JPH0697704B2 - ＭＩＳ型ＺｎＳ青色発光素子 - Google Patents

ＭＩＳ型ＺｎＳ青色発光素子

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JPH0697704B2
JPH0697704B2 JP1640886A JP1640886A JPH0697704B2 JP H0697704 B2 JPH0697704 B2 JP H0697704B2 JP 1640886 A JP1640886 A JP 1640886A JP 1640886 A JP1640886 A JP 1640886A JP H0697704 B2 JPH0697704 B2 JP H0697704B2
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    • 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]
    • H10H20/052—Light-emitting semiconductor devices having Schottky type light-emitting regions; Light emitting semiconductor devices having Metal-Insulator-Semiconductor type light-emitting regions
    • H—ELECTRICITY
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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−半導体（Me
tal−Insulator−Semiconductor:MIS）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） II−VI族化合物半導体ZnSは、室温において3.7eV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,ZnSeなどとともに試作，実用化への開発、研
究が行なわれている。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、Al,Iなどを不純物と
して添加した上、850〜1050℃の溶融亜鉛中で熱処理す
ることにより、低抵抗ｎ型（〜１Ω・cm）となり、450
〜480nm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ZnS層（Ｓ層）４の上に高抵抗層（Ｉ
層）３を積層し、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。各電極2,5には、それぞれ、リ
ード線1,1を接続する。ここで、高抵抗層３としては、
低抵抗ZnS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）法によって形成した高抵抗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
量子効率は0.08％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
もＩ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MIS型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MIS構造のZnS青色発光素子は、高抵抗絶縁
層を２層以上の複合層とする。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、Ｉ層が低抵抗ZnS
層（Ｍ層）の劈開面、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
ン輪送法により成長させたZnSバルク単結晶より切り出
した小ペレットウエハー、あるいはMBE（分子線エピタ
キシャル）成長法、MOCVD成長法により堆積したZnS層、
または、ホモエピタキシャル層またはヘテロエピタキシ
ャル層から成るZnS層である。その上に、総層厚５〜100
nmの複合高抵抗層６として、高抵抗ZnS、高抵抗ZnO,Al2
O3,SiO,SiO2，Ta2O5，ZrO2，TiO2，Nb2O3，Y2O3,BaO,Ba
S,CaS,CrS,B2O3，B2S3,LiF,KF,NaF,NaI,GaF2，MgF2，Mn
F2,KCl,NaCl,KBr,NaBr,CaBr2,CsI,Si3N4,BeO,BeS,BeSe,
BeTe等の絶縁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
する。第２層目以降の絶縁層は膜厚を適当に選びかつ物
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Zn
S層４′は、高圧溶融法、昇華法により成長させた単結
晶ZnSを1000℃のZn,Al融体中で100時間低抵抗化処理し
た約５Ω・cmの単結晶ペレット、あるいは、ハロゲン輸
送法（例えばヨウ素輸送法）により成長させた単結晶Zn
Sを950℃の溶融Zn中で100時間熱処理することにより得
られる１Ω・cm程度の低抵抗ZnS単結晶ペレットであ
る。その劈開面、あるいは研磨・化学エッチングを施し
た任意の面の上に10-8Torr以下でZn薄膜層を蒸着後、35
0℃程度まで加熱し、前記Znを蒸発させた後の清浄なZnS
面の上に、例えばMBE法、MOCVD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ZnO層７を50〜200Å堆積される。しかる後、Al2O3を
同様の方法あるいはスパッタリング法で100〜300Å堆積
させることにより絶縁層８とし、その上に適当な膜厚を
有するAuを蒸着して注入側の電極２′とする。低抵抗Zn
S側のオーミック電極５′としてはIn−Hg等を用いる。
各電極２′,5′には、それぞれ、リード線１′,1′を持
続する。
本実施例において、安定な注入発光が持続できた。
「実施例２」 第２の実施例を第２図に示す。発光層10となるZnSは、
実施例１に記したと同様な低抵抗ZnS基板、GaAs,GaP,Si
などの低抵抗ｎ型基板、あるいは、In2O3のような導電
性基板11上に堆積もしくはエピタキシャル成長させた低
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（ZnO）あるいはAl2O3、次いで絶縁保持用
高抵抗層８′,9としてZnO（Al2O3）あるいはSiO2（Si3N
4）などをそれぞれ堆積させることにより、MIS構造とす
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においても、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Ｉ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縁層では、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
現性良く確保できる。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
MIS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′,1″……リード線、２′,2″……注入側電極、 ４′……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Ｉ（高抵抗）層、 ６′……多層（三重層）構造Ｉ（高抵抗）層、 7,7′……注入接合Ｉ（高抵抗）層（第1I層）、 8,8′,9……絶縁保持Ｉ（高抵抗）層（第2,3I層）、 10……低抵抗堆積ZnS結晶、11……基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 重夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−98568（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−216391（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】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
    MIS型ZnS青色発光素子。
JP1640886A 1986-01-27 1986-01-27 ＭＩＳ型ＺｎＳ青色発光素子 Expired - Lifetime JPH0697704B2 (ja)

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