JPS631081A - 発光ダイオ−ド - 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】 産業上の利用分野 本発明は発光ダイオードの構造に関し、特にセレン化亜
鉛半導体を用いた高効率の青色発光ダイオードの構造に
関するものである。

従来の技術 ■−■族化合物半導体であるセレン化亜鉛（Ｚｎ　Ｓｓ
　）は、青色発光ダイオードの材料として有望である。

従来、このＺｎＳｅを用いた発光ダイオードとして第２
図に示すような構造の素子が考案されている〔例えばジ
ャパニーズ　ジャーナル　オプ　了ブライド　フィジッ
クス（Ｊａｐａｎｅｓｅ　　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　Ａｐ
ｐｌｉａｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　）誌、第１６巻第１号
（昭和５２年）　ｐ、　７７−８４　：）。

同図で１２はＮ型Ｚｎ　Ｓｓ単結晶、１３は二酸化硅素
（５ｉ０２　）からなる絶縁層、６は金属電極、６はオ
ーム性電極である。この素子の両電極間に、金属電極５
が正となるような電圧を印加すると、トンネル効果によ
り金属電極からＮ型Ｚｎ５ｅ単結晶中へ正孔が注入され
、これが自由電子と再結合して青色の発光を生じる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上述のような従来の構成では、絶縁層の素
材がＺｎ５ｅとは全く異るため、両者を連続的に形成す
ることは不可能である。このため両者の界面に不純物が
堆積したシ、欠陥が発生することになり、その結果注入
された正孔が有効に再結合せず、発光効率が低下すると
いう問題点があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、高効率のＺ
ｎ　Ｓｓ青色発光ダイオードを提供することを目的とし
ている。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するだめ、絶縁層をもＺｎ５
ａ単結晶で構成し、Ｎ型Ｚｎ５ｅ層と絶縁層を連続的に
形成し得るようにしたものである。

作用 本発明は上記の手段により、Ｎ型Ｚｎ５ｅ層と絶縁層の
界面を不純物や欠陥のない良好な状態にし、注入された
正孔を有効に発光して寄与せしめて発光効率を高めるも
のである。

実施例 以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

第１図は、本発明による発光ダイオードの構造を模式的
に示す断面図である。同図において、１はＮ型砒化ガリ
ウム（ＧａＡｓ　）単結晶基板、２はＮ型Ｚｎ　Ｓｅか
らなる接触層、３は接触層２よシも電子密度の低いＮ型
Ｚｎ　Ｓａからなる発光層、４は絶縁性ＺｎＳθからな
る絶縁層である。上記の接触層２、発光層３、絶縁層４
は、前記基板１上に順次エピタキシャル成長された単結
晶層である。また同図において６は金属電極層、６はオ
ーム性電極である。

ここで、基板１にＧａＡｓを用いるのは、格子定数がＺ
ｎ　Ｓｓとほぼ同一であり、良好なＺｎ５ａ単結晶層を
エピタキシャル成長させることができるためである。こ
のエピタキシャル成長の方法としては、例えば分子線エ
ピタキシー法が好適である。

この場合、結晶母体原料のＺｎ、Ｓｅと共に適切な不純
物を蒸発させ、その種類や蒸発量を変えることにより接
触層２、発光層３、絶縁層４を順次連続的に成長させる
ことができる。

またＭＯＣＶＤ法などの気相成長法でも不純物原料ガス
を変化させることにより、同様の成長を行うことができ
る。ここで、接触層２と発光層３に添加する不純物とし
ては、アルミニウム、ガリウム、インジウム、弗素、塩
素、臭素の何れかが好適である。

接触層２は、基板１と発光層３の電気的接触を完全にす
るために挿入されており、なるべく電子密度が高く、電
気抵抗が低いことが望ましい。実際には電子密度を１×
１０　／ｃｍ３以上とすると、Ｇａ　Ａｓ基板１に対し
完全な電気的接触が得られる。

接触層２の厚さには特に制限はないが、例えば０．１乃
至１μｍとすればよい。

次に発光層３の電子密度は、発光効率を高めるために、
なるべく高くすることが原理的には望ましいと考えられ
る。しかしながら、電子密度が１×１０１６／ｃｌＴ！
３以上であると、目的とする青色発光の効率はむしろ低
下し、かわって黄色・赤色領域の発光が生じることを発
明者らは見出した。詳細な検討の結果、好適な電子密度
の範囲は６×１０１６乃至１×１０１８／ｃ−であるこ
とが判明した。また、この発光層の厚さは０．５乃至５
μｍとすることが望ましい。この範囲よりも薄い場合に
は、結晶性の低下のため発光効率が低くなることがあり
、また厚くても直列抵抗の増加のため効率が低下する。

次に絶縁層４については、Ｚｎ、Ｓθの原料が高純度で
あれば不純物を全く添加しなくても得られるが、窒素、
燐、砒素、リチウム、ナトリウムの何れかを添加すると
より高抵抗化し、好適である。

また絶縁性Ｚｎ５ｅ層４の厚さは６０〜５００オングス
トロームの範囲内に選ぶことが望ましい。

この範囲よりも薄い場合には電圧印加時に絶縁破壊をお
こすことがあり、まだ厚い場合にはトンネル効果による
電流が流れにくくなり、効率が低下する。なお、金属電
極層５の材料としては、正孔の注入効率を高めるためな
るべく仕事関数の大きい金属が望ましく、特に金が好適
である。またその厚さは、発生した光を効率よく外部に
取り出すため、導電性を損わない範囲でなるべく薄いこ
とが望ましく、１ｏ○〜５００オングストロームとする
のが好適である。

以上に述べた発光ダイオードの動作原理は従来例と同様
であるが、本発明の場合には発光層３と絶縁層４が連続
的にエピタキシャル成長されているだめ界面に不純物や
欠陥が存在せず、金属電極層５から注入された正孔が有
効に発光に寄与し、高い発光効率が得られることになる
。

発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、界面における
正孔注入効率の低下を防止し、高い発光効率を有するＺ
ｎ５ｅ青色発光ダイオードを実現することができ、実用
的にきわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の発光ダイオードを示す断面
図、第２図は従来の発光ダイオードを示　　　。 す断面図である。 １・・・・・・Ｇａ　Ａｓ基板、２・・・・・・Ｚｎ５
ｅ発光層、３・・・・・・Ｚｎ　Ｓｓ発光層、４・・・
・・・Ｚｎ　Ｓｓ接触層、５・・・・・・金属電極層、
６・・・・・・オーム性電極層、１２・・・・・・Ｚｎ
５ｅ単結晶、１３・・・・・・５ｉ０２絶縁層。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎ型砒化ガリウム単結晶基板上に順次エピタキシ
   ャル成長させたＮ型セレン化亜鉛からなる接触層と、前
   記接触層よりも電子密度の低いＮ型セレン化亜鉛からな
   る発光層と、絶縁性セレン化亜鉛からなる絶縁層とを備
   え、前記絶縁層の表面の少くとも一部に金属電極層を設
   けた発光ダイオード。
2. （２）絶縁層に、窒素、燐、砒素、リチウム、ナトリウ
   ムのうち少くとも一種が不純物として添加されている特
   許請求の範囲第１項記載の発光ダイオード。
3. （３）絶縁層の厚さを５０乃至５００オングストローム
   とした特許請求の範囲第１項または第２項記載の発光ダ
   イオード。
4. （４）接触層と発光層に、アルミニウム、ガリウム、イ
   ンジウム、弗素、塩素、臭素のうち少くとも一種が不純
   物として添加されている特許請求の範囲第１項乃至第３
   項の何れかに記載の発光ダイオード。
5. （５）発光層の電子密度を５×１０＾１＾６／ｃｍ＾３
   以上１×１０＾１＾８／ｃｍ＾３以下とした特許請求の
   範囲第１項乃至第４項の何れかに記載の発光ダイオード
   。
6. （６）発光層の厚さを０．５ミクロン以上、５ミクロン
   以下とした特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに
   記載の発光ダイオード。
7. （７）接触層の電子密度を１×１０＾１＾８／ｃｍ＾３
   以上とした特許請求の範囲第１項乃至第６項の何れかに
   記載の発光ダイオード。
8. （８）金属電極層に金を用いた特許請求の範囲第１項乃
   至第７項の何れかに記載の発光ダイオード。
9. （９）金属電極層の厚さを１００乃至５００オングスト
   ロームとした特許請求の範囲第１項乃至第８項の何れか
   に記載の発光ダイオード。