JP2002118330A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JP2002118330A JP2002118330A JP2000311904A JP2000311904A JP2002118330A JP 2002118330 A JP2002118330 A JP 2002118330A JP 2000311904 A JP2000311904 A JP 2000311904A JP 2000311904 A JP2000311904 A JP 2000311904A JP 2002118330 A JP2002118330 A JP 2002118330A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 六方晶系のZnO 系材料を用いて環境に配慮し
た、緑色から紫外の広い領域光の半導体発光素子を得
る。 【解決手段】 活性層１０１が少なくともZn元素とO 元
素を含み、かつ、活性層１０１がさらにS,Se,Te のうち
少なくとも１種以上の元素を含み、クラッド層１０２、
１０３の少なくとも１つがZn元素とO 元素を含み、か
つ、活性層１０１、クラッド層１０２、１０３の結晶系
が六方晶系である。六方晶ZnO は、励起子結合エネルギ
ーが大きいため、室温においても高密度の励起子が存在
するので高い発光効率が見込める。発光層は、六方晶Zn
O を主体にした六方晶Zn(Ox )(X=S,Se,Te)の組成である
ので、同様に、高い発光効率が見込める。
た、緑色から紫外の広い領域光の半導体発光素子を得
る。 【解決手段】 活性層１０１が少なくともZn元素とO 元
素を含み、かつ、活性層１０１がさらにS,Se,Te のうち
少なくとも１種以上の元素を含み、クラッド層１０２、
１０３の少なくとも１つがZn元素とO 元素を含み、か
つ、活性層１０１、クラッド層１０２、１０３の結晶系
が六方晶系である。六方晶ZnO は、励起子結合エネルギ
ーが大きいため、室温においても高密度の励起子が存在
するので高い発光効率が見込める。発光層は、六方晶Zn
O を主体にした六方晶Zn(Ox )(X=S,Se,Te)の組成である
ので、同様に、高い発光効率が見込める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
関し、特に、II−VI族化合物半導体を用いた半導体発光
素子に関する。
関し、特に、II−VI族化合物半導体を用いた半導体発光
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体発光素子は例えば、II−VI
族化合物半導体を用いて構成される。近年、青色から紫
外領域の発光素子として、GaN 系が実用化されてきてい
る。最近、バンドギャップエネルギーがGaN に近く、励
起子の結合エネルギーが極めて大きい六方晶のZnO が、
青色から紫外領域のより高効率のレーザーダイオードを
実現できる可能性のある材料として注目されてきている
（「特許第２９９６９２８号」）。
族化合物半導体を用いて構成される。近年、青色から紫
外領域の発光素子として、GaN 系が実用化されてきてい
る。最近、バンドギャップエネルギーがGaN に近く、励
起子の結合エネルギーが極めて大きい六方晶のZnO が、
青色から紫外領域のより高効率のレーザーダイオードを
実現できる可能性のある材料として注目されてきている
（「特許第２９９６９２８号」）。
【０００３】ZnO のバンドギャップエネルギーは、3.2e
V である。発光素子として利用する場合、必要な発光波
長を得るため、バンドギャップを大きく、または、小さ
くするバンドギャップ制御技術が必要となる。このエネ
ルギーバンドギャップ制御技術として、ZnO にMgO やCd
O を固溶させ、MgZnO としてワイドギャップ化し、CdZn
O としてナローギャップ化する方法が開示されている
（桜井他, 第５８回応用物理学会学術講演会講演予稿
集, pp281(1997) ）。
V である。発光素子として利用する場合、必要な発光波
長を得るため、バンドギャップを大きく、または、小さ
くするバンドギャップ制御技術が必要となる。このエネ
ルギーバンドギャップ制御技術として、ZnO にMgO やCd
O を固溶させ、MgZnO としてワイドギャップ化し、CdZn
O としてナローギャップ化する方法が開示されている
（桜井他, 第５８回応用物理学会学術講演会講演予稿
集, pp281(1997) ）。
【０００４】先願発明例１（「特許第２９９６９２８
号」）の「光半導体素子及びその製法方法」は、ZnO か
らなる薄膜を発光層とし、この薄膜に存在する粒界を共
振器とし、室温での励起子によるレーザー発振を可能に
する。本構成により、Nd:YAG1/3 波長レーザー光を励起
光とし、3.15〜3.2eV の領域の発光波長においてレーザ
ー発振する例が示されている。
号」）の「光半導体素子及びその製法方法」は、ZnO か
らなる薄膜を発光層とし、この薄膜に存在する粒界を共
振器とし、室温での励起子によるレーザー発振を可能に
する。本構成により、Nd:YAG1/3 波長レーザー光を励起
光とし、3.15〜3.2eV の領域の発光波長においてレーザ
ー発振する例が示されている。
【０００５】先願発明例２（「特開平９−１６２５０
０」）の「半導体発光素子」は、Zn,Mg,Cd,Hg,Beのうち
少なくとも１種の元素と、Se,S,Te,O のうち少なくとも
１種の元素とからなるII−VI族化合物半導体を用いた半
導体発光素子において、活性層の格子定数が基板の格子
定数とほぼ一致している半導体発光素子を開示してい
る。
０」）の「半導体発光素子」は、Zn,Mg,Cd,Hg,Beのうち
少なくとも１種の元素と、Se,S,Te,O のうち少なくとも
１種の元素とからなるII−VI族化合物半導体を用いた半
導体発光素子において、活性層の格子定数が基板の格子
定数とほぼ一致している半導体発光素子を開示してい
る。
【０００６】先願発明例３（「特開平１１−１５０３３
７」）の「半導体発光素子及び光装置」は、Zn,Mg,Cd,B
e,Mn,Hg のうち少なくとも１種の元素と、O,S,Se,Te の
うち少なくとも１種の元素とからなるII−VI族化合物半
導体よりそれぞれなる第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型クラッド層を有する半導体発光素子におい
て、活性層が少なくともO 元素を含むII−VI族化合物半
導体からなる。このII−VI族化合物半導体材料にO 元素
を添加することにより、活性層のワイドギャップ化と基
板との格子整合を両立させる。基板としては、GaAs,In
P,GaPとSiC を用いる例が挙げられている。
７」）の「半導体発光素子及び光装置」は、Zn,Mg,Cd,B
e,Mn,Hg のうち少なくとも１種の元素と、O,S,Se,Te の
うち少なくとも１種の元素とからなるII−VI族化合物半
導体よりそれぞれなる第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型クラッド層を有する半導体発光素子におい
て、活性層が少なくともO 元素を含むII−VI族化合物半
導体からなる。このII−VI族化合物半導体材料にO 元素
を添加することにより、活性層のワイドギャップ化と基
板との格子整合を両立させる。基板としては、GaAs,In
P,GaPとSiC を用いる例が挙げられている。
【０００７】先願発明例４（「特許第２５６４０２４
号」）の「化合物半導体発光素子」は、基板上に形成さ
れた複数のエピタキシャル成長層で構成される化合物半
導体発光素子において、基板がZnS であり、この基板上
にZnS1-x Ox 緩衝層を介して形成されたZnO 上に、Ga
1-y Iny N 層を堆積した構成からなる化合物半導体発光
素子である。本先願発明例４は、InGaN と格子整合性の
よいZnO をエピタキシャル成長時の下地材料として用い
る方法を開示している。また、MBE 法によるこれらの素
子の作製方法も開示されている。
号」）の「化合物半導体発光素子」は、基板上に形成さ
れた複数のエピタキシャル成長層で構成される化合物半
導体発光素子において、基板がZnS であり、この基板上
にZnS1-x Ox 緩衝層を介して形成されたZnO 上に、Ga
1-y Iny N 層を堆積した構成からなる化合物半導体発光
素子である。本先願発明例４は、InGaN と格子整合性の
よいZnO をエピタキシャル成長時の下地材料として用い
る方法を開示している。また、MBE 法によるこれらの素
子の作製方法も開示されている。
【０００８】先願発明例５（「特許第２５９３９６０
号」）の「化合物半導体発光素子とその製造方法」は、
基板上に形成された複数のエピタキシャル成長層で構成
される化合物半導体発光素子において、基板がZnS,ZnSe
であり、この基板上にZnS1-x O x 又はZnS1-xSex からな
る緩衝層を介して形成されたZnO 上に、Ga1-y Iny N 層
又はAl1-y Iny N 層からなる発光層を堆積した構成から
なる化合物半導体発光素子が開示されている。また、MB
E 法によるこれらの素子の作製方法も開示されている。
なお、InGaN ,AlInNと基板との格子整合を良好にするた
め、緩衝層を設ける。
号」）の「化合物半導体発光素子とその製造方法」は、
基板上に形成された複数のエピタキシャル成長層で構成
される化合物半導体発光素子において、基板がZnS,ZnSe
であり、この基板上にZnS1-x O x 又はZnS1-xSex からな
る緩衝層を介して形成されたZnO 上に、Ga1-y Iny N 層
又はAl1-y Iny N 層からなる発光層を堆積した構成から
なる化合物半導体発光素子が開示されている。また、MB
E 法によるこれらの素子の作製方法も開示されている。
なお、InGaN ,AlInNと基板との格子整合を良好にするた
め、緩衝層を設ける。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のZnCdSeなどのII−VI族化合物半導体を活性層に用い
た半導体発光素子は、基板と活性層との格子不整合によ
り発光強度が低下し、かつ、転移密度が増大し素子の劣
化をまねくという問題点を伴う。
来のZnCdSeなどのII−VI族化合物半導体を活性層に用い
た半導体発光素子は、基板と活性層との格子不整合によ
り発光強度が低下し、かつ、転移密度が増大し素子の劣
化をまねくという問題点を伴う。
【００１０】また上記従来のワイドギャップ化の方法
は、可視光の発光を得るためにCd元素を利用するので、
環境上好ましくない。一方、従来のZnCdSeなどのII−VI
族化合物半導体を活性層に用いた半導体発光素子の、活
性層のワイドギャップ化と基板との格子整合を両立させ
る方法として、II−VI族化合物半導体材料にO 元素を添
加することにより、バンドギャップと格子定数を広く変
化させる方法が開示されている（「特開平９−１６２５
００」、「特開平１１−１５０３３７」）。
は、可視光の発光を得るためにCd元素を利用するので、
環境上好ましくない。一方、従来のZnCdSeなどのII−VI
族化合物半導体を活性層に用いた半導体発光素子の、活
性層のワイドギャップ化と基板との格子整合を両立させ
る方法として、II−VI族化合物半導体材料にO 元素を添
加することにより、バンドギャップと格子定数を広く変
化させる方法が開示されている（「特開平９−１６２５
００」、「特開平１１−１５０３３７」）。
【００１１】これらの従来例で具体的にあげられている
材料は、クラッド層としてZnMgSSe,ZnBeSSe,ZnBeSe,ZnB
eS が示され, 活性層としてZnSSe,ZnSe,ZnSが示されて
いる。基板として主に立方晶系のジンクブレンド構造Ga
As,InP,GaP,ZnSe が挙げられている。
材料は、クラッド層としてZnMgSSe,ZnBeSSe,ZnBeSe,ZnB
eS が示され, 活性層としてZnSSe,ZnSe,ZnSが示されて
いる。基板として主に立方晶系のジンクブレンド構造Ga
As,InP,GaP,ZnSe が挙げられている。
【００１２】これらの方法は、従来の立方晶系のII−VI
族化合物半導体を用いた半導体発光素子の改良には適用
できるが、六方晶系のZnO 系を利用する発光素子に直接
には適用できない。
族化合物半導体を用いた半導体発光素子の改良には適用
できるが、六方晶系のZnO 系を利用する発光素子に直接
には適用できない。
【００１３】本発明は、励起子の結合エネルギーが極め
て大きいため高効率が望める六方晶系のZnO 系材料を用
いて環境に配慮した、緑色から紫外の広い領域光の半導
体発光素子を提供することを目的とする。
て大きいため高効率が望める六方晶系のZnO 系材料を用
いて環境に配慮した、緑色から紫外の広い領域光の半導
体発光素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の半導体発光素子は、II−VI族化合物
半導体を用いた活性層及び該II−VI族化合物半導体を用
いた１つ又は２つのクラッド層を有する半導体発光素子
において、活性層が少なくともZn元素とO 元素を含み、
かつ、活性層がさらにS,Se,Te のうち少なくとも１種以
上の元素を含み、クラッド層の少なくとも１つがZn元素
とO 元素を含み、かつ、活性層、クラッド層の結晶系が
六方晶系であることを特徴としている。
め、請求項１記載の半導体発光素子は、II−VI族化合物
半導体を用いた活性層及び該II−VI族化合物半導体を用
いた１つ又は２つのクラッド層を有する半導体発光素子
において、活性層が少なくともZn元素とO 元素を含み、
かつ、活性層がさらにS,Se,Te のうち少なくとも１種以
上の元素を含み、クラッド層の少なくとも１つがZn元素
とO 元素を含み、かつ、活性層、クラッド層の結晶系が
六方晶系であることを特徴としている。
【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
の半導体発光素子において、クラッド層のうち少なくと
も１つ又は活性層がMg,Mn のうち少なくとも１種の元素
を含むことを特徴とする。
の半導体発光素子において、クラッド層のうち少なくと
も１つ又は活性層がMg,Mn のうち少なくとも１種の元素
を含むことを特徴とする。
【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１または２
に記載の半導体発光素子において、クラッド層の１つ以
上又は活性層がN 元素を含むことを特徴とする。
に記載の半導体発光素子において、クラッド層の１つ以
上又は活性層がN 元素を含むことを特徴とする。
【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の半導体発光素子において、活性層及び
クラッド層がAl2O3 基板上に設けられていることを特徴
とする。
いずれかに記載の半導体発光素子において、活性層及び
クラッド層がAl2O3 基板上に設けられていることを特徴
とする。
【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の半導体発光素子において、活性層及び
クラッド層が六方晶構造をもち、格子定数が a=2.7〜5.
2 Åである基板上に設けられていることを特徴とする。
いずれかに記載の半導体発光素子において、活性層及び
クラッド層が六方晶構造をもち、格子定数が a=2.7〜5.
2 Åである基板上に設けられていることを特徴とする。
【００１９】請求項６記載の発明は、請求項５に記載の
半導体発光素子において、基板が、ZnO,SiC のいずれか
であることを特徴とする。
半導体発光素子において、基板が、ZnO,SiC のいずれか
であることを特徴とする。
【００２０】請求項７記載の発明は、請求項１から６の
いずれかに記載の半導体発光素子において、基板とクラ
ッド層の間に格子の不整合を緩和する緩衝層を設けたこ
とを特徴とする。
いずれかに記載の半導体発光素子において、基板とクラ
ッド層の間に格子の不整合を緩和する緩衝層を設けたこ
とを特徴とする。
【００２１】請求項８記載の発明は、請求項７に記載の
半導体発光素子において、緩衝層がZn元素とO,S,Se,Te
のいずれか１種以上の元素化合物から成ることを特徴と
する。
半導体発光素子において、緩衝層がZn元素とO,S,Se,Te
のいずれか１種以上の元素化合物から成ることを特徴と
する。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる半導体発光素子の実施の形態を詳細に説明する。図
１から図８を参照すると本発明の半導体発光素子の一実
施形態が示されている。
よる半導体発光素子の実施の形態を詳細に説明する。図
１から図８を参照すると本発明の半導体発光素子の一実
施形態が示されている。
【００２３】（構成例１）II−VI族化合物半導体を用い
た活性層及びII−VI族化合物半導体を用いた１つ又は２
つのクラッド層を有する半導体発光素子において、前記
活性層が少なくともZn元素とO 元素を含み、かつ、S,S
e,Te のうち少なくとも１種以上の元素を含み、該クラ
ッド層の少なくとも１つがZn元素とO 元素を含み、か
つ、該活性層、このクラッド層の結晶系が六方晶系であ
る。
た活性層及びII−VI族化合物半導体を用いた１つ又は２
つのクラッド層を有する半導体発光素子において、前記
活性層が少なくともZn元素とO 元素を含み、かつ、S,S
e,Te のうち少なくとも１種以上の元素を含み、該クラ
ッド層の少なくとも１つがZn元素とO 元素を含み、か
つ、該活性層、このクラッド層の結晶系が六方晶系であ
る。
【００２４】六方晶ZnO は、励起子結合エネルギーが大
きいため室温においても高密度の励起子が存在するので
高い発光効率が見込める（前掲「特許第２９９６９２８
号」）。本発明の発光層は、六方晶ZnO を主体にした六
方晶Zn(OX) (X=S,Se,Te)の組成であるので、同様に、高
い発光効率が見込める。
きいため室温においても高密度の励起子が存在するので
高い発光効率が見込める（前掲「特許第２９９６９２８
号」）。本発明の発光層は、六方晶ZnO を主体にした六
方晶Zn(OX) (X=S,Se,Te)の組成であるので、同様に、高
い発光効率が見込める。
【００２５】本発明の半導体発光素子は、活性層、クラ
ッド層を有するすべての半導体レーザー素子及び発光ダ
イオード素子に関わる。構成例をあげれば、シングルヘ
テロ接合型、ダブルヘテロ接合型、分離閉じ込めヘテロ
接合(SCH) 型、多重量子井戸構造型があげられるがこれ
らに限定するものではない。
ッド層を有するすべての半導体レーザー素子及び発光ダ
イオード素子に関わる。構成例をあげれば、シングルヘ
テロ接合型、ダブルヘテロ接合型、分離閉じ込めヘテロ
接合(SCH) 型、多重量子井戸構造型があげられるがこれ
らに限定するものではない。
【００２６】ダブルヘテロ接合型で、図１に本発明の基
本構成を示す。活性層１０１の材料として例をあげれ
ば、六方晶のZn(OS),Zn(OSe),Zn(OTe),Zn(OSSe),Zn(OSe
Te),Zn(OSTe)などがあげられる。
本構成を示す。活性層１０１の材料として例をあげれ
ば、六方晶のZn(OS),Zn(OSe),Zn(OTe),Zn(OSSe),Zn(OSe
Te),Zn(OSTe)などがあげられる。
【００２７】ｎ型クラッド層１０２の材料として例をあ
げれば、六方晶のZnO,Zn(OS),Zn(OSe),Zn(OTe),Zn(OSS
e),Zn(OSeTe),Zn(OSTe)などがあげられる。
げれば、六方晶のZnO,Zn(OS),Zn(OSe),Zn(OTe),Zn(OSS
e),Zn(OSeTe),Zn(OSTe)などがあげられる。
【００２８】ｐ型クラッド層１０３とｎ型クラッド層１
０２の間に電圧を印加し、ｐ型クラッド層１０３とｎ型
クラッド層１０２の間に設ける活性層１０１に正孔と電
子が注入・閉じ込められ発光が起こる。発光した光は、
活性層に閉じ込められ導波される。半導体レーザー素子
の場合は、さらに端面反射等による光共振器構造をとる
ことによりこの導波光が増幅される。このため、ｎ型ク
ラッド層１０２のバンドギャップは活性層１０１のバン
ドギャップより大きくする必要がある。さらに、ｐ型ク
ラッド層１０３の屈折率は活性層１０１の屈折率より小
さくする必要がある。この条件を便宜上以下ではレーザ
ー層構成の条件と呼ぶ。
０２の間に電圧を印加し、ｐ型クラッド層１０３とｎ型
クラッド層１０２の間に設ける活性層１０１に正孔と電
子が注入・閉じ込められ発光が起こる。発光した光は、
活性層に閉じ込められ導波される。半導体レーザー素子
の場合は、さらに端面反射等による光共振器構造をとる
ことによりこの導波光が増幅される。このため、ｎ型ク
ラッド層１０２のバンドギャップは活性層１０１のバン
ドギャップより大きくする必要がある。さらに、ｐ型ク
ラッド層１０３の屈折率は活性層１０１の屈折率より小
さくする必要がある。この条件を便宜上以下ではレーザ
ー層構成の条件と呼ぶ。
【００２９】なお、便宜上以下ではSCH 型及び量子井戸
構造型半導体レーザー素子のウェル層を活性層と呼び、
バリア層、ガイド層、クラッド層をクラッド層と呼ぶ。
ZnOとZnS,ZnSe,ZnTe との混晶である六方晶系のZnO 系
材料で、上記レーザー層構成の条件を満足させる活性層
とクラッド層の構成を検討する。ZnをII族元素とする六
方晶系II−VI族化合物半導体の格子定数、バンドギャッ
プ、屈折率の値を表１に示す。さらに、図３に示すよう
に、これらの化合物半導体の混晶の前記物性を把握する
ため、各化合物半導体の物性値のプロット間を直線で結
んでいる。各II−VI族化合物半導体の間の物性は、これ
らのII−VI族化合物半導体の混晶により得られる。これ
らの検討により、格子整合が得られ、上記条件を満たす
可能性のある材料の組み合わせ例として、以下のような
ものがあげられる。
構造型半導体レーザー素子のウェル層を活性層と呼び、
バリア層、ガイド層、クラッド層をクラッド層と呼ぶ。
ZnOとZnS,ZnSe,ZnTe との混晶である六方晶系のZnO 系
材料で、上記レーザー層構成の条件を満足させる活性層
とクラッド層の構成を検討する。ZnをII族元素とする六
方晶系II−VI族化合物半導体の格子定数、バンドギャッ
プ、屈折率の値を表１に示す。さらに、図３に示すよう
に、これらの化合物半導体の混晶の前記物性を把握する
ため、各化合物半導体の物性値のプロット間を直線で結
んでいる。各II−VI族化合物半導体の間の物性は、これ
らのII−VI族化合物半導体の混晶により得られる。これ
らの検討により、格子整合が得られ、上記条件を満たす
可能性のある材料の組み合わせ例として、以下のような
ものがあげられる。
【００３０】 Zn(OTe) （活性層）−Zn(OSe)(クラッド層) 、 Zn(OSTe)（活性層）−Zn(OSSe)( クラッド層) 、 Zn(OSeTe) （活性層）−Zn(OSeTe)(クラッド層) ：活性
層のTe含有量がクラッド層のTe含有量より多い。
層のTe含有量がクラッド層のTe含有量より多い。
【００３１】歪量子井戸構造型発光層を形成する場合
は、活性層の格子が破壊されない程度まで格子定数の不
整合が許容されるので、材料の組み合わせの選択範囲は
さらに広まる。
は、活性層の格子が破壊されない程度まで格子定数の不
整合が許容されるので、材料の組み合わせの選択範囲は
さらに広まる。
【００３２】
【表１】
【００３３】（構成例２）上記クラッド層のうち少なく
とも１つ又は活性層がMg,Mn のうち少なくとも１種の元
素を含むことを特徴とする構成例１の半導体発光素子Zn
O は、Mgを添加することにより、エピタキシャル膜の六
方晶系Mgx Zn1-x O がx=0 〜0.36の範囲で得られる。Mg
の添加量の増加とともにバンドギャップが3.2 〜4.0eV
に増加する（桜井他、第５８回応用物理学会学術講演会
講演予稿集、pp281(1997) ）。また、Mgの添加量の増加
とともに屈折率が減少する。ZnO はMnを添加することに
より、高配向膜の六方晶系Mny Zn1-y O がy=0 〜0.35の
範囲で得られる。Mgの添加量の増加とともにバンドギャ
ップが3.2 〜3.75eVに増加する(T.Fukumura et al.,App
l. Phys. Lett.,3366(1999)) 。
とも１つ又は活性層がMg,Mn のうち少なくとも１種の元
素を含むことを特徴とする構成例１の半導体発光素子Zn
O は、Mgを添加することにより、エピタキシャル膜の六
方晶系Mgx Zn1-x O がx=0 〜0.36の範囲で得られる。Mg
の添加量の増加とともにバンドギャップが3.2 〜4.0eV
に増加する（桜井他、第５８回応用物理学会学術講演会
講演予稿集、pp281(1997) ）。また、Mgの添加量の増加
とともに屈折率が減少する。ZnO はMnを添加することに
より、高配向膜の六方晶系Mny Zn1-y O がy=0 〜0.35の
範囲で得られる。Mgの添加量の増加とともにバンドギャ
ップが3.2 〜3.75eVに増加する(T.Fukumura et al.,App
l. Phys. Lett.,3366(1999)) 。
【００３４】よって、本構成例２の具体例をあげれば、
六方晶系の(MgZn)O, (MgZn)(OS), (MgZn)(OSe), (MgZn)
(OTe), (MgZn)(OSSe), (MgZn)(OSeTe), (MgZn)(OSTe),
(MnZn)O, (MnZn)(OS), (MnZn)(OSe), (MnZn)(OTe), (Mn
Zn)(OSSe), (MnZn)(OSeTe),(MnZn)(OSTe), などがあげ
られる。
六方晶系の(MgZn)O, (MgZn)(OS), (MgZn)(OSe), (MgZn)
(OTe), (MgZn)(OSSe), (MgZn)(OSeTe), (MgZn)(OSTe),
(MnZn)O, (MnZn)(OS), (MnZn)(OSe), (MnZn)(OTe), (Mn
Zn)(OSSe), (MnZn)(OSeTe),(MnZn)(OSTe), などがあげ
られる。
【００３５】これらの多元系の膜を本発明のクラッド
層、活性層に使用すれば、レーザー層構成の材料の組み
合わせの選択範囲が広くなる。よって、本動作例の膜
は、複雑なレーザー層構成の量子井戸構造型半導体レー
ザー素子などに使用するのに適している。
層、活性層に使用すれば、レーザー層構成の材料の組み
合わせの選択範囲が広くなる。よって、本動作例の膜
は、複雑なレーザー層構成の量子井戸構造型半導体レー
ザー素子などに使用するのに適している。
【００３６】量子井戸構造型半導体レーザー素子の場合
は、下記である必要がある。 バンドギャップが、クラッド層＞ガイド層＞ウェル層 屈折率が、 クラッド層＜ガイド層＜ウェル層 格子定数が、 クラッド層＝ガイド層（＝or≠）ウェル層 格子定数がガイド層≠ウェル層の場合は、歪量子井戸構
造型半導体レーザー素子の場合である。
は、下記である必要がある。 バンドギャップが、クラッド層＞ガイド層＞ウェル層 屈折率が、 クラッド層＜ガイド層＜ウェル層 格子定数が、 クラッド層＝ガイド層（＝or≠）ウェル層 格子定数がガイド層≠ウェル層の場合は、歪量子井戸構
造型半導体レーザー素子の場合である。
【００３７】本発明の多元系の材料での構成例を示す。 (MgZn)(OSe) クラッド層−(MgZn)(OSe) ガイド層−Zn(OTe) ウェル層 (MgZn)(OSe) クラッド層−(MgZn)(OSe) ガイド層−Zn(OSe) ウェル層 (MgZn)(OSe) クラッド層−Zn(OSe) ガイド層−Zn(OTe) ウェル層 (MnZn)(OSe) クラッド層−(MnZn)(OSe) ガイド層−Zn(OTe) ウェル層 (MnZn)(OSe) クラッド層−(MnZn)(OSe) ガイド層−Zn(OSe) ウェル層 (MnZn)(OSe) クラッド層−Zn(OSe) ガイド層−Zn(OTe) ウェル層
【００３８】このように、上記クラッド層と活性層にM
g,Mn の元素を含めば、材料の物性値の制御がより容易
になり、複雑な高性能発光素子の作製が可能になる。
g,Mn の元素を含めば、材料の物性値の制御がより容易
になり、複雑な高性能発光素子の作製が可能になる。
【００３９】（構成例３）上記構成例１または２におい
て、さらに、クラッド層の１つ以上又は活性層がN 元素
を含む。
て、さらに、クラッド層の１つ以上又は活性層がN 元素
を含む。
【００４０】ノンドープZnO は、酸素空孔が存在するた
めｎ型伝導を示す。さらにB,Al,Ga,In,Si,F をドナーと
してドーピングすることによりｎ型の伝導性を制御する
ことができる。
めｎ型伝導を示す。さらにB,Al,Ga,In,Si,F をドナーと
してドーピングすることによりｎ型の伝導性を制御する
ことができる。
【００４１】ｐ型のZnO を得るため、Li,Ag,Cuをアクセ
プターとしてドーピングする方法が試みられているが実
現されていない。近年、ZnO にN + インプランテーショ
ンを行う方法やCVD 法によるZnO 膜の成長時NH3 ガスを
添加する方法によりN をドーピングすることによりｐ型
のZnO が実現されてきている(K.Yano et al.,Jpn. J.Ap
pl.Phys.,L1453(1997)) 。上記ドーピング手法を利用す
れば、ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層が作製でき
る。
プターとしてドーピングする方法が試みられているが実
現されていない。近年、ZnO にN + インプランテーショ
ンを行う方法やCVD 法によるZnO 膜の成長時NH3 ガスを
添加する方法によりN をドーピングすることによりｐ型
のZnO が実現されてきている(K.Yano et al.,Jpn. J.Ap
pl.Phys.,L1453(1997)) 。上記ドーピング手法を利用す
れば、ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層が作製でき
る。
【００４２】（構成例４）上記の構成例１、２、３のい
ずれかにおいて、さらに、活性層及びクラッド層がα-A
l2O3基板上に設けられている。
ずれかにおいて、さらに、活性層及びクラッド層がα-A
l2O3基板上に設けられている。
【００４３】α-Al2O3（サファイア）の(0001)面の原子
配置が六方晶の(0001)面の原子配置と整合するため、α
-Al2O3（サファイア）の(0001)面はa 軸が2.75Åの六方
晶系基板と同等の役割をはたす。
配置が六方晶の(0001)面の原子配置と整合するため、α
-Al2O3（サファイア）の(0001)面はa 軸が2.75Åの六方
晶系基板と同等の役割をはたす。
【００４４】この例として、MgO 緩衝層を介することに
α-Al2O3（サファイア）の(0001)面上でZnO をエピタキ
シャル成長させた報告がある(T.Yao, et al., Appl. Ph
ys.Lett., 559(2000)) 。
α-Al2O3（サファイア）の(0001)面上でZnO をエピタキ
シャル成長させた報告がある(T.Yao, et al., Appl. Ph
ys.Lett., 559(2000)) 。
【００４５】(0001)鏡面研磨α-Al2O3（サファイア）
は、上記のようにZnO 系のエピタキシャル成長用の基板
として使用可能であり、比較的安価に入手できることか
ら、本発明の素子の基板として適している。
は、上記のようにZnO 系のエピタキシャル成長用の基板
として使用可能であり、比較的安価に入手できることか
ら、本発明の素子の基板として適している。
【００４６】（構成例５）上記構成例１、２、３のいず
れかにおいて、さらに、活性層及びクラッド層が六方晶
構造をもち格子定数a=2.7 〜5.2 Åである基板上に設け
られている。
れかにおいて、さらに、活性層及びクラッド層が六方晶
構造をもち格子定数a=2.7 〜5.2 Åである基板上に設け
られている。
【００４７】上記の［表１］に示したように、本構成例
５の活性層材料の格子定数の範囲は、a=3.2 〜4.7 Åで
ある。一方、前述のように格子不整合が18％であるα-A
l2O3（サファイア）の(0001)面上でのZnO のエピタキシ
ャル成長が可能であることからも判るとおり、本構成例
５で使用できる基板の格子定数は、a=2.7 〜5.2 Åの範
囲内である。
５の活性層材料の格子定数の範囲は、a=3.2 〜4.7 Åで
ある。一方、前述のように格子不整合が18％であるα-A
l2O3（サファイア）の(0001)面上でのZnO のエピタキシ
ャル成長が可能であることからも判るとおり、本構成例
５で使用できる基板の格子定数は、a=2.7 〜5.2 Åの範
囲内である。
【００４８】（構成例６）上記構成例５において、さら
に、基板が、ZnO,SiC のいずれかであるとする。構成例
５の条件を満たす基板の具体的材料として、ZnO （六方
晶ウルツアイト構造 a=3.24Å) 、α-SiC（六方晶ウル
ツアイト構造 a=3.08Å) があげられる。
に、基板が、ZnO,SiC のいずれかであるとする。構成例
５の条件を満たす基板の具体的材料として、ZnO （六方
晶ウルツアイト構造 a=3.24Å) 、α-SiC（六方晶ウル
ツアイト構造 a=3.08Å) があげられる。
【００４９】（構成例７）上記の構成例１から６のいず
れかにおいて、さらに、基板２０４とクラッド層の間に
格子の不整合を緩和する緩衝層を設ける。
れかにおいて、さらに、基板２０４とクラッド層の間に
格子の不整合を緩和する緩衝層を設ける。
【００５０】上記基板材料と活性層２０１及びクラッド
層の格子不整合を緩和するため、基板２０４の格子定数
と活性層２０１及びクラッド層の格子定数の間の格子定
数をもつ緩衝層２０５を基板とクラッド層の間に設ける
場合がある。ダブルヘテロ接合型で図２に本構成例の基
本構成を示す。
層の格子不整合を緩和するため、基板２０４の格子定数
と活性層２０１及びクラッド層の格子定数の間の格子定
数をもつ緩衝層２０５を基板とクラッド層の間に設ける
場合がある。ダブルヘテロ接合型で図２に本構成例の基
本構成を示す。
【００５１】（構成例８）上記構成例７において、さら
に、緩衝層２０５がZn元素とO,S,Se,Te のいずれか１種
以上の元素からなる化合物からなる。
に、緩衝層２０５がZn元素とO,S,Se,Te のいずれか１種
以上の元素からなる化合物からなる。
【００５２】例として、六方晶系のZnO,Zn(OS),Zn(OS
e),Zn(OTe),Zn(OSSe),Zn(OSeTe),Zn(OSTe),Zn(SSe),Zn
(SeTe),Zn(STe) などがあげられる。さらには、基板２
０４からクラッド層２０２、２０３に向かって、これら
の緩衝層２０５の組成を傾斜させて設ける場合もある。
e),Zn(OTe),Zn(OSSe),Zn(OSeTe),Zn(OSTe),Zn(SSe),Zn
(SeTe),Zn(STe) などがあげられる。さらには、基板２
０４からクラッド層２０２、２０３に向かって、これら
の緩衝層２０５の組成を傾斜させて設ける場合もある。
【００５３】（実施例１）(0001) 鏡面研磨α-Al2O
3（（株）信光社 製）（六方晶換算では2.75Å相当)
を有機洗浄を行ったのち、H2SO4:H3PO4=3:1 を中160 ℃
でエッチングを行う。この基板をMBE 装置に設置する。
1 ×10-8Paの背圧下、基板温度400 ℃に保つ。
3（（株）信光社 製）（六方晶換算では2.75Å相当)
を有機洗浄を行ったのち、H2SO4:H3PO4=3:1 を中160 ℃
でエッチングを行う。この基板をMBE 装置に設置する。
1 ×10-8Paの背圧下、基板温度400 ℃に保つ。
【００５４】Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10-4Pa
で、Se溶融セルからSeを分子線強度2×10-5Paで、O2ガ
ス導入ラインからO 分子線強度 1×10-6Paで、この成長
過程により膜厚50nmでZn(OSe) の緩衝層をエピタキシャ
ル成長させる。この緩衝層２０５は、六方晶であり格子
定数a=3.3 Åである。
で、Se溶融セルからSeを分子線強度2×10-5Paで、O2ガ
ス導入ラインからO 分子線強度 1×10-6Paで、この成長
過程により膜厚50nmでZn(OSe) の緩衝層をエピタキシャ
ル成長させる。この緩衝層２０５は、六方晶であり格子
定数a=3.3 Åである。
【００５５】Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10-4Pa
で、Se溶融セルからSeを分子線強度8×10-5Paで、O2ガ
ス導入ラインからO 分子線強度 1×10-6Paで、Al(CH3)3
導入ラインからAlを分子線強度 1×10-7Paで導入する。
この成長過程により膜厚500nm でZn(OSe): Al のｎ型ク
ラッド層をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラッ
ド層は、六方晶であり格子定数a=3.4 Åである。
で、Se溶融セルからSeを分子線強度8×10-5Paで、O2ガ
ス導入ラインからO 分子線強度 1×10-6Paで、Al(CH3)3
導入ラインからAlを分子線強度 1×10-7Paで導入する。
この成長過程により膜厚500nm でZn(OSe): Al のｎ型ク
ラッド層をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラッ
ド層は、六方晶であり格子定数a=3.4 Åである。
【００５６】次に、Znを分子線強度 1×10-4Paで、Te溶
融セルからTeを分子線強度 8×10-5Paで、O 分子線強度
1×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分子線強度
1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜厚400nm
でZn(OTe): Al のn 型活性層をエピタキシャル成長させ
る。このn 型活性層は、六方晶であり格子定数a=3.4Å
である。
融セルからTeを分子線強度 8×10-5Paで、O 分子線強度
1×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分子線強度
1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜厚400nm
でZn(OTe): Al のn 型活性層をエピタキシャル成長させ
る。このn 型活性層は、六方晶であり格子定数a=3.4Å
である。
【００５７】次に、Znを分子線強度 1×10-4Paで、Seを
分子線強度 8×10-5Paで、O 分子線強度 1×10-6Paで、
NH3 導入ラインからN を分子線強度 1×10-6Paで、H2導
入ラインからH を 1×10-5Paで導入する。この成長過程
により膜厚400nm でZn(OSe):Nのｐ型クラッド層をエピ
タキシャル成長させる。このｐ型クラッド層は、六方晶
であり格子定数 a=3.4Åである。
分子線強度 8×10-5Paで、O 分子線強度 1×10-6Paで、
NH3 導入ラインからN を分子線強度 1×10-6Paで、H2導
入ラインからH を 1×10-5Paで導入する。この成長過程
により膜厚400nm でZn(OSe):Nのｐ型クラッド層をエピ
タキシャル成長させる。このｐ型クラッド層は、六方晶
であり格子定数 a=3.4Åである。
【００５８】次に、Znを分子線強度 1×10-4Paで、Seを
分子線強度 8×10-5Paで、NH3 導入ラインからN を分子
線強度 1×10-5Paで、H2導入ラインからH を 1×10-5Pa
で導入する。この成長過程で膜厚200nm でZnSe: N のｐ
型コンタクト層をエピタキシャル成長させる。
分子線強度 8×10-5Paで、NH3 導入ラインからN を分子
線強度 1×10-5Paで、H2導入ラインからH を 1×10-5Pa
で導入する。この成長過程で膜厚200nm でZnSe: N のｐ
型コンタクト層をエピタキシャル成長させる。
【００５９】次にレーザー素子加工プロセスを行う。試
料をプラズマCVD 装置にセットし、膜厚200nm でSiO2膜
を積層する。BHF エッチング工程により、このSiO2膜に
幅10μm のストライプ状の溝を形成するとともに、この
幅10μm のストライプ状の溝を中心に幅100 μm のSiO2
膜を残す。この試料にレジスト塗布を行った後、このSi
O2膜のストライプ状の溝に整合し、レジストの溝を形成
する。
料をプラズマCVD 装置にセットし、膜厚200nm でSiO2膜
を積層する。BHF エッチング工程により、このSiO2膜に
幅10μm のストライプ状の溝を形成するとともに、この
幅10μm のストライプ状の溝を中心に幅100 μm のSiO2
膜を残す。この試料にレジスト塗布を行った後、このSi
O2膜のストライプ状の溝に整合し、レジストの溝を形成
する。
【００６０】次に、試料を蒸着器にセットし、Pd/Pt/Au
膜を順次積層しp-電極膜を形成する。リフトオフ法によ
り、幅10μm のｐ型電極を形成する。次に、試料をドラ
イエッチング装置にセットし、Cl2 ガスを用いて、SiO2
膜のストライプの溝を中心に幅100 μm のストライプを
残しｎ型クラッド層と活性層の界面から100nm の深さま
でエッチングする。試料にレジスト塗布を行った後、ド
ライエッチングしたｎ型クラッド層表面に幅40μm のス
トライプ状の溝を形成する。試料を蒸着装置にセット
し、In膜を蒸着したのち、リフトオフ法により、幅40μ
m のｎ型電極を形成する。
膜を順次積層しp-電極膜を形成する。リフトオフ法によ
り、幅10μm のｐ型電極を形成する。次に、試料をドラ
イエッチング装置にセットし、Cl2 ガスを用いて、SiO2
膜のストライプの溝を中心に幅100 μm のストライプを
残しｎ型クラッド層と活性層の界面から100nm の深さま
でエッチングする。試料にレジスト塗布を行った後、ド
ライエッチングしたｎ型クラッド層表面に幅40μm のス
トライプ状の溝を形成する。試料を蒸着装置にセット
し、In膜を蒸着したのち、リフトオフ法により、幅40μ
m のｎ型電極を形成する。
【００６１】フォトリソグラフィーを含むドライエッチ
ング法により共振器長500 μm の素子を形成する。上記
工程により、室温付近での発光波長415nm のダブルヘテ
ロ接合型半導体レーザー素子を作製する。図４にこの素
子の断面を示す。
ング法により共振器長500 μm の素子を形成する。上記
工程により、室温付近での発光波長415nm のダブルヘテ
ロ接合型半導体レーザー素子を作製する。図４にこの素
子の断面を示す。
【００６２】(0001)鏡面研磨α-Al2O3基板と上記発光層
の間の格子定数をもつZn(OSe) の緩衝層３０５を用いて
いるため品質の良いエピタキシャル成長クラッド層を得
ることができる。さらに、O-Se,O-Te 間の組成比を調整
することによりZn(OTe) 活性層３０１とZn(OSe) クラッ
ド層３０２、３０３間の格子整合を得ることができるた
め、ワイドギャップで良質のエピタキシャル成長発光層
が得られ、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザー
素子を得ることができる。
の間の格子定数をもつZn(OSe) の緩衝層３０５を用いて
いるため品質の良いエピタキシャル成長クラッド層を得
ることができる。さらに、O-Se,O-Te 間の組成比を調整
することによりZn(OTe) 活性層３０１とZn(OSe) クラッ
ド層３０２、３０３間の格子整合を得ることができるた
め、ワイドギャップで良質のエピタキシャル成長発光層
が得られ、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザー
素子を得ることができる。
【００６３】（実施例２）(0001)鏡面研磨α-Al2O3を有
機洗浄を行ったのち、H2SO4:H3PO4=3:1 を中160℃でエ
ッチングを行う。この基板を横型石英反応菅CVD 装置に
設置する。 1×10 -4Paに排気後、基板温度500 ℃に保
つ。以下の全プロセス中の圧力は133Pa とする。
機洗浄を行ったのち、H2SO4:H3PO4=3:1 を中160℃でエ
ッチングを行う。この基板を横型石英反応菅CVD 装置に
設置する。 1×10 -4Paに排気後、基板温度500 ℃に保
つ。以下の全プロセス中の圧力は133Pa とする。
【００６４】Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesiu
m)（（株）トリケミカル研究所製）を60sccm相当、Zn(C
H3)2を120sccm 、Se(CH3)2を80sccm、H2O を20sccm、H2
を200sccm 、Al(CH3)3を5sccm 導入する。Mg(C5H7O2)2
は、前述200sccm のH2をキャリアガスとして導入する。
このとき、H2O は試料近傍のノズルから導入する。この
成長過程により膜厚400nm の(MgZn)(OSe): Al のｎ型ク
ラッド層をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラッ
ド層は、六方晶であり格子定数a=3.3 Åである。
m)（（株）トリケミカル研究所製）を60sccm相当、Zn(C
H3)2を120sccm 、Se(CH3)2を80sccm、H2O を20sccm、H2
を200sccm 、Al(CH3)3を5sccm 導入する。Mg(C5H7O2)2
は、前述200sccm のH2をキャリアガスとして導入する。
このとき、H2O は試料近傍のノズルから導入する。この
成長過程により膜厚400nm の(MgZn)(OSe): Al のｎ型ク
ラッド層をエピタキシャル成長させる。このｎ型クラッ
ド層は、六方晶であり格子定数a=3.3 Åである。
【００６５】次に、Zn(CH3)2を120sccm 、Se(CH3)2を10
0sccm 、H2O を10sccm、H2を200sccm 、Al(CH3)3を5scc
m 導入する。同様に、H2O は試料近傍のノズルから導入
する。この成長過程により膜厚400nm でZn(OSe): Al の
ｎ型活性層をエピタキシャル成長させる。このｎ型活性
層は、六方晶であり格子定数a=3.3 Åである。
0sccm 、H2O を10sccm、H2を200sccm 、Al(CH3)3を5scc
m 導入する。同様に、H2O は試料近傍のノズルから導入
する。この成長過程により膜厚400nm でZn(OSe): Al の
ｎ型活性層をエピタキシャル成長させる。このｎ型活性
層は、六方晶であり格子定数a=3.3 Åである。
【００６６】次に、Mg(C5H7O2)2 (bisacetylacetonatom
agnesium) を60sccm相当、Zn(CH3)2を120sccm 、Se(C
H3)2を80sccm、H2O を20sccm、H2を200sccm （キャリア
ガスを兼ねる）、NH3 を50sccm導入する。同様に、H2O
は試料近傍のノズルから導入する。この成長過程により
膜厚400nm で(MgZn)(OSe): Nのｐ型クラッド層をエピタ
キシャル成長させる。このｐ型クラッド層は、六方晶で
あり格子定数a=3.3 Åである。
agnesium) を60sccm相当、Zn(CH3)2を120sccm 、Se(C
H3)2を80sccm、H2O を20sccm、H2を200sccm （キャリア
ガスを兼ねる）、NH3 を50sccm導入する。同様に、H2O
は試料近傍のノズルから導入する。この成長過程により
膜厚400nm で(MgZn)(OSe): Nのｐ型クラッド層をエピタ
キシャル成長させる。このｐ型クラッド層は、六方晶で
あり格子定数a=3.3 Åである。
【００６７】次に、Zn(CH3)2を120sccm 、Se(CH3)2を12
0sccm 、H2を200sccm 、NH3 を50sccmを5sccm 導入す
る。この成長過程で膜厚200nm でZnSe: N のｐ型コンタ
クト層をエピタキシャル成長させる。
0sccm 、H2を200sccm 、NH3 を50sccmを5sccm 導入す
る。この成長過程で膜厚200nm でZnSe: N のｐ型コンタ
クト層をエピタキシャル成長させる。
【００６８】次に、実施例１と同様の加工プロセスを行
い、室温付近での発光波長400nm のダブルヘテロ接合型
半導体レーザー素子を作製する。図５にこの素子の断面
を示す。
い、室温付近での発光波長400nm のダブルヘテロ接合型
半導体レーザー素子を作製する。図５にこの素子の断面
を示す。
【００６９】発光層と格子定数の近いα-Al2O3を基板と
して用いているため、さらに、Mg-Zn,O-Se間の組成比を
調整することによりZn(OSe) 活性層と(MgZn)(OSe) クラ
ッド層間の格子整合を得ることができた。このため、ワ
イドギャップで良質のエピタキシャル成長発光層が得ら
れ、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザー素子を
得ることができる。
して用いているため、さらに、Mg-Zn,O-Se間の組成比を
調整することによりZn(OSe) 活性層と(MgZn)(OSe) クラ
ッド層間の格子整合を得ることができた。このため、ワ
イドギャップで良質のエピタキシャル成長発光層が得ら
れ、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザー素子を
得ることができる。
【００７０】（実施例３）(0001) 鏡面研磨単結晶ZnO
基板（Litton Airtron社製）（六方晶a=3.25Å）を有機
洗浄した後、希HCl でライトエッチングを行う。この基
板をMBE 装置に設置する。 1×10-8Paの背圧下、基板温
度400 ℃に保つ。
基板（Litton Airtron社製）（六方晶a=3.25Å）を有機
洗浄した後、希HCl でライトエッチングを行う。この基
板をMBE 装置に設置する。 1×10-8Paの背圧下、基板温
度400 ℃に保つ。
【００７１】当初、Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×
10-4Paで、O2ガス導入ラインからO分子線強度 1×10-4P
aで導入する。成長時間の経過とともに、O 分子線強度
1×10-6Paまで減少させ、同時にSe溶融セルからSeを分
子線強度を0 Paから 8×10-5Paまで増加させる。この成
長過程により全膜厚50nmで格子定数a=3.25Åの六方晶Zn
O から格子定数a=3.6 Åの六方晶Zn(OSe) まで連続的に
変化する組成傾斜緩衝層をエピタキシャル成長させる。
10-4Paで、O2ガス導入ラインからO分子線強度 1×10-4P
aで導入する。成長時間の経過とともに、O 分子線強度
1×10-6Paまで減少させ、同時にSe溶融セルからSeを分
子線強度を0 Paから 8×10-5Paまで増加させる。この成
長過程により全膜厚50nmで格子定数a=3.25Åの六方晶Zn
O から格子定数a=3.6 Åの六方晶Zn(OSe) まで連続的に
変化する組成傾斜緩衝層をエピタキシャル成長させる。
【００７２】Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10-4Pa
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 2×10-5Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 8×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 1×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分
子線強度 1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜
厚500nm で(MgZn)(OSe): Al のｎ型クラッド層をエピタ
キシャル成長させる。このｎ型クラッド層は、六方晶で
あり格子定数a=3.6 Åである。
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 2×10-5Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 8×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 1×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分
子線強度 1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜
厚500nm で(MgZn)(OSe): Al のｎ型クラッド層をエピタ
キシャル成長させる。このｎ型クラッド層は、六方晶で
あり格子定数a=3.6 Åである。
【００７３】次に、Znを分子線強度 1×10-4Paで、Te溶
融セルからTeを分子線強度 1×10-4Paで、O 分子線強度
1×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分子線強度
1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜厚400nm
でZn(OTe): Al のn 型活性層をエピタキシャル成長させ
る。このｎ型活性層は、六方晶であり格子定数a=3.6Å
である。
融セルからTeを分子線強度 1×10-4Paで、O 分子線強度
1×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分子線強度
1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜厚400nm
でZn(OTe): Al のn 型活性層をエピタキシャル成長させ
る。このｎ型活性層は、六方晶であり格子定数a=3.6Å
である。
【００７４】次に、Znを分子線強度 1×10-4Paで、Mg(C
5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラインから
Mg分子線強度 2×10-5Paで、Seを分子線強度 1×10-4Pa
で、O 分子線強度 1×10-6Paで、NH3 導入ラインからN
を分子線強度 1×10-6Paで、H2導入ラインからH を 1×
10-5Paで導入する。この成長過程により膜厚400nm で(M
gZn)(OSe): Nのｐ型クラッド層をエピタキシャル成長さ
せる。このｐ型クラッド層は、六方晶であり格子定数 a
=3.6Åである。
5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラインから
Mg分子線強度 2×10-5Paで、Seを分子線強度 1×10-4Pa
で、O 分子線強度 1×10-6Paで、NH3 導入ラインからN
を分子線強度 1×10-6Paで、H2導入ラインからH を 1×
10-5Paで導入する。この成長過程により膜厚400nm で(M
gZn)(OSe): Nのｐ型クラッド層をエピタキシャル成長さ
せる。このｐ型クラッド層は、六方晶であり格子定数 a
=3.6Åである。
【００７５】次に、Znを分子線強度 1×10-4Paで、Seを
分子線強度 1×10-4Paで、NH3 導入ラインからN を分子
線強度 1×10-5Paで、H2導入ラインからH を 1×10-5Pa
で導入する。この成長過程で膜厚200nm でZnSe: N のｐ
型コンタクト層をエピタキシャル成長させる。
分子線強度 1×10-4Paで、NH3 導入ラインからN を分子
線強度 1×10-5Paで、H2導入ラインからH を 1×10-5Pa
で導入する。この成長過程で膜厚200nm でZnSe: N のｐ
型コンタクト層をエピタキシャル成長させる。
【００７６】次に、実施例１と同様の加工プロセスを行
い、室温付近での発光波長440nm のダブルヘテロ接合型
半導体レーザー素子を作製する。図６にこの素子の断面
を示す。
い、室温付近での発光波長440nm のダブルヘテロ接合型
半導体レーザー素子を作製する。図６にこの素子の断面
を示す。
【００７７】発光層と格子定数の近いZnO 単結晶を基板
として用い、この基板と上記発光層の間の格子定数をも
つZn(OSe) の組成傾斜緩衝層を用いているため、さら
に、O-Se,O-Te 間の組成比を調整することによりZn(OT
e) 活性層と(MgZn)(OSe) クラッド層間の格子整合を得
ることができた。このため、ワイドギャップで良質のエ
ピタキシャル成長発光層が得られ、高効率で高信頼性の
短波長の半導体レーザー素子を得ることができる。
として用い、この基板と上記発光層の間の格子定数をも
つZn(OSe) の組成傾斜緩衝層を用いているため、さら
に、O-Se,O-Te 間の組成比を調整することによりZn(OT
e) 活性層と(MgZn)(OSe) クラッド層間の格子整合を得
ることができた。このため、ワイドギャップで良質のエ
ピタキシャル成長発光層が得られ、高効率で高信頼性の
短波長の半導体レーザー素子を得ることができる。
【００７８】（実施例４）(0001)鏡面研磨α-SiC単結晶
（CREE社製）（六方晶a=3.08Å）を有機洗浄を行ったの
ち、希HCl でライトエッチングを行う。この基板を横型
石英反応菅CVD 装置に設置する。
（CREE社製）（六方晶a=3.08Å）を有機洗浄を行ったの
ち、希HCl でライトエッチングを行う。この基板を横型
石英反応菅CVD 装置に設置する。
【００７９】次に、実施例２と同様のエピタキシャル成
長膜作製及び加工プロセスを行い、発光波長400nm のダ
ブルヘテロ接合型半導体レーザー素子を作製する。図７
にこの素子の断面を示す。
長膜作製及び加工プロセスを行い、発光波長400nm のダ
ブルヘテロ接合型半導体レーザー素子を作製する。図７
にこの素子の断面を示す。
【００８０】発光層と格子定数の近いα-SiCを基板とし
て用いているため、さらに、Mg-Zn，O-Se間の組成比を
調整することによりZn(OSe) 活性層と(MgZn)(OSe) クラ
ッド層間の格子整合を得ることができた。このため、ワ
イドギャップで良質のエピタキシャル成長発光層が得ら
れ、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザー素子を
得ることができる。
て用いているため、さらに、Mg-Zn，O-Se間の組成比を
調整することによりZn(OSe) 活性層と(MgZn)(OSe) クラ
ッド層間の格子整合を得ることができた。このため、ワ
イドギャップで良質のエピタキシャル成長発光層が得ら
れ、高効率で高信頼性の短波長の半導体レーザー素子を
得ることができる。
【００８１】（実施例５）(0001) 鏡面研磨単結晶ZnO
基板（Litton Airtron社製）（六方晶a=3.25Å）を有機
洗浄した後、希HCl でライトエッチングを行う。この基
板をMBE 装置に設置する。 1×10-8Paの背圧下、基板温
度400 ℃に保つ。Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10
-4Paで、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度8 ×10-5Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 2×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分
子線強度 1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜
厚200nm で(MgZn)(OSe):Alのｎ型クラッド層をエピタキ
シャル成長させる。このｎ型クラッド層はバンドギャッ
プ3.4eV で、六方晶であり格子定数a=3.25Åである。
基板（Litton Airtron社製）（六方晶a=3.25Å）を有機
洗浄した後、希HCl でライトエッチングを行う。この基
板をMBE 装置に設置する。 1×10-8Paの背圧下、基板温
度400 ℃に保つ。Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10
-4Paで、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度8 ×10-5Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 2×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分
子線強度 1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜
厚200nm で(MgZn)(OSe):Alのｎ型クラッド層をエピタキ
シャル成長させる。このｎ型クラッド層はバンドギャッ
プ3.4eV で、六方晶であり格子定数a=3.25Åである。
【００８２】Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10-4Pa
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 2×10-4Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 1×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分
子線強度 1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜
厚100nm で(MgZn)(OSe):Alのｎ型ガイド層をエピタキシ
ャル成長させる。このｎ型ガイド層は、バンドギャップ
3.2eV 、六方晶であり格子定数a=3.25Åである。
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 2×10-4Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 1×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで、Al(CH3)3導入ラインからAlを分
子線強度 1×10-7Paで導入する。この成長過程により膜
厚100nm で(MgZn)(OSe):Alのｎ型ガイド層をエピタキシ
ャル成長させる。このｎ型ガイド層は、バンドギャップ
3.2eV 、六方晶であり格子定数a=3.25Åである。
【００８３】Znを分子線強度 1×10-4Paで、Seを分子線
強度 1×10-4Paで、O 分子線強度 1×10-6Paで導入す
る。この成長過程により膜厚5nm でZn(OSe) のノンドー
プウェル層をエピタキシャル成長させる。このウェル層
は、バンドギャップ2.9eV 、六方晶であり格子定数 a=
3.6Åである。
強度 1×10-4Paで、O 分子線強度 1×10-6Paで導入す
る。この成長過程により膜厚5nm でZn(OSe) のノンドー
プウェル層をエピタキシャル成長させる。このウェル層
は、バンドギャップ2.9eV 、六方晶であり格子定数 a=
3.6Åである。
【００８４】Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10-4Pa
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 2×10-4Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 1×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで導入する。この成長過程により膜
厚5nm で(MgZn)(OSe) のノンドープバリア層をエピタキ
シャル成長させる。このバリア層は、バンドギャップ3.
2eV 、六方晶であり格子定数a=3.3 Åである。
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 2×10-4Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 1×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで導入する。この成長過程により膜
厚5nm で(MgZn)(OSe) のノンドープバリア層をエピタキ
シャル成長させる。このバリア層は、バンドギャップ3.
2eV 、六方晶であり格子定数a=3.3 Åである。
【００８５】このウェル層とバリア層の作製を繰り返
し、４層のウェル層と３層のバリア層の歪量子井戸構造
発光層を形成する。
し、４層のウェル層と３層のバリア層の歪量子井戸構造
発光層を形成する。
【００８６】Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10-4Pa
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 2×10-4Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 1×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで、NH3導入ラインからN を分子線
強度 5×10-6Paで、H2導入ラインからH を 2×10-5Paで
導入する。この成長過程により膜厚100nm で(MgZn)(OS
e):N のｐ型ガイド層をエピタキシャル成長させる。こ
のｐ型ガイド層は、バンドギャップ3.2eV 、六方晶であ
り格子定数a=3.25Åである。
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 2×10-4Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 1×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで、NH3導入ラインからN を分子線
強度 5×10-6Paで、H2導入ラインからH を 2×10-5Paで
導入する。この成長過程により膜厚100nm で(MgZn)(OS
e):N のｐ型ガイド層をエピタキシャル成長させる。こ
のｐ型ガイド層は、バンドギャップ3.2eV 、六方晶であ
り格子定数a=3.25Åである。
【００８７】Zn溶融セルからZnを分子線強度 1×10-4Pa
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 8×10-5Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 2×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで、NH3導入ラインからN を分子線
強度 5×10-6Paで、H2導入ラインからH を 1×10-5Paで
導入する。この成長過程により膜厚200nm で(MgZn)(OS
e):N のｐ型クラッド層をエピタキシャル成長させる。
このｐ型クラッド層はバンドギャップ3.4eV で、六方晶
であり格子定数a=3.3 Åである。
で、Mg(C5H7O2)2(bisacetylacetonatomagnesium)導入ラ
インからMg分子線強度 8×10-5Paで、Se溶融セルからSe
を分子線強度 2×10-5Paで、O2ガス導入ラインからO 分
子線強度 2×10-6Paで、NH3導入ラインからN を分子線
強度 5×10-6Paで、H2導入ラインからH を 1×10-5Paで
導入する。この成長過程により膜厚200nm で(MgZn)(OS
e):N のｐ型クラッド層をエピタキシャル成長させる。
このｐ型クラッド層はバンドギャップ3.4eV で、六方晶
であり格子定数a=3.3 Åである。
【００８８】次に、Znを分子線強度 1×10-4Paで、Seを
分子線強度 1×10-4Paで、NH3 導入ラインからN を分子
線強度 1×10-5Paで、H2導入ラインからH を 1×10-5Pa
で導入する。この成長過程で膜厚200nm でZnSe: N のｐ
型コンタクト層をエピタキシャル成長させる。
分子線強度 1×10-4Paで、NH3 導入ラインからN を分子
線強度 1×10-5Paで、H2導入ラインからH を 1×10-5Pa
で導入する。この成長過程で膜厚200nm でZnSe: N のｐ
型コンタクト層をエピタキシャル成長させる。
【００８９】次に、実施例１と同様の加工プロセスを行
い、室温付近での発光波長410nm の歪量子井戸構造半導
体レーザー素子を作製する。図８は、この素子の断面を
示す。ZnO 単結晶を基板として用いているため、高品質
の(MgZn)(OSe):Alのｎ型クラッド層をエピタキシャル成
長させることができるので、高品質なｎ型ガイド層、歪
量子井戸構造発光層、ｐ型クラッド層を得ることができ
る。また、Mg-Zn-O-Se及びZn-O-Se 間の組成比を調整す
ることにより、制御性良くｎ型ガイド層、歪量子井戸構
造、ｐ型ガイド層の層構成を設定できる。
い、室温付近での発光波長410nm の歪量子井戸構造半導
体レーザー素子を作製する。図８は、この素子の断面を
示す。ZnO 単結晶を基板として用いているため、高品質
の(MgZn)(OSe):Alのｎ型クラッド層をエピタキシャル成
長させることができるので、高品質なｎ型ガイド層、歪
量子井戸構造発光層、ｐ型クラッド層を得ることができ
る。また、Mg-Zn-O-Se及びZn-O-Se 間の組成比を調整す
ることにより、制御性良くｎ型ガイド層、歪量子井戸構
造、ｐ型ガイド層の層構成を設定できる。
【００９０】この発明では、II−VI族化合物半導体材料
にO 元素を添加することにより、活性層のワイドギャッ
プ化と基板との格子整合を両立させる方法を開示してい
る。活性層の結晶構造は、従来のII−VI族化合物半導体
の活性層のようにジンクブレンド構造を前提にしてお
り、基板として、GaAs,InP,GaP,ZnSe が挙げられてい
る。よって、高効率で低しきい値電流で高信頼性の短波
長の半導体レーザー素子を得ることができる。
にO 元素を添加することにより、活性層のワイドギャッ
プ化と基板との格子整合を両立させる方法を開示してい
る。活性層の結晶構造は、従来のII−VI族化合物半導体
の活性層のようにジンクブレンド構造を前提にしてお
り、基板として、GaAs,InP,GaP,ZnSe が挙げられてい
る。よって、高効率で低しきい値電流で高信頼性の短波
長の半導体レーザー素子を得ることができる。
【００９１】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１の発明の半導体発光素子では、六方晶ZnO は、励起子
結合エネルギーが大きいため、室温においても高密度の
励起子が存在するので高い発光効率が見込める。本発明
の発光層は、六方晶ZnO を主体にした六方晶Zn(Ox )(X=
S,Se,Te)の組成であるので、同様に、高い発光効率が見
込める。
１の発明の半導体発光素子では、六方晶ZnO は、励起子
結合エネルギーが大きいため、室温においても高密度の
励起子が存在するので高い発光効率が見込める。本発明
の発光層は、六方晶ZnO を主体にした六方晶Zn(Ox )(X=
S,Se,Te)の組成であるので、同様に、高い発光効率が見
込める。
【００９２】さらに、上記発光層は多元系の混晶なので
組成を変化させることにより、発光層の格子定数、バン
ドバンドギャップ、屈折率を広い範囲で制御し、広範な
材料の選択・組み合わせ、広い発光波長の選択が可能に
なる。発光層が活性層−クラッド層の構成をとる場合
は、活性層−クラッド層−基板間の格子整合性を向上さ
せることができる。このため、界面欠陥が少なく、かつ
高品質のエピタキシャル成長層が得られ、より高い発光
効率と高い信頼性の半導体発光素子が実現できる。
組成を変化させることにより、発光層の格子定数、バン
ドバンドギャップ、屈折率を広い範囲で制御し、広範な
材料の選択・組み合わせ、広い発光波長の選択が可能に
なる。発光層が活性層−クラッド層の構成をとる場合
は、活性層−クラッド層−基板間の格子整合性を向上さ
せることができる。このため、界面欠陥が少なく、かつ
高品質のエピタキシャル成長層が得られ、より高い発光
効率と高い信頼性の半導体発光素子が実現できる。
【００９３】また、発光層が量子井戸構造をとる場合
は、ウェル層、バリア層の格子が破壊されない程度まで
格子の不整合が許容される。このため、より広範な材料
の選択・組み合わせや、より広い発光波長の選択が可能
になり、より低いしきい値電流やより広い変調帯域など
の優れた特性をもつ半導体発光素子が実現できる。
は、ウェル層、バリア層の格子が破壊されない程度まで
格子の不整合が許容される。このため、より広範な材料
の選択・組み合わせや、より広い発光波長の選択が可能
になり、より低いしきい値電流やより広い変調帯域など
の優れた特性をもつ半導体発光素子が実現できる。
【００９４】さらに、Cd,Be などの環境への影響の大き
い材料を用いず、環境への汚染の少ない材料で半導体発
光素子を作製できる。
い材料を用いず、環境への汚染の少ない材料で半導体発
光素子を作製できる。
【００９５】請求項２記載の発明は、クラッド層と活性
層にMg,Mn のうち少なくとも１種の元素を含むので、ク
ラッド層のバンドギャップを広げ、屈折率を小さくでき
る。また、材料が多元系となるので、より広範囲に発光
層の格子定数、バンドバンドギャップ、屈折率を広い範
囲で制御したり、より広い発光波長の選択が可能にな
り、より高性能で高信頼性の半導体発光素子を作製でき
る。
層にMg,Mn のうち少なくとも１種の元素を含むので、ク
ラッド層のバンドギャップを広げ、屈折率を小さくでき
る。また、材料が多元系となるので、より広範囲に発光
層の格子定数、バンドバンドギャップ、屈折率を広い範
囲で制御したり、より広い発光波長の選択が可能にな
り、より高性能で高信頼性の半導体発光素子を作製でき
る。
【００９６】請求項３記載の発明は、ｐ型クラッド層が
N 元素を含むことにより、請求項１の作用効果をもつ半
導体発光素子が実現できる。
N 元素を含むことにより、請求項１の作用効果をもつ半
導体発光素子が実現できる。
【００９７】請求項４記載の発明は、本発光素子が、量
産可能で比較的安価なAl2O3 基板を用いているので、エ
ピタキシャル成長したクラッド層を得ることができ、請
求項１から３の作用効果をもつ半導体発光素子が実現で
きる。
産可能で比較的安価なAl2O3 基板を用いているので、エ
ピタキシャル成長したクラッド層を得ることができ、請
求項１から３の作用効果をもつ半導体発光素子が実現で
きる。
【００９８】請求項５記載の発明は、六方晶構造をもち
格子定数a=2.7 〜5.2 Åである基板を用いているので、
エピタキシャル成長したクラッド層を得ることができ、
請求項１から３の作用効果をもつ半導体発光素子が実現
できる。
格子定数a=2.7 〜5.2 Åである基板を用いているので、
エピタキシャル成長したクラッド層を得ることができ、
請求項１から３の作用効果をもつ半導体発光素子が実現
できる。
【００９９】請求項６記載の発明は、請求項５の条件を
満たし、入手可能な六方晶構造ZnO,SiC を基板に用いて
いるので、エピタキシャル成長したクラッド層を得るこ
とができ、請求項１から３の作用効果をもつ半導体発光
素子が実現できる。
満たし、入手可能な六方晶構造ZnO,SiC を基板に用いて
いるので、エピタキシャル成長したクラッド層を得るこ
とができ、請求項１から３の作用効果をもつ半導体発光
素子が実現できる。
【０１００】請求項７記載の発明は、基板とクラッド層
の間に格子の不整合を緩和する緩衝層を設けているの
で、より高品質のエピタキシャル成長層が得られ、か
つ、各層間の界面欠陥が少なくなるので、より高効率で
高信頼性な請求項１から３の作用効果をもつ半導体発光
素子が実現できる。
の間に格子の不整合を緩和する緩衝層を設けているの
で、より高品質のエピタキシャル成長層が得られ、か
つ、各層間の界面欠陥が少なくなるので、より高効率で
高信頼性な請求項１から３の作用効果をもつ半導体発光
素子が実現できる。
【０１０１】請求項８記載の発明は、発光部と同一又は
類似の元素と同一結晶構造からなる、Zn(X1)、Zn(X
1X2)、(X1,X2=O,S,Se,Te) 緩衝層を設けているので、請
求項７の効果に加え、基板−発光部間の電気的、機械的
接合が良好になり、より高効率で高信頼性な請求項１か
ら３の作用効果をもつ半導体発光素子が実現できる。
類似の元素と同一結晶構造からなる、Zn(X1)、Zn(X
1X2)、(X1,X2=O,S,Se,Te) 緩衝層を設けているので、請
求項７の効果に加え、基板−発光部間の電気的、機械的
接合が良好になり、より高効率で高信頼性な請求項１か
ら３の作用効果をもつ半導体発光素子が実現できる。
【０１０２】さらに、３元以上の元素からなるZn(X
1X2)、(X1,X2=O,S,Se,Te) の組成の緩衝層の場合に厚さ
方向でX1とX2での比率を連続的に変えた組成傾斜層が実
現可能になるので、これらの効果がさらに高まり、より
高効率で高信頼性な請求項１から３の作用効果をもつ半
導体発光素子が実現できる。
1X2)、(X1,X2=O,S,Se,Te) の組成の緩衝層の場合に厚さ
方向でX1とX2での比率を連続的に変えた組成傾斜層が実
現可能になるので、これらの効果がさらに高まり、より
高効率で高信頼性な請求項１から３の作用効果をもつ半
導体発光素子が実現できる。
【図１】本発明の半導体発光素子の実施形態の基本構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図２】ダブルヘテロ接合型の基本構成を示す図であ
る。
る。
【図３】各化合物半導体の物性値のプロット間を直線で
結び、化合物半導体の混晶の物性を把握するための図で
ある。
結び、化合物半導体の混晶の物性を把握するための図で
ある。
【図４】実施例１の発光波長415nm のダブルヘテロ接合
型半導体レーザー素子の断面を示す図である。
型半導体レーザー素子の断面を示す図である。
【図５】実施例２の発光波長400nm のダブルヘテロ接合
型半導体レーザー素子の断面を示す図である。
型半導体レーザー素子の断面を示す図である。
【図６】実施例３の発光波長400nm のダブルヘテロ接合
型半導体レーザー素子の断面を示す図である。
型半導体レーザー素子の断面を示す図である。
【図７】実施例４のエピタキシャル成長膜作製及び加工
プロセスによる発光波長400nmのダブルヘテロ接合型半
導体レーザー素子の断面を示す図である。
プロセスによる発光波長400nmのダブルヘテロ接合型半
導体レーザー素子の断面を示す図である。
【図８】実施例５の発光波長410nm の歪量子井戸構造半
導体レーザー素子を示す素子断面図である。
導体レーザー素子を示す素子断面図である。
１０１、２０１ 活性層 １０２、２０２ ｎ型クラッド層 １０３、２０３ ｐ型クラッド層 ２０４ 基板 ２０５ 緩衝層 ３０１、５０１ ｎ型Ｚｎ（ＯＴｅ）活性層 ３０２ ｎ型Ｚｎ（ＯＳｅ）：Ａｌクラッド層 ３０３ ｐ型Ｚｎ（ＯＳｅ）：Ｎクラッド層 ３０４、４０４ Ａｌ２Ｏ３基板 ３０５ Ｚｎ（ＯＳｅ）緩衝層 ３０６、４０６、５０６、６０６ ｐ型ＺｎＳｅ：Ｎコ
ンタクト層 ３０７、４０７、５０７、６０７、８０７ ｐ型電極縁
膜 ３０８、４０８、５０８、６０８ ＳｉＯ２絶縁膜 ３０９、４０９、５０９、６０９、８０９ ｎ型電極 ４０１、６０１ ｎ型Ｚｎ（ＯＳｅ）活性層 ４０２、５０２、６０２、８０２ ｎ型（ＭｇＺｎ）
（ＯＳｅ）：Ａｌクラッド層 ４０３、５０３、６０３、８０３ ｐ型（ＭｇＺｎ）
（ＯＳｅ）：Ｎクラッド層 ５０４、８０４ ＺｎＯ基板 ５０５ Ｚｎ（ＯＳｅ）組成傾斜緩衝層 ６０４ ＳｉＣ基板 ８０１ 歪量子井戸構造層 ８０２ ｎ型（ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）；Ａｌクラッド層 ８０３ ｐ型（ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）：Ｎクラッド層 ８０６ ｐ型ＺｎＳｅ：Ｎコンタクト層 ８０８ ＳｉＯ２絶縁膜 ８１１ Ｚｎ（ＯＳｅ）ウェル層 ８２１ （ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）バリア層 ８３１ ｎ型（ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）ガイド層 ８４１ ｐ型（ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）ガイド層
ンタクト層 ３０７、４０７、５０７、６０７、８０７ ｐ型電極縁
膜 ３０８、４０８、５０８、６０８ ＳｉＯ２絶縁膜 ３０９、４０９、５０９、６０９、８０９ ｎ型電極 ４０１、６０１ ｎ型Ｚｎ（ＯＳｅ）活性層 ４０２、５０２、６０２、８０２ ｎ型（ＭｇＺｎ）
（ＯＳｅ）：Ａｌクラッド層 ４０３、５０３、６０３、８０３ ｐ型（ＭｇＺｎ）
（ＯＳｅ）：Ｎクラッド層 ５０４、８０４ ＺｎＯ基板 ５０５ Ｚｎ（ＯＳｅ）組成傾斜緩衝層 ６０４ ＳｉＣ基板 ８０１ 歪量子井戸構造層 ８０２ ｎ型（ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）；Ａｌクラッド層 ８０３ ｐ型（ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）：Ｎクラッド層 ８０６ ｐ型ＺｎＳｅ：Ｎコンタクト層 ８０８ ＳｉＯ２絶縁膜 ８１１ Ｚｎ（ＯＳｅ）ウェル層 ８２１ （ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）バリア層 ８３１ ｎ型（ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）ガイド層 ８４１ ｐ型（ＭｇＺｎ）（ＯＳｅ）ガイド層
Claims (8)
- 【請求項１】 II−VI族化合物半導体を用いた活性層及
び該II−VI族化合物半導体を用いた１つ又は２つのクラ
ッド層を有する半導体発光素子において、 前記活性層が少なくともZn元素とO 元素を含み、かつ、
前記活性層がさらにS,Se,Te のうち少なくとも１種以上
の元素を含み、 前記クラッド層の少なくとも１つがZn元素とO 元素を含
み、かつ、前記活性層、前記クラッド層の結晶系が六方
晶系であること、 を特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記クラッド層のうち少なくとも１つ又
は前記活性層がMg,Mn のうち少なくとも１種の元素を含
むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記クラッド層の１つ以上又は前記活性
層がN 元素を含むことを特徴とする請求項１または２に
記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記活性層及び前記クラッド層がAl2O3
基板上に設けられていることを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記活性層及び前記クラッド層が六方晶
構造をもち、格子定数が a=2.7〜5.2 Åである基板上に
設けられていることを特徴とする請求項１から３のいず
れかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記基板が、ZnO,SiC のいずれかである
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記基板と前記クラッド層の間に格子の
不整合を緩和する緩衝層を設けたことを特徴とする請求
項１から６のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記緩衝層がZn元素とO,S,Se,Te のいず
れか１種以上の元素化合物から成ることを特徴とする請
求項７に記載の半導体発光素子。
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|---|---|---|---|
| JP2000311904A JP2002118330A (ja) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | 半導体発光素子 |
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| JP2002118330A true JP2002118330A (ja) | 2002-04-19 |
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| JP2000311904A Pending JP2002118330A (ja) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | 半導体発光素子 |
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| JP (1) | JP2002118330A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004296459A (ja) * | 2003-03-25 | 2004-10-21 | Sharp Corp | 酸化物半導体発光素子およびその製造方法 |
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| WO2008105171A1 (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-04 | Stanley Electric Co., Ltd. | ＺｎＯ系半導体層とその製造方法、及び、半導体発光素子 |
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| US8008670B2 (en) | 2006-02-21 | 2011-08-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting device |
-
2000
- 2000-10-12 JP JP2000311904A patent/JP2002118330A/ja active Pending
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