【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物で形成される井戸層および障壁層を含む半導体超格子およびそれを用いたデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、量子井戸のサブバンド間遷移を利用した新しい半導体レーザについて多くの研究がされている。サブバンド間遷移レーザは、理論的に光学利得および特性温度が非常に大きいことから、波長変動および線幅の増大が抑制できる等の利点を有し、従来のバンド間遷移レーザの限界を超える可能性を秘めており、産業利用への期待が大きい。
【０００３】
サブバンド間遷移レーザは、井戸幅が遷移エネルギーを決める重要な因子となるため、厳密な層厚みの制御に有利な分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法により作製されることが多い。また、構成材料としては、微細な超格子構造作製手法が確立しているＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、たとえば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ等が用いられる。
【０００４】
しかし、これらＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成された超格子構造は、井戸層と障壁層のバンドギャップ差および伝導帯バンドオフセット（ΔＥｃ）が小さいため、遷移エネルギーを大きくとれず発振波長は数μｍの中〜長赤外領域に限られてきた。これに対し、ＩＩＩ族窒化物半導体は、ＩｎＮ（１．８９ｅＶ）からＡｌＮ（６．２ｅＶ）まで組成比によってバンドギャップが大きく変化し、またＧａＮ／ＡｌＮのヘテロ接合ではΔＥｃ＝０．７３ｅＶと大きいため、可視光波長領域のサブバンド間遷移レーザが実現できる。ところが、障壁層としてＡｌＮ混晶を用いた場合、Ａｌの酸化されやすさおよび結晶成長の困難さから結晶性の良好な超格子構造を形成することは難しい。
【０００５】
一方、ＩＩ−ＶＩ族酸化物半導体である酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、ＧａＮと同じく紫外領域に相当するバンドギャップ（約３．２ｅＶ）を有する直接遷移型半導体であり、励起子結合エネルギーが６０ｍｅＶと極めて高く、ＧａＮを超える高効率かつ低消費電力の発光デバイスを実現できる。
【０００６】
我々は、上述したＧａＮ系サブバンド間遷移レーザの問題を解決すべく、ＺｎＯ、Ｍｇ１−ｘＺｎｘＯまたはＣｄ１−ｘＺｎｘＯ等の酸化亜鉛系半導体に格子整合する絶縁体障壁材料としてＡＢＯ２なる構成の斜方晶構造を有する酸化物絶縁体が有効であることを見出し、ＺｎＯ上にＬｉＧａＯ２単結晶薄膜をエピタキシャル成長させることに成功した（廣瀬他、第６２回応用物理学会学術講演会予稿集 １１ａ−Ｐ１−２９）。ここで、元素ＡはＬｉ、ＮａまたはＫの少なくともいずれかを含有し、かつ、元素ＢはＡｌまたはＧａの少なくともいずれかを含有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のＡＢＯ２絶縁体に構成元素として含まれるＩＡ族アルカリ金属は、イオン半径が小さく酸化亜鉛中での拡散係数が大きいため、結晶成長中に酸化亜鉛系井戸層中に拡散しやすいという問題を有する。特に、超格子構造においては井戸層厚みが小さいため、上記アルカリ金属の拡散によってヘテロ界面の急峻性が損なわれ、量子効果の低減、絶縁性の劣化または超格子構造の無秩序化等が問題となっていた。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系超格子構造において障壁層からのアルカリ金属の拡散を抑制した急峻な界面を有するヘテロ超格子構造を提供し、これを用いた効率の高いサブバンド間遷移デバイスを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子は、酸化亜鉛系半導体井戸層と、ＩＡ族アルカリ金属を含有する酸化物障壁層を含む酸化物半導体超格子であって、該酸化亜鉛系井戸層中にリン、ホウ素の少なくともいずれかが添加されていることを特徴とする。また、本発明にかかる第２の酸化物半導体超格子は、酸化亜鉛系半導体井戸層と、ＩＡ族アルカリ金属を含有する酸化物障壁層を含む酸化物半導体超格子であって、該酸化亜鉛系井戸層と該酸化物障壁層の間にリン酸化物層またはホウ素酸化物層が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子または第２の酸化物半導体超格子を用いた第１または第２のデバイスは、第１の酸化物半導体超格子構造または第２の酸化物半導体超格子構造によって形成されるキャリア注入層および発光層を具備し、該キャリア注入層に形成されるミニバンドから該発光層内の第２サブバンドへキャリアを注入し、該キャリアが該発光層内中の第１サブバンドへ緩和することによって発光を得ることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子または第２の酸化物半導体超格子を用いた第３または第４のデバイスは、第１の酸化物半導体超格子構造または第２の酸化物半導体超格子構造によって形成されるキャリア注入層および受光層を具備し、該キャリア注入層に形成されるミニバンドから該受光層内の第１サブバンドへキャリアを注入し、該キャリアが該受光層内で光吸収により第２サブバンドへ励起することによって光電流を誘起することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子は、酸化亜鉛系半導体井戸層と、ＩＡ族アルカリ金属を含有する酸化物障壁層を含む酸化物半導体超格子であって、該酸化亜鉛系井戸層中にリンまたはホウ素の少なくともいずれかが添加されている。ここで、超格子とは、２種類の半導体をキャリア（たとえば電子）の位相コヒーレント距離（〜１０ｎｍ）以下の厚さで交互に並べた多数の量子井戸によって形成される人工的な構造をいう。電子に対して位相コヒーレント距離以下の閉じ込めを行なうと、電子はバルク半導体に比較してエネルギー順位が離散化し、状態密度に変化が生じる等量子効果を示す。
【００１３】
該酸化亜鉛系井戸層に添加されたリンまたはホウ素の酸化物がアルカリ金属の拡散を抑制するため、ヘテロ超格子構造の界面が急峻になる。なお、リンはＶ族元素であるが、酸化亜鉛半導体中では自己補償効果のためにｐ型伝導を示さず、アルカリ金属拡散を抑制することにのみ寄与する。この点で、価電子制御のためのアクセプタ不純物とは異なる。
【００１４】
また、井戸層に添加されているリンとホウ素を加えた濃度が１×１０１５個／ｃｍ３以上１×１０２０個／ｃｍ３以下であることが好ましい。添加濃度がかかる範囲内であれば、アルカリ金属の拡散を抑制するのに十分であり、かつ、ＺｎＯ系半導体井戸層の結晶性を損なわないからである。
【００１５】
井戸層へのリンまたはホウ素の添加の方法については、特に制限がないが、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法において原料ターゲットとしてＺｎＯ単結晶とリンまたはホウ素の燒結体を用いて一定比でアブレーションさせることにより、井戸層の形成と同時に添加していくことが好ましい。均一に添加でき、かつ、井戸層の結晶性を損なわないからである。
【００１６】
本発明にかかる第２の酸化物超格子は、酸化亜鉛系半導体井戸層と、ＩＡ族アルカリ金属を含有する酸化物障壁層を含む酸化物半導体超格子であって、該酸化亜鉛系井戸層と該酸化物障壁層の間にリン酸化物層またはホウ素酸化物層が形成されている。第２の酸化物超格子は、アルカリ金属の拡散を抑制するリン酸化物またはホウ素酸化物が井戸層の界面にのみ形成されているので、均一添加された第１の酸化物超格子に比べさらに井戸層の結晶性が損なわれない。
【００１７】
上記第２の酸化物超格子において、リン酸化物層を構成するリン酸化物がＰ２Ｏ５なる組成を有すること、または、ホウ素酸化物層を構成するホウ素酸化物がＢ２Ｏ３なる組成を有することは好ましい形態である。Ｐ２Ｏ５は三方晶系、Ｂ２Ｏ３は六方晶系、またＺｎＯは六方晶系の結晶構造をとるため、ＺｎＯ系半導体井戸層および酸化物障壁層との親和性に優れるからである。
【００１８】
また、上記第２の酸化物超格子において、リン酸化物層またはホウ素酸化物層の厚みが、１分子層以上１０ｎｍ以下であることが好ましい形態である。アルカリ金属の拡散の抑制に十分な厚みであるとともに、エピタキシャル成長されるＺｎＯ系半導体井戸層の結晶性を損なうことが無いからである。
【００１９】
本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子または第２の酸化物半導体超格子を用いた第１または第２のデバイスは、第１の酸化物半導体超格子構造または第２の酸化物半導体超格子構造によって形成されるキャリア注入層および発光層を具備し、該キャリア注入層に形成されるミニバンドから該発光層内の第２サブバンドへキャリアを注入し、該キャリアが該発光層内中の第１サブバンドへ緩和することによって発光を得る。かかる構成により、第１デバイスは、井戸層中に添加されたリンまたはホウ素の酸化物がアルカリ金属の拡散を抑制することによるヘテロ超格子構造の界面の急峻化によって特性の優れたサブバンド間遷移レーザとなり、第２デバイスは、アルカリ金属の拡散を抑制するリン酸化物またはホウ素酸化物が井戸層の表面にのみ形成されているので、井戸層の特性を損なわない界面急峻性に優れたサブバンド間遷移レーザとなる。
【００２０】
本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子または第２の酸化物半導体超格子を用いた第３または第４のデバイスは、第１の酸化物半導体超格子構造または第２の酸化物半導体超格子構造によって形成されるキャリア注入層および受光層を具備し、該キャリア注入層に形成されるミニバンドから該受光層内の第１サブバンドへキャリアを注入し、該キャリアが該受光層内で光吸収により第２サブバンドへ励起することによって光電流を誘起する。第３デバイスは、井戸層中に添加されたリンまたはホウ素の酸化物、第４デバイスは井戸層の表面に形成されたリン酸化物層またはホウ素酸化物のアルカリ金属の拡散抑制により、界面急峻性に優れた受光素子となる。
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
（実施形態１）
第１の酸化物半導体超格子の１実施形態の超格子構造（ａ）と伝導帯バンドダイヤグラム（ｂ）を図１に示す。本実施形態におけるＺｎＯ／ＬｉＧａＯ２超格子１０は、厚さ５ｎｍのＺｎＯ井戸層１１と、厚さ５ｎｍのＬｉＧａＯ２障壁層１２とが交互に積層され、ＺｎＯ井戸層１１には、リンが１×１０１６個／ｃｍ３の濃度で均一に添加されている。
【００２２】
かかる超格子構造は、レーザ分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法によって作製した。図２に、本実施形態において用いたレーザ分子線エピタキシ装置の概略図を示す。超高真空に排気可能な成長室２０１の上部に基板ホルダー２０２が設置され、該基板ホルダー２０２に基板２０３が固定されている。基板ホルダー２０２の上部に設置されたヒータ２０４により基板ホルダー２の裏面が加熱され、その熱伝導により基板２０３が加熱される。基板ホルダー直下には適当な距離を置いてターゲットテーブル２０５が配置され、該ターゲットテーブル２０５上には原料ターゲット２０６が複数配置できる。
【００２３】
当該原料ターゲット２０６の表面は、ビューポート２０７を通じ照射されるパルスレーザ光２０８によりアブレーションされ、瞬時に蒸発した原料ターゲット２０６の原料が基板２０３上に堆積することにより薄膜が成長する。該ターゲットテーブル２０５は、回転機構を有し、パルスレーザ光２０８の照射シーケンスに同期して回転を制御することにより、異なるターゲット原料を薄膜上に積層することが可能となる。成長室２０１には、複数のガスを導入できるようガス導入管２１０が複数設けられ、ラジカル源２０９によって活性化された原子状ビーム（たとえば、Ｏラジカル等）を基板に照射することも可能である。
【００２４】
本実施形態においては、基板２０３としてＺｎＯと格子整合するＳｃＡｌＭｇＯ４を用いた。基板加熱はヒータ２０４としてＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ）を用い、基板ホルダー２０２裏面でのスポット径および照射位置を制御して、基板２０３全体を均一に加熱し、４００℃にした。薄膜形成中には、１．３３×１０−３Ｐａとなるように導入した。また、ＺｎＯ井戸層１１は、リンをＰ２Ｏ５の形で０．１原子％添加したＺｎＯ燒結体（純度９９．９９％）および水熱合成法により作製された市販のノンドープＺｎＯ単結晶（純度９９．９９９９％）を原料ターゲットとして用いた。以下、前者を燒結体ターゲット、後者を単結晶ターゲットという。
【００２５】
本実施形態においては、原料ターゲットの溶発（アブレーション；ａｂｌａｔｉｏｎ）を行なうパルスレーザにはＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ、パルス数：１０Ｈｚ、出力：０．９ｍＪ／ｃｍ２）を用い、回転機構によるターゲットテーブルの駆動周期とＫｒＦエキシマレーザのパルス照射周期を外部制御装置（図示せず）によって同期させ、燒結体ターゲットおよび単結晶ターゲットを交互にアブレーションした。
【００２６】
図３に、本実施形態の原料供給シーケンスの一例を示す。（ａ）はノンドープＺｎＯ単結晶ターゲットのアブレーションシーケンスを示し、（ｂ）はＰ２Ｏ５を添加したＺｎＯ燒結体ターゲットのアブレーションシーケンスを示している。ＺｎＯを１分子層が成長するアブレーション周期内にリン燒結体添加ターゲットを１度以上アブレーションするようにアブレーション比を設定すれば、リンは薄膜内に均一添加される。本実施形態においては、ＺｎＯ堆積速度はエキシマレーザ１パルス当たり０．０１ｎｍであった。したがって、ＺｎＯ単位セル高さは約０．５ｎｍであることから、１シーケンス当たりのアブレーション比が４９以下であれば、ＺｎＯ単位分子層中にはかならずリンが含まれる。
【００２７】
一方、ＬｉＧａＯ２障壁層１２については、ＬｉＧａＯ２単結晶を原料ターゲットとして用いた。
【００２８】
図４に、調製した１０周期のＺｎＯ／ＬｉＧａＯ２超格子１０のフォトルミネッセンス（Ｐｈｏｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；以下ＰＬと略記する）励起スペクトルならびに、比較例としてリンを添加しないＺｎＯ井戸層を用いたＺｎＯ／ＬｉＧａＯ２超格子のＰＬ励起スペクトルを図示した。比較例のＰＬ励起スペクトルがブロードで発光強度も弱い。これは、ＬｉＧａＯ２障壁層からＬｉ原子がＺｎＯ井戸層中に拡散し、ヘテロ超格子構造の急峻性が損なわれたためと考えられる。これに対し、本実施形態のＰＬ励起スペクトルでは、伝導帯−価電子帯量子準位間の遷移に対応する急峻な発光が見られた。これは、ＺｎＯ井戸層中に均一添加したリンが、ＬｉＧａＯ２障壁層からのＬｉ原子拡散を抑制し、急峻なヘテロ超格子界面を保ったためと考えられる。
【００２９】
ＺｎＯ井戸層内におけるリンの存在形態は定かではないが、恐らくリン酸化物の形で存在しているものと思われる。また、リンはＶ族元素であるが、ＺｎＯ井戸層のｐ型化は認められなかった。
【００３０】
なお、リンをホウ素に変えて同様の検討を行なったところ、実施形態１と同様にＬｉの拡散抑止効果が認められた。
【００３１】
（実施形態２）
第２の酸化物半導体超格子の１実施形態の超格子構造を図５に示す。本実施形態における（Ｐ２Ｏ５／）ＺｎＯ／（Ｐ２Ｏ５／）ＬｉＧａＯ２超格子５０は、厚さ５ｎｍのＺｎＯ井戸層５１と、厚さ５ｎｍのＬｉＧａＯ２障壁層５２とが交互に積層され、その間に厚さ０．５ｎｍのＰ２Ｏ５層５３が形成されている。
【００３２】
本実施形態の超格子構造は、実施形態１と同様にレーザ分子線エピタキシ（ＭＢＥ）装置によって調製した。Ｐ２Ｏ５層５３は、Ｐ２Ｏ５燒結体を原料ターゲットとして用いた。
【００３３】
本実施形態の１０周期の（Ｐ２Ｏ５／）ＺｎＯ／（Ｐ２Ｏ５／）ＬｉＧａＯ２超格子５０のＰＬ励起スペクトルの発光特性は、実施形態１と同様に急峻な伝導帯−価電子帯量子準位間に対応する発光となったが、その発光強度は実施形態１に比べて２倍となった。これは、アルカリ金属の拡散を抑制するリン酸化物がＺｎＯ井戸層の界面のみに形成されているため、より効果的にＬｉＧａＯ２障壁層からのＬｉの拡散を防止できること、また均一ドープに比べＺｎＯ井戸層の特性を損なわないことに由来するものと考えられる。
【００３４】
（実施形態３）
第１の酸化物半導体超格子を用いた第１のデバイスの一実施形態である量子カスケードレーザの構造概略（ａ）およびその主要部の作動時の伝導帯バンドダイヤグラム（ｂ）を図６に示す。本実施形態における量子カスケードレーザは、ＳｃＡｌＭｇＯ４基板６００上に、第１クラッド層６０１、活性領域６０２、および第２クラッド層６０３が形成され、前記ＳｃＡｌＭｇＯ４基板６００の下面と第２クラッド層６０３の上面にオーミック電極６０４および６０５が形成されている。
【００３５】
ここで、第２クラッド層６０３上面に形成したオーミック電極６０５は、幅５μｍのストライプ状に形成されている。第１クラッド層６０１および第２クラッド層６０３は、Ｇａを３×１０１７個／ｃｍ３ドープしたＭｇ０．２Ｚｎ０．８Ｏ（バンドギャップ３．７ｅＶ）を用いた。活性領域６０２は、ＺｎＯ／ＬｉＧａＯ２ヘテロ超格子構造よりなるキャリア注入層６１０およびＺｎＯ／ＬｉＧａＯ２よりなる３重量子井戸活性層６１１によって構成され、該キャリア注入層６１０と該３重量子井戸活性層６１１の積層構造が２０周期繰り返し積層されている。２周期以降のキャリア注入層６１０は、前周期の３重量子井戸活性層６１１のキャリア抜き出し層を兼ねており、積層構造の最後として、２０周期目の３重量子井戸活性層６１１の後ろにキャリア抜き出し層が付加されている。
【００３６】
各ＺｎＯ井戸層の厚み設定により、所定のバイアス電圧印加時において、キャリア注入層６１０内に形成される伝導帯ミニバンド６２１の下端が３重量子井戸層６１１における１番目の量子井戸層６６１のサブバンド６３１に共鳴し、該サブバンド６３１が２番目の量子井戸層６６２の量子準位が高いサブバンド（以下、第２サブバンドという）６４２に共鳴し、２番目の量子井戸層６６２の量子準位が低いサブバンド（以下、第１サブバンドという）６４１が３番目の量子井戸層サブバンド６５１に共鳴し、３番目の量子井戸層６６３のサブバンド６５１が次に続くキャリア注入層６１０のミニバンド６２２上端と共鳴するように設計する。このようにして、２０周期全てのサブバンドが上記構成のトンネル共鳴で接続される。
【００３７】
また、１番目の量子井戸層幅よび３番目の量子井戸層幅は、第１サブバンドのみでカットオフされ、２番目の量子井戸幅は、第１サブバンドおよび第２サブバンドを形成するように、２番目の量子井戸における第１サブバンド６４１と第２サブバンド６４２とのエネルギー準位差が０．８ｅＶ（１．５５μｍの波長に相当）となるように設定した。なお、すべてのＺｎＯ量子井戸層にはリンを１×１０１６個／ｃｍ３添加した。
【００３８】
上記積層構造体を導波波長が５５０μｍとなるように加工し、端面に共振器ミラーを形成してオーミック電極６０４およびオーミック電極６０５の間に電流を流したところ、キャリア注入層６１０内のミニバンド６２１から３重量子井戸層６１１に注入されたキャリアが、２番目の量子井戸層６６２の第２サブバンド６４２にトンネリングした後、第１サブバンド６４１へ緩和し、波長１．５５μｍの誘導放出光が得られた。一方、比較例として調製したリンを添加しないＺｎＯ井戸層を用いた量子カスケードレーザでは、誘導放出光は得られなかった。
【００３９】
本実施形態は、超格子構造によって形成されるミニバンドからキャリアを注入し、３重量子井戸層中の２つのサブバンド間でのキャリア緩和についてのものであるが、キャリアの注入手法、サブバンドの選択および緩和過程はこれに限定されるものでなく、ＺｎＯ井戸層にリンまたはリン酸化物を添加することにより、障壁層からのアルカリ金属の拡散を抑制するので、急峻なヘテロ界面を有する特性に優れたサブバンド間遷移レーザを調製できる。なお、本発明にかかるヘテロ超格子構造を用いたデバイスは、本実施形態の量子カスケードレーザのみならず、受光素子や光−光スイッチ等へ適用することができる。
【００４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子は、酸化亜鉛系半導体井戸層と、ＩＡ族アルカリ金属を含有する酸化物障壁層を含む酸化物半導体超格子であって、該酸化亜鉛系井戸層中にリン、ホウ素の少なくともいずれかが添加されているため、障壁層からのアルカリ金属の拡散を抑制でき、ヘテロ超格子構造の界面を急峻に保ち電気特性に優れた素子が調製できる。
【００４２】
また、本発明にかかる第２の酸化物半導体超格子は、酸化亜鉛系半導体井戸層と、ＩＡ族アルカリ金属を含有する酸化物障壁層を含む酸化物半導体超格子であって、該酸化亜鉛系井戸層と該酸化物障壁層の間にリン酸化物層またはホウ素酸化物層が形成されているため、障壁層からのアルカリ金属の拡散を抑制でき、ヘテロ超格子構造の界面を急峻に保つとともに、上記第１の酸化物半導体超格子に比べ酸化亜鉛系井戸層の特性を損なわないことから、より電気特性に優れた素子が調製できる。
【００４３】
また、本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子または第２の酸化物半導体超格子を用いた第１または第２のデバイスは、第１の酸化物半導体超格子構造または第２の酸化物半導体超格子構造によって形成されるキャリア注入層および発光層を具備し、該キャリア注入層に形成されるミニバンドから該発光層内の第２サブバンドへキャリアを注入し、該キャリアが該発光層内中の第１サブバンドへ緩和することによって発光を得るため、ヘテロ超格子構造の界面急峻性に優れたサブバンド間遷移レーザを調製できる。
【００４４】
さらに、本発明にかかる第１の酸化物半導体超格子または第２の酸化物半導体超格子を用いた第３または第４のデバイスは、第１の酸化物半導体超格子構造または第２の酸化物半導体超格子構造によって形成されるキャリア注入層および受光層を具備し、該キャリア注入層に形成されるミニバンドから該受光層内の第１サブバンドへキャリアを注入し、該キャリアが該受光層内で光吸収により第２サブバンドへ励起することによって光電流を誘起するため、ヘテロ超格子構造の界面急峻性に優れた受光素子が調製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる酸化物半導体超格子の一実施形態の超格子構造図（ａ）と伝導帯バンドダイヤグラム図（ｂ）である。
【図２】本発明にかかる酸化物半導体超格子を調製するためのレーザ分子線エピタキシ装置の概略図である。
【図３】本発明にかかる酸化物半導体超格子の一実施形態における原料供給シーケンスの一例図である。
【図４】本発明にかかる酸化物半導体超格子の一実施形態のＰＬスペクトル図である。
【図５】本発明にかかる酸化物半導体超格子の別の一実施形態の超格子構造図である。
【図６】本発明にかかるデバイスの一実施形態である発光素子の素子構造図（ａ）およびその主要部の作動時の伝導帯バンドダイヤグラム図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０ ＺｎＯ／ＬｉＧａＯ２超格子、１１ ＺｎＯ井戸層、１２ ＬｉＧａＯ２障壁層、１３ リン添加領域、３１ ターゲットテーブル回転時間、５０ （Ｐ２Ｏ５／）ＺｎＯ／（Ｐ２Ｏ５／）ＬｉＧａＯ２超格子、５１ ＺｎＯ井戸層、５２ＬｉＧａＯ２障壁層、５３ Ｐ２Ｏ５層、２０１ 成長室、２０２ 基板ホルダー、２０３ 基板、２０４ ヒータ、２０５ ターゲットテーブル、２０６ 原料ターゲット、２０７ ビューポート、２０８ パルスレーザ光、２０９ ラジカル源、２１０ ガス導入管、６００ ＳｃＡｌＭｇＯ４基板、６０１ Ｍｇ０．２Ｚｎ０．８Ｏ第１クラッド層、６０２ 活性領域、６０３ Ｍｇ０．２Ｚｎ０．８Ｏ第２クラッド層、６０４ オーミック電極、６０５ オーミック電極、６１０ キャリア注入層、６１１ 量子井戸活性層、６２１ ミニバンド、６２２ ミニバンド、６３１ サブバンド、６４１ 第１サブバンド、６４２ 第２サブバンド、６５１ サブバンド、６６１ 第１量子井戸層、６６２ 第２量子井戸層、６６３ 第３量子井戸層。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor superlattice including a well layer and a barrier layer formed of an oxide, and a device using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, much research has been conducted on new semiconductor lasers utilizing intersubband transitions in quantum wells. Intersubband transition lasers have theoretically very high optical gain and characteristic temperature, and have advantages such as suppression of wavelength fluctuation and increase in line width, and can exceed the limits of conventional interband transition lasers. It has high potential for industrial use.
[0003]
Inter-subband transition lasers are often manufactured by molecular beam epitaxy (MBE), which is advantageous for strict control of layer thickness, because the well width is an important factor in determining the transition energy. In addition, as a constituent material, a group III-V compound semiconductor for which a fine superlattice structure manufacturing method is established, for example, GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInAs, or the like is used.
[0004]
However, since the superlattice structure composed of these III-V compound semiconductors has a small band gap difference between the well layer and the barrier layer and a conduction band offset ([Delta] Ec), a large transition energy cannot be obtained and the oscillation wavelength is several [mu] m. Has been limited to the mid to long infrared region. On the other hand, the band gap of the group III nitride semiconductor changes greatly depending on the composition ratio from InN (1.89 eV) to AlN (6.2 eV), and ΔEc = 0.73 eV in the GaN / AlN heterojunction. Therefore, a transition laser between subbands in a visible light wavelength region can be realized. However, when an AlN mixed crystal is used as the barrier layer, it is difficult to form a superlattice structure having good crystallinity due to the ease of oxidation of Al and the difficulty of crystal growth.
[0005]
On the other hand, zinc oxide (ZnO), which is a II-VI group oxide semiconductor, is a direct transition semiconductor having a band gap (about 3.2 eV) corresponding to an ultraviolet region like GaN, and has an exciton binding energy of 60 meV. It is possible to realize a light emitting device which is extremely high and has high efficiency and low power consumption exceeding GaN.
[0006]
In order to solve the above-mentioned problem of the GaN-based intersubband transition laser, an insulator barrier material lattice-matched to a zinc oxide-based semiconductor such as ZnO, Mg 1-x Zn x O or Cd 1-x Zn x O As a result, they found that an oxide insulator having an orthorhombic structure composed of ABO 2 was effective, and succeeded in epitaxially growing a LiGaO 2 single crystal thin film on ZnO (Hirose et al., The 62nd JSAP Sciences) Proceedings of lectures 11a-P1-29). Here, the element A contains at least one of Li, Na and K, and the element B contains at least one of Al and Ga.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The group IA alkali metal contained as a constituent element in the above-mentioned ABO 2 insulator has a small ionic radius and a large diffusion coefficient in zinc oxide, and thus has a problem that it is easily diffused into a zinc oxide-based well layer during crystal growth. Have. In particular, in the superlattice structure, since the well layer thickness is small, the steepness of the heterointerface is impaired by the diffusion of the alkali metal, and the quantum effect is reduced, the insulating property is deteriorated, or the superlattice structure is disordered. I was
[0008]
In view of the above problems, the present invention provides a heterosuperlattice structure having a steep interface in which a diffusion of an alkali metal from a barrier layer is suppressed in a zinc oxide (ZnO) -based superlattice structure, and using the superlattice structure with high efficiency. It is an object to provide an inter-subband transition device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first oxide semiconductor superlattice according to the present invention is an oxide semiconductor superlattice including a zinc oxide based semiconductor well layer and an oxide barrier layer containing a group IA alkali metal. And at least one of phosphorus and boron is added to the zinc oxide-based well layer. Further, the second oxide semiconductor superlattice according to the present invention is an oxide semiconductor superlattice including a zinc oxide based semiconductor well layer and an oxide barrier layer containing a group IA alkali metal, wherein the zinc oxide based superlattice is A phosphorus oxide layer or a boron oxide layer is formed between the well layer and the oxide barrier layer.
[0010]
Further, in order to achieve the above object, a first or second device using the first oxide semiconductor superlattice or the second oxide semiconductor superlattice according to the present invention is a first oxide semiconductor superlattice. A carrier injection layer and a light emitting layer formed by a structure or a second oxide semiconductor superlattice structure, wherein carriers are injected from a mini band formed in the carrier injection layer to a second sub-band in the light emitting layer. Light emission is obtained by relaxing the carrier to the first sub-band in the light emitting layer.
[0011]
Further, the third or fourth device using the first oxide semiconductor superlattice or the second oxide semiconductor superlattice according to the present invention has a first oxide semiconductor superlattice structure or a second oxide semiconductor superlattice structure. A carrier injection layer and a light receiving layer formed by a semiconductor superlattice structure, wherein the carrier is injected from a mini band formed in the carrier injection layer to a first sub-band in the light receiving layer; It is characterized in that a photocurrent is induced by exciting to the second sub-band by light absorption within.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A first oxide semiconductor superlattice according to the present invention is an oxide semiconductor superlattice including a zinc oxide based semiconductor well layer and an oxide barrier layer containing a group IA alkali metal, wherein the zinc oxide based well layer is At least one of phosphorus and boron is added therein. Here, the superlattice refers to an artificial structure formed by a large number of quantum wells in which two types of semiconductors are alternately arranged with a thickness equal to or less than a phase coherent distance (〜１０10 nm) of carriers (for example, electrons). When the electrons are confined within a phase coherent distance or less, the electrons have a discrete energy order compared to the bulk semiconductor and exhibit a quantum effect such as a change in the state density.
[0013]
Since the oxide of phosphorus or boron added to the zinc oxide-based well layer suppresses the diffusion of the alkali metal, the interface of the hetero-superlattice structure becomes sharp. Note that phosphorus is a group V element, but does not exhibit p-type conduction due to a self-compensation effect in a zinc oxide semiconductor, and only contributes to suppressing alkali metal diffusion. In this respect, it differs from acceptor impurities for controlling valence electrons.
[0014]
The concentration of phosphorus and boron added to the well layer is preferably 1 × 10 15 / cm 3 or more and 1 × 10 20 / cm 3 or less. This is because if the additive concentration is within such a range, it is sufficient to suppress the diffusion of the alkali metal and does not impair the crystallinity of the ZnO-based semiconductor well layer.
[0015]
There is no particular limitation on the method of adding phosphorus or boron to the well layer. However, in a molecular beam epitaxy (MBE) method, ablation is performed at a constant ratio using a ZnO single crystal and a sintered body of phosphorus or boron as raw material targets. Is preferably added simultaneously with the formation of the well layer. This is because they can be added uniformly and do not impair the crystallinity of the well layer.
[0016]
The second oxide superlattice according to the present invention is an oxide semiconductor superlattice including a zinc oxide based semiconductor well layer and an oxide barrier layer containing a group IA alkali metal, wherein the zinc oxide based well layer is A phosphorus oxide layer or a boron oxide layer is formed between the oxide barrier layers. Since the second oxide superlattice is formed only at the interface of the well layer with a phosphor oxide or a boron oxide that suppresses diffusion of an alkali metal, the second oxide superlattice is further compared with the uniformly added first oxide superlattice. The crystallinity of the well layer is not impaired.
[0017]
In the second oxide superlattice, the phosphorus oxide constituting the phosphorus oxide layer has a composition of P 2 O 5 , or the boron oxide constituting the boron oxide layer has a composition of B 2 O 3 Is a preferred form. This is because P 2 O 5 has a trigonal crystal structure, B 2 O 3 has a hexagonal crystal structure, and ZnO has a hexagonal crystal structure, and thus has excellent affinity with a ZnO-based semiconductor well layer and an oxide barrier layer. .
[0018]
In the second oxide superlattice, it is preferable that the thickness of the phosphorus oxide layer or the boron oxide layer is not less than 1 molecular layer and not more than 10 nm. This is because the thickness is sufficient to suppress the diffusion of the alkali metal and the crystallinity of the epitaxially grown ZnO-based semiconductor well layer is not impaired.
[0019]
The first or second device using the first oxide semiconductor superlattice or the second oxide semiconductor superlattice according to the present invention has a first oxide semiconductor superlattice structure or a second oxide semiconductor superlattice. A carrier injection layer and a light-emitting layer formed by a lattice structure, wherein a carrier is injected from a mini-band formed in the carrier injection layer to a second sub-band in the light-emitting layer; Light emission is obtained by relaxing to the first sub-band. With such a configuration, the first device has an intersubband transition having excellent characteristics due to the steepness of the interface of the hetero superlattice structure caused by the oxide of phosphorus or boron added to the well layer suppressing the diffusion of alkali metal. The laser becomes a laser, and the second device has a sub-band with excellent interface steepness that does not impair the properties of the well layer, since phosphor oxide or boron oxide that suppresses alkali metal diffusion is formed only on the surface of the well layer. It becomes an inter-transition laser.
[0020]
The third or fourth device using the first oxide semiconductor superlattice or the second oxide semiconductor superlattice according to the present invention has a first oxide semiconductor superlattice structure or a second oxide semiconductor superlattice. A carrier injection layer and a light receiving layer formed by a lattice structure, wherein a carrier is injected from a mini band formed in the carrier injection layer to a first sub-band in the light receiving layer, and the carrier is formed in the light receiving layer. The photocurrent is induced by exciting to the second sub-band by light absorption. The third device is an oxide of phosphorus or boron added to the well layer, and the fourth device is a device having a sharp interface due to the diffusion suppression of the alkali metal of the phosphorus oxide layer or boron oxide formed on the surface of the well layer. It becomes a light receiving element excellent in.
[0021]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a superlattice structure (a) and a conduction band diagram (b) of one embodiment of the first oxide semiconductor superlattice. In the ZnO / LiGaO 2 superlattice 10 according to the present embodiment, a 5 nm thick ZnO well layer 11 and a 5 nm thick LiGaO 2 barrier layer 12 are alternately stacked, and the ZnO well layer 11 contains 1 × phosphorus. It is uniformly added at a concentration of 10 16 particles / cm 3 .
[0022]
Such a superlattice structure was produced by a laser molecular beam epitaxy (MBE) method. FIG. 2 is a schematic diagram of a laser molecular beam epitaxy apparatus used in the present embodiment. A substrate holder 202 is provided above a growth chamber 201 which can be evacuated to an ultra-high vacuum, and a substrate 203 is fixed to the substrate holder 202. The back surface of the substrate holder 2 is heated by the heater 204 installed above the substrate holder 202, and the substrate 203 is heated by the heat conduction. A target table 205 is disposed at a suitable distance directly below the substrate holder, and a plurality of raw material targets 206 can be disposed on the target table 205.
[0023]
The surface of the raw material target 206 is ablated by the pulsed laser beam 208 irradiated through the view port 207, and the raw material of the raw material target 206 evaporated instantaneously is deposited on the substrate 203 to grow a thin film. The target table 205 has a rotating mechanism, and by controlling the rotation in synchronization with the irradiation sequence of the pulse laser beam 208, different target materials can be stacked on the thin film. A plurality of gas introduction pipes 210 are provided in the growth chamber 201 so that a plurality of gases can be introduced, and the substrate can be irradiated with an atomic beam (for example, O radicals or the like) activated by the radical source 209. .
[0024]
In the present embodiment, ScAlMgO 4 lattice-matched with ZnO was used as the substrate 203. The substrate was heated by using an Nd: YAG laser (wavelength: 1064 nm) as the heater 204, controlling the spot diameter and the irradiation position on the back surface of the substrate holder 202, and uniformly heating the entire substrate 203 to 400 ° C. During the formation of the thin film, it was introduced so as to have a pressure of 1.33 × 10 −3 Pa. The ZnO well layer 11 is composed of a ZnO sintered body (purity: 99.99%) containing 0.1 atomic% of phosphorus in the form of P 2 O 5 and a commercially available non-doped ZnO single crystal (hydrogen synthesis method). (Purity 99.9999%) was used as a raw material target. Hereinafter, the former is referred to as a sintered body target, and the latter is referred to as a single crystal target.
[0025]
In the present embodiment, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse number: 10 Hz, output: 0.9 mJ / cm 2 ) is used as a pulse laser for performing ablation of the raw material target, and a rotating mechanism is used. The drive cycle of the target table and the pulse irradiation cycle of the KrF excimer laser were synchronized by an external controller (not shown), and the sintered target and the single crystal target were alternately ablated.
[0026]
FIG. 3 shows an example of a raw material supply sequence according to the present embodiment. (A) shows an ablation sequence of a non-doped ZnO single crystal target, and (b) shows an ablation sequence of a ZnO sintered target to which P 2 O 5 is added. If the ablation ratio is set so as to ablate the phosphor-sintered target at least once during the ablation cycle in which one molecular layer of ZnO grows, phosphorus is uniformly added to the thin film. In the present embodiment, the ZnO deposition rate was 0.01 nm per one pulse of the excimer laser. Therefore, since the ZnO unit cell height is about 0.5 nm, phosphorus is always contained in the ZnO unit molecular layer if the ablation ratio per sequence is 49 or less.
[0027]
On the other hand, for the LiGaO 2 barrier layer 12, a LiGaO 2 single crystal was used as a raw material target.
[0028]
FIG. 4 shows a photoluminescence (hereinafter abbreviated as PL) excitation spectrum of the prepared 10-period ZnO / LiGaO 2 superlattice 10 and a ZnO / LiGaO 2 using a ZnO well layer to which phosphorus is not added as a comparative example. The PL excitation spectrum of the superlattice is shown. The PL excitation spectrum of the comparative example is broad and the emission intensity is weak. This is probably because Li atoms diffused from the LiGaO 2 barrier layer into the ZnO well layer, and the steepness of the heterosuperlattice structure was impaired. On the other hand, in the PL excitation spectrum of the present embodiment, a steep emission corresponding to the transition between the conduction band and the valence band quantum level was observed. This is presumably because phosphorus uniformly added to the ZnO well layer suppressed diffusion of Li atoms from the LiGaO 2 barrier layer and maintained a steep hetero superlattice interface.
[0029]
Although the form of the existence of phosphorus in the ZnO well layer is not clear, it is probably present in the form of phosphorus oxide. Further, although phosphorus is a group V element, p-type conversion of the ZnO well layer was not recognized.
[0030]
In addition, when the same examination was performed by changing phosphorus to boron, the effect of suppressing the diffusion of Li was recognized as in the first embodiment.
[0031]
(Embodiment 2)
FIG. 5 shows a superlattice structure of one embodiment of the second oxide semiconductor superlattice. In the present embodiment, the (P 2 O 5 /) ZnO / (P 2 O 5 /) LiGaO 2 superlattice 50 has a ZnO well layer 51 having a thickness of 5 nm and a LiGaO 2 barrier layer 52 having a thickness of 5 nm alternately. The layers are stacked, and a P 2 O 5 layer 53 having a thickness of 0.5 nm is formed therebetween.
[0032]
The superlattice structure of the present embodiment was prepared by a laser molecular beam epitaxy (MBE) apparatus as in the first embodiment. For the P 2 O 5 layer 53, a P 2 O 5 sintered body was used as a raw material target.
[0033]
The emission characteristic of the PL excitation spectrum of the 10-period (P 2 O 5 /) ZnO / (P 2 O 5 /) LiGaO 2 superlattice 50 of the present embodiment has a steep conduction band-valence electron like the first embodiment. Although light emission corresponding to between band quantum levels was obtained, the light emission intensity was doubled as compared with the first embodiment. This is because the diffusion of Li from the LiGaO 2 barrier layer can be more effectively prevented because the phosphorus oxide that suppresses the diffusion of the alkali metal is formed only at the interface of the ZnO well layer. This is considered to be due to the fact that the properties of the well layer are not impaired.
[0034]
(Embodiment 3)
FIG. 6 shows a schematic structure (a) of a quantum cascade laser, which is an embodiment of the first device using the first oxide semiconductor superlattice, and a conduction band diagram (b) of a main part thereof during operation. . Quantum cascade laser according to this embodiment, the ScAlMgO 4 substrate 600 on the first cladding layer 601, active region 602, and a second cladding layer 603 is formed, the lower surface of the ScAlMgO 4 substrate 600 and the second cladding layer 603 Ohmic electrodes 604 and 605 are formed on the upper surface.
[0035]
Here, the ohmic electrode 605 formed on the upper surface of the second cladding layer 603 is formed in a stripe shape having a width of 5 μm. For the first cladding layer 601 and the second cladding layer 603, Mg 0.2 Zn 0.8 O (band gap 3.7 eV) doped with 3 × 10 17 Ga / cm 3 of Ga was used. The active region 602 includes a carrier injection layer 610 having a ZnO / LiGaO 2 heterosuperlattice structure and a triple quantum well active layer 611 made of ZnO / LiGaO 2 , and the carrier injection layer 610 and the triple quantum well active layer 611 are repeatedly laminated for 20 periods. The carrier injection layers 610 in the second and subsequent cycles also serve as the carrier extraction layers of the triple quantum well active layer 611 in the previous cycle, and the carrier is provided behind the triple quantum well active layer 611 in the twentieth cycle as the last of the laminated structure. An extraction layer has been added.
[0036]
By setting the thickness of each ZnO well layer, at the time of applying a predetermined bias voltage, the lower end of the conduction band mini-band 621 formed in the carrier injection layer 610 is subordinate to the first quantum well layer 661 in the triple quantum well layer 611. The sub-band 631 resonates with a sub-band (hereinafter, referred to as a second sub-band) 642 having a high quantum level of the second quantum well layer 662, and the sub-band 631 resonates with the quantum level of the second quantum well layer 662. A lower sub-band (hereinafter, referred to as a first sub-band) 641 resonates with the third quantum well layer sub-band 651, and a sub-band 651 of the third quantum well layer 663 is followed by a mini band of the carrier injection layer 610. It is designed to resonate with the upper end of the band 622. In this way, all the sub-bands of the 20 periods are connected by the tunnel resonance having the above configuration.
[0037]
The first and third quantum well layer widths are cut off only by the first sub-band, and the second quantum well width forms the first and second sub-bands. The energy level difference between the first sub-band 641 and the second sub-band 642 in the second quantum well was set to be 0.8 eV (corresponding to a wavelength of 1.55 μm). Note that 1 × 10 16 phosphorus / cm 3 was added to all the ZnO quantum well layers.
[0038]
The laminated structure was processed so that the waveguide wavelength became 550 μm, a resonator mirror was formed on the end face, and a current was passed between the ohmic electrode 604 and the ohmic electrode 605. After the carriers injected from 621 to the triple quantum well layer 611 tunnel to the second sub-band 642 of the second quantum well layer 662, the carriers are relaxed to the first sub-band 641 and stimulated emission light having a wavelength of 1.55 μm. was gotten. On the other hand, in the quantum cascade laser using the ZnO well layer to which phosphorus was not prepared as a comparative example, stimulated emission light was not obtained.
[0039]
In the present embodiment, the carrier is injected from the miniband formed by the superlattice structure and the carrier is relaxed between two subbands in the triple quantum well layer. The selection and relaxation process is not limited to this. By adding phosphorus or phosphorus oxide to the ZnO well layer, the diffusion of alkali metal from the barrier layer is suppressed. And an excellent intersubband transition laser can be prepared. The device using the hetero-superlattice structure according to the present invention can be applied not only to the quantum cascade laser of the present embodiment, but also to a light receiving element, a light-optical switch, and the like.
[0040]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0041]
【The invention's effect】
A first oxide semiconductor superlattice according to the present invention is an oxide semiconductor superlattice including a zinc oxide based semiconductor well layer and an oxide barrier layer containing a group IA alkali metal, wherein the zinc oxide based well layer is Since at least one of phosphorus and boron is added, diffusion of the alkali metal from the barrier layer can be suppressed, and an element having excellent electrical characteristics can be prepared while keeping the interface of the hetero superlattice structure steep.
[0042]
Further, the second oxide semiconductor superlattice according to the present invention is an oxide semiconductor superlattice including a zinc oxide based semiconductor well layer and an oxide barrier layer containing a group IA alkali metal, wherein the zinc oxide based superlattice is Since the phosphorus oxide layer or the boron oxide layer is formed between the well layer and the oxide barrier layer, diffusion of the alkali metal from the barrier layer can be suppressed, and the interface of the hetero-superlattice structure is kept steep. Since the characteristics of the zinc oxide based well layer are not impaired as compared with the first oxide semiconductor superlattice, an element having more excellent electric characteristics can be prepared.
[0043]
Further, the first or second device using the first oxide semiconductor superlattice or the second oxide semiconductor superlattice according to the present invention has a first oxide semiconductor superlattice structure or a second oxide semiconductor superlattice. A carrier injection layer formed by a semiconductor superlattice structure; and a light emitting layer, wherein a carrier is injected from a mini band formed in the carrier injection layer to a second sub-band in the light emitting layer. Since light emission is obtained by relaxing to the first sub-band in the inside, an inter-sub-band transition laser having a hetero superlattice structure with excellent interface steepness can be prepared.
[0044]
Further, the third or fourth device using the first oxide semiconductor superlattice or the second oxide semiconductor superlattice according to the present invention has a first oxide semiconductor superlattice structure or a second oxide semiconductor superlattice structure. A carrier injection layer and a light receiving layer formed by a semiconductor superlattice structure, wherein the carrier is injected from a mini band formed in the carrier injection layer to a first sub-band in the light receiving layer; The photocurrent is induced by exciting to the second sub-band by light absorption in the inside, so that a light receiving element having a hetero superlattice structure with excellent interface steepness can be prepared.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a superlattice structure diagram and a conduction band diagram diagram of an embodiment of an oxide semiconductor superlattice according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a laser molecular beam epitaxy apparatus for preparing an oxide semiconductor superlattice according to the present invention.
FIG. 3 is an example of a raw material supply sequence in one embodiment of the oxide semiconductor superlattice according to the present invention.
FIG. 4 is a PL spectrum diagram of an embodiment of the oxide semiconductor superlattice according to the present invention.
FIG. 5 is a superlattice structure diagram of another embodiment of the oxide semiconductor superlattice according to the present invention.
FIGS. 6A and 6B are an element structure diagram of a light emitting device which is an embodiment of the device according to the present invention, and a conduction band diagram diagram of a main part thereof during operation.
[Explanation of symbols]
10 ZnO / LiGaO 2 superlattice, 11 ZnO well layer, 12 LiGaO 2 barrier layer, 13 phosphorus added region, 31 target table rotation time, 50 (P 2 O 5 /) ZnO / (P 2 O 5 /) LiGaO 2 Lattice, 51 ZnO well layer, 52 LiGaO 2 barrier layer, 53 P 2 O 5 layer, 201 growth chamber, 202 substrate holder, 203 substrate, 204 heater, 205 target table, 206 raw material target, 207 view port, 208 pulse laser light, 209 radical source, 210 gas introduction tube, 600 ScAlMgO 4 substrate, 601 Mg 0.2 Zn 0.8 O first cladding layer, 602 active region, 603 Mg 0.2 Zn 0.8 O second cladding layer, 604 ohmic Electrode, 605 ohmic electrode, 610 carrier injection layer, 611 Sub well active layer, 621 mini band, 622 mini band, 631 sub band, 641 first sub band, 642 second sub band, 651 sub band, 661 first quantum well layer, 662 second quantum well layer, 663 third Quantum well layer.
