JP2689919B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Description
るものである。
VI族)半導体レーザ素子(LD)は、他の電子デバイス
との融合・集積化という利点があり、多くの研究が行わ
れている。しかし、Si基板上のIII −V族(あるいは
II−VI族)半導体の結晶成長においては、基板とエピタ
キシャル成長層との間に格子不整合があり、エピタキシ
ャル成長層に転位が入りやすい。
料の結晶成長においても、基板と成長層の格子定数が数
%異なっている。そのため成長層に転位が入り、成長結
晶の品位が著しく低下するという問題がある。更に、成
長前にAs照射下に置かずにGaAs基板を630℃以
上に昇温して基板表面の酸化膜を蒸発させるので、As
抜けによる表面荒れが生じやすくなる。また、II−VI族
材料の成長温度である300℃以下まで、およそ300
℃〜350℃程降温させる過程で、基板表面は、O、C
等の不純物を吸着すると思われる。とくに、Alを含む
緩衝層を成長させた基板では、Oの表面吸着が大きいと
思われる。また、II−VI族とIII −V族の異種族材料間
には、結晶の硬さや粘り強さに差がある。II−VI族の成
長においては、以上に述べた格子不整合、基板の表面荒
れ、不純物吸着、異種族材料界面等の原因により成長結
晶に貫通転位が入りやすい。
ているサファイア基板上のGaN(III −V族材料)
は、15.4%もの格子不整合がある。日経エレクトロ
ニクス1994年602巻98ページには、InGaN
/AlGaNのダブルヘテロ構造高輝度青色発光ダイオ
ードの構造図が記載されている。成長温度を下げてGa
N緩衝層を成長させることで、転位を低減させている。
ただし、転位低減のための超格子構造は、備え付けられ
ていない。また、基板のサファイアは、高抵抗基板しか
ないので、n電極をサファイア基板から取ることができ
ず、n電極は、n型GaN層に取り付けられており、基
板表面側にp、nの電極が形成されている。ただし、II
−VI族半導体発光素子では、n型(あるいはp型)のG
aAs基板を用いているので、このような電極取りをし
た報告例はない。
ル成長層を成長させる場合、格子不整合による転位が発
生し、エピタキシャル成長層の結晶品質を損なうという
問題がある。
減方法して、基板の格子定数から成長層の格子定数に徐
々に格子定数を変化させた緩衝層を積む等の方法が行わ
れてきた。あるいは、緩衝層に歪超格子構造を導入する
ことで、転位の成長方向への進行を食い止める方法も研
究されている。例えば、1993年のアプライド・フィ
ジックス・レター63巻15号には、InGaAs/G
aAsあるいはGaAs/GaPの界面に、1原子層の
InAsと1あるいは2原子層のGaAsを1周期とす
る超短周期歪超格子、あるいは1原子層のGaPと1あ
るいは3原子層のGaAsを100周期程度、数百nm
の厚さに成長させた短周期歪超格子層を挿入すること
で、貫通転位の発生を効果的に抑えることができること
を報告している。
超格子構造を挿入し、発光層に転位が入ることを食い止
めたとしても、基板と成長層の界面付近の転位は残る。
得られた成長結晶で発光素子を作り、通電させると、こ
れらの転位が増殖し、結晶品質が劣化するため、素子の
動作寿命は、著しく低下してしまう。現在II−VI族材料
を用いた青色LDなどの動作寿命が数秒と短いのは、主
にこのためであると思われる。
VI族半導体材料の結晶成長においては、基板と成長層の
バンドギャップが大きく異なるので、II−VI族材料を用
いた青色LD等の発光素子を作る場合、基板界面での急
激なバンドギャップ差の低減による低抵抗化が課題とな
っている。これに対し、GaAsのバンドギャップと、
成長するII−VI族半導体材料のバンドギャップとの中間
の大きさのバンドギャップを持ったAlGaAsや、A
lGaInP系のIII −V族半導体材料等を緩衝層とし
てGaAs基板上に成長させてから、II−VI族半導体材
料を成長させる等の提案がなされている。しかしなが
ら、II−VI族とIII −V族材料は、相互に汚染し合うの
で、この方法は、II−VI族用とIII −V族用の2つの成
長室が必要となり、成長装置が大がかりとなる。また、
基板を搬送する手間がかかるという欠点がある。
殖による結晶品質の劣化がなく、素子の長寿命化、高出
力化を図ることができる半導体発光素子を提供すること
にある。
格子不整合を有する半導体発光素子において、基板上に
アンドープ歪超格子層と前記歪超格子層を挟むアンドー
プ層からなる転位を減らすためのアンドープ多層膜緩衝
層を有し、前記多層膜緩衝層上に発光層を含む成長層を
設け、前記成長層上にn型とp型の2つの電極を備えた
ことを特徴としている。
緩衝層の領域は、高抵抗なので、電流は流れない。その
ため、転位の増殖による結晶品質の劣化がなくなる。電
流は、低抵抗の欠陥・転位のない、nあるいはpクラッ
ド層を流れるので、LD素子等の半導体発光素子の長寿
命化、高出力化を図ることができる。
て説明する。
半導体レーザの断面構造図である。図1に示すII−VI族
半導体レーザは、n−電極1、高抵抗GaAs基板2、
アンドープZnSe層3、アンドープ歪超格子層4、n
型ZnSeバッファ層5、n型ZnSSeクラッド層
6、ZnSe活性層7、p型ZnSSeクラッド層8、
p型ZnCdSeバンド緩衝層9、p型ZnSeキャッ
プ層10、p−電極11およびSiO2 膜12により構
成されている。
のZnSeと層厚10nmのZnSSeを交互に10周
期積層させた構造を有している。本発明の特徴である、
基板界面付近に生ずる転位の進行を抑えるための多層膜
緩衝層は、アンドープ歪超格子層4とそれを挟むアンド
ープZnSe層3からなる。
線エピタキシー法(MBE)等のエピタキシャル成長法
により、以上の層構造を成長後、表面にSiO2 マスク
を形成し、エッチングによりnクラッド層表面を出し、
その表面にn−電極を形成させる。エッチングにより生
じた側壁には、SiO2 膜12を形成させる。
ZnSe/ZnSSeの歪超格子層の代わりに、ZnX
S1-X Se/ZnY S1-Y Seなどの、組成の異なる1
種類の3元(および4元)の混晶からなる歪超格子層
や、MgS/ZnS等の歪超格子層を用いても良い。ま
た(ZnSe)m(MgSe)n等の超短周期歪超格子
層を用いることもできる。
に、ZnSSe層あるいはZnCdSSe層を用いるこ
ともできる。クラッド層6,8には、ZnSSeだけで
なく、nおよびp型のZnCdSSeを用いても良い。
活性層7は、ZnSeの代わりに、ZnSSeあるいは
ZnCdSeを用いても良い。
用いた選択成長を用いて同様のデバイス形状を作り、電
極を形成してもよい。
ア、InP、Si、GaP等のGaAs以外の基板でも
良く、基盤の導伝型は、高抵抗基板の代わりに、n型で
もp型でも良い。また、基板側のクラッド層の伝導型を
n型の代わりにp型に選ぶことも可能である。
内部構造の詳細によらないので、歪量子井戸LD構造等
のさまざまな構造を有する半導体発光素子に対して適用
することができる。
多層膜緩衝層の領域は、高抵抗なので、電流は、低抵抗
の欠陥・転位のない、nあるいはpクラッド層を流れ
る。それによって、LD素子等の半導体発光素子の長寿
命化、高出力化を図ることができる。
As基板ではなく、II−VI族材料のクラッド層に取り付
けられているので、従来のGaAs基板とII−VI族エピ
タキシャル成長層との間の大きなバンドギャップ差によ
る素子の高抵抗化の問題を回避でき、LD素子の低抵抗
化による低電圧動作が可能になる。また、低容量化によ
る高速変調動作も可能になる。更に、一つの成長室で成
長できるので、II−VI族、III −V族の結合による相互
汚染の心配がなく、手軽に、高性能のII−VI族材料を用
いた青色LDが成長できるという利点がある。
シャル成長層との間の大きなバンドギャップ差による高
抵抗化の問題を回避でき、LD素子の低抵抗化による低
電圧動作の効果がより大きい。
側にあるので、他の光素子および電子素子との集積化に
適している。
断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 基板と若干の格子不整合を有する半導体
発光素子において、基板上にアンドープ歪超格子層と前
記歪超格子層を挟むアンドープ層からなる転位を減らす
ためのアンドープ多層膜緩衝層を有し、前記多層膜緩衝
層上に発光層を含む成長層を設け、前記成長層上にn型
とp型の2つの電極を備えたことを特徴とする半導体発
光素子。 - 【請求項2】 前記アンドープ歪超格子層は組成の異な
る1種類の混晶からなる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】 GaAs基板と若干の格子不整合を有す
るII−VI族の半導体発光素子において、ZnSe層とZ
nSSe層を交互に複数層積層した構造を有するアンド
ープ歪超格子層とアンドープ歪超格子層を挟むアンドー
プZnSe層からなりGaAs基板と成長層の間に転位
を減らすために設けられた高抵抗の多層膜緩衝層と、前
記多層膜緩衝層上に発光層を含む成長層を設け、前記成
長層上にn型とp型の2つの電極とを備えたことを特徴
とする半導体発光素子。 - 【請求項4】 前記アンドープ歪超格子層のZnSe層
とZnSSe層に代えて、ZnSX Se1-X 層とZn
SY Se1-Y 層の組成の異なる1種類の3元混晶を交
互に複数層積層した構造を用いたことを特徴とする請求
項3記載の半導体発光素子。 - 【請求項5】 前記アンドープ歪超格子層のZnSe層
とZnSSe層に代えて、MgS層とZnS層を交互に
複数層積層した構造を用いたことを特徴とする請求項3
記載の半導体発光素子。 - 【請求項6】 前記アンドープ歪超格子層が、短周期歪
超格子層であることを特徴とする請求項3記載の半導体
発光素子。 - 【請求項7】 前記アンドープZnSe層に代えてZn
SSe層またはZnCdSSe層を用いたことを特徴と
する請求項3記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22512794A JP2689919B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP22512794A JP2689919B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0888444A JPH0888444A (ja) | 1996-04-02 |
JP2689919B2 true JP2689919B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22512794A Expired - Lifetime JP2689919B2 (ja) | 1994-09-20 | 1994-09-20 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2689919B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1322597C (zh) | 1999-08-23 | 2007-06-20 | 日本板硝子株式会社 | 发光闸流晶体管及自扫描型发光装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0831620B2 (ja) * | 1987-03-27 | 1996-03-27 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体発光装置 |
JP2588280B2 (ja) * | 1989-07-10 | 1997-03-05 | シャープ株式会社 | 化合物半導体発光素子 |
JPH05243613A (ja) * | 1992-03-02 | 1993-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 発光素子およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-09-20 JP JP22512794A patent/JP2689919B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1994年秋季応物学会予稿集 29p−S−4 P.935 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0888444A (ja) | 1996-04-02 |
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