JPH10107045A - Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体およびその製造方法 - Google Patents

Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体およびその製造方法

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JPH10107045A JP25462296A JP25462296A JPH10107045A JP H10107045 A JPH10107045 A JP H10107045A JP 25462296 A JP25462296 A JP 25462296A JP 25462296 A JP25462296 A JP 25462296A JP H10107045 A JPH10107045 A JP H10107045A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長寿命で高出力の光デバイスが作製可能な均
一で高品質な、ＧａＡｓ基板上のII−VI族化合物半導体
を提供する。 【解決手段】 III−Ｖ族化合物基板上に構成元素とし
てＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、その
上にII−VI族化合物半導体層を成長させ、前記Ｉｎを含
むIII−Ｖ族化合物半導体層の厚さを臨界膜厚以下にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、II−VI族化合物半
導体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のIII族元素とＡ
ｓ、Ｐ、Ｓｂ等のＶ族元素からなるIII−Ｖ族化合物半
導体により、赤外から赤色領域までの波長の半導体レー
ザや黄緑領域までの発光ダイオード等が実用化されてい
る。しかしこれ以上短い波長で発光させるには、より広
い禁制帯幅が必要であり、上記III−Ｖ族化合物半導体
では実現が困難である。
【０００３】これに対して、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ等
のII族元素とＳ、Ｓｅ、Ｔｅ等のVI族元素からなるII−
VI族化合物半導体は、比較的大きな禁制帯幅を持ち可視
域のほぼ全ての波長での発光が可能である。このため、
特に緑色域から紫外域での発光デバイス材料として期待
され、現在盛んに研究開発が行われている。
【０００４】このII−VI族化合物半導体の作製において
は、良質なII−VI族化合物のバルク基板結晶の入手が困
難であるため、一般的には高品質で入手が容易なIII−
Ｖ族化合物のバルク基板結晶を基板として用いている。
その中でもＧａＡｓ基板は、II−VI族化合物半導体の一
つであるＺｎＳｅと格子定数が近く、ＺｎＳＳｅ、Ｍｇ
ＺｎＳＳｅといった混晶を用いれば、格子整合条件下で
ダブルヘテロ構造が作製できるため、II−VI族化合物半
導体作製用基板としてもっとも広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｇ
ａＡｓ基板上に作製されたII−VI族化合物発光半導体レ
ーザーにおいては、II−VI族化合物半導体層中に存在す
る欠陥が原因となって、通電中に急速に劣化が進み、長
寿命化・高出力化の大きな妨げとなっている（例えば、
アプライド フィジックス レター(Appl. Phys. Let
t.)、６５巻、１３３１ページ、１９９４年）。
【０００６】II−VI族化合物とIII−Ｖ族化合物との界
面（以下「II−VI／III−Ｖ界面」という。）での欠陥
は、ＧａとＳｅ又はＧａとＳが結合すると３次元成長を
起こしやすく、II−VI族化合物薄膜中に欠陥を発生させ
る原因となることが分かっており、高品質なII−VI族化
合物層を成長させるには、II−VI／III−Ｖ界面の制御
が重要である。
【０００７】ＭＢＥ法でＧａＡｓ基板上に形成された従
来のII−VI族化合物半導体の層構造を図６に示す。Ｇａ
Ａｓ基板１上にＭＢＥ法でII−VI族化合物層を成長させ
る場合、まず初めに、真空搬送機構を介してII−VI族化
合物半導体成長室と接続されたIII−Ｖ族化合物半導体
成長室内において、ＧａＡｓ基板表面の自然酸化膜をＡ
ｓ分子線下で除去し、次いで該基板表面の平坦性を回復
させるために、ＧａＡｓバッファ層４を成長させ、最表
面をＡｓで終端させる。次に、ＧａＡｓバッファ層４を
成長させた該基板をII−VI族化合物半導体成長室に搬送
し、表面のＡｓの再配列構造を高速電子線回折等で観察
しながら基板温度を昇温し、Ａｓの被覆率が７５％程度
となる（２×４）の再配列構造を形成する。続いて、II
族ビームを照射しながら基板温度をII−VI族化合物半導
体薄膜の成長温度２８０℃程度に安定させ、ＺｎＳｅバ
ッファ層６の形成を開始する。その際、はじめの数原子
層はII族過剰条件下で成長を行なうなどして、ＧａとＳ
ｅ、ＧａとＳができるだけ結合しないようにしていた
（例えばアプライド フィジックス レター (Appl.Ph
ys. Lett.)、６８巻、２８２８ページ、１９９６年）。
【０００８】しかし、このような方法では完全にＧａと
Ｓｅ、ＧａとＳが結合するのを防ぐことは難しく、たと
えば、II−VI族化合物半導体成長室内に残留しているＳ
やＳｅによってＧａＡｓ基板の表面が汚染されたり（例
えばアプライド フィジックス レター(Appl. Phys. L
ett.)、６８巻、２８２８ページ、１９９６年）、Ａｓ
の被覆率の基板面内でのバラツキのためにII−VI族化合
物層の欠陥密度のウエハ面内での均一性や再現性に問題
があるなど、II−VI族化合物光デバイスの高効率化およ
び長寿命化に対して大きな障害を有していた。
【０００９】そこで本発明の目的は、II−VI／III−Ｖ
界面での結晶欠陥の発生を抑制し、III−Ｖ族化合物基
板上に再現性良く均一で高品質なII−VI族化合物半導体
を作製する方法を提供することである。また、長寿命で
高出力の光デバイスが作製可能な均一で高品質なII−VI
族化合物半導体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
【００１１】第１の発明は、ＧａＡｓ基板上に構成元素
としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、
その上にII−VI族化合物半導体層を成長させるII−VI族
化合物半導体の製造方法であって、前記Ｉｎを含むIII
−Ｖ族化合物半導体層の厚さを臨界膜厚以下にすること
を特徴とするII−VI族化合物半導体の製造方法に関す
る。
【００１２】第２の発明は、ＧａＡｓ基板上に構成元素
としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、
その上にII−VI族化合物半導体層を成長させるII−VI族
化合物半導体の製造方法であって、前記Ｉｎを含むIII
−Ｖ族化合物半導体層の組成を、前記ＧａＡｓ基板と格
子整合するように形成することを特徴とするII−VI族化
合物半導体の製造方法に関する。
【００１３】第３の発明は、前記ＧａＡｓ基板がｎ型基
板である第１又は第２の発明のII−VI族化合物半導体の
製造方法に関する。
【００１４】第４の発明は、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族
化合物半導体層がＩｎ・Ｇａ・Ａｓ・Ｐ、又はＩｎ・Ａ
ｓからなる第１又は第２の発明のII−VI族化合物半導体
の製造方法に関する。
【００１５】第５の発明は、ＧａＡｓ基板上に構成元素
としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、
その上にII−VI族化合物半導体層を成長させるII−VI族
化合物半導体の製造方法であって、前記ＧａＡｓ基板と
前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層との間の格子
不整合量を小さくするIII−Ｖ族化合物半導体層を前記
基板上に設け、その上に前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合
物半導体層を積層することを特徴とするII−VI族化合物
半導体の製造方法に関する。
【００１６】第６の発明は、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族
化合物半導体層の厚さ、及び前記の格子不整合量を小さ
くするIII−Ｖ族化合物半導体層全体の厚さを、臨界膜
厚以下にする第５の発明のII−VI族化合物半導体の製造
方法に関する。
【００１７】第７の発明は、ＧａＡｓ基板上に構成元素
としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、
その上にII−VI族化合物半導体層を成長させるII−VI族
化合物半導体の製造方法であって、前記Ｉｎを含むIII
−Ｖ族化合物半導体層として、積層構造を有しその少な
くとも１層が構成元素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合
物半導体層で構成される超格子層を設けることを特徴と
するII−VI族化合物半導体の製造方法に関する。
【００１８】第８の発明は、前記超格子層全体の厚さを
臨界膜厚以下にする第７の発明のII−VI族化合物半導体
の製造方法に関する。
【００１９】第９の発明は、前記超格子層全体の平均の
格子定数が前記ＧａＡｓ基板の格子定数とほぼ一致する
ように前記超格子層を形成する第７の発明のII−VI族化
合物半導体の製造方法に関する。
【００２０】第１０の発明は、ＧａＡｓ基板上に構成元
素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層が積層さ
れ、その上にII−VI族化合物半導体層が形成されたII−
VI族化合物半導体であって、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族
化合物半導体層の厚さが臨界膜厚以下であることを特徴
とするII−VI族化合物半導体に関する。
【００２１】第１１の発明は、ＧａＡｓ基板上に構成元
素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層が積層さ
れ、その上にII−VI族化合物半導体層が形成されたII−
VI族化合物半導体であって、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族
化合物半導体層が、前記ＧａＡｓ基板と格子整合する組
成を有することを特徴とするII−VI族化合物半導体に関
する。
【００２２】第１２の発明は、前記ＧａＡｓ基板がｎ型
基板である第１０又は第１１の発明のII−VI族化合物半
導体に関する。
【００２３】第１３の発明は、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ
族化合物半導体層がＩｎ・Ｇａ・Ａｓ・Ｐ、又はＩｎ・
Ａｓからなる第１０又は第１１の発明のII−VI族化合物
半導体に関する。
【００２４】第１４の発明は、ＧａＡｓ基板上に構成元
素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層が積層さ
れ、その上にII−VI族化合物半導体層が形成されたII−
VI族化合物半導体であって、前記ＧａＡｓ基板と前記Ｉ
ｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層との間に、前記Ｇａ
Ａｓ基板と前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層と
の間の格子不整合量を小さくするIII−Ｖ族化合物半導
体層が設けられていることを特徴とするII−VI族化合物
半導体に関する。
【００２５】第１５の発明は、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ
族化合物半導体層の厚さ、及び前記の格子不整合量を小
さくするIII−Ｖ族化合物半導体層全体の厚さが、臨界
膜厚以下である第１４の発明のII−VI族化合物半導体に
関する。
【００２６】第１６の発明は、ＧａＡｓ基板上に構成元
素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層が積層さ
れ、その上にII−VI族化合物半導体層が形成されている
II−VI族化合物半導体であって、前記Ｉｎを含むIII−
Ｖ族化合物半導体層が、積層構造を有しその少なくとも
１層が構成元素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導
体層で構成される超格子層であることを特徴とするII−
VI族化合物半導体に関する。
【００２７】第１７の発明は、前記超格子層全体の厚さ
が臨界膜厚以下である第１６の発明のII−VI族化合物半
導体に関する。
【００２８】第１８の発明は、前記超格子層全体の平均
の格子定数が前記ＧａＡｓ基板の格子定数とほぼ一致し
ている第１６の発明のII−VI族化合物半導体に関する。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態では、ｎ
型ＧａＡｓ基板の例を挙げて説明する。
【００３０】実施形態１ 図１に、本発明におけるII−VI族化合物半導体の基本的
な層構造を示す。本実施形態の半導体は、III−Ｖ族化
合物半導体成長室においてＧａＡｓ基板１上に、Ｉｎを
含むIII−Ｖ族化合物半導体層２としてＩｎＧａＡｓＰ
層を堆積させ、この基板を真空搬送機構を介してII−VI
族化合物半導体成長室に移送し、II−VI族化合物半導体
層３を積層することにより得られる。
【００３１】上記構成にすることにより、ＧａＡｓ基板
上に直接成長した場合と比べて、結晶欠陥が非常に少な
く、また実際の発光デバイスに応用した場合も通電中の
劣化が少ない、極めて優れたII−VI族化合物半導体が得
られる。
【００３２】実施形態２ 図２に、本発明のさらに具体的なII−VI族化合物半導体
の層構造を示す。まず、III−Ｖ族半導体成長室におい
てＧａＡｓ基板１表面の自然酸化膜除去を行い、続いて
ＧａＡｓバッファ層を堆積させた。次いで、任意の組成
のＩｎＧａＡｓＰ層５を積層した。このＩｎＧａＡｓＰ
層５の膜厚を、ＧａＡｓ基板１との間の格子不整合によ
る結晶欠陥が発生しないように臨界膜厚以下とした。本
実施形態ではＧａＡｓ基板１とＩｎＧａＡｓＰ層５との
間には０．１％の格子不整合があり、ＩｎＧａＡｓＰ層
５の膜厚はこの場合の臨界膜厚である０．１５μｍ以下
の０．１μｍ程度とした。
【００３３】ＩｎＧａＡｓＰ層５の臨界膜厚は、ＧａＡ
ｓ基板１とＩｎＧａＡｓＰ層５との格子不整合の大きさ
により変化し、例えばMatthewsとBlakesleeにより検討
されたジャーナル オブ クリスタル グロウス(J. Cr
yst. Growth)、２７巻、１１８ページ、１９７４年に掲
載の力学的平衡理論により計算できる。
【００３４】この基板を真空搬送機構を介してII−VI族
化合物半導体成長室に移送し、厚さ約１０ｎｍのＺｎＳ
ｅバッファ層６を堆積させてから、厚さ約１μmのＭｇ
ＺｎＳＳｅ層７を堆積させた。
【００３５】ＳｅとＳを比較するとＳの方がよりＧａと
の結合が強く三次元成長を起こしやすいため、ＺｎＳｅ
バッファ層の形成は、II−VI／III−Ｖ界面からＳを遠
ざける意味で、その形成は効果的である。また、ＺｎＳ
ｅはＧａＡｓとの格子不整合量が０．２７％と比較的小
さいため、ＧａＡｓ上にII−VI族化合物を成長させる場
合、II−VI族化合物層側のバッファ層として効果的であ
る。
【００３６】これにより、II−VI／III−Ｖ界面でのＧ
ａとＳｅ又はＧａとＳの結合が抑制され、ＧａＡｓバッ
ファ層上に直接成長した場合と比べて、結晶欠陥が非常
に少なく、また実際の発光デバイスに応用した場合も通
電中の劣化が少ない、極めて優れたII−VI族化合物半導
体が得られた。
【００３７】実施形態３ 本実施形態では、実施形態２におけるＩｎＧａＡｓＰ層
５として、ＧａＡｓ基板１とほぼ格子整合する組成のＩ
ｎ0.4Ｇａ0.6Ａｓ0.17Ｐ0.83を厚さ約０．２μｍで積層
し、この上に厚さ約１０ｎｍのＺｎＳｅバッファ層６
と、厚さ約１μmのＭｇＺｎＳＳｅ層７を堆積させ、高
品質な半導体を得た。
【００３８】実施形態４ 図３に、本実施形態のII−VI族化合物半導体の層構造を
示す。まず、III−Ｖ族化合物半導体成長室においてＧ
ａＡｓ基板１表面の自然酸化膜除去を行い、続いてＧａ
Ａｓバッファ層４を堆積させた。次いでＩｎＡｓ層８を
積層した。その後、この基板を真空搬送機構を介してII
−VI族化合物半導体成長室に移送し、厚さ約１０ｎｍの
ＺｎＳｅバッファ層６を堆積させてから、厚さ約１μm
のＭｇＺｎＳＳｅ層７を堆積させた。また、本実施形態
ではＩｎＡｓ層８の膜厚を臨界膜厚以下の１原子層程度
に薄くして、ＧａＡｓ基板１との間の約７％の格子不整
合による結晶欠陥が発生しないようにした。
【００３９】これにより、II−VI／III−Ｖ界面のIII族
原子がＩｎＡｓのＩｎのみであるため、Ｓｅ又はＳと反
応を起こし難く、３次元成長が抑制され、ＧａＡｓバッ
ファ層４上に直接成長した場合と比べて、結晶欠陥が非
常に少なく、また実際の発光デバイスに応用した場合も
通電中の劣化が少ない、極めて優れた特性のII−VI族化
合物半導体が得られた。
【００４０】実施形態５ 図４に、本実施形態のII−VI族化合物半導体の層構造を
示す。本実施形態は、実施形態４におけるＩｎＡｓ層８
の下にＩｎＡｓとＧａＡｓとの間の格子不整合量を補償
するためのIII−Ｖ族化合物半導体層９が挿入されてい
る点に特徴がある。この半導体層９は原子層オーダーの
厚さを有する層から構成される。この半導体層９全体の
膜厚は臨界膜厚以下であることが好ましい。また、Ｉｎ
Ａｓ層８も臨界膜厚以下であることが好ましい。
【００４１】上記実施形態４と同様の手順でＧａＡｓ基
板１上にＧａＡｓバッファ層４を堆積させた後、本実施
形態では、まず３／２原子層分のＧａＰ層、次いで１／
２原子層分のＩｎＰ層を積層した。そしてその上に１／
２原子層分のＩｎＡｓ層を形成した。その際、各層とＧ
ａＡｓ層との間の格子不整合量は、ＧａＰが−３．５８
％、ＩｎＰが３．８１％、ＩｎＡｓが７．１７％であ
り、上記構造の場合、平均０．０４８％程度となり、最
表面はＩｎＡｓであるにもかかわらず格子不整合量をか
なり小さくできた。その後、この基板を真空搬送機構を
介してII−VI族化合物半導体用成長室に移送し、厚さ約
１０ｎｍのＺｎＳｅバッファ層６を堆積させてから、厚
さ約１μmのＭｇＺｎＳＳｅ層７を堆積させた。
【００４２】これにより、II−VI／III−Ｖ界面のIII族
原子がＩｎＡｓのＩｎのみであるため、Ｓｅ又はＳと反
応を起こし難く、３次元成長が抑制され、さらにＩｎＡ
ｓ／ＩｎＰ／ＧａＰ層全体の平均の格子定数がＧａＡｓ
と近いため、新たな超格子層での新たな結晶欠陥の発生
がなく、結晶欠陥の非常に少ない、また実際の発光デバ
イスに応用した場合も通電中の劣化が少ない、極めて優
れたII−VI族化合物半導体が得られた。
【００４３】実施形態６ 図５に、本実施形態のII−VI族化合物半導体薄膜の層構
造を示す。まず、III−Ｖ族化合物半導体成長室におい
てＧａＡｓ基板１表面の自然酸化膜除去を行い、続いて
ＧａＡｓバッファ層４を堆積させた。次いで、任意の組
成のＩｎＧａＡｓ層と任意の組成のＩｎＧａＰ層を交互
に積層し超格子層１０を形成した。その後、この基板を
真空搬送機構を介してII−VI族化合物半導体成長室に移
送し、厚さ約１０ｎｍのＺｎＳｅバッファ層６を堆積さ
せてから、厚さ約１μmのＭｇＺｎＳＳｅ層７を堆積さ
せた。
【００４４】これにより、II−VI／III−Ｖ界面でのＧ
ａ−Ｓｅ結合又はＧａ−Ｓ結合の形成が抑制され、Ｇａ
Ａｓバッファ層４上に直接成長した場合と比べて、結晶
欠陥が非常に少なく、また実際の発光デバイスに応用し
た場合も通電中の劣化が少ない、極めて優れたII−VI族
化合物半導体が得られた。
【００４５】前記超格子層を設けた場合は、界面でのＩ
ｎ組成を大きくしても、該III−Ｖ族化合物半導体層全
体の平均歪みがあまり大きくならないため、ＧａＡｓ基
盤と格子整合をとりながら欠陥発生の抑制が可能とな
る。
【００４６】超格子層の厚さは臨界膜厚以下である方
が、新たな結晶欠陥の発生を無くす意味で望ましい。ま
た、超格子層は、全体で基盤と格子整合しているこが好
ましく、格子整合すれば、その上に積層するII−VI族化
合物半導体層の臨界膜厚に影響を与えない。
【００４７】実施形態７ 本実施形態では、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ超格子層１
０とＧａＡｓ基板１との間の格子不整合により結晶欠陥
が発生しないように、超格子層全体の層厚を臨界膜厚以
下とした。本実施形態では、厚さ３ｎｍのＩｎ0.4Ｇａ
0.6Ａｓ層と厚さ１１．５ｎｍのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ層を
１０周期積層した超格子層を形成した。この場合、Ｉｎ
0.4Ｇａ0.6Ａｓ層とＧａＡｓ層との間には約２．８７
％、Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｐ層とＧａＡｓ層との間には−０．
６２％の格子不整合があり、超格子層とＧａＡｓ層との
間には平均で約０．１％の格子不整合があった。そこ
で、超格子層全体の層厚が、この場合の臨界膜厚である
０．１５μｍ以下となるよう、１０周期で合計約０．１
４５μｍとした。
【００４８】超格子層の臨界膜厚は、ＧａＡｓ基板と超
格子層との格子不整合の大きさにより変化し、例えばMa
tthewsとBlakesleeにより検討されたジャーナル オブ
クリスタル グロウス(J. Cryst. Growth)、２７巻、
１１８ページ、１９７４年に掲載の力学的平衡理論によ
り計算できる。
【００４９】この超格子上に厚さ約１０ｎｍのＺｎＳｅ
バッファ層と、厚さ約１μmのＭｇＺｎＳＳｅ層を堆積
させた。
【００５０】これにより、II−VI／III−Ｖ界面でのＧ
ａ−Ｓｅ結合又はＧａ−Ｓ結合の形成が抑制され、さら
にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ超格子層での新たな結晶欠
陥の発生も抑制され、結晶欠陥が非常に少なく、また実
際の発光デバイスに応用した場合も通電中の劣化が少な
い、極めて優れたII−VI族化合物半導体が得られた。
【００５１】実施形態８ 本実施形態では、実施形態６におけるＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＰ超格子層１０として、その平均の格子定数がＧ
ａＡｓ基板１とほぼ一致するように、厚さ５ｎｍのＩｎ
0.24Ｇａ0.76Ａｓ層と厚さ５ｎｍのＩｎ0.24Ｇａ0.76Ｐ
層を２０周期積層した超格子層を形成した。この上に厚
さ約１０ｎｍのＺｎＳｅバッファ層６と、厚さ約１μm
のＭｇＺｎＳＳｅ層７を堆積させた。
【００５２】これにより、II−VI／III−Ｖ界面でのＧ
ａ−Ｓｅ結合又はＧａ−Ｓ結合の形成が抑制され、さら
にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ超格子層１０の平均の格子
定数がＧａＡｓとほぼ一致しているため、超格子層１０
での新たな結晶欠陥の発生がなく、結晶欠陥の非常に少
ない、また実際の発光デバイスに応用した場合も通電中
の劣化が少ない、極めて優れたII−VI族化合物半導体が
得られた。
【００５３】なお、以上の実施形態は、ＧａＡｓ基板上
のＭｇＺｎＳＳｅ層の作製方法について説明したが、Ｚ
ｎＳＳｅやＺｎＣｄＳＳｅ、ＢｅＭｇＺｎＳｅなど他の
II−VI族化合物半導体の作製にも適用可能であり、Ｇａ
Ａｓ基板上のIII−Ｖ族化合物半導体層の伝導型や添加
不純物の種類によらず効果がある。また、構成元素とし
てＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層に、III族原子と
してＡｌやＶ族原子としてＳｂを含む混晶を用いても、
適当なＩｎの組成を選べば同様の効果が得られる。
【００５４】以上の本発明においては、ＧａＡｓ基板
上、又はＧａＡｓ基板上のＧａＡｓバッファ層上に、構
成元素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積
層し、その上にII−VI族化合物半導体層を形成する。Ｉ
ｎは、Ｇａと比べてＳｅやＳと結合しにくいため、該II
I−Ｖ族化合物半導体層表面において、II−VI族化合物
半導体層の成長開始前に成長室内に残留しているＳｅや
Ｓによる汚染や、II−VI族化合物半導体層の成長開始後
のＧａ−Ｓｅ結合又はＧａ−Ｓ結合の形成が抑制され
る。これにより、II−VI／III−Ｖ界面から発生する欠
陥の密度が低減され、ＧａＡｓ基板上に非常に高品質な
II−VI族化合物半導体層を形成でき、長寿命・高出力な
II−VI族化合物発光半導体レーザー等の作製が可能とな
る。
【００５５】また、Ｇａ−Ｓｅ結合又はＧａ−Ｓ結合に
起因する界面での欠陥発生を抑制する効果は、該III−
Ｖ族化合物半導体層中の構成元素であるＩｎ組成が大き
いほど効果が大きい。特に、前記超格子層を設けた場合
は、界面でのＩｎ組成を大きくしても、該III−Ｖ族化
合物半導体層全体の平均歪みがあまり大きくならないた
め、ＧａＡｓ基盤と格子整合をとりながら欠陥発生の抑
制が可能となる。また、前記の格子不整合補償用III−
Ｖ族化合物半導体層を設けた場合は、II−VI／III−Ｖ
界面のIII族原子がＩｎのみであるため、Ｓｅ又はＳと
反応を起こし難く、３次元成長が抑制され、欠陥の発生
を抑制できる。
【００５６】Ｉｎの欠陥発生抑制効果は、表面上のＩｎ
量が成長に影響を与えることから、該III−Ｖ族化合物
半導体層の厚さにはよらないが、その上に堆積させるII
−VI族化合物半導体層の品質を考えると、該III−Ｖ族
化合物半導体層全体の厚さは、新たな結晶欠陥の発生を
無くす意味で臨界膜厚以下であることが望ましい。さら
には、該III−Ｖ族化合物半導体層全体の平均の格子定
数がＧａＡｓ基板とほぼ一致（基板と格子整合）してい
ることが最も望ましい。
【００５７】該III−Ｖ族化合物半導体層は、ＧａＡｓ
基板上に堆積させたＧａＡｓバッファ層上に積層する
と、該III−Ｖ族化合物半導体層の平坦性がよくなりさ
らに効果的である。
【００５８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
ように、ＧａＡｓ基板上、又はＧａＡｓ基板上のＧａＡ
ｓバッファ層上に、構成元素としてＩｎを含むIII−Ｖ
族化合物半導体層を積層し、その上にII−VI族化合物半
導体層を形成することによって、II−VI／III−Ｖ界面
から発生する欠陥密度が低減され、非常に高品質なII−
VI族化合物半導体を得ることができた。この半導体を用
いることによって、長寿命で高出力の光デバイスを作製
することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のII−VI族化合物半導体の層構造を示す
図である。
【図２】本発明のII−VI族化合物半導体の層構造を示す
図である。
【図３】本発明のII−VI族化合物半導体の層構造を示す
図である。
【図４】本発明のII−VI族化合物半導体の層構造を示す
図である。
【図５】本発明のII−VI族化合物半導体の層構造を示す
図である。
【図６】従来のII−VI族化合物半導体の層構造を示す図
である。
【符号の説明】
１ ＧａＡｓ基板 ２ Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層 ３ II−VI族化合物半導体層 ４ ＧａＡｓバッファ層 ５ ＩｎＧａＡｓＰ層 ６ ＺｎＳｅバッファ層 ７ ＭｇＺｎＳＳｅ層 ８ ＩｎＡｓ層 ９ 格子不整合補償用III−Ｖ族化合物半導体層 １０ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ超格子層
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 3/18 Ｈ０１Ｌ 29/26

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に構成元素としてＩｎを
    含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、その上にII−V
    I族化合物半導体層を成長させるII−VI族化合物半導体
    の製造方法であって、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物
    半導体層の厚さを臨界膜厚以下にすることを特徴とする
    II−VI族化合物半導体の製造方法。
  2. 【請求項２】 ＧａＡｓ基板上に構成元素としてＩｎを
    含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、その上にII−V
    I族化合物半導体層を成長させるII−VI族化合物半導体
    の製造方法であって、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物
    半導体層の組成を、前記ＧａＡｓ基板と格子整合するよ
    うに形成することを特徴とするII−VI族化合物半導体の
    製造方法。
  3. 【請求項３】 前記ＧａＡｓ基板がｎ型基板である請求
    項１又は２記載のII−VI族化合物半導体の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体
    層がＩｎ・Ｇａ・Ａｓ・Ｐ、又はＩｎ・Ａｓからなる請
    求項１又は２記載のII−VI族化合物半導体の製造方法。
  5. 【請求項５】 ＧａＡｓ基板上に構成元素としてＩｎを
    含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、その上にII−V
    I族化合物半導体層を成長させるII−VI族化合物半導体
    の製造方法であって、前記ＧａＡｓ基板と前記Ｉｎを含
    むIII−Ｖ族化合物半導体層との間の格子不整合量を小
    さくするIII−Ｖ族化合物半導体層を前記基板上に設
    け、その上に前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層
    を積層することを特徴とするII−VI族化合物半導体の製
    造方法。
  6. 【請求項６】 前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体
    層の厚さ、及び前記の格子不整合量を小さくするIII−
    Ｖ族化合物半導体層全体の厚さを、臨界膜厚以下にする
    請求項５記載のII−VI族化合物半導体の製造方法。
  7. 【請求項７】 ＧａＡｓ基板上に構成元素としてＩｎを
    含むIII−Ｖ族化合物半導体層を積層し、その上にII−V
    I族化合物半導体層を成長させるII−VI族化合物半導体
    の製造方法であって、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物
    半導体層として、積層構造を有しその少なくとも１層が
    構成元素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層で
    構成される超格子層を設けることを特徴とするII−VI族
    化合物半導体の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記超格子層全体の厚さを臨界膜厚以下
    にする請求項７記載のII−VI族化合物半導体の製造方
    法。
  9. 【請求項９】 前記超格子層全体の平均の格子定数が前
    記ＧａＡｓ基板の格子定数とほぼ一致するように前記超
    格子層を形成する請求項７記載のII−VI族化合物半導体
    の製造方法。
  10. 【請求項１０】 ＧａＡｓ基板上に構成元素としてＩｎ
    を含むIII−Ｖ族化合物半導体層が積層され、その上にI
    I−VI族化合物半導体層が形成されたII−VI族化合物半
    導体であって、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体
    層の厚さが臨界膜厚以下であることを特徴とするII−VI
    族化合物半導体。
  11. 【請求項１１】 ＧａＡｓ基板上に構成元素としてＩｎ
    を含むIII−Ｖ族化合物半導体層が積層され、その上にI
    I−VI族化合物半導体層が形成されたII−VI族化合物半
    導体であって、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体
    層が、前記ＧａＡｓ基板と格子整合する組成を有するこ
    とを特徴とするII−VI族化合物半導体。
  12. 【請求項１２】 前記ＧａＡｓ基板がｎ型基板である請
    求項１０又は１１記載のII−VI族化合物半導体。
  13. 【請求項１３】 前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導
    体層がＩｎ・Ｇａ・Ａｓ・Ｐ、又はＩｎ・Ａｓからなる
    請求項１０又は１１記載のII−VI族化合物半導体。
  14. 【請求項１４】 ＧａＡｓ基板上に構成元素としてＩｎ
    を含むIII−Ｖ族化合物半導体層が積層され、その上にI
    I−VI族化合物半導体層が形成されたII−VI族化合物半
    導体であって、前記ＧａＡｓ基板と前記Ｉｎを含むIII
    −Ｖ族化合物半導体層との間に、前記ＧａＡｓ基板と前
    記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層との間の格子不
    整合量を小さくするIII−Ｖ族化合物半導体層が設けら
    れていることを特徴とするII−VI族化合物半導体。
  15. 【請求項１５】 前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半導
    体層の厚さ、及び前記の格子不整合量を小さくするIII
    −Ｖ族化合物半導体層全体の厚さが、臨界膜厚以下であ
    る請求項１４記載のII−VI族化合物半導体。
  16. 【請求項１６】 ＧａＡｓ基板上に構成元素としてＩｎ
    を含むIII−Ｖ族化合物半導体層が積層され、その上にI
    I−VI族化合物半導体層が形成されているII−VI族化合
    物半導体であって、前記Ｉｎを含むIII−Ｖ族化合物半
    導体層が、積層構造を有しその少なくとも１層が構成元
    素としてＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体層で構成さ
    れる超格子層であることを特徴とするII−VI族化合物半
    導体。
  17. 【請求項１７】 前記超格子層全体の厚さが臨界膜厚以
    下である請求項１６記載のII−VI族化合物半導体。
  18. 【請求項１８】 前記超格子層全体の平均の格子定数が
    前記ＧａＡｓ基板の格子定数とほぼ一致している請求項
    １６記載のII−VI族化合物半導体。
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