JP2967122B2 - ＺｎＳｅ半導体発光素子 - Google Patents
ＺｎＳｅ半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、表示用発光素子
に利用し、室温で純青色発光させるための青色発光ダイ
オードなどのＺｎＳｅ半導体発光素子に関する。
に利用し、室温で純青色発光させるための青色発光ダイ
オードなどのＺｎＳｅ半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＺｎＳｅ系の青色発光素子は、自己補償
効果などにより低抵抗のｐ型結晶が得られないこと、構
成元素の蒸気圧が高いことなどの理由により、ＧａＰや
ＧａＡｓ系の緑から赤色の波長域をカバーする発光素子
の製造方法のような、熱平衡状態での液相成長による結
晶成長法でｐｎ接合を形成することが困難である。この
ような青色発光素子のＺｎＳｅデバイスは、非平衡な低
温成長で導電制御が可能な有機金属化学気相成長法（以
下、「ＭＯＣＶＤ法」という。）などの気相成長法や分
子線エピタキシー（以下、「ＭＢＥ」という。）などを
用いて、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor ）構
造またはｐｎ接合を形成する方法が多く採られている。
効果などにより低抵抗のｐ型結晶が得られないこと、構
成元素の蒸気圧が高いことなどの理由により、ＧａＰや
ＧａＡｓ系の緑から赤色の波長域をカバーする発光素子
の製造方法のような、熱平衡状態での液相成長による結
晶成長法でｐｎ接合を形成することが困難である。この
ような青色発光素子のＺｎＳｅデバイスは、非平衡な低
温成長で導電制御が可能な有機金属化学気相成長法（以
下、「ＭＯＣＶＤ法」という。）などの気相成長法や分
子線エピタキシー（以下、「ＭＢＥ」という。）などを
用いて、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor ）構
造またはｐｎ接合を形成する方法が多く採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の成長方法では、格子定数がＺｎＳｅに近い
ＧａＡｓ結晶などを基板とするため、格子不整合によっ
て格子欠陥が生じたり、バッファ層を加えた多層構造に
しなければならなかった。そのために、ＺｎＳｅデバイ
ス製造工程は複雑で、高い生産コストが要求されるなど
の解決すべき課題があった。
ような従来の成長方法では、格子定数がＺｎＳｅに近い
ＧａＡｓ結晶などを基板とするため、格子不整合によっ
て格子欠陥が生じたり、バッファ層を加えた多層構造に
しなければならなかった。そのために、ＺｎＳｅデバイ
ス製造工程は複雑で、高い生産コストが要求されるなど
の解決すべき課題があった。
【０００４】さらに、Ｓｅ溶媒を用いた液相成長によっ
てだけでもｐ型及びｎ型が実現されるが、この場合はど
ちらを後成長にしても成長界面でのキャリア同士の補償
が生じて厚いＩ層が生じやすいために、一方の導電型に
高いキャリア密度が実現されても注入効率を向上させる
ことが難しいという新たな解決課題が生じていた。
てだけでもｐ型及びｎ型が実現されるが、この場合はど
ちらを後成長にしても成長界面でのキャリア同士の補償
が生じて厚いＩ層が生じやすいために、一方の導電型に
高いキャリア密度が実現されても注入効率を向上させる
ことが難しいという新たな解決課題が生じていた。
【０００５】本発明はこのような従来の技術における課
題を解決するものであり、簡単なデバイス構造で注入効
率がよく、室温で純青色発光ができるＺｎＳｅ半導体発
光素子を提供することを目的とする。
題を解決するものであり、簡単なデバイス構造で注入効
率がよく、室温で純青色発光ができるＺｎＳｅ半導体発
光素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明のＺｎＳｅ半導体発光素子
は、少なくともＳｅを溶媒主成分とした液相成長法によ
って形成したＺｎＳｅのｐ型成長層と、ＺｎＳｅのｐ型
成長層上に有機金属化学気相成長法によって形成したｎ
型層とを備え、ｐ型成長層とｎ型層とによりｐｎ接合を
形成する構成としている。
に、請求項１に記載の発明のＺｎＳｅ半導体発光素子
は、少なくともＳｅを溶媒主成分とした液相成長法によ
って形成したＺｎＳｅのｐ型成長層と、ＺｎＳｅのｐ型
成長層上に有機金属化学気相成長法によって形成したｎ
型層とを備え、ｐ型成長層とｎ型層とによりｐｎ接合を
形成する構成としている。
【０００７】さらに、請求項２に記載の発明のＺｎＳｅ
半導体発光素子は、Ｓｅを溶媒主成分として蒸気圧制御
温度差法によって製造したＺｎＳｅのｐ型結晶の基板
と、基板上にＳｅを溶媒主成分として蒸気圧制御温度差
法を用いたエピタキシャル成長によって形成したｐ型成
長層と、ｐ型成長層の表面に少なくとも有機金属気相成
長法により注入層として形成したｎ+ 層とを備え、ｐ型
成長層とｎ+ 層とによりｐｎ接合を形成する構成として
いる。
半導体発光素子は、Ｓｅを溶媒主成分として蒸気圧制御
温度差法によって製造したＺｎＳｅのｐ型結晶の基板
と、基板上にＳｅを溶媒主成分として蒸気圧制御温度差
法を用いたエピタキシャル成長によって形成したｐ型成
長層と、ｐ型成長層の表面に少なくとも有機金属気相成
長法により注入層として形成したｎ+ 層とを備え、ｐ型
成長層とｎ+ 層とによりｐｎ接合を形成する構成として
いる。
【０００８】また、請求項３に記載の発明のＺｎＳｅ半
導体発光素子は、少なくともＳｅを溶媒主成分とした液
相成長法によって形成したＺｎＳｅのｐ型成長層と、Ｚ
ｎＳｅのｐ型成長層上にＺｎを溶媒主成分とする熱処理
拡散法によって形成したｎ型拡散層と、ｎ型拡散層の表
面に有機金属気相成長法により形成したｎ+ ＺｎＳｅ層
のオーミックコンタクト層とを備え、ｐ型成長層とｎ型
拡散層とによりｐｎ接合を形成する構成としている。
導体発光素子は、少なくともＳｅを溶媒主成分とした液
相成長法によって形成したＺｎＳｅのｐ型成長層と、Ｚ
ｎＳｅのｐ型成長層上にＺｎを溶媒主成分とする熱処理
拡散法によって形成したｎ型拡散層と、ｎ型拡散層の表
面に有機金属気相成長法により形成したｎ+ ＺｎＳｅ層
のオーミックコンタクト層とを備え、ｐ型成長層とｎ型
拡散層とによりｐｎ接合を形成する構成としている。
【０００９】また、請求項４に記載の発明のＺｎＳｅ半
導体発光素子は、上記構成に加え、Ｓｅを溶媒主成分と
して蒸気圧制御温度差法によって製造したＺｎＳｅのｐ
型結晶の基板上に、ｐ型成長層をＳｅを溶媒主成分とし
て蒸気圧制御温度差法を用いたエピタキシャル成長によ
って形成し、ｐ型成長層とｎ型拡散層とによりｐｎ接合
を形成する構成としている。
導体発光素子は、上記構成に加え、Ｓｅを溶媒主成分と
して蒸気圧制御温度差法によって製造したＺｎＳｅのｐ
型結晶の基板上に、ｐ型成長層をＳｅを溶媒主成分とし
て蒸気圧制御温度差法を用いたエピタキシャル成長によ
って形成し、ｐ型成長層とｎ型拡散層とによりｐｎ接合
を形成する構成としている。
【００１０】さらに、請求項５に記載の発明のＺｎＳｅ
半導体発光素子は、ＺｎＳｅのｐｎ接合にあって、少な
くともｐ型成長層をＳｅを溶媒主成分とし、Ｉ族元素の
Ｓｅ、Ｓ化合物或いは窒化物をｐ型不純物として添加
し、Ｚｎの蒸気圧をＳｅ溶媒上へ印加する蒸気圧制御温
度差液相成長法によって形成する構成としている。
半導体発光素子は、ＺｎＳｅのｐｎ接合にあって、少な
くともｐ型成長層をＳｅを溶媒主成分とし、Ｉ族元素の
Ｓｅ、Ｓ化合物或いは窒化物をｐ型不純物として添加
し、Ｚｎの蒸気圧をＳｅ溶媒上へ印加する蒸気圧制御温
度差液相成長法によって形成する構成としている。
【００１１】上記のように構成されたＺｎＳｅ半導体発
光素子では、発光層となるＺｎＳｅのｐ型成長層とｎ型
層とで良好なｐｎ接合を形成し、また、ＺｎＳｅ基板上
のＺｎＳｅのｐ型成長層とｎ+ 層とでｐｎ接合を形成し
た場合、ｎ+ 層は注入層及びコンタクト層となる。した
がって、ＺｎＳｅ半導体発光素子に順方向の電流を流す
と、ｎ型層或いはｎ+ 層から多数キャリアの電子がｐ型
成長層に送り込まれ、ホール（正孔）と再結合して光が
発生し、この光が外部へ放出される。この光は、室温で
発光波長４７１ｎｍ、半値幅８．１ｎｍの特性を示し、
純青色発光する。
光素子では、発光層となるＺｎＳｅのｐ型成長層とｎ型
層とで良好なｐｎ接合を形成し、また、ＺｎＳｅ基板上
のＺｎＳｅのｐ型成長層とｎ+ 層とでｐｎ接合を形成し
た場合、ｎ+ 層は注入層及びコンタクト層となる。した
がって、ＺｎＳｅ半導体発光素子に順方向の電流を流す
と、ｎ型層或いはｎ+ 層から多数キャリアの電子がｐ型
成長層に送り込まれ、ホール（正孔）と再結合して光が
発生し、この光が外部へ放出される。この光は、室温で
発光波長４７１ｎｍ、半値幅８．１ｎｍの特性を示し、
純青色発光する。
【００１２】さらにＺｎＳｅのｐ型成長層とｎ型拡散層
とで形成したｐｎ接合に対して、オーミックコンタクト
層により電極とのコンタクト抵抗がさがるので、キャリ
アの注入効率が高い。
とで形成したｐｎ接合に対して、オーミックコンタクト
層により電極とのコンタクト抵抗がさがるので、キャリ
アの注入効率が高い。
【００１３】また、ＺｎＳｅのｐ型成長層の表面を平坦
に形成し、この平坦な表面に直接ｎ型拡散層を形成し
て、結晶の残留ダメージ層を低減する。したがって、本
発明のＺｎＳｅ半導体発光素子では、表面の平坦なＺｎ
Ｓｅのｐ型成長層上に直接ｎ型層を形成できるので、結
晶欠陥による非発光中心がなく、注入効率が極めて大き
い。さらに、ＺｎＳｅ半導体発光素子の構造が単純なｐ
ｎ接合からなる発光デバイス構造を実現できる。
に形成し、この平坦な表面に直接ｎ型拡散層を形成し
て、結晶の残留ダメージ層を低減する。したがって、本
発明のＺｎＳｅ半導体発光素子では、表面の平坦なＺｎ
Ｓｅのｐ型成長層上に直接ｎ型層を形成できるので、結
晶欠陥による非発光中心がなく、注入効率が極めて大き
い。さらに、ＺｎＳｅ半導体発光素子の構造が単純なｐ
ｎ接合からなる発光デバイス構造を実現できる。
【００１４】また、本発明のＺｎＳｅ半導体発光素子で
は、ＧａＡｓなどの異種化合物を基板として使用しな
い、いわゆるホモ構造で形成されるデバイスであるた
め、結晶成長時に格子不整合による結晶欠陥の発生がな
い。
は、ＧａＡｓなどの異種化合物を基板として使用しな
い、いわゆるホモ構造で形成されるデバイスであるた
め、結晶成長時に格子不整合による結晶欠陥の発生がな
い。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図示した実施形態に基づき
本発明を詳細に説明する。図１は、本発明によって製造
されたＺｎＳｅ半導体発光素子の構成を示す断面図であ
る。このＺｎＳｅ半導体発光素子１０は、ＺｎＳｅを主
成分とするｐｎ接合デバイス構造を有している。
本発明を詳細に説明する。図１は、本発明によって製造
されたＺｎＳｅ半導体発光素子の構成を示す断面図であ
る。このＺｎＳｅ半導体発光素子１０は、ＺｎＳｅを主
成分とするｐｎ接合デバイス構造を有している。
【００１６】図１において、ＺｎＳｅ半導体発光素子１
０は、Ｎａ2 Ｓ，Ｎａ2 Ｓｅ，ＬｉＮ3 などのｐ型不純
物を添加して製造されたｐ型ＺｎＳｅ基板１と、この基
板上にＮａ2 Ｓ，Ｎａ2 Ｓｅ，ＬｉＮ3 などを添加して
エピタキシャル成長されたｐ型ＺｎＳｅ成長層２と、こ
のｐ型ＺｎＳｅ成長層２上に形成されたｎ型拡散層３
と、このｎ型拡散層３上にＭＯＣＶＤにより成長された
ｎ+ オーミックコンタクト層４と、ｐ型ＺｎＳｅ基板１
の裏面に形成されたｐ+ コンタクト層５とを有してお
り、このｐ+ コンタクト層５にｐ側電極６を形成し、ｎ
+ オーミックコンタクト層４にｐ側電極６より面積の狭
いｎ側電極７を形成している。このｎ側電極７は、光を
効率よく取り出すために最適な形状にするのが望まし
く、例えばｐ側電極６に対応した穴あき電極であっても
よい。なお、ｐ型ＺｎＳｅ成長層２は５〜３０μｍ、ｎ
型拡散層３は０．５〜２μｍ、ｎ+ オーミックコンタク
ト層４及びｐ+ オーミックコンタクト層５は１０〜２０
０Å程度に形成されている。
０は、Ｎａ2 Ｓ，Ｎａ2 Ｓｅ，ＬｉＮ3 などのｐ型不純
物を添加して製造されたｐ型ＺｎＳｅ基板１と、この基
板上にＮａ2 Ｓ，Ｎａ2 Ｓｅ，ＬｉＮ3 などを添加して
エピタキシャル成長されたｐ型ＺｎＳｅ成長層２と、こ
のｐ型ＺｎＳｅ成長層２上に形成されたｎ型拡散層３
と、このｎ型拡散層３上にＭＯＣＶＤにより成長された
ｎ+ オーミックコンタクト層４と、ｐ型ＺｎＳｅ基板１
の裏面に形成されたｐ+ コンタクト層５とを有してお
り、このｐ+ コンタクト層５にｐ側電極６を形成し、ｎ
+ オーミックコンタクト層４にｐ側電極６より面積の狭
いｎ側電極７を形成している。このｎ側電極７は、光を
効率よく取り出すために最適な形状にするのが望まし
く、例えばｐ側電極６に対応した穴あき電極であっても
よい。なお、ｐ型ＺｎＳｅ成長層２は５〜３０μｍ、ｎ
型拡散層３は０．５〜２μｍ、ｎ+ オーミックコンタク
ト層４及びｐ+ オーミックコンタクト層５は１０〜２０
０Å程度に形成されている。
【００１７】次に、ＺｎＳｅ半導体発光素子１０の製造
方法について説明する。ＺｎＳｅ半導体発光素子１０
は、蒸気圧制御温度差法（以下、「ＴＤＭ・ＣＶＰ法」
という。）による液相エピタキシャル成長法とＭＯＣＶ
Ｄ法を組み合わせて製造される。ｐ型バルクＺｎＳｅ単
結晶を得る方法については、本発明者が既に蒸気圧制御
法を提案し、Ｚｎの蒸気圧を制御したＺｎＳｅの液相成
長法を特公昭６０−３７０７７号公報、特公昭６０−４
２１９９号公報、特公昭６０−５７０７５９号公報及び
特公昭６１−２８６４０号公報等で開示し、ｐ型または
高抵抗の結晶完全性の優れた基板が得られている。ま
た、Ｓｅを溶媒主成分とした液相成長によってｐｎ接合
デバイスを得るための方法を、特公平７−８３１３９号
公報に開示している。これによれば、良好な結晶性から
なるｐｎ接合デバイスが実現できる。
方法について説明する。ＺｎＳｅ半導体発光素子１０
は、蒸気圧制御温度差法（以下、「ＴＤＭ・ＣＶＰ法」
という。）による液相エピタキシャル成長法とＭＯＣＶ
Ｄ法を組み合わせて製造される。ｐ型バルクＺｎＳｅ単
結晶を得る方法については、本発明者が既に蒸気圧制御
法を提案し、Ｚｎの蒸気圧を制御したＺｎＳｅの液相成
長法を特公昭６０−３７０７７号公報、特公昭６０−４
２１９９号公報、特公昭６０−５７０７５９号公報及び
特公昭６１−２８６４０号公報等で開示し、ｐ型または
高抵抗の結晶完全性の優れた基板が得られている。ま
た、Ｓｅを溶媒主成分とした液相成長によってｐｎ接合
デバイスを得るための方法を、特公平７−８３１３９号
公報に開示している。これによれば、良好な結晶性から
なるｐｎ接合デバイスが実現できる。
【００１８】先ず、ｐ型ＺｎＳｅ基板１は、ｐ型不純物
としてＩ族元素のＳｅ，Ｓの化合物或いは窒化物であ
る、例えばＮａ2 Ｓ，Ｎａ2 Ｓｅ，ＬｉＮ3 などを添加
して、Ｓｅを溶媒主成分とした蒸気圧制御温度差法によ
る粒界成長を伴う熱処理成長によって作製したＺｎＳｅ
のｐ型バルク結晶を、結晶面（１１１）でウエハ状に切
り出して元基板とした。
としてＩ族元素のＳｅ，Ｓの化合物或いは窒化物であ
る、例えばＮａ2 Ｓ，Ｎａ2 Ｓｅ，ＬｉＮ3 などを添加
して、Ｓｅを溶媒主成分とした蒸気圧制御温度差法によ
る粒界成長を伴う熱処理成長によって作製したＺｎＳｅ
のｐ型バルク結晶を、結晶面（１１１）でウエハ状に切
り出して元基板とした。
【００１９】次に、このｐ型ＺｎＳｅ基板１上に、同じ
くＳｅを溶媒主成分として上記ｐ型不純物を添加して、
成長温度９００〜１１００℃でｐ型ＺｎＳｅ成長層２を
エピタキシャル成長させる。この場合、ｐ型不純物とし
て、Ｎａ2 ＳまたはＬｉＮ3が最適である。ただし、こ
のｐ型エピタキシャル成長法は、上記ＴＤＭ・ＣＶＰ法
に限らず、徐冷法やディップ法などでも可能であるが、
最も結晶性の良い結晶が得られやすい点から、ＴＤＭ・
ＣＶＰを用いるのが望ましい。
くＳｅを溶媒主成分として上記ｐ型不純物を添加して、
成長温度９００〜１１００℃でｐ型ＺｎＳｅ成長層２を
エピタキシャル成長させる。この場合、ｐ型不純物とし
て、Ｎａ2 ＳまたはＬｉＮ3が最適である。ただし、こ
のｐ型エピタキシャル成長法は、上記ＴＤＭ・ＣＶＰ法
に限らず、徐冷法やディップ法などでも可能であるが、
最も結晶性の良い結晶が得られやすい点から、ＴＤＭ・
ＣＶＰを用いるのが望ましい。
【００２０】さらに、Ｇａを２〜１０％添加したＺｎ溶
液を用いて、このｐ型ＺｎＳｅ成長層２の表面にｎ型拡
散層３を形成する。これは、例えば内径６〜１０φの石
英アンプルにＺｎを約１ｇ、Ｇａ２０〜１００ｍｇを投
入して、真空引きしながら６００℃〜８００℃の温度で
溶かし合わせて合金化し、その後、ｐ型単結晶をＺｎ溶
液に接触させた状態で真空中で封じきり、５５０℃〜７
６０℃の範囲で５〜３０分間熱処理してｐ型単結晶の表
面層へＧａを拡散させることで、キャリア密度５ｘ１０
16〜１ｘ１０17ｃｍ-3程度で深さ１μｍ未満のｎ型層領
域を形成することができる。
液を用いて、このｐ型ＺｎＳｅ成長層２の表面にｎ型拡
散層３を形成する。これは、例えば内径６〜１０φの石
英アンプルにＺｎを約１ｇ、Ｇａ２０〜１００ｍｇを投
入して、真空引きしながら６００℃〜８００℃の温度で
溶かし合わせて合金化し、その後、ｐ型単結晶をＺｎ溶
液に接触させた状態で真空中で封じきり、５５０℃〜７
６０℃の範囲で５〜３０分間熱処理してｐ型単結晶の表
面層へＧａを拡散させることで、キャリア密度５ｘ１０
16〜１ｘ１０17ｃｍ-3程度で深さ１μｍ未満のｎ型層領
域を形成することができる。
【００２１】このｎ型拡散層３は、従来の方法では拡散
時間が２時間程度、拡散温度が７００℃以上であったの
に対して、本発明のＺｎＳｅ半導体発光素子では５〜３
０分程度とかなり短時間でよく、さらに拡散温度も６０
０℃程度の低温でよい。このようにして成長させるとｎ
型反転したｐ層の高抵抗化を極力抑えることができる。
しかし、その結果、キャリアの注入量の点で若干希薄に
なったｎ層を補強するため、次に示すように、より低温
で高いキャリア密度が得られるＭＯＣＶＤ法によりｎ+
コンタクト層を成長させることによって、電極とのコン
タクトが改善され、高い注入効率が得られるようにな
る。
時間が２時間程度、拡散温度が７００℃以上であったの
に対して、本発明のＺｎＳｅ半導体発光素子では５〜３
０分程度とかなり短時間でよく、さらに拡散温度も６０
０℃程度の低温でよい。このようにして成長させるとｎ
型反転したｐ層の高抵抗化を極力抑えることができる。
しかし、その結果、キャリアの注入量の点で若干希薄に
なったｎ層を補強するため、次に示すように、より低温
で高いキャリア密度が得られるＭＯＣＶＤ法によりｎ+
コンタクト層を成長させることによって、電極とのコン
タクトが改善され、高い注入効率が得られるようにな
る。
【００２２】次に、ｎ型不純物としてジエチルヨウソ
（ＤＥＩ）など、ソースガスとしてジエチルセレン（Ｄ
ＥＳｅ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）などを用いてＭ
ＯＣＶＤ法によってｎ+ オーミックコンタクト層４を成
長させる。このｎ+ オーミックコンタクト層４のキャリ
ア密度は１０18ｃｍ-3以上である。なお、十分に結晶性
が良く高いキャリア密度を持つｎ層は、電子注入層とし
て使えるので、上記ｎ+ オーミックコンタクト層４をｐ
型ＺｎＳｅ成長層２の上に直接形成して注入層としたｎ
+ 層としてもよい。このＭＯＣＶＤ法によって、ｎ+ オ
ーミックコンタクト層４は熱処理によって拡散層３が変
質しないようなｎ拡散より低い温度で、高いキャリア密
度を確実に得ることができる。
（ＤＥＩ）など、ソースガスとしてジエチルセレン（Ｄ
ＥＳｅ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）などを用いてＭ
ＯＣＶＤ法によってｎ+ オーミックコンタクト層４を成
長させる。このｎ+ オーミックコンタクト層４のキャリ
ア密度は１０18ｃｍ-3以上である。なお、十分に結晶性
が良く高いキャリア密度を持つｎ層は、電子注入層とし
て使えるので、上記ｎ+ オーミックコンタクト層４をｐ
型ＺｎＳｅ成長層２の上に直接形成して注入層としたｎ
+ 層としてもよい。このＭＯＣＶＤ法によって、ｎ+ オ
ーミックコンタクト層４は熱処理によって拡散層３が変
質しないようなｎ拡散より低い温度で、高いキャリア密
度を確実に得ることができる。
【００２３】次いで、ｎ+ オーミックコンタクト層４の
形成と同様にして、１〜２ｘ１０18ｃｍ-3程度のｐ+ コ
ンタクト層５を、ＭＯＣＶＤ法によりＤＥＳｅ及びＤＥ
Ｚｎをソースガスにし、ｐ型ドーパントとして三弗化窒
素（ＮＦ3 ）などを用いて成長させる。
形成と同様にして、１〜２ｘ１０18ｃｍ-3程度のｐ+ コ
ンタクト層５を、ＭＯＣＶＤ法によりＤＥＳｅ及びＤＥ
Ｚｎをソースガスにし、ｐ型ドーパントとして三弗化窒
素（ＮＦ3 ）などを用いて成長させる。
【００２４】そして、成長基板を取り出し、Ａｕまたは
Ａｕ系合金（Ａｕ−Ｐｄ，Ａｕ−Ｐｔなど）を用いて真
空蒸着法によりｐ側電極６とｎ側電極７を形成する。こ
れらの金属電極を、キャリア密度が１０16ｃｍ-3代のｐ
型ＺｎＳｅ基板やエピタキシャル層に形成しても十分に
コンタクトが取れないので、上記ｎ+ オーミックコンタ
クト層４やｐ+ コンタクト層５を形成している。
Ａｕ系合金（Ａｕ−Ｐｄ，Ａｕ−Ｐｔなど）を用いて真
空蒸着法によりｐ側電極６とｎ側電極７を形成する。こ
れらの金属電極を、キャリア密度が１０16ｃｍ-3代のｐ
型ＺｎＳｅ基板やエピタキシャル層に形成しても十分に
コンタクトが取れないので、上記ｎ+ オーミックコンタ
クト層４やｐ+ コンタクト層５を形成している。
【００２５】なお、ＴＤＭ・ＣＶＰ法による液相エピタ
キシャル成長では、ｐ型結晶成長用のドーパントとし
て、上記Ｎａ2 Ｓ，Ｎａ2 Ｓｅ，ＬｉＮ3 などを用いて
ｐ基板上にエピタキシャル成長させるが、成長温度９０
０℃〜１１００℃、Ｚｎ蒸気圧１．７〜１３．０ａｔｍ
の範囲で設定して、成長結晶の化学量論的組成を制御し
ている。
キシャル成長では、ｐ型結晶成長用のドーパントとし
て、上記Ｎａ2 Ｓ，Ｎａ2 Ｓｅ，ＬｉＮ3 などを用いて
ｐ基板上にエピタキシャル成長させるが、成長温度９０
０℃〜１１００℃、Ｚｎ蒸気圧１．７〜１３．０ａｔｍ
の範囲で設定して、成長結晶の化学量論的組成を制御し
ている。
【００２６】図２はＳｅを溶媒としてＴＤＭ・ＣＶＰ法
により液相エピタキシャル成長させたｐ型成長層の不純
物添加量に対する不純物密度の関係を示している。Ｎａ
2 Ｓｅは最も高い不純物密度が得られるが、Ｎａ2 Ｓ、
ＬｉＮ3 などと比べて成長表面のモホロジーがやや凹凸
になる傾向があるので、その上にｎ型層を形成する場合
は研磨・ポリッシング工程が必要になり、それによるダ
メージ層を完全に除去しなければならない。
により液相エピタキシャル成長させたｐ型成長層の不純
物添加量に対する不純物密度の関係を示している。Ｎａ
2 Ｓｅは最も高い不純物密度が得られるが、Ｎａ2 Ｓ、
ＬｉＮ3 などと比べて成長表面のモホロジーがやや凹凸
になる傾向があるので、その上にｎ型層を形成する場合
は研磨・ポリッシング工程が必要になり、それによるダ
メージ層を完全に除去しなければならない。
【００２７】それに対して、Ｎａ2 Ｓ、ＬｉＮ3 を添加
した場合は、成長表面平滑性は良好になるので、成長面
上に直接ｎ型層を形成できるため、結晶表面の残留ダメ
ージ層によって発生した格子欠陥による非発光センター
の増加を招くことはない。この点からも結晶面（１１
１）切り出し基板の研磨ダメージによる結晶性の劣化に
関しては、ｐ型エピタキシャル成長初期のメルトバック
や熱処理効果による回復が期待できるので、結晶面（１
１１）ｐタイプ基板に直接ｎ型層を形成する方法による
ｐｎ接合よりも注入効率の向上効果が大きい。
した場合は、成長表面平滑性は良好になるので、成長面
上に直接ｎ型層を形成できるため、結晶表面の残留ダメ
ージ層によって発生した格子欠陥による非発光センター
の増加を招くことはない。この点からも結晶面（１１
１）切り出し基板の研磨ダメージによる結晶性の劣化に
関しては、ｐ型エピタキシャル成長初期のメルトバック
や熱処理効果による回復が期待できるので、結晶面（１
１１）ｐタイプ基板に直接ｎ型層を形成する方法による
ｐｎ接合よりも注入効率の向上効果が大きい。
【００２８】次に、ＺｎＳｅ半導体発光素子１０の作用
について説明する。図３は本発明のＺｎＳｅ半導体発光
素子に、順方向に電流を流した時の発光波長特性を示す
図である。ＺｎＳｅ半導体発光素子１０に順方向に電流
を流すと、ｎ型拡散層３から多数キャリアの電子がｐ型
ＺｎＳｅ成長層２に送り込まれ、ホール（正孔）と再結
合して光が発生し、この光が外部へ放出される。図３に
示すように、この光は室温で、発光波長４７１ｎｍ、半
値幅８．１ｎｍの特性を示し、純青色発光が実現してい
る。
について説明する。図３は本発明のＺｎＳｅ半導体発光
素子に、順方向に電流を流した時の発光波長特性を示す
図である。ＺｎＳｅ半導体発光素子１０に順方向に電流
を流すと、ｎ型拡散層３から多数キャリアの電子がｐ型
ＺｎＳｅ成長層２に送り込まれ、ホール（正孔）と再結
合して光が発生し、この光が外部へ放出される。図３に
示すように、この光は室温で、発光波長４７１ｎｍ、半
値幅８．１ｎｍの特性を示し、純青色発光が実現してい
る。
【００２９】このように本発明では、ｐ型ＺｎＳｅ基板
１を用い、熱平衡状態下での液相エピタキシャル成長に
よってｐ型ＺｎＳｅ成長層２を形成しているが、このｐ
型ＺｎＳｅ成長層２は比較的高い不純物密度を有してお
り、また、成長中の蒸気圧制御の効果により成長した結
晶の結晶性も良好なので、発光層として使うことができ
る。
１を用い、熱平衡状態下での液相エピタキシャル成長に
よってｐ型ＺｎＳｅ成長層２を形成しているが、このｐ
型ＺｎＳｅ成長層２は比較的高い不純物密度を有してお
り、また、成長中の蒸気圧制御の効果により成長した結
晶の結晶性も良好なので、発光層として使うことができ
る。
【００３０】また本発明では、ドーパントとしてＮａ2
ＳやＬｉＮ3 を用いて、ｐ型ＺｎＳｅ成長層をエピタキ
シャル成長させているので、表面の平滑性がきわめて良
くなり、そのため、ｐ型ＺｎＳｅ成長層上に直接ｎ型拡
散層を成長させることができる。
ＳやＬｉＮ3 を用いて、ｐ型ＺｎＳｅ成長層をエピタキ
シャル成長させているので、表面の平滑性がきわめて良
くなり、そのため、ｐ型ＺｎＳｅ成長層上に直接ｎ型拡
散層を成長させることができる。
【００３１】したがって、本発明により形成したＺｎＳ
ｅ半導体発光素子では、結晶表面の残留ダメージ層によ
って発生した格子欠陥による非発光中心の増加がなくな
り、ｐ型基板に直接ｎ型層を形成する従来のデバイスよ
りも、注入効率が極めて高くなる。
ｅ半導体発光素子では、結晶表面の残留ダメージ層によ
って発生した格子欠陥による非発光中心の増加がなくな
り、ｐ型基板に直接ｎ型層を形成する従来のデバイスよ
りも、注入効率が極めて高くなる。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のＺｎＳｅ半導体発光素子は、注入効率がよく、室温で
発光波長４７１ｎｍ、半値幅８．１ｎｍの純青色発光が
できるという効果を有する。
のＺｎＳｅ半導体発光素子は、注入効率がよく、室温で
発光波長４７１ｎｍ、半値幅８．１ｎｍの純青色発光が
できるという効果を有する。
【図１】本発明によるＺｎＳｅのｐｎ接合デバイス構造
の断面図である。
の断面図である。
【図２】Ｓｅを溶媒とした、ｐ型エピタキシャル成長に
おけるＳｅ溶媒への不純物の添加量と不純物密度の関係
を示す図である。
おけるＳｅ溶媒への不純物の添加量と不純物密度の関係
を示す図である。
【図３】本発明によるＺｎＳｅのｐｎ接合デバイスの発
光特性を示す図である。
光特性を示す図である。
１ ｐ型ＺｎＳｅ基板 ２ ｐ型ＺｎＳｅ成長層 ３ ｎ型拡散層 ４ ｎ+ ＺｎＳｅコンタクト層 ５ ｐ+ ＺｎＳｅコンタクト層 ６ ｐ側電極 ７ ｎ側電極
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくともＳｅを溶媒主成分とした液相
成長法によって形成したＺｎＳｅのｐ型成長層と、この
ＺｎＳｅのｐ型成長層上に有機金属化学気相成長法によ
って形成したｎ型層とを備え、 上記ｐ型成長層と上記ｎ型層とによりｐｎ接合を形成し
た、ＺｎＳｅ半導体発光素子。 - 【請求項２】 Ｓｅを溶媒主成分として蒸気圧制御温度
差法によって製造したＺｎＳｅのｐ型結晶の基板と、こ
の基板上にＳｅを溶媒主成分として蒸気圧制御温度差法
を用いたエピタキシャル成長によって形成したｐ型成長
層と、このｐ型成長層の表面に少なくとも有機金属気相
成長法により注入層として形成したｎ + 層とを備え、 上記ｐ型成長層と上記ｎ+ 層とによりｐｎ接合を形成し
た、ＺｎＳｅ半導体発光素子。 - 【請求項３】 少なくともＳｅを溶媒主成分とした液相
成長法によって形成したＺｎＳｅのｐ型成長層と、この
ＺｎＳｅのｐ型成長層上にＺｎを溶媒主成分とする熱処
理拡散法によって形成したｎ型拡散層と、このｎ型拡散
層の表面に有機金属気相成長法により形成したｎ+ Ｚｎ
Ｓｅ層のオーミックコンタクト層とを備え、 上記ｐ型成長層と上記ｎ型拡散層とによりｐｎ接合を形
成した、ＺｎＳｅ半導体発光素子。 - 【請求項４】 Ｓｅを溶媒主成分として蒸気圧制御温度
差法によって製造したＺｎＳｅのｐ型結晶の基板上に、
前記ｐ型成長層をＳｅを溶媒主成分として蒸気圧制御温
度差法を用いたエピタキシャル成長によって形成し、こ
のｐ型成長層と前記ｎ型拡散層とによりｐｎ接合を形成
したことを特徴とする、請求項３に記載のＺｎＳｅ半導
体発光素子。 - 【請求項５】 前記ＺｎＳｅのｐｎ接合にあって、少な
くとも前記ｐ型成長層を前記Ｓｅを溶媒主成分とし、Ｉ
族元素のＳｅ、Ｓ化合物或いは窒化物をｐ型不純物とし
て添加し、Ｚｎの蒸気圧を前記Ｓｅ溶媒上へ印加する蒸
気圧制御温度差液相成長法によって形成したことを特徴
とする、請求項１、２又は３に記載のＺｎＳｅ半導体発
光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25043496A JP2967122B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | ＺｎＳｅ半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25043496A JP2967122B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | ＺｎＳｅ半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1098214A JPH1098214A (ja) | 1998-04-14 |
| JP2967122B2 true JP2967122B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=17207829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25043496A Expired - Fee Related JP2967122B2 (ja) | 1996-09-20 | 1996-09-20 | ＺｎＳｅ半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2967122B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW406442B (en) * | 1998-07-09 | 2000-09-21 | Sumitomo Electric Industries | White colored LED and intermediate colored LED |
| JP2004296796A (ja) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子および発光素子の製造方法 |
-
1996
- 1996-09-20 JP JP25043496A patent/JP2967122B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1098214A (ja) | 1998-04-14 |
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