JP3318391B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置、各
種電子機器類のディスプレイにおける表示パネル中の要
素である青色発光部分あるいは、表示装置に単体で用い
られる青色発光素子(LED)、その他CDプレーヤや
LDプレーヤ中の信号読み取り、書き込み発光素子、バ
ーコードリーダの発光素子等として使用される半導体発
光装置に関するものである。
種電子機器類のディスプレイにおける表示パネル中の要
素である青色発光部分あるいは、表示装置に単体で用い
られる青色発光素子(LED)、その他CDプレーヤや
LDプレーヤ中の信号読み取り、書き込み発光素子、バ
ーコードリーダの発光素子等として使用される半導体発
光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図19はこの種の半導体発光装置の基本
的構成と、それに対応するエネルギバンドの状態を模式
的に示している。一般に、半導体発光装置はN型半導体
基板Aの表面に、半導体N型層B1、活性層B2、半導体
P型層B3 をその順序でMBE(Molecular Beam Epita
xy)成長してなるPN接合構造の半導体膜Bを形成して
あり、さらにN型基板Aと、半導体膜最上層の半導体P
型層B3とに金属電極E1、E2 を設けている。
的構成と、それに対応するエネルギバンドの状態を模式
的に示している。一般に、半導体発光装置はN型半導体
基板Aの表面に、半導体N型層B1、活性層B2、半導体
P型層B3 をその順序でMBE(Molecular Beam Epita
xy)成長してなるPN接合構造の半導体膜Bを形成して
あり、さらにN型基板Aと、半導体膜最上層の半導体P
型層B3とに金属電極E1、E2 を設けている。
【0003】周知のように上記構成の半導体装置のエネ
ルギバンド構造では、半導体N型層B1、半導体P型層
B3のエネルギレベルが高く、PN接合部である活性層
Cがエネルギレベルの谷間をなす形となるため、電極E
2、E1間に順方向のバイアス電圧を印加すると、これに
よって注入されたキャリア、つまり正孔hや電子eがエ
ネルギレベルの低い活性層Cに閉じ込められて再結合す
ることにより自然光を発する。また、半導体レーザでは
励起電流が閾値を越えたとき、活性層Cの平行両端面間
で光が共振してレーザ発振が起こる。
ルギバンド構造では、半導体N型層B1、半導体P型層
B3のエネルギレベルが高く、PN接合部である活性層
Cがエネルギレベルの谷間をなす形となるため、電極E
2、E1間に順方向のバイアス電圧を印加すると、これに
よって注入されたキャリア、つまり正孔hや電子eがエ
ネルギレベルの低い活性層Cに閉じ込められて再結合す
ることにより自然光を発する。また、半導体レーザでは
励起電流が閾値を越えたとき、活性層Cの平行両端面間
で光が共振してレーザ発振が起こる。
【0004】ところで、従来では前述のような青色に発
光する半導体発光装置を作製する場合、前記半導体膜B
はGaAs基板に直接、または該GaAs基板上に成長した該Ga
As基板と同一導電型のIII−V族半導体膜を介して、ZnCd
SSe系またはMgZnCdSSe系のII−VI族半導体をエピタキシ
ャル成長させていた。
光する半導体発光装置を作製する場合、前記半導体膜B
はGaAs基板に直接、または該GaAs基板上に成長した該Ga
As基板と同一導電型のIII−V族半導体膜を介して、ZnCd
SSe系またはMgZnCdSSe系のII−VI族半導体をエピタキシ
ャル成長させていた。
【0005】図20は上記半導体発光装置の従来例を示
している。この図に示された従来装置はN型GaAs基板4
1上にZnCdSSe系またはMgZnCdSSe系のII−VI族半導体膜
42を形成した、いわゆるZnSe系の青色発光半導体レー
ザである。
している。この図に示された従来装置はN型GaAs基板4
1上にZnCdSSe系またはMgZnCdSSe系のII−VI族半導体膜
42を形成した、いわゆるZnSe系の青色発光半導体レー
ザである。
【0006】II−VI族半導体膜42はバッファ層である
N型ZnSe層43、クラッド層であるN型ZnSSe層44、
活性層であるZnCdSe層45、クラッド層である P型ZnS
Se層46及びバッファ層であるP型ZnSe層47をその順
序で基板41上にMBE成長させることによりPN接合
構造を形成したものであり、このII−VI族半導体膜最上
層のP型ZnSe層47上に直接、Au等の金属を蒸着して電
極48を形成してある。49は基板41の裏面に形成さ
れた電極である。
N型ZnSe層43、クラッド層であるN型ZnSSe層44、
活性層であるZnCdSe層45、クラッド層である P型ZnS
Se層46及びバッファ層であるP型ZnSe層47をその順
序で基板41上にMBE成長させることによりPN接合
構造を形成したものであり、このII−VI族半導体膜最上
層のP型ZnSe層47上に直接、Au等の金属を蒸着して電
極48を形成してある。49は基板41の裏面に形成さ
れた電極である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
成の半導体装置では図21に示したエネルギバンド構造
から明らかなように、III−V族半導体であるN型GaAs基
板41と、II−VI族半導体膜42のN型ZnSe層43との
間には、エネルギバンドの可成り大きなバンド不連続が
存在しているため、障壁電位ΔVが生じてしまう。な
お、図19及び図21における破線矢印は電子eの流れ
を示している。
成の半導体装置では図21に示したエネルギバンド構造
から明らかなように、III−V族半導体であるN型GaAs基
板41と、II−VI族半導体膜42のN型ZnSe層43との
間には、エネルギバンドの可成り大きなバンド不連続が
存在しているため、障壁電位ΔVが生じてしまう。な
お、図19及び図21における破線矢印は電子eの流れ
を示している。
【0008】従って、電極48、49間には相当な高電
圧を印加しないと、電子eが該障壁電位ΔVを越えるの
に必要な電流が得られないため、装置の駆動に要する消
費電力が大きくなるだけでなく、該装置に数十Aという
大電流が流れることから、装置内の電流密度が非常に高
くなるため、駆動時の発熱が避けられない等の問題点が
あった。
圧を印加しないと、電子eが該障壁電位ΔVを越えるの
に必要な電流が得られないため、装置の駆動に要する消
費電力が大きくなるだけでなく、該装置に数十Aという
大電流が流れることから、装置内の電流密度が非常に高
くなるため、駆動時の発熱が避けられない等の問題点が
あった。
【0009】このような問題点は前記従来例とは逆に、
P型GaAs基板を用いた場合にも同様に生起し得るもので
あり、この場合、正孔hがP型GaAs基板とII−VI族半導
体膜との間の電位障壁を越えるのに必要な電流が得られ
るだけの電圧を両電極間に印加する必要があるため、N
型GaAs基板を用いた場合と同様に、電力消費及び駆動時
における発熱の問題が生じる。
P型GaAs基板を用いた場合にも同様に生起し得るもので
あり、この場合、正孔hがP型GaAs基板とII−VI族半導
体膜との間の電位障壁を越えるのに必要な電流が得られ
るだけの電圧を両電極間に印加する必要があるため、N
型GaAs基板を用いた場合と同様に、電力消費及び駆動時
における発熱の問題が生じる。
【0010】また、GaAs基板上に、該基板と同一導電型
のIII−V族半導体膜を成長させたものについても、該II
I−V族半導体膜とII−VI族半導体膜間にバンドギャップ
が存在するため、上記と同様の問題点が生じる。
のIII−V族半導体膜を成長させたものについても、該II
I−V族半導体膜とII−VI族半導体膜間にバンドギャップ
が存在するため、上記と同様の問題点が生じる。
【0011】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、III−V族半導体膜とII−VI族半
導体膜との間の障壁電位を小さくして、両者間における
電圧/電流特性を改善し、低い電圧で必要な電流が流れ
るようにすることにより、消費電力及び発熱量を減少さ
せ、また、半導体発光装置全体の温度特性の改善を図る
ことを目的とするものである。
ためになされたもので、III−V族半導体膜とII−VI族半
導体膜との間の障壁電位を小さくして、両者間における
電圧/電流特性を改善し、低い電圧で必要な電流が流れ
るようにすることにより、消費電力及び発熱量を減少さ
せ、また、半導体発光装置全体の温度特性の改善を図る
ことを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、半導体N型層と半導体P型層とを活性層を挟んで積
層状に配してなるPN接合構造の半導体膜を、GaAs基板
に直接、または該GaAs基板上に成長した該GaAs基板と同
一導電型のIII−V族半導体膜上に成長し、さらに前記半
導体膜とGaAs基板の互いに対向する外表面にそれぞれ電
極を形成したものを対象としている。
は、半導体N型層と半導体P型層とを活性層を挟んで積
層状に配してなるPN接合構造の半導体膜を、GaAs基板
に直接、または該GaAs基板上に成長した該GaAs基板と同
一導電型のIII−V族半導体膜上に成長し、さらに前記半
導体膜とGaAs基板の互いに対向する外表面にそれぞれ電
極を形成したものを対象としている。
【0013】そして、本発明では上記目的を達成するた
めに、前記半導体膜をZnCdSSe系またはMgZnCdSSe系のII
−VI族半導体により形成するとともに、該II−VI族半導
体膜と前記GaAs基板またはIII−V族半導体膜との間に、
前記GaAs基板と同一導電型のZnSeとAlGaAsとにより構成
されるZnSe−AlGaAs超格子層を介在させている。
めに、前記半導体膜をZnCdSSe系またはMgZnCdSSe系のII
−VI族半導体により形成するとともに、該II−VI族半導
体膜と前記GaAs基板またはIII−V族半導体膜との間に、
前記GaAs基板と同一導電型のZnSeとAlGaAsとにより構成
されるZnSe−AlGaAs超格子層を介在させている。
【0014】上記構成において、III−V族半導体膜はGa
As基板上にAlGaAs膜を成長させることにより形成するこ
とができる。また、ZnSe−AlGaAs超格子層は、ZnSeとAl
GaAsとを一定の膜厚比で交互に積層状に成長させるか、
あるいはII−VI族半導体膜に近づくほどZnSeの膜厚が大
きく、GaAs基板またはIII−V族半導体膜に近づくほどAl
GaAsの膜厚が大きくなるように膜厚比を連続的に変化さ
せて交互に積層状に成長させることにより形成すること
ができる。
As基板上にAlGaAs膜を成長させることにより形成するこ
とができる。また、ZnSe−AlGaAs超格子層は、ZnSeとAl
GaAsとを一定の膜厚比で交互に積層状に成長させるか、
あるいはII−VI族半導体膜に近づくほどZnSeの膜厚が大
きく、GaAs基板またはIII−V族半導体膜に近づくほどAl
GaAsの膜厚が大きくなるように膜厚比を連続的に変化さ
せて交互に積層状に成長させることにより形成すること
ができる。
【0015】なお、N型GaAs基板または該GaAs基板上に
成長したN型III−V族半導体膜上にII−VI族半導体膜を
形成したものでは、該半導体P型層と電極との間に、P
型GaAs膜とP型InGaAs膜とのいずれか一方を形成する
か、あるいはその両方の膜をその順序で積層状に形成す
る。さらには、P型AlGaAs膜とP型GaAs膜とをその順序
で積層状に形成することにより、II−VI族半導体膜と電
極間に存在するショットキー型のエネルギ障壁を段階状
のパターンとするようにしてもよい。
成長したN型III−V族半導体膜上にII−VI族半導体膜を
形成したものでは、該半導体P型層と電極との間に、P
型GaAs膜とP型InGaAs膜とのいずれか一方を形成する
か、あるいはその両方の膜をその順序で積層状に形成す
る。さらには、P型AlGaAs膜とP型GaAs膜とをその順序
で積層状に形成することにより、II−VI族半導体膜と電
極間に存在するショットキー型のエネルギ障壁を段階状
のパターンとするようにしてもよい。
【0016】
【作用】上記構成においては、ZnSe−AlGaAs超格子層の
エネルギレベルは、GaAs基板またはIII−V族半導体膜の
エネルギレベルとII−VI族半導体膜のエネルギレベルと
の中間に位置している。一般に、正負電極間のPN接合
構造を流れる電流量はエネルギ障壁の高さに対して指数
関数的に減少する。
エネルギレベルは、GaAs基板またはIII−V族半導体膜の
エネルギレベルとII−VI族半導体膜のエネルギレベルと
の中間に位置している。一般に、正負電極間のPN接合
構造を流れる電流量はエネルギ障壁の高さに対して指数
関数的に減少する。
【0017】従って、従来構成のように、GaAs基板また
はIII−V族半導体膜とII−VI族半導体膜との間に単一の
大きなエネルギ障壁があるよりも、上記のように中間の
エネルギレベルが存在していると、電流が流れやすくな
るため、同一電位差のエネルギ障壁であっても、電子ま
たは正孔がGaAs基板またはIII−V族半導体膜とII−VI族
半導体膜との間の障壁電位を越えるのに必要な電流を得
るための電圧を、従来に比べて大きく低下させることが
可能になる。
はIII−V族半導体膜とII−VI族半導体膜との間に単一の
大きなエネルギ障壁があるよりも、上記のように中間の
エネルギレベルが存在していると、電流が流れやすくな
るため、同一電位差のエネルギ障壁であっても、電子ま
たは正孔がGaAs基板またはIII−V族半導体膜とII−VI族
半導体膜との間の障壁電位を越えるのに必要な電流を得
るための電圧を、従来に比べて大きく低下させることが
可能になる。
【0018】ZnSeとAlGaAsとを一定の膜厚比で交互に積
層状に成長させた超格子層を有するものでは、GaAs基板
またはIII−V族半導体膜とII−VI族半導体膜との間に中
間バンドギャップが入ることになる。従って、GaAs基板
からII−VI族半導体膜に至る間のエネルギバンドの様子
は、段階的に小さい電位障壁が存在する形となるため、
バンド不連続が小さくなり、N型基板を用いたもの、あ
るいはP型基板を用いたもののいずれの場合も、電流が
流れやすくなる。
層状に成長させた超格子層を有するものでは、GaAs基板
またはIII−V族半導体膜とII−VI族半導体膜との間に中
間バンドギャップが入ることになる。従って、GaAs基板
からII−VI族半導体膜に至る間のエネルギバンドの様子
は、段階的に小さい電位障壁が存在する形となるため、
バンド不連続が小さくなり、N型基板を用いたもの、あ
るいはP型基板を用いたもののいずれの場合も、電流が
流れやすくなる。
【0019】また、II−VI族半導体膜に近づくほどZnSe
の膜厚が大きく、GaAs基板またはIII−V族半導体膜に近
づくほどAlGaAsの膜厚が大きくなるように膜厚比を連続
的に変化させて交互に積層状に成長させた超格子層を有
するものでは、エネルギバンドはGaAs基板またはIII−V
族半導体膜とII−VI族半導体膜との間で連続的に変化す
ることとなり、両者間のバンド不連続が殆ど存在しなく
なるため、更に電流が流れやすくなる。
の膜厚が大きく、GaAs基板またはIII−V族半導体膜に近
づくほどAlGaAsの膜厚が大きくなるように膜厚比を連続
的に変化させて交互に積層状に成長させた超格子層を有
するものでは、エネルギバンドはGaAs基板またはIII−V
族半導体膜とII−VI族半導体膜との間で連続的に変化す
ることとなり、両者間のバンド不連続が殆ど存在しなく
なるため、更に電流が流れやすくなる。
【0020】N型基板を用いたものにおいて、II−VI族
半導体膜と電極間に両者の中間レベルのエネルギバンド
をもつP型膜を介在させた場合、エネルギレベルは電極
<P型InGaAs膜<P型GaAs膜<P型AlGaAs膜<II−VI族
半導体膜の順に高くなる。従って、いずれのP型膜を備
えたものにおいても、電極からII−VI族半導体膜に至る
間のエネルギバンドの様子は、段階的にレベル差が作ら
れている状態となるため、同一電位差のエネルギ障壁で
あっても、正孔が電極と半導体P型層との間のエネルギ
障壁を越えるのに必要な電流を得るための電圧を従来と
比べて大きく低下させることが可能になる。
半導体膜と電極間に両者の中間レベルのエネルギバンド
をもつP型膜を介在させた場合、エネルギレベルは電極
<P型InGaAs膜<P型GaAs膜<P型AlGaAs膜<II−VI族
半導体膜の順に高くなる。従って、いずれのP型膜を備
えたものにおいても、電極からII−VI族半導体膜に至る
間のエネルギバンドの様子は、段階的にレベル差が作ら
れている状態となるため、同一電位差のエネルギ障壁で
あっても、正孔が電極と半導体P型層との間のエネルギ
障壁を越えるのに必要な電流を得るための電圧を従来と
比べて大きく低下させることが可能になる。
【0021】
【実施例】以下、本発明を半導体レーザ装置に適用した
実施例について図面を参照しながら説明する。図1〜図
5は本発明の第1実施例を示している。図1は本実施例
の構成を模式的に示す断面図である。この図に示す装置
は、N型GaAs基板1上に後述するN型AlGaAs膜2、N型
ZnSe−AlGaAs超格子層3及び ZnCdSSe系のII−VI族半導
体膜4を成長し、且つ、II−VI族半導体膜4の表面とN
型GaAs基板1の裏面にAu等の金属からなる対向電極5、
6を形成してなる青色発光半導体レーザである。
実施例について図面を参照しながら説明する。図1〜図
5は本発明の第1実施例を示している。図1は本実施例
の構成を模式的に示す断面図である。この図に示す装置
は、N型GaAs基板1上に後述するN型AlGaAs膜2、N型
ZnSe−AlGaAs超格子層3及び ZnCdSSe系のII−VI族半導
体膜4を成長し、且つ、II−VI族半導体膜4の表面とN
型GaAs基板1の裏面にAu等の金属からなる対向電極5、
6を形成してなる青色発光半導体レーザである。
【0022】なお、本実施例では、GaAs基板に設けられ
た電極6は全面電極としているが、II−VI族半導体膜4
上の電極5は一定幅の帯状に形成してある。このような
帯状電極5では電流拡散が防止され、電流が効率よく発
光に寄与する点で有効であるが、本発明における電極形
状は必ずしもこれに限定されるものではない。
た電極6は全面電極としているが、II−VI族半導体膜4
上の電極5は一定幅の帯状に形成してある。このような
帯状電極5では電流拡散が防止され、電流が効率よく発
光に寄与する点で有効であるが、本発明における電極形
状は必ずしもこれに限定されるものではない。
【0023】II−VI族半導体膜4は、バッファ層である
N型ZnSe層7、クラッド層であるN型ZnSSe層8、ZnCdS
e層9、クラッド層であるP型ZnSSe層10及びバッファ
層であるP型ZnSe層11をその順序でMBE成長させた
ものであって、これによりN型ZnSe層7及びN型ZnSSe
層8からなる半導体N型層12と、P型ZnSSe層10及
びP型ZnSe層11からなる半導体P型層13との間に活
性層としてのZnCdSe層9が挟み込まれたPN接合構造を
備えている。
N型ZnSe層7、クラッド層であるN型ZnSSe層8、ZnCdS
e層9、クラッド層であるP型ZnSSe層10及びバッファ
層であるP型ZnSe層11をその順序でMBE成長させた
ものであって、これによりN型ZnSe層7及びN型ZnSSe
層8からなる半導体N型層12と、P型ZnSSe層10及
びP型ZnSe層11からなる半導体P型層13との間に活
性層としてのZnCdSe層9が挟み込まれたPN接合構造を
備えている。
【0024】N型GaAs基板1及び該基板1上に成長させ
たN型AlGaAs膜2は共にIII−V族半導体により構成され
ているので、以下、該N型GaAs基板1及びN型AlGaAs膜
2の積層構造をIII−V族N型半導体層14と呼ぶ。図2
にIII−V族N型半導体層14とII−VI族半導体膜4間の
エネルギバンドを模式的に示している。図2に示すよう
に、III−V族N型半導体層14とII−VI族半導体膜4間
には有意なエネルギギャップが存在しており、本実施例
では該エネルギギャップを分割するべく、両者14、4
間に前述のN型ZnSe−AlGaAs超格子層3を介在させてい
る。
たN型AlGaAs膜2は共にIII−V族半導体により構成され
ているので、以下、該N型GaAs基板1及びN型AlGaAs膜
2の積層構造をIII−V族N型半導体層14と呼ぶ。図2
にIII−V族N型半導体層14とII−VI族半導体膜4間の
エネルギバンドを模式的に示している。図2に示すよう
に、III−V族N型半導体層14とII−VI族半導体膜4間
には有意なエネルギギャップが存在しており、本実施例
では該エネルギギャップを分割するべく、両者14、4
間に前述のN型ZnSe−AlGaAs超格子層3を介在させてい
る。
【0025】図3はN型ZnSe−AlGaAs超格子層3の構造
を模式的に示している。このN型超格子層3は原子間距
離を基準単位とするようなN型ZnSeとN型AlGaAsの極薄
膜を交互に積層状に成長させたもので、本実施例ではN
型ZnSe膜3aの膜厚Bと、N型AlGaAs膜3bの膜厚Wと
の比B:Wが超格子層3の全層に亙って一定となるよう
に構成されている。なお、図3における斜線部分はN型
ZnSeを、白抜き部分はN型AlGaAsを示す。
を模式的に示している。このN型超格子層3は原子間距
離を基準単位とするようなN型ZnSeとN型AlGaAsの極薄
膜を交互に積層状に成長させたもので、本実施例ではN
型ZnSe膜3aの膜厚Bと、N型AlGaAs膜3bの膜厚Wと
の比B:Wが超格子層3の全層に亙って一定となるよう
に構成されている。なお、図3における斜線部分はN型
ZnSeを、白抜き部分はN型AlGaAsを示す。
【0026】図4は図2におけるIV部を拡大して示して
いる。いま、III−V族N型半導体層14のエネルギレベ
ルをv1とし、II−VI族半導体膜4のエネルギレベルをv2
とすると、N型超格子層3は微視的に観察すれば、N型
ZnSe膜3aの膜厚Bに対応する部分ではII−VI族半導体
膜4のエネルギレベルv2と同レベルとなり、N型AlGaAs
膜3bの膜厚Wに対応する部分ではIII−V族N型半導体
層14のエネルギレベルv1と同レベルとなる。
いる。いま、III−V族N型半導体層14のエネルギレベ
ルをv1とし、II−VI族半導体膜4のエネルギレベルをv2
とすると、N型超格子層3は微視的に観察すれば、N型
ZnSe膜3aの膜厚Bに対応する部分ではII−VI族半導体
膜4のエネルギレベルv2と同レベルとなり、N型AlGaAs
膜3bの膜厚Wに対応する部分ではIII−V族N型半導体
層14のエネルギレベルv1と同レベルとなる。
【0027】ところが巨視的には図2に示すように、N
型超格子層3のエネルギレベルは両方のエネルギレベル
v1、v2がその膜厚比に従って平均化されるため、III−V
族N型半導体層14とII−VI族半導体膜4との中間レベ
ルとしての機能を有するものとなる。
型超格子層3のエネルギレベルは両方のエネルギレベル
v1、v2がその膜厚比に従って平均化されるため、III−V
族N型半導体層14とII−VI族半導体膜4との中間レベ
ルとしての機能を有するものとなる。
【0028】しかも、該N型超格子層3はIII−V族N型
半導体層14とII−VI族半導体膜4間に介在しているこ
とにより、III−V族N型半導体層14からII−VI族半導
体膜4までのエネルギバンド構造は、N型超格子層3に
よる中間バンドギャップが入って、段階的にレベル差が
作られている状態となるため、障壁電位は2段階に分割
された形となってバンド不連続が小さくなる。
半導体層14とII−VI族半導体膜4間に介在しているこ
とにより、III−V族N型半導体層14からII−VI族半導
体膜4までのエネルギバンド構造は、N型超格子層3に
よる中間バンドギャップが入って、段階的にレベル差が
作られている状態となるため、障壁電位は2段階に分割
された形となってバンド不連続が小さくなる。
【0029】上記構成において、電極5、6間に順方
向、つまり電極5から電極6へバイアス電圧を印加する
と、電流は電極5からII−VI族半導体膜4へと流れ、該
電流によって正孔hが電極5とII−VI族半導体膜4との
間のエネルギ障壁を越えて、半導体P型層13から活性
層であるZnCdSe層9へと流れ込む。同様に電子eがN型
GaAs基板1、N型AlGaAs層2及びN型超格子層3を経て
半導体N型層12からZnCdSe層9へと流れ込む。
向、つまり電極5から電極6へバイアス電圧を印加する
と、電流は電極5からII−VI族半導体膜4へと流れ、該
電流によって正孔hが電極5とII−VI族半導体膜4との
間のエネルギ障壁を越えて、半導体P型層13から活性
層であるZnCdSe層9へと流れ込む。同様に電子eがN型
GaAs基板1、N型AlGaAs層2及びN型超格子層3を経て
半導体N型層12からZnCdSe層9へと流れ込む。
【0030】このようにしてキャリアが注入されること
により、エネルギレベルの低いZnCdSe層9に閉じ込めら
れた電子eと正孔hの再結合が起こり、該ZnCdSe層9か
ら自然光を放出する。さらに、励起電流が閾値を越える
と、自然光の放出から誘導放出に移行し、ZnCdSe層9の
平行両端面間で光が共振してレーザ発振が起こる。
により、エネルギレベルの低いZnCdSe層9に閉じ込めら
れた電子eと正孔hの再結合が起こり、該ZnCdSe層9か
ら自然光を放出する。さらに、励起電流が閾値を越える
と、自然光の放出から誘導放出に移行し、ZnCdSe層9の
平行両端面間で光が共振してレーザ発振が起こる。
【0031】図5は電子eがIII−V族N型半導体層14
からII−VI族半導体膜4までに存在するエネルギギャッ
プを乗り越える状態を模式的に示している。この図にお
いて、N型AlGaAs層2とN型超格子層3間の障壁電位を
ΔV1 、N型超格子層3とN型ZnSe層7間の障壁電位を
ΔV2 としたとき、ΔV1とΔV2の和は、図21に示し
た従来構成のIII−V族基板41とII−VI族半導体膜42
間の電位差ΔVとほぼ等しいが、電極5、6間のPN接
合構造を流れる電流量はエネルギ障壁の高さに対して指
数関数的に減少する。
からII−VI族半導体膜4までに存在するエネルギギャッ
プを乗り越える状態を模式的に示している。この図にお
いて、N型AlGaAs層2とN型超格子層3間の障壁電位を
ΔV1 、N型超格子層3とN型ZnSe層7間の障壁電位を
ΔV2 としたとき、ΔV1とΔV2の和は、図21に示し
た従来構成のIII−V族基板41とII−VI族半導体膜42
間の電位差ΔVとほぼ等しいが、電極5、6間のPN接
合構造を流れる電流量はエネルギ障壁の高さに対して指
数関数的に減少する。
【0032】従って、本実施例のようにN型超格子層3
によってエネルギバンドが2段階に分割されていると電
流が流れやすくなるため、同一電位差のエネルギギャッ
プであっても、電子eがIII−V族N型半導体層14とII
−VI族半導体膜4との間の障壁電位を越えるのに必要な
電流を得るための電圧は、従来と比べて大きく低下させ
ることが可能になる。なお図5中、破線矢印は電子eの
流れを示している。
によってエネルギバンドが2段階に分割されていると電
流が流れやすくなるため、同一電位差のエネルギギャッ
プであっても、電子eがIII−V族N型半導体層14とII
−VI族半導体膜4との間の障壁電位を越えるのに必要な
電流を得るための電圧は、従来と比べて大きく低下させ
ることが可能になる。なお図5中、破線矢印は電子eの
流れを示している。
【0033】次に、上記構成の半導体レーザー装置の製
造工程の一例を説明すると、まず基板温度が350℃以
下の所定温度値に設定されたN型GaAs基板1上に、N型
AlGaAs層2をMBE成長した上で、該N型AlGaAs層2上
にN型ZnSe−AlGaAs超格子層3を作る。次いで、N型Zn
Se−AlGaAs超格子層3上にZnCdSSe系のII−VI族半導体
膜4をMBE成長させることにより、N型ZnSe層7、N
型ZnSSe層8、ZnCdSe層9、P型ZnSSe層10及びP型Zn
Se層11を積層状に形成する。
造工程の一例を説明すると、まず基板温度が350℃以
下の所定温度値に設定されたN型GaAs基板1上に、N型
AlGaAs層2をMBE成長した上で、該N型AlGaAs層2上
にN型ZnSe−AlGaAs超格子層3を作る。次いで、N型Zn
Se−AlGaAs超格子層3上にZnCdSSe系のII−VI族半導体
膜4をMBE成長させることにより、N型ZnSe層7、N
型ZnSSe層8、ZnCdSe層9、P型ZnSSe層10及びP型Zn
Se層11を積層状に形成する。
【0034】このようにして形成されたP型ZnSe層11
には電極5となるAu等の金属を蒸着し、さらに不要部分
をエッチング等の手法により除去して、該電極5を帯状
に成形する。なお、N型GaAs基板1の裏面にも電極6と
なる全面電極を同様の手法により形成する。
には電極5となるAu等の金属を蒸着し、さらに不要部分
をエッチング等の手法により除去して、該電極5を帯状
に成形する。なお、N型GaAs基板1の裏面にも電極6と
なる全面電極を同様の手法により形成する。
【0035】なお、上記実施例では、II−VI族半導体膜
4はZnCdSSe系II−VI族半導体により構成されているも
のを示したが、その他、該半導体膜4をMgZnCdSSe系II
−VI族半導体により構成しても、同様の作用、効果を得
ることができる。また、N型GaAs基板1上にN型AlGaAs
層2を成長させた上で、該N型AlGaAs層2にN型超格子
層3を成長させたものとしているが、その他、N型GaAs
基板1上に直接、N型超格子層3を成長させるようにし
てもよい。
4はZnCdSSe系II−VI族半導体により構成されているも
のを示したが、その他、該半導体膜4をMgZnCdSSe系II
−VI族半導体により構成しても、同様の作用、効果を得
ることができる。また、N型GaAs基板1上にN型AlGaAs
層2を成長させた上で、該N型AlGaAs層2にN型超格子
層3を成長させたものとしているが、その他、N型GaAs
基板1上に直接、N型超格子層3を成長させるようにし
てもよい。
【0036】図6〜図10は本発明の第2実施例を示し
ている。これらの図に示した本実施例の半導体レーザ装
置は、P型GaAs基板21上にPN接合構造を成長させた
ものである。即ち、本実施例では図6に示すように、P
型GaAs基板21上にP型AlGaAs膜22を成長し、該P型
AlGaAs膜22上にP型ZnSe−AlGaAs超格子層23を作っ
た上で、 ZnCdSSe系のII−VI族半導体膜24を成長し、
さらにII−VI族半導体膜24の表面とP型GaAs基板21
の裏面にAu等の金属からなる対向電極25、26を形成
している。
ている。これらの図に示した本実施例の半導体レーザ装
置は、P型GaAs基板21上にPN接合構造を成長させた
ものである。即ち、本実施例では図6に示すように、P
型GaAs基板21上にP型AlGaAs膜22を成長し、該P型
AlGaAs膜22上にP型ZnSe−AlGaAs超格子層23を作っ
た上で、 ZnCdSSe系のII−VI族半導体膜24を成長し、
さらにII−VI族半導体膜24の表面とP型GaAs基板21
の裏面にAu等の金属からなる対向電極25、26を形成
している。
【0037】II−VI族半導体膜22は、バッファ層であ
るP型ZnSe層27、クラッド層であるP型ZnSSe層2
8、ZnCdSe層29、クラッド層であるN型ZnSSe層30
及びバッファ層であるN型ZnSe層31をその順序でMB
E成長させたものであり、前記第1実施例のものと同様
に、PN接合部に活性層としてのZnCdSe層29を挟み込
んだ構成を備えている。
るP型ZnSe層27、クラッド層であるP型ZnSSe層2
8、ZnCdSe層29、クラッド層であるN型ZnSSe層30
及びバッファ層であるN型ZnSe層31をその順序でMB
E成長させたものであり、前記第1実施例のものと同様
に、PN接合部に活性層としてのZnCdSe層29を挟み込
んだ構成を備えている。
【0038】図7にP型GaAs基板21及びP型AlGaAs膜
2とにより構成されるIII−V族P型半導体層34と、II
−VI族半導体膜24間のエネルギバンドの状態を模式的
に示しており、この図に示すように前記両者34、24
間に前述のP型ZnSe−AlGaAs超格子層23を介在させて
ある。
2とにより構成されるIII−V族P型半導体層34と、II
−VI族半導体膜24間のエネルギバンドの状態を模式的
に示しており、この図に示すように前記両者34、24
間に前述のP型ZnSe−AlGaAs超格子層23を介在させて
ある。
【0039】図8はP型ZnSe−AlGaAs超格子層23の構
造を模式的に示している。このP型超格子層23も前記
第1実施例と同様に、P型ZnSeとP型AlGaAsの極薄膜を
交互に積層状に成長させたもので、本実施例では、II−
VI族半導体膜24に近づくほどP型ZnSe膜23aの膜厚
が大きく、III−V族半導体層34に近づくほどP型AlGa
As膜23bの膜厚が大きくなるように膜厚比を連続的に
変化させてある。なお、図8における斜線部分はP型Zn
Seを、白抜き部分はP型AlGaAsを示す。
造を模式的に示している。このP型超格子層23も前記
第1実施例と同様に、P型ZnSeとP型AlGaAsの極薄膜を
交互に積層状に成長させたもので、本実施例では、II−
VI族半導体膜24に近づくほどP型ZnSe膜23aの膜厚
が大きく、III−V族半導体層34に近づくほどP型AlGa
As膜23bの膜厚が大きくなるように膜厚比を連続的に
変化させてある。なお、図8における斜線部分はP型Zn
Seを、白抜き部分はP型AlGaAsを示す。
【0040】図9は図7におけるIX部を拡大して示して
いる。この図に示すように、III−V族P型半導体層34
のエネルギレベルをv1とし、II−VI族半導体膜24のエ
ネルギレベルをv2とすると、P型超格子層23は微視的
に観察すれば、P型ZnSe膜23aの膜厚に対応する部分
ではII−VI族半導体層34のエネルギレベルv2と同レベ
ルとなり、P型AlGaAs膜23bの膜厚に対応する部分で
はIII−V族P型半導体層34のエネルギレベルv1と同レ
ベルとなる。
いる。この図に示すように、III−V族P型半導体層34
のエネルギレベルをv1とし、II−VI族半導体膜24のエ
ネルギレベルをv2とすると、P型超格子層23は微視的
に観察すれば、P型ZnSe膜23aの膜厚に対応する部分
ではII−VI族半導体層34のエネルギレベルv2と同レベ
ルとなり、P型AlGaAs膜23bの膜厚に対応する部分で
はIII−V族P型半導体層34のエネルギレベルv1と同レ
ベルとなる。
【0041】この場合、P型超格子層23におけるII−
VI族半導体膜24に近い点pと、III−V族半導体層34
に近い点qを考えると、点pにおいてはP型ZnSe膜23
aの膜厚B1がP型AlGaAs膜23bの膜厚W1よりも大き
くなり、逆に、点qにおいてはP型AlGaAs膜23bの膜
厚W2がP型ZnSe膜23aの膜厚B2よりも大きくなる。
このように両者23a、23bの膜厚比が連続的に変化
することにより巨視的には、図7に示すように、P型超
格子層23のエネルギバンドは両方のエネルギバンド間
を繋ぐ傾斜状パターンとなる。
VI族半導体膜24に近い点pと、III−V族半導体層34
に近い点qを考えると、点pにおいてはP型ZnSe膜23
aの膜厚B1がP型AlGaAs膜23bの膜厚W1よりも大き
くなり、逆に、点qにおいてはP型AlGaAs膜23bの膜
厚W2がP型ZnSe膜23aの膜厚B2よりも大きくなる。
このように両者23a、23bの膜厚比が連続的に変化
することにより巨視的には、図7に示すように、P型超
格子層23のエネルギバンドは両方のエネルギバンド間
を繋ぐ傾斜状パターンとなる。
【0042】しかも、該P型超格子層23はIII−V族P
型半導体層34とII−VI族半導体膜24間に位置してい
るため、III−V族P型半導体層34からII−VI族半導体
膜24までのエネルギバンド構造は、P型超格子層3の
エネルギバンドの介入により、段差、つまりバンド不連
続がなくなる。
型半導体層34とII−VI族半導体膜24間に位置してい
るため、III−V族P型半導体層34からII−VI族半導体
膜24までのエネルギバンド構造は、P型超格子層3の
エネルギバンドの介入により、段差、つまりバンド不連
続がなくなる。
【0043】上記構成においては、P型GaAs基板21側
の電極26からN型ZnSe層31側の電極25への電圧印
加が順方向となるが、該電圧印加時、電流はP型GaAs基
板21からII−VI族半導体膜24へと流れ、該電流によ
って正孔hがIII−V族P型半導体層34とII−VI族半導
体膜24との間のエネルギ障壁を越えて、半導体P型層
32からZnCdSe層29へと流れ込み、同様に電子eは半
導体N型層33からZnCdSe層9へと流れ込む。
の電極26からN型ZnSe層31側の電極25への電圧印
加が順方向となるが、該電圧印加時、電流はP型GaAs基
板21からII−VI族半導体膜24へと流れ、該電流によ
って正孔hがIII−V族P型半導体層34とII−VI族半導
体膜24との間のエネルギ障壁を越えて、半導体P型層
32からZnCdSe層29へと流れ込み、同様に電子eは半
導体N型層33からZnCdSe層9へと流れ込む。
【0044】図10は正孔hがIII−V族半導体層34か
らII−VI族半導体膜24までに存在するエネルギギャッ
プを乗り越える状態を模式的に示している。この図に示
すように、P型超格子層23のバンドパターンはP型Al
GaAs層22とP型ZnSe層27間の電位差ΔV間において
障壁電位を生じないので、電子eがIII−V族P型半導体
層34とII−VI族半導体膜24との間の障壁電位ΔVを
越えるのに必要な電流を得るための電圧を低下させるこ
とが可能になる。なお、図10中、実線矢印は正孔hの
流れを示している。
らII−VI族半導体膜24までに存在するエネルギギャッ
プを乗り越える状態を模式的に示している。この図に示
すように、P型超格子層23のバンドパターンはP型Al
GaAs層22とP型ZnSe層27間の電位差ΔV間において
障壁電位を生じないので、電子eがIII−V族P型半導体
層34とII−VI族半導体膜24との間の障壁電位ΔVを
越えるのに必要な電流を得るための電圧を低下させるこ
とが可能になる。なお、図10中、実線矢印は正孔hの
流れを示している。
【0045】なお、上記第1実施例の超格子層3と、第
2実施例の超格子層23とでは、ZnSe膜とAlGaAs膜の膜
厚比が相違している点で構成が異なっているが、両者に
おけるZnSe膜とAlGaAs膜との導電型を各実施例装置に対
応させることにより、いずれの超格子層を適用しても差
し支えない。
2実施例の超格子層23とでは、ZnSe膜とAlGaAs膜の膜
厚比が相違している点で構成が異なっているが、両者に
おけるZnSe膜とAlGaAs膜との導電型を各実施例装置に対
応させることにより、いずれの超格子層を適用しても差
し支えない。
【0046】ところで、前掲の図1に示すように上記第
1実施例装置では、P型ZnSe層11上に金属電極5を直
接形成しているが、該ZnSe系P型半導体は金属と直接接
合された状態では、両者11、5間にショットキー型の
電圧/電流特性が生じることが知られている。
1実施例装置では、P型ZnSe層11上に金属電極5を直
接形成しているが、該ZnSe系P型半導体は金属と直接接
合された状態では、両者11、5間にショットキー型の
電圧/電流特性が生じることが知られている。
【0047】即ち、図11に示したエネルギバンド構造
から明らかなように、電極5、6間に順方向バイアスを
印加すると、II−VI族半導体膜4の表層をなすP型ZnSe
層11と金属電極5との間に、急峻なショットキー型の
エネルギ障壁ΔV'が生じるため、相当な高電圧を印加し
ないと、正孔hが該エネルギ障壁ΔV'を越えるのに必要
な電流が得られない。
から明らかなように、電極5、6間に順方向バイアスを
印加すると、II−VI族半導体膜4の表層をなすP型ZnSe
層11と金属電極5との間に、急峻なショットキー型の
エネルギ障壁ΔV'が生じるため、相当な高電圧を印加し
ないと、正孔hが該エネルギ障壁ΔV'を越えるのに必要
な電流が得られない。
【0048】図12〜図14は上記のような不都合を解
決するためになされた本発明の第3実施例を示してい
る。なお、本実施例で前記第1実施例と構成及び作用が
共通する部分には共通の符号を付して、重複を避けるた
めにその説明を省略する。本実施例では、II−VI族半導
体膜最上層のP型ZnSe層11上に、MBE成長させたP
型GaAs膜35を形成してあり、その上で該P型GaAs膜3
5上にAu等の金属を蒸着して電極5を形成している。
決するためになされた本発明の第3実施例を示してい
る。なお、本実施例で前記第1実施例と構成及び作用が
共通する部分には共通の符号を付して、重複を避けるた
めにその説明を省略する。本実施例では、II−VI族半導
体膜最上層のP型ZnSe層11上に、MBE成長させたP
型GaAs膜35を形成してあり、その上で該P型GaAs膜3
5上にAu等の金属を蒸着して電極5を形成している。
【0049】上記構成において、電極5、6間に順方向
バイアスを印加すると、電流は電極5及びP型GaAs膜3
5を経てII−VI族半導体膜4へと流れ、該電流によって
正孔hが電極5とP型ZnSe層11との間のエネルギ障壁
を越えて、半導体P型層13から活性層であるZnCdSe層
9へと流れ込む。
バイアスを印加すると、電流は電極5及びP型GaAs膜3
5を経てII−VI族半導体膜4へと流れ、該電流によって
正孔hが電極5とP型ZnSe層11との間のエネルギ障壁
を越えて、半導体P型層13から活性層であるZnCdSe層
9へと流れ込む。
【0050】図13は本実施例における電極5からP型
ZnSe層11までのエネルギバンドを示している。この図
に示すように各層のエネルギレベルは、電極5<P型Ga
As膜35<P型ZnSe層11の順序で高くなっている。従
って、電極5からP型ZnSe層11に至る間のエネルギ障
壁はP型GaAs膜35が介在することにより、ΔV1'、ΔV
2'の2段階に分割された形となる。
ZnSe層11までのエネルギバンドを示している。この図
に示すように各層のエネルギレベルは、電極5<P型Ga
As膜35<P型ZnSe層11の順序で高くなっている。従
って、電極5からP型ZnSe層11に至る間のエネルギ障
壁はP型GaAs膜35が介在することにより、ΔV1'、ΔV
2'の2段階に分割された形となる。
【0051】そして、これらΔV1'、ΔV2'の和は、図1
1に示した第1実施例における電極5とP型ZnSe層11
間の電位差ΔV'とほぼ等しいものであるが、この場合
も、電極5、6間のPN接合構造を流れる電流量はエネ
ルギ障壁の高さに対して指数関数的に減少するので、正
孔hが電極5とP型ZnSe層11間のエネルギ障壁を越え
るのに必要な電流を得るための電圧を大きく低下させる
ことができる。
1に示した第1実施例における電極5とP型ZnSe層11
間の電位差ΔV'とほぼ等しいものであるが、この場合
も、電極5、6間のPN接合構造を流れる電流量はエネ
ルギ障壁の高さに対して指数関数的に減少するので、正
孔hが電極5とP型ZnSe層11間のエネルギ障壁を越え
るのに必要な電流を得るための電圧を大きく低下させる
ことができる。
【0052】図14は本実施例及び従来例の電圧/電流
特性を示している。この図から明らかなように、本実施
例では従来例と比較して、同一電位差のエネルギ障壁で
あっても低電圧で必要な電流を得ることができる。従っ
て、本実施例では、III−V族N型半導体層14とII−VI
族半導体膜4間にN型超格子層3を介在させたことによ
って、該III−V族N型半導体層14とII−VI族半導体膜
4間の電位障壁を電子eが乗り越えやすく構成している
ことと相俟って、さらに低電圧で装置を動作させること
ができる。
特性を示している。この図から明らかなように、本実施
例では従来例と比較して、同一電位差のエネルギ障壁で
あっても低電圧で必要な電流を得ることができる。従っ
て、本実施例では、III−V族N型半導体層14とII−VI
族半導体膜4間にN型超格子層3を介在させたことによ
って、該III−V族N型半導体層14とII−VI族半導体膜
4間の電位障壁を電子eが乗り越えやすく構成している
ことと相俟って、さらに低電圧で装置を動作させること
ができる。
【0053】なお、P型GaAs膜35に代えて、該P型Ga
As膜35と同様にエネルギ障壁のレベルがP型ZnSe層1
1と金属電極5の中間レベルとなるP型InGaAs膜を用い
ても同様の作用、効果を得ることができる。
As膜35と同様にエネルギ障壁のレベルがP型ZnSe層1
1と金属電極5の中間レベルとなるP型InGaAs膜を用い
ても同様の作用、効果を得ることができる。
【0054】図15及び図16は本発明の第4実施例を
示している。なお、本実施例で前記第1、第3実施例と
構成及び作用が共通する部分には共通の符号を付して、
重複を避けるためにその説明を省略する。本実施例で
は、II−VI族半導体膜最上層のP型ZnSe層11上に、M
BE成長させたP型GaAs膜35を形成し、さらに該P型
GaAs膜35上に、同様にMBE成長させたP型InGaAs膜
36を形成してあり、その上で該P型InGaAs膜36上に
Au等の金属を蒸着して電極5を形成している。
示している。なお、本実施例で前記第1、第3実施例と
構成及び作用が共通する部分には共通の符号を付して、
重複を避けるためにその説明を省略する。本実施例で
は、II−VI族半導体膜最上層のP型ZnSe層11上に、M
BE成長させたP型GaAs膜35を形成し、さらに該P型
GaAs膜35上に、同様にMBE成長させたP型InGaAs膜
36を形成してあり、その上で該P型InGaAs膜36上に
Au等の金属を蒸着して電極5を形成している。
【0055】上記構成において、電極5、6間に順方向
バイアスを印加すると、電流は電極5、P型InGaAs膜3
6及びP型GaAs膜35を経てII−VI族半導体膜4へと流
れ、該電流によって正孔hが電極5とII−VI族半導体膜
4との間のエネルギ障壁を越えて、半導体P型層13か
ら活性層であるZnCdSe層9へと流れ込む。
バイアスを印加すると、電流は電極5、P型InGaAs膜3
6及びP型GaAs膜35を経てII−VI族半導体膜4へと流
れ、該電流によって正孔hが電極5とII−VI族半導体膜
4との間のエネルギ障壁を越えて、半導体P型層13か
ら活性層であるZnCdSe層9へと流れ込む。
【0056】図16は本実施例における電極5からP型
ZnSe層11までのエネルギバンドを示している。この図
に示すように各層のエネルギレベルは、電極5<P型In
GaAs膜36<P型GaAs膜35<P型ZnSe層11の順に高
くなっている。従って、電極5からP型ZnSe層11に至
る間のエネルギ障壁はP型InGaAs膜36及びP型GaAs膜
35が介在することにより、電位差ΔVa'、ΔVb'、ΔV
c' の3段階に分割された形となるので、前記第3実施
例よりも更に電流が流れやすくなる。
ZnSe層11までのエネルギバンドを示している。この図
に示すように各層のエネルギレベルは、電極5<P型In
GaAs膜36<P型GaAs膜35<P型ZnSe層11の順に高
くなっている。従って、電極5からP型ZnSe層11に至
る間のエネルギ障壁はP型InGaAs膜36及びP型GaAs膜
35が介在することにより、電位差ΔVa'、ΔVb'、ΔV
c' の3段階に分割された形となるので、前記第3実施
例よりも更に電流が流れやすくなる。
【0057】そして、これらの電位差 ΔVa'、ΔVb'、
ΔVc'の和は、図11に示した第1実施例における電極
5とP型ZnSe層11間の電位差ΔV'とほぼ等しいもので
あるが、この場合も、電極5、6間のPN接合構造を流
れる電流量はエネルギ障壁の高さに対して指数関数的に
減少するので、正孔hが電極5とP型ZnSe層11間のエ
ネルギ障壁を越えるのに必要な電流を得るための電圧を
大きく低下させることができる。
ΔVc'の和は、図11に示した第1実施例における電極
5とP型ZnSe層11間の電位差ΔV'とほぼ等しいもので
あるが、この場合も、電極5、6間のPN接合構造を流
れる電流量はエネルギ障壁の高さに対して指数関数的に
減少するので、正孔hが電極5とP型ZnSe層11間のエ
ネルギ障壁を越えるのに必要な電流を得るための電圧を
大きく低下させることができる。
【0058】このように本実施例においても、上記第3
実施例と同様に、III−V族N型半導体層14とII−VI族
半導体膜4間にN型超格子層3を介在させたことによっ
て、該III−V族N型半導体層14とII−VI族半導体膜4
間の電位障壁を電子eが乗り越えやすく構成しているこ
とと相俟って、より一層、低電圧で装置を動作させるこ
とができる。
実施例と同様に、III−V族N型半導体層14とII−VI族
半導体膜4間にN型超格子層3を介在させたことによっ
て、該III−V族N型半導体層14とII−VI族半導体膜4
間の電位障壁を電子eが乗り越えやすく構成しているこ
とと相俟って、より一層、低電圧で装置を動作させるこ
とができる。
【0059】図17及び図18は本発明の第5実施例を
示している。なお、本実施例で前記第1、第3及び第4
実施例と構成及び作用が共通する部分には共通の符号を
付して、重複を避けるためにその説明を省略する。本実
施例では、II−VI族半導体膜最上層のP型ZnSe層11上
に、MBE成長させたP型AlGaAs膜37を形成し、さら
に該P型AlGaAs膜37上に、同様にMBE成長させたP
型GaAs膜35を形成してあり、その上で該P型GaAs膜3
5上にAu等の金属を蒸着して電極5を形成している。
示している。なお、本実施例で前記第1、第3及び第4
実施例と構成及び作用が共通する部分には共通の符号を
付して、重複を避けるためにその説明を省略する。本実
施例では、II−VI族半導体膜最上層のP型ZnSe層11上
に、MBE成長させたP型AlGaAs膜37を形成し、さら
に該P型AlGaAs膜37上に、同様にMBE成長させたP
型GaAs膜35を形成してあり、その上で該P型GaAs膜3
5上にAu等の金属を蒸着して電極5を形成している。
【0060】上記構成において、電極5、6間に順方向
バイアスを印加すると、電流は電極5、P型GaAs膜35
及びP型GaAs膜37を経てII−VI族半導体膜4へと流
れ、該電流によって正孔hが電極5とII−VI族半導体膜
4との間のエネルギ障壁を越えて、半導体P型層13か
ら活性層であるZnCdSe層9へと流れ込む。
バイアスを印加すると、電流は電極5、P型GaAs膜35
及びP型GaAs膜37を経てII−VI族半導体膜4へと流
れ、該電流によって正孔hが電極5とII−VI族半導体膜
4との間のエネルギ障壁を越えて、半導体P型層13か
ら活性層であるZnCdSe層9へと流れ込む。
【0061】図16は本実施例における電極5からP型
ZnSe層11までのエネルギバンドを示している。この図
に示すように各層のエネルギレベルは、電極5<P型Ga
As膜35<P型AlGaAs膜37<P型ZnSe層11の順に高
くなっている。従って、電極5からP型ZnSe層11に至
る間のエネルギ障壁はP型GaAs膜35及びP型AlGaAs膜
37が介在することにより、電位差ΔVd'、ΔVe'、ΔV
f' の3段階に分割された形となるので、前記第4実施
例と同様に電流が流れやすくなる。
ZnSe層11までのエネルギバンドを示している。この図
に示すように各層のエネルギレベルは、電極5<P型Ga
As膜35<P型AlGaAs膜37<P型ZnSe層11の順に高
くなっている。従って、電極5からP型ZnSe層11に至
る間のエネルギ障壁はP型GaAs膜35及びP型AlGaAs膜
37が介在することにより、電位差ΔVd'、ΔVe'、ΔV
f' の3段階に分割された形となるので、前記第4実施
例と同様に電流が流れやすくなる。
【0062】そして、これらΔVd'、ΔVe'、ΔVf'の和
は、図11に示した第1実施例における電極5とP型Zn
Se層11間の電位差ΔV'とほぼ等しいものであるが、こ
の場合も、前記第3及び第4実施例と同様に、電極5、
6間のPN接合構造を流れる電流量はエネルギ障壁の高
さに対して指数関数的に減少するので、正孔hが電極5
とP型ZnSe層11間のエネルギ障壁を越えるのに必要な
電流を得るための電圧を大きく低下させることができ
る。
は、図11に示した第1実施例における電極5とP型Zn
Se層11間の電位差ΔV'とほぼ等しいものであるが、こ
の場合も、前記第3及び第4実施例と同様に、電極5、
6間のPN接合構造を流れる電流量はエネルギ障壁の高
さに対して指数関数的に減少するので、正孔hが電極5
とP型ZnSe層11間のエネルギ障壁を越えるのに必要な
電流を得るための電圧を大きく低下させることができ
る。
【0063】従って、本実施例においても、III−V族N
型半導体層14とII−VI族半導体膜4間にN型超格子層
3を介在させたことによって、該III−V族N型半導体層
14とII−VI族半導体膜4間の電位障壁を電子eが乗り
越えやすく構成していることと相俟って、より一層、低
電圧で装置を動作させることができる。
型半導体層14とII−VI族半導体膜4間にN型超格子層
3を介在させたことによって、該III−V族N型半導体層
14とII−VI族半導体膜4間の電位障壁を電子eが乗り
越えやすく構成していることと相俟って、より一層、低
電圧で装置を動作させることができる。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるとき
は、PN接合構造を有する ZnCdSSe系またはMgZnCdSSe
系のII−VI族半導体膜を、GaAs基板に直接、または該Ga
As基板と同一導電型のIII−V族半導体膜上に成長し、該
II−VI族半導体膜とGaAs基板またはIII−V族半導体膜と
の間に、両者の中間のエネルギレベルとなるZnSe−AlGa
As超格子層を介在させたものとしたので、単一の大きな
エネルギ障壁を存する従来構成のものと比較してN型基
板を用いたもの、あるいはP型基板を用いたもののいず
れの場合も、電流が流れやすくなる。
は、PN接合構造を有する ZnCdSSe系またはMgZnCdSSe
系のII−VI族半導体膜を、GaAs基板に直接、または該Ga
As基板と同一導電型のIII−V族半導体膜上に成長し、該
II−VI族半導体膜とGaAs基板またはIII−V族半導体膜と
の間に、両者の中間のエネルギレベルとなるZnSe−AlGa
As超格子層を介在させたものとしたので、単一の大きな
エネルギ障壁を存する従来構成のものと比較してN型基
板を用いたもの、あるいはP型基板を用いたもののいず
れの場合も、電流が流れやすくなる。
【0065】そして、請求項3のZnSe−AlGaAs超格子層
の構成、即ちZnSeとAlGaAsとを一定の膜厚比で交互に積
層状に成長させたものでは、段階的に小さい電位障壁が
存在する形となってバンド不連続が小さくなる。
の構成、即ちZnSeとAlGaAsとを一定の膜厚比で交互に積
層状に成長させたものでは、段階的に小さい電位障壁が
存在する形となってバンド不連続が小さくなる。
【0066】また、請求項4のZnSe−AlGaAs超格子層の
構成、即ちII−VI族半導体膜に近づくほどZnSeの膜厚が
大きく、GaAs基板またはIII−V族半導体膜に近づくほど
AlGaAsの膜厚が大きくなるように膜厚比を連続的に変化
させて交互に積層状に成長させたものでは、エネルギバ
ンドはGaAs基板またはIII−V族半導体膜とII−VI族半導
体膜との間で連続的に変化することとなり、両者間のバ
ンド不連続が殆ど存在しなくなるため、更に電流が流れ
やすくなる。
構成、即ちII−VI族半導体膜に近づくほどZnSeの膜厚が
大きく、GaAs基板またはIII−V族半導体膜に近づくほど
AlGaAsの膜厚が大きくなるように膜厚比を連続的に変化
させて交互に積層状に成長させたものでは、エネルギバ
ンドはGaAs基板またはIII−V族半導体膜とII−VI族半導
体膜との間で連続的に変化することとなり、両者間のバ
ンド不連続が殆ど存在しなくなるため、更に電流が流れ
やすくなる。
【0067】従って、同一電位差のエネルギ障壁であっ
ても、電子または正孔がGaAs基板またはIII−V族半導体
膜とII−VI族半導体膜との間の障壁電位を越えるのに必
要な電流を得るための電圧を、従来に比べて大きく低下
させることができる。
ても、電子または正孔がGaAs基板またはIII−V族半導体
膜とII−VI族半導体膜との間の障壁電位を越えるのに必
要な電流を得るための電圧を、従来に比べて大きく低下
させることができる。
【0068】また、II−VI族半導体膜が、N型GaAs
基板または該GaAs基板上に成長したN型III−V族半
導体膜上に形成されたPN接合構造を備えたものにおい
て、II−VI族半導体膜と電極間に両者の中間レベルのエ
ネルギバンドをもつP型膜を介在させると、同一電位差
のエネルギ障壁であっても、正孔が電極と半導体P型層
との間のエネルギ障壁を越えるのに必要な電流を得るた
めの電圧を従来と比べて大きく低下させることができ
る。
基板または該GaAs基板上に成長したN型III−V族半
導体膜上に形成されたPN接合構造を備えたものにおい
て、II−VI族半導体膜と電極間に両者の中間レベルのエ
ネルギバンドをもつP型膜を介在させると、同一電位差
のエネルギ障壁であっても、正孔が電極と半導体P型層
との間のエネルギ障壁を越えるのに必要な電流を得るた
めの電圧を従来と比べて大きく低下させることができ
る。
【0069】このように本発明では、III−V族半導体上
にII−VI族半導体を成長させた半導体発光装置におい
て、両者間に超格子層を介在させることによって、電圧
/電流特性が小さな電圧で必要な電流が流れるように改
善されるので、消費電力及び発熱量を効果的に抑制する
ことができるので、半導体発光装置全体の温度特性の改
善を図ることができ、また、装置の劣化速度も抑えられ
て、製品寿命も長くなる等の優れた効果を発揮するもの
となった。
にII−VI族半導体を成長させた半導体発光装置におい
て、両者間に超格子層を介在させることによって、電圧
/電流特性が小さな電圧で必要な電流が流れるように改
善されるので、消費電力及び発熱量を効果的に抑制する
ことができるので、半導体発光装置全体の温度特性の改
善を図ることができ、また、装置の劣化速度も抑えられ
て、製品寿命も長くなる等の優れた効果を発揮するもの
となった。
【0070】また、装置の動作時における発熱が抑制さ
れることによって、III−V族半導体とII−VI族半導体と
の間の熱膨張係数の差による歪みも緩和することでき
る。
れることによって、III−V族半導体とII−VI族半導体と
の間の熱膨張係数の差による歪みも緩和することでき
る。
【図1】 本発明の第1実施例の構成を模式的に示す断
面図。
面図。
【図2】 そのIII−V族半導体層とII−VI族半導体膜間
のエネルギバンドの状態を模式的に示す特性図。
のエネルギバンドの状態を模式的に示す特性図。
【図3】 N型超格子層を模式的に示す部分拡大図。
【図4】 図2におけるIV部を模式的に示す部分拡大
図。
図。
【図5】 電子がエネルギギャップを乗り越える状態を
模式的に示す図。
模式的に示す図。
【図6】 本発明の第2実施例の構成を模式的に示す断
面図。
面図。
【図7】 そのIII−V族半導体層とII−VI族半導体膜間
のエネルギバンドの状態を模式的に示す特性図。
のエネルギバンドの状態を模式的に示す特性図。
【図8】 P型超格子層を模式的に示す部分拡大図。
【図9】 図7におけるIX部を模式的に示す部分拡大
図。
図。
【図10】 正孔がエネルギギャップを乗り越える状態
を模式的に示す図。
を模式的に示す図。
【図11】 電極とII−VI族半導体膜間のエネルギバン
ドの状態を模式的に示す特性図。
ドの状態を模式的に示す特性図。
【図12】 本発明の第3実施例の構成を模式的に示す
断面図。
断面図。
【図13】 第3実施例における正孔がエネルギギャッ
プを乗り越える状態を模式的に示す図。
プを乗り越える状態を模式的に示す図。
【図14】 第3実施例と従来例との電圧/電流特性を
比較して示す線図。
比較して示す線図。
【図15】 本発明の第4実施例の構成を模式的に示す
断面図。
断面図。
【図16】 第4実施例における正孔がエネルギギャッ
プを乗り越える状態を模式的に示す図。
プを乗り越える状態を模式的に示す図。
【図17】 本発明の第5実施例の構成を模式的に示す
断面図。
断面図。
【図18】 第5実施例における正孔がエネルギギャッ
プを乗り越える状態を模式的に示す図。
プを乗り越える状態を模式的に示す図。
【図19】 一般的な半導体レーザの構成及びそれに対
応するエネルギバンドの状態を模式的に示す図。
応するエネルギバンドの状態を模式的に示す図。
【図20】 従来例の構成を模式的に示す断面図。
【図21】 そのIII−V族基板とII−VI族PN接合層間
のエネルギバンドの状態を模式的に示す特性図。
のエネルギバンドの状態を模式的に示す特性図。
1 N型GaAs基板 2 N型AlGaAs膜 3 N型ZnSe−AlGaAs超格子層 4 II−VI族半導体膜 5 電極 6 電極 9 活性層 12 半導体N型層 13 半導体P型層 14 III−V族N型半導体層 21 P型GaAs基板 22 P型AlGaAs膜 23 P型ZnSe−AlGaAs超格子層 24 II−VI族半導体膜 25 電極 26 電極 32 半導体P型層 33 半導体N型層 34 III−V族N型半導体層 35 P型GaAs膜 36 P型InGaAs膜 37 P型AlGaAs膜
───────────────────────────────────────────────────── 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5−218565(JP,A) 特開 平6−97598(JP,A) 特開 平5−21893(JP,A) 特開 平5−21892(JP,A) 特開 平1−296687(JP,A) 特開 平6−224230(JP,A) 特開 平1−272179(JP,A) 特開 平1−145883(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 C30B 29/68 H01L 21/12 H01L 33/00
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体N型層と半導体P型層とを活性層
を挟んで積層状に配してなる半導体膜を、GaAs基板に直
接、または該GaAs基板上に成長した該GaAs基板と同一導
電型のIII−V族半導体膜上に成長し、さらに前記半導体
膜とGaAs基板の互いに対向する外表面にそれぞれ電極を
形成した半導体発光装置において、前記半導体膜をZnCd
SSe系またはMgZnCdSSe系のII−VI族半導体により形成す
るとともに、該II−VI族半導体膜と前記GaAs基板または
III−V族半導体膜との間に、前記GaAs基板と同一導電型
のZnSeとAlGaAsとにより構成されるZnSe−AlGaAs超格子
層を介在させたことを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項2】 III−V族半導体膜はGaAs基板上に成長し
たAlGaAsにより形成されている請求項1の半導体発光装
置。 - 【請求項3】 ZnSe−AlGaAs超格子層は、ZnSeとAlGaAs
とを一定の膜厚比で交互に積層状に成長させたものであ
る請求項1の半導体発光装置。 - 【請求項4】 ZnSe−AlGaAs超格子層は、II−VI族半導
体膜に近づくほどZnSeの膜厚が大きく、GaAs基板または
III−V族半導体膜に近づくほどAlGaAsの膜厚が大きくな
るように膜厚比を連続的に変化させて交互に積層状に成
長させたものである請求項1の半導体発光装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14222493A JP3318391B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 半導体発光装置 |
US08/258,681 US5521396A (en) | 1993-06-14 | 1994-06-13 | Semiconductor light emitting device |
EP94109047A EP0631356B1 (en) | 1993-06-14 | 1994-06-13 | Semiconductor light emitting device |
DE69420202T DE69420202T2 (de) | 1993-06-14 | 1994-06-13 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14222493A JP3318391B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06350204A JPH06350204A (ja) | 1994-12-22 |
JP3318391B2 true JP3318391B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=15310307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14222493A Expired - Fee Related JP3318391B2 (ja) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | 半導体発光装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5521396A (ja) |
EP (1) | EP0631356B1 (ja) |
JP (1) | JP3318391B2 (ja) |
DE (1) | DE69420202T2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07231142A (ja) * | 1994-02-18 | 1995-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光素子 |
US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
DE29511927U1 (de) * | 1995-07-24 | 1997-01-09 | THERA Patent GmbH & Co. KG Gesellschaft für industrielle Schutzrechte, 82229 Seefeld | Lichtpolymerisationsgerät |
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