JPH104212A - 発光ダイオード - Google Patents
発光ダイオードInfo
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- JPH104212A JPH104212A JP15556696A JP15556696A JPH104212A JP H104212 A JPH104212 A JP H104212A JP 15556696 A JP15556696 A JP 15556696A JP 15556696 A JP15556696 A JP 15556696A JP H104212 A JPH104212 A JP H104212A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短波長の発光特性を有し、高輝度で信頼性の
高い発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 本発明では、量子井戸層を活性層とする
発光ダイオードにおいて、量子井戸中に、等電子元素を
添加してなる障壁挿入層を具備し、この障壁挿入層の膜
厚がトンネリングを生じる程度であることを特徴とす
る。
高い発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 本発明では、量子井戸層を活性層とする
発光ダイオードにおいて、量子井戸中に、等電子元素を
添加してなる障壁挿入層を具備し、この障壁挿入層の膜
厚がトンネリングを生じる程度であることを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード、特
に、ディスプレーや、パイロットランプあるいは光源と
して用いられる緑から青色の領域の発光ダイオードに関
する。
に、ディスプレーや、パイロットランプあるいは光源と
して用いられる緑から青色の領域の発光ダイオードに関
する。
【０００２】
【従来の技術】III-V 族の窒化ガリウムインジウム（Ga
InN ）を用いた高輝度青色発光ダイオードが作製されて
いるが、量産性、価格面などにおいて十分なものではな
い。
InN ）を用いた高輝度青色発光ダイオードが作製されて
いるが、量産性、価格面などにおいて十分なものではな
い。
【０００３】その理由の１つはエピタキシャル成長用の
基板として安価で導電性の高い半導体基板を使用できな
いことである。また、導電性基板を用いることができな
いため、電極取り出しの都合上素子構造が複雑となる。
基板として安価で導電性の高い半導体基板を使用できな
いことである。また、導電性基板を用いることができな
いため、電極取り出しの都合上素子構造が複雑となる。
【０００４】一方、II-VI 族では、ZnCdSSe 系量子井戸
型発光ダイオードで高輝度青色発光が得られており、ま
た、ZnSeTeを発光層とするダブルヘテロ型発光ダイオー
ドあるいはZnMgSSe/ZnCdSeの量子井戸型発光ダイオード
で高輝度緑色発光が得られているが、いずれにおいても
寿命などに問題がある。
型発光ダイオードで高輝度青色発光が得られており、ま
た、ZnSeTeを発光層とするダブルヘテロ型発光ダイオー
ドあるいはZnMgSSe/ZnCdSeの量子井戸型発光ダイオード
で高輝度緑色発光が得られているが、いずれにおいても
寿命などに問題がある。
【０００５】例えば図１０に示すようにZnSeTeを発光層
とするダブルヘテロ型発光ダイオードがある（イーソン
らによる結晶成長：D.Eason et al,J.Crystal Growth,1
50(1995)718-724 ）。この発光ダイオードでは、ZnSe基
板１１表面にｎ型のZnSeコンタクト層１２を介してｉ
（真性）型のZnSeTe活性層１３が形成され、さらにこの
上層にｐ型のZnSe障壁層１４を介してZnSeTeコンタクト
層１５、HgSeコンタクト層１６が形成され、このHgSeコ
ンタクト層１６およびｎ型のZnSe障壁層１２上にそれぞ
れ金属電極１７，１８が形成されている。
とするダブルヘテロ型発光ダイオードがある（イーソン
らによる結晶成長：D.Eason et al,J.Crystal Growth,1
50(1995)718-724 ）。この発光ダイオードでは、ZnSe基
板１１表面にｎ型のZnSeコンタクト層１２を介してｉ
（真性）型のZnSeTe活性層１３が形成され、さらにこの
上層にｐ型のZnSe障壁層１４を介してZnSeTeコンタクト
層１５、HgSeコンタクト層１６が形成され、このHgSeコ
ンタクト層１６およびｎ型のZnSe障壁層１２上にそれぞ
れ金属電極１７，１８が形成されている。
【０００６】ここで活性層は図１１に活性層近傍の拡大
模式図を示すように、ｎ型ZnSe障壁層１２上にZnSe0.9T
e0.1活性層１３が形成されさらにこの上層にｐ型のZnSe
障壁層１４が形成されるという構造になっている。これ
らの膜厚はそれぞれｎ型ZnSe障壁層１２が３０００nm、
ZnSe0.9Te0.1活性層１３が５０〜１００nm，ｐ型のZnSe
障壁層１４が１０００nm程度となっている。
模式図を示すように、ｎ型ZnSe障壁層１２上にZnSe0.9T
e0.1活性層１３が形成されさらにこの上層にｐ型のZnSe
障壁層１４が形成されるという構造になっている。これ
らの膜厚はそれぞれｎ型ZnSe障壁層１２が３０００nm、
ZnSe0.9Te0.1活性層１３が５０〜１００nm，ｐ型のZnSe
障壁層１４が１０００nm程度となっている。
【０００７】この発光ダイオードは高輝度で高効率であ
るが、図１２に示すように電流注入（ＥＬ）スペクトル
はブロードな単一ピークを示す。
るが、図１２に示すように電流注入（ＥＬ）スペクトル
はブロードな単一ピークを示す。
【０００８】また、ZnSeTeのＳｅとＴｅとの組成比率を
変化した時のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトル
を図１３に示す。一般に、励起状態を形成可能な範囲で
は、発光層のＰＬスペクトルはＥＬスペクトルに類似し
たスペクトル形状を示す。
変化した時のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトル
を図１３に示す。一般に、励起状態を形成可能な範囲で
は、発光層のＰＬスペクトルはＥＬスペクトルに類似し
たスペクトル形状を示す。
【０００９】まず、図１３に示すように、ZnSe1-xTexの
ＰＬスペクトルではｘが増大するにともなって、ピーク
は、高エネルギー側であるＳ１から、低エネルギー側で
あるＳ２の方向に移行する。ここでａはｘ＝０．００
３，ｂはｘ＝０．０１，ｃはｘ＝０．０２である。ま
た、別の実験から同一温度においても、ｘが増大するに
伴って、Ｓ２が支配的になることが知られている。前述
した従来例の素子ではｘ＝０．１であり、また室温で動
作することから、Ｓ２が観察される領域であるわけで、
確かに、図１２のＥＬスペクトルは、Ｓ２に対応する。
ＰＬスペクトルではｘが増大するにともなって、ピーク
は、高エネルギー側であるＳ１から、低エネルギー側で
あるＳ２の方向に移行する。ここでａはｘ＝０．００
３，ｂはｘ＝０．０１，ｃはｘ＝０．０２である。ま
た、別の実験から同一温度においても、ｘが増大するに
伴って、Ｓ２が支配的になることが知られている。前述
した従来例の素子ではｘ＝０．１であり、また室温で動
作することから、Ｓ２が観察される領域であるわけで、
確かに、図１２のＥＬスペクトルは、Ｓ２に対応する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この従来例の素子に、
室温において、電流注入を行うことにより得られたスペ
クトルは図１２に示すように、５１２nmにピークをも
ち、長波長側に裾をひく、みかけ上、単一ピークを示
す。
室温において、電流注入を行うことにより得られたスペ
クトルは図１２に示すように、５１２nmにピークをも
ち、長波長側に裾をひく、みかけ上、単一ピークを示
す。
【００１１】しかしながら、望ましい青色発光を得るた
めには、ブロードなピークの中で、長波長側の裾を無く
し、発光波長の短波長化をはかる必要がある。
めには、ブロードなピークの中で、長波長側の裾を無く
し、発光波長の短波長化をはかる必要がある。
【００１２】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、短波長の発光特性を有し、高輝度で信頼性の高い発
光ダイオードを提供することを目的とする。
で、短波長の発光特性を有し、高輝度で信頼性の高い発
光ダイオードを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、量子
井戸層を活性層とする発光ダイオードにおいて、量子井
戸中に、等電子元素を添加してなる障壁挿入層を具備
し、この障壁挿入層の膜厚が電子および正孔のトンネリ
ングを生じる程度であることを特徴とする。
井戸層を活性層とする発光ダイオードにおいて、量子井
戸中に、等電子元素を添加してなる障壁挿入層を具備
し、この障壁挿入層の膜厚が電子および正孔のトンネリ
ングを生じる程度であることを特徴とする。
【００１４】すなわち、本発明では、ｐ型半導体層とｎ
型半導体層との間にｉ型量子井戸層を挾んだダブルヘテ
ロ構造の発光ダイオードにおいて、前記ｉ型量子井戸層
中に、この構成元素と等しい電子をもつ等電子元素を添
加した障壁挿入層を具備し、前記障壁挿入層の膜厚がト
ンネリングを生じる程度であることを特徴とする。前記
障壁挿入層の膜厚は２nm以下であることを特徴とする。
型半導体層との間にｉ型量子井戸層を挾んだダブルヘテ
ロ構造の発光ダイオードにおいて、前記ｉ型量子井戸層
中に、この構成元素と等しい電子をもつ等電子元素を添
加した障壁挿入層を具備し、前記障壁挿入層の膜厚がト
ンネリングを生じる程度であることを特徴とする。前記
障壁挿入層の膜厚は２nm以下であることを特徴とする。
【００１５】また、前記ｉ型量子井戸層の膜厚は４nm以
下であることを特徴とする。
下であることを特徴とする。
【００１６】さらに、前記ｐ型半導体層とｎ型半導体層
は、Zn1-x-y-zMgxCdyMnzS1-l-mSelTemであり、前記量子
井戸層は、Zn1-x-y-zMgxCdYMnzS1-l-mSelTemを井戸層と
するｉ型量子井戸層で構成され、かつ、この量子井戸中
にTeなどの等電子元素を含むZnMgCdMnSSe障壁挿入層を
具備するようにしたことを特徴とする。また、望ましく
は、前記量子井戸層は、Zn1-x-y-zMgxCdYMnzS1-l-mSelT
emからなるｉ型量子井戸層中に、Teなどの等電子元素を
含む ZnMgCdMnSSe障壁挿入層を挿入してなるものを、Zn
1-x-y-zMgxCdyMnzS1-l-mSelTem障壁層を介して、複数周
期くり返し形成してなることを特徴とする。
は、Zn1-x-y-zMgxCdyMnzS1-l-mSelTemであり、前記量子
井戸層は、Zn1-x-y-zMgxCdYMnzS1-l-mSelTemを井戸層と
するｉ型量子井戸層で構成され、かつ、この量子井戸中
にTeなどの等電子元素を含むZnMgCdMnSSe障壁挿入層を
具備するようにしたことを特徴とする。また、望ましく
は、前記量子井戸層は、Zn1-x-y-zMgxCdYMnzS1-l-mSelT
emからなるｉ型量子井戸層中に、Teなどの等電子元素を
含む ZnMgCdMnSSe障壁挿入層を挿入してなるものを、Zn
1-x-y-zMgxCdyMnzS1-l-mSelTem障壁層を介して、複数周
期くり返し形成してなることを特徴とする。
【００１７】
【作用】例えば、図１にバンド構造図を示すように、障
壁層としてのｎ型ZnMgSSe 層２１およびｐ型ZnMgSSe 層
２２とで、真性（ｉ型）ZnCdSe層２３を井戸層とするｉ
型量子井戸層を活性層とし、この量子井戸の中央部分に
Teを添加したZnSe障壁挿入層２４を形成した発光ダイオ
ードでは、注入された正孔はまず、価電子帯サブバンド
に入り、一方注入された電子は伝導帯サブバンドに入
り、次いでサブバンドの電子とサブバンドの正孔は量子
井戸フリーエキシトンを形成すると考えられる。また、
正孔と電子は等電子元素であるTeに束縛された、束縛エ
キシトンを形成する。この際、束縛エキシトンのエネル
ギーは等電子元素によって安定化されることによって、
量子井戸フリーエキシトンのエネルギーより低下する。
また、束縛エキシトンの束縛エネルギーはブロードなエ
ネルギー分布を示す。通常ＥＬ発光では、Ｓ２状態から
の発光が支配する。この束縛エキシトンの一部はバンド
端近傍に存在する電子が形成に関与していると考えられ
る。
壁層としてのｎ型ZnMgSSe 層２１およびｐ型ZnMgSSe 層
２２とで、真性（ｉ型）ZnCdSe層２３を井戸層とするｉ
型量子井戸層を活性層とし、この量子井戸の中央部分に
Teを添加したZnSe障壁挿入層２４を形成した発光ダイオ
ードでは、注入された正孔はまず、価電子帯サブバンド
に入り、一方注入された電子は伝導帯サブバンドに入
り、次いでサブバンドの電子とサブバンドの正孔は量子
井戸フリーエキシトンを形成すると考えられる。また、
正孔と電子は等電子元素であるTeに束縛された、束縛エ
キシトンを形成する。この際、束縛エキシトンのエネル
ギーは等電子元素によって安定化されることによって、
量子井戸フリーエキシトンのエネルギーより低下する。
また、束縛エキシトンの束縛エネルギーはブロードなエ
ネルギー分布を示す。通常ＥＬ発光では、Ｓ２状態から
の発光が支配する。この束縛エキシトンの一部はバンド
端近傍に存在する電子が形成に関与していると考えられ
る。
【００１８】量子井戸に形成される量子井戸フリーエキ
シトンは、そのまま再結合して緩和するか、転位や不純
物などの結晶欠陥によって禁制帯中に形成される準位を
経由して、発光および非発光再結合によって緩和する。
等電子トラップに補足されたバウンドエキシトンの再結
合は発光再結合であり、再結合速度が大きいため、等電
子トラップを経由することによって発光確率が高められ
るものと考えられる。等電子トラップの束縛エネルギー
はブロードな分布をもち、また、４００nmから６００nm
の範囲ではＳ１，Ｓ２といった２つのピークとして認め
られる。Ｓ１，Ｓ２が現れる理由は、バンドとエキシト
ンが複数の等電子元素に束縛される場合にＳ２となり、
１つの場合にはＳ１を与えることによると考えられてい
る。また複数の場合でもバウンドエキシトンの軌道（ほ
ぼボーア半径）範囲に幾つの等電子元素がどんな配置で
分布するかによっても異なる。
シトンは、そのまま再結合して緩和するか、転位や不純
物などの結晶欠陥によって禁制帯中に形成される準位を
経由して、発光および非発光再結合によって緩和する。
等電子トラップに補足されたバウンドエキシトンの再結
合は発光再結合であり、再結合速度が大きいため、等電
子トラップを経由することによって発光確率が高められ
るものと考えられる。等電子トラップの束縛エネルギー
はブロードな分布をもち、また、４００nmから６００nm
の範囲ではＳ１，Ｓ２といった２つのピークとして認め
られる。Ｓ１，Ｓ２が現れる理由は、バンドとエキシト
ンが複数の等電子元素に束縛される場合にＳ２となり、
１つの場合にはＳ１を与えることによると考えられてい
る。また複数の場合でもバウンドエキシトンの軌道（ほ
ぼボーア半径）範囲に幾つの等電子元素がどんな配置で
分布するかによっても異なる。
【００１９】活性層に量子井戸を用いることが発光効率
を上げる上で効果的であることは従来から知られている
が、本発明においては、この量子井戸にさらに障壁挿入
層を挿入することによって、さらに発光効率を上げるこ
とができることを発見しこれに着目してなされたもので
ある。すなわち、量子井戸においてはその中心部におい
て、電子および正孔の存在確率が大きい、そこで障壁挿
入層を挿入すると、波動関数は挿入前に比べて変化する
が、電子および正孔の存在確率が大きい点で中心部に挿
入することが端に挿入するよりも有利である。また、障
壁層を量子井戸層に挿入することにより、サブバンド準
位を高めることができ、短波長域の発光を得る上で有利
である。等電子トラップバウンドエキシトンの軌道の広
がりは半径１.5nm程度と考えられるので障壁挿を挟む量
子井戸幅はそれぞれ1.５nm程度が適当であり、この場合
十分大きなサブバンドエネルギーを得ることができる。
更に量子井戸層全幅を、５nm以下とするのがのぞまし
い。すなわち、量子井戸全幅を狭くすることにより伝導
体側量子井戸のサブバンド電子が関与する等電子トラッ
プ束縛エキシトンを形成し易くなると考えられる。
を上げる上で効果的であることは従来から知られている
が、本発明においては、この量子井戸にさらに障壁挿入
層を挿入することによって、さらに発光効率を上げるこ
とができることを発見しこれに着目してなされたもので
ある。すなわち、量子井戸においてはその中心部におい
て、電子および正孔の存在確率が大きい、そこで障壁挿
入層を挿入すると、波動関数は挿入前に比べて変化する
が、電子および正孔の存在確率が大きい点で中心部に挿
入することが端に挿入するよりも有利である。また、障
壁層を量子井戸層に挿入することにより、サブバンド準
位を高めることができ、短波長域の発光を得る上で有利
である。等電子トラップバウンドエキシトンの軌道の広
がりは半径１.5nm程度と考えられるので障壁挿を挟む量
子井戸幅はそれぞれ1.５nm程度が適当であり、この場合
十分大きなサブバンドエネルギーを得ることができる。
更に量子井戸層全幅を、５nm以下とするのがのぞまし
い。すなわち、量子井戸全幅を狭くすることにより伝導
体側量子井戸のサブバンド電子が関与する等電子トラッ
プ束縛エキシトンを形成し易くなると考えられる。
【００２０】量子井戸フリーエキシトンから、等電子ト
ラップバウンドエキシトンへの電子と正孔の移行には適
当なエネルギー状態があり、例え、障壁挿入層よりも小
さくても、トンネル効果によって、障壁挿入層を透過す
ることができ、等電子バウンドエキシトンへの遷移を可
能にすると考えられる。ちなみにこの障壁挿入層の膜厚
はトンネル効果を生じ得る程度であればよく、２nm以下
とするのが望ましい。等電子トラップを含むZnSeTe層を
０．５nm程度の薄層とすることにより、この層に対する
垂直方向の複数のTeの存在確率が抑えられて、Ｓ２の低
エネルギー側に裾として現れる分布を抑制することがで
きる。 トンネル障壁層のバンドオフセットは量子井戸
全体を挟む障壁層のそれらと同程度であることが望まし
い。この場合注入電荷はその平均自由行程の範囲で殆ど
トンネル障壁層の影響を受けることなく各量子井戸に入
ることができる。
ラップバウンドエキシトンへの電子と正孔の移行には適
当なエネルギー状態があり、例え、障壁挿入層よりも小
さくても、トンネル効果によって、障壁挿入層を透過す
ることができ、等電子バウンドエキシトンへの遷移を可
能にすると考えられる。ちなみにこの障壁挿入層の膜厚
はトンネル効果を生じ得る程度であればよく、２nm以下
とするのが望ましい。等電子トラップを含むZnSeTe層を
０．５nm程度の薄層とすることにより、この層に対する
垂直方向の複数のTeの存在確率が抑えられて、Ｓ２の低
エネルギー側に裾として現れる分布を抑制することがで
きる。 トンネル障壁層のバンドオフセットは量子井戸
全体を挟む障壁層のそれらと同程度であることが望まし
い。この場合注入電荷はその平均自由行程の範囲で殆ど
トンネル障壁層の影響を受けることなく各量子井戸に入
ることができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明について、図面を参照しつつ詳
細に説明する。この発光ダイオードは、図２に示すよう
に、ガリウムヒ素（GaAs）基板２上に順次積層された膜
厚１０００nmのｎ型ZnSSe クラッド層３、膜厚３nmのZn
CdSe層４とこのZnCdSe層４の中央に挿入された膜厚１nm
のTeドープのZnSe障壁挿入層５とが１０nmのZnSSe 障壁
層６ｉをはさんで５周期形成せしめられてなる活性層
と、さらにこの上層に形成された膜厚１０００nmのｐ型
ZnSSe クラッド層６とｐ型傾斜ポテンシャル層７とで構
成され、さらにインジウム（In）からなるｎ側電極１
と、金からなるｐ側電極８とが形成されている。
細に説明する。この発光ダイオードは、図２に示すよう
に、ガリウムヒ素（GaAs）基板２上に順次積層された膜
厚１０００nmのｎ型ZnSSe クラッド層３、膜厚３nmのZn
CdSe層４とこのZnCdSe層４の中央に挿入された膜厚１nm
のTeドープのZnSe障壁挿入層５とが１０nmのZnSSe 障壁
層６ｉをはさんで５周期形成せしめられてなる活性層
と、さらにこの上層に形成された膜厚１０００nmのｐ型
ZnSSe クラッド層６とｐ型傾斜ポテンシャル層７とで構
成され、さらにインジウム（In）からなるｎ側電極１
と、金からなるｐ側電極８とが形成されている。
【００２２】この発光ダイオードのバンドダイアグラム
の模式図を図３に、ＥＬスペクトルを図４に示す。
の模式図を図３に、ＥＬスペクトルを図４に示す。
【００２３】この図からわかるように、量子井戸層から
なる活性層の中央に、ＶＩ族等電子元素として１０原子
％程度でかつ単分子層程度の厚さをもつTeドープ層が挿
入されていることおよび干渉効果などにより、多数のピ
ークが分離して現れ、また組成や厚みなどの構成により
各スペクトルの強度比が変化すると考えられる。本来等
電子トラップからの発光は多数のピークにより構成され
る。これはトラップ準位が等電子元素の分布の偏りに依
存して変わることに起因する。すなわち、多くのTe元素
がより集まった場所ほどトラップ準位は低くなり、発光
波長が長波長化する。本発明によれば、ZnSe障壁挿入層
を薄くすることによって、３次元分布を２次元的な分布
に変えることにより、深いトラップ準位を抑制すること
が可能となり、Ｓ２の分布において低エネルギー側の分
布を抑制する。これらは発光波長を短波長化する上で効
果がある。
なる活性層の中央に、ＶＩ族等電子元素として１０原子
％程度でかつ単分子層程度の厚さをもつTeドープ層が挿
入されていることおよび干渉効果などにより、多数のピ
ークが分離して現れ、また組成や厚みなどの構成により
各スペクトルの強度比が変化すると考えられる。本来等
電子トラップからの発光は多数のピークにより構成され
る。これはトラップ準位が等電子元素の分布の偏りに依
存して変わることに起因する。すなわち、多くのTe元素
がより集まった場所ほどトラップ準位は低くなり、発光
波長が長波長化する。本発明によれば、ZnSe障壁挿入層
を薄くすることによって、３次元分布を２次元的な分布
に変えることにより、深いトラップ準位を抑制すること
が可能となり、Ｓ２の分布において低エネルギー側の分
布を抑制する。これらは発光波長を短波長化する上で効
果がある。
【００２４】また、発光層を電子および正孔の存在確率
の高い量子井戸層の中心部に据えることにより、実効的
な電流注入密度を上げることによって、非発光過程を抑
えて発光効率を上げることができる。
の高い量子井戸層の中心部に据えることにより、実効的
な電流注入密度を上げることによって、非発光過程を抑
えて発光効率を上げることができる。
【００２５】次にこの発光ダイオードについて製造工程
に従って詳細に説明する。
に従って詳細に説明する。
【００２６】まず（１００）ｎ型GaAs基板２表面に、分
子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）により膜厚１０００nm
のZnSSe クラッド層３、膜厚１．５nmのZnCdSe層４を形
成する。 この後，このZnCdSe層４の表面に膜厚１nm程
度のTeドープのZnSe障壁挿入層５を形成する。さらにこ
の上層に再びＭＢＥ法によりZnCdSe層４を形成する。そ
してｉ型ZnSSe層６ｉを挟んで、再びZnCdSe層４を形成
する工程とこの表面にTeドープのZnSe障壁挿入層５を形
成する工程と、さらにZnCdSe層４を形成する工程という
ように、障壁挿入層を含む量子井戸構造を３周期繰り返
し、さらにこの上層にｐ型ZnSSe クラッド層６とｐ型傾
斜ポテンシャル層７とを順次形成する。そして通常のフ
ォトリソグラフィによりパターニングを行い、最後に、
基板側にインジウム（In）からなるｎ側電極１を形成す
るとともに表面側には、金からなるｐ側電極８とを形成
する。
子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）により膜厚１０００nm
のZnSSe クラッド層３、膜厚１．５nmのZnCdSe層４を形
成する。 この後，このZnCdSe層４の表面に膜厚１nm程
度のTeドープのZnSe障壁挿入層５を形成する。さらにこ
の上層に再びＭＢＥ法によりZnCdSe層４を形成する。そ
してｉ型ZnSSe層６ｉを挟んで、再びZnCdSe層４を形成
する工程とこの表面にTeドープのZnSe障壁挿入層５を形
成する工程と、さらにZnCdSe層４を形成する工程という
ように、障壁挿入層を含む量子井戸構造を３周期繰り返
し、さらにこの上層にｐ型ZnSSe クラッド層６とｐ型傾
斜ポテンシャル層７とを順次形成する。そして通常のフ
ォトリソグラフィによりパターニングを行い、最後に、
基板側にインジウム（In）からなるｎ側電極１を形成す
るとともに表面側には、金からなるｐ側電極８とを形成
する。
【００２７】このように、製造工程としては、ドーピン
グ工程を付加するのみで、極めて容易に形成できる。
グ工程を付加するのみで、極めて容易に形成できる。
【００２８】なお、前記実施例では、Teを等電子元素と
して添加したZnSe層を用いたが、これに限定されること
なく、例えば図５に示すように活性層として、膜厚４９
nmのZn0.9Cd0.1 Se層２４のまん中に、テルルドープのZ
nSe層２５を１nm形成しこれをZnSe0.88Te0.12障壁層２
６をはさんで多周期繰り返して形成してもよい。
して添加したZnSe層を用いたが、これに限定されること
なく、例えば図５に示すように活性層として、膜厚４９
nmのZn0.9Cd0.1 Se層２４のまん中に、テルルドープのZ
nSe層２５を１nm形成しこれをZnSe0.88Te0.12障壁層２
６をはさんで多周期繰り返して形成してもよい。
【００２９】この活性層を用いたフォトルミネッセンス
スペクトルを図６に曲線ａで示す。この図からあきらか
なように短波長側にピークを形成していることが分か
る。
スペクトルを図６に曲線ａで示す。この図からあきらか
なように短波長側にピークを形成していることが分か
る。
【００３０】また、他の例として図７に示すように、活
性層として、膜厚３３nmの Zn0.9Cd0.1 Se層２４のまん
中に、膜厚５nmのＴｅドープのZnSe層２５を形成し、こ
れをZnSe0.88Te0.12障壁層２６を挟んで多周期繰り返し
て形成してもよい。
性層として、膜厚３３nmの Zn0.9Cd0.1 Se層２４のまん
中に、膜厚５nmのＴｅドープのZnSe層２５を形成し、こ
れをZnSe0.88Te0.12障壁層２６を挟んで多周期繰り返し
て形成してもよい。
【００３１】この活性層を用いたフォトスペクトルを図
６に曲線ｂで示す。この図からあきらかなように短波長
側にピークを形成していることが分かる。
６に曲線ｂで示す。この図からあきらかなように短波長
側にピークを形成していることが分かる。
【００３２】比較のために図８に示すように障壁挿入層
を入れない構造では、図９に示すように２つのピークを
もち、長波長側に裾をひく構造となっている。
を入れない構造では、図９に示すように２つのピークを
もち、長波長側に裾をひく構造となっている。
【００３３】格子歪をもつ厚い量子井戸では転移が生じ
易いが、実施例においてもクラッド層と井戸層の間の格
子定数に差があり、厚い量子井戸では転移が生じ易い
が、量子井戸全幅を５ｎｍ以下とすることにより幅の広
い井戸に比べてエネルギー歪を抑制することができ、素
子劣化を抑制することができる。
易いが、実施例においてもクラッド層と井戸層の間の格
子定数に差があり、厚い量子井戸では転移が生じ易い
が、量子井戸全幅を５ｎｍ以下とすることにより幅の広
い井戸に比べてエネルギー歪を抑制することができ、素
子劣化を抑制することができる。
【００３４】このように図６と図９の比較からも、本発
明のように量子井戸層中に障壁挿入層を形成することに
より、短い波長側に高いピークを有する発光層を得るこ
とが可能となる。
明のように量子井戸層中に障壁挿入層を形成することに
より、短い波長側に高いピークを有する発光層を得るこ
とが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、量子井戸層の中心部に等電子元素をドーピングした
薄い障壁挿入層を形成することにより、発光効率の高い
半導体素子を形成することが可能となる。
ば、量子井戸層の中心部に等電子元素をドーピングした
薄い障壁挿入層を形成することにより、発光効率の高い
半導体素子を形成することが可能となる。
【図１】本発明の発光ダイオードの量子井戸構造を説明
するための発光層のバンドダイアグラムを示す図
するための発光層のバンドダイアグラムを示す図
【図２】本発明の第１の実施例の発光ダイオードを示す
断面図
断面図
【図３】同発光ダイオードのバンドダイアグラムを示す
図
図
【図４】同発光ダイオードのＥＬスペクトルを示す図
【図５】本発明の他の実施例の発光ダイオードの量子井
戸構造を説明するための発光層のバンドダイアグラムを
示す図
戸構造を説明するための発光層のバンドダイアグラムを
示す図
【図６】同発光ダイオードのＥＬスペクトルを示す図
【図７】本発明の他の実施例の発光ダイオードのバンド
ダイアグラムを示す図
ダイアグラムを示す図
【図８】比較例の発光ダイオードのバンドダイアグラム
を示す図
を示す図
【図９】同発光ダイオードのＰＬスペクトルを示す図
【図１０】従来例のダブルヘテロ構造の発光ダイオ−ド
を示す図
を示す図
【図１１】同発光ダイオードの活性層の模式図
【図１２】同発光ダイオードのＥＬスペクトルを示す図
【図１３】同発光ダイオードのＰＬスペクトルを示す図
１ ｎ側電極 ２ ガリウムヒ素（GaAs）基板 ３ ｎ型ZnSSe クラッド層 ４ ZnCdSe層 ５ TeドープのZnSe層 ６ ｐ型ZnSSe クラッド層 ７ ｐ型傾斜ポテンシャル層 ８ ｐ側電極 １１ ZnSe基板 １２ ｎ型のZnSeコンタクト層 １３ ｉ（真性）型のZnSeTe活性層 １４ ｐ型のZnSeコンタクト層 １５ ZnSeTe層 １６ HgSe層 １７，１８ 金属電極 ２１ ｎ型ZnMgSSe 層 ２２ ｐ型ZnMgSSe 層 ２３ 真性（ｉ型）ZnCdSe層 ２４ Teを添加したZnSe障壁挿入層
Claims (5)
- 【請求項１】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間にｉ
型量子井戸層を挾んだダブルヘテロ構造の発光ダイオー
ドにおいて、 前記ｉ型量子井戸層中に、この構成元素の等電子元素を
添加した障壁挿入層を具備し、前記障壁挿入層の膜厚が
電子および正孔のトンネリングを生じる程度であること
を特徴とする量子井戸型の発光ダイオード。 - 【請求項２】 前記障壁挿入層の膜厚は２nm以下である
ことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。 - 【請求項３】 前記ｉ型量子井戸層の膜厚は５nm以下で
あることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。 - 【請求項４】 前記ｐ型半導体層とｎ型半導体層は、Zn
1-x-y-zMgxCdyMnzS1-l -mSelTemであり、前記量子井戸層
は、Zn1-x-y-zMgxCdYMnzS1-l-mSelTemを井戸層とするｉ
型量子井戸層で構成され、かつ、この量子井戸中にTeな
どの等電子元素を含む ZnMgCdMnSSe障壁挿入層を具備す
るようにしたことを特徴とする請求項１記載の発光ダイ
オード。 - 【請求項５】 前記量子井戸層は、Zn1-x-y-zMgxCdYMnz
S1-l-mSelTemからなるｉ型量子井戸層中に、Teなどの等
電子元素を含む ZnMgCdMnSSe障壁挿入層を挿入してなる
ものを、Zn1-x-y-zMgxCdyMnzS1-l-mSelTem障壁層を介し
て、複数周期くり返し形成してなることを特徴とする請
求項１記載の発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15556696A JPH104212A (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15556696A JPH104212A (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH104212A true JPH104212A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=15608853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15556696A Withdrawn JPH104212A (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH104212A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100411573B1 (ko) * | 2000-03-04 | 2003-12-18 | 주식회사 엔엠씨텍 | 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법 |
| JPWO2004095591A1 (ja) * | 2003-04-23 | 2006-09-21 | Hoya株式会社 | 発光ダイオード |
-
1996
- 1996-06-17 JP JP15556696A patent/JPH104212A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100411573B1 (ko) * | 2000-03-04 | 2003-12-18 | 주식회사 엔엠씨텍 | 콴텀홀을 이용한 반도체 발광소자의 제조방법 |
| JPWO2004095591A1 (ja) * | 2003-04-23 | 2006-09-21 | Hoya株式会社 | 発光ダイオード |
| JP4504309B2 (ja) * | 2003-04-23 | 2010-07-14 | Ｈｏｙａ株式会社 | 発光ダイオード |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030902 |