JPH0463479A - Compound semiconductor light emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、化合物半導体発光素子に関し、特に■−■族
化合物半導体接合型発光素子である可視短波長（青色〜
紫外）光の高輝度発光素子に関する。Detailed Description of the Invention (a) Industrial Application Field The present invention relates to a compound semiconductor light-emitting device, and in particular a compound semiconductor junction type light-emitting device with visible short wavelengths (blue to blue).
This invention relates to a high-brightness light-emitting device that emits ultraviolet) light.
（ロ）従来の技術
１ｌ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青色発光ダイオード
等の従来の発光素子は例えば第１２図に示すようにＧｉ
Ａｓ（１００）基板１０１上に形成されたｎ型Ｚｎ５ｅ
：０層１０３に、負電極Ａｌ１００、正電極Ａｕ１０４
が付設されている（ Ｋ、Ａｋｉｍｏｔ。(b) Conventional technology Conventional light-emitting elements such as blue light-emitting diodes using l-VI group compound semiconductors are, for example, Gi
n-type Zn5e formed on As(100) substrate 101
:0 layer 103, negative electrode Al100, positive electrode Au104
is attached (K, Akimot.
ｅｔ ａｌ、Ｊａｐａｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、２
８（１９８９）Ｌ２００１）。上記の従来構造の青色発
光ダイオードは、液体窒素温度（７７に、−１９６°Ｃ
）の低温に於いて発光ピーク波長４４０ｎｍの青色発光
を呈するが、室温（２５°Ｃ）に於いてはほとんど発光
しない。et al, Japan, J, Appl, Phys, 2
8 (1989) L2001). The blue light emitting diode with the conventional structure described above has a liquid nitrogen temperature (77 to -196 °C).
) It emits blue light with an emission peak wavelength of 440 nm at low temperatures, but hardly any light is emitted at room temperature (25°C).
ま１こ、■−■族化合物半導体以外にも、５ｉＣ（炭化
珪素）を用いたｐｎ接合型発光素子（ピーク波長４８０
ｎｍ）が実用化されている（Ｙ、Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ
ｅｔ、ａｌ、 ＪＡＰＡＮ、ＤＩＳＰＬＡＹ’ ８！ｌ
、 Ｐ６９６．１９−１）が、ＳｉＣバンド構造上の欠
点として、原理的に解決することのできない問題である
間接遷移型バンドキャップを有する点があげられており
、現在でも見込める効率は０．０００３、動作電圧４〜
５Ｖ、電流ＩＯ〜１００ｍＡで、最大輝度１５ ｍｃｄ
〜２０ ｍｃｄであり、発光効率の向上の可能性が無い
のが現状である。In addition to ■-■ group compound semiconductors, pn junction type light emitting devices (peak wavelength 480 nm) using 5iC (silicon carbide)
nm) has been put into practical use (Y, Matsushita
et, al, JAPAN, DISPLAY' 8! l
, P696.19-1) has an indirect transition type band gap, which is a problem that cannot be solved in principle, as a drawback of the SiC band structure, and the expected efficiency is still only 0.0003. , operating voltage 4~
5V, current IO~100mA, maximum brightness 15 mcd
~20 mcd, and there is currently no possibility of improving luminous efficiency.
（ハ）発明が解決しようとする課題
従来の発光素子、特に高効率発光の期待される（可能で
ある）ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子の構造上に於
いて、例えば上述した青色発光を生じるＺｎ５ｅ層がＧ
ａＡｓ基板上に直接積層されているため、両結晶の格子
定数のズレ（約０３％）のために、成長層であるＺｎ５
ｅ中には極めて高濃度の欠陥か導入され、該エピタキシ
ャル層の結晶性は極めて低い。(c) Problems to be Solved by the Invention In the structure of conventional light-emitting elements, especially II-VI compound semiconductor light-emitting elements that are expected (possible) to emit high-efficiency light, for example, the above-mentioned blue light emission occurs. Zn5e layer is G
Since it is directly stacked on the aAs substrate, the growth layer Zn5
An extremely high concentration of defects is introduced into the epitaxial layer, and the crystallinity of the epitaxial layer is extremely low.
このようにして生じた欠陥は、例えば不純物未添加層に
於いてはＺｎ５ｅのバンドギャップ発光である４４０ｎ
ｍ（７７Ｋ）の発光強度を極めて弱くすることか、そし
て、例えば上記従来例のごとくｎ型不純物としてのガリ
ウム（Ｇａ）を添加することにより欠陥の発生する程度
が低減化されることにより上記の４４０ｎｍ発光の強度
が増大することが知られている。しかし、結晶の完全さ
は原理的に結晶のエピタキシャル接合構造における格子
定数の差の関数として一意的に依存するという事実か周
知であることから判るようにヘテロエピタキシャル成長
による欠陥は特別に薄い層で形成された薄膜構造等の場
合を除いて依然として多量に残留していることも明らか
である。このような低品質であるヘテロエピタキシャル
成長層上にさらに積層して形成された酸素（０）を添加
したＺｎ５ｅ：Ｏの結晶性は言うまでも無く低い。Defects generated in this way are, for example, 440n, which is the bandgap emission of Zn5e, in an undoped layer.
By making the emission intensity of m (77K) extremely weak and, for example, adding gallium (Ga) as an n-type impurity as in the conventional example, the degree of defect generation is reduced. It is known that the intensity of 440 nm emission increases. However, it is well known that the perfection of a crystal depends, in principle, uniquely as a function of the difference in lattice constants in the epitaxial junction structure of the crystal, and defects caused by heteroepitaxial growth are formed in particularly thin layers. It is also clear that a large amount still remains, except in the case of thin film structures, etc., which have been removed. Needless to say, the crystallinity of Zn5e:O added with oxygen (0), which is formed by further laminating on such a low-quality heteroepitaxial growth layer, is low.
この電流注入用のｐ型層として働＜Ｚｎ５ｅ：０工ビタ
キソヤル層は、従って、Ｚｎ５ｅ・Ｇａ発光層へ注入し
て発光させるに十分のキャリア（正孔）を供給すること
ができず、Ｈａｌｌ（ホール）測定による正確な評価の
できない、いわゆるｐ型層であり、正孔濃度は添加した
酸素原子の１０００分の１程度と推定されている極めて
効率の低い不純物添加膜となっていることは、酸素がセ
レンに対して原子価型のｐ型不純物でないことのみによ
るものでもなく、結晶性の低さも合まってその主要な原
因となっている。このようにして形成されている、ヘテ
ロエピタキシャル層中に多量に包含されている結晶欠陥
は、電気的特性ならびに光学的特性を大きく作用し、例
えば発光ダイオードの特性に於いては、低温のために凍
結されることにより、発光特性には比較的著しく作用し
ないが、室温のような高温では十分に影響を及ぼし、発
光特性を著しく損なう。The <Zn5e:0> tritaxy layer, which acts as a p-type layer for current injection, cannot therefore supply enough carriers (holes) to inject into the Zn5e/Ga light-emitting layer and cause it to emit light. It is a so-called p-type layer that cannot be accurately evaluated by hole) measurement, and the hole concentration is estimated to be about 1/1000 of the added oxygen atoms, making it an extremely inefficient impurity-doped film. This is not only due to the fact that oxygen is not a valence type p-type impurity with respect to selenium, but also the low crystallinity is the main cause. The large amount of crystal defects contained in the heteroepitaxial layer formed in this way greatly affects the electrical and optical properties, and for example, in the properties of light emitting diodes, due to the low temperature. Although freezing does not have a relatively significant effect on the luminescent properties, it does have a sufficient effect at high temperatures such as room temperature, significantly impairing the luminescent properties.
従来のその他の例としてはＧａＡｓ基板上に形成された
ほぼ同様の構造で、Ｚｎ５ｅ：０層にかわるｐ型エピタ
キシャル層としてＺｎ５ｅ：ＬｉＮ（Ｔ、Ｙａｓｕｄａ
ｅｔ ａｌ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、５２（
１！１Ｊ８８）５７）を用いた場合や、Ｚ ｎ Ｓ ｅ
： Ｎ（Ｍ、Ｍｉｇｉｔａ、ｅｔ ａｌ。Another conventional example is a similar structure formed on a GaAs substrate, with Zn5e:LiN (T, Yasuda) as a p-type epitaxial layer replacing the Zn5e:0 layer.
et al, Appl, Phys, Lett, 52 (
1!1J88)57) or when using Z n S e
: N(M, Migita, et al.
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ、４ｔｈ、ｉ、Ｃ，ｏｎ Ｕ −Ｖ
Ｔ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、 ＩＩ■’８９ Ｆｒ−
３−３）を用い几場合にも同程度の特性しか得られず、
例えば、発光ダイオードとしては急速に劣化したり、室
温で発光しない場合が多く、シかも製作上再現性が無い
、等の問題点が明らかとなっており、産業上極めて重要
な問題点となっている。Abstracts, 4th, i, C, on U-V
T Compounds, II■'89 Fr-
Even when using 3-3), only the same characteristics can be obtained,
For example, problems with light-emitting diodes such as rapid deterioration, often not emitting light at room temperature, and lack of reproducibility in manufacturing have become clear, and these problems have become extremely important industrially. There is.
このように、従来の■−■族化合物半導体発光素子にお
ける問題点をまとめると、
（１）基板結晶とエピタキシャル成長結晶間の格子定数
の不整合に起因して発光層の結晶品質が低いこと、
（１１）エピタキシャル結晶として形成される電流注入
のための（通常はｐ型）層の特性か発光層以上に構造（
欠陥）に敏感である上にこの層の結晶性が低いこと、
（ｉｉｉ）ならびにそのため電流の注入と再結合発光の
効率が低く、特性が不安定、かつ再現に乏しく全体とし
ての特性が実用上の使用水準に遠く及ば無いほど低いこ
と、
（１ｖ）また、ＳｉＣ化合物半導体も実用化されている
が、材料の固有の特質上から発光効率や発光輝度を高く
することは不可能であることなどが挙げられる。In this way, the problems with conventional ■-■ group compound semiconductor light-emitting devices are summarized as follows: (1) The crystal quality of the light-emitting layer is low due to the mismatch in lattice constant between the substrate crystal and the epitaxially grown crystal; 11) The characteristics of the (usually p-type) layer for current injection formed as an epitaxial crystal, or the structure (usually
(iii) In addition to being sensitive to defects, the crystallinity of this layer is low; and (iii) as a result, the efficiency of current injection and recombinant light emission is low, making the characteristics unstable and poorly reproducible, making the overall characteristics impractical for practical use. (1v) Also, although SiC compound semiconductors have been put into practical use, it is impossible to increase the luminous efficiency and luminance due to the inherent characteristics of the material. can be mentioned.
このように、高輝度青色発光ダイオードを含む発光素子
の製造にかかわる基本的技術の未確立は、実用上、極め
て重要な問題である。As described above, the lack of established basic technology for manufacturing light-emitting devices including high-brightness blue light-emitting diodes is an extremely important problem from a practical standpoint.
（ニ）課題を解決するための手段
この発明は、単結晶ウェーハまたはエピタキシャル層の
半導体基板と少なくとも電流注入部とを有して発光素子
部を構成する化合物半導体接合型発光素子において、半
導体基板が化合物半導体からなり、電流注入部がその成
分元素として少なくともＢｅ（ベリリウム）とＴｅ（テ
ルル）を含む化合物半導体からなることを特徴とする化
合物半導体素子である。(d) Means for Solving the Problems The present invention provides a compound semiconductor junction light emitting device which comprises a semiconductor substrate of a single crystal wafer or an epitaxial layer and at least a current injection portion to constitute a light emitting device portion. The present invention is a compound semiconductor element made of a compound semiconductor, and characterized in that a current injection part is made of a compound semiconductor containing at least Be (beryllium) and Te (tellurium) as component elements.
すなわち、この発明は、基板上に形成された■−■族化
合物半導体からなる接合型発光素子に於いて、基板にＺ
ｎ（亜鉛）を含む■−■族化合物半導体からなる単結晶
ウェーハまたはホモエピタキシャル結晶級の高品質エピ
タキシャル層や、ＧａＡｓ、ＧａＰの［［−Ｖ族化合物
半導体あるいはＳｉ、Ｇｅなどの単結晶基板を用いて、
発光層を形成し、形成された複数の、発光層以外のエピ
タキシャル層のうち発光層直上に形成される注入層とし
て少なくともベリリウム（Ｂｅ）とテルル（Ｔｅ）を成
分元素とする化合物半導体素子を含むＩ［−ＶＩ族化合
物半導体エピタキシャル構造を有する発光素子として適
用可能な構造形成手段を提供することにある。That is, the present invention provides a junction type light emitting device made of a ■-■ group compound semiconductor formed on a substrate.
Single-crystal wafers or homoepitaxial high-quality epitaxial layers made of ■-■ group compound semiconductors containing n (zinc), GaAs, GaP [[-V group compound semiconductors, or single-crystal substrates of Si, Ge, etc. make use of,
Forming a light emitting layer, and including a compound semiconductor element containing at least beryllium (Be) and tellurium (Te) as component elements as an injection layer formed immediately above the light emitting layer among the plurality of epitaxial layers other than the light emitting layer formed. An object of the present invention is to provide a structure forming means that can be applied as a light emitting element having an epitaxial structure of a group I[-VI compound semiconductor.
さらに詳しく説明すると、本発明では、発光層を［Ｉ−
ＶＩ族化合物半導体単結晶基板そのもの、あるいは、混
晶緩衝層上に形成された、あるいは超格子緩衝層上に形
成されたホモエピタキシャル級の高品質エピタキシャル
単結晶層とし、さらに電流注入層としては、十分な特性
を有するｐ型化の可能かつ比較的に結晶品質依存性の少
ない少なくともベリリウム（Ｂｅ）とテルル（Ｔｅ）を
成分元素とするワイドギャップ半導体層を形成すること
により、青色発光ダイオードを初めとする可視短波長光
の高効率発光素子を構成する手段を提供しようとするも
のである。To explain in more detail, in the present invention, the light emitting layer is [I-
A group VI compound semiconductor single crystal substrate itself, a homoepitaxial grade high quality epitaxial single crystal layer formed on a mixed crystal buffer layer, or a superlattice buffer layer, and as a current injection layer, By forming a wide-gap semiconductor layer containing at least beryllium (Be) and tellurium (Te) as component elements that have sufficient characteristics, can be converted to p-type, and have relatively little dependence on crystal quality, blue light emitting diodes and other devices can be manufactured. The present invention aims to provide a means for constructing a highly efficient light emitting device for visible short wavelength light.
（ホ）作用 本発明により提供する手段により以下の作用がある。(e) Effect The means provided by the present invention have the following effects.
まず第１に発光層がバルク単結晶あるいはそれと同等の
ホモエピタキシャルあるいはホモエピタキシャル級の高
品質エピタキシャル単結晶であることにより、再結合発
光効率か大幅に改善される。First of all, since the light-emitting layer is made of a bulk single crystal or an equivalent homoepitaxial or homoepitaxial-class high-quality epitaxial single crystal, the recombination light emission efficiency is greatly improved.
第２には、電流注入層の伝導度を含む特性がエピタキシ
ャル成長層内の欠陥に比較的依存しにくいｒこめに容易
に望ましい（低抵抗等の）特性を得ることができ、かっ
、電流注入層のバンドギャップは発光層より十分に大き
く発光特性に関与せず、なおかつバンドギャップを発光
層より大きくできることから注入効率そのものも従来素
子と比較して大幅に向上させることができる。Second, the properties including conductivity of the current injection layer are relatively less dependent on defects in the epitaxially grown layer, and desirable properties (such as low resistance) can be easily obtained. Since the band gap of is sufficiently larger than that of the light-emitting layer and does not affect the light-emitting characteristics, and since the band gap can be made larger than that of the light-emitting layer, the injection efficiency itself can be significantly improved compared to conventional elements.
第３には、上記の第１１第２の作用は、それぞれ独立に
満たされた場合でも、あるいは同時に満たされた場合で
も極めて容易に、従来素子の性能を引き上げることに著
しく寄与できる。従って本発明は、ＩＩ−Ｖｌ族化合物
半導体発光素子の特性を著しく改善することができる全
く新規な手段を提供するものである。Thirdly, even when the eleventh and second effects described above are satisfied independently or simultaneously, they can significantly contribute to improving the performance of the conventional element very easily. Therefore, the present invention provides a completely new means that can significantly improve the characteristics of II-Vl group compound semiconductor light emitting devices.
（へ）実施例
基板結晶としてＺｎ５ｅを用いた発光素子を例にとって
本発明の第１の実施例を説明する。(f) Example A first example of the present invention will be described by taking as an example a light emitting device using Zn5e as a substrate crystal.
第１図は本発明の第１の実施例を説明する素子構造図で
あり、基板結晶Ｚｎ５ｅ ：Ｇａ ｌは沃素輸送法で成
長させた単結晶Ｚｎ５ｅインゴツトから切り出した厚さ
３００μｍのＺｎ５ｅ （ｔｏｏ）基板であり、該基板
はＺｎ＋Ｇａ融液（Ｚｎ９０：Ｇａ１０）中で９５０℃
、１００時間加熱処理した低抵抗ＺｎＳ ｅ基板（抵抗
率二１Ω・ｃｍ）である。Ｚｎ５ｅ （１００）基板ｌ
のエビタキャル結晶層ＢｅＴｅ ：Ａｓ２は分子線エビ
タキャル成長法（ＭＢＥ法）？こて形成されたものであ
り、抵抗率は１０Ω・ａｍである。ＭＢＥ成長に於いて
は、まずＺｎ５ｅ基板ＩをＢｒ５％添加メタノール（Ｃ
Ｈ，ＯＨ）液中で化学エツチングした後、１〜３ Ｘ
１０−１０Ｔｏｒｒの超高真空中で５００°Ｃ１数分な
いし３０分間の表面処理を行い表面を清浄化させた。そ
の後、２６０°Ｃに設定しｆこＺｎ５ｅ（１００）単結
晶表面上へ、Ｂｅ分子線強度５×１０−７Ｔｏｒｒ、Ｔ
ｅ分子線強度５ ｘ ］ ０−’Ｔｏｒｒ、Ａ ｓ分
子線強度２ ｘ １０ ”Ｔｏｒｒとして３時間成長さ
せ２μｍ厚のＢｅＴｅ ：Ａｓ成長層２を得る。FIG. 1 is a device structure diagram illustrating the first embodiment of the present invention, in which the substrate crystal Zn5e:Gal is a Zn5e (too much) crystal with a thickness of 300 μm cut from a single crystal Zn5e ingot grown by the iodine transport method. The substrate is heated at 950°C in a Zn+Ga melt (Zn90:Ga10).
This is a low-resistance ZnSe substrate (resistivity: 21 Ω·cm) that has been heat-treated for 100 hours. Zn5e (100) substrate l
Is the Evitakal crystal layer BeTe:As2 molecular beam Evitakal growth method (MBE method)? It is formed using a trowel and has a resistivity of 10 Ω·am. In MBE growth, the Zn5e substrate I was first grown in methanol (C
After chemical etching in H,OH) solution, 1~3X
The surface was cleaned in an ultra-high vacuum of 10-10 Torr at 500° C. for 1 to 30 minutes. Thereafter, the temperature was set at 260°C, and a Be molecular beam intensity of 5 x 10-7 Torr and T
Growth is performed for 3 hours with e molecular beam intensity 5 x ] 0-'Torr and As molecular beam intensity 2 x 10'' Torr to obtain a BeTe:As growth layer 2 with a thickness of 2 μm.
４０はＡＩからなる負電極、５０はＡｕからなる正電極
である。Ａｕ正電極５０は、ＢｅＴｅ ：Ａｓエビタキ
ャル層の形成後、ＭＢＥ室に搬送室を介して隣接する電
極形成室にて１〜３×１０Ｔｏｒｒの真空度条件下で蒸
着形成後、Ａｌ負電極４０と同時に３００℃で加熱処理
によりオーミック化される。40 is a negative electrode made of AI, and 50 is a positive electrode made of Au. The Au positive electrode 50 is formed by vapor deposition under a vacuum condition of 1 to 3 x 10 Torr in an electrode formation chamber adjacent to the MBE chamber via a transfer chamber after the formation of the BeTe:As evitacal layer. At the same time, it is made ohmic by heat treatment at 300°C.
一方、Ａｌ負電極４０は、電子ビーム蒸着により、化学
エツチングを施し、ｌ Ｘ １０−８Ｔｏｒｒ以下の真
空中で、Ｚｎ５ｅ基板ｌの裏面を２０〜１００μｍ除去
した後、Ｉ Ｘ Ｉ Ｏ−”Ｔｏｒｒ以下の真空中で、
３００’Ｃに加熱し？：Ｚｎ５ｅ：Ｇａ基板ｌの裏面上
へ基板上−ム蒸着により、Ａｔを堆積させることにより
オーミック電極とした。On the other hand, the Al negative electrode 40 is chemically etched by electron beam evaporation to remove 20 to 100 μm of the back surface of the Zn5e substrate l in a vacuum of l x 10-8 Torr or less, and then in the vacuum of
Heat it to 300'C? :Zn5e:An ohmic electrode was made by depositing At on the back surface of the Ga substrate 1 by on-substrate vapor deposition.
このようにして形成されたＢｅＴｅ ：Ａｓエビタキャ
ル層２は格子定数５６５大てめり、Ｚｎ５ｅ基板１の格
子定数（５，６７Ａ）との不整合は約０３５％であるか
、電子線回折パターンは単結晶状であり、良好な単結晶
エビタキャル膜である。The BeTe:As Evitaccal layer 2 formed in this way has a lattice constant of 565, and the mismatch with the lattice constant (5,67A) of the Zn5e substrate 1 is approximately 0.035%, and the electron beam diffraction pattern is It is a single-crystalline, good single-crystal Evitacal film.
この発光素子は電圧印加により約３Ｖで２０ｍＡの電流
が流れ室温に於いてピーク波長が４６０ｎｍ付近半値幅
５０人の青色発光を示した。電流注入発光時の発光スペ
クトルは４６０ ｎｍの主発光帯とともに強度１／１０
０以下のごく弱い５３０ｎｍ付近の発光も見られる。When a voltage was applied, a current of about 3 V and 20 mA flowed through this light emitting element, and it emitted blue light with a peak wavelength of about 460 nm and a half-value width of 50 at room temperature. The emission spectrum during current injection emission has a main emission band of 460 nm and an intensity of 1/10.
Very weak light emission below 0 near 530 nm can also be seen.
本実施例では説明したように、発光層ｌか基板単結晶で
あるため発光スペクトルは基板そのもののフォトルミネ
センスに於いて観測されるものとほぼ同様であり、しか
もバンドギャップ発光（４６０ｎｍ発光帯）の強度は、
注入電流密度に依存して増大するために、発光強度が主
として欠陥あるいは不純物量に依存する他の低エネルギ
ー発光（本実施例の５３０ ｎｍ等発光）を無視できる
駆動条件に設定することが可能である。エビタキャル膜
２であるＢｅＴｅ ：Ａｓ層は格子定数がＺｎ５ｅ基板
の影響で０．０２Ｑ （約０．３５％）引き伸ばされて
いるが、全体としての単結晶であり、注入層としての電
気的特性（１０Ω・ａｍ）は良好である。As explained in this example, since the light-emitting layer 1 is a single crystal substrate, the emission spectrum is almost the same as that observed in the photoluminescence of the substrate itself, and moreover, it is bandgap emission (460 nm emission band). The strength of
Since the current density increases depending on the injection current density, it is possible to set the driving conditions such that other low-energy light emissions (e.g., 530 nm light emission in this example) whose light emission intensity mainly depends on the amount of defects or impurities can be ignored. be. Although the lattice constant of the BeTe:As layer that is the Evitacal film 2 is stretched by 0.02Q (approximately 0.35%) due to the influence of the Zn5e substrate, it is a single crystal as a whole, and the electrical properties as an injection layer ( 10Ω·am) is good.
本実施例で示されたように本発明により極めて簡単な構
造の高性能な高効率青色発光ダイオードを構成すること
が可能となった。As shown in this example, the present invention makes it possible to construct a high-performance, high-efficiency blue light-emitting diode with an extremely simple structure.
第２図に本発明の第２の実施例を示す。FIG. 2 shows a second embodiment of the invention.
本実施例においても素子の構造製作にはＭＢＥ法を用い
た。第２図に於いて、３はｎ型Ｚｎ５（１００）基板、
４はｎ型Ｚ ｎ Ｓ ／ Ｚ ｎ Ｓ ｅ超格子エビタ
キャル層、５はｐ型ＢｅＴｅ：Ｐエビタキャル層である
。また４０はＡ１負電極、５ｏはＡ ｕ ｉＥ電極であ
り、これらはオーミック電極化の加熱処理条件を除いて
、第１の実施例とほぼ同様である。In this example as well, the MBE method was used to fabricate the structure of the element. In Fig. 2, 3 is an n-type Zn5 (100) substrate;
4 is an n-type Z n S / Z n S e superlattice epitacal layer, and 5 is a p-type BeTe:P epitacal layer. Further, 40 is an A1 negative electrode, and 5o is an A u iE electrode, which are almost the same as in the first embodiment except for the heat treatment conditions for forming an ohmic electrode.
ｎ型ＺｎＳ （１００）基板３は、沃素輸送法により製
作したバルク単結晶より作成した単結晶基板であり、Ａ
Ｉを１０％添加した溶融亜鉛中で９５０℃、１００時間
の低抵抗化処理を行ったもので抵抗率５Ω・ｃｍである
。The n-type ZnS (100) substrate 3 is a single-crystal substrate made from a bulk single crystal produced by the iodine transport method.
It was subjected to resistance reduction treatment at 950° C. for 100 hours in molten zinc containing 10% I, and has a resistivity of 5 Ω·cm.
本基板結晶はフォトルミネッセンスにおいて、３１０ｎ
ｍ（Ｘｅランプ）あるいは３２５ｎｍ（Ｈｅ−Ｃｄレー
ザー）の紫外線光源で励起することにより、室温に於い
て４６０ｎｍにピークを有する高輝度の深い準位からの
幅の広い発光帯と３４０ｎｍにピークを持つバンド端発
光を示す。This substrate crystal exhibits 310n in photoluminescence.
Excitation with m (Xe lamp) or 325 nm (He-Cd laser) ultraviolet light source produces a wide emission band from a high-brightness deep level with a peak at 460 nm and a peak at 340 nm at room temperature. Shows band edge emission.
この際、深い準位（量子井戸・超格子準位を含む）とし
ては、０．３から１．３ｅ Ｖが好ましく、（１，９ｅ
Ｖがより好ましい。また、発光帯の幅は、１人〜２００
０人が好ましく、３００人がより好ましい。In this case, the deep level (including quantum well and superlattice level) is preferably 0.3 to 1.3eV, (1,9eV
V is more preferred. In addition, the width of the luminous band is from 1 person to 200 people.
0 people is preferable, and 300 people is more preferable.
基板３上には、真空度（背圧）１〜２Ｘ１０−’。On the substrate 3, the degree of vacuum (back pressure) is 1 to 2 x 10-'.
Ｔｏｒｒ下でＺｎ分子ビーム圧圧力 Ｘ ｌ Ｏ−”Ｔ
ｏｒｒ、 Ｓ分子ビーム圧力５ Ｘ Ｉ Ｏ−”Ｔｏｒ
ｒ、 Ｓ ｅ分子ビーム圧力Ｉ Ｘ １０−８Ｔｏｒｒ
、基板温度２６０℃として５ｎｍ厚のＺｎＳ膜と５ｎｍ
厚のＺｎ５ｅ膜からなる一対の膜を１０ｎｍ厚の１つの
超格子層すなわち、ＺｎＳ／Ｚｎ５ｅ （５ｎｍ１５ｎ
ｍ）として形成したものを順次５０層積層してなる超格
子４が形成され、さらに該超格子４上へ、Ｂｅ分子ビー
ム圧力５１Ｘ １ （Ｉ’Ｔｏｒｒ、 Ｔｅ分子ビーム
強度４ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ、 Ｐ分子ビーム強度ｌ
Ｘｌ０Ｔｏｒｒ、かつ同基板温度にてｐ型ＢｅＴｅ：Ｐ
層５が形成されている。超格子４の層厚は０．５μｍ、
ＢｅＴｅ層５の層厚は３μｍである。Zn molecular beam pressure under Torr
orr, S molecular beam pressure 5 X I O-”Tor
r, S e molecular beam pressure I X 10-8 Torr
, a 5 nm thick ZnS film and a 5 nm thick ZnS film with a substrate temperature of 260°C.
A pair of thick Zn5e films were combined into one 10 nm thick superlattice layer, namely ZnS/Zn5e (5 nm 15 nm
A superlattice 4 is formed by sequentially stacking 50 layers of the above-described materials (m), and a Be molecular beam pressure of 51X 1 (I'Torr, Te molecular beam intensity of 4X10-'Torr) is further applied onto the superlattice 4. , P molecule beam intensity l
p-type BeTe:P at Xl0Torr and the same substrate temperature
Layer 5 is formed. The layer thickness of the superlattice 4 is 0.5 μm,
The thickness of the BeTe layer 5 is 3 μm.
この構成の場合には、ＺｎＳ基板３とＢｅＴｅ層５間の
格子不整合が４％と極めて大きいため直接的な単純へテ
ロエピタキシャル成長ではＢｅＴｅ層は双晶化（多結晶
化）し易い。従って、超格子４の挿入はＢｅＴｅ層５を
容易に高品質な単結晶化するのに適している。この場合
、ＢｅＴｅ層５は超格子４を構成するＺｎ５ｅ層上に接
合して形成されている。In this configuration, the lattice mismatch between the ZnS substrate 3 and the BeTe layer 5 is as large as 4%, so that the BeTe layer is likely to be twinned (polycrystalline) by direct simple heteroepitaxial growth. Therefore, the insertion of the superlattice 4 is suitable for easily converting the BeTe layer 5 into a high-quality single crystal. In this case, the BeTe layer 5 is bonded to and formed on the Zn5e layer constituting the superlattice 4.
本実施例の接合型素子も同様に電圧印加により約４ｖで
電流１０ｍＡで青紫色発光を示す。発光スペクトルは、
４６０ｎｍにピークを持つブロードな青色発光帯と約４
３０ｎｍにピークを持つ紫色帯からなり、前者は基板３
からの青色発光、後者は超格子４からの紫色発光に対応
しており、両者の発光強度比は、印加電圧ならびに注入
電流量によって変化する。Similarly, the junction type device of this example also emits blue-violet light when a voltage is applied at about 4 V and a current of 10 mA. The emission spectrum is
A broad blue emission band with a peak at 460 nm and a wavelength of approx.
It consists of a violet band with a peak at 30 nm, and the former is the substrate 3.
The latter corresponds to the violet light emission from the superlattice 4, and the emission intensity ratio between the two changes depending on the applied voltage and the amount of injected current.
また、成膜のパラメータである超格子４の膜厚を変化さ
せることにより、両光光のスペクトルへの相対寄与を変
化させることが可能である。Further, by changing the film thickness of the superlattice 4, which is a parameter of film formation, it is possible to change the relative contribution of the two lights to the spectrum.
特に、本発明の実施例中において、好適な超格子層膜厚
は、単層部分で約２８人から２００人の範囲とするのが
よい。In particular, in embodiments of the present invention, the preferred superlattice layer thickness is in the range of about 28 to 200 layers in a single layer portion.
本実施例から明らかなように、本発明により、高輝度青
色発光ダイオードのみならず、紫色光を含めた高輝度短
波長制御型の発光素子を構成することが可能となった。As is clear from this example, the present invention makes it possible to construct not only a high-brightness blue light-emitting diode but also a high-brightness, short-wavelength control type light-emitting element that includes violet light.
第３図に本発明の第３の実施例を示す。FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
本実施例においても素子を第１．２の実施例同様ＭＢＥ
法により製作した。In this example as well, the device is subjected to MBE as in Example 1.2.
Produced in accordance with the law.
第３図において、６はＡＩを１０％添加した（Ｚｎ＋Ａ
Ｉ）溶液中で低抵抗化が処理した基板ＺｎＳ （１００
）ウェーハであり、第２の実施例と同様の抵抗率を有す
るｎ型結晶である。７はＭＢＥエピタキシャル成長させ
た１μｍ厚のＺｎ５ｌ−ｘＳｅｚ膜で、Ｘは下層の基板
６から上層のＢｅＴｅ成長層８に向かって０から１まで
変化する、組成傾斜型緩衝層７の組成を示す。この際、
Ｚｎ分子ビーム強強度 Ｘ １０−’ＴｏｒｒからＩ
Ｘ １０−１ｌＴｏｒｒの範囲で選択するのが好ましく
、エピタキシャル成長の際例えばＺｎ分子ビーム強度３
Ｘ１０−７Ｔｏｒｒとした場合には、Ｓ分子ビーム強度
か６×１０−７で成長を開始し、終了時にｌ Ｘ １０
−”Ｔｏｒｒまで低下する様連続的にビーム強度を減少
させかつＳｅ分子ビーム強度はＩ Ｘ １０−”Ｔｏｒ
ｒ以下のビーム強度で開始し、終了時に３ Ｘ １０−
’Ｔｏｒｒと連続的に増大させるのがよい。Ｓ分子ビー
ム強度は最大値がＩ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒから２ Ｘ
１０−＠Ｔｏｒｒ程度が好ましく、Ｓｅ分子ビーム強
度は最大値ｌ×１０−’ＴｏｒｒからＩ Ｘ １０−’
Ｔｏｒｒ程度の範囲が好ましい。In Fig. 3, 6 contains 10% AI (Zn+A
I) Substrate ZnS (100
) wafer, which is an n-type crystal with a resistivity similar to that of the second embodiment. 7 is a 1 μm thick Zn5l-xSez film grown by MBE epitaxial growth, and X indicates the composition of the compositionally graded buffer layer 7, which changes from 0 to 1 from the lower substrate 6 to the upper BeTe growth layer 8. On this occasion,
Zn molecular beam intensity from X 10-'Torr to I
It is preferable to select in the range of
When setting it to
-"The beam intensity was decreased continuously so as to decrease to 10" Torr, and the Se molecule beam intensity was I x 10-" Torr
Starting with a beam intensity of less than r and at the end 3 X 10−
'Torr should be increased continuously. The S molecular beam intensity has a maximum value of I x 10-'Torr to 2 x
10-@Torr is preferable, and the Se molecule beam intensity ranges from the maximum value l x 10-'Torr to I x 10-'
A range of about Torr is preferable.
また不純物ビーム強度は、不純物がＡＩの場合はＩ Ｘ
１０ ”Ｔｏｒｒ〜３ Ｘ １０−”Ｔｏｒｒが好適
であり、特に例えばＩ Ｘ １０ ”ａｍ−３の不純物
濃度（この場合キャリア濃度９．５Ｘ １０”ａｍ−３
）を得る為には、Ｚｎ分子ビーム強強度 Ｘ １０−＠
Ｔｏｒｒ、 Ｓ分子ビーム強度２ Ｘ １０−＠Ｔｏｒ
ｒに対して、Ａ１分子ビーム強度は２ Ｘ １０ ”Ｔ
ｏｒｒとするのが適当である。ＡＩビーム強度を前記の
好適範囲に設定することによりキャリア濃度５ Ｘ １
０ ”ｃａｂ−’から４×１０ ”ｃｔｎ−３の適切な
値を得ることが出来る。In addition, the impurity beam intensity is IX when the impurity is AI
10" Torr to 3 X 10" Torr, particularly an impurity concentration of, for example, I X 10 "am" (in this case a carrier concentration of 9.5 X 10" am
), the Zn molecule beam intensity is
Torr, S molecular beam intensity 2 x 10-@Tor
For r, the A1 molecular beam intensity is 2 × 10 ”T
It is appropriate to set it to orr. By setting the AI beam intensity within the above-mentioned preferred range, the carrier concentration is 5 x 1.
A suitable value of 4×10 ”ctn-3 can be obtained from 0 ``cab-''.
本実施例の場合には、はぼ前述の設定条件を用いて、平
均値なキャリア濃度Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍ−’抵抗率は
０．０５Ω・ｃｍである。そのＺ ｎ Ｓ Ｈ−ｘＳｅ
ｘ緩衝層７上には、第１の実施例と同一条件でｐ型Ｂｅ
Ｔｅ ：Ａｓ層８が２μｍの膜厚で積層されている。４
０．５０は前記２実施例と同様に形成されたＡ１負電極
、Ａｕ正電極である。In the case of this example, using the setting conditions described above, the average carrier concentration I x 10 cm-' resistivity is 0.05 Ωcm.
On the x buffer layer 7, p-type Be is deposited under the same conditions as in the first embodiment.
A Te:As layer 8 is laminated with a thickness of 2 μm. 4
0.50 is an A1 negative electrode and an Au positive electrode formed in the same manner as in the above two embodiments.
本実施例の構成は、前記の第２の実施例とほぼ同様の効
果を奏するが特に、発光層として働くＺ ｎ Ｓ ＋−
ｘＳ ｅｘ層７ならびにＺｎＳ：ＡＩ基板６は、いづれ
も発光に寄与するが特に低電圧では緩新暦７のＺｎ５ｅ
寄り（上層側）の組成を有する固溶体領域での４６０ｎ
ｍ狭帯発光が強く、高印加電圧下・高電流密度注入条件
下では下層側の基板６のＺｎＳ組成に延びる高ＺｎＳ組
成領域での発光が増強され、５００ｎｍ以下の青色発光
帯か幅広く広がり発光輝度が増大する。本実施例からも
明白にかわるように、
本発明が新規な高輝度青色発光素子を提供できることを
示している。The configuration of this example has almost the same effect as the second example, but in particular, Z n S +- which acts as a light emitting layer
The xS ex layer 7 and the ZnS:AI substrate 6 both contribute to light emission, but especially at low voltage, the Zn5e of the
460n in a solid solution region with a closer (upper layer side) composition
mNarrowband emission is strong, and under high applied voltage and high current density implantation conditions, emission in the high ZnS composition region extending to the ZnS composition of the lower substrate 6 is enhanced, and the blue emission band of 500 nm or less spreads widely. Brightness increases. This example clearly shows that the present invention can provide a novel high-brightness blue light emitting device.
第４図に本発明の第４の実施例を示す。FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
第４図に於いて９はｎ型ＧａＡｓ（１００）基板、１０
はＧ２Ｌを添加してＭＢＥエピタキンヤル成長された５
μｍ厚のｎ型Ｚｎ５ｅ膜、１１はＺｎ５ｅ膜１０上にＡ
ｓを添加してＺｎ５ｅ層１０と同様にＭＢＥ成長された
２μｍ厚のｐ型ＢｅＴｅ膜である。なお、４０はＡＩ負
電極、５０はＡｕ正電極、あるいはＣｒ−Ａｕ正電極で
ある。In Fig. 4, 9 is an n-type GaAs (100) substrate, 10
was grown by MBE epitaxy with the addition of G2L 5
A μm thick n-type Zn5e film 11 is formed on the Zn5e film 10.
This is a 2 μm thick p-type BeTe film grown by MBE in the same manner as the Zn5e layer 10 with addition of s. Note that 40 is an AI negative electrode, and 50 is an Au positive electrode or a Cr-Au positive electrode.
本実施例に於いては、ＧａＡｓ基板９と第１のｎ型エピ
タキシャル層Ｚｎ５ｅ：Ｇａ１Ｏの格子不整合度か０．
３％、該第１のエピタキシャル層Ｚｎ５ｅ：Ｇａと第２
のｐ型エビタキンヤル層ＢｅＴｅ ：Ａｓ ［Ｉの格子
不整合度が０４％てこから基板側から第１、第２のエピ
タキシャル層方向に格子定数が減少しており、基板９お
よび各層１０１１間で格子の歪みは比較的小さい。各層
の特性は、第１の実施例でも示したものとほぼ同様であ
り、５μｍ厚のＺｎ５ｅ：Ｇａ層１０は１Ω’ｃｍであ
り、発光素子としての特性は、ＢｅＴｅＡｓ層１１は１
Ω”ｃｍであり、ＢｅＴｅ層１１からＺ ｎ Ｓ ｅ
Ｆｉｔ １０への正孔の注入によりＺｎ５ｅ層ＩＯにお
いてバンドギャップでの電子−正孔の再結合発光が生し
る。本実施例に於いては、従来例（第１２図）のＺｎ５
ｅ：Ｏ注大層（不純物活性度０．１％）１０３と比較し
て、ＢｅＴｅ注入層１１中のｐ型不純物の活性度が最大
５０％と極めて高く、また注入側のＢｅＴｅのバンドギ
ャップがＺｎ５ｅと比較して約０．８ｅＶだけ大きいた
めに注入効率が極めて高く（従来例と比較すると１００
０倍程度以上に）なるため、室温に於いても、発光強度
が極めて高く、電流値１０μＡの微小電流値においても
発光輝度１ｍｃｄ（ミリカンデラ）以上のピーク波長が
４６０ ｎｍの高輝度青色発光を観測することができた
。In this embodiment, the degree of lattice mismatch between the GaAs substrate 9 and the first n-type epitaxial layer Zn5e:Ga1O is 0.
3%, the first epitaxial layer Zn5e:Ga and the second
Since the lattice mismatch degree of BeTe:As[I is 04%, the lattice constant decreases from the substrate side toward the first and second epitaxial layers, and the lattice constant decreases between the substrate 9 and each layer 1011. Distortion is relatively small. The characteristics of each layer are almost the same as those shown in the first example.
Ω”cm, and Z n S e from the BeTe layer 11
Injection of holes into Fit 10 causes bandgap electron-hole recombination light emission in the Zn5e layer IO. In this example, Zn5 of the conventional example (Fig. 12)
Compared to the e:O injection layer (0.1% impurity activity) 103, the activity of the p-type impurity in the BeTe injection layer 11 is extremely high at maximum 50%, and the band gap of BeTe on the injection side is Zn5e. The injection efficiency is extremely high because it is approximately 0.8 eV larger than the previous example (100 eV compared to the conventional example).
The luminescence intensity is extremely high even at room temperature, and even at a microcurrent value of 10 μA, it emits high-brightness blue light with a peak wavelength of 460 nm and a luminance of 1 mcd (millicandela) or more. I was able to observe it.
第１の実施例ならびに、本実施例からも明らかなように
、本発明はＺｎ５ｅ高輝度青色ＬＥＤの新規な基本的構
成法を提供することは極めて明らかである。As is clear from the first example as well as this example, it is very clear that the present invention provides a new basic construction method for a Zn5e high-intensity blue LED.
第５図に本発明の第５の実施例を示す。FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention.
本実施例に於いては、基板としてＺｎＳＳｅ固溶体単結
晶を用いたものである。本構成を用いることにより、基
板ＺｎＳＳｅ結晶とエビタキンヤルＢｅＴｅ結晶におい
て、格子整合が可能である。In this example, a ZnSSe solid solution single crystal is used as the substrate. By using this configuration, lattice matching is possible between the substrate ZnSSe crystal and the Evita crystal BeTe crystal.
第５図に於いて、Ｉ２はｎ型Ｚ ｎ Ｓ Ｑ、ｌ？Ｓ
ｅ ａ、ａｓ（１００）基板ウェーハであり、第２、第
３の実施例と同様に沃素輸送法で成長させたバルク単結
晶を第２．第３の実施例と同様に低抵抗化処理を施し、
１Ω・ｃｍ程度とした後切り出し、０．３μｍ粒径の砥
粒で機械研磨の後、１〜５％の臭素（Ｂｒ）、好ましく
は５％の臭素（Ｂｒ）を含むメタノール（ＣＨ３０Ｈ）
液を用いて化学エツチングした後、１〜３ Ｘ Ｉ Ｏ
−”Ｔｏｒｒの超高真空中で加熱処理を施したものであ
る。Ｚ ｎｓｏ、＋７ｓｅ。In FIG. 5, I2 is n-type Z n S Q, l? S
ea, as (100) substrate wafer, and a bulk single crystal grown by the iodine transport method in the same manner as in the second and third embodiments. Similar to the third example, low resistance treatment is applied,
After cutting to about 1 Ω cm, cut out and mechanically polished with abrasive grains of 0.3 μm particle size, methanol (CH30H) containing 1 to 5% bromine (Br), preferably 5% bromine (Br).
After chemical etching using a solution of 1 to 3
-” Heat treated in an ultra-high vacuum of Torr. Znso, +7se.
、３結晶はバンドギャップエネルギーが約２．９ｅＶで
あり、吸収端波長は４２８ｎｍに対応している。, 3 crystal has a band gap energy of about 2.9 eV, and an absorption edge wavelength corresponding to 428 nm.
したかって、本実施例は、ネットな格子整合を取ること
ができると同時に、さらに、約０．６ｅＶのエネルギー
差を有する以下に述へるワイドギャップ注入層１３を形
成するための構成方法を提供する。Therefore, this embodiment provides a configuration method for forming the wide gap injection layer 13 described below, which can achieve net lattice matching and has an energy difference of about 0.6 eV. do.
第５図において、１３は、上記基板１２上に形成された
ＢｅＴｅエピタキンヤル層である。Ｂｅ分子ビーム強度
３ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ、 Ｔ ｅビーム強度２５ｘ
ｌ Ｏ−’Ｔｏｒｒ、 Ａ ｓビーム強度Ｉ Ｘ １
０−’Ｔｏｒｒ。In FIG. 5, reference numeral 13 denotes a BeTe epitaxial layer formed on the substrate 12. Be molecular beam intensity 3 x 10-'Torr, Te beam intensity 25x
l O-'Torr, A s beam intensity I X 1
0-'Torr.
基板温度２５０℃、真空度２ Ｘ １０ ＝’Ｔｏｒｒ
下で、膜厚３μｍ （５時間成長）としているこのｐ型
ＢｅＴｅ：Ａｓ層は高濃度Ａｓ添加（ｐ型不純物として
のＡｓ７１度はｌ Ｘ Ｉ Ｑ ”〜５ Ｘ １０１９
ｃｍ−”か好ましい）によりキャリア濃度を１．５Ｘ
１０ ”ａｍ−３とし、抵抗率を０．０１Ω・ｃｍとし
たものであり、電流（正孔）注入層として極めて好適で
ある。このようにして形成されたＢ ｅ Ｔ ｅ Ｆｉ
１３は結晶成長初期より、反射高速電子線回折パター
ンから明確に評価されている通り、結晶性が極めて高い
。Substrate temperature 250°C, degree of vacuum 2 x 10 = 'Torr
Below, this p-type BeTe:As layer, which has a thickness of 3 μm (grown for 5 hours), is doped with a high concentration of As (71 degrees of As as a p-type impurity is l x I Q '' ~ 5 x 1019
cm-” or preferably) to increase the carrier concentration by 1.5X.
10" am-3 and a resistivity of 0.01 Ωcm, which is extremely suitable as a current (hole) injection layer.
No. 13 has extremely high crystallinity as clearly evaluated from the reflection high-speed electron diffraction pattern from the early stage of crystal growth.
本実施例に示している構造の発光素子は、ＺｎＳＳｅ基
板１２とＢｅＴｅエピタキシャル層１３間の界面近傍に
於いても不整合に起因する結晶格子の乱れた欠陥界面層
が存在しないため、界面成長層の欠陥濃度が極めて低く
、低電圧印加時の特性も極めて良好であり、１．５Ｖ電
圧印加時に１０ｍＡ以上の電流を流すことが可能となり
、電流注入再結合により、発光ピーク波長が４３０層ｍ
で５０ｍｃｄ以上の輝度を有する極めて高輝度な青紫色
発光を呈する。In the light emitting device having the structure shown in this example, there is no defective interface layer in which the crystal lattice is disordered due to mismatch even in the vicinity of the interface between the ZnSSe substrate 12 and the BeTe epitaxial layer 13. The defect concentration is extremely low, and the characteristics when applying a low voltage are also extremely good. It is possible to flow a current of 10 mA or more when a voltage of 1.5 V is applied, and the emission peak wavelength is 430 m by current injection recombination.
It emits extremely high-intensity blue-violet light with a luminance of 50 mcd or more.
本実施例の構造を形成する場合には、Ｚｎ５ｌ−ｘＳｅ
ｚの組成範囲としてはＸ＝０．８０〜０．８５が好適で
あるが、ＢｅＴｅエピタキシャル層１３との界面附近で
は組成を精密制御してＸ＝０．８３近傍に近付けること
が好ましい。When forming the structure of this example, Zn5l-xSe
The preferred composition range for z is X=0.80 to 0.85, but it is preferable to precisely control the composition near the interface with the BeTe epitaxial layer 13 so that X=0.83.
本実施例で示したように、本発明は高輝度短波長発光ダ
イオードの製造上極めて有用である。As shown in this example, the present invention is extremely useful in manufacturing high brightness short wavelength light emitting diodes.
なお、４０はＡ１負電極、５０はＡｕ正電極である。Note that 40 is an A1 negative electrode and 50 is an Au positive electrode.
第６図に本発明の第６の実施例となる素子構造図を示す
。FIG. 6 shows an element structure diagram according to a sixth embodiment of the present invention.
第６図に於いて、１５はｎ型低抵抗Ｚｎ５ｅ（＋００）
：Ｇａ層、１６はｐ型低抵抗ＢｅＴｅ（ｔｏｏ）：Ａｓ
層であり、既に第１〜４までの実施例に於いて示してき
たような同様の基板を用い、かつ同程度のエピタキシャ
ル膜の特性を持たせ得る。In Figure 6, 15 is n-type low resistance Zn5e (+00)
:Ga layer, 16 is p-type low resistance BeTe(too):As
It is possible to use the same substrate as already shown in the first to fourth embodiments and to have the same characteristics as the epitaxial film.
基板１４として用いるＺｎＳ ：Ａ１ （１００）ｎ型
基板ｉ４の特性は抵抗率０．１〜１０Ω・ｃｍ。The ZnS:A1 (100) n-type substrate i4 used as the substrate 14 has a resistivity of 0.1 to 10 Ω·cm.
キャリア（Ａｌ）濃度１０ ” 〜３ Ｘ １０ ”ｃ
ｍ−’ならびに膜厚０．５μｍ以上であること（あるい
は基板１４と発光層１５間に緩衝層を設ける場合には０
．３〜５μｍであること）が好ましく、電流注入層１６
として形成するＢｅＴｅ ：Ａｓ （あるいはＰ）ｐ型
エピタキシャル層の抵抗率は２０〜０．００５Ω・ａｍ
、キャリア濃度は１０ ”” ５ Ｘ １０ ”ｃｍ−
３が好ましく、また発光層１５の不純物元素としてはＧ
ａ、ＡＩ以外にもインジウム（Ｉｎ）、塩素（ＣＩ）、
沃素（■）、臭素（Ｂｒ）、フッ素（Ｆ）等を用いるこ
とが好ましく、電流注入層１６の不純物元素としては、
Ａｓ、Ｐ以外にも窒素（Ｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、リ
チウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）
等を用いることが好ましい。Carrier (Al) concentration 10'' to 3 x 10''c
m-' and a film thickness of 0.5 μm or more (or 0.0 μm if a buffer layer is provided between the substrate 14 and the light emitting layer 15).
．． 3 to 5 μm), and the current injection layer 16
The resistivity of the BeTe:As (or P) p-type epitaxial layer formed as
, the carrier concentration is 10''5 x 10''cm-
3 is preferable, and the impurity element of the light emitting layer 15 is G.
a. In addition to AI, indium (In), chlorine (CI),
It is preferable to use iodine (■), bromine (Br), fluorine (F), etc., and as impurity elements for the current injection layer 16,
In addition to As and P, nitrogen (N), antimony (Sb), lithium (Li), sodium (Na), potassium (K)
It is preferable to use the following.
本実施例で示した素子構造は、特に第２の実施例、第３
の実施例、第５の実施例と同様にして発光層領域以外は
発光に対してそのバンドギャップを透明に設定できるた
め特に注入発光の基板エピタキシャル層による再吸収の
無い素子の構成（光の基板側からの取り出し構造等）が
必要な場合に於いて極めて有用である。The element structure shown in this example is particularly applicable to the second example and the third example.
In the same manner as in the example and the fifth example, the bandgap of the region other than the light emitting layer region can be set to be transparent for light emission. It is extremely useful in cases where a structure for taking out from the side, etc.) is required.
なお、４０はＡｌ負電極、５０はＡｕ正電極である。Note that 40 is an Al negative electrode and 50 is an Au positive electrode.
第７図に、本発明の第７の実施例を示す。本実施例では
、高抵抗ＺｎＳ （１００）単結晶基板１７上方に形成
したＺｎＢｅＴｅ固溶体エピタキシャル単結晶２０を電
流注入層として有する超高輝度Ｚｎ５ｅ青色ＬＥＤの素
子構成例を提供する。FIG. 7 shows a seventh embodiment of the present invention. This example provides an example of a device configuration of an ultra-high brightness Zn5e blue LED having a ZnBeTe solid solution epitaxial single crystal 20 formed above a high resistance ZnS (100) single crystal substrate 17 as a current injection layer.
第７図に於いて、１７は沃素輸送法で育成したＺｎＳバ
ルク単結晶から切り出し作成した厚さ３００μｍのＺｎ
５（１００）基板、１８は上記基板１７上に、既に前記
第２の実施例に示したと同様なプロセスを経て、ＭＢＥ
法で形成したＺｎＳ （５ｎｍ膜厚）とＺｎ５ｅ （５
ｎｍ膜厚）が順次１００層づつ積層された１μｍの膜厚
を有するＺｎＳ／Ｚｎ５ｅ （５ｎｍｎｍ１５ｎ超格子
からなるＺｎＳ／Ｚｎ５ｅ：Ａｌのｎ型緩衝層である。In Figure 7, 17 is a Zn crystal with a thickness of 300 μm cut out from a ZnS bulk single crystal grown by the iodine transport method.
5 (100) substrate, 18 is MBE applied on the substrate 17 through a process similar to that already shown in the second embodiment.
ZnS (5 nm film thickness) and Zn5e (5 nm film thickness) formed by
This is an n-type buffer layer of ZnS/Zn5e (Al) consisting of a ZnS/Zn5e (5 nm nm 15 n superlattice) having a film thickness of 1 μm in which 100 layers (100 nm film thickness) are sequentially stacked.
この緩衝層は中のＺｎＳ層中にはＡｌがｎ型不純物とし
て３ Ｘ ｌ Ｏ”ｃｍ−３添加されており、当該緩衝
層１８の平均抵抗率は０．００２Ω・ｃｍであり、これ
により緩衝導電層として作用する。１９は超格子導電層
１８上に形成された発光層としてのＺｎ５ｅ ：Ａｌの
ｎ型エピタキシャル層であり、０．５μＩＩＩ〜６μｍ
の層厚でＡｌがｎ型不純物として１０ ”〜１０ ”
ｃ ｍ−３の範囲で添加され、抵抗率１〜０，０１Ω・
ｃｍ程度の低抵抗を有することが好ましく、この範囲に
於いては、Ｚｎ５ｅ：Ａｌｌｌ９は低抵抗を示すととも
に、発光特性に於いてもバント端発光（４６０ｎｍ）の
みを示す良質な単結晶膜となる。この発光層１９の膜厚
はさらに薄くも厚くも可能であるが、特に厚い場合には
発光層１９の自己再吸収により発光効率としては低下す
るため十分に厚い膜は好ましくない。In this buffer layer, Al is added as an n-type impurity into the ZnS layer of 3 X l O"cm-3, and the average resistivity of the buffer layer 18 is 0.002 Ωcm. Acts as a conductive layer. 19 is an n-type epitaxial layer of Zn5e:Al as a light emitting layer formed on the superlattice conductive layer 18, and has a thickness of 0.5 μIII to 6 μm.
With a layer thickness of 10" to 10", Al is used as an n-type impurity.
It is added in the range of cm-3, and the resistivity is 1 to 0.01Ω.
It is preferable to have a low resistance of about cm. In this range, Zn5e:All9 exhibits low resistance and becomes a high-quality single crystal film that exhibits only band-edge emission (460 nm) in light emission characteristics. . The thickness of the light-emitting layer 19 can be made thinner or thicker, but if it is particularly thick, the luminous efficiency will decrease due to self-reabsorption of the light-emitting layer 19, so a sufficiently thick film is not preferred.
発光層１つ上に形成されたＺ ｎ ｏ、ｏｅＢ ｅ ｏ
ｓ＋Ｔｅ：Ｐ（あるいはＡｓ）のｐ型電流注入層２０
は、Ｚｎ５ｅ発光層１９と格子整合が成立した固溶体エ
ピタキシャル膜であり、高品質な単結晶膜となる。この
注入層２０に於いては、特に膜厚の制限は無く、またｐ
型不純物としてのＡｓ（あるいはＰ）濃度はｌ Ｏ”
〜１０１９ｃｍ−３の範囲で添加することが好ましく、
抵抗率０．０１Ω・ｃｍ〜１Ω・Ｃｍ、キャリア濃度１
０ ”〜６ Ｘ １０ ”ｃｍ−３であることが好まし
い。Z no, oeB e o formed on one light emitting layer
s+Te:P (or As) p-type current injection layer 20
is a solid solution epitaxial film that has lattice matching with the Zn5e light emitting layer 19, and is a high quality single crystal film. There is no particular restriction on the film thickness of this injection layer 20, and p
The concentration of As (or P) as a type impurity is l O”
It is preferable to add in the range of ~1019 cm-3,
Resistivity 0.01Ω・cm ~ 1Ω・Cm, carrier concentration 1
Preferably it is 0'' to 6 x 10'' cm-3.
本注入層２０はバンドギャップが３．４ｅＶであり、こ
れにより７．ｎＳｅ発光層（バンドキャップ： ２．６
９５ｅＶ） １９に対する高い注入効率を有する注入層
として働く。The main injection layer 20 has a band gap of 3.4 eV, which results in 7. nSe luminescent layer (band cap: 2.6
95 eV) acts as an injection layer with high injection efficiency for 19.
４０．５０は第１からの第６の実施例までほぼ共通する
それぞれＡ１．Ａｕから成る負電極、正電極である。こ
れらの電極層の形成は、半導体層１８〜２０が形成され
るＭＢＥエピタキシャル真空室と搬送室を隔てて設置さ
れた、電極形成室ならびに反応性イオンビームエッチン
グ（ＲＩ ＢＥ）室に於いて全て真空中で行うのが好ま
しい。40.50 is A1.40, which is almost common to the first to sixth embodiments. A negative electrode and a positive electrode are made of Au. The formation of these electrode layers is carried out entirely in a vacuum in an electrode formation chamber and a reactive ion beam etching (RIBE) chamber, which are separated from the MBE epitaxial vacuum chamber in which the semiconductor layers 18 to 20 are formed and the transfer chamber. It is preferable to do it inside.
負電極４０の材料のＡｔは１０−８Ｔｏｒｒ以下で真空
蒸着（あるいは電子ビーム蒸着）により形成され、また
正電極５０のＡｌも同様に１０−＠Ｔｏｒｒ以下の真空
中で堆積した。負電極４０が載置された超格子導電層１
８や正電極５０が載置された注入層２０の各結晶表面は
大気中あるいは低真空（ＩＯ−’Ｔｏｒｒ以上）では容
易に変化し、十分なオーム性電極形成が困難であるため
、１０−８Ｔｏｒｒ以下の真空度を有する超高真空中で
の形成が好ましい。At, the material of the negative electrode 40, was formed by vacuum deposition (or electron beam evaporation) at 10@-8 Torr or less, and Al, the positive electrode 50, was similarly deposited in a vacuum of 10@-Torr or less. Superlattice conductive layer 1 on which negative electrode 40 is placed
The surface of each crystal of the injection layer 20 on which the positive electrode 50 and the positive electrode 50 are placed changes easily in the atmosphere or in a low vacuum (more than IO-'Torr), making it difficult to form a sufficient ohmic electrode. Formation is preferably performed in an ultra-high vacuum having a degree of vacuum of 8 Torr or less.
このようにして製作した本実施例の発光素子は、先の第
６の実施例と同様に１．５ｖ以下という極めて低い印加
電圧で１０ｍＡ以上の電流を流すことか可能であり、ピ
ーク波長４６０ ｎｍの青色発光帯の発光輝度は５０ｍ
ｃｄを越えて極めて高輝度かっ色純度の高い青色発光ダ
イオード特性を得ることが可能となった。The light-emitting device of this example manufactured in this manner is capable of passing a current of 10 mA or more with an extremely low applied voltage of 1.5 V or less, and has a peak wavelength of 460 nm, as in the sixth example. The luminance of the blue luminous band is 50m
It has now become possible to obtain blue light emitting diode characteristics with extremely high brightness and high brown color purity, exceeding CD.
本実施例においても明らかに示されたように、本発明は
、産業上極めて重要な超高輝度青色発光ダイオードを初
めとする多種類の特性が著しく向上した短波長発光素子
の製造にかかわる基本的有用性を有する。As clearly shown in this example, the present invention is intended to solve the basic problems involved in the production of short wavelength light emitting devices with significantly improved characteristics, including ultra-high brightness blue light emitting diodes, which are extremely important in industry. Has usefulness.
第８図に本発明の第８の実施例を示す。FIG. 8 shows an eighth embodiment of the present invention.
第８図には、Ｓｉ基板上に形成される本発明の化合物半
導体発光素子の例を示す。FIG. 8 shows an example of a compound semiconductor light emitting device of the present invention formed on a Si substrate.
本実施例は、Ｓｉ集積回路あるいはＳｉ検出器等との結
合型機能性発光素子の単位素子を構成するものである。This embodiment constitutes a unit element of a functional light emitting element combined with a Si integrated circuit or a Si detector.
第８図に於いて、２１は５ｉ（１００）基板、２２はそ
の上へ形成されたＺｎＳ ：Ｃ１（あるいはＡｌ）のｎ
型エピタキシャル膜、２３はさらにその上へ形成された
ＢｅＴｅ：Ｓｂ（あるいはＡｓ）のｐ型エピタキシャル
膜である。In FIG. 8, 21 is a 5i (100) substrate, and 22 is a ZnS:C1 (or Al) n layer formed thereon.
The type epitaxial film 23 is a p-type epitaxial film of BeTe:Sb (or As) formed thereon.
本構造の発光素子構成に於いては、５ｉ（１００）基板
２１上に、ＭＢＥ法を用いて、真空度ｌＸ １０−１０
Ｔｏｒｒ下でＺｎビーム強度１×１０Ｔｏｒｒ、 Ｓ
ｉビーム強度５ Ｘ Ｉ Ｏ−’Ｔｏｒｒ、 ｎ型不純
物としてのＣＩ（あるいはＡＩ）ビーム強度５×１０−
ｇＴｏｒｒ、基板温度２６０°Ｃで１０μｍのｎ型Ｚｎ
ｓ：０１層２２を形成した。In the light emitting element configuration of this structure, the MBE method is used on the 5i (100) substrate 21 to obtain
Zn beam intensity 1×10 Torr under Torr, S
i beam intensity 5 x I O-'Torr, CI (or AI) beam intensity as n-type impurity 5 x 10-
gTorr, 10μm n-type Zn at substrate temperature 260°C
A s:01 layer 22 was formed.
この際、５ｊ（１００）基板２１表面は、１×１０−”
Ｔｏｒｒの超高真空中で、基板温度５００℃以上で塩素
（ＺｎＣ１ｔ）ビームあるいは硫黄（Ｓ）ビームを照射
し、あらかじめ酸化膜を除去する等の表面クリーニング
を行うことにより、十分なエビタキンヤル成長膜を得る
ことができる。なお、このＺ ｎ Ｓ Ｐｉ ２２は、
上記Ｓｉ基板２Ｉをクリーニング後、基板温度を２６０
°Ｃに設定すると同時に成長を行った。At this time, the surface of the 5j (100) substrate 21 is 1×10-”
By irradiating the substrate with a chlorine (ZnClt) beam or sulfur (S) beam in an ultra-high vacuum of Torr at a substrate temperature of 500°C or higher, and performing surface cleaning such as removing the oxide film in advance, a sufficient Evita kinial growth film can be obtained. Obtainable. In addition, this Z n S Pi 22 is
After cleaning the Si substrate 2I, the substrate temperature was set to 260℃.
Growth was performed simultaneously with setting at °C.
ＢｅＴｅ層２３にはｐ型不純物としてＳｂ（あるいはＡ
ｓ）を選び、Ｂｅ分子ビーム７Ｘ１０−７Ｔｏｒｒ、
Ｔ ｅ分子ビーム６．５Ｘ １０−７Ｔｏｒｒ、 Ｓ
ｂ分子ビームＩ Ｘ Ｉ ０−９Ｔｏｒｒの条件下で２
μｍのＢｅＴｅ：Ｓｂ層２３を形成し、ｐ型注入層とし
た。The BeTe layer 23 contains Sb (or Al) as a p-type impurity.
s), Be molecular beam 7X10-7 Torr,
T e molecular beam 6.5X 10-7 Torr, S
b Molecular beam I X I 2 under the condition of 0-9 Torr
A μm thick BeTe:Sb layer 23 was formed to serve as a p-type injection layer.
本実施例の構造で形成する発光層としてのｎ型Ｚｎ９層
２２はＣＩやＡＩ等の不純物を大量に添加することによ
り、双晶を含まない単結晶層となり、また同様に注入層
としてのｐ型ＢｅＴｅ層２３についても、ｓｂやＡ ｓ
ｕどの多量の不純物添加が必要である。By doping a large amount of impurities such as CI or AI, the n-type Zn9 layer 22 as a light-emitting layer formed in the structure of this example becomes a single crystal layer without twins, and also as a p-injection layer. Regarding the type BeTe layer 23, sb and A s
It is necessary to add a large amount of impurities.
本構造においては、ＺｎＳ：Ｃ１層２２の膜厚は０．１
〜２０μｍが、また、ＢｅＴｅ：Ｓｂ層２３の膜厚は０
．２μｎｒ−１０μｍが好適である。In this structure, the film thickness of the ZnS:C1 layer 22 is 0.1
~20 μm, and the thickness of the BeTe:Sb layer 23 is 0
．． 2μnr-10μm is suitable.
この際、ＺｎＳ：Ｃ１層２２のＣＩ濃度は１０” 〜Ｉ
Ｘ １０”ｃｍ−’であること、ＢｅＴｅ：Ｓｂ層２
３のｓｂ濃度は５Ｘ１０”〜８×１０１９ｃｍ−３であ
ることが好ましい。At this time, the CI concentration of the ZnS:C1 layer 22 is 10'' to I
X 10"cm-', BeTe:Sb layer 2
The sb concentration of No. 3 is preferably 5×10” to 8×10 19 cm −3 .
また、ＺｎＳ：Ｃ１層２２の抵抗率は０．００１〜１０
Ω・ｃｍ、ＢｅＴｅ ： Ｓｂ層２３については０．０
０５〜１０Ω ｃｍであることが適している。Further, the resistivity of the ZnS:C1 layer 22 is 0.001 to 10
Ω・cm, BeTe: 0.0 for the Sb layer 23
A suitable value is 0.05 to 10 Ω cm.
このようにして形成されたＺｎＳ：Ｃ１層２２は室温に
おいて２．７５〜２．８５ｎｍに発光ピーク波長を持つ
強い青色発光を示す。Ｓｉ基板２１の一部をＨＦ系のエ
ツチング液を用いて化学エツチングして除去し、露出し
たＺｎ９層２２はＣＦ４ガスを用いた反応性ドライエツ
チング法（ガス圧ｏＩＴｏｒｒ、高周波人力２００ｗの
条件下で）により、表面除去したのち、ＡＩの負電極４
０を電子ビーム蒸着法を用いてＩ Ｘ Ｉ Ｏ−”Ｔｏ
ｒｒの真空中で形成した。ＢｅＴｅ層２３へのＡ１電極
は先の実施例と同様に形成した。反応性ドライエツチン
グにおけるエツチング・ガスはＣＦ４あるいはＺ ｎ
ＣＩ ２が効果的であり、ＣＦ４の場合には試料温度を
室温から２００℃に設定し、ガス圧０．０００１Ｔｏｒ
ｒからＩ Ｔｏｒｒの範囲で、また高周波人力５０Ｗ〜
５００Ｗの範囲において、エツチング速度１人／ｍｉｎ
から１０μｍ／ｍｉｎの鏡面エツチング条件を得ること
が出来、これらの条件範囲はドライ・プロセス（エツチ
ング）に好適である。The ZnS:C1 layer 22 thus formed exhibits strong blue light emission with an emission peak wavelength of 2.75 to 2.85 nm at room temperature. A part of the Si substrate 21 was removed by chemical etching using an HF-based etching solution, and the exposed Zn9 layer 22 was removed by a reactive dry etching method using CF4 gas (under gas pressure oITorr and high frequency manual power of 200 W). ), after removing the surface, the negative electrode 4 of AI
0 using the electron beam evaporation method as I
Formed in vacuum at rr. The A1 electrode to the BeTe layer 23 was formed in the same manner as in the previous example. The etching gas in reactive dry etching is CF4 or Zn.
CI 2 is effective, and in the case of CF4, the sample temperature is set from room temperature to 200°C, and the gas pressure is 0.0001 Torr.
In the range of r to I Torr, and high frequency human power 50W ~
Etching speed 1 person/min in the range of 500W
A specular etching condition of 10 μm/min can be obtained from the above, and these condition ranges are suitable for dry processing (etching).
またＺｎＣ１ｔの場合に於いては、試料温度を１００〜
４００℃の範囲に設定し、ガス圧１０−”Ｔｏｒｒから
１０−’Ｔｏｒｒの範囲のＺｎＣＬガス（ビーム状ガス
を含む）を照射することにより、エツチング速度１人／
ｍｉｎから５μｍ／ｍｉｎの鏡面エツチング条件を得る
ことが可能であり、これらの範囲は同様に好適である。In addition, in the case of ZnC1t, the sample temperature is 100~
By setting the temperature in the range of 400°C and irradiating ZnCL gas (including beam gas) with a gas pressure in the range of 10-'' Torr to 10-' Torr, the etching rate was reduced to 1 person/person.
It is possible to obtain mirror etching conditions of min to 5 μm/min, and these ranges are equally suitable.
このようにして、構成したＢ ｅ Ｔ ｅ ／ Ｚ ｎ
Ｓ ／Ｓｉ型発光素子も印加電圧５ｖ、電流２０ｍＡ
でピーク発光波長４５０ｎｍの強い青色発光を示し、青
色発光ダイオード製造上有用である。In this way, the constructed B e T e / Z n
S/Si type light emitting element also has an applied voltage of 5V and a current of 20mA.
It exhibits strong blue light emission with a peak emission wavelength of 450 nm, and is useful for manufacturing blue light emitting diodes.
また、本実施例の発光素子はＳｉ基板２１中に作り込ま
れたＳｉ光検出器５ｉＩＣ，５ｉＣＣＤ等からの出力を
制御信号としてＢ ｅ Ｔ ｅ ／ Ｚ ｎ Ｓ発光部
の電流・電圧制御を行うことにより極めて出力安定度の
高い発光出力制御型発光素子等の機能ＬＥＤ素子への出
力光変調型発光素子利用上極めて有用である。Furthermore, the light emitting element of this embodiment controls the current and voltage of the B e Te / Z n S light emitting section using the output from the Si photodetectors 5i IC, 5 i CCD, etc. built into the Si substrate 21 as control signals. This makes it extremely useful for use as an output light modulation type light emitting element in a functional LED element such as a light output control type light emitting element with extremely high output stability.
第９図に本発明の第９の実施例を示す。FIG. 9 shows a ninth embodiment of the present invention.
第９図に於いて、２４はＧｅ （１００）基板であり、
２５はＺｎ５ｅ：Ｇａエピタキシャル層、２６はＢｅＴ
ｅ ：Ａｓエピタキシャル層であり、基本的な構成は、
基板としてＧｅ （１００）基板２４を用いた以外は第
１の実施例とほぼ同様にして形成できる。In FIG. 9, 24 is a Ge (100) substrate,
25 is Zn5e:Ga epitaxial layer, 26 is BeT
e: As epitaxial layer, the basic structure is:
It can be formed in substantially the same manner as in the first embodiment except that the Ge (100) substrate 24 is used as the substrate.
本実施例に於いては、各エピタキシャル層２５゜２６を
形成後、ＢｅＴｅ層２６の一部が舶述したＣＦ、エツチ
ングを用いた反応性イオンエツチングにより除去されて
おり、発光素子用電極としてＡ＋負電極４０とＡｕＬＥ
電極５０がプレーナー型に形成されており、Ｚ ｎ Ｓ
ｅ ／ Ｇ ｅ結合系からなる光検出素子のための一
対の電極４０．６０が別途に設けられている。このよう
な構成のＢｅＴｅ／ Ｚ ｎ Ｓ ｅ型青色ＬＥＤは第
１、第８の実施例と同様に光出力制御型ＬＥＤとして有
用である。In this example, after forming each epitaxial layer 25 and 26, a part of the BeTe layer 26 is removed by reactive ion etching using CF and etching as described above, and is used as an electrode for a light emitting element. Negative electrode 40 and AuLE
The electrode 50 is formed in a planar shape and is made of Z n S
A pair of electrodes 40.60 for a photodetecting element consisting of an e/G e coupling system is separately provided. The BeTe/ZnSe type blue LED having such a configuration is useful as a light output control type LED like the first and eighth embodiments.
第１Ｏ図に本発明の第１Ｏの実施例を示す。FIG. 1O shows a first embodiment of the present invention.
第１θ図に於いては、２７はｎ型Ｇ２ＬＰ（１００）基
板、２８はＺｎＳ：Ｇａｎ型エピタキシャル層、２９は
ＢｅＴｅ ： Ａｓ ｐ型エピタキシャル層である。こ
のようにして構成された本実施例の発光素子は、Ｂ ｅ
Ｔ ａ ／ Ｚ ｎ Ｓ青色発光部より発生した青色
発光（４６０ｎｍ）の一部がＧａＰ基板２７を励起する
ことにより緑色光（５５５ｎｍ）を生ずるため、青色光
とも同時に緑色光を発生することが可能な２発光バンド
素子、色調可変素子として極めて有用である。In FIG. 1θ, 27 is an n-type G2LP (100) substrate, 28 is a ZnS:Gan type epitaxial layer, and 29 is a BeTe:As p-type epitaxial layer. The light emitting device of this example configured in this manner has B e
A part of the blue light (460 nm) generated from the T a / Z n S blue light emitting section generates green light (555 nm) by exciting the GaP substrate 27, so it is possible to generate green light at the same time as blue light. It is extremely useful as a two-emission band device and a color tone variable device.
また、特に、ＧａＰ基板２７あるいは、成長層２８．２
９側の一部をエツチングにより除去することにより純青
色ならびに純緑色の高輝度発光ダイオードを構成するこ
とかできる為、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ等の発光ダイオ
ードと組み合わせることにより高輝度白色グイオートを
構成する上で極めて有用である。In particular, the GaP substrate 27 or the growth layer 28.2
By removing part of the 9 side by etching, it is possible to construct pure blue and pure green high-brightness light emitting diodes. Extremely useful.
第１１図は本発明の第１１の実施例を示しｆこものであ
る。FIG. 11 shows an eleventh embodiment of the present invention.
第１１図において、３０はＺｎ５（１００）基板、３１
はｎ型ＺｎＳ：Ａｌエビタキンヤル層、３２はｐ型Ｂｅ
Ｔｅ・Ａｓエピタキシャル層であり、既に説明した第２
の実施例のものとほぼ同様であるが、プレーナ型電極構
造を採り、ＺｎＳ基板３０より強い青色発光を放射する
ことの可能な高輝度青色発光ダイオードである。In FIG. 11, 30 is a Zn5 (100) substrate, 31
32 is an n-type ZnS:Al Evita layer, and 32 is a p-type Be layer.
It is a Te/As epitaxial layer, and the second
This is a high-intensity blue light emitting diode that is almost the same as that of the embodiment described above, but has a planar electrode structure and can emit blue light that is stronger than the ZnS substrate 30.
本実施例の構成は、特に平面デイスプレィ等の画面化を
指向した青色を含む高輝度発光デバイス用として極めて
有用である。The configuration of this embodiment is extremely useful especially for high-intensity light-emitting devices containing blue light that are intended for use in flat displays and the like.
以上、本発明の各実施例に於いては、発光層、電流注入
層に添加する不純物に関しては、ｐ型伝導用不純物とし
てＩ族元素のＬｉ、Ｎ２Ｌ、に、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｖ
族元素のＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂｎ型伝導用不純物としては
■族元素のＡＩ、Ｇ２ＬＩｎ ＴＩ ■族元素のＦ
、Ｃ１，Ｂｒ、１等が区別なく添加でき、基板結晶面方
位は第１〜第１Ｉの実施例で用いたような（１００）の
みに限定されるものではなく （１１０）（１１１）そ
の他（３１Ｌ）等の傾斜基板を用いても全く同様の素子
構成を実現できることは明らかである。As described above, in each embodiment of the present invention, the impurities added to the light emitting layer and the current injection layer include Group I elements such as Li, N2L, Cu, Ag, Au, and V as impurities for p-type conduction.
Impurities for N, P, As, and Sbn type conduction of group elements include AI, G2LIn TI of group ■ elements, and F of group ■ elements.
, C1, Br, 1, etc. can be added without distinction, and the substrate crystal plane orientation is not limited to (100) as used in the first to first I embodiments, but also (110), (111), and other It is clear that a completely similar element configuration can be realized using a tilted substrate such as 31L).
また、上記各実施例では■−■族化合物基板結晶として
Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳ、−ｘＳｅｘについて記述し
たが、本発明の適用範囲は、これらに限るものではなく
、例えばＺｎＴｅ、ＺｎＣｄ５゜ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＳ
Ｔｅ、Ｚｎ５ｅＴｅあるいはＺｎＢｅ５．ＺｎＢｅＳｅ
、ＺｎＨｇＴｅ、ＺｎＨｇ５．ＺｎＭｇＴｅ、ＺｎＢｅ
Ｔａ、ＣｄＢｅＴｅ、ＨｇＢｅＴｅならびにその他、成
分元素として、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅから
なる３元素以上の多元化合物についても適用され得るこ
とは容易に理解される。Further, in each of the above embodiments, Zn5e, ZnS, ZnS, and -xSex are described as the ■-■ group compound substrate crystals, but the scope of application of the present invention is not limited to these. For example, ZnTe, ZnCd5゜ZnCdTe, ZnS
Te, Zn5eTe or ZnBe5. ZnBeSe
, ZnHgTe, ZnHg5. ZnMgTe, ZnBe
It is easily understood that the present invention can also be applied to Ta, CdBeTe, HgBeTe, and other multi-element compounds consisting of three or more elements consisting of Zn, Cd, Be, S, Se, and Te as component elements.
また、同様にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ＧａＮ、ＡＩｃ
；ａＮ、ＩｎＧａＮ ｒｎＧａＡＩＮ等の化合物なら
びに多元化合物半導体基板およびエビタキンヤル基板を
用いてヘテロ接合デバイスを構成する場合にも適用され
ることは明白である。Similarly, III-V compound semiconductors GaN, AIc
It is obvious that the present invention is also applicable to the case where a heterojunction device is constructed using compounds such as aN, InGaN, rnGaAIN, etc., and a multicomponent compound semiconductor substrate and an Evita cylindrical substrate.
さらに加えて、本発明の基本条件を含む接合構造発光素
子としては、実施例で具体的に説明した様にシングルへ
テロ構造、ダブルへテロ構造に適用されるだけでなく、
超格子構造、量子井戸構造表面放射構造９回折格子構造
、量子細線構造（二次元量子井戸構造）、量子箱構造（
三次元量子井戸構造）、などを用いた発光ダイオード半
導体レーザー、光変調素子、光周波数変換素子、光周波
数逓倍素子、光検出素子、光倫理素子等の光機能素子が
含まれることは全く明らかである。Furthermore, as a junction structure light emitting device that includes the basic conditions of the present invention, it can be applied not only to a single heterostructure and a double heterostructure as specifically explained in the examples.
Superlattice structure, quantum well structure, surface emission structure, 9-diffraction grating structure, quantum wire structure (two-dimensional quantum well structure), quantum box structure (
It is quite clear that optical functional devices such as light emitting diodes, semiconductor lasers, optical modulation devices, optical frequency conversion devices, optical frequency multiplication devices, photodetection devices, and photoethical devices using three-dimensional quantum well structures, etc. are included. be.
発光素子形成に使用される電極用金属元素としては、Ａ
ｕ（正極）、ＡＩ （負極）に限って説明したが、全く
同様にＡｕとともにＡｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｔ
ｅ Ｃｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ａｌ。As the metal element for the electrode used for forming the light emitting element, A
The explanation was limited to u (positive electrode) and AI (negative electrode), but in exactly the same way, Ag, Cr, Ni, Ti, Be, T
e Cu, Fe, In, Al.
Ｐｔ、Ｐｄ等が単体、混合体あるいは多層膜として適用
可能であり、またＡＩとともに、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｓｎ、ＰｄＰｔ Ｃｄ等が単
体、混合体るあは多層膜として適用可能てあり、オーミ
ック電極として好適である。 また、製造方法としては
上記各実施例では、主としてＭＢＥ法によって説明した
が、その他の製法、例えばＣＶＤ （化学気相堆積法）
法、ＭＯＣＶＤ （有機金属化学気相堆積法）法、ＡＬ
Ｅ （原子層エピタキシー）法、ＩＢＥ（イオンビーム
エピタキシー）法等の薄膜成長法が適用できることは明
らかである。Pt, Pd, etc. can be applied alone, as a mixture, or as a multilayer film, and together with AI, In, Ga, Ni, T
I, Ta, Cr, Si, Sn, PdPt, Cd, etc. can be applied as a single substance or a mixture as a multilayer film, and are suitable as an ohmic electrode. In addition, as a manufacturing method, in each of the above embodiments, the MBE method was mainly explained, but other manufacturing methods, such as CVD (chemical vapor deposition method)
method, MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) method, AL
It is clear that thin film growth methods such as the E (atomic layer epitaxy) method and the IBE (ion beam epitaxy) method can be applied.
（ト）発明の効果
本発明によって製造が可能となる新規なＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体接合型発光素子は、既に詳しく説明した通り
従来素子の抱えている本質的な問題点を克服することを
可能とし、多くの実施例で示したとおり、安全性に優れ
かつ再現性のある高輝度青色発光ダイオードを初めとす
る短波長（青色〜紫外）光の高輝度発光素子の製作に極
めて適しており、青色光レーザーから紫外光レーザーま
でに及ぶオプトエレクトロニクス分野の光部品の生産上
ならびに情報処理光機器の応用上極めて有用である。(G) Effects of the Invention The novel II-VI group compound semiconductor junction type light emitting device that can be manufactured by the present invention can overcome the essential problems of conventional devices, as already explained in detail. As shown in many examples, it is extremely suitable for producing high-brightness light-emitting devices that emit short wavelength (blue to ultraviolet) light, including high-brightness blue light-emitting diodes with excellent safety and reproducibility. It is extremely useful in the production of optical components in the optoelectronics field, ranging from blue light lasers to ultraviolet lasers, as well as in the application of information processing optical equipment.
第１〜第１１図はそれぞれこの発明の第１〜第１Ｉの各
実施例を示す構成説明図、第１２図は従来例を示す構成
説明図である。
１−＝ＺｎＳｅ ：Ｇａ （１００）ｎ型基板、２・・
・・・・ＢｅＴｅ：Ａｓ ｐ型エピタキシャル層、３
−＝ＺｎＳｅ ：ＡＩ （１００）ｎ型基板、４−・・
ＺｎＳ／Ｚｎ５ｅ（５ｎｍ１ｎｍ１５ｎ型超格子層、５
・・・・・・Ｚｎ５ｅ：Ｐ ｐ型エピタキシャル層、
６・・・・・Ｚｎ５ｅ ：Ａｌ （１００）ｎ型基板、
７・・・・・・ＺｎＳＳｅ：Ａｌ ｎ型エピタキシャ
ル層、８・・・・・・Ｚｎ５ｅ：Ａｓ ｐ型エピタキ
シャル層、９−−ＧａＡｓ （１００）ｎ型基板、１０
・・・・・・Ｚｎ５ｅ：Ｇａ ｎ型エピタキシャル層
、１１・・・・・・ＢｅＴｅ：Ａｓ ｐ型エピタキシ
ャル層、１２−・−ＺｎＳｏ ＋７Ｓｅｏ ５ｓ（１０
０）ｎ型基板、１３・ ・・ＢｅＴｅ：Ｐｂ ｐ型エ
ピタキシャル層、１４−ＺｎＳ：Ａｌ （１００）ｎ型
基板、１５・・・・・・Ｚｎ５ｅ：Ｇａ ｎ型エピタ
キシャル層、１６・・・・・ＢｅＴｅ：Ａｓ ｐ型エ
ピタキシャル層、１７・・・・・ＺｎＳ （１００）基
板、１８・・・・・ＺｎＳ／Ｚｎ５ｅ Ａｌ ｎ型
超格子エピタキシャル層、
１９・・・・・・Ｚｎ５ｅ：Ａｌ ｎ型エビタキンヤ
ル層、２Ｏ−＝−’Ｚｎｏ ｏｅＢｅｏ ｓ＋Ｔｅ ：
Ｐ ｎ型エピタキシャル層、
２１・・・・・・５ｉ（１００）基板、２２・・・・・
・ＺｎＳ：Ａｌ ｎ型エビタキンヤル層、２３・・・
・・・ＢｅＴｅ：Ａｓ ｐ型エピタキシャル層、２４
−−−−−−Ｇｅ （１００）基板、２５・・・・・・
Ｚｎ５ｅ：Ｇａ ｎ型エピタキシャル層、２６・・・
・・・ＢｅＴｅ：Ａｓ ｐ型エピタキシャル層、２７
・・・・・・ＺｎＳ：Ｇａ ｎ型エピタキシャル層、
２８−ＧａＰ （１００）基板、
２９・・・・・・ＢｅＴｅ：Ａｓ ｐ型エピタキシャ
ル層、３Ｏ−＝ＺｎＳ （１００）基板。
第１図
第２図
第４図
第３図
第５図
第６図
第８図
第７図
第９図
第１０図
第１１図1 to 11 are configuration explanatory diagrams showing each of the first to 1I embodiments of the present invention, and FIG. 12 is a configuration explanatory diagram showing a conventional example. 1-=ZnSe:Ga (100) n-type substrate, 2...
...BeTe:As p-type epitaxial layer, 3
-=ZnSe:AI (100) n-type substrate, 4-...
ZnS/Zn5e (5nm 1nm 15n type superlattice layer, 5
...Zn5e:P p-type epitaxial layer,
6...Zn5e: Al (100) n-type substrate,
7...ZnSSe:Al n-type epitaxial layer, 8...Zn5e:As p-type epitaxial layer, 9--GaAs (100) n-type substrate, 10
...Zn5e:Ga n-type epitaxial layer, 11...BeTe:As p-type epitaxial layer, 12-.-ZnSo +7Seo 5s (10
0) N-type substrate, 13...BeTe:Pb p-type epitaxial layer, 14-ZnS:Al (100) N-type substrate, 15...Zn5e:Ga n-type epitaxial layer, 16...・BeTe:As p-type epitaxial layer, 17...ZnS (100) substrate, 18...ZnS/Zn5e Al n-type superlattice epitaxial layer, 19...Zn5e:Al n-type Evita Kinyar layer, 2O-=-'Zno oeBeo s+Te:
P n-type epitaxial layer, 21...5i (100) substrate, 22...
・ZnS: Al n-type Evitan layer, 23...
...BeTe:As p-type epitaxial layer, 24
--------Ge (100) substrate, 25...
Zn5e:Ga n-type epitaxial layer, 26...
...BeTe:As p-type epitaxial layer, 27
...ZnS:Ga n-type epitaxial layer,
28-GaP (100) substrate, 29...BeTe:As p-type epitaxial layer, 3O-=ZnS (100) substrate. Figure 1 Figure 2 Figure 4 Figure 3 Figure 5 Figure 6 Figure 8 Figure 7 Figure 9 Figure 10 Figure 11
Claims (1)
板と少なくとも電流注入部とを有して発光素子部を構成
する化合物半導体接合型発光素子において、半導体基板
が化合物半導体からなり、電流注入部がその成分元素と
して少なくともＢｅ（ベリリウム）とＴｅ（テルル）を
含む化合物半導体からなることを特徴とする化合物半導
体素子。 ２、半導体基板がＺｎＳ＿１＿−＿ｘＳｅ＿ｘ（０≦ｘ
≦１）バルク単結晶基板あるいはエピタキシャル単結晶
から成るII−VI族化合物半導体単結晶基板であることを
特徴とする請求項１記載の化合物半導体発光素子。 ３、半導体基板がＧａＡｓあるいはＧａＰからなるIII
−Ｖ族化合物半導体単結晶から成る単結晶基板であり、
発光素子部の発光層が少なくともＺｎを含むII−VI族化
合物半導体からなるエピタキシャル層であることを特徴
とする請求項１に記載の化合物半導体発光素子。 ４、半導体基板がＳｉあるいはＧｅからなる単結晶基板
であり、発光素子部の発光層が少なくともＺｎを含むI
I−VI族化合物半導体からなるエピタキシャル層である
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体発光素
子。[Scope of Claims] 1. A compound semiconductor junction light emitting device comprising a semiconductor substrate of a single crystal wafer or an epitaxial layer and at least a current injection part to constitute a light emitting element part, wherein the semiconductor substrate is made of a compound semiconductor and the current injection part 1. A compound semiconductor device characterized in that an implantation part is made of a compound semiconductor containing at least Be (beryllium) and Te (tellurium) as component elements. 2. The semiconductor substrate is ZnS_1_-_xSe_x (0≦x
1. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the compound semiconductor light emitting device is a II-VI group compound semiconductor single crystal substrate consisting of a bulk single crystal substrate or an epitaxial single crystal. 3. III where the semiconductor substrate is made of GaAs or GaP
- a single crystal substrate made of a group V compound semiconductor single crystal;
2. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting layer of the light emitting device portion is an epitaxial layer made of a II-VI group compound semiconductor containing at least Zn. 4. The semiconductor substrate is a single crystal substrate made of Si or Ge, and the light-emitting layer of the light-emitting element portion is I containing at least Zn.
2. The compound semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the compound semiconductor light emitting device is an epitaxial layer made of a group I-VI compound semiconductor.
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Also Published As
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|---|---|
| JP2653901B2 (en) | 1997-09-17 |
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