青色レーザ用II-VI族半導体のガスソースMBE成長

概要

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1990年に米3M社よりZnCdSe/ZnSSe系を用いた電流注入型レーザ(LD)が報告されて以来、II-VI族化合物半導体を用いた青〜青緑色LDの研究が精力的に行われてきた。1993年には複数の研究機関よりZnMgSSeをクラッド層とした構造での室温連続発振が報告され、素子の長寿命化や素子作製の再現性といった実用化へ向けての研究課題に関心が寄せられるようになってきた。これまでに報告されたこれらLDのワイドギャップII-VI族半導体結晶はほんとど固体ソースMBE法(以下MBE) によって作製されてきたが、構成元素の蒸気圧が非常に高いため、クヌーセンセルにおいて固体原料を加熱することにより分子線を供給するMBEでは分子線量を制御することが極めて困難である。そのため混晶組成の厳密な制御が困難であるという本質的な問題点を有している。一般に構成元素の蒸気圧の高い材料の組成制御性は、ガス流量によって制御可能なMOCVD法等の気相成長が優れている。しかしながらMOCVD でこれまではMBEで成功している窒素による高濃度のP型ドーピングが困難であったため積極的なデバイス作製を行われなかった。これでは気相中あるいはドーパント分子中に含まれる水素が窒素アクセプタの活性化を妨げるためで、ここ最近になってt-BNH_2をドーパントとした光MOCVD法による高濃度p型ドーピングの報告がされるようになってきた。ガスソースMBE法(以下GSMBE)は、分子線量をガスの流量あるいはガスセル内の圧力によって制御するため制御性に優れ、MBEと比較して特に構成元素の蒸気圧の高い材料を再現性良く成長するのに適した結晶成長方法である。我々は、特に蒸気圧の高いS,Seの原料としてH_2Se(100 %)、H_2S(H_2 希釈)を用いたGSMBEによりZnSe、ZnSSeの結晶成長、p型ドーピングの検討、LD素子の作製を行ってきた。その結果、ZnSSeの結晶制御が容易であること、水素雰囲気下でも高濃度のp型ドーピングが可能であることを明らかにし、さらにLDの試作を行ってきた。本講演では、それらの結果について述べる。
社団法人電子情報通信学会の論文
1995-03-27

青色レーザ用II-VI族半導体のガスソースMBE成長

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