JPH08236551A - 化合物半導体の製造方法および半導体発光素子 - Google Patents
化合物半導体の製造方法および半導体発光素子Info
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- JPH08236551A JPH08236551A JP3683795A JP3683795A JPH08236551A JP H08236551 A JPH08236551 A JP H08236551A JP 3683795 A JP3683795 A JP 3683795A JP 3683795 A JP3683795 A JP 3683795A JP H08236551 A JPH08236551 A JP H08236551A
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- zns
- metal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 分子線エピタキシー法によるII-VI族化合物
半導体混晶の薄膜作製において、高品質な薄膜を簡便に
得る方法を提供する。 【構成】 ＺｎＳｒＳＳｅ薄膜をＭＢＥ成長する場合
に、蒸発源の原料としてＺｎＳ結晶,金属Ｓｅ、そして
Ｓｒ原料であるＳｒＳ結晶を用いるものである。その結
果、高品質なＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を得ることができる。
半導体混晶の薄膜作製において、高品質な薄膜を簡便に
得る方法を提供する。 【構成】 ＺｎＳｒＳＳｅ薄膜をＭＢＥ成長する場合
に、蒸発源の原料としてＺｎＳ結晶,金属Ｓｅ、そして
Ｓｒ原料であるＳｒＳ結晶を用いるものである。その結
果、高品質なＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色から緑色の発光デバ
イス、例えば半導体レーザあるいは発光ダイオードを構
成するII-VI族化合物半導体薄膜の製造方法に関するも
のである。特に分子線エピタキシー法（以下、ＭＢＥ法
と略す）を用い、II-VI族化合物半導体薄膜を製造する
場合の蒸発源材料に関するものである。
イス、例えば半導体レーザあるいは発光ダイオードを構
成するII-VI族化合物半導体薄膜の製造方法に関するも
のである。特に分子線エピタキシー法（以下、ＭＢＥ法
と略す）を用い、II-VI族化合物半導体薄膜を製造する
場合の蒸発源材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えばＺｎＳXＳｅ1-X（以下、Ｚ
ｎＳＳｅと略す）薄膜をＭＢＥ法で作製する場合、原料
には金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、ＺｎＳ結晶の３種類を独立し
た蒸発源に充填し、基板に同時に照射することによりＺ
ｎＳＳｅ薄膜を作製していた。
ｎＳＳｅと略す）薄膜をＭＢＥ法で作製する場合、原料
には金属Ｚｎ、金属Ｓｅ、ＺｎＳ結晶の３種類を独立し
た蒸発源に充填し、基板に同時に照射することによりＺ
ｎＳＳｅ薄膜を作製していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では蒸発源の数が多く、組成やキャリヤ密度の再現性
を得ることが困難である。その理由として、組成やキャ
リヤ密度は構成元素の分子線強度や基板温度の変動に影
響されるからである。組成やキャリヤ密度は、特に分子
線強度の変動に敏感である。複数の蒸発源の内１つでも
分子線強度が変動すると、その変動に対応して組成が変
化してしまう。さらにII族元素であるＺｎ及びＳｒの分
子線強度とVI族元素であるＳ及びＳｅの分子線強度の比
（ＶＩ／ＩＩ比）の変動によって、ドナー性あるいはア
クセプタ性不純物元素の取り込みは影響を受け、キャリ
ヤ密度が変化してしまうという問題点がある。すなわち
蒸発源の数が少ないほど変動を起こす機会が減り、組成
の再現性やキャリヤ密度の再現性が向上することが期待
できる。
術では蒸発源の数が多く、組成やキャリヤ密度の再現性
を得ることが困難である。その理由として、組成やキャ
リヤ密度は構成元素の分子線強度や基板温度の変動に影
響されるからである。組成やキャリヤ密度は、特に分子
線強度の変動に敏感である。複数の蒸発源の内１つでも
分子線強度が変動すると、その変動に対応して組成が変
化してしまう。さらにII族元素であるＺｎ及びＳｒの分
子線強度とVI族元素であるＳ及びＳｅの分子線強度の比
（ＶＩ／ＩＩ比）の変動によって、ドナー性あるいはア
クセプタ性不純物元素の取り込みは影響を受け、キャリ
ヤ密度が変化してしまうという問題点がある。すなわち
蒸発源の数が少ないほど変動を起こす機会が減り、組成
の再現性やキャリヤ密度の再現性が向上することが期待
できる。
【０００４】また大きなバンドギャップ（以下、Ｅｇと
略す）を有するＺｎＳｒＳＳｅ薄膜は、いわゆる青緑色
半導体レーザのクラッド層として有用であるが、未だそ
の成長は達成されていなかった。
略す）を有するＺｎＳｒＳＳｅ薄膜は、いわゆる青緑色
半導体レーザのクラッド層として有用であるが、未だそ
の成長は達成されていなかった。
【０００５】また多くの蒸発源を有するＭＢＥ装置は巨
大になり、コストが高くなるという問題点がある。蒸発
源の数が少なくなるほどＭＢＥ装置は簡便でかつ小型化
することができ、コストを下げることが可能となる。こ
れらの問題は、II-VI族化合物半導体を用いた半導体レ
ーザや発光ダイオードの高性能化や再現性向上を阻んで
いる。
大になり、コストが高くなるという問題点がある。蒸発
源の数が少なくなるほどＭＢＥ装置は簡便でかつ小型化
することができ、コストを下げることが可能となる。こ
れらの問題は、II-VI族化合物半導体を用いた半導体レ
ーザや発光ダイオードの高性能化や再現性向上を阻んで
いる。
【０００６】本発明は上記の欠点を解消し、II-VI化合
物半導体デバイスを製造することのできる化合物半導体
の製造方法と、それを用いた半導体発光素子とを提供す
ることを目的とする。
物半導体デバイスを製造することのできる化合物半導体
の製造方法と、それを用いた半導体発光素子とを提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、ＺｎＳｒＳＳｅ薄膜をＭＢＥ成長する場合
に、蒸発源の原料としてＺｎＳ結晶と、金属Ｓｅ、そし
てＳｒ原料である金属Ｓｒ,ＳｒＳ結晶またはＳｒＳｅ
結晶を用いるものである。または、ＳｒとＳの組成を最
適化したＺｎＳｒＳＳｅ混晶を蒸発源の原料に用いるも
のである。
本発明は、ＺｎＳｒＳＳｅ薄膜をＭＢＥ成長する場合
に、蒸発源の原料としてＺｎＳ結晶と、金属Ｓｅ、そし
てＳｒ原料である金属Ｓｒ,ＳｒＳ結晶またはＳｒＳｅ
結晶を用いるものである。または、ＳｒとＳの組成を最
適化したＺｎＳｒＳＳｅ混晶を蒸発源の原料に用いるも
のである。
【０００８】さらにＺｎＳＳｅ薄膜をＭＢＥ成長する場
合に蒸発源の原料としてＳ組成を最適化したＺｎＳＳｅ
混晶を用いるものである。
合に蒸発源の原料としてＳ組成を最適化したＺｎＳＳｅ
混晶を用いるものである。
【０００９】
【作用】従来４つの蒸発源が必要であったＺｎＳｒＳＳ
ｅ薄膜の製造は、ＺｎＳｒＳＳｅ混晶を原料に用いる場
合は１つ、そしてＳｒ源とＺｎＳ結晶と金属Ｓｅを用い
る場合は３つにすることができた。
ｅ薄膜の製造は、ＺｎＳｒＳＳｅ混晶を原料に用いる場
合は１つ、そしてＳｒ源とＺｎＳ結晶と金属Ｓｅを用い
る場合は３つにすることができた。
【００１０】さらに後者のＳｒ源とＺｎＳ結晶と金属Ｓ
ｅの場合、従来方法と違い、金属Ｚｎを蒸発源原料に用
いていない。よってＺｎの蒸発源はＺｎＳのみであり、
ＺｎＳからの分子線を強くする必要がある。すると、Ｚ
ｎＳｒＳＳｅのＳの組成が大きくなり、Ｓの組成が大き
くなるほどＺｎＳｒＳＳｅのＥｇは大きくなるので、そ
の結果、大きなＥｇを有するＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を作製
することが可能となった。
ｅの場合、従来方法と違い、金属Ｚｎを蒸発源原料に用
いていない。よってＺｎの蒸発源はＺｎＳのみであり、
ＺｎＳからの分子線を強くする必要がある。すると、Ｚ
ｎＳｒＳＳｅのＳの組成が大きくなり、Ｓの組成が大き
くなるほどＺｎＳｒＳＳｅのＥｇは大きくなるので、そ
の結果、大きなＥｇを有するＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を作製
することが可能となった。
【００１１】Ｓｒ源にＳｒＳ結晶やＳｒＳｅ結晶を用い
た場合、金属Ｓｒを使用した場合に比べて、Ｓｒの取扱
いが簡便になった。金属Ｓｒは金属である以上、酸化と
いうことが考えられるが、ＳｒＳ結晶またはＳｒＳｅ結
晶を用いると、酸化という問題もないので、蒸発源とし
ての取扱はきわめて簡便となる上に、成長するＺｎＳｒ
ＳＳｅ結晶中に酸素が取り込まれてしまうということも
ないので、結晶の品質もよいものとなる。さらにＳｒＳ
結晶、ＳｒＳｅ結晶の蒸発温度は、金属Ｓｒよりも３０
０〜４００度程度高く、分子線の調整が高温でできるた
めに分子線を定常状態にできる時間が短く、したがって
精度よく分子線の調整ができるようになり、ＺｎＳｒＳ
Ｓｅの組成の制御もきわめて容易になる。
た場合、金属Ｓｒを使用した場合に比べて、Ｓｒの取扱
いが簡便になった。金属Ｓｒは金属である以上、酸化と
いうことが考えられるが、ＳｒＳ結晶またはＳｒＳｅ結
晶を用いると、酸化という問題もないので、蒸発源とし
ての取扱はきわめて簡便となる上に、成長するＺｎＳｒ
ＳＳｅ結晶中に酸素が取り込まれてしまうということも
ないので、結晶の品質もよいものとなる。さらにＳｒＳ
結晶、ＳｒＳｅ結晶の蒸発温度は、金属Ｓｒよりも３０
０〜４００度程度高く、分子線の調整が高温でできるた
めに分子線を定常状態にできる時間が短く、したがって
精度よく分子線の調整ができるようになり、ＺｎＳｒＳ
Ｓｅの組成の制御もきわめて容易になる。
【００１２】また従来３つの蒸発源が必要であったＺｎ
ＳＳｅ薄膜の製造は、ＺｎＳＳｅ混晶を蒸発源材料に用
いる場合は１つで済む。蒸発源の数が従来よりも少なく
することができる。したがって、組成の再現性やキャリ
ヤ密度の再現性を向上させることができる。
ＳＳｅ薄膜の製造は、ＺｎＳＳｅ混晶を蒸発源材料に用
いる場合は１つで済む。蒸発源の数が従来よりも少なく
することができる。したがって、組成の再現性やキャリ
ヤ密度の再現性を向上させることができる。
【００１３】
（実施例１）以下、具体例について詳細に述べる。半導
体薄膜の製造方法はＭＢＥ法である。図１はＭＢＥ装置
の構造断面図である。
体薄膜の製造方法はＭＢＥ法である。図１はＭＢＥ装置
の構造断面図である。
【００１４】ＭＢＥ装置の背圧は１０-9〜１０ー11Ｔｏ
ｒｒ台であり、ＭＢＥ装置には基板加熱機構と複数の加
熱蒸発源２−８とプラズマ源１が装備してある。基板１
０には（１００）面を有するＧａＡｓを用いている。薄
膜作製時の基板温度は２００℃から４００℃が適してお
り、本実施例の場合は２８０℃とした。ｐ型ドーピング
は、窒素プラズマから生じた活性窒素を添加している
（例えばK.Ohkawa et al., Japanese Journal of Appli
ed Physics vol.30, page L152, 1991.または、特開昭
６３−３０３８９９号公報）。
ｒｒ台であり、ＭＢＥ装置には基板加熱機構と複数の加
熱蒸発源２−８とプラズマ源１が装備してある。基板１
０には（１００）面を有するＧａＡｓを用いている。薄
膜作製時の基板温度は２００℃から４００℃が適してお
り、本実施例の場合は２８０℃とした。ｐ型ドーピング
は、窒素プラズマから生じた活性窒素を添加している
（例えばK.Ohkawa et al., Japanese Journal of Appli
ed Physics vol.30, page L152, 1991.または、特開昭
６３−３０３８９９号公報）。
【００１５】ｐ型ドーピングを行なっている時は窒素ガ
スをＭＢＥ装置に導入しているため、ＭＢＥ装置内の真
空度は１×１０-5Ｔｏｒｒから１×１０-8Ｔｏｒｒの範
囲に低下している。１０-6Ｔｏｒｒ以下の背圧を有する
高真空が望ましいが、１０-5Ｔｏｒｒ以下の背圧であれ
ば本発明のＭＢＥ成長が可能である。
スをＭＢＥ装置に導入しているため、ＭＢＥ装置内の真
空度は１×１０-5Ｔｏｒｒから１×１０-8Ｔｏｒｒの範
囲に低下している。１０-6Ｔｏｒｒ以下の背圧を有する
高真空が望ましいが、１０-5Ｔｏｒｒ以下の背圧であれ
ば本発明のＭＢＥ成長が可能である。
【００１６】蒸発源の原料にはＺｎＳ多結晶、金属Ｓ
ｒ、金属Ｓｅ、ＺｎＳＳｅ多結晶、ＳｒＳ多結晶、Ｓｒ
Ｓｅ多結晶、ＺｎＳｒＳＳｅ多結晶がルツボに充填され
ており抵抗加熱によってこれらの原料に相当する分子線
を生成している。
ｒ、金属Ｓｅ、ＺｎＳＳｅ多結晶、ＳｒＳ多結晶、Ｓｒ
Ｓｅ多結晶、ＺｎＳｒＳＳｅ多結晶がルツボに充填され
ており抵抗加熱によってこれらの原料に相当する分子線
を生成している。
【００１７】まず本実施例では、ＺｎＳ多結晶、ＳｒＳ
多結晶、金属Ｓｅを用いてＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を作製し
た。Ｚｎに関する原料に金属Ｚｎが存在せずにＺｎＳ多
結晶のみである。そのためＺｎＳ多結晶原料からＺｎ分
子線と同じ強度（１平方センチメートル当たり１秒間に
飛来する原子数で定義）のＳ分子線を得る。Ｓ分子線
は、室温Ｅｇ＝２．８〜２．９ｅＶのＺｎＳｒＳＳｅ混
晶作製時のＳ分子線強度よりも２倍から１０倍ほど強く
なる。その結果、本実施例の方法で得られるＺｎＳｒＳ
Ｓｅ薄膜の室温Ｅｇは２．９ｅＶから３．７ｅＶであ
る。２．９ｅＶ以下のＺｎＳｒＳＳｅ混晶は、前述の強
いＳ分子線のため得ることが困難である。
多結晶、金属Ｓｅを用いてＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を作製し
た。Ｚｎに関する原料に金属Ｚｎが存在せずにＺｎＳ多
結晶のみである。そのためＺｎＳ多結晶原料からＺｎ分
子線と同じ強度（１平方センチメートル当たり１秒間に
飛来する原子数で定義）のＳ分子線を得る。Ｓ分子線
は、室温Ｅｇ＝２．８〜２．９ｅＶのＺｎＳｒＳＳｅ混
晶作製時のＳ分子線強度よりも２倍から１０倍ほど強く
なる。その結果、本実施例の方法で得られるＺｎＳｒＳ
Ｓｅ薄膜の室温Ｅｇは２．９ｅＶから３．７ｅＶであ
る。２．９ｅＶ以下のＺｎＳｒＳＳｅ混晶は、前述の強
いＳ分子線のため得ることが困難である。
【００１８】さらに大きなＥｇは３．７ｅＶまでしか作
製していないが、原理的にはＳｒ分子線の強度を上げれ
ばさらに大きなＥｇのＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を得ることが
可能である。
製していないが、原理的にはＳｒ分子線の強度を上げれ
ばさらに大きなＥｇのＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を得ることが
可能である。
【００１９】さらにＳｒＳ多結晶を、金属ＳｒやＳｒＳ
ｅ多結晶に変えても同様な分子線強度で同様なＥｇを有
するＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を得ることができる。得られる
ＺｎＳｒＳＳｅ薄膜の結晶性は、基板に用いたＧａＡｓ
との格子不整の大きさに依存するが、格子不整の大きさ
が−０．３％から＋０．３％の間では厚み１μmのＺｎ
ＳｒＳＳｅ薄膜で二結晶Ｘ線測定で（４００）ロッキン
グカーブの半値全幅は８０ａｒｃ ｓｅｃ以下である。
ｅ多結晶に変えても同様な分子線強度で同様なＥｇを有
するＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を得ることができる。得られる
ＺｎＳｒＳＳｅ薄膜の結晶性は、基板に用いたＧａＡｓ
との格子不整の大きさに依存するが、格子不整の大きさ
が−０．３％から＋０．３％の間では厚み１μmのＺｎ
ＳｒＳＳｅ薄膜で二結晶Ｘ線測定で（４００）ロッキン
グカーブの半値全幅は８０ａｒｃ ｓｅｃ以下である。
【００２０】金属Ｓｒを用いる場合は、純度の高いＳｒ
を用いることができるため、ＺｎＳｒＳＳｅ薄膜も高品
質なものができる。ＳｒＳｅ多結晶を用いる場合は、Ｓ
ｒＳｅ多結晶は金属Ｓｒよりも蒸発温度が３００〜４０
０度程度高いために、ＳｒＳ多結晶を用いる場合と同
様、高温で分子線の制御をするために、組成やキャリア
濃度の制御が精度よくできる。それは高温で制御する方
が、装置の熱の逃げとのバランスで分子線を安定状態に
するのが早いためである。
を用いることができるため、ＺｎＳｒＳＳｅ薄膜も高品
質なものができる。ＳｒＳｅ多結晶を用いる場合は、Ｓ
ｒＳｅ多結晶は金属Ｓｒよりも蒸発温度が３００〜４０
０度程度高いために、ＳｒＳ多結晶を用いる場合と同
様、高温で分子線の制御をするために、組成やキャリア
濃度の制御が精度よくできる。それは高温で制御する方
が、装置の熱の逃げとのバランスで分子線を安定状態に
するのが早いためである。
【００２１】（実施例２）実施例１ではＳｒＳ多結晶、
ＺｎＳ、Ｓｅを用いた場合について説明したが、実施例
２では、４元混晶のＺｎＳｒＳＳｅを蒸発源に用いた場
合について説明する。この場合は基本的には蒸発源が１
つでできるので、組成の再現性やキャリヤ密度の再現性
が向上する。
ＺｎＳ、Ｓｅを用いた場合について説明したが、実施例
２では、４元混晶のＺｎＳｒＳＳｅを蒸発源に用いた場
合について説明する。この場合は基本的には蒸発源が１
つでできるので、組成の再現性やキャリヤ密度の再現性
が向上する。
【００２２】蒸発源の原料にＺｎYＳｒ1-YＳZＳｅ1-Z混
晶を用い、前記混晶原料からの分子線を、加熱したＧａ
Ａｓ基板上に照射した結果、ＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ
1-Z'薄膜を作製することができる。組成Ｙ’、Ｚ’の値
は基板温度に依存する。Ｙ’，Ｚ’共に２００℃程度の
低い温度ではより大きい値に、３００℃を越える高い温
度では共により小さい値になった。
晶を用い、前記混晶原料からの分子線を、加熱したＧａ
Ａｓ基板上に照射した結果、ＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ
1-Z'薄膜を作製することができる。組成Ｙ’、Ｚ’の値
は基板温度に依存する。Ｙ’，Ｚ’共に２００℃程度の
低い温度ではより大きい値に、３００℃を越える高い温
度では共により小さい値になった。
【００２３】組成範囲０．０５≦Ｙ'≦０．１５かつ
０．１０≦Ｚ'≦０．２５のＺｎY'Ｓｒ 1-Y'ＳZ'Ｓｅ
1-Z'薄膜を成長温度２５０℃から３００℃の範囲で得よ
うとする場合には、原料となるＺｎYＳｒ1-YＳZＳｅ1-Z
混晶の組成は、０．０２≦Ｙ≦０．０８かつ０．３０≦
Ｚ≦０．６０とする必要がある。原料と薄膜の組成が異
なるのは、ＺｎよりＳｒの方が付着係数が大きく、そし
てＳよりＳｅの方が付着係数が大きいためである。ま
た、ＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'薄膜の組成範囲を、
０．０５≦Ｙ'≦０．１５かつ０．１０≦Ｚ'≦０．２５
の範囲に設定したのは、ここで用いたＧａＡｓ基板との
格子不整との関係のためである。
０．１０≦Ｚ'≦０．２５のＺｎY'Ｓｒ 1-Y'ＳZ'Ｓｅ
1-Z'薄膜を成長温度２５０℃から３００℃の範囲で得よ
うとする場合には、原料となるＺｎYＳｒ1-YＳZＳｅ1-Z
混晶の組成は、０．０２≦Ｙ≦０．０８かつ０．３０≦
Ｚ≦０．６０とする必要がある。原料と薄膜の組成が異
なるのは、ＺｎよりＳｒの方が付着係数が大きく、そし
てＳよりＳｅの方が付着係数が大きいためである。ま
た、ＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'薄膜の組成範囲を、
０．０５≦Ｙ'≦０．１５かつ０．１０≦Ｚ'≦０．２５
の範囲に設定したのは、ここで用いたＧａＡｓ基板との
格子不整との関係のためである。
【００２４】特にＺｎYＳｒ1-YＳZＳｅ1-Z（Ｙ＝０．０
５かつＺ＝０．５）混晶を用い、この混晶原料からの分
子線を、２８０℃加熱したＧａＡｓ基板上に照射した結
果、ＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（Ｙ'＝０．１０かつ
Ｚ'＝０．２１）薄膜を作製することができる。得られ
たＺｎＳｒＳＳｅ薄膜の二結晶Ｘ線測定で（４００）ロ
ッキングカーブの半値全幅は約６０ａｒｃ ｓｅｃであ
る。そして室温Ｅｇは２．８５ｅＶである。この品質は
２インチサイズのＧａＡｓ基板全面において均一であ
る。原料１つで極めて容易にＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を得る
ことができる。
５かつＺ＝０．５）混晶を用い、この混晶原料からの分
子線を、２８０℃加熱したＧａＡｓ基板上に照射した結
果、ＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（Ｙ'＝０．１０かつ
Ｚ'＝０．２１）薄膜を作製することができる。得られ
たＺｎＳｒＳＳｅ薄膜の二結晶Ｘ線測定で（４００）ロ
ッキングカーブの半値全幅は約６０ａｒｃ ｓｅｃであ
る。そして室温Ｅｇは２．８５ｅＶである。この品質は
２インチサイズのＧａＡｓ基板全面において均一であ
る。原料１つで極めて容易にＺｎＳｒＳＳｅ薄膜を得る
ことができる。
【００２５】（実施例３）本実施例では、基板上にＺｎ
ＳX'Ｓｅ1-X'薄膜を作製する方法について説明する。加
熱蒸発源の原料としてＺｎＳXＳｅ1-X混晶を用いること
により、加熱した基板上にＺｎＳX'Ｓｅ1-X'薄膜を作製
することができる。
ＳX'Ｓｅ1-X'薄膜を作製する方法について説明する。加
熱蒸発源の原料としてＺｎＳXＳｅ1-X混晶を用いること
により、加熱した基板上にＺｎＳX'Ｓｅ1-X'薄膜を作製
することができる。
【００２６】ＺｎＳＳｅ薄膜の組成範囲が０．０３≦
Ｘ'≦０．１０であるものを得るために、原料となる混
晶の組成は０．０８≦Ｘ≦０．４０にする必要がある。
前記のＺｎＳＳｅ薄膜組成は成長温度２８０℃付近にお
いてＧａＡｓ基板との格子不整が−０．２％から＋０．
２％に入るものであり、高品質なＺｎＳＳｅ薄膜を得る
ことができる。ここで成長するＺｎＳＳｅ薄膜の組成範
囲を、０．０３≦Ｘ'≦０．１０としたのは、ＧａＡｓ
基板との格子定数との関係から、薄膜の格子不整が前述
の範囲に入るからである。
Ｘ'≦０．１０であるものを得るために、原料となる混
晶の組成は０．０８≦Ｘ≦０．４０にする必要がある。
前記のＺｎＳＳｅ薄膜組成は成長温度２８０℃付近にお
いてＧａＡｓ基板との格子不整が−０．２％から＋０．
２％に入るものであり、高品質なＺｎＳＳｅ薄膜を得る
ことができる。ここで成長するＺｎＳＳｅ薄膜の組成範
囲を、０．０３≦Ｘ'≦０．１０としたのは、ＧａＡｓ
基板との格子定数との関係から、薄膜の格子不整が前述
の範囲に入るからである。
【００２７】さらに原料混晶の組成を０．１５≦Ｘ≦
０．２４に設定すると、得られたＺｎＳＳｅ薄膜の組成
は０．０５≦Ｘ’≦０．０８の範囲になるため、格子不
整はさらに小さくなり、その薄膜の二結晶Ｘ線測定で
（４００）ロッキングカーブの半値全幅は５０ａｒｃ
ｓｅｃ以下となり、極めて高品質なＺｎＳＳｅ薄膜を得
ることができる。
０．２４に設定すると、得られたＺｎＳＳｅ薄膜の組成
は０．０５≦Ｘ’≦０．０８の範囲になるため、格子不
整はさらに小さくなり、その薄膜の二結晶Ｘ線測定で
（４００）ロッキングカーブの半値全幅は５０ａｒｃ
ｓｅｃ以下となり、極めて高品質なＺｎＳＳｅ薄膜を得
ることができる。
【００２８】特に蒸発源の原料としてＺｎＳXＳｅ
1-X（Ｘ＝０．２０）混晶を用い、２８０℃に加熱した
ＧａＡｓ基板にほぼ格子整合するＺｎＳX'Ｓｅ
1-X'（Ｘ'＝０．０６）薄膜を作製することができる。
1-X（Ｘ＝０．２０）混晶を用い、２８０℃に加熱した
ＧａＡｓ基板にほぼ格子整合するＺｎＳX'Ｓｅ
1-X'（Ｘ'＝０．０６）薄膜を作製することができる。
【００２９】本発明では結晶原料として多結晶を用いた
が、多結晶を焼結したもの、結晶微粒子、単結晶におい
ても本発明の方法は有効である。
が、多結晶を焼結したもの、結晶微粒子、単結晶におい
ても本発明の方法は有効である。
【００３０】（実施例４）実施例１または２で説明した
ＺｎＳｒＳＳｅをクラッド層に用いた半導体レーザの素
子構造断面図を図２（ａ）に示している。
ＺｎＳｒＳＳｅをクラッド層に用いた半導体レーザの素
子構造断面図を図２（ａ）に示している。
【００３１】ｎ−ＧａＡｓ基板２１上に、ｎ−ＺｎＳｅ
バッファ層２２、ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層２３、
ｎ−ＺｎＳＳｅ光ガイド層２４、ＺｎＣｄＳｅ活性層２
５、ｐ−ＺｎＳＳｅ光ガイド層２６、ｐ−ＺｎＳｒＳＳ
ｅクラッド層２７、ｐ−ＺｎＳＳｅキャップ層２８、が
積層されている。さらにｐ−ＺｎＳＳｅキャップ層２８
上には、ＺｎＳｅとＺｎＴｅとの超格子層３１、および
ＺｎＴｅ層があり、これらはいずれもストライプ状にな
っており、そのストライプの両側はポリイミド２９で埋
め込まれた構造になっている。
バッファ層２２、ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層２３、
ｎ−ＺｎＳＳｅ光ガイド層２４、ＺｎＣｄＳｅ活性層２
５、ｐ−ＺｎＳＳｅ光ガイド層２６、ｐ−ＺｎＳｒＳＳ
ｅクラッド層２７、ｐ−ＺｎＳＳｅキャップ層２８、が
積層されている。さらにｐ−ＺｎＳＳｅキャップ層２８
上には、ＺｎＳｅとＺｎＴｅとの超格子層３１、および
ＺｎＴｅ層があり、これらはいずれもストライプ状にな
っており、そのストライプの両側はポリイミド２９で埋
め込まれた構造になっている。
【００３２】このような構造にすることで、電極から注
入されたキャリアは活性層に有効に閉じ込められ、波長
が５２０ｎｍでレーザ発振させることができる。
入されたキャリアは活性層に有効に閉じ込められ、波長
が５２０ｎｍでレーザ発振させることができる。
【００３３】また、ＺｎＳｒＳＳｅをクラッド層と光ガ
イド層に用いた半導体レーザも構成できる。この構造断
面図を図２（ｂ）に示す。
イド層に用いた半導体レーザも構成できる。この構造断
面図を図２（ｂ）に示す。
【００３４】ｎ−ＧａＡｓ基板２１上に、ｎ−ＺｎＳｅ
バッファ層２２、ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層２３
ａ、ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅ光ガイド層２４ａ、ＺｎＣｄＳ
ｅ活性層２５ａ、ｐ−ＺｎＳｒＳＳｅ光ガイド層２６
ａ、ｐ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層２７ａ、ｐ−ＺｎＳ
Ｓｅキャップ層２８、が積層されている。さらにｐ−Ｚ
ｎＳＳｅキャップ層２８上には、ＺｎＳｅとＺｎＴｅと
の超格子層３１、およびＺｎＴｅ層があり、これらはい
ずれもストライプ状になっており、そのストライプの両
側はポリイミド２９で埋め込まれた構造になっている。
バッファ層２２、ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層２３
ａ、ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅ光ガイド層２４ａ、ＺｎＣｄＳ
ｅ活性層２５ａ、ｐ−ＺｎＳｒＳＳｅ光ガイド層２６
ａ、ｐ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層２７ａ、ｐ−ＺｎＳ
Ｓｅキャップ層２８、が積層されている。さらにｐ−Ｚ
ｎＳＳｅキャップ層２８上には、ＺｎＳｅとＺｎＴｅと
の超格子層３１、およびＺｎＴｅ層があり、これらはい
ずれもストライプ状になっており、そのストライプの両
側はポリイミド２９で埋め込まれた構造になっている。
【００３５】このレーザのエネルギーバンドギャップ図
を図２（ｃ）に示す。このようにクラッド層と光ガイド
層とはともにＺｎＳｒＳＳｅであるが、その組成の差に
よりクラッド層と光ガイド層との間にバンドギャップ差
をもたせ、いわゆるＳＣＨ構造としている。活性層にＺ
ｎＳＳｅを用いているので、図２（ａ）に比べて活性層
にＳが含まれている分、バンドギャップが大きくなり、
短波長でレーザ発振できる。この活性層の組成はＺｎＳ
0.06Ｓｅ0.94としており、ＧａＡｓ基板２１と格子整合
している。またクラッド層２３ａ,２７ａ、光ガイド層
２４ａ,２６ａもＧａＡｓ基板２１と格子整合してい
る。
を図２（ｃ）に示す。このようにクラッド層と光ガイド
層とはともにＺｎＳｒＳＳｅであるが、その組成の差に
よりクラッド層と光ガイド層との間にバンドギャップ差
をもたせ、いわゆるＳＣＨ構造としている。活性層にＺ
ｎＳＳｅを用いているので、図２（ａ）に比べて活性層
にＳが含まれている分、バンドギャップが大きくなり、
短波長でレーザ発振できる。この活性層の組成はＺｎＳ
0.06Ｓｅ0.94としており、ＧａＡｓ基板２１と格子整合
している。またクラッド層２３ａ,２７ａ、光ガイド層
２４ａ,２６ａもＧａＡｓ基板２１と格子整合してい
る。
【００３６】ＺｎＳＳｅ活性層の成長は、実施例３に示
した方法による。すなわち、蒸発源の原料としてＺｎＳ
0.20Ｓｅ0.80混晶を用い、２８０℃に加熱したＧａＡｓ
基板にほぼ格子整合するＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94活性層を成
長する。
した方法による。すなわち、蒸発源の原料としてＺｎＳ
0.20Ｓｅ0.80混晶を用い、２８０℃に加熱したＧａＡｓ
基板にほぼ格子整合するＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94活性層を成
長する。
【００３７】本実施例では、ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94の活性
層を用いているが、ＺｎＳＳｅ活性層の組成範囲は、
０．０３≦Ｘ'≦０．１０であってもよい。そのための
蒸発原料となる混晶の組成は、０．０８≦Ｘ≦０．４０
である。
層を用いているが、ＺｎＳＳｅ活性層の組成範囲は、
０．０３≦Ｘ'≦０．１０であってもよい。そのための
蒸発原料となる混晶の組成は、０．０８≦Ｘ≦０．４０
である。
【００３８】Ｘ'が、０．０６からずれていても、基板
と格子が整合していなくても、活性層は薄膜であるため
に転位等の結晶欠陥は入らない。０．０３≦Ｘ'≦０．
１０の範囲であれば、結晶の品質には問題ない。Ｘ'が
大きいほど波長は短くなる。
と格子が整合していなくても、活性層は薄膜であるため
に転位等の結晶欠陥は入らない。０．０３≦Ｘ'≦０．
１０の範囲であれば、結晶の品質には問題ない。Ｘ'が
大きいほど波長は短くなる。
【００３９】このような構造にすることで、電極から注
入されたキャリアは活性層に有効に閉じ込められ、波長
が４８０ｎｍでレーザ発振させることができる。
入されたキャリアは活性層に有効に閉じ込められ、波長
が４８０ｎｍでレーザ発振させることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上のように、本発明は化合物半導体の
ＭＢＥ成長において、ＺｎＳｒＳＳｅII-VI族半導体混
晶薄膜を簡便に作製し、しかも組成やキャリア濃度の制
御が精度よくでき、高品質の薄膜を成長できる。したが
って半導体発光素子の作製において極めて有用な手段と
なる。
ＭＢＥ成長において、ＺｎＳｒＳＳｅII-VI族半導体混
晶薄膜を簡便に作製し、しかも組成やキャリア濃度の制
御が精度よくでき、高品質の薄膜を成長できる。したが
って半導体発光素子の作製において極めて有用な手段と
なる。
【００４１】また本発明の半導体発光素子により、バン
ドギャップの大きな結晶を活性層とでき、かつ電極から
注入されたキャリアを活性層に有効に閉じ込めることが
できるため、短波長の発光を実現できる。
ドギャップの大きな結晶を活性層とでき、かつ電極から
注入されたキャリアを活性層に有効に閉じ込めることが
できるため、短波長の発光を実現できる。
【図１】本発明の実施例に用いたＭＢＥ装置の構造断面
図
図
【図２】本発明の実施例による半導体レーザの構造断面
図
図
１ プラズマ源 ２ ＺｎＳ多結晶が充填された加熱蒸発源 ３ 金属Ｓｒが充填された加熱蒸発源 ４ 金属Ｓｅが充填された加熱蒸発源 ５ ＺｎＳＳｅ多結晶が充填された加熱蒸発源 ６ ＳｒＳ多結晶が充填された加熱蒸発源 ７ ＳｒＳｅ多結晶が充填された加熱蒸発源 ８ ＺｎＳｒＳＳｅ多結晶が充填された加熱蒸発源 １０ 基板 ２１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ−ＺｎＳｅバッファ層 ２３ ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層 ２４ ｎ−ＺｎＳＳｅ光ガイド層 ２５ ＺｎＣｄＳｅ活性層 ２６ ｐ−ＺｎＳＳｅ光ガイド層 ２７ ｐ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層 ２８ ｐ−ＺｎＳＳｅキャップ層 ３１ ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ超格子層 ２９ ポリイミド ３０ ＺｎＴｅ層 ２３ａ ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層 ２４ａ ｎ−ＺｎＳｒＳＳｅ光ガイド層 ２５ａ ＺｎＣｄＳｅ活性層 ２６ａ ｐ−ＺｎＳｒＳＳｅ光ガイド層 ２７ａ ｐ−ＺｎＳｒＳＳｅクラッド層
Claims (11)
- 【請求項１】排気装置と、基板の加熱機構と、加熱蒸発
源とを有する真空蒸着装置において、 前記加熱蒸発源の原料として、ＺｎＳ結晶と金属Ｓｅと
金属Ｓｒとを用い、 前記基板上にＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（０＜Ｙ'＜
１かつ０＜Ｚ'＜１）薄膜を作製することを特徴とする
化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】加熱蒸発源の原料として、ＺｎＳ結晶と金
属ＳｅとＳｒＳ結晶とを用いることを特徴とする請求項
１に記載の化合物半導体の製造方法。 - 【請求項３】加熱蒸発源の原料として、ＺｎＳ結晶と金
属ＳｅとＳｒＳｅ結晶とを用いることを特徴とする請求
項１に記載の化合物半導体の製造方法。 - 【請求項４】排気装置と、基板の加熱機構と、加熱蒸発
源とを有する真空蒸着装置において、 前記加熱蒸発源の原料として、ＺｎYＳｒ1-YＳZＳｅ1-Z
（０．０２≦Ｙ≦０．０８かつ０．３０≦Ｚ≦０．６
０）混晶を用い、 前記基板上にＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'（０．０５≦
Ｙ'≦０．１５かつ０．１０≦Ｚ'≦０．２５）薄膜を作
製することを特徴とする化合物半導体の製造方法。 - 【請求項５】排気装置と、基板の加熱機構と、加熱蒸発
源とを有する真空蒸着装置において、 前記加熱蒸発源の原料としてＺｎＳXＳｅ1-X（０．０８
≦Ｘ≦０．４０）混晶を用い、 前記基板上にＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０．０３≦Ｘ'≦０．
１０）薄膜を作製することを特徴とする化合物半導体の
製造方法。 - 【請求項６】加熱蒸発源の原料としてＺｎＳXＳｅ
1-X（０．１５≦Ｘ≦０．２４）混晶を用い、 前記基板上にＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０．０５≦Ｘ'≦０．
０８）薄膜を作製することを特徴とする請求項５に記載
の化合物半導体の製造方法。 - 【請求項７】真空蒸着装置の背圧が１０-5Ｔｏｒｒ以下
である請求項１〜６のいずれかに記載の化合物半導体の
製造方法。 - 【請求項８】基板温度を２００℃から４００℃の範囲に
設定した請求項１〜７のいずれかに記載の化合物半導体
の製造方法。 - 【請求項９】活性層と、 前記活性層の両側に前記活性層よりもバンドギャップの
大きなクラッド層とを有し、 前記クラッド層の組成が、ＺｎY'Ｓｒ1-Y'ＳZ'Ｓｅ1-Z'
（０＜Ｙ'＜１かつ０＜Ｚ'＜１）であることを特徴とす
る半導体発光素子。 - 【請求項１０】活性層がＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０．０３≦
Ｘ'≦０．１０）であることを特徴とする請求項９に記
載の半導体発光素子。 - 【請求項１１】活性層がＺｎＳX'Ｓｅ1-X'（０．０５≦
Ｘ'≦０．０８）であることを特徴とする請求項９に記
載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3683795A JPH08236551A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 化合物半導体の製造方法および半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3683795A JPH08236551A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 化合物半導体の製造方法および半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236551A true JPH08236551A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12480871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3683795A Pending JPH08236551A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 化合物半導体の製造方法および半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08236551A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009021543A (ja) * | 2007-06-11 | 2009-01-29 | Canon Inc | 化合物半導体膜、発光膜およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP3683795A patent/JPH08236551A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009021543A (ja) * | 2007-06-11 | 2009-01-29 | Canon Inc | 化合物半導体膜、発光膜およびその製造方法 |
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