JPS6328511B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6328511B2 JPS6328511B2 JP12646582A JP12646582A JPS6328511B2 JP S6328511 B2 JPS6328511 B2 JP S6328511B2 JP 12646582 A JP12646582 A JP 12646582A JP 12646582 A JP12646582 A JP 12646582A JP S6328511 B2 JPS6328511 B2 JP S6328511B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- znse
- layer
- substrate
- type
- blue 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.)
- Expired
Links
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]
- H10H20/052—Light-emitting semiconductor devices having Schottky type light-emitting regions; Light emitting semiconductor devices having Metal-Insulator-Semiconductor type light-emitting regions
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Description
本発明は青色発光素子、特に新規なZnSe（セレ
ン化亜鉛）を用いたMIS形青色発光素子に関す
る。 現在、青色発光素子としてはGaN（窒化ガリウ
ム）、SiC（炭化シリコン）の材料からなるものが
開発され、商品化一歩手前まできている。 ところが、ZnSeは室温で2.7eVと広いバンドギ
ヤツプをもつため青色発光素子材料として有望視
されているにもかかわらず実用化されていない。
その原因としては従来の液相、気相成長方法で育
成したZnSe結晶には双晶が多く、且つ不純物濃
度の制御が非常に困難であるため所望の発光色を
得ることができなかつたことが挙げられる。また
従来法では成長中にCuあるいはNa等の不所望な
不純物が混入してしまい、これら不所望な不純物
により縁色、赤色等の発光センターが形成される
ため純粋な青色発光が得られなかつた。 最近、低温で、しかも化学量論比的組成をも
つ、高品質のZnSe単結晶が、分子線エピタキシ
ー法（以下MBEを称す）にて得られることが分
つて来た。この方法は10-10Torr以下の超高真空
雰囲気下で、結晶成長を行なうため、従来法によ
る不本意な不純物の混入を極力防止することがで
きる。また成長温度が300〜400℃と低いため双晶
のない、かつ化学量論比的組成をもつ結晶が育成
できる。また結晶育成中に不純物の種類および濃
度を完全に制御しながら混入させることができる
優れた特長をもつている。 本発明者らの実験によれば、成長温度300℃〜
400℃で不純物としてGa（ガリウム）を３×
1016／cm3程度含有したｎ型ZnSeをMBEで成長し
たとき、フオトルミネツセンス測定により純粋な
青色発光が得られることが判明した。 ZnSeでｐ型伝導をもつものを得ることは従来
不可能とされ、またMBEを用いても極めて難し
いため、ZnSeからなる発光素子を得んとする場
合第１図に示す如く基板１上にｎ型ZnSe層２、
絶縁層３、金属層４を順次積層してなるMIS（金
属―絶縁膜―半導体）構造が考えられる。 斯る第１図の発光素子において青色発光を得ん
とするときには既述した如く、ｎ型ZnSe層２を
MBEにて成長温度300℃〜400℃、不純物として
のGaのキヤリア濃度が３×1016／cm3となるよう
に成長させれば良く、このように構成した素子に
順方向バイアスを印加すると絶縁層３近傍のｎ型
ZnSe層２で青色発光が得られる。 ところが、斯る発光素子では、ｎ型ZnSe層２
の比抵抗が約５Ω―cmと非常に高いため順方向の
立上り電圧が40V以上必要となる。また順方向電
流を発光が起る数ｍＡ程度流すと絶縁破壊が起り
素子が破損することが頻繁に生じ、発光素子とし
て不安定なものとなる。 この解決法としては、ｎ型ZnSe層２のキヤリ
ア濃度を上げて比抵抗を小さくすること（キヤリ
ア濃度５×1017／cm3で0.05Ω−cm）が考えられる
が、発光色はキヤリア濃度に依存しているためキ
ヤリア濃度を上げると青色光が得られなくなる。 またｎ型ZnSe層２の層厚をできる限り小とし
て抵抗値を小さくする方法も考えられるが、通常
斯るZnSeを成長させる基板としては格子定数等
の観点からバンドギヤツプがZnSeより小なる
GaAsが用いられているので、上記ZnSe層を約
10μm以下とすると斯るZnSe層２から発した光が
上記基板１に吸収されてしまう。 本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、低電
圧で高効率発光が可能なZnSeからなるMIS型青
色発光素子を提供せんとするものである。以下実
施例につき本発明を説明する。 第２図は本発明の実施例を示し、１１は一主面
が（100）面となるｎ型GaAs基板、１２は該基
板上に積層されたキヤリア濃度５×1017／cm3のｎ
型の第1ZnSe層、１３は該第1ZnSe層上に積層さ
れキヤリア濃度５×1016／cm3のｎ型の第2ZnSe
層、１４は該第2ZnSe層上に積層された絶縁層で
あり、該絶縁層は例えばSiO2（二酸化シリコン）
からなる。１５は該絶縁層上に形成された金属層
である。 上記第１、第2ZnSe層１２，１３については共
にMBEで高品質な単結晶膜が得られる。 第３図は第１、第2ZnSe層１２，１３を得るた
めのMBE装置を原理的に示したものである。バ
ツクグランド真空度５×10-11Torr以下に排気し
た真空容器内に、基板部２１と第１〜第３セル２
２ａ〜２２ｃとが対向配置されこれらの間に主シ
ヤツタ２３と個別シヤツタ２４ａ〜２４ｃが介在
されている。 基板部２１はヒータ機構を備えた基板ホルダ２
５とその上にIn（インジウム）メタル２６により
貼着されたGaAs基板１１とからなる。第１〜第
３セル２２ａ〜２２ｃは、夫々るつぼ２８ａ〜２
８ｃ内にZn、Se、Gaを個別に収納しており、そ
の周囲にるつぼ加熱用ヒータ２９を有し、又各る
つぼ温度検出用熱電対３０を備えている。 上記MBE装置自体は周知であり、基板１１や
各セルの温度を制御すると共に、各シヤツタ２４
ａ〜２４ｃを適宜開閉することにより、第２図に
示す如くGaAs基板１１上に第１、第2ZnSe層１
２，１３が成長する。尚上記Gaは不純物である。 次に上記第１、第2ZnSe層１２，１３の成長条
件を下表に示す。尚このときの基板１１の温度は
360゜〜370℃とした。
ン化亜鉛）を用いたMIS形青色発光素子に関す
る。 現在、青色発光素子としてはGaN（窒化ガリウ
ム）、SiC（炭化シリコン）の材料からなるものが
開発され、商品化一歩手前まできている。 ところが、ZnSeは室温で2.7eVと広いバンドギ
ヤツプをもつため青色発光素子材料として有望視
されているにもかかわらず実用化されていない。
その原因としては従来の液相、気相成長方法で育
成したZnSe結晶には双晶が多く、且つ不純物濃
度の制御が非常に困難であるため所望の発光色を
得ることができなかつたことが挙げられる。また
従来法では成長中にCuあるいはNa等の不所望な
不純物が混入してしまい、これら不所望な不純物
により縁色、赤色等の発光センターが形成される
ため純粋な青色発光が得られなかつた。 最近、低温で、しかも化学量論比的組成をも
つ、高品質のZnSe単結晶が、分子線エピタキシ
ー法（以下MBEを称す）にて得られることが分
つて来た。この方法は10-10Torr以下の超高真空
雰囲気下で、結晶成長を行なうため、従来法によ
る不本意な不純物の混入を極力防止することがで
きる。また成長温度が300〜400℃と低いため双晶
のない、かつ化学量論比的組成をもつ結晶が育成
できる。また結晶育成中に不純物の種類および濃
度を完全に制御しながら混入させることができる
優れた特長をもつている。 本発明者らの実験によれば、成長温度300℃〜
400℃で不純物としてGa（ガリウム）を３×
1016／cm3程度含有したｎ型ZnSeをMBEで成長し
たとき、フオトルミネツセンス測定により純粋な
青色発光が得られることが判明した。 ZnSeでｐ型伝導をもつものを得ることは従来
不可能とされ、またMBEを用いても極めて難し
いため、ZnSeからなる発光素子を得んとする場
合第１図に示す如く基板１上にｎ型ZnSe層２、
絶縁層３、金属層４を順次積層してなるMIS（金
属―絶縁膜―半導体）構造が考えられる。 斯る第１図の発光素子において青色発光を得ん
とするときには既述した如く、ｎ型ZnSe層２を
MBEにて成長温度300℃〜400℃、不純物として
のGaのキヤリア濃度が３×1016／cm3となるよう
に成長させれば良く、このように構成した素子に
順方向バイアスを印加すると絶縁層３近傍のｎ型
ZnSe層２で青色発光が得られる。 ところが、斯る発光素子では、ｎ型ZnSe層２
の比抵抗が約５Ω―cmと非常に高いため順方向の
立上り電圧が40V以上必要となる。また順方向電
流を発光が起る数ｍＡ程度流すと絶縁破壊が起り
素子が破損することが頻繁に生じ、発光素子とし
て不安定なものとなる。 この解決法としては、ｎ型ZnSe層２のキヤリ
ア濃度を上げて比抵抗を小さくすること（キヤリ
ア濃度５×1017／cm3で0.05Ω−cm）が考えられる
が、発光色はキヤリア濃度に依存しているためキ
ヤリア濃度を上げると青色光が得られなくなる。 またｎ型ZnSe層２の層厚をできる限り小とし
て抵抗値を小さくする方法も考えられるが、通常
斯るZnSeを成長させる基板としては格子定数等
の観点からバンドギヤツプがZnSeより小なる
GaAsが用いられているので、上記ZnSe層を約
10μm以下とすると斯るZnSe層２から発した光が
上記基板１に吸収されてしまう。 本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、低電
圧で高効率発光が可能なZnSeからなるMIS型青
色発光素子を提供せんとするものである。以下実
施例につき本発明を説明する。 第２図は本発明の実施例を示し、１１は一主面
が（100）面となるｎ型GaAs基板、１２は該基
板上に積層されたキヤリア濃度５×1017／cm3のｎ
型の第1ZnSe層、１３は該第1ZnSe層上に積層さ
れキヤリア濃度５×1016／cm3のｎ型の第2ZnSe
層、１４は該第2ZnSe層上に積層された絶縁層で
あり、該絶縁層は例えばSiO2（二酸化シリコン）
からなる。１５は該絶縁層上に形成された金属層
である。 上記第１、第2ZnSe層１２，１３については共
にMBEで高品質な単結晶膜が得られる。 第３図は第１、第2ZnSe層１２，１３を得るた
めのMBE装置を原理的に示したものである。バ
ツクグランド真空度５×10-11Torr以下に排気し
た真空容器内に、基板部２１と第１〜第３セル２
２ａ〜２２ｃとが対向配置されこれらの間に主シ
ヤツタ２３と個別シヤツタ２４ａ〜２４ｃが介在
されている。 基板部２１はヒータ機構を備えた基板ホルダ２
５とその上にIn（インジウム）メタル２６により
貼着されたGaAs基板１１とからなる。第１〜第
３セル２２ａ〜２２ｃは、夫々るつぼ２８ａ〜２
８ｃ内にZn、Se、Gaを個別に収納しており、そ
の周囲にるつぼ加熱用ヒータ２９を有し、又各る
つぼ温度検出用熱電対３０を備えている。 上記MBE装置自体は周知であり、基板１１や
各セルの温度を制御すると共に、各シヤツタ２４
ａ〜２４ｃを適宜開閉することにより、第２図に
示す如くGaAs基板１１上に第１、第2ZnSe層１
２，１３が成長する。尚上記Gaは不純物である。 次に上記第１、第2ZnSe層１２，１３の成長条
件を下表に示す。尚このときの基板１１の温度は
360゜〜370℃とした。
【表】
また既述した如く第１、第2ZnSe層１２，１３
からなるZnSe層は発した光が基板１１に吸収さ
れないためには10μm以上必要であり、更に上記
第1ZnSe層１２の発光波長は青色より長波長側に
位置するので、斯る層で発光再結合が生じないよ
うにする必要がある。斯る点に考慮して本実施例
では第1ZnSe層１２の層厚を10μmとし、第
2ZnSe層１３の層厚を5000Åとした。 更に上記絶縁層１４を形成するにあたり、高温
で形成するとZnSe層が熱分解を生じるので、低
温成長が可能なスパツタ法やプラズマCVD法を
用いることが好ましい。また上記絶縁層１４の層
厚は薄ければ薄いほど好ましいが、あまり薄すぎ
るとピンホール等が生じるため約60Åとした。 このように構成した本実施例素子では青色発光
が生じかつ高抵抗の第2ZnSe層１３を5000Åと非
常に薄くし、かつ第2ZnSe層１３と基板１１との
間に第2ZnSe層１３と同一のバンドギヤツプを有
し、層厚10μmの第1ZnSe層１２を配したので第
2ZnSe層１３で発した光は基板１１に吸収される
ことはない。また、第1ZnSe層１２の抵抗値は、
第1ZnSe層１３に較べて非常に小であるので第１
図素子に比べて素子全体の抵抗値は小となる。 従つて本実施例素子では立上り電圧が約8Vで
高効率の純粋な青色光が得られ、また10mA程度
の電流を連続して印加しても絶縁破壊を生じなか
つた。 以上の説明から明らかな如く、本発明によれば
低電圧にて高効率発光が得られるMIS型ZnSe青
色発光素子が得られる。
からなるZnSe層は発した光が基板１１に吸収さ
れないためには10μm以上必要であり、更に上記
第1ZnSe層１２の発光波長は青色より長波長側に
位置するので、斯る層で発光再結合が生じないよ
うにする必要がある。斯る点に考慮して本実施例
では第1ZnSe層１２の層厚を10μmとし、第
2ZnSe層１３の層厚を5000Åとした。 更に上記絶縁層１４を形成するにあたり、高温
で形成するとZnSe層が熱分解を生じるので、低
温成長が可能なスパツタ法やプラズマCVD法を
用いることが好ましい。また上記絶縁層１４の層
厚は薄ければ薄いほど好ましいが、あまり薄すぎ
るとピンホール等が生じるため約60Åとした。 このように構成した本実施例素子では青色発光
が生じかつ高抵抗の第2ZnSe層１３を5000Åと非
常に薄くし、かつ第2ZnSe層１３と基板１１との
間に第2ZnSe層１３と同一のバンドギヤツプを有
し、層厚10μmの第1ZnSe層１２を配したので第
2ZnSe層１３で発した光は基板１１に吸収される
ことはない。また、第1ZnSe層１２の抵抗値は、
第1ZnSe層１３に較べて非常に小であるので第１
図素子に比べて素子全体の抵抗値は小となる。 従つて本実施例素子では立上り電圧が約8Vで
高効率の純粋な青色光が得られ、また10mA程度
の電流を連続して印加しても絶縁破壊を生じなか
つた。 以上の説明から明らかな如く、本発明によれば
低電圧にて高効率発光が得られるMIS型ZnSe青
色発光素子が得られる。
第１図は従来のZnSe青色発光素子を示す断面
図、第２図は本発明のZnSe青色発光素子を示す
断面図、第３図は典型的なMBE装置を示す原理
図である。 １１……基板、１２……第1ZnSe層、１３……
第2ZnSe層、１４……絶縁層、１５……金属層。
図、第２図は本発明のZnSe青色発光素子を示す
断面図、第３図は典型的なMBE装置を示す原理
図である。 １１……基板、１２……第1ZnSe層、１３……
第2ZnSe層、１４……絶縁層、１５……金属層。
Claims (1)
- １ 基板、該基板上に積層されたｎ型の第1ZnSe
層、該第1ZnSe層上に積層され上記第1ZnSe層よ
りキヤリア濃度の低いｎ型の第2ZnSe層、該第
2ZnSe層上に積層された絶縁層、該絶縁層上に積
層された金属層からなる青色発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57126465A JPS5916393A (ja) | 1982-07-19 | 1982-07-19 | 青色発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57126465A JPS5916393A (ja) | 1982-07-19 | 1982-07-19 | 青色発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5916393A JPS5916393A (ja) | 1984-01-27 |
| JPS6328511B2 true JPS6328511B2 (ja) | 1988-06-08 |
Family
ID=14935886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57126465A Granted JPS5916393A (ja) | 1982-07-19 | 1982-07-19 | 青色発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5916393A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2647824B2 (ja) * | 1984-08-10 | 1997-08-27 | 三洋電機株式会社 | 半導体積層構造 |
| JPH07105339B2 (ja) * | 1986-04-11 | 1995-11-13 | 三洋電機株式会社 | 化合物半導体成長方法 |
| US5140385A (en) * | 1987-03-27 | 1992-08-18 | Misawa Co., Ltd. | Light emitting element and method of manufacture |
-
1982
- 1982-07-19 JP JP57126465A patent/JPS5916393A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5916393A (ja) | 1984-01-27 |
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