JPS61224372A - 青色発光素子及びその製法 - Google Patents
青色発光素子及びその製法Info
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- JPS61224372A JPS61224372A JP60064756A JP6475685A JPS61224372A JP S61224372 A JPS61224372 A JP S61224372A JP 60064756 A JP60064756 A JP 60064756A JP 6475685 A JP6475685 A JP 6475685A JP S61224372 A JPS61224372 A JP S61224372A
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- Japan
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- thin film
- single crystal
- blue light
- substrate
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- Prior art date
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野」
本発明は表示用あるいはセンサーなどの光源に用いられ
ている青色発光素子及びその製法に関する。
ている青色発光素子及びその製法に関する。
本発明は低抵抗Zn8 を用いたプレーナ構造を有する
iIS型青色発光素子において、単結晶基板にGaAs
k用いたことを特徴とし、さらにその製法において
活性層に付加体を用いたMO−CVD法によシ形成した
Zn8 単結晶薄膜を用いたことにより、高輝度・高効
率のMIS型青型光色発光素子その製法を提供するもの
でおる。
iIS型青色発光素子において、単結晶基板にGaAs
k用いたことを特徴とし、さらにその製法において
活性層に付加体を用いたMO−CVD法によシ形成した
Zn8 単結晶薄膜を用いたことにより、高輝度・高効
率のMIS型青型光色発光素子その製法を提供するもの
でおる。
硫化亜鉛(Zn8)は、室温で16eTIという広い禁
制帯幅を有するために青色発光素子材料として注目され
、素子の試作が進められている。(例えば App’l
、Phys、 Lott、、 27(1’975)69
7. Phy88tat、 sol、(a) 50 (
197B)491. Phys、 5tat。
制帯幅を有するために青色発光素子材料として注目され
、素子の試作が進められている。(例えば App’l
、Phys、 Lott、、 27(1’975)69
7. Phy88tat、 sol、(a) 50 (
197B)491. Phys、 5tat。
!+101.(a) 64 (1981)697. )
ZnSijn型結晶しか得られてないこと、及び禁制帯
幅に相当する発光が紫外域に属することのため可視光が
得られる素子構造はMXBfjl、又はMlS屋であり
、発光は不純物の添加によって形成される不純物準位を
介しての遷移によって是ら従来研究されている素子構造
を第2図及び第3図に示す。
ZnSijn型結晶しか得られてないこと、及び禁制帯
幅に相当する発光が紫外域に属することのため可視光が
得られる素子構造はMXBfjl、又はMlS屋であり
、発光は不純物の添加によって形成される不純物準位を
介しての遷移によって是ら従来研究されている素子構造
を第2図及び第3図に示す。
P型GaP基板■上にジエチル亜鉛と硫化水素及びU型
ドーパントを原料に用いたMO−(’VD法によt)n
型Zn8 エピタキシャル膜■を成長させ、絶縁層■
を積層した後、フォトエツチングに、よりコンタクトホ
ールを開けn側のオーミック電極0を形成する。絶縁層
上に形成したもう一方の電極■との間で印加するプレー
ナ型素子構造で作製されている。
ドーパントを原料に用いたMO−(’VD法によt)n
型Zn8 エピタキシャル膜■を成長させ、絶縁層■
を積層した後、フォトエツチングに、よりコンタクトホ
ールを開けn側のオーミック電極0を形成する。絶縁層
上に形成したもう一方の電極■との間で印加するプレー
ナ型素子構造で作製されている。
第5図はn型Zn8 エピタキシャル膜上に絶縁層0を
介して金電極[相]を形成し、基板裏面のオーミック電
極[相]と平行に配置する対向電極型素子構造で作られ
たものである。。この際に用いられる基板◎としてはn
fiGaP 単結晶基板が使えることになる。
介して金電極[相]を形成し、基板裏面のオーミック電
極[相]と平行に配置する対向電極型素子構造で作られ
たものである。。この際に用いられる基板◎としてはn
fiGaP 単結晶基板が使えることになる。
〔発明が解決しようとする問題点及び目的〕上述の従来
技術には以下の問題点を有し、改善が望まれてい九。
技術には以下の問題点を有し、改善が望まれてい九。
(1) Zn8 は大型で良質の単結晶基板の製造が
困難であるために、表1に示すように基板としてGap
、81等の比較的格子定数の近い材料を選んでエピタキ
シャル成長させることが試みられている。Slを基板と
して用い九場合、表面が極めて活性なことにより容品に
酸化膜を形成するため、薄膜成長の前処理として、10
00℃〜に予備加熱する熱エッチ工程や娩気工程を行な
わなければならない。またGaP を用いた場合では
、例えば電子通信学会技術研究報告(半導体、トランジ
スタ)88D85−166に見られる様に400℃以下
の温度領域ではZn8 薄膜の結晶性が悪くなり、多
結晶状態を呈する様になる。Japan。
困難であるために、表1に示すように基板としてGap
、81等の比較的格子定数の近い材料を選んでエピタキ
シャル成長させることが試みられている。Slを基板と
して用い九場合、表面が極めて活性なことにより容品に
酸化膜を形成するため、薄膜成長の前処理として、10
00℃〜に予備加熱する熱エッチ工程や娩気工程を行な
わなければならない。またGaP を用いた場合では
、例えば電子通信学会技術研究報告(半導体、トランジ
スタ)88D85−166に見られる様に400℃以下
の温度領域ではZn8 薄膜の結晶性が悪くなり、多
結晶状態を呈する様になる。Japan。
J、Appl、Phya、22(1985)t44.に
も見られる様に一般に■−■族化合物半導体では低い成
長温度で作成した素子において比抵抗の極小値が現れる
傾向が6D、前述したように400℃以下では多結晶に
なってしまうGaP を基板として用いたのでは低抵
抗薄膜の形成がむずかしくそのため高(2) 対向電
極型素子構造では基板−薄膜間のへテロエピタキシャル
界面を通して電圧がかかるためこの部分の影響が避けら
れない。ヘテ四な界面〆 は多くの欠陥を有し易く、界面近傍の結晶性の乱れに伴
う抵抗の増加及びそのばらつきが素子特性のばらつきに
影響を及ぼしている。 ゛本発明の目的は上記の問
題点を解決し、高輝度。
も見られる様に一般に■−■族化合物半導体では低い成
長温度で作成した素子において比抵抗の極小値が現れる
傾向が6D、前述したように400℃以下では多結晶に
なってしまうGaP を基板として用いたのでは低抵
抗薄膜の形成がむずかしくそのため高(2) 対向電
極型素子構造では基板−薄膜間のへテロエピタキシャル
界面を通して電圧がかかるためこの部分の影響が避けら
れない。ヘテ四な界面〆 は多くの欠陥を有し易く、界面近傍の結晶性の乱れに伴
う抵抗の増加及びそのばらつきが素子特性のばらつきに
影響を及ぼしている。 ゛本発明の目的は上記の問
題点を解決し、高輝度。
高効率のMIS型青型光色発光素子その製法を提供する
ところにある。
ところにある。
表1.主な半導体材料の格子定数
〔問題を解決するための手段〕
本発明の青色発光素子は、単結晶基板としてGaAfl
を用いたことを特徴とし、また該M工S発光素子の製
造法において、■族元素を添加したn型Zn5xEle
−x単結晶薄膜を形成し、該薄膜を形成し、該薄膜上に
絶縁層を設けた後、フォトエツチングにより一部を除去
し、この開口部と絶縁層上に各々電極を形成すること釦
よってプレナー屋構造を有することを特徴とする。さら
に活性層を付加体を用いたMO−CVDにより形成する
ことを特徴とする。
を用いたことを特徴とし、また該M工S発光素子の製
造法において、■族元素を添加したn型Zn5xEle
−x単結晶薄膜を形成し、該薄膜を形成し、該薄膜上に
絶縁層を設けた後、フォトエツチングにより一部を除去
し、この開口部と絶縁層上に各々電極を形成すること釦
よってプレナー屋構造を有することを特徴とする。さら
に活性層を付加体を用いたMO−CVDにより形成する
ことを特徴とする。
ここでいう付加体とはR1Zn及びIt、Bf、両者の
うち低沸点成分の量を概ね過剰に混合し、加熱によって
反応及び熟成を行なった後過剰成分を留出除去して得ら
れるR1ZnとR,Bの付加体である有機亜鉛化合物を
さす。
うち低沸点成分の量を概ね過剰に混合し、加熱によって
反応及び熟成を行なった後過剰成分を留出除去して得ら
れるR1ZnとR,Bの付加体である有機亜鉛化合物を
さす。
低温でも良質な単結晶膜が得られるGaAs基板を用い
ることで、膜の比抵抗の極小値の部分での素子作製が可
能となった。
ることで、膜の比抵抗の極小値の部分での素子作製が可
能となった。
第1図には、本発明に係る青色発光素子の断面構造の一
例を示す。■は低抵抗のn型GaAs単結晶基板で、そ
の上に付加体を用いたMO−0・VD法により作製した
厘族元素を含む低抵抗nl!zns単結晶薄膜■、絶縁
層■、エツチングにより除去した開口部■、絶縁層上の
電極■と開口部に形成、したオーミック電極■から成る
。製造は以下の工程で行なった。
例を示す。■は低抵抗のn型GaAs単結晶基板で、そ
の上に付加体を用いたMO−0・VD法により作製した
厘族元素を含む低抵抗nl!zns単結晶薄膜■、絶縁
層■、エツチングにより除去した開口部■、絶縁層上の
電極■と開口部に形成、したオーミック電極■から成る
。製造は以下の工程で行なった。
″ 1.低抵抗n型単結晶基板■への■族元素を含む低
抵抗n型Zn8 単結晶薄膜■のMO−CVD法によ
る形成 2 絶縁膜■の積層 五 フォトエツチングによる開口部の形成未 電極材料
の蒸着又はスパッタ 以下、上述の素子作製工程に従い、本発明に係る青色発
光素子の製造法を詳細に説明する。
抵抗n型Zn8 単結晶薄膜■のMO−CVD法によ
る形成 2 絶縁膜■の積層 五 フォトエツチングによる開口部の形成未 電極材料
の蒸着又はスパッタ 以下、上述の素子作製工程に従い、本発明に係る青色発
光素子の製造法を詳細に説明する。
第4因は本発明において■族元素を含む低抵抗n型Zn
8 単結晶薄膜を作製する際に;用いるMo−CVD
装置の概略図である。
8 単結晶薄膜を作製する際に;用いるMo−CVD
装置の概略図である。
石英ガラス製の横型反応管[相]の内部にはaiaコー
ティングを施したグラファイト製サセプターOが置かれ
、さらにその上には基板[相]が置蜘れている。反応炉
の側面から高周波加熱炉、赤外線炉、または抵抗加熱炉
0などKよシ基板加熱を行なう。
ティングを施したグラファイト製サセプターOが置かれ
、さらにその上には基板[相]が置蜘れている。反応炉
の側面から高周波加熱炉、赤外線炉、または抵抗加熱炉
0などKよシ基板加熱を行なう。
基板温度はゲラフィト製サセプター〇の中に埋め込んだ
熱電対[相]によりモンターする。反応管は排気系の及
び廃ガス処理系@とバルブ@、@を介して接続されてい
る。Znソースであるジアルキル亜鉛とシア榊ル硫黄又
はジアルキルセレンとの等セル混合によって得られる付
加体はバブラー[相]に封入されている。また■族元素
のソースとなる有機金属化合物、例えばトリエチルアル
ミニウム(T]!1Aj)、トリメチルガリウム(TM
Ga)、トリエチルインジウム(Tl工n)などはバブ
ラー■に封入されている。
熱電対[相]によりモンターする。反応管は排気系の及
び廃ガス処理系@とバルブ@、@を介して接続されてい
る。Znソースであるジアルキル亜鉛とシア榊ル硫黄又
はジアルキルセレンとの等セル混合によって得られる付
加体はバブラー[相]に封入されている。また■族元素
のソースとなる有機金属化合物、例えばトリエチルアル
ミニウム(T]!1Aj)、トリメチルガリウム(TM
Ga)、トリエチルインジウム(Tl工n)などはバブ
ラー■に封入されている。
キャリアーガス及び硫化水素はそれぞれボンベ[相]、
[株]に充填されている。純水装置■によって精製され
たキャリアーガス及び硫化水素はそれぞれマスフローエ
ントローラのによ)流量制御される。
[株]に充填されている。純水装置■によって精製され
たキャリアーガス及び硫化水素はそれぞれマスフローエ
ントローラのによ)流量制御される。
バブラー・、■に封入された付加体及び■族有機金属化
合物は恒温槽[相]によ)それぞれ所定の温度に維持さ
れている。
合物は恒温槽[相]によ)それぞれ所定の温度に維持さ
れている。
このバブラーの中の適当量のキャリアーガスを導入、バ
ブリングを行なうことによ)、所望の量の付加体及び■
族有機金属化合物が気化し供給される。バブラーの、@
及びボンベ0より供給され象付加体■族有機物、化合物
、硫化水素はそれぞれキャリアーガスによって希釈され
合流した後、三方バルブノヲ経て反応管[相]へ導入さ
れる。三方パルプ[相]は原料ガスの反応管[相]への
導入及び廃ガス処理系[株]への廃棄の切シ換えを行な
う。第4図には横型反応炉を示したが縦型反応炉におい
ても基本的構成は同じである。但し基板の回転機構を設
けることにより、得られる膜の均一性全確保する必・要
がある。
ブリングを行なうことによ)、所望の量の付加体及び■
族有機金属化合物が気化し供給される。バブラーの、@
及びボンベ0より供給され象付加体■族有機物、化合物
、硫化水素はそれぞれキャリアーガスによって希釈され
合流した後、三方バルブノヲ経て反応管[相]へ導入さ
れる。三方パルプ[相]は原料ガスの反応管[相]への
導入及び廃ガス処理系[株]への廃棄の切シ換えを行な
う。第4図には横型反応炉を示したが縦型反応炉におい
ても基本的構成は同じである。但し基板の回転機構を設
けることにより、得られる膜の均一性全確保する必・要
がある。
以下■族元素を含む低抵抗n−型Zn8単結晶薄膜の具
体的な作製プロセスを説明する。
体的な作製プロセスを説明する。
(10G)面、(100)面から(110)面の方向に
50あるいは2° のずれを有する面においてスライス
し、鏡面研・磨した低抵抗n−型のヒ化ガリウム(Ga
As)’i、トリクロルエチレン。
50あるいは2° のずれを有する面においてスライス
し、鏡面研・磨した低抵抗n−型のヒ化ガリウム(Ga
As)’i、トリクロルエチレン。
アセトン、メタノールによる超音波洗浄を施した後にエ
ツチングをする。エツチング条件は、以下の通りでおる
。
ツチングをする。エツチング条件は、以下の通りでおる
。
Ga*4基板 Bz804: Hlol、):Hl 0
−5:1:1 (体積比) 室温で 2− 純水を用いてエツチングを停止し、純水、メタノールに
て洗浄した後、グイフロン中に保存した。
−5:1:1 (体積比) 室温で 2− 純水を用いてエツチングを停止し、純水、メタノールに
て洗浄した後、グイフロン中に保存した。
基板は反応管へのセラトラ行なう直前にグイフロンより
取シ出し、乾燥窒素ブローによりグイフロンを乾燥除去
する。基板セットの後反応炉内を10 ”” Torr
程度まで真空引きし、系内に残留するガスを除く。キャ
リアーガスを導入して系内金常圧に戻した後1〜2を一
程度のキャリアーガスを流しつつ昇温を開始する。加熱
には赤外線加熱炉ゼ用いた。キャリアーガスとしては、
純度99.9999−のHeまたは純化装置全通過させ
たH、を用いた。基板温度が所定温度に到達し、安定し
次後、を行なう。用いた付加体は純度99.9999
′$のジメチル亜鉛とジエチル硫黄を等モル混合して得
られる付加体である。この付加体は50℃において28
0a+mHg 程度の蒸気圧を有する。■族元素を含む
有機金属化合物としてトリエチルマルミニウム(TgA
IL)を用いた。
取シ出し、乾燥窒素ブローによりグイフロンを乾燥除去
する。基板セットの後反応炉内を10 ”” Torr
程度まで真空引きし、系内に残留するガスを除く。キャ
リアーガスを導入して系内金常圧に戻した後1〜2を一
程度のキャリアーガスを流しつつ昇温を開始する。加熱
には赤外線加熱炉ゼ用いた。キャリアーガスとしては、
純度99.9999−のHeまたは純化装置全通過させ
たH、を用いた。基板温度が所定温度に到達し、安定し
次後、を行なう。用いた付加体は純度99.9999
′$のジメチル亜鉛とジエチル硫黄を等モル混合して得
られる付加体である。この付加体は50℃において28
0a+mHg 程度の蒸気圧を有する。■族元素を含む
有機金属化合物としてトリエチルマルミニウム(TgA
IL)を用いた。
成長条件は下記の通りである。
基板温度500℃〜550℃、原料導入口から基板まで
の距離20c1n、付加体パブリニング量−15℃にお
い°C50td / win、 T I Alバブリン
グ量−10℃において20 rtd / IIk−FI
eで希釈した2%のFI2 B の供給量 200
m / ” 、キャリアーガスを含む全ガス流量 4
.5t/−成長時間9〇−所定の時間成長を行なった後
、原料の供給をストップし、冷却する。冷却中はHe’
i1〜21/−流しておく。基板表面の熱エッチを防ぐ
ためにHe希釈2%のH= s をs o 〜b o
vt /−程度流しながら冷却してもよい。基板が室温
に戻ったら反応炉内を排気し、系内に残留する硫化水素
を除去する。系内を大気圧に戻した後に基板を取9出す
。この時に得られたZn8:Al膜の厚さは、約1μ購
でメジ、成長速度は約17μm/n rであった。
の距離20c1n、付加体パブリニング量−15℃にお
い°C50td / win、 T I Alバブリン
グ量−10℃において20 rtd / IIk−FI
eで希釈した2%のFI2 B の供給量 200
m / ” 、キャリアーガスを含む全ガス流量 4
.5t/−成長時間9〇−所定の時間成長を行なった後
、原料の供給をストップし、冷却する。冷却中はHe’
i1〜21/−流しておく。基板表面の熱エッチを防ぐ
ためにHe希釈2%のH= s をs o 〜b o
vt /−程度流しながら冷却してもよい。基板が室温
に戻ったら反応炉内を排気し、系内に残留する硫化水素
を除去する。系内を大気圧に戻した後に基板を取9出す
。この時に得られたZn8:Al膜の厚さは、約1μ購
でメジ、成長速度は約17μm/n rであった。
以上のプロセスにより作製したZn8:A1単結晶薄膜
は室温において比抵抗ρ−α1〜100Ω画程度の値を
再現性良く示した。成長温度を250℃から450℃の
間で変化させたとき、比抵抗は300〜510℃付近で
極小値を呈した。比抵抗の成長温度依存性も再現性は良
好であった。また、He−0(iレーザー(発振波長5
zsoX)で励起した時に室温において強い青色発光(
発光波長460〜470nm)を示した。キセノンラン
プを用いて、励起波長に250 nmから400 nm
まで変化させても、460〜47 Onm付近の発光以
外は観測されなかった。以上の事実は本発明で作製され
るZn8:Al薄膜が極めて高品位でらる1 ことを
示している。
は室温において比抵抗ρ−α1〜100Ω画程度の値を
再現性良く示した。成長温度を250℃から450℃の
間で変化させたとき、比抵抗は300〜510℃付近で
極小値を呈した。比抵抗の成長温度依存性も再現性は良
好であった。また、He−0(iレーザー(発振波長5
zsoX)で励起した時に室温において強い青色発光(
発光波長460〜470nm)を示した。キセノンラン
プを用いて、励起波長に250 nmから400 nm
まで変化させても、460〜47 Onm付近の発光以
外は観測されなかった。以上の事実は本発明で作製され
るZn8:Al薄膜が極めて高品位でらる1 ことを
示している。
Zn8 との格子マツチングの点から考えれば表1に
示す通りGaP、Siが比較的良く、GaA3では4チ
程度のずれが大きく結晶成長に影響するとされてきた。
示す通りGaP、Siが比較的良く、GaA3では4チ
程度のずれが大きく結晶成長に影響するとされてきた。
そのため従来はGap が基板として用いられたが40
0℃以下の低温で゛は薄膜の結晶性が極端に悪くなシ表
面の凹凸が顕著になることが指摘されていた。
0℃以下の低温で゛は薄膜の結晶性が極端に悪くなシ表
面の凹凸が顕著になることが指摘されていた。
ノンドープでGaA3+基板上にZn8 膜の成長を行
なった実験によると、基板温度が300℃位での低温領
域でもエピタキシャル成長が行なわれX線ロッキングカ
ーブの値もα15° 付近を再現性良く示しており、極
めて良好な膜が得られ°ていることがわかった。今回の
素子化の工程で比抵抗を測定したところ300℃付近で
極小を示したことより、GaA3基板を用いればこうし
た膜の比抵抗の小さい領域を用いて発光素子の作製が可
能となり、高輝度、高効率の発光が取出せることが可能
となった。
なった実験によると、基板温度が300℃位での低温領
域でもエピタキシャル成長が行なわれX線ロッキングカ
ーブの値もα15° 付近を再現性良く示しており、極
めて良好な膜が得られ°ていることがわかった。今回の
素子化の工程で比抵抗を測定したところ300℃付近で
極小を示したことより、GaA3基板を用いればこうし
た膜の比抵抗の小さい領域を用いて発光素子の作製が可
能となり、高輝度、高効率の発光が取出せることが可能
となった。
以下本発明に係る青色発光素子の作製工程について述べ
る。
る。
まず上述のMOCVDプロセスにより(100)面又は
(10°0)面から(110)面方向へ2°−又は5°
傾いた面でスライスしたn−型のGaA31の基板上
の低抵抗ZnS 層を約3μm成長させる。
(10°0)面から(110)面方向へ2°−又は5°
傾いた面でスライスしたn−型のGaA31の基板上
の低抵抗ZnS 層を約3μm成長させる。
次にスパッタ、又は電子ビーム蒸着等により、ZnS
上に厚さ1000〜20001程度の絶縁層を形成す
る。材料はS i O22S131J4 、 Ta20
B 、 Al4Gh。
上に厚さ1000〜20001程度の絶縁層を形成す
る。材料はS i O22S131J4 、 Ta20
B 、 Al4Gh。
ZnS、 NaF、 Mg1Fsなどで良い。
続いてフォトリソグラフィーの技術及びエラチン1グを
施して、絶縁膜■に開口部■を設ける、次にフォトソゲ
ラフイーの技術を用いて、パターニングされた電極■を
形成する。電極材料は、Au又は工TOを用いた。Au
の場合光の取り出しを確保するため厚さは500〜50
0X程度にする。
施して、絶縁膜■に開口部■を設ける、次にフォトソゲ
ラフイーの技術を用いて、パターニングされた電極■を
形成する。電極材料は、Au又は工TOを用いた。Au
の場合光の取り出しを確保するため厚さは500〜50
0X程度にする。
絶縁膜■に設けた開口部■全通して、In−Ga。
ln−Hgにより低抵抗ZnS薄膜■にオーム性接続を
形成した。In−Ga、In−Figを付着させた時に
不活性雰囲気中、350℃〜400℃において、2〜5
分間の熱処理を施こすことによシ、良好のオーム性接触
が形成できた。
形成した。In−Ga、In−Figを付着させた時に
不活性雰囲気中、350℃〜400℃において、2〜5
分間の熱処理を施こすことによシ、良好のオーム性接触
が形成できた。
以上の様にして作製したM工S構造を有する素子に順方
向のバイアス電圧を印加すると、1〜2V付近から発光
が観測された。発光の閾値電圧は用いる絶縁膜の厚さと
材料に依存した。例えば、100Xの8iQ雪の場合、
約2.27で発光が観測され、発光強度は素子を流れる
電流に比例して増加した0発光波長は室温で470μm
、量子効率は約101であった。得られた素子の発光ス
ペクトルの代表例を第5図に示す。同一ウニバー内又は
異なるパッチ間で比較した素子特、性のバラツキは約8
%でめった。素子作製工程の改良により特性のバラツキ
はさらに低減できると思われる。
向のバイアス電圧を印加すると、1〜2V付近から発光
が観測された。発光の閾値電圧は用いる絶縁膜の厚さと
材料に依存した。例えば、100Xの8iQ雪の場合、
約2.27で発光が観測され、発光強度は素子を流れる
電流に比例して増加した0発光波長は室温で470μm
、量子効率は約101であった。得られた素子の発光ス
ペクトルの代表例を第5図に示す。同一ウニバー内又は
異なるパッチ間で比較した素子特、性のバラツキは約8
%でめった。素子作製工程の改良により特性のバラツキ
はさらに低減できると思われる。
上述の工程の中で、MOCVD法によるZn8層の作製
に要する時間は、1バッチ当り約4時間程度であり、従
来法におけるバルク結晶の成長に比べ、1ケタ以上の量
産化が期待できる。また、処理するワエハーの大きさも
、反応管の大きさとその形状の最適化により大口径化で
きる。
に要する時間は、1バッチ当り約4時間程度であり、従
来法におけるバルク結晶の成長に比べ、1ケタ以上の量
産化が期待できる。また、処理するワエハーの大きさも
、反応管の大きさとその形状の最適化により大口径化で
きる。
Zn8 薄膜は禁制帯幅が室温で五6eVと、それ自体
では絶縁物であシ、付加体を用りたMO−OTID法で
良質のZnB 薄膜が形成され、た場合、それがその
まま・絶縁膜として使用可能と壜る。これを用いると活
性層と絶縁層がドーパントの供給を中断するだけで連続
的に成長が行なえるため、界面の再現性が優れ、電流特
性のバラツキが小さいものが得られる。
では絶縁物であシ、付加体を用りたMO−OTID法で
良質のZnB 薄膜が形成され、た場合、それがその
まま・絶縁膜として使用可能と壜る。これを用いると活
性層と絶縁層がドーパントの供給を中断するだけで連続
的に成長が行なえるため、界面の再現性が優れ、電流特
性のバラツキが小さいものが得られる。
以下に素子の作製工程を述べる。構造は実施例1と同様
なプレーナ型MIS構造を有する。
なプレーナ型MIS構造を有する。
実施例1と同様にして清浄化されたn型GaAJ単結晶
基板上に、付加体を用いたM O−07’D法により、
ドーパントとして0に封入しであるTl111M 全H
eバブリングすることによってN、全導入し、Zn S
:A1層を約2μm積層した。
基板上に、付加体を用いたM O−07’D法により、
ドーパントとして0に封入しであるTl111M 全H
eバブリングすることによってN、全導入し、Zn S
:A1層を約2μm積層した。
ZnS:A1層の形成後、次の手順に従い、ZnS 絶
縁層全形成する。
縁層全形成する。
1、 三方パルプ■の操作によシ原料ガスをガス処理系
0へ廃棄することによシ反応管■への供給を中断する。
0へ廃棄することによシ反応管■への供給を中断する。
2 バブラー■のパルプのの操作によF)THMの供給
を中止する。
を中止する。
五 しばらくガスの廃棄を行ない配管内に残留するTK
Al’i除去する。TEMの除去!1効率よく行なうた
めに、すべての原料ガス及びキャリ゛アーガスの供給を
中断し、パルプ0.[相]を介して配管内の脱気を排気
系兜によフ行なってもよい。
Al’i除去する。TEMの除去!1効率よく行なうた
めに、すべての原料ガス及びキャリ゛アーガスの供給を
中断し、パルプ0.[相]を介して配管内の脱気を排気
系兜によフ行なってもよい。
4、平方パルプ■の操作により、付加体と硫化水素から
なる原料ガスを反応管■に導入する。
なる原料ガスを反応管■に導入する。
これKよりアンドープZn8 の成長が開始、する。
約7−の成長により1000A程度のアンドープZnS
層が形成される。
層が形成される。
後工程は実施PJ Iを踏襲し、絶縁層上にコンタクト
をとった工To膜と、開口部に形成され九1工n−Ga
(Z)7[順バイアス電圧を印加した。
をとった工To膜と、開口部に形成され九1工n−Ga
(Z)7[順バイアス電圧を印加した。
本素子では印加電圧が1〜2v付近から発光が確認され
、素子を流れる電流に比例して発光一度は増加した。発
光スペクトルは室温で470 nm付近にビーフを有し
、発光効率は釣り″’−t”、sつた。
、素子を流れる電流に比例して発光一度は増加した。発
光スペクトルは室温で470 nm付近にビーフを有し
、発光効率は釣り″’−t”、sつた。
本実施例ではドナー性不純物材料として■族元素である
Mを用いた場合について述べたが、容易に類推できる如
く他のllIb族元素Ga、Inについても対応する有
機金属化合物、例えばトリエチルガリウム(沸点!14
3℃)、トリエチルインジウム(沸点目184℃)を用
いるこくによシ可能である。バブリング温度における蒸
気圧とバブリングガスの流量から計算される供給量がト
リエチルアルミニクムのそれと等しいとき、Z n S
: G a *ZnS:工ni活性層とするMIS型
青型光色発光素子n8:Alを活性層とするものと同様
の特性を示した。
Mを用いた場合について述べたが、容易に類推できる如
く他のllIb族元素Ga、Inについても対応する有
機金属化合物、例えばトリエチルガリウム(沸点!14
3℃)、トリエチルインジウム(沸点目184℃)を用
いるこくによシ可能である。バブリング温度における蒸
気圧とバブリングガスの流量から計算される供給量がト
リエチルアルミニクムのそれと等しいとき、Z n S
: G a *ZnS:工ni活性層とするMIS型
青型光色発光素子n8:Alを活性層とするものと同様
の特性を示した。
またハ四ゲン元素であるOL、Br、工 等を不純物と
して含む活性層を形成した場合にもほぼ同様の素子特性
を示した。
して含む活性層を形成した場合にもほぼ同様の素子特性
を示した。
〔実施例3〕
単結晶基板とその上へ成長する半導体薄膜材料は、結晶
系及び格子定数が一致したものを選ぶのが望ましく、そ
うでな−場合では両者の一界面に多数の欠陥が生じ易く
、結晶性の乱れに伴う高抵抗化等の悪影響を及ぼす。
系及び格子定数が一致したものを選ぶのが望ましく、そ
うでな−場合では両者の一界面に多数の欠陥が生じ易く
、結晶性の乱れに伴う高抵抗化等の悪影響を及ぼす。
そこでeaAs単結晶基板上へ、■族ソースとしてセレ
ン化水素を加えることによりZn8xSe1−x(0<
x≦1)結晶をエピタキシャル成長し、基板との格子定
数のずれを十分小さな範囲におさえることで良質な素子
の作製が可能となった。混晶比Xは基板により与えられ
るが、成長温度によりその前後で最適な値が選ばれる。
ン化水素を加えることによりZn8xSe1−x(0<
x≦1)結晶をエピタキシャル成長し、基板との格子定
数のずれを十分小さな範囲におさえることで良質な素子
の作製が可能となった。混晶比Xは基板により与えられ
るが、成長温度によりその前後で最適な値が選ばれる。
以下、実施例2に従いM工8型素子の作製を行なった。
xfα02としたときの活性層の厚さ約2μm、絶縁層
は1oooXである。このときの発光波長は実施例1.
2とほぼ等しい470nm付近に見られ、印加電圧も1
v付近から立ち上が凱そのばらつきも小さいものとなっ
た。これは格子定数のずれの解消に伴う活性層の結晶性
が向上したことに対応していると思われる。
は1oooXである。このときの発光波長は実施例1.
2とほぼ等しい470nm付近に見られ、印加電圧も1
v付近から立ち上が凱そのばらつきも小さいものとなっ
た。これは格子定数のずれの解消に伴う活性層の結晶性
が向上したことに対応していると思われる。
上記実施例では付加体としてジメチル亜鉛とジエチル硫
黄の組合せにより得られるものについて述べ九が、他の
アルキル基の組合せに対しても可能で表2にその代表的
な付加体と蒸気圧の値を示した。これらの付加体を用い
た場合の製法も本発明の範ちゅうに入るものである。
黄の組合せにより得られるものについて述べ九が、他の
アルキル基の組合せに対しても可能で表2にその代表的
な付加体と蒸気圧の値を示した。これらの付加体を用い
た場合の製法も本発明の範ちゅうに入るものである。
表2 主な付加体とその蒸気圧
〔発明の効果〕
以上述べた様に本発明によれば、プレーナ構造によるM
IS型発光素子圧おいて、単結晶基板としてG a A
s’を用いたことで、高品質の結晶成長が低温で可能
となり、仁れによシ素子の低抵抗域での作製が可能とな
シ高輝度・高効率の青色発光素子を提供できる様になっ
た。また付加体を用いたMO−CVD法を用いたことで
活性層の質の向上と量産性の利点を有する。
IS型発光素子圧おいて、単結晶基板としてG a A
s’を用いたことで、高品質の結晶成長が低温で可能
となり、仁れによシ素子の低抵抗域での作製が可能とな
シ高輝度・高効率の青色発光素子を提供できる様になっ
た。また付加体を用いたMO−CVD法を用いたことで
活性層の質の向上と量産性の利点を有する。
本発明がディスプレー及び照明用光源として、その果た
す役割は大でおると確橘する。
す役割は大でおると確橘する。
第1図は本発明によって作製される青色発光素子の断面
図。 1、 n型GaAs単結晶基板 2.I族元素を含
むn型ZnB 単結晶薄膜 & 絶縁層4、開口部
& 電極& オーミック電極 第2図は従来研究されてきたブレーナ型素子構造を示す
断面図。 7、 P型GaAs基板 aNfiZnSe
単結晶薄膜 9 絶縁膜1α オー
ミック電極 11.半透明金属電極 第3図には対向電極型素子構造を示す断面図。 IZ nfiGaP 基板 li n型Z
n8単結晶膜 14.絶縁層1区
電極 16. 電極第4図は本発
明において用いるMO−CVD装置の概略図。 17.810 コーティングを施したグラファイト製
すセ゛ブタ−1a 基板 19、 高周波加熱炉又は赤外線炉又は抵抗加熱炉2
(L マスフローコントローラ 21、 恒温槽 22− 三方パルプ2五
パルプ 24.熱電対25、排気系
2& 廃ガス処理系27、.2a パルプ 29、 付加体の入ったバブラ 3(L [1族元素の有機金属化合物の入ったバブラ
ー31、 キャリアーガスの入ったボンベ32、硫化
水素の入ったボンベ 3五 ガス純化装置 34、石英ガラス製反応管 第5図は本発明において作製された青色発光素子の発光
スペクトル 以 上 i−包込り春91筒旧 第1−図 f色軽υh釘伽目 第2図 )−40CVeS X 、P18LIJ=回’第4図
図。 1、 n型GaAs単結晶基板 2.I族元素を含
むn型ZnB 単結晶薄膜 & 絶縁層4、開口部
& 電極& オーミック電極 第2図は従来研究されてきたブレーナ型素子構造を示す
断面図。 7、 P型GaAs基板 aNfiZnSe
単結晶薄膜 9 絶縁膜1α オー
ミック電極 11.半透明金属電極 第3図には対向電極型素子構造を示す断面図。 IZ nfiGaP 基板 li n型Z
n8単結晶膜 14.絶縁層1区
電極 16. 電極第4図は本発
明において用いるMO−CVD装置の概略図。 17.810 コーティングを施したグラファイト製
すセ゛ブタ−1a 基板 19、 高周波加熱炉又は赤外線炉又は抵抗加熱炉2
(L マスフローコントローラ 21、 恒温槽 22− 三方パルプ2五
パルプ 24.熱電対25、排気系
2& 廃ガス処理系27、.2a パルプ 29、 付加体の入ったバブラ 3(L [1族元素の有機金属化合物の入ったバブラ
ー31、 キャリアーガスの入ったボンベ32、硫化
水素の入ったボンベ 3五 ガス純化装置 34、石英ガラス製反応管 第5図は本発明において作製された青色発光素子の発光
スペクトル 以 上 i−包込り春91筒旧 第1−図 f色軽υh釘伽目 第2図 )−40CVeS X 、P18LIJ=回’第4図
Claims (3)
- (1)単結晶基板上に、低抵抗n型ZnS_XSe_1
_−_X(0<X≦1)単結晶薄膜を形成し、該薄膜上
同一面内に絶縁層及びオーミック電極を形成し、該絶縁
層上に半透明電極を設けたプレーナ型構造を有するMI
S型青色発光素子において、単結晶基板としてGaAs
を用いたことを特徴とする青色発光素子。 - (2)単結晶GaAs基板上に低抵抗−n型ZnS_X
−Se_1_−_X薄膜を形成し、該薄膜上に絶縁層を
設けた後、フォトエッチングにより一部を除去し、開口
部にオーミック電極を形成し、他方の、絶縁層上に形成
した電極との間で導通をとるプレーナ型構造を有するこ
とを特徴とする青色発光素子の製法。 - (3)特許請求の範囲第2項において、亜鉛ソースとし
てジアルキル亜鉛(以下R_2Znと略す)及びジアル
キル硫黄(以下R_2Sと略す)を、両者のうち低沸点
成分の量を概ね過剰に混合し、加熱によつて反応及び熟
成を行なつた後過剰成分を留出除去して得られるR_2
ZnとR_2Sの付加体である有機亜鉛化合物を用いV
I族元素のソースとして硫化水素又はセレン化水素、ド
ナー性不純物として、III族元素を含む有機金属化合物
及びVII族元素のガスまたはVIII族元素を含む水素ガス
、有機金属化合物を用いたMO−CVD法によりn型Z
nS_xSe_1_−_X単結晶薄膜を形成することを
特徴とする青色発光素子の製法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60064756A JPS61224372A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | 青色発光素子及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60064756A JPS61224372A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | 青色発光素子及びその製法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61224372A true JPS61224372A (ja) | 1986-10-06 |
Family
ID=13267334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60064756A Pending JPS61224372A (ja) | 1985-03-28 | 1985-03-28 | 青色発光素子及びその製法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61224372A (ja) |
-
1985
- 1985-03-28 JP JP60064756A patent/JPS61224372A/ja active Pending
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