JPH01175788A - 可視発光半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ダブルへテロ構造を有する可視発光半導体レ
ーザ装置、特に緑色から青色のレーザ光を出射する可視
発光半導体レーザ装置に関するものである。

（従来技術） 半導体レーザ装置は、データ記録やデータ通信の分野で
必要とされている。また、可視発光半導体レーザ装置の
使用分野も拡がりつつあり１例えば、赤色から黄色まで
の可視光を発生する可視発光半導体レーザ装置としてｍ
−ｖ族化合物半導体を用いたものが実用化の段階に入っ
ている。

ところが、この従来の半導体レーザ装置は、緑色から青
色の光を発光させることは不可能である。

それは、■−■族化合物半導体の帯止帯幅が緑色から青
色を発光するに必要な広さを、有してないからである。

このため、緑色から青色の光を発光する半導体レーザの
開発に対する期待が強まっている。その期待に応えるこ
とのできる材料としては、青色発光を可能にする広い禁
止帯幅を有するｎ　−ＶＩ族化合物半導体である。

Ｚｎ５ｘＳｅ、ｘ　（０≦Ｘ≦１） が適切であると考えられる。というのは、このＺｎ５ｘ
Ｓｅ、ｘは、直接遷移型結晶で、優れた発光特性を有し
、ＳＬ　、Ｇｅ　、ＧａＡｓあるいはＧａＰ等の単結晶
の基板結晶上にＭＯＣＶＤと略称される気相成長法ある
いはＭＢＥと略称されるエピタキシャル成長法等により
エピタキシャル成長させることができ、その混晶比Ｘを
選択することにより格子定数のずれを解消することがで
きるので、緑色から青色の光を発光する半導体レーザ装
置用の材料として有望視できるからである。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、Ｚｎ５ｘＳｅ、ｘには、次に述べるような問
題点がある。

先ず第１に、ｐ型導電型不純物を導入して低抵抗で良好
な結晶性を有する結晶層を成長させることが難しいとい
う問題がある。

即ち、半導体レーザ装置を製造する場合には、ｎ型の結
晶層とｐ型の結晶層の両方を形成することが不可欠であ
り、そして、元素周期律表におけるｍｂ族元素あるいは
■ｂ族元素の導入によって比較的結晶性が良り、シかも
低抵抗の結晶層を気相成長させ得ることが確認されてい
る。

しかしながら、ｐ型の結晶層を気相成長させる技術は未
だに開発されておらず、ｐ型不純物の濃度を高くして結
晶層の低抵抗化を図ろうとすると。

結晶層の結晶欠陥が非常に悪くなり、半導体レーザ装置
としての特性が得られないという問題点があり、これが
緑色から青色の光を発光する半導体レーザ装置を得るう
えでの最大の問題となっていたのである。

第２に、Ｚｎ５ｘＳｅ、ｘと組み合せてダブルへテロ構
造体を形成するにふされしい半導体材料が明らかになっ
ていないという問題もある。

即ち、半導体レーザ装置に発光を生じさせるには、活性
層の両面にクラッド層を形成してこのクラッド層により
光とキャリアを活性層に閉じ込めることが必要であり、
そして、活性層を形成する半導体材料は、クラッド層を
形成する半導体材料よりも禁止帯幅が狭いものでなけれ
ばならない。

しかも、その半導体材料は、格子定数が互いに等しいか
、あるいは近似していることが、結晶欠陥を少なくシ、
良好な結晶性を得るうえで不可欠である。従って、Ｚｎ
５ｘＳａ、ｘをクラッド層とする場合、活性層はそのＺ
ｎ５ｘＳｅ、ｘよりも禁止帯幅が狭く、且つＺｎ５ｘＳ
ａ、ｘと格子定数が略等しい半導体材料で形成しなけれ
ばならない。しかし、このような条件を満たす半導体材
料を探すことは容易ではなく、未だ、適当な材料が見い
出されていないというのが実状であり、これが緑色から
青色の光を発光する可視発光半導体レーザ装置の出現を
阻む第２の問題であった。

そこで、本発明者は１種々の研究を重ねた結果、Ｚｎ５
ｘＳａ１−ｘ等ＩＩ−ＶＩ族半導体結晶層の気相成長に
際してＩａ族元素及びそれ等の化合物を不純物として気
相中に導入することによって低抵抗のｐ型結晶層を気相
成長することができることを見出して第１の問題を解決
した。

そして、この問題を解決した新技術については、特願昭
６２−７１５６７号、及び特願昭６２−２３８６５５号
により既に提案済みである。

それに引き続いて、本発明者は、上述した第２の問題、
即ち、Ｚｎ５ｘＳｅ、−ｘ　（０≦Ｘ≦１）等■−ＶＩ
族半導体結晶層と組み合せてダブルへテロ構造体を形成
するにふされしい半導体材料が明らかでないという問題
を解決すべく研究を重ねたが、その結果、ＣｕＧａｘＡ
　４１１−ｘ（ＳｙＳｅ、−ｙ）、が適当であることを
見出し、本発明を完成するに至ったのである。

しかして、本発明の目的とするところは、緑色から青色
のレーザ光を出射する可視発光半導体レーザ装置を提供
することにある。

〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は。

ＺｎＳｘＳｅ１−ｘ　（０≦Ｘ≦１）をクラッド層形成
材料として用い、ＣｕＧａｘＡ　Ｑ、−ｘ（ＳｙＳｅｌ
−ｙ）２［但し、０≦Ｘ≦１．０≦ｙ≦１］を活性層形
成材料として用いてダブルへテロ構造のレーザダイオー
ドを構成したことを特徴とするものである。

（作用） ＣｕＧ、ａｘＡ　Ｑ　、−ｘ（Ｓ　ｙ　Ｓ　ｅｘ−Ｙ）
ｚは、　Ｚｎ５ｘＳｅ、−ｘに比較して狭い禁止帯幅を
有し、混晶比Ｘあるいはｙによって格子定数を変えてＺ
ｎＳｘＳｅ１−ｘと略同程度の格子定数にすることがで
きる。従って、Ｚｎ５ｘＳｅ工、Ｘによってクラッド層
を形成し、ＣｕＧａｘＡ　Ｑ　１−ｘ（ＳｙＳｅｚ−ｙ
）ｚによって活性層を形成したダブルへテロ構造のレー
ザダイオードを構成することができる。

そして、従来、為し得なかったこと、即ち、−方のクラ
ッド層を成すＺｎ５ｘＳｅニーＸからなる結晶層のｐ型
化は、本発明者が既に開発し且つ上述した特許出願にて
開示したＩａ族元素の導入によって為し得る。従って、
上記構成よりなる本発明によれば、緑色から青色のレー
ザ光を出射する可視発光半導体レーザ装置を提供するこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に従って詳細に説明する。

第１図は１本発明の一実施例を示す断面図であり、同図
において１はｎ型のＧａＰ　からなる半導体基板結晶、
２は該ｎ型ＧａＰ　からなる基板結晶１上に気相成長さ
れた第１導電型、例えばｎ型のＺｎ５ｘＳｅ、ｘからな
る結晶層で、第１のクラッド層を成す、そして、混晶比
Ｘは、０．８０≦Ｘ≦０．９０程度にされている。３は
該結晶層２上に気相成長されたｎ型若しくはｐ型の ＣｕＧａｘＡ　Ｑ　、ｘ（ＳｙＳｅｉ−ｙ）、からなる
結晶層で、活性層を成す、４は該結晶層３上に気相成長
された第２導電型１例えばｐ型のＺｎ５ｘＳｅニーＸか
らなる結晶層で、第２のクラッド層を成す。この結晶層
４は、アクセプタ不純物としてＩａ族元素であるＬｉあ
るいはＮａが導入されている。

尚、かかる結晶層の形成は、特願昭６２−７１５６７号
、あるいは特願昭６２−２３８６５５号において提案さ
れた発光素子の製造法で用いられた技術によって行うこ
とができる。また、Ｉａ族元素と共にｖｂ族元素である
Ｎ、ＰあるいはＡｓも導入するようにしても良い。

このように、アクセプタ不純物としてＩａ族元素とｖｂ
族元素を含有させるのは、不必要な格子欠陥を発生させ
ることなくｐ型結晶層４の不純物濃度を高めて低抵抗化
を図ると共に不純物の移動を抑制して特性の安定化を図
るためである。

５は該結晶層４の表面に形成されたオーミック電極、６
は基板結晶１の裏面に形成されたオーミック電極である
。

第２図は、基板結晶として使用するＧａＰ　　と、クラ
ッド層として使用するＺｎ５ｘＳｅ、ｘと、活性層とし
て使用するＣｕＧａｘＡＱｌ−ｘ（ＳｙＳｅｔ−ｙ）ｚ
との間の格子定数及び禁止帯幅（エネルギーギャップ）
に関する関係図である。

基板結晶１として使用するＧａＰ　は。

ＺｎＳ０．５ｓＳｅｏ−ｔｉ　（ｘ＝０．８６）と格子
定数が略同じであるので、良好な結晶性を得て結晶欠陥
を少なくし得るため、上述したようにクラッド層として
使用するＺｎ５ｘＳｅ□、スの混晶比Ｘを０．８６に近
い値０．８０〜０．９０．より望ましくは０゜８３〜０
．８８にするのである。

また、ＣｕＧａｘＡ　Ｑｌ−ｘ（ＳｙＳｅ、−ｙ）２は
クラッド層として使用するＺｎ５ｘＳｅ、ｘよりも低い
禁止帯幅を有し、しかも混晶比Ｘが０．８６付近のＺｎ
５ｘＳｅ、ｘと比較的近似した値の格子定数を有した半
導体材料であるため活性層として最適であるといえる。

そこで。

ＣｕＧａｘＡ　ｊ２．−ｘ（ＳｙＳｅｔ−Ｖ）ｚを活性
層として使用するのである。

尚、ＣｕＧａｘＡＱ、ｘ（ＳｙＳｅ、−ｙ）、は、第２
図から明らかなように、混晶比ｘ、ｙの値によって格子
定数が変るので、ＧａＰ　の格子定数と同程度の格子定
数になるようにｘ、ｙの値を選べば、より結晶性の良好
な半導体レーザ装置を得ることができる。

尚、本発明は、上述した実施例にのみ限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の態様での
実施が可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、Ｚｎ
５ｘＳｅ、ｘよりも禁止帯幅が狭く且っ混晶比ｘ、ｙに
よって格子定数が変り、Ｘが０．８〜０．９程度のＺｎ
５ｘＳｅ□−Ｘと同程度の格子定数を有するＣｕＧａｘ
ＡＱｔ−ｘ（ＳｙＳｅ、−ｙ）ｚを活性層として用いる
ので、クラッド層として用いられるＺｎ５ｘＳｓ、ｘと
でダブルへテロ構造体を得ることができる。従って、緑
色あるいは青色を発光する可視発光半導体レーザ装置を
実用化することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一つの実施例を示す断面図、第２図
は、各使用材料間の禁止帯幅及び格子定数の関係図であ
る。 １・・・・・・半導体基板結晶、 ２．４・・・・・・クラッド層（Ｉｆ−ＶＩ族半導体結
晶層）、３−−・−活性層（ＣｕＧａｘＡ　！、−ｘ（
ＳｙＳｅｔ−ｙ）ｚ）、５．６・・・・・・オーミック
電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板結晶上に第１導電型のII−VI族半導体結晶層
   がクラッド層として気相成長され、該II−VI族半導体結
   晶層上に第１導電型あるいは第２導電型のＣｕＧａ＿ｘ
   Ａｌ＿１＿−＿ｘ（ＳｙＳｅ＿１＿−＿ｙ）＿２（但し
   、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる半導体結晶層が活
   性層として気相成長され、該活性層としての半導体結晶
   層上に第２導電型のII−VI族半導体結晶層がクラッド層
   として気相成長されたことを特徴とする可視発光半導体
   レーザ装置。