JP3464618B2 - 高輝度発光半導体材料の作製方法 - Google Patents
高輝度発光半導体材料の作製方法Info
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- JP3464618B2 JP3464618B2 JP05758799A JP5758799A JP3464618B2 JP 3464618 B2 JP3464618 B2 JP 3464618B2 JP 05758799 A JP05758799 A JP 05758799A JP 5758799 A JP5758799 A JP 5758799A JP 3464618 B2 JP3464618 B2 JP 3464618B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリサイド・ベー
スの光グラス・ファイバーで減衰の最も少ない１．５４
μｍの波長で発光し、温度変化の波長依存性がない半導
体レーザや発光素子等の半導体材料を製造する方法に関
する。
スの光グラス・ファイバーで減衰の最も少ない１．５４
μｍの波長で発光し、温度変化の波長依存性がない半導
体レーザや発光素子等の半導体材料を製造する方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従米の技術では、ＣＶＤ法やイオン注入
法により、 III−V 族半導体（ＧａＮ，ＧａＡｓ，Ｉｎ
Ｐ，ＩｎＡｓ等）やシリコン半導体（Ｓｉ）を母体とす
る半導体に、希土類金属不純物（Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，ま
たはＮｄ等）をドープして１．５４μｍの波長の発光材
料を製造し、母体半導体をアルゴンレーザで励起するこ
とにより発光を得ていたが、発光効率が励起光に対して
１０００分のｌ程度と低く、実際にシリサイド・ベース
の光フアイバーで使うための半導体レーザや発光素子が
実現されていなかった。
法により、 III−V 族半導体（ＧａＮ，ＧａＡｓ，Ｉｎ
Ｐ，ＩｎＡｓ等）やシリコン半導体（Ｓｉ）を母体とす
る半導体に、希土類金属不純物（Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，ま
たはＮｄ等）をドープして１．５４μｍの波長の発光材
料を製造し、母体半導体をアルゴンレーザで励起するこ
とにより発光を得ていたが、発光効率が励起光に対して
１０００分のｌ程度と低く、実際にシリサイド・ベース
の光フアイバーで使うための半導体レーザや発光素子が
実現されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、 III
−V 族半導体（ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ
等）やシリコン半導体（Ｓｉ）のＣＶＤ法による結晶成
長中に、もしくはイオン注入法により、希土類金属不純
物（Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，またはＮｄ等）を単独にドープ
しているため、不純物濃度は溶解度極限のため１０18ｃ
ｍ-3程度しかドーピングすることができなかった。ま
た、希土類金属不純物を単独にドープする従来の方法で
は、半導体ギャップ中に浅い不純物準位しか作ることが
できず、電子と正孔の再結合中心となりにくく、さらに
電子と正孔の再結合エネルギーと発光エネルギーに大き
なミスマッチがあるために発光効率がきわめて低かっ
た。
−V 族半導体（ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ
等）やシリコン半導体（Ｓｉ）のＣＶＤ法による結晶成
長中に、もしくはイオン注入法により、希土類金属不純
物（Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，またはＮｄ等）を単独にドープ
しているため、不純物濃度は溶解度極限のため１０18ｃ
ｍ-3程度しかドーピングすることができなかった。ま
た、希土類金属不純物を単独にドープする従来の方法で
は、半導体ギャップ中に浅い不純物準位しか作ることが
できず、電子と正孔の再結合中心となりにくく、さらに
電子と正孔の再結合エネルギーと発光エネルギーに大き
なミスマッチがあるために発光効率がきわめて低かっ
た。
【０００４】特開平６−１７７０６２号公報には、基板
温度４５０〜８００℃でＳｉをＣＶＤで被着してシリコ
ン内のＥｒの平衡固溶限度超えるオーダーの約２×１０
19ｃｍ-3程度までＥｒドープする方法が開示されている
が、希土類金属不純物を増やして不純物濃度が溶解度極
限を超えると格子間位置に溶け込んだり、発光に寄与し
ない不純物複合体を形成し、これ以上希土類金属不純物
濃度を増やしても、発光強度が増加しなくなる。
温度４５０〜８００℃でＳｉをＣＶＤで被着してシリコ
ン内のＥｒの平衡固溶限度超えるオーダーの約２×１０
19ｃｍ-3程度までＥｒドープする方法が開示されている
が、希土類金属不純物を増やして不純物濃度が溶解度極
限を超えると格子間位置に溶け込んだり、発光に寄与し
ない不純物複合体を形成し、これ以上希土類金属不純物
濃度を増やしても、発光強度が増加しなくなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、この様な問題
を解決するために、希土類金属不純物をドープする際
に、ドナー（Ｏ，Ｓ，またはＳｅ）とアクセプター（Ｚ
ｎ，Ｃｄ、またはＳｉ）を、結晶成長時に同時にドーピ
ングすることにより、高輝度の半導体レーザや発光素子
半導体材料を提供するものである。
を解決するために、希土類金属不純物をドープする際
に、ドナー（Ｏ，Ｓ，またはＳｅ）とアクセプター（Ｚ
ｎ，Ｃｄ、またはＳｉ）を、結晶成長時に同時にドーピ
ングすることにより、高輝度の半導体レーザや発光素子
半導体材料を提供するものである。
【０００６】すなわち、本発明は、高輝度の半導体レー
ザや発光素子半導体材料の III−V族半導体材料やシリ
コン半導体材料の製造方法において、超高真空蒸着法の
一種であるＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法または有
機金属化合物を使って熱ＣＶＤ法により薄膜を作るＭＯ
ＣＶＤ(Metalorganic CVD)法で、 III−V 族半導体やシ
リコン半導体（Ｓｉ）を母体として希土類金属不純物を
ドープする際に、希土類金属不純物（ＲＥ）と同時に、
ドナー（Ｄ＝Ｏ，Ｓ，またはＳｅ）とアクセプター（Ａ
＝Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｉ）を、結晶成長領域に導入し、これ
らを同時ドーピングすることにより、高輝度の発光半導
体材料を製造する方法である。
ザや発光素子半導体材料の III−V族半導体材料やシリ
コン半導体材料の製造方法において、超高真空蒸着法の
一種であるＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法または有
機金属化合物を使って熱ＣＶＤ法により薄膜を作るＭＯ
ＣＶＤ(Metalorganic CVD)法で、 III−V 族半導体やシ
リコン半導体（Ｓｉ）を母体として希土類金属不純物を
ドープする際に、希土類金属不純物（ＲＥ）と同時に、
ドナー（Ｄ＝Ｏ，Ｓ，またはＳｅ）とアクセプター（Ａ
＝Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｉ）を、結晶成長領域に導入し、これ
らを同時ドーピングすることにより、高輝度の発光半導
体材料を製造する方法である。
【０００７】同時にドーピングすることにより、希土類
金属不純物とドナーおよびアクセプターの不純物複合体
を形成することによって、対称性の低い不純物複合体
（Ａ−Ｄ−ＲＥ−Ｄ−Ａ）を結晶中に導入し、希土類金
属不純物の形成エネルギーを減少させて、不純物の溶解
度を上昇させることができる。
金属不純物とドナーおよびアクセプターの不純物複合体
を形成することによって、対称性の低い不純物複合体
（Ａ−Ｄ−ＲＥ−Ｄ−Ａ）を結晶中に導入し、希土類金
属不純物の形成エネルギーを減少させて、不純物の溶解
度を上昇させることができる。
【０００８】高輝度発光中心の形成に不可欠な、例えば
Ｓｉ−Ｏ−ＲＥ−Ｏ−ＳｉやＳｉ−Ｏ−ＲＥ−Ｏ−Ｓｉ
−Ｓｉのように希土類金属不純物：ドナー：アクセプタ
ーが１：２：２または１：２：３の比での不純物複合体
を作るためには、希土類金属、ドナー、アクセプターの
分圧を結晶成長中に制御する必要がある。
Ｓｉ−Ｏ−ＲＥ−Ｏ−ＳｉやＳｉ−Ｏ−ＲＥ−Ｏ−Ｓｉ
−Ｓｉのように希土類金属不純物：ドナー：アクセプタ
ーが１：２：２または１：２：３の比での不純物複合体
を作るためには、希土類金属、ドナー、アクセプターの
分圧を結晶成長中に制御する必要がある。
【０００９】同時にドーピングする際に、希土類金属不
純物とドナーおよびアクセプターの濃度を調整すること
により、半導体ギャップ中の不純物準位の位置を希土類
金属不純物のｆ電子内殻遷移エネルギーの直上に調整
し、エネルギー・マッチングにより発光強度が最高値と
なるように制御することができる。
純物とドナーおよびアクセプターの濃度を調整すること
により、半導体ギャップ中の不純物準位の位置を希土類
金属不純物のｆ電子内殻遷移エネルギーの直上に調整
し、エネルギー・マッチングにより発光強度が最高値と
なるように制御することができる。
【００１０】同時にドーピングする際に、希土類金属不
純物とドナーおよびアクセプターの濃度を調整すること
により、結晶中に出現する希土類金属不純物とドナーと
アクセプターからなる不純物複合体の形成を制御するこ
とにより、希土類金属不純物の発光強度を制御すること
ができる。
純物とドナーおよびアクセプターの濃度を調整すること
により、結晶中に出現する希土類金属不純物とドナーと
アクセプターからなる不純物複合体の形成を制御するこ
とにより、希土類金属不純物の発光強度を制御すること
ができる。
【００１１】
【作用】結晶成長中に、希土類金属不純物とドナーとア
クセプターを結晶成長域に同時ドーピングすることによ
り、希土類金属不純物とドナー原子間には静電的及び共
有結合的な引力が働き、またアクセプター原子とドナー
原子間にも静電的な引力が働く。一方、希土類金属不純
物とアクセプター原子間には斥力が働くため、結晶成長
時に半導体中に原子レベルでの対称性の低い不純物複合
体（Ａ−Ｄ−ＲＥ−Ｄ−Ａ）を結晶中に導入することが
できる。
クセプターを結晶成長域に同時ドーピングすることによ
り、希土類金属不純物とドナー原子間には静電的及び共
有結合的な引力が働き、またアクセプター原子とドナー
原子間にも静電的な引力が働く。一方、希土類金属不純
物とアクセプター原子間には斥力が働くため、結晶成長
時に半導体中に原子レベルでの対称性の低い不純物複合
体（Ａ−Ｄ−ＲＥ−Ｄ−Ａ）を結晶中に導入することが
できる。
【００１２】これらの不純物複合体の形成は、単独ドー
ピングと比較して不純物の形成エネルギーを低下させる
ため、半導体中での不純物溶解度を大きく上昇させる。
このため発光強度が増大する。さらに、図１に示すよう
に、対称性の低い不純物複合体（Ａ−Ｄ−ＲＥ−Ｄ−
Ａ）の形成は、半導体バンドギャップ中に深い不純物準
位を作り、低い対称性のため希土類金属不純物の内殻ｆ
電子と価電子帯の波動関数の混じりが一桁以上増大する
ことにより、希土類金属不純物のｆ電子内殻遷移発光が
増大する。
ピングと比較して不純物の形成エネルギーを低下させる
ため、半導体中での不純物溶解度を大きく上昇させる。
このため発光強度が増大する。さらに、図１に示すよう
に、対称性の低い不純物複合体（Ａ−Ｄ−ＲＥ−Ｄ−
Ａ）の形成は、半導体バンドギャップ中に深い不純物準
位を作り、低い対称性のため希土類金属不純物の内殻ｆ
電子と価電子帯の波動関数の混じりが一桁以上増大する
ことにより、希土類金属不純物のｆ電子内殻遷移発光が
増大する。
【００１３】さらに、従来の方法では希土類金属不純物
を単独にドープしているため、半導体ギャップ中に浅い
不純物準位しか作ることができず、電子と正孔の再結合
中心となりにくく、さらに電子と正孔の再結合エネルギ
ーと発光エネルギーに大きなミスマッチがあるために発
光効率が極めて低かったが、本発明の方法では、希土類
金属不純物とドナーとアクセプターを結晶成長域に同時
にドーピングすることにより、深い不純物準位を形成
し、またこれらの不純物準位を同時ドーパントの濃度を
変えることにより制御できるため、電子と正孔の再結合
エネルギーと発光エネルギーのミスマッチを解消するこ
とができ、発光効率を大きく上昇させることができる。
を単独にドープしているため、半導体ギャップ中に浅い
不純物準位しか作ることができず、電子と正孔の再結合
中心となりにくく、さらに電子と正孔の再結合エネルギ
ーと発光エネルギーに大きなミスマッチがあるために発
光効率が極めて低かったが、本発明の方法では、希土類
金属不純物とドナーとアクセプターを結晶成長域に同時
にドーピングすることにより、深い不純物準位を形成
し、またこれらの不純物準位を同時ドーパントの濃度を
変えることにより制御できるため、電子と正孔の再結合
エネルギーと発光エネルギーのミスマッチを解消するこ
とができ、発光効率を大きく上昇させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】ＭＢＥ法で結晶成長させる場合に
は、図２に示すように真空チャンバ１に基板２をセット
し、基板２にＩｎ（又はＧａ）源３およびＰ（又はＡ
ｓ）源８を臨ませる。Ｉｎ（又はＧａ）源３およびＰ
（又はＡｓ）源８は、ヒータ５で加熱され、Ｉｎ（又は
Ｇａ）およびＰ（又はＡｓ）蒸気となって基板２へ送ら
れ、基板２上で、ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＧａＡｓ，ＧａＰ
結晶６としてエピタキシャル成長する。
は、図２に示すように真空チャンバ１に基板２をセット
し、基板２にＩｎ（又はＧａ）源３およびＰ（又はＡ
ｓ）源８を臨ませる。Ｉｎ（又はＧａ）源３およびＰ
（又はＡｓ）源８は、ヒータ５で加熱され、Ｉｎ（又は
Ｇａ）およびＰ（又はＡｓ）蒸気となって基板２へ送ら
れ、基板２上で、ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＧａＡｓ，ＧａＰ
結晶６としてエピタキシャル成長する。
【００１５】このとき、Ｅｒ等の希土類金属源１０で
は、ヒータ５で発生した希土類金属の原子状になったビ
ームを結晶成長空間に送り込む。また、アクセプター源
９もヒータ５で加熱され、アクセプターのＺｎは原子状
の蒸気となって基板２へ送られる。またドナーＳ（又は
Ｏ）はＲＦコイル７で加熱され、原子状の蒸気となって
基板２へ送られる。これらをエピタキシャル結晶成長中
に同時にドーピングすることにより、希土類金属不純
物、アクセプター、そしてドナーの原子ビームの流量を
調整すると、基板２上に成長する結晶６は、高濃度で希
土類金属不純物、アクセプター、そしてドナーをドープ
した高輝度発光半導体結晶となる。
は、ヒータ５で発生した希土類金属の原子状になったビ
ームを結晶成長空間に送り込む。また、アクセプター源
９もヒータ５で加熱され、アクセプターのＺｎは原子状
の蒸気となって基板２へ送られる。またドナーＳ（又は
Ｏ）はＲＦコイル７で加熱され、原子状の蒸気となって
基板２へ送られる。これらをエピタキシャル結晶成長中
に同時にドーピングすることにより、希土類金属不純
物、アクセプター、そしてドナーの原子ビームの流量を
調整すると、基板２上に成長する結晶６は、高濃度で希
土類金属不純物、アクセプター、そしてドナーをドープ
した高輝度発光半導体結晶となる。
【００１６】ＭＯＣＶＤ法では、図３に示すように真空
チャンバ１に基板２をセットし、基板２にＩｎ（又はＧ
ａ）を含む有機金属ガス源ｇ１およびＰ（又はＡｓ）を
含む有機金属ガス源ｇ２を臨ませる。
チャンバ１に基板２をセットし、基板２にＩｎ（又はＧ
ａ）を含む有機金属ガス源ｇ１およびＰ（又はＡｓ）を
含む有機金属ガス源ｇ２を臨ませる。
【００１７】Ｉｎ（又はＧａ）を含む有機金属ガス源ｇ
１およびＰ（又はＡｓ）を含む有機金属ガス源ｇ２は、
ＲＦコイル７で発生した電磁波で分解し、Ｉｎ（又はＧ
ａ）およびＰ（又はＡｓ）の原子状ビームを作り、基板
２へ送られ、基板２上で、ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＧａＡ
ｓ，ＧａＰ結晶６としてエピタキシャル成長する。
１およびＰ（又はＡｓ）を含む有機金属ガス源ｇ２は、
ＲＦコイル７で発生した電磁波で分解し、Ｉｎ（又はＧ
ａ）およびＰ（又はＡｓ）の原子状ビームを作り、基板
２へ送られ、基板２上で、ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＧａＡ
ｓ，ＧａＰ結晶６としてエピタキシャル成長する。
【００１８】このとき、希土類金属、例えばＥｒを含む
有機金属ガス源ｇ３は、ＲＦコイル７で発生した電磁波
ＲＦにより分解し、原子状になったＥｒの原子ビームを
結晶成長空間に送り込む。また、アクセプターＺｎを含
む有機金属ガス源ｇ４も電磁波により分解し、原子状ビ
ームとなって基板２へ送られる。またドナーＯを含む有
機金属ガス源ｇ５も電磁波により分解され、原子状ビー
ムとなって基板２へ送られる。これらをエピタキシャル
結晶成長中に同時にドーピングすることにより、希土類
金属不純物、アクセプター、そしてドナーの原子ビーム
の流量を調整すると、基板２上に成長する結晶６は、高
濃度で希土類金属不純物、アクセプター、そしてドナー
をドープした高輝度発光半導体結晶となる。
有機金属ガス源ｇ３は、ＲＦコイル７で発生した電磁波
ＲＦにより分解し、原子状になったＥｒの原子ビームを
結晶成長空間に送り込む。また、アクセプターＺｎを含
む有機金属ガス源ｇ４も電磁波により分解し、原子状ビ
ームとなって基板２へ送られる。またドナーＯを含む有
機金属ガス源ｇ５も電磁波により分解され、原子状ビー
ムとなって基板２へ送られる。これらをエピタキシャル
結晶成長中に同時にドーピングすることにより、希土類
金属不純物、アクセプター、そしてドナーの原子ビーム
の流量を調整すると、基板２上に成長する結晶６は、高
濃度で希土類金属不純物、アクセプター、そしてドナー
をドープした高輝度発光半導体結晶となる。
【００１９】このように、 III−V 族半導体やシリコン
半導体結晶に希土類金属不純物をドープする際に、希土
類金属不純物と同時に、ドナーとアクセプターを、結晶
成長域に導入し、これらを同時にドーピングすることに
より、対称性の低い不純物複合体（Ａ−Ｄ−ＲＥ−Ｄ−
Ａ）を結晶中に導入することが可能になる。
半導体結晶に希土類金属不純物をドープする際に、希土
類金属不純物と同時に、ドナーとアクセプターを、結晶
成長域に導入し、これらを同時にドーピングすることに
より、対称性の低い不純物複合体（Ａ−Ｄ−ＲＥ−Ｄ−
Ａ）を結晶中に導入することが可能になる。
【００２０】対称性の低い不純物複合体（Ａ−Ｄ−ＲＥ
−Ｄ−Ａ）が形成されることにより希土類金属不純物の
溶解度が上昇し、しかも、不純物準位のエネルギーを希
土類金属不純物のｆ電子内殻遷移エネルギーにマッチン
グすることができるため高輝度発光半導体結晶材料を製
造できる。
−Ｄ−Ａ）が形成されることにより希土類金属不純物の
溶解度が上昇し、しかも、不純物準位のエネルギーを希
土類金属不純物のｆ電子内殻遷移エネルギーにマッチン
グすることができるため高輝度発光半導体結晶材料を製
造できる。
【００２１】希土類金属不純物：ドナー：アクセプター
＝１：２：２または１：２：３に調整した原子状混合ガ
スは、希土類金属酸化物をオーブンで加熱して蒸発させ
て分子ビームを作り、ドナーやアクセプターは分子ガス
原料を電磁波で分解し原子状のガスと両者を混合するこ
とにより調製する。
＝１：２：２または１：２：３に調整した原子状混合ガ
スは、希土類金属酸化物をオーブンで加熱して蒸発させ
て分子ビームを作り、ドナーやアクセプターは分子ガス
原料を電磁波で分解し原子状のガスと両者を混合するこ
とにより調製する。
【００２２】
【実施例】ＩｎＰ結晶成長用基板２としてＩｎＰ単結晶
を、真空度１０-10 トールに維持された真空チャンバ１
にセットした。流量１０-6ト−ルでＩｎ蒸気を、流量１
０ -6ト−ルで原子状Ｐを、流量２×１０-7トールでＥｒ
蒸気を、流量７×１０-7ト−ルでＯ蒸気とＺｎ蒸気を基
板２上に流しながら、５００〜８００℃でＩｎＰ結晶を
エピタキシャル成長させた。表１にＥｒとＯとＺｎの同
時ドーピングがＥｒドーピング濃度と発光効率に及ぼす
影響を示した。
を、真空度１０-10 トールに維持された真空チャンバ１
にセットした。流量１０-6ト−ルでＩｎ蒸気を、流量１
０ -6ト−ルで原子状Ｐを、流量２×１０-7トールでＥｒ
蒸気を、流量７×１０-7ト−ルでＯ蒸気とＺｎ蒸気を基
板２上に流しながら、５００〜８００℃でＩｎＰ結晶を
エピタキシャル成長させた。表１にＥｒとＯとＺｎの同
時ドーピングがＥｒドーピング濃度と発光効率に及ぼす
影響を示した。
【００２３】
【表１】
得られたＩｎＰ結晶は、表１に示すように結晶成長温度
に応じてＥｒ濃度と発光効率が異なっていた。しかし、
Ｅｒ単独ドーピングと比べて、Ｏ蒸気（ドナー）とＺｎ
蒸気（アクセプター）とＥｒの同時ドーピングにより、
いずれの結晶成長温度でも高いドーピング濃度と高い発
光効率を示した。
に応じてＥｒ濃度と発光効率が異なっていた。しかし、
Ｅｒ単独ドーピングと比べて、Ｏ蒸気（ドナー）とＺｎ
蒸気（アクセプター）とＥｒの同時ドーピングにより、
いずれの結晶成長温度でも高いドーピング濃度と高い発
光効率を示した。
【００２４】Ｏドナーに替えＳｅドナーを、Ｚｎアクセ
プターに替えＣｄ又はＳｉアクセプターをＥｒと同時ド
ーピングした場合にも、同様にＥｒを単独ドーピングし
た場合と比べてＥｒを高濃度にドーピングすることがで
きた。また、発光効率についても単独ドーピングと比較
して大きいものが得られた。
プターに替えＣｄ又はＳｉアクセプターをＥｒと同時ド
ーピングした場合にも、同様にＥｒを単独ドーピングし
た場合と比べてＥｒを高濃度にドーピングすることがで
きた。また、発光効率についても単独ドーピングと比較
して大きいものが得られた。
【００２５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、希上類金属不純物、ドナー、アクセプターを同時に
ドーピングすることにより、従来の方法では希土類金属
不純物濃度は溶解度極限のため１０18ｃｍ-3程度しかド
ーピングすることができかったものを１０19〜１０21ｃ
ｍ-3の高濃度にドーピングすることが可能となった。さ
らに、このようにして得られた III−V 族半導体やシリ
コン半導体材料は、従来のＥｒを単独ドーピングした半
導体材料と比較して高い発光効率を呈する。そのため、
強力な半導体レーザの発光素子等の材料として、ガラス
ファイバーによる光通信、等に使用される。
は、希上類金属不純物、ドナー、アクセプターを同時に
ドーピングすることにより、従来の方法では希土類金属
不純物濃度は溶解度極限のため１０18ｃｍ-3程度しかド
ーピングすることができかったものを１０19〜１０21ｃ
ｍ-3の高濃度にドーピングすることが可能となった。さ
らに、このようにして得られた III−V 族半導体やシリ
コン半導体材料は、従来のＥｒを単独ドーピングした半
導体材料と比較して高い発光効率を呈する。そのため、
強力な半導体レーザの発光素子等の材料として、ガラス
ファイバーによる光通信、等に使用される。
【図１】ＥｒとＯドナーとＺｎアクセプターを同時にド
ーピングしたＩｎＰ結晶のモデル図。
ーピングしたＩｎＰ結晶のモデル図。
【図２】ＥｒとＳ又はＯドナーとＺｎアクセプタを同時
にドーピングしたＩｎＰ結晶を成長させるＭＢＥ法で使
用する装置の概念図。
にドーピングしたＩｎＰ結晶を成長させるＭＢＥ法で使
用する装置の概念図。
【図３】ＥｒとＯドナーとＺｎアクセプターを同時ドー
ピングしたＩｎＰ結晶を成長させるＭＯＣＶＤ法で使用
する装置の概念図。
ピングしたＩｎＰ結晶を成長させるＭＯＣＶＤ法で使用
する装置の概念図。
【図４】Ｅｒを単独ドーピングしたＩｎＰ結晶の電子状
態密度を示すグラフ。
態密度を示すグラフ。
【図５】ＥｒとＯドナーとＺｎアクセプターを同時ドー
ピングしたＩｎＰ結晶の電子状態密度を示すグラフ。
ピングしたＩｎＰ結晶の電子状態密度を示すグラフ。
１ 真空チャンバ
２ 基板
３ Ｉｎ源
４ Ｏ源
５ ヒータ
６ ＩｎＰ基板結晶
７ Ｅｒ源
８ Ｐ源
９ Ｚｎ源
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−256601（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−64905（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−283743（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−206886（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−155678（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−162038（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−66283（ＪＰ，Ａ)
Ｊ． Ｄｅｖｉｎ ＭａｃＫｅｎｚｉ
ｅ， ｅｔ ａｌ．，Ｅｒ ｄｏｐｉｎ
ｇ ｏｆ ＧａＮ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒ
ｏｗｔｈ ｂｙ ｍｅｔａｌｏｒｇａｎ
ｉｃ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ
ｅｐｉｔａｘｙ，ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨ
ＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，米国,
1998年，Ｖｏｌ．72， Ｎｏ．21，Ｐ.
2710−2712
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ，米国，1999年 ８月 ２
日，Ｖｏｌ．75， Ｎｏ．５，Ｐ．647
− 649
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，米国，1991年，Ｖ
ｏｌ．70，Ｎｏ．５，Ｐ．2672−2678
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
H01L 21/20 - 21/208
H01S 5/00 - 5/50
Claims (4)
- 【請求項１】 ＭＢＥ法またはＭＯＣＶＤ法で、 III−V
族半導体またはシリコン半導体を母体として希土類金属
不純物をドープし、希土類金属不純物のｆ電子内殻遷移
を利用した発光半導体材料を作成する際、Ｏ、Ｓ、また
はＳｅからなるドナーとＺｎ、Ｃｄ、またはＳｉからな
るアクセプターを、結晶成長時に同時にドーピングする
ことにより、高輝度の発光半導体材料を製造する方法。 - 【請求項２】 同時にドーピングすることにより、希土
類金属不純物とドナーおよびアクセプターの不純物複合
体を形成することによって、希土類金属不純物の形成エ
ネルギーを減少させて、不純物の溶解度を上昇させるこ
とを特徴とする請求項１記載の高輝度の発光半導体材料
を製造する方法。 - 【請求項３】 同時にドーピングする際に、希土類金属
不純物とドナーおよびアクセプターの濃度を調整するこ
とにより、半導体ギャップ中の不純物準位の位置を希土
類金属不純物のｆ電子内殻遷移エネルギーの直上に調整
し、エネルギー・マッチングにより発光強度が最高値と
なるように制御することを特徴とする請求項１記載の高
輝度の発光半導体材料を製造する方法。 - 【請求項４】 同時にドーピングする際に、希土類金属
不純物とドナーおよびアクセプターの濃度を調整するこ
とにより、結晶中に出現する希土類金属不純物とドナー
とアクセプターからなる不純物複合体の形成を制御する
ことにより、希土類金属不純物の発光強度を制御するこ
とを特徴とする請求項１記載の高輝度の発光半導体材料
を製造する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05758799A JP3464618B2 (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | 高輝度発光半導体材料の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05758799A JP3464618B2 (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | 高輝度発光半導体材料の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000261100A JP2000261100A (ja) | 2000-09-22 |
| JP3464618B2 true JP3464618B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=13059986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05758799A Expired - Fee Related JP3464618B2 (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | 高輝度発光半導体材料の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3464618B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2811770B1 (fr) * | 2000-07-11 | 2003-01-17 | France Telecom | Structure d'absorbant saturable, notamment pour composant optique de regeneration, et procede pour sa realisation |
-
1999
- 1999-03-04 JP JP05758799A patent/JP3464618B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，米国，１９９９年 ８月 ２日，Ｖｏｌ．７５， Ｎｏ．５，Ｐ．６４７ − ６４９ |
| Ｊ． Ｄｅｖｉｎ ＭａｃＫｅｎｚｉｅ， ｅｔ ａｌ．，Ｅｒ ｄｏｐｉｎｇ ｏｆ ＧａＮ ｄｕｒｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｂｙ ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ，ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，米国，１９９８年，Ｖｏｌ．７２， Ｎｏ．２１，Ｐ．２７１０−２７１２ |
| Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，米国，１９９１年，Ｖｏｌ．７０，Ｎｏ．５，Ｐ．２６７２−２６７８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000261100A (ja) | 2000-09-22 |
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