JPH077849B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH077849B2
JPH077849B2 JP26577284A JP26577284A JPH077849B2 JP H077849 B2 JPH077849 B2 JP H077849B2 JP 26577284 A JP26577284 A JP 26577284A JP 26577284 A JP26577284 A JP 26577284A JP H077849 B2 JPH077849 B2 JP H077849B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、青色から紫外にかけての発光を示す,発光ダ
イオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子に関
する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
光の三原色である赤,緑,青の中で、赤色と緑色に関し
てはIII-V族化合物半導体を用いた発光素子が開発さ
れ、既に量産が行われている。残る青色発光素子につい
ては、開発への要望が強いにも拘らず依然商品化されて
いない。
青色発光素子の半導体材料としては、広い禁制帯幅を有
するII-VI族化合物のZnS,ZnSe、III-V族化合物のGaN、I
V族化合物のSiCなどが従来より検討されている。これら
の材料のうちZnS,ZnSeは、III-V族化合物のGaP,GaAsと
格子定数が近く、これらGaPまたはGaAs結晶を基板とし
て大面積かつ良質の結晶層が得られること、更に容易に
青色発光が得られること等から、特に有望視されてい
る。ところが、ZnS,ZnSeは共にn型導電性は得られる
が、p型導電性が得られない、という問題を抱えてい
る。このため、pn接合が得られないことが、青色発光素
子の実用化を遅らせている主因となっている。
ZnS,ZnSeにおいて何故p型導電性が得られないか、その
原因については未だ確かな説はないが、おおむね次のよ
うな理由が考えられる。第1は、ZnS,ZnSeにおいては、
アクセプタ不純物の中で価電子帯に空孔を生じるに充分
浅い不純物準位を作るものが少ないこと、第2は、たと
え浅い不純物準位を作るアクセプタ不純物が存在して
も、それが結晶中に添加されると、いわゆる自己補償効
果によってドナー型の欠陥生成を誘発してしまうことで
ある。
〔発明の目的〕
本発明は上記した問題を解決して、禁制帯幅の広いII-V
I族化合物半導体を用いて良好なpn接合を構成し、以て
高輝度の青色発光を可能とした半導体発光素子を提供す
ることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、発光素子のpn接合を構成するp型導電層を、
第1のII-VI族化合物半導体と、これよりも禁制体幅が
広く、異種でかつアクセプタ不純物が添加された第2の
II-VI族化合物半導体とを交互に積層した超格子構造と
したことを特徴とする。
〔発明の効果〕
本発明によれば、超格子構造の導入により、II-VI族化
合物半導体で良好なp型導電層が得られ、これにより青
色から紫外にわたって高輝度の発光を示す発光素子が得
られる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。
第1図は一実施例の素子構造を示す。図において、1は
n型GaP結晶基板であり、2はこの基板1上にエピタキ
シャル成長された,ドナー不純物としてAlが添加された
n型ZnS層であって、このn型ZnS層2上に超格子構造を
持つp型導電層3が形成されている。4はp側電極、5
はn側電極である。
第2図はp型導電層3の部分を拡大して示す。即ちp型
導電型層3は、第1のII-VI族化合物半導体としてのZnS
e層31i(i=1,2,…,N)と、アクセプタ不純物としての
Agを添加した第2のII-VI族化合物半導体としてのZnS層
32i(i=1,2,…,N)が交互に積層されて超格子を構成
している。ZnS層32iの厚みLBおよびZnSe層31iの厚みLZ
はそれぞれ5〜40Å程度とする。このような超格子構造
は例えば、有機金属化合物を用いた気相成長法(MOCV
D)により得られる。
第3図はこの様な超格子構造をもつp型導電層3のバン
ド構造を示す。ZnS層32iの価電子帯の頂上は、ZnSe層31
iの価電子帯の頂上から0.6〜0.8eV程度低いところに位
置する。一方、Agアクセプタの不純物準位は、ZnS層32i
の価電子帯の頂上から0.55〜0.70eV高いところに位置す
る。従ってZnS層32iに添加するAg不純物の濃度を1016/c
m3以上と高くしておけば、この超格子構造部の平均的な
フェルミ・レベルEFは、第3図に示すようにZnSe層31i
の価電子帯の頂上より低い位置、またはZnSe層31iの価
電子帯の頂上より高くてもそのごく近傍に位置する。こ
れによりZnSe層31iには、Ag不純物濃度と同程度の空孔
が形成される。この空孔は超格子の積層方向に移動する
時ZnS層32iが障壁となるが、ZnS層32iの厚さLBを5〜40
Åの範囲に選べば、障壁をトンネルで抜けていく確率が
充分高くなり、超格子積層方向に高い伝導度をもつp型
導電性が得られることになる。第4図は、ZnSe層31iの
厚みLZを20Åとし、ZnS層32iのAg添加濃度を1017/cm3
して、ZnS層32iの厚みLBを変えた時の超格子構造の導電
率特性を示している。
この様に、ZnSあるいはZnSeバルク結晶では深い不純物
準位を形成してキャリアを生成しない不純物が、本実施
例の超格子構造においては有効的に浅いアクセプタ不純
物準位として働き、正のキャリアを生成して、バルク結
晶では得られないp型導電層が得られる。なお本実施例
において、発光再結合を有効に行なわせるためには、超
格子構造からなるp型導電層3の厚みを0.2〜3μm程
度とすることが望ましい。
この様に構成された第1図の発光素子は、そのpn接合に
順方向バイアスをかけると、主としてn型ZnS層2から
p型導電層3へと電子が注入される。この注入電子はp
型導電層3内のZnSe層31iにおいて空孔と発光再結合を
起す。その際生じる発光は、超格子構造を用いたことに
よる量子効果のためにZnSeの禁制帯幅で決まる波長より
多少短いものとなる。その発光波長を決めるのは、超格
子の周期(LB+LZ)とZnS層32iの厚さLBとの比である。L
B/(LB+LZ)の値が0から1へと変化するにつれて、発光
色は青色から紫外へと変化する。またこの発光は直接遷
移型であるため再結合確率が高く、更にn型ZnS層2が
光の反射量として働くためp型導電層3側での外部発光
効率が1%程度と高い値を示す。
第5図は超格子の横方向にキャリアを流すようにした実
施例の素子構造である。51はノンドープの高抵抗GaP基
板であり、この基板51上に先の実施例と同様に超格子構
造を持つp型導電層52を形成し、このp型導電層52の一
部にマスクして不純物を高濃度にドープしてn型層53を
形成したものである。このn型層53の形成は例えば、Al
およびZnをイオン注入して熱処理する方法、またはAlお
よびZnの雰囲気中での熱処理方法による。これらの方法
で高濃度にn型不純物をドープすれば、p型導電層は反
転してn型層53が得られる。そしてp型導電層52の一部
をメサエッチングしてAuからなるp側電極54を形成し、
n型層53にはIn-Gaからなるn側電極55を形成してい
る。
この実施例によれば、p型導電層52でのキャリア走行が
超格子の横方向であるため、先の実施例よりp型層52で
の正孔移動度が高く、優れたpn接合特性が得られ、強い
発光が認められる。
第5図のGaP基板51は他の高抵抗基板、例えば高抵抗ZnS
基板,高抵抗ZnSe基板等に置換することができる。
第6図は、p型基板を出発基板とした実施例の素子構造
である。即ちp型GaP結晶基板61を用いてこの上に先の
実施例と同様の超格子構造を持つp型導電層62を形成
し、この上にn型ZnS層63を形成したものである。GaP基
板61側から光を取出すために、GaP基板61を裏面からエ
ッチングして光取出し窓を設けている。64はp側電極,6
5はn側電極である。
この実施例によっても第1図の実施例と同様の優れた発
光特性を示す。
第7図は更に別の実施例の素子構造である。この実施例
では、n型ZnS基板71を用いてこの上に先の実施例と同
様に超格子構造を持つp型導電層72を形成している。73
はp側電極、74はn側電極である。
この実施例によっても同様に良好な青色発光特性を示す
ことができる。
本発明は上記各実施例に限られるものではなく、以下に
列記するように種々変形実施することができる。
超格子構造のp型導電層を構成する第1のII-VI族化
合物半導体および第2のII-VI族化合物半導体として、
それぞれ一般的にZnSxSe1-x(0≦x<1)およびZnSyS
e1-y(0<y≦1),y>x)を用い得る。同様に第1の
II-VI族化合物半導体および第2のII-VI族化合物半導体
として、それぞれZnxCd1-xS(0≦x<1)およびZnyC
d1-yS(0<y≦1,y>x)を用いることもできる。
超格子構造の第2のII-VI族化合物半導体層のアクセ
プタ不純物として、Agの他、Li,Na,CuなどのI族元素あ
るいはP,AsなどのV族元素を添加することができる。ま
た第1のII-VI族化合物半導体層は必ずしもノンドープ
である必要はなく、第2のII-VI族化合物半導体層にお
けると同様の不純物を添加してもよい。
超格子構造中のアクセプタ不純物準位は、外部からの
不純物元素添加によらず、Zn空孔が高濃度に存在するよ
うに結晶成長させることにより形成することもできる。
Zn空孔が高濃度に形成される結晶成長条件としては、例
えばMOCVD法を例にとれば、VI族元素を供給するガスの,
II族元素を供給するガスに対するモル比を充分大きく
(例えば10倍以上)設定すればよい。
するガスに対するモル比を充分大きく(例えば10倍以
上)設定すればよい。
超格子構造のp型導電層と接合するn型ZnS層とし
て、より一般的にZnSzSe1-z(0≦z≦1)を用いるこ
とができる。この場合、zの値が1より小さくなるにつ
れ、順方向バイアスしたとき、n型層からp型層への電
子注入と同時にp型層からn型層への正孔注入が生じ
る。n型層に注入された正孔はn型層中の電子と発光再
結合する。この発光も波長は青色から紫外であり、また
再結合確率も高い。従ってこの構造も特性の優れた青色
から紫外にかけての発光素子として有用である。
本発明はダブルヘテロ接合構造の発光素子に適用する
ことも可能であり、有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の発光素子構造を示す図、第
2図はそのp型導電層部の拡大図、第3図は同じくp型
導電層部のバンド構造を示す図、第4図は同じくp型導
電層部の導電率特性を示す図、第5図〜第7図は他の実
施例の発光素子構造を示す図である。 1……n型GaP結晶基板、2……n型ZnS層、3……p型
導電層(超格子構造部)、4……p側電極(Au)、5…
…n側電極(Au-Ge)、31i……ZnSe層(第1のII-VI族
化合物半導体層)、32i……Ag添加ZnS層(第2のII-VI
族化合物半導体層)、51……高抵抗GaP基板、52……p
型導電層(超格子構造部)、53……n型導電層、54……
p側電極(Au)、55……n側電極(In-Ga)、61……p
型GaP基板、62……p型導電層(超格子構造部)、63…
…n型ZnS層、64……p側電極(Au-Zn)、65……n側電
極(In-Ga)、71……n型ZnS基板、72……p型導電層
(超格子構造部)、73……p側電極(Au)、74……n側
電極(In-Ga)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化合物半導体を用いてpn接合を構成した半
    導体発光素子において、p型導電層を、第1のII-VI族
    化合物半導体と、この第1のII-VI族化合物半導体より
    禁制帯幅が広く、前記第1のII-VI族化合物半導体と異
    種でかつアクセプタ不純物準位を持つ第2のII-VI族化
    合物半導体とを交互に積層した超格子により構成したこ
    とを特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項2】第1のII-VI族化合物半導体はZnSxSe
    1-x(0≦x<1)であり、第2のII-VI族化合物半導体
    はアクセプタ不純物としてI族またはV族元素が添加さ
    れたZnSySe1-y(0<y≦1,y>x)であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体発光素子。
  3. 【請求項3】第1のII-VI族化合物半導体はZnxCd1-x
    (0≦x<1)であり、第2のII-VI族化合物半導体は
    アクセプタ不純物としてI族またはV族元素が添加され
    たZnyCd1-yS(0<y≦1,y>x)であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体発光素子。
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US5045894A (en) * 1988-06-29 1991-09-03 Hitachi, Ltd. Compound semiconductor light emitting device
JP2588280B2 (ja) * 1989-07-10 1997-03-05 シャープ株式会社 化合物半導体発光素子
WO1991003918A1 (en) * 1989-09-04 1991-03-21 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Thin-film el element
JPH04199887A (ja) * 1990-11-29 1992-07-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd pn接合素子及びその製造方法並びに青色発光ダイオード素子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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