KR100446202B1 - 카드뮴을포함한ii-vi족화합물반도체층의성장방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결정성이 양호한 Zn1-x Cdx Se 등의 Cd를 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체를 분자선 에피텍시법에 의해 성장시킨다. Zn1-xCdxSe 층을 분자선 에피텍시법에 의해 성장시킬 때 기판에 실제로 조사되는 분자선의 강도로 보았을 때의 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비, 즉 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비를 0.7 내지 1.3, 적합하게는 거의 1로 설정하여 성장층에 대한 Cd의 공급효율을 충분히 높게 한다.

Description

카드뮴을 포함한 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장 방법
본 발명은 카드뮴(Cd)을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층 및 그 성장 방법에 관한 것이다.
ZnSe계의 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체는 청색 내지 녹색으로 발광가능한 반도체 레이저, 발광 다이오드 등의 반도체 발광소자에 응용되어 있다. 이러한 종류의 반도체 발광소자에서는 발광부가 되는 활성층에 ZnCdSe 층을 이용함으로써 캐리어 폐쇄 및 광 폐쇄가 유효하게 행하여지게 되어 특성이 대폭 개선되는 것으로 알려져 있다.
이러한 활성층에 ZnCdSe 층을 이용한 반도체 발광소자 중 특히 반도체 레이저에서는 이 ZnCdSe 층의 Cd 조성비를 바꿈으로써 그 발진 파장을 임의로 바꿀 수 있다. 일례를 들면, Cd 조성이 20%, 활성층의 두께가 7.5nm 정도인 때에 파장 510nm에서의 연속 발진이 실온에서 관측되어 있다.
그런데, 종래의 상술한 반도체 레이저를 구성하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장은 오로지 분자선 에피텍시(MBE) 법에 의해 행해지고 있다. 이 MBE 법에 의한 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장에서는 성장을 행하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성분 원소를 초고진공 속에서 증발시켜 분자선을 발생시키고, 이 분자선을 기판에 조사함으로써 성장을 행한다. 이 가운데 특히 ZnCdSe 층의 성장을 행하는 경우에는 Zn의 분자선, Cd의 분자선 및 Se의 분자선을 이용하지만, 이 때 Zn의 분자선 및 Se의 분자선에 대한 Cd의 분자선의 강도를 늘리면, 성장층의 Cd 조성은 증가한다.
그런데, MBE 법에 의해 성장이 행하여진 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 결정성은 성장시 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비(이하, 「Ⅵ/Ⅱ 비」라고 함)에 의해서 크게 다르다. 따라서, 이 Ⅵ/Ⅱ 비는 중요한 성장 조건의 하나라고 말할 수 있다. 예를 들면, ZnSe의 성장에서는 Zn의 분자선의 강도에 대한 Se의 분자선의 강도의 비가 중요하다.
ZnCdSe 층에 대해서는 지금까지 성장시의 Cd 공급량의 조정은 상술한 바와 같이 Cd의 분자선의 강도의 조정에 의해 행해지고 있었지만, 양호한 결정성을 얻는데 알맞은 Ⅵ/Ⅱ 비는 발견되어 있지 않으며, 따라서 양호한 결정성을 갖는 ZnCdSe 층은 얻어지지 않았다.
이 문제는 ZnCdSe 층 뿐만 아니라 Cd를 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층 전반에 존재할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 성장 시간이 실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비의 최적화에 의해 양호한 결정성을 얻을 수 있는 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 상술한 과제를 해결하기 위해서 ZnCdSe 층 등의 Cd를 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장시의 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비, 즉 Ⅵ/Ⅱ 비의 최적화에 관해서 검토를 행하였다. 그 결과, 기판에 실제로 조사되는 실질적인 분자선의 강도로 보았을 때의 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비, 즉 실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비(이하, 「실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비」라고도 함)가 1일 때에 성장층에 대한 Cd의 공급 효율은 최대(예를 들면, 100%)가 되고, 이 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비가 1 전후의 값, 구체적으로는 0.7∼1.3일 때에도 Cd의 공급 효율은 충분히 높은(예를 들면, 90% 정도 이상인) 것을 발견하였다. 또한, 성장층의 광학적인 품질을 평가할 수 있는 광 발광의 관찰 결과에 따르면, 이 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비를 1 정도로 해서 얻어진 성장층의 광 발광 강도는 충분히 커서 이것은 결정성이 양호한 것을 도시한다. 또한, 이와 같이 하여 얻어진 Cd를 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층은 (2×1) 구조와 c (2×2) 구조가 혼재한 표면 재배열 구조를 갖는다. 여기서, c (2×2)에서의 「c」는 면심 평면 격자를 의미한다.
본 발명은 본 발명자가 얻은 상기 지식을 기초로 하여 안출된 것이다.
본 발명은 분자선 에피텍시법에 의해 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장을 행하도록 한 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장방법에 있어서,
실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의강도의 비를 0.7 내지 1.3으로 설정하여 성장을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서는, 적합하게는 실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비, 즉 실질적인 Ⅵ/Ⅱ비를 0.8 내지 1.2로 설정하여 성장을 행한다.
본 발명에 특히 적합한 실시 형태에서는, 실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비, 즉 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비를 거의 1로 설정하여 성장을 행한다.
본 발명에 있어서, 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층은 전형적으로는 (100) 면방위이다.
본 발명에 있어서, 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층은 경우에 따라서 카드뮴(Cd) 이외의 Ⅱ족 원소, 구체적으로는 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 수은(Hg) 및 베릴륨(Be)으로 이루어지는 군에서 선택된 한종 또는 두종 이상의 Ⅱ족 원소와, 셀레늄(Se), 황(S) 및 텔루늄(Te)으로 이루어지는 군에서 선택된 한종 또는 두종 이상의 Ⅵ족 원소를 그 구성원으로서 포함한다. 이 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 구체예를 몇개 정도 예를 들면, ZnCdSe 층, ZnCdS 층, CdMgSe 층, ZnCdSSe 층 등이다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에서는, 실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비, 즉 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비를 0.7 내지 1.3으로 설정하여 분자선 에피텍시법에 의해 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장을 행하도록 함으로써 성장층에 대한 카드뮴의 공급 효율을 충분히 높여서, 예를 들면 90 ∼ 100%로 할 수 있어서 성장층에 대한 카드뮴의 공급 효율을 최적화할 수 있다. 이에 의해서, 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층을 양호한 것으로 할 수 있다. 또한, 이 때에 이 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 표면 재배열 구조는, (2×1) 구조와 c (2×2) 구조가 혼재한 것이다.
도 1은 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체의 성장에 이용되는 MBE 장치의 일례를 도시하는 개략 선도.
도 2는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체의 성장에 이용되는 MBE 장치의 일례를 도시하는 개략 선도.
도 3은 도 1에 도시하는 MBE 장치를 사용하여 제작된 간략화한 구조의 반도체 발광소자를 도시하는 단면도.
도 4는 MBE 법에 의한 Zn1-xCdxSe 활성층의 성장시의 Ⅵ/Ⅱ 비와 성장층에 대한 Cd의 공급 효율 η의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 MBE 법에 의한 Zn1-xCdxSe 활성층의 성장시의 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비와 성장층에 대한 Cd의 공급 효율 η의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 MBE 법에 의한 Zn1-xCdxSe 활성층의 성장시의 Ⅵ/Ⅱ 비와 Zn1-xCdxSe 활성층의 광 발광 강도의 관계를 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 반도체 레이저의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 성장실
2 : 기판 홀더
3 : 기판
4 내지 8 : 셀
9 내지 13 : 셔터
15 : 이온 게이지
21, 31 : n형 GaAs 기판
22, 33 : n형 ZnSe 버퍼층
23, 35 : n형 ZnSy, Se1-y광도파층
24, 36 : Zn1-xCdxSe 활성층
25, 37 : p형 ZnSy, Se1-y광도파층
34 : n형 Zn1-p, MgpSqSe1-q클래드층
38 : p형 Zn1-pMgpSqSe1-q클래드층
39 : p형 ZnSvSe1-v층
40 : p형 ZnSe 컨택트층
41 : p형 ZnSe/ZnTe MQW 층
42 : p형 ZnTe 컨택트층
43 : 절연층
44 : p측 전극
45 : n측 전극
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명의 실시형태에 대해서 설명하기 전에, 우선 MBE 법에 의한 ZnCdSe층의 성장시의 Ⅵ/Ⅱ 비와 성장층에 대한 Cd의 공급 효율의 관계의 측정결과에 대해서 설명한다.
도 1은 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체의 성장에 이용되는 MBE 장치를 도시한다.
도 1은 도시한 바와 같이, 이 MBE 장치에서는 초고진공으로 배기된 성장실(1) 내에 기판 홀더(2)가 설치되고, 이 기판 홀더(2)에 성장을 행해야 하는 기판(3)이 유지된다. 이 기판 홀더(2)는, 예를 들면 몰리브덴제 블록으로 이루어진다. 성장실(1)에는 분자선원을 구성하는 셀(4 내지 8)이 장착되어 있다. 이들 셀(4 내지 8)에는, 예를 들면 각각 Zn, Cd, Se, S 및 ZnCl2가 충전되어 있다. 또한, 이들 셀(4 내지 8)의 선단에는 각각 셔터(9 내지 13)가 설치된다. 성장실(1)에는 또한 전자 사이클로트론공명(ECR) 또는 고주파(RF)에 의한 플라즈마 셀(14)이 장착되어 있다. 부호(15)는 분자선의 강도를 모니터하기 위한 이온 게이지(빔 모니터)를 도시한다. 이 이온 게이지(15)는 성장실(1) 내에서 이동 가능하게 구성되어 있다.
이 MBE 장치에 있어서, 분자선의 강도의 측정은 다음과 같이 하여 행한다. 즉, 우선 셔터(9 내지 13)를 닫은 상태에서 셀(4 내지 8)을 히터(도시되지 않음)에 의해 각각 소정의 온도로 가열하여 분자선을 발생시켜 둔다. 다음에, 도 2에 도시한 바와 같이, 이온 게이지(15)를 기판(3)의 근처로 이동시킨다. 이 후, 셔터(9 내지 13)를 순차 열고, 셀(4 내지 8)로부터 각각 발생하고 있는 분자선의 강도를 이온 게이지(15)에 의해 압력으로서 측정한다.
상술한 바와 같이 구성된 MBE 장치를 이용하여, 도 3에 도시한 바와 같은 간략화된 구조의 반도체 발광소자를 제작하였다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들면 (100) 면방위의 n형 GaAs 기판(21)상에 n형 ZnSe 버퍼층(22), n형 ZnSySe1-y광도파층(23), Zn1-xCdxSe 활성층(24) 및 p형 Zn SySe1-y광도파층(25)을 순차 성장시켜 반도체 발광소자를 제작하였다. 여기서 n형 ZnSe 버퍼층(22), n형 Zn SySe1-y광도파층(23)에는 각각 도너 불순물로서 염소(C1)를 도프하였다. 또한, P형 Zn SySe1-y광도파층(25)에는 억셉터 불순물로서 질소(N)를 도프하였다. 이들 층의 두께는 n형 ZnSe 버퍼층(22)이 20nm, n형 Zn SySe1-y광도파층(23)이 1㎛, Zn1-xCdxSe 활성층(24)이 7nm, p형 Zn SySe1-y광도파층(25)이 100nm이다. 또한, 이들 층의 성장온도 Tg는 307℃이다.
이 경우, n형 ZnSe 버퍼층(22)의 성장은 셀(4)로부터 발생하는 Zn의 분자선,셀(6)로부터 발생하는 Se의 분자선 및 셀(8)로부터 발생하는 ZnCl2의 분자선의 조사에 의해 행하였다. 또한, n형 Zn SySe1-y광도파층(23)의 성장은 셀(4)로부터 발생하는 Zn의 분자선, 셀(6)로부터 발생하는 Se의 분자선, 셀(7)로부터 발생하는 S의 분자선 및 셀(8)로부터 발생하는 ZnCl2의 분자선의 조사에 의해 행하였다. 또한, Zn1-xCdxSe 활성층(24)의 성장은 셀(4)로부터 발생하는 Zn의 분자선, 셀(5)로부터 발생하는 Cd의 분자선 및 셀(6)로부터 발생하는 Se의 분자선의 조사에 의해 행하였다. 또한, P형 Zn SySe1-y광도파층(25)의 성장은 셀(4)로부터 발생하는 Zn의 분자선, 셀(6)로부터 발생하는 Se의 분자선 및 셀(7)로부터 발생하는 S의 분자선의 조사에 더해, 플라즈마 셀(14)에 의해 발생된 N2플라즈마의 조사에 의해 행하였다.
도 3에 도시한 바와 같은 반도체 발광소자를 Zn1-xCdxSe 활성층(24)의 성장시의 Ⅵ/Ⅱ 비를 다양하게 바꿔 제작하였다. 그리고, 제작된 반도체 발광소자를 MBE 장치의 성장실(1)로부터 추출하고, 광 발광(PL) 측정장치에 의해 PL 측정을 행하였다. 이 PL 측정은 실온에서 행하여도 되지만, 여기서는 스펙트럼의 피크가 양호하게 분해되어 각각의 동정이 가능한 저온, 구체적으로는 액체 헬륨 온도(4.2K)에서 행하였다. 또, 액체 헬륨 온도(4.2K)에서 행하는 대신에 액체 질소 온도(77K)에서 행하여도 된다. 이와 같이 PL 측정을 저온에서 행하기 위해서는 액체 헬륨용 또는 액체 질소용의 크라이오스탯을 이용한다. 여기광으로서는 헬륨 카드뮴(He-Cd) 레이저에 의한 레이저광을 이용하였다. 또, 여기광으로서는 He-Cd 레이저에 의한레이저광 이외에 아르곤(Ar) 레이저에 의한 레이저광, 색소 레이저에 의한 레이저광 등을 이용하는 것도 가능하다.
이 PL 측정에서는, 시료에 레이저광을 조사하고 이에 따라 여기된 캐리어가 기저 상태로 천이할 때의 발광 스펙트럼을 관측한다. 이 발광 스펙트럼의 피크의 파장으로부터 성장층의 에너지 갭이 구해지고, 이로써 성장층의 Cd 조성이 구해진다.
그런데, 지금 식 (1)에 의해 성장층에 대한 Cd의 공급 효율 η를 정의한다
η = (얻어진 성장층의 Cd 조성비) / (성장시에 기판에 실제로 조사되는 Zn의
분자선 및 Cd의 분자선의 강도의 합에 대한 Cd의 분자선의 강도의 비)
= [Cd/(Zn+Cd) < solid>] / [Cd/(Zn+Cd ) ] (1)
다만, 얻어진 성장층의 Cd 조성비를 Cd / (Zn + Cd) < solid>로 나타내고, 성장시에 기판에 실제로 조사되는 Zn의 분자선 및 Cd의 분자선의 강도의 합에 대한 Cd의 분자선의 강도의 비를 Cd / (Zn + Cd )<beam> 으로 나타내었다.
도 4는 Zn1-xCdxSe 활성층(24)의 성장시의 Ⅵ/Ⅱ 비와 Cd의 공급 효율 η의 관계를 측정한 결과를 도시한다. 다만, 횡축의 Ⅵ/Ⅱ 비는 다음식으로 나타낸다.
Ⅵ/Ⅱ 비 = (Se의 분자선의 강도) / (Zn의 분자선의 강도 + Cd의 분자선의
강도) (2)
도 4에 도시한 바와 같이, Cd의 공급 효율 η는 Ⅵ/Ⅱ 비 = 3.3일 때 최대치를 잡아서 η = 100%가 되는데, Ⅵ/Ⅱ 비 < 3.3 및 Ⅵ/Ⅱ 비> 3.3일 때에는 η<100%가 된다. 여기서, Ⅵ/Ⅱ 비 < 3.3 에서는 Ⅱ족 원소인 Cd 및 Zn은 Ⅱ족 원소의 사이트에 들어가서 Ⅵ족 원소인 Se와 결합하지만, Cd와 비교하여 Zn 쪽이 결정 표면의 미결합측을 갖는 Se와 우선적으로 결합하므로 η < 100%인 것은 설명할 수 있다. 한편, Ⅵ/Ⅱ 비 > 3.3에서 η < 100%가 되는 이유는 현시점에서는 정확히 설명할 수 없지만, 성장에 관여하지 않는 Cd가 존재하는 것에 따른 것이라고 생각된다.
그러나, 이와 같이 Cd의 공급 효율 η 가 최대치를 취하는 Ⅵ/Ⅱ 비 = 3.3이라는 값은 사용하는 MBE 장치에 의해서 변할 수 있는 것이어서 본질적으로는, 이하에 진술하는 이유에 의해 기판에 실제로 조사되는 분자선의 강도로 보았을 때의 Ⅵ/Ⅱ 비, 즉 실질적인 Ⅵ/Ⅱ비가 1 일 때에 η는 최대치를 취한다.
이와 같이 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비가 1일 때에 η가 최대치를 취하는 것에 대해서 설명하면 다음과 같다.
즉, 반사 고속 전자선 회절(RHEED) 법에 의한 표면관찰의 결과에 따르면, 실질적인 Ⅵ/Ⅱ비가 1보다도 충분히 큰 조건에서 성장시킨 ZnCdSe 층의 표면의 재배열 구조는 (2×1)구조이지만, 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비가 1보다도 충분히 작은 조건에서 성장시킨 ZnCdSe 층의 표면의 재배열 구조는 c (2×2) 구조이고, 실질적인 Ⅵ/Ⅱ비가 1 부근의 조건에서 성장시킨 ZnCdSe 층의 표면의 재배열 구조는 (2×1) 구조와 c (2×2) 구조를 혼재한 것으로 알려지고 있다. 한편, Ⅵ/Ⅱ 비가 3.3 부근의 조건에서 성장시킨 Zn1-xCdxSe 활성층(24)의 표면을 RHEED 법에 의해 관찰한 결과에 따르면, 이 Zn1-xCdxSe 활성층(24)의 표면에는 (2×1) 구조와 c (2×2) 구조가 함께 관찰되고 있다.
이상과 같이, 도 4에서의 Ⅵ/Ⅱ = 3.3은 성장시에 기판에 실제로 조사되는 분자선의 강도로 보았을 때의 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비로서는 1에 상당한다. 그래서, 이 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비를 횡축을 취해 도 4를 다시 기록하면, 도 5에 도시한 바와 같이 된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비가 1일 때에 η는 최대치 100%를 취한다.
다음에, PL 측정에 의해서 얻어진 발광 스펙트럼의 강도(PL 강도)를 종축에 취하고, 성장시의 Ⅵ/Ⅱ 비를 횡축에 취한 것을 도 6에 도시한다. 도 6으로부터 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비가 1이 될 때에 대응하는 Ⅵ/Ⅱ 비 = 3.3 이하에서는 PL 강도가 낮아지고, Ⅵ/Ⅱ 비 > 3.3에서 포화하는 것을 알 수 있다.
이상으로부터, Zn1-xCdxSe 활성층(24)의 성장을, 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비가 거의 1이 되는 조건에서 행함으로써 Cd의 공급 효율 η를 거의 최대, 즉 거의 100%로 할 수 있으며, 이 때 결정성이 양호한 Zn1-xCdxSe 활성층(24)을 얻을 수 있다.
여기서, 이상의 것을 전제로 해서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태는 Zn1-xCdxSe 활성층을 이용한 반도체 레이저의 제조에 본 발명을 적용한 것이다. 이 반도체 레이저는, 소위 SCH (Separate ConfinementHeterostructure) 구조를 갖는 것이다.
본 실시 형태에 의한 반도체 레이저의 제조 방법에서는, 우선 도 7에 도시한 바와 같이 도너 불순물로서 예를 들면 실리콘(Si)이 도프된 예를 (100) 면방위의 n형 GaAs 기판(31) 상에 MBE 법에 의해 n형 GaAs 버퍼층(32), n형 ZnSe 버퍼층(33), n형 Zn1-pMgpSqSe1-q클래드층(34) 및 n형 Zn SySe1-y광도파충(35)을 순차 성장시킨다. 여기서, n형 GaAs 버퍼층(32)에는 도너 불순물로서 예를 들면 Si를 도프하고, n형 ZnSe 버퍼층(33), n형 Zn1-pMgpSqSe1-q클래드층(34) 및 n형 Zn SySe1-y광도파층(35)에는 각각 도너 불순물로서 예를 들면 C1을 도프한다.
다음에, 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비를 거의 1로 설정하여 n형 Zn SySe1-y광도파층(35)상에 Zn1-xCdxSe 활성층(36)을 MBE 법에 의해 성장시킨다.
다음에, Zn1-xCdxSe 활성층(36) 상에 MBE 법에 의해 p형 Zn SySe1-y광도파층(37), p형 Zn1-pMgpSqSe1-q클래드층(38) 및 p형 Zn Sy Se1-y층(39), p형 ZnSe 컨택트층(40), p형 ZnSe/ZnTe MQW(Multi Quantum Wells; 다중 양자 우물)층(41) 및 p형 ZnTe 컨택트층(42)을 순차 성장시킨다. 여기서, 이들 p형 Zn Sy Se1-y광도파층(37), p형 Zn1-pMgpSqSe1-q클래드층(38) 및 P형 Zn SySe1-y층(39), p형 ZnSe 컨택트층(40), p형 ZnSe/ZnTe MQW 층(41) 및 p형 ZnTe 컨택트층(42)에는 각각 억셉터 불순물로서 예를 들면 N을 도프한다.
또, n형 GaAs 버퍼층(32)의 성장은 도 1에 도시하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체의 성장용의 MBE 장치와는 별도의 Ⅲ-V족 화합물 반도체의 성장용의 MBE 장치(도시하지 않음)를 이용하여 행한다. 그리고, 이 Ⅲ-V족 화합물 반도체의 성장용의 MBE 장치를 이용하여 n형 GaAs 버퍼층(32)의 성장을 행한 후, 이 Ⅲ-V족 화합물 반도체 성장용의 MBE 장치의 성장실로부터 도 1에 도시하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 성장용의 MBE 장치의 성장실(1) 내로 n형 GaAs 기판(31)을 진공 반송하고, 이 성장실(1) 내에서 상술한 바와 같이 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장을 행한다. 또한, 이 때에는 셀(4 내지 8)에 대해 Mg의 분자선 발생용의 셀과 Te의 분자선 발생용의 셀을 이용한다.
다음에, p형 ZnTe 컨택트층(42) 상에 소정 폭의 스트라이프 형상의 레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한 후, 이 레지스트 패턴을 마스크로 해서 p형 Zn SvSe1-v층(39)의 두께 방향의 도중까지 습식 에칭법에 의해 에칭한다. 이로써, p형 Zn SvSe1-v층(39)의 상부층, p형 ZnSe 컨택트층(40), p형 ZnSe/ZnTe MQW 층(41) 및 p형 ZnTe 컨택트층(42)이 스트라이프 형상으로 패터닝된다.
다음에, 상술한 에칭에 사용한 레지스트 패턴을 남긴 채로 전면에 예를 들면 Al2O3막을 진공 증착한 후, 이 레지스트 패턴을 그 위에 형성된 Al2O3막과 동시에 제거한다(리프트오프). 이로써, 스트라이프부 이외의 부분의 p형 Zn SvSe1-v층(39) 상에만 Al2O3막으로 이루어지는 절연층(43)이 형성된다.
다음에, 스트라이프 형상의 p형 ZnTe 컨택트층(42) 및 절연층(43)의 전면에예를 들면 팔라듐(Pd) 막, 백금(Pt) 막 및 금(Au) 막을 순차 진공 증착하여 Pd/Pt/Au 전극으로 이루어지는 p측 전극(44)을 형성하고, 그 후 필요에 따라서 열처리를 행하여 이 p측 전극(44)을 p형 ZnTe 컨택트층(42)에 오옴성 접촉시킨다. 한편, n형 GaAs 기판(21)에 이면에는 In 전극 같은 n측 전극(45)을 오옴성 접촉하여 형성한다.
이상으로부터 목적하는 반도체 레이저가 제조된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면 Zn1-xCdxSe 활성층(36)을 MBE 법에 의해 에피택셜 성장시킬 때에 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비를 거의 1로 설정하고 있기 때문에, 성장층에 대한 Cd의 공급 효율 η를 거의 100%로 할 수 있다. 이 때문에, 결정성이 양호한 Zn1-xCdxSe 활성층(26)을 얻을 수 있다. 그리고, 이로써 발광 효율이 높으며 저임계치 전류 밀도로서 양호한 전류 전압 특성을 갖는 고성능의 청색 내지 녹색 발광의 반도체 레이저를 실현할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니므로 본 발명의 기술적 사상에 기초하는 각종의 변형이 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시 형태에서는 SCH 구조를 갖는 반도체 레이저의 제조에 본 발명을 적용한 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 DH 구조(Double Heterostructure)를 갖는 반도체 레이저의 제조에 적용하는 것도 가능한 외에 발광 다이오드의 제조에 적용하는 것도 가능하다. 더욱이, 본 발명은 Cd를 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층을 이용하는 것이면, 반도체 발광 소자 이외의 각종 반도체 장치의 제조에 적용하는 것도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장을, 실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비를 0.7∼1.3으로 설정하여 행하도록 함으로써, 즉 성장시의 실질적인 Ⅵ/Ⅱ 비를 최적화함으로써 성장층에 대한 카드뮴의 공급 효율을 충분히 높게 할 수 있으며, 이로써 결정성이 양호한 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층을 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 분자선 에피텍시법에 의해 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장을 행하도록 한 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장 방법에 있어서,
    실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비를 0.7 내지 1.3으로 설정하여 상기 성장을 행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비를 0.8 내지 1.2로 해서 상기 성장을 행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비를 거의 1로 해서 상기 성장을 행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층은 (100)면 방위인 것을 특징으로 하는 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층은 ZnCdSe층, ZnCdS 층, CdMgSe 층 또는 ZnCdSSe 층인 것을 특징으로 하는 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장 방법.
  6. 분자선 에피텍시법에 의해 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층의 성장을 행하도록 한 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층을 갖는 반도체 레이저의 성장 방법에 있어서,
    실질적인 Ⅱ족 원소의 분자선의 강도에 대한 실질적인 Ⅵ족 원소의 분자선의 강도의 비를 0.7 내지 1.3으로 설정하여 상기 성장을 행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층을 갖는 반도체 레이저의 성장방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층은 ZnCdSe층, ZnCdS 층, CdMgSe 층 또는 ZnCdSSe 층인 것을 특징으로 하는 카드뮴을 포함하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체층을 갖는 반도체 레이저의 성장 방법.
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