JPS5994479A - 青色発光素子 - Google Patents
青色発光素子Info
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- JPS5994479A JPS5994479A JP57203930A JP20393082A JPS5994479A JP S5994479 A JPS5994479 A JP S5994479A JP 57203930 A JP57203930 A JP 57203930A JP 20393082 A JP20393082 A JP 20393082A JP S5994479 A JPS5994479 A JP S5994479A
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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
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/0037—Devices characterised by their operation having a MIS barrier layer
Landscapes
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
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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】
く技術分野〉
本発明は青色発光素子に関する。
〈背景技術〉
現在、Ｇａｐ（ガリウム燐）、ＧａＡｓＰ（ガリウム砒
素燐）等を材料とした赤から緑までの可視光発光ダイオ
ードか現在実用化されている。可視光発光ダイオードは
、その需要が年々増加し、応用範囲も広がり、光素子分
野での重要な素子となっている。また発光ダイオード（
以下ＬＥＤと称す）のカラー化の要求が晶まるにつれて
青色ＬＥＤの実用化が強く望まれ、実用化への研究が急
テンポで進んでいる。
素燐）等を材料とした赤から緑までの可視光発光ダイオ
ードか現在実用化されている。可視光発光ダイオードは
、その需要が年々増加し、応用範囲も広がり、光素子分
野での重要な素子となっている。また発光ダイオード（
以下ＬＥＤと称す）のカラー化の要求が晶まるにつれて
青色ＬＥＤの実用化が強く望まれ、実用化への研究が急
テンポで進んでいる。
現在青色ＬＥＤとしてはＧａＮ（窒化ガリウム）、５ｉ
Ｃ（シリコンカーバイド）からなるものが実用化−ホキ
前まで開発が進んでいる。斯る素子が今だ実用化に到っ
ていない理由としては（）ａＮは単結晶作製に於いて再
現性が悪いこと及びＳＩＣは大形基板が得にくく、また
素子の劣化などの問題が解決されていないことが挙げら
れる。その他の青色ＬＥＤ材料としてはＺ ｎ Ｓ ｅ
が挙げられる。斯る材料は室温で２．７８Ｖのバンドギ
ャップを有する直接遷移型の高効率発光が期待されるた
め純粋な青色ＬＥＤ材料として古くから有望視されてい
る。ところが、従来の気相、液相のような熱的平衡状態
を用いての単結晶作製方法では、得られた結晶中に不本
意な不純物が混入しやすく、斯る不純物混入により青色
発光強度（ホトルミネッセンス測定による強度）が低下
し青色以外の長波長発光強度が増加したり、結晶育成中
に格子欠陥が発生し、この欠陥と結びついた複合発光セ
ンタが形成され長波長発光が起るなど純粋な青色ＬＦＥ
Ｄを実現することが極めてむつかしい。
Ｃ（シリコンカーバイド）からなるものが実用化−ホキ
前まで開発が進んでいる。斯る素子が今だ実用化に到っ
ていない理由としては（）ａＮは単結晶作製に於いて再
現性が悪いこと及びＳＩＣは大形基板が得にくく、また
素子の劣化などの問題が解決されていないことが挙げら
れる。その他の青色ＬＥＤ材料としてはＺ ｎ Ｓ ｅ
が挙げられる。斯る材料は室温で２．７８Ｖのバンドギ
ャップを有する直接遷移型の高効率発光が期待されるた
め純粋な青色ＬＥＤ材料として古くから有望視されてい
る。ところが、従来の気相、液相のような熱的平衡状態
を用いての単結晶作製方法では、得られた結晶中に不本
意な不純物が混入しやすく、斯る不純物混入により青色
発光強度（ホトルミネッセンス測定による強度）が低下
し青色以外の長波長発光強度が増加したり、結晶育成中
に格子欠陥が発生し、この欠陥と結びついた複合発光セ
ンタが形成され長波長発光が起るなど純粋な青色ＬＦＥ
Ｄを実現することが極めてむつかしい。
最近、高品質の単結晶薄膜を作製する手法として分子線
エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）が注目されている。こ
の方法は従来の結晶成長法とは異なる熱的非平衡状態で
の成長であるため、低温成長が可能で、熱的平衡状態で
の結晶成長で問題になる不純物の混入さらに格子欠陥の
発生を制御できる特長をもっている。従って斯る成長方
法を用いることにより高品質のｚｎＳｅ単結晶薄膜が得
られ、上記問題は解決される。
エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）が注目されている。こ
の方法は従来の結晶成長法とは異なる熱的非平衡状態で
の成長であるため、低温成長が可能で、熱的平衡状態で
の結晶成長で問題になる不純物の混入さらに格子欠陥の
発生を制御できる特長をもっている。従って斯る成長方
法を用いることにより高品質のｚｎＳｅ単結晶薄膜が得
られ、上記問題は解決される。
Ｚｎ５ｅはＱａを不純物としてドープすることによりｎ
型を示し、その伝導度はＧａのドープ情により任意に制
御できる。ところが、Ｚｎ５ｅではＰ型を得ることはで
きない。従ってＺｎ５ｅで発光ダイオードを構成すると
きにはＭ工Ｓ（金属−絶縁物一半導体）構造となる。
型を示し、その伝導度はＧａのドープ情により任意に制
御できる。ところが、Ｚｎ５ｅではＰ型を得ることはで
きない。従ってＺｎ５ｅで発光ダイオードを構成すると
きにはＭ工Ｓ（金属−絶縁物一半導体）構造となる。
第１図は従来のこの種発光ダイオードを示し、（１）は
半導体基板であり、該基板としてはＺｎ５ｅ単結晶との
格子定数の整合性、熱膨張率差等を考広して高濃度（キ
ャリア濃度１０／α 以上）のＮ型Ｇａ Ａ ８基板が
用いられる。（２）は基板（１）上に積層されたＮ型Ｚ
ｎ５ｅ単結晶薄膜であり、該薄膜はＭＢＥで形成される
。ＭＢＥの成長条件としてはバックグランド真空度ＩＱ
’ｒｏｒｒ以下とし、基板（１）温度を３２０℃、
Ｚｎ（亜鉛）セル、Ｓｅ（セレン）セル、Ｇａセルを夫
々、１ＳＯＯ℃、２０１：ｌ、４２０℃とする。尚、斯
る成長には周知のＭＢＥ装置を用いることができる。ま
た斯る成長条件により得られたＺｎ５ｅ単結晶薄膜は特
願昭５７−１４８６６０号の発明に示されている如＜４
６０ｎｍ付近にピークを持つＰＬ（フォトルミネッセン
ス）特性を示す。
半導体基板であり、該基板としてはＺｎ５ｅ単結晶との
格子定数の整合性、熱膨張率差等を考広して高濃度（キ
ャリア濃度１０／α 以上）のＮ型Ｇａ Ａ ８基板が
用いられる。（２）は基板（１）上に積層されたＮ型Ｚ
ｎ５ｅ単結晶薄膜であり、該薄膜はＭＢＥで形成される
。ＭＢＥの成長条件としてはバックグランド真空度ＩＱ
’ｒｏｒｒ以下とし、基板（１）温度を３２０℃、
Ｚｎ（亜鉛）セル、Ｓｅ（セレン）セル、Ｇａセルを夫
々、１ＳＯＯ℃、２０１：ｌ、４２０℃とする。尚、斯
る成長には周知のＭＢＥ装置を用いることができる。ま
た斯る成長条件により得られたＺｎ５ｅ単結晶薄膜は特
願昭５７−１４８６６０号の発明に示されている如＜４
６０ｎｍ付近にピークを持つＰＬ（フォトルミネッセン
ス）特性を示す。
（３）は上記単結晶薄膜（２）上に積層された絶縁膜で
あり、該絶縁膜は５ｉ０２ （二酸化シリコン）、８１
３Ｎ４（窒化シリコン）等からなり、１００Ａ程度の膜
厚を有する。（４）は上記絶縁膜（３）上に形成された
半透明金属電極であり、該電極はＡｕ（金）もしくはｐ
ｔ（プラチナ）を１００人厚程度蒸着することにより形
成できる。（５）は上記基板（１）裏面に形成されたオ
ーミック性電極である。
あり、該絶縁膜は５ｉ０２ （二酸化シリコン）、８１
３Ｎ４（窒化シリコン）等からなり、１００Ａ程度の膜
厚を有する。（４）は上記絶縁膜（３）上に形成された
半透明金属電極であり、該電極はＡｕ（金）もしくはｐ
ｔ（プラチナ）を１００人厚程度蒸着することにより形
成できる。（５）は上記基板（１）裏面に形成されたオ
ーミック性電極である。
第２図は上記Ｍ工Ｓ型Ｚｎ５ｅ青色発光ダイオードにお
ける順バイアス印加時の電流−電圧特性を示、す。図か
ら明らかな如く、斯る発光ダイオードの立上り電圧は１
０Ｖ以上と非常に高い。
ける順バイアス印加時の電流−電圧特性を示、す。図か
ら明らかな如く、斯る発光ダイオードの立上り電圧は１
０Ｖ以上と非常に高い。
上記絶縁膜（３）の膜厚が１００Ａ程度であることを考
えるとこの値は非常に高いものである。
えるとこの値は非常に高いものである。
これは、ＭＢＥで成長したＺｎ５ｅ単結晶薄膜（２）と
Ｑ ａ Ａ ８基板（１）とのバンドギャップ差による
ものである。つまりＺｎ５ｅのバンドギャップは２．７
ｅＶであり、Ｇ ａ Ａ ａが１．４３ｅ■であルタめ
、これにより生じるバンド構造の不連続性が電子、正孔
の注入に対して直接バリアとして働き、所謂Ｎ型Ｚｎ５
ｅ−Ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓからなるＮ−Ｎヘテロ接合が形
成されるためである。
Ｑ ａ Ａ ８基板（１）とのバンドギャップ差による
ものである。つまりＺｎ５ｅのバンドギャップは２．７
ｅＶであり、Ｇ ａ Ａ ａが１．４３ｅ■であルタめ
、これにより生じるバンド構造の不連続性が電子、正孔
の注入に対して直接バリアとして働き、所謂Ｎ型Ｚｎ５
ｅ−Ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓからなるＮ−Ｎヘテロ接合が形
成されるためである。
更に具体的に説明すると、斯るＮ−Ｎヘテロ接合におい
て基板（１）側が負極となり、Ｚｎ５ｅ単結晶薄膜（２
）側が正極となり、またＺ ｎ 、Ｓ ｅのバンドギャ
ップの方が大であるため、実質的にはＮ−Ｎへテロ接合
には逆方向バイアスが印加されたこととなる。従って上
記ＭＩＳ型青色発光ダイオードでの上記立上り電圧はＮ
−Ｎヘテロ接合での逆方向のブレークダウンによるもの
と推定される。
て基板（１）側が負極となり、Ｚｎ５ｅ単結晶薄膜（２
）側が正極となり、またＺ ｎ 、Ｓ ｅのバンドギャ
ップの方が大であるため、実質的にはＮ−Ｎへテロ接合
には逆方向バイアスが印加されたこととなる。従って上
記ＭＩＳ型青色発光ダイオードでの上記立上り電圧はＮ
−Ｎヘテロ接合での逆方向のブレークダウンによるもの
と推定される。
第３図は上記発光ダイオードの円Ｌ（′ｆ−レクトロ
ルミネッセンス）特性を示す図であり、横軸に波長をと
り、縦軸にＥＬ強度をとっている。
ルミネッセンス）特性を示す図であり、横軸に波長をと
り、縦軸にＥＬ強度をとっている。
図より明らかな如く斯るＥＬ特性は４７０ｎｍ付近にピ
ークを持ち、長波長側に伸びたブロードなものとなって
いる。
ークを持ち、長波長側に伸びたブロードなものとなって
いる。
Ｚｎ５ｅ単結晶の吸収端は４５５ｎｍ程度であり、また
上述した如（ＰＬ特性は４６０ｎｍであるのに対してこ
こで見られる最短発光波長は約４７０ｎｍとなっている
。これは斯る発光ダイオードにおける発光が基板（１）
と単結晶薄膜（２）との界面近傍で生じるため、４７０
ｎｍ以下の光はほとんど単結晶薄膜の発光レベル及び基
板（１）に吸収され、外部に取出せないためである。
上述した如（ＰＬ特性は４６０ｎｍであるのに対してこ
こで見られる最短発光波長は約４７０ｎｍとなっている
。これは斯る発光ダイオードにおける発光が基板（１）
と単結晶薄膜（２）との界面近傍で生じるため、４７０
ｎｍ以下の光はほとんど単結晶薄膜の発光レベル及び基
板（１）に吸収され、外部に取出せないためである。
また、長波長側に伸びたブロードなＦＩＬＬスペクトル
はＮ−Ｎヘテロ接合での逆方向印加による衝突励起形発
光が生じるために発生するものである。
はＮ−Ｎヘテロ接合での逆方向印加による衝突励起形発
光が生じるために発生するものである。
つまり、Ｎ−Ｎヘテロ接合においてブレークダウン（第
２図電流−電圧特性における立上り点）が生じる以前に
電子が電界により励起されており、従って印加電圧が立
上り電圧以上となった際には、上記励起電子のエネルギ
ーにより非励起電子も励起され不所望な発光が生じるた
めである。
２図電流−電圧特性における立上り点）が生じる以前に
電子が電界により励起されており、従って印加電圧が立
上り電圧以上となった際には、上記励起電子のエネルギ
ーにより非励起電子も励起され不所望な発光が生じるた
めである。
く目 的〉
本発明は上記の諸問題に鑑みてなされたもので、低電圧
にて純粋な青色発光を得ることが可能な’１ｎＳｅ青色
発光素子を提供せんとするものである。
にて純粋な青色発光を得ることが可能な’１ｎＳｅ青色
発光素子を提供せんとするものである。
〈発明の開示〉
本発明による青色発光素子の特徴はＰ型もしくは半絶縁
性の半導体基板、該基板上に積層されたＮ型Ｚｎ５ｅ単
結晶薄膜、該単結晶薄膜上に積層された絶縁膜及びオー
ミック電極、上記絶縁膜上に積怨された半透明金属電極
からなることである。
性の半導体基板、該基板上に積層されたＮ型Ｚｎ５ｅ単
結晶薄膜、該単結晶薄膜上に積層された絶縁膜及びオー
ミック電極、上記絶縁膜上に積怨された半透明金属電極
からなることである。
実施例
第４図は本発明の一実施例を示し、（１１１はＰ型Ｇａ
Ａ ｓからなる半導体基板、（２）は該基板上に積層
されたＮ型ｚｎＳｅ単結晶薄膜であり、該薄膜は既述し
たＭ Ｂ Ｅ成長方法にて成長する。（１３１は上記薄
膜（１２表面の中央部に積層された絶縁膜であり、該絶
縁膜は５ｉ−０２あるいは５１３Ｎ４等からなり層厚１
００人程人程形成される。０侃ま上記絶縁膜（１３が形
成されていない単結晶薄膜（１２１表面に形成されたオ
ーミック電極であり、該電極はＮ型Ｚｎｂｅとオーム性
を有する工ｎもしくは工ｎ−Ｇａ金属からなる。（１５
１は上記絶縁膜Ｑ２−ヒに積層された半透明金属電極で
あり、該電極はＡｕあるいはＰｔを１００人程鹿の厚さ
で蒸着することにより形成できる。
Ａ ｓからなる半導体基板、（２）は該基板上に積層
されたＮ型ｚｎＳｅ単結晶薄膜であり、該薄膜は既述し
たＭ Ｂ Ｅ成長方法にて成長する。（１３１は上記薄
膜（１２表面の中央部に積層された絶縁膜であり、該絶
縁膜は５ｉ−０２あるいは５１３Ｎ４等からなり層厚１
００人程人程形成される。０侃ま上記絶縁膜（１３が形
成されていない単結晶薄膜（１２１表面に形成されたオ
ーミック電極であり、該電極はＮ型Ｚｎｂｅとオーム性
を有する工ｎもしくは工ｎ−Ｇａ金属からなる。（１５
１は上記絶縁膜Ｑ２−ヒに積層された半透明金属電極で
あり、該電極はＡｕあるいはＰｔを１００人程鹿の厚さ
で蒸着することにより形成できる。
斯る発光ダイオードにおいて金属電極（１５１を正電極
とし、オーミック電極Ｉを負電極としてバイアスを印加
すると、電流は金属電極０９→絶縁層＋１３）→Ｚｎ単
結晶薄膜α２→オーミック電極α沿という経路を通って
流れ、単結晶薄膜（２）内において青色再結合光が得ら
れる。また斯る再結合光は絶縁膜０ｊ及び金属電極叫を
介して外部に取出される。
とし、オーミック電極Ｉを負電極としてバイアスを印加
すると、電流は金属電極０９→絶縁層＋１３）→Ｚｎ単
結晶薄膜α２→オーミック電極α沿という経路を通って
流れ、単結晶薄膜（２）内において青色再結合光が得ら
れる。また斯る再結合光は絶縁膜０ｊ及び金属電極叫を
介して外部に取出される。
第５図及び第６図は本実施例発光ダイオードの電流−電
圧特性及びＥ、Ｌ特性を示す。
圧特性及びＥ、Ｌ特性を示す。
上記両図から明らかな如く、本実施例の発光ダイオード
では立上り電圧が５ｖ程度と低く、４６ｏｎｍ付近に鋭
いピークを有するＥＬ特性を示す。
では立上り電圧が５ｖ程度と低く、４６ｏｎｍ付近に鋭
いピークを有するＥＬ特性を示す。
これは木実施例発光ダイオードの電流経路においては、
従来のような逆方向バイアスとなる接合がなく、また発
光は単結晶薄膜ａ２と絶縁膜０３との界面近傍で生じる
ため従来のように基板＋１１１及び単結晶ｎ ｎ５ ＋
ｔｚに吸収されることなく光を取出せるためである。
従来のような逆方向バイアスとなる接合がなく、また発
光は単結晶薄膜ａ２と絶縁膜０３との界面近傍で生じる
ため従来のように基板＋１１１及び単結晶ｎ ｎ５ ＋
ｔｚに吸収されることなく光を取出せるためである。
尚、本実施例では基板（１１１としてＰ型ＱａＡｓ基板
を用いたが、これはＺｎ５ｅ単結晶薄膜ｏ２から基板０
１）側へ電流が拡散することを防ぐためであり、従って
半絶縁性のＧａＡｓ基板を基板（１１１とし用いても良
い。′ 〈効 果〉 以上の説明から明らかな如く、本発明の青色発光素子で
は低電圧駆動ができかつ純粋な青色光を得ることができ
る。
を用いたが、これはＺｎ５ｅ単結晶薄膜ｏ２から基板０
１）側へ電流が拡散することを防ぐためであり、従って
半絶縁性のＧａＡｓ基板を基板（１１１とし用いても良
い。′ 〈効 果〉 以上の説明から明らかな如く、本発明の青色発光素子で
は低電圧駆動ができかつ純粋な青色光を得ることができ
る。
第１図は従来例を示す断面図、第２図及び第３図は第１
図従来例の電流−電圧特性及びＥＬ特性を夫々示す図、
第４図は本発明の実施例を示す断面図、第５図及び第６
図は第４図従来例の電流−電圧特性及びＫＬ特性を夫々
示す図である。 １１１ ・Ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓ基板、ｔｉ２−Ｎ型Ｚｎ
５ｅ単結晶薄膜、（１３・・・絶縁膜、（挿・・・オー
ミック電極、＋１５１・・・半透明金属電極。 代理人 弁理士 佐 野 静 夫 −］第１図 第８図 第４０
図従来例の電流−電圧特性及びＥＬ特性を夫々示す図、
第４図は本発明の実施例を示す断面図、第５図及び第６
図は第４図従来例の電流−電圧特性及びＫＬ特性を夫々
示す図である。 １１１ ・Ｐ型Ｇ ａ Ａ ｓ基板、ｔｉ２−Ｎ型Ｚｎ
５ｅ単結晶薄膜、（１３・・・絶縁膜、（挿・・・オー
ミック電極、＋１５１・・・半透明金属電極。 代理人 弁理士 佐 野 静 夫 −］第１図 第８図 第４０
Claims (1)
- （１）Ｐ型もしくは半絶縁性の半導体基板、該基板上に
積層されたＮ型Ｚ ｎ Ｓｅ単結晶薄膜、該単結晶薄膜
上に積層された絶縁膜及びオーミック電極、上記絶縁膜
上に積層された半透明金属電極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 |
|---|---|---|---|
| JP57203930A JPS5994479A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 青色発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57203930A JPS5994479A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 青色発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5994479A true JPS5994479A (ja) | 1984-05-31 |
Family
ID=16482044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57203930A Pending JPS5994479A (ja) | 1982-11-19 | 1982-11-19 | 青色発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5994479A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6163068A (ja) * | 1984-09-03 | 1986-04-01 | Agency Of Ind Science & Technol | 発光素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58165386A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | Hiroshi Kukimoto | 半導体発光素子およびその製造方法 |
-
1982
- 1982-11-19 JP JP57203930A patent/JPS5994479A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58165386A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | Hiroshi Kukimoto | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6163068A (ja) * | 1984-09-03 | 1986-04-01 | Agency Of Ind Science & Technol | 発光素子 |
| JPH0344427B2 (ja) * | 1984-09-03 | 1991-07-05 | Kogyo Gijutsuin |
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