JPH0652806B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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- JPH0652806B2 JPH0652806B2 JP7485986A JP7485986A JPH0652806B2 JP H0652806 B2 JPH0652806 B2 JP H0652806B2 JP 7485986 A JP7485986 A JP 7485986A JP 7485986 A JP7485986 A JP 7485986A JP H0652806 B2 JPH0652806 B2 JP H0652806B2
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- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
- H01L33/0012—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions p-i-n devices
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体発光素子の製造方法に関する。
従来技術 従来、半導体発光素子には注入形エレクトロルミネッセ
ンスを原理とする発光ダイオード、および半導体レーザ
ダイオードがあり、高電界で加速された半導体中のキァ
リアを半導体中に添加された発光中心元素に衝突励起さ
せて発光することを原理とする薄膜エレクトロルミネッ
センス素子などがある。
ンスを原理とする発光ダイオード、および半導体レーザ
ダイオードがあり、高電界で加速された半導体中のキァ
リアを半導体中に添加された発光中心元素に衝突励起さ
せて発光することを原理とする薄膜エレクトロルミネッ
センス素子などがある。
発明が解決しようとする問題点 従来の発光ダイオードあるいは半導体レーザダイオード
は、縮退状態にまで不純物をドープしたＰＮ接合で形成
されている。したがって発光するために再結合する少数
キァリアが電子あるいは正孔のいずれか一方だけとな
り、発光効率が比較的小さい。
は、縮退状態にまで不純物をドープしたＰＮ接合で形成
されている。したがって発光するために再結合する少数
キァリアが電子あるいは正孔のいずれか一方だけとな
り、発光効率が比較的小さい。
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、発光効率を上
昇することが可能となる半導体発光素子の製造方法を提
供することである。
昇することが可能となる半導体発光素子の製造方法を提
供することである。
問題点を解決するための手段 本発明は、透明な基板７上に透明な導電性板体をコーテ
ィングし、 この導電性板体を、レーザを用いて分離して透明電極６
を形成し、 高周波電源装置に接続された一対の電極間の電界中で、
C2H2ガスとＳｉＨ1ガスとを含むガスを、混合ガス比率
Ｘ が、５０〜６３％で供給して、プラズマ化学気相成長法
を用い、前記透明電極６上に、Ｐ形アモルファスＳｉ
Ｃ、禁止帯幅が２．２９〜２．６４ｅＶのＩ形アモルフ
ァスＳｉＣ、Ｎ形アモルファスＳｉＣをこの順序で形成
し、 レーザを用いて各素子毎に分離し、 各素子の金属製電極２を蒸着することを特徴とする半導
体発光素子の製造方法である。
ィングし、 この導電性板体を、レーザを用いて分離して透明電極６
を形成し、 高周波電源装置に接続された一対の電極間の電界中で、
C2H2ガスとＳｉＨ1ガスとを含むガスを、混合ガス比率
Ｘ が、５０〜６３％で供給して、プラズマ化学気相成長法
を用い、前記透明電極６上に、Ｐ形アモルファスＳｉ
Ｃ、禁止帯幅が２．２９〜２．６４ｅＶのＩ形アモルフ
ァスＳｉＣ、Ｎ形アモルファスＳｉＣをこの順序で形成
し、 レーザを用いて各素子毎に分離し、 各素子の金属製電極２を蒸着することを特徴とする半導
体発光素子の製造方法である。
作用 本発明に従えば、ＰＩＮ構造を有し、Ｉ形半導体を発光
の活性層とすることによって、発光領域への少数キァリ
アの注入の増大を図ることができ、発光効率を格段に向
上することができる。
の活性層とすることによって、発光領域への少数キァリ
アの注入の増大を図ることができ、発光効率を格段に向
上することができる。
特に本発明に従えば、炭化水素系ガスであるC2H2および
硅化水素ガスとしてのＳｉＨ4を、高周波電源装置に接
続された一対の電極間の電界中で、高周波電界の作用に
よって分解してＰ−Ｉ−Ｎ形のアモルファスＳｉＣを、
堆積しこのような高周波電界を用いることによって、ア
モルファスＳｉＣの各層を比較的短時間に形成すること
ができる。
硅化水素ガスとしてのＳｉＨ4を、高周波電源装置に接
続された一対の電極間の電界中で、高周波電界の作用に
よって分解してＰ−Ｉ−Ｎ形のアモルファスＳｉＣを、
堆積しこのような高周波電界を用いることによって、ア
モルファスＳｉＣの各層を比較的短時間に形成すること
ができる。
実施例 第１図（１）は、本発明の一実施例のアモルファスシリ
コンカーバイト（以下ａ−ＳｉＣと略称する）半導体を
用いた半導体発光素子１の断面図である。半導体発光素
子１は、アルミニウムから成る裏面電極２、Ｎ形ａ−Ｓ
ｉＣ半導体層（以下Ｎ層と略称する）３、Ｉ形ａ−Ｓｉ
Ｃ半導体層（以下Ｉ層と略称する）４、Ｐ形ａ−ＳｉＣ
半導体層（以下Ｐ層と略称する）５、酸化錫などから成
る透明電極６および透明なガラス基板７を積層した構造
を有している。
コンカーバイト（以下ａ−ＳｉＣと略称する）半導体を
用いた半導体発光素子１の断面図である。半導体発光素
子１は、アルミニウムから成る裏面電極２、Ｎ形ａ−Ｓ
ｉＣ半導体層（以下Ｎ層と略称する）３、Ｉ形ａ−Ｓｉ
Ｃ半導体層（以下Ｉ層と略称する）４、Ｐ形ａ−ＳｉＣ
半導体層（以下Ｐ層と略称する）５、酸化錫などから成
る透明電極６および透明なガラス基板７を積層した構造
を有している。
前記半導体発光素子１の裏面電極２と、透明電極６との
間に電源８を接続し、Ｐ層５に正、Ｎ層３に負の電圧を
印加すると、第１図（２）で示されるようにＮ層３から
Ｉ層４に電子９が注入され、Ｐ層５からＩ層４に正孔１
０が注入される。Ｉ層４に注入された電子９と、正孔１
０とが再結合して光を発する。Ｎ層３の禁止帯幅を参照
符ｍ１で示し、Ｉ層４の禁止帯幅を参照符ｍ２、Ｐ層５
の禁止帯幅を参照符ｍ３で示す。第１図（２）において
ｈνは発光する光エネルギを表しており、ｈはプランク
定数、νは光の周波数である。
間に電源８を接続し、Ｐ層５に正、Ｎ層３に負の電圧を
印加すると、第１図（２）で示されるようにＮ層３から
Ｉ層４に電子９が注入され、Ｐ層５からＩ層４に正孔１
０が注入される。Ｉ層４に注入された電子９と、正孔１
０とが再結合して光を発する。Ｎ層３の禁止帯幅を参照
符ｍ１で示し、Ｉ層４の禁止帯幅を参照符ｍ２、Ｐ層５
の禁止帯幅を参照符ｍ３で示す。第１図（２）において
ｈνは発光する光エネルギを表しており、ｈはプランク
定数、νは光の周波数である。
第２図は、半導体発光素子１の製造工程を示す図であ
る。半導体発光素子１は、透明電極６を形成する第１工
程ａと、Ｐ層５を形成する第２工程ｂと、Ｉ層４を形成
する第３工程ｃと、Ｎ層３を形成する第４工程ｄと、素
子を分離する第５工程ｅと、裏面電極２を蒸着する工程
ｆとを順次経て製造される。
る。半導体発光素子１は、透明電極６を形成する第１工
程ａと、Ｐ層５を形成する第２工程ｂと、Ｉ層４を形成
する第３工程ｃと、Ｎ層３を形成する第４工程ｄと、素
子を分離する第５工程ｅと、裏面電極２を蒸着する工程
ｆとを順次経て製造される。
まず第１工程ａでは、ガラス基板７に透明な導電性板体
をコーティングしたものをレーザスクライバ１１で分離
して、透明電極６を形成する。第２工程ｂはＰ層５を、
第３工程ｃはＩ層４を、第４工程ｄはＮ層をそれぞれプ
ラズマ化学気相成長法を用いて行うもので、高周波電源
装置１２から高周波電源を、一対の上下の電極間に接続
して、それらの一対の上下の電極間で高周波電界を発生
させ、その電界中で、炭化水素系ガスとしてメタンガス
（ＣＨ4）など、但し本発明の実施例ではC2H2、硅化水
素ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ4）を使用して、
これにB2H6、ＰＨ3などのガスを微量添加して、ＳｉＣ
を気相成長させる。第５工程ｅではＰＩＮ層の形成後、
それぞれの素子の分離をレーザスクライバ１３によって
行う。第６工程ｆでは、それぞれの素子に分離されたも
のに裏面電極２としてアルミニウムをマスク蒸着する。
をコーティングしたものをレーザスクライバ１１で分離
して、透明電極６を形成する。第２工程ｂはＰ層５を、
第３工程ｃはＩ層４を、第４工程ｄはＮ層をそれぞれプ
ラズマ化学気相成長法を用いて行うもので、高周波電源
装置１２から高周波電源を、一対の上下の電極間に接続
して、それらの一対の上下の電極間で高周波電界を発生
させ、その電界中で、炭化水素系ガスとしてメタンガス
（ＣＨ4）など、但し本発明の実施例ではC2H2、硅化水
素ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ4）を使用して、
これにB2H6、ＰＨ3などのガスを微量添加して、ＳｉＣ
を気相成長させる。第５工程ｅではＰＩＮ層の形成後、
それぞれの素子の分離をレーザスクライバ１３によって
行う。第６工程ｆでは、それぞれの素子に分離されたも
のに裏面電極２としてアルミニウムをマスク蒸着する。
このような発光ダイオードの製造方法は、従来の発光ダ
イオードの製造方法とは全く異なり、集積化技術と気相
成長法の特徴を生かした大面積で特性の均一性が優れた
半導体層ができるという利点がある。
イオードの製造方法とは全く異なり、集積化技術と気相
成長法の特徴を生かした大面積で特性の均一性が優れた
半導体層ができるという利点がある。
第３図は半導体発光素子１の印加電圧と電流密度との関
係を示す図であり、Ｉ層ａ−ＳｉＣの禁止帯幅Ｅ0の値
が相互に異なる場合について各ラインで示している。そ
れぞれの素子についての説明は第１表に示す。
係を示す図であり、Ｉ層ａ−ＳｉＣの禁止帯幅Ｅ0の値
が相互に異なる場合について各ラインで示している。そ
れぞれの素子についての説明は第１表に示す。
第３図示のラインｌ１ａおよびｌ１ｂはＰＩＮ形アモル
ファス太陽電池の印加電圧と電流密度との関係を示して
いる。
ファス太陽電池の印加電圧と電流密度との関係を示して
いる。
第３図より明らかなごとく、Ｉ層に用いるａ−ＳｉＣの
禁止帯幅Ｅ0の値により発光色が変化し、Ｉ層の抵抗が
高いため、順方向の立上がり電圧は発光色が赤色から緑
色になるに従って高くなっている。第３図中黒点で示し
た動作点付近の印加電圧は、数ボルトからせいぜい１０
数ブルト程度であり、現在使用されているエレクトロル
ミネッセンスパネルの２００ボルト程度と比較して、そ
の動作電圧は桁違いに低く、ディスプレイに用いる駆動
回路に半導体集積回路が使用できることも本発明の半導
体発光素子の特徴である。第１表の原料ガス（ＣＨ4，C
2H4）は、半導体薄膜形成に用いた炭化水素ガスであ
る。
禁止帯幅Ｅ0の値により発光色が変化し、Ｉ層の抵抗が
高いため、順方向の立上がり電圧は発光色が赤色から緑
色になるに従って高くなっている。第３図中黒点で示し
た動作点付近の印加電圧は、数ボルトからせいぜい１０
数ブルト程度であり、現在使用されているエレクトロル
ミネッセンスパネルの２００ボルト程度と比較して、そ
の動作電圧は桁違いに低く、ディスプレイに用いる駆動
回路に半導体集積回路が使用できることも本発明の半導
体発光素子の特徴である。第１表の原料ガス（ＣＨ4，C
2H4）は、半導体薄膜形成に用いた炭化水素ガスであ
る。
第４図は半導体発光素子１の注入電流密度と発光強度と
の関係を示す図であり、半導体発光素子１の素子温度を
変化させて、それぞれの前記関係を各ラインで示してい
る。この実験に使用された半導体発光素子１は、下記第
１式で示される混合ガス比率Ｘが５５％であり、Ｉ層の
禁止帯幅は２．５８ｅＶである。
の関係を示す図であり、半導体発光素子１の素子温度を
変化させて、それぞれの前記関係を各ラインで示してい
る。この実験に使用された半導体発光素子１は、下記第
１式で示される混合ガス比率Ｘが５５％であり、Ｉ層の
禁止帯幅は２．５８ｅＶである。
…（１） 第４図の各ラインに対応する素子温度は第２表に示す。
第４図から半導体発光素子１の発光強度は、注入電流密
度のほぼ２乗に比例して増して行くことが判る。これは
前述したような、電子と正孔とのダブル注入による注入
形発光の明らかな確証である。なお、実験では前記ダブ
ル注入による発光は、半導体発光素子１の素子温度が３
００゜Kから１１０゜Kの範囲で認められた。
度のほぼ２乗に比例して増して行くことが判る。これは
前述したような、電子と正孔とのダブル注入による注入
形発光の明らかな確証である。なお、実験では前記ダブ
ル注入による発光は、半導体発光素子１の素子温度が３
００゜Kから１１０゜Kの範囲で認められた。
第５図は、発光強度と素子温度の逆数の１０００倍の値
との関係を示しており、各ラインは注入電流密度を変更
した場合の違いを示し、第３表にその値を示す。
との関係を示しており、各ラインは注入電流密度を変更
した場合の違いを示し、第３表にその値を示す。
第５図によって発光強度は、温度によって変化し、低温
ほど発光強度が増大することが判る。このことは低温に
なるほど非発光再結合の確率が発光再結合の確率に比較
して、小さくなるためである。
ほど発光強度が増大することが判る。このことは低温に
なるほど非発光再結合の確率が発光再結合の確率に比較
して、小さくなるためである。
第６図は、半導体発光素子１のエレクトロルミネッセン
スの発光スペクトル分布をフォトルミネッセンスと共に
示したものであり、前記第１式の混合ガス比率Ｘを変化
させて、それぞれの前記分布を各ラインで示している。
詳細は第４表に示す。
スの発光スペクトル分布をフォトルミネッセンスと共に
示したものであり、前記第１式の混合ガス比率Ｘを変化
させて、それぞれの前記分布を各ラインで示している。
詳細は第４表に示す。
第４表中のピークエネルギはそれぞれの波長のピークに
対するエネルギで第２式から算出される。
対するエネルギで第２式から算出される。
Ｅ＝ｈｃ／λ ここでｈはプランク定数、ｃは光速、λは波長である。
また第４表中のＸは、第１式から算出される原料ガス比
率である。
また第４表中のＸは、第１式から算出される原料ガス比
率である。
第６図に示すラインｌ１９〜ｌ２１は、前記ガス比率Ｘ
が相互に異なるＩ層ａ−ＳｉＣの禁止帯幅のエネルギに
対応する波長を示す。各ラインに対応するＸの値は第５
表に示す。
が相互に異なるＩ層ａ−ＳｉＣの禁止帯幅のエネルギに
対応する波長を示す。各ラインに対応するＸの値は第５
表に示す。
第６図より明らかなように、Ｉ層として異なるガス混合
比を設計することにより、発光色の制御が可能である。
比を設計することにより、発光色の制御が可能である。
効果 以上のように本発明によれば、高周波電源装置に接続さ
れた一対の電極間の電界中で、C2H2ガスとＳｉＨ4ガス
とを含むガスを用いて、５０〜６３％の混合ガス比率Ｘ
で、透明電極６上にプラズマ化学気相成長法でＰ，Ｉお
よびＮ形のアモルファスＳｉＣの各層をこの順序で形成
するようにし、このように高周波電界を用いることによ
って、アモルファスＳｉＣの層の堆積に必要な基板温度
を、比較的低くすることができ、必要なエネルギが少な
くてすみ、またこのような高周波電界を用いることによ
ってそのような各層を比較的短時間に形成することがで
きるという優れた効果が達成される。さらにまたこのよ
うな本発明の製造方法によれば、いわゆる真空一環シス
テムによる全ドライプロセスが可能となり、したがって
工程数を少なくして量産性を向上することができるとい
う優れた効果もまた、達成される。
れた一対の電極間の電界中で、C2H2ガスとＳｉＨ4ガス
とを含むガスを用いて、５０〜６３％の混合ガス比率Ｘ
で、透明電極６上にプラズマ化学気相成長法でＰ，Ｉお
よびＮ形のアモルファスＳｉＣの各層をこの順序で形成
するようにし、このように高周波電界を用いることによ
って、アモルファスＳｉＣの層の堆積に必要な基板温度
を、比較的低くすることができ、必要なエネルギが少な
くてすみ、またこのような高周波電界を用いることによ
ってそのような各層を比較的短時間に形成することがで
きるという優れた効果が達成される。さらにまたこのよ
うな本発明の製造方法によれば、いわゆる真空一環シス
テムによる全ドライプロセスが可能となり、したがって
工程数を少なくして量産性を向上することができるとい
う優れた効果もまた、達成される。
さらに本発明によれば、Ｐ，ＩおよびＮ形のＳｉＣは、
アモルファス組織であるので、透明基板７はどんな材料
であってもよく、たとえばガラスおよびその他の材料で
あってもよく、広い面積にわたって均一な組成の層を形
成することができるという優れた効果もまた、達成され
る。
アモルファス組織であるので、透明基板７はどんな材料
であってもよく、たとえばガラスおよびその他の材料で
あってもよく、広い面積にわたって均一な組成の層を形
成することができるという優れた効果もまた、達成され
る。
第１図は本発明の一実施例の半導体発光素子１の断面図
とエネルギ順位図、第２図は半導体発光素子１の製造方
法を示す図、第３図はそれぞれ製造条件が異なる半導体
発光素子１の印加電圧と電流密度との関係を示す図、第
４図は半導体発光素子１の注入電流密度と発光強度との
関係を示す図、第５図は半導体発光素子１の発光強度と
素子温度の逆数の１０００倍の値との関係を示す図、第
６図は半導体発光素子の発光スペクトル分布図である。 １…半導体発光素子、２…裏面電極、３…Ｎ層、４…Ｉ
層、５…Ｐ層、６…透明電極
とエネルギ順位図、第２図は半導体発光素子１の製造方
法を示す図、第３図はそれぞれ製造条件が異なる半導体
発光素子１の印加電圧と電流密度との関係を示す図、第
４図は半導体発光素子１の注入電流密度と発光強度との
関係を示す図、第５図は半導体発光素子１の発光強度と
素子温度の逆数の１０００倍の値との関係を示す図、第
６図は半導体発光素子の発光スペクトル分布図である。 １…半導体発光素子、２…裏面電極、３…Ｎ層、４…Ｉ
層、５…Ｐ層、６…透明電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−130874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−121690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−78524（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】透明な基板７上に透明な導電性板体をコー
ティングし、 この導電性板体を、レーザを用いて分離して透明電極６
を形成し、 高周波電源装置に接続された一対の電極間の電界中で、
C2H2ガスとＳｉＨ4ガスとを含むガスを、混合ガス比率
Ｘ が、５０〜６３％で供給して、プラズマ化学気相成長法
を用い、前記透明電極６上に、Ｐ形アモルファスＳｉ
Ｃ、禁止帯幅が２．２９〜２．６４ｅＶのＩ形アモルフ
ァスＳｉＣ、およびＮ形アモルファスＳｉＣをこの順序
で形成し、 レーザを用いて各素子毎に分離し、 各素子に金属製電極２を蒸着することを特徴とする半導
体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7485986A JPH0652806B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7485986A JPH0652806B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 半導体発光素子の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4611394A Division JP2525556B2 (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62230067A JPS62230067A (ja) | 1987-10-08 |
| JPH0652806B2 true JPH0652806B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=13559467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7485986A Expired - Fee Related JPH0652806B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 半導体発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652806B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2580663B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1997-02-12 | 株式会社島津製作所 | 薄膜形成装置の基板保持機構 |
| KR101332794B1 (ko) * | 2008-08-05 | 2013-11-25 | 삼성전자주식회사 | 발광 장치, 이를 포함하는 발광 시스템, 상기 발광 장치 및발광 시스템의 제조 방법 |
| TW202046382A (zh) * | 2017-11-27 | 2020-12-16 | 日商尼康股份有限公司 | 發光元件與顯示裝置及其製造方法 |
-
1986
- 1986-03-31 JP JP7485986A patent/JPH0652806B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62230067A (ja) | 1987-10-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |