JPS6328512B2 - - Google Patents

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JPS6328512B2
JPS6328512B2 JP15611282A JP15611282A JPS6328512B2 JP S6328512 B2 JPS6328512 B2 JP S6328512B2 JP 15611282 A JP15611282 A JP 15611282A JP 15611282 A JP15611282 A JP 15611282A JP S6328512 B2 JPS6328512 B2 JP S6328512B2
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JP
Japan
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thin film
semiconductor thin
forbidden band
semiconductor
layer
Prior art date
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Application number
JP15611282A
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English (en)
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JPS5946074A (ja
Inventor
Hiroshi Fujasu
Masaru Kaneko
Kazutoshi Yoshida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koito Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Koito Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Koito Manufacturing Co Ltd filed Critical Koito Manufacturing Co Ltd
Priority to JP57156112A priority Critical patent/JPS5946074A/ja
Publication of JPS5946074A publication Critical patent/JPS5946074A/ja
Publication of JPS6328512B2 publication Critical patent/JPS6328512B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
    • H10H20/81Bodies
    • H10H20/811Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
    • H10H20/812Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10HINORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80Constructional details
    • H10H20/81Bodies
    • H10H20/822Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/823Materials of the light-emitting regions comprising only Group II-VI materials, e.g. ZnO

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  • Led Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は新規な半導体薄膜発光素子に関し、特
に、好みの発光色を得られ、各種表示装置の発光
素子として好適である新規な半導体薄膜発光素子
を提供しようとするものである。 発明の概要 本発明半導体薄膜発光素子は、禁制帯幅の異な
る2種の半導体の薄膜層を用いた発光素子、即ち
禁制帯幅の小さな方の半導体薄膜層を活性層とし
禁制帯幅の大きな方の半導体薄膜層によつて挟持
した形に積層し、かつ、禁制帯幅の大きな方の半
導体から成る半導体薄膜層には該半導体の禁制帯
の中間にエネルギー準位を形成する不純物を添加
して成ることを特徴とする。これによつて、活性
層の層厚を適宜に変化させることによつて好みの
発光色で発光する発光素子を得ることができ、ま
た、禁制帯幅が大きい方の半導体の禁制帯の中間
にエネルギー準位を形成する不純物を添加したこ
とによつて、電子が励起され易くなり、発光効率
がきわめて向上する。 実施例 以下に、本発明半導体薄膜発光素子の詳細を図
示実施例に従つて説明する。 1は透明基板であり、ガラス板又はシリコン
(Si)、ガリウム―砒素(GaAs)等の単結晶基板
から成る。 2は透明電極であり、例えばインジウム―すず
の酸化物の薄膜から成り、前記透明基板1の一方
の面に被着形成される。 3は半導体薄膜で、例えば硫化亜鉛(ZnS)の
100〜1000オングストローム(Å)位の薄膜であ
る。そして、この半導体薄膜層にはその材料であ
る半導体の禁制帯の中間にエネルギー準位を形成
する不純物が添加されている。 4は活性層で、前記半導体薄膜3の半導体材料
より禁制帯幅の小さな半導体材料から成る薄膜
で、前記半導体薄膜3とはヘテロ接合されてい
る。そして、この活性層4の半導体材料は前記半
導体薄膜3の半導体材料より禁制帯幅が小さなも
ので、例えば前述のように半導体薄膜3の半導体
材料を硫化亜鉛(ZnS)とした場合は、セレン化
亜鉛(ZnSe)又はZnSxSe(1―x)の混晶が考え
られる。そして、この活性層4の膜厚は10〜200
オングストローム(Å)である。 5は前記半導体薄膜3の半導体材料と同様の半
導体材料(前記例ではZnS)から成る半導体薄膜
であり、活性層4とヘテロ接合され、その層厚は
50〜500オングストローム(Å)である。この半
導体薄膜層5にもその材料たる半導体の禁制帯の
中間にエネルギー準位を形成する不純物が添加さ
れている。 6は半導体薄膜5の背面に接して設けられた背
面電極である。この背面電極6は、透明、半透
明、無彩色、有彩色等適宜のもので良い。 第2図Aは上記半導体薄膜3,5と活性層4と
から成る積層体7を厚み方向に薄くスライスして
示す断面図であり、同図BはAに対応して各層に
おけるエネルギー準位の分布を示すものである。 第2図からもわかるように、禁制帯幅の小さな
半導体材料から成る薄膜をそれより禁制帯幅の大
きな半導体材料から成る薄膜によつて挟んだ層構
造とすると、量子井戸QWが形成され、禁制帯幅
のより小さな半導体材料の層に電子及び正孔が閉
じ込められ、ここで発光再結合をするため、所定
の波長の発光が得られる。また、上記のような量
子井戸構造によると、電子及び正孔が活性層4に
閉じ込められ、発光再結合をし易くなるため、発
光効率が増大し、従つて、駆動電圧を下げること
ができる。 また、第3図に示すように、禁制帯幅の大きな
方の半導体薄膜層に添加された不純物が禁制帯の
中間にエネルギー準位を形成するため、励起され
る電子の数が増加し、発光効率が一層向上する。
即ち、不純物を添加しない場合は、価電子帯から
伝導帯への励起は矢印aで示すような直接励起だ
けであり、少なくとも禁制帯幅に相当するエネル
ギーを電場によつて与えてやらなければならな
い。ところが、不純物を添加して禁制帯内にエネ
ルギー準位を形成してやれば、その準位を踏み石
にして価電子帯から伝導帯に電子が励起される。
そして、その励起過程は矢印b1,b2で示すものの
両方で1過程であり、各々の過程b1,b2は禁制帯
幅Egより小さなエネルギー△E1,△E2を電子に
与えてやれば起こる。従つて、同じ大きさのエネ
ルギーを与えてやれば、不純物を添加しない場合
に比して、励起される電子の数が増加することに
なる。そして、価電子帯から伝導帯へ上げられた
電子は量子井戸QWに閉じ込められ、そこで発光
再結合をする。 更に、本発明の半導体薄膜発光素子によれば、
活性層4の厚さLを変えることにより発光色を変
えることが可能となり、2つの構成材料、即ち、
半導体薄膜層3,5に使用される禁制帯幅の大き
い方の半導体材料と活性層4に使用される禁制帯
幅の小さな方の半導体材料の固有発光の中間色を
すべて出すことができる。 即ち、前にも記載したように、第2図Aに示す
ように禁制帯幅の異なる半導体、例えばZnSと
ZnSeとを積層すると同図Bに示すように量子井
戸QWが形成される。第2図Bに示すように一方
向に井戸をもち、残りの2次元方向が自由である
量子井戸において電子が持つエネルギーEeは、 Ee=〓2/2me(Kx2+Ky2) +〓2/2me(nπ/L)2 ……(1) n=1、2、3、…… となる。ここで、Lは禁制帯幅の小さな半導体層
の厚さ(即ち、量子井戸QWの幅)、nは量子数、
Kx,Kyは波数ベクトルのx,y成分である。 同じように、価電子帯量子井戸QW内における
正孔の持つエネルギーEhは、 Eh=〓2/2mh(Kx′2+Ky′2) +〓2/2mh(n′π/L) ……(2) n′=1、2、3、…… となる。 尚、上記(1)、(2)式で〓≡h/2πで、hはプラ
ンク定数、me,mhは電子、正孔の実効質量であ
る。 Kx、Kyは0<Kx、Ky、(Kx′、Ky′)<∞の
値をとるので(Kx、Ky、Kx′、Ky′〜0、n、
n′=1とおいて)、伝導帯で電子が取り得る最小
のエネルギーは〓2(π/L)2/2me、価電子帯で
正孔が取り得る最小エネルギーは〓2(π/L)2
2mhとなり、実質上の禁制帯幅Egは、 Eg=Eg(ZnSe)+〓2/2me(π/L)2+〓2/2mh(
π/L)2 となる。従つて、Lを変化させることにより禁制
帯幅Egを Eg(ZnSe)<Eg<Eg(ZnS) の範囲で変えることができる。 従つて、上記例(ZnSeとZnSとの積層体)で
ZnSe層の幅を変えることにより、禁制帯幅の小
さな半導体(この場合、ZnSe)の伝導帯―価電
子帯間発光の波長(4640Å)から禁制帯幅の大き
な半導体(この場合、ZnS)の伝導帯―価電子帯
間発光の波長(3390Å)までの範囲の発光色が得
られる。 本発明半導体薄膜発光素子における積層体に用
いられる半導体材料の組み合わせは、基本的には
禁制帯幅の互いに異なるものであればどんな組み
合わせでも良い。他のヘテロ接合素子において性
能を左右する鍵となる異種材料間における格子不
整合は、本発明半導体薄膜発光素子の積層体にお
いては、各層がきわめて薄いため他のヘテロ接合
素子におけるほどには大きな影響は生じない。そ
のため、従来、ヘテロ接合に用いられている組み
合わせはもとより、より広い範囲の組み合わせに
ついて適用が可能である。例えば、青色系の発光
が得られる前述のZnS―ZnSeの組み合わせ、緑
色系の発光が得られるGaAlP―GaPの組み合わ
せ、赤色系の発光が得られるGaP―GaAsPの組
み合わせ、赤外の発光が得られるGaAlAs―
GaAsの組み合わせ等が挙げられる。この外に
も、2―2元、1―2元、3―2元、4―2元化
合物の組み合わせも考えられ、その適用範囲はき
わめて広いものである。 別表に、いくつかの半導体の組み合わせを、禁
制帯幅、格子定数、バンド間発光波長と共に示
す。
【表】 また、各半導体層3、4、5の製法は適宜の方
法によつて良く、例えば、電子ビーム式、抵抗加
熱式等による真空蒸着法、ホツトウオールエピタ
キシヤル法(HWE)、分子線エピタキシヤル法
(MBE)、CVD法、MOCVD法、原子層エピタキ
シヤル法等が考えられる。 第4図は本発明半導体薄膜発光素子の第2の実
施例を示すものである。 この実施例における積層体7aは外側に禁制帯
幅の大きい方の半導体の層3,3(稍厚く100〜
1000Å)が配置され、その間に禁制帯幅の小さい
方の半導体の層(厚さ10〜200Å)、即ち活性層4
と禁制帯幅の大きい方の半導体の層5(厚さ50〜
500Å)が交互に積層されて成るものである。 このように多層に構成することによつてより強
力な発光が得られる。 第5図は本発明半導体薄膜発光素子の第2の実
施例の変形例を示すものである。 この変形例において積層体7bの活性層4は、
透明電極2側に位置されるもの41の層厚が薄く、
背面電極6側に位置されるもの4nの層厚が厚く
され、この間で活性層4の層厚が背面電極6に近
いものほど厚くされていることを特徴とする。 このように構成することによつて、活性層4の
層厚が薄いところでは実質上の禁制帯幅Egが広
がり(Eg1>Eg2……>Egn)、より短波長の発
光が得られる。従つて、各活性層41,42,43
……4nにおける発光色が異なることになり、本
素子においては、これら各活性層41,42,43
……4nの発光色の合成色による発光が得られ
る。尚、この変形例の場合、透明電極2から遠去
かるほど長波長の光を発するようにする必要があ
り、従つて、活性層4の層厚は、背面電極6に近
いものほど厚くされる必要がある。 尚、上記第4図、第5図に示すものにおいて、
半導体薄膜層3,5に材料半導体の禁制帯の中間
にエネルギー準位を形成する不純物を添加するこ
とは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明半導体薄膜発光素子の第1の実
施例を示す模型的側面図、第2図は本発明半導体
薄膜発光素子における積層体の各層とエネルギー
準位の分布状態との関係を示し、Aは積層体を厚
み方向に薄くスライスして示す断面図、BはAに
対応して各層におけるエネルギー準位の分布を示
す図、第3図は本発明半導体薄膜発光素子の作用
を説明するためのエネルギー準位の分布図、第4
図は本発明半導体薄膜発光素子の第2の実施例を
模型的に示す側面図、第5図は第3図のものの変
形例を模型的に示す側面図である。 符号の説明、2……透明電極、3……禁制帯幅
の大きな方の半導体薄膜、4……活性層、5……
禁制帯幅の大きな方の半導体薄膜、6……背面電
極、7,7a,7b……積層体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 禁制帯幅の異なる2種の半導体の薄膜層を用
    いた発光素子、即ち禁制帯幅の小さな方の半導体
    薄膜層を活性層とし禁制帯幅の大きな半導体薄膜
    層によつて挟持した形に積層し、かつ、禁制帯幅
    の大きな方の半導体薄膜層には該半導体の禁制帯
    の中間にエネルギー準位を形成する不純物を添加
    して成ることを特徴とする半導体薄膜発光素子。
JP57156112A 1982-09-08 1982-09-08 半導体薄膜発光素子 Granted JPS5946074A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57156112A JPS5946074A (ja) 1982-09-08 1982-09-08 半導体薄膜発光素子

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Publication Number Publication Date
JPS5946074A JPS5946074A (ja) 1984-03-15
JPS6328512B2 true JPS6328512B2 (ja) 1988-06-08

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ID=15620567

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JP57156112A Granted JPS5946074A (ja) 1982-09-08 1982-09-08 半導体薄膜発光素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7137879B2 (en) 2001-04-24 2006-11-21 Applied Materials, Inc. Conductive polishing article for electrochemical mechanical polishing
US7278911B2 (en) 2000-02-17 2007-10-09 Applied Materials, Inc. Conductive polishing article for electrochemical mechanical polishing
US7344432B2 (en) 2001-04-24 2008-03-18 Applied Materials, Inc. Conductive pad with ion exchange membrane for electrochemical mechanical polishing

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7278911B2 (en) 2000-02-17 2007-10-09 Applied Materials, Inc. Conductive polishing article for electrochemical mechanical polishing
US7137879B2 (en) 2001-04-24 2006-11-21 Applied Materials, Inc. Conductive polishing article for electrochemical mechanical polishing
US7311592B2 (en) 2001-04-24 2007-12-25 Applied Materials, Inc. Conductive polishing article for electrochemical mechanical polishing
US7344432B2 (en) 2001-04-24 2008-03-18 Applied Materials, Inc. Conductive pad with ion exchange membrane for electrochemical mechanical polishing

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JPS5946074A (ja) 1984-03-15

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