JPS6351553B2 - - Google Patents
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- JPS6351553B2 JPS6351553B2 JP12155582A JP12155582A JPS6351553B2 JP S6351553 B2 JPS6351553 B2 JP S6351553B2 JP 12155582 A JP12155582 A JP 12155582A JP 12155582 A JP12155582 A JP 12155582A JP S6351553 B2 JPS6351553 B2 JP S6351553B2
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- znse
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- znte
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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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
本発明は青色発光素子に関する。
発光素子は当初従来のパイロツトランプに替る
固体ランプとして応用されはじめ、数字表示素
子、文字表示素子など年々応用範囲が拡がり、そ
れにつれて需要も高まり現在では化合物半導体の
中でも市場性の高い１つの分野を築くまで成長し
た。 最近オフイスオートメーシヨン分野の産業が高
まるにつれて、画像表示装置の分野でも従来のテ
レビの分野だけでなく応用が拡がりつつある。現
在主にこの方面で用いられている画像表示装置
は、CRTが中心であるが、CRTは、高電圧が必
要で、しかもスペース的に限度があり寿命が短か
く、振動その他のシヨツクに弱いなどの欠点があ
り、低電圧でIC駆動が可能でしかも小さなスペ
ースですみ、信頼性の高い、平面画像表示装置の
開発が望まれ、LCD、EL、PDP、LEDなどを用
いた平面画像表示装置の開発がさかんになつてき
ている。中でもカラー表示が可能なLEDを用い
た平面画像表示装置の開発は、将来CRTに替る
ものとして有望視されている。しかしながら、現
段階ではLEDも赤から緑色のLEDは、すでに開
発され、商品化されているが、カラーの３源色の
１つである青色LEDの開発は遅れている。 青色LEDに用いられる材料としては、GaN（窒
化ガリウム）、SiC（シリコンカーバイド）、ZnSe
（亜鉛セレン）、ZnS（硫化亜鉛）等がある。GaN、
SiCについては商品化の一歩手前まで開発が進ん
できているが、ZnSeについては材料的には優れ
た点を多く有しているにもかかわらず上記２つの
材料に較べて開発は遅れている。その理由として
は、 () 高品質の単結晶が得られない。 () ｎ型の一方向の導電型しか得られないので
Ｐ−ｎ接合が形成できなく、発光効率の高いも
のが形成できない。 () 従来の液相、気相成長法では、不純物制御
が困難である。 という３点が挙げられる。 最近従来の結晶成長法に比べて同程度あるいは
それ以上の高品質の単結晶薄膜を得る技術として
分子線エピタキシヤル成長法（以下MBEと称す）
が注目をあびている。つまりMBEを用いて成長
させると高品質でかつ所望不純物濃度を有した単
結晶薄膜を得ることができる。従つてZnSe単結
晶をMBEで成長させることにより上記（）
（）の問題は解決される。 また、−化合物の中でＰ型が得られる材料
としてはZnTe（亜鉛テルル）があるがこれはバン
ドギヤツプが２、26eVとZnSeに比して小さく緑
色あるいはそれ以上の長い波長を有した発光しか
得られない。しかし、斯るＰ型ZnTeとｎ型ZnSe
とを結合させたヘテロ型Pn接合においてｎ型
ZnSe側で電子と正孔との再結合を行えば高効率
で青色光を得ることが可能である。従つて上記
（）の問題も解決される。 第１図はこのような知見に基づいてなされた従
来のＰ型ZnTe−ｎ型ZnSeヘ接合型の発光素子を
示し、１はＰ型GaAs（ガリウム砒素）基板、２
は該基板上に積層されたＰ型ZnTe層、３は該
ZnTe層上に積層されたｎ型ZnSe層であり、該
ZnSe層とZnTe層２との境界にはPn接合４が存
在する。 このような構成において上記ZnTe層２及び
ZnSe層３をMBEで形成することにより空孔子等
の結晶欠陥が少ない高品質の単結晶薄膜が得ら
れ、かつ上記ZnTe層２のキヤリア濃度Npと
ZnSe層３のキヤリア濃度NnとをNp≫Nnとなる
ように各不純物濃度を制御することによりZnSe
層３側で再結合発光が得られる。 またｎ型ZnSe層３において青色発光を生じさ
せんとする場合、成長温度（MBEでは基板温度）
を約400℃以下としてキヤリア濃度が５×1016／
cm3以下となるように上記ZnSe層３をMBEで成長
させれば良いことが確認されている。尚、成長温
度が400℃以上のときはキヤリア濃度を制御した
としても緑色等の長波長発光が生じるという結果
も得られている。 従つてｎ型ZnSe層３を基板温度が400℃以下で
そのキヤリア濃度が５×1016／cm3以下となるよう
にMBEで成長させると共にＰ型ZnTe層２のキヤ
リア濃度を２×1017／cm3程度以上とすることによ
り上記ZnSe層３において青色発光が得られる。 ところが、キヤリア濃度が５×1016／cm3と低い
ZnSe層３ではその比抵抗が約５Ω−cmと非常に
高く、かつオーミツク特性が非常に悪いため、順
方向立上り電圧が高く高電流が得にくく、Pn接
合であるにもかかわらず効率が低い。 本発明は斯る点に鑑みてなされたもので以下、
一実施例につき本発明を説明する。 第２図は本発明の一実施例青色発光素子を示
し、１１は一主面が100面でキヤリア濃度が
1018／cm3のＰ型GaAs基板、１２は該基板上に積
層されたキヤリア濃度が約２×1017／cm3のＰ型
ZnTe層、１３は該ZnTe層上に積層されたキヤリ
ア濃度が約５×1016／cm3のｎ型の第1ZnSe層、１
４は該第1ZnSe層上に積層されたキヤリア濃度が
約５×1017／cm3のｎ型の第2ZnSe層、１５はＰ型
ZnTe層１２と第1ZnSe層１３との境界に存在す
るPn接合である。 上記各成長層１２〜１４はMBEで形成できる。 第３図は分子線エピタキシヤル装置を原理的に
示したものである。バツクグランド真空度５×
10-11／Torrに排気した真空容器内に、基板部２
１と第１〜第５セル２２〜２６とが対向配置さ
れ、これらの間には主シヤツタ２７と個別シヤツ
タ２８ａ〜２８ｅとが介在されている。 基板部２１はヒータ機構を備えた基板ホルダ２
９とその上にIn（インジウム）メタル３０により
貼着されたGaAs基板１１とからなる。第１〜第
５セル２２〜２６には夫々るつぼ３１ａ〜３１ｅ
内にSb、Te、Zn、Se、Gaを個々に収納してお
り、その周囲にるつぼ加熱用ヒータ３２を有し、
又各るつぼ温度検出用熱電対３３を備えている。 上記MBE装置自体は周知であり、基板１１や
各セルの温度を制御すると共に各シヤツタ２８ａ
〜２８ｅを適宜開閉することにより第２図に示す
如く、GaAs基板１１上にＰ型ZnTe層１２、第
1n型ZnSe層１３及び第2ZnSe層１４が成長する。 次に上記各成長層の成長条件を下記表に示す。
固体ランプとして応用されはじめ、数字表示素
子、文字表示素子など年々応用範囲が拡がり、そ
れにつれて需要も高まり現在では化合物半導体の
中でも市場性の高い１つの分野を築くまで成長し
た。 最近オフイスオートメーシヨン分野の産業が高
まるにつれて、画像表示装置の分野でも従来のテ
レビの分野だけでなく応用が拡がりつつある。現
在主にこの方面で用いられている画像表示装置
は、CRTが中心であるが、CRTは、高電圧が必
要で、しかもスペース的に限度があり寿命が短か
く、振動その他のシヨツクに弱いなどの欠点があ
り、低電圧でIC駆動が可能でしかも小さなスペ
ースですみ、信頼性の高い、平面画像表示装置の
開発が望まれ、LCD、EL、PDP、LEDなどを用
いた平面画像表示装置の開発がさかんになつてき
ている。中でもカラー表示が可能なLEDを用い
た平面画像表示装置の開発は、将来CRTに替る
ものとして有望視されている。しかしながら、現
段階ではLEDも赤から緑色のLEDは、すでに開
発され、商品化されているが、カラーの３源色の
１つである青色LEDの開発は遅れている。 青色LEDに用いられる材料としては、GaN（窒
化ガリウム）、SiC（シリコンカーバイド）、ZnSe
（亜鉛セレン）、ZnS（硫化亜鉛）等がある。GaN、
SiCについては商品化の一歩手前まで開発が進ん
できているが、ZnSeについては材料的には優れ
た点を多く有しているにもかかわらず上記２つの
材料に較べて開発は遅れている。その理由として
は、 () 高品質の単結晶が得られない。 () ｎ型の一方向の導電型しか得られないので
Ｐ−ｎ接合が形成できなく、発光効率の高いも
のが形成できない。 () 従来の液相、気相成長法では、不純物制御
が困難である。 という３点が挙げられる。 最近従来の結晶成長法に比べて同程度あるいは
それ以上の高品質の単結晶薄膜を得る技術として
分子線エピタキシヤル成長法（以下MBEと称す）
が注目をあびている。つまりMBEを用いて成長
させると高品質でかつ所望不純物濃度を有した単
結晶薄膜を得ることができる。従つてZnSe単結
晶をMBEで成長させることにより上記（）
（）の問題は解決される。 また、−化合物の中でＰ型が得られる材料
としてはZnTe（亜鉛テルル）があるがこれはバン
ドギヤツプが２、26eVとZnSeに比して小さく緑
色あるいはそれ以上の長い波長を有した発光しか
得られない。しかし、斯るＰ型ZnTeとｎ型ZnSe
とを結合させたヘテロ型Pn接合においてｎ型
ZnSe側で電子と正孔との再結合を行えば高効率
で青色光を得ることが可能である。従つて上記
（）の問題も解決される。 第１図はこのような知見に基づいてなされた従
来のＰ型ZnTe−ｎ型ZnSeヘ接合型の発光素子を
示し、１はＰ型GaAs（ガリウム砒素）基板、２
は該基板上に積層されたＰ型ZnTe層、３は該
ZnTe層上に積層されたｎ型ZnSe層であり、該
ZnSe層とZnTe層２との境界にはPn接合４が存
在する。 このような構成において上記ZnTe層２及び
ZnSe層３をMBEで形成することにより空孔子等
の結晶欠陥が少ない高品質の単結晶薄膜が得ら
れ、かつ上記ZnTe層２のキヤリア濃度Npと
ZnSe層３のキヤリア濃度NnとをNp≫Nnとなる
ように各不純物濃度を制御することによりZnSe
層３側で再結合発光が得られる。 またｎ型ZnSe層３において青色発光を生じさ
せんとする場合、成長温度（MBEでは基板温度）
を約400℃以下としてキヤリア濃度が５×1016／
cm3以下となるように上記ZnSe層３をMBEで成長
させれば良いことが確認されている。尚、成長温
度が400℃以上のときはキヤリア濃度を制御した
としても緑色等の長波長発光が生じるという結果
も得られている。 従つてｎ型ZnSe層３を基板温度が400℃以下で
そのキヤリア濃度が５×1016／cm3以下となるよう
にMBEで成長させると共にＰ型ZnTe層２のキヤ
リア濃度を２×1017／cm3程度以上とすることによ
り上記ZnSe層３において青色発光が得られる。 ところが、キヤリア濃度が５×1016／cm3と低い
ZnSe層３ではその比抵抗が約５Ω−cmと非常に
高く、かつオーミツク特性が非常に悪いため、順
方向立上り電圧が高く高電流が得にくく、Pn接
合であるにもかかわらず効率が低い。 本発明は斯る点に鑑みてなされたもので以下、
一実施例につき本発明を説明する。 第２図は本発明の一実施例青色発光素子を示
し、１１は一主面が100面でキヤリア濃度が
1018／cm3のＰ型GaAs基板、１２は該基板上に積
層されたキヤリア濃度が約２×1017／cm3のＰ型
ZnTe層、１３は該ZnTe層上に積層されたキヤリ
ア濃度が約５×1016／cm3のｎ型の第1ZnSe層、１
４は該第1ZnSe層上に積層されたキヤリア濃度が
約５×1017／cm3のｎ型の第2ZnSe層、１５はＰ型
ZnTe層１２と第1ZnSe層１３との境界に存在す
るPn接合である。 上記各成長層１２〜１４はMBEで形成できる。 第３図は分子線エピタキシヤル装置を原理的に
示したものである。バツクグランド真空度５×
10-11／Torrに排気した真空容器内に、基板部２
１と第１〜第５セル２２〜２６とが対向配置さ
れ、これらの間には主シヤツタ２７と個別シヤツ
タ２８ａ〜２８ｅとが介在されている。 基板部２１はヒータ機構を備えた基板ホルダ２
９とその上にIn（インジウム）メタル３０により
貼着されたGaAs基板１１とからなる。第１〜第
５セル２２〜２６には夫々るつぼ３１ａ〜３１ｅ
内にSb、Te、Zn、Se、Gaを個々に収納してお
り、その周囲にるつぼ加熱用ヒータ３２を有し、
又各るつぼ温度検出用熱電対３３を備えている。 上記MBE装置自体は周知であり、基板１１や
各セルの温度を制御すると共に各シヤツタ２８ａ
〜２８ｅを適宜開閉することにより第２図に示す
如く、GaAs基板１１上にＰ型ZnTe層１２、第
1n型ZnSe層１３及び第2ZnSe層１４が成長する。 次に上記各成長層の成長条件を下記表に示す。
【表】
尚、上記基板１１は360℃〜370℃に保持する。
また上記表においてSb（アンチモン）及びGa（ガ
リウム）は夫々ZnTe層及びZnSe層の不純物であ
る。 本実施例青色発光ダイオードでは、Pn接合１
５に順方向バイアスを印加するとＰ型ZnTe層１
２のキヤリア濃度Npと第1ZnSe層１３のキヤリ
ア濃度NnとがNp≫Nnであるので第1ZnSe層１
３側への正孔の注入が容易に起る。また第1ZnSe
層１３は既述したように青色発光センターしか存
在しない。従つて純粋な青色光を得ることができ
る。 また、第2ZnSe層１４のキヤリア濃度は非常に
大きいためオーミツク特性が良好であり、従つて
斯る層に金属電極を形成すれば直接第1ZnSe層１
３に形成する場合に比して立上り電圧を小さくす
ることができる。 尚、このときオーミツク特性が良好な電極が得
られたとしても第1ZnSe層１３は高抵抗であるの
で斯る層厚が大であると内部抵抗が大となり内部
破損が生じる危惧があるので第1ZnSe層１３は極
力薄い方が良い。ところが第1ZnSe層１３が正孔
の拡散長以下であると斯る正孔が第2ZnSe層１４
にまで拡がり斯る層中で青色発光以外の発光を生
じるという問題が生じる。 本発明者の実験によれば上記正孔の拡散距離は
約1μｍであることが判明した。そこで本実施例
では第1ZnSe層１３を1μｍとした。尚このような
層厚制御はMBEでは簡単に行える。 上記実施例素子では立上り電圧が2Vと低く、
かつ高輝度の青色発光が得られた。また10ｍＡ以
上の電流を保持しても高抵抗である第1ZnSe層１
３が1μｍと薄いため内部破損及び劣化は生じな
かつた。 以上の説明より明らかな如く本発明の青色発光
素子ではZnSeを材料としているにもかかわらず
低電流で高輝度の青色光を得ることができる。
また上記表においてSb（アンチモン）及びGa（ガ
リウム）は夫々ZnTe層及びZnSe層の不純物であ
る。 本実施例青色発光ダイオードでは、Pn接合１
５に順方向バイアスを印加するとＰ型ZnTe層１
２のキヤリア濃度Npと第1ZnSe層１３のキヤリ
ア濃度NnとがNp≫Nnであるので第1ZnSe層１
３側への正孔の注入が容易に起る。また第1ZnSe
層１３は既述したように青色発光センターしか存
在しない。従つて純粋な青色光を得ることができ
る。 また、第2ZnSe層１４のキヤリア濃度は非常に
大きいためオーミツク特性が良好であり、従つて
斯る層に金属電極を形成すれば直接第1ZnSe層１
３に形成する場合に比して立上り電圧を小さくす
ることができる。 尚、このときオーミツク特性が良好な電極が得
られたとしても第1ZnSe層１３は高抵抗であるの
で斯る層厚が大であると内部抵抗が大となり内部
破損が生じる危惧があるので第1ZnSe層１３は極
力薄い方が良い。ところが第1ZnSe層１３が正孔
の拡散長以下であると斯る正孔が第2ZnSe層１４
にまで拡がり斯る層中で青色発光以外の発光を生
じるという問題が生じる。 本発明者の実験によれば上記正孔の拡散距離は
約1μｍであることが判明した。そこで本実施例
では第1ZnSe層１３を1μｍとした。尚このような
層厚制御はMBEでは簡単に行える。 上記実施例素子では立上り電圧が2Vと低く、
かつ高輝度の青色発光が得られた。また10ｍＡ以
上の電流を保持しても高抵抗である第1ZnSe層１
３が1μｍと薄いため内部破損及び劣化は生じな
かつた。 以上の説明より明らかな如く本発明の青色発光
素子ではZnSeを材料としているにもかかわらず
低電流で高輝度の青色光を得ることができる。
第１図は従来のZnTe−ZnSeヘテロ接合形発光
素子を示す断面図、第２図は本発明の実施例を示
す断面図、第３図は分子線エピタキシヤル成長装
置を示す原理図である。 １２……Ｐ型ZnTe層、１３……第1ZnSe層、
１４……第2ZnSe層。
素子を示す断面図、第２図は本発明の実施例を示
す断面図、第３図は分子線エピタキシヤル成長装
置を示す原理図である。 １２……Ｐ型ZnTe層、１３……第1ZnSe層、
１４……第2ZnSe層。
Claims (1)
- １ Ｐ型ZnTe層、該ZnTe層上に積層された、キ
ヤリア濃度が５×1016／cm3以下であるｎ型の第
1ZnSe層、該第1ZnSe層上に積層された、キヤリ
ア濃度が５×1017／cm3以上であるｎ型の第2ZnSe
層からなる青色発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57121555A JPS5911688A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 青色発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57121555A JPS5911688A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 青色発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5911688A JPS5911688A (ja) | 1984-01-21 |
| JPS6351553B2 true JPS6351553B2 (ja) | 1988-10-14 |
Family
ID=14814136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57121555A Granted JPS5911688A (ja) | 1982-07-12 | 1982-07-12 | 青色発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5911688A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2585252B2 (ja) * | 1987-03-20 | 1997-02-26 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| JPH0268968A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-08 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
| JPH0738150A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-02-07 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS48104484A (ja) * | 1972-02-17 | 1973-12-27 |
-
1982
- 1982-07-12 JP JP57121555A patent/JPS5911688A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS48104484A (ja) * | 1972-02-17 | 1973-12-27 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5911688A (ja) | 1984-01-21 |
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