JPH08250764A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH08250764A JPH08250764A JP5097395A JP5097395A JPH08250764A JP H08250764 A JPH08250764 A JP H08250764A JP 5097395 A JP5097395 A JP 5097395A JP 5097395 A JP5097395 A JP 5097395A JP H08250764 A JPH08250764 A JP H08250764A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 発光特性に優れた半導体発光素子を提供す
る。 【構成】 一対の電極１２，１５と、これらの電極の間
に設けられた発光層とを具備し、前記発光層は、半導体
からなる第１の微粒子１３と、半導体とは異なる元素、
又は組成の半導体、金属、及び半金属の少なくとも１種
からなる第２の微粒子１４との混合物からなる半導体発
光素子。
る。 【構成】 一対の電極１２，１５と、これらの電極の間
に設けられた発光層とを具備し、前記発光層は、半導体
からなる第１の微粒子１３と、半導体とは異なる元素、
又は組成の半導体、金属、及び半金属の少なくとも１種
からなる第２の微粒子１４との混合物からなる半導体発
光素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子に係
り、特に、半導体微粒子を含む発光層を用いた半導体発
光素子に関する。
り、特に、半導体微粒子を含む発光層を用いた半導体発
光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】２種類以上の元素からなる化合物半導体
や混晶半導体は、今日の光半導体の基本をなす重要な材
料である。かかる化合物半導体として、ＳｉＣ等に代表
されるＩＶ−ＩＶ族化合物半導体、ＧａＡｓやＧａＰ等
のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＣｄＳ等のＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体を挙げることが出来る。
や混晶半導体は、今日の光半導体の基本をなす重要な材
料である。かかる化合物半導体として、ＳｉＣ等に代表
されるＩＶ−ＩＶ族化合物半導体、ＧａＡｓやＧａＰ等
のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＣｄＳ等のＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体を挙げることが出来る。
【０００３】これらの化合物半導体は、それぞれ固有の
バンドギャップ及び格子定数を有するため、多層膜を積
層する際に種々の物性に関して材料設計を行う上で大き
な制約がある。また、混晶半導体によると、これらの制
約は或る程度緩和されるが、なお材料設計には多くの問
題がある。
バンドギャップ及び格子定数を有するため、多層膜を積
層する際に種々の物性に関して材料設計を行う上で大き
な制約がある。また、混晶半導体によると、これらの制
約は或る程度緩和されるが、なお材料設計には多くの問
題がある。
【０００４】特に、現在その実現が望まれている半導体
集積回路と光半導体とを結合した光電子集積回路（ＯＥ
ＩＣ）を考えると、材料としての化合物半導体や混晶半
導体は、高集積化、価格、資源、環境問題等の点からみ
て、解決すべき問題が数多く残されている。
集積回路と光半導体とを結合した光電子集積回路（ＯＥ
ＩＣ）を考えると、材料としての化合物半導体や混晶半
導体は、高集積化、価格、資源、環境問題等の点からみ
て、解決すべき問題が数多く残されている。
【０００５】一方、ＳｉＧｅ超格子系を発光素子の発光
層として用いる試みがなされている。しかし、その発光
素子の発光強度は非常に弱く、発光波長は赤外域に限定
されるという問題がある。更に、ＳｉＧｅ／Ｓｉ超格子
を発光素子の発光層として用いる試みもあるが、これは
Ｓｉ集積回路との整合性はよいが、ＳｉとＧｅの格子不
整合系のヘテロ構造であるため、膜の成長が困難であ
る。
層として用いる試みがなされている。しかし、その発光
素子の発光強度は非常に弱く、発光波長は赤外域に限定
されるという問題がある。更に、ＳｉＧｅ／Ｓｉ超格子
を発光素子の発光層として用いる試みもあるが、これは
Ｓｉ集積回路との整合性はよいが、ＳｉとＧｅの格子不
整合系のヘテロ構造であるため、膜の成長が困難であ
る。
【０００６】それ以外に、Ｓｉ、Ｇｅをはじめとする間
接遷移型半導体を発光素子の発光層に用いる試みが、ポ
リシラン、多孔質Ｓｉ、Ｓｉ又はＧｅ微粒子等を用いて
なされている。しかし、ポリシラン等の有機物を用いた
ＥＬ素子は経時変化が著しく、信頼性に欠け、実用化に
は至っていない。また、Ｓｉをフッ酸溶液中で陽極化成
し、多孔質化して得られる多孔質Ｓｉは、その物性が複
雑であるため、材料設計は困難である。
接遷移型半導体を発光素子の発光層に用いる試みが、ポ
リシラン、多孔質Ｓｉ、Ｓｉ又はＧｅ微粒子等を用いて
なされている。しかし、ポリシラン等の有機物を用いた
ＥＬ素子は経時変化が著しく、信頼性に欠け、実用化に
は至っていない。また、Ｓｉをフッ酸溶液中で陽極化成
し、多孔質化して得られる多孔質Ｓｉは、その物性が複
雑であるため、材料設計は困難である。
【０００７】また、このような多孔質Ｓｉ、Ｓｉ又はＧ
ｅ等の半導体微粒子は、高抵抗であることから、これら
を発光素子の発光層として用いた場合、キャリアの注入
が困難である。更に、例えば図５に示すように、支持基
板３１上に、表面を酸化物層３３で被覆した半導体微粒
子３２を堆積して発光層を形成し、半導体（Ｓｉ）微粒
子３１を井戸層、酸化物（ＳｉＯ2 ）層３２を障壁層と
してキャリアの閉じ込めを図った発光素子がある。しか
しながらこのような発光素子は、図６に示すように、厚
い酸化物（ＳｉＯ2 ）層３３が障壁となって、キャリア
の注入が困難である。また、同様の理由から素子抵抗が
非常に大きいという問題もあった。
ｅ等の半導体微粒子は、高抵抗であることから、これら
を発光素子の発光層として用いた場合、キャリアの注入
が困難である。更に、例えば図５に示すように、支持基
板３１上に、表面を酸化物層３３で被覆した半導体微粒
子３２を堆積して発光層を形成し、半導体（Ｓｉ）微粒
子３１を井戸層、酸化物（ＳｉＯ2 ）層３２を障壁層と
してキャリアの閉じ込めを図った発光素子がある。しか
しながらこのような発光素子は、図６に示すように、厚
い酸化物（ＳｉＯ2 ）層３３が障壁となって、キャリア
の注入が困難である。また、同様の理由から素子抵抗が
非常に大きいという問題もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、ＯＥＩＣ
実現の観点からは、これまでの間接遷移型半導体を用い
た発光素子の発光強度は非常に弱く、また、従来のＩＩ
−ＶＩ族及びＩＩＩ−Ｖ族系の直接遷移化合物半導体で
は、集積化が困難であるという問題があった。更に、半
導体微粒子を用いた発光素子では、キャリアの注入が困
難であり、素子抵抗が非常に大きいという問題もあっ
た。本発明は、上記事情を考慮してなされ、発光特性に
優れた半導体発光素子を提供することを目的とする。
実現の観点からは、これまでの間接遷移型半導体を用い
た発光素子の発光強度は非常に弱く、また、従来のＩＩ
−ＶＩ族及びＩＩＩ−Ｖ族系の直接遷移化合物半導体で
は、集積化が困難であるという問題があった。更に、半
導体微粒子を用いた発光素子では、キャリアの注入が困
難であり、素子抵抗が非常に大きいという問題もあっ
た。本発明は、上記事情を考慮してなされ、発光特性に
優れた半導体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】本発明（請求項１）は、
一対の電極と、これらの電極の間に設けられた発光層と
を具備し、前記発光層は、半導体からなる第１の微粒子
と、前記半導体とは異なる元素、又は組成の半導体、金
属、及び半金属の少なくとも１種からなる第２の微粒子
との混合物からなることを特徴とする半導体発光素子を
提供する。
一対の電極と、これらの電極の間に設けられた発光層と
を具備し、前記発光層は、半導体からなる第１の微粒子
と、前記半導体とは異なる元素、又は組成の半導体、金
属、及び半金属の少なくとも１種からなる第２の微粒子
との混合物からなることを特徴とする半導体発光素子を
提供する。
【００１０】また、本発明（請求項２）は、上記請求項
１において、前記第１及び第２の微粒子の総量に対する
前記第１及び第２の微粒子のいずれかの量が４０〜６０
％であることを特徴とする半導体発光素子を提供する。
１において、前記第１及び第２の微粒子の総量に対する
前記第１及び第２の微粒子のいずれかの量が４０〜６０
％であることを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【００１１】更に、本発明（請求項３）は、一対の電極
と、これらの電極の間に設けられた発光層とを具備し、
前記発光層は、半導体からなる第１の微粒子層と、前記
半導体とは異なる元素、組成、又は粒径の半導体、金
属、及び半金属の少なくとも１種からなる第２の微粒子
層とを交互に積層してなることを特徴とする半導体発光
素子を提供する。
と、これらの電極の間に設けられた発光層とを具備し、
前記発光層は、半導体からなる第１の微粒子層と、前記
半導体とは異なる元素、組成、又は粒径の半導体、金
属、及び半金属の少なくとも１種からなる第２の微粒子
層とを交互に積層してなることを特徴とする半導体発光
素子を提供する。
【００１２】更にまた、本発明（請求項４）は、一対の
電極と、これらの電極の間に設けられた発光層とを具備
し、前記発光層は、半導体からなる第１の微粒子層と、
前記半導体とは異なる元素、組成、又は粒径の半導体、
金属、及び半金属の少なくとも１種からなる第２の微粒
子層とを交互に積層してなり、この積層体はいずれかの
微粒子層間の界面において２つに分けられ、両者は互い
に異なる導電型の不純物を含み、ｐｎ接合を形成してい
ることを特徴とする半導体発光素子を提供する。
電極と、これらの電極の間に設けられた発光層とを具備
し、前記発光層は、半導体からなる第１の微粒子層と、
前記半導体とは異なる元素、組成、又は粒径の半導体、
金属、及び半金属の少なくとも１種からなる第２の微粒
子層とを交互に積層してなり、この積層体はいずれかの
微粒子層間の界面において２つに分けられ、両者は互い
に異なる導電型の不純物を含み、ｐｎ接合を形成してい
ることを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【００１３】本発明の発光素子において、第１及び第２
の微粒子を構成する半導体としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ
Ｎ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ等を
挙げることが出来る。金属としてはＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ、
等を、半金属としてはＡｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、グラファイト
等を、それぞれ挙げることが出来る。
の微粒子を構成する半導体としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ
Ｎ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ等を
挙げることが出来る。金属としてはＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ、
等を、半金属としてはＡｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、グラファイト
等を、それぞれ挙げることが出来る。
【００１４】本発明において、第１の微粒子と第２の微
粒子の特に好ましい組合せは、ＳｉとＧｅである。第２
の微粒子が半導体により構成される場合、この半導体
は、第１の微粒子を構成する半導体とは異なる元素又は
組成である必要がある。なお、第１の微粒子層と第２の
微粒子層とを交互に積層する場合には、第１の微粒子層
を構成する半導体と第２の微粒子層を構成する半導体
は、元素及び組成が同一でも粒径が異なっていればよ
い。
粒子の特に好ましい組合せは、ＳｉとＧｅである。第２
の微粒子が半導体により構成される場合、この半導体
は、第１の微粒子を構成する半導体とは異なる元素又は
組成である必要がある。なお、第１の微粒子層と第２の
微粒子層とを交互に積層する場合には、第１の微粒子層
を構成する半導体と第２の微粒子層を構成する半導体
は、元素及び組成が同一でも粒径が異なっていればよ
い。
【００１５】本発明の発光素子における発光層の厚さ
は、１０〜５０００ｎｍが好ましい。また、発光層が複
数の微粒子層の積層体により構成される場合、各微粒子
層の厚さは、２〜３．５ｎｍが好ましい。本明細書にお
いて、微粒子とは、粒径１０ｎｍ以下のものを指す。
は、１０〜５０００ｎｍが好ましい。また、発光層が複
数の微粒子層の積層体により構成される場合、各微粒子
層の厚さは、２〜３．５ｎｍが好ましい。本明細書にお
いて、微粒子とは、粒径１０ｎｍ以下のものを指す。
【００１６】
【作用】本発明の半導体発光素子は、発光層として、半
導体からなる第１の微粒子と、前記半導体とは異なる元
素若しくは組成の半導体、金属、又は半金属からなる第
２の微粒子とを含むものを用いている。この場合、第１
の微粒子は井戸層として機能し、第２の微粒子は障壁層
として機能することで、その結果、キャリア又はエキシ
トンの井戸層への閉じ込めが可能となる。
導体からなる第１の微粒子と、前記半導体とは異なる元
素若しくは組成の半導体、金属、又は半金属からなる第
２の微粒子とを含むものを用いている。この場合、第１
の微粒子は井戸層として機能し、第２の微粒子は障壁層
として機能することで、その結果、キャリア又はエキシ
トンの井戸層への閉じ込めが可能となる。
【００１７】このような井戸層での３次元の量子閉じ込
め効果により、間接遷移材料に直接遷移を起こさせるこ
とが可能となるとともに、量子サイズに応じてバンドギ
ャップが広がり、可視発光が実現出来る。
め効果により、間接遷移材料に直接遷移を起こさせるこ
とが可能となるとともに、量子サイズに応じてバンドギ
ャップが広がり、可視発光が実現出来る。
【００１８】従来の２次元ダブルヘテロ構造の超格子で
は、格子定数の相違から界面に歪みが生じ、いわゆるミ
スフィット転位が発生することがある。しかし、本発明
のような３次元の微粒子間のヘテロ接合では、このよう
な転位は発生しにくい。従って、結晶中の点欠陥の発生
が低いため、非発光再結合が劣性になる結果、発光強度
が増大するのである。
は、格子定数の相違から界面に歪みが生じ、いわゆるミ
スフィット転位が発生することがある。しかし、本発明
のような３次元の微粒子間のヘテロ接合では、このよう
な転位は発生しにくい。従って、結晶中の点欠陥の発生
が低いため、非発光再結合が劣性になる結果、発光強度
が増大するのである。
【００１９】また、従来のように、支持基板３１上に１
種類の元素又は組成からなる半導体微粒子３２を堆積す
ると、図７に示すように、近接微粒子が接触するため微
粒子が互いにつながり、結果として本来の微粒子サイズ
よりも大きくなり、いわゆるパ−コレ−トした状態とな
るため、量子サイズ効果の発現が困難となり、所望の発
光特性が得られない。
種類の元素又は組成からなる半導体微粒子３２を堆積す
ると、図７に示すように、近接微粒子が接触するため微
粒子が互いにつながり、結果として本来の微粒子サイズ
よりも大きくなり、いわゆるパ−コレ−トした状態とな
るため、量子サイズ効果の発現が困難となり、所望の発
光特性が得られない。
【００２０】これに対し、本発明の発光素子において
は、図１に示すように、半導体からなる第１の微粒子１
に対し、前記半導体とは異なる元素若しくは組成の半導
体、金属、又は半金属からなる第２の微粒子２を障壁層
として組合せることにより、微粒子同士の近接による微
粒子のサイズの拡大を防止することが出来る。特に、一
方の微粒子の量を全体の４０〜６０％に抑えることによ
り、微粒子同士の近接による微粒子のサイズの拡大を確
実に防止することが可能である。
は、図１に示すように、半導体からなる第１の微粒子１
に対し、前記半導体とは異なる元素若しくは組成の半導
体、金属、又は半金属からなる第２の微粒子２を障壁層
として組合せることにより、微粒子同士の近接による微
粒子のサイズの拡大を防止することが出来る。特に、一
方の微粒子の量を全体の４０〜６０％に抑えることによ
り、微粒子同士の近接による微粒子のサイズの拡大を確
実に防止することが可能である。
【００２１】以上のように、本発明の発光素子では、各
微粒子の材質又はサイズを適宜選択することにより、材
料設計が容易となり、発光波長等の所望の特性を得るこ
とが可能である。なお、本発明は、特にＥＬ素子に好適
に適用することが出来る。
微粒子の材質又はサイズを適宜選択することにより、材
料設計が容易となり、発光波長等の所望の特性を得るこ
とが可能である。なお、本発明は、特にＥＬ素子に好適
に適用することが出来る。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の種々の実施例について、図面
を参照して説明する。 実施例１ 図２は、本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子の
概略構成を示す断面図である。以下、図２に示す半導体
発光素子について、その製造工程とともに説明する。
を参照して説明する。 実施例１ 図２は、本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子の
概略構成を示す断面図である。以下、図２に示す半導体
発光素子について、その製造工程とともに説明する。
【００２３】図２において、比抵抗０．０９〜０．１１
Ω・ｃｍのボロンド−プｐ−Ｓｉ基板１１の裏面には、
Ａｌからなるオ−ミック電極１２が形成されている。こ
のＳｉ基板１１の上面に、ＲＦマグネトロンスパッタ装
置によりＳｉとＧｅをタ−ゲットとして用いて共スパッ
タし、Ｓｉ微粒子１３，Ｇｅ微粒子１４を堆積した。こ
の場合のスパッタ雰囲気は圧力１×１０-3ＴｏｒｒのＡ
ｒガス雰囲気であり、ＲＦ出力は約１．１ｋＷである。
Ω・ｃｍのボロンド−プｐ−Ｓｉ基板１１の裏面には、
Ａｌからなるオ−ミック電極１２が形成されている。こ
のＳｉ基板１１の上面に、ＲＦマグネトロンスパッタ装
置によりＳｉとＧｅをタ−ゲットとして用いて共スパッ
タし、Ｓｉ微粒子１３，Ｇｅ微粒子１４を堆積した。こ
の場合のスパッタ雰囲気は圧力１×１０-3ＴｏｒｒのＡ
ｒガス雰囲気であり、ＲＦ出力は約１．１ｋＷである。
【００２４】次いで、Ａｒガス雰囲気中でアニ−ルし
て、Ｓｉ微粒子１３，Ｇｅ微粒子１４を成長させた。ア
ニ−ル条件は、アニ−ル温度６００℃〜１１００℃、ア
ニ−ル時間２０〜６０分である。Ｓｉ微粒子１３及びＧ
ｅ微粒子１４の粒径は、このアニ−ル条件を適宜変える
ことにより制御した。成長した微粒子の粒径を断面ＴＥ
Ｍ観察により求めたところ、Ｓｉ微粒子１３の粒径は３
〜９ｎｍ、Ｇｅ微粒子１４の粒径は２〜７ｎｍであっ
た。
て、Ｓｉ微粒子１３，Ｇｅ微粒子１４を成長させた。ア
ニ−ル条件は、アニ−ル温度６００℃〜１１００℃、ア
ニ−ル時間２０〜６０分である。Ｓｉ微粒子１３及びＧ
ｅ微粒子１４の粒径は、このアニ−ル条件を適宜変える
ことにより制御した。成長した微粒子の粒径を断面ＴＥ
Ｍ観察により求めたところ、Ｓｉ微粒子１３の粒径は３
〜９ｎｍ、Ｇｅ微粒子１４の粒径は２〜７ｎｍであっ
た。
【００２５】最後に、３０分間のＲＦスパッタにより、
膜厚約１５０ｎｍのＩＴＯ（Ｓｎド−プＩｎ2 Ｏ3 ）透
明電極１５を形成し、Ｓｉ及びＧｅ超微粒子１３，１４
を活性層としたダブルヘテロ接合発光素子を作製した。
膜厚約１５０ｎｍのＩＴＯ（Ｓｎド−プＩｎ2 Ｏ3 ）透
明電極１５を形成し、Ｓｉ及びＧｅ超微粒子１３，１４
を活性層としたダブルヘテロ接合発光素子を作製した。
【００２６】以上のようにして得た発光素子では、Ｓｉ
及びＧｅ超微粒子１３，１４のバンドギャップは、量子
閉じ込め効果により可視域まで広がる。また、微粒子の
粒径に依存するが、一般にＳｉ超微粒子１３がＧｅ超微
粒子１４の障壁となり、多重量子井戸を形成する。
及びＧｅ超微粒子１３，１４のバンドギャップは、量子
閉じ込め効果により可視域まで広がる。また、微粒子の
粒径に依存するが、一般にＳｉ超微粒子１３がＧｅ超微
粒子１４の障壁となり、多重量子井戸を形成する。
【００２７】得られたダブルヘテロ接合発光素子のＩＴ
Ｏ電極１５に負電圧を印加して直流電流を流し、電流−
電圧特性を測定したところ、強い整流性を示した。ま
た、順方向電圧を印加し、電子とホ−ルを供給すること
により数Ｖで黄色の可視発光が観測され、発光強度は電
流に比例して増大した。
Ｏ電極１５に負電圧を印加して直流電流を流し、電流−
電圧特性を測定したところ、強い整流性を示した。ま
た、順方向電圧を印加し、電子とホ−ルを供給すること
により数Ｖで黄色の可視発光が観測され、発光強度は電
流に比例して増大した。
【００２８】実施例２ 図３は、本発明の第２の実施例に係る半導体発光素子の
概略構成を示す断面図である。以下、図３に示す半導体
発光素子について、その製造工程とともに説明する。
概略構成を示す断面図である。以下、図３に示す半導体
発光素子について、その製造工程とともに説明する。
【００２９】図３において、比抵抗０．０９〜０．１１
Ω・ｃｍのボロンド−プｐ−Ｓｉ基板１１の裏面には、
Ａｌからなるオ−ミック電極１２が形成されている。こ
のＳｉ基板１１の上面に、ＲＦマグネトロンスパッタ装
置によりＳｉとＧｅをタ−ゲットとして用いて別々にス
パッタすることにより、Ｓｉ微粒子１３とＧｅ微粒子１
４を交互に堆積した。この場合のスパッタ雰囲気は１×
１０-3ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気であり、ＲＦ出力は約
１．１ｋＷである。
Ω・ｃｍのボロンド−プｐ−Ｓｉ基板１１の裏面には、
Ａｌからなるオ−ミック電極１２が形成されている。こ
のＳｉ基板１１の上面に、ＲＦマグネトロンスパッタ装
置によりＳｉとＧｅをタ−ゲットとして用いて別々にス
パッタすることにより、Ｓｉ微粒子１３とＧｅ微粒子１
４を交互に堆積した。この場合のスパッタ雰囲気は１×
１０-3ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気であり、ＲＦ出力は約
１．１ｋＷである。
【００３０】次いで、Ａｒガス雰囲気中でアニ−ルし
て、Ｓｉ微粒子１３，Ｇｅ微粒子１４を成長させた。ア
ニ−ル条件は、アニ−ル時間６００℃〜１１００℃、ア
ニ−ル時間２０〜６０分である。このようにしてＳｉ微
粒子層２３とＧｅ微粒子層２４とを１層づつ交互に堆積
した。これらの微粒子層２３，２４の全体の膜厚は１２
０ｎｍであった。
て、Ｓｉ微粒子１３，Ｇｅ微粒子１４を成長させた。ア
ニ−ル条件は、アニ−ル時間６００℃〜１１００℃、ア
ニ−ル時間２０〜６０分である。このようにしてＳｉ微
粒子層２３とＧｅ微粒子層２４とを１層づつ交互に堆積
した。これらの微粒子層２３，２４の全体の膜厚は１２
０ｎｍであった。
【００３１】Ｓｉ微粒子１３及びＧｅ微粒子１４の粒径
は、このアニ−ル条件を適宜変えることにより制御し
た。成長した微粒子の粒径を断面ＴＥＭ観察により求め
たところ、Ｓｉ微粒子１３の粒径は３〜９ｎｍ、Ｇｅ微
粒子１４の粒径は２〜７ｎｍであった。
は、このアニ−ル条件を適宜変えることにより制御し
た。成長した微粒子の粒径を断面ＴＥＭ観察により求め
たところ、Ｓｉ微粒子１３の粒径は３〜９ｎｍ、Ｇｅ微
粒子１４の粒径は２〜７ｎｍであった。
【００３２】最後に、３分間のＲＦスパッタにより、膜
厚約３００ｎｍのＡｕ半透明電極１６を形成し、Ｓｉ及
びＧｅ超微粒子を活性層としたダブルヘテロ接合発光素
子を作製した。
厚約３００ｎｍのＡｕ半透明電極１６を形成し、Ｓｉ及
びＧｅ超微粒子を活性層としたダブルヘテロ接合発光素
子を作製した。
【００３３】以上のようにして得た発光素子では、Ｓｉ
及びＧｅ超微粒子のバンドギャップは、量子閉じ込め効
果により可視域まで広がる。また、微粒子の粒径に依存
するが、一般にＳｉ超微粒子１３がＧｅ超微粒子１４の
障壁となり、多重量子井戸を形成する。
及びＧｅ超微粒子のバンドギャップは、量子閉じ込め効
果により可視域まで広がる。また、微粒子の粒径に依存
するが、一般にＳｉ超微粒子１３がＧｅ超微粒子１４の
障壁となり、多重量子井戸を形成する。
【００３４】得られたダブルヘテロ接合発光素子のＡｕ
電極１６に負電圧を印加して直流電流を流し、電流−電
圧特性を測定したところ、強い整流性を示した。また、
順方向電圧を印加し、電子とホ−ルを供給することによ
り数Ｖでオレンジ色の可視発光が観測され、発光強度は
電流に比例して増大した。
電極１６に負電圧を印加して直流電流を流し、電流−電
圧特性を測定したところ、強い整流性を示した。また、
順方向電圧を印加し、電子とホ−ルを供給することによ
り数Ｖでオレンジ色の可視発光が観測され、発光強度は
電流に比例して増大した。
【００３５】このように、Ｓｉ、Ｇｅとそれぞれ異なる
バンドギャップの半導体微粒子を制御して交互に積層す
ることにより、バンドエンジニアリングが可能となり、
ランダムに積層した場合に比較し、発光効率が向上し
た。
バンドギャップの半導体微粒子を制御して交互に積層す
ることにより、バンドエンジニアリングが可能となり、
ランダムに積層した場合に比較し、発光効率が向上し
た。
【００３６】実施例３ 図４は、本発明の第３の実施例に係る半導体発光素子の
概略構成を示す断面図である。以下、図４に示す半導体
発光素子について、その製造工程とともに説明する。
概略構成を示す断面図である。以下、図４に示す半導体
発光素子について、その製造工程とともに説明する。
【００３７】図４において、比抵抗０．０９〜０．１１
Ω・ｃｍのボロンド−プｐ−Ｓｉ基板１１の裏面には、
Ａｌからなるオ−ミック電極１２が形成されている。こ
のＳｉ基板１１の上面に、ＲＦマグネトロンスパッタ装
置によりＳｉとＧｅをタ−ゲットとして用いて別々にス
パッタすることにより、Ｓｉ微粒子１３とＧｅ微粒子１
４を交互に堆積した。この場合のスパッタ雰囲気は１×
１０-3ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気であり、ＲＦ出力は約
１．１ｋＷである。
Ω・ｃｍのボロンド−プｐ−Ｓｉ基板１１の裏面には、
Ａｌからなるオ−ミック電極１２が形成されている。こ
のＳｉ基板１１の上面に、ＲＦマグネトロンスパッタ装
置によりＳｉとＧｅをタ−ゲットとして用いて別々にス
パッタすることにより、Ｓｉ微粒子１３とＧｅ微粒子１
４を交互に堆積した。この場合のスパッタ雰囲気は１×
１０-3ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気であり、ＲＦ出力は約
１．１ｋＷである。
【００３８】次いで、Ａｒガス雰囲気中でアニ−ルし
て、Ｓｉ微粒子１３，Ｇｅ微粒子１４を成長させた。ア
ニ−ル条件は、アニ−ル温度６００℃〜１１００℃、ア
ニ−ル時間２０〜６０分である。このようにしてＳｉ微
粒子層２３ａとＧｅ微粒子層２４ａとを１層づつ交互に
堆積した。これらの微粒子層２３ａ，２４ａの全体の膜
厚は１６０ｎｍであった。次に、微粒子層２３ｂ，２４
ｂにボロン（Ｂ）を１０14／ｃｍ2 のド−ズ量、約５０
ｋｅＶの加速電圧でイオン注入した。
て、Ｓｉ微粒子１３，Ｇｅ微粒子１４を成長させた。ア
ニ−ル条件は、アニ−ル温度６００℃〜１１００℃、ア
ニ−ル時間２０〜６０分である。このようにしてＳｉ微
粒子層２３ａとＧｅ微粒子層２４ａとを１層づつ交互に
堆積した。これらの微粒子層２３ａ，２４ａの全体の膜
厚は１６０ｎｍであった。次に、微粒子層２３ｂ，２４
ｂにボロン（Ｂ）を１０14／ｃｍ2 のド−ズ量、約５０
ｋｅＶの加速電圧でイオン注入した。
【００３９】その後、上述と同様にして、スパッタリン
グとアニ−ル処理により、Ｓｉ微粒子層２３ａとＧｅ微
粒子層２４ａとを１層づつ交互に堆積した。これらの微
粒子層２３ａ，２４ａの全体の膜厚は８０ｎｍであっ
た。次に、微粒子層２３ａ，２４ａにリン（Ｐ）を１０
14／ｃｍ2 のド−ズ量、約３０ｋｅＶの加速電圧でイオ
ン注入した。最後に、ド−パントを活性化するために、
８５０℃で３０分間のアニ−ル処理を実施した。
グとアニ−ル処理により、Ｓｉ微粒子層２３ａとＧｅ微
粒子層２４ａとを１層づつ交互に堆積した。これらの微
粒子層２３ａ，２４ａの全体の膜厚は８０ｎｍであっ
た。次に、微粒子層２３ａ，２４ａにリン（Ｐ）を１０
14／ｃｍ2 のド−ズ量、約３０ｋｅＶの加速電圧でイオ
ン注入した。最後に、ド−パントを活性化するために、
８５０℃で３０分間のアニ−ル処理を実施した。
【００４０】このように微粒子層に不純物をド−プする
ことにより、Ｓｉ微粒子層２３ａ及びＧｅ微粒子層２４
ａと、Ｓｉ微粒子層２３ｂ及びＧｅ微粒子層２４ｂとの
間にｐｎ接合を形成した。なお、各微粒子の粒子径は、
断面ＴＥＭ観察により、Ｓｉ微粒子１３が３〜９ｎｍ、
Ｇｅ微粒子１４が２〜７ｎｍの範囲であった。
ことにより、Ｓｉ微粒子層２３ａ及びＧｅ微粒子層２４
ａと、Ｓｉ微粒子層２３ｂ及びＧｅ微粒子層２４ｂとの
間にｐｎ接合を形成した。なお、各微粒子の粒子径は、
断面ＴＥＭ観察により、Ｓｉ微粒子１３が３〜９ｎｍ、
Ｇｅ微粒子１４が２〜７ｎｍの範囲であった。
【００４１】最後に、３０分間のＲＦスパッタにより、
膜厚約３０ｎｍのＡｕ半透明電極１６を形成し、Ｓｉ超
微粒子及びＧｅ超微粒子を発光層としたｐｎ接合発光素
子を作製した。
膜厚約３０ｎｍのＡｕ半透明電極１６を形成し、Ｓｉ超
微粒子及びＧｅ超微粒子を発光層としたｐｎ接合発光素
子を作製した。
【００４２】以上のようにして得た発光素子では、Ｓｉ
及びＧｅ超微粒子のバンドギャップは、量子閉じ込め効
果により可視域まで広がる。また、微粒子の粒径に依存
するが、一般にＳｉ超微粒子１３がＧｅ超微粒子１４の
障壁となり、多重量子井戸を形成する。
及びＧｅ超微粒子のバンドギャップは、量子閉じ込め効
果により可視域まで広がる。また、微粒子の粒径に依存
するが、一般にＳｉ超微粒子１３がＧｅ超微粒子１４の
障壁となり、多重量子井戸を形成する。
【００４３】得られたｐｎ接合発光素子のＡｕ電極１６
に負電圧を印加して直流電流を流し、電流−電圧特性を
測定したところ、強い整流性を示した。また、順方向電
圧を印加し、電子とホ−ルを供給することにより数Ｖで
オレンジ色の可視発光が観測され、発光強度は電流に比
例して増大した。
に負電圧を印加して直流電流を流し、電流−電圧特性を
測定したところ、強い整流性を示した。また、順方向電
圧を印加し、電子とホ−ルを供給することにより数Ｖで
オレンジ色の可視発光が観測され、発光強度は電流に比
例して増大した。
【００４４】実施例４ 図８は、本発明の第４の実施例に係る、異なる粒径のＳ
ｉ微粒子を交互に積層した例を示す。
ｉ微粒子を交互に積層した例を示す。
【００４５】Ｓｉ微粒子の作製には、プラズマＣＶＤ装
置を用いた。原料にはモノシラン（ＳＩＨ4 ）を用い、
これを２．５ＧＨｚのマイクロ波プラズマで空胴共振器
室内で分解される。また、キャリアガスとしてはＨ2 を
用いた。空胴共振器室内で形成されたＳｉ超微粒子をノ
ズルを通して吹き出し、Ｓｉ基板４１上に堆積した。こ
のときのＳｉ微粒子の粒径は、ＳｉＨ4 分圧に依存し、
ＳｉＨ4 分圧が高いほど粒径は大きくなる。粒径３．５
ｎｍのＳｉ微粒子の層４３は、ＳｉＨ4 濃度を７％、粒
径１．５ｎｍのＳｉ微粒子の層４２は、ＳｉＨ4 濃度を
３％にして、Ｓｉ微粒子を作製した。
置を用いた。原料にはモノシラン（ＳＩＨ4 ）を用い、
これを２．５ＧＨｚのマイクロ波プラズマで空胴共振器
室内で分解される。また、キャリアガスとしてはＨ2 を
用いた。空胴共振器室内で形成されたＳｉ超微粒子をノ
ズルを通して吹き出し、Ｓｉ基板４１上に堆積した。こ
のときのＳｉ微粒子の粒径は、ＳｉＨ4 分圧に依存し、
ＳｉＨ4 分圧が高いほど粒径は大きくなる。粒径３．５
ｎｍのＳｉ微粒子の層４３は、ＳｉＨ4 濃度を７％、粒
径１．５ｎｍのＳｉ微粒子の層４２は、ＳｉＨ4 濃度を
３％にして、Ｓｉ微粒子を作製した。
【００４６】なお、Ｓｉ微粒子層の作製時には、熱酸化
を短時間実施し、Ｓｉ微粒子表面に約１ｎｍの酸化膜を
形成して、パ−コレ−トを阻止すると同時に、薄い酸化
膜によりキャリアのトンネルによる注入が可能となっ
た。
を短時間実施し、Ｓｉ微粒子表面に約１ｎｍの酸化膜を
形成して、パ−コレ−トを阻止すると同時に、薄い酸化
膜によりキャリアのトンネルによる注入が可能となっ
た。
【００４７】このようにして形成したＳｉ微粒子上層に
Ａｕ半透過膜を約２００オングストロ−ムの厚さに積層
し、発光素子を作製した。このとき、大きいサイズの微
粒子４３は井戸層、小さいサイズの微粒子４２は閉じ込
め層として働き、発光素子は良好な可視発光特性を示し
た。
Ａｕ半透過膜を約２００オングストロ−ムの厚さに積層
し、発光素子を作製した。このとき、大きいサイズの微
粒子４３は井戸層、小さいサイズの微粒子４２は閉じ込
め層として働き、発光素子は良好な可視発光特性を示し
た。
【００４８】実施例５ 実施例３に示すように、ｐｎ接合を形成することによ
り、ショットキ−接合に比べ、少数キャリアの注入が容
易となり、従って、発光効率が向上する。
り、ショットキ−接合に比べ、少数キャリアの注入が容
易となり、従って、発光効率が向上する。
【００４９】下記表１は、第１及び第２の半導体微粒子
の総量に対する割合を発光強度（フォトルミネセンス）
の関係を示す。ここでは、第１の微粒子として粒径２〜
６ｎｍのＳｉ微粒子を、第２の微粒子として粒径２．５
〜８ｎｍのＧｅ微粒子を用いた。
の総量に対する割合を発光強度（フォトルミネセンス）
の関係を示す。ここでは、第１の微粒子として粒径２〜
６ｎｍのＳｉ微粒子を、第２の微粒子として粒径２．５
〜８ｎｍのＧｅ微粒子を用いた。
【００５０】 表１ Ｓｉ微粒子の量 0 20 40 50 60 80 100 （重量％） Ｇｅ微粒子の量 100 80 60 50 40 20 0 （重量％） 発光強度 無 微弱 弱 強 弱 微弱 無 上記表１から明らかなように、１つの微粒子の総量に占
める割合が大きくなる程、パ−コレ−トが起こり、発光
強度が低下することがわかる。表１より、第１及び第２
の微粒子のいずれかの割合が４０〜６０％であるのが可
視発光には必要であることがわかる。
める割合が大きくなる程、パ−コレ−トが起こり、発光
強度が低下することがわかる。表１より、第１及び第２
の微粒子のいずれかの割合が４０〜６０％であるのが可
視発光には必要であることがわかる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
半導体からなる第１の微粒子に対し、前記半導体とは異
なる元素若しくは組成の半導体、金属、又は半金属から
なる第２の微粒子を障壁層として組合せることにより、
微粒子同士の近接による微粒子のサイズの拡大を防止す
ることが出来、その結果、優れた発光特性を有する発光
素子を得ることが可能である。
半導体からなる第１の微粒子に対し、前記半導体とは異
なる元素若しくは組成の半導体、金属、又は半金属から
なる第２の微粒子を障壁層として組合せることにより、
微粒子同士の近接による微粒子のサイズの拡大を防止す
ることが出来、その結果、優れた発光特性を有する発光
素子を得ることが可能である。
【図１】本発明の半導体発光素子を説明するための概略
図。
図。
【図２】本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子を
示す断面図。
示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施例に係る半導体発光素子を
示す断面図。
示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施例に係る半導体発光素子を
示す断面図。
示す断面図。
【図５】従来の半導体発光素子を説明するための図。
【図６】従来の半導体発光素子のエネルギ−バンド図。
【図７】従来の半導体発光素子の問題点を説明するため
の図。
の図。
【図８】本発明の第４の実施例に係る、異なる粒径のＳ
ｉ微粒子を交互に積層した例を示す断面図。
ｉ微粒子を交互に積層した例を示す断面図。
１，１３…第１の微粒子、２，１４…第２の微粒子、１
１，３１…Ｓｉ基板、１２…オ−ミック電極、１５，１
６…透明電極、２３，２３ａ，２３ｂ…Ｓｉ微粒子層、
２４，２４ａ，２４ｂ…Ｇｅ微粒子層、３２…半導体微
粒子、３３…酸化物層。
１，３１…Ｓｉ基板、１２…オ−ミック電極、１５，１
６…透明電極、２３，２３ａ，２３ｂ…Ｓｉ微粒子層、
２４，２４ａ，２４ｂ…Ｇｅ微粒子層、３２…半導体微
粒子、３３…酸化物層。
Claims (4)
- 【請求項１】 一対の電極と、これらの電極の間に設け
られた発光層とを具備し、前記発光層は、半導体からな
る第１の微粒子と、前記半導体とは異なる元素又は組成
の半導体、金属、及び半金属の少なくとも１種からなる
第２の微粒子との混合物からなることを特徴とする半導
体発光素子。 - 【請求項２】 前記第１及び第２の微粒子の総量に対す
る前記第１及び第２の微粒子のいずれかの量が４０〜６
０％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】 一対の電極と、これらの電極の間に設け
られた発光層とを具備し、前記発光層は、半導体からな
る第１の微粒子層と、前記半導体とは異なる元素、組
成、又は粒径の半導体、金属、及び半金属の少なくとも
１種からなる第２の微粒子層とを交互に積層してなるこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項４】 一対の電極と、これらの電極の間に設け
られた発光層とを具備し、前記発光層は、半導体からな
る第１の微粒子層と、前記半導体とは異なる元素、組
成、又は粒径の半導体、金属、及び半金属の少なくとも
１種からなる第２の微粒子層とを交互に積層してなり、
この積層体はいずれかの微粒子層間の界面において２つ
に分けられ、両者は互いに異なる導電型の不純物を含
み、ｐｎ接合を形成していることを特徴とする半導体発
光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5097395A JPH08250764A (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5097395A JPH08250764A (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08250764A true JPH08250764A (ja) | 1996-09-27 |
Family
ID=12873764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5097395A Pending JPH08250764A (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08250764A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003115385A (ja) * | 2001-10-01 | 2003-04-18 | Japan Science & Technology Corp | 固体自発光表示装置及びその製造方法 |
| JP2006228916A (ja) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Sony Corp | 発光素子 |
| WO2009037847A1 (ja) * | 2007-09-19 | 2009-03-26 | Panasonic Corporation | 発光素子およびそれを用いた表示装置 |
| WO2009116259A1 (ja) * | 2008-03-17 | 2009-09-24 | パナソニック株式会社 | 発光素子 |
| US10171767B2 (en) | 2005-03-11 | 2019-01-01 | Hand Held Products, Inc. | Image reader comprising CMOS based image sensor array |
-
1995
- 1995-03-10 JP JP5097395A patent/JPH08250764A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003115385A (ja) * | 2001-10-01 | 2003-04-18 | Japan Science & Technology Corp | 固体自発光表示装置及びその製造方法 |
| JP2006228916A (ja) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Sony Corp | 発光素子 |
| US10171767B2 (en) | 2005-03-11 | 2019-01-01 | Hand Held Products, Inc. | Image reader comprising CMOS based image sensor array |
| WO2009037847A1 (ja) * | 2007-09-19 | 2009-03-26 | Panasonic Corporation | 発光素子およびそれを用いた表示装置 |
| WO2009116259A1 (ja) * | 2008-03-17 | 2009-09-24 | パナソニック株式会社 | 発光素子 |
| US8450766B2 (en) | 2008-03-17 | 2013-05-28 | Panasonic Corporation | Light emitting device |
| JP5351882B2 (ja) * | 2008-03-17 | 2013-11-27 | パナソニック株式会社 | 発光素子 |
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