JPH0548147A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0548147A JPH0548147A JP29692591A JP29692591A JPH0548147A JP H0548147 A JPH0548147 A JP H0548147A JP 29692591 A JP29692591 A JP 29692591A JP 29692591 A JP29692591 A JP 29692591A JP H0548147 A JPH0548147 A JP H0548147A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発
光素子に関するものである。特に新奇の化合物を用い
た、青色から紫外域の波長まで発光可能な半導体発光素
子を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4層２
とｐ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4層３を成長させp-n接合をもつ半
導体発光素子とする。
光素子に関するものである。特に新奇の化合物を用い
た、青色から紫外域の波長まで発光可能な半導体発光素
子を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4層２
とｐ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4層３を成長させp-n接合をもつ半
導体発光素子とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオードや半導
体レーザ等の半導体発光素子において、特に、青色から
紫外域の波長まで発光（発振）可能な半導体発光素子に
関するものである。
体レーザ等の半導体発光素子において、特に、青色から
紫外域の波長まで発光（発振）可能な半導体発光素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】有力な発光部品である発光ダイオードに
おいて、ＡｌＧａＡｓを用いた赤色ＬＥＤ、ＧａＰを用
いた緑色ＬＥＤが主に表示デバイスとして広く使用され
ている。現在、多色化等の意味から実用化レベルの青色
ＬＥＤの実現が切望されている状況にあるが、まだ得ら
れていない。一方、半導体レーザにおいては、III-V族
化合物半導体であるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた半
導体レーザがすでに実用化されており、光デイスクの信
号ピックアップ用として使用されている。ここで、信号
ピックアップ用の半導体レーザの発振波長を短くすれば
デイスクに記憶可能な情報量を増加させることができ、
光デイスクの情報処理能力を高めることが可能となる。
また、レーザプリンタの分野においてもレーザ発振波長
を短くすれば、感光体の感度を向上させてプリント速度
を増大させることができる。このように、情報処理機器
および民生機器の性能向上のために、半導体レーザの発
振波長を短くすることが必要となっている。現在までの
ところ、最短波長の半導体レーザはＡｌＧａＩｎＰを用
いた発振波長域５８０〜６９０ｎｍの赤色から黄色にわ
たるものである。このような状況の中、青色半導体発光
素子を得るために、禁制帯幅の大きな材料であるＺｎ
（ＳＳｅ）について研究が行われているが、ｐ型伝導制
御の困難性のためにまだ実現されていない。
おいて、ＡｌＧａＡｓを用いた赤色ＬＥＤ、ＧａＰを用
いた緑色ＬＥＤが主に表示デバイスとして広く使用され
ている。現在、多色化等の意味から実用化レベルの青色
ＬＥＤの実現が切望されている状況にあるが、まだ得ら
れていない。一方、半導体レーザにおいては、III-V族
化合物半導体であるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた半
導体レーザがすでに実用化されており、光デイスクの信
号ピックアップ用として使用されている。ここで、信号
ピックアップ用の半導体レーザの発振波長を短くすれば
デイスクに記憶可能な情報量を増加させることができ、
光デイスクの情報処理能力を高めることが可能となる。
また、レーザプリンタの分野においてもレーザ発振波長
を短くすれば、感光体の感度を向上させてプリント速度
を増大させることができる。このように、情報処理機器
および民生機器の性能向上のために、半導体レーザの発
振波長を短くすることが必要となっている。現在までの
ところ、最短波長の半導体レーザはＡｌＧａＩｎＰを用
いた発振波長域５８０〜６９０ｎｍの赤色から黄色にわ
たるものである。このような状況の中、青色半導体発光
素子を得るために、禁制帯幅の大きな材料であるＺｎ
（ＳＳｅ）について研究が行われているが、ｐ型伝導制
御の困難性のためにまだ実現されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】高輝度の青色ＬＥＤの
作製が切望されているが、まだ実現されていない。ま
た、半導体レーザにおいては、これを光デイスク、レー
ザプリンタ等の情報処理機器に利用する場合、情報処理
能力をより高めるためには、できるだけ半導体レーザの
発振波長を短くする必要がある。しかしながら、従来の
III-V族半導体を用いた半導体レーザでは青色領域まで
の発振波長を得ることは不可能で、II-VI族半導体では
伝導制御の困難性のために青色から紫外域にわたる発振
が得られていない。このため、青色から紫外域にわたる
波長で発振する半導体レーザの実現が強く要望されてい
る。
作製が切望されているが、まだ実現されていない。ま
た、半導体レーザにおいては、これを光デイスク、レー
ザプリンタ等の情報処理機器に利用する場合、情報処理
能力をより高めるためには、できるだけ半導体レーザの
発振波長を短くする必要がある。しかしながら、従来の
III-V族半導体を用いた半導体レーザでは青色領域まで
の発振波長を得ることは不可能で、II-VI族半導体では
伝導制御の困難性のために青色から紫外域にわたる発振
が得られていない。このため、青色から紫外域にわたる
波長で発振する半導体レーザの実現が強く要望されてい
る。
【０００４】本発明はかかる点に鑑み、青色から紫外域
の波長まで発光（発振）可能な半導体発光素子を提供す
ることを目的とする。
の波長まで発光（発振）可能な半導体発光素子を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題点
を解決するために、まだ知られていない新奇のワイドギ
ャップ化合物半導体であるＣｕ５０ａｔ％−Ａｌ１０ａ
ｔ％−Ｓｅ４０ａｔ％組成のＣｕ5ＡｌＳｅ4化合物を発
見した。また、当化合物の安定化がＡｇ置換によって達
成されることを発見し、実用的な物質であることを見い
だした。また、Ａｌ元素を他のシ族元素で置換すること
が可能で、バンドギャップを赤外から紫外まで取り得る
ことを見いだし、発光（発振）波長の選択幅を広くとれ
ることがわかった。また、Ｓｅ元素をＳあるいはＴｅ置
換すると、発光強度の増大が計られることが見いださ
れ、高輝度化に有効であることが発見された。さらに、
いずれの化合物もｐ型伝導制御、ｎ型伝導制御が達成可
能で、これらのｐ型化合物、ｎ型化合物を用いたｐｎ接
合型半導体発光素子が可能であることがわかった。
を解決するために、まだ知られていない新奇のワイドギ
ャップ化合物半導体であるＣｕ５０ａｔ％−Ａｌ１０ａ
ｔ％−Ｓｅ４０ａｔ％組成のＣｕ5ＡｌＳｅ4化合物を発
見した。また、当化合物の安定化がＡｇ置換によって達
成されることを発見し、実用的な物質であることを見い
だした。また、Ａｌ元素を他のシ族元素で置換すること
が可能で、バンドギャップを赤外から紫外まで取り得る
ことを見いだし、発光（発振）波長の選択幅を広くとれ
ることがわかった。また、Ｓｅ元素をＳあるいはＴｅ置
換すると、発光強度の増大が計られることが見いださ
れ、高輝度化に有効であることが発見された。さらに、
いずれの化合物もｐ型伝導制御、ｎ型伝導制御が達成可
能で、これらのｐ型化合物、ｎ型化合物を用いたｐｎ接
合型半導体発光素子が可能であることがわかった。
【０００６】
【作用】Ｃｕ５０ａｔ％、Ａｌ１０ａｔ％、Ｓｅ４０ａ
ｔ％組成のＣｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体のバンドギャッ
プは３．３ｅＶであり、Ｃｕ元素をＡｇで置換すること
によりバンドギャップは３．５ｅＶへと変化する。Ａｇ
置換化合物は長期に亘って安定である。上記化合物のＡ
ｌ元素をＧａ、Ｉｎ、Ｔｌで置換した場合、そのバンド
ギャップはＣｕ−（ＡｌＧａ）−Ｓｅ系が２．３〜３．
３ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＩｎ）−Ｓｅ系が１．７〜３．３
ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＴｌ）−Ｓｅ系が１．１〜３．３ｅ
Ｖの範囲となり、また、Ａｇ−（ＡｌＧａ）−Ｓｅ系が
２．５〜３．５ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＩｎ）−Ｓｅ系が
１．９〜３．５ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＴｌ）−Ｓｅ系が
１．３〜３．５ｅＶの範囲となる。このように、シ族元
素の置換はバンドギャップを赤外から紫外まで変化させ
ることができる。次に、Ｓｅ元素をＳもしくはＴｅ置換
すると発光強度が増大する。Ｃｕ５０ａｔ％、Ａｌ１０
ａｔ％、Ｓ４０ａｔ％組成のＣｕ5ＡｌＳ4化合物半導体
のバンドギャップは４．０ｅＶであり、Ｃｕ元素をＡｇ
で置換することによりバンドギャップは４．２ｅＶへと
変化する。上記化合物のＡｌ元素をＧａ、Ｉｎ、Ｔｌで
置換した場合、そのバンドギャップはＣｕ−（ＡｌＧ
ａ）−Ｓ系が３．０〜４．０ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＩｎ）
−Ｓ系が２．１〜４．０ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＴｌ）−Ｓ
系が１．２〜４．０ｅＶの範囲となり、また、Ａｇ−
（ＡｌＧａ）−Ｓ系が３．２〜４．２ｅＶ、Ａｇ−（Ａ
ｌＩｎ）−Ｓ系が２．３〜４．２ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＴ
ｌ）−Ｓ系が１．４〜４．２ｅＶの範囲となる。また、
Ｃｕ５０ａｔ％、Ａｌ１０ａｔ％、Ｔｅ４０ａｔ％組成
のＣｕ5ＡｌＴｅ4化合物半導体のバンドギャップは２．
５ｅＶであり、Ｃｕ元素をＡｇで置換することによりバ
ンドギャップは２．７ｅＶへと変化する。上記化合物の
Ａｌ元素をＧａ、Ｉｎ、Ｔｌで置換した場合、そのバン
ドギャップはＣｕ−（ＡｌＧａ）−Ｔｅ系が１．５〜
２．５ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＩｎ）−Ｔｅ系が１．１〜
２．５ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＴｌ）−Ｔｅ系が１．０〜
２．５ｅＶの範囲となり、また、Ａｇ−（ＡｌＧａ）−
Ｔｅ系が１．７〜２．７ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＩｎ）−Ｔ
ｅ系が１．３〜２．７ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＴｌ）−Ｔｅ
系が１．２〜２．７ｅＶの範囲となる。以上、いずれの
化合物半導体もｐ型伝導制御、ｎ型伝導制御が可能であ
る。したがって、これらのｐ型化合物、ｎ型化合物を用
いることにより、ｐｎ接合型発光素子を得ることができ
る。発光（振）波長は用いる化合物半導体のバンドギャ
ップに依存し、３００〜１２００ｎｍの広範囲が可能で
あるが、応用面で青色から紫外域の波長まで発光（振）
可能な半導体発光素子が重要であることから、本発明は
特に、青色から紫外域の波長の発光素子ということで特
徴づけを行っている。上記ｐｎ接合型発光素子によっ
て、発光ダイオードの多色化、光デスクの情報処理量の
増大、レーザプリンタの高速化が可能となり、情報処理
機器、民生機器の大幅な性能向上が達成される。
ｔ％組成のＣｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体のバンドギャッ
プは３．３ｅＶであり、Ｃｕ元素をＡｇで置換すること
によりバンドギャップは３．５ｅＶへと変化する。Ａｇ
置換化合物は長期に亘って安定である。上記化合物のＡ
ｌ元素をＧａ、Ｉｎ、Ｔｌで置換した場合、そのバンド
ギャップはＣｕ−（ＡｌＧａ）−Ｓｅ系が２．３〜３．
３ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＩｎ）−Ｓｅ系が１．７〜３．３
ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＴｌ）−Ｓｅ系が１．１〜３．３ｅ
Ｖの範囲となり、また、Ａｇ−（ＡｌＧａ）−Ｓｅ系が
２．５〜３．５ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＩｎ）−Ｓｅ系が
１．９〜３．５ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＴｌ）−Ｓｅ系が
１．３〜３．５ｅＶの範囲となる。このように、シ族元
素の置換はバンドギャップを赤外から紫外まで変化させ
ることができる。次に、Ｓｅ元素をＳもしくはＴｅ置換
すると発光強度が増大する。Ｃｕ５０ａｔ％、Ａｌ１０
ａｔ％、Ｓ４０ａｔ％組成のＣｕ5ＡｌＳ4化合物半導体
のバンドギャップは４．０ｅＶであり、Ｃｕ元素をＡｇ
で置換することによりバンドギャップは４．２ｅＶへと
変化する。上記化合物のＡｌ元素をＧａ、Ｉｎ、Ｔｌで
置換した場合、そのバンドギャップはＣｕ−（ＡｌＧ
ａ）−Ｓ系が３．０〜４．０ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＩｎ）
−Ｓ系が２．１〜４．０ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＴｌ）−Ｓ
系が１．２〜４．０ｅＶの範囲となり、また、Ａｇ−
（ＡｌＧａ）−Ｓ系が３．２〜４．２ｅＶ、Ａｇ−（Ａ
ｌＩｎ）−Ｓ系が２．３〜４．２ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＴ
ｌ）−Ｓ系が１．４〜４．２ｅＶの範囲となる。また、
Ｃｕ５０ａｔ％、Ａｌ１０ａｔ％、Ｔｅ４０ａｔ％組成
のＣｕ5ＡｌＴｅ4化合物半導体のバンドギャップは２．
５ｅＶであり、Ｃｕ元素をＡｇで置換することによりバ
ンドギャップは２．７ｅＶへと変化する。上記化合物の
Ａｌ元素をＧａ、Ｉｎ、Ｔｌで置換した場合、そのバン
ドギャップはＣｕ−（ＡｌＧａ）−Ｔｅ系が１．５〜
２．５ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＩｎ）−Ｔｅ系が１．１〜
２．５ｅＶ、Ｃｕ−（ＡｌＴｌ）−Ｔｅ系が１．０〜
２．５ｅＶの範囲となり、また、Ａｇ−（ＡｌＧａ）−
Ｔｅ系が１．７〜２．７ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＩｎ）−Ｔ
ｅ系が１．３〜２．７ｅＶ、Ａｇ−（ＡｌＴｌ）−Ｔｅ
系が１．２〜２．７ｅＶの範囲となる。以上、いずれの
化合物半導体もｐ型伝導制御、ｎ型伝導制御が可能であ
る。したがって、これらのｐ型化合物、ｎ型化合物を用
いることにより、ｐｎ接合型発光素子を得ることができ
る。発光（振）波長は用いる化合物半導体のバンドギャ
ップに依存し、３００〜１２００ｎｍの広範囲が可能で
あるが、応用面で青色から紫外域の波長まで発光（振）
可能な半導体発光素子が重要であることから、本発明は
特に、青色から紫外域の波長の発光素子ということで特
徴づけを行っている。上記ｐｎ接合型発光素子によっ
て、発光ダイオードの多色化、光デスクの情報処理量の
増大、レーザプリンタの高速化が可能となり、情報処理
機器、民生機器の大幅な性能向上が達成される。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例における半導体
発光素子の構成図である。本発明で用いる化合物半導体
層は従来には知られていないＣｕ４０ａｔ％、Ａｌ１０
ａｔ％、Ｓｅ４０ａｔ％組成の新奇のＣｕ5ＡｌＳｅ4化
合物半導体である。この組成値は厳密にこれらの値を取
るのではなく、それぞれの元素に関してある程度の固溶
限を持つ。図１において図中１はｎ型ＧａＡｓ基板であ
り、基板１上にｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体層２お
よびｐ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体層３が成長形成さ
れている。図中４はｐ型電極としてのＩｎ−Ｇａ電極で
あり、５はｎ型電極としてのＡｕ−Ｇｅ電極である。ｎ
型層、ｐ型層の禁制帯幅は３．３ｅＶである。当発光ダ
イオードをＭＢＥ法で作製した。ｎ型ＧａＡｓ基板１を
６００℃に加熱し、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｅをソース材として
各Ｋセル温度をＣｕ１１００℃、Ａｌ１１００℃、Ｓｅ
２１０℃に設定して、厚み１μｍのｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4
化合物半導体層２を成長させた。基板のｎ型化は、Ｚｎ
ソース材を用いてＫセル温度１９０℃の設定で成長中ド
ーピングを行い、この方法で１０19／ｃｍ3ドープ量の
ｎ型化薄膜を得た。次に、同一条件のままＺｎソースの
シャッタ−を閉じた状態で、Ａｓドープのｐ型Ｃｕ5Ａ
ｌＳｅ4化合物半導体層３を成長させた。この薄膜で
は、ｐ型化はＡｓドープによって達成され、ドープ量は
１０18／ｃｍ3である。作製した発光ダイオードに電流
を流して電流−電圧特性を評価したところ、順方向電流
４０ｍＡで光度１００ｍｃｄの発光中心波長４５０ｎｍ
の青色発光ダイオードが得られた。
発光素子の構成図である。本発明で用いる化合物半導体
層は従来には知られていないＣｕ４０ａｔ％、Ａｌ１０
ａｔ％、Ｓｅ４０ａｔ％組成の新奇のＣｕ5ＡｌＳｅ4化
合物半導体である。この組成値は厳密にこれらの値を取
るのではなく、それぞれの元素に関してある程度の固溶
限を持つ。図１において図中１はｎ型ＧａＡｓ基板であ
り、基板１上にｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体層２お
よびｐ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体層３が成長形成さ
れている。図中４はｐ型電極としてのＩｎ−Ｇａ電極で
あり、５はｎ型電極としてのＡｕ−Ｇｅ電極である。ｎ
型層、ｐ型層の禁制帯幅は３．３ｅＶである。当発光ダ
イオードをＭＢＥ法で作製した。ｎ型ＧａＡｓ基板１を
６００℃に加熱し、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｅをソース材として
各Ｋセル温度をＣｕ１１００℃、Ａｌ１１００℃、Ｓｅ
２１０℃に設定して、厚み１μｍのｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4
化合物半導体層２を成長させた。基板のｎ型化は、Ｚｎ
ソース材を用いてＫセル温度１９０℃の設定で成長中ド
ーピングを行い、この方法で１０19／ｃｍ3ドープ量の
ｎ型化薄膜を得た。次に、同一条件のままＺｎソースの
シャッタ−を閉じた状態で、Ａｓドープのｐ型Ｃｕ5Ａ
ｌＳｅ4化合物半導体層３を成長させた。この薄膜で
は、ｐ型化はＡｓドープによって達成され、ドープ量は
１０18／ｃｍ3である。作製した発光ダイオードに電流
を流して電流−電圧特性を評価したところ、順方向電流
４０ｍＡで光度１００ｍｃｄの発光中心波長４５０ｎｍ
の青色発光ダイオードが得られた。
【０００８】図２は本発明の第２の実施例における半導
体発光素子の構成図である。図２において図中１はｎ型
ＧａＡｓ基板であり、基板１上にｎ型Ａｇ5ＡｌＳｅ4化
合物半導体層６およびｐ型Ａｇ5ＡｌＳｅ4化合物半導体
層７が成長形成されている。図中４はＩｎ−Ｇａｐ型電
極、５はＡｕ−Ｇｅｎ型電極である。ｎ型層、ｐ型層の
禁制帯幅は３．５ｅＶである。当発光ダイオードは第１
の実施例と同様の方法でＭＢＥ法で作製することができ
る。当発光ダイオードは順方向電流４０ｍＡで光度１０
０ｍｃｄの発光中心波長４２０ｎｍの青色発光ダイオー
ドとなるが、その動作電流で長期に亘って安定である。
これは、Ａｇ系化合物の方がＣｕ系化合物よりもより安
定な相だからである。当実施例では、Ａｇ5ＡｌＳｅ4化
合物を用いた場合について説明したが、Ｃｕ5ＡｌＳｅ4
化合物においてＣｕ元素の一部をＡｇで置換した場合で
も同様の効果がある。
体発光素子の構成図である。図２において図中１はｎ型
ＧａＡｓ基板であり、基板１上にｎ型Ａｇ5ＡｌＳｅ4化
合物半導体層６およびｐ型Ａｇ5ＡｌＳｅ4化合物半導体
層７が成長形成されている。図中４はＩｎ−Ｇａｐ型電
極、５はＡｕ−Ｇｅｎ型電極である。ｎ型層、ｐ型層の
禁制帯幅は３．５ｅＶである。当発光ダイオードは第１
の実施例と同様の方法でＭＢＥ法で作製することができ
る。当発光ダイオードは順方向電流４０ｍＡで光度１０
０ｍｃｄの発光中心波長４２０ｎｍの青色発光ダイオー
ドとなるが、その動作電流で長期に亘って安定である。
これは、Ａｇ系化合物の方がＣｕ系化合物よりもより安
定な相だからである。当実施例では、Ａｇ5ＡｌＳｅ4化
合物を用いた場合について説明したが、Ｃｕ5ＡｌＳｅ4
化合物においてＣｕ元素の一部をＡｇで置換した場合で
も同様の効果がある。
【０００９】図３は本発明の第３の実施例における半導
体発光素子の構成図である。図３において図中１はｎ型
ＧａＡｓ基板であり、基板１上にｎ型Ｃｕ5ＧａＳｅ4化
合物半導体層８およびｐ型Ｃｕ5ＧａＳｅ4化合物半導体
層９が成長形成されている。図中４はＩｎ−Ｇａｐ型電
極、５はＡｕ−Ｇｅｎ型電極である。ｎ型層、ｐ型層の
禁制帯幅は２．３ｅＶである。当発光ダイオードは第１
の実施例と同様の方法でＭＢＥ法で作製することができ
る。当発光ダイオードの発光中心波長は５８０ｎｍとな
る。当実施例では、Ｃｕ5ＧａＳｅ4化合物を用いた場合
について説明したが、Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物あるいはＣ
ｕ元素の一部もしくは全部をＡｇで置換した化合物にお
いて、そのＡｌ元素の一部もしくは全部をＧａ、Ｉｎ、
Ｔｌの１元素もしくは複数元素で置換した置換型化合物
を用いた場合においても図３の場合と同様にｐｎ接合型
発光ダイオードが作製できる。その場合の発光波長は用
いる化合物半導体のバンドギャップに依存し、赤外から
紫外までの波長をカバーすることが可能である。
体発光素子の構成図である。図３において図中１はｎ型
ＧａＡｓ基板であり、基板１上にｎ型Ｃｕ5ＧａＳｅ4化
合物半導体層８およびｐ型Ｃｕ5ＧａＳｅ4化合物半導体
層９が成長形成されている。図中４はＩｎ−Ｇａｐ型電
極、５はＡｕ−Ｇｅｎ型電極である。ｎ型層、ｐ型層の
禁制帯幅は２．３ｅＶである。当発光ダイオードは第１
の実施例と同様の方法でＭＢＥ法で作製することができ
る。当発光ダイオードの発光中心波長は５８０ｎｍとな
る。当実施例では、Ｃｕ5ＧａＳｅ4化合物を用いた場合
について説明したが、Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物あるいはＣ
ｕ元素の一部もしくは全部をＡｇで置換した化合物にお
いて、そのＡｌ元素の一部もしくは全部をＧａ、Ｉｎ、
Ｔｌの１元素もしくは複数元素で置換した置換型化合物
を用いた場合においても図３の場合と同様にｐｎ接合型
発光ダイオードが作製できる。その場合の発光波長は用
いる化合物半導体のバンドギャップに依存し、赤外から
紫外までの波長をカバーすることが可能である。
【００１０】図４は本発明の第４の実施例における半導
体発光素子の構成図である。図４において図中１はｎ型
ＧａＡｓ基板であり、基板１上にｎ型Ｃｕ5ＡｌＳ4化合
物半導体層１０およびｐ型Ｃｕ5ＡｌＳ4化合物半導体層
１１が成長形成されている。図中４はＩｎ−Ｇａｐ型電
極、５はＡｕ−Ｇｅｎ型電極である。ｎ型層、ｐ型層の
禁制帯幅は４．０ｅＶである。当発光ダイオードは第１
の実施例と同様の方法でＭＢＥ法で作製することができ
る。当発光ダイオードは発光中心波長は３６０ｎｍと紫
外発光となるが、発光強度がＳｅ系よりも約１桁高いの
が特徴である。この効果は、上記いずれのＳｅ系化合物
のＳｅ元素の一部もしくは全部をＳ、Ｔｅの１元素もし
くは複数元素で置換した場合においても現れる。
体発光素子の構成図である。図４において図中１はｎ型
ＧａＡｓ基板であり、基板１上にｎ型Ｃｕ5ＡｌＳ4化合
物半導体層１０およびｐ型Ｃｕ5ＡｌＳ4化合物半導体層
１１が成長形成されている。図中４はＩｎ−Ｇａｐ型電
極、５はＡｕ−Ｇｅｎ型電極である。ｎ型層、ｐ型層の
禁制帯幅は４．０ｅＶである。当発光ダイオードは第１
の実施例と同様の方法でＭＢＥ法で作製することができ
る。当発光ダイオードは発光中心波長は３６０ｎｍと紫
外発光となるが、発光強度がＳｅ系よりも約１桁高いの
が特徴である。この効果は、上記いずれのＳｅ系化合物
のＳｅ元素の一部もしくは全部をＳ、Ｔｅの１元素もし
くは複数元素で置換した場合においても現れる。
【００１１】図５は本発明の第５の実施例における半導
体発光素子の構成図である。図１と異なる点は、Ｃｕ5
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）Ｓｅ4化合物半導体活性層１２がｎ
型Ｃｕ 5ＡｌＳｅ4化合物半導体層２とｐ型Ｃｕ5ＡｌＳ
ｅ4化合物半導体層３の間に設けられたことである。活
性層１２の禁制帯幅は３．０ｅＶである。当半導体レー
ザは図１の場合と同様にＭＢＥ法で作製することができ
る。Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｅをソース材としてＫセルに
よって、厚み１μｍのｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体
層２、厚み０．１２μｍのＣｕ5（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）Ｓ
ｅ4化合物半導体活性層１２及び厚み１μｍのｐ型Ｃｕ5
ＡｌＳｅ4化合物半導体層３を成長温度６００℃で順次
成長させた。ｎ型化はＺｎドープで、ｐ型化はＡｓドー
プで達成される。作製した半導体レーザに電流を流して
電流−光出力特性を評価したところ、順方向電流８０ｍ
Ａで光出力５ｍＷの発振波長４１０ｎｍの青色半導体レ
ーザが得られた。図５ではｐ型、ｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化
合物半導体層とＣｕ5（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）Ｓｅ4化合物半
導体活性層を用いた場合について説明したが、前記した
各種の置換型化合物をｐ型層、ｎ型層に用いた場合にお
いても、活性層としてバンドギャップが０．２ｅＶ程度
小さい化合物半導体を適用することによって図５の場合
と同様にダブルヘテロ構造半導体レーザが作製できる。
その場合の発振波長は用いる化合物半導体活性層のバン
ドギャップに依存する。なお、活性層に用いる化合物半
導体の種類は、本発明の化合物半導体に限られるもので
はなく、活性層のバンドギャップが活性層に隣接して用
いられるｐ型層、ｎ型層に比べて小さい関係であればい
ずれの化合物半導体を活性層に用いてもよい。その１例
としてはｐ型層、ｎ型層にＣｕ5ＡｌＳｅ4を用い、活性
層にＺｎＳｅを用いたものが挙げられる。また、本実施
例では、いずれもｎ型基板を用いたため、基板上にｎ型
層、活性層、ｐ型層の順に構成したが、ｐ型基板を用い
た場合は当然の事ながら、基板上にｐ型層、活性層、ｎ
型層の順に構成する。また、本発明は構成上において、
バッファー層を設けたり、必要に応じて電流狭窄のため
のストライプ構造（電極ストライプ、内部ストライプ）
等を設けてもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
体発光素子の構成図である。図１と異なる点は、Ｃｕ5
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）Ｓｅ4化合物半導体活性層１２がｎ
型Ｃｕ 5ＡｌＳｅ4化合物半導体層２とｐ型Ｃｕ5ＡｌＳ
ｅ4化合物半導体層３の間に設けられたことである。活
性層１２の禁制帯幅は３．０ｅＶである。当半導体レー
ザは図１の場合と同様にＭＢＥ法で作製することができ
る。Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｅをソース材としてＫセルに
よって、厚み１μｍのｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体
層２、厚み０．１２μｍのＣｕ5（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）Ｓ
ｅ4化合物半導体活性層１２及び厚み１μｍのｐ型Ｃｕ5
ＡｌＳｅ4化合物半導体層３を成長温度６００℃で順次
成長させた。ｎ型化はＺｎドープで、ｐ型化はＡｓドー
プで達成される。作製した半導体レーザに電流を流して
電流−光出力特性を評価したところ、順方向電流８０ｍ
Ａで光出力５ｍＷの発振波長４１０ｎｍの青色半導体レ
ーザが得られた。図５ではｐ型、ｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化
合物半導体層とＣｕ5（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）Ｓｅ4化合物半
導体活性層を用いた場合について説明したが、前記した
各種の置換型化合物をｐ型層、ｎ型層に用いた場合にお
いても、活性層としてバンドギャップが０．２ｅＶ程度
小さい化合物半導体を適用することによって図５の場合
と同様にダブルヘテロ構造半導体レーザが作製できる。
その場合の発振波長は用いる化合物半導体活性層のバン
ドギャップに依存する。なお、活性層に用いる化合物半
導体の種類は、本発明の化合物半導体に限られるもので
はなく、活性層のバンドギャップが活性層に隣接して用
いられるｐ型層、ｎ型層に比べて小さい関係であればい
ずれの化合物半導体を活性層に用いてもよい。その１例
としてはｐ型層、ｎ型層にＣｕ5ＡｌＳｅ4を用い、活性
層にＺｎＳｅを用いたものが挙げられる。また、本実施
例では、いずれもｎ型基板を用いたため、基板上にｎ型
層、活性層、ｐ型層の順に構成したが、ｐ型基板を用い
た場合は当然の事ながら、基板上にｐ型層、活性層、ｎ
型層の順に構成する。また、本発明は構成上において、
バッファー層を設けたり、必要に応じて電流狭窄のため
のストライプ構造（電極ストライプ、内部ストライプ）
等を設けてもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
青色から紫外域にまでわたる発光（振）波長を有する半
導体発光素子を実現することができる。この理由は、ｐ
型伝導制御、ｎ型伝導制御可能な新奇のワイドギャップ
化合物半導体を発見し、良質な薄膜の成長が達成される
からである。本発明によって、発光ダイオードの多色化
や光デイスクやレーザプリンタ等の情報処理機器の性能
向上をはかることができ、その実用的効果は大きい。
青色から紫外域にまでわたる発光（振）波長を有する半
導体発光素子を実現することができる。この理由は、ｐ
型伝導制御、ｎ型伝導制御可能な新奇のワイドギャップ
化合物半導体を発見し、良質な薄膜の成長が達成される
からである。本発明によって、発光ダイオードの多色化
や光デイスクやレーザプリンタ等の情報処理機器の性能
向上をはかることができ、その実用的効果は大きい。
【図１】本発明における一実施例の発光ダイオードの構
成断面図
成断面図
【図２】他の実施例の発光ダイオードの構成断面図
【図３】他の実施例の発光ダイオードの構成断面図
【図４】他の実施例の発光ダイオードの構成断面図
【図５】他の実施例の半導体レーザの構成断面図
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体層 ３ ｐ型Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物半導体層 ４ Ｉｎ−Ｇａ電極 ５ Ａｕ−Ｇｅ電極 ６ ｎ型Ａｇ5ＡｌＳｅ4化合物半導体層 ７ ｐ型Ａｇ5ＡｌＳｅ4化合物半導体層 ８ ｎ型Ｃｕ5ＧａＳｅ4化合物半導体層 ９ ｐ型Ｃｕ5ＧａＳｅ4化合物半導体層 １０ ｎ型Ｃｕ5ＡｌＳ4化合物半導体層 １１ ｐ型Ｃｕ5ＡｌＳ4化合物半導体層 １２ Ｃｕ5（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）Ｓｅ4化合物半導体活性
層
層
Claims (4)
- 【請求項１】Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物におけるｐ型半導体
とｎ型半導体を用いた半導体発光素子。 - 【請求項２】Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物におけるＣｕ元素の
一部もしくは全部をＡｇで置換したことを特徴とする請
求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物およびＣｕ5ＡｌＳ
ｅ4化合物におけるＣｕ元素の一部もしくは全部をＡｇ
で置換した置換型化合物において、Ａｌ元素の一部もし
くは全部をＧａ、Ｉｎ、Ｔｌの１元素もしくは複数元素
で置換したことを特徴とする請求項１記載の半導体発光
素子。 - 【請求項４】Ｃｕ5ＡｌＳｅ4化合物、および、Ｃｕ5Ａ
ｌＳｅ4化合物におけるＣｕ元素の一部もしくは全部を
Ａｇで置換した置換型化合物、および、Ｃｕ5ＡｌＳｅ4
化合物およびＣｕ5ＡｌＳｅ4化合物におけるＣｕ元素の
一部もしくは全部をＡｇで置換した置換型化合物におい
てＡｌ元素の一部もしくは全部をＧａ、Ｉｎ、Ｔｌの１
元素もしくは複数元素で置換した置換型化合物におい
て、Ｓｅ元素の一部もしくは全部をＳ、Ｔｅの１元素も
しくは複数元素で置換したことを特徴とする請求項１記
載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29692591A JPH0548147A (ja) | 1991-06-05 | 1991-11-13 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-133982 | 1991-06-05 | ||
| JP13398291 | 1991-06-05 | ||
| JP29692591A JPH0548147A (ja) | 1991-06-05 | 1991-11-13 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0548147A true JPH0548147A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=26468194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29692591A Pending JPH0548147A (ja) | 1991-06-05 | 1991-11-13 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0548147A (ja) |
-
1991
- 1991-11-13 JP JP29692591A patent/JPH0548147A/ja active Pending
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