JPH11204834A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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- JPH11204834A JPH11204834A JP2537298A JP2537298A JPH11204834A JP H11204834 A JPH11204834 A JP H11204834A JP 2537298 A JP2537298 A JP 2537298A JP 2537298 A JP2537298 A JP 2537298A JP H11204834 A JPH11204834 A JP H11204834A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より長寿命で、より信頼性の高い半導体発光
素子を得ることができるようにする。 【解決手段】 本発明による半導体発光素子の製造方
法は、II族としてZn、Be、Mg、CdまたはHg
のうち少なくとも1種類以上の元素と、VI族としてS
e、S、Teのうちの少なくとも1種類以上の元素を用
いたII−VI族化合物半導体より成り、第1および第
2導電型クラッド層と活性層を有する半導体発光素子の
製造方法において、その活性層の成膜時のVI族元素と
II族元素との供給比VI/II比を、1.1より大に
選定して、上記活性層の成膜を行う。
素子を得ることができるようにする。 【解決手段】 本発明による半導体発光素子の製造方
法は、II族としてZn、Be、Mg、CdまたはHg
のうち少なくとも1種類以上の元素と、VI族としてS
e、S、Teのうちの少なくとも1種類以上の元素を用
いたII−VI族化合物半導体より成り、第1および第
2導電型クラッド層と活性層を有する半導体発光素子の
製造方法において、その活性層の成膜時のVI族元素と
II族元素との供給比VI/II比を、1.1より大に
選定して、上記活性層の成膜を行う。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子特
に緑色ないしは青色で発光がなされるII−VI族化合
物半導体発光素子の製造方法に関する。
に緑色ないしは青色で発光がなされるII−VI族化合
物半導体発光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光ディスクや光磁気ディスクに対
する記録/再生の高密度、高解像度の要求、あるいは高
輝度ディスプレー装置、低損失光ファイバー通信装置、
さらにはDNAあるいは特定化学物質の光学式解析装置
などの開発の気運が高まっており、光源として緑色ない
しは青色で発光可能な半導体発光素子の開発が求められ
ている。
する記録/再生の高密度、高解像度の要求、あるいは高
輝度ディスプレー装置、低損失光ファイバー通信装置、
さらにはDNAあるいは特定化学物質の光学式解析装置
などの開発の気運が高まっており、光源として緑色ない
しは青色で発光可能な半導体発光素子の開発が求められ
ている。
【0003】このように緑色ないしは青色で発光可能な
半導体発光素子を構成する材料としては、II族元素の
亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(B
e)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)のうち少なく
とも1種とVI族元素の酸素(O)、硫黄(S)、セレ
ン(Se)、テルル(Te)のうちの少なくとも1種と
から成るII−VI族化合物半導体が有望である。その
うち、クラッド層としてはZnMgSSe系を用いた材
料が、特に有望であり、電極をオーミックコンタクトす
るコンタクト層としてはZnTe層およびZnTe層を
含む超格子構造(たとえば、ZnTe/ZnSe超格子
によるもの、ZnSeTeの混晶により形成されること
が一般に行なわれている。
半導体発光素子を構成する材料としては、II族元素の
亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(B
e)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)のうち少なく
とも1種とVI族元素の酸素(O)、硫黄(S)、セレ
ン(Se)、テルル(Te)のうちの少なくとも1種と
から成るII−VI族化合物半導体が有望である。その
うち、クラッド層としてはZnMgSSe系を用いた材
料が、特に有望であり、電極をオーミックコンタクトす
るコンタクト層としてはZnTe層およびZnTe層を
含む超格子構造(たとえば、ZnTe/ZnSe超格子
によるもの、ZnSeTeの混晶により形成されること
が一般に行なわれている。
【0004】これらの構造は、例えば、MBE(Molecu
lar Beam Epitaxy法:分子線結晶成長法)により成長さ
れる。
lar Beam Epitaxy法:分子線結晶成長法)により成長さ
れる。
【0005】したがって、従来は、結晶性の不完全、も
しくは劣化の抑制の不十分性から、レーザー発振時に素
子が劣化し、長寿命たり得ないという問題点があった。
しくは劣化の抑制の不十分性から、レーザー発振時に素
子が劣化し、長寿命たり得ないという問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来は、半導体発光素
子例えば半導体レーザーの劣化の1つには、主に活性層
内部またはその周辺の劣化もしくは破壊によるものがあ
り、より長寿命の寿命が得られないという問題点があっ
た。そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、
特に、新たに活性層の成長条件を提供することにある。
子例えば半導体レーザーの劣化の1つには、主に活性層
内部またはその周辺の劣化もしくは破壊によるものがあ
り、より長寿命の寿命が得られないという問題点があっ
た。そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、
特に、新たに活性層の成長条件を提供することにある。
【0007】すなわち、半導体レーザー構造成長中の特
に活性層およびその周辺の成長条件をより最適化するこ
とにより、より高い結晶性の素子を提供することにあ
る。
に活性層およびその周辺の成長条件をより最適化するこ
とにより、より高い結晶性の素子を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
素子の製造方法は、II族としてZn、Be、Mg、C
dまたはHgのうち少なくとも1種類以上の元素と、V
I族としてSe、S、Teのうちの少なくとも1種類以
上の元素を用いたII−VI族化合物半導体より成り、
第1および第2導電型クラッド層と活性層を有する半導
体発光素子の製造方法において、その活性層の成膜時の
VI族元素とII族元素との供給比VI/II比を、
1.1より大に選定して、上記活性層の成膜を行う。
素子の製造方法は、II族としてZn、Be、Mg、C
dまたはHgのうち少なくとも1種類以上の元素と、V
I族としてSe、S、Teのうちの少なくとも1種類以
上の元素を用いたII−VI族化合物半導体より成り、
第1および第2導電型クラッド層と活性層を有する半導
体発光素子の製造方法において、その活性層の成膜時の
VI族元素とII族元素との供給比VI/II比を、
1.1より大に選定して、上記活性層の成膜を行う。
【0009】本発明における、成膜時におけるVI族元
素とII族元素との供給比VI/II比とは、後に詳細
に説明するが、この成膜に用いられる成膜装置におい
て、その成膜、特に活性層成長時に供給される分子線強
度の比を、ストイキオメトリーな条件を、VI/II比
が1と定義するものである。
素とII族元素との供給比VI/II比とは、後に詳細
に説明するが、この成膜に用いられる成膜装置におい
て、その成膜、特に活性層成長時に供給される分子線強
度の比を、ストイキオメトリーな条件を、VI/II比
が1と定義するものである。
【0010】上述したように、本発明製造方法において
は、活性層の成膜において、そのVI/II比を、1か
らプラス方向にずらすことに特徴を有し、これによって
従来の半導体発光素子に比し、その寿命が格段に改善す
ることができた。すなわち、従来の思想においては、V
I/II比が1であることが最も良い結晶性を示し、か
つ、その場合に最も長い寿命の半導体発光素子が得られ
るものであるとされていたものであるが、本発明方法に
おいては、この考えを覆したものである。
は、活性層の成膜において、そのVI/II比を、1か
らプラス方向にずらすことに特徴を有し、これによって
従来の半導体発光素子に比し、その寿命が格段に改善す
ることができた。すなわち、従来の思想においては、V
I/II比が1であることが最も良い結晶性を示し、か
つ、その場合に最も長い寿命の半導体発光素子が得られ
るものであるとされていたものであるが、本発明方法に
おいては、この考えを覆したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明による半導体発光素子の製
造方法の実施の形態を説明する。本発明による半導体発
光素子例えば半導体レーザの製造方法において、前述し
たように、II族としてZn、Be、Mg、Cdまたは
Hgのうち少なくとも1種類以上の元素と、VI族とし
てSe、S、Teのうちの少なくとも1種類以上の元素
を用いたII−VI族化合物半導体より成り、第1およ
び第2導電型クラッド層と活性層を有する半導体発光素
子の製造方法において、その活性層の成膜時のVI族元
素とII族元素との供給比VI/II比を、1.1より
大に選定して、上記活性層の成膜を行うものである。
造方法の実施の形態を説明する。本発明による半導体発
光素子例えば半導体レーザの製造方法において、前述し
たように、II族としてZn、Be、Mg、Cdまたは
Hgのうち少なくとも1種類以上の元素と、VI族とし
てSe、S、Teのうちの少なくとも1種類以上の元素
を用いたII−VI族化合物半導体より成り、第1およ
び第2導電型クラッド層と活性層を有する半導体発光素
子の製造方法において、その活性層の成膜時のVI族元
素とII族元素との供給比VI/II比を、1.1より
大に選定して、上記活性層の成膜を行うものである。
【0012】この活性層の成膜におけるVI/II比
は、1.1より大に選定するものであるが、より好まし
くは1.5より大、なかんづく1.5〜10に選定す
る。ここに、VI/II比を1.1より大、特に1.5
以上とするとき、よりすぐれた寿命の向上がはかられる
ものであり、さらにVI/II比の範囲を1.5〜3.
0の間で成長することによってさらに長寿命であり、信
頼性の高い半導体発光素子を作製することができる。そ
して、成膜装置の上から、VI/II比が10として
も、寿命向上の効果はさほど高まらず、原料特にVI族
元素の無駄が大きくなるにすぎないことが認められた。
は、1.1より大に選定するものであるが、より好まし
くは1.5より大、なかんづく1.5〜10に選定す
る。ここに、VI/II比を1.1より大、特に1.5
以上とするとき、よりすぐれた寿命の向上がはかられる
ものであり、さらにVI/II比の範囲を1.5〜3.
0の間で成長することによってさらに長寿命であり、信
頼性の高い半導体発光素子を作製することができる。そ
して、成膜装置の上から、VI/II比が10として
も、寿命向上の効果はさほど高まらず、原料特にVI族
元素の無駄が大きくなるにすぎないことが認められた。
【0013】そして、この本発明方法によって製造する
半導体発光素子としては、その活性層が、ZnCdSe
またはZnCdSSe層、あるいはZnCdBeSe層
による場合において特に、効果的であることが確認され
た。
半導体発光素子としては、その活性層が、ZnCdSe
またはZnCdSSe層、あるいはZnCdBeSe層
による場合において特に、効果的であることが確認され
た。
【0014】図1を参照して、本発明による半導体発光
素子の一例を説明する。図1は、半導体発光素子のII
−VI族化合物半導体による青色半導体レーザーの場合
一例の概略断面図を示す。この例では、活性層が、単一
量子井戸構造とした場合であるが、単一量子井戸構造に
限られるものではなく、多重量子井戸構造とすることも
できる。そのほか、本発明による半導体発光素子は、こ
の図1で説明する例に限られるものではない。
素子の一例を説明する。図1は、半導体発光素子のII
−VI族化合物半導体による青色半導体レーザーの場合
一例の概略断面図を示す。この例では、活性層が、単一
量子井戸構造とした場合であるが、単一量子井戸構造に
限られるものではなく、多重量子井戸構造とすることも
できる。そのほか、本発明による半導体発光素子は、こ
の図1で説明する例に限られるものではない。
【0015】図1の例の例においては、第1導電型例え
ばn型の基板1上に、順次例えば分子線エピタキシー
(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法により、第1導
電型のバッファ層2、第1導電型クラッド層3、第1の
ガイド層4、量子井戸構造による活性層5、第2のガイ
ド層6、第2導電型例えばp型クラッド層7、第2導電
型の第1の半導体層8、第2導電型の第2の半導体層
9、第2導電型の超格子層10、および第1導電型のコ
ンタクト層11をエピタキシャル成長する。このエピタ
キシャル成長された積層半導体層のコンタクト層11と
超格子層10とを、その厚さ方向に横切ってストライプ
状の電流通路部を挟んでその両側にメサ溝をエッチング
液による化学的エッチング、あるいはドライエッチング
によって形成し、ここにAl2 O3 等の絶縁層12が埋
め込まれてなる。そして、コンタクト層12上に一方の
電極13がオーミックに被着され、基板の裏面に他方の
電極14がオーミックに被着されてなる。
ばn型の基板1上に、順次例えば分子線エピタキシー
(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法により、第1導
電型のバッファ層2、第1導電型クラッド層3、第1の
ガイド層4、量子井戸構造による活性層5、第2のガイ
ド層6、第2導電型例えばp型クラッド層7、第2導電
型の第1の半導体層8、第2導電型の第2の半導体層
9、第2導電型の超格子層10、および第1導電型のコ
ンタクト層11をエピタキシャル成長する。このエピタ
キシャル成長された積層半導体層のコンタクト層11と
超格子層10とを、その厚さ方向に横切ってストライプ
状の電流通路部を挟んでその両側にメサ溝をエッチング
液による化学的エッチング、あるいはドライエッチング
によって形成し、ここにAl2 O3 等の絶縁層12が埋
め込まれてなる。そして、コンタクト層12上に一方の
電極13がオーミックに被着され、基板の裏面に他方の
電極14がオーミックに被着されてなる。
【0016】基板1は、例えば厚さが100〜350μ
mであり、n型不純物として珪素(Si)を添加したn
型GaAsにより構成されている。バッファ層2は、例
えばIII−V族化合物半導体によるバッファ層2A
と、第1および第2のII−VI族化合物半導体による
バッファ層2Bおよび2Cとによって構成される。バッ
ファ層2Aは、積層方向の厚さ(以下単に厚さという)
が200nmであり、n型不純物として珪素を添加した
n型GaAsにより、第1のII−VI族バッファ層2
Bは、例えは厚さが20nmのn型不純物として塩素
(Cl)を添加したn型ZnSeにより、第2のII−
VI族バッファ層2Cは、例えば厚さが200nmのn
型不純物として塩素(Cl)を添加したn型ZnSSe
により構成される。第1導電型クラッド層3は、例え
ば、厚さが1μmであり、n型不純物として塩素を添加
したn型ZnMgSSe混晶により構成される。
mであり、n型不純物として珪素(Si)を添加したn
型GaAsにより構成されている。バッファ層2は、例
えばIII−V族化合物半導体によるバッファ層2A
と、第1および第2のII−VI族化合物半導体による
バッファ層2Bおよび2Cとによって構成される。バッ
ファ層2Aは、積層方向の厚さ(以下単に厚さという)
が200nmであり、n型不純物として珪素を添加した
n型GaAsにより、第1のII−VI族バッファ層2
Bは、例えは厚さが20nmのn型不純物として塩素
(Cl)を添加したn型ZnSeにより、第2のII−
VI族バッファ層2Cは、例えば厚さが200nmのn
型不純物として塩素(Cl)を添加したn型ZnSSe
により構成される。第1導電型クラッド層3は、例え
ば、厚さが1μmであり、n型不純物として塩素を添加
したn型ZnMgSSe混晶により構成される。
【0017】第1のガイド層4は、例えば、厚さが10
0nmであり、例えばn型不純物として塩素を添加した
あるいは何も添加しないすなわちノンドープのZnSS
e混晶により構成される。このガイド層4を構成するZ
nSSe混晶のVI族元素における組成比は例えばS
(硫黄)が6%、Se(セレン)が94%とされる。活
性層5は、例えば、厚さが3.3nmの単一量子井戸構
造を有したZnCdSe混晶により構成される。そのI
I族元素の組成比はたとえば亜鉛が67%、カドミウム
が33%であり、格子定数が基板1の格子定数a
sub (GaAsの格子定数)よりも若干大きくなってい
る。第2のガイド層6は、例えば、厚さが100nmで
あり、例えばp型不純物として窒素(N)を添加したあ
るいは何も添加しないZnSSe混晶により構成されて
いる。このガイド層を構成するZnSSe混晶のVI族
元素における組成比は硫黄が6%、セレンが94%であ
る。第2導電型クラッド層7は、例えば、厚さが1μm
であり、p型不純物として窒素を添加したp型ZnMg
SSe混晶により構成される。第1の半導体層8は、例
えば、厚さが2μmであり、p型不純物として窒素を添
加したp型ZnSSe混晶により構成される。第2の半
導体層9は、例えば、厚さが100nmであり、p型不
純物として窒素を添加したp型ZnSeにより構成され
る。さらにその上に超格子層10は、例えばp型のZn
Se層とp型のZnTeとの積層による超格子層によっ
て形成される。コンタクト層11は、例えば、厚さ50
nmのp型のZnTe層により構成される。
0nmであり、例えばn型不純物として塩素を添加した
あるいは何も添加しないすなわちノンドープのZnSS
e混晶により構成される。このガイド層4を構成するZ
nSSe混晶のVI族元素における組成比は例えばS
(硫黄)が6%、Se(セレン)が94%とされる。活
性層5は、例えば、厚さが3.3nmの単一量子井戸構
造を有したZnCdSe混晶により構成される。そのI
I族元素の組成比はたとえば亜鉛が67%、カドミウム
が33%であり、格子定数が基板1の格子定数a
sub (GaAsの格子定数)よりも若干大きくなってい
る。第2のガイド層6は、例えば、厚さが100nmで
あり、例えばp型不純物として窒素(N)を添加したあ
るいは何も添加しないZnSSe混晶により構成されて
いる。このガイド層を構成するZnSSe混晶のVI族
元素における組成比は硫黄が6%、セレンが94%であ
る。第2導電型クラッド層7は、例えば、厚さが1μm
であり、p型不純物として窒素を添加したp型ZnMg
SSe混晶により構成される。第1の半導体層8は、例
えば、厚さが2μmであり、p型不純物として窒素を添
加したp型ZnSSe混晶により構成される。第2の半
導体層9は、例えば、厚さが100nmであり、p型不
純物として窒素を添加したp型ZnSeにより構成され
る。さらにその上に超格子層10は、例えばp型のZn
Se層とp型のZnTeとの積層による超格子層によっ
て形成される。コンタクト層11は、例えば、厚さ50
nmのp型のZnTe層により構成される。
【0018】このようにして構成された、積層半導体層
に対し、フォトリソグラフィによるパターンエッチング
を行って、ストライプ状パターンを残してその両側にメ
サ溝を形成する。すなわち、コンタクト層11上に、フ
ォトレジストの塗布、パターン露光、現像処理を行っ
て、幅が例えば10μmのストライプ状のフォトレジス
ト層を形成し、これをエッチングマスクとして、例えば
エッチング液によって、図示のように、コンタクト層1
1と超格子層10とを横切る深さに、あるいは図示しな
いが、第2導電型クラッド層7に至る深さにエッチング
する。
に対し、フォトリソグラフィによるパターンエッチング
を行って、ストライプ状パターンを残してその両側にメ
サ溝を形成する。すなわち、コンタクト層11上に、フ
ォトレジストの塗布、パターン露光、現像処理を行っ
て、幅が例えば10μmのストライプ状のフォトレジス
ト層を形成し、これをエッチングマスクとして、例えば
エッチング液によって、図示のように、コンタクト層1
1と超格子層10とを横切る深さに、あるいは図示しな
いが、第2導電型クラッド層7に至る深さにエッチング
する。
【0019】その後、たとえば、アルミナ(Al
2 O3 )等を蒸着して絶縁層12を形成し、その後、表
面のレジスト層を除去し、電極13、この例ではp側電
極13を蒸着する。この電極13は、例えば厚さが10
nmのチタン(Ti)、例えば厚さが300nmの金
(Au)を順次積層して形成する。また、基板1の裏面
には、インジウム(In)により形成された電極14、
この例ではn側電極14を形成する。
2 O3 )等を蒸着して絶縁層12を形成し、その後、表
面のレジスト層を除去し、電極13、この例ではp側電
極13を蒸着する。この電極13は、例えば厚さが10
nmのチタン(Ti)、例えば厚さが300nmの金
(Au)を順次積層して形成する。また、基板1の裏面
には、インジウム(In)により形成された電極14、
この例ではn側電極14を形成する。
【0020】上述した各半導体層2〜11のエピタキシ
ャル成長は、図2で概略構成を示すMBE装置を用いる
ことができる。このMBE装置は、真空容器31内に、
成膜を行う基板1を保持する基板ホルダー32が配置さ
れている。そして、この基板ホルダー32に保持された
基板1に対して、例えば、S、Se、Zn、Mg、C
d、Cl、Be等の各分子線を発射する複数の分子線源
37が配列される。これら分子線源37は、特にVI族
の分子線源はバルブクラッキングセルを用いることが望
ましい。分子線源37の前方にはシャッター47が配置
される。また、N2 をプラスマ化して供給するプラズマ
セル33が配置される。
ャル成長は、図2で概略構成を示すMBE装置を用いる
ことができる。このMBE装置は、真空容器31内に、
成膜を行う基板1を保持する基板ホルダー32が配置さ
れている。そして、この基板ホルダー32に保持された
基板1に対して、例えば、S、Se、Zn、Mg、C
d、Cl、Be等の各分子線を発射する複数の分子線源
37が配列される。これら分子線源37は、特にVI族
の分子線源はバルブクラッキングセルを用いることが望
ましい。分子線源37の前方にはシャッター47が配置
される。また、N2 をプラスマ化して供給するプラズマ
セル33が配置される。
【0021】更に、真空容器には、例えば四重極質量分
析計34と、RHEED(Reflection High Energy Ele
ctron Diffraction :高エネルギー反射電子回折)電子
35と、基板1からの反射電子を受ける蛍光スクリーン
36が配置される。また、基板1の配置部前方に対し進
退自在に移動する真空ゲージ38が設けられる。
析計34と、RHEED(Reflection High Energy Ele
ctron Diffraction :高エネルギー反射電子回折)電子
35と、基板1からの反射電子を受ける蛍光スクリーン
36が配置される。また、基板1の配置部前方に対し進
退自在に移動する真空ゲージ38が設けられる。
【0022】この装置を用いて、超高真空中に配置され
た、分子線源37においてそれぞれの材料を所望の分子
線強度を得るのに必要な温度で加熱して、所要の温度に
加熱された基板1に向かって、成膜に必要とされる原料
分子線を、複数同時に、または交互に供給し、基板1上
に、目的とする上述した半導体層2〜11を、エピタキ
シャル成長する。すなわち単結晶薄膜として成長させる
ものである。
た、分子線源37においてそれぞれの材料を所望の分子
線強度を得るのに必要な温度で加熱して、所要の温度に
加熱された基板1に向かって、成膜に必要とされる原料
分子線を、複数同時に、または交互に供給し、基板1上
に、目的とする上述した半導体層2〜11を、エピタキ
シャル成長する。すなわち単結晶薄膜として成長させる
ものである。
【0023】本発明方法においては、上述したII−V
I族化合物半導体の成膜、特に活性層の成膜において、
VI/II比を特定するものであるが、実際には、II
−VI族化合物半導体の成膜に関与する実質的なVI/
II比は、装置毎に真空ゲージの配置等、また、その感
度が材料毎に異なることから、装置毎に異なった値が求
められる。そこで成膜に先立って、各成膜装置に関して
前述のVI/II比の較正を行う。つまり、各装置に関
して、VI/II=1の基準化を行う。
I族化合物半導体の成膜、特に活性層の成膜において、
VI/II比を特定するものであるが、実際には、II
−VI族化合物半導体の成膜に関与する実質的なVI/
II比は、装置毎に真空ゲージの配置等、また、その感
度が材料毎に異なることから、装置毎に異なった値が求
められる。そこで成膜に先立って、各成膜装置に関して
前述のVI/II比の較正を行う。つまり、各装置に関
して、VI/II=1の基準化を行う。
【0024】この較正方法の1つは、まず目的とする半
導体発光素子に用いる基板1に代えて、同様の基板をホ
ルダー32に配置して、II族およびVI族から選定さ
れた分子線源を所要の温度に加熱して、これらからの分
子線を基板に照射して成膜を行う。この成膜中に、RH
EEDパターンの観察を行う。そして、このパターン
が、(2×1)パターンとc(2×2)パターンとの再
配列構造が同時に混在して観察されるときのVI/II
比を1とする。因みに、II族分子線強度が強い場合
は、c(2×2)パターンのみが観察され、VI族分子
線強度が強い場合は、(2×1)パターンのみが観察さ
れる。そして、このときの分子線強度、すなわちフラッ
クス量を、真空ゲージを基板前方に進出させて真空度測
定を行うことによって測定する。
導体発光素子に用いる基板1に代えて、同様の基板をホ
ルダー32に配置して、II族およびVI族から選定さ
れた分子線源を所要の温度に加熱して、これらからの分
子線を基板に照射して成膜を行う。この成膜中に、RH
EEDパターンの観察を行う。そして、このパターン
が、(2×1)パターンとc(2×2)パターンとの再
配列構造が同時に混在して観察されるときのVI/II
比を1とする。因みに、II族分子線強度が強い場合
は、c(2×2)パターンのみが観察され、VI族分子
線強度が強い場合は、(2×1)パターンのみが観察さ
れる。そして、このときの分子線強度、すなわちフラッ
クス量を、真空ゲージを基板前方に進出させて真空度測
定を行うことによって測定する。
【0025】このようにして、VI/II比を1とする
較正を行って後、本発明においては、活性層5の成膜に
おいて、前述したように、1.1より大に、好ましくは
1.5より大、なかんづく1.5〜10に、さらに1.
5〜3.0の間に選定することが望ましい。尚、活性層
5以外の半導体層、例えばクラッド層3,7、ガイド層
4,6、第1および第2の半導体層8,9、超格子層1
0、コンタクト層等については、VI/II比をおおむ
ね1とする条件でエピタキシャル成長を行うことができ
る。
較正を行って後、本発明においては、活性層5の成膜に
おいて、前述したように、1.1より大に、好ましくは
1.5より大、なかんづく1.5〜10に、さらに1.
5〜3.0の間に選定することが望ましい。尚、活性層
5以外の半導体層、例えばクラッド層3,7、ガイド層
4,6、第1および第2の半導体層8,9、超格子層1
0、コンタクト層等については、VI/II比をおおむ
ね1とする条件でエピタキシャル成長を行うことができ
る。
【0026】また、他の較正方法としては、エピタキシ
ャル成長された成膜の組成を解析し、例えば図3に示す
ように、ZnCdSeにおける供給したCdの分子線中
のCdの量に対する結晶中に取り込まれたCdの比、す
なわちCdの取り込み率が、ピークを示す、分子線照射
において、同様に真空ゲージ38によって、分子線強度
を測定し、その測定されたII族とVI族の分子線強度
の比、例えばSe/(Zn+Cd))を、VI/II=
1とする。
ャル成長された成膜の組成を解析し、例えば図3に示す
ように、ZnCdSeにおける供給したCdの分子線中
のCdの量に対する結晶中に取り込まれたCdの比、す
なわちCdの取り込み率が、ピークを示す、分子線照射
において、同様に真空ゲージ38によって、分子線強度
を測定し、その測定されたII族とVI族の分子線強度
の比、例えばSe/(Zn+Cd))を、VI/II=
1とする。
【0027】図4は、活性層をZnCdSeとした上述
の半導体レーザーにおいて、20℃および40℃下で、
自動パワー制御によって、その出力を1mWに保持した
ときの、VI/II比、すなわちSe/(Zn+Cd)
に対する、レーザーの寿命の測定結果をプロットしたも
のである。これによりVI/II比が1.1より大で、
ピークもしくは飽和する傾向を示している。そして、更
に好ましくはVI/II比が1.5以上で特に寿命の向
上がはかられ、さらにはVI/II比が1.5〜3.0
にて、より寿命の改善がはかられている。
の半導体レーザーにおいて、20℃および40℃下で、
自動パワー制御によって、その出力を1mWに保持した
ときの、VI/II比、すなわちSe/(Zn+Cd)
に対する、レーザーの寿命の測定結果をプロットしたも
のである。これによりVI/II比が1.1より大で、
ピークもしくは飽和する傾向を示している。そして、更
に好ましくはVI/II比が1.5以上で特に寿命の向
上がはかられ、さらにはVI/II比が1.5〜3.0
にて、より寿命の改善がはかられている。
【0028】尚、上述した例では、クラッド層がZnM
gSSe系の半導体発光素子において、活性層がZnC
dSeである場合であるが、ZnCdSSeとすること
もでき、また、本発明は、上述の例に限られるものでは
なく、例えばクラッド層がZnMgBeSSe系の半導
体発光素子による半導体発光素子に適用して同様の効果
を奏することができる。この場合の一例を図5に例示す
る。この例においても、第1導電型例えばn型のGaA
s基板1上に、順次例えばMBE法により、第1導電型
のバッファ層2、第1導電型クラッド層3、第1のガイ
ド層4、量子井戸構造による活性層5、第2のガイド層
6、第2導電型例えばp型クラッド層7、第2導電型の
第1の半導体層8、第2導電型の第2の半導体層9、第
2導電型の超格子層10、および第1導電型のコンタク
ト層11をエピタキシャル成長し、コンタクト層11と
超格子層10とを、その厚さ方向に横切ってストライプ
状の電流通路部を挟んでその両側にメサ溝をエッチング
し、ここにAl2 O3 等の絶縁層12が埋め込まれてな
る。そして、コンタクト層12上に一方の電極13がオ
ーミックに被着され、基板の裏面に他方の電極14がオ
ーミックに被着される。
gSSe系の半導体発光素子において、活性層がZnC
dSeである場合であるが、ZnCdSSeとすること
もでき、また、本発明は、上述の例に限られるものでは
なく、例えばクラッド層がZnMgBeSSe系の半導
体発光素子による半導体発光素子に適用して同様の効果
を奏することができる。この場合の一例を図5に例示す
る。この例においても、第1導電型例えばn型のGaA
s基板1上に、順次例えばMBE法により、第1導電型
のバッファ層2、第1導電型クラッド層3、第1のガイ
ド層4、量子井戸構造による活性層5、第2のガイド層
6、第2導電型例えばp型クラッド層7、第2導電型の
第1の半導体層8、第2導電型の第2の半導体層9、第
2導電型の超格子層10、および第1導電型のコンタク
ト層11をエピタキシャル成長し、コンタクト層11と
超格子層10とを、その厚さ方向に横切ってストライプ
状の電流通路部を挟んでその両側にメサ溝をエッチング
し、ここにAl2 O3 等の絶縁層12が埋め込まれてな
る。そして、コンタクト層12上に一方の電極13がオ
ーミックに被着され、基板の裏面に他方の電極14がオ
ーミックに被着される。
【0029】バッファ層2は、図5に示すように、例え
ばIII−V族化合物半導体のGaAsによるバッファ
層2Aと、II−VI族化合物半導体の例えば厚さ20
nmのZnBeSeによるバッファ層2Bによって構成
するとか、あるいはII−VI族化合物半導体のバッフ
ァ層を例えば厚さ20nmのZnSeによるバッファ層
と同様に例えば厚さ20nmのZnBeSeによるバッ
ファ層とによって構成することができる。第1導電型ク
ラッド層3は、例えば、厚さ1μmのn型のZnMgB
eSe混晶により構成される。
ばIII−V族化合物半導体のGaAsによるバッファ
層2Aと、II−VI族化合物半導体の例えば厚さ20
nmのZnBeSeによるバッファ層2Bによって構成
するとか、あるいはII−VI族化合物半導体のバッフ
ァ層を例えば厚さ20nmのZnSeによるバッファ層
と同様に例えば厚さ20nmのZnBeSeによるバッ
ファ層とによって構成することができる。第1導電型ク
ラッド層3は、例えば、厚さ1μmのn型のZnMgB
eSe混晶により構成される。
【0030】第1のガイド層4は、例えば、厚さ100
nmのn型もしくはノンドープのZnBeSe混晶によ
り構成される。活性層5は、例えば、厚さが3.3nm
の単一量子井戸構造のZnCdSe混晶もしくはZnC
dBeSe混晶により構成される。この場合において
も、その格子定数が基板1の格子定数(GaAsの格子
定数)よりも若干大きくなっている。第2のガイド層6
は、例えば、厚さ100nmのp型もしくはノンドープ
のZnBeSe混晶により構成されている。第2導電型
クラッド層7は、例えば、厚さ1μmのp型のZnMg
BeSe混晶により構成される。第1の半導体層8は、
例えば、厚さ1μmのp型のZnBeSe混晶により構
成される。第2の半導体層9は、例えば、厚さ100n
mのp型のp型ZnSeにより構成される。さらにその
上に超格子層10は、例えばp型のZnSe層とp型の
BeTeとの積層による超格子層によって形成される。
コンタクト層11は、例えば、厚さ50nmのp型のB
eTe層により構成される。
nmのn型もしくはノンドープのZnBeSe混晶によ
り構成される。活性層5は、例えば、厚さが3.3nm
の単一量子井戸構造のZnCdSe混晶もしくはZnC
dBeSe混晶により構成される。この場合において
も、その格子定数が基板1の格子定数(GaAsの格子
定数)よりも若干大きくなっている。第2のガイド層6
は、例えば、厚さ100nmのp型もしくはノンドープ
のZnBeSe混晶により構成されている。第2導電型
クラッド層7は、例えば、厚さ1μmのp型のZnMg
BeSe混晶により構成される。第1の半導体層8は、
例えば、厚さ1μmのp型のZnBeSe混晶により構
成される。第2の半導体層9は、例えば、厚さ100n
mのp型のp型ZnSeにより構成される。さらにその
上に超格子層10は、例えばp型のZnSe層とp型の
BeTeとの積層による超格子層によって形成される。
コンタクト層11は、例えば、厚さ50nmのp型のB
eTe層により構成される。
【0031】また、この場合においても、活性層5の成
膜においては、VI/II比を1.1より大の好ましく
は1.5以上とする。また、活性層5の成膜において
は、さらにVI/II比を1.5〜3.0にすることが
望ましい。
膜においては、VI/II比を1.1より大の好ましく
は1.5以上とする。また、活性層5の成膜において
は、さらにVI/II比を1.5〜3.0にすることが
望ましい。
【0032】また、上述した各例においては、活性層が
単一量子井戸構造とした場合であるが、多重量子井戸構
造による半導体発光素子に本発明を適用して同様の効果
を奏することができる。
単一量子井戸構造とした場合であるが、多重量子井戸構
造による半導体発光素子に本発明を適用して同様の効果
を奏することができる。
【0033】上述したように、本発明製造方法によれ
ば、活性層の成膜におけるVI/II比の特定によっ
て、得られた半導体発光素子における長寿命化を図るこ
とができる。
ば、活性層の成膜におけるVI/II比の特定によっ
て、得られた半導体発光素子における長寿命化を図るこ
とができる。
【0034】
【発明の効果】上述したように、本発明方法によれば、
従来の半導体発光素子例えばレーザーあるいは発光ダイ
オード等においては、奏することのできなかった程度の
長寿命化、したがって、信頼性の向上をはかることがで
きる。
従来の半導体発光素子例えばレーザーあるいは発光ダイ
オード等においては、奏することのできなかった程度の
長寿命化、したがって、信頼性の向上をはかることがで
きる。
【図1】本発明製造方法によって得る半導体発光素子の
一例の概略断面図である。
一例の概略断面図である。
【図2】本発明製造方法を実施するMBE装置の一例の
概略構成図である。
概略構成図である。
【図3】ZnCdSeにおけるVI/II比と、Cd
の、ZnCdSeへの取り込み量との関係の測定結果を
示す図である。
の、ZnCdSeへの取り込み量との関係の測定結果を
示す図である。
【図4】本発明製造方法によって得た半導体発光素子の
VI/II比と寿命の関係の測定結果を示す図である。
VI/II比と寿命の関係の測定結果を示す図である。
【図5】本発明製造方法によって得た半導体発光素子の
他の一例の概略断面図である。
他の一例の概略断面図である。
1・・・基板、2・・・バッファ層、3・・・第1導電
型クラッド層、4・・・第1のガイド層、5・・・活性
層、6・・・第2のガイド層、7・・・第2導電型クラ
ッド層、8・・・第1の半導体層、9・・・第2の半導
体層、10・・・超格子層、11・・・コンタクト層、
12・・・絶縁層、13,14・・・電極、31・・・
真空容器、32・・・基板ホルダー、33・・・プラズ
マセル、34・・・四重極質量分析計、35・・・RH
EED電子銃、36・・・スクリーン、37・・・分子
線源、38・・・真空ゲージ、47・・・シャッター
型クラッド層、4・・・第1のガイド層、5・・・活性
層、6・・・第2のガイド層、7・・・第2導電型クラ
ッド層、8・・・第1の半導体層、9・・・第2の半導
体層、10・・・超格子層、11・・・コンタクト層、
12・・・絶縁層、13,14・・・電極、31・・・
真空容器、32・・・基板ホルダー、33・・・プラズ
マセル、34・・・四重極質量分析計、35・・・RH
EED電子銃、36・・・スクリーン、37・・・分子
線源、38・・・真空ゲージ、47・・・シャッター
Claims (6)
- 【請求項1】 II族としてZn、Be、Mg、Cdま
たはHgのうち少なくとも1種類以上の元素と、VI族
としてSe、S、Teのうちの少なくとも1種類以上の
元素を用いたII−VI族化合物半導体より成り、第1
および第2導電型クラッド層と活性層を有する半導体発
光素子の製造方法において、 上記活性層の成膜時のVI族元素とII族元素との供給
比VI/II比を、1.1より大に選定して、上記活性
層の成膜を行うことを特徴とする半導体発光素子の製造
方法。 - 【請求項2】 上記活性層の成膜時のVI族元素と、I
I族元素との供給比VI/II比を、1.5以上に選定
して、上記活性層の成膜を行うことを特徴とする請求項
1に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項3】 上記活性層の成膜時のVI族元素と、I
I族元素との供給比VI/II比を、1.5〜10に選
定して、上記活性層の成膜を行うことを特徴とする請求
項1に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項4】 上記活性層の成膜時のVI族元素と、I
I族元素との供給比VI/II比を、1.5〜3.0に
選定して、上記活性層の成膜を行うことを特徴とする請
求項1に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項5】 上記活性層を、ZnCdSeまたはZn
CdSSe層によって形成することを特徴とする請求項
1に記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項6】 上記活性層を、ZnCdBeSe層によ
って形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体
発光素子の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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