JPS584988A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPS584988A JPS584988A JP56102215A JP10221581A JPS584988A JP S584988 A JPS584988 A JP S584988A JP 56102215 A JP56102215 A JP 56102215A JP 10221581 A JP10221581 A JP 10221581A JP S584988 A JPS584988 A JP S584988A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- type
- light emitting
- xalxp
- semiconductor light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
-
- 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
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Led Devices (AREA)
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】
本発明は発光ダイオードによる発光表示装置に係プ、特
に緑色の発光ダイオードによる発光表示装置に関するも
のである。
に緑色の発光ダイオードによる発光表示装置に関するも
のである。
周知の如く発光ダイオードは半導体結晶内にpm接合を
形成し、それに順方向電圧を加えて発光させるものであ
る。発光波長及び効率は発光ダイオードのpn接合領域
を構成する半導体材料の禁制帯、不純物の種類、遷移再
結合過程の違い等によって決定される。
形成し、それに順方向電圧を加えて発光させるものであ
る。発光波長及び効率は発光ダイオードのpn接合領域
を構成する半導体材料の禁制帯、不純物の種類、遷移再
結合過程の違い等によって決定される。
発光ダイオードの中で緑色発光ダイオードとして一般的
なものはGaP結晶を用いた発光ダイオードである。G
aP結晶の禁制帯幅は約2−26eVであ)間接遷移型
の発光ダイオードである。これKよってpn接合が形成
された時には、吸収端波長よりも短い波長の発光はしな
いから、そのままでは緑色波長帯域にある約’& 5
S nm ′tでか発光波長の限界でこの波長での発光
効率は低いことKなる。
なものはGaP結晶を用いた発光ダイオードである。G
aP結晶の禁制帯幅は約2−26eVであ)間接遷移型
の発光ダイオードである。これKよってpn接合が形成
された時には、吸収端波長よりも短い波長の発光はしな
いから、そのままでは緑色波長帯域にある約’& 5
S nm ′tでか発光波長の限界でこの波長での発光
効率は低いことKなる。
GaP結晶による高輝度緑色発光ダイオードとして一般
に知られている発光ダイオードでは発光中心として窒素
(へ)が添加されているものが主である。
に知られている発光ダイオードでは発光中心として窒素
(へ)が添加されているものが主である。
このような発光ダイオードでの発光波長は555圓よ)
も多少長波長側へずれ約560 am程度を発光のピー
ク波長とし比較的半値幅の広い発光となる。そして発光
効率は0.1%程度である。従ってaap結晶を用いた
発光ダイオードが緑色発光ダイオードと呼ばれていても
、実際に高輝度のものは純緑色とはいえず、緑色の波長
成分は少なく黄色の波長成分が多くなった黄緑色の発光
をするダイオードとなっている。
も多少長波長側へずれ約560 am程度を発光のピー
ク波長とし比較的半値幅の広い発光となる。そして発光
効率は0.1%程度である。従ってaap結晶を用いた
発光ダイオードが緑色発光ダイオードと呼ばれていても
、実際に高輝度のものは純緑色とはいえず、緑色の波長
成分は少なく黄色の波長成分が多くなった黄緑色の発光
をするダイオードとなっている。
このように純緑色の発光が高い効率で得られるような発
光ダイオードは今まで得られていなかつ′ たのであ
る。しかも発光素子と組み合わせて受光素子を用いるよ
うな装置の場合、受光素子の殆んどが約500 am以
下付近に感度の最大があり能率の悪いものとなってしま
うので、高い効率を持つ純緑色の発光ダイオードの登場
が望まれていた。
光ダイオードは今まで得られていなかつ′ たのであ
る。しかも発光素子と組み合わせて受光素子を用いるよ
うな装置の場合、受光素子の殆んどが約500 am以
下付近に感度の最大があり能率の悪いものとなってしま
うので、高い効率を持つ純緑色の発光ダイオードの登場
が望まれていた。
本発明は完全に緑色(深緑色)で発光効率の高い発光ダ
イオード或いはそれを用いた発光表示装置を提供するも
のである。
イオード或いはそれを用いた発光表示装置を提供するも
のである。
本発明に用いられる発光ダイオードのpn接合領域の半
導体材料は従来のGaP結晶ではなく、GaP結晶、よ
りも禁制帯幅が広いムtp結晶(禁制帯幅キ3.1’e
V)とGaP結晶とO混晶Ga1−X 鳩P結晶である
。
導体材料は従来のGaP結晶ではなく、GaP結晶、よ
りも禁制帯幅が広いムtp結晶(禁制帯幅キ3.1’e
V)とGaP結晶とO混晶Ga1−X 鳩P結晶である
。
本発明による発光ダイオードの°断面図例を第1図に示
す。製造方法例について簡単に触れながらこの構造につ
いて説明する。結晶面か(111)面のt* 1IIG
aF、結晶4を基板としてその上に温度差液相成長法な
どでn1ljのGa1−xAt、P結晶3を成長させ、
更にその上に9 It ’D Ga1−1111 F結
晶2を成長させるのである。従ってpm接合が形成され
ている領域の半導体材料はGa、−1ALxP結晶であ
る。このダイオードにアノード電極1とカノード電極5
が付着されている。
す。製造方法例について簡単に触れながらこの構造につ
いて説明する。結晶面か(111)面のt* 1IIG
aF、結晶4を基板としてその上に温度差液相成長法な
どでn1ljのGa1−xAt、P結晶3を成長させ、
更にその上に9 It ’D Ga1−1111 F結
晶2を成長させるのである。従ってpm接合が形成され
ている領域の半導体材料はGa、−1ALxP結晶であ
る。このダイオードにアノード電極1とカノード電極5
が付着されている。
第2図に本発明で得られ九〇a□−xu、P結晶の成分
比Xと発光ピーク波長λとの関係を示す。Xに比例して
発光ピーク波長は短波長側へ移動し、ダイオードの発光
色は深い緑色となってくるのである。
比Xと発光ピーク波長λとの関係を示す。Xに比例して
発光ピーク波長は短波長側へ移動し、ダイオードの発光
色は深い緑色となってくるのである。
ことに示したのは発光センターとしての窒素を添加しな
い場合の結果であるが、成長したGa1−xALP結晶
ウエノつ−から切シ出して外部量子効果の値の分布を窒
素添加した亀のとそうでないものと比較した第3図の結
果から判るように、窒素を添加した時には発光ピーク波
長は2〜4nm長波長側へ移−するが、発光効率は約2
倍程度に向上するので窒素添加は本発明においても極め
て効果的な方法である。
い場合の結果であるが、成長したGa1−xALP結晶
ウエノつ−から切シ出して外部量子効果の値の分布を窒
素添加した亀のとそうでないものと比較した第3図の結
果から判るように、窒素を添加した時には発光ピーク波
長は2〜4nm長波長側へ移−するが、発光効率は約2
倍程度に向上するので窒素添加は本発明においても極め
て効果的な方法である。
この本発明によるGa5−xjkAIP発光ダイオード
°の成分比Xと発光効率の関係を第4図に示す。成分比
Xを増すと禁制帯幅が増加することによって発光ピーク
波長は短波長側へ比例的に移動するが、発光効率は低下
してしまうことが判り九。これはGaP結晶とG町−x
嶋?結晶との格子定数の違い、熱膨張係数の違いによ
る歪がXの増加と共に大きくなり、−j1n接合への悪
影響(歪或いは欠陥の発生など)が増していくことによ
ると思われる。これらの実験結果から、実用的な成分比
Xの範SaO,OS≦X≦0.3であることが得られ喪
。
°の成分比Xと発光効率の関係を第4図に示す。成分比
Xを増すと禁制帯幅が増加することによって発光ピーク
波長は短波長側へ比例的に移動するが、発光効率は低下
してしまうことが判り九。これはGaP結晶とG町−x
嶋?結晶との格子定数の違い、熱膨張係数の違いによ
る歪がXの増加と共に大きくなり、−j1n接合への悪
影響(歪或いは欠陥の発生など)が増していくことによ
ると思われる。これらの実験結果から、実用的な成分比
Xの範SaO,OS≦X≦0.3であることが得られ喪
。
第5図には他の製作条件を一定としてn型Ga1−XA
j、P結晶成長層の厚みと外部量子効率との関係が示さ
れている。成長層厚みが約50μ燭程度以上になると、
前述した歪の悪影響が少なくなって外部量子効率が大き
くなるものと考えられ、従って韮型G町−一へP結晶の
成長N祉SOS講以上が良い。
j、P結晶成長層の厚みと外部量子効率との関係が示さ
れている。成長層厚みが約50μ燭程度以上になると、
前述した歪の悪影響が少なくなって外部量子効率が大き
くなるものと考えられ、従って韮型G町−一へP結晶の
成長N祉SOS講以上が良い。
さて以上のような製作方法・条件は本発明の構成要素酸
い2社特徴と々るが、特にその中で最も重要と表るのは
n型G町−xALxP成長層の伝導型を決定する不純物
密度の量である。これについて以下に詳細に説明する。
い2社特徴と々るが、特にその中で最も重要と表るのは
n型G町−xALxP成長層の伝導型を決定する不純物
密度の量である。これについて以下に詳細に説明する。
Ga 1−z Al−1P成長層のn型不純物としては
テルル(Te)や硫黄(8)などが考えられる。実験の
結果、いずれの不純物を用いても本発明の緑色発光ダイ
オードは得られる。テルルの場合社硫黄の場合と同様な
傾向を示すが、発光効率は硫黄の方が高かった。
テルル(Te)や硫黄(8)などが考えられる。実験の
結果、いずれの不純物を用いても本発明の緑色発光ダイ
オードは得られる。テルルの場合社硫黄の場合と同様な
傾向を示すが、発光効率は硫黄の方が高かった。
成分比Xを0.05≦X≦01−3 の範囲にして且つ
p型不純物密度をNム=g X 1 G”Z−と一定に
保つ走時、得られた発光ダイオードのn型不純物密度(
不純物は硫黄)と発光強度の関係を示す実験結果例を第
6図に示す。
p型不純物密度をNム=g X 1 G”Z−と一定に
保つ走時、得られた発光ダイオードのn型不純物密度(
不純物は硫黄)と発光強度の関係を示す実験結果例を第
6図に示す。
この結果から判るように、高い発光効率を有する発光ダ
イオードを得るためにはn型不純物密度には特定な範囲
があるということが見出された。
イオードを得るためにはn型不純物密度には特定な範囲
があるということが見出された。
すなわち、n型不純物密度の下限は約2X1G”/c1
1であり、上限祉約1.4 x lO”/−である。例
えば試作ダイオードの一具体的データをいえば、x=0
.05の時n型不純物密度が2.7 X 10”/jで
外部量子効率Q、13%、x−0,19の時n型不純物
密度が4.5 X 1 G”/−で外部量子効率が0.
06%であった。
1であり、上限祉約1.4 x lO”/−である。例
えば試作ダイオードの一具体的データをいえば、x=0
.05の時n型不純物密度が2.7 X 10”/jで
外部量子効率Q、13%、x−0,19の時n型不純物
密度が4.5 X 1 G”/−で外部量子効率が0.
06%であった。
発光効率に対しこのような傾向がでてくる理由はいくつ
か考えられ、また不明な点もあるがおよそ次のようなこ
とであろうと思われる。すなわち、Qa 1−X鳩P結
晶はGaP結晶と同様に閘接遷移蓋の結晶である。この
ような結晶では発光のための再結合確率は極めて小さい
。従って窒素などの不純物を添加して、それを発光中心
とした再結合確率を上げて効率を高めるといった方法が
とられるように、添加する不純物の種類、量が発光波長
や効率に極めて重要な影響を与えることが理解される。
か考えられ、また不明な点もあるがおよそ次のようなこ
とであろうと思われる。すなわち、Qa 1−X鳩P結
晶はGaP結晶と同様に閘接遷移蓋の結晶である。この
ような結晶では発光のための再結合確率は極めて小さい
。従って窒素などの不純物を添加して、それを発光中心
とした再結合確率を上げて効率を高めるといった方法が
とられるように、添加する不純物の種類、量が発光波長
や効率に極めて重要な影響を与えることが理解される。
窒素は中性中心であるが、硫黄などのall不純物も再
結合確率を増す発光中心として寄与しているものと考え
ら五、不純物の量の増加と共にある・程度まで発光効率
が増加する。しかしある程度以上になると歪の増加など
による非発光中心が作られ、所謂濃度クエンチング、が
起き、ま丸見光効率が低下してしまうものであろう。
結合確率を増す発光中心として寄与しているものと考え
ら五、不純物の量の増加と共にある・程度まで発光効率
が増加する。しかしある程度以上になると歪の増加など
による非発光中心が作られ、所謂濃度クエンチング、が
起き、ま丸見光効率が低下してしまうものであろう。
以上に述べたように、本発明Fipn接合領域の半導体
材料をGa5−xAAxP結晶とし、その成分比Xを0
.05≦X≦0.3 の範囲に選び、しかも鳳型Ga
1−x j暎σ領域の置型不純物の量を約2〜14X1
017−の値に限定することにより高効率の完全に縁色
帯で発光する、具体的には538〜552 amのいず
れの波長においても発光ピーク波長の選べる効率の高い
ダイオードが提供でき、工業的価値は極めて大きいもの
となる。一 本発明による発光ダイオードについて製造方法、構造に
ついて簡本に触れながら説明したが、本発明の精神を逸
脱しない範囲で種々の構造、製造方法がとられうろこと
は充分に理解できよう。例えば第1図の構造を全く逆に
した構造、すなわちp型GaP結晶を基板とし、その上
に1)It Gm5−x”xP結晶を成長させ引き続い
てn型龜□−xALxP結晶を成長させるという方法で
も良い。まえ、第1図のようにGa、−xA/、 P結
晶の成分比Xがp型領域とn型領域との間で同じである
所鎮ホモ接合であっても、異なるようにされた所謂ダブ
ルへテロ接合でも良いし、或いは所謂シングルへテロ接
合でも良い。
材料をGa5−xAAxP結晶とし、その成分比Xを0
.05≦X≦0.3 の範囲に選び、しかも鳳型Ga
1−x j暎σ領域の置型不純物の量を約2〜14X1
017−の値に限定することにより高効率の完全に縁色
帯で発光する、具体的には538〜552 amのいず
れの波長においても発光ピーク波長の選べる効率の高い
ダイオードが提供でき、工業的価値は極めて大きいもの
となる。一 本発明による発光ダイオードについて製造方法、構造に
ついて簡本に触れながら説明したが、本発明の精神を逸
脱しない範囲で種々の構造、製造方法がとられうろこと
は充分に理解できよう。例えば第1図の構造を全く逆に
した構造、すなわちp型GaP結晶を基板とし、その上
に1)It Gm5−x”xP結晶を成長させ引き続い
てn型龜□−xALxP結晶を成長させるという方法で
も良い。まえ、第1図のようにGa、−xA/、 P結
晶の成分比Xがp型領域とn型領域との間で同じである
所鎮ホモ接合であっても、異なるようにされた所謂ダブ
ルへテロ接合でも良いし、或いは所謂シングルへテロ接
合でも良い。
効率を高めるだめの窒素添加はGa1−xALxP成長
層のp型及びn型領域の両領域に行われるの殖理想的で
あるが、設計的制限からいずれか一方の領域に限られて
も良いことは勿論である。また、GajuP結晶成長層
を得る成長法は温置差液相成長法が望ましいが、更に化
学量論組成からのずれを小さくすれば効率が向上するの
で、燐圧が制御された所鎮蒸気圧制御による温匿差液相
成長法を用いる方が製造過程が多少複雑となるが搭かに
効果的である。
層のp型及びn型領域の両領域に行われるの殖理想的で
あるが、設計的制限からいずれか一方の領域に限られて
も良いことは勿論である。また、GajuP結晶成長層
を得る成長法は温置差液相成長法が望ましいが、更に化
学量論組成からのずれを小さくすれば効率が向上するの
で、燐圧が制御された所鎮蒸気圧制御による温匿差液相
成長法を用いる方が製造過程が多少複雑となるが搭かに
効果的である。
第1図は、本発明によるGajLjP発光ダイオードの
断面構造例。 第2図は、本発明によるGa、−xjk4P発光ダイオ
ードの成分比Xと発光ピーク波長の関係(窒素添加なし
)を示すグラフ。 第3図は2、本発明による成長ウェハーから製作され九
G町−−hP発光ダイオードの発光効率の値の分布(実
線は窒素添加なし、点線は窒素を添加した場合)を表わ
すグラフ。 第4図線、本発明によるGa1−、AA、P発光ダイオ
ードの成分比Xと発光効率の関係を示すグラフ。 第5図は、本発明によるGa1−)(jL%P発光ダイ
オードにおけるn m Gm□−,14,P成長層厚み
と外部量子効率との関係を示すグラフ。 第6図は、本発明によるGa、−x ALXF発光ダイ
オードにおけるn @ Ga、xAA、−P成長層の不
純物密度と発光強度の関係を示すグラフである。 1.5・・・電極:2,3・・・結貞成長層: 4・・
・結晶基板。 特許出願人: スタンレー電気株式会社代理人:弁理士
海津保三 同 : 弁理士 平 山 −幸 386− rつ 味 第6図 fL!!apJヲ炙 (cm’) 手続補正書(1員) 昭和s7年4月16日 特許庁長官 島田春樹殿 1、事件の表示 昭和56年 善 許 −願第10!218号2゛斃″0
4称 牛導体尭光装置 3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 4、代理人 8 補正の内容 (1)明細書、鯵7 買g 18 行t) r 1g
’e ToO** JのIIK下記を挿入する。 r t * 、j OII 験a )J、 sw 8
X 10”/7と一定にシ九結Jl”t6.&#、)j
、は! 〜1sXIO’/mO範囲であればよいことが
確諺されえ、」388−
断面構造例。 第2図は、本発明によるGa、−xjk4P発光ダイオ
ードの成分比Xと発光ピーク波長の関係(窒素添加なし
)を示すグラフ。 第3図は2、本発明による成長ウェハーから製作され九
G町−−hP発光ダイオードの発光効率の値の分布(実
線は窒素添加なし、点線は窒素を添加した場合)を表わ
すグラフ。 第4図線、本発明によるGa1−、AA、P発光ダイオ
ードの成分比Xと発光効率の関係を示すグラフ。 第5図は、本発明によるGa1−)(jL%P発光ダイ
オードにおけるn m Gm□−,14,P成長層厚み
と外部量子効率との関係を示すグラフ。 第6図は、本発明によるGa、−x ALXF発光ダイ
オードにおけるn @ Ga、xAA、−P成長層の不
純物密度と発光強度の関係を示すグラフである。 1.5・・・電極:2,3・・・結貞成長層: 4・・
・結晶基板。 特許出願人: スタンレー電気株式会社代理人:弁理士
海津保三 同 : 弁理士 平 山 −幸 386− rつ 味 第6図 fL!!apJヲ炙 (cm’) 手続補正書(1員) 昭和s7年4月16日 特許庁長官 島田春樹殿 1、事件の表示 昭和56年 善 許 −願第10!218号2゛斃″0
4称 牛導体尭光装置 3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 4、代理人 8 補正の内容 (1)明細書、鯵7 買g 18 行t) r 1g
’e ToO** JのIIK下記を挿入する。 r t * 、j OII 験a )J、 sw 8
X 10”/7と一定にシ九結Jl”t6.&#、)j
、は! 〜1sXIO’/mO範囲であればよいことが
確諺されえ、」388−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (リ GaP結晶を基板とし、その上に成長したGa1
−、ALP結晶内K pn接合が形成された半導体発光
装置において、1111のaal−xALxp結晶の不
純物密度が2〜14 X 1G”/−の範8にあること
を特徴とする半導体発光装置。 (2) 成長した前記Ga、−xALXp結晶の膳型
領域かp!領領域少くとも1つの領域に窒素が添加され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
半導体発光装置。 (3) 前記n型のGa 1−x嶋P結晶領域がGa
P結晶K11llL且つその厚みが少くとも5Qjal
1以上であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載の半導体発光装置。 (4)前記n型のGa、−xALxP結晶領域の伝導型
不純物が硫黄であることを特徴とする特許請求の範87
813JK記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56102215A JPS584988A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56102215A JPS584988A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS584988A true JPS584988A (ja) | 1983-01-12 |
Family
ID=14321434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56102215A Pending JPS584988A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS584988A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5442201A (en) * | 1993-03-25 | 1995-08-15 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device with nitrogen doping |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49106785A (ja) * | 1973-02-12 | 1974-10-09 |
-
1981
- 1981-07-02 JP JP56102215A patent/JPS584988A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49106785A (ja) * | 1973-02-12 | 1974-10-09 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5442201A (en) * | 1993-03-25 | 1995-08-15 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device with nitrogen doping |
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