JPH02262380A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH02262380A JPH02262380A JP1081408A JP8140889A JPH02262380A JP H02262380 A JPH02262380 A JP H02262380A JP 1081408 A JP1081408 A JP 1081408A JP 8140889 A JP8140889 A JP 8140889A JP H02262380 A JPH02262380 A JP H02262380A
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Landscapes
- Led Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
この発明は民生分野で利用される発光素子に係シ、特に
青色で発光する半導体発光素子の効率向上に関する。
青色で発光する半導体発光素子の効率向上に関する。
（従来の技術）
硫黄（Ｓ）、または（Ｓｅ ）等を含む亜鉛カルコゲナ
イド半導体は、青色発光素子として有望視され、各所で
研究が進められている。特に、良質の結晶が得られ量産
性にも優れる有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などのエピタキシャル
結晶成長法を利用した発光素子の開発研究が盛んである
。
イド半導体は、青色発光素子として有望視され、各所で
研究が進められている。特に、良質の結晶が得られ量産
性にも優れる有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などのエピタキシャル
結晶成長法を利用した発光素子の開発研究が盛んである
。
発光ダイオードなどの発光素子で実用レベルの光度を得
るためには、半導体のｐｎ接合を利用することが必要不
可欠である。ところが前記亜鉛カルコゲナイド半導体の
最大の問題点は、ｐ形伝導結晶が容易に得られないこと
にある。これが原因となって、実用レベルの光度を有す
る発光素子は実現されていない。
るためには、半導体のｐｎ接合を利用することが必要不
可欠である。ところが前記亜鉛カルコゲナイド半導体の
最大の問題点は、ｐ形伝導結晶が容易に得られないこと
にある。これが原因となって、実用レベルの光度を有す
る発光素子は実現されていない。
しかし長年にわたる研究の結果、アクセプタ不純物とし
てリチウムまたは窒素を用いることによって、今まで困
難とされてきた亜鉛カルコゲナイド半導体のｐ形伝導結
晶が得られるよう例なってきた。
てリチウムまたは窒素を用いることによって、今まで困
難とされてきた亜鉛カルコゲナイド半導体のｐ形伝導結
晶が得られるよう例なってきた。
（発明が解決しようとする課題）
上記のように、亜鉛カルコゲナイド半導体で発光素子を
作製するに当っての課題であったｐ形伝導結晶は得られ
るようになってきた。しかし、そのｐ形結晶はほとんど
発光を示さないことが判明した。したがってキャリア濃
度に対応した発光を示すｎ形半導体層を発光層とする必
要があるが、そのためにはｎ形半導体層のキャリア濃度
を、ｎ形半導体層のキャリア濃度よυも高くする必要が
ある。
作製するに当っての課題であったｐ形伝導結晶は得られ
るようになってきた。しかし、そのｐ形結晶はほとんど
発光を示さないことが判明した。したがってキャリア濃
度に対応した発光を示すｎ形半導体層を発光層とする必
要があるが、そのためにはｎ形半導体層のキャリア濃度
を、ｎ形半導体層のキャリア濃度よυも高くする必要が
ある。
ｎ形半導体層のキャリア濃度を高くするためには、アク
セプタ不純物を高濃度結晶中にドープする必要がある。
セプタ不純物を高濃度結晶中にドープする必要がある。
前記亜鉛カルコゲナイド半導体のｐ形不純物としてリチ
ウムを用いた場合、リチウムの拡散係数が非常に大きい
ために、ＩＪチウムがｎ形半導体Ｗｊｔで拡散して、ｎ
形半導体層を高抵抗化してしまい、実用的なｐｎ接合が
形成できないことがわかった。
ウムを用いた場合、リチウムの拡散係数が非常に大きい
ために、ＩＪチウムがｎ形半導体Ｗｊｔで拡散して、ｎ
形半導体層を高抵抗化してしまい、実用的なｐｎ接合が
形成できないことがわかった。
それに対して、アクセプタ不純物として窒素を用いた場
合には、窒素の拡散はなく、発光素子としての特性を備
えたｐｎ接合が形成できることがわかった。ところが、
このｐｎ接合に電圧を印加してその発光特性を調べてみ
ると、青色発光よシも橙色発光成分が多いという問題点
のあることがわかった。この橙色発光は、ｎ形半導体層
内でドナ不純物と会合した亜鉛空孔が形成した深い準位
を介した発光である。
合には、窒素の拡散はなく、発光素子としての特性を備
えたｐｎ接合が形成できることがわかった。ところが、
このｐｎ接合に電圧を印加してその発光特性を調べてみ
ると、青色発光よシも橙色発光成分が多いという問題点
のあることがわかった。この橙色発光は、ｎ形半導体層
内でドナ不純物と会合した亜鉛空孔が形成した深い準位
を介した発光である。
前記事情により、いまのところ亜鉛カルコゲナイドによ
る実用上十分な光度を有する青色発光素子は得られてい
危い。
る実用上十分な光度を有する青色発光素子は得られてい
危い。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは従来の欠点を改良することによって、
実用に耐える亜鉛カルコゲナイドｐｎ接合青色発光素子
を提供することＫある。
的とするところは従来の欠点を改良することによって、
実用に耐える亜鉛カルコゲナイドｐｎ接合青色発光素子
を提供することＫある。
（課題を解決するだめの手段）
本発明にかかる半導体発光素子は、亜鉛力ルフゲナイド
からなるｐｎ接合を有する発光素子において、ｎ形半導
体層中に窒素不純物を含み、かつｎ形半導体層中にこの
ｎ形半導体層中のドナー濃度に達しない濃度のリチウム
がドーピングされておシ、亜鉛空孔とリチウムを置換し
、深い準位からの発光を低減させた特徴を備えたもので
ある０（作用） 本発明によれば、亜鉛カルコゲートからなるｐｎ接合発
光素子において、窒素をアクセプタ不純物としてｐ形層
を形成するため、ｐ形層からアクセプタ不純物が拡散し
てｎ形層を高抵抗化することがない。さらにｎ形層中の
亜鉛空孔がリチウムで置換されるため、ｎ影響中の亜鉛
空孔濃度が減少し、ドす不純物と会合して形成される深
い準位の濃度も減少する。その結果、発光層であるｎ形
層中において、深い準位からの橙色の発光が減少し、さ
らにドナが発光中心として有効に働くことにより、青色
発光の光度が増大する。なお、亜鉛空孔を置換したリチ
ウムは浅いアクセプタとなるが、その濃度はドナ濃度よ
りも低いので、リチウムドーピングによって、ｎ形層の
抵抗率および発光効率が低下することはない。
からなるｐｎ接合を有する発光素子において、ｎ形半導
体層中に窒素不純物を含み、かつｎ形半導体層中にこの
ｎ形半導体層中のドナー濃度に達しない濃度のリチウム
がドーピングされておシ、亜鉛空孔とリチウムを置換し
、深い準位からの発光を低減させた特徴を備えたもので
ある０（作用） 本発明によれば、亜鉛カルコゲートからなるｐｎ接合発
光素子において、窒素をアクセプタ不純物としてｐ形層
を形成するため、ｐ形層からアクセプタ不純物が拡散し
てｎ形層を高抵抗化することがない。さらにｎ形層中の
亜鉛空孔がリチウムで置換されるため、ｎ影響中の亜鉛
空孔濃度が減少し、ドす不純物と会合して形成される深
い準位の濃度も減少する。その結果、発光層であるｎ形
層中において、深い準位からの橙色の発光が減少し、さ
らにドナが発光中心として有効に働くことにより、青色
発光の光度が増大する。なお、亜鉛空孔を置換したリチ
ウムは浅いアクセプタとなるが、その濃度はドナ濃度よ
りも低いので、リチウムドーピングによって、ｎ形層の
抵抗率および発光効率が低下することはない。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図に本発明の一実施例の半導体発光素子の断面構造
を示す。図中、１１はｎ＋−ＧａＡｓ基板で、その上に
一例の臭素を” １０” Ｃｍ”の濃度含み、かつこの
濃度未満のリチウムを一例としてＩ Ｘ １ （１６０
ｍ１の濃度含む層厚３μｍのｎ−Ｚｎ−Ｚｎ５ｅと、こ
れに積層して形成された窒素をｌ Ｘ Ｉ Ｑ”ｃｍ’
の濃度含む層厚２μｍのｐ−Ｚｎ５ｅ層１３と、さらに
積層して形成されたＡｕでなるオーミック電極層１４と
、上記ｎ”−ＧａＡｓ基板１１の下面に形成されたＡ
ｕ −Ｇ ｅでなるオーミック電極層１５で構成されて
いる。
を示す。図中、１１はｎ＋−ＧａＡｓ基板で、その上に
一例の臭素を” １０” Ｃｍ”の濃度含み、かつこの
濃度未満のリチウムを一例としてＩ Ｘ １ （１６０
ｍ１の濃度含む層厚３μｍのｎ−Ｚｎ−Ｚｎ５ｅと、こ
れに積層して形成された窒素をｌ Ｘ Ｉ Ｑ”ｃｍ’
の濃度含む層厚２μｍのｐ−Ｚｎ５ｅ層１３と、さらに
積層して形成されたＡｕでなるオーミック電極層１４と
、上記ｎ”−ＧａＡｓ基板１１の下面に形成されたＡ
ｕ −Ｇ ｅでなるオーミック電極層１５で構成されて
いる。
上記実施例の構造を、組成制御性に優れ、極めて結晶性
の良い半導体エピタキシャル結晶を作製することのでき
る、有機金属を利用した化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法
）で作製した。
の良い半導体エピタキシャル結晶を作製することのでき
る、有機金属を利用した化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法
）で作製した。
Ｚｎ、Ｓｅの各原料には、ジメチル亜鉛とジメチルセレ
ンを用い、それぞれ２０μｍｏｌ／ｍ１ｎ４Ｑμｍｏ
Ｉ ７ｍ ｉ ｎ供給した。成長温度は５００°Ｃで、
成長圧力は常圧である。ｎ＋−Ｇ ａ Ａ ｓ基板上に
ｎ形Ｚｎ５ｅを成長させるに当たっては、ドナ不純物原
料としてｌ、３−ジブロモプロパンを用い、それを１Ｏ
０Ｃに保温して水素キャリアガスで１００ＣＣ／ｌｎ１
ｎ供給した。また、ｌ、３−ジブ閑モプロパンの供給
に同期させて、亜鉛空孔低域のためのリチウムの原料で
ある第３ブチルリチウムを、５００Ｃに保温してヘリウ
ムキャリアシスで５ｃｃ／ｍｉｎ供給した。次にｐ形層
の形成に当っては、ジメチルヒドラジ窒素原料として用
い、それを０°Ｃに保温して水素キャリアガスで１００
ｃｃ／ｍｉｎ供給した。
ンを用い、それぞれ２０μｍｏｌ／ｍ１ｎ４Ｑμｍｏ
Ｉ ７ｍ ｉ ｎ供給した。成長温度は５００°Ｃで、
成長圧力は常圧である。ｎ＋−Ｇ ａ Ａ ｓ基板上に
ｎ形Ｚｎ５ｅを成長させるに当たっては、ドナ不純物原
料としてｌ、３−ジブロモプロパンを用い、それを１Ｏ
０Ｃに保温して水素キャリアガスで１００ＣＣ／ｌｎ１
ｎ供給した。また、ｌ、３−ジブ閑モプロパンの供給
に同期させて、亜鉛空孔低域のためのリチウムの原料で
ある第３ブチルリチウムを、５００Ｃに保温してヘリウ
ムキャリアシスで５ｃｃ／ｍｉｎ供給した。次にｐ形層
の形成に当っては、ジメチルヒドラジ窒素原料として用
い、それを０°Ｃに保温して水素キャリアガスで１００
ｃｃ／ｍｉｎ供給した。
このようにして作製した発光素子のｐ形Ｚｎ５ｅ層上に
Ａｕを真空蒸着し、オーミック性電極とした。さらにｎ
＋−ＧａＡｓ基板表面にＡｕ−Ｇｅを蒸着し、オーミッ
ク性電極とした。
Ａｕを真空蒸着し、オーミック性電極とした。さらにｎ
＋−ＧａＡｓ基板表面にＡｕ−Ｇｅを蒸着し、オーミッ
ク性電極とした。
上記実施例により得られた発光素子は、以下に述べるよ
うに良好な青色発光特性を示した。第２図に実施例の発
光素子の電圧−電流特性を示した。
うに良好な青色発光特性を示した。第２図に実施例の発
光素子の電圧−電流特性を示した。
また第３図に実施例の発光素子の発光スペクトルを示し
た。これらに従来の発光素子の電圧−電流特性と発光ス
ペクトルを破線と一点鎖線で示すことによって、電圧−
電流特性と発光特性の改良を明確にした。従来の発光素
子の一例（第２図、第３図の従来例１）は、Ｚｎ５ｅ結
晶形層、ｎ形層にリチウム、臭素を添加しておシ、本発
明に示されるような窒素の添加をｐ形層に施していなか
った。
た。これらに従来の発光素子の電圧−電流特性と発光ス
ペクトルを破線と一点鎖線で示すことによって、電圧−
電流特性と発光特性の改良を明確にした。従来の発光素
子の一例（第２図、第３図の従来例１）は、Ｚｎ５ｅ結
晶形層、ｎ形層にリチウム、臭素を添加しておシ、本発
明に示されるような窒素の添加をｐ形層に施していなか
った。
そのためｎ形層の抵抗率が上昇して、電流が流れ難くな
っている。従来の発光素子の他の一例（第２図、第３図
の従来例２）は、Ｚｎ８ｅのｐ形層、ｎ形層に窒素、臭
素をそれぞれ添加したのみで、本発明に示されるような
リチウムの添加をｎ形層に施していなかった。そのため
橙色部の発光強が強い。それに対して、本発明による実
施例は、ｎ形層の抵抗率が低いために、電流の立ち上が
り電圧も低い。またｎ形層中の亜鉛空孔濃度が低いため
に、橙色部の発光強度を１桁以上低くでき、上記実施例
のように測定できない程度に達成できる。
っている。従来の発光素子の他の一例（第２図、第３図
の従来例２）は、Ｚｎ８ｅのｐ形層、ｎ形層に窒素、臭
素をそれぞれ添加したのみで、本発明に示されるような
リチウムの添加をｎ形層に施していなかった。そのため
橙色部の発光強が強い。それに対して、本発明による実
施例は、ｎ形層の抵抗率が低いために、電流の立ち上が
り電圧も低い。またｎ形層中の亜鉛空孔濃度が低いため
に、橙色部の発光強度を１桁以上低くでき、上記実施例
のように測定できない程度に達成できる。
本発明は、上記実施例に限られるものではなく、例えば
、実施例ではＺｎ８ｅ結晶を用いたが、硫黄を含むＺｎ
ＳＳｅ系結晶、あるいはテルル（Ｔｅ）を含むＺｎ５ｅ
Ｔｅ系結晶を用いた場合にも適用できる。
、実施例ではＺｎ８ｅ結晶を用いたが、硫黄を含むＺｎ
ＳＳｅ系結晶、あるいはテルル（Ｔｅ）を含むＺｎ５ｅ
Ｔｅ系結晶を用いた場合にも適用できる。
不純物についても、ｎ形不純物として塩鷹、ヨウ素等の
ＶＩ族元素、人１等の■族元素を用いることもできる。
ＶＩ族元素、人１等の■族元素を用いることもできる。
また、リチウムはｎ形層に限らず、ｐ形層中に含まれて
いてもよい。さらに、リチウム原料は第３ブチルリチウ
ムに限らず、セレン化リチウム等のリチウムを含む原料
ならばよい。
いてもよい。さらに、リチウム原料は第３ブチルリチウ
ムに限らず、セレン化リチウム等のリチウムを含む原料
ならばよい。
リチウムの拡散は非常に速いので、その添加時期はｎ形
層の成長に同期させなくてもよく、例えばｐ形層形成時
でもよく、また結晶成長後に結晶成長とは異なる温度で
拡散させてもよい。さらに結晶成長とは独立にリチウム
の拡散を施してもよい。そのときの方法としては、第１
図の結晶とリチウムを含む原料を空間的に離してアンプ
ルに封入し、その後熱処理する方法や、リチウムの添加
されたＺｎ５ｅ結晶を第１図の結晶の上に置いて熱処理
するといった方法が適用できる。
層の成長に同期させなくてもよく、例えばｐ形層形成時
でもよく、また結晶成長後に結晶成長とは異なる温度で
拡散させてもよい。さらに結晶成長とは独立にリチウム
の拡散を施してもよい。そのときの方法としては、第１
図の結晶とリチウムを含む原料を空間的に離してアンプ
ルに封入し、その後熱処理する方法や、リチウムの添加
されたＺｎ５ｅ結晶を第１図の結晶の上に置いて熱処理
するといった方法が適用できる。
発光素子は発光ダイオードに限らず、半導体レーザーで
もよい。また亜鉛カルコゲナイド半導体の製造方法は、
ＭＯＣＶＤ法の他、ＭＨＤ法、気相成長法（ＶＰＥ法）
、原子層エピタキシー法（ＡＬＥ法）、液相成長法（Ｌ
ＰＥ法）などでもよい。
もよい。また亜鉛カルコゲナイド半導体の製造方法は、
ＭＯＣＶＤ法の他、ＭＨＤ法、気相成長法（ＶＰＥ法）
、原子層エピタキシー法（ＡＬＥ法）、液相成長法（Ｌ
ＰＥ法）などでもよい。
その他、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施することができる。
種々変形して実施することができる。
以上述べたように、本発明によれば、亜鉛カルコゲナイ
ド半導体を用いた発光素子において、実用的なｐｎ接合
が形成でき、しかも橙色の深い準位からの発光を抑えた
特性の良い青色発光が得られる。
ド半導体を用いた発光素子において、実用的なｐｎ接合
が形成でき、しかも橙色の深い準位からの発光を抑えた
特性の良い青色発光が得られる。
第１図は本発明にかかる一実施例の青色発光素子を示す
断面図、第２図はその電圧−電流特性を従来例と比較し
た図、第３図はその発光特性を従来例と比較した図。 １１・・・ｎ−ＧａＡｓ基板、 １２−・−ｎ −Ｚ ｎ Ｓ ｅ層、 １３−−−ｐ−ＺｎＳｅ層、 １４・・・Ａｕオーミック這極層、 １５・・・Ａｕ−Ｇｅオーミック電極層。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 第 図 電；Ｌ （ｍＡ） 第 図 軽 第 図
断面図、第２図はその電圧−電流特性を従来例と比較し
た図、第３図はその発光特性を従来例と比較した図。 １１・・・ｎ−ＧａＡｓ基板、 １２−・−ｎ −Ｚ ｎ Ｓ ｅ層、 １３−−−ｐ−ＺｎＳｅ層、 １４・・・Ａｕオーミック這極層、 １５・・・Ａｕ−Ｇｅオーミック電極層。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 第 図 電；Ｌ （ｍＡ） 第 図 軽 第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 硫黄、セレン、テルルの少なくとも１つを 含む亜鉛カルコゲナイドからなるｐｎ接合を有する発光
素子において、ｐ形半導体層中に窒素不純物を含み、か
つｎ形半導体層中にこのｎ形半導体層中のドナー不純物
濃度に達しない濃度のリチウムが添加されていることを
特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1081408A JPH02262380A (ja) | 1989-04-03 | 1989-04-03 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1081408A JPH02262380A (ja) | 1989-04-03 | 1989-04-03 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02262380A true JPH02262380A (ja) | 1990-10-25 |
Family
ID=13745507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1081408A Pending JPH02262380A (ja) | 1989-04-03 | 1989-04-03 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02262380A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5574296A (en) * | 1990-08-24 | 1996-11-12 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Doping of IIB-VIA semiconductors during molecular beam epitaxy electromagnetic radiation transducer having p-type ZnSe layer |
-
1989
- 1989-04-03 JP JP1081408A patent/JPH02262380A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5574296A (en) * | 1990-08-24 | 1996-11-12 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Doping of IIB-VIA semiconductors during molecular beam epitaxy electromagnetic radiation transducer having p-type ZnSe layer |
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