JPH0697505A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0697505A JPH0697505A JP26557492A JP26557492A JPH0697505A JP H0697505 A JPH0697505 A JP H0697505A JP 26557492 A JP26557492 A JP 26557492A JP 26557492 A JP26557492 A JP 26557492A JP H0697505 A JPH0697505 A JP H0697505A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】良好なオーム性接触を有する短波長帯の半導体
発光素子を提供する。 【構成】ｐ型で禁制帯幅が２．５ｅＶ以上の第１の半導
体を含む層構造が半導体基板上に形成された半導体発光
素子において、該第１の半導体と金属電極との間に、ｐ
型で禁制帯幅の異なる少なくとも２種類の半導体よりな
る多層超薄膜が形成され、該２種類の半導体の内第２の
半導体は第３の半導体に比べて電子親和力および禁制帯
幅が共に大きくかつ該多層超薄膜内のポテンシャル井戸
における正孔に対する最低エネルギー準位は該金属電極
より遠ざかるにつれて高くなるとともに、該多層超薄膜
の平均的格子定数は第１の半導体の格子定数にほぼ等し
くなるように該多層超薄膜各層の厚さが設定され、さら
に第２の半導体による層は正孔がトンネル効果により伝
導可能な厚さを有することを特徴とする構成を有してい
る。
発光素子を提供する。 【構成】ｐ型で禁制帯幅が２．５ｅＶ以上の第１の半導
体を含む層構造が半導体基板上に形成された半導体発光
素子において、該第１の半導体と金属電極との間に、ｐ
型で禁制帯幅の異なる少なくとも２種類の半導体よりな
る多層超薄膜が形成され、該２種類の半導体の内第２の
半導体は第３の半導体に比べて電子親和力および禁制帯
幅が共に大きくかつ該多層超薄膜内のポテンシャル井戸
における正孔に対する最低エネルギー準位は該金属電極
より遠ざかるにつれて高くなるとともに、該多層超薄膜
の平均的格子定数は第１の半導体の格子定数にほぼ等し
くなるように該多層超薄膜各層の厚さが設定され、さら
に第２の半導体による層は正孔がトンネル効果により伝
導可能な厚さを有することを特徴とする構成を有してい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、II−VI族化合物半導体
を用いた５００ｎｍより短い波長の光を出す電流注入型
の半導体発光素子に関するものである。
を用いた５００ｎｍより短い波長の光を出す電流注入型
の半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ・ディスクやレーザ・プリンタな
どに見られるように、近年光情報分野の進展にはめざま
しいものがある。こうした分野では、光源として赤色の
半導体レーザが使用されているが、大容量記録、高速読
出、高速印刷等に対応するためには、高出力化に加えて
レーザの短波長化が必要とされている。また、各種表示
装置に用いられている発光ダイオードをフルカラー表示
素子として利用するためには、現在実用となっている赤
色、緑色に加えて、青色の発光ダイオードが必要とな
る。青色や緑色などの短波長帯の発光素子に用いられる
半導体は、禁止帯幅の制約などからＺｎＳ、ＺｎＳｅ、
ＣｄＳなどのII−VI族化合物半導体が最も有望と考えら
れ、研究が進められてきた。図４は主なII−VI族化合物
半導体（ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳ
ｅ、ＣｄＴｅ）、III −Ｖ族化合物半導体（ＧａＡｓ、
ＧａＰ、ＩｎＰ）およびIV族半導体（Ｓｉ、Ｇｅ）の禁
止帯幅と格子定数の関係を示したものである。この波長
帯の発光素子の研究は最近急速に進み、ＺｎＳＳｅ／Ｃ
ｄＺｎＳｅ系で室温でにおいてパルス動作する青緑色
（〜０．４９μｍ）の電流注入型半導体レーザが報告さ
れるまでに至った。
どに見られるように、近年光情報分野の進展にはめざま
しいものがある。こうした分野では、光源として赤色の
半導体レーザが使用されているが、大容量記録、高速読
出、高速印刷等に対応するためには、高出力化に加えて
レーザの短波長化が必要とされている。また、各種表示
装置に用いられている発光ダイオードをフルカラー表示
素子として利用するためには、現在実用となっている赤
色、緑色に加えて、青色の発光ダイオードが必要とな
る。青色や緑色などの短波長帯の発光素子に用いられる
半導体は、禁止帯幅の制約などからＺｎＳ、ＺｎＳｅ、
ＣｄＳなどのII−VI族化合物半導体が最も有望と考えら
れ、研究が進められてきた。図４は主なII−VI族化合物
半導体（ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳ
ｅ、ＣｄＴｅ）、III −Ｖ族化合物半導体（ＧａＡｓ、
ＧａＰ、ＩｎＰ）およびIV族半導体（Ｓｉ、Ｇｅ）の禁
止帯幅と格子定数の関係を示したものである。この波長
帯の発光素子の研究は最近急速に進み、ＺｎＳＳｅ／Ｃ
ｄＺｎＳｅ系で室温でにおいてパルス動作する青緑色
（〜０．４９μｍ）の電流注入型半導体レーザが報告さ
れるまでに至った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現在までのと
ころ室温で連続動作する短波長帯（０．３〜０．５μ
ｍ）の電流注入型半導体レーザは実現していない。また
青色発光ダイオードにしても満足に動作するものは得ら
れていない。 これらの素子で室温で連続動作するレー
ザが得られないのは、ｐ形半導体への良好なオーム性接
触を形成する電極技術が非常に難しいことによる。実
際、ＺｎＳＳｅ／ＣｄＺｎＳｅ系レーザでは消費される
電力の実に９０％は電極部分での発熱として使われてい
る。これを改善し電極での発熱を抑制することが、室温
連続発振を実現するのに不可欠である。この問題を解決
するための第１の候補としては、ｐ型オーム性接触の形
成容易なＺｎＴｅを電極層に使用することである。しか
し、ＺｎＴｅ自体の電子親和力と禁制帯幅の和が５．８
ｅＶ程度で、禁制帯幅２．５ｅＶ以上のII−VI族半導体
の場合に比べて、約１ｅＶ以上も小さい。このため、Ｚ
ｎＴｅと禁制帯幅の大きな半導体との接続部で正孔に対
するスパイク状のエネルギー障壁が形成され、このため
電圧降下が起きるという問題が生じる。またＺｎＴｅの
格子定数は、この波長帯の発光素子用材料であるII−VI
族半導体の格子定数とかなり異なるため、例えば電極と
の接続のための層として使おうとしても結晶欠陥が入
り、良好な結晶の成長が困難であった。
ころ室温で連続動作する短波長帯（０．３〜０．５μ
ｍ）の電流注入型半導体レーザは実現していない。また
青色発光ダイオードにしても満足に動作するものは得ら
れていない。 これらの素子で室温で連続動作するレー
ザが得られないのは、ｐ形半導体への良好なオーム性接
触を形成する電極技術が非常に難しいことによる。実
際、ＺｎＳＳｅ／ＣｄＺｎＳｅ系レーザでは消費される
電力の実に９０％は電極部分での発熱として使われてい
る。これを改善し電極での発熱を抑制することが、室温
連続発振を実現するのに不可欠である。この問題を解決
するための第１の候補としては、ｐ型オーム性接触の形
成容易なＺｎＴｅを電極層に使用することである。しか
し、ＺｎＴｅ自体の電子親和力と禁制帯幅の和が５．８
ｅＶ程度で、禁制帯幅２．５ｅＶ以上のII−VI族半導体
の場合に比べて、約１ｅＶ以上も小さい。このため、Ｚ
ｎＴｅと禁制帯幅の大きな半導体との接続部で正孔に対
するスパイク状のエネルギー障壁が形成され、このため
電圧降下が起きるという問題が生じる。またＺｎＴｅの
格子定数は、この波長帯の発光素子用材料であるII−VI
族半導体の格子定数とかなり異なるため、例えば電極と
の接続のための層として使おうとしても結晶欠陥が入
り、良好な結晶の成長が困難であった。
【０００４】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解決するためなされたものであり、良好なオーム性
接触を有する短波長帯の半導体発光素子を提供すること
にある。
点を解決するためなされたものであり、良好なオーム性
接触を有する短波長帯の半導体発光素子を提供すること
にある。
【０００５】この目的を達成するために、本発明による
半導体発光素子は、ｐ型で禁制帯幅が２．５ｅＶ以上の
第１の半導体を含む層構造が半導体基板上に形成された
半導体発光素子において、該第１の半導体と金属電極と
の間に、ｐ型で禁制帯幅の異なる少なくとも２種類の半
導体よりなる多層超薄膜が形成され、該２種類の半導体
の内第２の半導体は第３の半導体に比べて電子親和力お
よび禁制帯幅が共に大きくかつ該多層超薄膜内のポテン
シャル井戸における正孔に対する最低エネルギー準位は
該金属電極より遠ざかるにつれて高くなるとともに、該
多層超薄膜の平均的格子定数は第１の半導体の格子定数
にほぼ等しくなるように該多層超薄膜各層の厚さが設定
され、さらに第２の半導体による層は正孔がトンネル効
果により伝導可能な厚さを有することを特徴とする構成
を有している。
半導体発光素子は、ｐ型で禁制帯幅が２．５ｅＶ以上の
第１の半導体を含む層構造が半導体基板上に形成された
半導体発光素子において、該第１の半導体と金属電極と
の間に、ｐ型で禁制帯幅の異なる少なくとも２種類の半
導体よりなる多層超薄膜が形成され、該２種類の半導体
の内第２の半導体は第３の半導体に比べて電子親和力お
よび禁制帯幅が共に大きくかつ該多層超薄膜内のポテン
シャル井戸における正孔に対する最低エネルギー準位は
該金属電極より遠ざかるにつれて高くなるとともに、該
多層超薄膜の平均的格子定数は第１の半導体の格子定数
にほぼ等しくなるように該多層超薄膜各層の厚さが設定
され、さらに第２の半導体による層は正孔がトンネル効
果により伝導可能な厚さを有することを特徴とする構成
を有している。
【０００６】
【作用】本発明の特徴は、オーム性接触が容易に形成可
能なｐ型半導体を含む２種以上の半導体からなる多層超
薄膜により電極層を構成しようとするところにある。す
なわち、オーム性接触の形成容易なｐ型半導体とこれよ
り禁制帯幅および電子親和力が共に大なる半導体との多
層超薄膜構造を金属電極に接して、あるいはその極く近
傍に形成することにより、良好なオーム性接触を有する
発光素子構造を実現しようとするものである。
能なｐ型半導体を含む２種以上の半導体からなる多層超
薄膜により電極層を構成しようとするところにある。す
なわち、オーム性接触の形成容易なｐ型半導体とこれよ
り禁制帯幅および電子親和力が共に大なる半導体との多
層超薄膜構造を金属電極に接して、あるいはその極く近
傍に形成することにより、良好なオーム性接触を有する
発光素子構造を実現しようとするものである。
【０００７】
【実施例１】以下に図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は本発明の実施例を示す発光素子の断面図であ
る。１はｎ型（１００）面ＧａＡｓ基板、２はＩｎドー
プＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93によるｎ型クラッド層（厚さ１．
２μｍ）、３は厚さ７０オングストロームのＺｎＳｅバ
リア層と厚さ７０オングストロームのＣｄ0.2 Ｚｎ0.8
Ｓｅ井戸層よりなる井戸数５の量子井戸活性層、４はｐ
型の禁制帯幅２．７ｅＶの第１の半導体となるＮドープ
ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93によるｐ型クラッド層（厚さ１．５
μｍ）、５はＮドープＺｎＳ層とＳｂドープＺｎＴｅ層
による多層超薄膜で構成したｐ型電極層、６は絶縁膜、
７、８は金属電極である。電極層５を構成する多層超薄
膜のうちＺｎＴｅ層の厚さは、活性層３から遠ざかるに
つれて、約６オングストローム、９オングストローム、
１２オングストロームと単調に増加するように設定し、
ＺｎＳ層の厚さについてはＺｎＴｅ層の厚さの約２倍に
なるように設定した。また層数についてはそれぞれの厚
さについて、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ共に１００層ずつ形成し
た。なお、ＺｎＳの格子定数は５．４１オングストロー
ム、ＺｎＴｅの格子定数は６．１０オングストロームで
あるため、ＺｎＳ層の厚さをＺｎＴｅ層の厚さの約２倍
になるように設定した。従って、電極層５の平均の格子
定数は、５．６４オングストロームとなり、ｐ型クラッ
ド層４の格子定数５．６４オングストロームと一致す
る。また、電極層５を構成している第２の半導体となる
ＺｎＳの禁制帯幅は３．５６ｅＶ、電子親和力は３．９
ｅＶであり、また第３の半導体となるＺｎＴｅの禁制帯
幅は２．２５ｅＶ、電子親和力は３．５３ｅＶである。
従って、第２の半導体における禁制帯幅と電子親和力の
和は、第３の半導体のそれに比べて大きい。
る。図１は本発明の実施例を示す発光素子の断面図であ
る。１はｎ型（１００）面ＧａＡｓ基板、２はＩｎドー
プＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93によるｎ型クラッド層（厚さ１．
２μｍ）、３は厚さ７０オングストロームのＺｎＳｅバ
リア層と厚さ７０オングストロームのＣｄ0.2 Ｚｎ0.8
Ｓｅ井戸層よりなる井戸数５の量子井戸活性層、４はｐ
型の禁制帯幅２．７ｅＶの第１の半導体となるＮドープ
ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93によるｐ型クラッド層（厚さ１．５
μｍ）、５はＮドープＺｎＳ層とＳｂドープＺｎＴｅ層
による多層超薄膜で構成したｐ型電極層、６は絶縁膜、
７、８は金属電極である。電極層５を構成する多層超薄
膜のうちＺｎＴｅ層の厚さは、活性層３から遠ざかるに
つれて、約６オングストローム、９オングストローム、
１２オングストロームと単調に増加するように設定し、
ＺｎＳ層の厚さについてはＺｎＴｅ層の厚さの約２倍に
なるように設定した。また層数についてはそれぞれの厚
さについて、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ共に１００層ずつ形成し
た。なお、ＺｎＳの格子定数は５．４１オングストロー
ム、ＺｎＴｅの格子定数は６．１０オングストロームで
あるため、ＺｎＳ層の厚さをＺｎＴｅ層の厚さの約２倍
になるように設定した。従って、電極層５の平均の格子
定数は、５．６４オングストロームとなり、ｐ型クラッ
ド層４の格子定数５．６４オングストロームと一致す
る。また、電極層５を構成している第２の半導体となる
ＺｎＳの禁制帯幅は３．５６ｅＶ、電子親和力は３．９
ｅＶであり、また第３の半導体となるＺｎＴｅの禁制帯
幅は２．２５ｅＶ、電子親和力は３．５３ｅＶである。
従って、第２の半導体における禁制帯幅と電子親和力の
和は、第３の半導体のそれに比べて大きい。
【０００８】本実施例において、ＺｎＳはＺｎＴｅより
禁制帯幅、電子親和力が共に大きいので、ＺｎＳ、Ｚｎ
Ｔｅによる多層超薄膜のバンド構造は図２に示すように
なり、いわゆる第２種の超格子を形成する。すなわち、
電子および正孔に対するポテンシャル井戸はそれぞれＺ
ｎＳ、ＺｎＴｅに形成される。ここで、クローニッヒ・
ペニーのモデルを用いて正孔のエネルギー準位を計算す
ると、ＺｎＴｅの層厚が６オングストローム、ＺｎＳの
層厚が１２オングストロームの場合、ＺｎＴｅ中の正孔
の準位は価電子帯端から約０．８ｅＶ、またＺｎＴｅの
層厚が１２オングストローム、ＺｎＳの層厚が２４オン
グストロームの場合、約０．４ｅＶとなる。金属電極７
に近づくにつれ正孔の準位が低くなるため、オーム性接
触を容易に形成することが可能となり、ここでの電圧低
下はほとんど問題とならないまでに低減される。正孔は
ＺｎＳ中をトンネル効果により伝導可能なようにＺｎＳ
の層厚を制御されており、また活性層３に達するまでに
正孔準位が順次高くなるが、各変化分は小さいのでここ
での電圧降下はほとんど問題とならない。一方、ｐ型ク
ラッド層４とこれに接する超薄膜の電極層５の正孔準位
とのエネルギー差は０．２ｅＶ程度であり、ＺｎＴｅバ
ルク層が直接ｐ型クラッド層４に接している場合の価電
子帯のエネルギー差１．０ｅＶと比べて小さいので、こ
こでの電圧降下についても低減できる。このため、活性
層３以外での電圧降下はあまり問題にならない程小さく
なる。さらに、電子に対しては、図１のバンド構造から
わかるように実効的なエネルギー障壁が高くなるため、
電子閉じ込めがより有効に行われるといった効果が生じ
る。
禁制帯幅、電子親和力が共に大きいので、ＺｎＳ、Ｚｎ
Ｔｅによる多層超薄膜のバンド構造は図２に示すように
なり、いわゆる第２種の超格子を形成する。すなわち、
電子および正孔に対するポテンシャル井戸はそれぞれＺ
ｎＳ、ＺｎＴｅに形成される。ここで、クローニッヒ・
ペニーのモデルを用いて正孔のエネルギー準位を計算す
ると、ＺｎＴｅの層厚が６オングストローム、ＺｎＳの
層厚が１２オングストロームの場合、ＺｎＴｅ中の正孔
の準位は価電子帯端から約０．８ｅＶ、またＺｎＴｅの
層厚が１２オングストローム、ＺｎＳの層厚が２４オン
グストロームの場合、約０．４ｅＶとなる。金属電極７
に近づくにつれ正孔の準位が低くなるため、オーム性接
触を容易に形成することが可能となり、ここでの電圧低
下はほとんど問題とならないまでに低減される。正孔は
ＺｎＳ中をトンネル効果により伝導可能なようにＺｎＳ
の層厚を制御されており、また活性層３に達するまでに
正孔準位が順次高くなるが、各変化分は小さいのでここ
での電圧降下はほとんど問題とならない。一方、ｐ型ク
ラッド層４とこれに接する超薄膜の電極層５の正孔準位
とのエネルギー差は０．２ｅＶ程度であり、ＺｎＴｅバ
ルク層が直接ｐ型クラッド層４に接している場合の価電
子帯のエネルギー差１．０ｅＶと比べて小さいので、こ
こでの電圧降下についても低減できる。このため、活性
層３以外での電圧降下はあまり問題にならない程小さく
なる。さらに、電子に対しては、図１のバンド構造から
わかるように実効的なエネルギー障壁が高くなるため、
電子閉じ込めがより有効に行われるといった効果が生じ
る。
【０００９】また、ＺｎＳ、ＺｎＴｅはｐ型クラッド層
４のＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93とは格子定数が異なるが、厚さ
の比を約２：１に設定したことにより平均的な格子定数
がＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93のそれとほぼ一致するので、多層
超薄膜内に歪は生ずるものの、それが活性層３に影響を
及ぼすことは無く、素子特性への影響は殆ど無い。即
ち、電極接続層を第２種の超格子とし、その層厚を適当
に設定することにより、良好な特性を有する発光素子が
作製可能となる。なお実施例では、電極金属７と超薄膜
構造の電極層５は直接接触しているが、１００オングス
トローム程度のＺｎＴｅ層を介してでもかまわない。な
お、本実施例による発光素子では、レーザとしても発光
ダイオードとしても動作可能である。
４のＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93とは格子定数が異なるが、厚さ
の比を約２：１に設定したことにより平均的な格子定数
がＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93のそれとほぼ一致するので、多層
超薄膜内に歪は生ずるものの、それが活性層３に影響を
及ぼすことは無く、素子特性への影響は殆ど無い。即
ち、電極接続層を第２種の超格子とし、その層厚を適当
に設定することにより、良好な特性を有する発光素子が
作製可能となる。なお実施例では、電極金属７と超薄膜
構造の電極層５は直接接触しているが、１００オングス
トローム程度のＺｎＴｅ層を介してでもかまわない。な
お、本実施例による発光素子では、レーザとしても発光
ダイオードとしても動作可能である。
【００１０】
【実施例２】実施例１では、ｐ型クラッド層４がＺｎＳ
0.07Ｓｅ0.93の場合を示したが、このｐ型ＺｎＳ0.07Ｓ
ｅ0.93層を形成せずに、ＺｎＳとＺｎＴｅの多層超薄膜
５を直接活性層３に接して形成してもよい。即ち、活性
層３に接してＺｎＴｅの層厚が６オングストローム、Ｚ
ｎＳの層厚が１２オングストロームを１組として８００
組積層した後、実施例１と同様にＺｎＴｅ、ＺｎＳの層
厚を段階的に増やした層構造を形成し、金属電極７を形
成することにより、実施例１と同様に、良好なオーム性
接触特性を有する発光素子が得られた。なお、この多層
超薄膜の場合、正孔の最低準位はＺｎＴｅ層中にあり、
電子の最低準位はＺｎＳ中にあるが、空間的に離れてい
るため、これらが光吸収遷移に関与する確率は小さい。
このため、ＺｎＴｅの層厚が６オングストローム、Ｚｎ
Ｓの層厚が１２オングストロームの超格子における実効
的禁制帯幅は、約３．１ｅＶであり、活性層３に接して
形成しても、活性層３での発光を吸収することはない。
0.07Ｓｅ0.93の場合を示したが、このｐ型ＺｎＳ0.07Ｓ
ｅ0.93層を形成せずに、ＺｎＳとＺｎＴｅの多層超薄膜
５を直接活性層３に接して形成してもよい。即ち、活性
層３に接してＺｎＴｅの層厚が６オングストローム、Ｚ
ｎＳの層厚が１２オングストロームを１組として８００
組積層した後、実施例１と同様にＺｎＴｅ、ＺｎＳの層
厚を段階的に増やした層構造を形成し、金属電極７を形
成することにより、実施例１と同様に、良好なオーム性
接触特性を有する発光素子が得られた。なお、この多層
超薄膜の場合、正孔の最低準位はＺｎＴｅ層中にあり、
電子の最低準位はＺｎＳ中にあるが、空間的に離れてい
るため、これらが光吸収遷移に関与する確率は小さい。
このため、ＺｎＴｅの層厚が６オングストローム、Ｚｎ
Ｓの層厚が１２オングストロームの超格子における実効
的禁制帯幅は、約３．１ｅＶであり、活性層３に接して
形成しても、活性層３での発光を吸収することはない。
【００１１】
【実施例３】実施例１、２では、ｐ型で禁制帯幅２．５
ｅＶ以上の第１の半導体と金属電極の間に多層超薄膜が
形成されていたが、金属電極に直接多層超薄膜が形成さ
れている必要はなく、例えばオーム性接触形成容易なｐ
型ＧａＡｓ基板に金属電極を形成し、ｐ型ＧａＡｓ基板
に接して多層超薄膜およびｐ型で禁制帯幅２．５ｅＶ以
上の第１の半導体が形成されている構造でもよい。図３
は、このような実施例を示す発光素子の断面図である。
１１はｐ型（１００）面ＧａＡｓ基板、１２はＮドープ
ＺｎＳ層とＳｂドープＺｎＴｅ層による多層超薄膜で構
成したｐ型層、１３はｐ型の禁制帯幅２．７ｅＶの第１
の半導体となるＮドープＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93によるｐ型
クラッド層（厚さ１．２μｍ）、１４は厚さ７０オング
ストロームのＺｎＳｅバリア層と厚さ７０オングストロ
ームのＣｄ0.2 Ｚｎ0.8 Ｓｅ井戸層よりなる井戸数５の
量子井戸活性層、１５はＩｎドープＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93
によるｎ型クラッド層（厚さ１．５μｍ）、１６は絶縁
膜、１７、１８は金属電極である。層１２を構成する多
層超薄膜のうちＺｎＴｅの厚さは、活性層から遠ざかる
につれて、約６オングストローム、９オングストロー
ム、１２オングストロームと単調に増加するように設定
し、ＺｎＳの厚さについてはＺｎＴｅの厚さの約２倍に
なるように設定した。また層数についてはそれぞれの厚
さについて、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ共に１００層ずつ形成し
た。なお、ＺｎＳの格子定数は５．４１オングストロー
ム、ＺｎＴｅの格子定数は６．１０オングストロームで
あるため、ＺｎＳ層の厚さをＺｎＴｅ層の厚さの約２倍
になるように設定した。従って、層１２の平均の格子定
数は、５．６４オングストロームとなり、ｐ型クラッド
層１３の格子定数５．６４オングストロームと一致す
る。また、層１２を構成している第２の半導体となるＺ
ｎＳの禁制帯幅は３．５６ｅＶ、電子親和力は３．９ｅ
Ｖであり、また第３の半導体となるＺｎＴｅの禁制帯幅
は２．２５ｅＶ、電子親和力は３．５３ｅＶである。従
って、第２の半導体における禁制帯幅と電子親和力の和
は、第３の半導体のそれに比べて大きい。ｐ型ＧａＡｓ
基板を使用した場合、基板とｐ型で禁制帯幅２．５ｅＶ
以上の第１の半導体との間の価電子帯端のエネルギー準
位差が大きいことが問題となっていたが、実施例３のよ
うな構成をとることにより、この問題が解決されここで
の電圧降下は問題にはならなくなる。したがって、良好
なオーミック特性を有する発光素子が実現できる。
ｅＶ以上の第１の半導体と金属電極の間に多層超薄膜が
形成されていたが、金属電極に直接多層超薄膜が形成さ
れている必要はなく、例えばオーム性接触形成容易なｐ
型ＧａＡｓ基板に金属電極を形成し、ｐ型ＧａＡｓ基板
に接して多層超薄膜およびｐ型で禁制帯幅２．５ｅＶ以
上の第１の半導体が形成されている構造でもよい。図３
は、このような実施例を示す発光素子の断面図である。
１１はｐ型（１００）面ＧａＡｓ基板、１２はＮドープ
ＺｎＳ層とＳｂドープＺｎＴｅ層による多層超薄膜で構
成したｐ型層、１３はｐ型の禁制帯幅２．７ｅＶの第１
の半導体となるＮドープＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93によるｐ型
クラッド層（厚さ１．２μｍ）、１４は厚さ７０オング
ストロームのＺｎＳｅバリア層と厚さ７０オングストロ
ームのＣｄ0.2 Ｚｎ0.8 Ｓｅ井戸層よりなる井戸数５の
量子井戸活性層、１５はＩｎドープＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93
によるｎ型クラッド層（厚さ１．５μｍ）、１６は絶縁
膜、１７、１８は金属電極である。層１２を構成する多
層超薄膜のうちＺｎＴｅの厚さは、活性層から遠ざかる
につれて、約６オングストローム、９オングストロー
ム、１２オングストロームと単調に増加するように設定
し、ＺｎＳの厚さについてはＺｎＴｅの厚さの約２倍に
なるように設定した。また層数についてはそれぞれの厚
さについて、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ共に１００層ずつ形成し
た。なお、ＺｎＳの格子定数は５．４１オングストロー
ム、ＺｎＴｅの格子定数は６．１０オングストロームで
あるため、ＺｎＳ層の厚さをＺｎＴｅ層の厚さの約２倍
になるように設定した。従って、層１２の平均の格子定
数は、５．６４オングストロームとなり、ｐ型クラッド
層１３の格子定数５．６４オングストロームと一致す
る。また、層１２を構成している第２の半導体となるＺ
ｎＳの禁制帯幅は３．５６ｅＶ、電子親和力は３．９ｅ
Ｖであり、また第３の半導体となるＺｎＴｅの禁制帯幅
は２．２５ｅＶ、電子親和力は３．５３ｅＶである。従
って、第２の半導体における禁制帯幅と電子親和力の和
は、第３の半導体のそれに比べて大きい。ｐ型ＧａＡｓ
基板を使用した場合、基板とｐ型で禁制帯幅２．５ｅＶ
以上の第１の半導体との間の価電子帯端のエネルギー準
位差が大きいことが問題となっていたが、実施例３のよ
うな構成をとることにより、この問題が解決されここで
の電圧降下は問題にはならなくなる。したがって、良好
なオーミック特性を有する発光素子が実現できる。
【００１２】以上の実施例では、禁制帯幅２．５ｅＶの
半導体としてＺｎＳ1-x Ｓｅx の場合を示したが、もち
ろんＣｄ1-y Ｚｎy Ｓ1-x Ｓｅx で あっても差し支え
ないし、また他の化合物半導体であってもかまわない。
多層超薄膜を形成する半導体についても、ＺｎＳとＺｎ
Ｔｅの組合せに限ることはない。基板についても、Ｇａ
Ｐ、ＧａＡｓＰ、Ｓｉなどであってもよい。
半導体としてＺｎＳ1-x Ｓｅx の場合を示したが、もち
ろんＣｄ1-y Ｚｎy Ｓ1-x Ｓｅx で あっても差し支え
ないし、また他の化合物半導体であってもかまわない。
多層超薄膜を形成する半導体についても、ＺｎＳとＺｎ
Ｔｅの組合せに限ることはない。基板についても、Ｇａ
Ｐ、ＧａＡｓＰ、Ｓｉなどであってもよい。
【００１３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、短波長帯発光素子におけるｐ型半導体へのオーム性
接触が容易に形成可能となり、電極近傍の電圧降下が低
減する結果、電流注入の際の発熱が問題とならなくな
る。このため、発光素子の連続動作が可能となり、その
効果は極めて大きい。
り、短波長帯発光素子におけるｐ型半導体へのオーム性
接触が容易に形成可能となり、電極近傍の電圧降下が低
減する結果、電流注入の際の発熱が問題とならなくな
る。このため、発光素子の連続動作が可能となり、その
効果は極めて大きい。
【図１】本発明の実施例である発光素子の断面図であ
る。
る。
【図２】本発明における多層超薄膜のバンド構造を示す
図である。
図である。
【図３】本発明の別の実施例である発光素子の断面図で
ある。
ある。
【図４】主なII−VI族化合物半導体（ＺｎＳ、ＺｎＳ
ｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ）、III −
Ｖ族化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ）および
IV族半導体（Ｓｉ、Ｇｅ）の禁止帯幅と格子定数の関係
を示したものである。
ｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ）、III −
Ｖ族化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ）および
IV族半導体（Ｓｉ、Ｇｅ）の禁止帯幅と格子定数の関係
を示したものである。
１ ｎ型基板 ２ ｎ型クラッド層 ３ 井戸数５の量子井戸活性層 ４ ｐ型クラッド層 ５ 多層超薄膜で構成したｐ型電極層 ６ 絶縁膜 ７，８ 金属電極 １１ ｐ型基板 １２ 多層超薄膜で構成したｐ型層 １３ ｐ型クラッド層 １４ 井戸数５の量子井戸活性層 １５ ｎ型クラッド層 １６ 絶縁膜 １７，１８ 金属電極
Claims (3)
- 【請求項１】 ｐ型で禁制帯幅２．５ｅＶ以上の第１の
半導体を含む層構造が半導体基板上に形成された半導体
発光素子において、該第１の半導体と金属電極との間
に、ｐ型で禁制帯幅の異なる少なくとも２種類の半導体
よりなる多層超薄膜が形成され、該２種類の半導体の内
第２の半導体は第３の半導体に比べて電子親和力および
禁制帯幅が共に大きくかつ該多層超薄膜内のポテンシャ
ル井戸における正孔に対する最低エネルギー準位は該金
属電極より遠ざかるにつれて高くなるとともに、該多層
超薄膜の平均的格子定数は第１の半導体の格子定数にほ
ぼ等しくなるように該多層超薄膜各層の厚さが設定さ
れ、さらに第２の半導体による層は正孔がトンネル効果
により伝導可能な厚さを有することを特徴とする半導体
発光素子。 - 【請求項２】 前記第２の半導体はＺｎＳであり、前記
第３の半導体はＺｎＴｅであることを特徴とする請求項
１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第１の半導体は、Ｃｄ1-x Ｚｎx Ｓ
1-y Ｓｅy であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26557492A JPH0697505A (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26557492A JPH0697505A (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697505A true JPH0697505A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17419010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26557492A Pending JPH0697505A (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697505A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100899513B1 (ko) * | 2002-08-26 | 2009-05-27 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | p형 ＧａＡｓ기판 ＺｎＳｅ계 pｉｎ 포토다이오드 및 p형 ＧａＡｓ기판 ＺｎＳｅ계 애벌란시포토다이오드 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63240084A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | Seiko Epson Corp | 半導体発光装置 |
| JPH02289499A (ja) * | 1989-04-26 | 1990-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超格子構造素子 |
| JPH0371679A (ja) * | 1989-08-11 | 1991-03-27 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体発光素子 |
| JPH0391270A (ja) * | 1989-09-01 | 1991-04-16 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体発光素子 |
| JPH065920A (ja) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | Sony Corp | 発光素子 |
-
1992
- 1992-09-09 JP JP26557492A patent/JPH0697505A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63240084A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | Seiko Epson Corp | 半導体発光装置 |
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