[发明专利]光电变换功能元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及的技术，适用于使用包括元素周期表中第12(2B)族元素和第16(6B)族元素的化合物半导体晶体基片制造诸如LED(发光二极管)或LD(半导体激光器)等光电变换功能元件及其制造方法。

背景技术

元素周期表第12(2B)族元素和第16(6B)族元素形成的化合物半导体(以下称II-VI族半导体)材料中，除了CdTe(碲化镉)外，由于对材料的p型、n型导电类型难以自由控制，一般极少用于制造实用化的光电变换功能元件，其制造方法自然也极少被采用，只囿于限定的范围。

例如，在用ZnSe系的材料制造作为光电变换功能元件的发光二极管的制造方法中，在GaAs基片上用分子束外延生长法形成若干层ZnSe系的混合晶薄膜，继而形成电极制造出pn型发光二极管。

制造该种发光二极管时，对于ZnSe系材料，由于在热平衡态下很难控制p型半导体，遂采用被称为原子团粒子束源的特殊装置在非热平衡状态下以外延生长法形成混合晶薄膜。

作为这种采用ZnSe系材料的光电变换功能元件，已经被试制的有例如480nm的蓝色LED。此外，也有关于制作CdZnSe-ZnSe量子阱结构的蓝色LD的报告，该种LD作为蓝色系列器件为人们所关注。

但是，如上所述，对于采用II-VI族化合物半导体的光电变换功能元件，因II-VI族化合物半导体的导电类型控制上的困难，在材料的选用上限制太大，因此，采用上述ZnSe系材料以外的II-VI族化合物半导体材料的光电变换功能元件尚未达到实用化的地步。

此外，即使为采用ZnSe系材料制作光电变换功能元件，为了能够实施导电类型控制，必须采用外延生长法，致使生产能力低下，加之须置备原子团粒子束源等高价的装置，还得面对制造成本增加的困难。

因此，本发明人提出了如下的光电变换功能元件形成方法，即采用II-VI族化合物半导体单晶基片，并且使用包含将第一导电类型基片变成第二导电类型基片的元素的扩散源，从基片表面开始热扩散而形成pn结的方法。

但是，用上述方法制作的光电变换功能元件的特性，在很大程度上依赖于所用基片的品质，存在不能稳定地制造高发光效率的光电变换功能元件的问题。

发明内容

本发明的主要目的是，基于上述有待解决的问题，提供能够采用II-VI族化合物半导体晶体基片，稳定地制造高发光效率光电变换功能元件的方法。

本发明人首先在可用若干方法制成的包括第12(2B)族元素和包括第16(6B)族元素的化合物半导体(以下称II-VI族半导体)ZnTe基片上淀积扩散源，然后通过将所述扩散源热扩散来形成pn结，其后，研究发光特性与基片品质(尤其是晶体位错)的相关关系。

结果确认，用高温氢氧化钠水溶液腐蚀后的凹坑(以下称腐蚀凹坑)密度为20,000个/cm²以下、或较理想的10,000个/cm²以下、或更理想的5,000个/cm²以下、或进一步要求的2,000个/cm²以下的基片制作发光二极管，均见有绿光发出。

另一方面，用腐蚀凹坑密度超出20,000个/cm²的基片制作的发光二极管，其发光未被确认。

而且，已有其他实验确认氢氧化钠引起的腐蚀凹坑是导致晶体中产生位错的原因。因此，ZnTe基片上的位错密度可以与腐蚀凹坑密度等同处理。

由上述研究结果判明，发光二极管的发光现象与基片表面的位错密度或腐蚀凹坑密度有很大的依存关系。

众所周知，II-VI族化合物半导体中会因生长方法、生长条件导致晶体内部存在许多夹杂物。例如，用作可见光发光二极管基片的II-VI族化合物半导体，其禁带较宽且透明，用光学显微镜可以观察到基片内部的夹杂物。

因此，准备一些夹杂物密度不同的p型ZnTe基片，在基片表面淀积例如Al或In扩散源，经热扩散形成pn结。曾对这样形成的发光二极管作过特征比较。在放大倍数为100～200倍的光学显微镜的焦点视野内可以观察到的结界面上存在的直径为0.3～10μm的夹杂物密度为100,000个/cm²以下、最好为50,000个/cm²以下，就有可能获得因复合产生的漏电流小且发光效率高的发光二极管。