JP3708213B2 - Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクなどに用いられる半導体レーザや発光ダイオードなどの半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
ZnSe系II-VI族化合物半導体は、直接遷移型で広いバンドギャップをもつ半導体材料であることから、近年、この材料を用いて、青色のレーザ光を発する半導体レーザ(以下、「青色半導体レーザ」と称する)の開発が活発に行われている。図13は、ZnSe系II-VI族半導体材料を用いた従来の青色半導体レーザ1300の構造の一例を示す断面図である。
【0003】
具体的には、Siをドープしたn型GaAs基板131の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層132、Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層133、Clをドープしたn型ZnSSe光導波層134、ZnCdSe活性層135、Nをドープしたp型ZnSSe光導波層136、及び、Nをドープしたp型ZnMgSSeクラッド層137が、順次積層されている。p型ZnMgSSeクラッド層137は、その一部がストライプ状の形状を有するように形成されており、そのストライプ部分の上には、Nをドープしたp型ZnTeコンタクト層138が形成されている。一方、ストライプ部分以外のp型ZnMgSSeクラッド層137の上には、ストライプ部分を両側から挟み込むように多結晶SiO2埋込層139が設けられている。さらに、p型ZnTeコンタクト層138及び多結晶SiO2埋込層139の上には、p型AuPd電極1310が設けられている。一方、n型GaAs基板131の下には、n型In電極1311が設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構造を有する従来の青色半導体レーザ1300には、以下のような解決すべき課題が存在している。
【0005】
第1に、従来の青色半導体レーザ1300で用いられている多結晶SiO2埋込層139は、化学蒸着法等によって形成される。しかし、一般にZnSe系II-VI族化合物半導体材料の結晶成長温度は、約250℃と非常に低い。そのために、ZnSe系II-VI族化合物半導体材料からなる層の形成後に行われる多結晶SiO2埋込層139の形成工程において、先に形成されているZnSe系II-VI族化合物半導体層の結晶劣化を生じさせないためには、ZnSe系II-VI族化合物半導体層の成長温度よりも低い温度で、多結晶SiO2埋込層139を形成しなければならない。
【0006】
しかし、このような低温で形成されたSiO2は、ポーラスな多結晶となる。その結果、ZnSe層などに対する密着性がきわめて悪くなり、容易にはがれなどを生じる。従って、絶縁埋込層としてSiO2を用いることには問題が多い。また、多結晶SiO2埋込層139をエッチングにおけるマスクとして用いる場合も、密着性の悪さやそのポーラスな性質からサイドエッチなどを生じやすく、マスク材としての利用価値も低い。
【0007】
第2に、多結晶SiO2の熱伝導率は大変低いため、発生した熱の放散が効率的になされない。その結果、レーザ発振のしきい値を増大させるとともに、発光素子の寿命も短くなる。
【0008】
本発明は、上記課題を鑑みて行われたものであり、その目的は、(1)II-VI族半導体レーザ構造のエピタキシャル層の上で密着性良く形成され、熱伝導率が高いとともに光閉じ込めに利用可能な低屈折率を有する材料を用いて埋込層を形成する半導体発光素子、ならびに(2)そのような半導体発光素子の製造方法、を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光素子は、II-VI族半導体エピタキシャル層と、該II-VI族半導体エピタキシャル層の上に設けられたZnO層と、該ZnO層上にZnO以外の酸化物XO層(絶縁物層)または亜鉛化合物ZnX層と、を備えており、そのことによって上記目的が達成される。ある実施形態では、前記II-VI族半導体エピタキシャル層がレーザ構造である。
【0010】
本発明の他の局面によれば、半導体発光素子が、II-VI族化合物半導体でできている活性層と、該活性層を上下から挟み込むように設けられ、II-VI族化合物半導体でできている第1のクラッド層及び第2のクラッド層と、該第1のクラッド層の上に形成されているZnO埋込層と、該ZnO層上にZnO以外の酸化物XO層(絶縁物層)または亜鉛化合物ZnX層と、を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【0011】
本発明のさらに他の局面によれば、半導体発光素子が、基板と、該基板の上に順次エピタキシャル成長された、それぞれII-VI族化合物半導体からなるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、及びp型コンタクト層と、を備え、該p型コンタクト層はストライプ状に形成されており、該p型クラッド層のうちで該ストライプ状p型コンタクト層の両側に位置する部分の上には、ZnOとZnO以外の酸化物XO層または亜鉛化合物ZnX層とからなる埋込層がさらに形成されていて、そのことによって上記目的が達成される。
【0012】
本発明のさらに他の局面によれば、半導体発光素子が、II-VI族半導体エピタキシャル層を備え、該II-VI族半導体エピタキシャル層が酸素原子を1×1014cm-3以上含有する埋込層をさらに含んでいて、該埋込層上に酸化物XO層または亜鉛化合物ZnX層を備えており、そのことによって上記目的が達成される。ある実施形態では、前記II-VI族半導体エピタキシャル層がレーザ構造である。
【0013】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、II-VI族半導体エピタキシャル層の上にプラズマ化した酸素を用いてZnO層を形成する工程を包含しており、そのことによって上記目的が達成される。
【0014】
本発明の他の局面によれば、半導体発光素子の製造方法が、NO3化合物を含有する溶媒の中に金属部材及びII-VI族半導体部材を浸し、該金属部材を正電極ならびに該II-VI族半導体部材を負電極として両部材の間に電圧を印加して、それによって該II-VI族半導体部材の表面にZnO層を形成する工程を包含しており、そのことによって上記目的が達成される。
【0015】
本発明のさらに他の局面によれば、半導体発光素子の製造方法が、基板の上にそれぞれII-VI族化合物半導体からなるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、及びp型コンタクト層を、順次エピタキシャル成長する工程と、該p型コンタクト層をストライプ状にエッチングする工程と、該p型クラッド層のうちで該ストライプ状p型コンタクト層の両側に位置する領域の上に、ZnOとZnO以外の酸化物XO層または亜鉛化合物ZnX層とからなる埋込層を形成する工程と、を包含しており、そのことによって上記目的が達成される。ある実施形態では、前記埋込層の形成工程でプラズマ化した酸素を用いる。他の実施形態では、前記埋込層の形成工程で、NO3化合物を含有する溶媒の中に金属部材及びII-VI族半導体部材を浸し、該金属部材を正電極ならびに該II-VI族半導体部材を負電極として両部材の間に電圧を印加して、それによって該II-VI族半導体部材の表面にZnO層を形成して、該ZnO層を該埋込層とする。
【0016】
本発明のさらに他の局面によれば、半導体発光素子が、II-VI族化合物半導体でできている活性層と、該活性層を上下から挟み込むように設けられ、該II-VI族化合物半導体でできている上部クラッド層及び下部クラッド層と、該上部クラッド層の上に形成された酸素イオンが注入されている埋込層と、該埋込層上に酸化物XO層または亜鉛化合物ZnX層と、を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【0017】
本発明のさらに他の局面によれば、半導体発光素子が、基板と、該基板の上に順次エピタキシャル成長された、それぞれII-VI族化合物半導体からなるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、及びp型コンタクト層と、を備え、該p型コンタクト層はストライプ状に形成されており、該p型クラッド層のうちで該ストライプ状p型コンタクト層の両側に位置する部分の上には、酸素イオンが注入されている埋込層がさらに形成されていて、該埋込層上に酸化物XO層または亜鉛化合物ZnX層そのことによって上記目的が達成される。
【0018】
本発明のさらに他の局面によれば、半導体発光素子の製造方法が、II-VI族半導体エピタキシャル層の所定の領域に酸素イオンを注入して埋込層を形成する工程を包含しており、そのことによって上記目的が達成される。
【0019】
本発明のさらに他の局面によれば、半導体発光素子の製造方法が、基板の上にそれぞれII-VI族化合物半導体からなるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、及びp型コンタクト層を、順次エピタキシャル成長する工程と、該p型コンタクト層をストライプ状にエッチングする工程と、該p型クラッド層のうちで該ストライプ状p型コンタクト層の両側に位置する所定の領域に酸素イオンを注入して埋込層を形成する工程と、該埋込層上に酸化物XO層または亜鉛化合物ZnX層を形成する工程と、を包含しており、そのことによって上記目的が達成される。
【0020】
具体的には、本発明では、青色半導体レーザ構造に含まれるII-VI族半導体エピタキシャル構造の上にZnO層を形成し、その上にZnO以外の酸化物XO層または亜鉛化合物ZnX層を形成し、それを絶縁埋込層とする。このZnO層は、例えば、プラズマ化した酸素を用いることにより形成することができる。或いは、NO3化合物を含有する溶媒の中に金属部材及びII-VI族半導体部材を浸し、金属部材を正電極ならびにII-VI族半導体部材を負電極として両部材の間に電圧を印加して、それによってII-VI族半導体部材の表面にZnO層を形成することもできる。
【0021】
或いは、本発明によれば、青色半導体レーザ構造に含まれるII-VI族半導体エピタキシャル構造中に酸素を1×1014cm-3以上含有した層を設けて、その上に酸化物XO層または亜鉛化合物ZnX層を形成して、それを絶縁埋込層とすることもできる。この場合には、加速酸素イオンを用いて酸素を添加することができる。
【0022】
以下、作用について説明する。
本発明で絶縁埋込層の材料として使用するZnO層は、II-VI族化合物半導体材料の一つであって、ZnSe、ZnSSe、ZnMgSSeなどの材料に対する密着性が極めて良い。また酸化物であるためAl2O3やSiO2などの酸化物に対する密着性も良い。また、耐酸性及び耐酸化性に優れている。さらに、吸水性がほとんどなく、形状や寸法の安定性に優れている。
【0023】
また、ZnOは、熱伝導性が極めて良く、その熱伝導率の値はSiO2の値の約30倍近い。従って、ZnOを絶縁埋込層として用いることにより、活性層で発生した熱が、ZnO絶縁埋込層を通して効率的に放散される。
【0024】
さらに、ZnOは、ZnSe、ZnSSe、ZnMgSSeなどに比べて屈折率が低いが、その差は適切な範囲である。
【0025】
具体的には、例えばクラッド層の屈折率が典型的には約2.5〜2.6であるのに対して、絶縁埋込層を構成するZnO層の屈折率は約2.2である。クラッド層と絶縁埋込層との間に存在する屈折率差がこの程度の値である場合には、クラッド層のストライプ部分の幅を5〜10μm程度にまで大きくしても、単一横モードレーザ発振が良好に実現される。これに対して、従来のSiO2による絶縁埋込層では屈折率が約1.4であって、クラッド層との間の屈折率差が大きい。そのため、安定した単一横モードレーザ発振を実現するためには、クラッド層に形成するストライプ幅を2μm程度にまで小さくしなければならない。しかし、そのような小さい幅のストライプの形成は、困難を伴う。
【0026】
このように、ZnO層からなる絶縁埋込層は、横方向の光閉込め層として有効に機能する。
【0027】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【0028】
図1は、本発明の第1の実施形態による、ZnSe系II-VI族半導体を用いた青色半導体レーザ100の構造を示す断面図である。
【0029】
半導体レーザ100では、Siをドープしたn型GaAs基板11の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層12(厚さ0.03μm)、Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層13(Zn0.9Mg0.1S0.1Se0.9、厚さ1.0μm)、Clをドープしたn型ZnSSe光導波層14(ZnS0.06Se0.94、厚さ0.12μm)、ZnCdSe活性層15(Zn0.8Cd0.2Se、厚さ0.006μm)、及び、Nをドープしたp型ZnSSe光導波層16(ZnS0.06Se0.94、厚さ0.12μm)が、順次積層されている。
【0030】
p型ZnSSe光導波層16の上には、p型ZnMgSSeクラッド層17が、その一部がストライプ状の形状を有するように形成されており、そのストライプ部分の上には、Nをドープしたp型ZnTeコンタクト層18が形成されている。一方、ストライプ部分以外のp型ZnMgSSeクラッド層17の上には、ストライプ部分を両側から挟み込むように多結晶ZnOとAl2O3との積層構造でなる埋込層19が設けられている。さらに、p型ZnTeコンタクト層18及び多結晶ZnO19z(2000A)とAl2O319a(2000A)の積層構造の埋込層19の上には、p型AuPd電極110が設けられている。一方、n型GaAs基板11の下には、n型In電極111が設けられている。
【0031】
以上のように積層される各層のうちで、n型ZnSeエピタキシャル層12は、GaAs基板11には格子整合しないが、GaAs基板11とII-VI族半導体材料から構成される上部構造との間のバッファ層として機能する。一方、n型ZnSeエピタキシャル層12の上に積層されるn型ZnMgSSeクラッド層13及びn型ZnSSe光導波層14は、GaAs基板11と格子整合している。また、n型ZnSSe光導波層14の上に積層されるZnCdSe活性層15は、GaAs基板11に格子整合しないが、その厚さが0.006μmと薄く臨界膜厚以下であるので、格子不整合に起因する転位は発生しない。
【0032】
このように、本実施形態の半導体レーザ100では、多結晶ZnOとAl2O3とからなる積層構造でなる埋込層19が設けられて、電流狭窄及び光閉込めの役割を担っている。ZnOおよびAl2O3は熱放散が良いことから、しきい値電流密度の低減と素子の長寿命化が実現できる。また、効果的な光閉込めにより、単一横モードレーザ発振が得られる。
【0033】
なお、本実施形態では埋込層19を多結晶のZnOとAl2O3から構成しているが、単結晶のZnOとAl2O3で構成しても同様の効果を得ることができる。またAl2O3のかわりにSiO2、 ZnO、TiO2、ZrO2などの酸化物を用いても同様の効果を得ることができる。要は、絶縁物層であればよい。さらにAl2O3のかわりにZnS、ZnSe、ZnTeなどの亜鉛化合物を用いても同様の効果を得ることができる。
【0034】
さらに、以上の説明では埋込層19の材料としてZnOを用いているが、或いは多結晶ZnSを埋込層19の材料として用いることもできる。但し、多結晶ZnSは吸水性が強く、吸水による変質を起こしやすい。また、材料強度的にもろいことから、ZnSeなどに対する密着性が悪い。従って、絶縁埋込層やエッチングマスク材料としての利用価値も、あまり高いとは言えない。それに対して、以上で説明した本実施形態のように埋込層19をZnOから構成することで、吸水性が低く、またII-VI族化合物半導体材料に対する密着性がよい埋込層19を得ることができて、しきい値が低い半導体レーザを実現することができる。
【0035】
次に、本実施形態における半導体レーザ100の製造工程の一例を、図2(a)〜図2(e)を参照して説明する。以下に説明する本実施形態における製造工程では、ZnSe系II-VI族半導体材料の成長方法として、分子線エピタキシー法を用いている。
【0036】
まず、図2(a)に示すようにn型GaAs基板11を用意して、図2(b)に示すようにGaAs基板11の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層12、Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層13、Clをドープしたn型ZnSSe光導波層14、ZnCdSe活性層15、Nをドープしたp型ZnSSe光導波層16、Nをドープしたp型ZnMgSSeクラッド層17、そしてNをドープしたp型ZnTeコンタクト層18を、順次エピタキシャル成長する。
【0037】
次に、フォトリソグラフ法によってストライプ状のレジスト112のパターンを、エピタキシャル成長で得られたエピタキシャル層の上、具体的には最上層のp型ZnTeコンタクト層18の上に形成し、それをマスクとして用いて、エピタキシャル層をストライプ状にエッチングする。具体的には、図2(c)に示すように、レジストマスク112で覆われていない領域で、Nをドープしたp型ZnMgSSeクラッド層17とNをドープしたp型ZnTeコンタクト層18とを飽和臭素水液を用いてエッチングする。エッチャントは、飽和臭素水:燐酸:水=1:2:3の混合溶液である。
【0038】
その後、スパッタ法を用いて、室温でウエハ全面にZnO層そして次にAl2O3層を蒸着して、埋込層19を形成する。多結晶ZnOとAl2O3との積層構造でなる埋込層19を形成後に、アセトンによるリフトオフを用いて、レジスト層112及びレジスト層112の上に堆積したZnOとAl2O3層を除去する(図2(d)参照)。そして、その後に、ウエハの上面の全体に渡って、蒸着法を用いて図2(e)に示すようにp型AuPd電極110を形成する。さらに、その後、GaAs基板11の裏面側に、やはり蒸着法によってn型In電極111を堆積する。これによって、半導体レーザ100が形成される。
【0039】
以上の説明では、ZnOとAl2O3層の形成にスパッタ法を用いているが、プロセス温度が十分に低い場合でもZnOとAl2O3層の堆積速度を大きくするためには、プラズマ化した酸素をスパッタ装置に導入することが効果的である。図3は、プラズマ化した酸素を用いてZnOとAl2O3層を形成する際に用いられる装置300の概略図を示す。
【0040】
図3の構成において、真空容器30の中に設けられた電極36の上に、II-VI族半導体材料のウエハ31を配置する。また、ウエハ31に相対するように、他の電極37の上にZnOまたはAl2O3ターゲット32を配置する。さらに、真空容器30には、アルゴンガス導入管33、酸素ガス導入管34、及び排気系35が設けられている。
【0041】
具体的には、ZnOまたはAl2O3ターゲット32をウエハ31に対して負電位に保った状態で、真空容器30の中に導入した放電ガス、例えばArガスを減圧して、放電を起こす。これによって、Arイオンを、負電位に保ってあるZnOまたはAl2O3ターゲット32に向かって加速衝突させる。この衝突で、ターゲット32から離脱したZnOまたはAl2O3がその近くに位置するII-VI族半導体ウエハ(基板)31の上に堆積する。
【0042】
図3に示す装置300の構成では、アルゴンガス導入管33からArガスを真空容器30の中に導入すると同時に、酸素ガス導入管34より酸素を真空容器30の中に導入する。放電によってプラズマ化した酸素は、II-VI族半導体基板31の上に堆積するZnOまたはAl2O3膜の中に取り込まれる。これによって、堆積されるZnOまたはAl2O3膜の中の酸素の抜けを防ぐことができ、良質なZnOまたはAl2O3膜を得ることができる。さらに、低いプロセス温度においても、従来技術の堆積方法に比べて、ZnOまたはAl2O3膜の堆積速度は数倍程度増加する。
【0043】
以上で説明した本発明の第1の実施形態の製造方法においては、ZnO膜の形成にスパッタ法を用いているが、電気化学的にII-VI族半導体基板を酸化してZnO膜を得る方法も有効である。
【0044】
図4は、ZnO膜の電気化学的な形成に用いられる装置400の概略図である。
電解液42の中に、II-VI族半導体ウエハ(基板)41と電極43とを浸す。電解液42としては、エチレングリコール或いはN-メチルアセトアミドなどの溶媒に、KNO3或いはNH4NO3などの塩を加えたものを用いる。そして、II-VI族半導体基板41を負電極とし、白金などの金属からなる電極43を正電極として、両電極41及び43の間に電圧を印加し、半導体基板41の表面を酸化する。
【0045】
その酸化の機構は、ZnSeとZnOとの界面を離れたZnイオンがZnO膜中を電界で移動拡散し、酸化膜の表面で酸素と反応するものである。酸化膜の成長速度は回路を流れる電流密度にほぼ比例する。従って、一定電流で酸化する場合には、両電極41及び43の間の電圧が次第に上昇してZnO膜の絶縁破壊が起こるため、成長できる膜厚に制限がある。典型的には、約200nm程度が限界である。
【0046】
この方法により、II-VI族半導体基板41にダメージを与えることなく、室温で良質のZnO膜を形成することができる。
【0047】
(第2の実施の形態)
以下に、本発明の第2の実施形態を図面を参照して説明する。
【0048】
図5は、ZnSe系II-VI族半導体を用いた本実施形態の青色半導体レーザ500の構造を示す断面図である。
【0049】
半導体レーザ500では、Siをドープしたn型GaAs基板51の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層52、Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層53、Clをドープしたn型ZnSSe光導波層54、ZnCdSe活性層55、Nをドープしたp型ZnSSe光導波層56、及び、Nをドープしたp型ZnMgSSeクラッド層57が、順に積層されている。
【0050】
p型ZnMgSSeクラッド層57は、その一部がストライプ状の形状を有するように形成されており、そのストライプ部分の上には、Nをドープしたp型ZnTeコンタクト層58が形成されている。一方、ストライプ部分以外のp型ZnMgSSeクラッド層57の上には、ストライプ部分を両側から挟み込むように酸素をイオン注入した埋込層59が設けられている。そして酸素をイオン注入した埋込層59上にAl2O3層514が形成されている。さらに、p型ZnTeコンタクト層58及び埋込層59および514の上には、p型AuPd電極510が設けられている。一方、n型GaAs基板51の下には、n型In電極511が設けられている。
【0051】
このように、本実施形態の半導体レーザ500では、酸素をイオン注入した層59とAl2O3層514とを埋込層として設けて、電流狭窄及び光閉込めの役割を担っている。このような層は熱放散が良いことから、しきい値電流密度の低減と素子の長寿命化が実現できる。
【0052】
また、第1の実施形態におけるZnO層による埋込層の場合と同様に、クラッド層に対して適切な範囲の屈折率の差を確保することができる。これによって、効果的な光閉込めが実現されて、良好な単一横モードレーザ発振が得られる。
【0053】
なお、本実施形態では埋込層514を多結晶のAl2O3から構成しているが、単結晶のAl2O3で構成しても同様の効果を得ることができる。またAl2O3のかわりにSiO2、 ZnO、TiO2、ZrO2などの酸化物を用いても同様の効果を得ることができる。さらにAl2O3のかわりにZnS、ZnSe、ZnTeなどの亜鉛化合物を用いても同様の効果を得ることができる。
【0054】
本構造の半導体レーザ500では、波長約500nmにおいて、室温での連続発振が実現される。図6は、クラッド層57のストライプ幅が5μmである場合について、室温で連続発振した場合に得られる電流−光出力特性のグラフの一例である。
【0055】
次に、本実施形態における半導体レーザ500の製造工程の一例を、図7(a)〜図7(d)を参照して説明する。以下に説明する本実施形態における製造工程では、ZnSe系II-VI族半導体材料の成長方法として、分子線エピタキシー法を用いている。
【0056】
まず、図7(a)に示すようにn型GaAs基板51を用意して、図7(b)に示すようにGaAs基板51の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層52、Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層53、Clをドープしたn型ZnSSe光導波層54、ZnCdSe活性層55、Nをドープしたp型ZnSSe光導波層56、Nをドープしたp型ZnMgSSeクラッド層57、そしてNをドープしたp型ZnTeコンタクト層58を、順次エピタキシャル成長する。
【0057】
次に、フォトリソグラフ法によってストライプ状のレジスト512のパターンを、エピタキシャル成長で得られたエピタキシャル層の上、具体的には最上層のp型ZnTeコンタクト層58の上に形成し、それをマスクとして用いて、図7(c)に示すように、エピタキシャル層に酸素イオン513を注入する。
【0058】
その後、スパッタ法を用いて、室温でウエハ全面にAl2O3層514を蒸着し形成する。多結晶Al2O3層514を形成後に、アセトンによるリフトオフを用いて、レジスト層512及びレジスト層512の上に堆積したAl2O3層514を除去する(図7(d)参照)。そして、その後に、ウエハの上面の全体に渡って、蒸着法を用いて図7(d)に示すようにp型AuPd電極510を形成する。さらに、その後、GaAs基板51の裏面側に、やはり蒸着法によってn型In電極511を堆積する。これによって、半導体レーザ500が形成される。
【0059】
イオン注入条件は、例えば、加速電圧90V、ドーズ量1×1013cm-2に設定する。この場合に、LSS理論から計算される飛程は、Rp=0.14μmである。これによって、p型ZnMgSSeクラッド層57及びp型ZnTeコンタクト層58のうちでレジスト512で覆われていない部分に酸素イオン513が注入されて、注入層59が形成される。
【0060】
ZnSe系II-VI族半導体に酸素をイオン注入する場合、ドーズ量は1×1014cm-2以下であり、かつ5×1012cm-2以上であることが望ましい。この範囲のドーズ量であれば、深さ2Rp(0.28μm)の領域における酸素不純物濃度は1×1014cm-3以上となり、この領域は高抵抗になる。しかし、この範囲より大きなドーズ量においては、II-VI族半導体材料に特有の照射損傷欠陥による活性層への影響が大きくなり、レーザ発振を得ることが困難である。また、この範囲より小さなドーズ量においては、高抵抗化が困難となり、絶縁埋込層として用いることができなくなる。
【0061】
図8には、酸素をイオン注入した層59の絶縁性を示す目的で、その層59における電流−電圧特性を示している。これより、−20V〜+20Vの範囲の電圧を層59に印加しても全く電流は流れず、有効な絶縁性を有していることがわかる。なお、本実施形態では、イオン注入後に275℃で10分間の熱処理を行なうが、これはドーズ量によっては省略可能である。
【0062】
(第3の実施の形態)
青緑色半導体レーザにおいては、高密度光ディスクメモリやレーザプリンタへの適用のためには、非点隔差が小さく安定した基本横モードレーザ発振の実現が要求される。埋め込みリッジ構造におけるインデックスガイド効果は、そのような特性を実現するために効果的である。以下では、本発明の第3の実施形態として、ZnO埋込層を用いてビーム非点隔差を小さくし、安定した横モードレーザ発振を実現した、実インデックスガイド型青緑色半導体レーザを説明する。
【0063】
図9(a)は、本実施形態のZnCdSe/ZnSSe/ZnMgSSeSCHインデックスガイド型レーザ900の構成を示す断面図である。
【0064】
半導体レーザ900では、Siをドープしたn型GaAs基板91の上に、Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層92(厚さ0.01μm)、Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層93(Zn0.9Mg0.1S0.1Se0.9、厚さ2.0μm)、Clをドープしたn型ZnSSe光導波層94(ZnS0.06Se0.94、厚さ0.11μm)、ZnCdSe活性層95(Zn0.8Cd0.2Se、厚さ0.006μm)、Nをドープしたp型ZnSSe光導波層96(ZnS0.06Se0.94、厚さ0.12μm)、及びp型ZnMgSSeクラッド層97が、順次積層されている。
【0065】
p型ZnMgSSeクラッド層97は、その一部がストライプ状の形状を有するように形成されている。ストライプ部分の厚さは0.74μmであり、それ以外の部分の厚さは0.23μmである。ストライプ部分の上には、GaAs基板91に格子整合するp型ZnSSe層98(ZnS0.06Se0.94、厚さ0.45μm)、p型ZnSe層99、及びp型ZnTeとp型ZeSeとの多重量子井戸層911を介して、Nをドープしたp型ZnTeコンタクト層912が形成されている。一方、ストライプ部分以外のp型ZnMgSSeクラッド層97の上及びストライプ部分の側面には、ZnOとAl2O3とかならる埋込層913が設けられている。さらに、p型ZnTeコンタクト層912及び多結晶ZnOとAl2O3との埋込層913の上には、p型AuPd電極914が設けられている。一方、n型GaAs基板91の下には、n型In電極915が設けられている。
【0066】
以上のように積層される各層のうちで、n型ZnSeエピタキシャル層92は、GaAs基板91には格子整合しないが、GaAs基板91とII-VI族半導体材料から構成される上部構造との間のバッファ層として機能する。一方、n型ZnSeエピタキシャル層92の上に積層されるn型ZnMgSSeクラッド層93及びn型ZnSSe光導波層94は、GaAs基板91と格子整合している。また、n型ZnSSe光導波層94の上に積層されるZnCdSe活性層95は、GaAs基板91に格子整合しないが、その厚さが0.006μmと薄く臨界膜厚以下であるので、格子不整合に起因する転位は発生しない。
【0067】
さらに、p型ZnMgSSeクラッド層97の上のp型ZnSSe層98は、P型ZnMgSSe層97とP型ZnSe層99との間の急激なバンドオフセットの変化を緩和するために挿入されている。また、多重量子井戸層911は、図9(b)に示すようにZnSe層とZnTe層とが交互に積層されて、結果として、下層のZnSe層99から上層のZeTe層912への組成変化が徐々に起こるようになっている。
【0068】
このように、本実施形態の半導体レーザ900では、屈折率が約2.2であるZnOとAl2O3からなる埋込層913が設けられていて、電流狭窄及び光閉込めの役割を担っている。ZnOは熱放散が良いことから、しきい値電流密度の低減と素子の長寿命化が実現できる。また、効果的な光閉込めにより、単一横モードレーザ発振が得られる。
【0069】
上記各層のエピタキシャル成長は、約270℃の成長温度で行われる。また、リッジ型導波路構造は、load-locked型電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマエッチングシステムを用いて、形成される。レーザ構造は、Cl2ガスとH2ガスの放電を使用して形成される。ECRプラスマエッチングの異方性特性によって、リッジ部分の側壁を垂直にするとともに表面を平滑化することができ、高精度でリッジパターンを形成することができる。
【0070】
本実施形態の半導体レーザ900について、室温でパルス駆動された場合の特性を以下に説明する。典型的には、光出力−電流特性は、200mA以上の範囲までキンクフリーである。しきい電流値は、約200mAである。
【0071】
さらに、レーザ発振モードにおける遠視野パターンの検討結果を以下に述べる。図10は、幅5μmのリッジを設けた場合における横方向遠視野パターン特性を示すグラフである。
【0072】
これより、注入電流を広い範囲で変化させて出力を変化させても、出力ビームは非点隔差を有さず、一定の遠視野全角を有していることがわかる。これより、横方向での実インデックスガイドモードが成立していることがわかる。さらに、注入電流が変化しても横方向の形状が一定であることは、出力18mWまでの範囲で、単一横モードレーザ発振が成立していることを意味している。横方向の遠視野放射角は、しきい値よりも上の範囲で約7度と狭くなっている。
【0073】
図11は、出力3mWの場合の、接合面に平行な面内で測定された、レーザ出力端の近傍におけるレーザスポットサイズを示している。
【0074】
一般に、レーザビームのビームウエスト(すなわち、レーザスポット径が最も小さくなっている箇所)とレーザ出力端との間の距離を非点隔差と称する。図11に示すように、従来技術による構造を有する半導体レーザでは非点隔差が約25μmであるのに対して、本実施形態では、その実インデックスガイド型構造によって、非点隔差は0.5μm以下である。従って、本実施形態によれば、図12(a)及び(b)に示すように、レーザビームを横からみても(図12(a))、或いは上からみても(図12(b))、ビームウエストがレーザ出射端面に位置している。これによって、レーザをレンズによって絞る場合に、そのビームスポット径を最小値にすることが可能になる。
【0075】
以上に説明した各実施形態における半導体レーザでは、クラッド層に設けられるストライプの幅は、典型的には約5μmである。
【0076】
なお、上記の本実施形態の説明では、ZnSe系II-VI族半導体レーザを例に示しているが、ZnS系II-VI族半導体レーザにおいても本発明が利用できるのは言うまでもない。
【0077】
また、各層の組成や厚さは、上記の説明の中で言及した特定の値に限られるわけではない。
【0078】
【発明の効果】
本発明では、ZnO層または酸素を添加したZnSe系半導体層を半導体レーザの埋込層に用いる。これにより、埋込層のZnSe系半導体層への密着性が向上し、熱放散が向上する。そのため、ZnSe系青色半導体レーザにおいて、従来にない、低しきい値電流密度、長寿命、高パワー、高温動作などが得られ、工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における青色半導体レーザの断面図
【図2】(a)〜(e)は図1に示す青色半導体レーザの製造工程を示す断面図
【図3】本発明の実施形態にて使用される、プラズマ化した酸素を用いたZnO膜の形成装置の構成を示す断面図
【図4】本発明の実施形態にて使用される電気化学的なZnO膜の形成装置の構成を示す断面図
【図5】本発明の第2の実施形態における青色半導体レーザの構造を示す断面図
【図6】図5に示す青色半導体レーザの電流−光出力特性を示すグラフ
【図7】(a)〜(d)は図5に示す青色半導体レーザの製造工程を示す断面図
【図8】図5に示す半導体レーザに含まれる酸素をイオン注入した層(埋込層)における電流−電圧特性を示すグラフ
【図9】(a)は本発明の第3の実施形態における青色半導体レーザの断面図
(b)は(a)に示す半導体レーザに含まれる多重量子井戸層の構成を示す拡大された断面図
【図10】図9(a)に示す半導体レーザにおける横方向遠視野パターン特性を示す図
【図11】図9(a)に示す半導体レーザのレーザ端面の近傍における接合面に平行な面で測定した出力3mWの際のビームスポット径の変化を示すグラフ
【図12】図9(a)に示す本発明の半導体レーザにおけるビームウエストの形状を模式的に示す図
(a)はビームを横からみた図
(b)はビームを上から見た図
【図13】従来の青色半導体レーザの構造を示す断面図
【符号の説明】
100 半導体レーザ
11 Siをドープしたn型GaAs基板
12 Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層
13 Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層
14 Clをドープしたn型ZnSSe光導波層
15 ZnCdSe活性層
16 Nをドープしたp型ZnSSe光導波層
17 Nをドープしたp型ZnMgSSeクラッド層
18 Nをドープしたp型ZnTeコンタクト層
19 多結晶ZnOとAl2O3との積層構造からなる埋込層
110 p型AuPd電極
111 n型In電極
112 レジスト
31 II-VI族半導体ウエハ(基板)
32 ZnOまたはAl2O3ターゲット
33 アルゴンガス導入管
34 酸素ガス導入管
35 排気系
36,37 電極
41 II-VI族半導体ウエハ(基板)
42 電解液
43 白金電極
500 半導体レーザ
51 Siをドープしたn型GaAs基板
52 Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層
53 Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層
54 Clをドープしたn型ZnSSe光導波層
55 ZnCdSe活性層
56 Nをドープしたp型ZnSSe光導波層
57 Nをドープしたp型ZnMgSSeクラッド層
58 Nをドープしたp型ZnTeコンタクト層
59 酸素をイオン注入した層
510 p型AuPd電極
511 n型In電極
512 レジスト
513 酸素イオン
514 Al2O3層
900 半導体レーザ
91 Siをドープしたn型GaAs基板
92 Clをドープしたn型ZnSeエピタキシャル層
93 Clをドープしたn型ZnMgSSeクラッド層
94 Clをドープしたn型ZnSSe光導波層
95 ZnCdSe活性層
96 Nをドープしたp型ZnSSe光導波層
97 Nをドープしたp型ZnMgSSeクラッド層
911 p型ZnTe/ZnSe多重量子井戸層
912 Nをドープしたp型ZnTeコンタクト層
913 ZnO埋込層
914 p型AuPd電極
915 n型In電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser or a light emitting diode used for an optical disc.
[0002]
[Prior art]
Since ZnSe II-VI compound semiconductors are semiconductor materials with a direct transition and a wide band gap, in recent years, semiconductor lasers that emit blue laser light using these materials (hereinafter referred to as “blue semiconductor lasers”) Is being actively developed. FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a conventional blue semiconductor laser 1300 using a ZnSe-based II-VI group semiconductor material.
[0003]
Specifically, on an n-type GaAs substrate 131 doped with Si, an n-type ZnSe epitaxial layer 132 doped with Cl, an n-type ZnMgSSe cladding layer 133 doped with Cl, and an n-type ZnSSe optical waveguide layer doped with Cl 134, a ZnCdSe active layer 135, a p-type ZnSSe optical waveguide layer 136 doped with N, and a p-type ZnMgSSe cladding layer 137 doped with N are sequentially stacked. The p-type ZnMgSSe cladding layer 137 is formed so that a part thereof has a stripe shape, and a p-type ZnTe contact layer 138 doped with N is formed on the stripe portion. On the other hand, on the p-type ZnMgSSe cladding layer 137 other than the stripe portion, a polycrystalline SiO2 buried layer 139 is provided so as to sandwich the stripe portion from both sides. Further, a p-type AuPd electrode 1310 is provided on the p-type ZnTe contact layer 138 and the polycrystalline SiO 2 buried layer 139. On the other hand, an n-type In electrode 1311 is provided under the n-type GaAs substrate 131.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional blue semiconductor laser 1300 having the above structure has the following problems to be solved.
[0005]
First, the polycrystalline SiO 2 buried layer 139 used in the conventional blue semiconductor laser 1300 is formed by chemical vapor deposition or the like. However, the crystal growth temperature of ZnSe II-VI compound semiconductor materials is generally as low as about 250 ° C. Therefore, in the step of forming the polycrystalline SiO 2 buried layer 139 performed after the formation of the layer made of the ZnSe II-VI group compound semiconductor material, the crystal degradation of the ZnSe II-VI group compound semiconductor layer previously formed is performed. In order to prevent the occurrence of the above, the polycrystalline SiO 2 buried layer 139 must be formed at a temperature lower than the growth temperature of the ZnSe II-VI compound semiconductor layer.
[0006]
However, SiO2 formed at such a low temperature becomes a porous polycrystal. As a result, adhesion to a ZnSe layer or the like is extremely deteriorated, and peeling easily occurs. Therefore, there are many problems in using SiO2 as the insulating buried layer. Also, when the polycrystalline SiO2 buried layer 139 is used as a mask in etching, side etching or the like is likely to occur due to poor adhesion and its porous properties, and its utility value as a mask material is low.
[0007]
Secondly, since the thermal conductivity of polycrystalline SiO2 is very low, the generated heat cannot be efficiently dissipated. As a result, the laser oscillation threshold is increased and the lifetime of the light emitting element is shortened.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to (1) be formed on the epitaxial layer of the II-VI group semiconductor laser structure with good adhesion, and have high thermal conductivity and optical confinement. A semiconductor light emitting device that forms a buried layer using a material having a low refractive index that can be used for (2), and (2) a method of manufacturing such a semiconductor light emitting device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor light emitting device of the present invention includes a II-VI group semiconductor epitaxial layer, a ZnO layer provided on the II-VI group semiconductor epitaxial layer, and an oxide XO layer (insulator) other than ZnO on the ZnO layer. Layer) or a zinc compound ZnX layer, whereby the above object is achieved. In one embodiment, the II-VI group semiconductor epitaxial layer has a laser structure.
[0010]
According to another aspect of the present invention, a semiconductor light emitting device is provided with an active layer made of a II-VI group compound semiconductor, and the active layer sandwiched from above and below, and is made of a II-VI group compound semiconductor. First and second cladding layers, a ZnO buried layer formed on the first cladding layer, and an oxide XO layer (insulator layer) other than ZnO on the ZnO layer Or a zinc compound ZnX layer, whereby the above object is achieved.
[0011]
According to still another aspect of the present invention, a semiconductor light-emitting device includes a substrate, and an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding layer, each of which is sequentially epitaxially grown on the substrate and made of a II-VI group compound semiconductor. And the p-type contact layer, wherein the p-type contact layer is formed in a stripe shape, and the p-type clad layer has a portion on both sides of the striped p-type contact layer. Further, a buried layer made of an oxide XO layer other than ZnO and ZnO or a zinc compound ZnX layer is further formed, whereby the above object is achieved.
[0012]
According to still another aspect of the present invention, a semiconductor light emitting device includes a II-VI group semiconductor epitaxial layer, and the II-VI group semiconductor epitaxial layer includes a buried layer containing 1 × 10 14 cm −3 or more of oxygen atoms. Further, an oxide XO layer or a zinc compound ZnX layer is provided on the buried layer, thereby achieving the above object. In one embodiment, the II-VI group semiconductor epitaxial layer has a laser structure.
[0013]
The method for producing a semiconductor light emitting device of the present invention includes a step of forming a ZnO layer using plasma oxygen on the II-VI group semiconductor epitaxial layer, thereby achieving the above object.
[0014]
According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor light emitting device includes immersing a metal member and a II-VI group semiconductor member in a solvent containing a NO3 compound, and the metal member is used as a positive electrode and the II-VI. Including a step of forming a ZnO layer on the surface of the II-VI group semiconductor member by applying a voltage between the two members using the group group semiconductor member as a negative electrode, thereby achieving the above object. The
[0015]
According to still another aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device includes: an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer each made of a II-VI group compound semiconductor on a substrate. A step of sequentially epitaxially growing, a step of etching the p-type contact layer in a stripe shape, and ZnO and ZnO on regions of the p-type cladding layer located on both sides of the stripe-shaped p-type contact layer. Forming a buried layer composed of an oxide XO layer or a zinc compound ZnX layer other than the above, thereby achieving the above object. In one embodiment, oxygen converted into plasma in the step of forming the buried layer is used. In another embodiment, in the step of forming the buried layer, the metal member and the II-VI group semiconductor member are immersed in a solvent containing a NO3 compound, and the metal member is used as the positive electrode and the II-VI group semiconductor member. As a negative electrode, a voltage is applied between the two members, thereby forming a ZnO layer on the surface of the II-VI group semiconductor member, and the ZnO layer is used as the buried layer.
[0016]
According to still another aspect of the present invention, a semiconductor light emitting device is provided with an active layer made of a II-VI group compound semiconductor and the active layer sandwiched from above and below, and the II-VI group compound semiconductor An upper clad layer and a lower clad layer, a buried layer formed by implanting oxygen ions formed on the upper clad layer, an oxide XO layer or a zinc compound ZnX layer on the buried layer; , Thereby achieving the above object.
[0017]
According to still another aspect of the present invention, a semiconductor light-emitting device includes a substrate, and an n-type cladding layer, an active layer, and a p-type cladding layer, each of which is sequentially epitaxially grown on the substrate and made of a II-VI group compound semiconductor. And the p-type contact layer, wherein the p-type contact layer is formed in a stripe shape, and the p-type clad layer has a portion on both sides of the striped p-type contact layer. A buried layer into which oxygen ions are implanted is further formed, and the above object is achieved by the oxide XO layer or the zinc compound ZnX layer on the buried layer.
[0018]
According to still another aspect of the present invention, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device includes a step of implanting oxygen ions into a predetermined region of the II-VI group semiconductor epitaxial layer to form a buried layer, This achieves the above object.
[0019]
According to still another aspect of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device includes: an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer each made of a II-VI group compound semiconductor on a substrate. A step of sequentially epitaxially growing, a step of etching the p-type contact layer in a stripe shape, and implanting oxygen ions into predetermined regions located on both sides of the stripe-shaped p-type contact layer in the p-type cladding layer Forming the buried layer and forming the oxide XO layer or the zinc compound ZnX layer on the buried layer, thereby achieving the above object.
[0020]
Specifically, in the present invention, a ZnO layer is formed on the II-VI group semiconductor epitaxial structure included in the blue semiconductor laser structure, and an oxide XO layer other than ZnO or a zinc compound ZnX layer is formed thereon. This is used as an insulating buried layer. This ZnO layer can be formed, for example, by using plasma oxygen. Alternatively, a metal member and a II-VI group semiconductor member are immersed in a solvent containing a NO3 compound, a voltage is applied between both members using the metal member as a positive electrode and a II-VI group semiconductor member as a negative electrode, Thereby, a ZnO layer can be formed on the surface of the II-VI group semiconductor member.
[0021]
Alternatively, according to the present invention, a layer containing 1 × 10 14 cm −3 or more of oxygen is provided in the II-VI group semiconductor epitaxial structure included in the blue semiconductor laser structure, and an oxide XO layer or a zinc compound ZnX is formed thereon. It is also possible to form a layer and make it an insulating buried layer. In this case, oxygen can be added using accelerated oxygen ions.
[0022]
The operation will be described below.
The ZnO layer used as a material for the insulating buried layer in the present invention is one of II-VI group compound semiconductor materials and has extremely good adhesion to materials such as ZnSe, ZnSSe, and ZnMgSSe. Further, since it is an oxide, it has good adhesion to oxides such as Al2O3 and SiO2. Moreover, it is excellent in acid resistance and oxidation resistance. Furthermore, there is almost no water absorption and it is excellent in stability of a shape and a dimension.
[0023]
ZnO has extremely good thermal conductivity, and its thermal conductivity value is nearly 30 times that of SiO2. Therefore, by using ZnO as the insulating buried layer, the heat generated in the active layer is efficiently dissipated through the ZnO insulating buried layer.
[0024]
Furthermore, although ZnO has a lower refractive index than ZnSe, ZnSSe, ZnMgSSe, etc., the difference is in an appropriate range.
[0025]
Specifically, for example, the refractive index of the cladding layer is typically about 2.5 to 2.6, whereas the refractive index of the ZnO layer constituting the insulating buried layer is about 2.2. . When the difference in refractive index existing between the cladding layer and the insulating buried layer is such a value, the single transverse mode can be obtained even if the width of the stripe portion of the cladding layer is increased to about 5 to 10 μm. Laser oscillation is realized satisfactorily. On the other hand, the conventional insulating buried layer made of SiO2 has a refractive index of about 1.4, and the refractive index difference with the cladding layer is large. Therefore, in order to realize stable single transverse mode laser oscillation, the stripe width formed in the cladding layer must be reduced to about 2 μm. However, it is difficult to form such a small stripe.
[0026]
Thus, the insulating buried layer made of the ZnO layer effectively functions as a lateral light confinement layer.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a blue semiconductor laser 100 using a ZnSe II-VI group semiconductor according to the first embodiment of the present invention.
[0029]
In the semiconductor laser 100, an n-type ZnSe epitaxial layer 12 (thickness 0.03 μm) doped with Cl and an n-type ZnMgSSe cladding layer 13 (Zn0.9Mg0) doped with Cl are formed on an n-type GaAs substrate 11 doped with Si. 0.1S0.1Se0.9, thickness 1.0 μm), Cl-doped n-type ZnSSe optical waveguide layer 14 (ZnS0.06Se0.94, thickness 0.12 μm), ZnCdSe active layer 15 (Zn0.8Cd0.2Se, And a p-type ZnSSe optical waveguide layer 16 doped with N (ZnS0.06Se0.94, thickness 0.12 μm) are sequentially stacked.
[0030]
A p-type ZnMgSSe cladding layer 17 is formed on the p-type ZnSSe optical waveguide layer 16 so that a part thereof has a stripe shape, and p is doped with N on the stripe portion. A type ZnTe contact layer 18 is formed. On the other hand, on the p-type ZnMgSSe cladding layer 17 other than the stripe portion, a buried layer 19 having a laminated structure of polycrystalline ZnO and Al2O3 is provided so as to sandwich the stripe portion from both sides. Further, a p-type AuPd electrode 110 is provided on the p-type ZnTe contact layer 18 and the buried layer 19 having a multilayer structure of polycrystalline ZnO 19z (2000A) and Al2O3 19a (2000A). On the other hand, an n-type In electrode 111 is provided under the n-type GaAs substrate 11.
[0031]
Of the layers stacked as described above, the n-type ZnSe epitaxial layer 12 is not lattice-matched to the GaAs substrate 11, but is between the GaAs substrate 11 and the upper structure composed of a II-VI group semiconductor material. Functions as a buffer layer. On the other hand, the n-type ZnMgSSe cladding layer 13 and the n-type ZnSSe optical waveguide layer 14 stacked on the n-type ZnSe epitaxial layer 12 are lattice-matched with the GaAs substrate 11. The ZnCdSe active layer 15 laminated on the n-type ZnSSe optical waveguide layer 14 does not lattice match with the GaAs substrate 11, but its thickness is as small as 0.006 μm and less than the critical film thickness. The dislocation caused by is not generated.
[0032]
As described above, in the semiconductor laser 100 of the present embodiment, the buried layer 19 having a laminated structure composed of polycrystalline ZnO and Al2O3 is provided, and plays a role of current confinement and light confinement. Since ZnO and Al2O3 have good heat dissipation, it is possible to reduce the threshold current density and extend the lifetime of the device. Moreover, single transverse mode laser oscillation can be obtained by effective light confinement.
[0033]
In the present embodiment, the buried layer 19 is made of polycrystalline ZnO and Al2O3, but the same effect can be obtained even if it is made of single crystal ZnO and Al2O3. Similar effects can be obtained by using oxides such as SiO2, ZnO, TiO2, and ZrO2 instead of Al2O3. In short, any insulating layer may be used. Further, similar effects can be obtained by using a zinc compound such as ZnS, ZnSe, ZnTe or the like instead of Al2O3.
[0034]
Furthermore, although ZnO is used as the material of the buried layer 19 in the above description, polycrystalline ZnS can also be used as the material of the buried layer 19. However, polycrystalline ZnS is highly water-absorbing and tends to be altered by water absorption. Moreover, since it is fragile in terms of material strength, it has poor adhesion to ZnSe and the like. Therefore, it cannot be said that the utility value as an insulating buried layer or an etching mask material is very high. On the other hand, by forming the buried layer 19 from ZnO as in the present embodiment described above, the buried layer 19 having low water absorption and good adhesion to the II-VI group compound semiconductor material is obtained. Therefore, a semiconductor laser having a low threshold can be realized.
[0035]
Next, an example of a manufacturing process of the semiconductor laser 100 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (e). In the manufacturing process in the present embodiment described below, a molecular beam epitaxy method is used as a growth method of the ZnSe II-VI group semiconductor material.
[0036]
First, an n-type GaAs substrate 11 is prepared as shown in FIG. 2A, and an n-type ZnSe epitaxial layer 12 doped with Cl and Cl are formed on the GaAs substrate 11 as shown in FIG. 2B. Doped n-type ZnMgSSe cladding layer 13, Cl-doped n-type ZnSSe optical waveguide layer 14, ZnCdSe active layer 15, N-doped p-type ZnSSe optical waveguide layer 16, N-doped p-type ZnMgSSe cladding layer 17, and A p-type ZnTe contact layer 18 doped with N is sequentially epitaxially grown.
[0037]
Next, a pattern of the striped resist 112 is formed on the epitaxial layer obtained by epitaxial growth, specifically on the uppermost p-type ZnTe contact layer 18 by photolithography, and used as a mask. Then, the epitaxial layer is etched in a stripe shape. Specifically, as shown in FIG. 2C, the p-type ZnMgSSe cladding layer 17 doped with N and the p-type ZnTe contact layer 18 doped with N are saturated in a region not covered with the resist mask 112. Etch with bromine solution. The etchant is a mixed solution of saturated bromine water: phosphoric acid: water = 1: 2: 3.
[0038]
Thereafter, a buried layer 19 is formed by depositing a ZnO layer and then an Al2O3 layer on the entire surface of the wafer at room temperature using a sputtering method. After forming the buried layer 19 having a laminated structure of polycrystalline ZnO and Al2O3, the ZnO and Al2O3 layers deposited on the resist layer 112 and the resist layer 112 are removed using lift-off with acetone (FIG. 2D )reference). Thereafter, the p-type AuPd electrode 110 is formed over the entire upper surface of the wafer by vapor deposition as shown in FIG. Further, after that, an n-type In electrode 111 is deposited on the back side of the GaAs substrate 11 by vapor deposition. Thereby, the semiconductor laser 100 is formed.
[0039]
In the above description, the sputtering method is used to form the ZnO and Al2O3 layers.However, in order to increase the deposition rate of the ZnO and Al2O3 layers even when the process temperature is sufficiently low, plasma oxygen is used in the sputtering apparatus. It is effective to introduce. FIG. 3 shows a schematic diagram of an apparatus 300 used in forming ZnO and Al2O3 layers using plasmatized oxygen.
[0040]
In the configuration of FIG. 3, a wafer 31 made of a II-VI group semiconductor material is placed on an electrode 36 provided in a vacuum vessel 30. Further, a ZnO or Al 2 O 3 target 32 is disposed on the other electrode 37 so as to face the wafer 31. Further, the vacuum container 30 is provided with an argon gas introduction pipe 33, an oxygen gas introduction pipe 34, and an exhaust system 35.
[0041]
Specifically, in a state where the ZnO or Al2O3 target 32 is kept at a negative potential with respect to the wafer 31, a discharge gas, for example, Ar gas introduced into the vacuum vessel 30 is decompressed to cause discharge. As a result, Ar ions are accelerated and collided toward the ZnO or Al2O3 target 32 maintained at a negative potential. In this collision, ZnO or Al2O3 detached from the target 32 is deposited on the II-VI group semiconductor wafer (substrate) 31 located nearby.
[0042]
In the configuration of the apparatus 300 shown in FIG. 3, Ar gas is introduced into the vacuum vessel 30 from the argon gas introduction tube 33, and oxygen is introduced into the vacuum vessel 30 from the oxygen gas introduction tube 34. Oxygen converted into plasma by the discharge is taken into a ZnO or Al2O3 film deposited on the II-VI group semiconductor substrate 31. As a result, the escape of oxygen in the deposited ZnO or Al2O3 film can be prevented, and a high-quality ZnO or Al2O3 film can be obtained. Furthermore, even at low process temperatures, the deposition rate of ZnO or Al2O3 films increases several times compared to prior art deposition methods.
[0043]
In the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention described above, the sputtering method is used to form the ZnO film. However, a method of obtaining a ZnO film by electrochemically oxidizing a II-VI group semiconductor substrate. Is also effective.
[0044]
FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus 400 used for electrochemical formation of a ZnO film.
The II-VI group semiconductor wafer (substrate) 41 and the electrode 43 are immersed in the electrolytic solution 42. As the electrolytic solution 42, a solution obtained by adding a salt such as KNO3 or NH4NO3 to a solvent such as ethylene glycol or N-methylacetamide is used. A voltage is applied between the electrodes 41 and 43 using the II-VI group semiconductor substrate 41 as a negative electrode and the electrode 43 made of a metal such as platinum as a positive electrode, and the surface of the semiconductor substrate 41 is oxidized.
[0045]
The oxidation mechanism is such that Zn ions leaving the interface between ZnSe and ZnO move and diffuse in the ZnO film by an electric field, and react with oxygen on the surface of the oxide film. The growth rate of the oxide film is almost proportional to the current density flowing through the circuit. Therefore, when oxidation is performed at a constant current, the voltage between the electrodes 41 and 43 gradually increases and dielectric breakdown of the ZnO film occurs, so that the film thickness that can be grown is limited. Typically, the limit is about 200 nm.
[0046]
By this method, a good quality ZnO film can be formed at room temperature without damaging the II-VI group semiconductor substrate 41.
[0047]
(Second Embodiment)
Below, the 2nd Embodiment of this invention is described with reference to drawings.
[0048]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the blue semiconductor laser 500 of this embodiment using a ZnSe II-VI group semiconductor.
[0049]
In the semiconductor laser 500, an n-type ZnSe epitaxial layer 52 doped with Cl, an n-type ZnMgSSe clad layer 53 doped with Cl, and an n-type ZnSSe optical waveguide layer doped with Cl on an Si-doped n-type GaAs substrate 51. 54, a ZnCdSe active layer 55, a p-type ZnSSe optical waveguide layer 56 doped with N, and a p-type ZnMgSSe clad layer 57 doped with N are sequentially stacked.
[0050]
The p-type ZnMgSSe cladding layer 57 is formed so that a part thereof has a stripe shape, and a p-type ZnTe contact layer 58 doped with N is formed on the stripe portion. On the other hand, on the p-type ZnMgSSe cladding layer 57 other than the stripe portion, a buried layer 59 in which oxygen ions are implanted so as to sandwich the stripe portion from both sides is provided. An Al2O3 layer 514 is formed on the buried layer 59 into which oxygen is ion-implanted. Further, a p-type AuPd electrode 510 is provided on the p-type ZnTe contact layer 58 and the buried layers 59 and 514. On the other hand, an n-type In electrode 511 is provided under the n-type GaAs substrate 51.
[0051]
As described above, in the semiconductor laser 500 of this embodiment, the oxygen ion-implanted layer 59 and the Al2O3 layer 514 are provided as buried layers, and play a role of current confinement and light confinement. Since such a layer has good heat dissipation, it is possible to reduce the threshold current density and extend the lifetime of the device.
[0052]
In addition, as in the case of the buried layer of the ZnO layer in the first embodiment, it is possible to ensure an appropriate range of refractive index difference with respect to the cladding layer. As a result, effective light confinement is realized, and good single transverse mode laser oscillation can be obtained.
[0053]
In this embodiment, the buried layer 514 is made of polycrystalline Al 2 O 3, but the same effect can be obtained even if it is made of single crystal Al 2 O 3. Similar effects can be obtained by using oxides such as SiO2, ZnO, TiO2, and ZrO2 instead of Al2O3. Further, similar effects can be obtained by using a zinc compound such as ZnS, ZnSe, ZnTe or the like instead of Al2O3.
[0054]
In the semiconductor laser 500 having this structure, continuous oscillation at room temperature is realized at a wavelength of about 500 nm. FIG. 6 is an example of a graph of current-light output characteristics obtained when continuous oscillation is performed at room temperature when the stripe width of the cladding layer 57 is 5 μm.
[0055]
Next, an example of a manufacturing process of the semiconductor laser 500 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (d). In the manufacturing process in the present embodiment described below, a molecular beam epitaxy method is used as a growth method of the ZnSe II-VI group semiconductor material.
[0056]
First, an n-type GaAs substrate 51 is prepared as shown in FIG. 7A, and an n-type ZnSe epitaxial layer 52 doped with Cl is formed on the GaAs substrate 51 as shown in FIG. A doped n-type ZnMgSSe cladding layer 53, a Cl-doped n-type ZnSSe optical waveguide layer 54, a ZnCdSe active layer 55, an N-doped p-type ZnSSe optical waveguide layer 56, an N-doped p-type ZnMgSSe cladding layer 57, and A p-type ZnTe contact layer 58 doped with N is sequentially epitaxially grown.
[0057]
Next, a striped resist 512 pattern is formed on the epitaxial layer obtained by epitaxial growth, specifically on the uppermost p-type ZnTe contact layer 58 by photolithography, and used as a mask. Then, as shown in FIG. 7C, oxygen ions 513 are implanted into the epitaxial layer.
[0058]
Thereafter, an Al2O3 layer 514 is deposited and formed on the entire surface of the wafer at room temperature using a sputtering method. After the formation of the polycrystalline Al2O3 layer 514, the Al2O3 layer 514 deposited on the resist layer 512 and the resist layer 512 is removed by using lift-off with acetone (see FIG. 7D). Thereafter, a p-type AuPd electrode 510 is formed over the entire upper surface of the wafer by vapor deposition as shown in FIG. Further, an n-type In electrode 511 is deposited on the back side of the GaAs substrate 51 by vapor deposition. Thereby, the semiconductor laser 500 is formed.
[0059]
The ion implantation conditions are set, for example, at an acceleration voltage of 90 V and a dose of 1 × 10 13 cm −2. In this case, the range calculated from the LSS theory is Rp = 0.14 μm. As a result, oxygen ions 513 are implanted into portions of the p-type ZnMgSSe cladding layer 57 and the p-type ZnTe contact layer 58 that are not covered with the resist 512, thereby forming an implanted layer 59.
[0060]
When oxygen is ion-implanted into a ZnSe II-VI group semiconductor, the dose is preferably 1 × 10 14 cm −2 or less and 5 × 10 12 cm −2 or more. If the dose is in this range, the oxygen impurity concentration in the region having a depth of 2Rp (0.28 μm) is 1 × 10 14 cm −3 or more, and this region has a high resistance. However, at doses larger than this range, the effect on the active layer due to irradiation damage defects peculiar to II-VI group semiconductor materials increases, making it difficult to obtain laser oscillation. Further, when the dose is smaller than this range, it is difficult to increase the resistance, and it cannot be used as an insulating buried layer.
[0061]
FIG. 8 shows the current-voltage characteristics of the layer 59 for the purpose of showing the insulating property of the layer 59 into which oxygen ions are implanted. From this, it can be seen that even when a voltage in the range of −20 V to +20 V is applied to the layer 59, no current flows and effective insulation is provided. In this embodiment, heat treatment is performed at 275 ° C. for 10 minutes after ion implantation, but this may be omitted depending on the dose.
[0062]
(Third embodiment)
The blue-green semiconductor laser is required to realize a stable fundamental transverse mode laser oscillation with a small astigmatic difference in order to be applied to a high-density optical disk memory or a laser printer. The index guide effect in the buried ridge structure is effective for realizing such characteristics. In the following, as a third embodiment of the present invention, an actual index guide type blue-green semiconductor laser that realizes stable transverse mode laser oscillation by using a ZnO buried layer to reduce the beam astigmatism will be described.
[0063]
FIG. 9A is a cross-sectional view showing a configuration of the ZnCdSe / ZnSSe / ZnMgSSeSCH index guide type laser 900 of the present embodiment.
[0064]
In the semiconductor laser 900, a Cl-doped n-type ZnSe epitaxial layer 92 (thickness 0.01 μm) and a Cl-doped n-type ZnMgSSe cladding layer 93 (Zn0.9Mg0) are formed on an Si-doped n-type GaAs substrate 91. .1S0.1Se0.9, thickness 2.0 μm), Cl-doped n-type ZnSSe optical waveguide layer 94 (ZnS0.06Se0.94, thickness 0.11 μm), ZnCdSe active layer 95 (Zn0.8Cd0.2Se, A p-type ZnSSe optical waveguide layer 96 (ZnS0.06Se0.94, thickness 0.12 μm) doped with N and a p-type ZnMgSSe cladding layer 97 are sequentially laminated.
[0065]
The p-type ZnMgSSe cladding layer 97 is formed so that a part thereof has a stripe shape. The thickness of the stripe portion is 0.74 μm, and the thickness of the other portions is 0.23 μm. On the stripe portion, a p-type ZnSSe layer 98 (ZnS0.06Se0.94, thickness 0.45 μm) lattice-matched to the GaAs substrate 91, a p-type ZnSe layer 99, and a multiplexing of p-type ZnTe and p-type ZeSe. A p-type ZnTe contact layer 912 doped with N is formed via the quantum well layer 911. On the other hand, a buried layer 913 made of ZnO and Al2O3 is provided on the p-type ZnMgSSe cladding layer 97 other than the stripe portion and on the side surface of the stripe portion. Further, a p-type AuPd electrode 914 is provided on the p-type ZnTe contact layer 912 and the buried layer 913 of polycrystalline ZnO and Al 2 O 3. On the other hand, an n-type In electrode 915 is provided under the n-type GaAs substrate 91.
[0066]
Among the layers stacked as described above, the n-type ZnSe epitaxial layer 92 is not lattice-matched to the GaAs substrate 91, but between the GaAs substrate 91 and the upper structure composed of a II-VI group semiconductor material. Functions as a buffer layer. On the other hand, the n-type ZnMgSSe cladding layer 93 and the n-type ZnSSe optical waveguide layer 94 stacked on the n-type ZnSe epitaxial layer 92 are lattice-matched with the GaAs substrate 91. In addition, the ZnCdSe active layer 95 laminated on the n-type ZnSSe optical waveguide layer 94 does not lattice match with the GaAs substrate 91, but its thickness is as small as 0.006 μm and less than the critical film thickness. The dislocation caused by is not generated.
[0067]
Further, the p-type ZnSSe layer 98 on the p-type ZnMgSSe cladding layer 97 is inserted to alleviate a sudden band offset change between the P-type ZnMgSSe layer 97 and the P-type ZnSe layer 99. In the multiple quantum well layer 911, as shown in FIG. 9B, ZnSe layers and ZnTe layers are alternately stacked. As a result, the composition change from the lower ZnSe layer 99 to the upper ZeTe layer 912 occurs. It is gradually happening.
[0068]
Thus, in the semiconductor laser 900 of this embodiment, the buried layer 913 made of ZnO and Al2O3 having a refractive index of about 2.2 is provided, and plays a role of current confinement and light confinement. Since ZnO has good heat dissipation, it is possible to reduce the threshold current density and extend the lifetime of the device. Moreover, single transverse mode laser oscillation can be obtained by effective light confinement.
[0069]
The epitaxial growth of each of the above layers is performed at a growth temperature of about 270 ° C. The ridge-type waveguide structure is formed using a load-locked electron cyclotron resonance (ECR) plasma etching system. The laser structure is formed using a discharge of Cl2 gas and H2 gas. Due to the anisotropic characteristics of ECR plasma etching, the side walls of the ridge portion can be made vertical and the surface can be smoothed, and a ridge pattern can be formed with high accuracy.
[0070]
The characteristics when the semiconductor laser 900 of this embodiment is pulse-driven at room temperature will be described below. Typically, the light output-current characteristics are kink free up to a range of 200 mA or higher. The threshold current value is about 200 mA.
[0071]
Further, the results of studying the far field pattern in the laser oscillation mode are described below. FIG. 10 is a graph showing lateral far-field pattern characteristics when a ridge having a width of 5 μm is provided.
[0072]
From this, it can be seen that even when the output is changed by changing the injection current over a wide range, the output beam has no astigmatic difference and has a constant far-field full angle. This shows that the actual index guide mode in the horizontal direction is established. Furthermore, the fact that the shape in the lateral direction is constant even when the injection current changes means that single transverse mode laser oscillation has been established in the range up to an output of 18 mW. The far-field radiation angle in the lateral direction is as narrow as about 7 degrees in the range above the threshold value.
[0073]
FIG. 11 shows the laser spot size in the vicinity of the laser output end, measured in a plane parallel to the bonding surface when the output is 3 mW.
[0074]
In general, the distance between the laser beam beam waist (that is, the portion where the laser spot diameter is the smallest) and the laser output end is referred to as an astigmatic difference. As shown in FIG. 11, in the semiconductor laser having the structure according to the prior art, the astigmatic difference is about 25 μm, whereas in this embodiment, the astigmatic difference is 0.5 μm or less due to the actual index guide type structure. is there. Therefore, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 12A and 12B, the laser beam can be viewed from the side (FIG. 12A) or from the top (FIG. 12B). The beam waist is located on the laser emission end face. This makes it possible to minimize the beam spot diameter when the laser is focused by a lens.
[0075]
In the semiconductor laser in each embodiment described above, the width of the stripe provided in the cladding layer is typically about 5 μm.
[0076]
In the above description of the present embodiment, a ZnSe II-VI group semiconductor laser is shown as an example, but it goes without saying that the present invention can also be used in a ZnS II-VI group semiconductor laser.
[0077]
Further, the composition and thickness of each layer are not limited to the specific values mentioned in the above description.
[0078]
【The invention's effect】
In the present invention, a ZnO layer or a ZnSe-based semiconductor layer to which oxygen is added is used as a buried layer of a semiconductor laser. Thereby, the adhesion of the buried layer to the ZnSe-based semiconductor layer is improved, and heat dissipation is improved. Therefore, in the ZnSe blue semiconductor laser, unprecedented low threshold current density, long life, high power, high temperature operation, etc. are obtained, and the industrial value is extremely high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a blue semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views showing manufacturing steps of the blue semiconductor laser shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a ZnO film forming apparatus using plasmad oxygen used in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of an electrochemical ZnO film forming apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a structure of a blue semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.
6 is a graph showing current-light output characteristics of the blue semiconductor laser shown in FIG.
7A to 7D are cross-sectional views showing manufacturing steps of the blue semiconductor laser shown in FIG.
8 is a graph showing current-voltage characteristics in a layer (buried layer) into which oxygen contained in the semiconductor laser shown in FIG. 5 is ion-implanted.
FIG. 9A is a sectional view of a blue semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
(B) is the expanded sectional view which shows the structure of the multiple quantum well layer contained in the semiconductor laser shown to (a)
FIG. 10 is a diagram showing lateral far-field pattern characteristics in the semiconductor laser shown in FIG.
11 is a graph showing a change in beam spot diameter when the output is 3 mW measured on a plane parallel to the bonding surface in the vicinity of the laser end face of the semiconductor laser shown in FIG.
12 is a diagram schematically showing the shape of a beam waist in the semiconductor laser of the present invention shown in FIG. 9 (a).
(A) is a side view of the beam
(B) View of the beam from above
FIG. 13 is a sectional view showing the structure of a conventional blue semiconductor laser.
[Explanation of symbols]
100 Semiconductor laser
11 n-type GaAs substrate doped with Si
12 Cl doped n-type ZnSe epitaxial layer
13 Cl doped n-type ZnMgSSe cladding layer
14 Cl doped n-type ZnSSe optical waveguide layer
15 ZnCdSe active layer
16 N doped p-type ZnSSe optical waveguide layer
17 N doped p-type ZnMgSSe cladding layer
18 N doped p-type ZnTe contact layer
19 Buried layer consisting of multilayer structure of polycrystalline ZnO and Al2O3
110 p-type AuPd electrode
111 n-type In electrode
112 resist
31 II-VI group semiconductor wafer (substrate)
32 ZnO or Al2O3 target
33 Argon gas inlet tube
34 Oxygen gas introduction pipe
35 Exhaust system
36, 37 electrodes
41 II-VI group semiconductor wafer (substrate)
42 Electrolyte
43 Platinum electrode
500 Semiconductor laser
51 Si doped n-type GaAs substrate
52 Cl doped n-type ZnSe epitaxial layer
53 Cl doped n-type ZnMgSSe cladding layer
54 Cl doped n-type ZnSSe optical waveguide layer
55 ZnCdSe active layer
56 N doped p-type ZnSSe optical waveguide layer
57 N doped p-type ZnMgSSe cladding layer
58 N doped p-type ZnTe contact layer
59 Oxygen-implanted layer
510 p-type AuPd electrode
511 n-type In electrode
512 resist
513 oxygen ion
514 Al2O3 layer
900 Semiconductor laser
91 n-type GaAs substrate doped with Si
92 Cl doped n-type ZnSe epitaxial layer
93 Cl doped n-type ZnMgSSe cladding layer
N-type ZnSSe optical waveguide layer doped with 94 Cl
95 ZnCdSe active layer
96 N doped p-type ZnSSe optical waveguide layer
97 N doped p-type ZnMgSSe cladding layer
911 p-type ZnTe / ZnSe multiple quantum well layer
912 N doped p-type ZnTe contact layer
913 ZnO buried layer
914 p-type AuPd electrode
915 n-type In electrode

Claims (15)

II-VI族半導体エピタキシャル層と、
該II-VI族半導体エピタキシャル層の上に設けられたZnO層と、
該ZnO層の上に設けられたZnO以外の絶縁物層と、
を備え、前記 II-VI 族半導体エピタキシャル層がレーザ構造である、半導体発光素子。
II-VI semiconductor epitaxial layer,
A ZnO layer provided on the II-VI semiconductor epitaxial layer;
An insulator layer other than ZnO provided on the ZnO layer;
A semiconductor light emitting device , wherein the II-VI group semiconductor epitaxial layer has a laser structure .
II-VI族化合物半導体でできている活性層と、
該活性層を上下から挟み込むように設けられ、II-VI族化合物半導体でできている第1のクラッド層及び第2のクラッド層と、
該第1のクラッド層の上に形成されているZnO埋込層と、
該ZnO埋込層の上に形成されているZnO以外の絶縁物層と、
を備える、半導体発光素子。
An active layer made of a II-VI compound semiconductor;
A first clad layer and a second clad layer which are provided so as to sandwich the active layer from above and made of a II-VI group compound semiconductor;
A ZnO buried layer formed on the first cladding layer;
An insulator layer other than ZnO formed on the ZnO buried layer;
A semiconductor light emitting device comprising:
基板と、
該基板の上に順次エピタキシャル成長された、それぞれII-VI族化合物半導体からなるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、及びp型コンタクト層と、を備え、
該p型コンタクト層はストライプ状に形成されており、
該p型クラッド層のうちで該ストライプ状p型コンタクト層の両側に位置する部分の上には、ZnOとZnO以外の絶縁物層からなる埋込層がさらに形成されている、半導体発光素子。
A substrate,
An n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer, each of which is sequentially epitaxially grown on the substrate and made of a II-VI group compound semiconductor,
The p-type contact layer is formed in a stripe shape,
A semiconductor light emitting element, wherein a buried layer made of an insulating layer other than ZnO and ZnO is further formed on portions of the p-type cladding layer located on both sides of the striped p-type contact layer.
前記絶縁物層がSi、Al、Ti、Zrの酸化物である、請求項2、3に記載の半導体発光素子。  The semiconductor light emitting element according to claim 2, wherein the insulator layer is an oxide of Si, Al, Ti, and Zr. II-VI族半導体エピタキシャル層の上にプラズマ化した酸素を用いてZnO層とZnO以外の絶縁物層を形成する工程を包含する、半導体発光素子の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising a step of forming a ZnO layer and an insulator layer other than ZnO using plasma-ized oxygen on a II-VI group semiconductor epitaxial layer. NO3化合物を含有する溶媒の中に金属部材及びII-VI族半導体部材を浸し、該金属部材を正電極ならびに該II-VI族半導体部材を負電極として両部材の間に電圧を印加して、それによって該II-VI族半導体部材の表面にZnO層を形成する工程と、
前記ZnO層上にZnO以外の絶縁物層を形成する工程と
を包含する、半導体発光素子の製造方法。
A metal member and a II-VI semiconductor member are immersed in a solvent containing a NO 3 compound, and a voltage is applied between the two members using the metal member as a positive electrode and the II-VI group semiconductor member as a negative electrode. And thereby forming a ZnO layer on the surface of the II-VI group semiconductor member;
Forming an insulating layer other than ZnO on the ZnO layer.
基板の上に、それぞれII-VI族化合物半導体からなるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、及びp型コンタクト層を、順次エピタキシャル成長する工程と、
該p型コンタクト層をストライプ状にエッチングする工程と、
該p型クラッド層のうちで該ストライプ状p型コンタクト層の両側に位置する領域の上に、ZnOとZnO以外の絶縁物からなる埋込層を形成する工程と、
を包含する、半導体発光素子の製造方法。
A step of sequentially epitaxially growing an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer each made of a II-VI group compound semiconductor on the substrate;
Etching the p-type contact layer in stripes;
Forming a buried layer made of an insulator other than ZnO and ZnO on regions of the p-type cladding layer located on both sides of the striped p-type contact layer;
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising:
前記埋込層の形成工程ではプラズマ化した酸素を用いる、請求項7に記載の半導体発光素子の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 7, wherein plasmaized oxygen is used in the step of forming the buried layer. II-VI族半導体エピタキシャル層と、
該II-VI族半導体エピタキシャル層の上に設けられたZnO層と、
該ZnO層の上に設けられたZnO以外の絶縁性の亜鉛化合物ZnX層と、
を備え、前記 II-VI 族半導体エピタキシャル層がレーザ構造である、半導体発光素子。
II-VI semiconductor epitaxial layer,
A ZnO layer provided on the II-VI semiconductor epitaxial layer;
An insulating zinc compound ZnX layer other than ZnO provided on the ZnO layer; and
A semiconductor light emitting device , wherein the II-VI group semiconductor epitaxial layer has a laser structure .
II-VI族化合物半導体でできている活性層と、
該活性層を上下から挟み込むように設けられ、II-VI族化合物半導体でできている第1のクラッド層及び第2のクラッド層と、
該第1のクラッド層の上に形成されているZnO埋込層と、該ZnO層の上に設けられたZnO以外の絶縁性の亜鉛化合物ZnX層と、を備える、半導体発光素子。
An active layer made of a II-VI compound semiconductor;
A first clad layer and a second clad layer which are provided so as to sandwich the active layer from above and made of a II-VI group compound semiconductor;
A semiconductor light emitting device comprising: a ZnO buried layer formed on the first cladding layer; and an insulating zinc compound ZnX layer other than ZnO provided on the ZnO layer.
基板と、
該基板の上に順次エピタキシャル成長された、それぞれII-VI族化合物半導体からなるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、及びp型コンタクト層と、
を備え、
該p型コンタクト層はストライプ状に形成されており、
該p型クラッド層のうちで該ストライプ状p型コンタクト層の両側に位置する部分の上には、ZnOとZnO以外の絶縁性の亜鉛化合物ZnX層とからなる埋込層がさらに形成されている、半導体発光素子。
A substrate,
An n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer, each of which is sequentially epitaxially grown on the substrate and made of a II-VI group compound semiconductor;
With
The p-type contact layer is formed in a stripe shape,
A buried layer made of ZnO and an insulating zinc compound ZnX layer other than ZnO is further formed on portions of the p-type cladding layer located on both sides of the striped p-type contact layer. , Semiconductor light emitting device.
前記亜鉛化合物ZnX層がZnS、ZnSe、ZeTeである、請求項10、11に記載の半導体発光素子。The semiconductor light emitting element according to claim 10 or 11, wherein the zinc compound ZnX layer is ZnS, ZnSe, or ZeTe . 基板の上に、それぞれII-VI族化合物半導体からなるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、及びp型コンタクト層を、順次エピタキシャル成長する工程と、
該p型コンタクト層をストライプ状にエッチングする工程と、
該p型クラッド層のうちで該ストライプ状p型コンタクト層の両側に位置する領域の上に、ZnOとZnO以外の絶縁性の亜鉛化合物ZnXからなる埋込層を形成する工程と、を包含する、半導体発光素子の製造方法。
A step of sequentially epitaxially growing an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type contact layer each made of a II-VI group compound semiconductor on the substrate;
Etching the p-type contact layer in stripes;
Forming a buried layer made of an insulating zinc compound ZnX other than ZnO and ZnO on regions of the p-type cladding layer located on both sides of the striped p-type contact layer. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device.
前記埋込層の形成工程ではプラズマ化した酸素を用いる、請求項13に記載の半導体発光素子の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 13, wherein plasmaized oxygen is used in the step of forming the buried layer. 前記埋込層の形成工程では、NO3化合物を含有する溶媒の中に金属部材及びII-VI族半導体部材を浸し、該金属部材を正電極ならびに該II-VI族半導体部材を負電極として両部材の間に電圧を印加して、それによって該II-VI族半導体部材の表面にZnO層を形成して、該ZnO層とZnO以外の絶縁性の亜鉛化合物ZnX層を該埋込層とする、請求項13に記載の半導体発光素子の製造方法。In the step of forming the buried layer, the metal member and the II-VI group semiconductor member are immersed in a solvent containing a NO 3 compound, and both the metal member is used as a positive electrode and the II-VI group semiconductor member is used as a negative electrode. A voltage is applied between the members, whereby a ZnO layer is formed on the surface of the II-VI group semiconductor member, and the insulating zinc compound ZnX layer other than ZnO layer and ZnO is used as the buried layer. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 13.
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