JP2000228541A

JP2000228541A - 光電変換機能素子

Info

Publication number: JP2000228541A
Application number: JP2915099A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sato; 賢次佐藤; Mikio Hanabusa; 幹夫花房
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】周期表第１２（２Ｂ）族元素及び第１６（６
Ｂ）族元素からなる化合物半導体結晶基板を用い、熱拡
散によりｐｎ接合を形成して作製される光電変換機能素
子を提供する。【解決手段】周期表第１２（２Ｂ）族元素及び第１６
（６Ｂ）族元素からなる化合物半導体結晶基板を用いる
光電変換機能素子において、転位および欠陥密度が低い
基板（ｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板１）を用いるとともに、
当該基板の導電型とは異なる導電型を示す拡散源（Ａｌ
２）の熱拡散により、上記基板の表面付近にｐｎ接合
（ｐｎ接合界面４，発光領域ａ１，ａ２）を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤ（発光ダイ
オード）やＬＤ（半導体レーザ）等の光電変換機能素子
に適用して有用な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】周期表第１２（２Ｂ）族元素及び第１６
（６Ｂ）族元素からなる化合物半導体（以下、II−VI族
化合物半導体という。）は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミ
ウム）を除き、一般にｐ型，ｎ型の導電型の自由な制御
が困難であるため、これらの材料を用いて実用化された
光電変換機能素子は極めて限定されている。

【０００３】例えば、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）は、閃
亜鉛鉱型構造，直接遷移型でエネルギギャップ２．６７
ｅＶのII−VI族化合物半導体であるが、ｎ型の導電型の
みが得られ、アクセプタ不純物を添加しても容易にはｐ
型にはならず、たとえｐ型となってもｐｎ接合の動作に
必要な十分な正孔濃度，正孔移動度を得ることはできな
かった。このような状況はＺｎＳやＣｄＳ等でも同様で
ある。

【０００４】そして、その原因は、ＺｎＳｅ等では、ア
クセプタ不純物を添加するとＳｅやＳの空孔子点が生成
され、アクセプタを補償するドナーとして働くためであ
ると考えられる。

【０００５】また、逆に、ＺｎＴｅでは低抵抗のｐ型の
導電型しか容易に得ることができない。これは、ＺｎＴ
ｅにおいては、ドナー不純物を添加するとＺｎの空孔子
点が生成され、ドナーを補償するアクセプタとして働く
ためであると考えられる。

【０００６】但し、昨今のII−VI族化合物半導体に関す
る研究の進展に伴い、II族（１２（２Ｂ）族）の元素を
Ｉ族（１１（１Ｂ）族）の元素で置換すればｐ型に、II
I族（１３（３Ｂ）族）の元素で置換すればｎ型にな
り、また、VI族（１６（６Ｂ）族）の元素をＶ族（１５
（５Ｂ）族）で置換すればｐ型に、VII族（１７（７
Ｂ）族）の元素で置換すればｎ型を得ることができるよ
うになりつつある。

【０００７】そして、例えばＺｎＳｅ系の材料を用い
て、光電変換機能素子としての発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）を作製する場合においては、ＧａＡｓ基板上に分子
線エピタキシャル成長法により何層ものＺｎＳｅ系の混
晶薄膜を形成し、ｐｎ接合型のダイオードを作製してい
る。

【０００８】この時、ＺｎＳｅ系材料は、熱平衡状態で
はｐ型半導体の制御が困難であるため、熱平衡状態では
ないエピタキシャル成長法を用い、さらに、ラジカル粒
子ビーム源とよばれる特殊な装置を用いて形成されてい
た（例えば、特開平４−２７３４８２号参照）。

【０００９】このＺｎＳｅ系の材料を用いた光電変換機
能素子としては、例えば４８０ｎｍの青色ＬＥＤが試作
されている。また、ＣｄＺｎＳｅ-ＺｎＳｅの量子井戸
構造で青色ＬＤ（レーザダイオード）の作成が報告さ
れ、青色系デバイスとして注目されている。

【００１０】一方で、このＺｎＳｅ材料系以外では、II
−VI族化合物半導体を用いた光電変換機能素子は未だ実
用化されるに至っていない。

【００１１】このように、従来、II−VI族化合物半導体
を用いた光電変換機能素子の作製においては、導電型の
制御が困難であるという物性から、材料系が限定されて
しまうという問題があった。

【００１２】また、導電型の制御を可能にするためには
エピタキシャル成長に加えて、さらに、高度な特殊技術
を必要とするため生産性が低く、製造コストも嵩むとい
う難点を抱えていた。

【００１３】そこで発明者等は、II−VI族化合物半導体
単結晶基板を用い、基板とは異なる導電型を示す拡散源
を基板表面に配置し拡散によりｐｎ接合を形成する光電
変換機能素子の形成方法を提案した。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法で作製した光電変換機能素子の特性は、用いる基板
の品質に強く依存し、効率のよい発光ダイオードを安定
して作製することができないという問題があった。

【００１５】即ち、II−VI族化合物半導体基板中には、
転位や析出物等の欠陥が存在し、これらの欠陥が非発光
中心となり、光電変換機能素子として発光しないという
問題があった。

【００１６】本発明は、上述のような問題を解決すべく
なされたものであり、周期表第１２（２Ｂ）族元素及び
第１６（６Ｂ）族元素からなる転位および欠陥密度が低
い化合物半導体結晶基板を用い、熱拡散によりｐｎ接合
を形成して作製される光電変換機能素子を提供すること
を主な目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る光電変換機能素子は、周期表第１２
（２Ｂ）族元素及び第１６（６Ｂ）族元素からなる化合
物半導体結晶基板を用いる光電変換機能素子において、
転位および欠陥密度が低い基板を用いるとともに、当該
基板の導電型とは異なる導電型を示す拡散源の熱拡散に
より、上記基板の表面付近にｐｎ接合を形成したもので
ある。

【００１８】これによれば、再結合によるリーク電流を
低減することができ、発光効率の高い光電変換機能素子
（例えば緑色発光の発光ダイオード）を安定して得るこ
とができる。

【００１９】以下に、本発明者等が、本発明に到るまで
の考察内容及び研究経過について概説する。

【００２０】まず、いくつかの製造方法で作製された周
期表第１２（２Ｂ）族元素及び第１６（６Ｂ）族元素か
らなる化合物半導体（II−VI族化合物半導体）であるＺ
ｎＴｅ基板上に、拡散源を蒸着して熱拡散によりｐｎ接
合を形成し、その後、発光特性と基板品質の相関関係を
調べた。

【００２１】その結果、転位密度、または、高温の水酸
化ナトリウム水溶液でエッチングすることで得られるピ
ットの密度が２０，０００個／cm²以下、好ましくは、
１０，０００個／cm²以下、特に好ましくは５，０００
個／cm²以下、更には２，０００個／cm²以下の基板から
得られた発光ダイオードからは、緑色の発光を確認する
ことができた。

【００２２】一方で、上記以上の転位密度、または、高
温の水酸化ナトリウム水溶液でエッチングすることで得
られるピットの密度が２，０００個／cm²を超える基板
から得られた発光ダイオードでは、発光を確認できなか
った。

【００２３】以上の研究結果から、発光ダイオードの発
光現象は、これらの欠陥密度に大きく依存することが判
明した。

【００２４】また、II−VI族化合物半導体中には育成方
法、育成条件によって結晶内部に多くの析出物が存在す
ることが知られている。

【００２５】例えば、可視発光ダイオード用の基板に用
いられるII−VI族化合物半導体は、禁制帯幅が広く透明
であり、光学顕微鏡によって基板内部の析出物を観察す
ることができる。

【００２６】そこで、析出物の密度の異なるｐ型ＺｎＴ
ｅ基板を用意し、ｎ型層を形成する例えばＡｌ、また
は、Ｉｎを基板表面に蒸着し、熱拡散によりｐｎ接合を
形成した。

【００２７】このようにして形成された発光ダイオード
の特性を比較した結果、１００倍〜２００倍の倍率の光
学顕微鏡の焦点視野内で観察できるｐｎ接合の界面にお
ける粒径が０．３〜１０μmの大きさの析出物の数が１
００，０００個／cm²以下であるとき、好ましくは、５
０，０００個／cm²以下の時に、再結合によるリーク電
流が少ない効率の良い発光ダイオードを得ることができ
た。

【００２８】一方、１００，０００個／cm²を超える
と、効率は低下した。特に、５μｍより大きな析出物の
ある基板では、一桁小さい値の５０，０００個〜１０，
０００個／cm²でもリーク電流は増加し効率が低下し
た。

【００２９】上記リーク電流は、ｐｎ接合界面の析出物
が電流の通路を形成しているために発生すると考えられ
る。

【００３０】したがって、接合界面における析出物の抑
制がリーク電流を低減し、効率を向上させるのに重要な
役割を果たすものと推測される。

【００３１】よって、ｐｎ界面における析出物を如何に
抑制するかが重要である。界面に存在する析出物は、走
査型電子顕微鏡での観察結果から、光学顕微鏡で観察さ
れる欠陥よりも一般的に少ない。

【００３２】これは、析出物の大きさに依存し、析出物
の大きさが１μｍ程度の時は界面に存在する析出物の密
度は、光学顕微鏡で観察される析出物の密度と同程度で
あり、析出物の大きさが小さいときは、一桁ほど少なく
なる。

【００３３】そして、研究の結果、接合界面に存在する
析出物の数が５０，０００個／cm²以下であるとき、再
結合によるリーク電流が少ない効率の良い発光ダイオー
ドを得ることができるとの結論に達し、これに基づいて
本発明を完成したものである。そして、上記発明におい
て、上記拡散源の導電型は、上記基板の導電型がｐ型の
場合にはｎ型であり、上記基板の導電型がｎ型の場合に
はｐ型であるようにできる。

【００３４】これにより、必然的に基板の導電型と拡散
源の導電型を異ならせることができる。

【００３５】また、上記研究結果に基づき、上記基板の
転位密度が２０，０００個／cm²以下、より望ましくは
１０，０００個／cm²以下、特に好ましくは５，０００
個／cm²以下、更には２，０００個／cm²以下であるよう
にするとよい。

【００３６】これにより、再結合によるリーク電流が少
ない効率の良い発光ダイオードを得ることができる。

【００３７】なお、上記基板の転位密度について、当該
基板を９０℃〜１３０℃の水酸化ナトリウム水溶液でエ
ッチングして得られるピットの密度が２０，０００個／
cm²以下であるようにしてもよい。

【００３８】また、上記基板の転位密度について、１０
０倍〜２００倍の倍率の光学顕微鏡の焦点視野内で観察
できる上記ｐｎ接合の界面における粒径が０．３〜１０
μｍの析出物の密度が１００，０００個／cm²以下であ
るようにしてもよい。

【００３９】さらに、前記基板は、ＺｎＴｅ、ＺｎＳ
ｅ、ＺｎＯの何れかで形成されるようにするとよい。

【００４０】このような構成の本発明に係る光電変換機
能素子は、再結合によるリーク電流を低減することがで
きるので、効率の高い緑色発光を行うことができる。

【００４１】なお、上記ｐｎ接合の界面を挟む両側の発
光領域から発生される光の波長がそれぞれ異なるように
することができる。

【００４２】より具体的には、上記基板がｐ型のＺｎＴ
ｅ、上記拡散源がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ又はこれらを含む合
金である場合に形成されるｐｎ接合の界面を挟んで、上
記拡散源側の発光領域からの光は波長５５０ｎｍ〜７０
０ｎｍの緑色光〜赤色光であり、上記基板側の発光領域
からの光は波長５８０ｎｍ〜７００ｎｍの黄色光〜赤色
光であるようにすることができる。

【００４３】詳細には表１に示す通りである。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）転位密度、ま
たは、１００℃の１０mol％ＮａＯＨ溶液に４分間浸透
することで得られるエッチピット密度が２，０００個／
cm²，８，０００個／cm²，６０，０００個／cm²のｐ型
ＺｎＴｅ基板表面にＡｌ薄膜を真空蒸着し、その後、熱
処理することでｐｎ接合を形成する方法について図１を
参照して説明する。

【００４６】図１は本発明に係る光電変換機能素子とし
ての発光ダイオードの作製過程の概略を示す参考図であ
る。なお、図２は本発明に係る発光ダイオードの概略構
成と発光状況を示す概略図である。

【００４７】基板１としては、キャリア濃度３×１０¹⁷
／cm³のＰをドープしたｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板を用い
た。ポリッシングされた基板１は、アセトンで脱脂した
後に、超純水で洗浄した。その後、基板１は２％のＢｒ
−メタノール溶液で５分間エッチングされ、超純水によ
る洗浄を行った後に、真空蒸着装置に設置した。

【００４８】蒸着装置は、２×１０⁻⁶Torr以下の真空
度まで真空排気し、拡散源２であるＡｌを基板表面に
４，０００Åの厚さで蒸着させた。

【００４９】基板１は、真空装置から取り出され、石英
製の反応管を備え、真空排気可能な拡散炉の均熱帯域に
配置した。

【００５０】拡散炉内部は真空に排気した後、窒素ガス
で置換した。この操作を数回繰りかえした後、窒素ガス
を流した状態で５５０℃，３０分の熱処理を行った。

【００５１】この熱処理により、拡散源としてのＡｌが
基板表面から内部へ拡散されてＡｌ拡散層３が形成さ
れ、ｐｎ接合が形成される。なお、図中、符号４はｐｎ
接合界面を示している。

【００５２】冷却後、当該基板１を取り出し、表面の一
部に保護膜を形成し、表面に残ったＡｌの一部分を残し
てエッチングする。なお、残ったＡｌは表面電極とな
る。その後、その表面をレジストで保護した後、裏面に
電極として金メッキを施して、光電変換機能素子として
の発光ダイオードを作製した。

【００５３】欠陥密度の異なる基板上に作製したそれぞ
れの発光ダイオードに所定の電流を流し、発光特性を比
較した。

【００５４】欠陥密度が、２，０００個／cm²，８，０
００個／cm²の基板に作製した発光ダイオードでは、ｐ
ｎ接合界面４を挟んで、Ａｌ拡散層３側の発光領域ａ１
において緑色から橙色にかけての波長範囲（５５０ｎｍ
〜６３０ｎｍ）で発光Ｌ１が観察された。

【００５５】また、ｐｎ接合界面４を挟んで、基板１側
の発光領域ａ２において黄色から橙色にかけての波長範
囲（５８０ｎｍ〜６３０ｎｍ）で発光Ｌ２が観察され
た。

【００５６】一方、欠陥密度６０，０００個／cm²の基
板上に作製された発光ダイオードからは何れの発光領域
においても発光を確認できなかった。（第２の実施形態）析出物の密度が数個／cm²、４，０
００個／cm²，５０，０００個／cm²，２００，０００個
／cm²のｐ型ＺｎＴｅ基板表面にＡｌ薄膜を真空蒸着
し、その後、熱処理することでｐｎ接合を形成する方法
について以下に説明する。

【００５７】なお、参照図面は前出の図１および図２で
ある。

【００５８】基板１としてキャリア濃度３×１０¹⁷／cm
³のＰをドープしたｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板を用いた。
ポリッシングされた基板１は、アセトンで脱脂した後
に、超純水で洗浄した。

【００５９】その後、基板１は２％のＢｒ−メタノール
溶液で５分間エッチングし、超純水による洗浄を行った
後、真空蒸着装置に設置した。

【００６０】蒸着装置は、２×１０⁻⁶Torr以下の真空
度まで真空排気し、拡散源２であるＡｌを基板表面に
４，０００Åの厚さで蒸着した。

【００６１】その後、当該基板１は、真空装置から取り
出され、石英の反応管を備え、真空排気可能な拡散炉の
均熱帯域に配置した。

【００６２】拡散炉内部は真空に排気した後、窒素ガス
で置換した。この操作を数回繰りかえした後、窒素ガス
を流した状態で５５０℃，３０分の熱処理を行った。こ
の熱処理により、拡散源としてのＡｌが基板表面から２
μｍの深さで内部へ拡散されてＡｌ拡散層３が形成さ
れ、ｐｎ接合が形成される。なお、図中、符号４は基板
表面から２μｍの深さの位置に形成されるｐｎ接合界面
を示している。

【００６３】そして、冷却後、この基板を取り出し、表
面の一部に保護膜を形成し、表面に残ったＡｌの一部分
を残してエッチングする。なお、残ったＡｌは表面電極
となる。その後、その表面をレジストで保護し、裏面に
電極として金をメッキして、発光ダイオードを作製し
た。

【００６４】このようにして析出物の密度の異なる基坂
上に作製したそれぞれの発光ダイオードに電流を流し、
発光特性を比較した。

【００６５】その結果、すべての発光ダイオードで緑色
から黄色にかけての発光が確認された。

【００６６】ｐｎ接合界面４を挟んで、Ａｌ拡散層３側
の発光領域ａ１について、それぞれの発光ダイオードの
電流電圧特性を比較した結果、析出物の密度が、数個／
cm²，４，０００個／cm²，５０，０００個／cm²の基板
に作製した発光ダイオードは、電流が１Ｖから１．２Ｖ
の範囲で急激に立ち上がり、それ以下の電圧ではほとん
ど電流が流れなかった。

【００６７】そして、発光は２Ｖから２．４Ｖの範囲で
始まり、発光効率も約１％と高かった。

【００６８】なお、ｐｎ接合界面４を挟んで、Ａｌ拡散
層３側の発光領域ａ１から発生される発光Ｌ１は、緑色
から橙色にかけての波長範囲（５５０ｎｍ〜６３０ｎ
ｍ）であった。

【００６９】また、ｐｎ接合界面４を挟んで、基板１側
の発光領域ａ２において黄色から橙色にかけての波長範
囲（５８０ｎｍ〜６３０ｎｍ）で発光Ｌ２が観察され
た。

【００７０】一方、析出物の密度が２００，０００／cm
²の基板に作製された発光ダイオードは電圧が０．６V付
近から電流が立ち上がりはじめた。４V電圧を印加した
ときに発光を開始したが、その発光効率は０．０１％と
極めて低かった。（第３の実施形態）析出物の密度が数個／cm²、４，０
００／cm²，１０，０００個／cm²，１００，０００個／
cm²のｐ型ＺｎＴｅ基板表面にＩｎ薄膜を真空蒸着し、
その後、熱処理することでｐｎ接合を形成する方法につ
いて以下に説明する。

【００７１】なお、参照図面は前出の図２の（ｂ）であ
る。

【００７２】基板１としてキャリア濃度３×１０¹⁷／cm
³のＰをドープしたｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板を用いた。
ポリッシングされた基板１は、アセトンで脱脂した後
に、超純水で洗浄した。

【００７３】その後、基板１は２％のＢｒ−メタノール
溶液で５分間エッチングし、超純水による洗浄を行った
後、真空蒸着装置に設置した。

【００７４】蒸着装置は、２×１０⁻⁶Torr以下の真空
度まで真空排気し、拡散源２であるＩｎを基板表面に
４，０００Åの厚さで蒸着した。

【００７５】その後、当該基板１は、真空装置から取り
出され、石英の反応管を備え、真空排気可能な拡散炉の
均熱帯域に配置した。

【００７６】拡散炉内部は真空に排気した後、窒素ガス
で置換した。この操作を数回繰りかえした後、窒素ガス
を流した状態で５５０℃，３０分の熱処理を行った。こ
の熱処理により、拡散源としてのＩｎが基板表面から２
μｍの深さで内部へ拡散されてＩｎ拡散層５が形成さ
れ、ｐｎ接合が形成される。なお、図中、符号６は基板
表面から２μｍの深さの位置に形成されるｐｎ接合界面
を示している。

【００７７】そして、冷却後、この基板を取り出し、表
面の一部に保護膜を形成し、表面に残ったＩｎの一部分
を残してエッチングする。なお、残ったＩｎは表面電極
となる。その後、その表面をレジストで保護し、裏面に
電極として金をメッキして、発光ダイオードを作製し
た。

【００７８】このようにして析出物の密度の異なる基坂
上に作製したそれぞれの発光ダイオードに電流を流し、
発光特性を比較した。

【００７９】その結果、すべての発光ダイオードで緑色
から赤色にかけての発光が確認された。

【００８０】ｐｎ接合界面６を挟んで、Ｉｎ拡散層５側
の発光領域ａ３について、それぞれの発光ダイオードの
電流電圧特性を比較した結果、析出物の密度が、数個／
cm²，８，０００個／cm²，５０，０００個／cm²の基板
に作製した発光ダイオードは、電流が２．１Ｖから２．
５Ｖの範囲で急激に立ち上がり、それ以下の電圧ではほ
とんど電流が流れなかった。

【００８１】そして、発光は２．５Ｖから３．０Ｖの範
囲で始まり、発光効率も約１％と高かった。

【００８２】なお、ｐｎ接合界面６を挟んで、Ｉｎ拡散
層５側の発光領域ａ３から発生される発光Ｌ３は、緑色
から赤色にかけての波長範囲（５５０ｎｍ〜７００ｎ
ｍ）であった。

【００８３】また、ｐｎ接合界面６を挟んで、基板１側
の発光領域ａ４において赤色から橙色にかけての波長範
囲（６１０ｎｍ〜７００ｎｍ）で発光Ｌ４が観察され
た。

【００８４】一方、析出物の密度が１００，０００個／
cm²の基板に作製された発光ダイオードは電圧が０．５
Ｖ付近から電流が立ち上がりはじめた。５V電圧を印加
したときに発光を開始したが、その発光効率は０．０１
％と極めて低かった。（第４の実施形態）析出物の密度が数個／cm²、４，０
００／cm²，１０，０００個／cm²，１００，０００個／
cm²のｐ型ＺｎＴｅ基板表面にＡｌとＩｎの組成を変え
た薄膜を真空蒸着し、その後、熱処理することでｐｎ接
合を形成する方法について以下に説明する。

【００８５】なお、参照図面は前出の図２の（ｂ）と同
様である。

【００８６】基板１としてキャリア濃度３×１０¹⁷／cm
³のＰをドープしたｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板を用いた。
ポリッシングされた基板１は、アセトンで脱脂した後
に、超純水で洗浄した。

【００８７】その後、基板１は２％のＢｒ−メタノール
溶液で５分間エッチングし、超純水による洗浄を行った
後、真空蒸着装置に設置した。

【００８８】蒸着装置は、２×１０⁻⁶Torr以下の真空
度まで真空排気し、拡散源２であるＡｌ−Ｉｎの合金組
成を変えて基板表面に４，０００Åの厚さで蒸着した。

【００８９】その後、当該基板１は、真空装置から取り
出され、石英の反応管を備え、真空排気可能な拡散炉の
均熱帯域に配置した。

【００９０】拡散炉内部は真空に排気した後、窒素ガス
で置換した。この操作を数回繰りかえした後、窒素ガス
を流した状態で５５０℃，３０分の熱処理を行った。こ
の熱処理により、拡散源としてのＡｌ−Ｉｎが基板表面
から２μｍの深さで内部へ拡散されてＡｌ−Ｉｎ拡散層
５が形成され、ｐｎ接合が形成される。なお、図中、符
号６は基板表面から２μｍの深さの位置に形成されるｐ
ｎ接合界面を示している。

【００９１】そして、冷却後、この基板を取り出し、表
面の一部に保護膜を形成し、表面に残ったＡｌ−Ｉｎの
一部分を残してエッチングする。なお、残ったＡｌ−Ｉ
ｎは表面電極となる。その後、その表面をレジストで保
護し、裏面に電極として金をメッキして、発光ダイオー
ドを作製した。

【００９２】このようにしてＡｌ−Ｉｎの組成の異なる
基坂上に作製したそれぞれの発光ダイオードに電流を流
し、発光特性を比較した。

【００９３】その結果、拡散源であるＡｌ−Ｉｎの組成
を変えた発光ダイオードの発光波長は、表面の緑色〜赤
色にかけての５５０〜７００ｎｍの範囲であり、基板面
からの発光波長は、黄色〜赤色にかけての５８０〜７０
０ｎｍの範囲であった。また、基板面からの発光波長
は、黄色と赤色の強度比がＡｌ−Ｉｎの組成によって変
化することが観察された。

【００９４】即ち、Ａｌ組成が高いと黄色の発光強度が
強くなり、Ｉｎ組成が高いと赤色の強度比が大きくなっ
た。それに伴い、色彩輝度計で測定した波長は、黄色〜
赤色まで変化することが分かった。

【００９５】以上のように上記第１〜第４の実施形態に
係る光電変換機能素子としての発光ダイオードは、ｐｎ
接合界面に存在する析出物の数が低いため再結合による
リーク電流が少なく、効率の良い発光を行うことができ
る。

【００９６】なお、ｐ型ＺｎＴｅ基板としては上記実施
形態のようにＰをドープする場合に限られるものではな
く、Ａｓ，Ｓｂ等の１５（５Ｂ）族元素や１１（１Ｂ）
族のＣｕ，Ａｇ，Ａｕ等の元素を添加する場合であって
もよい。

【００９７】また、ｐ型ＺｎＴｅ基板に代えてｎ型Ｚｎ
Ｔｅ基板を用いてもよい。この場合には、１３（３Ｂ）
族のＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ等の元素や、１７（７Ｂ）族のＣ
ｌ，Ｂｒ，Ｉ等の元素を添加することができる。

【００９８】また、基板材料としてはＺｎＴｅに限らず
ＺｎＳｅやＺｎＯを用いることができる。

【００９９】なお、基板１の転位密度については、基板
１を９０℃〜１３０℃の水酸化ナトリウム水溶液でエッ
チングして得られるピットの密度を、転位密度と略同様
に扱うことができ、当該ピットの密度は２０，０００個
／cm²以下であることが望ましい。

【０１００】

【発明の効果】本発明によれば、周期表第１２（２Ｂ）
族元素及び第１６（６Ｂ）族元素からなる化合物半導体
結晶基板を用いる光電変換機能素子において、転位およ
び欠陥密度が低い基板を用いるとともに、当該基板の導
電型とは異なる導電型を示す拡散源の熱拡散により、上
記基板の表面付近にｐｎ接合を形成したので、再結合に
よるリーク電流を低減することができ、発光効率の高い
光電変換機能素子（例えば緑色発光の発光ダイオード）
を安定して得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光電変換機能素子としての発光ダ
イオードの作製過程の概略を示す参考図である。

【図２】本発明に係る発光ダイオードの概略構成と発光
状況を示す概略図である。

【符号の説明】

１基板（ｐ型ＺｎＴｅ単結晶基板）２拡散源（Ａｌ）３Ａｌ拡散層４ｐｎ接合界面５Ｉｎ拡散層６ｐｎ接合界面ａ１〜ａ４発光領域Ｌ１〜Ｌ４光線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周期表第１２（２Ｂ）族元素及び第１６
（６Ｂ）族元素からなる化合物半導体結晶基板を用いる
光電変換機能素子において、転位および欠陥密度が低い基板を用いるとともに、当該基板の導電型とは異なる導電型を示す拡散源の熱拡
散により、上記基板の表面付近にｐｎ接合を形成したこ
とを特徴とする光電変換機能素子。
【請求項２】上記拡散源の導電型は、上記基板の導電型
がｐ型の場合にはｎ型であり、上記基板の導電型がｎ型
の場合にはｐ型であることを特徴とする請求項１記載の
光電変換機能素子。
【請求項３】上記基板の転位密度が２０，０００個／cm
²以下であることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の光電変換機能素子。
【請求項４】上記ｐｎ接合の界面における析出物が５
０，０００個／cm²以下であることを特徴とする請求項
１から請求項３の何れかに記載の光電変換機能素子。
【請求項５】上記基板の転位密度について、当該基板を
９０℃〜１３０℃の水酸化ナトリウム水溶液でエッチン
グして得られるピットの密度が２０，０００個／cm²以
下であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れ
かに記載の光電変換機能素子。
【請求項６】上記基板の転位密度について、光学顕微鏡
の１００〜２００倍の倍率の焦点視野内で観察し得る上
記ｐｎ接合の界面における粒径０．３〜１０μｍの析出
物の密度が１００，０００個／cm²以下であることを特
徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の光電変
換機能素子。
【請求項７】前記基板が、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ
の何れかで形成されていることを特徴とする請求項１か
ら請求項６の何れかに記載の光電変換機能素子。
【請求項８】上記ｐｎ接合の界面を挟む両側の発光領域
から発生される光の波長がそれぞれ異なることを特徴と
する請求項１から請求項７の何れかに記載の光電変換機
能素子。
【請求項９】上記基板がｐ型のＺｎＴｅ、上記拡散源が
Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ又はこれらを含む合金である場合に形
成されるｐｎ接合の界面を挟んで、上記拡散源側の発光
領域から発生される光は波長５５０ｎｍ〜７００ｎｍの
緑色光〜赤色光であり、上記基板側の発光領域から発生
される光は波長５８０ｎｍ〜７００ｎｍの黄色光〜赤色
光であることを特徴とする請求項８記載の光電変換機能
素子。