JPH0738152A

JPH0738152A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH0738152A
Application number: JP17945093A
Authority: JP
Inventors: 智彦 ▲吉▼田; Tomohiko Yoshida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【構成】 III−Ｖ族化合物半導体のｐ型ＩｎＰ基板１
１及びｐ型ＩｎＰバッファ層１２の上層に、II−VI族化
合物半導体によるｐ型ＣｄＳ層１３とｎ型ＣｄＳ層１４
によるｐ−ｎ接合を形成する。【効果】４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲の緑色を
高効率・高輝度で発光させることができるので、フルカ
ラーＬＥＤ等に利用して広い範囲の色を表現できるよう
にしたり、規格に適合する安全標識灯として用いること
ができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にフルカラーＬＥＤ
[Light Emitting Diode]（発光ダイオード）、信号機、
又は安全標識等に使用するのに好適な緑色を発光する半
導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＥＤは、発光効率が高く長寿命である
ため、電球等によるこれまでの表示装置に比べ低消費電
力で信頼性も高く、広い分野での利用が期待されてい
る。このＬＥＤの発光色となる発光波長は、半導体結晶
の禁制帯[forbidden band]の幅であるバンドギャップ[b
and gap]の広さに依存する。当初ＬＥＤとして用いられ
たＧａＡｓを始めとするIII−Ｖ族化合物半導体は、バ
ンドギャップが比較的狭く、長波長側に偏っていたため
に赤外線領域（波長７８０ｎｍ程度以上）又は赤色（波
長６５０ｎｍ付近）の発光色しか得られなかった。

【０００３】しかし、最近では、ワイドバンドギャップ
材料として、間接遷移型半導体ではあるがIV族化合物半
導体であるＳｉＣを用いた青色（波長４７０ｎｍ）の発
光色のものや、直接遷移型半導体としてはIII−Ｖ族化
合物半導体のＧａＡｓ基板上にII−VI族化合物半導体で
あるＺｎＳＳｅを形成した青色〜紫色（波長４６０ｎｍ
以下）の発光色のものが開発されている。また、これら
の間の波長を有する緑色（波長５５０ｎｍ前後）の発光
色のものとしては、III−Ｖ族化合物半導体のＧａＰや
ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｌＰを用いたＬＥＤが開発
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基本となる
３色以上の複数の色を組み合わせればほとんどの色を作
り出せることが知られており、カラーディスプレイ等の
分野では、赤色、緑色及び青色からなる３原色（ＲＧＢ
３原色）が多く用いられている。このような３原色を用
いる場合、図１２に示すＣＩＥ[International Commiss
ion on Illumination]（国際照明委員会）色度図上にお
ける各３原色に対応する点を頂点とする三角形の内側の
色が表現可能となる。例えば、波長６５０ｎｍの赤色と
波長５４０ｎｍの緑色と波長４７０ｎｍの青色からなる
３原色を組み合わせると、図１２の三角形Ａが形成さ
れ、フルカラーの表示を行うには、少なくともこの三角
形Ａの範囲内程度の色を表現できることとなる。なお、
上記緑色に関し、信号機等の安全標識灯に用いる場合
は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＺ９１０９、ＪＩＳＥ
３３０３等）に４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲（図
１２の範囲Ｂ）が指定されている。

【０００５】また、上記直接遷移型半導体では、エネル
ギバンド構造において、波数ベクトルが零となる点でバ
ンドギャップが最狭となるので、電子と正孔とが再結合
する際に波数ベクトル（運動量）の変化がないため、効
率よく光を発することができる。一方、間接遷移型半導
体の場合には、バンドギャップが最狭となる伝導帯の極
小点の波数ベクトルが零ではなくなるので、電子と正孔
とが再結合する際に波数ベクトルに変化が生じ、発光効
率が悪くなる。従って、間接遷移型半導体では、ＬＥＤ
の高輝度化が制限される。

【０００６】ところが、緑色の発光色のＬＥＤとして従
来から用いられている上記ＧａＰは、発光波長が５５５
ｎｍであるため、ＲＧＢ３原色の緑色として使用した場
合に、十分に広い範囲の色を表現することができず、Ｊ
ＩＳ規格の安全標識灯の緑色の波長範囲にも適合できな
いという問題があった。しかも、このＧａＰは、間接遷
移型半導体であるため、ＬＥＤを十分に高輝度化するこ
とができないという問題もあった。

【０００７】また、上記ＩｎＧａＡｌＰの場合には、混
晶の割合を調節することによりＧａＰよりもさらに短い
波長の発光色を得ることも可能であるが、電子と正孔の
再結合が直接遷移型として行われるのは発光波長の５６
０ｎｍ程度までが限度であり、それより短波長の発光色
を得ようとすると、伝導帯における波数ベクトルが零以
外となる極小点でのバンドギャップの方が狭くなるの
で、間接遷移型が支配的となって急激に発光効率が低下
するという問題があった。しかも、波長５６０ｎｍで直
接遷移型として発光させたとしても、ＲＧＢ３原色の緑
色として使用した場合に、図１２の三角形Ｃの範囲内で
しか色を表現できず、上記三角形Ａのように広い範囲の
色を十分に表現することができないだけでなく、ＪＩＳ
規格の安全標識灯の緑色の波長範囲にも適合できないと
いう問題もあった。

【０００８】なお、II−VI族化合物半導体は、全て直接
遷移型半導体であり、一般にバンドギャップがIII−Ｖ
族化合物半導体よりも短波長側に寄っているので、緑色
発光のＬＥＤとして最適な半導体材料となり得る。例え
ばＣｄＳは、バンドギャップが発光波長の５１６ｎｍに
対応し、上記ＲＧＢ３原色の緑色として使用しても十分
に広い範囲の色が表現可能で、ＪＩＳ規格の安全標識灯
の緑色の波長範囲にも適合する。しかしながら、II−VI
族化合物半導体は、例えばこのＣｄＳのように、通常は
ウルツ鉱[Wurtzite]型の六方晶系となるものがあり、こ
のような結晶構造では、導電性が高く結晶性のよい基板
を作成することが困難であった。また、このII−VI族化
合物半導体は、自己補償効果が強いために、通常の不純
物添加法ではｐ型とｎ型とを任意に制御することも困難
なものが多い。このため、従来は、II−VI族化合物半導
体をそのまま使用して、実用的にＬＥＤを製造すること
はできなかった。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑み、直接遷移型で
効率よく４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲の緑色発光
を行うことができる半導体発光素子を提供することを目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、ＩｎＰ基板上に、バンドギャップが４９４ｎｍ以上
５５０ｎｍ以下の波長範囲に対応するII−VI族化合物半
導体層によるｐ−ｎ接合が形成されているので、そのこ
とにより上記目的が達成される。

【００１１】この半導体発光素子において、半導体層を
構成するII族元素が、少なくとも亜鉛およびカドミウム
のうちの一以上であり、該半導体層を構成するVI族元素
が、セレン、硫黄およびテルルのうちの一以上であるよ
うにすることができる。

【００１２】また、前記ＩｎＰ基板が第１導電型であ
り、前記半導体層が、第１導電型のＣｄＳ層と、第１導
電型とは反対の導電型のＣｄＳ層との積層により形成さ
れている構成とすることができる。又、前記ＩｎＰ基板
が第１導電型であり、前記半導体層が、第１導電型のＺ
ｎ_xＣｄ_1-xＳクラッド層、Ｚｎ_yＣｄ_1-yＳ（０≦ｘ≦
１；０≦ｙ＜１；ｙ＜ｘ）活性層、および第１導電型と
は反対の導電型のＺｎ_xＣｄ_1-xＳクラッド層を順次積層
したものからなる構成とすることができる。また、前記
ＩｎＰ基板が第１導電型であり、前記半導体層が、第１
導電型のＣｄＳ_vＴｅ_1-vクラッド層、ＣｄＳ_wＴｅ
_1-w（０≦ｖ≦１；０≦ｗ＜１；ｗ＜ｖ）活性層、およ
び第１導電型とは反対の導電型のＣｄＳ_vＴｅ_1-vクラッ
ド層を順次積層したものからなる構成とすることができ
る。また、前記半導体層は、前記ＩｎＰ基板と格子定数
が０．５％以内で一致しており、該半導体層を構成する
II族元素が、亜鉛、カドミウムおよびマグネシウムのう
ちの一以上であり、該半導体層を構成するVI族元素が、
セレン、硫黄およびテルルのうちの一以上である構成と
することができる。

【００１３】本発明の半導体発光素子は、ＧａＰ基板、
ＧａＡｓ基板又はＳｉ基板上に、該当する基板と同一導
電型のIII−Ｖ族化合物半導体層と反対導電型のIII−Ｖ
族化合物半導体とを交互に積層した超格子層が、バンド
ギャップを４９４ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲に
対応させて形成されているので、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１４】この半導体発光素子において、前記ＧａＡ
ｓ基板の上に、該基板とほぼ格子定数の等しいＩｎＧａ
Ｐ層とＩｎＡｌＰ層とからなる前記超格子層が形成され
ている構成とすることができる。また、前記ＧａＰ基板
又はＳｉ基板上に、ＧａＰ層とＡｌＰ層とからなる前記
超格子層が形成されている構成とすることができる。

【００１５】本発明の半導体発光素子は、II−VI族化合
物半導体の基板上に、２種類のII−VI族化合物半導体を
積層したものであり、一方の半導体がバンドギャップを
発光波長の５５０ｎｍ以上に対応させ、他方の半導体が
バンドギャップを発光波長の４９４ｎｍ以下に対応させ
ている歪超格子層が形成されているので、そのことによ
り上記目的が達成される。

【００１６】この半導体発光素子において、前記基板が
ＺｎＳからなり、前記歪超格子層がＺｎＴｅ層とＺｎＳ
層とからなっている構成とすることができる。

【００１７】

【作用】本発明にあっては、III−Ｖ族化合物半導体の
ＩｎＰ基板上にII−VI族化合物半導体層のｐ−ｎ接合を
形成した構成となっている。II−VI族化合物半導体は、
全て直接遷移型半導体であり、一般にバンドギャップが
III−Ｖ族化合物半導体よりも短波長側に寄っているの
で、図１１に示すように、ＣｄＳを始めとして多くのも
ののバンドギャップが発光波長の４９４ｎｍ〜５５０ｎ
ｍの範囲（図示１点鎖線アと１点鎖線イの間）に対応す
る。また、III−Ｖ族化合物半導体のＩｎＰ基板は閃亜
鉛鉱[Zinc blende]型の立方晶系であるため、この上層
に積層されるＩＩ−VI族化合物半導体層も同じ閃亜鉛鉱
型の結晶構造となる。しかも、図１１に示すように、発
光波長が４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲に対応する多く
のII−VI族化合物半導体の格子定数がＩｎＰの格子定数
（１点鎖線ウ）に近い値となるので、ＩｎＰ基板上にこ
の波長範囲に対応するII−VI族化合物半導体の結晶を欠
陥なく形成することができる。従って、このようなＩｎ
Ｐ基板とII−VI族化合物半導体のｐ−ｎ接合の組み合わ
せにより、発光効率が高く高輝度の緑色発光の半導体発
光素子を得ることができるようになる。

【００１８】II−VI族化合物半導体層のｐ−ｎ接合は、
ホモ接合型[homojunction]とする他、ダブルヘテロ接合
型[double heterojunction]とすることもできる。ホモ
接合型としては、例えば発光波長が５１６ｎｍに対応す
るＣｄＳがＩｎＰの格子定数にもほぼ一致するので、Ｉ
ｎＰ基板と同一導電型のこのＣｄＳ層の上層に反対導電
型のＣｄＳ層を積層したり、ＺｎＣｄＳＳｅを４９４ｎ
ｍ〜５５０ｎｍの波長範囲に対応する割り合いとすると
格子定数もＩｎＰとほぼ一致するので、ＩｎＰ基板と同
一導電型のこのＺｎＣｄＳＳｅ層の上層に反対導電型の
ＺｎＣｄＳＳｅ層を積層したものを用いることができ
る。ダブルヘテロ接合型としては、例えばＺｎに比べて
Ｃｄの割り合いの多いＺｎＣｄＳが４９４ｎｍ〜５５０
ｎｍの波長範囲に対応すると共に格子定数もＩｎＰとほ
ぼ一致するので、ＩｎＰ基板と同一導電型のこのＺｎ_x
Ｃｄ_1-xＳクラッド層と反対導電型のＺｎ_xＣｄ_1-xＳク
ラッド層の間にバンドギャップの狭いＺｎ_yＣｄ_1-yＳ活
性層（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｙ＜ｘ）を積層した
り、Ｔｅに比べてＳの割り合いの多いＣｄＳＴｅが４９
４ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲に対応すると共に格子定
数もＩｎＰとほぼ一致するので、ＩｎＰ基板と同一導電
型のこのＣｄＳ_xＴｅ_1-xクラッド層と反対導電型のＣｄ
Ｓ_xＴｅ_1-xクラッド層の間にバンドギャップの狭いＣｄ
Ｓ_yＴｅ_1-y活性層（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｙ＜ｘ）
を積層したものを用いることができる。また、このダブ
ルヘテロ接合型の場合、クラッド層の間にバンドギャッ
プの異なる活性層を形成する必要があるためにここで格
子定数にも相違が生じるおそれがあるが、Ｍｇに比べて
ＺｎＣｄの割り合いが多い場合に４９４ｎｍ〜５５０ｎ
ｍの波長範囲に対応するＺｎＣｄＭｇＳｅを用いると、
ＺｎとＣｄの割合を選択して格子定数をＩｎＰにほぼ一
致させておけば、Ｍｇの量を変えてバンドギャップを変
化させてもこの格子定数がほとんど変化しない性質を有
するので、ダブルヘテロ接合型のｐ−ｎ接合を転移等の
ない極めて良質で厚い結晶とすることができる。

【００１９】III−Ｖ族化合物半導体は、バンドギャッ
プが広く短波長に対応するものは、上記ＧａＰや発光波
長５６０ｎｍ以下のＩｎＧａＡｌＰのように間接遷移型
となる。しかし、このようなIII−Ｖ族化合物半導体で
あっても、請求項７の構成のように、組成の異なる極め
て薄い層を交互に多数層積み重ねた超格子層を形成する
ことにより直接遷移型とすることができる。従って、バ
ンドギャップが４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの波長範囲に対
応するこのようなIII−Ｖ族化合物半導体の超格子層を
用いれば、直接遷移型として効率よく緑色発光を行う半
導体発光素子を得ることができるようになる。

【００２０】発光波長が４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲
となる超格子層としては、例えばＩｎＧａＰとＩｎＡｌ
Ｐの組み合わせやＧａＰとＡｌＰの組み合わせが考えら
れる。そして、このような波長範囲の超格子層は、図１
１に示すように、同じIII−Ｖ族化合物半導体のＧａＡ
ｓよりも小さい格子定数を有するので、このＧａＡｓ基
板やこれよりも格子定数の小さいＧａＰ基板又はIV族半
導体のＳｉ基板上に形成することができる。

【００２１】また、本発明にあっては、II−VI族化合物
半導体の基板上に同じII−VI族化合物半導体の歪超格子
層を形成した構成となっている。II−VI族化合物半導体
のみを用いる場合、良好な基板を得ることが困難であっ
たり、ｐ型とｎ型とを任意に制御することが困難である
という問題があり、通常の方法では発光波長が４９４ｎ
ｍ〜５５０ｎｍの範囲の半導体発光素子を形成すること
ができなかった。しかし、歪超格子層は、格子定数の異
なる２種類のII−VI族化合物半導体を積層したものであ
り、発光波長がこれら２種類の半導体の各バンドギャッ
プに対応する２つの波長の間の値となるため、これらの
２種類のII−VI族化合物半導体の組み合わせを選択する
ことにより４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲の緑色発光を
行うことができる半導体発光素子を得ることができる。

【００２２】例えばII−VI族化合物半導体のＺｎＳは、
ウルツ鉱型の結晶構造もとり得るが、閃亜鉛鉱型の結晶
性のよい基板を形成することもできる。ただし、通常は
ｎ型の導電型しか得られず、発光波長は紫外線領域（波
長３８０ｎｍ以下）に対応する。また、例えばＺｎＴｅ
は、通常はｐ型の導電型しか得られないが、発光波長は
５５０ｎｍを超える。このようなｎ型のＺｎＳ基板又は
この上に形成したＺｎＳ層の上層に、ｐ型のＺｎＴｅと
ノンドープのＺｎＳの極めて薄い層を交互に多数層積み
重ねた全体としてｐ型となる歪超格子層を積層してｐ−
ｎ接合を形成すると、ＺｎＴｅとＺｎＳの割合を調整す
ることにより、この歪超格子層の発光波長を４９４ｎｍ
〜５５０ｎｍの範囲とすることが可能となる。従って、
このような組み合わせによれば、直接遷移型のII−VI族
化合物半導体のみによって４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの範
囲の緑色発光の半導体発光素子を得ることができる。

【００２３】なお、本発明で用いる各種の基板は、ウェ
ーハ基板そのものの他、その表層上に基板と同一組成の
半導体をバッファ層として成長させたものも含む。

【００２４】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を詳述する。

【００２５】（第１実施例）図１乃至図３は本発明の第
１実施例を示すものであって、図１はＬＥＤ素子の構成
を示す縦断面図、図２はＬＥＤランプの斜視図、図３は
フルカラーＬＥＤランプの斜視図である。

【００２６】本実施例のＬＥＤ素子は、ＩｎＰ基板上に
ＣｄＳによるホモ接合型のｐ−ｎ接合を形成した場合に
ついて説明する。

【００２７】このＬＥＤ素子は、図１に示すように、厚
さ３００μｍのｐ型ＩｎＰ基板１１上に、厚さ１μｍの
ｐ型ＩｎＰバッファ層１２、厚さ５μｍのｐ型ＣｄＳ層
１３及び厚さ１μｍのｎ型ＣｄＳ層１４が順に積層され
ている。このｎ型ＣｄＳ層１４の上には、厚さ０．５μ
ｍのｎ型ＩｎＰコンタクト層１５が範囲を限って形成さ
れ、このｎ型ＩｎＰコンタクト層１５の上面には電極層
１６が形成され、ｐ型ＩｎＰ基板１１の下面には電極層
１７が形成されている。

【００２８】上記構成のＬＥＤ素子は、通常の分子線エ
ピタキシ（ＭＢＥ[Molecular BeamEpitaxy]）法や有機
金属気相成長（ＭＯＣＶＤ[Metal Organic Chemical Va
porDeposition]）法等を用いて製造することができる
が、ここでは分子線エピタキシ法によって製造する場合
について説明する。

【００２９】分子線エピタキシ法は、ｐ型ＩｎＰ基板１
１上のｐ型ＩｎＰバッファ層１２、ｐ型ＣｄＳ層１３、
ｎ型ＣｄＳ層１４及びｎ型ＩｎＰコンタクト層１５の形
成に用いる。半導体ウェーハの基板表面には不純物が付
着している場合が多く、化学的及び物理的処理によって
も十分に除去することができないことがある。ｐ型Ｉｎ
Ｐバッファ層１２は、このためにｐ型ＩｎＰ基板１１上
に形成される。そして、ｐ型ＣｄＳ層１３とｎ型ＣｄＳ
層１４もこのｐ型ＩｎＰバッファ層１２の上に連続的に
成長させる方がよい。従って、分子線エピタキシ装置に
は、真空中で遮断されウェーハの移動が可能な２つの成
長室を持つものを使用し、まず第１の成長室でｐ型Ｉｎ
Ｐ基板１１上にｐ型ＩｎＰバッファ層１２を成長させた
後に、第２の成長室に移動してこの上層にｐ型ＣｄＳ層
１３とｎ型ＣｄＳ層１４を順に成長させる。また、この
後、再び第１の成長室に戻りｎ型ＩｎＰコンタクト層１
５を成長させる。

【００３０】第２の成長室では、真空中のｐ型ＩｎＰ基
板１１を３００°Ｃ程度に加熱して分子線を照射するこ
とによりｐ型ＣｄＳ層１３とｎ型ＣｄＳ層１４を成長さ
せる。これらｐ型ＣｄＳ層１３とｎ型ＣｄＳ層１４の成
長材料となる分子線には、純度９９．９９％以上の高純
度のカドミウム（Ｃｄ）と硫黄（Ｓ）を使用し、ｐ型の
導電型を制御するための不純物材料（ドーパント）とし
ては窒素（Ｎ）を用い、ｎ型の導電型を制御するための
不純物としては塩素（Ｃｌ）を用いる。III−Ｖ族化合
物半導体のｐ型ＩｎＰ基板１１及びｐ型ＩｎＰバッファ
層１２は閃亜鉛鉱型の立方晶系であるため、この上層に
積層されるII−VI族化合物半導体のｐ型ＣｄＳ層１３及
びｎ型ＣｄＳ層１４も同じ閃亜鉛鉱型の結晶構造とな
る。また、ＣｄＳの格子定数はＩｎＰの格子定数にほぼ
一致するので、転移等のない良質な結晶を成長させるこ
とができる。

【００３１】上記分子線エピタキシ法による処理が完了
すると、成長室からウェーハを取り出し、ｐ型ＩｎＰ基
板１１の下面に金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及び
ニッケル（Ｎｉ）からなる電極層１７を蒸着すると共
に、ｎ型ＩｎＰコンタクト層１５の上面に金と亜鉛（Ｚ
ｎ）からなる電極層１６を蒸着し、真空中で加熱するこ
とにより半導体層との間にオーミック接続を形成する。
また、電極層１６の上層にフォトレジストを塗布した後
に通常のフォトリソグラフィ法を用いてこのフォトレジ
ストを直径１００μｍ程度の円形パターンにエッチング
し、このフォトレジストのパターンをマスクとして、例
えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いたイオンビー
ムエッチング法等により電極層１６及びｎ型ＩｎＰコン
タクト層１５のエッチングを行う。そして、このウェー
ハをダイシングにより分割すれば、図示のように、ｎ型
ＣｄＳ層１４の上面の中央部にのみ範囲を限定してｎ型
ＩｎＰコンタクト層１５と電極層１６が形成されたＬＥ
Ｄ素子が完成する。

【００３２】上記ＬＥＤ素子は、ｐ型ＩｎＰ基板１１側
を正電位として電極層１６、１７に電圧を印加すると、
この電極層１６からは電子が注入され電極層１７からは
正孔が注入される。そして、電子はｎ型を通り抜けてｐ
型側に拡散するが、正孔はあまりｎ型側に拡散しない。
従って、ｐ型ＣｄＳ層１３を厚く形成しておけば、電子
がここに留まっている正孔と効率よく再結合を行い発光
することになる。また、このときの電子と正孔の再結合
は直接遷移型で行われるので高輝度のものを製造するこ
とができる。さらに、発光波長は、図１１に示すように
ＣｄＳの５２０ｎｍとなり、４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの
波長範囲に適合する緑色発光を得ることができる。

【００３３】図２は、このような緑色を発光するＬＥＤ
素子１を使用したＬＥＤランプを示す斜視図である。こ
のＬＥＤランプは、上記ＬＥＤ素子１の基板側の電極を
ヒートシンク２にマウントした後に、第１のリードフレ
ーム３に融着すると共に、他方側の電極と第２のリード
フレーム４との間を金線５でワイヤボインディングし、
これらをエポキシ樹脂６で封止（モールド）した構成と
なっている。

【００３４】このエポキシ樹脂６を図示のようにレンズ
状に形成することにより、適当な指向性を持たせること
ができる。このＬＥＤランプは、発光波長が５２０ｎｍ
となるので、ＪＩＳ規格の安全標識灯の緑色の波長範囲
に適合する。従って、輝度や指向性等の他の要件を満た
すように、ＬＥＤ素子１の個数やエポキシ樹脂６の材料
及びレンズ形状等を適宜設計すれば、ＪＩＳ規格の安全
標識として用いることができるようになる。なお、この
安全標識を特に遠方から視認する必要がある場合には、
短波長成分が空気中の微粒子によって散乱され、色に赤
みがかかりやすくなるので、予め十分に短波長寄りの発
光波長のＬＥＤ素子１を使用する必要がある。

【００３５】図３は、上記の緑色を発光するＬＥＤ素子
１を使用したフルカラーのＬＥＤランプを示す。このＬ
ＥＤランプは、上記ＬＥＤ素子１と、ＧａＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系等の赤色発光のＬＥＤ素子７と、ＳｉＣ等の青
色発光のＬＥＤ素子８とを、ヒートシンク２にマウント
した後に、リードフレーム３に融着し、これらＬＥＤ素
子１、７、８の他方側の電極と別の３本のリードフレー
ム４、４、４との間をそれぞれ金線５でワイヤボインデ
ィングしてからエポキシ樹脂６で封止した構成となって
いる。

【００３６】このフルカラーのＬＥＤランプは、緑色の
ＬＥＤ素子１の発光波長が５２０ｎｍとなるので、図１
２に示したＣＩＥ色度図上の三角形Ａよりもさらに広い
範囲の色の表現が可能となる。そして、このフルカラー
のＬＥＤランプを２次元に多数配列すれば、フルカラー
のＬＥＤパネルを構成することができ、複雑多彩な色表
現を要求されるコンピュータのディスプレイ等にも利用
することができるようになる。

【００３７】なお、上記ＬＥＤパネルとして用いる場合
には、ＬＥＤ素子１、７、８を直接２次元に多数組配列
するようにしてもよい。そして、この場合には、必ずし
も封止材をレンズ状に形成する必要はなくなる。また、
従来からのＬＥＤパネルと同様に、封止材を透明にせ
ず、光を散乱させるようなものを用いた場合には、指向
性の広いＬＥＤパネルとすることができる。

【００３８】また、上記フルカラーのＬＥＤランプにお
ける赤色発光のＬＥＤ素子７と青色発光のＬＥＤ素子８
のいずれか一方のみを、本実施例の緑色発光のＬＥＤ素
子１に組み合わせた場合にも、マルチカラーのＬＥＤラ
ンプとすることができる。その理由は、ＬＥＤ素子１
と、ＬＥＤ素子７又はＬＥＤ素子８の一方とで、これら
２つの発光波長を図１２に示したＣＩＥ色度図上で結ん
だ線上の各色を表現することができるからである。

【００３９】（第２実施例）図４は本発明の第２実施例
を示すものであって、ＬＥＤ素子の構成を示す縦断面図
である。

【００４０】本実施例のＬＥＤ素子は、ＩｎＰ基板上に
Ｚｎ_xＣｄ_1-xＳクラッド層とＺｎ_yＣｄ_1-yＳ活性層（０
＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｙ＜ｘ）によるダブルヘテロ接
合型のｐ−ｎ接合を形成した場合について説明する。た
だし、ここでは、ｘ＝０．１５、ｙ＝０の割り合いとし
ている。

【００４１】このＬＥＤ素子は、厚さ３００μｍのｎ型
ＩｎＰ基板２１上に、厚さ１μｍのｎ型ＩｎＰバッファ
層２２、厚さ１μｍのｎ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッド
層２３、厚さ１μｍのｐ型ＣｄＳ発光層２４及び厚さ１
μｍのｐ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッド層２５が順に積
層されている。最も上のｐ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッ
ド層２５の上層には、厚さ０．５μｍのｐ型ＩｎＰコン
タクト層２６が範囲を限って形成され、このｐ型ＩｎＰ
コンタクト層２６の上には電極層２７が形成され、ｎ型
ＩｎＰ基板２１の下には電極層２８が形成されている。

【００４２】この構成のＬＥＤ素子は、第１実施例と同
様に製造することができる。例えば、分子線エピタキシ
法の場合には、真空にした第１の成長室内にセットした
ｎ型ＩｎＰ基板２１を３００°Ｃ程度に加熱して分子線
を照射することにより、ｎ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッ
ド層２３、ｐ型ＣｄＳ発光層２４及びｐ型Ｚｎ0.15Ｃｄ
0.85Ｓクラッド層２５を成長させる。この成長におい
て、これらＺｎＣｄＳ層の成長材料となる分子線には、
共に純度９９．９９％以上の高純度である、亜鉛（Ｚ
ｎ）、カドミウム（Ｃｄ）および硫黄（Ｓ）を使用し、
導電型を制御してｐ型とするための不純物材料としては
窒素（Ｎ）を用い、ｎ型とするための不純物材料として
は塩素（Ｃｌ）を用いる。

【００４３】次に、第２の成長室内で、ｐ型ＩｎＰコン
タクト層２６を成長させる。以上の分子線エピタキシ法
による処理が完了した後、電極層２７、２８を蒸着させ
てエッチングを行う。これにより、図示のＬＥＤ素子が
完成する。

【００４４】このようにして製造されたＬＥＤ素子にお
いて、II−VI族化合物半導体のＺｎＣｄＳ層は、第１実
施例の場合と同様にｎ型ＩｎＰ基板２１と同じ閃亜鉛鉱
型の結晶構造となる。また、ＺｎＣｄＳの格子定数は、
図１１に示すように、Ｃｄに比べてＺｎの割り合いが少
なければ（実施例ではｘ＝０．１５、ｙ＝０でありＺｎ
の割り合いは十分に少ない）、ＩｎＰの格子定数にほぼ
一致するので、転移等のない良質な結晶を成長させるこ
とができる。

【００４５】上記ＬＥＤ素子は、ｎ型ＩｎＰ基板２１側
を負電位として電極層２７、２８に電圧を印加すると、
この電極層２７からは正孔が注入され電極層２８からは
電子が注入される。ここで、ＺｎＣｄＳは、図１１に示
すように、Ｚｎの割り合いが少なくなるほどバンドギャ
ップが狭くなるので、Ｚｎの割り合いが零（ｙ＝０）と
なるｐ型ＣｄＳ発光層２４のバンドギャップはＺｎを少
量含む（ｘ＝０．１５）ｎ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッ
ド層２３とｐ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッド層２５のバ
ンドギャップよりも狭くなる。従って、電子はｐ型Ｃｄ
Ｓ発光層２４とｐ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッド層２５
の界面で阻止され、正孔はこのｐ型ＣｄＳ発光層２４と
ｎ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッド層２３の界面で阻止さ
れるので、いずれもｐ型ＣｄＳ発光層２４に留まり効率
よく再結合して発光が行われることになる。そして、こ
の発光は、ｐ型ＣｄＳ発光層２４で行われるので、第１
実施例と同じ直接遷移型であり発光波長も５２０ｎｍと
なる。また、このようにｐ型とｎ型のクラッド層の間に
バンドギャップの狭い活性層を形成したダブルヘテロ接
合構造とすると、電子と正孔を効率よく閉じこめて再結
合を行わせることができるので、発光効率をより向上さ
せると共に、ｐ型ＣｄＳ発光層２４を薄くして生産性の
向上を図ることもできるようになる。

【００４６】本実施例の場合、ＺｎＣｄＳのＺｎの割り
合いを多くすると（ｘやｙの値を大きくする）、図１１
に示すように、バンドギャップが広くなって発光波長を
さらに短くすることができる。例えばｐ型ＣｄＳ発光層
２４に１０％程度のＺｎを加えると、４９４ｎｍの発光
波長を得ることもできる。ただし、あまり発光波長を短
くなりすぎると、格子定数も減少してｎ型ＩｎＰ基板２
１の格子定数との差が大きくなるので、結晶欠陥が多く
なって信頼性が低下するおそれがある。

【００４７】（第３実施例）図５は本発明の第３実施例
を示すものであって、ＬＥＤ素子の構成を示す縦断面図
である。

【００４８】本実施例のＬＥＤ素子は、ＩｎＰ基板上に
ＣｄＳ_xＴｅ_1-xクラッド層とＣｄＳ_yＴｅ_1-y活性層（０
＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、ｙ＜ｘ）によるダブルヘテロ接
合型のｐ−ｎ接合を形成した場合について説明する。た
だし、ここでは、ｘ＝１、ｙ＝０．８５の割り合いとし
ている。

【００４９】このＬＥＤ素子は、厚さ３００μｍのｎ型
ＩｎＰ基板３１上に、厚さ１μｍのｎ型ＩｎＰバッファ
層３２、厚さ１μｍのｎ型ＣｄＳクラッド層３３、厚さ
１μｍのｐ型ＣｄＳ0.85Ｔｅ0.15発光層３４及び厚さ１
μｍのｐ型ＣｄＳクラッド層３５が順に積層されてい
る。この最も上のｐ型ＣｄＳクラッド層３５の上層に
は、厚さ０．５μｍのｐ型ＩｎＰコンタクト層３６が範
囲を限って形成され、このｐ型ＩｎＰコンタクト層３６
の上には電極層３７が形成され、型ＩｎＰ基板３１の下
面には電極層３８が形成されている。

【００５０】上記構成のＬＥＤ素子は、第１実施例や第
２実施例と同様に製造することができる。例えば、分子
線エピタキシ法の場合には、真空とした第１の成長室内
にセットしたｎ型ＩｎＰ基板３１を３００°Ｃ程度に加
熱して分子線を照射することにより、ｎ型ＣｄＳクラッ
ド層３３、ｐ型ＣｄＳ0.85Ｔｅ0.15発光層３４及びｐ型
ＣｄＳクラッド層３５を成長させる。この成長におい
て、これらＣｄＳＴｅ層の成長材料となる分子線には、
共に純度９９．９９％以上の高純度である、カドミウム
（Ｃｄ）、硫黄（Ｓ）およびテルル（Ｔｅ）を使用し、
導電型を制御してｐ型とするための不純物材料としては
窒素（Ｎ）を用い、ｎ型とするための不純物材料として
は塩素（Ｃｌ）を用いる。

【００５１】次に、第２の成長室内でｐ型ＩｎＰコンタ
クト層３６を成長させる。以上の分子線エピタキシ法に
よる処理が完了した後に、電極層３７、３８を蒸着させ
てエッチングを行う。これにより図示のＬＥＤ素子が完
成する。

【００５２】このように製造されたＬＥＤ素子におい
て、II−VI族化合物半導体のＣｄＳＴｅ層は、第２実施
例のＺｎＣｄＳと同様に閃亜鉛鉱型の結晶構造となる。
また、ＣｄＳＴｅの格子定数は、図１１に示すように、
Ｔｅに比べてＳの割り合いが多ければ（実施例ではｘ＝
１、ｙ＝０．８５でありＳの割り合いは十分に多い）、
ＩｎＰの格子定数にほぼ一致するので、転移等のない良
質な結晶を成長させることができる。

【００５３】ＣｄＳＴｅは、図１１に示すように、Ｔｅ
の割り合いが多いほどバンドギャップが狭くなるので、
上記ＬＥＤ素子は、第２実施例の場合と同様に、電子と
正孔がバンドギャップの狭いｐ型ＣｄＳ0.85Ｔｅ0.15発
光層３４に留まり効率よく再結合して発光することにな
る。そして、この発光は、ｐ型ＣｄＳ0.85Ｔｅ0.15発光
層３４で行われるので、直接遷移型であり、発光波長が
ＣｄＳよりも少し長波長の５５０ｎｍとなる。また、こ
のようにダブルヘテロ接合構造とすることで、第２実施
例と同様に、発光効率をより向上させると共に、生産性
の向上を図ることもできるようになる。

【００５４】本実施例の場合、ｐ型ＣｄＳ0.85Ｔｅ0.15
発光層３４のＴｅの割り合いを少なくすることにより
（ｙの値を大きくする）、発光波長をＣｄＳの５２０ｎ
ｍ程度まで短くすることが可能である。また、ｎ型Ｃｄ
Ｓクラッド層３３とｐ型ＣｄＳクラッド層３５を第２実
施例のようにＺｎＣｄＳで構成することもできる。

【００５５】（第４実施例）図６は本発明の第４実施例
を示すものであって、ＬＥＤ素子の構成を示す縦断面図
である。

【００５６】本実施例のＬＥＤ素子は、ＩｎＰ基板上に
（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）_xＭｇ_1-xＳｅクラッド層と（Ｚｎ
0.52Ｃｄ0.48）_yＭｇ_1-yＳｅ活性層（０≦ｘ＜１、０＜
ｙ≦１、ｙ＞ｘ）によるダブルヘテロ接合型のｐ−ｎ接
合を形成した場合について説明する。ただし、ここで
は、ｘ＝０．５、ｙ＝０．７５の割り合いとしている。

【００５７】このＬＥＤ素子は、厚さ３００μｍのｐ型
ＩｎＰ基板４１上に、厚さ１μｍのｐ型ＩｎＰバッファ
層４２、厚さ１μｍのｐ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）0.5Ｍ
ｇ0.5Ｓｅクラッド層４３、厚さ１μｍのｐ型（Ｚｎ0.5
2Ｃｄ0.48）0.75Ｍｇ0.25Ｓｅ発光層４４及び厚さ１μ
ｍのｎ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）0.5Ｍｇ0.5Ｓｅクラッド
層４５が順に積層されている。最も上のｎ型（Ｚｎ0.52
Ｃｄ0.48）0.5Ｍｇ0.5Ｓｅクラッド層４５の上には、厚
さ０．５μｍのｎ型ＩｎＰコンタクト層４６が形成され
ている。なお、以降の実施例では電極層の説明を省略す
る。

【００５８】上記構成のＬＥＤ素子は、VIｂ族元素の硫
黄（Ｓ）をセレン（Ｓｅ）に変えると共に、IIａ族元素
のマグネシウム（Ｍｇ）を加えた点を除けば第２実施例
と同じであり、同様に製造することができる。ただし、
分子線エピタキシ法を用いて成長させる場合には、Ｓｅ
が５個以上の原子の固まった形になりやすく基板上でう
まく単体の原子に分解しないので、分子線の温度を高く
してＳｅが固まらないようにするクラッキングセルを用
いた方がよい。また、Ｍｇは酸化しやすいため、成長室
内の酸素を完全に除去するための格別の注意が必要とな
る。

【００５９】本実施例のＬＥＤ素子は、第２実施例の場
合と同様に、バンドギャップの狭いｐ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ
0.48）0.75Ｍｇ0.25Ｓｅ発光層４４で電子と正孔を直接
遷移型として再結合させることができ、しかも、ダブル
ヘテロ接合構造とすることにより、発光効率をより向上
させると共に、生産性の向上を図ることもできるように
なる。

【００６０】また、ＺｎＣｄＭｇＳｅは、ＺｎとＣｄの
割り合いを０．５２と０．４８にすることにより、格子
定数をＩｎＰとほとんど同じ値にすることができる。し
かも、図１１に示すように、ＺｎＣｄとＭｇの割り合い
を変化させてもこの格子定数はほとんど変化せず、バン
ドギャップのみを変化させることができる。従って、II
−VI族化合物半導体のＺｎＣｄＭｇＳｅ層は、下層のｐ
型ＩｎＰ基板４１やｐ型ＩｎＰバッファ層４２との間、
及びバンドギャップの広いｐ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）0.
5Ｍｇ0.5Ｓｅクラッド層４３やｎ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.4
8）0.5Ｍｇ0.5Ｓｅクラッド層４５とバンドギャップの
狭いｐ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）0.75Ｍｇ0.25Ｓｅ発光層
４４との相互間の格子定数がほぼ一致するので、極めて
良質な厚い閃亜鉛鉱型の結晶として成長させることがで
きる。そして、ｐ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）0.75Ｍｇ0.25
Ｓｅ発光層４４で発光した光は、この欠陥のない良質な
結晶を通して無駄なく外部に取り出すことができるよう
になる。

【００６１】本実施例のＬＥＤ素子は、発光波長が４９
４ｎｍとなるが、図１１に示すように、ＺｎＣｄに対す
るＭｇの割り合いを減少させれば、より長波長の発光が
可能であり、１−ｙの値を０．２５〜０．０７の範囲で
変化させることにより、４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲
の任意の発光波長を得ることができる。

【００６２】（第５実施例）図７は本発明の第５実施例
を示すものであって、ＬＥＤ素子の構成を示す縦断面図
である。

【００６３】本実施例のＬＥＤ素子は、ＩｎＰ基板上に
（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3Ｓｅ0.7）によるホモ接合型
のｐ−ｎ接合を形成した場合について説明する。

【００６４】このＬＥＤ素子は、厚さ３００μｍのｐ型
ＩｎＰ基板５１上に、厚さ１μｍのｐ型ＩｎＰバッファ
層５２、厚さ５μｍのｐ型（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3
Ｓｅ0.7）層５３及び厚さ１μｍのｎ型（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.
7）（Ｓ0.3Ｓｅ0.7）層５４が順に積層されている。最
も上のｎ型（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3Ｓｅ0.7）層５４
の上には、厚さ１μｍのｎ型ＩｎＰコンタクト層５５が
形成されている。

【００６５】上記ＬＥＤ素子は、VIｂ族元素としてセレ
ン（Ｓｅ）に硫黄（Ｓ）も加えると共に、IIａ族元素の
マグネシウム（Ｍｇ）を用いない点を除けば、ｐ−ｎ接
合のII−VI族化合物半導体が第４実施例と同じ組成であ
り、同様に製造することができる。ただし、酸化しやす
いＭｇを用いないので、成長室内の真空度は第４実施例
ほどの厳格さを要求されない。このＺｎＣｄＳＳｅは、
図１１に示すように、（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3Ｓｅ
0.7）の割り合いとすることにより、発光波長を５４５
ｎｍとし、格子定数もＩｎＰにほぼ一致させることがで
きる。従って、転移等のない良質な結晶を厚く形成する
ことができる。

【００６６】本実施例のＬＥＤ素子は、第１実施例と同
じホモ接続型のｐ−ｎ接合を形成したものであり、ｐ型
ＩｎＰ基板５１側を正電位として電圧を印加すると、注
入された電子はｎ型（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3Ｓｅ0.
7）層５４を通って速やかにｐ型側に拡散するが、正孔
はｐ型（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3Ｓｅ0.7）層５３から
ｎ型側にはあまり拡散しない。従って、このｐ型（Ｚｎ
0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3Ｓｅ0.7）層５３を十分に厚く形成
しておくことにより、ここに留まっている正孔に電子が
効率よく再結合して発光することができる。そして、発
光波長は、上記のように５４５ｎｍとなる。

【００６７】（第６実施例）図８は本発明の第６実施例
を示すものであって、ＬＥＤ素子の構成を示す縦断面図
である。

【００６８】本実施例のＬＥＤ素子は、ＧａＡｓ基板上
にＩｎＧａＰ／ＩｎＡｌＰの短周期超格子層によるｐ−
ｎ接合を形成した場合について説明する。

【００６９】このＬＥＤ素子は、厚さ３００μｍのｐ型
ＧａＡｓ基板６１上に、厚さ１μｍのｐ型ＧａＡｓバッ
ファ層６２、厚さ１μｍのｐ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッ
ド層６３及びｎ型超格子層６４が順に積層されている。
ｎ型超格子層６４は、厚さ３モノレーヤ（約８．５オン
グストローム）のＳｉドープｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ膜６
４ａと、厚さ１７モノレーヤ（約４８．０オングストロ
ーム）のＳｉドープｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐ膜６４ｂから
なる超格子とを１８層重ねた短周期超格子層である。ま
た、このｎ型超格子層６４の上層には、厚さ１μｍのｎ
型ＧａＡｓコンタクト層６５が形成されている。

【００７０】上記構成のＬＥＤ素子は、通常の有機金属
気相成長法等を用いて製造することができる。有機金属
気相成長法は、ｐ型ＧａＡｓ基板６１上のｐ型ＧａＡｓ
バッファ層６２、ｐ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層６
３、ｎ型超格子層６４及びｎ型ＧａＡｓコンタクト層６
５の形成に用いる。

【００７１】即ち、真空の成長室内に配置したｐ型Ｇａ
Ａｓ基板６１を５６０°Ｃに加熱し、この成長室に、Ｇ
ａとＡｓの原料ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）とターシャルブチルアルシン（ＴＢＡ）に加えて、
ドーピング材であるセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）ガスを流
すことにより、ｐ型ＧａＡｓバッファ層６２を成長させ
る。

【００７２】次に、成長室にターシャルブチルホスヒン
（ＴＢＰ）だけを数秒間流してＡｓ原料のターシャルブ
チルアルシンを追い出した後に、ＩｎとＡｌとＰの原料
ガスであるトリエチルインジウム（ＴＥＩ）とトリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡ）と先に使用したターシャルブ
チルホスヒンに加えて、ドーピング材であるセレン化水
素ガスを流し、ｐ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層６３を
成長させる。

【００７３】ｐ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層６３の形
成が完了すると、トリメチルアルミニウムとセレン化水
素ガスを止めて、トリメチルガリウムとドーピング材で
あるシラン（ＳｉＨ4）ガスを流して、ｎ型超格子層６
４の最初のＳｉドープｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ膜６４ａを
成長させる。これ以降は、トリメチルガリウムとトリメ
チルアルミニウムだけを切り替えることにより、このＳ
ｉドープｎ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ膜６４ａとＳｉドープｎ
型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐ膜６４ｂとを交互に積み重ねて成長
させｎ型超格子層６４を形成する。

【００７４】最後に、ＧａとＡｓの原料ガスであるトリ
メチルガリウムとターシャルブチルアルシンに加えて、
ドーピング材であるシランガスを流し、ｎ型ＧａＡｓコ
ンタクト層６５を成長させる。

【００７５】上記ｐ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層６３
と、ｎ型超格子層６４のＩｎ0.5Ｇａ0.5ＰとＩｎ0.5Ａ
ｌ0.5Ｐとは、図１１に示すように、ＧａＡｓと格子定
数がほぼ一致するので、基板としてはｐ型ＧａＡｓ基板
６１が用いられている。

【００７６】本実施例のＬＥＤ素子は、ｐ型側にのみバ
ンドギャップが広いクラッド層を設けたシングルヘテロ
接合型ＬＥＤと同様の作用により発光を行う。即ち、ｐ
型ＧａＡｓ基板６１側を正電位にして電圧を印加する
と、電子はｎ型ＧａＡｓコンタクト層６５とｎ型超格子
層６４とのヘテロ界面を乗り超えて拡散するので、あま
り深くｐ型側に拡散することができない。また、正孔も
ｎ型側にあまり拡散しないのでｎ型超格子層６４にほと
んど留まっている。従って、このｎ型超格子層６４で電
子と正孔が効率よく再結合し発光を行うことになる。そ
して、このため、ｎ型超格子層６４は実施例よりも厚く
形成してもほとんど意味がない。

【００７７】ここで、Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐ自体は、通常は
間接遷移型半導体となりほとんど発光を行わない。しか
しながら、本実施例のように極めて薄い膜、できれば各
層が２０モノレーヤ以下となる膜とした場合には、ゾー
ンフォールディング効果とバンドミキシング効果との相
乗効果によって、ＩｎＧａＰ／ＩｎＡｌＰ超格子が直接
遷移型となることが知られている。また、このｎ型超格
子層６４の発光波長は、超格子構造で決まり、Ｓｉドー
プｎ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐ膜６４ｂ全体のｎ型超格子層６
４に対する厚さの割り合いが７５％以上であれば、この
発光波長を５５０ｎｍ以下にすることができる。従っ
て、このようなIII−Ｖ族化合物半導体のｎ型超格子層
６４を用いた構成により、直接遷移型による効率のよい
緑色発光を行うことができ、本実施例の場合には発光波
長を５３５ｎｍとすることができた。

【００７８】（第７実施例）図９は本発明の第７実施例
を示すものであって、ＬＥＤ素子の構成を示す縦断面図
である。

【００７９】本実施例のＬＥＤ素子は、ＧａＰ基板上に
ＧａＰ／ＡｌＰの短周期超格子層によるｐ−ｎ接合を形
成した場合について説明する。

【００８０】このＬＥＤ素子は、厚さ３００μｍのｎ型
ＧａＰ基板７１上に、厚さ１μｍのｎ型ＧａＰバッファ
層７２、厚さ１μｍのｎ型ＡｌＰクラッド層７３及びｐ
型超格子層７４が順に積層されている。最も上のｐ型超
格子層７４は、厚さ３モノレーヤ（約８．２オングスト
ローム）のＳｅドープｐ型ＧａＰ膜７４ａと、厚さ１７
モノレーヤ（約４６．４オングストローム）のノンドー
プＡｌＰ膜７４ｂからなる超格子とを、例えば２０層重
ねた短周期超格子層である。このｐ型超格子層７４の上
には、厚さ１μｍのｐ型ＧａＰコンタクト層７５が形成
されている。

【００８１】かかる構成のＬＥＤ素子も、第６実施例と
同様に、通常の有機金属気相成長法等を用いて製造する
ことができる。有機金属気相成長法は、ｎ型ＧａＰ基板
７１上のｎ型ＧａＰバッファ層７２、ｎ型ＡｌＰクラッ
ド層７３、ｐ型超格子層７４及びｐ型ＧａＰコンタクト
層７５の形成に用いる。

【００８２】即ち、真空の成長室内に配置したｎ型Ｇａ
Ｐ基板７１を３５０°Ｃに加熱し、この成長室に、Ｇａ
とＰの原料ガスであるトリメチルガリウムとターシャル
ブチルホスヒンに加えて、ドーピング材であるシランガ
スを流すことにより、ｎ型ＧａＰバッファ層７２を成長
させる。

【００８３】次に、成長室に、ＡｌとＰの原料ガスであ
るトリメチルアルミニウムとターシャルブチルホスヒン
に加えて、ドーピング材であるシランガスを流してｎ型
ＡｌＰクラッド層７３を成長させる。

【００８４】ｎ型ＡｌＰクラッド層７３の形成が完了す
ると、トリメチルアルミニウムとシランガスに代えてＧ
ａの原料ガスであるトリメチルガリウムとドーピング材
であるセレン化水素ガスを流して、ｐ型超格子層７４の
最初のＳｅドープｐ型ＧａＰ膜７４ａを成長させる。こ
れ以降は、トリメチルガリウムとトリメチルアルミニウ
ムを切り替えると共に、トリメチルアルミニウムを流す
場合にはセレン化水素ガスを止めることにより、このＳ
ｅドープｐ型ＧａＰ膜７４ａとノンドープＡｌＰ膜７４
ｂとを交互に積み重ねて成長させてｐ型超格子層７４を
形成する。なお、ノンドープＡｌＰ膜７４ｂを形成する
際にセレン化水素ガスが止めるのは、ＡｌＰにドーピン
グを行うと深い準位ができやすく結晶性が悪くなるため
である。このＡｌＰをノンドープにすると、低濃度のｎ
型となるが、Ｓｅドープｐ型ＧａＰ膜７４ａへのドープ
量を十分に多くすることにより、ｐ型超格子層７４全体
としてはｐ型とすることができる。

【００８５】最後に、ＧａとＰの原料ガスであるトリメ
チルガリウムとターシャルブチルホスヒンに加えて、ド
ーピング材であるセレン化水素ガスを流して、ｐ型Ｇａ
Ｐコンタクト層７５を成長させる。

【００８６】ｎ型ＡｌＰクラッド層７３と、ｐ型超格子
層７４のＧａＰとＡｌＰとは、図１１に示すように、格
子定数がほぼ一致するので、基板としては同じＧａＰの
ｎ型ＧａＰ基板７１が用いられている。なお、この図１
１に示すように、ＩＶ族半導体のＳｉの格子定数もＧａ
Ｐとほぼ同じになるので、Ｓｉ基板上に本実施例のｐ型
超格子層７４等を形成することも可能である。この場
合、上記のようにｐ型超格子層７４等の成長温度が低い
ので、通常の拡散法等によってトランジスタ等の電子回
路を作成したＳｉ基板上に本実施例のＬＥＤ素子を形成
することもでき、ＬＥＤ素子とその制御回路のモノリシ
ック化が可能となる。

【００８７】本実施例のＬＥＤ素子も、第６実施例と同
様に、注入された電子と正孔がｐ型超格子層７４におい
て効率よく再結合し発光を行うことになる。また、Ａｌ
Ｐ自体は、通常は間接遷移型半導体となりほとんど発光
を行わない。しかしながら、本実施例のように極めて薄
い膜、できれば各層が２０モノレーヤ以下となる膜とし
た場合には、ゾーンフォールディング効果とバンドミキ
シング効果との相乗効果によって、ＧａＰ／ＡｌＰ超格
子が直接遷移型となることが知られている。そして、こ
のｐ型超格子層７４の発光波長は、超格子構造で決ま
り、ノンドープＡｌＰ膜７４ｂ全体のｐ型超格子層７４
に対する厚さの割り合いが７５％以上であれば、この発
光波長を５５０ｎｍ以下にすることができる。従って、
このようなIII−Ｖ族化合物半導体のｐ型超格子層７４
を用いた構成により、直接遷移型による効率のよい緑色
発光を行うことができ、本実施例の場合は発光波長を５
２０ｎｍとすることができた。

【００８８】（第８実施例）図１０は本発明の第８実施
例を示すものであって、ＬＥＤ素子の構成を示す縦断面
図である。

【００８９】本実施例のＬＥＤ素子は、ＺｎＳ基板上に
ＺｎＴｅ／ＺｎＳの歪超格子層によるｐ−ｎ接合を形成
した場合について説明する。

【００９０】このＬＥＤ素子は、厚さ３００μｍのｎ型
ＺｎＳ基板８１上に、厚さ１μｍのｎ型ＺｎＳバッファ
層兼クラッド層８２及びｐ型歪超格子層８３が順に積層
されている。ｐ型歪超格子層８３は、厚さ５モノレーヤ
（約１５．３オングストローム）のＳｂドープｐ型Ｚｎ
Ｔｅ膜８３ａと、厚さ３０モノレーヤ（約８１．２オン
グストローム）のノンドープＺｎＳ膜８３ｂからなる歪
超格子とを、例えば２０層重ねた歪超格子層である。こ
のｐ型歪超格子層８３の上には、厚さ１５０オングスト
ロームのＳｂドープｐ型ＺｎＴｅコンタクト層８４が形
成されている。

【００９１】かかる構成のＬＥＤ素子は、第１実施例と
ほぼ同様に製造することができる。例えば、分子線エピ
タキシ法の場合には、真空中のｎ型ＺｎＳ基板８１を２
５０°Ｃ程度に加熱して分子線を照射することにより、
ｎ型ＺｎＳバッファ層兼クラッド層８２、ｐ型歪超格子
層８３及びＳｂドープｐ型ＺｎＴｅコンタクト層８４を
成長させる。成長材料となる分子線には、共に純度９
９．９９％以上の高純度である亜鉛（Ｚｎ）、塩化亜鉛
（ＺｎＣｌ2）、テルル（Ｔｅ）、硫黄（Ｓ）及びアン
チモン（Ｓｂ）を使用する。

【００９２】以下に、製造工程を詳細に述べる。まず、
ＺｎとＳとＺｎＣｌ2の分子線を照射することにより、
ｎ型ＺｎＳ基板８１上にｎ型ＺｎＳバッファ層兼クラッ
ド層８２を成長させる。導電型を制御するためのドーパ
ント材としてＺｎＣｌ2を用いるのは、Ｃｌがｎ型材料
として優れているためと制御性がよいからである。

【００９３】次に、ＺｎとＴｅとＳｂの分子線を照射す
ることにより、ｐ型歪超格子層８３における最初のＳｂ
ドープｐ型ＺｎＴｅ膜８３ａを成長させる。膜厚は、通
常の反射型高エネルギ電子線回折（ＲＨＥＥＤ）装置で
モニターする。また、このＳｂドープｐ型ＺｎＴｅ膜８
３ａの上層にＺｎとＳの分子線を照射することにより、
ノンドープＺｎＳ膜８３ｂを成長させる。そして、これ
らＳｂドープｐ型ＺｎＴｅ膜８３ａとノンドープＺｎＳ
膜８３ｂとを所定の膜厚ずつ交互に成長させる手順を繰
り返すことによりｐ型歪超格子層８３が形成される。ノ
ンドープＺｎＳ膜８３ｂは通常はｎ型となるが、Ｓｂド
ープｐ型ＺｎＴｅ膜８３ａはＳｂを多くドーピングして
高濃度のｐ型とすることができるので、ｐ型歪超格子層
８３全体としてはｐ型とすることができる。

【００９４】このｐ型歪超格子層８３の形成が完了する
と、最後にＺｎとＴｅとＳｂの分子線を照射することに
よりＳｂドープｐ型ＺｎＴｅコンタクト層８４を成長さ
せてＬＥＤ素子を完成する。

【００９５】本実施例のＬＥＤ素子は、ｎ型ＺｎＳバッ
ファ層兼クラッド層８２とｐ型歪超格子層８３とで構成
されるｐ−ｎ接合により発光が行われる。ｎ型ＺｎＳ基
板８１側を負電位として電圧を印加すると、ｐ型歪超格
子層８３に注入された正孔は、ｎ型ＺｎＳバッファ層兼
クラッド層８２の方がバンドギャップが広いために、こ
のｎ型ＺｎＳバッファ層兼クラッド層８２との界面で遮
断されてｐ型歪超格子層８３に留まる。そして、ｎ型Ｚ
ｎＳ基板８１から注入された電子は、ｐ型歪超格子層８
３に拡散して、この正孔と効率よく再結合することで発
光が行われることになる。

【００９６】このときの発光波長は、ｐ型歪超格子層８
３のバンドギャップによって決まり、本実施例では５０
５ｎｍとなる。この発光波長は、Ｓｂドープｐ型ＺｎＴ
ｅ膜８３ａ全体の膜厚がｐ型歪超格子層８３に占める割
り合いによって調整することができる。ただし、このＺ
ｎＴｅは、図１１に示すように、ＺｎＳとの格子定数の
差が１３％と極めて大きいため、Ｓｂドープｐ型ＺｎＴ
ｅ膜８３ａを５モノレーヤ以上の膜厚にすることができ
ない。従って、ここではノンドープＺｎＳ膜８３ｂの膜
厚を調整することにより発光波長を調整しなければなら
なず、本実施例の場合、ノンドープＺｎＳ膜８３ｂ全体
の膜厚がｐ型歪超格子層８３に占める割り合いを８８％
以下にすることにより、４９４ｎｍ以上の発光波長を得
ることができた。

【００９７】また、本実施例で用いるＳｂドープｐ型Ｚ
ｎＴｅ膜８３ａは、上記のようにＳｂを多くドーピング
して高濃度のｐ型とすることができるので、素子抵抗を
低減して信頼性の高いＬＥＤ素子とすることができる。

【００９８】なお、上記第２実施例以降のＬＥＤ素子を
第１実施例のＬＥＤ素子と同様に第２図及び第３図に示
したＬＥＤランプとして用いることはもちろん可能であ
る。

【００９９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体発光素子によれば、４９４ｎｍ〜５５０ｎｍの
波長範囲の緑色を高効率・高輝度で発光させることがで
きるので、フルカラーＬＥＤ等に利用して広い範囲の色
を表現できるようにしたり、規格に適合する安全標識灯
として用いることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すものであって、ＬＥ
Ｄ素子の構成を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施例を示すものであって、ＬＥ
Ｄランプの斜視図である。

【図３】本発明の第１実施例を示すものであって、フル
カラーＬＥＤランプの斜視図である。

【図４】本発明の第２実施例を示すものであって、ＬＥ
Ｄ素子の構成を示す縦断面図である。

【図５】本発明の第３実施例を示すものであって、ＬＥ
Ｄ素子の構成を示す縦断面図である。

【図６】本発明の第４実施例を示すものであって、ＬＥ
Ｄ素子の構成を示す縦断面図である。

【図７】本発明の第５実施例を示すものであって、ＬＥ
Ｄ素子の構成を示す縦断面図である。

【図８】本発明の第６実施例を示すものであって、ＬＥ
Ｄ素子の構成を示す縦断面図である。

【図９】本発明の第７実施例を示すものであって、ＬＥ
Ｄ素子の構成を示す縦断面図である。

【図１０】本発明の第８実施例を示すものであって、Ｌ
ＥＤ素子の構成を示す縦断面図である。

【図１１】半導体の格子定数とバンドギャップとの関係
を示す図である。

【図１２】ＣＩＥ色度図である。

【符号の説明】

１１ｐ型ＩｎＰ基板１３ｐ型ＣｄＳ層１４ｎ型ＣｄＳ層２１ｎ型ＩｎＰ基板２３ｎ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッド層２４ｐ型ＣｄＳ発光層２５ｐ型Ｚｎ0.15Ｃｄ0.85Ｓクラッド層３１ｎ型ＩｎＰ基板３３ｎ型ＣｄＳクラッド層３４ｐ型ＣｄＳ0.85Ｔｅ0.15発光層３５ｐ型ＣｄＳクラッド層４１ｐ型ＩｎＰ基板４３ｐ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）0.5Ｍｇ0.5Ｓｅクラッ
ド層４４ｐ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）0.75Ｍｇ0.25Ｓｅ発光
層４５ｎ型（Ｚｎ0.52Ｃｄ0.48）0.5Ｍｇ0.5Ｓｅクラッ
ド層５１ｐ型ＩｎＰ基板５３ｐ型（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3Ｓｅ0.7）層５４ｎ型（Ｚｎ0.3Ｃｄ0.7）（Ｓ0.3Ｓｅ0.7）層６１ｐ型ＧａＡｓ基板６３ｐ型Ｉｎ0.5Ａｌ0.5Ｐクラッド層６４ｎ型超格子層７１ｎ型ＧａＰ基板７３ｎ型ＡｌＰクラッド層７４ｐ型超格子層８１ｎ型ＺｎＳ基板８２ｎ型ＺｎＳバッファ層兼クラッド層８３ｐ型歪超格子層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＩｎＰ基板上に、バンドギャップが４９
４ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲に対応するII−VI
族化合物半導体層によるｐ−ｎ接合が形成されている半
導体発光素子。
【請求項２】前記半導体層を構成するII族元素が、少
なくとも亜鉛およびカドミウムのうちの一以上であり、
該半導体層を構成するVI族元素が、セレン、硫黄および
テルルのうちの一以上である請求項１に記載の半導体発
光素子。
【請求項３】前記ＩｎＰ基板が第１導電型であり、前
記半導体層が、第１導電型のＣｄＳ層と、第１導電型と
は反対の導電型のＣｄＳ層との積層により形成されてい
る請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】前記ＩｎＰ基板が第１導電型であり、前
記半導体層が、第１導電型のＺｎ_xＣｄ_1-xＳクラッド
層、Ｚｎ_yＣｄ_1-yＳ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ＜１；ｙ＜
ｘ）活性層、および第１導電型とは反対の導電型のＺｎ
_xＣｄ_1-xＳクラッド層を順次積層したものからなる請求
項２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】前記ＩｎＰ基板が第１導電型であり、前
記半導体層が、第１導電型のＣｄＳ_vＴｅ_1-vクラッド
層、ＣｄＳ_wＴｅ_1-w（０≦ｖ≦１；０≦ｗ＜１；ｗ＜
ｖ）活性層、および第１導電型とは反対の導電型のＣｄ
Ｓ_vＴｅ_1-vクラッド層を順次積層したものからなる請求
項２に記載の半導体発光素子。
【請求項６】前記半導体層は、前記ＩｎＰ基板と格子
定数が０．５％以内で一致しており、該半導体層を構成
するII族元素が、亜鉛、カドミウムおよびマグネシウム
のうちの一以上であり、該半導体層を構成するVI族元素
が、セレン、硫黄およびテルルのうちの一以上である請
求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項７】ＧａＰ基板、ＧａＡｓ基板又はＳｉ基板
上に、該当する基板と同一導電型のIII−Ｖ族化合物半
導体層と反対導電型のIII−Ｖ族化合物半導体とを交互
に積層した超格子層が、バンドギャップを４９４ｎｍ以
上５５０ｎｍ以下の波長範囲に対応させて形成されてい
る半導体発光素子。
【請求項８】前記ＧａＡｓ基板の上に、該基板とほぼ
格子定数の等しいＩｎＧａＰ層とＩｎＡｌＰ層とからな
る前記超格子層が形成されている請求項７に記載の半導
体発光素子。
【請求項９】前記ＧａＰ基板又はＳｉ基板上に、Ｇａ
Ｐ層とＡｌＰ層とからなる前記超格子層が形成されてい
る請求項７に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】 II−VI族化合物半導体の基板上に、２
種類のII−VI族化合物半導体を積層したものであり、一
方の半導体がバンドギャップを発光波長の５５０ｎｍ以
上に対応させ、他方の半導体がバンドギャップを発光波
長の４９４ｎｍ以下に対応させている歪超格子層が形成
されている半導体発光素子。
【請求項１１】前記基板がＺｎＳからなり、前記歪超
格子層がＺｎＴｅ層とＺｎＳ層とからなっている請求項
１０に記載の半導体発光素子。