JPH0738152A - Semiconductor light emitting element - Google Patents
Semiconductor light emitting elementInfo
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- JPH0738152A JPH0738152A JP17945093A JP17945093A JPH0738152A JP H0738152 A JPH0738152 A JP H0738152A JP 17945093 A JP17945093 A JP 17945093A JP 17945093 A JP17945093 A JP 17945093A JP H0738152 A JPH0738152 A JP H0738152A
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Abstract
Description
【0001】[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。FIELD OF THE INVENTION The present invention is particularly concerned with full color LEDs.
[Light Emitting Diode], traffic light,
Alternatively, the present invention relates to a semiconductor light emitting device that emits green light and is suitable for use as a safety sign or the like.
【0002】[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。2. Description of the Related Art Since LEDs have high luminous efficiency and long life, they have lower power consumption and higher reliability than conventional display devices such as light bulbs, and are expected to be used in a wide range of fields. The emission wavelength that is the emission color of this LED is the band gap [b] which is the width of the forbidden band of the semiconductor crystal.
and gap]. Initially used as LEDs, III-V group compound semiconductors such as GaAs have a relatively narrow bandgap and are biased toward the long wavelength side, so that they are in the infrared region (wavelength of about 780 nm or more) or red (wavelength of about 650 nm). Only the emission color was obtained.
【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。However, recently, as a wide band gap material, SiC (a wavelength of 470 nm) using SiC, which is an indirect transition type semiconductor but is a group IV compound semiconductor, or a direct transition type semiconductor is III. Blue-purple (wavelength 460 nm) in which ZnSSe which is a II-VI group compound semiconductor is formed on a GaAs substrate which is a -V group compound semiconductor
The following luminescent colors have been developed. In addition, as a green emission color (wavelength around 550 nm) having a wavelength between these, an LED using InGaAlP on a GaP or GaAs substrate of a III-V group compound semiconductor has been developed.
【0004】[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(JIS Z 9109、JIS E
3303等)に494nm〜550nmの波長範囲(図
12の範囲B)が指定されている。By the way, it is known that most colors can be produced by combining a plurality of basic three or more colors. In the field of color displays, etc., from red, green and blue. 3 primary colors (RGB
3 primary colors) are often used. When such three primary colors are used, the CIE [International Commiss] shown in FIG. 12 is used.
ion on Illumination] (International Commission on Illumination) It is possible to represent the color inside a triangle whose vertices are the points corresponding to the three primary colors on the chromaticity diagram. For example, a combination of three primary colors consisting of a red color with a wavelength of 650 nm, a green color with a wavelength of 540 nm and a blue color with a wavelength of 470 nm forms the triangle A in FIG. 12, and in order to perform full-color display, at least within the range of the triangle A. You will be able to express colors. In addition,
Regarding the above green color, when it is used for a safety sign light such as a traffic light, it conforms to the JIS standard (JIS Z 9109, JIS E).
3303), the wavelength range of 494 nm to 550 nm (range B in FIG. 12) is designated.
【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。Further, in the above-mentioned direct transition type semiconductor, in the energy band structure, the band gap becomes the narrowest at the point where the wave number vector becomes zero, so that the wave number vector (momentum) is generated when the electrons and holes are recombined. Since it does not change, light can be efficiently emitted. On the other hand, in the case of an indirect transition semiconductor, the wave vector at the minimum point of the conduction band where the band gap becomes the smallest is not zero, so that the wave vector changes when electrons and holes recombine, Luminous efficiency deteriorates. Therefore, in the indirect transition type semiconductor, the LED
High brightness is limited.
【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。However, the GaP, which has been conventionally used as an LED emitting green light, has an emission wavelength of 555.
Since it is nm, when it is used as a green color of the three primary colors of RGB, it is not possible to express a color in a sufficiently wide range.
There is a problem that it cannot be adapted to the green wavelength range of the IS standard safety sign lamp. Moreover, since this GaP is an indirect transition type semiconductor, there is a problem that it is not possible to sufficiently increase the brightness of the LED.
【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。In the case of InGaAlP, it is possible to obtain an emission color having a wavelength shorter than that of GaP by adjusting the mixed crystal ratio, but the recombination of electrons and holes is a direct transition type. The emission wavelength is 56
The limit is up to about 0 nm, and if an emission color with a shorter wavelength is to be obtained, the band gap at the minimum point where the wave vector in the conduction band is other than zero becomes narrower, so the indirect transition type is dominant. Therefore, there is a problem that the luminous efficiency is sharply reduced. Moreover, even if the light is emitted as a direct transition type light at a wavelength of 560 nm, when it is used as a green color of the RGB three primary colors, the color can be expressed only within the range of the triangle C in FIG. Not only can colors not be fully expressed, but also JIS
There was also a problem that it could not conform to the green wavelength range of the standard safety indicator light.
【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。All II-VI group compound semiconductors are direct transition type semiconductors, and generally have band gaps of III-V.
Since it is closer to the shorter wavelength side than the group compound semiconductor, it can be an optimal semiconductor material for a green-emitting LED. For example, CdS has a bandgap corresponding to an emission wavelength of 516 nm and can express a sufficiently wide range of colors even when used as the above-mentioned RGB three primary colors of green, and also conforms to the green wavelength range of JIS safety indicator lights. To do. However, II-VI
Some group compound semiconductors, such as CdS, usually have a Wurtzite-type hexagonal system. With such a crystal structure, a substrate having high conductivity and good crystallinity should be prepared. Was difficult. Further, since the II-VI group compound semiconductor has a strong self-compensation effect, it is often difficult to arbitrarily control the p-type and the n-type by an ordinary impurity addition method. Therefore, conventionally, it has been impossible to practically manufacture an LED by using the II-VI group compound semiconductor as it is.
【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。In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device which is a direct transition type and which can efficiently emit green light in the wavelength range of 494 nm to 550 nm.
【0010】[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。In the semiconductor light emitting device of the present invention, a pn junction of a II-VI group compound semiconductor layer corresponding to a wavelength range of a band gap of 494 nm or more and 550 nm or less is formed on an InP substrate. Therefore, the above object is achieved thereby.
【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。In this semiconductor light emitting device, the group II element constituting the semiconductor layer is at least one of zinc and cadmium, and the group VI element constituting the semiconductor layer is one of selenium, sulfur and tellurium. It can be more than one.
【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
nxCd1-xSクラッド層、ZnyCd1-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ZnxCd1-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CdSvTe1-vクラッド層、CdSwTe
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CdSvTe1-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。Further, the InP substrate is of a first conductivity type, and the semiconductor layer is formed by laminating a CdS layer of a first conductivity type and a CdS layer of a conductivity type opposite to the first conductivity type. Can be configured. Further, the InP substrate is of the first conductivity type, and the semiconductor layer is of the first conductivity type Z.
n x Cd 1-x S cladding layer, Zn y Cd 1-y S (0 ≦ x ≦
1; 0 ≤ y <1; y <x) An active layer and a Zn x Cd 1-x S clad layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type may be sequentially stacked. In addition, the InP substrate is of the first conductivity type, and the semiconductor layer is of the first conductivity type.
Conductive CdS v Te 1-v clad layer, CdS w Te
1-w (0 ≦ v ≦ 1; 0 ≦ w <1; w <v) active layer and a CdS v Te 1-v clad layer having a conductivity type opposite to the first conductivity type, which are sequentially laminated It can be configured. Further, the semiconductor layer has a lattice constant that matches that of the InP substrate within 0.5%, and constitutes the semiconductor layer.
The group II element is one or more of zinc, cadmium and magnesium, and the group VI element forming the semiconductor layer is
The composition may be one or more of selenium, sulfur and tellurium.
【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。The semiconductor light emitting device of the present invention comprises a GaP substrate,
III-V compound semiconductor layer of the same conductivity type as the corresponding substrate and III-V of the opposite conductivity type on the GaAs substrate or Si substrate
Since the superlattice layer in which the group compound semiconductor is alternately laminated is formed so that the band gap corresponds to the wavelength range of 494 nm or more and 550 nm or less, the above object is achieved thereby.
【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。In this semiconductor light emitting device, the GaA
On the s substrate, InGa whose lattice constant is almost the same as that of the s substrate.
The superlattice layer including a P layer and an InAlP layer may be formed. The superlattice layer composed of a GaP layer and an AlP layer may be formed on the GaP substrate or the Si substrate.
【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。The semiconductor light-emitting device of the present invention is one in which two kinds of II-VI group compound semiconductors are laminated on a substrate of a II-VI group compound semiconductor, and one of the semiconductors has a band gap of 550 nm or more of an emission wavelength. And the other semiconductor has a strained superlattice layer having a bandgap corresponding to an emission wavelength of 494 nm or less. Therefore, the above object is achieved.
【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。In this semiconductor light emitting device, the substrate is made of ZnS, and the strained superlattice layer is a ZnTe layer and a ZnS layer.
The structure may be composed of layers.
【0017】[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。In the present invention, the pn junction of the II-VI group compound semiconductor layer is formed on the InP substrate of the III-V group compound semiconductor. II-VI group compound semiconductors
All are direct transition type semiconductors, and their band gap is generally
Since it is closer to the shorter wavelength side than the III-V group compound semiconductor, as shown in FIG. 11, the band gap of many of them including CdS is 494 nm to 550 n of the emission wavelength.
It corresponds to the range of m (between the one-dot chain line a and the one-dot chain line a in the figure). In addition, since the InP substrate of the III-V compound semiconductor is a zinc blende [Zinc blende] type cubic system, the II-VI group compound semiconductor layer laminated on this layer has the same zinc blende type crystal structure. Becomes Moreover, as shown in FIG. 11, since the lattice constants of many II-VI group compound semiconductors corresponding to the emission wavelength range of 494 nm to 550 nm are close to the lattice constant of InP (one-dot chain line c), InP A II-VI group compound semiconductor crystal corresponding to this wavelength range can be formed on the substrate without defects. Therefore, such In
The combination of the P substrate and the pn junction of the II-VI group compound semiconductor makes it possible to obtain a green light emitting semiconductor light emitting device with high luminous efficiency and high brightness.
【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Znx
Cd1-xSクラッド層と反対導電型のZnxCd1-xSク
ラッド層の間にバンドギャップの狭いZnyCd1-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CdSxTe1-xクラッド層と反対導電型のCd
SxTe1-xクラッド層の間にバンドギャップの狭いCd
SyTe1-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。The pn junction of the II-VI group compound semiconductor layer is
In addition to the homojunction type [homojunction], it may be a double heterojunction type. As the homojunction type, for example, CdS corresponding to an emission wavelength of 516 nm substantially matches the lattice constant of InP.
A CdS layer of the opposite conductivity type is laminated on this CdS layer of the same conductivity type as the nP substrate, or ZnCdSSe is 494n.
Since the lattice constant is substantially the same as that of InP when the ratio corresponding to the wavelength range of m to 550 nm is used, it is preferable to use the ZnCdSSe layer of the opposite conductivity type laminated on the ZnCdSSe layer of the same conductivity type as the InP substrate. it can. As the double heterojunction type, for example, ZnCdS, which has a larger proportion of Cd than Zn, is 494 nm to 550 nm.
Since it corresponds to the wavelength range of nm and the lattice constant is substantially the same as that of InP, this Zn x of the same conductivity type as the InP substrate is used.
A Zn y Cd 1-y S active layer having a narrow band gap between the Cd 1-x S clad layer and the opposite conductivity type Zn x Cd 1-x S clad layer (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, y <x) is laminated, or CdSTe, which has a larger proportion of S than Te, is 49
Since it corresponds to the wavelength range of 4 nm to 550 nm and the lattice constant is almost the same as that of InP, this CdS x Te 1-x clad layer of the same conductivity type as the InP substrate and Cd of the opposite conductivity type to the InP substrate.
Cd with a narrow bandgap between the S x Te 1-x clad layers
S y Te 1-y active layer (0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, y <x)
It is possible to use a laminate of the above. In addition, in the case of this double heterojunction type, since it is necessary to form active layers having different band gaps between the cladding layers, there may be a difference in the lattice constant here, but the ratio of ZnCd is higher than that of Mg. 494 nm to 550 n when there are many matches
If ZnCdMgSe corresponding to the wavelength range of m is used,
If the ratio of Zn and Cd is selected so that the lattice constant is substantially matched to InP, the lattice constant has the property of hardly changing even if the band gap is changed by changing the amount of Mg. The p-n junction can be made a very good quality and thick crystal without dislocations.
【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。Among III-V group compound semiconductors, those having a wide band gap and corresponding to short wavelengths are indirect transition type such as GaP and InGaAlP having an emission wavelength of 560 nm or less. However, even such a III-V group compound semiconductor is of a direct transition type by forming a superlattice layer in which a large number of extremely thin layers having different compositions are alternately stacked as in the structure of claim 7. can do. Therefore, by using such a III-V compound semiconductor superlattice layer having a bandgap corresponding to a wavelength range of 494 nm to 550 nm, it is possible to obtain a semiconductor light emitting device that efficiently emits green light as a direct transition type. become.
【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。Examples of the superlattice layer having an emission wavelength in the range of 494 nm to 550 nm include InGaP and InAl.
A combination of P and a combination of GaP and AlP are possible. The superlattice layer having such a wavelength range is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, GaA of the same III-V compound semiconductor
Since it has a lattice constant smaller than s, it can be formed on this GaAs substrate, a GaP substrate having a smaller lattice constant than this, or a Si substrate of a group IV semiconductor.
【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。In the present invention, the strained superlattice layer of the same II-VI group compound semiconductor is formed on the substrate of the II-VI group compound semiconductor. When only the II-VI group compound semiconductor is used, there are problems that it is difficult to obtain a good substrate and it is difficult to arbitrarily control p-type and n-type. Is 494n
It was not possible to form a semiconductor light emitting device in the range of m to 550 nm. However, the strained superlattice layer is a stack of two kinds of II-VI compound semiconductors having different lattice constants, and the emission wavelength is a value between two wavelengths corresponding to the band gaps of these two kinds of semiconductors. Therefore, by selecting a combination of these two kinds of II-VI group compound semiconductors, it is possible to obtain a semiconductor light emitting device capable of emitting green light in the range of 494 nm to 550 nm.
【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。For example, ZnS which is a II-VI group compound semiconductor is
A wurtzite type crystal structure may be adopted, but a zincblende type substrate with good crystallinity can also be formed. However, normally only n-type conductivity is obtained, and the emission wavelength corresponds to the ultraviolet region (wavelength of 380 nm or less). Also, for example, ZnTe
Usually obtains only p-type conductivity, but its emission wavelength exceeds 550 nm. On the n-type ZnS substrate or the ZnS layer formed on the n-type ZnS substrate, an extremely thin layer of p-type ZnTe and undoped ZnS is alternately stacked to form a p-type strained superlattice layer as a whole. Stack and p-
When an n-junction is formed, the emission wavelength of this strained superlattice layer is adjusted to 494 nm by adjusting the ratio of ZnTe and ZnS.
It becomes possible to set it in the range of up to 550 nm. Therefore,
With such a combination, it is possible to obtain a semiconductor light emitting device that emits green light in the range of 494 nm to 550 nm using only the direct transition type II-VI group compound semiconductor.
【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。The various substrates used in the present invention include not only the wafer substrate itself, but also those obtained by growing a semiconductor having the same composition as that of the substrate as a buffer layer on the surface layer thereof.
【0024】[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。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【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。(First Embodiment) FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a vertical sectional view showing the structure of an LED element, and FIG. 2 is a perspective view of an LED lamp. 3 is a perspective view of a full-color LED lamp.
【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。In the LED element of this embodiment, a case where a homojunction pn junction of CdS is formed on an InP substrate will be described.
【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。As shown in FIG. 1, this LED element comprises a p-type InP substrate 11 having a thickness of 300 μm, a p-type InP buffer layer 12 having a thickness of 1 μm, a p-type CdS layer 13 having a thickness of 5 μm, and a thickness of 5 μm. A 1 μm n-type CdS layer 14 is sequentially stacked. A thickness of 0.5 μm is formed on the n-type CdS layer 14.
The n-type InP contact layer 15 of m is formed in a limited range, the electrode layer 16 is formed on the upper surface of the n-type InP contact layer 15, and the electrode layer 17 is formed on the lower surface of the p-type InP substrate 11. There is.
【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。The LED device having the above-mentioned structure is manufactured by a conventional molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
por Deposition]) method or the like, but here, the case of manufacturing by molecular beam epitaxy will be described.
【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。The molecular beam epitaxy method is used for the p-type InP substrate 1
1, p-type InP buffer layer 12, p-type CdS layer 13,
It is used for forming the n-type CdS layer 14 and the n-type InP contact layer 15. Impurities are often attached to the substrate surface of the semiconductor wafer, and it may not be sufficiently removed by chemical and physical treatments. p-type In
The P buffer layer 12 is formed on the p-type InP substrate 11 for this purpose. Then, the p-type CdS layer 13 and the n-type CdS layer
The layer 14 is also preferably grown continuously on the p-type InP buffer layer 12. Therefore, as the molecular beam epitaxy apparatus, one having two growth chambers which can be moved in a vacuum and which can move the wafer is used. First, in the first growth chamber, p-type In is used.
After the p-type InP buffer layer 12 is grown on the P substrate 11, the p-type CdS layer 13 and the n-type CdS layer 14 are sequentially grown on the second growth chamber. After this, the n-type InP contact layer 1 is returned to the first growth chamber again.
Grow 5
【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。In the second growth chamber, the p-type InP substrate 11 in vacuum is heated to about 300 ° C. and irradiated with a molecular beam to grow the p-type CdS layer 13 and the n-type CdS layer 14. For the molecular beam used as the growth material for the p-type CdS layer 13 and the n-type CdS layer 14, high-purity cadmium (Cd) and sulfur (S) with a purity of 99.99% or more are used, and p-type conductivity type is used. Nitrogen (N) is used as the impurity material (dopant) for controlling the conductivity, and chlorine (Cl) is used as the impurity for controlling the n-type conductivity. Since the p-type InP substrate 11 and the p-type InP buffer layer 12 of the III-V group compound semiconductor are of the zinc blende type cubic system, the p-type CdS layer 13 of the II-VI group compound semiconductor laminated thereon is formed. The n-type CdS layer 14 also has the same zinc blende type crystal structure. Further, since the lattice constant of CdS substantially matches the lattice constant of InP, it is possible to grow a good quality crystal without dislocation or the like.
【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。When the processing by the molecular beam epitaxy is completed, the wafer is taken out from the growth chamber, and the electrode layer 17 made of gold (Au), germanium (Ge) and nickel (Ni) is vapor-deposited on the lower surface of the p-type InP substrate 11. In addition, the upper surface of the n-type InP contact layer 15 has gold and zinc (Z
The electrode layer 16 composed of n) is vapor-deposited and heated in vacuum to form an ohmic connection with the semiconductor layer.
Further, after applying a photoresist on the upper layer of the electrode layer 16, the photoresist is etched into a circular pattern having a diameter of about 100 μm by using a normal photolithography method, and the photoresist pattern is used as a mask, for example, argon (Ar). The electrode layer 16 and the n-type InP contact layer 15 are etched by an ion beam etching method using an ion beam or the like. Then, if this wafer is divided by dicing, as shown in the drawing, the LE in which the n-type InP contact layer 15 and the electrode layer 16 are formed by limiting the range only to the central portion of the upper surface of the n-type CdS layer 14.
D element is completed.
【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。In the above LED element, when a voltage is applied to the electrode layers 16 and 17 with the p-type InP substrate 11 side being a positive potential,
Electrons are injected from the electrode layer 16 and holes are injected from the electrode layer 17. Then, the electrons pass through the n-type and p
Although it diffuses to the mold side, holes do not diffuse much to the n-type side.
Therefore, if the p-type CdS layer 13 is formed thick, the electrons efficiently recombine with the holes remaining therein and emit light. In addition, since the recombination of electrons and holes at this time is performed by a direct transition type, it is possible to manufacture a high-luminance one. Furthermore, the emission wavelength is 520 nm of CdS as shown in FIG. 11, and green emission suitable for the wavelength range of 494 nm to 550 nm can be obtained.
【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。FIG. 2 shows an LED emitting such a green color.
It is a perspective view which shows the LED lamp which used the element 1. In this LED lamp, the substrate-side electrode of the LED element 1 is mounted on the heat sink 2 and then fused to the first lead frame 3, and the space between the electrode on the other side and the second lead frame 4 is reduced. Wire boding at line 5,
These are sealed (molded) with an epoxy resin 6.
【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。By forming the epoxy resin 6 into a lens shape as shown in the drawing, it is possible to give an appropriate directivity. This LED lamp has an emission wavelength of 520 nm
Therefore, it conforms to the green wavelength range of JIS safety light. Therefore, if the number of LED elements 1, the material of the epoxy resin 6, the lens shape, etc. are appropriately designed so as to satisfy other requirements such as brightness and directivity, they can be used as a JIS standard safety sign. . If you need to see this safety sign from a distance,
Since the short wavelength component is scattered by the fine particles in the air and the color tends to be reddish, it is necessary to use the LED element 1 having an emission wavelength sufficiently close to the short wavelength in advance.
【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。FIG. 3 shows a full-color LED lamp using the above-mentioned LED element 1 which emits green light. This L
The ED lamp includes the LED element 1 and GaAlAs / G.
The LED element 7 for emitting red light such as aAs system and the LED element 8 for emitting blue light such as SiC are mounted on the heat sink 2 and then fused to the lead frame 3, and the other side of these LED elements 1, 7, 8 The electrode and the other three lead frames 4, 4 and 4 are wire-bonded with a gold wire 5 and then sealed with an epoxy resin 6.
【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。In this full-color LED lamp, the emission wavelength of the green LED element 1 is 520 nm.
It is possible to represent a wider range of colors than the triangle A on the CIE chromaticity diagram shown in FIG. By arranging a large number of full-color LED lamps in a two-dimensional manner, a full-color LED panel can be configured and can be used for a computer display or the like that requires complicated and diverse color expression. .
【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。When used as the LED panel, a large number of LED elements 1, 7 and 8 may be arranged in a two-dimensional array. Then, in this case, it is not always necessary to form the sealing material in a lens shape. Also,
Similar to the conventional LED panel, when the sealing material is not transparent and scatters light, an LED panel having wide directivity can be obtained.
【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。In addition, the red light emitting LED element 7 and the blue light emitting LED element 8 in the above full color LED lamp.
Even when only one of them is combined with the green-emitting LED element 1 of this embodiment, a multi-color LED lamp can be obtained. The reason is that the LED element 1
This is because one of the LED element 7 and the LED element 8 can express each color on the line connecting these two emission wavelengths on the CIE chromaticity diagram shown in FIG.
【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。(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention and is a vertical sectional view showing the structure of an LED element.
【0040】本実施例のLED素子は、InP基板上に
ZnxCd1-xSクラッド層とZnyCd1-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。The LED device of the present embodiment comprises a Zn x Cd 1-x S clad layer and a Zn y Cd 1-y S active layer (0
A case where a double heterojunction pn junction is formed by <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, y <x) will be described. However, here, the ratio is x = 0.15 and y = 0.
【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。This LED element has an n-type InP buffer layer 22 having a thickness of 1 μm, an n-type Zn0.15Cd0.85S cladding layer 23 having a thickness of 1 μm, and a thickness of 1 μm on an n-type InP substrate 21 having a thickness of 300 μm. p-type CdS light emitting layer 24 and thickness 1
A p-type Zn0.15Cd0.85S cladding layer 25 having a thickness of μm is laminated in this order. On the uppermost p-type Zn0.15Cd0.85S cladding layer 25, a p-type InP contact layer 26 having a thickness of 0.5 μm is formed in a limited range.
An electrode layer 27 is formed on the contact layer 26, and an electrode layer 28 is formed below the n-type InP substrate 21.
【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。The LED element having this structure can be manufactured in the same manner as in the first embodiment. For example, in the case of the molecular beam epitaxy method, the n-type InP substrate 21 set in the evacuated first growth chamber is heated to about 300 ° C. and irradiated with a molecular beam, so that n-type Zn0.15Cd0. 85S cladding layer 23, p-type CdS light-emitting layer 24 and p-type Zn0.15Cd
The 0.85S clad layer 25 is grown. In this growth, the molecular beam used as a growth material for these ZnCdS layers is
Zinc (Z
n), cadmium (Cd) and sulfur (S),
Nitrogen (N) is used as the impurity material for controlling the conductivity type to be the p-type, and chlorine (Cl) is used as the impurity material for the n-type.
【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。Next, the p-type InP contact layer 26 is grown in the second growth chamber. After the processing by the above molecular beam epitaxy is completed, the electrode layers 27 and 28 are vapor-deposited and etching is performed. As a result, the illustrated LED element is completed.
【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。In the LED element thus manufactured, the ZnCdS layer of II-VI group compound semiconductor has the same zinc blende type crystal structure as the n-type InP substrate 21 as in the case of the first embodiment. . The lattice constant of ZnCdS is
As shown in FIG. 11, if the proportion of Zn is smaller than that of Cd (in the example, x = 0.15, y = 0,
Is sufficiently small) and the lattice constant of InP is almost the same, so that it is possible to grow a good quality crystal without dislocation or the like.
【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。In the above LED element, when a voltage is applied to the electrode layers 27 and 28 with the n-type InP substrate 21 side as a negative potential,
Holes are injected from the electrode layer 27 and electrons are injected from the electrode layer 28. Here, as shown in FIG. 11, ZnCdS has a narrower band gap as the proportion of Zn decreases, so the band gap of the p-type CdS light emitting layer 24 where the proportion of Zn is zero (y = 0) is. The band gap is narrower than that of the n-type Zn0.15Cd0.85S cladding layer 23 and the p-type Zn0.15Cd0.85S cladding layer 25 containing a small amount of Zn (x = 0.15). Therefore, the electrons are p-type Cd
S light emitting layer 24 and p-type Zn0.15Cd0.85S clad layer 25
Holes are blocked at the interface between the p-type CdS light-emitting layer 24 and the n-type Zn0.15Cd0.85S cladding layer 23, so that they are both retained in the p-type CdS light-emitting layer 24 and efficiently recombine. Will be emitted. Since this light emission is performed by the p-type CdS light emitting layer 24,
It is the same direct transition type as in the example, and the emission wavelength is 520 nm. Further, in the double heterojunction structure in which the active layer having a narrow band gap is formed between the p-type and n-type cladding layers in this way, electrons and holes can be efficiently confined and recombination can be performed. In addition to improving the luminous efficiency, the p-type CdS light emitting layer 24 can be thinned to improve the productivity.
【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。In the case of the present embodiment, if the proportion of Zn in ZnCdS is increased (the values of x and y are increased), FIG.
As shown in (1), the band gap is widened and the emission wavelength can be further shortened. For example, if about 10% of Zn is added to the p-type CdS light emitting layer 24, an emission wavelength of 494 nm can be obtained. However, if the emission wavelength is too short, the lattice constant also decreases, and the n-type InP substrate 2
Since the difference from the lattice constant of 1 becomes large, there is a possibility that the crystal defects increase and the reliability decreases.
【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。(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention and is a vertical sectional view showing the structure of an LED element.
【0048】本実施例のLED素子は、InP基板上に
CdSxTe1-xクラッド層とCdSyTe1-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。In the LED device of this embodiment, the CdS x Te 1-x clad layer and the CdS y Te 1-y active layer (0
A case where a double heterojunction pn junction is formed by <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, y <x) will be described. However, here, the ratio of x = 1 and y = 0.85 is set.
【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。This LED device comprises an n-type InP substrate 31 having a thickness of 300 μm, an n-type InP buffer layer 32 having a thickness of 1 μm, an n-type CdS cladding layer 33 having a thickness of 1 μm, and a p-type CdS0. 85Te 0.15 light emitting layer 34 and thickness 1
A μm p-type CdS cladding layer 35 is sequentially stacked. A p-type InP contact layer 36 having a thickness of 0.5 μm is formed in a limited range on the uppermost p-type CdS cladding layer 35.
An electrode layer 37 is formed on the lower surface of the type InP substrate 31, and an electrode layer 38 is formed on the lower surface of the type InP substrate 31.
【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。The LED element having the above structure can be manufactured in the same manner as in the first and second embodiments. For example, in the case of the molecular beam epitaxy method, the n-type CdS cladding layer 33 is heated by heating the n-type InP substrate 31 set in the first growth chamber in a vacuum to about 300 ° C. and irradiating with the molecular beam. , A p-type CdS0.85Te0.15 light emitting layer 34 and a p-type CdS cladding layer 35 are grown. In this growth, the molecular beam used as the growth material for these CdSTe layers is
Cadmium (Cd), sulfur (S) and tellurium (Te), both of which are highly pure with a purity of 99.99% or higher, are used.
Nitrogen (N) is used as the impurity material for controlling the conductivity type to be the p-type, and chlorine (Cl) is used as the impurity material for the n-type.
【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。Next, the p-type InP contact layer 36 is grown in the second growth chamber. After the above-mentioned processing by the molecular beam epitaxy method is completed, the electrode layers 37 and 38 are vapor-deposited and etched. As a result, the illustrated LED element is completed.
【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。In the LED element thus manufactured, the CdSTe layer of the II-VI group compound semiconductor has a zinc blende type crystal structure like the ZnCdS of the second embodiment.
Further, the lattice constant of CdSTe is as shown in FIG.
If the proportion of S is larger than that of Te (x =
1, y = 0.85, and the ratio of S is large enough),
Since it substantially matches the lattice constant of InP, it is possible to grow a good quality crystal without dislocation or the like.
【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。As shown in FIG. 11, CdSTe is Te
The more the ratio of, the narrower the band gap, so
In the LED element, as in the case of the second embodiment, electrons and holes stay in the p-type CdS0.85Te0.15 light emitting layer 34 having a narrow band gap and efficiently recombine to emit light. Since this light emission is performed by the p-type CdS0.85Te0.15 light emitting layer 34, it is a direct transition type, and the emission wavelength is 550 nm, which is a little longer than CdS. Further, by adopting the double heterojunction structure in this way, it becomes possible to further improve the light emission efficiency and the productivity as in the second embodiment.
【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。In the case of this embodiment, p-type CdS0.85Te0.15
By reducing the proportion of Te in the light emitting layer 34 (increasing the value of y), the emission wavelength is set to 520 n of CdS.
It can be shortened to about m. In addition, n-type Cd
The S clad layer 33 and the p-type CdS clad layer 35 may be made of ZnCdS as in the second embodiment.
【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。(Fourth Embodiment) FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention and is a vertical sectional view showing the structure of an LED element.
【0056】本実施例のLED素子は、InP基板上に
(Zn0.52Cd0.48)xMg1-xSeクラッド層と(Zn
0.52Cd0.48)yMg1-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。The LED element of the present embodiment is composed of (Zn0.52Cd0.48) x Mg 1-x Se clad layer and (Zn0.52Cd0.48) x InZ substrate on the InP substrate.
0.52Cd0.48) y Mg 1-y Se active layer (0 ≦ x <1, 0 <
A case where a double heterojunction pn junction is formed by y ≦ 1, y> x) will be described. However, here, the ratio is x = 0.5 and y = 0.75.
【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。This LED device comprises a p-type InP substrate 41 having a thickness of 300 μm, a p-type InP buffer layer 42 having a thickness of 1 μm, and a p-type (Zn0.52Cd0.48) 0.5M having a thickness of 1 μm.
g0.5 Se clad layer 43, 1 μm thick p-type (Zn0.5
2Cd0.48) 0.75Mg0.25Se light emitting layer 44 and thickness 1μ
An n-type (Zn0.52Cd0.48) 0.5Mg0.5Se cladding layer 45 of m is laminated in order. Top n-type (Zn0.52
On the Cd0.48) 0.5Mg0.5Se cladding layer 45, an n-type InP contact layer 46 having a thickness of 0.5 μm is formed. Note that the description of the electrode layers is omitted in the following examples.
【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。The LED device having the above structure is the same as that of the second embodiment except that sulfur (S) of the VIb group element is changed to selenium (Se) and magnesium (Mg) of the IIa group element is added. , Can be manufactured similarly. However,
When growing using the molecular beam epitaxy method, Se is used.
Is likely to be a solidified form of 5 or more atoms and does not decompose into single atoms well on the substrate, so it is better to use a cracking cell that raises the temperature of the molecular beam to prevent Se from solidifying. Further, since Mg easily oxidizes, special care must be taken to completely remove oxygen in the growth chamber.
【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。As in the case of the second embodiment, the LED element of the present embodiment is a p-type (Zn0.52Cd) having a narrow band gap.
0.48) In the 0.75Mg0.25Se light emitting layer 44, electrons and holes can be directly recombined as a transition type, and the double heterojunction structure further improves the light emission efficiency and the productivity. You can also plan.
【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。Further, ZnCdMgSe can have a lattice constant almost equal to that of InP by setting the ratio of Zn and Cd to 0.52 and 0.48. Moreover, as shown in FIG. 11, even if the proportion of ZnCd and Mg is changed, this lattice constant hardly changes, and only the band gap can be changed. Therefore, II
The ZnCdMgSe layer of the -VI compound semiconductor is a p-layer of the lower layer.
Between the p-type InP substrate 41 and the p-type InP buffer layer 42,
And wide bandgap p-type (Zn0.52Cd0.48) 0.
5Mg0.5Se clad layer 43 and n-type (Zn0.52Cd0.4
8) Since the lattice constants between the 0.5Mg0.5Se cladding layer 45 and the p-type (Zn0.52Cd0.48) 0.75Mg0.25Se light-emitting layer 44 having a narrow bandgap are substantially the same, an extremely high-quality thick zinc blende It can be grown as a crystal of the mold. And p-type (Zn0.52Cd0.48) 0.75Mg0.25
The light emitted from the Se light emitting layer 44 can be taken out to the outside without waste through the high quality crystal having no defect.
【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。The LED element of this embodiment has an emission wavelength of 49
It becomes 4 nm, but as shown in FIG. 11, if the proportion of Mg to ZnCd is reduced, emission of longer wavelength is possible, and the value of 1-y is in the range of 0.25 to 0.07. By changing it, an arbitrary emission wavelength in the range of 494 nm to 550 nm can be obtained.
【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。(Fifth Embodiment) FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention and is a vertical sectional view showing the structure of an LED element.
【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。In the LED element of this embodiment, a case where a homojunction pn junction of (Zn0.3Cd0.7) (S0.3Se0.7) is formed on an InP substrate will be described.
【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。This LED device comprises a p-type InP substrate 51 having a thickness of 300 μm, a p-type InP buffer layer 52 having a thickness of 1 μm, and a p-type (Zn0.3Cd0.7) (S0.3 having a thickness of 5 μm).
Se0.7) layer 53 and n-type (Zn0.3Cd0.
7) The (S0.3Se0.7) layer 54 is sequentially laminated. Top n-type (Zn0.3Cd0.7) (S0.3Se0.7) layer 54
An n-type InP contact layer 55 having a thickness of 1 μm is formed thereon.
【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。In the above LED element, except that sulfur (S) is added to selenium (Se) as a VIb group element and magnesium (Mg) of the IIa group element is not used, a II-VI group of a pn junction is used. The compound semiconductor has the same composition as in the fourth embodiment and can be manufactured in the same manner. However, since the easily oxidizable Mg is not used, the degree of vacuum in the growth chamber is not required to be as strict as in the fourth embodiment. This ZnCdSSe is
As shown in FIG. 11, (Zn0.3Cd0.7) (S0.3Se
The ratio of 0.7) makes the emission wavelength 545
nm, and the lattice constant can be made to substantially match InP. Therefore, it is possible to form a thick crystal of good quality without dislocation or the like.
【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。The LED element of this embodiment has the same homo-connection type pn junction as that of the first embodiment, and is injected when a voltage is applied with the p-type InP substrate 51 side as a positive potential. The electron is n-type (Zn0.3Cd0.7) (S0.3Se0.
7) Propagates quickly to the p-type side through the layer 54, but holes are not so diffused from the p-type (Zn0.3Cd0.7) (S0.3Se0.7) layer 53 to the n-type side. Therefore, this p-type (Zn
By forming the 0.3Cd0.7) (S0.3Se0.7) layer 53 sufficiently thick, electrons can be efficiently recombined with holes that remain therein to emit light. The emission wavelength is 545 nm as described above.
【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。(Sixth Embodiment) FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention and is a vertical sectional view showing the structure of an LED element.
【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。The LED element of the present embodiment is a p-type device formed of a InGaP / InAlP short period superlattice layer on a GaAs substrate.
A case where an n-junction is formed will be described.
【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。This LED element comprises a p-type GaAs substrate 61 having a thickness of 300 μm, a p-type GaAs buffer layer 62 having a thickness of 1 μm, a p-type In0.5Al0.5P cladding layer 63 having a thickness of 1 μm, and an n-type superlattice. The layers 64 are sequentially stacked.
The n-type superlattice layer 64 is a Si-doped n-type In0.5Ga0.5P film 6 having a thickness of 3 monolayers (about 8.5 angstroms).
4a and a superlattice composed of a Si-doped n-type In0.5Al0.5P film 64b having a thickness of 17 monolayers (about 48.0 angstroms), which is a short-period superlattice layer. The n-type superlattice layer 64 has an n-layer of a thickness of 1 μm as an upper layer.
A type GaAs contact layer 65 is formed.
【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。The LED element having the above structure can be manufactured by using a usual metal organic chemical vapor deposition method or the like. The metal-organic vapor phase epitaxy method uses p-type GaAs on a p-type GaAs substrate 61.
Buffer layer 62, p-type In0.5Al0.5P cladding layer 6
3, n-type superlattice layer 64 and n-type GaAs contact layer 6
It is used for forming 5.
【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。That is, p-type Ga placed in a vacuum growth chamber
The As substrate 61 is heated to 560 ° C., and G is added to this growth chamber.
Trimethylgallium (TM), which is the source gas for a and As
G) and tertiary butyl arsine (TBA),
A p-type GaAs buffer layer 62 is grown by flowing a hydrogen selenide (H2Se) gas as a doping material.
【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。Next, only tert-butylphosphine (TBP) was flowed into the growth chamber for several seconds to expel tert-butylarsine as an As raw material, and then triethylindium (TEI) which was a raw material gas for In, Al and P. In addition to trimethylaluminum (TMA) and tert-butylphosphine previously used, hydrogen selenide gas as a doping material is flowed to grow a p-type In0.5Al0.5P cladding layer 63.
【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。When the formation of the p-type In0.5Al0.5P clad layer 63 is completed, trimethylaluminum and hydrogen selenide gas are stopped, trimethylgallium and silane (SiH4) gas as a doping material are caused to flow, and an n-type superlattice is produced. Layer 6
No. 4, the first Si-doped n-type In0.5Ga0.5P film 64a is grown. After this, by switching only trimethylgallium and trimethylaluminum, this S
i-doped n-type In0.5Ga0.5P film 64a and Si-doped n
The n-type superlattice layer 64 is formed by alternately stacking and growing the In0.5Al0.5P films 64b.
【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。Finally, in addition to the source gases of Ga and As, trimethylgallium and tertiary butylarsine,
A n-type GaAs contact layer 65 is grown by flowing a silane gas as a doping material.
【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。The p-type In0.5Al0.5P clad layer 63
And In0.5Ga0.5P and In0.5A of the n-type superlattice layer 64
As shown in FIG. 11, the lattice constant of 10.5P is substantially the same as that of GaAs, so that a p-type GaAs substrate 61 is used as the substrate.
【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。The LED element of the present example emits light by the same action as a single heterojunction type LED in which a clad layer having a wide band gap is provided only on the p-type side. That is, p
When a voltage is applied with the positive GaAs substrate 61 side being a positive potential, the electrons diffuse beyond the hetero interface between the n-type GaAs contact layer 65 and the n-type superlattice layer 64, so that they diffuse too deeply to the p-type side. I can't. Further, since holes also do not diffuse much to the n-type side, they are mostly retained in the n-type superlattice layer 64. Therefore, electrons and holes are efficiently recombined in the n-type superlattice layer 64 to emit light. Therefore, even if the n-type superlattice layer 64 is formed thicker than that in the embodiment, it has little meaning.
【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。Here, In0.5Al0.5P itself usually becomes an indirect transition type semiconductor and hardly emits light. However, in the case where the film is an extremely thin film as in the present embodiment, preferably a film in which each layer has 20 monolayers or less, the InGaP / InAlP superlattice is a direct transition type due to the synergistic effect of the zone folding effect and the band mixing effect. Is known to be. The emission wavelength of the n-type superlattice layer 64 is determined by the superlattice structure, and the n-type superlattice layer 6 of the entire Si-doped n-type In0.5Al0.5P film 64b is formed.
If the ratio of the thickness to 4 is 75% or more, this emission wavelength can be set to 550 nm or less. Therefore, with the configuration using the n-type superlattice layer 64 of the III-V group compound semiconductor as described above, efficient green light emission of direct transition type can be performed. In the case of the present embodiment, the emission wavelength is 535 nm. I was able to
【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。(Seventh Embodiment) FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention and is a vertical sectional view showing a structure of an LED element.
【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。In the LED element of this example, a case where a pn junction is formed by a GaP / AlP short-period superlattice layer on a GaP substrate will be described.
【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。This LED device comprises an n-type GaP substrate 71 having a thickness of 300 μm, an n-type GaP buffer layer 72 having a thickness of 1 μm, an n-type AlP clad layer 73 having a thickness of 1 μm, and a p-layer.
The type superlattice layers 74 are sequentially stacked. The uppermost p-type superlattice layer 74 is a Se-doped p-type GaP film 74a having a thickness of 3 monolayers (about 8.2 angstroms) and a thickness of 17
This is a short-period superlattice layer in which, for example, 20 layers of a monolayer (about 46.4 Å) non-doped AlP film 74b and a superlattice. A p-type GaP contact layer 75 having a thickness of 1 μm is formed on the p-type superlattice layer 74.
【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。The LED element having such a structure can also be manufactured by using a usual metal organic chemical vapor deposition method or the like, as in the sixth embodiment. The metal organic chemical vapor deposition method is used to form the n-type GaP buffer layer 72, the n-type AlP cladding layer 73, the p-type superlattice layer 74, and the p-type GaP contact layer 75 on the n-type GaP substrate 71.
【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。That is, n-type Ga placed in a vacuum growth chamber
The P substrate 71 is heated to 350 ° C., and Ga is placed in this growth chamber.
In addition to trimethylgallium and tert-butylphosphine, which are source gases for P and P, a silane gas, which is a doping material, is flowed to grow the n-type GaP buffer layer 72.
【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。Next, in the growth chamber, silane gas, which is a doping material, is flowed in addition to trimethylaluminum, which is a source gas of Al and P, and tert-butylphosphine, and an n-type AlP cladding layer 73 is grown.
【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。When the formation of the n-type AlP clad layer 73 is completed, G instead of trimethylaluminum and silane gas is used.
The first Se-doped p-type GaP film 74a of the p-type superlattice layer 74 is grown by flowing trimethylgallium as the source gas of a and hydrogen selenide gas as the doping material. After that, by switching trimethylgallium and trimethylaluminum, and stopping the hydrogen selenide gas when flowing trimethylaluminum, the S
e-doped p-type GaP film 74a and non-doped AlP film 74
b and p are alternately stacked and grown to form a p-type superlattice layer 74. The reason why the hydrogen selenide gas is stopped when the non-doped AlP film 74b is formed is that when doping AlP, a deep level is likely to be formed and crystallinity is deteriorated. When this AlP is made non-doped, a low concentration of n
The p-type superlattice layer 74 as a whole can be made p-type by increasing the doping amount to the Se-doped p-type GaP film 74a sufficiently.
【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。Finally, in addition to trimethylgallium and tert-butylphosphine, which are source gases of Ga and P, a hydrogen selenide gas, which is a doping material, is caused to flow to p-type Ga.
The P contact layer 75 is grown.
【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。As shown in FIG. 11, the n-type AlP clad layer 73 and the GaP and AlP of the p-type superlattice layer 74 have substantially the same lattice constant, and therefore the same GaP n-type GaP substrate 71 is used as the substrate. Is used. It should be noted that this FIG.
As shown in Fig. 1, the lattice constant of Si of the group IV semiconductor is also Ga.
Since it is almost the same as P, it is possible to form the p-type superlattice layer 74 and the like of this embodiment on the Si substrate. In this case, since the growth temperature of the p-type superlattice layer 74 and the like is low as described above, the LED element of this embodiment may be formed on a Si substrate on which an electronic circuit such as a transistor is formed by a normal diffusion method or the like. Therefore, the LED element and its control circuit can be made monolithic.
【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。Also in the LED element of this embodiment, the injected electrons and holes are efficiently recombined in the p-type superlattice layer 74 to emit light, as in the sixth embodiment. Also, Al
P itself usually becomes an indirect transition type semiconductor and hardly emits light. However, when an extremely thin film, preferably a film having 20 monolayers or less in each layer, is used as in this example, the GaP / AlP superlattice is a direct transition type due to the synergistic effect of the zone folding effect and the band mixing effect. Is known to be. The emission wavelength of the p-type superlattice layer 74 is determined by the superlattice structure, and the p-type superlattice layer 74 of the entire non-doped AlP film 74b is formed.
If the ratio of the thickness to is 75% or more, the emission wavelength can be set to 550 nm or less. Therefore,
The III-V compound semiconductor p-type superlattice layer 74
With the configuration using, it is possible to perform direct transition type efficient green light emission, and in the case of the present embodiment, the emission wavelength is set to 5
It could be 20 nm.
【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。(Eighth Embodiment) FIG. 10 shows an eighth embodiment of the present invention and is a vertical sectional view showing the structure of an LED element.
【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。In the LED element of this example, a case will be described in which a pn junction is formed by a ZnTe / ZnS strained superlattice layer on a ZnS substrate.
【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。In this LED element, an n-type ZnS buffer layer / cladding layer 82 having a thickness of 1 μm and a p-type strained superlattice layer 83 having a thickness of 1 μm are sequentially laminated on an n-type ZnS substrate 81 having a thickness of 300 μm. The p-type strained superlattice layer 83 is made of Sb-doped p-type Zn having a thickness of 5 monolayers (about 15.3 angstroms).
For example, a strained superlattice layer is formed by stacking, for example, 20 layers of a Te film 83a and a strained superlattice made of a non-doped ZnS film 83b having a thickness of 30 monolayer (about 81.2 angstrom). An Sb-doped p-type ZnTe contact layer 84 having a thickness of 150 angstrom is formed on the p-type strained superlattice layer 83.
【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。The LED element having such a structure can be manufactured in substantially the same manner as in the first embodiment. For example, in the case of the molecular beam epitaxy method, the n-type ZnS substrate 81 in vacuum is set to 2
By heating to about 50 ° C and irradiating with molecular beam,
An n-type ZnS buffer layer / cladding layer 82, a p-type strained superlattice layer 83 and an Sb-doped p-type ZnTe contact layer 84 are grown. The molecular beam used as a growth material has a purity of 9
Zinc (Zn), zinc chloride (ZnCl2), tellurium (Te), sulfur (S), and antimony (Sb) having a high purity of 9.99% or more are used.
【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。The manufacturing process will be described in detail below. First,
By irradiating with the molecular beam of Zn, S and ZnCl2,
An n-type ZnS buffer layer / cladding layer 82 is grown on the n-type ZnS substrate 81. ZnCl2 is used as a dopant material for controlling the conductivity type because Cl is excellent as an n-type material and has good controllability.
【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。Next, by irradiating with a molecular beam of Zn, Te and Sb, the first Sb in the p-type strained superlattice layer 83 is irradiated.
The doped p-type ZnTe film 83a is grown. The film thickness is monitored by a usual reflection type high energy electron diffraction (RHEED) apparatus. In addition, this Sb-doped p-type ZnTe film 8
By irradiating the upper layer of 3a with a molecular beam of Zn and S,
The non-doped ZnS film 83b is grown. Then, these Sb-doped p-type ZnTe film 83a and non-doped ZnS
The p-type strained superlattice layer 83 is formed by repeating the procedure of alternately growing the films 83b by a predetermined thickness. The non-doped ZnS film 83b is normally n-type, but the Sb-doped p-type ZnTe film 83a can be heavily doped with Sb to be highly concentrated p-type, so that the p-type strained superlattice layer 83 as a whole is p-type. It can be a mold.
【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。After the formation of the p-type strained superlattice layer 83 is completed, the molecular beam of Zn, Te and Sb is finally irradiated to grow the Sb-doped p-type ZnTe contact layer 84 to complete the LED element.
【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。The LED element of the present embodiment emits light by the pn junction composed of the n-type ZnS buffer layer / cladding layer 82 and the p-type strained superlattice layer 83. When a voltage is applied with the n-type ZnS substrate 81 side as a negative potential, holes injected into the p-type strained superlattice layer 83 have a wider bandgap in the n-type ZnS buffer layer / cladding layer 82. It is blocked at the interface with the n-type ZnS buffer layer / cladding layer 82 and remains in the p-type strained superlattice layer 83. And n-type Z
The electrons injected from the nS substrate 81 are the p-type strained superlattice layer 8
Light is emitted by diffusing into 3 and efficiently recombining with the holes.
【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。The emission wavelength at this time is the p-type strained superlattice layer 8
It is determined by the band gap of 3 and is 50 in this embodiment.
It becomes 5 nm. This emission wavelength is Sb-doped p-type ZnT
The total thickness of the e-film 83a can be adjusted by the ratio of the p-type strained superlattice layer 83. However, this Z
As shown in FIG. 11, nTe has an extremely large difference in lattice constant from ZnS, which is 13%, and therefore Sb-doped p-type ZnT
The e film 83a cannot have a film thickness of 5 monolayers or more. Therefore, here, the emission wavelength must be adjusted by adjusting the film thickness of the non-doped ZnS film 83b. In the case of the present embodiment, the entire film thickness of the non-doped ZnS film 83b is the p-type strained superlattice layer 83. 88% of the share
By the following, an emission wavelength of 494 nm or more could be obtained.
【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。The Sb-doped p-type Z used in this embodiment is also used.
Since the nTe film 83a can be heavily doped with Sb to be a high-concentration p-type as described above, it is possible to reduce the element resistance and provide a highly reliable LED element.
【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。It is of course possible to use the LED elements of the second and subsequent embodiments as the LED lamps shown in FIGS. 2 and 3 similarly to the LED element of the first embodiment.
【0099】[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。As is clear from the above description, according to the semiconductor light emitting device of the present invention, it is possible to emit green light in the wavelength range of 494 nm to 550 nm with high efficiency and high brightness. It can be used to express a wide range of colors and can be used as a safety sign lamp that conforms to the standard.
【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。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, which is LE
It is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a D element.
【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。FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention, which is LE
It is a perspective view of a D lamp.
【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。FIG. 3 shows a first embodiment of the present invention and is a perspective view of a full-color LED lamp.
【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。FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, which is LE
It is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a D element.
【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。FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention, which is LE
It is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a D element.
【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。FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention, which is LE
It is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a D element.
【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。FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention, which is LE
It is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a D element.
【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。FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention, which is LE
It is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a D element.
【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。FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention, which is LE
It is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a D element.
【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。FIG. 10 shows an eighth embodiment of the present invention, in which L
It is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of an ED element.
【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。FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a semiconductor lattice constant and a band gap.
【図12】CIE色度図である。FIG. 12 is a CIE chromaticity diagram.
11 p型InP基板 13 p型CdS層 14 n型CdS層 21 n型InP基板 23 n型Zn0.15Cd0.85Sクラッド層 24 p型CdS発光層 25 p型Zn0.15Cd0.85Sクラッド層 31 n型InP基板 33 n型CdSクラッド層 34 p型CdS0.85Te0.15発光層 35 p型CdSクラッド層 41 p型InP基板 43 p型(Zn0.52Cd0.48)0.5Mg0.5Seクラッ
ド層 44 p型(Zn0.52Cd0.48)0.75Mg0.25Se発光
層 45 n型(Zn0.52Cd0.48)0.5Mg0.5Seクラッ
ド層 51 p型InP基板 53 p型(Zn0.3Cd0.7)(S0.3Se0.7)層 54 n型(Zn0.3Cd0.7)(S0.3Se0.7)層 61 p型GaAs基板 63 p型In0.5Al0.5Pクラッド層 64 n型超格子層 71 n型GaP基板 73 n型AlPクラッド層 74 p型超格子層 81 n型ZnS基板 82 n型ZnSバッファ層兼クラッド層 83 p型歪超格子層11 p-type InP substrate 13 p-type CdS layer 14 n-type CdS layer 21 n-type InP substrate 23 n-type Zn0.15Cd0.85S clad layer 24 p-type CdS light emitting layer 25 p-type Zn0.15Cd0.85S clad layer 31 n-type InP Substrate 33 n-type CdS clad layer 34 p-type CdS0.85Te0.15 light-emitting layer 35 p-type CdS clad layer 41 p-type InP substrate 43 p-type (Zn0.52Cd0.48) 0.5 Mg0.5Se clad layer 44 p-type (Zn0. 52 Cd0.48) 0.75 Mg0.25 Se light emitting layer 45 n-type (Zn0.52 Cd0.48) 0.5 Mg0.5 Se clad layer 51 p-type InP substrate 53 p-type (Zn0.3 Cd0.7) (S0.3 Se0.7) layer 54 n-type (Zn0.3Cd0.7) (S0.3Se0.7) layer 61 p-type GaAs substrate 63 p-type In0.5Al0.5P clad layer 64 n-type superlattice layer 71 n-type GaP substrate 73 n-type AlP clad layer 74 p-type superlattice layer 8 n-type ZnS substrate 82 n-type ZnS buffer layer and the cladding layer 83 p-type strained superlattice layer
Claims (11)
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。1. A band gap of 49 is formed on an InP substrate.
II-VI corresponding to the wavelength range from 4 nm to 550 nm
A semiconductor light emitting device having a pn junction formed of a group compound semiconductor layer.
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。2. The Group II element constituting the semiconductor layer is at least one of zinc and cadmium,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the group VI element forming the semiconductor layer is one or more of selenium, sulfur and tellurium.
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。3. The InP substrate is of a first conductivity type, and the semiconductor layer is formed by stacking a CdS layer of a first conductivity type and a CdS layer of a conductivity type opposite to the first conductivity type. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein
記半導体層が、第1導電型のZnxCd1-xSクラッド
層、ZnyCd1-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
xCd1-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。4. The InP substrate is of a first conductivity type, and the semiconductor layer is a Zn x Cd 1-x S cladding layer of the first conductivity type, Zn y Cd 1-y S (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y <1; y <
x) Active layer and Zn of a conductivity type opposite to the first conductivity type
The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the semiconductor light emitting device is formed by sequentially laminating x Cd 1-x S cladding layers.
記半導体層が、第1導電型のCdSvTe1-vクラッド
層、CdSwTe1-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
SvTe1-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。5. The InP substrate is of a first conductivity type, and the semiconductor layer is a CdS v Te 1-v clad layer of the first conductivity type, CdS w Te 1-w (0 ≦ v ≦ 1; 0 ≦ w <1; w <
v) the active layer and Cd of a conductivity type opposite to the first conductivity type
S v Te 1-v semiconductor light-emitting device according to claim 2 consisting of those were sequentially laminated clad layer.
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。6. The semiconductor layer is matched with the InP substrate in a lattice constant within 0.5%, and the Group II element constituting the semiconductor layer is one or more of zinc, cadmium and magnesium. The semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the Group VI element forming the semiconductor layer is one or more of selenium, sulfur, and tellurium.
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。7. A superlattice in which a III-V group compound semiconductor layer of the same conductivity type and a III-V group compound semiconductor of the opposite conductivity type are alternately stacked on a GaP substrate, a GaAs substrate or a Si substrate. A semiconductor light-emitting device in which the layer is formed with a band gap corresponding to a wavelength range of 494 nm or more and 550 nm or less.
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。8. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the superlattice layer including an InGaP layer and an InAlP layer having substantially the same lattice constant as that of the substrate is formed on the GaAs substrate.
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。9. On the GaP substrate or Si substrate, Ga
The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the superlattice layer including a P layer and an AlP layer is formed.
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。10. A II-VI group compound semiconductor on a substrate, 2
It is a stack of two or more II-VI group compound semiconductors, one of which has a bandgap corresponding to an emission wavelength of 550 nm or more, and the other of which has a bandgap corresponding to an emission wavelength of 494 nm or less. A semiconductor light emitting device in which a lattice layer is formed.
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。11. The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein the substrate is made of ZnS, and the strained superlattice layer is made of a ZnTe layer and a ZnS layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17945093A JPH0738152A (en) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | Semiconductor light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17945093A JPH0738152A (en) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | Semiconductor light emitting element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0738152A true JPH0738152A (en) | 1995-02-07 |
Family
ID=16066074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17945093A Withdrawn JPH0738152A (en) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | Semiconductor light emitting element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0738152A (en) |
-
1993
- 1993-07-20 JP JP17945093A patent/JPH0738152A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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