JPS6351552B2 - - Google Patents
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- JPS6351552B2 JPS6351552B2 JP4857482A JP4857482A JPS6351552B2 JP S6351552 B2 JPS6351552 B2 JP S6351552B2 JP 4857482 A JP4857482 A JP 4857482A JP 4857482 A JP4857482 A JP 4857482A JP S6351552 B2 JPS6351552 B2 JP S6351552B2
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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
- H01L33/005—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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は青色の半導体発光素子の構造ならびに
その製造方法に関する。
その製造方法に関する。
−族化合物半導体を用いた赤色から緑色ま
での発光素子は量産化の時代に入り、デイスプレ
イデバイスとして幅広く利用されるに至つた。こ
のような情況下で、可視域で欠けている唯一の発
光色である青色を与える発光素子に対する期待は
一層強まつた。にもかかわらず、これまでの−
族発光素子と比肩し得る青色発光素子の製造技
術は未だ見当らないのが実情である。
での発光素子は量産化の時代に入り、デイスプレ
イデバイスとして幅広く利用されるに至つた。こ
のような情況下で、可視域で欠けている唯一の発
光色である青色を与える発光素子に対する期待は
一層強まつた。にもかかわらず、これまでの−
族発光素子と比肩し得る青色発光素子の製造技
術は未だ見当らないのが実情である。
青色の半導体発光素子を得るための第１の条件
は、用いる半導体の禁制帯幅Egが2.6eVを越える
ことである。この条件を満たす半導体結晶として
は、−族化合物半導体ではZnS（Eg＝
3.5eV）、ZnSe（Eg＝2.58eV）、−族化合物半
導体ではGaN（Eg＝3.5eV）、族化合物半導体
ではSiC（Eg＝3eV）等がある。しかしこれらの
材料はそれぞれ材料上の難点をかかえている。例
えば、SiCは同一材料でpn接合の形成できる唯一
の材料であるが、高融点材料であつて大型単結晶
基板が得られていない。ZnSやZnSe単結晶は、
ブリツジマン法で一般に作られるが双晶構造を含
み均質性に欠けるものであり、またpn接合が実
現していない。GaNの場合もｎ型結晶しか得ら
れず、基板結晶も適当なものがないため格子定数
のずれが30％もあるサフアイア結晶上に強引に気
相から成長を行つているのが実情である。
は、用いる半導体の禁制帯幅Egが2.6eVを越える
ことである。この条件を満たす半導体結晶として
は、−族化合物半導体ではZnS（Eg＝
3.5eV）、ZnSe（Eg＝2.58eV）、−族化合物半
導体ではGaN（Eg＝3.5eV）、族化合物半導体
ではSiC（Eg＝3eV）等がある。しかしこれらの
材料はそれぞれ材料上の難点をかかえている。例
えば、SiCは同一材料でpn接合の形成できる唯一
の材料であるが、高融点材料であつて大型単結晶
基板が得られていない。ZnSやZnSe単結晶は、
ブリツジマン法で一般に作られるが双晶構造を含
み均質性に欠けるものであり、またpn接合が実
現していない。GaNの場合もｎ型結晶しか得ら
れず、基板結晶も適当なものがないため格子定数
のずれが30％もあるサフアイア結晶上に強引に気
相から成長を行つているのが実情である。
以上のように、青色発光素子の研究は行われて
いるものの、そのプロセスならびに素子特性は未
だ量産に耐え得るものになつていない。
いるものの、そのプロセスならびに素子特性は未
だ量産に耐え得るものになつていない。
本発明は上記実情に鑑み、鋭意研究を重ねた結
果、量産に耐え得る青色の半導体発光素子の構造
と製造方法を提供しようとするものである。
果、量産に耐え得る青色の半導体発光素子の構造
と製造方法を提供しようとするものである。
−族化合物半導体であるZnSは直接遷移型
結晶であり、発光材料としては優れた材料であ
る。しかしその単結晶インゴツトはブリツジマン
法で作られ、形状や結晶特性の不均一なこと、不
純物や格子欠陥濃度の高いこと等のために発光素
子をこの結晶で構成するには限界がある。そこで
発明者らは種々の方法を検討した結果、ZnS結晶
と同一の結晶系をもつ−族化合物半導体の中
より格子定数の近接したGaP単結晶を基板結晶と
し、この結晶上にZnSxSe1-x結晶をエピタキシヤ
ル成長し得ること、その混晶比ｘを選択すること
によつて格子定数のずれを解消できること、この
エピタキシヤル成長法としては有機金属化合物を
気相成長材料とした気相成長法（MOCVD法）
が適切であること、等を明らかにし、有力な青色
発光素子量産構造ならびに方法の発明に至つた。
発光接合としても、従来から行われてきたMIS構
造に対し、カルコパイライト結晶であるCuAly
Ga1-y（SzSe1-z）2結晶を用いて良質のpn接合形成
が行えることを明らかにした。
結晶であり、発光材料としては優れた材料であ
る。しかしその単結晶インゴツトはブリツジマン
法で作られ、形状や結晶特性の不均一なこと、不
純物や格子欠陥濃度の高いこと等のために発光素
子をこの結晶で構成するには限界がある。そこで
発明者らは種々の方法を検討した結果、ZnS結晶
と同一の結晶系をもつ−族化合物半導体の中
より格子定数の近接したGaP単結晶を基板結晶と
し、この結晶上にZnSxSe1-x結晶をエピタキシヤ
ル成長し得ること、その混晶比ｘを選択すること
によつて格子定数のずれを解消できること、この
エピタキシヤル成長法としては有機金属化合物を
気相成長材料とした気相成長法（MOCVD法）
が適切であること、等を明らかにし、有力な青色
発光素子量産構造ならびに方法の発明に至つた。
発光接合としても、従来から行われてきたMIS構
造に対し、カルコパイライト結晶であるCuAly
Ga1-y（SzSe1-z）2結晶を用いて良質のpn接合形成
が行えることを明らかにした。
なお、ZnSxSe1-x結晶層の混晶比ｘは、GaP基
板結晶との格子定数のずれを十分小さい範囲に抑
えるために0.5≦ｘ≦１に選ばれる。また、
CuAlyGa1-y（SzSe1-z）2結晶の混晶比ｙ、ｚについ
ては、青色発光に適当な禁制帯幅を得るために概
略0.5≦ｙ≦１の範囲を選び、格子定数のずれを
小さくするために概略0.3≦ｘ≦0.7の範囲を選ぶ
ことが好ましい。これらの関係を第１図に示し
た。図の斜線領域はCuAlyGa1-y（SzSe1-z）2結晶の
好ましい混晶比ｙ、ｚの範囲を示している。
板結晶との格子定数のずれを十分小さい範囲に抑
えるために0.5≦ｘ≦１に選ばれる。また、
CuAlyGa1-y（SzSe1-z）2結晶の混晶比ｙ、ｚについ
ては、青色発光に適当な禁制帯幅を得るために概
略0.5≦ｙ≦１の範囲を選び、格子定数のずれを
小さくするために概略0.3≦ｘ≦0.7の範囲を選ぶ
ことが好ましい。これらの関係を第１図に示し
た。図の斜線領域はCuAlyGa1-y（SzSe1-z）2結晶の
好ましい混晶比ｙ、ｚの範囲を示している。
本発明によれば、量産技術の確立しているGaP
単結晶を基板結晶として、良好な青色発光特性を
示す半導体発光素子が得られる。また本発明によ
れば、従来のように適当な基板を欠いていた青色
発光素子にない量産性と発光特性の均一化が図ら
れる。
単結晶を基板結晶として、良好な青色発光特性を
示す半導体発光素子が得られる。また本発明によ
れば、従来のように適当な基板を欠いていた青色
発光素子にない量産性と発光特性の均一化が図ら
れる。
参考例 １
試作した参考例１の発光素子の構造を第２図に
示した。１１はｎ型GaP基板結晶であり、この上
にZn（C2H5）2とH2Sの熱分解反応を利用した
MOCVD法によりｎ型ZnS結晶層１２を成長さ
せ、その上に絶縁膜１３を介して金電極１４を形
成してMIS構造とした。基板裏面にはオーム性電
極１５を設けている。
示した。１１はｎ型GaP基板結晶であり、この上
にZn（C2H5）2とH2Sの熱分解反応を利用した
MOCVD法によりｎ型ZnS結晶層１２を成長さ
せ、その上に絶縁膜１３を介して金電極１４を形
成してMIS構造とした。基板裏面にはオーム性電
極１５を設けている。
この発光素子により、発光波長460nｍ、量子
効率３×10-4の良好な青色発光特性が得られた。
効率３×10-4の良好な青色発光特性が得られた。
GaP基板結晶層上に良質のZnS結晶が成長する
のは、両者の格子定数ずれが第１図から明らかな
ように、0.6％程度と小さいことによる。また発
光特性が良いことは、MOCVD法特有の非平衡
的析出反応に基くものと考えられる。
のは、両者の格子定数ずれが第１図から明らかな
ように、0.6％程度と小さいことによる。また発
光特性が良いことは、MOCVD法特有の非平衡
的析出反応に基くものと考えられる。
次にH2Sガスに一部H2Seを混入することによ
り、ZnSxSe1-x結晶がGaP基板結晶上に成長し、
ｘを選ぶことにより結晶の発光特性を最適にする
ことができた。これは格子定数のずれの解消に対
応しているものと思われる。
り、ZnSxSe1-x結晶がGaP基板結晶上に成長し、
ｘを選ぶことにより結晶の発光特性を最適にする
ことができた。これは格子定数のずれの解消に対
応しているものと思われる。
実施例 １
第３図に示すように、ｎ型GaP基板結晶２１に
ｎ型ZnSxSe1-x結晶層２２（0.5≦ｘ≦１）を成長
させたウエーハ上に、ｐ型CuAlyGa1-y（SzSe1-z）
2結晶層２３（0.5≦ｙ≦１、0.3≦ｚ≦0.7）をエ
ピタキシヤル成長させ、両面にオーム性電極２
４，２５を形成してpn接合型発光素子を構成し
た。発光色は参考例１とほぼ等しい青色であつ
た。また印加電圧は実施例１の素子に比べて低
く、そのばらつきも少ない（50ｍＡ／3.5V±
0.2V）発光ダイオードが得られた。
ｎ型ZnSxSe1-x結晶層２２（0.5≦ｘ≦１）を成長
させたウエーハ上に、ｐ型CuAlyGa1-y（SzSe1-z）
2結晶層２３（0.5≦ｙ≦１、0.3≦ｚ≦0.7）をエ
ピタキシヤル成長させ、両面にオーム性電極２
４，２５を形成してpn接合型発光素子を構成し
た。発光色は参考例１とほぼ等しい青色であつ
た。また印加電圧は実施例１の素子に比べて低
く、そのばらつきも少ない（50ｍＡ／3.5V±
0.2V）発光ダイオードが得られた。
なお上記実施例ではｎ型GaP基板結晶を用いた
が、ｐ型GaP基板結晶を用いてもよい。その場
合、第２図に対応する参考例２および第３図に対
応する実施例２をそれぞれを第４図および第５図
に示す。即ち、第４図では、ｐ型GaP基板結晶１
１′を用いてその上にｎ型ZnS結晶層１２を積層
してMIS構造を作るが、ｎ側のオーミツク電極１
５′は絶縁膜１３にコンタクトホールをあけて
ZnS結晶層１２に接触させている。また第５図で
は、ｐ型GaP基板結晶２１′を用いてpn接合型素
子を作るため、ｐ型CuAlyG1-y（SzSe1-z）2層２３
をメサエツチングしてｎ型ZnSxSe1-x層２２を露
出させ、ここにｎ側のオーミツク電極２５′を形
成している。これらの構造によつても上記実施例
と同様、良好な青色発光素子が得られる。
が、ｐ型GaP基板結晶を用いてもよい。その場
合、第２図に対応する参考例２および第３図に対
応する実施例２をそれぞれを第４図および第５図
に示す。即ち、第４図では、ｐ型GaP基板結晶１
１′を用いてその上にｎ型ZnS結晶層１２を積層
してMIS構造を作るが、ｎ側のオーミツク電極１
５′は絶縁膜１３にコンタクトホールをあけて
ZnS結晶層１２に接触させている。また第５図で
は、ｐ型GaP基板結晶２１′を用いてpn接合型素
子を作るため、ｐ型CuAlyG1-y（SzSe1-z）2層２３
をメサエツチングしてｎ型ZnSxSe1-x層２２を露
出させ、ここにｎ側のオーミツク電極２５′を形
成している。これらの構造によつても上記実施例
と同様、良好な青色発光素子が得られる。
以上、GaP結晶を基板とした−族エピタキ
シヤル結晶ZnSxSe1-xが良好な青色発光素子を与
えることが確認され、更にカルコパイライト型結
晶との組合せでpn接合型発光素子が得られるこ
とも明らかになつた。これは量産型青色発光素子
として極めて有用である。
シヤル結晶ZnSxSe1-xが良好な青色発光素子を与
えることが確認され、更にカルコパイライト型結
晶との組合せでpn接合型発光素子が得られるこ
とも明らかになつた。これは量産型青色発光素子
として極めて有用である。
第１図は本発明で用いる化合物半導体の禁制帯
幅と格子定数の関係を示す図、第２図は参考例の
MIS型発光素子を示す図、第３図は本発明の実施
例１のpn接合型発光素子を示す図、第４図およ
び第５図はそれぞれ第２図および第３図の変形例
を示す図である。 １１……ｎ型GaP基板結晶、１２……ｎ型ZnS
結晶層、１３……絶縁膜、１４……金電極、１５
……オーム性電極、２１……ｎ型GaP基板結晶、
２２……ｎ型ZnSxSe1-x結晶層、２３……ｎ型
CuAlyGa1-y（SzSe1-z）2結晶層、２４，２５……オ
ーム性電極、１１′，２１′……ｐ型GaP基板結
晶、１５′，２５′……オーム性電極。
幅と格子定数の関係を示す図、第２図は参考例の
MIS型発光素子を示す図、第３図は本発明の実施
例１のpn接合型発光素子を示す図、第４図およ
び第５図はそれぞれ第２図および第３図の変形例
を示す図である。 １１……ｎ型GaP基板結晶、１２……ｎ型ZnS
結晶層、１３……絶縁膜、１４……金電極、１５
……オーム性電極、２１……ｎ型GaP基板結晶、
２２……ｎ型ZnSxSe1-x結晶層、２３……ｎ型
CuAlyGa1-y（SzSe1-z）2結晶層、２４，２５……オ
ーム性電極、１１′，２１′……ｐ型GaP基板結
晶、１５′，２５′……オーム性電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ GaP基板結晶上にｎ型ZnSxSe1-x結晶層（た
だし、0.5≦ｘ≦１）が積層され、このｎ型ZnSx
Se1-x結晶層上にｐ型CuAlyGa1-y（SzSe1-z）2結晶
層（ただし、0.5≦ｙ≦１、0.3≦ｚ≦0.7）が積層
されたpn接合発光部を有することを特徴とする
半導体発光素子。 ２ GaP基板結晶上にｎ型ZnSxSe1-x結晶層（た
だし、0.5≦ｘ≦１）をエピタキシヤル成長させ、
このｎ型ZnSxSe1-x結晶層上にｐ型CuAlyGa1-y
（SzSe1-z）2結晶層（ただし、0.5≦ｙ≦１、0.3≦
ｚ≦0.7）をエピタキシヤル成長させて、pn接合
発光部を形成することを特徴とする半導体発光素
子の製造方法。 ３ 前記ｎ型ZnSxSe1-x結晶層のエピタキシヤル
成長は、有機金属を用いた気相成長法により行う
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半
導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57048574A JPS58165386A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57048574A JPS58165386A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58165386A JPS58165386A (ja) | 1983-09-30 |
| JPS6351552B2 true JPS6351552B2 (ja) | 1988-10-14 |
Family
ID=12807162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57048574A Granted JPS58165386A (ja) | 1982-03-26 | 1982-03-26 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58165386A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5994479A (ja) * | 1982-11-19 | 1984-05-31 | Sanyo Electric Co Ltd | 青色発光素子 |
| JPS60216497A (ja) * | 1984-04-09 | 1985-10-29 | セイコーエプソン株式会社 | 薄膜ｅｌ表示パネル |
| JPH0738459B2 (ja) * | 1985-08-26 | 1995-04-26 | セイコーエプソン株式会社 | 青色発光素子の製造法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52146580A (en) * | 1976-05-31 | 1977-12-06 | Hiroshi Kukimoto | Photo semiconductor element |
| JPS5562900A (en) * | 1978-11-07 | 1980-05-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat treating method for zinc sulfide single crystal |
| JPS5720428A (en) * | 1980-07-10 | 1982-02-02 | Sanyo Electric Co Ltd | Manufacture of mis type semiconductor device |
-
1982
- 1982-03-26 JP JP57048574A patent/JPS58165386A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52146580A (en) * | 1976-05-31 | 1977-12-06 | Hiroshi Kukimoto | Photo semiconductor element |
| JPS5562900A (en) * | 1978-11-07 | 1980-05-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat treating method for zinc sulfide single crystal |
| JPS5720428A (en) * | 1980-07-10 | 1982-02-02 | Sanyo Electric Co Ltd | Manufacture of mis type semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58165386A (ja) | 1983-09-30 |
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