JP2002261017A - Method of growing compound semiconductor crystal and optical semiconductor device - Google Patents

Method of growing compound semiconductor crystal and optical semiconductor device

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JP2002261017A
JP2002261017A JP2001053531A JP2001053531A JP2002261017A JP 2002261017 A JP2002261017 A JP 2002261017A JP 2001053531 A JP2001053531 A JP 2001053531A JP 2001053531 A JP2001053531 A JP 2001053531A JP 2002261017 A JP2002261017 A JP 2002261017A
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znte
substrate
epitaxy
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Takafumi Yao
隆文 八百
Shigo Cho
志豪 張
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Japan Science and Technology Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of growing a compound semiconductor crystal, with which an n-type ZnTh-family substance doped at up to a high concentration is grown and a pn junction in a ZnTh substance is easily formed, and an optical semiconductor device thereby. SOLUTION: An n-type ZnTh layer 2 doped at a high concentration of 1×10<17> cm<-3> or higher is grown on a substrate 1 by using molecular-beam epitaxy for the crystal growth method, wherein Al is used for the dopant, and growth condition for the ZnTh is optimized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体の結
晶成長方法及び光半導体装置に関するものである。
The present invention relates to a method for growing a compound semiconductor crystal and an optical semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】ZnTeは緑色領域にバンドギャップを
持つ直接遷移の半導体であり、赤色から青色にわたる発
光素子、光検知素子、光変調素子などの光素子を作製す
るのに好適な物質である。
2. Description of the Related Art ZnTe is a semiconductor of direct transition having a band gap in a green region, and is a substance suitable for manufacturing optical devices such as a light emitting device, a light detecting device, a light modulating device and the like ranging from red to blue.

【0003】従来の先行技術としては、以下に開示され
るものがあった。 (1)V.N.Iodko 他、J.Cryst.Gr
owth 184/185(1998)1170−11
74. (2)H.Ogawa 他、Jpn.J.Appl.P
hys.33,L980(1994). (3)M.C.Phillips 他、Appl.Ph
ys.Lett. (4)I.W.Tao 他、Appl.Phys.Le
tt.1848(1994). (5)T.L.Larson,C.F.Varott
o,and D.A.Stevenson,J.App
l.Phys,43(1972)172.
[0003] As a conventional prior art, there is one disclosed below. (1) V. N. J. Iodko et al. Cryst. Gr
owth 184/185 (1998) 1170-11
74. (2) H. Ogawa et al., Jpn. J. Appl. P
hys. 33, L980 (1994). (3) M.P. C. Phillips et al., Appl. Ph
ys. Lett. (4) I. W. Tao et al., Appl. Phys. Le
tt. 1848 (1994). (5) T. L. Larson, C.A. F. Varott
o, and D. A. Stevenson, J .; App
l. Phys, 43 (1972) 172.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】(A)上記文献(1)
によれば、バルク結晶によるn型ZnTeの形成に関し
てはAlの拡散によって、1019cm-3程度のドーピン
グが達成されているが、しかし、この方法では光素子形
成に不可欠のヘテロ接合形成が不可能であり、実用的な
光素子開発はできない。
(A) The above document (1)
According to the report, in the formation of n-type ZnTe by bulk crystal, doping of about 10 19 cm −3 is achieved by diffusion of Al, but this method does not eliminate the formation of a heterojunction indispensable for forming an optical element. It is possible and practical optical elements cannot be developed.

【0005】(B)上記文献(2)によれば、薄膜成長
法によるn型ZnTe成長に関して、これまででもっと
も高濃度の電子濃度を達成したのは、有機金属気相法に
よるn型ZnTeの成長である。すなわち、Alアルキ
ルを用いたAlドーピングが試みられ、電子濃度4×1
17cm-3が達成された。しかし、この濃度では、オー
ミック電極形成等の問題点が生じ、実用的な光素子作製
には不十分である。更に、この最高電子濃度では、光学
的な特性は著しく劣化し、そのため、この濃度の薄膜の
デバイス応用は実質的に困難である。
(B) According to the above reference (2), regarding n-type ZnTe growth by the thin film growth method, the highest electron concentration achieved so far is the n-type ZnTe grown by the metalorganic vapor phase method. It is growth. That is, Al doping using Al alkyl is attempted, and the electron concentration is 4 × 1
0 17 cm -3 was achieved. However, this concentration causes problems such as formation of an ohmic electrode, and is insufficient for practical optical device fabrication. Furthermore, at this maximum electron concentration, the optical properties are significantly degraded, making device application of thin films of this concentration substantially difficult.

【0006】(C)上記文献(3)によれば、分子線エ
ピタキシ法によるn型ZnTeの成長も試みられている
が、低電子濃度に留まっている。すなわち、Alのドー
ピングに関しては、as−grownでは高抵抗であ
り、電子濃度はアニールによって9×1015cm-3が達
成されたに過ぎない。この濃度では勿論光素子への応用
はできない。また、この報告では、成長条件が示されて
いない。
(C) According to the above reference (3), although growth of n-type ZnTe by molecular beam epitaxy has been attempted, the electron concentration remains low. That is, with respect to the doping of Al, the resistance is high in the as-grown state, and the electron concentration attains only 9 × 10 15 cm −3 by annealing. At this concentration, of course, it cannot be applied to optical devices. The report does not specify growth conditions.

【0007】(D)上記文献(4)によれば、分子線エ
ピタキシ法によるn型ZnTeの成長に関しては、塩素
ドーピングも試みられた。しかし、電子濃度は3×10
16cm-3に留まっており、これも実用レベルの光素子開
発には不十分である。
(D) According to the above reference (4), chlorine doping was attempted for the growth of n-type ZnTe by molecular beam epitaxy. However, the electron concentration is 3 × 10
It remains at 16 cm -3 , which is also insufficient for developing a practical optical device.

【0008】上に述べたように、これまでに報告されて
いる5×1017cm-3以上の高濃度n型ZnTeの例
は、バルクでの拡散による高濃度n型ZnTeの形成の
みである。実用デバイス開発の観点からは、ヘテロ接合
を形成できる薄膜技術による高濃度n型ZnTeの成長
技術の確立が必須であるが、残念ながら、これまでの薄
膜技術は、この要請に応えることができなかった。例え
ば、発光ダイオードでは、バリヤー層のために2×10
17cm-3程度の電子濃度を持つ高品質の薄膜が必要とな
り、オーミック電極のコンタクト層のためには1018
-3以上の高濃度層が必要となる。ここで注意しておき
たいのは、このバリヤー層は光学的に良好な特性を示す
必要があるが、これまでに報告されたMOCVDによる
薄膜は、デバイス応用のレベルではない。この薄膜に対
する要請は、実用レベルの半導体レーザでは更に厳しく
なり、バリヤー層の電子濃度は5×1017cm-3程度が
要求され、電極コンタクト層に対しては2×1018cm
-3が要求される。このため、ZnTe系物質による発光
素子、光検知素子、光変調素子等への応用はなされてい
なかった。
As described above, the only example of a high-concentration n-type ZnTe of 5 × 10 17 cm −3 or more reported so far is the formation of a high-concentration n-type ZnTe by diffusion in bulk. . From the viewpoint of practical device development, it is essential to establish a growth technique for high-concentration n-type ZnTe using a thin film technique capable of forming a heterojunction, but unfortunately, conventional thin film techniques cannot meet this demand. Was. For example, for a light emitting diode, 2 × 10
A high-quality thin film with an electron concentration of about 17 cm -3 is required, and 10 18 c
A high concentration layer of m -3 or more is required. It should be noted that the barrier layer needs to show good optical properties, but the MOCVD thin films reported so far are not at the level of device application. The demand for this thin film becomes more severe in a practical level semiconductor laser, and the electron concentration of the barrier layer is required to be about 5 × 10 17 cm −3 , and that of the electrode contact layer is 2 × 10 18 cm −3.
-3 is required. For this reason, it has not been applied to a light emitting element, a light detecting element, a light modulating element, or the like using a ZnTe-based material.

【0009】また、上述した光素子を作製するためには
pn接合の形成が必須であるが、ZnTe系の物質はp
型が成長しやすいが、n型は困難である、特に高濃度の
n型は困難であると考えられてきた。
Further, formation of a pn junction is indispensable for fabricating the above-mentioned optical element.
It has been believed that molds are easy to grow, but n-type is difficult, especially high concentration n-type.

【0010】本発明は、上記状況に鑑みて、高濃度のn
型ZnTe系物質を成長することができ、ZnTe系物
質のpn接合を容易に形成することができる化合物半導
体の結晶成長方法及び光半導体装置を提供することを目
的とする。
[0010] In view of the above situation, the present invention provides a high concentration of n
An object of the present invention is to provide a compound semiconductor crystal growth method and an optical semiconductor device that can grow a type ZnTe-based material and can easily form a pn junction of the ZnTe-based material.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕ZnTe中にn型不純物をドーピングして高濃度
抵抗n型ZnTe結晶を成長させる化合物半導体の結晶
成長方法において、分子線エピタキシを用いて結晶を成
長させ、不純物としてAlを用い、前記ZnTeの成長
条件の最適化を行うことによって、1×1017cm-3
上の高濃度n型ZnTeの成長を行うことを特徴とす
る。
According to the present invention, there is provided a method for growing a compound semiconductor in which a high concentration resistance n-type ZnTe crystal is grown by doping an n-type impurity in ZnTe. In the above, a high concentration n-type ZnTe of 1 × 10 17 cm −3 or more is grown by growing a crystal using molecular beam epitaxy, using Al as an impurity, and optimizing the ZnTe growth conditions. It is characterized by the following.

【0012】〔2〕上記〔1〕記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、ZnTe基板を用いることを特徴
とする。
[2] The method of growing a compound semiconductor crystal according to the above [1], wherein a ZnTe substrate is used.

【0013】〔3〕上記〔1〕又は〔2〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてZnと
Teを用いることを特徴とする。
[3] The method for growing a compound semiconductor crystal according to the above [1] or [2], wherein Zn and Te are used as growth raw materials.

【0014】〔4〕上記〔1〕又は〔2〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてZnT
eとTeを用いることを特徴とする。
[4] In the method for growing a compound semiconductor crystal according to the above [1] or [2], ZnT may be used as a growth material.
e and Te are used.

【0015】〔5〕上記〔1〕又は〔2〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてZnT
eとZnを用いることを特徴とする。
[5] The method for growing a compound semiconductor crystal according to the above [1] or [2], wherein ZnT is used as a growth material.
It is characterized by using e and Zn.

【0016】〔6〕上記〔1〕又は〔2〕記載の化合物
半導体の結晶成長方法において、成長原料としてZnT
eとZnとTeを用いることを特徴とする。
[6] In the method for growing a compound semiconductor crystal according to [1] or [2], ZnT may be used as a growth material.
It is characterized by using e, Zn and Te.

【0017】〔7〕上記〔1〕、〔2〕、〔3〕、
〔4〕、〔5〕又は〔6〕記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、基板温度を220℃〜350℃の範囲
とすることを特徴とする。
[7] The above [1], [2], [3],
[4] The method for growing a compound semiconductor crystal according to [5] or [6], wherein the substrate temperature is in a range of 220 ° C to 350 ° C.

【0018】〔8〕上記〔1〕、〔2〕、〔3〕、
〔4〕、〔5〕又は〔6〕記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、ZnとTeの分子線強度比を1:1.
2〜1:5.0の範囲とすることを特徴とする。
[8] The above [1], [2], [3],
In the method for crystal growth of a compound semiconductor according to [4], [5] or [6], the molecular beam intensity ratio between Zn and Te is 1: 1.
2-1 to 5.0.

【0019】[0019]

〔9〕上記〔1〕、〔2〕、〔3〕、
〔4〕、〔5〕又は〔6〕記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、成長速度を毎時0.2〜2.0ミクロ
ンの範囲とすることを特徴とする。
[9] The above [1], [2], [3],
[4] The method for growing a compound semiconductor crystal according to [5] or [6], wherein the growth rate is in the range of 0.2 to 2.0 microns per hour.

【0020】〔10〕上記〔1〕、〔2〕、〔3〕、
〔4〕、〔5〕又は〔6〕記載の化合物半導体の結晶成
長方法において、Alの温度を700〜900℃とする
ことを特徴とする。
[10] The above [1], [2], [3],
[4] The method for growing a compound semiconductor crystal according to [5] or [6], wherein the temperature of Al is set to 700 to 900 ° C.

【0021】〔11〕光半導体装置において、基板と、
この基板上に形成される分子線エピタキシ法により形成
したAlをドーピングしたn型ZnTe層とを具備する
ことを特徴とする。
[11] In an optical semiconductor device, a substrate;
And an Al-doped n-type ZnTe layer formed by molecular beam epitaxy formed on the substrate.

【0022】〔12〕光半導体装置において、基板と、
この基板上に形成されるバッファー層と、このバッファ
ー層上に形成される分子線エピタキシ法により形成した
Alをドーピングしたn型ZnTe層とを具備すること
を特徴とする。
[12] In an optical semiconductor device, a substrate;
A buffer layer formed on the substrate and an n-type ZnTe layer doped with Al and formed on the buffer layer by molecular beam epitaxy are provided.

【0023】〔13〕光半導体装置において、半導体層
と、この半導体層上に形成される分子線エピタキシ法に
より形成したAlをドーピングしたn型ZnTe層とを
具備することを特徴とする。
[13] An optical semiconductor device is characterized by comprising a semiconductor layer and an Al-doped n-type ZnTe layer formed on the semiconductor layer by molecular beam epitaxy.

【0024】〔14〕光半導体装置において、基板と、
この基板上に形成される分子線エピタキシ法により形成
したAlをドーピングしたn型ZnTe層と、このn型
ZnTe層上に形成される半導体層又は金属層とを具備
することを特徴とする。
[14] In an optical semiconductor device, a substrate;
It is characterized by including an Al-doped n-type ZnTe layer formed on the substrate by molecular beam epitaxy, and a semiconductor layer or a metal layer formed on the n-type ZnTe layer.

【0025】〔15〕光半導体装置において、半導体層
と、この半導体層上に形成される分子線エピタキシ法に
より形成したAlをドーピングしたn型ZnTe層と、
このn型ZnTe層上に形成される半導体層又は金属層
とを具備することを特徴とする。
[15] In an optical semiconductor device, a semiconductor layer, an Al-doped n-type ZnTe layer formed on the semiconductor layer by a molecular beam epitaxy method,
A semiconductor layer or a metal layer formed on the n-type ZnTe layer.

【0026】〔16〕上記〔11〕、〔12〕又は〔1
4〕記載の光半導体装置において、前記基板はGaSb
基板、InAs基板、GaAs基板等の半導体基板、サ
ファイヤ、MgOなどの絶縁性基板、又はZnTe基板
であることを特徴とする。
[16] The above [11], [12] or [1]
4] In the optical semiconductor device described in [4], the substrate is GaSb.
It is a substrate, a semiconductor substrate such as an InAs substrate or a GaAs substrate, an insulating substrate such as sapphire or MgO, or a ZnTe substrate.

【0027】〔17〕上記〔12〕記載の光半導体装置
において、前記バッファー層は、ZnTe基板ではZn
Teエピタキシ層、GaSb基板ではGaSbエピタキ
シ層、ZnTeエピタキシ層又はGaSbエピタキシ層
の上のZnTeエピタキシ層、InAs基板ではInA
sエピタキシ層、ZnTeエピタキシ層又はGaSbエ
ピタキシ層の上のZnTeエピタキシ層、GaAs基板
ではGaAsエピタキシ層、ZnSeエピタキシ層、Z
nTeエピタキシ層、GaAsエピタキシ層の上のZn
Seエピタキシ層、GaAsエピタキシ層の上のZnT
eエピタキシ層又はGaAsエピタキシ層の上のZnS
eエピタキシ層とZnTeエピタキシ層、サファイヤ基
板、MgO基板ではZnTe層を含むことを特徴とす
る。
[17] In the optical semiconductor device according to the above [12], the buffer layer is made of Zn on a ZnTe substrate.
Te epitaxy layer, GaSb substrate for GaSb epitaxy layer, ZnTe epitaxy layer or ZnTe epitaxy layer on GaSb epitaxy layer, InA substrate for InA
s epitaxy layer, ZnTe epitaxy layer on ZnTe epitaxy layer or GaSb epitaxy layer, GaAs epitaxy layer, ZnSe epitaxy layer on GaAs substrate, Z
Zn on nTe epitaxy layer, GaAs epitaxy layer
ZnT on Se epitaxy layer, GaAs epitaxy layer
ZnS on e-epitaxy layer or GaAs epitaxy layer
An e-epitaxy layer and a ZnTe epitaxy layer, a sapphire substrate, and a MgO substrate include a ZnTe layer.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0029】図1は本発明の第1実施例を示す化合物半
導体装置の模式図である。
FIG. 1 is a schematic view of a compound semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【0030】この図において、1は基板、2はその基板
1上に形成される分子線エピタキシ法により形成したA
lをドーピングしたZnTe層を含むヘテロ構造で、例
えば、ZnTe/ZnMgSeTe/ZnTe/ZnC
dTe/ZnTe/ZnMgSeTeヘテロ量子井戸構
造である。この構造のヘテロバンド構造を模式的に示す
と、図2のようになり、電子をZnTe/ZnCdTe
ヘテロ界面で閉じ込め、ホールをZnMgSeTe/Z
nTe界面で閉じ込めることができる。また、ここで、
ZnTe/ZnCdTe/ZnTeの代わりに、ZnS
eTe層あるいはZnTe/ZnSeTe/ZnTeヘ
テロ層を用いることも可能である。
In this figure, reference numeral 1 denotes a substrate, and 2 denotes an A formed on the substrate 1 by a molecular beam epitaxy method.
1 is a heterostructure including a ZnTe layer doped with l, for example, ZnTe / ZnMgSeTe / ZnTe / ZnC
It is a dTe / ZnTe / ZnMgSeTe hetero quantum well structure. FIG. 2 schematically shows a hetero-band structure of this structure, in which electrons are converted to ZnTe / ZnCdTe.
The hole is confined at the hetero interface and the hole is ZnMgSeTe / Z
It can be confined at the nTe interface. Also, where
Instead of ZnTe / ZnCdTe / ZnTe, ZnS
An eTe layer or a ZnTe / ZnSeTe / ZnTe hetero layer can also be used.

【0031】また、3は背面コンコクト層(−)、4は
金属電極(+)、5はワイヤボンドである。ここで、基
板1としては、GaSb基板、InAs基板、GaAs
基板等の半導体基板、サファイヤ、MgOなどの絶縁性
基板あるいは、ZnTe基板を用いる。
Reference numeral 3 denotes a back contact layer (-), 4 denotes a metal electrode (+), and 5 denotes a wire bond. Here, the substrate 1 is a GaSb substrate, an InAs substrate, or a GaAs substrate.
A semiconductor substrate such as a substrate, an insulating substrate such as sapphire or MgO, or a ZnTe substrate is used.

【0032】図3は本発明の第2実施例を示す化合物半
導体装置の模式図である。
FIG. 3 is a schematic view of a compound semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【0033】この図において、11は基板、12はその
基板11上に形成されるバッファー層、13はそのバッ
ファー層12上に形成される第1実施例で示した分子線
エピタキシ法により形成したAlをドーピングしたZn
Te層を含むヘテロ構造、14は背面コンコクト層、1
5は金属電極、16はワイヤボンドである。
In this figure, 11 is a substrate, 12 is a buffer layer formed on the substrate 11, and 13 is an Al formed on the buffer layer 12 by the molecular beam epitaxy method shown in the first embodiment. Doped Zn
Heterostructure including a Te layer, 14 a back contact layer, 1
5 is a metal electrode and 16 is a wire bond.

【0034】この実施例では、基板11の上に、分子線
エピタキシ法により形成した、AlをドーピングしたZ
nTe層を含むヘテロ構造13と基板11の不整を緩和
するためにバッファー層12を成長させる。そのバッフ
ァー層12上に分子線エピタキシ法により形成したAl
をドーピングしたZnTe層を含むヘテロ構造13を設
ける。ここで、基板11としては、GaSb基板、In
As基板、GaAs基板等の半導体基板、サファイヤ、
MgOなどの絶縁性基板あるいは、ZnTe基板を用い
る。バッファー層12は、ZnTe基板ではZnTeエ
ピタキシ層、GaSb基板ではGaSbエピタキシ層、
InAs基板ではInAsエピタキシ層、GaAs基板
ではGaAsエピタキシ層を用いる。また、サファイヤ
基板、MgO基板では、ZnTe層を用いる。
In this embodiment, an Al-doped Z formed on a substrate 11 by molecular beam epitaxy is used.
A buffer layer 12 is grown to alleviate irregularities between the heterostructure 13 including the nTe layer and the substrate 11. Al formed on the buffer layer 12 by molecular beam epitaxy
A heterostructure 13 including a ZnTe layer doped with is provided. Here, as the substrate 11, a GaSb substrate, In
Semiconductor substrates such as As substrates and GaAs substrates, sapphire,
An insulating substrate such as MgO or a ZnTe substrate is used. The buffer layer 12 is a ZnTe epitaxy layer for a ZnTe substrate, a GaSb epitaxy layer for a GaSb substrate,
An InAs substrate uses an InAs epitaxy layer, and a GaAs substrate uses a GaAs epitaxy layer. In the case of a sapphire substrate or an MgO substrate, a ZnTe layer is used.

【0035】図4は本発明の第3実施例を示す光半導体
装置の模式図である。
FIG. 4 is a schematic view of an optical semiconductor device showing a third embodiment of the present invention.

【0036】この図において、21は半導体層、22は
その半導体層21上に形成される分子線エピタキシ法に
より形成した第1実施例と同様のAlをドーピングした
n型ZnTe層を含むヘテロ構造、23は背面コンコク
ト層、24は金属電極、25はワイヤボンドである。
In this figure, 21 is a semiconductor layer, 22 is a heterostructure including an Al-doped n-type ZnTe layer formed on the semiconductor layer 21 by the molecular beam epitaxy method as in the first embodiment, 23 is a back contact layer, 24 is a metal electrode, and 25 is a wire bond.

【0037】この実施例では、上記した以外の半導体層
21上に分子線エピタキシ法により形成した上記Alを
ドーピングしたn型ZnTe層を含むヘテロ構造22を
積層した例である。
This embodiment is an example in which a heterostructure 22 including an Al-doped n-type ZnTe layer formed by molecular beam epitaxy on a semiconductor layer 21 other than those described above.

【0038】図5は本発明の第4実施例を示す光半導体
装置の模式図である。
FIG. 5 is a schematic view of an optical semiconductor device showing a fourth embodiment of the present invention.

【0039】この図において、31は基板、32は基板
31上に設けられる分子線エピタキシ法により形成した
第1実施例と同様のAlをドーピングしたn型ZnTe
層を含むヘテロ構造、33はそのn型ZnTe層32上
に形成される半導体層又は金属層、34は背面コンコク
ト層、35は金属電極、36はワイヤボンドである。
In this figure, reference numeral 31 denotes a substrate, and 32 denotes an Al-doped n-type ZnTe formed on the substrate 31 by the same method as in the first embodiment formed by molecular beam epitaxy.
A heterostructure including layers, 33 is a semiconductor layer or a metal layer formed on the n-type ZnTe layer 32, 34 is a back contact layer, 35 is a metal electrode, and 36 is a wire bond.

【0040】この実施例では、基板31上に設けられる
分子線エピタキシ法により形成した上記Alをドーピン
グしたn型ZnTe層を含むヘテロ構造32上に半導体
層又は金属層33を形成する。
In this embodiment, a semiconductor layer or a metal layer 33 is formed on a heterostructure 32 including an Al-doped n-type ZnTe layer formed on a substrate 31 and formed by molecular beam epitaxy.

【0041】図6は本発明の第5実施例を示す光半導体
装置の模式図である。
FIG. 6 is a schematic view of an optical semiconductor device showing a fifth embodiment of the present invention.

【0042】この図において、41は半導体層、42は
分子線エピタキシ法により形成した第1実施例と同様の
Alをドーピングしたn型ZnTe層を含むヘテロ構
造、43は半導体層あるいは金属層、44は背面コンコ
クト層、45は金属電極、46はワイヤボンドである。
In this figure, reference numeral 41 denotes a semiconductor layer; 42, a heterostructure including an Al-doped n-type ZnTe layer formed by molecular beam epitaxy as in the first embodiment; 43, a semiconductor layer or a metal layer; Is a back contact layer, 45 is a metal electrode, and 46 is a wire bond.

【0043】この実施例では、半導体層41の上に分子
線エピタキシ法により形成した上記Alをドーピングし
たn型ZnTe層を含むヘテロ構造42を積層し、さら
に半導体層あるいは金属層43を積層した例である。
In this embodiment, an example in which a heterostructure 42 including an Al-doped n-type ZnTe layer formed by molecular beam epitaxy on a semiconductor layer 41 and a semiconductor layer or a metal layer 43 is further stacked. It is.

【0044】本発明は、高濃度n型ZnTeの成長に適
用できるだけでなく、ZnとTeを必ず含むII−VI族化
合物混晶半導体のn型層を形成するのにも適用できる。
したがって、ZnTeないしはZnとTeを必ず含むII
−VI族化合物混晶半導体を用いる発光素子、光検知素
子、光変調素子にも適用できる。
The present invention can be applied not only to the growth of high-concentration n-type ZnTe but also to the formation of an n-type layer of a II-VI compound mixed crystal semiconductor containing Zn and Te.
Therefore, ZnTe or always containing Zn and Te II
The present invention can also be applied to a light emitting element, a light detecting element, and a light modulating element using a group VI compound mixed crystal semiconductor.

【0045】本発明によって、高濃度のn型ZnTe層
が成長可能になった。
According to the present invention, a high-concentration n-type ZnTe layer can be grown.

【0046】図7は本発明の実施例を示す化合物半導体
装置の基板温度に対する電子濃度の関係を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the substrate temperature and the electron concentration of the compound semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0047】この実施例では、Alセル温度を860℃
にし、Te:Znの分子線強度比は1:1.5〜1:5
の範囲で変化させた。成長速度は毎時0.2〜0.6μ
mであった。
In this embodiment, the Al cell temperature is 860 ° C.
And the molecular beam intensity ratio of Te: Zn is 1: 1.5 to 1: 5.
Was changed within the range. Growth rate 0.2-0.6μ / h
m.

【0048】このように、本発明のn型ZnTeの電子
濃度のAlセル温度依存性の測定例を示す。成長条件は
基板温度300℃であり、成長原料としてZnとTeを
用いた。なお、基板はZnTe基板で低温バッファー層
を基板上に設けて、その上にAlドーピング層を成長し
た。この例では、1×1017〜4×1018cm-3の正孔
濃度を持つn型ZnTe結晶を得ている。
An example of the measurement of the dependence of the electron concentration of the n-type ZnTe of the present invention on the Al cell temperature will be described. The growth conditions were a substrate temperature of 300 ° C., and Zn and Te were used as growth raw materials. The substrate was a ZnTe substrate, a low-temperature buffer layer was provided on the substrate, and an Al-doped layer was grown thereon. In this example, an n-type ZnTe crystal having a hole concentration of 1 × 10 17 to 4 × 10 18 cm −3 is obtained.

【0049】これにより、ZnTeをベースとした高品
質の発光素子、光検知素子、光変調素子が実現できる。
As a result, a high-quality ZnTe-based light emitting element, light detecting element, and light modulating element can be realized.

【0050】図8は本発明の実施例を示す化合物半導体
装置の分子線強度比に対する電子濃度の特性を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing the characteristics of the electron concentration with respect to the molecular beam intensity ratio of the compound semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0051】この実施例では、Alセル温度860℃、
基板温度を300℃、成長速度を毎時0.2〜0.6μ
mとしている。
In this embodiment, the Al cell temperature is 860 ° C.
Substrate temperature 300 ° C, growth rate 0.2-0.6μ / h
m.

【0052】図9は本発明の実施例を示す化合物半導体
装置のAlセル温度に対する電子濃度の特性を示す図で
ある。
FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the electron concentration with respect to the Al cell temperature of the compound semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0053】この例では、基板温度を300℃、Te:
Znフラックス比を1:1.7〜1:4、成長速度は毎
時0.4μmとしている。
In this example, the substrate temperature is 300 ° C., and Te:
The Zn flux ratio is 1: 1.7 to 1: 4, and the growth rate is 0.4 μm / hour.

【0054】図10は本発明の実施例を示す化合物半導
体装置の成長速度に対する電子濃度の特性を示す図であ
る。
FIG. 10 is a graph showing the characteristics of the electron concentration with respect to the growth rate of the compound semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【0055】この例では、基板温度を300℃、Alセ
ル温度860℃、Te:Znの分子線強度比は1:1.
7〜1:3である。
In this example, the substrate temperature is 300 ° C., the Al cell temperature is 860 ° C., and the molecular beam intensity ratio of Te: Zn is 1: 1.
7 to 1: 3.

【0056】〔実験例1〕次に、分子線エピタキシによ
りZnTe基板上に成長させたn型ZnTe層への、A
lのドーピングの実験例を報告する。
[Experimental Example 1] Next, A was added to the n-type ZnTe layer grown on the ZnTe substrate by molecular beam epitaxy.
An experimental example of l doping is reported.

【0057】ここで、ソリッドソースのMBEにより、
ZnTe:Al層をp−ZnTe(001)基板上に成
長させた。ZnTe:Al層の成長条件は、ホモエピタ
キシ(homoepitaxy)条件に基づいて決定し
た。成長率および成長温度の成長パラメーターはそれぞ
れ、毎時0.4μm/h、300℃に固定した。
Here, the MBE of the solid source gives
A ZnTe: Al layer was grown on a p-ZnTe (001) substrate. The growth conditions for the ZnTe: Al layer were determined based on homoepitaxy conditions. The growth rate and growth temperature were fixed at 0.4 μm / h and 300 ° C., respectively.

【0058】また、VI/II比率は約2、つまりTeに富
むように制御した。ドーパント源としてはAlを用い、
クヌーセンセルにより蒸着した。今回の実験では、Al
セルの温度を700℃から860℃まで変化させた。
The VI / II ratio was controlled to be about 2, that is, rich in Te. Al was used as a dopant source,
It was deposited by a Knudsen cell. In this experiment, Al
The cell temperature was varied from 700 ° C to 860 ° C.

【0059】上記の成長条件では、表面は成長の間、原
子的に滑らかな状態のままであった。薄膜の厚さはRH
EED強度振動(intensity oscilla
tions)を用いて1μmに制御した。また、高分解
能の三軸結晶X線回折を用いた測定を行い、構造的特性
を数的に表現した。キャリア濃度は、オーミック接合電
極としてInを用いたvan der Pauw構成
で、ホール効果を用いた測定方法により測定した。光ル
ミネセンス(PL)測定をする場合は、励起光源として
He−Cd(325nm)レーザーおよびAr+ イオン
レーザー(488nm)を用いた。
Under the above growth conditions, the surface remained atomically smooth during growth. The thickness of the thin film is RH
EED intensity vibration (intensity oscilla)
1 μm. In addition, measurements using high-resolution triaxial X-ray diffraction were performed to numerically express the structural characteristics. The carrier concentration was measured by a measurement method using the Hall effect in a van der Pauw configuration using In as the ohmic junction electrode. When performing photoluminescence (PL) measurement, a He-Cd (325 nm) laser and an Ar + ion laser (488 nm) were used as excitation light sources.

【0060】以下、実験の結果を図面を用いて説明す
る。
Hereinafter, the results of the experiment will be described with reference to the drawings.

【0061】図11は、ドーピングしたZnTe:Al
層を(004)ω−2θX線回折(XRD)で走査した
結果を示す図であり、干渉縞が観察される。また、Zn
Te:Al(TAl:800℃)層は、低い回折角度で異
なる回折ピークを示している。このことは、Znサイト
にAlを代替として組み入れたため、格子の縮小(la
ttice contraction)が生じているこ
とを示している。さらに、ZnTe:Alのピークにお
ける半波高全幅値 (FWHM)は24arcsecsと
狭く、ZnTe:Al層が構造的に高い品質を有してい
ることを示している。
FIG. 11 shows doped ZnTe: Al
It is a figure which shows the result of having scanned the layer by (004) (omega) -2 (theta) X-ray diffraction (XRD), and an interference fringe is observed. Also, Zn
The Te: Al (T Al : 800 ° C.) layer shows different diffraction peaks at low diffraction angles. This is due to the reduced lattice (la
This indicates that the T.sub.taction has occurred. Further, the full width at half maximum (FWHM) at the peak of ZnTe: Al is as narrow as 24 arcsecs, indicating that the ZnTe: Al layer has a structurally high quality.

【0062】この図において、観察された格子の縮小
は、格子定数が代替として混合するAlにともない線型
的に変化するというVegard’s lawの観点か
ら説明することができる。この関係式は以下のようにな
る。
In this figure, the observed lattice reduction can be explained in terms of Vegard's law, in which the lattice constant changes linearly with the Al mixed as an alternative. This relational expression is as follows.

【0063】Δa⊥=(4/√3)〔(ΔrZnAlZn
ΔrTeAlTe)/(1.759×1022)〕 ここで、Δrzn=−0.05ÅはAlとZnの共有原子
価半径の差であり、ΔrTe=−0.06ÅはAlとTe
の共有原子価半径の差であり、AlznはZnサイトでの
Alの原子濃度、AlTeはTeサイトでのAlの原子濃
度である。1.759×1022は単位ボリューム(un
it volume)におけるZn(Te)原子サイト
の数である。
Δa⊥ = (4 / √3) [(Δr Zn Al Zn +
Δr Te Al Te ) / (1.759 × 10 22 )] Here, Δr zn = −0.05 ° is the difference between the covalent valence radii of Al and Zn, and Δr Te = −0.06 ° is the difference between Al and Te.
Where Al zn is the atomic concentration of Al at the Zn site and Al Te is the atomic concentration of Al at the Te site. 1.759 × 10 22 is the unit volume (un
It is the number of Zn (Te) atom sites in (it volume).

【0064】この方程式を用いると、すべてのAl原子
がAlzn=0.33AlTeの比率で代替サイトを占めて
いると仮定して、Al濃度が3×1019cm-3であると
計算できる。この値は、同一の条件下で成長させたZn
Se:Al層の電子濃度(〜2×1019cm-3)とかな
り一致するものと考える。
Using this equation, it can be calculated that the Al concentration is 3 × 10 19 cm -3 , assuming that all Al atoms occupy alternative sites at the ratio Al zn = 0.33 Al Te. . This value is based on Zn grown under the same conditions.
It is considered that this substantially agrees with the electron concentration of the Se: Al layer (-32 × 10 19 cm −3 ).

【0065】次に、オーミック接合電極としてInを用
いて、キャリア濃度をvan der pauw法を用
いて室温で測定した。オーミック特性を改善するため
に、薄いZnSe:Al層(〜5nm)をAlドープし
たZnTe層に堆積した。典型的な抵抗率は10-1Ω.
cm.以下であった。
Next, using In as the ohmic junction electrode, the carrier concentration was measured at room temperature by the van der Pauw method. To improve ohmic properties, a thin ZnSe: Al layer ((5 nm) was deposited on the Al-doped ZnTe layer. Typical resistivity is 10 -1 Ω.
cm. It was below.

【0066】図12では、一連の試料についての電子移
動度を、電子濃度の関数としてプロットしている。ここ
で■は、MOCVDによりZnTe上に成長させたn型
ZnTe:Al層の結果から得ている。Alセルの温度
を800℃にして成長させたZnTe:Al層は、28
9cm2 /Vsのキャリア移動度でNd =8×1017
-3を示す。もっとも高いキャリア濃度は、860℃の
Alセル温度で成長させた試料から得られた。このと
き、キャリア濃度は、Nd =4×1018cm-3まで上昇
する一方、キャリア移動度は45cm2 /Vsまで減少
する。
FIG. 12 plots electron mobilities for a series of samples as a function of electron concentration. Here, ■ is obtained from the result of the n-type ZnTe: Al layer grown on ZnTe by MOCVD. The ZnTe: Al layer grown at an Al cell temperature of 800 ° C.
N d = 8 × 10 17 c at a carrier mobility of 9 cm 2 / Vs
m- 3 . The highest carrier concentrations were obtained from samples grown at an Al cell temperature of 860 ° C. At this time, carrier concentration, while increases to N d = 4 × 10 18 cm -3, the carrier mobility is reduced to 45cm 2 / Vs.

【0067】一般の化合物半導体では、室温における主
要な散乱メカニズムは、極性光学的フォノン散乱(po
lar−optical phonon scatte
ring)およびイオン化不純物散乱として知られてい
る。後者は、強くドーピングした半導体に特に重要であ
り、前者は、室温でのキャリア濃度とは全く関係をもた
ない。本実験で得られた結果では、移動度は、低いキャ
リア濃度領域(<5×1017cm-3)でゆるやかに変化
する。しかしながら、これより高いキャリア濃度領域で
は速い動きで減少する。これは、低いキャリア濃度領域
では極性光学的光子散乱(polar−optical
phonon scattering)のみが支配的
であり、その後、散乱メカニズムがイオン化不純物散乱
に変化していくことを示唆している。このことは、n型
ZnTeにおけるキャリア輸送メカニズムの理論上の計
算と非常によく一致している。
In general compound semiconductors, the main scattering mechanism at room temperature is polar optical phonon scattering (po
lar-optical phonon squatte
ring) and ionized impurity scattering. The latter is particularly important for heavily doped semiconductors, while the former has nothing to do with the carrier concentration at room temperature. In the results obtained in this experiment, the mobility changes slowly in the low carrier concentration region (<5 × 10 17 cm −3 ). However, in a higher carrier concentration region, the concentration decreases with a fast movement. This is because polar-optical photon scattering (polar-optical scattering) occurs in a low carrier concentration region.
Only phonon scattering is dominant, suggesting that the scattering mechanism then changes to ionized impurity scattering. This agrees very well with the theoretical calculation of the carrier transport mechanism in n-type ZnTe.

【0068】n型ZnTe層から得ることができる電子
濃度は、不純物や成長方法の違いによって全く異なる結
果を示すことに着目したい。ZnTe上にMOCVD成
長させたZnTe:Al層は、濃度4×1017cm-3
移動度150cm2 /Vsであると報告された。一方、
GaAs上にMBE成長させたn型ZnTe:Cl層は
3×1016cm-3の電子濃度を示し、n型ドーパントの
化学種としてはClよりAlを選択するのが好ましいこ
とを示している。
It should be noted that the electron concentration obtainable from the n-type ZnTe layer shows completely different results depending on the impurities and the growth method. The ZnTe: Al layer grown by MOCVD on ZnTe was reported to have a concentration of 4 × 10 17 cm −3 and a mobility of 150 cm 2 / Vs. on the other hand,
The n-type ZnTe: Cl layer grown by MBE on GaAs has an electron concentration of 3 × 10 16 cm −3 , indicating that it is preferable to select Al over Cl as the chemical species of the n-type dopant.

【0069】また、この実験では、MBE成長させたZ
nTe:Al層はMOCVD成長させた層より高い電子
濃度および移動度を示している。この違いを理解するた
めに、補償率の定義、すなわちθ=(Na - /Nd +
に従い、これらの層の補償率を推定してみた。ここで、
a - は、意図しない全ての残留アクセプタの全濃度、
d + はイオン化したドナーの濃度に対応する。補償率
θは、補償率の関数としてキャリア濃度とキャリア移動
度との関係から得た計算値から得た。Nd =4×1017
cm-3でMOCVD成長させたZnTe:Al層の補償
率を計算するとθ=0.94となる。これは、同じよう
な濃度の試料から得た値であるθ=0.85、Nd =8
×1017cm-3より大きくなっている。詳細な情報が限
られているにもかかわらず、入手可能なデータに基づい
て、試料間で明確な違いが認められるのは成長温度であ
る(MOCVD層は380〜420℃で成長した)。
In this experiment, ZE grown by MBE was used.
The nTe: Al layer has a higher electron concentration and mobility than the MOCVD grown layer. To understand this difference, the definition of the compensation rate, ie, θ = (N a / N d + )
, The compensation rates of these layers were estimated. here,
N a - the total concentration of all residual acceptor unintended,
N d + corresponds to the concentration of the ionized donor. The compensation rate θ was obtained from a calculated value obtained from the relationship between the carrier concentration and the carrier mobility as a function of the compensation rate. N d = 4 × 10 17
When the compensation rate of the ZnTe: Al layer grown by MOCVD at cm −3 is calculated, θ = 0.94. This is a value obtained from a sample of similar concentration, θ = 0.85, N d = 8.
It is larger than × 10 17 cm −3 . Despite limited detailed information, it is the growth temperature (MOCVD layer grown at 380-420 ° C.) that, based on the available data, a distinct difference between the samples is observed.

【0070】図13は低温でのPLスペクトルを示す図
であり、図13(a)はドーピングしていない場合、図
13(b)はZnTe:Al層(TAl:700℃)の場
合、図13(c)はZnTe:Al層(TAl:800
℃)を示している。ドーピングしていない層は、自由励
起子(X)放射に伴い、強いバンド端発光放出を示す。
深層レベルでの放出はほとんど無視でき、結晶品質が高
いことを示唆している。
FIG. 13 is a graph showing the PL spectrum at a low temperature. FIG. 13 (a) is a graph showing a case without doping, and FIG. 13 (b) is a graph showing a case with a ZnTe: Al layer (T Al : 700 ° C.). 13 (c) shows a ZnTe: Al layer (T Al : 800)
° C). The undoped layer shows strong band edge emission with free exciton (X) emission.
The release at the deep level is almost negligible, suggesting high crystal quality.

【0071】しかし、Alドープした層のルミネセンス
強度は、ドーピングしていない層と比較して、Alを混
合することにより高まる。ZnTe:Al層(TAl:7
00℃)の低温におけるPLスペクトルは、自由励起子
(2.381eV)、数個の束縛励起子のライン、ドナ
ー−アクセプタの対(DAP)のライン、深層放出(d
eep level emission)で構成されて
いる。それらのうち、相対ピーク強度は、自由励起子ラ
インの場合と比較すると、2.367eVの地点でピー
クをもち、Al混合による圧倒的な高まりをみせてい
る。したがって、Alドナーに関わるドナー束縛励起子
ラインと特定できる。このラインの励起子結合エネルギ
ーは14meVと推定でき、このことは、Hayne’
s ruleにより不純物結合エネルギーが〜140m
eVであることを意味している。
However, the luminescence intensity of the Al-doped layer is increased by mixing Al as compared to the undoped layer. ZnTe: Al layer (T Al : 7
The low temperature (00 ° C.) PL spectrum shows a free exciton (2.381 eV), a few bound exciton lines, a donor-acceptor pair (DAP) line, a deep emission (d
eep level emission). Among them, the relative peak intensity has a peak at 2.367 eV as compared with the case of the free exciton line, and shows an overwhelming increase due to Al mixing. Therefore, it can be specified as a donor-bound exciton line related to the Al donor. The exciton binding energy of this line can be estimated to be 14 meV, which indicates that Hayne's
Impurity binding energy ~ 140m due to s rule
eV.

【0072】一方、水素的ドナーの活性化エネルギーは
18.3meVと仮定した。2.376eVおよび2.
342eVの地点におけるピークは、ドーピングしてい
ない層のPLスペクトルと比較して、アクセプタ束縛励
起子ラインのものであると考えられる。ドーピングレベ
ルが高まると、TAl=725℃に最大値をもって、NB
E放出強度が増加する。深層レベル放出もドーピングレ
ベルが高まるにつれて高まる。これはおそらく、上記文
献(5)中でAlドープしたZnTeバルク結晶におい
てもっとも主要な欠陥症候群であると考えた、VZn−A
Znのような複数の欠陥形成に起因すると思われる。
On the other hand, the activation energy of the hydrogen donor was assumed to be 18.3 meV. 2.376 eV and 2.
The peak at 342 eV is considered to be for the acceptor-bound exciton line, as compared to the PL spectrum of the undoped layer. As the doping level increases, NB reaches a maximum at T Al = 725 ° C.
E emission intensity increases. Deep level emission also increases as doping levels increase. This is probably the most major defect syndrome in Al-doped ZnTe bulk crystals in (5) above, V Zn -A
It is thought to be due to the formation of multiple defects such as lZn .

【0073】2.318eV近傍に位置するDAP放出
と、DAPラインのLO−フォノンのレプリカは、26
meVエネルギー差を示しており、これはZnTeのL
O−フォノンエネルギーに一致する。DAP放出のライ
ン幅は、イオン化不純物同士の分離距離が多様であるた
めに幅広になっている。図14に示すように、Ar+
ーザー488nmラインを用いてDAPラインのパワー
依存度を調べる。励起パワーが増加すると、不純物間の
通常の距離が縮まるために、DAPのピーク位置が高エ
ネルギー側にシフトした。これにより、ブルーシフトは
7meVであることがわかる。
The DAP emission near 2.318 eV and the LO-phonon replica of the DAP line
It shows the meV energy difference, which is the L
It corresponds to the O-phonon energy. The line width of DAP emission is wide due to the various separation distances between ionized impurities. As shown in FIG. 14, the power dependency of the DAP line is examined using an Ar + laser 488 nm line. When the pumping power increased, the normal distance between impurities was shortened, so that the peak position of DAP shifted to a higher energy side. This indicates that the blue shift is 7 meV.

【0074】〔実験例2〕Alのドーピングを利用した
発光素子の作製例を示す。
[Experimental Example 2] An example of manufacturing a light emitting device using Al doping will be described.

【0075】図15に本発明の分子線エピタキシ法で作
製した発光ダイオードの構造を模式的に示す。
FIG. 15 schematically shows the structure of a light emitting diode manufactured by the molecular beam epitaxy method of the present invention.

【0076】この図において、51はp型ZnTe:P
層、52はp型ZnTe:N層(16nm)(この51
と52はLTバッファー層として機能する)、53はH
Tバッファー層としてのp型ZnTe:N層(104n
m)、54はp型グラッド層としてのp型ZnMgSe
Te:N(312nm)、55は活性層としてのノンド
ープZnTe/ZnCdTe量子井戸層、56はn型グ
ラッド層としてのn型ZnMgSeTe:Al(312
nm)、57はn型ZnTe(8nm)、58はn型Z
nSe(8nm)(この57と58はLTバッファー層
として機能する)、59はp型金属電極、60はn型金
属電極である。
In this figure, reference numeral 51 denotes p-type ZnTe: P
The layer 52 is a p-type ZnTe: N layer (16 nm) (this 51
And 52 function as LT buffer layers) and 53 is H
P-type ZnTe: N layer (104 n
m) and 54 are p-type ZnMgSe as a p-type grading layer
Te: N (312 nm), 55 is a non-doped ZnTe / ZnCdTe quantum well layer as an active layer, 56 is an n-type ZnMgSeTe: Al (312
nm), 57 is n-type ZnTe (8 nm), 58 is n-type Z
nSe (8 nm) (these 57 and 58 function as LT buffer layers), 59 is a p-type metal electrode, and 60 is an n-type metal electrode.

【0077】この構造では基板としてp−ZnTeを用
い、バッファー層として窒素をドーピングしたp−Zn
Teを用いている。また、p−クラッド層としてZnT
eに格子整合した窒素をドーピングしたp−ZnMgS
eTe層を用いている。さらに、活性層としてアンドー
プZnTe/ZnCdTeからなる量子井戸層を用いて
いる。n−クラッド層としてAlをドーピングしたn−
ZnMgSeTe層を用い、n−電極コンタクト層とし
てAlをドーピングしたn−ZnTe層とn−ZnSn
層の積層を用いている。
In this structure, p-ZnTe is used as a substrate, and p-Zn doped with nitrogen is used as a buffer layer.
Te is used. Also, ZnT as a p-cladding layer
p-ZnMgS doped with nitrogen lattice matched to e
An eTe layer is used. Further, a quantum well layer made of undoped ZnTe / ZnCdTe is used as the active layer. n- doped with Al as n-cladding layer
Using an ZnMgSeTe layer, an n-ZnTe layer doped with Al as an n-electrode contact layer and an n-ZnSn
A stack of layers is used.

【0078】図16はこの発光ダイオードによって得ら
れた発光スペクトルで、活性層に用いる。ZnCdTe
層のCdの濃度を15%,30%にした例を示してい
る。この図に示す通りそれぞれ、室温において566n
m、607nmでの発光が観測された。またCd組成が
12%の場合には553nmでの純緑色レーザ発振も得
ている。
FIG. 16 shows an emission spectrum obtained by this light emitting diode, which is used for an active layer. ZnCdTe
An example in which the Cd concentration of the layer is 15% and 30% is shown. As shown in FIG.
m, emission at 607 nm was observed. When the Cd composition is 12%, pure green laser oscillation at 553 nm is obtained.

【0079】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、ZnTeの成長条件の最適化を行うことによっ
て、1×1017cm-3以上の高品質で高濃度n型ZnT
eの成長を可能にしたものであり、実用レベルでの発光
素子、光検知素子、光変調素子等の光素子への応用が可
能になる。
As described above in detail, according to the present invention, by optimizing the growth conditions of ZnTe, a high-quality and high-concentration n-type ZnT of 1 × 10 17 cm −3 or more can be obtained.
e, which can be applied to optical devices such as a light emitting device, a photodetector, and a light modulator at a practical level.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す化合物半導体装置の
模式図である。
FIG. 1 is a schematic view of a compound semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例を示す化合物半導体装置の
ヘテロバンド構造の模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a hetero band structure of the compound semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2実施例を示す化合物半導体装置の
模式図である。
FIG. 3 is a schematic view of a compound semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例を示す光半導体装置の模式
図である。
FIG. 4 is a schematic view of an optical semiconductor device showing a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4実施例を示す光半導体装置の模式
図である。
FIG. 5 is a schematic view of an optical semiconductor device showing a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5実施例を示す光半導体装置の模式
図である。
FIG. 6 is a schematic view of an optical semiconductor device showing a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例を示す化合物半導体装置の基板
温度に対する電子濃度 の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between an electron concentration and a substrate temperature in a compound semiconductor device according to an example of the present invention.

【図8】本発明の実施例を示す化合物半導体装置の分子
線強度比に対する電子濃度の特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing characteristics of an electron concentration with respect to a molecular beam intensity ratio of a compound semiconductor device according to an example of the present invention.

【図9】本発明の実施例を示す化合物半導体装置のAl
セル温度に対する電子濃度の特性を示す図である。
FIG. 9 shows an Al of a compound semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating characteristics of electron concentration with respect to cell temperature.

【図10】本発明の実施例を示す化合物半導体装置の成
長速度に対する電子濃度の特性を示す図である。
FIG. 10 is a graph showing characteristics of electron concentration with respect to a growth rate of a compound semiconductor device according to an example of the present invention.

【図11】高解像度X線回折測定の結果を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing the results of high-resolution X-ray diffraction measurement.

【図12】ZnTe:Al層のキャリア濃度および移動
度を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing carrier concentration and mobility of a ZnTe: Al layer.

【図13】低温PLスペクトルを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a low-temperature PL spectrum.

【図14】ZnTe:Al(TAl:700℃)のDAP
放出バンドの励起パワー依存度を示す図である。
FIG. 14: DAP of ZnTe: Al (T Al : 700 ° C.)
FIG. 4 is a diagram showing the excitation power dependence of the emission band.

【図15】本発明の分子線エピタキシ法で作製した発光
ダイオードの構造を模式図である。
FIG. 15 is a schematic view illustrating a structure of a light emitting diode manufactured by a molecular beam epitaxy method of the present invention.

【図16】図15に示す発光ダイオードによって得られ
た発光スペクトルを示す図である。
16 is a diagram showing an emission spectrum obtained by the light emitting diode shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,31 基板 2,13,22,32,42 分子線エピタキシ法に
より形成したAlをドーピングしたZnTe層を含むヘ
テロ構造 3,14,23,34,44 背面コンコクト層
(−) 4,15,24,35,45 金属電極(+) 5,16,25,36,46 ワイヤボンド 12 バッファー層 21,41 半導体層 33,43 半導体層又は金属層 51 p型ZnTe:P層 52 p型ZnTe:N層(16nm) 53 p型ZnTe:N層(104nm) 54 p型ZnMgSeTe:N(312nm)(p
型グラッド層) 55 ノンドープZnTe/ZnCdTe量子井戸層
(活性層) 56 n型ZnMgSeTe:Al(312nm)
(n型グラッド層) 57 n型ZnTe(8nm) 58 n型ZnSe(8nm) 59 p型金属電極 60 n型金属電極
1,11,31 substrate 2,13,22,32,42 heterostructure including Al-doped ZnTe layer formed by molecular beam epitaxy 3,14,23,34,44 back contact layer (-) 4,15 , 24, 35, 45 Metal electrode (+) 5, 16, 25, 36, 46 Wire bond 12 Buffer layer 21, 41 Semiconductor layer 33, 43 Semiconductor layer or metal layer 51 P-type ZnTe: P layer 52 p-type ZnTe: N layer (16 nm) 53 p-type ZnTe: N layer (104 nm) 54 p-type ZnMgSeTe: N (312 nm) (p
Type non-doped ZnTe / ZnCdTe quantum well layer (active layer) 56 n-type ZnMgSeTe: Al (312 nm)
(N-type grad layer) 57 n-type ZnTe (8 nm) 58 n-type ZnSe (8 nm) 59 p-type metal electrode 60 n-type metal electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G077 AA03 AB01 DA05 EA02 EB01 ED06 EF02 EF03 SC02 5F041 AA40 CA05 CA34 CA35 CA41 CA46 CA55 CA57 CA66 5F103 AA04 DD30 HH03 HH04 JJ03 KK10 LL02 LL04 LL17 NN01 NN02 RR05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G077 AA03 AB01 DA05 EA02 EB01 ED06 EF02 EF03 SC02 5F041 AA40 CA05 CA34 CA35 CA41 CA46 CA55 CA57 CA66 5F103 AA04 DD30 HH03 HH04 JJ03 KK10 LL02 LL04 LL17 NN05 NN01

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ZnTe中にn型不純物をドーピングし
て高濃度低抵抗n型ZnTe結晶を成長させる化合物半
導体の結晶成長方法において、 分子線エピタキシを用いて結晶を成長させ、不純物とし
てAlを用い、前記ZnTeの成長条件の最適化を行う
ことによって、1×1017cm-3以上の高濃度n型Zn
Teの成長を行うことを特徴とする化合物半導体の結晶
成長方法。
1. A compound semiconductor crystal growth method for growing a high-concentration low-resistance n-type ZnTe crystal by doping an n-type impurity into ZnTe, wherein the crystal is grown using molecular beam epitaxy and Al is used as an impurity. By optimizing the growth conditions of ZnTe, high-concentration n-type Zn of 1 × 10 17 cm −3 or more can be obtained.
A method for growing a crystal of a compound semiconductor, comprising growing Te.
【請求項2】 請求項1記載の化合物半導体の結晶成長
方法において、ZnTe基板を用いることを特徴とする
化合物半導体の結晶成長方法。
2. The method of growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein a ZnTe substrate is used.
【請求項3】 請求項1又は2記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、成長原料としてZnとTeを用い
ることを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。
3. The method of growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein Zn and Te are used as growth raw materials.
【請求項4】 請求項1又は2記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、成長原料としてZnTeとTeを
用いることを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。
4. The method of growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein ZnTe and Te are used as a growth material.
【請求項5】 請求項1又は2記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、成長原料としてZnTeとZnを
用いることを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。
5. The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein ZnTe and Zn are used as growth raw materials.
【請求項6】 請求項1又は2記載の化合物半導体の結
晶成長方法において、成長原料としてZnTeとZnと
Teを用いることを特徴とする化合物半導体の結晶成長
方法。
6. The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein ZnTe, Zn, and Te are used as growth raw materials.
【請求項7】 請求項1、2、3、4、5又は6記載の
化合物半導体の結晶成長方法において、基板温度を22
0℃〜350℃の範囲とすることを特徴とする化合物半
導体の結晶成長方法。
7. The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the substrate temperature is set at 22.
A crystal growth method for a compound semiconductor, wherein the temperature is in the range of 0 ° C to 350 ° C.
【請求項8】 請求項1、2、3、4、5又は6記載の
化合物半導体の結晶成長方法において、ZnとTeの分
子線強度比を1:1.2〜1:5.0の範囲とすること
を特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。
8. The compound semiconductor crystal growth method according to claim 1, wherein the molecular beam intensity ratio of Zn to Te is in the range of 1: 1.2 to 1: 5.0. A method for growing a crystal of a compound semiconductor, comprising:
【請求項9】 請求項1、2、3、4、5又は6記載の
化合物半導体の結晶成長方法において、成長速度を毎時
0.2〜2.0ミクロンの範囲とすることを特徴とする
化合物半導体の結晶成長方法。
9. The compound semiconductor crystal growth method according to claim 1, wherein the growth rate is in the range of 0.2 to 2.0 microns per hour. A semiconductor crystal growth method.
【請求項10】 請求項1、2、3、4、5又は6記載
の化合物半導体の結晶成長方法において、Alの温度を
700〜900℃とすることを特徴とする化合物半導体
の結晶成長方法。
10. The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the temperature of Al is set to 700 to 900 ° C.
【請求項11】(a)基板と、(b)該基板上に形成さ
れる分子線エピタキシ法により形成したAlをドーピン
グしたn型ZnTe層とを具備することを特徴とする光
半導体装置。
11. An optical semiconductor device comprising: (a) a substrate; and (b) an Al-doped n-type ZnTe layer formed on the substrate by a molecular beam epitaxy method.
【請求項12】(a)基板と、(b)該基板上に形成さ
れるバッファー層と、(c)該バッファー層上に形成さ
れる分子線エピタキシ法により形成したAlをドーピン
グしたn型ZnTe層とを具備することを特徴とする光
半導体装置。
12. An (a) substrate, (b) a buffer layer formed on the substrate, and (c) an Al-doped n-type ZnTe formed on the buffer layer by molecular beam epitaxy. An optical semiconductor device comprising:
【請求項13】(a)半導体層と、(b)該半導体層上
に形成される分子線エピタキシ法により形成したAlを
ドーピングしたn型ZnTe層とを具備することを特徴
とする光半導体装置。
13. An optical semiconductor device comprising: (a) a semiconductor layer; and (b) an Al-doped n-type ZnTe layer formed on the semiconductor layer by a molecular beam epitaxy method. .
【請求項14】(a)基板と、(b)該基板上に形成さ
れる分子線エピタキシ法により形成したAlをドーピン
グしたn型ZnTe層と、(c)該n型ZnTe層上に
形成される半導体層又は金属層とを具備することを特徴
とする光半導体装置。
14. An (a) substrate, (b) an Al-doped n-type ZnTe layer formed by molecular beam epitaxy formed on the substrate, and (c) a n-type ZnTe layer formed on the n-type ZnTe layer. An optical semiconductor device comprising a semiconductor layer or a metal layer.
【請求項15】(a)半導体層と、(b)該半導体層上
に形成される分子線エピタキシ法により形成したAlを
ドーピングしたn型ZnTe層と、(c)該n型ZnT
e層上に形成される半導体層又は金属層とを具備するこ
とを特徴とする光半導体装置。
15. An Al-doped n-type ZnTe layer formed on the semiconductor layer by molecular beam epitaxy, and (c) the n-type ZnT.
An optical semiconductor device comprising: a semiconductor layer or a metal layer formed on an e-layer.
【請求項16】 請求項11、12又は14記載の光半
導体装置において、前記基板はGaSb基板、InAs
基板、GaAs基板等の半導体基板、サファイヤ、Mg
Oなどの絶縁性基板、又はZnTe基板であることを特
徴とする光半導体装置。
16. The optical semiconductor device according to claim 11, wherein said substrate is a GaSb substrate, InAs.
Substrate, semiconductor substrate such as GaAs substrate, sapphire, Mg
An optical semiconductor device, which is an insulating substrate such as O or a ZnTe substrate.
【請求項17】 請求項12記載の光半導体装置におい
て、前記バッファー層は、ZnTe基板ではZnTeエ
ピタキシ層、GaSb基板ではGaSbエピタキシ層、
ZnTeエピタキシ層又はGaSbエピタキシ層の上の
ZnTeエピタキシ層、InAs基板ではInAsエピ
タキシ層、ZnTeエピタキシ層又はGaSbエピタキ
シ層の上のZnTeエピタキシ層、GaAs基板ではG
aAsエピタキシ層、ZnSeエピタキシ層、ZnTe
エピタキシ層、GaAsエピタキシ層の上のZnSeエ
ピタキシ層、GaAsエピタキシ層の上のZnTeエピ
タキシ層又はGaAsエピタキシ層の上のZnSeエピ
タキシ層とZnTeエピタキシ層、サファイヤ基板、M
gO基板ではZnTe層を含むことを特徴とする光半導
体装置。
17. The optical semiconductor device according to claim 12, wherein the buffer layer is a ZnTe epitaxy layer for a ZnTe substrate, a GaSb epitaxy layer for a GaSb substrate,
ZnTe epitaxy layer on ZnTe epitaxy layer or GaSb epitaxy layer, InAs epitaxy layer on InAs substrate, ZnTe epitaxy layer on ZnTe epitaxy layer or GaSb epitaxy layer, G on GaAs substrate
aAs epitaxy layer, ZnSe epitaxy layer, ZnTe
An epitaxy layer, a ZnSe epitaxy layer on a GaAs epitaxy layer, a ZnSe epitaxy layer on a GaAs epitaxy layer, or a ZnSe epitaxy layer and a ZnTe epitaxy layer on a GaAs epitaxy layer, a sapphire substrate, M
An optical semiconductor device comprising a ZnO layer in a gO substrate.
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