兰-绿激光二极管制造技术

用于Ⅱ－Ⅵ族半导体的Ｐ型欧姆接触，包括：Ｐ型Ⅱ－Ⅵ族半导体器件层；在器件层的第一侧的Ｐ型Ⅱ－Ⅵ族晶体半导体接触层；在接触层上，由费米能级表征的导电电极层；以及接触层掺具有浅受主能量的浅受主，达到净受主浓度为１×１０↑［１７］ｃｍ↑［－３］，并且在浅受主能级和电极层费米能级之间包括一些足够的深能态，以能够发生电荷载流子串级隧穿。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
半导体激光二极管一般来说是人们所公知的并多有记述，例如在Sze的“半导体器件物理学”(“Physics of Semiconductor De-vices”)第二版第12章第681—742页(1981)中即有描述。目前，大部分市场可买到的激光二极管都是由III—V族化合物半导体和它们的合金如GaAs和AlGaAs制造的。这些装置发射的光处于光谱中红外和红的部分，例如，波长在630nm和1550nm之间。这种类型的激光二极管广泛用于例如通讯、记录、传感和图象系统。但是，有许多应用场合，红外和经激光二极管产生的光的波长是不适合的。商业上可行的能发射更短波长的辐射、例如在光谱中绿和兰的部分(即波长在590—430nm之间)的激光二极管将具有更为广泛的应用。较短波长的激光二极管也将会增加目前使用红外和红激光二极管的许多系统的性能和能力。宽带隙II—VI半导体和合金，特别是ZnSe多年来被称为用来制造兰和绿光发射器件的较佳材料，在60年代，利用电子束激励技术在若干种II—VI半导体中产生激光已得到验证。在Colak等人著的《电子束激励的II—VI激光器》晶体生长杂志72，504(1980)(Electron Beam Pllmed II—VI)Lasers，J.Grystal Growth 72，504(1985)〕中包括该项工作的综述。近来出现了更多的利用外延II—VI半导体材料的光激励和电子束激励的激光实验。例如参见Dott等人著的《在利用分子束外延生长ZnSe中的电子束激励产生激光》应用物理通讯，50，7(1987)(Electron Beam Pumped LasingIn ZnSe Crown By Molecular—Beam Epitaxy，Appl Phys Lett.50，7(1987))和Ding等人著的《光激励(Zn，Dd)Se/ZnSe单一量子阱结构的兰—绿激光作用》应用物理通讯57，第2756页(1990)(Laser Action In The Blue—Green From Optically Pumped(ZnCd)Se/ZnSe Single Quantum Well Structures，Appl.Phys—Lett.57，p.2756(1990))。由于在宽带隙II—VI半导体方面研究的进展，遇到了几个关键性的技术难题。这些难题包括1)。难以产生低电阻率P型ZnSe及有关合金；2)难以形成器件质量所要求的对P型ZnSe及相关合金的欧姆接触，3)缺乏合适的晶格匹配异质结构材料系统。现代外延生长技术如分子束外延法(MBE)和有机金属化学气相沉积(MOCVD)法目前被用来在典型的GaAs衬底上制造器件质量所要求的非掺杂的和N型ZnSe层。利用Li和N(NH3)作为掺杂剂生长低电阻率P型ZnSe也已经被报导。在有些情况下，可获得的净受主浓度(NA—ND)的上限大约为l017cm-3。但是近来，在利用由射频等离子源产生的氮自由基利用MBE生长的ZnSe∶N中取得了明显较大的受主浓度。参见Park等人著的《在分子束外延生长过程中利用氮原子束掺杂产生P型ZnSe》(P—type ZnSe ByNitrogen Atom Beam Doping During Molecular Beam EpitaxialGrowth，Appl.Phys.Lett.57，2127(1990))。利用这些技术在ZnSe中取得的最大净受主浓度为2×1018cm-3。利用这些技术，初步的兰发光二极管已经被几个实验室所报导，参见Park等人在应用物理通讯中有关上述文章。在研究得很成熟的宽带隙II—VI半导体系统，即ZnSeTeCdZnSe，ZnSSe和CdZnS，中只有CdZnS—ZnSe提供晶格匹配系统。不幸的是，该系统只提供了很小的带隙差(大约0.05eV)，而这对于简单的双异质结构激光二极管所需的载流子约束来说是太小了。因此，要想取得大于0.2eV的带隙差，就有必要利用应变层系统(例如ZnSe—CdxZni-xSe，x＞0.2)。为了防止降低发光效率的不匹配位错，应变层应保持小于临界厚度。但是相应制作的简单双异质结构激光器将具有一个如此薄的激活层(由于足够带隙差所需的较大的失配)以至光学模约束较差。因此，约束系数(光学模和光产生区之间的重叠)将会很小，而衬底损失会很高，引起过高的阀值电流。因此，简单双异质结构激光二极管在这些宽带隙II—VI材料中是行不通的。由于以上原因，还没有发现用II—VI族化合物半导体制造的激光二极管的例证。这类商业上可行的二极管是人们所特别期望的并具广泛的应用。由于这些器件具有广泛的重要的应用，对这些材料已投入了大量的研究开发。发现生产商业上可行的II—VI器件的许多主要障碍是该项工作的结果。事实上，尽管有所有这些研究，由外延II—VI半导体(ZnSe)制造初步的兰发光二极管(LEDS)是仅仅在1988年报道的，参见Yasuda等人在《应用物理通讯》52，57(1988)中的文章。还没有出现用这些材料制造激光二极管的报道。一个较大的问题是难以获得P型掺杂ZnSe或其它适当II—VI半导体材料使其达到足够的净受主浓度。最近在该领域取得了进展。参见Park等人著的《在分子束外延法生长过程中由N原子束掺杂法形成P型ZnSe》应用物理通讯57卷，2127页(1990)(P—type ZnSe By Nitroen Atom beam Doping During Molecular BeamEpitaxial Growth，Appl.Phys.Lett.Vol.57，p 2127(1990))。另外一个在II—VI技术的最近进展是在低温下利用分子束外延法和一个为VI族元素的热裂化源生长外延膜，参见Cheng等人著《利用裂化硒用分子束外延法低温生长ZnSe》应用物理通讯56卷848页(199)(Low Temperature Growth of ZnSe By MolecularBeam Epitaxy Using Cracked Selenium Appl.Phys.Lett.Vol.56，p.848(1990))。在与p和N型II—VI半导体产生低电阻率的欧姆接触的能力方面也出现了难题。良好的欧姆接触对于商业上可行(例如，低工作电压及低发热)的II—VI器件是必要的。用于产生金属—一半导体欧姆接触的传统技术是利用一个金属系统(通常为热合金)产生一个低势垒以便载流子注入，和/或在半导体接触层的表面尽可能多地向该层掺浅(能级)杂质。由于势垒高度很低和在半导体层中的高掺杂，因而势垒非常薄，以至通过势垒的载流子隧穿变得极为显著。在所有的商业上可行的半导体器件和集成电路中大部分都是采用这种方法进行电流注入的。该技术(例如掺杂和Au蒸发)一般被假定也适于与p型ZnSe和其它II—VI半导体产生欧姆接触。事实上，目前低阻p型ZnSe可被重复生长，传统技术不能用来产生可接受的欧姆接触已成定论。稳定的低阻挡层金属系统和非常高的掺杂不能用于这些半导体。这些困难的一个例外是ZnSe，它可被容易地掺杂成p型。利用传统技术对该半导体产生欧姆接触也是可能的。不论如何，很明显，对其它p型II—VI宽带隙半本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于Ⅱ－Ⅵ族半导体的Ｐ型欧姆接触，包括：Ｐ型Ⅱ－Ⅵ族半导体器件层；在器件层的第一侧的Ｐ型Ⅱ－Ⅵ族晶体半导体接触层；在接触层上，由费米能级表征的导电电极层；以及接触层掺具有浅受主能量的浅受主，达到净受主浓度为１×１０↑［１７］ ｃｍ↑［－３］，并且在浅受主能级和电极层费米能级之间包括一些足够的深能态，以能够发生电荷载流子串级隧穿。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔A海斯，郑骅，詹姆斯M迪鲁特，邱钧，
申请(专利权)人：明尼苏达州采矿制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]