JPS5946071A - 半導体薄膜発光素子 - Google Patents
半導体薄膜発光素子Info
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- JPS5946071A JPS5946071A JP57156109A JP15610982A JPS5946071A JP S5946071 A JPS5946071 A JP S5946071A JP 57156109 A JP57156109 A JP 57156109A JP 15610982 A JP15610982 A JP 15610982A JP S5946071 A JPS5946071 A JP S5946071A
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- 239000010409 thin film Substances 0.000 title description 27
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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
- H01L33/02—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 characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—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 characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—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 characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
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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】
に業」−の利用分野
本発明は新規な半導体薄膜発光素子に関し、Ｊ１νに、
ｌｌ（みの発光色をｆｊｆられ、各種表示装置の発光；
＋３ｆとして々ｊ′適である新規な下心体フル１１％１
発光’、＋２−ｆを提（ノー、しようとするものである
。
ｌｌ（みの発光色をｆｊｆられ、各種表示装置の発光；
＋３ｆとして々ｊ′適である新規な下心体フル１１％１
発光’、＋２−ｆを提（ノー、しようとするものである
。
売り）ｊの概要
木光明才導体薄膜発光素子は、禁制帯幅のより大きな半
導体薄膜層の間に禁制帯幅のより小さな半導体薄膜から
成る活性層を挟置した積層体を透明電極と背面電極との
間に挟置して成ることを特徴とし、活性層の層厚を変化
させることによって好みの発光色で発光する発光素子を
得ることができる。
導体薄膜層の間に禁制帯幅のより小さな半導体薄膜から
成る活性層を挟置した積層体を透明電極と背面電極との
間に挟置して成ることを特徴とし、活性層の層厚を変化
させることによって好みの発光色で発光する発光素子を
得ることができる。
実施例
以下に、本発明半導体薄Ｈｇ、発光集子のＭＴ細を図示
実施例に従って説明する。
実施例に従って説明する。
■は透明基板であり、ガラス級又はシリコン（Ｓｉ）、
ガリウム−砒素（ＧａＡｓ）等のｒｌ＞結晶基板から成
る。
ガリウム−砒素（ＧａＡｓ）等のｒｌ＞結晶基板から成
る。
２は透明電極であり、例えばインジウム−すすの酸化物
の薄膜から成り、前記透明基板１の一方の面に被着形成
される。
の薄膜から成り、前記透明基板１の一方の面に被着形成
される。
３は半導体薄膜で、例えば硫化亜鉛（Ｚ ｎ Ｓ）の１
００〜１０００オングストローム（人）位の薄膜である
。
００〜１０００オングストローム（人）位の薄膜である
。
４は活性層で、前記半導体薄膜３の半導体材ネ′１より
禁制帯幅の小さな半導体材料から成る薄膜て、前記半導
体薄膜３とはへテロ接合されている。そして、この活性
層４の半導体材料は前記半導一体薄膜３の半導体材料よ
り禁制帯幅が小さなもので、例えば前述のように半導体
薄膜３のＹ導体利料を硫化亜鉛（ＺｎＳ）とした場合は
、セレン化亜鉛（Ｚ ｎ Ｓ ｅ）が考えられる。そし
て、この活性層４の膜厚は１０〜２００オングストロー
ム（人）である。
禁制帯幅の小さな半導体材料から成る薄膜て、前記半導
体薄膜３とはへテロ接合されている。そして、この活性
層４の半導体材料は前記半導一体薄膜３の半導体材料よ
り禁制帯幅が小さなもので、例えば前述のように半導体
薄膜３のＹ導体利料を硫化亜鉛（ＺｎＳ）とした場合は
、セレン化亜鉛（Ｚ ｎ Ｓ ｅ）が考えられる。そし
て、この活性層４の膜厚は１０〜２００オングストロー
ム（人）である。
５は前記半導体薄膜３の半導体材料と同様の半導体材料
（前記例ではＺｎ５）から成る半導体薄膜であり、活性
層４とへテロ接合され、その層厚は５０〜５００オング
ストローム（人）である。
（前記例ではＺｎ５）から成る半導体薄膜であり、活性
層４とへテロ接合され、その層厚は５０〜５００オング
ストローム（人）である。
６は半導体薄膜５の背面に接して設けられた背面電極で
ある。この背面電極６は、透明、半透明、無彩色、有彩
色等適宜のもので良い。
ある。この背面電極６は、透明、半透明、無彩色、有彩
色等適宜のもので良い。
第２図（Ａ）は」二記半導体薄膜３．５と活性層４とか
ら成る積層体７を厚み方向に薄くスライスして示す断面
図であり、同図（Ｂ）は（Ａ）に対応して各層における
エネルギー準位の分布を示すものである。
ら成る積層体７を厚み方向に薄くスライスして示す断面
図であり、同図（Ｂ）は（Ａ）に対応して各層における
エネルギー準位の分布を示すものである。
第２図からもわかるように、Ｒ・制’：ｔｆ”ｌ’Ｍの
小さな半導体材料から成る薄膜をそれより禁制帯幅の大
きな半導体材料から成る薄ｌＩνによって杖んた層構造
とすると、量子井戸ＱＷが形成され、サーミ制）１１″
幅のより小さな半導体材才１の層に屯１゛及び１１孔か
閉じ込められ、ここで発光！Ｔ） ＃ｉ’Ｉ合をするた
め、所定の波長の発光が得られる。また、−］−記のよ
うな１１１子井戸構造によると、電−ｒ及び！１一孔か
活＋１層４番こ閉じ込められ、発光１与結合をし易くな
るため、発光効率が増大し、（ｒＥって、駆動’ｉｔ、
圧をドけることができる。
小さな半導体材料から成る薄膜をそれより禁制帯幅の大
きな半導体材料から成る薄ｌＩνによって杖んた層構造
とすると、量子井戸ＱＷが形成され、サーミ制）１１″
幅のより小さな半導体材才１の層に屯１゛及び１１孔か
閉じ込められ、ここで発光！Ｔ） ＃ｉ’Ｉ合をするた
め、所定の波長の発光が得られる。また、−］−記のよ
うな１１１子井戸構造によると、電−ｒ及び！１一孔か
活＋１層４番こ閉じ込められ、発光１与結合をし易くな
るため、発光効率が増大し、（ｒＥって、駆動’ｉｔ、
圧をドけることができる。
更に、本発明の≧１′導体薄１１ζ１発光素子によれば
、活性層４のＪＦ、４さＬを変えることにより発光＋２
１．を変えることが可能となり、２つの構成ｋＡ才゛１
、即ち、半導体薄膜層３．５に使用される禁制？１￥幅
の大きい方の−ＩＦ導体材料と活性層４に使用される禁
制・；１１・幅の小さな方の半導体材料の同右発光の中
間色をすべて出すことができる。
、活性層４のＪＦ、４さＬを変えることにより発光＋２
１．を変えることが可能となり、２つの構成ｋＡ才゛１
、即ち、半導体薄膜層３．５に使用される禁制？１￥幅
の大きい方の−ＩＦ導体材料と活性層４に使用される禁
制・；１１・幅の小さな方の半導体材料の同右発光の中
間色をすべて出すことができる。
即ち、前にも記載したように、第２１Ａ（Ａ）に示すよ
うに禁制帯幅の異なる半導体、例えばＺｎＳとＺｎ５ｅ
とを積層すると同図（Ｂ）に示すように扇子井戸ＱＷが
形成される。第２図（Ｂ）に。
うに禁制帯幅の異なる半導体、例えばＺｎＳとＺｎ５ｅ
とを積層すると同図（Ｂ）に示すように扇子井戸ＱＷが
形成される。第２図（Ｂ）に。
示すように一方向に井戸をもち、残りの２次元方向が自
由である吊−子井戸において電子が持つエネルギーＥｅ
は。
由である吊−子井戸において電子が持つエネルギーＥｅ
は。
・・・（１）
ｎ＝１．２．３．１Ｑ
となる。ここで、Ｌは禁制帯幅の小さな」′導体層の厚
さく即ち、吊子井戸ＱＷの幅）、ｎは量子品々、Ｋ ｘ
、 Ｋ ｙは波数ベクトルのｘ、ｙ成分である。
さく即ち、吊子井戸ＱＷの幅）、ｎは量子品々、Ｋ ｘ
、 Ｋ ｙは波数ベクトルのｘ、ｙ成分である。
同じように、イ１１１ビｉｌｉ子帯量子井戸ＱＷ内にお
ける正孔の持つエネルギーＥｈは、 ・ ・ ・ （２） ｎ ′ ＝１．２ 、３、１ ・ となる。
ける正孔の持つエネルギーＥｈは、 ・ ・ ・ （２） ｎ ′ ＝１．２ 、３、１ ・ となる。
尚、」二記（１）、（２）式でｔｉ ： ｈ ／ ２π
て、ｈはブランク定数、ｍｅ、ｍｈは電ｆ−１山孔の実
効質量である。
て、ｈはブランク定数、ｍｅ、ｍｈは電ｆ−１山孔の実
効質量である。
Ｋｘ、Ｋｙ は ０＜Ｋｘ、Ｋｙ 、 （Ｋｘ
′ 、 ＫＶ′）＜■の値をとるのでＣＫＸ、Ｋ
ｙ、Ｋｘ′。
′ 、 ＫＶ′）＜■の値をとるのでＣＫＸ、Ｋ
ｙ、Ｋｘ′。
Ｋｙ’〜ｏ、ｎ、ｎ′＝’ｔとおいて）、イ７り４ （
ｔシて゛電子が取り’Ａる最小のエネルギーはｈ２ （
π／′Ｌ）２／２ｍｅ、価゛屯イー帯で１１＝孔が取り
冑る最小エネルギーはｈ ２（ｗ ／ Ｌ ） ′！７
′２ ｍ ｈとなり実質−１−の禁制帯１陥Ｅｇｌオ、 となる。従って、■、を変化させることにより楚制帯幅
Ｅｇを Ｅ ｇ （Ｚ ｎ Ｓ ｅ） ＜Ｅ ｇ＜Ｅ ｇ ＣＺ
ｎ Ｓ）の範囲で変えることができる。
ｔシて゛電子が取り’Ａる最小のエネルギーはｈ２ （
π／′Ｌ）２／２ｍｅ、価゛屯イー帯で１１＝孔が取り
冑る最小エネルギーはｈ ２（ｗ ／ Ｌ ） ′！７
′２ ｍ ｈとなり実質−１−の禁制帯１陥Ｅｇｌオ、 となる。従って、■、を変化させることにより楚制帯幅
Ｅｇを Ｅ ｇ （Ｚ ｎ Ｓ ｅ） ＜Ｅ ｇ＜Ｅ ｇ ＣＺ
ｎ Ｓ）の範囲で変えることができる。
従って、」二記例（ＺｎＳｅとＺｎＳとの積層体）でＺ
ｎ５ｅ層の幅を変えることにより、禁制帯幅の小さな半
導体（この場合、Ｚｎ５ｅ）の伝導帯−価電子帯間発光
の波長（４６４０人）から禁制帯幅の大きな半導体（こ
の場合、Ｚｎ５）の伝導帯−価電子帯間発光の波長（３
３９０人）までの範囲の発光色が（Ｈられる。
ｎ５ｅ層の幅を変えることにより、禁制帯幅の小さな半
導体（この場合、Ｚｎ５ｅ）の伝導帯−価電子帯間発光
の波長（４６４０人）から禁制帯幅の大きな半導体（こ
の場合、Ｚｎ５）の伝導帯−価電子帯間発光の波長（３
３９０人）までの範囲の発光色が（Ｈられる。
本発明半導体薄膜発光素子における積層体に用いられる
半導体材料の組み合わせは、基本的には禁制帯幅の互い
に異なるものであればどんな細み合わせでも良い。他の
へテロ接合素子において性能を左右する鍵となる異種材
料間における格−ｆ不整合は、本発明半導体薄ＩｌＮ発
光素子の積層体においては、各層がきわめて薄いため他
のへテロ接合素子におけるほどには大きな影響は生じな
い。そのため、従来、ヘテロ接合に用いられている組み
合わせはもとより、より広い範囲の組み合わせについて
適用が可能である。例えは、古色系の発光か得られる前
述のＺｎＳ−Ｚｎ５ｅの組み合わせ、緑色系の発光が得
られるＧａＡｓ−ＧａＰの絹み合わせ、赤色系の発光が
ｆ′４られるＧａＰ−ＧａＡｓＰの組み合わせ、赤外の
発光が得られるＧａＡｓＡｓ−ＧａＡｓの組み合わせ“
９が挙げられる。この外にも、２−２元、ｉ −２元、
３−２元、４−２元化合物の組み合わせも考えられ、そ
の適用範囲はきわめて広いものである。
半導体材料の組み合わせは、基本的には禁制帯幅の互い
に異なるものであればどんな細み合わせでも良い。他の
へテロ接合素子において性能を左右する鍵となる異種材
料間における格−ｆ不整合は、本発明半導体薄ＩｌＮ発
光素子の積層体においては、各層がきわめて薄いため他
のへテロ接合素子におけるほどには大きな影響は生じな
い。そのため、従来、ヘテロ接合に用いられている組み
合わせはもとより、より広い範囲の組み合わせについて
適用が可能である。例えは、古色系の発光か得られる前
述のＺｎＳ−Ｚｎ５ｅの組み合わせ、緑色系の発光が得
られるＧａＡｓ−ＧａＰの絹み合わせ、赤色系の発光が
ｆ′４られるＧａＰ−ＧａＡｓＰの組み合わせ、赤外の
発光が得られるＧａＡｓＡｓ−ＧａＡｓの組み合わせ“
９が挙げられる。この外にも、２−２元、ｉ −２元、
３−２元、４−２元化合物の組み合わせも考えられ、そ
の適用範囲はきわめて広いものである。
別表に、いくつかの半導体の組み合わせを、禁制帯幅、
格子定数、パノＩ・開発光波長と共に示す。
格子定数、パノＩ・開発光波長と共に示す。
また、各１′導体層３．４，５の製法は適宜の方法によ
って良く、例えば、電子ビーム式、７１（、抗加熱式等
による真空）だ着法、ホットウォールエピタキシャル法
（ＲＷＥ） 、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、Ｃ
ＶＤ法、Ｍ ＯＣＶ Ｄ ？）１．１１；ｌ：了一層エ
ピタキシャル法等が考えられる。
って良く、例えば、電子ビーム式、７１（、抗加熱式等
による真空）だ着法、ホットウォールエピタキシャル法
（ＲＷＥ） 、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、Ｃ
ＶＤ法、Ｍ ＯＣＶ Ｄ ？）１．１１；ｌ：了一層エ
ピタキシャル法等が考えられる。
第３図は本発明半導体薄膜発光素子の第２の実施例を示
すものである。
すものである。
この実施例における積層体７ａは外側に禁制帯幅の大き
い方の半導体の層３．３（梢厚く１００〜１０００人）
が配置され、その間に禁制帯幅の小さい方の半導体の層
（ｊＶさ１０〜２００人）、即ち活性層４と禁制帯幅の
大きい方の半導体の層５（厚さ５０〜５００人）が交ケ
に積層されて成るものである。
い方の半導体の層３．３（梢厚く１００〜１０００人）
が配置され、その間に禁制帯幅の小さい方の半導体の層
（ｊＶさ１０〜２００人）、即ち活性層４と禁制帯幅の
大きい方の半導体の層５（厚さ５０〜５００人）が交ケ
に積層されて成るものである。
このように多層に構成することによってより強力な発光
がイ１１．られる。
がイ１１．られる。
第４図は本発明半導体薄膜発光素子のｔｌ）２の実施例
の変形例を示すものである。
の変形例を示すものである。
この変形例において積層体７ｂの活性層４は、透明゛電
極２側に位置されるもの４１の層１’／力・ｊ”／く、
背面電極６側に位置されるもの４ｎの層厚か厚くされ、
この間て活性層４の層厚が１重管面’ｌｌｉ：極６に近
いものほど厚くされていることを１１丁徴とする。
極２側に位置されるもの４１の層１’／力・ｊ”／く、
背面電極６側に位置されるもの４ｎの層厚か厚くされ、
この間て活性層４の層厚が１重管面’ｌｌｉ：極６に近
いものほど厚くされていることを１１丁徴とする。
このように構成、することによって、活ＰＩ層４の層厚
が薄いところでは実質１−の禁制帯幅Ｅｇか１ノ、かり
（、Ｅｇ Ｌ：ｌ）＞Ｅｇ （２） ・・・＞
Ｅ ｌ−＜（ｎ））、より３：ｔｒ １＋＊ ｌｉの発
光が′１１１られる。ｆａｒ ッて、各活１７１層４１
．４２．４３、＊ ＊ １１４ ｌｉ二おける発光色が
異なることになり、木１．１′−におい又は、これら各
活性層４１． ４．、．４３、・・・４ｎの発光色の合
成色による発光がイリｌられる。尚、この変形イ＋］の
場合、透明電極２から遠去かるはと長波長の光を発する
ようにする心穴かあり、ｊｒｅって、活性層４の層厚は
、背面′電極６に近いものほど厚くされる８費かある。
が薄いところでは実質１−の禁制帯幅Ｅｇか１ノ、かり
（、Ｅｇ Ｌ：ｌ）＞Ｅｇ （２） ・・・＞
Ｅ ｌ−＜（ｎ））、より３：ｔｒ １＋＊ ｌｉの発
光が′１１１られる。ｆａｒ ッて、各活１７１層４１
．４２．４３、＊ ＊ １１４ ｌｉ二おける発光色が
異なることになり、木１．１′−におい又は、これら各
活性層４１． ４．、．４３、・・・４ｎの発光色の合
成色による発光がイリｌられる。尚、この変形イ＋］の
場合、透明電極２から遠去かるはと長波長の光を発する
ようにする心穴かあり、ｊｒｅって、活性層４の層厚は
、背面′電極６に近いものほど厚くされる８費かある。
第１図は本発明゛１′導体薄膜光光素ｒ−の第ｊの１・
施例を示す模型的側面図、第２図は未発１！す′１′・
導体薄■り発光素子における積層体の各層とエネルギー
準位の分布状態との関係を示し、（Ａ）は積層体を厚み
方向に薄くスライスして示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）に
対応して各層におけるエネルギー準位の分布を示す図、
第３図は本発明半導体薄膜発光素子の第２の実施例を模
型的に示す側面図、第４図は第３図のものの変形例を模
型的に示す側面図である。 符号の説明 ２・・・透明電極、 ３・・争禁制帯幅の太きな方の
半導体薄膜、 ４・・・活性層、 ５・・・埜制帯１
ｙの大きな方の半導体薄膜、 ６・・・背面電極、
７．７ａ、７ｂ・・・積層体 出 願 人 株式会社 小糸製作所 ゛Ａ・１１増 ” ２１＝１ イ迂ｂベト′ｊｚｐ
施例を示す模型的側面図、第２図は未発１！す′１′・
導体薄■り発光素子における積層体の各層とエネルギー
準位の分布状態との関係を示し、（Ａ）は積層体を厚み
方向に薄くスライスして示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）に
対応して各層におけるエネルギー準位の分布を示す図、
第３図は本発明半導体薄膜発光素子の第２の実施例を模
型的に示す側面図、第４図は第３図のものの変形例を模
型的に示す側面図である。 符号の説明 ２・・・透明電極、 ３・・争禁制帯幅の太きな方の
半導体薄膜、 ４・・・活性層、 ５・・・埜制帯１
ｙの大きな方の半導体薄膜、 ６・・・背面電極、
７．７ａ、７ｂ・・・積層体 出 願 人 株式会社 小糸製作所 ゛Ａ・１１増 ” ２１＝１ イ迂ｂベト′ｊｚｐ
Claims (1)
- １）禁制帯幅のより大きな゛１′導体：ｌ、ｉ Ｉｌｉ
ン層の間（、二禁制帯幅のより小さな゛１′−導体薄１
１りから成る活性層を挟置した積層体を透明電極と背面
電極との間に挟置して成ることを持金とする゛１′導体
薄■Ｉ＋！発光素了
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57156109A JPS5946071A (ja) | 1982-09-08 | 1982-09-08 | 半導体薄膜発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57156109A JPS5946071A (ja) | 1982-09-08 | 1982-09-08 | 半導体薄膜発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5946071A true JPS5946071A (ja) | 1984-03-15 |
Family
ID=15620503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57156109A Pending JPS5946071A (ja) | 1982-09-08 | 1982-09-08 | 半導体薄膜発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5946071A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63191657U (ja) * | 1987-01-20 | 1988-12-09 | ||
| US5005058A (en) * | 1990-03-19 | 1991-04-02 | Eastman Kodak Company | Light-emitting diode with light-transmissive film |
| WO2002049121A1 (fr) * | 2000-12-11 | 2002-06-20 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Element lumineux a longueurs d'onde multiples |
Citations (2)
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1982
- 1982-09-08 JP JP57156109A patent/JPS5946071A/ja active Pending
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