JPH07507422A - 原子層エピタキシーおよびマイグレーションエンハストエピタキシーにより成長した量子井戸を有するｉｉ−ｖｉ族レーザダイオード - Google Patents

原子層エピタキシーおよびマイグレーションエンハストエピタキシーにより成長した量子井戸を有するｉｉ−ｖｉ族レーザダイオード

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 原子層エピタキシーおよびマイグレーションエンバストエピタキシーにより成長 した量子井戸を有するＩＩ−Ｖｌ族レーザダイオード発明の背景 ミネソタ州セントボールの３Ｍ社が行った研究は、世界で始めて＋１−ＶＩ族半 導体材料で実際にレーザダイオードを作製したことで一躍脚光を浴びた。この種 のデバイス（装置）は光スペクトルの青緑の部分に属する４９０ｎｍのコヒーレ ント光を放出する。このデバイスについては、Ｈａａｓｅらの論文”５ｈｏｒｔ 　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｉｆ−ＩＶ　Ｌａ５ｅｒＤｉｏｄｅｓ　（短波長＋１ −Ｖｒ族レーザダイオード）”　（Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ ｇｓ　ｆｏｒ　Ｇａｌｌｉｕｍ　Ａｒ５ｅｎｉｄｅ　ａｎｄ　Ｒｅ１ａｔｅｄ　 Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、　１９９１．　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃ ｓ　Ｃｏｎ［ｅｒｅｎｃｅ　５ｅｒｉｅｓ、　Ｎｏ、　１２０．　ｐｐ　９−１ ６）に一般的な説明がされている。
上記のレーザダイオードにおける発光（活性）層としては、従来の分子線エピタ キシー（ＭＢＥ）法により成長した歪Ｃｄ、Ｚｎ＋−。
Ｓｅ単一量子井戸（ｓｉｎｇｌｅ　ｑｕａｎｔｕ＋ｎ　ｗｅｌｌｓ）がある。た だしコノ方法は、任意のＣｄＺｎ５ｅ合金の組成と厚さを制御し難いという欠点 がある。発光効率（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ｅｆｆｉｃｉｎｅｃｙ）もあま り良くない。
このような性質があるため、この種のデバイスは全体としての効率に限界がある 。
一方、レーザダイオードの性能を向上させることが常にめられている。商品とし て広く普及するには、高い強度の光束を室温で効率良く発生する能力のあるデバ イスでなければならない。また、このような特性を持つレーザダイオードの製造 技術も必要である。
発明の概要 本発明は、レーザダイオードのようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体エレクトロルミ ネセンス（ＥＬ発光）デバイスのための半導体基体上に量子井戸活性層を成長さ せる方法であって、チャンバと、成長原料としてＩＩ族元素を少なくとも一種お よびＶｔ族元素を少な（とも一種とを用いるタイプの分子線エピタキシー（ＭＢ Ｅ）装置を作動させる改良された方法である。上記ＭＢＥチャンバ内で、基体と 、［Ｉ−ｖｌ族半導体デバイスの既に成長済の層とを加熱する。このチャンバ内 にＩＩ族元素とＶｔ族元素とを交互に注入することにより、ＩＩ族元素の単原子 層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）とＶＩ族元素の単原子層とが少なくとも１層づつ積層 した量子井戸を成長させる。一つの具体例としては、基体と半導体デバイスの成 長済み層とを約１５０℃の温度に加熱しつつ、チャンバ内にＣｄ、ＺｎおよびＳ ｅを交互に注入することにより、記号（（Ｃｄ　Ｓ　ｅ　）、（Ｚ　ｎ　Ｓ　ｅ 　）ｚ］ｓで表されるＣｄＳｅ／Ｚｎ５ｅ系短周期歪超格子（ＳＰＳＬＳ）量子 井戸層を含むレーザダイオード活性層を作製する。この方法を用いて作製したレ ーザダイオードの原型（プロトタイプ）は、発明の背景の章で説明したものに比 べて室温におけるフォトルミネセンス（ＰＬ発光）強度およびエレクトロルミネ センス（ＥＬ発光）強度が高いだけでなく、より低い域値電流で作動する。
図面の簡単な説明 図１は本発明によるＩ［−Ｖｌ族半導体レーザダイオードの構造を示す横断面図 である（各部の寸法比は実際とは異なる）。
図２は、図１に示したタイプのレーザダイオードについて、損失係数（α）と光 学モードの半値全幅（ＦＷＨＭ）との積を光ガイド層の厚さの関数として示すグ ラフである。
図３は、本発明によるレーザダイオードを作製するのに用いることができる分子 線エピタキシー（ＭＢＥ）装置を示す。
図４は、図１に示した量子井戸層の断面の詳細を示す。
図５は、本発明によるレーザダイオードの活性層を作製するために図３に示した ＭＢＥ装置で行うシャッター操作手順のグラフである。
図６は、本発明により作製したレーザダイオードの量子井戸の断面の高解像度透 過電子顧微鏡写真である。
望ましい態様の詳細な説明 図１に、本発明によるＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体レーザダイオードｌＯ（すなわ ちＥＬ発光デバイスの一種）の概略を示す。レーザダイオードｌＯの内部では、 短周期歪超格子（ｓｈｏｒｔ−ｐｅｒｉｏｄ　５ｔｒａｉｎｅｄ−Ｉａｙｅｒ　 ５ｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ：　Ｓ　Ｐ　Ｓ　Ｌ　Ｓ　）量子井戸層１２が、ｎ型 Ｚｎ５ｅ光ガイド層１４およびｐＵＺｎｓｅ光ガイド層１６に挟まれている。以 下に詳細に説明するように、量子井戸層１２は原子層エピタキシー法（ａｔｏｍ ｉｃ　１ａｙｅｒ　ｅｐｉｔａｘｙ：　Ａ　Ｌ　Ｅ）やマイグレーションエンハ ンスドエビタキシー法（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｅｐｉ　ｔａ ｘｙ　：　Ｍ　Ｅ　Ｅ　）によって成長した高効率活性層である。レーザダイオ ードｌＯは、ｎ型ＧａＡｓ基板１８上に作製されており、この基板１４とガイド 層１４どの間にｎ型Ｚｎ５ｅオ一ミツクコンタクト層１９が設けられている。ｐ 型Ｚｎ５ｅオーミックコンタクト層２０がｐ型ガイド１！！６上に形成されてい る。オーミックコ二ノタクト層２０の光ガイド層１６とは反対側の表面は、ポリ ・イミド絶縁層２２に覆われている。絶縁層２２にはストライブ状開口部があっ て、この開口部内に形成されたＡ　ｕ　ｔｆｆｉ　２４により、ｐ梨オ・−ミッ クコンタクト層２０との電気的コンタクトが行われる。リード線のボンディング を容易にするために、絶縁層２２を覆う形で薄いＴｉ層２６と最上部Ａｕ層２８ が設けである。レーザダイオード１０下部の電気的コンタクトは、基板１８のｎ 型オーミックコンタクト層１９とは反対側の表面上に設けたＩｎ電極３０で行う 。
レーザダイオードｌＯの原型では、光ガイド層１４およびコンタクト層１９は共 に０１でｎ型にドープしである。この原型では、光ガイド層１６およびオーミッ クコンタクト層２ｏはＮでｐ型にドープしである。下側光ガイド層１４は正味濃 度Ｉ　Ｘ　１０１７ＣＱＩ−”にドナーをドープしてあり、上側光ガイド層１６ は正味濃度２　Ｘ　１０　ｌ７ｃａ＋−”にアクセプターをドープしである。こ の原型デバイスでは、オーミックコンタクト層１９および２ｏはいずれも厚さ０ ．　５μｍに形成しである。下側コンタクト層１９はドナーを正味濃度ｌＸｌ０ 目ｃｍ→にドープしたｎ型である。上側コンタクト１１２０はアクセプターを正 味濃度Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ｃｍ−１にドープしたｐ型である。
量子井戸活性層１２で発生した光は、ＧａＡｓ基板１８とＡｕ電極２４のみによ ってクラッドされた光ガイド層１４および１６の内部をガイドされる。このレー ザダイオードｌＯは、ＩＩ−ＶＩ族半導体によるクラッド層を用いることなく、 良好な光閉じ込め効果と十分な低損失とが得られる。コンピュータによるモデル 計算を用いて光ガイド層１４および１６の適切な厚さを選定する。このモデル計 算には、ＧａＡｓ基板１８とＡｕ電極２４の複素屈折率に加えて、光ガイド層１ ４および１６により形成されたＺｎ５ｅ導波路を考慮に入れる。このタイプのモ デル計算方法として一般に知られている一つの例は、藺、Ｒ，Ｒａｍｄａｓ　ｅ ｔ　ａｌ、、　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ　ａｎｄ　Ｌｅａ ｋｙ　Ｐｌａｎａｒ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ：　Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｍｅｔｈｏｄ 、　０ｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　Ｖｏｌ、１４゜ｐ、３７６　（＋９８９ ）とその中で引用されている参考文献がある。
図２のグラフには１．望みの光学モード（ここに記載した例についてはＴＥ偏向 モード）における損失係数（α）と半値全幅（ｆｕｌｌ　ｗｉｄｔｈ　ａｔ　ｈ ａｌｆ　ｍａｘｉｍｕｍ　１ｎｔｅｎｓｉｔｙ：　ＦＷＨＭ）との積を、Ｚｎ５ ｅ層１４および１６（図１）の厚さの関数として表した。このデバイスの電流密 度閾値を最小にするには、上記の積を最小にする必要がある。この設計基準（ｄ ｅｓｉｇｎ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）と図２に示された情報とを用いると、原型レ ーザダイオード１０における導波路の厚さくすなわち光ガイド層１４と１６の合 計厚さ）は約３．５μｍになる。
この態様においては、ｎ型光ガイド１１４は厚さ２．０μｍ１ｐ型光ガイド層１ ６は厚さ１．５μｍである。この態様の場合、自由キャリアの吸収と散乱に起因 する損失は８ｃｍ−’と見積もられる。量子井戸層１２はデバイスの損失特性お よび光閉じ込め特性に及ぼず影響が比較的小さいので、その存在は上記設計では 無視している。理論的には、導波路の総厚さが２．０μｎ１より小さいと、基板 １８および電極２４での吸収損失が太き（なり過ぎる。厚さ２．５μｍの場合、 基板および！極による吸収損失は１１．　７ｃｍ−’である。一方、この光学モ ードのＦＷＨＭは導波路厚さの丁度半分程度であることが分かった。したがって 、厚さが６μｍより大きくなると、光閉じ込め効果が非常に弱くなるため、単一 量子井戸層１２では損失を上回る利得を供給することは実際上無理である。最大 モード利得は導波路モードのＦＷＨＭに反比例する。導波路の厚さが６μｍの場 合は、Ｆ　Ｗ　ＨＭは約３μｍであり、単一量子井戸によるモード利得は１２ｃ ｍ−’と見積もることができる。参考文献としては、たとえばＮ。
Ｋ、　Ｄｕｊｔａ、　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　ｖ ｏｌ、５３．　ｐ、７２　（Ｎｏｖ、１９８２）がある。
図３に、上記レーザダイオード１０の原型を作製するために用いる分子線エピタ キシー（ＭＢＥ）装置を図解する。このＭＢＥ装置のチャンバ５４は、高エネル ギー電子鏡５８、燐スクリーン６０、基板ヒータ９０、および光束モニタ６２を 備えている。５４のようなＭＢＥチャンバは一般に知られており、市販もされて いる。
レーザダイオード１０の原型は（＋００）結晶方位を持つＳｉドープＮゝ型Ｇａ Ａｓ基板１８上に作製される。このタイプの基板は市販されている。基板１２を 従来公知の方法によりクリーニングし準備してから、Ｉｎ半田でモリブデン製試 料ブロック（図３には示さず）に取り付けた後、チャンバ５４内に配置する。
チャンバ５４は、Ｚｎエフニージョンセルフ０、分解済み（ｃｒａｃｋｅｄ）Ｓ ｅエフニージョンセルフ２、Ｃｄエフニージョンセル７６、および標準Ｓｅ（す なわち主として５ｅｔ）エフニージョンセルフ９を備えている。図示したように 、分解済みＳｅエフニージョンセルフ２は、原料塊（ｂｕｌｋ）蒸発部８４と高 温分解部８２を備えていて、分解済みＳｅ　（Ｓｅ２の他に原子数が６より少な いＳｅ分子を含む）の供給源となる。原型レーザダイオードｌＯを作製するため に用いる原料塊蒸発部８４と高温分解部８２は特別に設計したものであり、その 詳細と能力についてはＣｈｅｎｇ　ｅｔ　ａｌ、による”Ｍｏ　１ｅｃｕ　ｔａ ｒ−ＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ　Ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　Ｚｎ５ｅ　Ｕｓｉｎｇ　ａ 　Ｃｒａｃｋｅｄ　Ｓｅｌｅｎｉｕｍ　５ｏｕｒｃｅ”、　Ｊ。
Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、、　８８．１８１　（１９９０）に記載 されている。Ｃ１ｍフュージョンセルフ８はＺ　ｎ　Ｃ１ｚを原料にして、ｎ型 ドーパントとしてのＣＩを作り出す。ｐ型ドーパントは自由ラジカルとしてのＮ 供給源８０により供給される。自由ラジカル供給源８０はリークバルブ８８を介 して超高純度Ｎ、の供給源８６に接続されている。レーザダイオード１０の作製 に用いる自由ラジカル供給源８０はＯｘｆ。
ｒｄｓｈｉｒｅ　（Ｅｎｇｌａｎｄ）の０ｘｆｏｒｄ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｒｅ５ ｅａｒｃｈ　Ｌｔｄ、から市販されている（Ｍｏｄｅｌ　Ｎｏ、　ＭＰＤ２１） 。この供給源のビーム出口板は熱分解窒化硼素（ＰＢＮ）でできており、直径０ ．２ｍｍの貫通孔が７か所に開いている。この供給源は１０インチ延長チューブ を介してエフュージョンセル用の標準ボート上に取り付けられている。レーザダ イオードＩＯを作製するのに用いられるＮ、供給源８６は研究用純度である。リ ークバルブ８６の流入側での圧力は５ｐｓ　ｉである。
ＭＢＥチャンバ５４の運転は、Ｃｈｅｎｇ　ｅｔ　ａｌ、にょる“Ｇｒｏｗｔｈ 　ｏｆ　ｐ−ａｎｄ　ｎ−ｔｙｐｅ　Ｚｎ５ｅ　ｂｙ　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂ ｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ”、Ｊ、Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ９５、５＋２　 （１９８９）に記載された方法により行い、Ｓｅの供給源としてＳｅｔ供給源７ ９を用いて原型レーザダイオード１０のｎ型コンタクト層１９と光ガイド層１４ とをそれぞれ成長させた。
原子層エピタキシー（ＡＬＥ）および／またはマイグレーションエンハストエピ タキー（ＭＥＥ）を用いてレーザダイオード１０の光ガイド層１４上に５ＰＳＬ Ｓ量子井戸層１２を成長させた。これら一般に知られている技術を用い、Ｃｄ、 Ｚｎ、Ｓｅの結晶−個分の厚さの層（すなわち、単原子層：　ｍｏｎｏｌａｙｅ ｒ）を順次積層して量子井戸層１２を形成する。図４に量子井戸層１２の詳細を 示す。この態様の量子井戸層１２においては、Ｃｄ単原子層がＳｅ単原子層を隣 接させた両側を一対のＺｎ単原子層およびＳｅ単原子層で挟んである。この構造 は一般に下記の表記法で表すことができる。
［（Ｃｄ　Ｓ　ｅ　）−（Ｚ　ｎ　Ｓ　ｅ　）−Ｉｔここで、ｍ、ｎ、ｐは整数 である。
図４の態様では、ｍ＝１．ｎ＝２、ｐ＝１である。他の態様（図示せず）におい て、ｍ＝Ｌ　ｎ＝ｌ〜５、ｐ＝１〜５である。量子井戸層１２のＣｄ相当濃度（ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）は、量子井戸層内 の層の合計個数（ＺｎＳｅおよびＣｄＳｅの両方を含む）に対するＣｄＳｅ層の 個数の比で決定される。量子井戸層１２０合計厚さは成長した単原子層の個数と 一つの単原子層の厚さとの積で与えられる。図６は、周期ｐが６の５ＰＳＬＳ量 子井戸を持つ原型レーザダイオード１０の断面を高解像度透過電子１ｊ［微鏡に より観察した写真であり、量子井戸層の単原子層の構造が明瞭に分かる。
量子井戸層１２のＣｄ単原子層、Ｚｎ単原子層およびＳｅ単原子層の組成および 厚さの制御は、ＡＬＥおよび／またはＭＥＥによって正確に行われる。これらの 方法を用いることにより、単原子層の成長の基本的な制御は、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｅ それぞれのエフユージジンセル７６．７０．７２のシャッター（別個には図示し ていない）を開閉する操作手順とタイミングとによって行う。図４に示した量子 井戸層１２を成長させるのに用いる操作手順の一例を図５に示す。
一連の反応種毎のパルス間に特定の遅れ時間を挟むことにより、余剰の反応体を 再び蒸発させる。
図４に示したような５ＰＳＬＳ量子井戸層を含む原型レーザダイオード１０は、 温度１５０°Ｃで、熱分解Ｓｅ　＜Ｓｅｔ　）ｘフュージョンセル７６を用いて 成長させる。シャッター操作手順として、まず最初はＳｅシャッターを開けてお く。単原子層を少なくとも１層堆積させた後に（約５分後）、Ｓｅシャッターを 閉じる。次に、若干の遅れ時間（２秒程度）をおいて余剰のＳｅを蒸発させてか ら、Ｚｎシャッターを開く。次いで、Ｚｎの単原子層を少なくとも１層堆積させ た後に（約４秒後）、Ｚｎシャッターを閉じる。Ｚｎシャッターを閉じるた後に 若干の遅れ時間（約１秒）をおいて余剰Ｚｎが蒸発する時間を確保してから、Ｓ ｅシャッターを再び開く。このようにしてシャッターの開閉を交互に行って成長 を続けさせることにより、Ｃｄ層、Ｓｅ層、Ｚｎ層を順次積層してゆく。Ｃｄシ ャッターを約４秒間開けた後、遅れ時間を約１秒おいてからＳｅシャッターを再 び開ける。Ｓｅシャッターを開いた状態で開始した手順を繰り返すことにより、 量子井戸層１２を完成させる。原型レーザダイオード１０の量子井戸層１２を作 製するのに用いるＭＢＥチャンバ５４の運転条件としては上記の他は下記のとお りである。
Ｃｄビーム相当圧力ニ　１．０ＸＩＯ”　Ｔｏｒｒ　＊Ｚｎビーム相当圧力ニ　 １．０ＸＩＯ”　Ｔｏｒｒ　＊Ｓｅ分解部温度二６００°Ｃ ３ｅ塊蒸発温度＝２５０℃ 本例々のＭＢＥ装置の形とプラズマ源に依存する条件項目上記の方法で１５０℃ で成長させた５ＰＳＬＳ量子井戸層１２を持つ原型レーザダイオード１０は最大 の量子効率を示した。しかし、２３５°Ｃまでの温度で成長させた５ＰＳＬＳ量 子井戸層を持つ量子井戸テストウェハは、良好な特性を示した。３００″Ｃの高 温で成長させた５ＰＳＬＳ量子井戸層を持つテストウェハにおいて、許容可能な 特性が観察された。また、望ましい特性を持つデバイスは１５０°Ｃ未満の温度 で成長させることができると予測された。
ＭＢＥチャンバ５４の操作は、Ｐａｒｋ　ｅｔ　ａｔ、の論文”Ｐ−Ｔｙｐｅ　 Ｚｎ５ｅｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａｔｏｍ　Ｂｅａｍ　Ｄｏｐｉｎｇ　Ｄｕｒ ｉｎｇ　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　ＥｐｉｔａｘｉａｌＧｒｏｗｔｈ”、 　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５７．２１２７　（１９９０）の方法 により行い、ｐ型光ガイド層１６を成長させるのにＳｅｔ源７９を用いた。低抵 抗ｐ壓Ｚｎ５ｅオーミックコンタクト層２０の形成は、ＭＢＥチャンバ５４内で 低温にて分解済みＳｅ供給源７２（すなわち分解部８２および蒸発部８４）を用 いてこのオーミックコンタクト層を成長させながら、並行してこのコンタクト層 のｐ型半導体材料をドープすることにより行った。この方法は、Ｐａｒｋ　ｅｔ 　ａｌ、、　“Ｐ−Ｔｙｐｅ　Ｚｎ５ｅｂｙ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ａｔｏｍ　Ｂ ｅａｍ　Ｄｏｐｉｎｇ　Ｄｕｒｉｎｇ　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉ ｔａｘｉａｌＧｒｏｗｔｈ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５７　（ ２０）　１２　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　１９９０に開示されて方法にしたがったもの である。
原型レーザダイオードｌＯのコンタクト層２ｏを作製するのに用いた低温成長法 は、Ｃｈｅｎｇ　ｅｔ　ａｌ、の論文”Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｇｒ ｏｗｔｈｏｆ　Ｚｎ５ｅ　Ｂｙ　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘ ｙ　Ｕｓｉｎｇ　Ｃｒａｃｋｅｄ　Ｓｅｌｅｎｉｕｍ”、Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ 、　Ｌｅｔｔ、　（Ｆｅｂ、　１９９０）に一般的に記載されている。
基板１８上に層１９．１４．１２、および１６を設けた半導体を、２５０°Ｃ未 満の温度であって、アクセプタ正味濃度Ｉ　Ｘ　１０　ｌ７ｃｔｎ−”以上まで ｐ型ドーパントとしてのＮをドープしたＺｎ５ｅの結晶成長を促進するには十分 な温度にまで加熱する。基板温度約１５０″Ｃで成長させた場合、原型レーザダ イオード１０のオーミックコンタクト層２０のアクセプタ正味濃度Ｉ　Ｘ　ｌ　 Ｏ”ｃｍ”が達成された。しかし、最低１３０°Ｃまで成長温度を低くしても、 許容可能な特性を持つオーミックコンタクト層２ｏを得ることができることが予 想される。原型レーザダイオード１０のオーミックコンタクト層２ｏを作製する のに用いるＭＢＥチャンバ５４の上記以外の運転条件は下記のとおりである。
Ｚｎビーム相当圧力ニ　１．０ＸＩＯ”　Ｔｏｒｒ　＊Ｓｅ分解部温度　：６０ ０°Ｃ＊ Ｓｅ原料塊蒸発温度：２５０°Ｃ＊ 成長速度　：０．３〜０．　６　μｍ／時間表面処理　：Ｚｎ安定化処理 チャンバ内Ｎ圧力　：＞３，５ｘｌＯ−７Ｔｏｒｒ＊ｒｆパワー　＝１５０〜２ ５０　Ｗ 零個々のＭＢＥ装置の形に依存する条件項目コンタクト層２０を成長させたのに 次いで、未完成状態のレーザダイオード１０をＭＢＥチャンバ５４から取り出す 。電極２４は、従来のフォトリソグラフィーおよびリフトオフ法を用いて、コン タクト層２０上にＡｕを蒸着した後ストライブ状（典型的には輻約２０μｍ）に パターニングしたものである。次いで、電極２４およびコンタクト層２０の露出 部分を覆うように、絶縁層２２を形成する。
低温で層を形成できる絶縁物質としては、ポリイミド系フォトレジストが好まし い。原型レーザダイオードｌＯの作製には、チバ・ガイギー社のプロピミド４０ ８　（Ｐｒｏｂｉｍｉｄｅ　４０８）を用いた。ポリイミド層２２の、電極２４ の直上のストライブ状部分（輻約２０μｍ）を除去する。これは、現像後キユア 以外についてはレジストメーカーの推奨する処理レシピ（手順）を用い、フォト マスクを通したＵＶ露光と現像とによって行った。現像後のレジストのキュアは 、マスク・アライナ−によりＩＪ／ｃｍ″のＵＶライトでデバイスを全面照射し た後、ホットプレートに載せて空気中で３分間ベークした。
次に、Ａｕｔ極２４の露出表面上とポリイミド層２２上に、Ｔｉ　−Ａｕ層２６ を蒸着してリードボンディングし易いようにした。ＭＢ２時の基板固定用に用い たＩｎは、基板１８上の電極３０としても機能する。デバイスの両面を（１１０ ）面に沿って襞間して鏡面（ｆａｃｅｔ　ｍ１ｒｒｏｒｓ）にした。これら鏡面 をＭ　ｇ　Ｆ　＊とＺｎ５ｅとを合計で４１！交互に重ねた４分の１波長層で被 覆して反射率を９０％にした。この原型デバイス１０のキャビティー長は約ｔｏ ｏｏμｍである。次にレーザダイオード１０をｐ側を上にして、銀添加エポキシ でセラミックス製サンプルホルダに固定した。
本発明によるレーザダイオードＩＯは非常に有利な効果を奏する。
量子井戸層を成長させるのに用いたＡＬＥ法やＭＥＥ法は、従来のＭＢＥ法で成 長させたランダムな合金の量子井戸に比べて、組成の制御、量子井戸厚さの制御 、および発光効率が向上している。これらの特性が現れた証拠として、室温での フォトルミネセンス強度およびエレクトロルミネセンス強度が高くなり、レーザ の閾値電流が低下した。これら原型デバイスの室温での閾値電流（１０３０Ａ／ ｃｍ２の低さ）は、クラッド層を備えたデバイス程に低くはないが、構造が簡単 で作動電圧が低い（約１３Ｖ）という利点がある。
上記実施例では、光ガイド層が基板に対して格子適合（ｌａｔｔｉｃｅｍａｔｃ ｈｉｎｇ）　Ｌ／ていない。光ガイド層の格子定数が基板の格子定数と適合させ たデバイスでは、デバイスの寿命が長くなり且つ性能も向上すると予想される。
第１および第２の光ガイド層は、ＺｎＳ＊、ｓｔＳ　ｅ　Ｌ　１４またはＣｄ　 ６．　ａｓＺ　ｎ　＊、　ｓｔＳをＧａＡｓ基板上に形成したものであっても良 く、あるいはＺｎ５ｅ光ガイド層をＴｎｏ、。４Ｇａｅ、５ｓＡｓ基板上または Ｉ　ｎ　ｏ、　ｓｔＧ　ａ　＠、　ａｓＰ基板上に形成したものであっても良い 。光ガイド層は、Ｚ　ｎ　ＳｘＳ　ｅ　＋−＊−Ｃｄ　＊Ｚ　ｎ　ｌ−＊Ｓ−Ｚ 　ｎ５１−＊Ｔｅｘ、Ｚｎｌ−＊Ｃｄｘ５ｅＳＺｎ＋−ｇＭｇｘｓｙｓｅ＋−ｙ 、またはＣｄ　、Ｚ　ｎ　ｌ−ｔ−ｙＭ　ｇ　ｙＳの層を、ＧａＡｓ５ＡＩＡｓ 、ＧａＰ。
ＡｌＧａ＋−、Ａｓ、１．Ｇａ＋−、Ａｓ、Ｉｎ、ＡＩ！＋−、Ａｓ、Ｉｎ、Ｇ ａ＋−、Ｐ、Ｉｎ、ＡＬ−＊Ｐ、ＧａＡｓ＋−、Ｐ、、Ｉｎ、Ｇａ＋−ｍ−ｙＡ ＬＡｓＳ　Ｉ　ｎ、Ｇａ＋−ｘ−ｙＡ１アＰ１ＺｎＳｅ−またはＺ　ｎ　＋　− ＊　Ｃｄ　−Ｓ等の基板に対して格子適合させたものであってもよい。
以上、望ましい態様に関して本発明を説明してきたが、本発明の趣旨および範囲 を逸脱せずに形態および細部を変えることが可能でであることは、当業者によっ て認識されるであろう。例えば、本願に開示した原型レーザダイオードの作製に 用いた発明の発想は、ＡＬＥ法やＭＥＥ法により多種多様な＋１−Ｖｌ族半導体 および合金の活性層やガイド層を作製するのによく適している。これらの例とし ては、Ｚｎ５ｅ、ＺｎＴｅ５ＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＺｎ５ｅＴｅ。
ＭｇＺｎ５ｅ、ＣｄＺｎＳ、ＺｎＳＴｅおよびＣｄＺｎＴｅがある。
ＦＩＧ、　１ １．０　２．０　３．０　４．０　５．０　６．０　７．０ＦＩＧ、　４ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成６年１１月２λ日

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. １．ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体エレクトロルミネセンス装置を作製する際に、チ ャンバと、少なくとも１積のＩＩ族元素の原料および少なくとも１積のＶ１族元 素の原料とを含む分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置を作動させて、基板上にお よび先に成長した層があればその上に、量子井戸活性層を成長させる方法であっ て、上記ＭＢＥチャンバ内で、ＩＩ−ＶＩ族半導体装置の上記基板および上記先 に成長した層を加熱し、 上記ＭＢＥチャンバ内へ、ＩＩ族元素とＶＩ族元素とを交互に注入して、 上記ＩＩ族元素の単原子層と上記ＶＩ族元素の単原子層とが少なくとも合計２層 積層した部分を含む量子井戸層を成長させる方法。
  2. ２．請求項１記載の方法において、上記ＭＢＥ装置がＣｄ、Ｚｎ、およびＳｅの 各原料を含み、 上記元素を注入する際に、Ｃｄ、ＺｎおよびＳｅを交互に注入し、上記量子井戸 層を成長させる際に、式［（ＣｄＳｅ）ｍ（ＺｎＳｅ）ｍ］，｛但し、ｍ，ｎ， ｐは整数｝で表記される形でＣｄ単原子層、Ｚｎ単原子層、およびＳｅ単原子層 が積層した部分を含む短周期歪み超格子（ＳＰＳＬＳ）を成長させる方法。
  3. ３．請求項１記載の方法において、上記ＭＢＥ装置がＺｎ、Ｔｅ、およびＳｅの 各原料を含み 上記元素を注入する際に、Ｚｎ、ＴｅおよびＳｅを交互に注入し、上記ＳＰＳＬ Ｓ量子井戸層を成長させる際に、式［（ＺｎＴｅ）ｍ（ＺｎＳｅ）ｎ］，｛但し 、ｍ，ｎ，ｐは整数｝で表記される形でＣｄ単原子層、Ｚｎ単原子層、およびＳ ｅ単原子層が積層した部分を成長させる方法。
  4. ４．請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法において、上記ＳＰＳＬＳ 量子井戸層を成長させる際に、ｍ＝１〜３、ｎ＝１〜５、ｐ＝１〜５としてこの 層を成長させる方法。
  5. ５．請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、上記ＳＰＳＬＳ 量子井戸層を成長させる際に、ｍ＝１、ｎ＝２、ｐ＝３としてこの層を成長させ る方法。
  6. ６．請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法において、ＩＩ−ＶＩ族半 導体装置の上記基板および上記先に成長した層を加熱する際に、上記基板および 上記先に成長した層を約２００℃以下の温度に加熱する方法。
  7. ７．請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法において、ＩＩ−ＶＩ族半 導体装置の上記基板および上記先に成長した層を加熱する際に、上記基板および 上記先に成長した層を約１９０℃以下の湿度に加熱する方法。
  8. ８．請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法において、ＩＩ−ＶＩ族半 導体装置の上記基板および上記先に成長した層を加熱する際に、上記基板および 上記先に成長した層を約１７０℃以下の温度に加熱する方法。
  9. ９．請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法において、ＩＩ−ＶＩ族半 導体装置の上記基板および上記先に成長した層を加熱する際に、上記基板および 上記先に成長した層を約１５０℃以下の温度に加熱する方法。
  10. １０．請求項１から９に記載の方法により作製したＩＩ−ＶＩ族レーザダイオー ド。
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