JPH0456176A - ２―６族間化合物半導体装置 - Google Patents
２―６族間化合物半導体装置Info
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- JPH0456176A JPH0456176A JP2163747A JP16374790A JPH0456176A JP H0456176 A JPH0456176 A JP H0456176A JP 2163747 A JP2163747 A JP 2163747A JP 16374790 A JP16374790 A JP 16374790A JP H0456176 A JPH0456176 A JP H0456176A
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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】
７産業上の利用分野コ
本発明は、ＩＩ−ＶＩ族間化合物半導体装置に関し、特
に高効率な発光を容易に望めるダイオード楕遣：従来技
術〕 第６図および第７図は、…−■族間化合物であるセレン
化亜鉛（ＺｎＳｅ）を用いた青色発光ダイオードの断面
構造を示す。
に高効率な発光を容易に望めるダイオード楕遣：従来技
術〕 第６図および第７図は、…−■族間化合物であるセレン
化亜鉛（ＺｎＳｅ）を用いた青色発光ダイオードの断面
構造を示す。
第６図に示す発光ダイオードは、Ｚｎ５ｅ基板の代用と
してＺｎ５ｅと格子定数が比較的近いカリウムヒ素（Ｇ
ａＡｓ）を基板結晶１０１として用いている。この基板
結晶１０１の上に、ｎ形Ｚｎ５ｅの薄層１０２とｐ形Ｚ
ｎ５ｅの薄層１０３を積層し、ｐｎ接合を実現している
。
してＺｎ５ｅと格子定数が比較的近いカリウムヒ素（Ｇ
ａＡｓ）を基板結晶１０１として用いている。この基板
結晶１０１の上に、ｎ形Ｚｎ５ｅの薄層１０２とｐ形Ｚ
ｎ５ｅの薄層１０３を積層し、ｐｎ接合を実現している
。
第７図に示す発光ダイオードは、バルク状のＺｎ５ｅ結
晶から切り出したノンドー１のＺｎ５ｅ結晶をＺｎ中で
熱処理しあるいはｎ形不純物を拡散してｎ形化したｎ形
結晶層１１１の上にｐ形結晶層１１２を形成した構造を
有する。
晶から切り出したノンドー１のＺｎ５ｅ結晶をＺｎ中で
熱処理しあるいはｎ形不純物を拡散してｎ形化したｎ形
結晶層１１１の上にｐ形結晶層１１２を形成した構造を
有する。
「発明か解決しようとする課題］
第６図において、基板層（ＧａＡｓ ）１０１とその上
の成長層（ＺｎＳｅ）１０２とでは構成元素の異なる結
晶を用いている。そのため、格子不整合による格子欠陥
か発生する。ＧａＡｓとＺｎ５ｅとは格子定数か比較的
近いか、このような格子不整合による格子欠陥の発生は
不可避である。
の成長層（ＺｎＳｅ）１０２とでは構成元素の異なる結
晶を用いている。そのため、格子不整合による格子欠陥
か発生する。ＧａＡｓとＺｎ５ｅとは格子定数か比較的
近いか、このような格子不整合による格子欠陥の発生は
不可避である。
また、基板層１０１から成長層１０２への構成元素の拡
散による変質がある。
散による変質がある。
さらに、基板層１０１を構成する基板結晶の禁制帯幅は
、発光層１０２の結晶の禁制帯幅より小さい、そのため
、発光した光のうち基板層側に向かう光は基板層１０１
に多く吸収される。結果として、高効率な発光タイオー
ドが得られない。
、発光層１０２の結晶の禁制帯幅より小さい、そのため
、発光した光のうち基板層側に向かう光は基板層１０１
に多く吸収される。結果として、高効率な発光タイオー
ドが得られない。
第７図の構造では、ｎ形結晶層１１１が拡散形である場
合、ｐ形結晶層１１２の形成時に、ｎ形結晶層１１１の
構成元素かｐ形結晶層１１２側へ逆拡散する。そのため
ｐ形結晶層１１２が高抵抗化し、高効率な発光ダイオー
ドか得られない。
合、ｐ形結晶層１１２の形成時に、ｎ形結晶層１１１の
構成元素かｐ形結晶層１１２側へ逆拡散する。そのため
ｐ形結晶層１１２が高抵抗化し、高効率な発光ダイオー
ドか得られない。
本発明の目的は、格子欠陥や各層の変質が極めて少なく
、高効率で発光を行うことのできるＵ−■膜間化合物半
導体装置を提供することである。
、高効率で発光を行うことのできるＵ−■膜間化合物半
導体装置を提供することである。
：課題を解決するための手段シ
本発明によれば、ｎ形ｎ −ＶＩ族間化合物半導体から
なる第１Ｎと、該第１層の■−■族間化合物と同一のＩ
Ｉ−ＶＩ族間化合物主成分とし、■族元素を添加しなｎ
形■−■膜間化合物半導体からなる第２層と、該第１層
のＩＩ−ＶＩ族間化合物と同一のＩＩ−ＶＩ族間化合物
を主成分とするｐ形ＩＩ−ＶＩ族間化合物半導体からな
る第３層とを有することを特徴とするＩＩ−ＶＩ族間化
合物半導体装置が提供される。
なる第１Ｎと、該第１層の■−■族間化合物と同一のＩ
Ｉ−ＶＩ族間化合物主成分とし、■族元素を添加しなｎ
形■−■膜間化合物半導体からなる第２層と、該第１層
のＩＩ−ＶＩ族間化合物と同一のＩＩ−ＶＩ族間化合物
を主成分とするｐ形ＩＩ−ＶＩ族間化合物半導体からな
る第３層とを有することを特徴とするＩＩ−ＶＩ族間化
合物半導体装置が提供される。
１作 用コ
第１層と第２層とは同一の■−■族間化合物を用いたｎ
形１ｌ−ＶＩ族間化合物半導体であるので、格子不整合
による格子欠陥の発生か極力抑えられる。同様にヘテロ
構造の場合と較べて、第１層から第２層への構成元素の
拡散による変質も極力抑えられる。
形１ｌ−ＶＩ族間化合物半導体であるので、格子不整合
による格子欠陥の発生か極力抑えられる。同様にヘテロ
構造の場合と較べて、第１層から第２層への構成元素の
拡散による変質も極力抑えられる。
各層は同一のＩＩ−ＶＩ族間化合物を用いているので、
各層の禁制帯幅は同一である。そのため、基板層である
第１層における発光した光の吸収が抑えられ、高効率な
発光タイオードが得られる。
各層の禁制帯幅は同一である。そのため、基板層である
第１層における発光した光の吸収が抑えられ、高効率な
発光タイオードが得られる。
第２層は■族元素を添加した結晶を用いているので、こ
の上の第３層であるｐ形半導体層へのｎ形ドーパントの
拡散か減少する。したがって、ｐｎ界面における高抵抗
層の形成が防止できる。
の上の第３層であるｐ形半導体層へのｎ形ドーパントの
拡散か減少する。したがって、ｐｎ界面における高抵抗
層の形成が防止できる。
３実施例］
本発明における具体的な実施例として、ｎ−ＶＩ族化合
物半導体であるＺｎ５ｅを例にとり、以下説明する。
物半導体であるＺｎ５ｅを例にとり、以下説明する。
第１図は、本発明に係るＩＩ−ＶＩ族間化合物半導体装
置である発光ダイオードの断面構造を示す。
置である発光ダイオードの断面構造を示す。
■族元素を添加したｎ形Ｚｎ５ｅ層（第１層）１上に■
族元素を添加したｎ形Ｚｎ５ｅ層（第２層）２を形成し
、その後、Ｉａ族元素を添加したｐ形Ｚｎ５ｅ層（第３
層）３を形成している。
族元素を添加したｎ形Ｚｎ５ｅ層（第２層）２を形成し
、その後、Ｉａ族元素を添加したｐ形Ｚｎ５ｅ層（第３
層）３を形成している。
第２層としてｎ形の低抵抗結晶を得るなめには、例えば
以下のようにする。溶媒としてＺｎを用い、この溶媒中
に適当量の不純物である■族元素を添加する。温度差を
付けた溶媒の高温側に原料結晶を置き、低温側に基板結
晶（第１層）−を置く、これにより、飽和溶解度の高い
高温／Ｆｌ（原料結晶部分）から飽和溶解度の低い低温
側（基板結晶部分）に向かって濃度勾配による溶質の流
れか生じ、溶けた結晶材料の拡散が起こる。そして、原
料結晶か基板上にエピタキシャル成長し、第２層が形成
される。
以下のようにする。溶媒としてＺｎを用い、この溶媒中
に適当量の不純物である■族元素を添加する。温度差を
付けた溶媒の高温側に原料結晶を置き、低温側に基板結
晶（第１層）−を置く、これにより、飽和溶解度の高い
高温／Ｆｌ（原料結晶部分）から飽和溶解度の低い低温
側（基板結晶部分）に向かって濃度勾配による溶質の流
れか生じ、溶けた結晶材料の拡散が起こる。そして、原
料結晶か基板上にエピタキシャル成長し、第２層が形成
される。
第２図に、■族元素の代りに■族元素を用いて形成した
結晶の電気的特性を示す。第３図に、■族元素を用いて
形成した結晶の電気的特性を示す。
結晶の電気的特性を示す。第３図に、■族元素を用いて
形成した結晶の電気的特性を示す。
第２図から分かるように、■族元素（Ｇａ。
Ｉｎ）を添加した結晶では、不純物の添加量が１０−２
ｍｏ１％以上で、キャリア密度が１０１７ｃ１１−３以
上となる。しかし、任意のキャリア密度を得ることは容
易ではない、第３図から分かるように、■族元素（Ｂｒ
、Ｉ）を添加した結晶では、不純物の添加量か１０−６
ｍｏ１％以上で、キャリア密度か１０１７ｃｎ−３とな
る。添加量は■族元素の場合、非常に少ない、添加量お
よび不純物の種類を適当に選択することにより、キャリ
ア密度を１０１８ｃｍ３近傍とすることら可能である。
ｍｏ１％以上で、キャリア密度が１０１７ｃ１１−３以
上となる。しかし、任意のキャリア密度を得ることは容
易ではない、第３図から分かるように、■族元素（Ｂｒ
、Ｉ）を添加した結晶では、不純物の添加量か１０−６
ｍｏ１％以上で、キャリア密度か１０１７ｃｎ−３とな
る。添加量は■族元素の場合、非常に少ない、添加量お
よび不純物の種類を適当に選択することにより、キャリ
ア密度を１０１８ｃｍ３近傍とすることら可能である。
第４図に、■族元素（Ｇａ）を添加した結晶と■族元素
（１）を添加した結晶の深さ方向の不純物密度を示す、
これは、ランド−１基板上にエピタキシャル成長させた
結晶について測定した結果である。同図によれば、■族
元素であるＧａの基板側の不純物密度は、ｙＨ族元素で
ある■の基板側の不純物密度に比べて非常に高い。これ
は、■族元素であるＧａの基板側への拡散が非常に大き
いことを示している。また、■族元素である■の基板側
への拡散はＧａに比べて非常に低い、他の■族元素およ
び■族元素についても同機の傾向を示す。
（１）を添加した結晶の深さ方向の不純物密度を示す、
これは、ランド−１基板上にエピタキシャル成長させた
結晶について測定した結果である。同図によれば、■族
元素であるＧａの基板側の不純物密度は、ｙＨ族元素で
ある■の基板側の不純物密度に比べて非常に高い。これ
は、■族元素であるＧａの基板側への拡散が非常に大き
いことを示している。また、■族元素である■の基板側
への拡散はＧａに比べて非常に低い、他の■族元素およ
び■族元素についても同機の傾向を示す。
このように■族元素は熱的に不安定である６すなわち、
■族元素を不純物として添加したｎ形半導体層の上にｐ
形半導体層を積層するときには、ｎ形半導体層の■族元
素がｐ形半導体層側へ拡散してしまう、ｐ形半導体層に
おいては、拡散しなｎ形不純物かアクセプタを補償する
なめに、ｎρ界面近傍の２層が高抵抗ｊとする。そのな
め、効率の低下を招きデバイス上非常に問題となる。こ
れに対し、■族元素はこのようなことかない。
■族元素を不純物として添加したｎ形半導体層の上にｐ
形半導体層を積層するときには、ｎ形半導体層の■族元
素がｐ形半導体層側へ拡散してしまう、ｐ形半導体層に
おいては、拡散しなｎ形不純物かアクセプタを補償する
なめに、ｎρ界面近傍の２層が高抵抗ｊとする。そのな
め、効率の低下を招きデバイス上非常に問題となる。こ
れに対し、■族元素はこのようなことかない。
第５図は、■族元素のＡｇ、Ｌｉ、ＲｂあるいはＶ族元
素のＰをそれぞれ添加１．７’、、： Ｚ ｎ Ｓ ｅ
結晶のフォトルミネセンススペクトルを示す、横軸は発
光波長、縦軸は任意単位の発光強度を示す、なお、縦軸
のスゲールは図中表示の数値倍して読むものとする。サ
ンプルは５°Ｃ／ＣＩの温度勾配で、成長温度５５０℃
で成長した。これらの図から分るように、Ｉａ族元素で
あるＬｉ、Ｒｂを添加した場合は、ＤＡＰや束縛された
中性アクセプタに起因した１１ピークが観測される。Ｉ
ｂ族元素のＡｇを添加した時は、５５０ｎｍ付近にピー
クを持つディープ発光か観察される。したかって、Ｉｂ
族元素を添加した結晶をＰ形半導体層（第３層）として
も、色純度の優れた青色発光は離しい、また、Ｖ族とし
てｚｎＰ２を添加した場合は、束縛された中性ドナーに
起因した■２ピークか観察され浅いアクセプタの形成か
成されていない、したかって、ｐ型ドーパントとして働
き得ないと考えられる。
素のＰをそれぞれ添加１．７’、、： Ｚ ｎ Ｓ ｅ
結晶のフォトルミネセンススペクトルを示す、横軸は発
光波長、縦軸は任意単位の発光強度を示す、なお、縦軸
のスゲールは図中表示の数値倍して読むものとする。サ
ンプルは５°Ｃ／ＣＩの温度勾配で、成長温度５５０℃
で成長した。これらの図から分るように、Ｉａ族元素で
あるＬｉ、Ｒｂを添加した場合は、ＤＡＰや束縛された
中性アクセプタに起因した１１ピークが観測される。Ｉ
ｂ族元素のＡｇを添加した時は、５５０ｎｍ付近にピー
クを持つディープ発光か観察される。したかって、Ｉｂ
族元素を添加した結晶をＰ形半導体層（第３層）として
も、色純度の優れた青色発光は離しい、また、Ｖ族とし
てｚｎＰ２を添加した場合は、束縛された中性ドナーに
起因した■２ピークか観察され浅いアクセプタの形成か
成されていない、したかって、ｐ型ドーパントとして働
き得ないと考えられる。
以上説明したように、第２層としてＶＩ族元素を添加し
たｎ形■−■膜間化合物半導体を用いれば、第２層のキ
ャリア密度が１０１８ｃｌ−３近傍に至るような結晶層
までも形成することかでき、電気的な制御範囲も広がる
。
たｎ形■−■膜間化合物半導体を用いれば、第２層のキ
ャリア密度が１０１８ｃｌ−３近傍に至るような結晶層
までも形成することかでき、電気的な制御範囲も広がる
。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改
良、組合わせなどが可能なことは当業者に自明であろう
。
らに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改
良、組合わせなどが可能なことは当業者に自明であろう
。
ε発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば、半導体装置を構
成する各層を同一物質の結晶（ＩＩ−ＶＩ族間化合物）
を用いて構成しているので、格子不整合による格子欠陥
の発生が抑えられる。まな、各層の変質も極めて少なく
なる。各層の禁制帯幅は同一となるので、発光した光の
うち基板側で反射してきた光もある程度吸収されずに半
導体装１前面から出てくる。したがって、発光効率が上
がる。
成する各層を同一物質の結晶（ＩＩ−ＶＩ族間化合物）
を用いて構成しているので、格子不整合による格子欠陥
の発生が抑えられる。まな、各層の変質も極めて少なく
なる。各層の禁制帯幅は同一となるので、発光した光の
うち基板側で反射してきた光もある程度吸収されずに半
導体装１前面から出てくる。したがって、発光効率が上
がる。
ｐｎ接合面に対し第２層としてＶ′Ｊ族添加結晶を用い
ているので、第３層のｐ形半導体層へのｎ形ドーパント
の拡散か減少する。したかって、ｐｎ界面近傍において
高抵抗層の形成が防止できる６また、キャリア密度を１
０１８ｃｎ−３近傍まで広範囲に選択できる。したがっ
て、電気的制御範囲が広がり高輝度化および高効率化を
図ることができる。
ているので、第３層のｐ形半導体層へのｎ形ドーパント
の拡散か減少する。したかって、ｐｎ界面近傍において
高抵抗層の形成が防止できる６また、キャリア密度を１
０１８ｃｎ−３近傍まで広範囲に選択できる。したがっ
て、電気的制御範囲が広がり高輝度化および高効率化を
図ることができる。
第１図は、本発明の半導体装置（発光ダイオード）の断
面図、 第２図は、■族元素を添加した結晶の電気的特性を示す
グラフ、 第３図は、■族元素を添加した結晶の電気的特性を示す
グラフ、 第４図は、■族元素を添加した結晶と■族元素を添加し
た結晶の深さ方向の不純物密度を示すグラフ、 第５図は、Ｉ族元素のＡｇ、Ｌｉ、ＲｂあるいはＶ族元
素のＰをそれぞれ添加したＺｎ５ｅ結晶のフォトルミネ
セントスペクトルを示すグラフ、第６図および第７図は
、Ｚｎ５ｅを用いた従来の発光タイオードの断面図であ
る。 図において、 ■族元素を添加した ｎ形Ｚｎ５ｅ層（第１層） Ｖｍ族元素を添加した ｎ形Ｚｎ５ｅ層（第２層） Ｉａ族元素を添加した ｐ形Ｚｎ５ｅ層（第３層） 特許出願人 スタンレー電気株式会社代 理 人 弁
理士 高橋敬四部 第４図 添加量（ｍｏ１９．。） 第２図 添加量（ｍ０１九） 第３図 第５図
面図、 第２図は、■族元素を添加した結晶の電気的特性を示す
グラフ、 第３図は、■族元素を添加した結晶の電気的特性を示す
グラフ、 第４図は、■族元素を添加した結晶と■族元素を添加し
た結晶の深さ方向の不純物密度を示すグラフ、 第５図は、Ｉ族元素のＡｇ、Ｌｉ、ＲｂあるいはＶ族元
素のＰをそれぞれ添加したＺｎ５ｅ結晶のフォトルミネ
セントスペクトルを示すグラフ、第６図および第７図は
、Ｚｎ５ｅを用いた従来の発光タイオードの断面図であ
る。 図において、 ■族元素を添加した ｎ形Ｚｎ５ｅ層（第１層） Ｖｍ族元素を添加した ｎ形Ｚｎ５ｅ層（第２層） Ｉａ族元素を添加した ｐ形Ｚｎ５ｅ層（第３層） 特許出願人 スタンレー電気株式会社代 理 人 弁
理士 高橋敬四部 第４図 添加量（ｍｏ１９．。） 第２図 添加量（ｍ０１九） 第３図 第５図
Claims (1)
- （１）、ｎ形II−VI族間化合物半導体からなる第１層と
、 該第１層のII−VI族間化合物と同一のII−VI族間化合物
を主成分とし、VII族元素を添加したｎ形II−VI族間化
合物半導体からなる第２層と、該第１層のII−VI族間化
合物と同一のII−VI族間化合物を主成分とするｐ形II−
VI族間化合物半導体からなる第３層と を有することを特徴とするII−VI族間化合物半導体装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2163747A JPH0456176A (ja) | 1990-06-21 | 1990-06-21 | ２―６族間化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2163747A JPH0456176A (ja) | 1990-06-21 | 1990-06-21 | ２―６族間化合物半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0456176A true JPH0456176A (ja) | 1992-02-24 |
Family
ID=15779923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2163747A Pending JPH0456176A (ja) | 1990-06-21 | 1990-06-21 | ２―６族間化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0456176A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63213378A (ja) * | 1987-03-02 | 1988-09-06 | Toshiba Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| JPH0268968A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-08 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
-
1990
- 1990-06-21 JP JP2163747A patent/JPH0456176A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63213378A (ja) * | 1987-03-02 | 1988-09-06 | Toshiba Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| JPH0268968A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-08 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
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