrodes. It is thought that the light emission phenomenon occurs when electrons are excited from a low energy level to a high energy level due to the action of a strong electric field, and then fall back to a low energy level. The luminous efficiency of such EL light emission depends on the square of the amplitude of the wave function before and after the transition related to light emission, and the transition probability of that transition. In other words, it depends on the number of states (carriers) and the likelihood of transitions.

強い発光を得るため、発光ダイオード(半導体
レーザ)においてはpn接合を越えて少数キヤリ
アを注入し、さらには活性層に両性キヤリアを閉
じ込めて、発光再結合をさせること等が行なわれ
ている。しかし好適なpn接合を作りにくい物質
においてはこの方法は採用し難い。エネルギー障
壁を利用しないとキヤリアの密度を場所的に高め
ることが難しい。粉末状EL物質を用いるEL装置
ではキヤリアを励起してもそのキヤリアは局在
し、キヤリア密度を高めることは難しい。又粒界
等により不所望の準位が生じ易く所望の遷移を優
先的に行なわせることも容易でない。
In order to obtain strong light emission, in light emitting diodes (semiconductor lasers), minority carriers are injected across the pn junction, and amphoteric carriers are further confined in the active layer to cause radiative recombination. However, this method is difficult to apply to materials in which it is difficult to form a suitable pn junction. It is difficult to increase carrier density locally without using energy barriers. In an EL device using a powdered EL material, even if carriers are excited, the carriers are localized and it is difficult to increase the carrier density. Furthermore, undesired levels are likely to occur due to grain boundaries, etc., and it is not easy to make desired transitions occur preferentially.

光吸収においても、多くの準位が混在するとき
は、所望の波長スペクトルで吸収を行なわせるこ
とが困難となる。波長変換素子やハイパス、ロー
パス等の色フイルターを半導体を利用して作成す
る場合はその物質の光学的性質を制御することが
望ましい。又製造価格があまり高くないことが要
求される。そのため、半導体固有の性質を用いる
ごく一部のもの等を除き、これらの装置に半導体
はあまり利用されてはいない。
Even in light absorption, when many levels coexist, it becomes difficult to perform absorption in a desired wavelength spectrum. When producing wavelength conversion elements, high-pass, low-pass, and other color filters using semiconductors, it is desirable to control the optical properties of the materials. It is also required that the manufacturing cost is not too high. For this reason, semiconductors are not often used in these devices, except for a few devices that utilize properties specific to semiconductors.

〔発明の要旨〕[Summary of the invention]

本発明は、電位障壁と電界とを利用して、電位
障壁の近傍で高い遷移効率を実現し得る半導体光
学装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a semiconductor optical device that can realize high transition efficiency near a potential barrier by using a potential barrier and an electric field.

電位障壁の両側に電子と正孔とに対する量子井
戸を形成した場合、両量子井戸は場所的な重なり
がないため、価電子帯と伝導帯との間の遷移確率
は高くならい。しかし電位障壁近傍に強電界を印
加すると波動函数は電位障壁内部にも浸透するの
で波動函数の場所的重なりが生じ、遷移確率を高
くできる。
When quantum wells for electrons and holes are formed on both sides of a potential barrier, the probability of transition between the valence band and the conduction band does not increase because the two quantum wells do not overlap locally. However, when a strong electric field is applied near the potential barrier, the wave function penetrates into the potential barrier, causing local overlap of the wave functions and increasing the transition probability.

電位障壁はヘテロ接合によつて形成することが
できる。ヘテロ接合は格子整合がされないと歪を
生じ易く、歪みは格子欠陥等を生じさせて非発光
再結合中心の増加等光学的装置に好ましくない影
響を与え易い。しかし格子定数の異なる物質で
も、超薄膜の積層にすると格子不整合に対する柔
軟性を増すことができる。特に一定の周期性をも
つた超格子構造とした時結晶性、光学的特性は著
るしく改善される。
The potential barrier can be formed by a heterojunction. Heterojunctions tend to be strained unless lattice matched, and strain tends to cause lattice defects and other unfavorable effects on optical devices, such as an increase in non-radiative recombination centers. However, even if materials with different lattice constants are used, stacking ultrathin films can increase flexibility against lattice mismatch. In particular, when the superlattice structure has a certain periodicity, the crystallinity and optical properties are significantly improved.

〔発明の構成と作用〕[Structure and operation of the invention]

バンドギヤツプの異なる物質のヘテロ接合を利
用すると、接合部において電位障壁を形成でき
る。電子に対する電位障壁と正孔に対する障壁と
が、ヘテロ接合の同じ側に生じる場合(以下タイ
プとよぶ)と異なる側に生じる場合(以下タイ
プとよぶ)とがある。本発明はタイプのヘテ
ロ接合を用いる。
By using a heterojunction of different materials in the bandgap, a potential barrier can be formed at the junction. The potential barrier for electrons and the barrier for holes may occur on the same side of a heterojunction (hereinafter referred to as type) or on different sides (hereinafter referred to as type). The invention uses a type of heterojunction.

第1A図に無電界(E=0)の時のタイプの
ヘテロ接合のバンド模型を示す。縦軸はエネルギ
e、横幅は場所xを示す。物質Aと物質Bとがヘ
テロ接合を形成し、物質Aは電子に対する電位障
壁、物質Bは正孔に対する電位障壁を形成する。
物質A,Bは共に真性もしくはほぼ真性の半導体
である。物質Bの伝導帯C.B.に存在する自由電子
は物質Aの形成する電位障壁のためヘテロ接合よ
り左には動けない。同様物質Aの価電子帯V.B.
に存在する自由正孔は物質Bの形成する電位障壁
のためヘテロ接合より右へは動けない。このよう
なキヤリアの移動を制限する電位障壁は、少なく
ともkT(約25mV)の高さ、好ましくは数kT、
より好ましくは約10kT(約250mV)以上の高さ
を有するものである。物質Aと物質Bとは場所的
に別れているので自由電子と自由正孔の波動函数
の重なりはほとんどなく、遷移マトリクスの値は
きわめて小さい。従つて物質Aの価電子帯V.B.
と物質Bの伝導帯C.B.とのエネルギ差Egxに相対
するエネルギを外部から供給しても電子が価電子
帯V.B.から伝導帯C.B.に励起される確率は少な
い。又励起等により価電子帯V.B.に正孔、伝導
帯C.B.に電子を生じさせても電子正孔が再結合さ
れる確率は低い。
FIG. 1A shows a band model of a type of heterojunction in the absence of an electric field (E=0). The vertical axis indicates energy e, and the horizontal width indicates location x. Substance A and substance B form a heterojunction, with substance A forming a potential barrier to electrons, and substance B forming a potential barrier to holes.
Substances A and B are both intrinsic or nearly intrinsic semiconductors. Free electrons existing in the conduction band CB of substance B cannot move to the left of the heterojunction because of the potential barrier formed by substance A. Valence band VB of similar substance A
Because of the potential barrier formed by substance B, the free holes existing in the heterojunction cannot move to the right. The potential barrier that limits the movement of such carriers has a height of at least kT (approximately 25 mV), preferably several kT,
More preferably, it has a height of about 10 kT (about 250 mV) or more. Since material A and material B are separated in location, there is almost no overlap in the wave functions of free electrons and free holes, and the value of the transition matrix is extremely small. Therefore, the valence band VB of substance A
Even if an energy relative to the energy difference E gx between the material B and the conduction band CB is supplied from the outside, the probability that electrons will be excited from the valence band VB to the conduction band CB is small. Furthermore, even if a hole is generated in the valence band VB and an electron is generated in the conduction band CB by excitation or the like, the probability that the electron-hole will be recombined is low.

第1B図は第1A図のヘテロ接合に順バイアス
を印加した時のバンド模型を示す。すなわち、物
質A側が物質B側に対して正となる極性である。
FIG. 1B shows a band model when a forward bias is applied to the heterojunction shown in FIG. 1A. That is, the polarity is positive on the substance A side with respect to the substance B side.

物質A、物質Bとも真性もしくはほぼ真性であ
り、自由キヤリアの掃き寄せによるバンドの曲が
り(空乏層の形成)は無視できる程度である。従
つて電界は一様に生じるものとして図示する。伝
導帯に電子が生じると電界の作用により電子はヘ
テロ接合近傍のポテンシヤルの低い所に集められ
る。同様に正孔もヘテロ接合近傍の正孔ポテンシ
ヤルの低い所(図中エネルギeの高い所)に集め
られる。これらの自由キヤリアの移動は電界によ
るドリフトであり拡散による移動よりも高速で行
なわれる。
Both substance A and substance B are intrinsic or almost intrinsic, and the bending of the band (formation of a depletion layer) due to the sweeping of free carriers is negligible. Therefore, the electric field is shown as being generated uniformly. When electrons are generated in the conduction band, they are concentrated in a low potential area near the heterojunction due to the action of the electric field. Similarly, holes are also collected at a location near the heterojunction where the hole potential is low (the location where the energy e is high in the figure). The movement of these free carriers is due to drift due to the electric field, and occurs faster than the movement due to diffusion.

さらに、電界の影響で電子および正孔の波動函
数はヘテロ接合を越えて電位障壁内に浸み込む。
このため裾の部分で波動函数の重なりを生じ遷移
確率(遷移マトリクスの値)は高くなる。
Furthermore, under the influence of the electric field, the wave functions of electrons and holes penetrate across the heterojunction and into the potential barrier.
For this reason, the wave functions overlap in the tail portion, and the transition probability (value of the transition matrix) increases.

このように遷移に関係する電子正孔の密度が増
し、遷移確率が増すため、発光効率が上昇する。
In this way, the density of electrons and holes involved in transition increases, and the probability of transition increases, resulting in an increase in luminous efficiency.

自由キヤリアの生成はヘテロ接合近傍の強電界
によつて達成してもよく、外部から注入してもよ
い。たとえばヘテロ接合の両側を絶縁層ではさ
み、絶縁層中でソフト ブレークダウンを生じさ
せてもよい。
Generation of free carriers may be achieved by a strong electric field near the heterojunction, or may be injected externally. For example, a heterojunction may be sandwiched between insulating layers on both sides, and soft breakdown may occur in the insulating layers.

別々の場所に電子、正孔に対する量子井戸を生
じさせるタイプのヘテロ接合を形成する物質と
しては−族の立方晶系ないし六方晶系の物質
が知られている。たとえば、物質AがZnTe、物
質BがZnS−ZnSe混晶系(両端物質を含む)で
ある。物質A、物質Bは単結晶であることが好ま
しいが、多結晶でもよい。電界強度は所望の作用
を果たすものであればよいが、典型的には
106V/cmのオーダである。
As a material that forms a type of heterojunction that creates quantum wells for electrons and holes at separate locations, - group cubic or hexagonal materials are known. For example, substance A is ZnTe, and substance B is a ZnS-ZnSe mixed crystal system (including substances at both ends). Although it is preferable that substance A and substance B are single crystal, they may be polycrystalline. The electric field strength may be any strength as long as it achieves the desired effect, but typically
It is on the order of 10 6 V/cm.

デバイス構造の例を第1C図、第1D図に示
す。第1C図において基板1上に物質Aの第1層
2、物質Bの第2層3が積層され、絶縁層5,6
を介して両面に電極7,8が設けられている。電
極7,8の少なくとも1方(好ましくは上部電極
8)は光を透過させるためインジウム−錫酸価物
(ITO)や薄膜金等の透明電極で作る。両電極間
には直流又は交流の電圧源9が接続されている。
電圧源9は電界を形成するものであるが、同時に
キヤリア励起の作用を兼ねることもできる。基板
1は、物質A,B同様−族半導体でもよい
が、Si、Ge、GaAs、GaP等他の物質であつても
よい。基板1の比抵抗は層2,3の比抵抗と比べ
無視できるものであることが好ましい。層2が基
板1と同一物質の場合は層2を基板内に作りつけ
てもよい。絶縁層5,6はたとえばSiO2
Si3N4、Al2O3、PIQ等の公知の絶縁材料で作れ
ばよい。
Examples of device structures are shown in FIGS. 1C and 1D. In FIG. 1C, a first layer 2 of material A and a second layer 3 of material B are laminated on a substrate 1, and insulating layers 5, 6
Electrodes 7 and 8 are provided on both sides via. At least one of the electrodes 7 and 8 (preferably the upper electrode 8) is made of a transparent electrode such as indium-stannic acid (ITO) or thin film gold in order to transmit light. A DC or AC voltage source 9 is connected between both electrodes.
Although the voltage source 9 forms an electric field, it can also serve as a carrier excitation function at the same time. The substrate 1 may be a - group semiconductor like the materials A and B, but may also be other materials such as Si, Ge, GaAs, and GaP. Preferably, the specific resistance of the substrate 1 is negligible compared to the specific resistance of the layers 2 and 3. If layer 2 is of the same material as substrate 1, layer 2 may be built into the substrate. The insulating layers 5 and 6 are made of, for example, SiO 2 ,
It may be made of a known insulating material such as Si 3 N 4 , Al 2 O 3 or PIQ.

第1D図の構成は基板1が省略されている点以
外第1C図のものと同様である。層2,3を形成
後、基板をエツチ オフしてもよく、電極7上に
層5,2,3,6,8を順次形成してもよい。基
板1を用いない場合はコスト的なメリツトが大き
い。
The configuration of FIG. 1D is similar to that of FIG. 1C except that the substrate 1 is omitted. After forming layers 2 and 3, the substrate may be etched off, and layers 5, 2, 3, 6 and 8 may be sequentially formed on electrode 7. When the substrate 1 is not used, there is a large cost advantage.

キヤリア励起は電圧源9で行なつてもよいが、
高周波エネルギの印加、高エネルギ電磁波(近紫
外線等)の照射で行なつてもよい。
Carrier excitation may be performed by voltage source 9, but
This may be performed by applying high frequency energy or irradiating high energy electromagnetic waves (near ultraviolet rays, etc.).

波長変換フイルタや色フイルタ等の光学素子と
して用いる場合キヤリア励起手段は不要である。
第1D図の構成は裏面照射前面発光の動作モード
に特に好適である。
When used as an optical element such as a wavelength conversion filter or a color filter, a carrier excitation means is not required.
The configuration of FIG. 1D is particularly suitable for back-illuminated, front-emitting modes of operation.

以上の説明は、以下の実施例についても特に断
らない限り適用できる。
The above description can also be applied to the following embodiments unless otherwise specified.

単一のヘテロ接合を用いる場合は発光を起す場
合が1面である点の他、格子定数が一致しない場
合格子整合の面で問題がある。各層が約数百Å以
下の超薄膜の多層構造とすることによりヘテロ接
合を多数くり返し形成することがこの問題解決に
有効である。
When using a single heterojunction, there is a problem in terms of lattice matching, in addition to the fact that only one plane emits light, and if the lattice constants do not match. It is effective to solve this problem by repeatedly forming a large number of heterojunctions by forming a multilayer structure of ultra-thin films, each layer having a thickness of about several hundred Å or less.

第2A図、第2B図に多層構造の場合のバンド
模型を示す。第2A図が無電界の場合、第2B図
が電界のある場合である。物質Aと物質Bとが交
互に積層され、物質Aの各層が正孔に対する量子
井戸、物質Bの各層が電子に対する量子井戸を形
成する。たとえば、物質AはZnTe、物質Bは
ZnSxSe1-x(x=0〜1)であり、各層は数Åか
ら数百Åの厚さである。層の厚さを薄くすると量
子井戸は境界条件等により、一定の準位を作るよ
うになる。電子及び正孔の基底準位をそれぞれ破
線で示す。無電界の場合、これらの基底準位の波
動函数は量子井戸内に広く拡がり、量子井戸の外
へはほとんど拡がらない。従つて伝導帯(電子)
の波動函数ψcと価電子帯(正孔)の波動函数ψv
との場所的重なりはわずかであり、遷移確率は低
い。第2B図の如く電界を印加すると、電子、正
孔に対する波動函数はそれぞれよりエネルギ・レ
ベルの低い部分に集まる。電子正孔のペア生成が
行なわれると、電子、正孔はよりエネルギ・レベ
ルの低い部分へドリフトで移動する。量子井戸が
交互に存在するため、多重層内で発生した自由キ
ヤリアは効率よく順バイアスされたヘテロ接合近
傍へ集められる。この高密度化された電子正孔が
波動函数の重なりを利用して効率よく再結合す
る。従つて発光効率は向上する。
FIGS. 2A and 2B show band models in the case of a multilayer structure. FIG. 2A shows the case without an electric field, and FIG. 2B shows the case with an electric field. Material A and material B are alternately stacked, and each layer of material A forms a quantum well for holes, and each layer of material B forms a quantum well for electrons. For example, material A is ZnTe, material B is
ZnS x Se 1-x (x=0-1), and each layer has a thickness of several Å to several hundred Å. When the thickness of the layer is reduced, the quantum well will create a certain level due to boundary conditions. The ground levels of electrons and holes are shown by broken lines, respectively. In the absence of an electric field, the wave functions of these ground levels spread widely within the quantum well and hardly extend outside the quantum well. Therefore the conduction band (electron)
The wave function ψc and the wave function ψv of the valence band (hole)
There is only a slight spatial overlap with , and the transition probability is low. When an electric field is applied as shown in FIG. 2B, the wave functions for electrons and holes are concentrated at lower energy levels. When electron-hole pairs are generated, the electrons and holes drift to a region with a lower energy level. Because of the alternating quantum wells, free carriers generated within the multilayer are efficiently collected near the forward biased heterojunction. These high-density electron-holes recombine efficiently using the overlap of wave functions. Therefore, luminous efficiency is improved.

今Eg1に相当するエネルギ以上のエネルギを有
する光で電子正光対を発生させると、再結合によ
りEgxに相当するエネルギの光が発生する。すな
わち波長変換フイルタとして働く。
Now, when an electron positive photo pair is generated with light having an energy greater than the energy equivalent to E g1 , light with an energy equivalent to E gx is generated by recombination. In other words, it works as a wavelength conversion filter.

強電界で衝突を生じさせて電子正孔対を発生さ
せると、電界EL装置として働く。
When a strong electric field causes a collision to generate electron-hole pairs, it works as an electric field EL device.

又再結合を非発光性のものとすると、あるエネ
ルギ以上の孔を吸収する長波長透過(ローパス)
フイルタとして働く。
Also, if recombination is non-luminescent, long wavelength transmission (low pass) that absorbs holes with energy above a certain level
Works as a filter.

第2A図に示す基底状態のエネルギは、物質
A,Bの物性(エレクトロン アフイニテイ等)
のみでなく量子井戸の境界条件にも依存する。従
つて層厚の制御等により準位間エネルギ差Egx
制御することもできる。
The ground state energy shown in Figure 2A is the physical property of substances A and B (electron affinity, etc.)
It depends not only on the boundary conditions of the quantum well but also on the boundary conditions of the quantum well. Therefore, the energy difference E gx between levels can also be controlled by controlling the layer thickness or the like.

第2C図はデバイス構造の例を示す。物質A,
Bの層2,3が多層化されている点以外第1D図
の構造と同様である。第1C図のように基板を用
いることもできる。
FIG. 2C shows an example of a device structure. substance A,
The structure is similar to that of FIG. 1D except that layers 2 and 3 of B are multilayered. A substrate as shown in FIG. 1C may also be used.

超薄膜の多層化は層の結晶性向上にも非常に有
益である。格子定数不整合のある場合、層が厚い
と格子欠陥を生じ易いが、各層を超薄膜化する
と、物質の結晶格子自体が変形し、歪を吸収でき
る。たとえば立方晶系基板上に六方晶系物質の超
薄膜を堆積すると、その六方晶系物質は立方晶系
類似の構造を採つて格子を整合させる。この点に
関しては、第17回ICPS(サンフランシスコ、1984
年8月)コミユニケーシヨン・オブ・ジヤーナ
ル・オブ・アプライド・フイジツクス
(Communication of JAP)(1985年3月)等に
本発明者等の報告がされている。この格子自己整
合化は一定の規則に従つて多層化した超格子の場
合に特に著るしい。
Multilayering of ultra-thin films is also very beneficial in improving the crystallinity of the layers. When there is lattice constant mismatch, lattice defects are likely to occur if the layers are thick, but if each layer is made ultra-thin, the crystal lattice of the material itself deforms and can absorb strain. For example, when an ultra-thin film of a hexagonal material is deposited on a cubic substrate, the hexagonal material adopts a cubic-like structure and matches its lattice. In this regard, the 17th ICPS (San Francisco, 1984)
The present inventors have made a report in the Communication of Applied Physics (March 1985), etc. (August 1985). This lattice self-alignment is particularly remarkable in the case of a superlattice formed in multiple layers according to a certain rule.

このような超薄膜ないし超格子の製造方法とし
ては、モレキユラ・ビーム法、MOCVD法、ホ
ツト・ウオール法等が利用できる。特にホツト・
ウオール法は制御制、製造コストの両面で好まし
い方法である。ホツトウオール法に関しては第3
回モレキユラ・ビーム・エピタキシ(3rd MBE)
国際会議抄録(1984年)等に本発明者等の報告が
ある。
As methods for manufacturing such ultra-thin films or superlattices, the molecular beam method, MOCVD method, hot wall method, etc. can be used. Especially hot
The wall method is a preferable method in terms of both control and manufacturing cost. Regarding the hot wall method, see the third section.
Multiple molecular beam epitaxy (3rd MBE)
There are reports by the present inventors in the International Conference Abstracts (1984), etc.

なお−族半導体は一般に単一材料内でpn
接合を形成することは困難であるが、不純物ドー
プによりある導電型の導電性を付与できるものが
ある。たとえばZnTeはp型にすることが可能で
あり、ZnSxS1-x(x=0〜1)はn型にすること
が可能である。
Note that - group semiconductors generally have pn within a single material.
Although it is difficult to form a junction, there are some materials that can be given a certain type of conductivity by doping with impurities. For example, ZnTe can be p-type, and ZnS x S 1-x (x=0-1) can be n-type.

第3図に上記事実を利用した構造の例を示す。
第2C図と比較すると、絶縁層5,6の代りにp
型ZnTe層11、n型ZnSSe層12が用いられる
点が異なる。電源としては、直流電圧源9を用い
る。p型ZnTe層11は超格子スタツクの最外
ZnTe層へ正孔を供給するものであり、n型
ZeSSe層12は超格子スタツクの最外ZnSSe層へ
電子を供給するものである。超格子の各層2,3
の厚さを制御することにより、最外層に供給され
た電子、正孔をトンネルで内層へ移動させること
ができる。発光の機構は第2B,2C図で説明し
たものと同様である。
FIG. 3 shows an example of a structure that utilizes the above fact.
Comparing with FIG. 2C, instead of the insulating layers 5 and 6, p
The difference is that a type ZnTe layer 11 and an n type ZnSSe layer 12 are used. A DC voltage source 9 is used as a power source. The p-type ZnTe layer 11 is the outermost layer of the superlattice stack.
It supplies holes to the ZnTe layer, and is an n-type
The ZeSSe layer 12 supplies electrons to the outermost ZnSSe layer of the superlattice stack. Each layer of superlattice 2, 3
By controlling the thickness of the layer, electrons and holes supplied to the outermost layer can be tunneled to the inner layer. The mechanism of light emission is the same as that explained in FIGS. 2B and 2C.

第4図は混晶を利用し各層内で組成を徐々に変
化させた場合のバンド模型の例を示す。デバイス
構造は第2C図の同様又は第2C図の構造に基板
を加えたもの等でよい。層A内では右から左に向
うにつれて混晶組成が変化し、バンドギヤツプが
広くなつている。層B内では逆に右から左に向う
につれて混晶組成が変化しバンドキヤツプが狭く
なつている。
FIG. 4 shows an example of a band model when the composition is gradually changed within each layer using a mixed crystal. The device structure may be similar to that of FIG. 2C or the structure of FIG. 2C with a substrate added. Within layer A, the mixed crystal composition changes from right to left, and the band gap becomes wider. In layer B, on the other hand, the mixed crystal composition changes from right to left, and the bandcap becomes narrower.

組成変化によりドリフト電界が強められ、キヤ
リアの移動をより高速化できる。又バンドギヤツ
プが徐々に変化するので吸収スペクトルは種々の
混晶組成の吸収スペクトルを積分したものとな
る。白色光を吸収して単一波長の光を発射する波
長変換フイルタ等に特に有効なものとできよう。
The drift electric field is strengthened by changing the composition, and the carrier can move faster. Furthermore, since the band gap changes gradually, the absorption spectrum becomes the integral of absorption spectra of various mixed crystal compositions. It may be particularly effective for wavelength conversion filters that absorb white light and emit light of a single wavelength.

なお組成のグレードした層を層A,Bのいずれ
か一方にすることも当然可能である。
Note that it is naturally possible to use either layer A or layer B as a layer with a graded composition.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によればヘテロ接合を利用して隣接した
別々の場所に電子に対する量子井戸、正孔に対す
る量子井戸を形成でき、電界の印加により電子
(伝導帯)の波動函数と正孔(価電子帯)の波動
函数との場所的重なりの増大と高密度化を達成で
き、遷移効率を向上させることができる。又ドリ
フト移動、付随容量の減少により高速動作が可能
である。
According to the present invention, a quantum well for electrons and a quantum well for holes can be formed in separate adjacent locations using a heterojunction, and by applying an electric field, the wave function of electrons (conduction band) and the wave function of holes (valence band) can be formed. ) with the wave function can be increased and the density can be increased, and the transition efficiency can be improved. In addition, high-speed operation is possible due to drift movement and reduction of associated capacitance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1A図および第1B図はタイプのヘテロ接
合のバンド模型を示すダイアグラム、第1C図お
よび第1D図は単一ヘテロ接合を用いるデバイス
構造の断面図、第2A図および第2B図は多重へ
テロ接合のバンド模型を示すダイアグラム、第2
C図は多重ヘテロ接合を用いるデバイス構造の断
面図、第3図は電子正孔供給手段を備えたデバイ
ス構造の断面図、第4図はグレーデツド層を用い
たヘテロ接合のバンド模型を示すダイアグラムで
ある。
1A and 1B are diagrams showing the band model of a type of heterojunction; FIGS. 1C and 1D are cross-sectional views of a device structure using a single heterojunction; and FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a band model of a type of heterojunction. Diagram showing band model of junction, 2nd
Figure C is a cross-sectional view of a device structure using multiple heterojunctions, Figure 3 is a cross-sectional view of a device structure equipped with electron-hole supply means, and Figure 4 is a diagram showing a band model of a heterojunction using graded layers. be.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 接合された、真性若しくはほぼ真性の第一と
第二の半導体層を具備し、電圧が前記第一と第二
の半導体層に印加されたとき、前記第一の半導体
層が前記第二の半導体層の伝導帯の電子の障壁と
なり、かつ前記第二の半導体層が前記第一の半導
体層の価電子帯の正孔の障壁となるように、その
結果前記第二の半導体層の伝導帯の電子と前記第
一の半導体層の価電子帯の正孔とがほとんどバン
ド間再結合するように、前記第一と第二の半導体
層がヘテロ接合されていることを特徴とする半導
体光学装置。 2 前記第一と第二の半導体層の組が繰返し形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の半導体光学装置。 3 前記第一と第二の半導体層の各々が、超格子
を形成するように超薄膜で形成されていることを
特徴とする特許請求の範囲第2項記載の半導体光
学装置。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor device comprising bonded intrinsic or nearly intrinsic first and second semiconductor layers, and when a voltage is applied to the first and second semiconductor layers, the first semiconductor layer layer so that the second semiconductor layer acts as a barrier for electrons in the conduction band of the second semiconductor layer and that the second semiconductor layer acts as a barrier for holes in the valence band of the first semiconductor layer. The first and second semiconductor layers are heterojunctioned so that most of the electrons in the conduction band of the semiconductor layer and the holes in the valence band of the first semiconductor layer are recombined between bands. Characteristic semiconductor optical device. 2. Claim 1, wherein the set of the first and second semiconductor layers is formed repeatedly.
The semiconductor optical device described in Section 1. 3. The semiconductor optical device according to claim 2, wherein each of the first and second semiconductor layers is formed of an ultra-thin film so as to form a superlattice.
JP60004604A 1985-01-14 1985-01-14 Semiconductor optical apparatus Granted JPS61163592A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60004604A JPS61163592A (en) 1985-01-14 1985-01-14 Semiconductor optical apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60004604A JPS61163592A (en) 1985-01-14 1985-01-14 Semiconductor optical apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61163592A JPS61163592A (en) 1986-07-24
JPH0524640B2 true JPH0524640B2 (en) 1993-04-08

Family

ID=11588642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60004604A Granted JPS61163592A (en) 1985-01-14 1985-01-14 Semiconductor optical apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61163592A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2547339B2 (en) * 1988-03-04 1996-10-23 株式会社小松製作所 Thin film EL device
TW200947724A (en) 2008-01-14 2009-11-16 Ibm Using 3D integrated diffractive gratings in solar cells

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59154794A (en) * 1983-02-22 1984-09-03 日本電気株式会社 Thin film el element
JPS59214199A (en) * 1983-05-18 1984-12-04 株式会社デンソー Thin film electroluminescent element

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59154794A (en) * 1983-02-22 1984-09-03 日本電気株式会社 Thin film el element
JPS59214199A (en) * 1983-05-18 1984-12-04 株式会社デンソー Thin film electroluminescent element

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61163592A (en) 1986-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4685845B2 (en) Semiconductor light emitting device
US6525335B1 (en) Light emitting semiconductor devices including wafer bonded heterostructures
US7821019B2 (en) Triple heterostructure incorporating a strained zinc oxide layer for emitting light at high temperatures
JP3643665B2 (en) Semiconductor light emitting device
US6372536B1 (en) II-VI semiconductor component having at least one junction between a layer containing Se and a layer containing BeTe, and process for producing the junction
TWI403002B (en) Semiconductor light-emitting device
US8017931B2 (en) LED and fabrication method thereof
JP2007173590A (en) Semiconductor light-emitting material and light-emitting element using same
KR102587949B1 (en) Heterogeneous tunneling junction for hole injection in nitride-based light emitting devices.
JPH0614564B2 (en) Semiconductor light emitting element
US5473173A (en) Quantum well structure having differentially strained quantum well layers
US5475700A (en) Laser diode with electron and hole confinement and barrier layers
JP2002033513A (en) Light emitting element
JPH04266075A (en) Semiconductor device
JP3358556B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2586349B2 (en) Semiconductor light emitting device
JPH0524640B2 (en)
JP2003519931A (en) Group III nitride semiconductor structure with suppressed phase separation
JPH0570277B2 (en)
GB2137812A (en) Semiconductor Device for Producing Electromagnetic Radiation
JP2003519930A (en) Group III nitride semiconductor structure with suppressed phase separation
JP2004335792A (en) Oxide semiconductor light emitting device
JPH07321409A (en) Semiconductor laser element
JPH0632343B2 (en) Semiconductor laser
JPH0897518A (en) Semiconductor light-emitting element