JP3207618B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、ＧａＡｓ基板上に化合物半導体
層が形成されてなる半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より種々の化合物半導体が半導体レ
ーザに用いられているが、近年、ＺｎＳｅなどのいわゆ
るワイドギャップ II-VI族化合物半導体が注目されてい
る。これはワイドギャップ II-VI族化合物半導体が可視
波長領域の光の波長に相当するエネルギーと同等以上の
広いバンドギャップを有し、可視発光素子材料としての
利用が可能だからである。

【０００３】特に、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰなど
の III-V族化合物半導体材料による半導体レーザや発光
ダイオード（ＬＥＤ）の動作波長域が緑色より長い波長
域であるのに対し、ワイドギャップ II-VI族化合物半導
体の場合にはより波長の短い青色や紫外光までの動作が
可能性となる。このため、小型，軽量，低動作電圧，高
信頼性など従来の半導体発光装置の有する利点をそのま
ま短波長領域に適用できるようになる。これによって、
光ディスクの高密度化、更には、屋外メッセージボード
などのフルカラー化も実現できるようになる。

【０００４】図１２は、ワイドギャップ II-VI族化合物
半導体（ＺｎＳｅ）を用いた従来の電流注入型の青緑色
半導体レーザ装置の概略構造を示す断面図である。図
中、８１はｎ型ＧａＡｓ基板を示しており、このｎ型Ｇ
ａＡｓ基板８１上には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層８２を
介して、ｎ型ＺｎＳｅ層８３，ｎ型ＺｎＳＳｅ層８４，
ｎ型ＺｎＳｅ層８５，ＣｄＺｎＳｅ量子井戸層８６，ｐ
型ＺｎＳｅ層８７，ｐ型ＺｎＳＳｅ層８８，ｐ型ＺｎＳ
ｅ層８９が順次積層されている。このｐ型ＺｎＳｅ層８
９上には、開口部を有するポリイミド層９０を介して、
ｐ側Ａｕ電極９１が設けられ、一方、ｎ型ＧａＡｓ基板
８１には、ｎ側Ｉｎ電極９２が設けられている。

【０００５】このように構成された青緑半導体レーザ装
置によれば、液体窒素温度での連続発振や、室温でのパ
ルス発振を行なえると報告されている（ Applied Physi
cs Letters, Vol.59, pp.1272-1274 (1991))。

【０００６】しかしながら、実用的な半導体レーザ装置
として必要な室温での連続発振は実現されていない。こ
れは、ＺｎＳｅなどのワイドギャップ II-VI族化合物半
導体を用いた場合には、 III-V族化合物半導体を用いた
場合に比べて、動作電圧が著しく高なるばかりでなく、
発光層内における非発光再結合が多くなり、発光効率が
悪くなるからである。

【０００７】発光効率が悪くなるのは、ＧａＡｓなどの
III-V族化合物半導体の半導体基板上にワイドギャップ
II-VI族化合物半導体の半導体層を結晶成長すると、上
記半導体基板と上記半導体層との界面に欠陥が発生する
からである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、ＧａＡｓ
基板上にワイドギャップ II-VI族化合物の化合物半導体
層を結晶成長してなる従来の半導体レーザ装置にあって
は、上記ＧａＡｓ基板と上記化合物半導体層との界面に
欠陥が発生し、発光効率が悪くなるという問題があっ
た。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その解決する課題は、ＧａＡｓからなる半導体基
板上にII-VI族化合物半導体からなる化合物半導体層を
形成しても素子特性の劣化を防止し得る構造の半導体装
置を提供することにある。

【００１０】上記の目的を達成するために、本発明の半
導体装置は、ＧａＡｓからなる半導体基板と、この半導
体基板上の一部の領域のみに形成され、Ｉｎ，Ｇａおよ
びＰからなる半導体表面層と、この半導体表面層上に形
成され、II-VI族化合物半導体からなる化合物半導体層
とを備えたことを特徴とする。

【００１１】

【００１２】

【作用】本発明者等の研究によれば、ＧａＡｓからなる
半導体基板上に直接 II-VI化合物半導体からなる化合物
半導体層を形成した場合に問題となる上記半導体基板と
上記化合物半導体層との界面に発生する欠陥は、上記半
導体基板上にＩｎ，ＧａおよびＰからなる半導体表面層
を形成してから上記化合物半導体層を形成することによ
り、防止できることが分かった。すなわち、上記半導体
基板と上記半導体表面層との界面、並びに上記半導体表
面層と上記化合物半導体層との界面は良好であった。

【００１３】したがって、本発明の半導体装置によれ
ば、従来問題となっていた上記半導体基板と上記化合物
半導体層との界面に発生する欠陥に起因する素子特性の
劣化を防止できる。

【００１４】また、上記半導体表面層を上記半導体基板
上の一部の領域のみに形成しているので、例えば、上記
半導体表面層を上記半導体基板上にストライプ状に形成
してるので、上記半導体表面層が形成されている領域の
上記半導体表面層と上記化合物半導体層との間のヘテロ
障壁が他の領域のそれより十分小さくなるので、上記半
導体基板側から注入された電流をストライプ部分に狭窄
することができる。

【００１５】

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係る半導体レーザ装置
の概略構造を示す断面図である。

【００１７】図中、１はｐ型ＧａＡｓ基板を示してお
り、このｐ型ＧａＡｓ基板１上には、厚さ１００ｎｍ，
キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＩｎＧａＰ層２、
厚さ１００ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型
ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ層３、厚さ５ｎｍ，キャ
リア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＩｎＧａＰ表面層４が
順次形成されている。

【００１８】ｐ型ＩｎＧａＰ表面層４上には、厚さ１０
０ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＺｎＳｅ
バッファ層５を介して、厚さ２μｍ，キャリア濃度１×
１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＺｎＳｅ下部クラッド層６、ＣｄＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性層７、厚さ０．５μｍ，
キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＺｎＳｅ上部クラ
ッド層８が順次形成され、これら半導体層６，７，８に
よってダブルヘテロ構造部が形成されている。

【００１９】ｎ型ＺｎＳｅ上部クラッド層８上には、中
央に開口部を有し、厚さ１μｍ，キャリア濃度１×１０
¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＺｎＳｅ電流防止層９が形成され、この
ｐ型ＺｎＳｅ電流防止層９上には、厚さ３μｍ，キャリ
ア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＺｎＳｅ埋込み層１０が
形成されている。上記ｎ型ＺｎＳｅ上部クラッド層８の
中央部は、ｐ型ＺｎＳｅ電流防止層９の開口部を介して
ｎ型ＺｎＳｅ埋込み層１０にコンタクトしている。

【００２０】ｎ型ＺｎＳｅ埋込み層１０上には、厚さ５
００ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｎ型ＺｎＳ
ｅキャップ層１１が形成され、このｎ型ＺｎＳｅキャッ
プ層１１の全面には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜，厚さ５０
ｎｍのＰｔ膜，厚さ３００ｎｍのＡｕ膜が順次積層され
てなるｎ側電極１２が形成されている。そして、ｐ型Ｇ
ａＡｓ基板１側にはＡｕＺｎ／Ａｕからなるｐ側電極１
３が形成されている。

【００２１】次にこのように構成された半導体レーザ装
置の製造方法について説明する。まず、有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ：Metalorganic Chemical Vapor Depo
sition）により、ｐ型ＧａＡｓ基板１の全面にｐ型Ｉｎ
ＧａＰ層２，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ層３，
ｐ型ＩｎＧａＰ表面層４を順次形成する。

【００２２】次にＭＯＣＶＤ成長炉からいったん取り出
したｐ型ＧａＡｓ基板１に対し、硫酸系，弗酸系などの
溶液を用いて表面処理（酸化膜の除去）を行ない、水洗
し、乾燥した後、いち早く真空度１×１０^-8Ｔｏｒｒ以
下のＭＢＥ成長炉の中に再びｐ型ＧａＡｓ基板１を導入
して、ｐ型ＺｎＳｅバッファ層５の成膜を行なった。

【００２３】ＭＢＥ成長炉の導入直後に行なった反射型
高速電子線回折や、オージェ電子分光などの評価によれ
ば、ＩｎＧａＰ表面層の場合、ＧａＡｓ層に比べて、表
面状態が良好であった。

【００２４】すなわち、反射型高速電子線回折による評
価では、基板温度を全く上げること無く、室温におい
て、良好な表面状態を示すストリーク状のパターンが観
察された。

【００２５】一方、オージェ電子分光などによる評価で
は、ＩｎＧａＰ表面層の場合、ＧａＡｓなどに比べて、
酸素との結合量を示すピークの強度が小さかった。ま
た、上記表面処理が施されたｐ型ＧａＡｓ基板１を２０
０℃の成長温度に昇温してＭＢＥ法によりＩｎＧａＰ表
面層上にＺｎＳｅ層を成長し、このＺｎＳｅ層が形成さ
れたｐ型ＧａＡｓ基板１をＸ線回折法により評価したと
ころ、図２（ａ）に示すようなロッキングカーブが得ら
れた。

【００２６】図２（ａ）中、ピークａはエピタキシャル
成長したＺｎＳｅ層からの回折強度に対応し、ピークｂ
はＩｎＧａＰ表面層からの回折強度に対応し、そしてピ
ークｃはｐ型ＧａＡｓ基板１の回折強度に対応してい
る。この図２（ａ）から単結晶のＺｎＳｅ層がＩｎＧａ
Ｐ表面層上に形成されていることが分かる。

【００２７】一方、ｐ型ＧａＡｓ基板１上にＩｎＧａＰ
表面層を形成せずに、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に２００℃
の成長温度でＺｎＳｅ層のエピタキシャル成長を試みそ
の結果をＸ線回折法により評価したところ、図２（ｂ）
に示すようなロッキングカーブが得られた。この図２
（ｂ）のロッキングカーブから単結晶のＺｎＳｅ層は形
成されていないことが分かる。すなわち、低成長温度で
は、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に単結晶のＺｎＳｅ層は形成
できないことが明らかになった。

【００２８】以上の結果は、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａ
Ｐ表面層を介してＺｎＳｅ層を形成すると、ＧａＡｓ基
板上に直接ＺｎＳｅ層を形成する場合に比べて、ＺｎＳ
ｅ層について良好な界面が形成さていることを示してい
る。

【００２９】また、本発明者等の研究によれば、２００
℃以上の成長温度であれば、図２（ａ）と同様な結果が
得られことが分かった。実際の素子作成工程では、１×
１０^-8Ｔｏｒｒ以下の真空度で、５５０〜６５０℃程度
の熱処理を５分間ほどＩｎＧａＰ表面層に施してから、
３００℃で窒素をドーピング原料とするｐ型ＺｎＳｅバ
ッファ層５を形成した。

【００３０】この熱処理によって、ＩｎＧａＰ表面層の
表面状態はさらに改善された。図３はそのことを示す上
記熱処理の温度とＺｎＳｅ層からの回折強度との関係を
示す特性図である。５５０〜６５０℃程度の場合に、ｐ
型ＺｎＳｅバッファ層５からの回折強度が特に大きいこ
とが分かる。

【００３１】図４は、ｐ型ＺｎＳｅバッファ層５の表面
からの深さと、ｐ型ＺｎＳｅバッファ層５のアクセプタ
濃度との関係を示す特性図である。図中、実線は上記熱
処理が施されたｐ型ＩｎＧａＰ表面層４上にｐ型ＺｎＳ
ｅバッファ層５を形成した場合の特性曲線を示し、点線
はｐ型ＧａＡｓ基板１上に直接ｐ型ＺｎＳｅバッファ層
５を形成した場合の特性曲線を示し、一点鎖線はｐ型Ｇ
ａＡｓ基板１との界面を示している。

【００３２】この図４からｐ型ＧａＡｓ基板１上に直接
ｐ型ＺｎＳｅバッファ層５を形成した場合には、１．５
μｍの深さからアクセプタ濃度が低下し、基板界面にお
けるアクセプタ濃度はｐ型ＺｎＳｅバッファ層５の表面
のそれより一桁程小さくなっていることが分かる。すな
わち、基板界面の付近に活性化率の低い領域が形成され
ている。このような活性化率の低い領域の存在が電流注
入を行なう際の大きな電圧降下の原因となる。

【００３３】一方、ｐ型ＩｎＧａＰ表面層４が形成され
たｐ型ＧａＡｓ基板１上にｐ型ＺｎＳｅバッファ層５を
形成した場合には、図４から基板界面の付近まで活性化
率の高いドーピングが可能で、活性化率の低い領域が発
生してないことが分かる。したがって、電圧降下の小さ
い電流注入を実現できる。

【００３４】次に３００℃の成長温度で、ＭＢＥ法によ
り、ｐ型ＺｎＳｅバッファ層５上に、ｐ型ＺｎＳｅ下部
クラッド層６，ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性層
７，ｎ型ＺｎＳｅ上部クラッド層８，ｐ型ＺｎＳｅ電流
防止層９を順次形成する。このとき、ｐ型ドーパントと
しては例えば窒素を用い、ｎ型ドーパントとしては例え
ば塩素を用いる。

【００３５】次にＭＢＥ成長炉からｐ型ＧａＡｓ基板１
を取り出し、フォトリソグラフィおよび臭素系溶液中で
のエッチングにより、ｐ型ＺｎＳｅ電流防止層９の中央
部にｎ型ＺｎＳｅ上部クラッド層８に達する開口部を形
成する。

【００３６】次に再びＭＢＥ成長炉にｐ型ＧａＡｓ基板
１を導入し、成長温度を２５０℃にしてＭＢＥ法によ
り、ｐ型ＺｎＳｅ電流防止層９上にｎ型ＺｎＳｅ埋込み
層１０，ｎ型ＺｎＳｅキャップ層１１を順次形成する。

【００３７】最後に、ＭＢＥ成長炉からｐ型ＧａＡｓ基
板１を取り出し、Ｔｉ膜，Ｐｔ膜，Ａｕ膜の順に積層さ
れたｎ側電極１２およびＡｕＺｎ／Ａｕからなるｐ側電
極１３を形成して主工程が終了する。

【００３８】上記の如き方法により得られた半導体レー
ザを共振器長５００μｍに劈開し、銅製のヒートシンク
にＩｎ半田を用いてマウントし、その特性を室温におい
て評価した。その結果は、発振波長が５２５ｎｍ、連続
動作での発振しきい値電流が４０ｍＡという良好なもの
であった。また、このときの動作電圧は２．７５Ｖであ
り、連続動作の最高発振温度は９０℃であった。

【００３９】すなわち、本実施例によれば、従来困難で
あった室温での連続発振ばかりでなく、室温での実用に
十分な信頼性を確保するのに必要な高温までの発振が得
られる。実際、動作温度５０℃，動作光出力５ｍＷにお
いて、１０００時間以上の動作が確認された。

【００４０】このような良好な信頼性特性が得られた要
因は、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に直接ｐ型ＺｎＳｅバッフ
ァ層５を形成するのではなく、ｐ型ＧａＡｓ基板１上に
ｐ型ＩｎＧａＰ表面層４を介してｐ型ＺｎＳｅバッファ
層５を形成したことにより、劣化の直接的原因となるｐ
型ＺｎＳｅバッファ層５およびｐ型ＺｎＳｅ下部クラッ
ド層６の欠陥の発生を防止でき、非発光再結合による発
光効率の低下を抑制できたからだと考えられる。

【００４１】更に、５５０〜６５０℃の熱処理により、
基板界面の付近まで活性化率の高いドーピングが可能と
なり、欠陥の増加を招く原因となる動作電流の上昇を防
止できたからである。

【００４２】なお、本実施例では、ｐ型ＧａＡｓ基板１
上にｐ型ＩｎＧａＰ層２，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイドギ
ャップ層３，ｐ型ＩｎＧａＰ表面層４を形成した後、こ
のｐ型ＩｎＧａＰ表面層４上に、ｐ型ＺｎＳｅバッファ
層５を介して、ｐ型ＺｎＳｅ下部クラッド層６を形成し
ている。これは電圧降下を極力小さくしたヘテロ界面を
形成するためで、ＩｎＧａＰ表面層４のみであっても、
上述したｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイドギャップ層３に発生
する欠陥を防止できるなどの効果は得られる。

【００４３】また、ｐ型ＺｎＳｅ電流防止層９およびｎ
型ＺｎＳｅ埋込み層１０による電流狭窄構造は、電流の
横方向への拡散による動作電流の増加を防ぐものであ
り、このような効果が得られるのであれば、本実施例で
示した電流狭窄構造以外のものであっても良い。

【００４４】図５は、本発明の他の実施例に係る半導体
レーザ装置の概略構造を示す断面図である。図中、２１
はｐ型ＧａＡｓ基板を示しており、このｐ型ＧａＡｓ基
板２１上には、厚さ１００ｎｍ，キャリア濃度２×１０
¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＩｎＧａＰ層２２、厚さ１００ｎｍ，キ
ャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイ
ドキャップ層２３，厚さ５ｎｍ，キャリア濃度２×１０
¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＩｎＧａＰ表面層４が順次形成されてい
る。これら半導体層２１，２２，２３は、先の実施例と
異なり、幅５μｍのストライプ状に形成されている。

【００４５】ｐ型ＩｎＧａＰ表面層２４およびｐ型Ｇａ
Ａｓ基板２１上には、厚さ１００ｎｍ，キャリア濃度１
×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＺｎＳｅバッファ層２５を介し
て、厚さ２μｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型
ＺｎＳｅ下部クラッド層２６、ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ
量子井戸活性層２７、厚さ４μｍ，キャリア濃度１×１
０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＺｎＳｅ上部クラッド層２８，厚さ５
００ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｎ型ＺｎＳ
ｅキャップ層２９が順次形成されている。

【００４６】このｎ型ＺｎＳｅキャップ層２９の全面に
は、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜，厚さ５０ｎｍのＰｔ膜，厚
さ３００ｎｍのＡｕ膜が順次積層されてなるｎ側電極３
０が形成されている。そして、ｐ型ＧａＡｓ基板１側に
はＡｕＺｎ／Ａｕからなるｐ側電極３１が形成されてい
る。

【００４７】次にこのように構成された半導体レーザ装
置の製造方法について説明する。まず、ＭＯＣＶＤ法に
より、ｐ型ＧａＡｓ基板２１の全面にｐ型ＩｎＧａＰ層
２２，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ層２３，ｐ型
ＩｎＧａＰ表面層２４を順次形成する。

【００４８】次にＭＯＣＶＤ成長炉からいったん取り出
したｐ型ＧａＡｓ基板２１に対し、フォトリソグラフィ
および臭素系溶液を用いたエッチングにより、半導体層
２１，２２，２３をストライプ状に加工する。そして硫
酸系，弗酸系などの溶液を用いて表面処理（酸化膜の除
去）を行ない、水洗した後、乾燥し、いち早く真空度１
×１０^-8Ｔｏｒｒ以下のＭＢＥ成長炉の中にｐ型ＧａＡ
ｓ基板２１を導入する。

【００４９】次に真空度１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下の真空
度で、５５０〜６５０℃程度の温度の熱処理を５分間ほ
ど行なう。この熱処理によって、ｐ型ＩｎＧａＰ表面層
２４の表面状態、並びにストライプ部分以外のＧａＡｓ
基板２１の表面状態が改善される。ｐ型ＩｎＧａＰ表面
層２４に対する熱処理を最適化することで、ＧａＡｓ基
板２１に対する熱処理も自動的に最適化された。

【００５０】次に温度を３００℃に変え、ＭＢＥ法によ
り、全面にｐ型ＺｎＳｅバッファ層２５，ｐ型ＺｎＳｅ
下部クラッド層２６，ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸
活性層２７，ｎ型ＺｎＳｅ上部クラッド層２８，ｎ型Ｚ
ｎＳｅキャップ層２９を順次形成する。このときｐ型ド
ーパントとしては例えば窒素を用い、ｎ型ドーパントと
しては例えば塩素を用いる。

【００５１】最後に、ＭＢＥ成長炉からｐ型ＧａＡｓ基
板２１を取り出し、ｎ型ＺｎＳｅキャップ層２９の全面
にＴｉ膜，Ｐｔ膜，Ａｕ膜の順で積層されたｎ側電極３
０を形成し、ＧａＡｓ基板２１側にＡｕＺｎ／Ａｕから
なるｐ側電極３１を形成して主工程が終了する。

【００５２】上記の如き方法により得られた半導体レー
ザを共振器長５００μｍに劈開し、銅製のヒートシンク
にＩｎ半田を用いてマウントし、その特性を室温におい
て評価した。その結果は、発振波長が５２５ｎｍ、連続
動作での発振しきい値電流が３５ｍＡという良好なもの
であった。また、このときの動作電圧は２．７Ｖであ
り、連続動作の最高発振温度は１００℃であった。

【００５３】すなわち、本実施例によれば、従来困難で
あった室温での連続発振ばかりでなく、室温での実用に
十分な信頼性を確保するのに必要な高温までの発振が得
られる。実際、動作温度５０℃，動作光出力５ｍＷにお
いて、２０００時間以上の動作が確認された。

【００５４】このような良好な信頼性特性が得られた要
因は、ｐ型ＧａＡｓ基板２１上に直接ｐ型ＺｎＳｅバッ
ファ層２５を形成するのではなく、ｐ型ＧａＡｓ基板２
１上にｐ型ＩｎＧａＰ表面層２４を介してｐ型ＺｎＳｅ
バッファ層２５を形成したことにより、劣化の直接的原
因となるｐ型ＺｎＳｅバッファ層２５およびｐ型ＺｎＳ
ｅ下部クラッド層２６の欠陥の発生を防止でき、非発光
再結合による発光効率の低下を抑制できたからである。

【００５５】また、本実施例によれば、ｐ型ＧａＡｓ基
板２１から注入された電流がｐ型ＩｎＧａＰ層２２，ｐ
型ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ層２３およびｐ型Ｉｎ
ＧａＰ表面層からなるストライプ部分に狭窄される。

【００５６】これはストライプ部分外では、図６（ａ）
に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板２１とｐ型ＺｎＳｅバ
ッファ層２５との間に大きなヘテロバリアが存在するた
め、電流注入を行なうのに（ホールｈをｐ型ＺｎＳｅバ
ッファ層２５に注入するために）大きな電圧降下を強い
られるのに対し、ストライプ部分では、図６（ｂ）に示
すように、ｐ型ＧａＡｓ基板２１とｐ型ＺｎＳｅバッフ
ァ層２５との間に設けられたｐ型ＩｎＧａＰ層２２，ｐ
型ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ層２３およびｐ型Ｉｎ
ＧａＰ表面層２４によって、ｐ型ＧａＡｓ基板２１とｐ
型ＺｎＳｅバッファ層２５との間のヘテロバリアが低減
し、電圧降下が小さくなるからである。

【００５７】このようなストライプ部分外とストライプ
部分とにおけるヘテロバリアの違いにより、ｎ側電極３
０とｐ側電極３１との間に電圧を印加した場合に、スト
ライプ部分に選択的に電流が狭窄されることになる。

【００５８】また、本実施例によれば、先の実施例に比
べて、良好な素子特性が得られる。これは本実施例の構
造の方が電流狭窄性が良いこと、並びにＺｎＳｅなどの
II-VI族化合物半導体の成長が１回で済み、工程が簡略
化され、素子作成における欠陥などの発生が減少するこ
とによる。

【００５９】なお、本実施例では、ｐ型ＩｎＧａＰ層２
２もストライプ状に形成したが、電流狭窄性を得るに
は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ層２３およびｐ
型ＩｎＧａＰ表面層２４だけがストライプ状であれば十
分であることが分かった。

【００６０】図７は、本発明の他の実施例に係る半導体
レーザ装置の概略構造を示す断面図である。なお、図５
の半導体レーザ装置と対応する部分には図５と同一符号
を付してあり、詳細な説明は省略する。

【００６１】本実施例の半導体レーザ装置が先の実施例
のそれと異なる点は、半導体層をストライプ状に加工せ
ずに、電流狭窄構造が形成されていることにある。すな
わち、先の実施例と同様に、まず、ｐ型ＧａＡｓ基板２
１上にｐ型ＩｎＧａＰ層２２，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイ
ドキャップ層２３，ｐ型ＩｎＧａＰ表面層２４を形成し
た後、ｐ型ＩｎＧａＰ表面層２４上にストライプ状のマ
スクパターン（不図示）を形成する。次いでこのマスク
パターンをマスクにしてイオン注入を行ない、マスクパ
ターン以外の領域のｐ型ＩｎＧａＰ層２２，ｐ型ＩｎＧ
ａＡｌＰワイドキャップ層２３およびｐ型ＩｎＧａＰ表
面層２４の全体、並びにｐ型ＧａＡｓ基板２１の表面を
選択的に高抵抗化し、高抵抗層３２を形成する。

【００６２】このようなイオン注入によって、ｐ型Ｉｎ
ＧａＰ層２２，ｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ層２
３，ｐ型ＩｎＧａＰ表面層２４をエッチングせずに電流
狭窄構造を形成できる。

【００６３】なお、以上の実施例では、ＩｎＧａＰ表面
層がｐ型である場合について説明したが、ＺｎＳｅなど
の II-VI族化合物半導体層との良好な界面をもたらす効
果は、ＩｎＧａＰ表面層やＧａＡｓ基板の導電型に依存
しなかった。また、ＩｎＧａＰ表面層の代わりに、Ｉｎ
ＧａＡｌＰ表面層や、ＩｎＧａＡｓＰ表面層を用いても
同様な効果が得られた。更に、上記実施例ではＭＯＣＶ
Ｄ法によりＩｎＧａＰ表面層を形成する場合について説
明したが、他の成長法、例えば、ＭＢＥ法や、原料にガ
スを用いるＣＢＥ (Chemical Beam Epitaxy)により形成
しても良い。

【００６４】また、ＺｎＳｅなどの II-VI族化合物半導
体層の成長に先立って熱処理が真空中で行なわれれば、
その後の成長法はＭＢＥ法に限らず、ＣＢＥ法やＭＯＣ
ＶＤ法であっても良い。更に、本実施例ではＭＢＥ法の
成長条件として成長温度を選んだが、本発明の要旨は成
長前の構造および熱処理にあり、良好な結晶成長が得ら
れる成長条件であれば、上述した成膜条件以外であって
も良い。

【００６５】また、上記実施例では、ＩｎＧａＰ表面層
上にＺｎＳｅなどの II-VI族化合物半導体層を形成する
場合について説明したが、他の化合物半導体層、例え
ば、Ｃｄ，Ｚｎ，ＭｇなどのII族元素とＳ，Ｓｅ，Ｔｅ
などのVI元素とからなる II-VI族化合物半導体層や、Ｉ
ｎＧａＡｌＰやＧａＡｌＡｓなどの III-V族化合物半導
体層、或いは一部にＩｎＧａＰ表面層が形成されたＧａ
Ａｓ基板上に形成する場合にも同様な効果が得られる。

【００６６】また、上記実施例では、半導体レーザの場
合について説明したが、本発明は、III-V族化合物半導
体からなる半導体基板上に、 II-VI族化合物版導体層な
どが形成されてなる発光ダイオードや、ヘテロバイポー
ラトランジスタ（ＨＢＴ）などの半導体素子にも適用で
きる。

【００６７】図８は、本発明の他の実施例に係るＬＥＤ
の概略構造を示す断面図である。図中、４１はｐ型Ｇａ
Ａｓ基板を示し、このｐ型ＧａＡｓ基板４１上には、厚
さ０．５μｍ，キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｇ
ａＡｓバッファ層４２、厚さ４μｍ，キャリア濃度２×
１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和
層４３、厚さ０．２μｍ，キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ
^-3のｐ型Ｉｎ_w Ｇａ_1-w Ｐ層４４，厚さ０．２μｍ，キ
ャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｉｎ_u（Ｇａ_v Ａｌ
_1-v ）_1-u Ｐ層４５、厚さ０．２μｍ，キャリア濃度２
×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｉｎ_t Ａｌ_1-t Ｐ層４６、厚さ５
ｎｍおよびキャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｉｎ_s
Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７が順次形成されている。ここで、
半導体層４４，４５，４６がヘテロ障壁緩和層として働
く。

【００６８】ｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７上には、
厚さ２μｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｚｎ
Ｓｅ層４８，厚さ２μｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ
^-3のｎ型ＺｎＳｅ層４９が順次形成され、これら半導体
層４８，４９によりホモ接合発光部が形成されている。

【００６９】また、光を効果的に閉じ込めるために、上
記半導体層４３〜４８において、半導体層４４〜４７の
バンドギャップエネルギは、ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格
子不整合緩和層４３のそれよりも大きく、且つｐ型Ｚｎ
Ｓｅ層４８のそれよりも小さくなっている。

【００７０】ｎ型ＺｎＳｅ層４９の中央部には、直径５
０μｍのＩｎ電極５０が形成され、また、ｐ型ＧａＡｓ
基板４１側には、その全面にＡｕＺｎ／Ａｕ電極５１が
形成されている。このＬＥＤの面積は４００μｍ×４０
０μｍである。

【００７１】次にこのように構成されたＬＥＤの製造方
法を説明する。まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型Ｇａ
Ａｓ基板４１上に、ｐ型ＧａＡｓバッファ層４２，ｐ型
Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層４３，ｐ型Ｉｎ_w
Ｇａ_1-w Ｐ層４４，ｐ型Ｉｎ_u （Ｇａ_v Ａｌ_1-v ）_1-u
Ｐ層４５，ｐ型Ｉｎ_t Ａｌ_1-tＰ層４６およびｐ型Ｉｎ_s
Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７を順次成長する。

【００７２】ここで、ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整
合緩和層４３の組成比ｘは次のように選んだ。ＩｎＡｓ
の格子定数が０．６０５８４ｎｍであるので、Ｉｎ_x Ｇ
ａ_1-x Ａｓはｘ＝０．０４という組成比でＺｎＳｅに略
格子整合する。

【００７３】したがって、ＭＯＣＶＤ法によるｐ型Ｉｎ
_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層４３の成長において、
ＭＯＣＶＤ成長炉中に供給するＩｎ原料を連続的に増加
させることにより、組成比ｘを０．００から０．０４に
変化させて、トータルとして厚さ４μｍの厚さの成長を
行なう。

【００７４】また、ｐ型Ｉｎ_w Ｇａ_1-w Ｐ層４４，ｐ型
Ｉｎ_u （Ｇａ_v Ａｌ_1-v ）_1-u Ｐ層４５，ｐ型Ｉｎ_t Ａ
ｌ_1-t Ｐ層４６およびｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７
は、具体的には、ｐ型Ｉｎ_0.52Ｇａ_0.48Ｐ層４４，ｐ型
Ｉｎ_0.52（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5）_0.48Ｐ層４５，ｐ型Ｉｎ
_0.52Ａｌ_0.48Ｐ層４６およびｐ型Ｉｎ_0.52Ｇａ_0.48Ｐ表
面層４７とする。

【００７５】すなわち、半導体層４４〜４７の格子定数
がｐ型ＺｎＳｅ層４８のそれに略等し、且つｐ型Ｉｎ_w
Ｇａ_1-w Ｐ層４４からｐ型Ｉｎ_0.52Ｇａ_0.48Ｐ表面層４
７に向かってよりｐ型ＺｎＳｅ層４８に格子整合するよ
うになっている。

【００７６】ところで、Ｉｎ_1-y （Ｇａ_1-z Ａｌ_z ）_y
Ｐの組成比ｙの値を変化させることにより、格子定数を
ＧａＡｓに格子整合する値から、ＺｎＳｅに格子整合す
る値に連続的に変化させて、各層を形成することが可能
である。

【００７７】しかしながら、実際にＧａＡｓ基板上にＩ
ｎ_1-y （Ｇａ_1-z Ａｌ_z ）_y Ｐ層を成長した場合、その
表面にはクロスハッチパターン状の多数の表面欠陥が観
察された。このような表面欠陥が存在するＩｎ_1-y （Ｇ
ａ_1-z Ａｌ_z ）_y Ｐ層上にＺｎＳｅ層を成長しても、該
ＺｎＳｅ層にも多数の欠陥が発生し、高い発光効率を得
ることができなかった。

【００７８】すなわち、本発明者等の調べによれば、ｐ
型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層４３の代わり
に、Ｉｎ_1-y （Ｇａ_1-z Ａｌ_z ）_y Ｐ層を用いるのは不
適当であることが分かった。

【００７９】次にＭＯＣＶＤ成長炉からｐ型ＧａＡｓ基
板４１を取り出し、硫酸系，弗酸系の溶液中で表面処理
を行ない、水洗した後、いち早く真空度１×１０^-8Ｔｏ
ｒｒ以下の分子線エピタキシー成長炉の中にｐ型ＧａＡ
ｓ基板４１を導入する。

【００８０】Ａｌは非常に酸化され易い元素なので、ｐ
型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７が無い場合には、液体中
での表面処理や大気中での搬送中にｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s
Ｐ表面層４７の表面に厚い酸化膜が形成される。

【００８１】本発明者等の調べによれば、このような厚
い酸化膜が形成されたｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７
上にはＺｎＳｅの単結晶は成長せず、ＺｎＳｅの単結晶
を得るにはｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７が必要であ
ることが分かった。

【００８２】次にｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７上に
ｐ型ＺｎＳｅ層４８，ｎ型ＺｎＳｅ層４９をＭＢＥ法に
より形成する。ここで、ｐ型ドーパントとして窒素を用
い、ｎ型ドーパントとして塩素を用いる。最後に、ｎ型
ＺｎＳｅ層４９，ｐ型ＧａＡｓ基板４１にそれぞれＩｎ
電極５０，ＡｕＺｎ／Ａｕ電極５１を形成して主工程が
終了する。

【００８３】図９は、本実施例のＬＥＤのｐ型ＧａＡｓ
バッファ層４２からｐ型ＺｎＳｅ層４８までの半導体層
についてのエネルギバンド構造とキャリア（アクセプ
タ）濃度との関係を示す図である。また、図１０は、ｐ
型ＧａＡｓバッファ層４２の上に直接ｐ型ＺｎＳｅ層４
８を形成した従来のＬＥＤについてのエネルギバンド構
造とキャリア（アクセプタ）濃度との関係を示す図であ
る。

【００８４】従来のＬＥＤの場合、図１０に示すよう
に、ｐ型ＧａＡｓバッファ層４２とｐ型ＺｎＳｅ層４８
との間に大きなヘテロバリアが存在する。このため、電
流注入を行なうには非常に大きな電圧降下を強いられ
る。

【００８５】更に、キャリア濃度のプロファイルからｐ
型ＧａＡｓバッファ層４２とｐ型ＺｎＳｅ層４８との界
面には多数の転位が存在することが分かる。これはｐ型
ドーパントである窒素の活性化率が低下し、キャリア濃
度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下となる低キャリア濃度領域が
形成されることが原因であることが半発明者等の研究に
より明らかとなった。

【００８６】このような低キャリア濃度領域が存在する
ことにより、電圧降下は更に大きくなる。したがって、
このような従来のＬＥＤにおいては、動作電圧が２５〜
３０Ｖと非常に高かった。更に、高発光効率や高信頼性
も実現することができなかった。

【００８７】一方、本実施例によれば、図９に示すよう
に、ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層４３，ｐ
型Ｉｎ_w Ｇａ_1-w Ｐ層４４，ｐ型Ｉｎ_u （Ｇａ_v Ａｌ
_1-v ）_1-u Ｐ層４５，ｐ型Ｉｎ_t Ａｌ_1-t Ｐ層４６およ
びｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層４７の存在によって、ｐ
型ＧａＡｓバッファ層４２とｐ型ＺｎＳｅ層４８との間
のヘテロバリアが低減している。このため、電流注入の
際の電圧降下を小さくできる。

【００８８】更に、ｐ型ＧａＡｓバッファ層４２上に
は、ｐ型ＺｎＳｅ層４８に格子整合するｐ型Ｉｎ_x Ｇａ
_1-x Ａｓ格子不整合緩和層４３が形成され、このｐ型Ｉ
ｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層４３上には、ｐ型Ｚ
ｎＳｅ層４８に略格子整合し、且つｐ型ＺｎＳｅ層４８
に向かってよりＺｎＳｅ層４８に格子整合するように格
子定数が変化する半導体層４４〜４７が形成されてい
る。このため、格子不整合に起因する転位の発生が大幅
に減り、ドーパントの活性化率が高くなり、図９に示す
ように、全ての領域においてキャリア濃度が高く、従来
のＬＥＤのように低キャリア濃度領域は形成されなかっ
た。

【００８９】本実施例のＬＥＤにおいては動作電圧が３
Ｖと非常に低いことが確認された。また、発振波長は４
７０ｎｍであり、１Ｃｄという高い発光輝度が得られ
た。更に、ＬＥＤの寿命も１０，０００時間以上と長
く、高発光効率および高信頼性を実現できた。

【００９０】なお、ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合
緩和層４３はｐ型ＺｎＳｅ層４８に格子整合するように
選ばれているが、ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩
和層４３は必ずしもｐ型ＧａＡｓバッファ層４２とは格
子整合しないため、ｐ型ＧａＡｓバッファ層４２とｐ型
Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層４３との界面に欠
陥が生じる恐れがある。

【００９１】しかしながら、本実施例によれば、ｐ型Ｉ
ｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層４３のキャリア濃度
を高くすることができるので、界面における欠陥による
漏れ電流などの不都合を防止でき、実用上なんら障害は
発生しない。

【００９２】図１１は、本発明の他の実施例に係る半導
体レーザ装置の概略構造を示す断面図である。図中、６
１はｐ型ＧａＡｓ基板を示しており、このｐ型ＧａＡｓ
基板６１上には、厚さ０．５μｍ，キャリア濃度２×１
０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＡｓバッファ層６２，厚さ４μ
ｍ，キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｉｎ_x Ｇａ
_1-x Ａｓ格子不整合緩和層６３，厚さ０．２μｍ，キャ
リア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｉｎ_w Ｇａ_1-w Ｐ層６
４，厚さ０．２μｍ，キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3の
ｐ型Ｉｎ_u （Ｇａ_v Ａｌ_1-v ）_1-u Ｐ層層６５，厚さ
０．２μｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｉｎ
_t Ａｌ_1-t Ｐ層６６，厚さ５ｎｍ，キャリア濃度２×１
０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層６７が順次形
成されている。ここで、半導体層６４〜６６がヘテロ障
壁緩和層として働く。

【００９３】ｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層６７上には、
厚さ２μｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ｚｎ
Ｓｅクラッド層６８，ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸
活性層２９，厚さ０．５μｍ，キャリア濃度１×１０¹⁸
ｃｍ^-3のｎ型ＺｎＳｅクラッド層７０が順次形成され、
これら半導体層６８，６９，７０によりヘテロ接合部が
構成されている。

【００９４】また、光を効果的に閉じ込めるために、上
記半導体層６３〜６８において、半導体層６４〜６７の
バンドギャップエネルギは、ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格
子不整合緩和層６３のそれよりも大きく、且つｐ型Ｚｎ
Ｓｅクラッド層６８のそれよりも小さくなっている。

【００９５】ｎ型ＺｎＳｅクラッド層７０上には、中央
部にストライプ状の開口部を有し、厚さ１μｍ，キャリ
ア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＺｎＳｅ電流防止層７１
が形成されている。このｐ型ＺｎＳｅ電流防止層７１の
開口部にあたるｎ型ＺｎＳｅクラッド層７０およびｐ型
ＺｎＳｅ電流防止層７１上には、厚さ３μｍ、キャリア
濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＺｎＳｅ埋め込み層７２が
形成されている。

【００９６】ｎ型ＺｎＳｅ埋め込み層７２上には、厚さ
５０ｎｍ，キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｎ型ＺｎＳ
ｅキャップ層７３が形成され、このｎ型ＺｎＳｅキャッ
プ層７３の全面にはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極
７４が形成され、そしてｐ型ＧａＡｓ基板６１にはＡｕ
Ｚｎ／Ａｕからなるｐ側電極７５が形成されている。

【００９７】次にこのように構成された半導体レーザ装
置の製造方法について説明する。まず、ＭＯＣＶＤ法に
より、ｐ型ＧａＡｓ基板６１上に半導体層６２〜６７を
順次成長する。

【００９８】ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層
６３の組成比ｘは、先の実施例と同様に０．００から
０．０４まで変化させた。また、半導体層６４〜６７に
ついては、ｐ型ＺｎＳｅクラッド層６８に略格子整合
し、且つｐ型ＺｎＳｅクラッド層６８に向かうほどｐ型
ＺｎＳｅクラッド層６８により格子整合するように、ｐ
型Ｉｎ_0.52Ｇａ_0.48Ｐ層６４，ｐ型Ｉｎ_0.52（Ｇａ_0.5
Ａｌ_0.5 ）_0.48Ｐ層６５，ｐ型Ｉｎ_0.52Ａｌ_0.48Ｐ層６
６，ｐ型Ｉｎ_0.52Ｇａ_0.48Ｐ表面層６７とした。

【００９９】次にＭＯＣＶＤ成長炉からｐ型ＧａＡｓ基
板６１を取り出し、硫酸系，弗酸系の液体中で表面処理
を行ない、水洗した後、いち早く真空度１×１０^-8Ｔｏ
ｒｒ以下のＭＢＥ成長炉の中にｐ型ＧａＡｓ基板６１を
導入する。そして、ｐ型ＺｎＳｅクラッド層６８，Ｃｄ
ＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性層６９，ｎ型ＺｎＳｅ
クラッド層７０，ｐ型ＺｎＳｅ電流防止層７１を順次成
長する。

【０１００】次にＭＢＥ成長炉からｐ型ＧａＡｓ基板６
１をいったん取り出し、フォトリソグラフィおよび臭素
系の溶液を用いたエッチングにより、ｐ型ＺｎＳｅ電流
防止層７１の中央部にｎ型ＺｎＳｅクラッド層７０に達
するストライプ状の開口部を形成する。

【０１０１】次に再びＭＢＥ成長炉の中にｐ型ＧａＡｓ
基板６１に再び導入し、ｎ型ＺｎＳｅ埋め込み層７２，
ｎ型ＺｎＳｅキャップ層７３を成長する。最後に、ｎ側
電極７４およびｐ側電極を蒸着法により形成して主工程
が終了する。

【０１０２】このようにして作成された半導体レーザ装
置のエネルギバンド構造およびキャリア濃度を調べたと
ころ、図９に示したものと同様のものだった。すなわ
ち、ヘテロバリアを低減でき、電圧降下を小さくでき、
且つ格子不整合に起因する転位の発生を抑制でき、高い
キャリア濃度を維持することができた。

【０１０３】また、本実施例の半導体レーザを共振器長
５００μｍに劈開し、その特性を室温において評価し
た。その結果は、発振波長が５２５ｎｍ、連続動作での
発振しきい値電流が４０ｍＡという良好なものであっ
た。また、連続動作の最高発振温度は９０℃であった。

【０１０４】すなわち、本実施例によれば、従来困難で
あった室温での連続発振ばかりでなく、室温での実用に
十分な信頼性を確保するのに必要な高温までの発振が得
られる。実際、動作温度５０℃，動作光出力５ｍＷにお
いて、１０００時間以上の動作が確認された。

【０１０５】ところで、これまでにＩｎＧａＡｓ層を格
子不整合緩和層として用いた半導体レーザの報告がある
（´９２高輝度青色発光技術シンポジウム，サイエンス
フォーラム，ｐｐ．１−５）。

【０１０６】しかし、この半導体レーザにおいては、Ｉ
ｎＧａＡｓ層上に直接ＺｎＳｅ層を形成しているため、
大きなヘテロバリアが存在し、電圧降下が大きかった。
実際、液体窒素温度におけるこの半導体レーザの動作電
圧は、３０〜３５Ｖと非常に高いものであった。また、
室温での連続発振は得られず、信頼性も低かった。

【０１０７】図１１の半導体レーザ装置のように室温以
上で連続発振し、高い信頼性の半導体レーザ装置を実現
するには、図１に示した半導体レーザ装置のような構造
であれば、図１１の半導体レーザ装置のような格子不整
合緩和層，ヘテロ障壁層，バッファ層は必ずしも必要で
はないが、格子不整合緩和層とヘテロ障壁層との少なく
とも２層以上のバッファ層を形成することが望ましいこ
とが発明者等の研究により明らかになった。このような
バッファ層を設けることにより、ＧａＡｓ基板とＺｎＳ
ｅなどの II-VI族化合物半導体層との間のヘテロバリア
を緩和でき、且つ転位の発生を大幅に低減できることが
分かった。

【０１０８】なお、図８，図９の半導体発光装置（ＬＥ
Ｄ，半導体レーザ装置）の実施例では、ＩｎＧａＡｓ
層，ＩｎＧａＰ層およびＩｎＧａＡｌＰ層をＭＯＣＶＤ
法により成長する場合について説明したが、ＭＢＥ法な
ど他の成長法を用いても構わない。

【０１０９】また、 II-VI族化合物版導体としてＺｎＳ
ｅを用いたが、ＺｎＳＳｅ，ＺｎＭｇＳＳｅなど他の I
I-VI族化合物版導体を用いても良い。更に、半導体基板
としてＧａＡｓ基板を用いたが、ＩｎＰなどの他の単結
晶基板を用いても良い。

【０１１０】更にまた、ＬＥＤ，半導体レーザ以外の半
導体デバイス、例えば、ヘテロバイポーラトランジスタ
に上記実施例のバッファ層を適用しても、同様な効果が
得られる。

【０１１１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｇ
ａＡｓからなる半導体基板上にＩｎ，ＧａおよびＰから
なる半導体表面層を形成してから II-VI化合物半導体か
らなる化合物半導体層を形成することにより、上記半導
体基板と上記化合物半導体層との界面に発生する欠陥に
起因する素子特性の劣化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体レーザ装置の概
略構造を示す断面図。

【図２】ＩｎＧａＰ表面層の有無によるロッキングカー
ブの違いを示す図。

【図３】熱処理温度と回折強度との関係を示す特性図。

【図４】ＩｎＧａＰ表面層の有無によるアクセプタ濃度
の分布の違いを示す図。

【図５】本発明の他の実施例に係る半導体レーザ装置の
概略構造を示す断面図。

【図６】ストライプ部分のヘテロバリアとストライプ部
分以外のそれとの違いを示すバンド図。

【図７】本発明の他の実施例に係る半導体レーザ装置の
概略構造を示す断面図。

【図８】本発明の他の実施例に係るＬＥＤの概略構造を
示す断面図。

【図９】図８のＬＥＤのエネルギバンド構造とキャリア
濃度との関係を示す図。

【図１０】従来のＬＥＤのエネルギバンド構造とキャリ
ア濃度との関係を示す図。

【図１１】本発明の他の実施例に係る半導体レーザ装置
の概略構造を示す断面図。

【図１２】従来の青緑色半導体レーザ装置の概略構造を
示す断面図。

【符号の説明】

１…ｐ型ＧａＡｓ基板、２…ｐ型ＩｎＧａＰ層、３…ｐ
型ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ層、４…ｐ型ＩｎＧａ
Ｐ表面層、５…ｐ型ＺｎＳｅバッファ層、６…ｐ型Ｚｎ
Ｓｅ下部クラッド層、７…ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子
井戸活性層、８…ｎ型ＺｎＳｅ上部クラッド層、９…ｐ
型ＺｎＳｅ電流防止層、１０…ｎ型ＺｎＳｅ埋込み層、
１１…ｎ型ＺｎＳｅキャップ層、１２…ｎ側電極、１３
…ｐ側電極。２１…ｐ型ＧａＡｓ基板、２２…ｐ型Ｉｎ
ＧａＰ層、２３…ｐ型ＩｎＧａＡｌＰワイドキャップ
層、２４…ｐ型ＩｎＧａＰ表面層、２５…ｐ型ＺｎＳｅ
バッファ層、２６…ｐ型ＺｎＳｅ下部クラッド層、２７
…ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性層、２８…ｎ型
ＺｎＳｅ上部クラッド層、２９…ｎ型ＺｎＳｅキャップ
層、３０…ｎ側電極、３１…ｐ側電極、３２…高抵抗
層。４１…ｐ型ＧａＡｓ基板、４２…ｐ型ＧａＡｓバッ
ファ層、４３…ｐ型Ｉｎ_xGa_1-x Ａｓ格子不整合緩和
層、４４…ｐ型Ｉｎ_w Ｇａ_1-w Ｐ層、４５…ｐ型Ｉｎ_u
（Ｇａ_v Ａｌ_1-v ）_1-u Ｐ層、４６…ｐ型Ｉｎ_t Ａｌ
_1-t Ｐ層、４７…ｐ型Ｉｎ_s Ｇａ_1-s Ｐ表面層、４８…
ｐ型ＺｎＳｅ層、４９…ｎ型ＺｎＳｅ層、５０…Ｉｎ電
極、５１…ＡｕＺｎ／Ａｕ電極。６１…ｐ型ＧａＡｓ基
板、６２…ｐ型ＧａＡｓバッファ層、６３…ｐ型Ｉｎ_x
Ｇａ_1-x Ａｓ格子不整合緩和層、６４…ｐ型Ｉｎ_w Ｇａ
_1-w Ｐ層、６５…ｐ型Ｉｎ_u （Ｇａ_v Ａｌ_1-v ）_1-u Ｐ
層、６６…ｐ型Ｉｎ_t Ａｌ_1-t Ｐ層、６７…ｐ型Ｉｎ_s
Ｇａ_1-s Ｐ表面層、６８…ｐ型ＺｎＳｅクラッド層、６
９…ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子井戸活性層、７０…ｎ
型ＺｎＳｅクラッド層、７１…ｐ型ＺｎＳｅ電流防止
層、７２…ｎ型ＺｎＳｅ埋め込み層、７３…ｎ型ＺｎＳ
ｅキャップ層、７４…ｎ側電極、７５…ｐ側電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−291032（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−218565（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−164057（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/331 H01L 29/205 H01L 29/73 H01L 33/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＧａＡｓ基板からなる半導体基板と、 この半導体基板上の一部の領域のみに形成され、Ｉｎ，
   ＧａおよびＰからなる半導体表面層と、 この半導体表面層上に形成され、II-VI族化合物半導体
   からなる化合物半導体層とを具備してなることを特徴と
   する半導体装置。