JPH084170B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JPH084170B2 JPH084170B2 JP24238586A JP24238586A JPH084170B2 JP H084170 B2 JPH084170 B2 JP H084170B2 JP 24238586 A JP24238586 A JP 24238586A JP 24238586 A JP24238586 A JP 24238586A JP H084170 B2 JPH084170 B2 JP H084170B2
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- light emitting
- zns
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ZnS、ZnTeからなる可視光半導体レーザ、
発光ダイオード等半導体発光素子のダブルヘテロ接合構
造の構成、及び作製方法に関する。
発光ダイオード等半導体発光素子のダブルヘテロ接合構
造の構成、及び作製方法に関する。
現在、半導体レーザ素子材料としてはGaAlAs系、InGa
AsP系等の材料が広く用いられている。然るに斯かる材
料で得られる半導体レーザの波長は高々620nm迄しか得
られず、これ以下の波長は得られていない。
AsP系等の材料が広く用いられている。然るに斯かる材
料で得られる半導体レーザの波長は高々620nm迄しか得
られず、これ以下の波長は得られていない。
半導体レーザはビデオディスク（VD）、デジタルオー
ディオディスク（DAD）等の光源として実用化されてい
る。このような装置に半導体レーザを適用する際には、
その発振波長が短いほど好ましい。これは波長が短かけ
ればビームの集束性が向上し、上記装置の光学系の制御
が容易になるためである。また、現在各方面で熱心に研
究が行なわれている光メモリーデバイスの場合、光源の
波長が短い程、C/N比の向上や記録密度の増大が望める
為、光源の短波長化は不可決である。
ディオディスク（DAD）等の光源として実用化されてい
る。このような装置に半導体レーザを適用する際には、
その発振波長が短いほど好ましい。これは波長が短かけ
ればビームの集束性が向上し、上記装置の光学系の制御
が容易になるためである。また、現在各方面で熱心に研
究が行なわれている光メモリーデバイスの場合、光源の
波長が短い程、C/N比の向上や記録密度の増大が望める
為、光源の短波長化は不可決である。
硫化亜鉛（ZnS）、テルル化亜鉛（ZnTe）をはじめと
するII−VI族化合物半導体は、GaAlAs、InGaAsPに較べ
てエネルギーバンドギャップが広くかつ直接遷移型であ
るので従来より更に短波長の発振が可能な材料として注
目されている。しかし乍ら、II−VI族化合物半導体は、
GaAlAs等のIII−Ｖ族化合物半導体と異なり自己補償効
果が大きいため単一材料を用いてのPn接合の形成が困難
である。例えばZnS、ZnSeではｎ型の導電型しか、ZnTe
ではＰ型の導電型しか得られていない。そこで、ZnS−Z
nTeという組み合せによる注入型の発光素子が考えら
れ、それらの組み合せを用いたダブルヘテロ接合型の半
導体レーザも考えられている（公知資料特開昭48−1044
84） 第７図は斯る知見に基づいて構成されたZnSTe系材料
からなるダブルヘテロ型半導体レーザを示し、98はZnSx
Te1−ｘ（０≦ｘ≦１）よりなる第１層、99は該第１層
上に設置されたＰ型のZnSyTe1−ｙ（０≦ｙ≦１）から
なる第２層、100は該第１層の第２層を形成した面と反
対側に設置されたｎ型のZnSzTe1−ｚ（０≦ｚ≦１）か
らなる第３層である。
するII−VI族化合物半導体は、GaAlAs、InGaAsPに較べ
てエネルギーバンドギャップが広くかつ直接遷移型であ
るので従来より更に短波長の発振が可能な材料として注
目されている。しかし乍ら、II−VI族化合物半導体は、
GaAlAs等のIII−Ｖ族化合物半導体と異なり自己補償効
果が大きいため単一材料を用いてのPn接合の形成が困難
である。例えばZnS、ZnSeではｎ型の導電型しか、ZnTe
ではＰ型の導電型しか得られていない。そこで、ZnS−Z
nTeという組み合せによる注入型の発光素子が考えら
れ、それらの組み合せを用いたダブルヘテロ接合型の半
導体レーザも考えられている（公知資料特開昭48−1044
84） 第７図は斯る知見に基づいて構成されたZnSTe系材料
からなるダブルヘテロ型半導体レーザを示し、98はZnSx
Te1−ｘ（０≦ｘ≦１）よりなる第１層、99は該第１層
上に設置されたＰ型のZnSyTe1−ｙ（０≦ｙ≦１）から
なる第２層、100は該第１層の第２層を形成した面と反
対側に設置されたｎ型のZnSzTe1−ｚ（０≦ｚ≦１）か
らなる第３層である。
斯るレーザでは、第２層99及び第３層100のバンドギ
ャップを第１層98に較べて大きくすることにより、理論
的には周知のダブルヘテロ型のGaAlAs系半導体レーザと
同様に第２層99−第３層100間に順バイアスを印加する
ことにより第１層98内に電子及び正孔が良好に閉じ込め
られると共に、斯る電子及び正孔の再結合により得られ
た光も斯る第１層98内に閉じ込められるのでレーザ光と
して取り出すことが可能である。
ャップを第１層98に較べて大きくすることにより、理論
的には周知のダブルヘテロ型のGaAlAs系半導体レーザと
同様に第２層99−第３層100間に順バイアスを印加する
ことにより第１層98内に電子及び正孔が良好に閉じ込め
られると共に、斯る電子及び正孔の再結合により得られ
た光も斯る第１層98内に閉じ込められるのでレーザ光と
して取り出すことが可能である。
ところが、実際にはレーザ発振には到っていない。こ
の原因は上記第１層98と第２層99及び第３層100の界面
付近に於いて多数の界面準位が形成され、斯る界面準位
が非発光センターとして働くので注入された電子及び正
孔が斯る非発光センタに捕獲され発光に寄与しないため
であると考えられる。
の原因は上記第１層98と第２層99及び第３層100の界面
付近に於いて多数の界面準位が形成され、斯る界面準位
が非発光センターとして働くので注入された電子及び正
孔が斯る非発光センタに捕獲され発光に寄与しないため
であると考えられる。
前述の従来技術では、各層の境界で発生した多数の界
面準位が非発光センタとして働くという問題点を有す
る。そこで本発明はこのような問題点を解決するもの
で、その目的とするところは、短波長のレーザ光が発振
可能なZnSTe系の半導体レーザの構造及びその製造法を
提供するところにある。
面準位が非発光センタとして働くという問題点を有す
る。そこで本発明はこのような問題点を解決するもの
で、その目的とするところは、短波長のレーザ光が発振
可能なZnSTe系の半導体レーザの構造及びその製造法を
提供するところにある。
本発明の半導体発光素子は、ZnSTe系よりなる超格子
構造の積層膜を、Ｐ型、及びｎ型の超格子構造、若しく
は混晶のZnSTe系の積層膜で挟持することを特徴とす
る。また、それら積層膜の形成法として、極薄膜の形成
制御が可能なMOVPE法を用いる事を特徴とする。
構造の積層膜を、Ｐ型、及びｎ型の超格子構造、若しく
は混晶のZnSTe系の積層膜で挟持することを特徴とす
る。また、それら積層膜の形成法として、極薄膜の形成
制御が可能なMOVPE法を用いる事を特徴とする。
ZnS、ZnTeはそれぞれ、5.4093Å、6.1024Åの格子定
数を持ち、その格子不整合は11.4％である。ZnS、ZnTe
を数Å〜数＋Åの周期で交互に複数層積層すると格子不
整合の為、歪超格子を形成する。歪超格子は積層界面に
歪エネルギーが、集中する為、界面準位の形成が抑制さ
れ、良好なエピタキシャル薄膜の形成が可能である。
数を持ち、その格子不整合は11.4％である。ZnS、ZnTe
を数Å〜数＋Åの周期で交互に複数層積層すると格子不
整合の為、歪超格子を形成する。歪超格子は積層界面に
歪エネルギーが、集中する為、界面準位の形成が抑制さ
れ、良好なエピタキシャル薄膜の形成が可能である。
第１図は本発明の実施例における、ダブルヘテロ接合
構造を有する半導体発光素子の断面構成図である。
構造を有する半導体発光素子の断面構成図である。
ｎ型GaAs基板１の（001）面上に、ｎ型のドーパント
を含むZnS2を20Å、ドーパントを含まないZnTe3を８Å
交互に積層し、ｎ型超格子第３層４を形成する。ZnS
層、ZnTe層を360周期繰り返すことにより、ｎ型超格子
第３層４は１μｍの厚さとなる。
を含むZnS2を20Å、ドーパントを含まないZnTe3を８Å
交互に積層し、ｎ型超格子第３層４を形成する。ZnS
層、ZnTe層を360周期繰り返すことにより、ｎ型超格子
第３層４は１μｍの厚さとなる。
更に、ｎ型のドーパントを含むZnS5を５Å、ドーパン
トを含まないZnTe6を15Å交互に積層し、ｎ型超格子第
１層７を形成する。ZnS層、ZnTe層を50周期繰り返すこ
とにより、ｎ型超格子第１層７は0.1μｍの厚さとな
る。
トを含まないZnTe6を15Å交互に積層し、ｎ型超格子第
１層７を形成する。ZnS層、ZnTe層を50周期繰り返すこ
とにより、ｎ型超格子第１層７は0.1μｍの厚さとな
る。
更に、Ｐ型のドーパントを含むZnTe8を10Å、ドーパ
ントを含まないZnS9を５Å交互に積層し、Ｐ型超格子第
２層10を形成する。ZnTe層、ZnS層を670周期繰り返すこ
とにより、Ｐ型超格子第２層10は１μｍの厚さとなる。
ントを含まないZnS9を５Å交互に積層し、Ｐ型超格子第
２層10を形成する。ZnTe層、ZnS層を670周期繰り返すこ
とにより、Ｐ型超格子第２層10は１μｍの厚さとなる。
そして、Ｐ型超格子第２層10上にAuによるＰ型オーム
性電極11、及びGaAs基板１の裏側にInによるｎ型オーム
性電極12を蒸着により形成し、熱アニールを行うことに
より、第１図に示す、ダブルヘテロ接合構造を有する半
導体発光素子を得る。この半導体発光素子から、556nm
を中心とする純緑色の鋭い発光ピークが得られた。
性電極11、及びGaAs基板１の裏側にInによるｎ型オーム
性電極12を蒸着により形成し、熱アニールを行うことに
より、第１図に示す、ダブルヘテロ接合構造を有する半
導体発光素子を得る。この半導体発光素子から、556nm
を中心とする純緑色の鋭い発光ピークが得られた。
これらの超格子構造を形成する際には、MOVPE法を用
いた。
いた。
第２図には、本発明で用いるMOVPE装置の構成概略図
を示す。
を示す。
透明石英製の横型反応炉13の内部にグラファイト製サ
セプター14がセットされ、基板15が置かれている。グラ
ファイト製サセプター14及び基板15は高周波誘導加熱コ
イル16によって加熱される。基板温度は先端をサセプタ
ー内部に埋め込んだ熱電対17によってモニターされる。
反応炉13はバルブ18を介して高真空排気系19に接続され
ている。また反応炉13を出た反応ガスはバルブ20を介し
てロータリーポンプ21に接続されており、廃ガス処理装
置22に至る。バルブ20は反応炉13の内部圧力を一定に保
つ機能を有する。
セプター14がセットされ、基板15が置かれている。グラ
ファイト製サセプター14及び基板15は高周波誘導加熱コ
イル16によって加熱される。基板温度は先端をサセプタ
ー内部に埋め込んだ熱電対17によってモニターされる。
反応炉13はバルブ18を介して高真空排気系19に接続され
ている。また反応炉13を出た反応ガスはバルブ20を介し
てロータリーポンプ21に接続されており、廃ガス処理装
置22に至る。バルブ20は反応炉13の内部圧力を一定に保
つ機能を有する。
バルブ23〜32は三方バルブで、導入されて来たガスを
メインライン33、34又は廃棄ライン35、36のいずれか一
方へ供給する。メインライン33、34は合流後、反応炉13
へ導入される。廃棄ライン35、36はそれぞれバルブ37、
38を介してロータリーポンプ39に至り、廃ガス処理装置
22へ導入される。バルブ38、37はそれぞれ廃棄ライン3
5、36の内部圧力を調節する機能を有し、廃棄ライン35
及び36の内部圧力がそれぞれメインライン33及び34と等
しくなる様調整する。40はマスフローコントローラで、
ガス流量を精密に制御する。ボンベ41にはキャリアガス
である水素ガスが充填されており、精製器42により高純
度化された後、供給される。バブラー43には付加体が充
填されており、恒温槽44により所定の温度に保たれてい
る。付加体は、Znのアルキル化合物と、Ｓ、Seのアルキ
ル化合物が、結合した化合物で、−20℃から室温付近に
おける温度帯では液体であるため、キャリアガスのバブ
リングにより蒸気として供給できる。供給量はバブリン
グガスの流量とバブラーの温度により制御できる。
メインライン33、34又は廃棄ライン35、36のいずれか一
方へ供給する。メインライン33、34は合流後、反応炉13
へ導入される。廃棄ライン35、36はそれぞれバルブ37、
38を介してロータリーポンプ39に至り、廃ガス処理装置
22へ導入される。バルブ38、37はそれぞれ廃棄ライン3
5、36の内部圧力を調節する機能を有し、廃棄ライン35
及び36の内部圧力がそれぞれメインライン33及び34と等
しくなる様調整する。40はマスフローコントローラで、
ガス流量を精密に制御する。ボンベ41にはキャリアガス
である水素ガスが充填されており、精製器42により高純
度化された後、供給される。バブラー43には付加体が充
填されており、恒温槽44により所定の温度に保たれてい
る。付加体は、Znのアルキル化合物と、Ｓ、Seのアルキ
ル化合物が、結合した化合物で、−20℃から室温付近に
おける温度帯では液体であるため、キャリアガスのバブ
リングにより蒸気として供給できる。供給量はバブリン
グガスの流量とバブラーの温度により制御できる。
バブラー45にはジメチルテルルが充填されており、恒
温槽46により所定の温度に保たれている。バブラー47に
はドナー用のドーパントとして、トリエチルアルミニウ
ムが充填されており、恒温槽48により所定の温度に保た
れている。バルブ49〜51は圧力調整機能を有し、バブラ
ー内部の付加体、ジメチルテルル及びドーパントの液面
を含むバルブ49〜51より上流側を大気圧に保持する。ボ
ンベ52、53にはそれぞれ水素ガスで希釈された硫化水
素、アクセプタ用のドーパントとしてアンモニアガス
が、充填されており、供給量はマスフローコントローラ
ー40により制御される。
温槽46により所定の温度に保たれている。バブラー47に
はドナー用のドーパントとして、トリエチルアルミニウ
ムが充填されており、恒温槽48により所定の温度に保た
れている。バルブ49〜51は圧力調整機能を有し、バブラ
ー内部の付加体、ジメチルテルル及びドーパントの液面
を含むバルブ49〜51より上流側を大気圧に保持する。ボ
ンベ52、53にはそれぞれ水素ガスで希釈された硫化水
素、アクセプタ用のドーパントとしてアンモニアガス
が、充填されており、供給量はマスフローコントローラ
ー40により制御される。
以下に半導体超格子構造の製造手順をのべる。
バルブ24、26、28にはそれぞれ付加体、ジメチルテル
ル、トリエチルアルミニウムの蒸気を含むキャリアガス
が供給され、バルブ23、25、27には同流量のキャリアガ
スが供給されている。またバルブ29、31にはそれぞれ硫
化水素、アンモニアが供給されており、バルブ30、32に
はそれぞれバルブ29、31と同流量のキャリアガスが供給
されている。メインライン33、34と廃棄ライン35、36に
はそれぞれ同流量の原料希釈用キャリアガスが流れてい
る。メインライン33、34の内部圧力は、ガス流量とバル
ブ20によって決まる反応炉13の内部圧力に対応した値を
示し、廃棄ライン36、35の内部圧力はバルブ37、38によ
り、それぞれ34、33の内部圧力と等しく設定されてい
る。バルブ23と24、25と26、27と28、29と30、31と32は
それぞれ対をなして動作される。即ち、一方がメインラ
インに接続している時、他方は廃棄ラインに接続されて
いる。ガスの切り換え時には両者を同時に切り換える。
この操作により、反応炉13、メインライン33、34及び廃
棄ライン35、36の内部圧力を一定に保ったまま、原料ガ
スをメインラインと廃棄ラインの間で切り換えることが
できる。ガス切り換えに伴なう反応炉13の内部圧力の変
動は、成長速度のゆらぎを誘発し、超格子構造を構成す
る薄膜の膜厚ムラや面内での組成分布をもたらすため、
極力押えることが望ましい。
ル、トリエチルアルミニウムの蒸気を含むキャリアガス
が供給され、バルブ23、25、27には同流量のキャリアガ
スが供給されている。またバルブ29、31にはそれぞれ硫
化水素、アンモニアが供給されており、バルブ30、32に
はそれぞれバルブ29、31と同流量のキャリアガスが供給
されている。メインライン33、34と廃棄ライン35、36に
はそれぞれ同流量の原料希釈用キャリアガスが流れてい
る。メインライン33、34の内部圧力は、ガス流量とバル
ブ20によって決まる反応炉13の内部圧力に対応した値を
示し、廃棄ライン36、35の内部圧力はバルブ37、38によ
り、それぞれ34、33の内部圧力と等しく設定されてい
る。バルブ23と24、25と26、27と28、29と30、31と32は
それぞれ対をなして動作される。即ち、一方がメインラ
インに接続している時、他方は廃棄ラインに接続されて
いる。ガスの切り換え時には両者を同時に切り換える。
この操作により、反応炉13、メインライン33、34及び廃
棄ライン35、36の内部圧力を一定に保ったまま、原料ガ
スをメインラインと廃棄ラインの間で切り換えることが
できる。ガス切り換えに伴なう反応炉13の内部圧力の変
動は、成長速度のゆらぎを誘発し、超格子構造を構成す
る薄膜の膜厚ムラや面内での組成分布をもたらすため、
極力押えることが望ましい。
硫化水素とジメチルテルルの切り換えによりｎ型超格
子構造を作製する際には、次の様に行なう。ジメチルテ
ルルを供給する場合には、バルブ26、27、30をメインラ
イン33、34へ接続し、バルブ25、28、29は廃棄ライン3
5、36へ接続する。この時、ジメチルテルルはメインラ
イン33を経て反応炉13へ供給され、硫化水素、トリエチ
ルアルミニウムを含むキャリアガスは廃棄される。続い
てバルブ25、26を同時に切り換える。この時キャリアガ
スのみが反応炉13に供給され、成長は中断し、インター
バルの状態となる。しかる後にバルブ27、28、29、30を
同時に切り換えることにより、硫化水素、トリエチルア
ルミニウムを含むキャリアガスが反応炉13に供給され
る。以下同様にして、適当な長さのインターバルを介し
てバルブの切り換えを続行することにより、ジメチルテ
ルルと硫化水素、トリエチルアルミニウムを含むキャリ
アガスを交互に反応炉13へ供給できる。なお、この成長
の間、バルブ24、32はメインライン側に、バルブ23、31
は廃棄ライン側に接続することにより、付加体は連続供
給を、またアンモニアガスは連続して廃棄を行なう。
子構造を作製する際には、次の様に行なう。ジメチルテ
ルルを供給する場合には、バルブ26、27、30をメインラ
イン33、34へ接続し、バルブ25、28、29は廃棄ライン3
5、36へ接続する。この時、ジメチルテルルはメインラ
イン33を経て反応炉13へ供給され、硫化水素、トリエチ
ルアルミニウムを含むキャリアガスは廃棄される。続い
てバルブ25、26を同時に切り換える。この時キャリアガ
スのみが反応炉13に供給され、成長は中断し、インター
バルの状態となる。しかる後にバルブ27、28、29、30を
同時に切り換えることにより、硫化水素、トリエチルア
ルミニウムを含むキャリアガスが反応炉13に供給され
る。以下同様にして、適当な長さのインターバルを介し
てバルブの切り換えを続行することにより、ジメチルテ
ルルと硫化水素、トリエチルアルミニウムを含むキャリ
アガスを交互に反応炉13へ供給できる。なお、この成長
の間、バルブ24、32はメインライン側に、バルブ23、31
は廃棄ライン側に接続することにより、付加体は連続供
給を、またアンモニアガスは連続して廃棄を行なう。
第３図には本発明に係る原料ガスの反応炉13への供給
シーケンスの一実施例を示す。付加体は連続供給し、ジ
メチルテルルと、硫化水素、トリエチルアルミニウムを
含むキャリアガスを交互に供給することで、ｎ型ZnS−Z
nTe超格子構造の形成を行なう。第３図において横軸は
時間の推移を示している。54、55、56、57はそれぞれ付
加体、硫化水素、ジルチルテルル、トリエチルアルミニ
ウムの供給タイミングを示している。58、59、60、61は
反応炉に原料が供給されている状態を示し、62、63、6
4、65は原料が供給されていない状態を示している。原
料供給の組み合わせから明らかな様に、時間ゼロから成
長を開始し、66がZnS:Al、67がZnTeを成長している時間
帯を示し、68は成長を中断するインターバルを示してい
る。ZnS:Al、ZnTeの厚さは、それぞれ66、67の時間設定
により任意に変えられる。第２図の三方バルブ23〜32の
駆動をシーケンサにより行なえば、上述の成長シーケン
スは容易に実施できる。
シーケンスの一実施例を示す。付加体は連続供給し、ジ
メチルテルルと、硫化水素、トリエチルアルミニウムを
含むキャリアガスを交互に供給することで、ｎ型ZnS−Z
nTe超格子構造の形成を行なう。第３図において横軸は
時間の推移を示している。54、55、56、57はそれぞれ付
加体、硫化水素、ジルチルテルル、トリエチルアルミニ
ウムの供給タイミングを示している。58、59、60、61は
反応炉に原料が供給されている状態を示し、62、63、6
4、65は原料が供給されていない状態を示している。原
料供給の組み合わせから明らかな様に、時間ゼロから成
長を開始し、66がZnS:Al、67がZnTeを成長している時間
帯を示し、68は成長を中断するインターバルを示してい
る。ZnS:Al、ZnTeの厚さは、それぞれ66、67の時間設定
により任意に変えられる。第２図の三方バルブ23〜32の
駆動をシーケンサにより行なえば、上述の成長シーケン
スは容易に実施できる。
第４図には、本発明に係る原料ガスの反応炉13への供
給シーケンスの一実施例を示す。付加体と硫化水素とト
リエチルアルミニウム及び付加体とジメチルテルルの同
時供給を繰り返すことで超格子構造の形成を行なう。
給シーケンスの一実施例を示す。付加体と硫化水素とト
リエチルアルミニウム及び付加体とジメチルテルルの同
時供給を繰り返すことで超格子構造の形成を行なう。
第４図において横軸は時間の推移を示している。69、
70、71、72はそれぞれ付加体、硫化水素、ジメチルテル
ル、トリエチルアルミニウムの供給タイミングを示して
おり、73、74、75、76は原料が反応炉に供給されている
状態、77、78、79、80は原料が供給されていない状態を
それぞれ示している。時間ゼロから成長を開始し、81が
ZnS:Al、82がZnTeを成長している時間帯を示し、83は成
長を中断するインターバルを示している。
70、71、72はそれぞれ付加体、硫化水素、ジメチルテル
ル、トリエチルアルミニウムの供給タイミングを示して
おり、73、74、75、76は原料が反応炉に供給されている
状態、77、78、79、80は原料が供給されていない状態を
それぞれ示している。時間ゼロから成長を開始し、81が
ZnS:Al、82がZnTeを成長している時間帯を示し、83は成
長を中断するインターバルを示している。
第３図又は第４図に示したシーケンスに従って具体的
には次の様な成長条件で超格子構造の製造を行なった。
には次の様な成長条件で超格子構造の製造を行なった。
成長温度:375℃ 反応炉内部圧力:70Torr （cH3）2Zn−Ｓ（cH3）２のバブリングガス量： バブラー温度−15℃において10ml/min （−15℃における蒸気圧は21mmHg） 水素ベース２％H2S供給量:250ml/min （cH3）2Teのバブリングガス量： バブラー温度０℃において30ml/min（０℃における蒸気
圧は16mmHg） （C2H5）3Alのバブリングガス量： バブラー温度40℃において20ml/min （40℃における蒸気圧は0.15mmHg） 33、34、35、36に流れる水素流量：各ライン当り2.5l/m
in 以上の条件の時、ZnS:Al及びZnTeの成長速度は約１Å/s
ecであった。成長はZnS:Al層からはじめZnTe層で終了し
た。成長速度をもとに、ジメチルテルルと硫化水素、ト
リエチルアルミニウムの供給時間を設定し超格子の構造
を決めた。インターバルは１〜2secとした。
圧は16mmHg） （C2H5）3Alのバブリングガス量： バブラー温度40℃において20ml/min （40℃における蒸気圧は0.15mmHg） 33、34、35、36に流れる水素流量：各ライン当り2.5l/m
in 以上の条件の時、ZnS:Al及びZnTeの成長速度は約１Å/s
ecであった。成長はZnS:Al層からはじめZnTe層で終了し
た。成長速度をもとに、ジメチルテルルと硫化水素、ト
リエチルアルミニウムの供給時間を設定し超格子の構造
を決めた。インターバルは１〜2secとした。
本発明に係る超格子の製造法においては、上述の（cH
3）2Zn−Ｓ（cH3）２付加体のみならず、表１に示す、R
2Zn、R2S、R2Seのすべての組み合わせによって得られる
付加体を用いても超格子構造の製造をすることができ、
付加体の蒸気圧とバブリングガス流量によって決まる供
給量が同じ時には、上記実施例と同様の特性を示す超格
構造が製造できた。
3）2Zn−Ｓ（cH3）２付加体のみならず、表１に示す、R
2Zn、R2S、R2Seのすべての組み合わせによって得られる
付加体を用いても超格子構造の製造をすることができ、
付加体の蒸気圧とバブリングガス流量によって決まる供
給量が同じ時には、上記実施例と同様の特性を示す超格
構造が製造できた。
また、Znソースとして、（cH3）2Zn、（C2H5）2Znを
用いても同様である。
用いても同様である。
この他、第２図に示したMOVPE装置の概略図におい
て、同様の構成で、三方バルブの数とガスラインの数を
増やすことにより、例えばZnS10Å−ZnS0.1Te0.950Åと
いった、混晶層を含む超格子作製も可能である。
て、同様の構成で、三方バルブの数とガスラインの数を
増やすことにより、例えばZnS10Å−ZnS0.1Te0.950Åと
いった、混晶層を含む超格子作製も可能である。
第５図は本発明の実施例における、ダブルヘテロ接合
構造を有する半導体発光素子の製作程を示す図である。
構造を有する半導体発光素子の製作程を示す図である。
ｎ型GaAs基板84の（001）面上に、ｎ型のドーパント
を含むZnSを20Å、ドーパントを含まないZnTeを８Å交
互に360周期積層して、ｎ型超格子第３層85を１μｍの
厚さで形成する。
を含むZnSを20Å、ドーパントを含まないZnTeを８Å交
互に360周期積層して、ｎ型超格子第３層85を１μｍの
厚さで形成する。
更に、ｎ型のドーパントを含むZnSを５Å、ドーパン
トを含まないZnTeを15Å交互に50周期積層して、ｎ型超
格子第１層86を0.1μｍの厚さで形成する。
トを含まないZnTeを15Å交互に50周期積層して、ｎ型超
格子第１層86を0.1μｍの厚さで形成する。
そして、Ｐ型のドーパントを含むZnTeを10Å、ドーパ
ントを含まないZnSを５Å交互に670周期積層して、Ｐ型
超格子第２層87を１μｍの厚さで形成する。
ントを含まないZnSを５Å交互に670周期積層して、Ｐ型
超格子第２層87を１μｍの厚さで形成する。
以上の工程により、第５図（ａ）に示す断面構造の構
成を得ることができる。
成を得ることができる。
次にｎ型超格子第３層85、ｎ型超格子第１層86、Ｐ型
超格子第２層87をフォトリソグラフィー法、及びエッチ
ング法を用いてストライプ状に残る形で取り去り、第５
図（ｂ）に示す断面構造の構成を得ることができる。
超格子第２層87をフォトリソグラフィー法、及びエッチ
ング法を用いてストライプ状に残る形で取り去り、第５
図（ｂ）に示す断面構造の構成を得ることができる。
そしてストライプ状に残したｎ型超格子第３層85、ｎ
型超格子第１層86、Ｐ型超格第２層87よりなる構造の側
面部分をノンドープZnS層88で形成し、第５図（ｃ）に
示す断面構造の構成を得る。
型超格子第１層86、Ｐ型超格第２層87よりなる構造の側
面部分をノンドープZnS層88で形成し、第５図（ｃ）に
示す断面構造の構成を得る。
その構造の、ｎ型GaAs基板84側に、ｎ型オーム性電極
89を、Ｐ型超格子第２層87側に、Ｐ型オーム性電極90を
設置し、第５図（ｄ）に示す断面構造の構成を得る。
89を、Ｐ型超格子第２層87側に、Ｐ型オーム性電極90を
設置し、第５図（ｄ）に示す断面構造の構成を得る。
第６図は本発明の実施例における、ダブルヘテロ接合
構造を有する半導体発光素子の構図である。
構造を有する半導体発光素子の構図である。
第５図に示した工程と同様の工程で、ｎ型GaAs基板91
の（001）面上に、ｎ型ドーパントを含むZnS0.65Te0.35
混晶により、ｎ型混晶第３層92を１μｍの厚さで形成す
る。更に、ｎ型のドーパントを含むZnSを５Å、ドーパ
ントを含まないZnTeを15Å交互に50周期積層して、ｎ型
超格子第１層93を0.1μｍの厚さで形成する。そして、
Ｐ型のドーパントを含ZnTeを10Å、ドーパントを含まな
いZnSを５Å交互に670周期積層して、Ｐ型超格子第２層
94を１μｍの厚さで形成する。
の（001）面上に、ｎ型ドーパントを含むZnS0.65Te0.35
混晶により、ｎ型混晶第３層92を１μｍの厚さで形成す
る。更に、ｎ型のドーパントを含むZnSを５Å、ドーパ
ントを含まないZnTeを15Å交互に50周期積層して、ｎ型
超格子第１層93を0.1μｍの厚さで形成する。そして、
Ｐ型のドーパントを含ZnTeを10Å、ドーパントを含まな
いZnSを５Å交互に670周期積層して、Ｐ型超格子第２層
94を１μｍの厚さで形成する。
次にｎ型混晶第３層92、ｎ型超格子第１層93、Ｐ型超
格子第２層94をストライプ状に残る形で取り去り、その
側面部分をノンドープZnS層95で形成し、ｎ型GaAs基板9
1側に、ｎ型オーム性電極96を、Ｐ型超格子第２層94側
に、Ｐ型オーム性電極97を設置し、第６図に示す構造の
構成を得る。
格子第２層94をストライプ状に残る形で取り去り、その
側面部分をノンドープZnS層95で形成し、ｎ型GaAs基板9
1側に、ｎ型オーム性電極96を、Ｐ型超格子第２層94側
に、Ｐ型オーム性電極97を設置し、第６図に示す構造の
構成を得る。
本発明に係る発光素子は、超格子構造をZnSとZnTeの
みで構成するものに限定するものではなく、適当な組み
合わせによるZnSxTe1−ｘとZnSyTe1−ｙ（０≦ｘ、ｙ≦
１、ｘ≠ｙ）の混晶同志の超格子構造でもかまわない。
また、第５図中のｎ型第３層85をｎ型ZnSxTe1−ｚ（０
≦ｚ≦１）混晶で、Ｐ型超格子第２層87を型ZnSwTe1−
ｗ（０≦ｗ≦１）混晶で構成したものでも、同様の機能
を有する事は容易に推察できる。
みで構成するものに限定するものではなく、適当な組み
合わせによるZnSxTe1−ｘとZnSyTe1−ｙ（０≦ｘ、ｙ≦
１、ｘ≠ｙ）の混晶同志の超格子構造でもかまわない。
また、第５図中のｎ型第３層85をｎ型ZnSxTe1−ｚ（０
≦ｚ≦１）混晶で、Ｐ型超格子第２層87を型ZnSwTe1−
ｗ（０≦ｗ≦１）混晶で構成したものでも、同様の機能
を有する事は容易に推察できる。
また、第６図のｎ型混晶第３層92がｎ型超格子構造層
若しくはｎ型混晶層である組み合せも、本特許請求の範
疇に属する。
若しくはｎ型混晶層である組み合せも、本特許請求の範
疇に属する。
以上述べた様に本発明によれば、ZnSxTe1−ｘとZnSyT
e1−ｙ（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｘ≠Ｙ）を交互に積層した超
格子構造を用いてダブルヘテロ構造を有する半導体発光
素子を形成することにより、従来得ることができなかっ
た高発光効率、高輝度の短波長発光素子を実現すること
ができた。更に、MOVPE法を用いてZnSxTe1−ｙ（０≦
ｘ、ｙ≦１、ｘ≠ｙ）を交互に積層した超格子構造を作
製することにより、高品質で均質性の良い超格子構造の
形成が再現性良くできるようになった。本発明は短波長
発光素子の高性能化を寄与するところ大であると確信す
る。
e1−ｙ（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｘ≠Ｙ）を交互に積層した超
格子構造を用いてダブルヘテロ構造を有する半導体発光
素子を形成することにより、従来得ることができなかっ
た高発光効率、高輝度の短波長発光素子を実現すること
ができた。更に、MOVPE法を用いてZnSxTe1−ｙ（０≦
ｘ、ｙ≦１、ｘ≠ｙ）を交互に積層した超格子構造を作
製することにより、高品質で均質性の良い超格子構造の
形成が再現性良くできるようになった。本発明は短波長
発光素子の高性能化を寄与するところ大であると確信す
る。
第１図は本発明の実施例における、ダブルヘテロ接合構
造を有する半導体発光素子の断面構成図。 １……ｎ型GaAs基板 ２……ｎ型のドーパントを含むZnS ３……ドーパントを含まないZnTe ４……ｎ型超格子第３層 ５……ｎ型のドーパントを含むZnS ６……ドーパントを含まないZnTe ７……ｎ型超格子第１層 ８……Ｐ型のドーパントを含むZnTe ９……ドーパントを含まないZnS 10……Ｐ型超格子第２層 11……Ｐ型オーム性電極 12……ｎ型オーム性電極 第２図は本発明で用いるMOVPE装置の構成概略図。 13……透明石英ガラス製の横型反応炉 14……グラファイト製サセプター 15……基板、16……高周波誘導加熱コイル 17……熱電対、18……バルブ 19……高真空排気系、20……バルブ 21……ロータリーポンプ 22……廃ガス処理装置 23〜32……三方バルブ 33、34……メインライン 35、36……廃棄ライン 37、38……バルブ 39……ローターポンプ 40……マスフローコントローラ 41……水素ガスボンベ 42……水素精製器 43……付加体の入ったバブラー 44……恒温槽 45……ジメチルテルルの入ったバブラー 46……恒温槽 47……トリエチルアルミニウムの入ったバブラー 48……恒温槽 49〜51……圧力調整機能を有するバルブ 52……水素ガスで希釈された硫化水素の入っているボン
ベ 53……水素ガスで希釈されたアンモニアの入っているボ
ンベ 第３図は本発明に係る原料ガスの反応炉への供給シーケ
ンスの実施例を示す図。 54……付加体の供給タイミング 55……硫化水素の供給タイミング 56……ジメチルテルルの供給タイミング 57……トリエチルアルミニウムの供給タイミング 58……付加体が反応炉に供給されている状態 59……硫化水素が反応炉に供給されている状態 60……ジメチルテルルが反応炉に供給されている状態 61……トリエチルアルミニウムが反応炉に供給されてい
る状態 62……付加体が反応炉に供給されていない状態 63……硫化水素が反応炉に供給されていない状態 64……ジエチルテルルが反応炉に供給されていない状態 65……トリエチルアルミニウムが反応炉に供給されてい
ない状態 66……ZnS:Alを成長している時間帯 67……ZnTeを成長している時間帯 68……成長を中断するインターバル 第４図は本発明に係る原料ガスの反応炉への供給シーケ
ンスの一実施例を示す図。 69……付加体の供給タイミング 70……硫化水素の供給タイミング 71……ジメチルテルルの供給タイミング 72……トリエチルアルミニウムの供給タイミング 73……付加体が反応炉に供給されている状態 74……硫化水素が反応炉に供給されている状態 75……ジメチルテルルが反応炉に供給されている状態 76……トリエチルアルミニウムが反応炉に供給されてい
る状態 77……付加体が反応炉に供給されていない状態 78……硫化水素が反応炉に供給されていない状態 79……ジメチルテルルが反応炉に供給されていない状態 80……トリエチルアルミニウムが反応炉に供給されてい
ない状態 81……ZnS:Alを成長している時間帯 82……ZnTeを成長している時間帯 83……成長を中断するインターバル 第５図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例における、ダブ
ルヘテロ接合構造を有する半導体発光素子の製造工程を
示す図。 84……ｎ型GaAs基板 85……ｎ型超格子第３層 86……ｎ型超格子第１層 87……Ｐ型超格子第２層 88……ノンドープZnS層 89……ｎ型オーム性電極 90……Ｐ型オーム性電極 第６図は本発明の実施例における、ダブルヘテロ接合構
造を有する半導体発光素子の構造図。 91……ｎ型GaAs基板 92……ｎ型混晶第３層 93……ｎ型超格子第１層 94……Ｐ型超格子第２層 95……ノンドープZnS層 96……ｎ型オーム性電極 97……Ｐ型オーム性電極 第７図は従来の知見に基づいて構成されたZnSTe系材料
からなるダブルヘテロ型半導体レーザの断面構造図。 98……ZnSxTe1−ｘからなる第１層 99……Ｐ型のZnSyTe1−ｚからなる第３層 100……ｎ型のZnSzTel−ｚからなる第３層
造を有する半導体発光素子の断面構成図。 １……ｎ型GaAs基板 ２……ｎ型のドーパントを含むZnS ３……ドーパントを含まないZnTe ４……ｎ型超格子第３層 ５……ｎ型のドーパントを含むZnS ６……ドーパントを含まないZnTe ７……ｎ型超格子第１層 ８……Ｐ型のドーパントを含むZnTe ９……ドーパントを含まないZnS 10……Ｐ型超格子第２層 11……Ｐ型オーム性電極 12……ｎ型オーム性電極 第２図は本発明で用いるMOVPE装置の構成概略図。 13……透明石英ガラス製の横型反応炉 14……グラファイト製サセプター 15……基板、16……高周波誘導加熱コイル 17……熱電対、18……バルブ 19……高真空排気系、20……バルブ 21……ロータリーポンプ 22……廃ガス処理装置 23〜32……三方バルブ 33、34……メインライン 35、36……廃棄ライン 37、38……バルブ 39……ローターポンプ 40……マスフローコントローラ 41……水素ガスボンベ 42……水素精製器 43……付加体の入ったバブラー 44……恒温槽 45……ジメチルテルルの入ったバブラー 46……恒温槽 47……トリエチルアルミニウムの入ったバブラー 48……恒温槽 49〜51……圧力調整機能を有するバルブ 52……水素ガスで希釈された硫化水素の入っているボン
ベ 53……水素ガスで希釈されたアンモニアの入っているボ
ンベ 第３図は本発明に係る原料ガスの反応炉への供給シーケ
ンスの実施例を示す図。 54……付加体の供給タイミング 55……硫化水素の供給タイミング 56……ジメチルテルルの供給タイミング 57……トリエチルアルミニウムの供給タイミング 58……付加体が反応炉に供給されている状態 59……硫化水素が反応炉に供給されている状態 60……ジメチルテルルが反応炉に供給されている状態 61……トリエチルアルミニウムが反応炉に供給されてい
る状態 62……付加体が反応炉に供給されていない状態 63……硫化水素が反応炉に供給されていない状態 64……ジエチルテルルが反応炉に供給されていない状態 65……トリエチルアルミニウムが反応炉に供給されてい
ない状態 66……ZnS:Alを成長している時間帯 67……ZnTeを成長している時間帯 68……成長を中断するインターバル 第４図は本発明に係る原料ガスの反応炉への供給シーケ
ンスの一実施例を示す図。 69……付加体の供給タイミング 70……硫化水素の供給タイミング 71……ジメチルテルルの供給タイミング 72……トリエチルアルミニウムの供給タイミング 73……付加体が反応炉に供給されている状態 74……硫化水素が反応炉に供給されている状態 75……ジメチルテルルが反応炉に供給されている状態 76……トリエチルアルミニウムが反応炉に供給されてい
る状態 77……付加体が反応炉に供給されていない状態 78……硫化水素が反応炉に供給されていない状態 79……ジメチルテルルが反応炉に供給されていない状態 80……トリエチルアルミニウムが反応炉に供給されてい
ない状態 81……ZnS:Alを成長している時間帯 82……ZnTeを成長している時間帯 83……成長を中断するインターバル 第５図（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施例における、ダブ
ルヘテロ接合構造を有する半導体発光素子の製造工程を
示す図。 84……ｎ型GaAs基板 85……ｎ型超格子第３層 86……ｎ型超格子第１層 87……Ｐ型超格子第２層 88……ノンドープZnS層 89……ｎ型オーム性電極 90……Ｐ型オーム性電極 第６図は本発明の実施例における、ダブルヘテロ接合構
造を有する半導体発光素子の構造図。 91……ｎ型GaAs基板 92……ｎ型混晶第３層 93……ｎ型超格子第１層 94……Ｐ型超格子第２層 95……ノンドープZnS層 96……ｎ型オーム性電極 97……Ｐ型オーム性電極 第７図は従来の知見に基づいて構成されたZnSTe系材料
からなるダブルヘテロ型半導体レーザの断面構造図。 98……ZnSxTe1−ｘからなる第１層 99……Ｐ型のZnSyTe1−ｚからなる第３層 100……ｎ型のZnSzTel−ｚからなる第３層
Claims (4)
- 【請求項１】ZnSxTe1−ｘ層（０≦Ｘ≦１）とZnSyTe1−
ｙ層（０≦ｙ≦1,x≠ｙ）を交互に積層した超格子構造
からなる第１層を、ZnS、ZnTeからなる該第１層よりバ
ンドギャップの大きなＰ型第２層、及びZnS、ZnTeから
なる該第１層よりバンドギャップの大きなｎ型第３層で
挟持してなるダブルヘテロ接合を有する事を特徴とする
半導体発光素子。 - 【請求項２】Ｐ型第２層がZnSzTe1−ｚ層（０≦ｚ≦
１）とZnSwTe1−ｗ層（０≦ｗ≦1,z≠ｗ）を交互に積層
したＰ型超格子構造、若しくはZnSuTe1−ｕ（０≦ｕ≦
１）で与えられるＰ型混晶よりなる事を特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】ｎ型第３層が、ZnSvTe1−ｖ層（０≦ｖ≦
１）とZnStTe1−ｔ層（０≦ｔ≦1,v≠ｔ）を交互に積層
したｎ型超格子構造、若しくはZnSsTe1−ｓ（０≦ｓ≦
１）で与えられるｎ型混晶よりなる事を特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】ZnS、ZnTeからなる超格子構造及び混晶層
を有する半導体発光素子を作製するのに、有機金属気相
分解法（MOVPE法）を用いる事を特徴とする半導体発光
素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24238586A JPH084170B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24238586A JPH084170B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6395692A JPS6395692A (ja) | 1988-04-26 |
| JPH084170B2 true JPH084170B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=17088374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24238586A Expired - Lifetime JPH084170B2 (ja) | 1986-10-13 | 1986-10-13 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH084170B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01289257A (ja) * | 1988-05-17 | 1989-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体超格子構造 |
| US5299217A (en) * | 1990-10-11 | 1994-03-29 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor light-emitting device with cadmium zinc selenide layer |
| JPH0766984B2 (ja) * | 1992-02-13 | 1995-07-19 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | ヘテロ超格子ｐｎ接合 |
| JP3278951B2 (ja) * | 1992-10-23 | 2002-04-30 | ソニー株式会社 | オーミック電極の形成方法 |
-
1986
- 1986-10-13 JP JP24238586A patent/JPH084170B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6395692A (ja) | 1988-04-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |