JPS5821383A - 青色発光素子 - Google Patents
青色発光素子Info
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- JPS5821383A JPS5821383A JP56118884A JP11888481A JPS5821383A JP S5821383 A JPS5821383 A JP S5821383A JP 56118884 A JP56118884 A JP 56118884A JP 11888481 A JP11888481 A JP 11888481A JP S5821383 A JPS5821383 A JP S5821383A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0083—Processes for devices with an active region comprising only II-VI compounds
- H01L33/0087—Processes for devices with an active region comprising only II-VI compounds with a substrate not being a II-VI compound
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Power Engineering (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は青色発光素子に関する。
青色発光素子を構成する材料は室温で２．７・Ｖ以上の
高いバンドギャップをもっことが必要である。
高いバンドギャップをもっことが必要である。
この様な高いバンドギャップをもち、かつ青色発光に有
望な半導体としては■−■化合物ではＺｎ５ｅ（セレン
化亜鉛）、Ｚｎ８ （硫化亜鉛）、ｍ−ｖ化合物ではＧ
ａＮ （窒化ガリウム）、ＩＶ−ＩＶ化合物ではＳｉＣ
（炭化シリコン）があげられる。中でもＺｎＳ・は共有
結合性が比較的太き（、バンド構造からみる発光遷移は
直接遷移型であるため効率良（青色発光が起こる可能性
が高いと期待されている。
望な半導体としては■−■化合物ではＺｎ５ｅ（セレン
化亜鉛）、Ｚｎ８ （硫化亜鉛）、ｍ−ｖ化合物ではＧ
ａＮ （窒化ガリウム）、ＩＶ−ＩＶ化合物ではＳｉＣ
（炭化シリコン）があげられる。中でもＺｎＳ・は共有
結合性が比較的太き（、バンド構造からみる発光遷移は
直接遷移型であるため効率良（青色発光が起こる可能性
が高いと期待されている。
Ｚｎ８ｅの結晶は自己補償効果が強く、低抵抗のＰ型が
形成困難である。尚、自己補償効果とはドナー不純物が
多量にドーピングされるとＺｎ 空孔子が生じやすくな
り、斯る空孔子がアクセプターとして働き、上記ドナー
を補償することである。
形成困難である。尚、自己補償効果とはドナー不純物が
多量にドーピングされるとＺｎ 空孔子が生じやすくな
り、斯る空孔子がアクセプターとして働き、上記ドナー
を補償することである。
従ってＺｎ５ｅ結晶を用いた青色発光素子の構造では一
般にＭＩＳ（金属、抱縁層、半導体）構造の電子が広（
研究されている。
般にＭＩＳ（金属、抱縁層、半導体）構造の電子が広（
研究されている。
従来、上紀青色発光累子は高圧溶融法で得られた不純物
を含有したＮ型Ｚｎ５ｓ単結晶上にＮａＦ。
を含有したＮ型Ｚｎ５ｓ単結晶上にＮａＦ。
ＭｇＦｚ、８１０２等の絶縁膜を形成すると共に斯る絶
縁膜上に金層を形成してＭＩＳ構造を得ていた。
縁膜上に金層を形成してＭＩＳ構造を得ていた。
しかし乍ら、高圧溶融法によりｆ害られたＺｎＳ・結晶
は双晶が入り易い、又自然に不本意な不純物・が混入し
易い等の欠点があり、所望の青色発光を有する結晶を再
現性良く得ることができないという問題及びＺｎ５ｅ単
結晶製造工程と絶縁膜作成工程とが夫々別々の工程にな
るため、単結晶と絶縁膜との接触界面が清浄とならず所
望のＭＩＳ構造を得難（、たとえ所望のＭＩＳ構造がで
きたとしても再現性に乏しいという問題等があり、未だ
に実用化されていない。
は双晶が入り易い、又自然に不本意な不純物・が混入し
易い等の欠点があり、所望の青色発光を有する結晶を再
現性良く得ることができないという問題及びＺｎ５ｅ単
結晶製造工程と絶縁膜作成工程とが夫々別々の工程にな
るため、単結晶と絶縁膜との接触界面が清浄とならず所
望のＭＩＳ構造を得難（、たとえ所望のＭＩＳ構造がで
きたとしても再現性に乏しいという問題等があり、未だ
に実用化されていない。
また、断点に鑑みて絶縁層を形成する方法としてＺｎＳ
・単結晶を過酸化水素水に浸漬して表面に薄い絶縁性の
ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜を形成する方法及びＺｎ８・単結
晶表面にＰ（りン）等をイオン注入して高抵抗化する方
法等が考えられたが、何れの方法においても良質な絶縁
膜を得ることができなかった。
・単結晶を過酸化水素水に浸漬して表面に薄い絶縁性の
ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜を形成する方法及びＺｎ８・単結
晶表面にＰ（りン）等をイオン注入して高抵抗化する方
法等が考えられたが、何れの方法においても良質な絶縁
膜を得ることができなかった。
最近高品質の単結晶薄膜を作る手段として有望視されて
いる方法に分子線エピタキシャル成長法（以ｆ：ＭＢＭ
と称す）があり、ｍ−ｖ化合物半導体、特にａａａｓ
（砒化ガリウム）やＧａＡｊＡｇ （砒化ガリウムアル
ミニウム）の単結晶薄膜の作製にはおどろくべ會成果を
おさめている。ＭＢ罵は、従来の結晶成長法と極めて異
った方法で、従来の結晶成長法は主として熱力学の熱平
衡状態からの成長であるのに対し、ＭＢｍは極端な熱的
非平衡状岬からの成長であるため極めて低温で成長がで
き、成長機構が物理的なメカニズムによって支配 ４さ
れている。従ってＭＨＩを用いれば従来の結晶成長法で
は得られない多くの利点をもち、かつ高品質な単結晶薄
膜が得られる。
いる方法に分子線エピタキシャル成長法（以ｆ：ＭＢＭ
と称す）があり、ｍ−ｖ化合物半導体、特にａａａｓ
（砒化ガリウム）やＧａＡｊＡｇ （砒化ガリウムアル
ミニウム）の単結晶薄膜の作製にはおどろくべ會成果を
おさめている。ＭＢ罵は、従来の結晶成長法と極めて異
った方法で、従来の結晶成長法は主として熱力学の熱平
衡状態からの成長であるのに対し、ＭＢｍは極端な熱的
非平衡状岬からの成長であるため極めて低温で成長がで
き、成長機構が物理的なメカニズムによって支配 ４さ
れている。従ってＭＨＩを用いれば従来の結晶成長法で
は得られない多くの利点をもち、かつ高品質な単結晶薄
膜が得られる。
本発明は、斯るＭＢｍにより理想的なｌｌｌ５構造を有
するＺｎＳ・青色発光素子を提供せんとするものである
。
するＺｎＳ・青色発光素子を提供せんとするものである
。
以下苓実施例に基づき本発明を詳述する。
第１図は本実施例装置を得るためのＭａｍ装置を原理的
に示したものである。パックグランド真空度１０＝’Ｔ
ｏｒｒ以Ｆに排気した真空容器内に、基板部１１３と第
１〜＠５七ｋ （２ｍ）〜（２ａ） とが対向配置さ
れ、これらの間に主シヤツタ（３）と個別シーピック（
４ａ）〜（４０）が介在されている。
に示したものである。パックグランド真空度１０＝’Ｔ
ｏｒｒ以Ｆに排気した真空容器内に、基板部１１３と第
１〜＠５七ｋ （２ｍ）〜（２ａ） とが対向配置さ
れ、これらの間に主シヤツタ（３）と個別シーピック（
４ａ）〜（４０）が介在されている。
基板部１１）はと−タ機構を備えた基板ホルダ（５１と
、その上にＩｎ（インジウム）メタル（６）により貼１
されたＧａＡｓ基板（７）とからなる。第１〜第３セル
（２ａ）〜（２ａ）は、夫々るつぼ（８ａ） 〜（８ｏ
）円にＺｎＳ・、 Ｇａを個別に収納して初り、その周
囲にるつぼ加熱用ヒータ（９）を有し、又各るつぼ温度
検出用熱電対（至）を備えている。
、その上にＩｎ（インジウム）メタル（６）により貼１
されたＧａＡｓ基板（７）とからなる。第１〜第３セル
（２ａ）〜（２ａ）は、夫々るつぼ（８ａ） 〜（８ｏ
）円にＺｎＳ・、 Ｇａを個別に収納して初り、その周
囲にるつぼ加熱用ヒータ（９）を有し、又各るつぼ温度
検出用熱電対（至）を備えている。
上記ＭＢｌｉｉ！置自体は装知であり、基板（７）や各
セルの温度を制御すると共に、各シャッタ（４ａ）〜（
４０）を適宜開閉することにより、第２図に示す如く、
ＧａＡｍ基板（７）上にＺｎ８・単結晶薄膜（社）が成
長する。本実施例では、基板（７）として不純物温度約
Ｉ Ｘ １０ ｔｊ”、成長面（１００）面のＨＪＥＩ
ｌ ＧａＡｍが用いられ、その上に約３〜５μｍの簿膜
Ｉが成長された。
セルの温度を制御すると共に、各シャッタ（４ａ）〜（
４０）を適宜開閉することにより、第２図に示す如く、
ＧａＡｍ基板（７）上にＺｎ８・単結晶薄膜（社）が成
長する。本実施例では、基板（７）として不純物温度約
Ｉ Ｘ １０ ｔｊ”、成長面（１００）面のＨＪＥＩ
ｌ ＧａＡｍが用いられ、その上に約３〜５μｍの簿膜
Ｉが成長された。
ＧａＡｇ（１００）面上へのＺｎ８ｅの単結晶薄膜を成
長１５ぜるＭａｍ成長条件、基板温度が３００℃〜４０
０℃、Ｚｎ セル温度１８０℃〜２５０℃、８ｅセル温
度１７０℃〜２２０℃で単結晶成長が起るが、成長した
膜の表面モホロジー結晶性からみると、最適条件は、基
板温度が３５０℃〜４００℃、Ｚｎ ビーム強度とＳ・
ビーム強度比が１になるような条件がよい。これらビー
ム強度は各セル温度により決まり、その温度はｉｎセル
で約２７０℃、８・セルで約１９０℃が適当である。
長１５ぜるＭａｍ成長条件、基板温度が３００℃〜４０
０℃、Ｚｎ セル温度１８０℃〜２５０℃、８ｅセル温
度１７０℃〜２２０℃で単結晶成長が起るが、成長した
膜の表面モホロジー結晶性からみると、最適条件は、基
板温度が３５０℃〜４００℃、Ｚｎ ビーム強度とＳ・
ビーム強度比が１になるような条件がよい。これらビー
ム強度は各セル温度により決まり、その温度はｉｎセル
で約２７０℃、８・セルで約１９０℃が適当である。
このような条件で作製した伽を含まないＺｎ８ａ薄膜は
、膜の電気的性質として、１０４Ωａｍ以上の比抵抗を
示すことを見い出した。
、膜の電気的性質として、１０４Ωａｍ以上の比抵抗を
示すことを見い出した。
またＺｎ８・の成長を行なう際に第５セル（２Ｇ）を４
２５℃に保ち第５シヤツタ（４ｏ）を開けることにより
不純物としてのＯｓをドーＶングすると、Ｇａドープの
ＺｎＳ・薄膜は比抵抗が（Ｌ１Ωｅｘ−２１下でかつ発
光波長が４６１ｎｍ と純粋な青色発光特性が得られ
た。
２５℃に保ち第５シヤツタ（４ｏ）を開けることにより
不純物としてのＯｓをドーＶングすると、Ｇａドープの
ＺｎＳ・薄膜は比抵抗が（Ｌ１Ωｅｘ−２１下でかつ発
光波長が４６１ｎｍ と純粋な青色発光特性が得られ
た。
本肉明は断る知見に基づいてなされたものである６
第２図は第１図の装置を用いて製造された一実施例青色
発光素子を示し、ａＤはＧａＡｇ基板（７）上に１１に
より形成された第１層であり、該第１層■はＧａドープ
ＺｎＳ・である。またこのときの成長条件は第１〜第５
セル（２ａ）〜（２０）及び上記基板（７）が夫々２９
０℃、１９０℃、４２５℃及び３５０℃であり、第１〜
第３シヤツタ（４ａ）〜（４りを開となした。（２）は
上記第１層１１Ｄ上に形成δれたアンドープＺｎ８・か
らなる第２層で、あり、該第２層（２）は上記第１層Ｉ
成長後第３シャッタ（４０）を閉じてＧｍ分子線の供給
を停止することにより得られる。
発光素子を示し、ａＤはＧａＡｇ基板（７）上に１１に
より形成された第１層であり、該第１層■はＧａドープ
ＺｎＳ・である。またこのときの成長条件は第１〜第５
セル（２ａ）〜（２０）及び上記基板（７）が夫々２９
０℃、１９０℃、４２５℃及び３５０℃であり、第１〜
第３シヤツタ（４ａ）〜（４りを開となした。（２）は
上記第１層１１Ｄ上に形成δれたアンドープＺｎ８・か
らなる第２層で、あり、該第２層（２）は上記第１層Ｉ
成長後第３シャッタ（４０）を閉じてＧｍ分子線の供給
を停止することにより得られる。
上記アンドープＺｎ８ｅからなる第２層ｌは比抵抗が１
０４０関以上と、なる高抵抗層である。従って１１１２
層＠上に金薄膜α３を形成すると、斯る金薄膜０、第２
層−及び第１層１υからなるＭＩ８構造の素子が得られ
、斯る素子において金薄膜（１３１−ＧａＡｍ基板（７
）間に順バイアスを印加すると第１層ｌと第２層０との
界面付近より約４６１ ｎｍの純粋な青色発光が得られ
た。尚、上記第２層（２）側の電極は王妃金薄膜αｌが
兼用し、また（１ｍＡｇ基板（７）側の電極はすでに基
板ホルダー（５）に固定される際に使用したＩｎ １６
１により形成されている。
０４０関以上と、なる高抵抗層である。従って１１１２
層＠上に金薄膜α３を形成すると、斯る金薄膜０、第２
層−及び第１層１υからなるＭＩ８構造の素子が得られ
、斯る素子において金薄膜（１３１−ＧａＡｍ基板（７
）間に順バイアスを印加すると第１層ｌと第２層０との
界面付近より約４６１ ｎｍの純粋な青色発光が得られ
た。尚、上記第２層（２）側の電極は王妃金薄膜αｌが
兼用し、また（１ｍＡｇ基板（７）側の電極はすでに基
板ホルダー（５）に固定される際に使用したＩｎ １６
１により形成されている。
上記第２９（２）は第１層（１１１成長後、第３シヤツ
タ（４０）を閉じるだけで連続して形成できるので、第
１１Ｄと第２層−との界面は清浄で平坦となり、また第
１層■と第２層（２）とは同一材料からなるため上記界
面付近に格子定数等の違いにより内部応力が発生せず結
晶性の良好な第２’ｊｉｉ（１２１を得ることができ４
゜ 更にＭＢＢではドーピング濃度等の制御を簡単に行える
ので上記第１層０及び第２層ａ１を再現性良く得ること
が可能である。
タ（４０）を閉じるだけで連続して形成できるので、第
１１Ｄと第２層−との界面は清浄で平坦となり、また第
１層■と第２層（２）とは同一材料からなるため上記界
面付近に格子定数等の違いにより内部応力が発生せず結
晶性の良好な第２’ｊｉｉ（１２１を得ることができ４
゜ 更にＭＢＢではドーピング濃度等の制御を簡単に行える
ので上記第１層０及び第２層ａ１を再現性良く得ること
が可能である。
尚、本実施例では不純物としてＧａを用いたが、Ａｌ（
アルミニウム） 、 Ｉｎ （インジウム）等の１族原
子を用いることも可能である。また半導体基板としＧａ
Ａｍ基板を用いたがこれに限られるものではな（Ｇ・（
ゲルマニウム） 、 ＧａＡｓＰ （ガリウム砒素リン
）、ＧａＰ（ガリウム燐）及びサファイア−（Ａ ／
！ Ｏり等、ＺｎＳ・と格子定数の近いものを用いるこ
ともできる。
アルミニウム） 、 Ｉｎ （インジウム）等の１族原
子を用いることも可能である。また半導体基板としＧａ
Ａｍ基板を用いたがこれに限られるものではな（Ｇ・（
ゲルマニウム） 、 ＧａＡｓＰ （ガリウム砒素リン
）、ＧａＰ（ガリウム燐）及びサファイア−（Ａ ／
！ Ｏり等、ＺｎＳ・と格子定数の近いものを用いるこ
ともできる。
以上の如く、本発明の青色発光素子はＭＢＢでで作成さ
れるので再現性が良く、また絶縁層としてアンドープＺ
ｎＳ・を用いるので絶縁層に■族原子ドープＺｎ５ａか
らなる半導体層との結合性も良好となる。
れるので再現性が良く、また絶縁層としてアンドープＺ
ｎＳ・を用いるので絶縁層に■族原子ドープＺｎ５ａか
らなる半導体層との結合性も良好となる。
第１図は、分子線エピタキシャル成長装置を水子
も断面図、第２図は本発明の青色発光素子の一実施例を
示す断面図である。 １７ト・・０ａＡｓ （半導体）基板、Ｑｌｌ−・・第
１層、■・・・第２層。 、工＝二二も 第２図
示す断面図である。 １７ト・・０ａＡｓ （半導体）基板、Ｑｌｌ−・・第
１層、■・・・第２層。 、工＝二二も 第２図
Claims (1)
- １１７ 半導体基板、■族原子を不純物として含むＺ
ｎ５ａからなり、分子線エピタキシャル法で上記基板の
一生面上に形成された第１層、アンドープＺｎＳ・から
なり分子線エピタ牛シャル法で上記第１層上に形成され
た第２層からなることを特徴とする青色発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56118884A JPS5821383A (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 青色発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56118884A JPS5821383A (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 青色発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5821383A true JPS5821383A (ja) | 1983-02-08 |
Family
ID=14747516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56118884A Pending JPS5821383A (ja) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | 青色発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5821383A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5218189A (en) * | 1975-08-01 | 1977-02-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Zinc selenide light emitting diode process |
-
1981
- 1981-07-28 JP JP56118884A patent/JPS5821383A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5218189A (en) * | 1975-08-01 | 1977-02-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Zinc selenide light emitting diode process |
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