JPS59117180A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPS59117180A
JPS59117180A JP57232522A JP23252282A JPS59117180A JP S59117180 A JPS59117180 A JP S59117180A JP 57232522 A JP57232522 A JP 57232522A JP 23252282 A JP23252282 A JP 23252282A JP S59117180 A JPS59117180 A JP S59117180A
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JP
Japan
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type
group semiconductor
group
substrate
semiconductor layer
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JP57232522A
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English (en)
Inventor
Yoshio Iizuka
飯塚 佳男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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 characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0093Wafer bonding; Removal of the growth substrate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は半導体発光素子に係り、特にZn5(硫化亜
鉛)、Zn5e(セレン化亜鉛)ないしその混晶である
Zn5xSe 1−xを用いた青色発光ダイオード(L
ED )に関する。
〔発明の技術的背景〕
LEADは、現在多くの表示装置に広く用いられている
が、その妃光色は赤色から緑色1でであり、青色、紫色
等の短波長LED p−1、あ1り実用には供せられで
いない。これd゛、青色、紫色等のヅi)光色を得るに
d:、少くとも2.5eV程度以上の禁制帯軸、を廟す
る利、ISトが必−ソJ′であるが、このような広い禁
制帯幅を有する拐料にはそねそれ素子化に際し、て多く
の困難な問題があり、有1産が困難でめる/ζめである
現在斗で発表されている青色LEDの拐料としては、G
aN (窒化ガリウム)、5IC(炭化ケイ2(Z)、
Zn5(%f化亜鉛)、Zn5e(セレン化亜鉛)があ
る。
〔昔穿技術の問題応〕
しかしながら、これらの材料はいずれも多くの製造上の
問題を含有している。GaNはn型の勇tel型のみし
、か得られず、まだエピタキシャル成長により簿刀ソを
得ることはできるが、エピタキシャル成長を行う基板と
なるべき単結晶は得られていない。このため、サファイ
ア等の絶縁性基板上に、n′mGaN層を形成し、妊ら
にこの上に絶縁性薄膜、電極膜を順次形成シフ、MIS
(Metalユn5ulator旦emiconduc
tor ) 構造のLEDとしている。しかし、このL
EDの発光強度は後述のZnS 、 Zn5eと比較し
て弱い。
SiCはp型及びn型の両温電性の形成が可能であり、
才だ、エピタキシャル成長の基板として使用し得る程度
の単結晶は製造することができる。しかし、SiCは間
接遷移であり、余り高い発光強度は期待できない。
ZnS 、 Zn5eはGaNと同様にn型の罎電型の
みしか得らオ]ていないが、基板として使用し得る程度
の単結晶は得られている。世し、基板として使用し、得
る大きさは高々10 rtrm X 10 mm程度で
ある。また、ZnS 、 Zn5eの場合、高温下で製
造した単結晶d2、一般にZn空孔が多年に存在し、こ
れが開力する深い不純物準位によって長波長の光を発す
ることが多い。これを避けるため、通常は単結晶を溶融
Znで処理し、その後にMIS構造としている。このよ
うに、ZnS 。
Zn5eを用いだLJJDは発光強度は高いが、工程d
繁何(であり、早産化が困難である。
第1図ケj、従来の青色LEDの構造を示すもので、1
はΔt(アルミニウム)が添加されたn型Zn5e層、
2 IJ N (9素)が添加された1型Zn5e層、
3はAu T(r、極、4はIn −Ga電極を示して
いる。
このような構造においては、発光は主にn型Zn5e層
1とI型Zn5e層2との間で起こると考えらねるか、
多くはn型Zn5e層1を透過中に吸収され、素子外部
への発光は僅かなものとなり、取り出し効率が悪くなる
〔介1明の目的〕 この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的
V1、ZnS 、 Zn5e f用いて、5:Jqi化
がij、1能でかつ発光を効率よく取り出すことのでき
る半導体発光」[子を提供することにある。
〔うI・明の欄外〕
この雪〕明け、前述のZnS又はZn5eを用いだMI
S Fir>造のLEDの欠点、すなわち単結晶が小さ
く jiir!fできないこと、zn’u孔による不純
物準位が多いことを改善するために、既に大きな結晶基
板が得られている■−■族半導体基板、例えばGaAs
基板を用いて、エピタキシャル成長゛により尚該GaA
s基板にほぼ格子整合したn型及びn型のII−V17
&半導体層、例えは’、’ Zn5xSe 1 。
(0≦x<0.2)を形成する。寸だ、このII −■
族半導体層を形成するに際し、その中にZn空孔が発生
しないように低温で工2タキシャル成長可能な有機金属
熱分解気相成長(MetalOrganic Chem
ical Vapour Deposition )法
を用いるものである。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
この実施例においては、GaAs単結晶基板上に有機金
属熱分解気相成長法によりZn5e単結晶を成長させて
得だ才子について詳細に説明する。すなわち、基板とし
てn型(100,)GaAs 基板(SS添加、NI)
中5X10 )を用い、片面にオーミック電極としてA
uGe合金属を形成した後、他面に有機金属熱分解気相
成長法によりn 4%!lZn5e単結晶膜及びl ’
l、F、IJ Zn5e単結晶肪−を形成した。結晶成
長は、反応系を約0、1. ’1.”orrの圧力に保
ちながら、H2中に10係のSeH2(セレン化水素)
を3 Q cc/min流し、0℃に保持したDMZ 
(Di Metil Zinc )にバブルさせること
により飽オII 、#:気圧(123mHg )のI)
MZを含むH2カスf 3 cc/min 、 GaA
s基板の11、上より流すことにより行った。GaAs
基板のTiM’を度IJ1340℃とし、n m、 Z
n5e単結晶膜は2Φ 肋間の成長より8μ” N  I 24!!、 Zn5
e単結晶膜は3分間の成長により2000人の膜厚を得
た。捷/こ・ nハ’JZn S e中結晶膜の成長時
には、DIVIZと分71っせてドナーとしでAtを添
加するためTh2At(’rri Ethyl Alm
inium )を0℃にイ呆持し、H2をバブルさせて
2 Q cc/min流し7、寸たlMZ n a e
単結晶般の成長時にはアクセプタとしてN(!−t、<
゛1加するだめ、S e H7と合わぜて1(2中に1
0係のNf(6を添加したガスを20 cc/min 
(At、 した。このようにして形成したエビクキシャ
ルウエ・・の成長面(Lljiに脱厚約5μmのAu薄
膜を形成した。
さらに、」二記エピタキシャルウェハのGaAs基板側
のAuGe合金属の一部をフォト・エッヂンング除去し
て開口部を形成した。し力・る後、エピタキシャルウェ
ハ(L−適当な形状に切断して、第2図に示すよりな素
子を作成した。同図において、11はn型(100)G
aAs8−板、7’ 2 N、ΔuGe M (オーミ
ック¥8.称)、13はAtを冷加し、たn型Zn5e
単結晶膜、14はNを添加したI型Zn5e単結晶jl
l;1−115はAu薄11%>、16は(’; a 
A s基板IIにおける開口部をそ11それ示している
このような構造の素子においては、発光はn型Zn5C
単結晶膜13とn型Zn5e単結晶膜14との間で起る
と考えられるが、n型Zn5e単結晶膜13の〃さが第
1図のn型Zn5e層Iと比べると非常に薄いため、外
部への発光が増加し、開口部16から効果的に取9出す
ことができる。
悸た、この構造を用いた龜)合には、基板にGaAsを
用いているため、■n型オーミック電極(AuGe層1
2)が形成し易い、■大面積のエピタキシャルウェハが
得られるなどの利点が有り、量産化に適している。
第3し;1はこの発明の他の実施例を示すものである。
この¥雄側においては、第2図と同様な工程で、エビタ
キンヤル層を形成した後、IMZ n S e単結晶+
1u 14上に5i02膜17を形成し、この5i02
膜17の上記GaAs基板11の開Lノ部16に対向す
る部分のみを除去して開[1部18を設け、しかる後A
u9i膜I9を形成する。
第2図の実施例においては、n型Zn5e単結晶膜13
とn型Zn5e単結晶膜14との界面全面にわたって発
光すると考えられるが、この発光を開口部16のみから
しが取シ出せない。これに対し、第3図の実施例におい
ては、宙、M「は開口部16及び開口部18の近傍のみ
に流れるため、この部分のみ発光し、この発光全部をl
a’   10部)8がら11ノリ出すことができる。
従って、第2図の実施例より発光の取り出し効率が増大
する。
尚、上記実施例においては、n型及び1型“H−Vl族
半導体層として、それぞれZn5e 41結晶膜13.
14を用いて説明しだが、これに限定するものではなく
、一般にZn5xSe 1  、 (Q≦x<0.2)
としてもよい。まだ、基板としてGaPを用い、n型及
びI型11−■族半導体層としてZn5ySe 1−y
 (0< VS2)を用いてもよい。
さらに、n型Zn5e単結晶膜13への添加不純物をA
tとしたが、その他Ga (ガリウム)、In (イン
ジウム)等としてもよく、まだn型Zn5e単結晶膜1
4への添加不純物もNの他にP(リン)、As(ヒ素)
等としてもよいっ〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、量産化が可能で、かつ
発光を効率よく取り出すことのできる半導体発光素子を
提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体発光素子の桿)造を示すμすf間
図、絹2図はこの究明の一実施例に・係る半2.′λ体
イむ光素子の構造を示す断面図、第3図はこのチ(′;
明の1.pの太加j例姓−イ系る断面図である。 )  1 −  n  、Q  GaAs  基 板 
、   1 2  ・・・ AuGe  ノFis13
−nノ’1.’! Z 11 S e単結晶膜、ノ4・
・・I iJ’j Zn5e j¥′L結晶11・・1
.1,5・ Au薄月免、16・・・開口部。 出顧人代理人  弁1.Iij士 鈴 江 武 彦第1

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)n型III −V族半導体基板と、このn型■−
    V族半導体基板上に形成されたn型1l−Vl族半導体
    層と、このn型II −Vl族半導体層上に形成された
    半絶糾−性l型1l−Vl族半2r12体層と、この半
    絶縁性I型II −Vl族半導体層」二に形成され7′
    ζ金(”4薄11シとを具備し、前記n型Ill −V
    族半導体基板の一部か、fMJ記n型II −Vl族牛
    4ネ体層との界面1で除去されていることを特徴とする
    半々j、体発光素子。
  2. (2)  前記n i(H’川用1− V族半導体基板
    はGaAS。 前配置、!ll′l及びn型1l−Vl族半導体層はZ
    n5xSe1−X (0≦x<0.2)である特許請求
    の範囲第1項記載の半導体発光素子。
  3. (3)  前記n型lit −V族半導体基板はGaP
     、ifJ記n型及び1型11−■族半導体層はZn5
    ySe1−y(0,8<y≦1)であス11−:杵請求
    の範囲第1項記載の半導体発光素子。
  4. (4)  前記n型1l−Vl族半導体層にアルミニウ
    ラ、ガリウム若しくはインジウムのうち少ぐとも一種の
    不純物が添加されている特許請求の範囲第2項又は第3
    項記載の半導体発光素子。
  5. (5)  前記I型11.−Vl族半導体層に、窒素、
    リン若しくはヒ素のうち少くとも一種の不純物が添加さ
    れている特許請求の範囲第2項又は第3項記載の半導体
    発光素子。
  6. (6)前記n型及びI型[1−Vl族半導体層は有機金
    属熱分解気相成長法により形成されている特許請求の範
    囲第1項乃至第5項いずれか記載の半導体発光素子。
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