JP3197042B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体材料を用
いた半導体発光装置に係わり、特に活性層にＺｎＳｅ，
ＺｎＣｄＳｅ，ＺｎＳＳｅ等のII−VI族混晶を用いた半
導体発光装置に関する。
いた半導体発光装置に係わり、特に活性層にＺｎＳｅ，
ＺｎＣｄＳｅ，ＺｎＳＳｅ等のII−VI族混晶を用いた半
導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクシステムや高速レーザ
プリンタ等の光情報処理光源への応用を目的として、半
導体レーザの開発が盛んに進められている。この種のレ
ーザでは、光ディスクの記録密度等を上げるために、発
振波長を短くすることが要求される。
プリンタ等の光情報処理光源への応用を目的として、半
導体レーザの開発が盛んに進められている。この種のレ
ーザでは、光ディスクの記録密度等を上げるために、発
振波長を短くすることが要求される。
【０００３】ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｌ
Ｐ系の半導体レーザは、ＧａＡｌＡｓよりも短い０．６
μｍ帯の発振波長を有し、既に実用レベルの２０ｍＷク
ラスまで実現されている。しかし、ＩｎＧａＡｌＰ系半
導体レーザはＧａＡｌＡｓ系半導体レーザと比較して、
記録密度は１．４倍程度に向上するだけであり、必ずし
も十分な記録密度が達成できるとはいえない。
Ｐ系の半導体レーザは、ＧａＡｌＡｓよりも短い０．６
μｍ帯の発振波長を有し、既に実用レベルの２０ｍＷク
ラスまで実現されている。しかし、ＩｎＧａＡｌＰ系半
導体レーザはＧａＡｌＡｓ系半導体レーザと比較して、
記録密度は１．４倍程度に向上するだけであり、必ずし
も十分な記録密度が達成できるとはいえない。
【０００４】これに対して、ＺｎＳｅを中心としたII−
VI族化合物半導体は、０．５μｍ付近での青色発振が可
能であり、記録密度はＧａＡｌＡｓ系半導体レーザと比
較して、約３倍向上する。このため、特にＺｎＳｅ系半
導体レーザの開発が、精力的に行われるようになってい
る。
VI族化合物半導体は、０．５μｍ付近での青色発振が可
能であり、記録密度はＧａＡｌＡｓ系半導体レーザと比
較して、約３倍向上する。このため、特にＺｎＳｅ系半
導体レーザの開発が、精力的に行われるようになってい
る。
【０００５】しかしながら、ＺｎＳｅ系の半導体レーザ
にあっては、動作電圧が高くなるという問題がある。こ
れは、第１にｐ型のＺｎＳｅは金属電極との良好なオー
ム性接触が得られにくいためである。さらに、第２にＺ
ｎＳｅと金属電極との間にＧａＡｓ等のコンタクト層を
設けても、ＺｎＳｅとＧａＡｓとのヘテロ接合面での電
圧降下が大きいためである。
にあっては、動作電圧が高くなるという問題がある。こ
れは、第１にｐ型のＺｎＳｅは金属電極との良好なオー
ム性接触が得られにくいためである。さらに、第２にＺ
ｎＳｅと金属電極との間にＧａＡｓ等のコンタクト層を
設けても、ＺｎＳｅとＧａＡｓとのヘテロ接合面での電
圧降下が大きいためである。
【０００６】第２の問題に対しては、ＺｎＳｅが２．７
ｅＶ，ＧａＡｓが１．４ｅＶと非常に大きなバンドギャ
ップ差があり、この大きなバンドギャップ差に基づくヘ
テロバリアが正孔に対して障壁となるために、電圧降下
が大きくなることが明らかになっている。また、ＧａＡ
ｓとＺｎＳｅとの間には０．２６％程度の格子不整合が
あり、これに起因する転位が成長界面でも高密度に発生
し、素子の信頼性を低下させる要因となっていた。
ｅＶ，ＧａＡｓが１．４ｅＶと非常に大きなバンドギャ
ップ差があり、この大きなバンドギャップ差に基づくヘ
テロバリアが正孔に対して障壁となるために、電圧降下
が大きくなることが明らかになっている。また、ＧａＡ
ｓとＺｎＳｅとの間には０．２６％程度の格子不整合が
あり、これに起因する転位が成長界面でも高密度に発生
し、素子の信頼性を低下させる要因となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、Ｚｎ
Ｓｅ等のII−VI族半導体を用いた半導体発光装置におい
ては、ｐ側のオーム性接触不良の発生や、ＧａＡｓ層等
をコンタクト層とした場合における大きなバンドギャッ
プ差に基づくヘテロバリアの存在により、動作電圧が著
しく上昇するという問題があった。さらに、ＧａＡｓ等
のコンタクト層とＺｎＳｅ等のII−VI族半導体との格子
不整合に起因して、信頼性の低下を招くという問題があ
った。
Ｓｅ等のII−VI族半導体を用いた半導体発光装置におい
ては、ｐ側のオーム性接触不良の発生や、ＧａＡｓ層等
をコンタクト層とした場合における大きなバンドギャッ
プ差に基づくヘテロバリアの存在により、動作電圧が著
しく上昇するという問題があった。さらに、ＧａＡｓ等
のコンタクト層とＺｎＳｅ等のII−VI族半導体との格子
不整合に起因して、信頼性の低下を招くという問題があ
った。
【０００８】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ｐ側のオーム性接触や
ヘテロバリアの存在に起因する電圧降下を低減すること
ができ、動作電圧が低く信頼性に優れた半導体発光装置
を提供することにある。
ので、その目的とするところは、ｐ側のオーム性接触や
ヘテロバリアの存在に起因する電圧降下を低減すること
ができ、動作電圧が低く信頼性に優れた半導体発光装置
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、ｐ側の
コンタクト層を複数層にしてこれらのバンドギャップを
制御することにより、ｐ側のオーム性接触を良好にし、
且つヘテロバリアを小さくすることにある。
コンタクト層を複数層にしてこれらのバンドギャップを
制御することにより、ｐ側のオーム性接触を良好にし、
且つヘテロバリアを小さくすることにある。
【００１０】即ち本発明は、II族元素（例えば、Ｚｎ及
びＣｄの少なくとも一方）及びVI族元素（例えば、Ｓ，
Ｓｅ及びＴｅの少なくとも一種）を含む半導体層（例え
ば、ＺｎＳｅ，ＺｎＳＳｅ，ＺｎＣｄＳｅ）を発光層又
はクラッド層としたヘテロ構造部と、このヘテロ構造部
とｐ側電極との間に挿入されたコンタクト層とを具備し
た半導体発光装置において、コンタクト層を複数の層で
形成し、該コンタクト層のバンドギャップを、ヘテロ構
造部からｐ側電極に向かって順次小さくなるように、且
つ格子定数も順次小さくなるように設定したものであ
る。
びＣｄの少なくとも一方）及びVI族元素（例えば、Ｓ，
Ｓｅ及びＴｅの少なくとも一種）を含む半導体層（例え
ば、ＺｎＳｅ，ＺｎＳＳｅ，ＺｎＣｄＳｅ）を発光層又
はクラッド層としたヘテロ構造部と、このヘテロ構造部
とｐ側電極との間に挿入されたコンタクト層とを具備し
た半導体発光装置において、コンタクト層を複数の層で
形成し、該コンタクト層のバンドギャップを、ヘテロ構
造部からｐ側電極に向かって順次小さくなるように、且
つ格子定数も順次小さくなるように設定したものであ
る。
【００１１】
【作用】本発明によれば、ｐ側の複数のコンタクト層の
バンドギャップをヘテロ構造部からｐ側電極に向かって
順次小さくなるように設定しているので、ｐ側電極から
ＺｎＳｅ等を発光層又はクラッド層としたヘテロ構造部
への正孔の注入は、バンドギャップを順次変化させたコ
ンタクト層を介して行われることとなり、ヘテロバリア
の存在による正孔の注入の妨害は起こらなくなる。従っ
て、ｐ側電極からヘテロ構造部への正孔の注入を円滑に
行うことができ、素子の動作電圧を十分低くすることが
可能となる。
バンドギャップをヘテロ構造部からｐ側電極に向かって
順次小さくなるように設定しているので、ｐ側電極から
ＺｎＳｅ等を発光層又はクラッド層としたヘテロ構造部
への正孔の注入は、バンドギャップを順次変化させたコ
ンタクト層を介して行われることとなり、ヘテロバリア
の存在による正孔の注入の妨害は起こらなくなる。従っ
て、ｐ側電極からヘテロ構造部への正孔の注入を円滑に
行うことができ、素子の動作電圧を十分低くすることが
可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【００１３】図１は、本発明の第１の実施例に係わる半
導体レーザの概略構成を示す断面図である。図中１０は
ｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板１０上にはｎ−Ｇａ
Ａｓ第１バッファ層１１，ｎ−ＺｎＳｅ第２バッファ層
１２，ｎ−ＺｎＳＳｅ第１クラッド層１３，ＺｎＳｅ第
１光ガイド層１４，ＺｎＣｄＳｅ活性層１５，ＺｎＳｅ
第２光ガイド層１６，ｐ−ＺｎＳＳｅ第２クラッド層１
７，ｐ−ＺｎＳｅ保護層１８，ｐ−ＩｎＧａＰ第１コン
タクト層２１及びｐ−ＧａＡｓ第２コンタクト層２２が
成長形成されている。そして、コンタクト層２２の上に
ストライプ状開口を有する誘電体膜（ＳｉＯ2 ）２３を
介してｐ側電極２４が被着され、基板１０の下面にｎ側
電極２５が被着されている。誘電体及び電極部分を除く
各層は全てＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）により成
長を行っている。
導体レーザの概略構成を示す断面図である。図中１０は
ｎ−ＧａＡｓ基板であり、この基板１０上にはｎ−Ｇａ
Ａｓ第１バッファ層１１，ｎ−ＺｎＳｅ第２バッファ層
１２，ｎ−ＺｎＳＳｅ第１クラッド層１３，ＺｎＳｅ第
１光ガイド層１４，ＺｎＣｄＳｅ活性層１５，ＺｎＳｅ
第２光ガイド層１６，ｐ−ＺｎＳＳｅ第２クラッド層１
７，ｐ−ＺｎＳｅ保護層１８，ｐ−ＩｎＧａＰ第１コン
タクト層２１及びｐ−ＧａＡｓ第２コンタクト層２２が
成長形成されている。そして、コンタクト層２２の上に
ストライプ状開口を有する誘電体膜（ＳｉＯ2 ）２３を
介してｐ側電極２４が被着され、基板１０の下面にｎ側
電極２５が被着されている。誘電体及び電極部分を除く
各層は全てＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）により成
長を行っている。
【００１４】ここで、１３〜１８からレーザの基本部分
となるダブルヘテロ構造部が形成される。即ち、活性層
１５をクラッド層１３，１７で挟んだダブルヘテロ接合
に加え、光ガイド層１３，１６及び保護層１８を付加し
たダブルヘテロ構造部が形成されている。保護層１８
は、クラッド層１７におけるＳの蒸発により表面が荒れ
るのを防止するためのものである。この保護層１８を形
成することにより、その後の結晶成長を良好に行うこと
ができる。コンタクト層２１，２２は従来のようにＧａ
Ａｓのみではなく、ＩｎＧａＰとＧａＡｓとの２層構造
となっており、ＧａＡｓとＺｎＳｅとの間にこれらの中
間のバンドギャップを有するＩｎＧａＰが配置された構
造となっている。
となるダブルヘテロ構造部が形成される。即ち、活性層
１５をクラッド層１３，１７で挟んだダブルヘテロ接合
に加え、光ガイド層１３，１６及び保護層１８を付加し
たダブルヘテロ構造部が形成されている。保護層１８
は、クラッド層１７におけるＳの蒸発により表面が荒れ
るのを防止するためのものである。この保護層１８を形
成することにより、その後の結晶成長を良好に行うこと
ができる。コンタクト層２１，２２は従来のようにＧａ
Ａｓのみではなく、ＩｎＧａＰとＧａＡｓとの２層構造
となっており、ＧａＡｓとＺｎＳｅとの間にこれらの中
間のバンドギャップを有するＩｎＧａＰが配置された構
造となっている。
【００１５】動作電圧を十分低くするためには、構造パ
ラメータ、特にここではコンタクト層及びこれに接する
ヘテロ構造部を最適に設定する必要があり、本実施例は
その一例を示したものである。以下、コンタクト層を構
成する各々の層２１，２２及びこれに接するヘテロ構造
部（ここでは保護層１８）のバンドギャップと素子電圧
の関係について説明する。
ラメータ、特にここではコンタクト層及びこれに接する
ヘテロ構造部を最適に設定する必要があり、本実施例は
その一例を示したものである。以下、コンタクト層を構
成する各々の層２１，２２及びこれに接するヘテロ構造
部（ここでは保護層１８）のバンドギャップと素子電圧
の関係について説明する。
【００１６】図２（ａ）にｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＺｎＳｅ
のヘテロ接合の価電子帯側のエネルギーバンドダイヤグ
ラムを示す。このようにｐ型領域では、ＺｎＳｅが２．
７ｅＶ、ＧａＡｓが１．４ｅＶと非常に大きなバンドギ
ャップ差に基づくヘテロバリアが存在する。このヘテロ
バリアの影響により、正孔の注入が阻害され、素子の立
上がり電圧，抵抗共に上昇し、著しく素子特性を劣化さ
せる。バンド不連続がこの組み合わせでは価電子帯側に
大きくなることもヘテロバリアを顕著にするのに影響を
与えている。ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザでもこの現
象は認められているが、バンドギャップ差が大きいため
ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＺｎＳｅの組み合わせの方が素子特
性の劣化は激しい。
のヘテロ接合の価電子帯側のエネルギーバンドダイヤグ
ラムを示す。このようにｐ型領域では、ＺｎＳｅが２．
７ｅＶ、ＧａＡｓが１．４ｅＶと非常に大きなバンドギ
ャップ差に基づくヘテロバリアが存在する。このヘテロ
バリアの影響により、正孔の注入が阻害され、素子の立
上がり電圧，抵抗共に上昇し、著しく素子特性を劣化さ
せる。バンド不連続がこの組み合わせでは価電子帯側に
大きくなることもヘテロバリアを顕著にするのに影響を
与えている。ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザでもこの現
象は認められているが、バンドギャップ差が大きいため
ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＺｎＳｅの組み合わせの方が素子特
性の劣化は激しい。
【００１７】一方、図２（ｂ）のようにＧａＡｓとＺｎ
Ｓｅの中間的なバンドギャップを持つＩｎＧａＰ層をこ
のヘテロ接合に挟むと、ヘテロバリアを格段に小さくす
ることができる。このため、電流−電圧特性を飛躍的に
改善することができる。ＩｎＧａＰは中間的なバンドギ
ャップを持つだけでなく、組成によって、ＧａＡｓとＺ
ｎＳｅの中間的な格子定数を取ることも可能であり、こ
の例でも中間的な格子定数に設定している。このため、
格子不整合を緩和することができ、転位等を激減するこ
とができた。
Ｓｅの中間的なバンドギャップを持つＩｎＧａＰ層をこ
のヘテロ接合に挟むと、ヘテロバリアを格段に小さくす
ることができる。このため、電流−電圧特性を飛躍的に
改善することができる。ＩｎＧａＰは中間的なバンドギ
ャップを持つだけでなく、組成によって、ＧａＡｓとＺ
ｎＳｅの中間的な格子定数を取ることも可能であり、こ
の例でも中間的な格子定数に設定している。このため、
格子不整合を緩和することができ、転位等を激減するこ
とができた。
【００１８】また、ＩｎＧａＰの代わりにＩｎＧａＡｌ
Ｐを用いても同様な効果が期待できる。さらに、組成を
段階的に変化させ、ヘテロバリアを更に小さくすること
も可能である。ＧａＡｌＡｓもＧａＡｓとＺｎＳｅの中
間的なバンドギャップ及び格子定数を持つ組成が設定可
能である。ＧａＡｌＡｓの場合、Ｖ族がＡｓなので、コ
ンタクト層として用いたＧａＡｓの成長を容易に行うこ
ともできる。
Ｐを用いても同様な効果が期待できる。さらに、組成を
段階的に変化させ、ヘテロバリアを更に小さくすること
も可能である。ＧａＡｌＡｓもＧａＡｓとＺｎＳｅの中
間的なバンドギャップ及び格子定数を持つ組成が設定可
能である。ＧａＡｌＡｓの場合、Ｖ族がＡｓなので、コ
ンタクト層として用いたＧａＡｓの成長を容易に行うこ
ともできる。
【００１９】このように本実施例では、ダブルヘテロ構
造部の最上層であるｐ−ＺｎＳｅ保護層１８とｐ側電極
２４との間に、ＩｎＧａＰとＧａＡｓからなる２つのコ
ンタクト層２１，２２を形成しているので、ＺｎＳｅか
らｐ側電極に向かってエネルギーバンドが順次小さくな
り、ＺｎＳｅとｐ側電極との間におけるヘテロバリアを
小さくすることができる。このため、ヘテロバリアの存
在による正孔の注入の妨害を抑制することができ、素子
の動作電圧を十分低くすることが可能となる。また、従
来構造に加え、ＺｎＳｅとＧａＡｓとの間にＩｎＧａＰ
を設けるのみの簡易な構成で実現し得る等の利点もあ
る。図３は、本発明の第２の実施例の概略構成を示す断
面図である。
造部の最上層であるｐ−ＺｎＳｅ保護層１８とｐ側電極
２４との間に、ＩｎＧａＰとＧａＡｓからなる２つのコ
ンタクト層２１，２２を形成しているので、ＺｎＳｅか
らｐ側電極に向かってエネルギーバンドが順次小さくな
り、ＺｎＳｅとｐ側電極との間におけるヘテロバリアを
小さくすることができる。このため、ヘテロバリアの存
在による正孔の注入の妨害を抑制することができ、素子
の動作電圧を十分低くすることが可能となる。また、従
来構造に加え、ＺｎＳｅとＧａＡｓとの間にＩｎＧａＰ
を設けるのみの簡易な構成で実現し得る等の利点もあ
る。図３は、本発明の第２の実施例の概略構成を示す断
面図である。
【００２０】図中３０はｐ−ＧａＡｓ基板であり、この
基板３０上にはｐ−ＧａＡｓ第１バッファ層３１，ｐ−
ＧａＡｓ／ｐ−ＺｎＳｅ超格子層３２，ｐ−ＺｎＳｅ第
２バッファ層３３，ｐ−ＺｎＳＳｅ第１クラッド層３
４，ＺｎＳｅ第１光ガイド層３５，ＺｎＣｄＳｅ活性層
３６，ＺｎＳｅ第２光ガイド層３７，ｎ−ＺｎＳＳｅ第
２クラッド層３８，及びｎ−ＺｎＳｅコンタクト層３９
がそれぞれ成長形成されている。そして、コンタクト層
３９の上面にストライプ状開口を有する誘電体膜４３を
介してｎ側電極４４が被着され、基板３０の下面にｐ側
電極４５が被着されている。
基板３０上にはｐ−ＧａＡｓ第１バッファ層３１，ｐ−
ＧａＡｓ／ｐ−ＺｎＳｅ超格子層３２，ｐ−ＺｎＳｅ第
２バッファ層３３，ｐ−ＺｎＳＳｅ第１クラッド層３
４，ＺｎＳｅ第１光ガイド層３５，ＺｎＣｄＳｅ活性層
３６，ＺｎＳｅ第２光ガイド層３７，ｎ−ＺｎＳＳｅ第
２クラッド層３８，及びｎ−ＺｎＳｅコンタクト層３９
がそれぞれ成長形成されている。そして、コンタクト層
３９の上面にストライプ状開口を有する誘電体膜４３を
介してｎ側電極４４が被着され、基板３０の下面にｐ側
電極４５が被着されている。
【００２１】この実施例では、電流−電圧特性を改善す
るために、ｐ−ＧａＡｓ層３１とｐ−ＺｎＳｅ層３３間
に、ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＺｎＳｅ超格子層３２を挿入し
たことを特徴としている。
るために、ｐ−ＧａＡｓ層３１とｐ−ＺｎＳｅ層３３間
に、ｐ−ＧａＡｓ／ｐ−ＺｎＳｅ超格子層３２を挿入し
たことを特徴としている。
【００２２】図４に、上記の超格子構造の価電子帯側の
エネルギーバンドダイヤグラムを示す。巨視的に見れ
ば、井戸層であるＧａＡｓ層のエネルギー準位が上が
り、中間的なバンドギャップ層と等価の層構造になって
いる。また、ＧａＡｓ層が３ｎｍ程度と極めて薄いため
トンネル電流も増加することになり、先の第１の実施例
と同様、電流−電圧特性を改善することができる。ま
た、この超格子構造はバッファ層としても機能するた
め、上に成長するダブルヘテロ構造部を品質良く成長す
ることができる。また、本実施例ではｎ側のコンタクト
層としてＺｎＳｅを用いているが、ＧａＡｓをｎ側のコ
ンタクト層としたときに生じるＺｎの拡散の問題を防ぐ
ことができる。
エネルギーバンドダイヤグラムを示す。巨視的に見れ
ば、井戸層であるＧａＡｓ層のエネルギー準位が上が
り、中間的なバンドギャップ層と等価の層構造になって
いる。また、ＧａＡｓ層が３ｎｍ程度と極めて薄いため
トンネル電流も増加することになり、先の第１の実施例
と同様、電流−電圧特性を改善することができる。ま
た、この超格子構造はバッファ層としても機能するた
め、上に成長するダブルヘテロ構造部を品質良く成長す
ることができる。また、本実施例ではｎ側のコンタクト
層としてＺｎＳｅを用いているが、ＧａＡｓをｎ側のコ
ンタクト層としたときに生じるＺｎの拡散の問題を防ぐ
ことができる。
【００２３】図５は、本発明の第３の実施例の概略構成
を示す断面図である。なお、図３と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。この実施例が
先に説明した第２の実施例と異なる点は、超格子構造の
代わりに、多数のコンタクト層を設けたことにある。
を示す断面図である。なお、図３と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。この実施例が
先に説明した第２の実施例と異なる点は、超格子構造の
代わりに、多数のコンタクト層を設けたことにある。
【００２４】ｐ−ＧａＡｓ基板３０上にはｐ−ＩｎＧａ
Ｐ（１×１０18ｃｍ-3）第１コンタクト層５１，ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｌＰ又はＩｎＡｌＰ（５×１０17ｃｍ-3）第２
コンタクト層５２，ｐ−ＩｎＧａＰ（２ｎｍ，１×１０
18ｃｍ-3）第３コンタクト層５３が形成され、その上に
ｐ−ＺｎＳｅバッファ層３３が形成され、さらにこの上
に図３と同様に各層３４〜３９が形成されている。ここ
で、コンタクト層５１〜５３はＭＯＣＶＤ法（有機金属
気相成長法）で成長し、バッファ層３３より上の層はＭ
ＢＥ法により成長している。
Ｐ（１×１０18ｃｍ-3）第１コンタクト層５１，ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｌＰ又はＩｎＡｌＰ（５×１０17ｃｍ-3）第２
コンタクト層５２，ｐ−ＩｎＧａＰ（２ｎｍ，１×１０
18ｃｍ-3）第３コンタクト層５３が形成され、その上に
ｐ−ＺｎＳｅバッファ層３３が形成され、さらにこの上
に図３と同様に各層３４〜３９が形成されている。ここ
で、コンタクト層５１〜５３はＭＯＣＶＤ法（有機金属
気相成長法）で成長し、バッファ層３３より上の層はＭ
ＢＥ法により成長している。
【００２５】ＩｎＡｌＰはＧａＡｓとＺｎＳｅの中間の
バンドギャップを有し、ＧａＡｓとのバンドギャップ差
は、ＧａＡｓとＺｎＳｅとのバンドギャップ差よりも小
さくなる。しかしながら、ＧａＡｓとのヘテロ界面でや
はり大きなヘテロスパイクが発生し、大きな電圧降下が
生じること、ＺｎＳｅ層を成長する下地として酸化され
やすいＡｌを多く含む等の問題がある。本実施例のよう
に、ＧａＡｓとの界面にＩｎＧａＰ層を設けることで、
ヘテロスパイクを効果的に小さくでき、またＩｎＡｌＰ
層上にＩｎＧａＰ層を設けることで、Ａｌを含む層を晒
すことなく、その後の成長を良好に行うことができる。
バンドギャップを有し、ＧａＡｓとのバンドギャップ差
は、ＧａＡｓとＺｎＳｅとのバンドギャップ差よりも小
さくなる。しかしながら、ＧａＡｓとのヘテロ界面でや
はり大きなヘテロスパイクが発生し、大きな電圧降下が
生じること、ＺｎＳｅ層を成長する下地として酸化され
やすいＡｌを多く含む等の問題がある。本実施例のよう
に、ＧａＡｓとの界面にＩｎＧａＰ層を設けることで、
ヘテロスパイクを効果的に小さくでき、またＩｎＡｌＰ
層上にＩｎＧａＰ層を設けることで、Ａｌを含む層を晒
すことなく、その後の成長を良好に行うことができる。
【００２６】なお、ＩｎＧａＰ層５３の厚さは２ｎｍと
薄くしてある。これは、ＩｎＡｌＰ層５２のようにＺｎ
Ｓｅ層３３よりも小さいバンドギャップの層を設けるこ
とで発生するヘテロスパイクの発生，電圧降下の問題
を、ＩｎＧａＰ層５３の厚さを薄くすることでトンネル
電流を増加させ、また量子井戸構造としてエネルギー準
位を高めることで、回避するためである。
薄くしてある。これは、ＩｎＡｌＰ層５２のようにＺｎ
Ｓｅ層３３よりも小さいバンドギャップの層を設けるこ
とで発生するヘテロスパイクの発生，電圧降下の問題
を、ＩｎＧａＰ層５３の厚さを薄くすることでトンネル
電流を増加させ、また量子井戸構造としてエネルギー準
位を高めることで、回避するためである。
【００２７】５１〜５３の各層の格子定数はｐ−ＺｎＳ
ｅ層３３と一致するように設定している。このため、Ｚ
ｎＳｅ層３３を転位等の問題なく、高品質に成長するこ
とができた。格子定数の設定の仕方として５０〜５３，
３３にかけて順次ＧａＡｓからＺｎＳｅに一致するよう
段階的に設定してもよい。なお、本実施例ではｐ−Ｇａ
Ａｓ基板上の例を示したが、ｎ−ＧａＡｓ基板上に成長
し、ｐ側のコンタクト層として用いる場合でもよい。
ｅ層３３と一致するように設定している。このため、Ｚ
ｎＳｅ層３３を転位等の問題なく、高品質に成長するこ
とができた。格子定数の設定の仕方として５０〜５３，
３３にかけて順次ＧａＡｓからＺｎＳｅに一致するよう
段階的に設定してもよい。なお、本実施例ではｐ−Ｇａ
Ａｓ基板上の例を示したが、ｎ−ＧａＡｓ基板上に成長
し、ｐ側のコンタクト層として用いる場合でもよい。
【００２８】図６は、本発明の第４の実施例に係わる発
光装置の概略構成を示す断面図である。図中６０はｐ−
ＧａＡｓ基板であり、この基板６０上にはｐ−ＩｎＧａ
Ｐコンタクト層６１，ｐ−ＩｎＡｌＰコンタクト層６
２，ｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層６３，アンドープＩｎＧ
ａＡｌＰ活性層６４，ｎ−ＺｎＳＳｅクラッド層６５，
ｎ−ＩｎＡｌＰコンタクト層６６，ｎ−ＩｎＧａＰコン
タクト層６７，ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６８が成長形
成されている。そして、コンタクト層６８上にはｎ側電
極７１が被着され、基板６０の下面にはｐ側電極７２が
被着されている。
光装置の概略構成を示す断面図である。図中６０はｐ−
ＧａＡｓ基板であり、この基板６０上にはｐ−ＩｎＧａ
Ｐコンタクト層６１，ｐ−ＩｎＡｌＰコンタクト層６
２，ｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層６３，アンドープＩｎＧ
ａＡｌＰ活性層６４，ｎ−ＺｎＳＳｅクラッド層６５，
ｎ−ＩｎＡｌＰコンタクト層６６，ｎ−ＩｎＧａＰコン
タクト層６７，ｎ−ＧａＡｓコンタクト層６８が成長形
成されている。そして、コンタクト層６８上にはｎ側電
極７１が被着され、基板６０の下面にはｐ側電極７２が
被着されている。
【００２９】この実施例の特徴は、活性層材料としてII
−VI族半導体ではなく、III-Ｖ族のＩｎＧａＡｌＰを用
いていることである。ＺｎＣｄＳＳｅ系は活性層とクラ
ッド層とのバンドギャップ差が大きく取れないため、活
性層からクラッド層へのキャリアオーバーフローが問題
となる場合がある。
−VI族半導体ではなく、III-Ｖ族のＩｎＧａＡｌＰを用
いていることである。ＺｎＣｄＳＳｅ系は活性層とクラ
ッド層とのバンドギャップ差が大きく取れないため、活
性層からクラッド層へのキャリアオーバーフローが問題
となる場合がある。
【００３０】本実施例はこれを解決するもので、活性層
にＺｎＣｄＳＳｅ系よりバンドギャップの小さいＩｎＧ
ａＡｌＰ系を用いることにより、活性層とクラッド層と
のバンドギャップ差を十分な値に取ることができる。こ
れにより、クラッド層へのキャリアオーバーフローが大
幅に低減され、温度特性の良好なデバイスが実現され
る。
にＺｎＣｄＳＳｅ系よりバンドギャップの小さいＩｎＧ
ａＡｌＰ系を用いることにより、活性層とクラッド層と
のバンドギャップ差を十分な値に取ることができる。こ
れにより、クラッド層へのキャリアオーバーフローが大
幅に低減され、温度特性の良好なデバイスが実現され
る。
【００３１】活性層の組成としては、例えばＩｎ
0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐを用いる。ここで、ｘ≦
０．７とすれば直接遷移型となるため、レーザ発振も可
能である。但し、レーザとして構成する場合は、先の実
施例で説明したような電流狭窄構造を形成する必要があ
る。ｘ≧０．４の範囲の組成を用いれば、黄緑〜青緑色
での発光も可能である。ＩｎＧａＡｌＰを活性層に用い
るもう一つの利点は、ＧａＡｓ基板と完全に格子整合が
取れることである。これにより、クラッド層もＧａＡｓ
基板に格子整合するものを用いることができ、基板，ク
ラッド層，活性層全てに渡って完全な格子整合が可能と
なる。
0.5 （Ｇａ1-x Ａｌx ）0.5 Ｐを用いる。ここで、ｘ≦
０．７とすれば直接遷移型となるため、レーザ発振も可
能である。但し、レーザとして構成する場合は、先の実
施例で説明したような電流狭窄構造を形成する必要があ
る。ｘ≧０．４の範囲の組成を用いれば、黄緑〜青緑色
での発光も可能である。ＩｎＧａＡｌＰを活性層に用い
るもう一つの利点は、ＧａＡｓ基板と完全に格子整合が
取れることである。これにより、クラッド層もＧａＡｓ
基板に格子整合するものを用いることができ、基板，ク
ラッド層，活性層全てに渡って完全な格子整合が可能と
なる。
【００３２】図７は、本発明の第５の実施例の概略構成
を示す断面図である。なお、図６と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。この実施例が
第４の実施例と異なる点は、ＩｎＧａＡｌＰ活性層６４
とｐ−クラッド層６３との間にｐ−ＩｎＡｌＰ層７３を
設けたことにある。
を示す断面図である。なお、図６と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。この実施例が
第４の実施例と異なる点は、ＩｎＧａＡｌＰ活性層６４
とｐ−クラッド層６３との間にｐ−ＩｎＡｌＰ層７３を
設けたことにある。
【００３３】これは、これまでに述べてきた中間バンド
ギャップ層と同様の原理に基づくもので、この例のよう
にクラッド層と活性層とのバンドギャップ差が大きい場
合に活性層へのキャリア注入が困難になる問題を解決す
るものである。即ち、活性層６４にＩｎＧａＡｌＰ、ク
ラッド層６３，６５にＺｎＳＳｅを用いた場合、活性層
６４とｐ−クラッド層６３との間の価電子帯側バンド不
連続が極めて大きいために、ｐ−クラッド層６３から活
性層６４へ正孔が注入されない場合がある。図７に示し
たように、クラッド層６３と活性層６４との間に中間バ
ンドギャップを持つｐ−ＩｎＡｌＰ層７３を設けること
により、上記バンド不連続が低減され、問題なくキャリ
ア注入を行うことができる。
ギャップ層と同様の原理に基づくもので、この例のよう
にクラッド層と活性層とのバンドギャップ差が大きい場
合に活性層へのキャリア注入が困難になる問題を解決す
るものである。即ち、活性層６４にＩｎＧａＡｌＰ、ク
ラッド層６３，６５にＺｎＳＳｅを用いた場合、活性層
６４とｐ−クラッド層６３との間の価電子帯側バンド不
連続が極めて大きいために、ｐ−クラッド層６３から活
性層６４へ正孔が注入されない場合がある。図７に示し
たように、クラッド層６３と活性層６４との間に中間バ
ンドギャップを持つｐ−ＩｎＡｌＰ層７３を設けること
により、上記バンド不連続が低減され、問題なくキャリ
ア注入を行うことができる。
【００３４】なおこの例では、活性層６４とｐ−クラッ
ド層６３との間に中間バンドギャップ層を設けている
が、活性層６３とｎ−クラッド層６５との間にｎ−Ｉｎ
ＡｌＰ層をさらに設ければ、ｎ−クラッド層６５から活
性層６４への電子の注入が容易になる。以上の例では、
基板としてｐ型を用いた場合を示したが、導電型を逆に
した実施例が可能であることはいうまでもない。
ド層６３との間に中間バンドギャップ層を設けている
が、活性層６３とｎ−クラッド層６５との間にｎ−Ｉｎ
ＡｌＰ層をさらに設ければ、ｎ−クラッド層６５から活
性層６４への電子の注入が容易になる。以上の例では、
基板としてｐ型を用いた場合を示したが、導電型を逆に
した実施例が可能であることはいうまでもない。
【００３５】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例ではｐ側だけに中間的なバン
ドギャップ層を設けているが、ＧａＡｓ／ＺｎＳｅ等の
組み合わせの場合、ヘテロバリアの問題はｎ側でも問題
となる。よって、ｎ側にも中間的なバンドギャップ層を
設けるのが望ましい。構造としては、上述したｐ側で用
いたＩｎＧａＰ，ＧａＡｌＡｓでよい。
れるものではない。実施例ではｐ側だけに中間的なバン
ドギャップ層を設けているが、ＧａＡｓ／ＺｎＳｅ等の
組み合わせの場合、ヘテロバリアの問題はｎ側でも問題
となる。よって、ｎ側にも中間的なバンドギャップ層を
設けるのが望ましい。構造としては、上述したｐ側で用
いたＩｎＧａＰ，ＧａＡｌＡｓでよい。
【００３６】ＧａＡｓ基板は高品質のものが得られてお
り、上記した成長も品質良く行うことができる。また、
コンタクト層としてのＧａＡｓはＡｕなどと容易に合金
層を作り、低抵抗のオーム性接触を得ることができる。
また、第１の実施例では基板としてＺｎＳｅを用いるこ
とも可能で、格子整合を合わせ込んだヘテロ接合を構成
することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
り、上記した成長も品質良く行うことができる。また、
コンタクト層としてのＧａＡｓはＡｕなどと容易に合金
層を作り、低抵抗のオーム性接触を得ることができる。
また、第１の実施例では基板としてＺｎＳｅを用いるこ
とも可能で、格子整合を合わせ込んだヘテロ接合を構成
することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ｐ
側のコンタクト層を複数層にしてこれらのバンドギャッ
プをヘテロ構造部からｐ側電極に向かって順次小さくな
るように設定しているので、ｐ側電極からＺｎＳｅ等の
II−VI族半導体からなるヘテロ構造部への構造部への正
孔の注入に際して、ヘテロバリアの存在による正孔の注
入の妨害は起こらなくなる。従って、ｐ側電極からヘテ
ロ構造部への正孔の注入を円滑に行うことができ、素子
の動作電圧を低くすることが可能となる。
側のコンタクト層を複数層にしてこれらのバンドギャッ
プをヘテロ構造部からｐ側電極に向かって順次小さくな
るように設定しているので、ｐ側電極からＺｎＳｅ等の
II−VI族半導体からなるヘテロ構造部への構造部への正
孔の注入に際して、ヘテロバリアの存在による正孔の注
入の妨害は起こらなくなる。従って、ｐ側電極からヘテ
ロ構造部への正孔の注入を円滑に行うことができ、素子
の動作電圧を低くすることが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例に係わる半導体レーザの
概略構成を示す断面図、
概略構成を示す断面図、
【図２】ヘテロ接合の価電子帯側のエネルギーバンドダ
イヤグラムを示す図、
イヤグラムを示す図、
【図３】本発明の第２の実施例の概略構成を示す断面
図、
図、
【図４】超格子構造の価電子帯側のエネルギーバンドダ
イヤグラムを示す図、
イヤグラムを示す図、
【図５】本発明の第３の実施例の要部構成を示す断面
図、
図、
【図６】本発明の第４の実施例の概略構成を示す断面
図、
図、
【図７】本発明の第５の実施例の概略構成を示す断面
図、
図、
１０…ｎ−ＧａＡｓ基板、 １１…ｎ−ＧａＡｓバッファ層、 １２…ｎ−ＺｎＳｅバッファ層、 １３…ｎ−ＺｎＳＳｅクラッド層、 １４…ＺｎＳｅ光ガイド層、 １５…ＺｎＣｄＳｅ活性層、 １６…ＺｎＳｅ光ガイド層、 １７…ｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層、 １８…ｐ−ＺｎＳｅ保護層、 ２１…ｐ−ＩｎＧａＰ第１コンタクト層、 ２２…ｐ−ＧａＡｓ第２コンタクト層、 ２３…誘電体膜、 ２４…ｐ側電極、 ２５…ｎ側電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−200784（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−171790（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−296687（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−227088（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (3)
- 【請求項１】II族元素及びVI族元素を含む半導体層を発
光層又はクラッド層としたヘテロ構造部と、このヘテロ
構造部とｐ側電極との間に挿入された少なくとも２層の
コンタクト層とを具備し、 前記コンタクト層は、ヘテロ構造部からｐ側電極に向っ
てバンドギャップが順次小さくなり、且つ格子定数も順
次小さくなるものであることを特徴とする半導体発光装
置。 - 【請求項２】前記コンタクト層は、ｐ側電極側をＧａＡ
ｓ、ヘテロ構造部側をＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｌＰ又は
ＧａＡｌＡｓとしたものであることを特徴とする請求項
１記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】II族元素及びVI族元素を含む半導体層を発
光層又はクラッド層としたヘテロ構造部と、このヘテロ
構造部とｐ側電極との間に挿入されたコンタクト層とを
具備し、 前記コンタクト層は、ｐ側電極に近い側からヘテロ構造
部に向かってバンドギャップが順次大きくなるように、
ＧａＡｓ層，第１のＩｎＧａＰ層，ＩｎＧａＡｌＰ層を
順次形成してなり、且つＩｎＧａＡｌＰ層とヘテロ構造
部との間に第２のＩｎＧａＰ層が形成されていることを
特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01625892A JP3197042B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01625892A JP3197042B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218565A JPH05218565A (ja) | 1993-08-27 |
| JP3197042B2 true JP3197042B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=11911541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01625892A Expired - Fee Related JP3197042B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3197042B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0783138B2 (ja) * | 1993-01-29 | 1995-09-06 | 日本電気株式会社 | 半導体発光素子 |
| EP0632510B1 (en) * | 1993-06-08 | 2001-10-31 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and its manufacturing method |
| JPH08330669A (ja) * | 1995-06-05 | 1996-12-13 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| JP2008071832A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子およびその作製方法 |
| JP2008078255A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置 |
-
1992
- 1992-01-31 JP JP01625892A patent/JP3197042B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05218565A (ja) | 1993-08-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |