JPH0344427B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0344427B2 JPH0344427B2 JP59184083A JP18408384A JPH0344427B2 JP H0344427 B2 JPH0344427 B2 JP H0344427B2 JP 59184083 A JP59184083 A JP 59184083A JP 18408384 A JP18408384 A JP 18408384A JP H0344427 B2 JPH0344427 B2 JP H0344427B2
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- JP
- Japan
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- sic
- light
- positive
- semiconductor
- semiconductors
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/826—Materials of the light-emitting regions comprising only Group IV materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、伝導型が同じで、結晶形の異なる
二つの炭化珪素のヘテロ結合を用いた二波長発光
素子に関するものである。
二つの炭化珪素のヘテロ結合を用いた二波長発光
素子に関するものである。
（従来の技術）
従来、半導体発光素子は同一半導体のpn接合、
あるいは金属／絶縁体／半導体（MIS）構造を用
いたものである。これらの場合ｎ層からｐ層への
電子の注入、ｐ層からｎ層への正孔の注入、ある
いは金属から半導体への電子の注入が起り、注入
された電子あるいは正孔が再結合して発光する。
このため、その発光波長は再結合する電子と正孔
とのエネルギー差、即ち半導体の禁制帯幅あるい
はキヤリアトラツプと価電子帯の頂上あるいは伝
導帯の底のエネルギー差で決まる波長の光を放射
する。
あるいは金属／絶縁体／半導体（MIS）構造を用
いたものである。これらの場合ｎ層からｐ層への
電子の注入、ｐ層からｎ層への正孔の注入、ある
いは金属から半導体への電子の注入が起り、注入
された電子あるいは正孔が再結合して発光する。
このため、その発光波長は再結合する電子と正孔
とのエネルギー差、即ち半導体の禁制帯幅あるい
はキヤリアトラツプと価電子帯の頂上あるいは伝
導帯の底のエネルギー差で決まる波長の光を放射
する。
一方、光デイスプレーの応用からは、一つの発
光素子で二波長以上の発光が得られる素子が要求
されている。この目的のため、従来は一つの素子
マウント中に発光波長の異なる二つの発光素子を
近接して並べて埋め込んだり（第７図）一つの結
晶上の別の部分に異なるドーピングをして二つの
発光素子を作製する方法（第８図）が用いられて
きた。
光素子で二波長以上の発光が得られる素子が要求
されている。この目的のため、従来は一つの素子
マウント中に発光波長の異なる二つの発光素子を
近接して並べて埋め込んだり（第７図）一つの結
晶上の別の部分に異なるドーピングをして二つの
発光素子を作製する方法（第８図）が用いられて
きた。
（発明が解消すべき問題点）
しかし、これらの方法では波長によつて発光個
所が異なること、二つの素子であるため小さく出
来ないこと、配線は少なくとも三本を必要とする
ことなどの欠点がある。
所が異なること、二つの素子であるため小さく出
来ないこと、配線は少なくとも三本を必要とする
ことなどの欠点がある。
（問題点を解消するための手段）
そこでこの発明は伝導型が同じで、結晶形の異
なる二つの炭化珪素のヘテロ結合された半導体
と、両半導体に電気的に接続し、両半導体に電圧
の正、負を切換えて印加することが可能な手段と
からなる発光素子を提案するものである。
なる二つの炭化珪素のヘテロ結合された半導体
と、両半導体に電気的に接続し、両半導体に電圧
の正、負を切換えて印加することが可能な手段と
からなる発光素子を提案するものである。
（作用）
第５図は禁制帯幅Ega、Egb（Ega＞Egb）の伝
導型が同じで結晶形の異なる二つのｎ型SiC半導
体ＡとＢをヘテロ接合した場合のエネルギー帯図
である。
導型が同じで結晶形の異なる二つのｎ型SiC半導
体ＡとＢをヘテロ接合した場合のエネルギー帯図
である。
通常ｎ−ｎヘテロ結合では両半導体のバンド不
連続によるバンドのトビ、或はスパイクが生じる
が、SiCヘテロ接合ではそのＩ−Ｖ特性、Ｃ−Ｖ
特性により結合界面に界面準位が形成され、接合
近傍で第５図のようなエネルギー帯の曲りが生
じ、その結果接合に二重シヨツトキー障壁が形成
され、電流−電圧特性は第６図のような曲線とな
る。この場合Ａに正、Ｂに負の電圧を印加する
と、電子はＢからシヨツトキー障壁を越えてＡへ
注入され、半導体Ａ中で正孔と再結合する。この
時、禁制帯幅Ega＝hc／λaに相当する波長λaの
光を放射する。ここで、ｈはプランクの定数、Ｃ
は光速である。一方Ｂに正、Ａに負の電圧を印加
すると、電子はＡからシヨツトキー障壁を越えて
Ｂへ注入され、半導体Ｂ中で正孔と再結合する。
この時、禁制帯幅Egb＝hc／λbに相当する波長
λbの光を放射する。今、Ega＞Egbであるから、
Ａに正電圧を印加した時、短波長λaの光を、Ｂ
に正電圧を印加した時、長波長λbの光を放射す
る。このようにヘテロ接合Ａ／Ｂに印加する電界
の方向によつて波長の異なる光を放射する。
連続によるバンドのトビ、或はスパイクが生じる
が、SiCヘテロ接合ではそのＩ−Ｖ特性、Ｃ−Ｖ
特性により結合界面に界面準位が形成され、接合
近傍で第５図のようなエネルギー帯の曲りが生
じ、その結果接合に二重シヨツトキー障壁が形成
され、電流−電圧特性は第６図のような曲線とな
る。この場合Ａに正、Ｂに負の電圧を印加する
と、電子はＢからシヨツトキー障壁を越えてＡへ
注入され、半導体Ａ中で正孔と再結合する。この
時、禁制帯幅Ega＝hc／λaに相当する波長λaの
光を放射する。ここで、ｈはプランクの定数、Ｃ
は光速である。一方Ｂに正、Ａに負の電圧を印加
すると、電子はＡからシヨツトキー障壁を越えて
Ｂへ注入され、半導体Ｂ中で正孔と再結合する。
この時、禁制帯幅Egb＝hc／λbに相当する波長
λbの光を放射する。今、Ega＞Egbであるから、
Ａに正電圧を印加した時、短波長λaの光を、Ｂ
に正電圧を印加した時、長波長λbの光を放射す
る。このようにヘテロ接合Ａ／Ｂに印加する電界
の方向によつて波長の異なる光を放射する。
ｐ−ｐ接合の場合は、上記の電子の代りに正孔
が注入されるが、やはり印加する電界の方向によ
つて正孔の注入される半導体が変り、その結果、
波長の異なる光を放射する。
が注入されるが、やはり印加する電界の方向によ
つて正孔の注入される半導体が変り、その結果、
波長の異なる光を放射する。
そして、いずれも発光はヘテロ接合界面近傍で
生じる。
生じる。
（実施例）
第１図及び第２図は炭化珪素（SiC）を用いた
本発明の二波長発光素子の二つの実施例を示す。
本発明の二波長発光素子の二つの実施例を示す。
両実施例において、３は6H−SiCの基板、４は
上記基板３の上にホモエピタキシヤル成長させた
6H−SiCの一方の半導体層、５は上記6H−SiC層
上にヘテロエピキシヤル成長させた3C−SiCの他
方の半導体層、１と２は両半導体層４と５に正負
の電圧を切換えて印加するために各半導体層に接
続した電線を示す。
上記基板３の上にホモエピタキシヤル成長させた
6H−SiCの一方の半導体層、５は上記6H−SiC層
上にヘテロエピキシヤル成長させた3C−SiCの他
方の半導体層、１と２は両半導体層４と５に正負
の電圧を切換えて印加するために各半導体層に接
続した電線を示す。
両実施例のｎ−ｎ接合の発光素子は次の様に化
学気相成長法で作製することができる。
学気相成長法で作製することができる。
アチソン法で作製されたｎ型6H−SiC（0001）
面をカーボランダム、ダイヤモンドペーストで研
摩して鏡面にしたものを基板３とし、基板３の表
面の酸化層を弗化水素により除去した後、反応管
中のグラフアイトサセプター上に置く。シラン、
プロパン反応ガス及び水素キヤリアガスを流して
基板温度1750℃で6H−SiCの半導体層４をホモエ
ピタキシヤル成長させる。続いて、基板温度を
1500℃に下げて3C−SiCの半導体層５を6H−SiC
半導体層４上にヘテロエピタキシヤル成長させ
る。6H−SiCの半導体層４の厚さは約1μｍ、3C
−SiC半導体層５の厚さは約5μｍである。6H−
SiC半導体層４上の3C−SiC半導体層５は（0001）
6H（111）3Cとなるような結晶方位でエピタキシ
ヤル成長する。この面方位での格子不整は0.34％
と非常に小さいため、良質のヘテロエピタキシヤ
ル成長が得られる。この6H−SiC半導体層４、
3C−SiC半導体層５は共にノンドープでｎ型であ
り、電子濃度は1017〜1018cm-3である。
面をカーボランダム、ダイヤモンドペーストで研
摩して鏡面にしたものを基板３とし、基板３の表
面の酸化層を弗化水素により除去した後、反応管
中のグラフアイトサセプター上に置く。シラン、
プロパン反応ガス及び水素キヤリアガスを流して
基板温度1750℃で6H−SiCの半導体層４をホモエ
ピタキシヤル成長させる。続いて、基板温度を
1500℃に下げて3C−SiCの半導体層５を6H−SiC
半導体層４上にヘテロエピタキシヤル成長させ
る。6H−SiCの半導体層４の厚さは約1μｍ、3C
−SiC半導体層５の厚さは約5μｍである。6H−
SiC半導体層４上の3C−SiC半導体層５は（0001）
6H（111）3Cとなるような結晶方位でエピタキシ
ヤル成長する。この面方位での格子不整は0.34％
と非常に小さいため、良質のヘテロエピタキシヤ
ル成長が得られる。この6H−SiC半導体層４、
3C−SiC半導体層５は共にノンドープでｎ型であ
り、電子濃度は1017〜1018cm-3である。
基板３と3C−SiC半導体層５の結晶の表面にニ
ツケル６を真空蒸着し、アルゴン中で1050℃にて
５分間焼鈍し、オーミツク接触を得る。次に結晶
を２〜３mm各に切断し、第１図の実施例では3C
−SiC半導体層５に蒸着したニツケル層６でマウ
ント７の表面に固定し、第２図の実施例では積層
面をマウント７の表面に直交させて絶縁性接着剤
８によりマウントの表面に固定する。
ツケル６を真空蒸着し、アルゴン中で1050℃にて
５分間焼鈍し、オーミツク接触を得る。次に結晶
を２〜３mm各に切断し、第１図の実施例では3C
−SiC半導体層５に蒸着したニツケル層６でマウ
ント７の表面に固定し、第２図の実施例では積層
面をマウント７の表面に直交させて絶縁性接着剤
８によりマウントの表面に固定する。
そして、素子に電圧の正負を切換えて印加する
ことができる配線１と２を、第１図の実施例では
配線１を基板３の表面のニツケル層６に、配線２
をニツケル層を介して3C−SiC半導体層５と電気
的に接続したマウント７に結線し、又、第２図の
実施例では配線１を3C−SiC半導体層５の表面の
ニツケル層６に、配線２を基板３の表面のニツケ
ル層６と電気的に接続させたマウント７に結線す
る。
ことができる配線１と２を、第１図の実施例では
配線１を基板３の表面のニツケル層６に、配線２
をニツケル層を介して3C−SiC半導体層５と電気
的に接続したマウント７に結線し、又、第２図の
実施例では配線１を3C−SiC半導体層５の表面の
ニツケル層６に、配線２を基板３の表面のニツケ
ル層６と電気的に接続させたマウント７に結線す
る。
第３図は上記第１図と第２図の発光素子の電流
−電圧特性の例であり、第４図は、室温（Cu冷
却板上）で、試料サイズ１〜２mm角の素子に、次
の電流・電圧条件（１正、２負の場合：45ｍＡ、
25V、１負、２正の場合：115ｍＡ、18V）で電
流を流した時の発光スペクトルである。
−電圧特性の例であり、第４図は、室温（Cu冷
却板上）で、試料サイズ１〜２mm角の素子に、次
の電流・電圧条件（１正、２負の場合：45ｍＡ、
25V、１負、２正の場合：115ｍＡ、18V）で電
流を流した時の発光スペクトルである。
第４図において、ａは各実施例の配線１に正、
配線２に負の電圧を印加した場合のスペクトル
で、波長480nｍにピークを持つ青色の発光が見
られる。これは6H−SiCのバンド間還移に対応す
る。一方、ｂは配線１に負、配線２に正の電圧を
印加した場合のスペクトルであり、680nｍにピ
ークを持つオレンジ色の発光が見られる。これは
3C−SiC中の不純物が関与した発光である。この
ように、１正、２負の場合にほぼ6H−SiCの発光
スペクトル、１負、２正の場合にほぼ3C−SiCの
発光スペクトルに一致するため、それぞれ6H−
SiC、3C−SiC中で主に再結合発光が起つている
ものと思われる。
配線２に負の電圧を印加した場合のスペクトル
で、波長480nｍにピークを持つ青色の発光が見
られる。これは6H−SiCのバンド間還移に対応す
る。一方、ｂは配線１に負、配線２に正の電圧を
印加した場合のスペクトルであり、680nｍにピ
ークを持つオレンジ色の発光が見られる。これは
3C−SiC中の不純物が関与した発光である。この
ように、１正、２負の場合にほぼ6H−SiCの発光
スペクトル、１負、２正の場合にほぼ3C−SiCの
発光スペクトルに一致するため、それぞれ6H−
SiC、3C−SiC中で主に再結合発光が起つている
ものと思われる。
以上はｎ−ｎ接合の一実施例であるが、ｐ−ｐ
接合の場合には基板３にｐ型6H−SiCを使用し、
また6H−SiC、3C−SiC成長中にAl（アルミニウ
ム）、Ｂ（ボロン）或るいはGa（ガリウム）をドー
プしてそれぞれｐ型6H−SiC、ｐ型3C−SiCを成
長させ、電極にはニツケルではなくアルミニウム
−シリコン（89：11）を用いればよい。
接合の場合には基板３にｐ型6H−SiCを使用し、
また6H−SiC、3C−SiC成長中にAl（アルミニウ
ム）、Ｂ（ボロン）或るいはGa（ガリウム）をドー
プしてそれぞれｐ型6H−SiC、ｐ型3C−SiCを成
長させ、電極にはニツケルではなくアルミニウム
−シリコン（89：11）を用いればよい。
（発明の効果）
以上説明したように、この発明は伝導型が同じ
で、結晶形の異なる二つの炭化珪素のヘテロ結合
を用いた発光素子であり、単一のヘテロ結合で電
流の向きを変えることによつて発光の波長を変え
ることができる。これは従来、二波長の発光を得
るために同一マウント内に二つの結晶を埋め込ん
だり、同一結晶中の別の場所に異なるドーピング
をほどこしたものに比べて、単一のヘテロ接合で
二波長の発光が得られるため、発光素子を小さく
することが出来ること、配線が２本ですむという
利点がある。
で、結晶形の異なる二つの炭化珪素のヘテロ結合
を用いた発光素子であり、単一のヘテロ結合で電
流の向きを変えることによつて発光の波長を変え
ることができる。これは従来、二波長の発光を得
るために同一マウント内に二つの結晶を埋め込ん
だり、同一結晶中の別の場所に異なるドーピング
をほどこしたものに比べて、単一のヘテロ接合で
二波長の発光が得られるため、発光素子を小さく
することが出来ること、配線が２本ですむという
利点がある。
第１図はこの発明の発光素子の一実施例の側面
図、第２図は同じくこの発明の発光素子の他の一
実施例の側面図、第３図は上記ｎ−ｎ接合の場合
の第１図と第２図の実施例の電流−電圧特性図、
第４図は同じくその発光スペクトル図、第５図は
ｎ−ｎ型ヘテロ接合のエネルギー帯図、第６図は
同上の電流一電圧特性の模式図、第７図と第８図
は従来の発光素子の側面図である。 図中、１と２は二つの半導体に電圧の正負を切
換えて印加するための配線、４は一方の半導体で
ある6H−SiC成長層、５は上記半導体にヘテロ接
合した他方の半導体である3C−SiC成長層を示
す。
図、第２図は同じくこの発明の発光素子の他の一
実施例の側面図、第３図は上記ｎ−ｎ接合の場合
の第１図と第２図の実施例の電流−電圧特性図、
第４図は同じくその発光スペクトル図、第５図は
ｎ−ｎ型ヘテロ接合のエネルギー帯図、第６図は
同上の電流一電圧特性の模式図、第７図と第８図
は従来の発光素子の側面図である。 図中、１と２は二つの半導体に電圧の正負を切
換えて印加するための配線、４は一方の半導体で
ある6H−SiC成長層、５は上記半導体にヘテロ接
合した他方の半導体である3C−SiC成長層を示
す。
Claims (1)
- １ 伝導型が同じで、結晶形の異なる二つの炭化
珪素のヘテロ結合された半導体と、両半導体に電
気的に接続し、両半導体に電圧の正、負を切換え
て印加することが可能な手段とからなることを特
徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59184083A JPS6163068A (ja) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59184083A JPS6163068A (ja) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6163068A JPS6163068A (ja) | 1986-04-01 |
| JPH0344427B2 true JPH0344427B2 (ja) | 1991-07-05 |
Family
ID=16147096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59184083A Granted JPS6163068A (ja) | 1984-09-03 | 1984-09-03 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6163068A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5326992A (en) * | 1992-07-29 | 1994-07-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Silicon carbide and SiCAlN heterojunction bipolar transistor structures |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5994479A (ja) * | 1982-11-19 | 1984-05-31 | Sanyo Electric Co Ltd | 青色発光素子 |
-
1984
- 1984-09-03 JP JP59184083A patent/JPS6163068A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6163068A (ja) | 1986-04-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |