JPS62173775A - ＭＩＳ型ＺｎＳ青色発光素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、低抵抗ＺｎＳ　を発光層、２層以上の複合絶
縁物を正孔注入用高抵抗層とする金属−絶縁物一半導体
（Ｍｅｔａｌ　−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−３ｃｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ：ＭｒＳ）構造のＺｎＳ青色発光素子に関
する。

（従来の技術と発明の背景） ■−■族化合物半導体ＺｎＳ　は、室温において３．７
ｅＶの直接遷移型の禁制帯幅を持つので、高効率青色発
光材料としてＧａＮ、ＳｉＣ，Ｚｎ５ｃなｕ　　Ｌ、　
　Ｌ　　ｄ　　＋−シトｐピ　　Ｉ：１７田ｌし八　Ｍ
βｑノ覧　　ｒ匡≠１占ゼク＝す２杯れている。高圧溶
融法、昇華法、ハロゲン輸送法等で成長させたＺｎＳ単
結晶は、Ａｌ１．　Ｔなどを不純物として添加した上、
８５０〜ｌ０５０℃の溶融亜鉛中で熱処理することによ
り、低抵抗ｎ型（〜１Ω・ａｍ）となり、４５０〜４８
０ｎｍに発光ピークを持つ青色発光を示す。しかし、ｐ
型ＺｎＳは得られていないため、発光素子の構造として
は従来からＭＩＳ構造が用いられている。

第３図に示す従来のＭＩＳ型発光素子においては、正孔
担体注入用の低抵抗ＺｎＳＩｍ（Ｓ層）４の上に高抵抗
層（１層）３を積、饗し、さらに、その上に注入側電極
（Ｍ層）２を設ける。また、低抵抗ＺｎＳ　層４にはオ
ーミックコンタクト電極５を設ける。各７１Ｘ極２．５
には、それぞれ、リード線１．ｌを接続する。ここで、
高抵抗層３としては、低抵抗Ｚｎ９層４上に熱処理によ
って形成する絶縁層。

蒸着によって堆積させた絶縁層、または、ＭＯＣＶＤ（
有機金属化学堆積）法によって形成しｆコ高抵抗ＺｎＳ
層が用いられている。このＭＩＳ構造の素子においては
、発光の外部信子効率は００８％までの高い値が報告さ
れている。

（発明の解決しようとする問題点） 従来のＭＩＳ構造の発光素子においては、いずれの場合
にら１層３は単一の高抵抗層から成っており、この層の
性質制御性、膜厚、平坦性、安定性等に係わる問題のた
めに、発光素子の安定動作と発光効率の再現性は未だに
解決されないでいる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、ＭＩＳ構造を有し、安定な注入発光を持続する
ことのできる　ＺｎＳ高効率青色発光素子を提供するこ
とである。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る　ＺｎＳ青色発光素子は、発光層としての
低抵抗ＺｎＳ層と、この低抵抗ＺｎＳ層の上に積層され
た２層以上の、それぞれ異なる絶縁性化合物から成る正
孔担体注入用の高抵抗絶縁層と、この高抵抗絶縁層の上
に形成された電極とからなる。

（作　用） 本発明に係るＭＩ　Ｓ構造のＺｎＳ青色発光素子は、高
抵抗絶縁層をＺｎ以上の複金属とする。そして、ＺｎＳ
　低抵抗層に接する第１層は、発光素子の特性を再現性
よく実現できるように制御して形成し、また、他の層は
、第１層を保護し、素子の動作を安定させる。

（実施例） 本発明のＭＩＳ型ＺｎＳ発光素子の特徴は、１層が低抵
抗Ｚ’ｎＳ層（Ｍ層）の臂開面、あるいは切断、研磨の
後安定化させた任意の面の上に２種類以上の絶縁物を順
次形成することにより多層構造絶縁層としたことである
。より具体的には、低抵抗ＺｎＳ層は、高圧溶融法、昇
華法、ハロゲン輸送法により成長させたＺｎＳバルク単
結晶より切り出した小ペレツトウェハー、あるいはＭＢ
Ｅ（分子線エビタキノヤル）成長法、Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ成
長法により堆猜したＺｎＳ層、または、ホモエピタキシ
ャル層またはへテロエピタキシャル層から成るＺｎＳ層
である。その上に、総層厚５〜ｌｏｏｎｍの複合高抵抗
層６として、高抵抗ＺｎＳ、高抵抗ＺｎＯ，ＡＱｖＯｓ
、ＳＩＯ，５ｉｆｔ、Ｔａ２０５．ＺｒＯ２、Ｔｉ１２
．ＮｂｔＯ３，Ｙ２Ｏ３，Ｂａｄ、ＢａＳ。

ＣａＳ、ＣｒＳ、Ｂ、０３．Ｂ２Ｓ３．Ｌｉｄ、ＫＰ。

ＮａＦ、ＮａＩ　、ＧａＰＩ　ＭｇＦｔ、ＭｎＦｆｆｉ
、ＫＣＱ。

ＮａＣＬ　　ＫＢｒ、ＮａＢｒ、ＣａＢｒｔ、Ｃｓｒ　
、５ＬＮ４．Ｂｅｄ、ＢｅＳ、ＢｅＳｅ、ＢｅＴｅ等の
絶祿体あるいはその混合物のうちから２種類以上を組み
合わせて形成する。ここに、Ｍ層に接する第１層目の絶
縁層は、注入層としての特性を再現性よく確保するよう
に、厳密に膜厚や性質が制御された状態で形成ずろ。第
２層目以降の絶縁層は膜厚を過当に選びかつ物質を適当
に選ぶことにより、素子の形状を最適化する。

以下、本発明の実施例を第１図と第２図によって説明す
る。

！実施例１］ 本発明の第１の実施例を第１図に示す。発光層となるＺ
ｎＳ層　　４’は、高圧溶融法、昇華法ににす％ｉ　サ
ｔｉ’　タ単に’ｊ　品Ｚ　ｎ　Ｓを１００　（）’Ｃ
’Ｄ　Ｚｎ、ＡＱ融体中で１００時間低抵抗化処理した
約５Ω・ｃｍの１１ｉＨハい、べ１ノ、ｌ　ｋ　　五１
ｈ！斗　　ハ門ジ・７めご盾、汁ｆ　瓜１えばヨウ素輸
送法）により成長させた単結晶ＺｎＳを９５０°Ｃの溶
融Ｚｎ中で１００時間熱処理することにより得られるｌ
Ω・ｃｍ程度の低抵抗ＺｎＳｎＳ単結−ペレットる。そ
の襞開面、あるいは研磨・化学エツチングを施した任意
の面の上に１０”−ｅＴｏｒｒ以下でＺｎ薄膜層を蒸着
後、３５０℃程度まで加熱し、前記Ｚｎを蒸発させた後
のｆ＃浄なＺｎＳ面の上に、例えばＭＢＥ法、Ｍ　ＯＣ
Ｖ　Ｄ法等を用いた単原子層成長法のような膜厚が原子
層程度で厳密に制御される方法でＺｎ０ＩＣＪ７を５０
〜２００人堆積させる。゛しかる後、Ａ　Ｑ　２０　ｘ
を同様の方法あるいはスパッタリング法で１００〜３０
０人堆積させることにより絶縁層８とし、その上に適当
なＶ厚を有するＡｕを蒸着して注入側の電極２°とする
。低抵抗ＺｎＳ側のオーミック電極５°としてはｌｌ′
Ｌ−１−１ｇ等を用いろ。各電極２°、５゛には、それ
ぞれ、リード線１’、ｌ’を接続する。

、本実施例において、安定な注入発光が持続できた。

［寞施例２１ 第２の実施例を第２図に示す。発光層ｌＯとなるＺｎＳ
は、実施例１に記したと同様な低抵抗Ｚｎ５ｉ仮、Ｇａ
Ａｓ、ＧａＰ、Ｓｉなどの低抵抗ｎ型基板、あるいは、
１ｎｌｏ３のような導電性基板ｌｉ上に堆積もしくはエ
ピタキンヤル成長させた低抵抗ＺｎＳ層１０とし、引き
続き注入用高抵抗層７゜として高抵抗層ＺｎＳ　（Ｚｎ
Ｏ）あるいはＡ（２ｔＯｈ、次いで絶縁保持用高抵抗層
８°　、９としてＺｎ０（Ａ　Ｑ　２０３　）あるいは
ｓ　＋０２　（ｓ　ｉ＊ＮＪなどをそれぞれ堆積させる
ことにより、ＭＩＳ溝造とする。金属電極２”、５”、
１以下の構造は、実施例１に同じである。

本実施例２においてら、安定な注入発光が持続できた。

（発明の効果） 本発明によれば、従来のＭＩＳ型ＺｎＳ青色発光素子に
おける欠点すなわち従来の１層が単一絶縁層であること
により担体の注入に際しての良質の制御された注入層と
しての機能を持つことおよび注入層界面を安定に保持さ
せるための絶縁層としての役割を同時に具備することが
できなかった点を改善することが可能となる。すなわち
、本発明における２層以上の多層構造絶８層では、第１
層目の注入層は素子内部にしかも厳密に膜厚、性質が制
御された状態で形成することが出来、注入層としての特
性を再現性良く確保てきる。また、第２層目以降の絶縁
層は、注入層保護のための上部層となるとともに、膜厚
を適当に選ぶこと、ならびに物質を任意に選ぶことによ
り素子の最適化・安定化を容易に達成することが可能に
なる。したがって、発光素子の高効率化、高安定素子化
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、それぞれ、本発明の実施例における
ＭＴＳ型ＺｎＳ青色発光素子の素子構造概略図である。 第３図は、従来試作されているＭＩＳ型ＺｎＳ青色発光
素子の構造例の概略図である。 １°、じ・・・リード線、　　　２°、２−・・注入側
電極、・１“・低抵抗ＺｎＳ結晶、 ５″、５−・オーミックコンタクト電極、６・多層（二
重層）構造■（高抵抗）層、６“・多層（三重層）構造
■（高抵抗）層、７．７′・・・注入接合■（高抵抗）
層（第１１層）、８．８’、９・・絶縁保持■（高抵抗
）層（第２．３１層）、１０・・低抵抗堆積ＺｎＳ結晶
、　　１１・・基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光層としての低抵抗ＺｎＳ層と、この低抵抗Ｚ
   ｎＳ層の上に積層された２層以上の、それぞれ異なる絶
   縁性化合物から成る正孔担体注入用の高抵抗絶縁層と、
   この高抵抗絶縁層の上に形成された電極とからなるＺｎ
   Ｓ青色発光素子。