JPS62296484A - 青色発光素子 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 〈産業上の利用分野〉 本発明は、表示用などに用いられる青色発光素子の構造
に関する。

〈従来の技術〉 ｉ−ｗ族化合物半導体薄膜を積層して得られる歪超格子
を利用した発光素子でこれまでに報告されている構造は
以下の通りである◇ ｔドナー性不純物をドーピングしたＺｎ５ｘＳｓ１−ｘ
′とアンドープＺｎＳ層を積層してなるｎ−型領域とア
ンドープＺｎ５ｘＳｓ＋−ｘ′とアクセプター性不純物
をドーピングしたＺｎＴｅ層を積層してなるｐ−型領域
を有するもの。

（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ　、、５７（１９８５）２９
６０参照） ２、　Ａ　ｆｉをドーピングしたＺＩＩＳとアンドープ
２ｎＴｅ層を積層してなるｎ−型領域とアンドープＺｎ
Ｓ層とＡ８をドーピングしたＺｎＴｅ層を積層してなる
ｐ−型領域を有するもの。

（日経エレクトロニクス１９８５年１月１４日号ｐ、２
１３参照） 〈発明が解決しようとする問題点〉 前述の従来技術では、歪超格子を形成する２種類のＴＩ
　−ｖ族化合物半導体の格子定数の差が太きすぎるため
に良質の歪超格子が形成されないという問題点を有する
。格子定数の違いは、Ｚｎ８θとＺｎＴｅで約７％、Ｚ
ｎＳｘＳｅｊ−ｘとｚｌｌＩＴ・では、Ｘの値に応じて
７％以上、又、ＺｎＴｅとＺｎＳでは約１２％という大
きな値である。例えば、Ｚｎ５ｅとＺｎＴｅからなる歪
超格子において観測されている、室温における７オトル
ミネツセンス発光強度が極めて弱いといった現象は歪超
格子の質の悪さに起因していると考えられる。

（昭和６１年春季応用物理学関係連合講演会　予稿集　
１　ｐ−Ｒ−１７：１　ｐ−Ｒ−１３参照）上述の問題
点は、発光素子を作製した際に発光効率の低下をもたら
す大きな原因となり得る。

そこで本発明は上述の問題点を解決するもので、その目
的とするところは、Ｕ　−Ｗ族化合物半導体の良質な歪
超格子を用い、高輝度、高効率の青色発光素子を提供す
るところにある。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明に係る青色発光素子は、格子定数の異なる２種類
の１１−ｗ族化合物半導体薄膜を積層して得られる歪超
格子構造を有する発光素子において、積層するｌｌ−４
族化合物半導体薄膜がＺｎＳ：ｃＳｅ−ｘ（０≦ｘ≦１
）及びＺｎＳｘ′Ｓｅ１−ｘ’　　（０≦ｘ′≦１　、
！’＞Ｘ　）であることを特徴とする〇〈作　用〉 本発明の上記の構成によれば、格子定数の違いは最も大
きい場合でさえもＺｎＳとＺｎ５ｅの４％であり、両者
の混晶であるＺｎ５ｘＳｓ＋−ｘ（０＜ｘ＜１　）を利
用すること、で、格子定数の差を小さくすることが可能
となる０歪超格子は格子定数の異なる薄膜の格子が互い
に歪み合うことにより形成されている。この時に生じる
歪エネルギーにより転位の低減や、不純物の拡散の抑制
が期待できる＠この効果は・歪の大きさ即ち積層する２
種類の薄膜の格子定数の差によって決定される。

本発明においては、歪エネルギーの効果が充分利用でき
、かつ良質の歪超格子の形成が可能である様な格子定数
の違いを有するＺｎ！Ｊｘｉ３ｅｊ−ｘとｚｎｓｘ’ｓ
ｅ＋−Ｘ’の組み合せで青色発光素子を作製することが
可能である〇 〈実施例１〉 第１図には、本発明に係る青色発光素子の構成断面図の
概略の一例を示す。１はｎ−型ガリウムヒ素（ＧａＡｓ
）基板で、２は基板に形成したオーム性コンタクトを示
しているｏ（）ａＡｓ基板上にアルミニウムをドーピン
グした厚さ５０ＸのＺｎ５ｅ層（ＺｎＳｓ　：Ａり３と
厚さ５０ＸのアンドープＺｎＳ層４が繰りかえし５０周
期積層されてなるｎ−型領域及びヒ素をドーピングした
厚さ５０ＸのＺｎ５ｅ層（Ｚｎ５ｅ　：Ａｓ　）５と厚
さｓｏＸのアンドープＺｎＳ層４が繰りかえし５０周期
積層されてなるｐ−型領域に対するオーム性コンタクト
６が形成されている。上記の実施例においてはドナー性
不純物としてＡ２を用いているか、この他、Ｇａｑ工ｎ
％Ｃ２、Ｂｒｓ工なども同様に用いることができる。ま
たアクセプター性不純物としてＡｓの他に、Ｎ、Ｐ、Ｓ
ｂ％Ｌｉ、Ｎ（ｌなども同様に用いることができる・ また上記の実施例においては、ドナー性又はアクセプタ
ー性不純物をドーピングした層（以下ド−ピング層と略
す）　Ｋ　Ｚ　ｎ　Ｓ　ｓを用い、不純物をドーピング
しない層（以下アンドープ層と略す）にＺｎＳを用いて
いるが、ドーピング層にＺｎ５ｘｓｓｉ−Ｘ（０≦ｘ≦
１）、アンドープ層ＫＺｎＳｘＳｅｌ−Ｘ（０≦ｘ′≦
１、ｘ’＞ｘ）を用いても良い＠具体的な（ドーピング
層）−（アンドープ層）の組み合せとしては例えばＺｎ
５ｓ−Ｚ　ｎ　８６．　　＄　ｅｏＯｌＺ　ｎ　Ｓ　ｅ
−Ｚ　ｎ　Ｓ、、、　Ｓ　＠ｏ８．あるいは、Ｚ　ｎ　
３６６、　Ｓ　ｅｏＯｓ　−Ｚ　！１　ｓｏ、　Ｓ　ｏ
６．などで良い。

各層の厚さとドーピングする不純物の濃度は７オトルミ
ネツセンス測定によって求まる室温でのバンドギャップ
が２．５〜２．７ｅＶになる様に設定したＯ 以下に作製方法の概略を示す。

を裏面にオーム性コンタクトを形成したｎ−型Ｑ（＋Ａ
ａ基板の上にドナー性不純物を含むドーピング層とアン
ドープ層を交互に積層する。

結晶成長は、有機金属気相熱分解法（ＭＯＣｖＤ法）、
分子線エピタキシー法（Ｍ　Ｂ　１１：法）ホットウォ
ールエピタキシー法ＣＨＷ　ｖ　法）により、成長温度
３００〜４００℃において行なった。

２．２１−Ｍ１領域の形成に続いて、アクセプター性不
純物を含むドーピング層とアンドープ層を交互に積層す
る。

３、　ｐ−型領域の最上部層１ｃ　Ａ　ｕを蒸着し、不
活性雰囲気中でアｎ−ルを行ない、オーム性コンタクト
を形成する。

以上の方法でＧａＡｓ基板上に成長したアンドープＺｎ
ＦＪｘｆ３ｅ１−ｘ（０≦ｘ≦１）と７＞ドープＺｎ５
ｘ’Ｓ＠１−ｘ’（０≦ｘ′≦ｉ　、ｘ’＞　ｘ　）か
らなる各層の厚さｓｏＸの歪超格子構造を有する薄膜の
室温における７オトルミネツセンススペクトルにおいて
は、自由励起子発光線が観測された。このことは、本発
明に係る超格子構造が極めて良質であることを示してい
る。

本実施例における青色発光素子を、ＧａＡｓ基板側をｅ
極として層方向パイ了スを印加したところ、４６０〜４
８０１Ｂ付近に発光ピークを有する青色発光が得られた
。順方向電圧５ｖ印加時に、輝度５ミリカンデラ、発光
効率α１傅を得た０また１０３時間を越える室温での連
続点灯を行なっても、発光スペクトルの変化や輝度の低
下は観測されなかった。これは格子定数の差が小さい薄
膜の積層により良質の歪超格子が形成されたためである
。

〈実施例２〉 第２図には本発明に係る青色発光素子の構成断面図の概
略の一例を示す◎７はｎ−型Ｇ（ＩＡｓ基板で８は基板
に形成したオーム性コンタクトを示しているうＧａＡｓ
基板上にアルミニウムをドーピングした厚さｓｏＸのＺ
ｎＳ層（ＺｎＳ：Ａｎ）９と厚さｓｏＸのアンドープＺ
ｎ５ｓ層１０が繰り返し５０周期積層されてなるｎ−型
領域及びヒ素をドーピングした厚さ５０　Ｘ　（７）　
Ｚ　ｒｒ　Ｓ　＠　（Ｚ　ｎ　Ｓ：Ａｓ）１１と厚さ５
０ＸのアンドープＺ　２１　Ｓ　Ｑｉｌｏが繰り返し５
０周期積層されてなるｐ−型領域が形成されている。更
に最上部にはｐ−型領域に対−ｊろオーム性コンタクト
１２が形成されている。素子の作製方法は〈実施例１〉
と同様である。

ドナー性不純物としてはＡｌｌの他に・Ｇａ・工ｎ・ａ
　Ｑ　％　Ｂ　ｒ　ｓ工などが使用でき、又アクセプタ
ー性不純物としてＡｓの他にＮ％ｐ、Ｓｔ）、Ｌｉ、Ｎ
αなども同様に用いることができる〇またドーピング層
とアンドープ層の組み合せもぐ実施例１〉と同様にそれ
ぞれＺｎ５ｘ’Ｓｅ１−ｘ’（０≦ｘ′≦Ｉ、ｘ’＞ｘ
）及びＺｎＳｘＳｅ１−Ｘ（０≦ｘ≦１）を用いること
が可能である。発光素子の特性は〈実施例１〉に示した
素子と同レベルであった〇 〈実施例３〉 第３図には本発明に係る青色発光素子の構成断面図の概
略の一例を示す。１３はｎ−型Ｇ（ｌ　Ａｌｌ基板で１
４は基板に形成したオーム性コンタクトを示している。

ＧａＡｓ基板上にアルミニウムをドーピングした厚さｓ
ｏＸのＺｎ５ｅ層（Ｚｎ５ｅ：ＡＡ）１５と厚さ５０Ｘ
のアルミニウムドープ２ｎｓ層（ＺｎＳ：ＡｊＬ）１６
が繰り返し５０周期積層されてなるｎ−型領域及びヒ素
をドーピングした厚さ５０ヌのＺｎ５ｅ層（ＺｎＳｌｅ
：Ａｓ）１７と厚さｓｏＸのヒ素ドープＺｎＳ層（Ｚｎ
Ｓ：Ａｓ）１８が繰り返し５０周期積層されてなるｐ−
型領域が形成されている。更に最上部にはｐ−型領域に
対するオーム性コンタクト１９が形成されている。素子
の作製方法は〈実施例１，２〉と同様である。ドナー性
不純物としてはＡＱの他にＧ　ａ　１工ｎ、ＣＱｓ　Ｂ
ｒ、工などが使用でき、又アクセプター性不純物として
Ａｓの他にＮ、ｐ、ｓｂ、Ｌｉ、Ｎαなども同様に用い
ることができる。積層する２種類の薄膜組成の組み合せ
も〈実施例１．２〉と同様にそれぞれＺｎＳｘＳｅｊ−
）Ｃ（０≦ｘ≦１）及びＺｎ５ｘ’Ｓｓ＋−ｘ’（０≦
ｘ′≦１、！’＞りを用いることが可能である。発光素
子の特性は〈実施例１，２〉に示した素子と同レベルで
あった。

〈発明の効果〉 以上述べた様に本発明によれば格子定数の異なる２種類
のＩＩ−Ｗ族化合物半導体薄膜を積層して得られる歪超
格子構造を有する発光素子において積層するｌｌ−４族
化合物半導体薄膜がＺｎＳｘＳｅ１−ｘ（０≦ｘ≦１）
及びＺ　ｎ　Ｓ　ｘ’　３　ｅ　１−　ｘ’　　（０≦
ｘ′≦１　、ｘ’＞　ｘ　）であることを特徴としたこ
とＫより、良質な歪超格子構造が形成可能となり・高輝
度、高効率の青色発光素子が作製できる様になった。本
発明が、各種表示用光源、ディスプレイ等の重要な構成
要素である青色発光素子の普及に寄与するところは大き
いものと確信する０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の青色発光素子の一実施例を示す構成断
面図◎ １・・・ｎ−型ガリウムヒ素基板 ２・・・オーム性コンタクト ３・・・アルミニウムドープＺｎ５ｅｉ４・・・アンド
ープＺｎＳ層 ５・・・ヒ素ドープＺｎ５ｅ層 ６・・・オーム性コンタクト 第２図は本発明の青色発光素子の一実施例を示す構成断
面図。 ７・・・ｎ−型ガリウムヒ素基板 ８・・・オーム性コンタクト ９・・・アルミニウムドープＺｎＳ層 １０・・・アンドープＺｎ５ｅ層 １１・・・ヒ素ドープＺｎＳ層 １２・・・オーム性コンタクト 第３図は本発明の青色発光素子の一実施例を示す構成断
面図。 １３・・・ｎ−型ガリウムヒ素基板 １４・・・オーム性コンタクト １５・・・アルミニウムドープＺｎＳ＋１層１６・・・
アルミニウムドープＺｎ３層１７・・・ヒ素ドープＺｎ
５ｅ層 １Ｂ・・・ヒ素ドープＺｎＳ層 １９・・・オーム性コンタクト 以　　上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　最　上　務　他１名 ７−゛・ ＋１ １＋ ￥３田

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、格子定数の異なる２種類のII−VI族化合物半導体薄
   膜を積層して得られる歪超格子構造を有する発光素子に
   おいて、積層するII−VI族化合物半導体薄膜がＺｎＳ＿
   ｘＳｅ＿１＿−＿ｘ（０≦ｘ≦１）及びＺｎＳ＿ｘ＿′
   Ｓｅ＿１＿−＿ｘ＿′（０≦ｘ′≦１、ｘ′＞ｘ）であ
   ることを特徴とする青色発光素子。 ２、ドナー性不純物をドーピングしたＺｎＳ＿ｘＳｅ＿
   １＿−＿ｘ層とアンドープＺｎＳ＿ｘ＿′Ｓｅ＿１＿−
   ＿ｘ＿′層を積層してなるｎ−型領域及び、アクセプタ
   ー性不純物をドーピングしたＺｎＳ＿ｘＳｅ＿１＿−＿
   ｘ層とアンドープＺｎＳ＿ｘ＿′Ｓｅ＿１＿−＿ｘ＿′
   層を積層してなるｐ−型領域を有することを特徴とする
   特許請求範囲第１項記載の青色発光素子。 ３、ドナー性不純物をドーピングしたＺｎＳ＿ｘ＿′Ｓ
   ｅ＿１＿−＿ｘ＿′層とアンドープＺｎＳ＿ｘＳｅ＿１
   ＿−＿ｘ層を積層してなるｎ−型領域及び、アクセプタ
   ー性不純物をドーピングしたＺｎＳ＿ｘ＿′Ｓｅ＿１＿
   −＿ｘ＿′層とアンドープＺｎＳ＿ｘＳｅ＿１＿−＿ｘ
   層を積層してなるｐ−型領域を有することを特徴とする
   特許請求範囲第１項記載の青色発光素子。 ４、ドナー性不純物をドーピングしたＺｎＳ＿ｘＳｅ＿
   １＿−＿ｘ層とＺｎＳ＿ｘ＿′Ｓｅ＿１＿−＿ｘ＿′層
   を積層してなるｎ−型領域及び、アクセプター性不純物
   をドーピングしたＺｎＳ＿ｘＳｅ＿１＿−＿ｘ層とＺｎ
   Ｓ＿ｘ＿′Ｓｅ＿１＿−＿ｘ＿′層を積層してなるｐ−
   型領域を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の青色発光素子。