JPH01184977A - 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、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Ｉ
ＩＩ　−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、ｍ−ｖ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■−■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
、Ｓｉ　、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かで−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工、Ｘには、次に述べるような
問題点がある。

先ず第１に、ｐ型環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１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く、しかも
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、結晶欠陥を少なくし、
良好な結晶性を得るうえで不可欠である。従って、Ｚｎ
５ｘＳｅ、−ｘをクラッド層とする場合、活性層はその
Ｚｎ５ｘＳｅ、ｘよりも禁止帯幅が狭く、且つＺｎ５ｘ
Ｓｅ、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なす半導体
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
ｘＳｅ、ｘ等ＩＩ−Ｖｌｌ族基導体結晶層気相成長に際
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１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■−■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７究を重ねたが、その結果、ＣｕＧａｘＡ　
Ｑ　、−ｘ（ＳｙＳ’ｅ、−ｙ）ｚが適当であることを
見出゛シ１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、Ｚｎ５ｘＳｅ
、ｘ　（０≦Ｘ≦１）をクラッド層形成材料として用い
、ＣｕＧａｘＡ　Ｑ　ｘ−ｘ（ＳｙＳｅｘ−ｙ）ｚ　［
但し、０≦Ｘ≦１、Ｏ≦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） ＣｕＧａｘＡ　Ｑ　ｚ−ｘ（ＳｙＳｅｘ−ｙ）ｚは、Ｚ
ｎ５ｘＳｅ、−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Ｚｎ５ｘＳｅ
ユ、Ｘと略同程度の格子定数にすることができる。従っ
て。

Ｚｎ５ｘＳｅ□、Ｘによってクラッド層を形成し、Ｃｕ
ＧａｘＡ　Ｑｌ−ｘ（ＳｙＳｅｌ−ｙ）２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、ｘからなる結晶層のｐ型化
は１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、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１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　１−ＸＣ３ＶＳｅｘ−ｙ）２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工、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ＬＬ
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６５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ＣｕＧａｘＡ　Ｑｌ−ｘ（ＳｙＳｅ、−ｙ）
、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．、Ｇ
、Ｓｅ、、１．（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Ｚｎ５
ｘＳｅ、ｘ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、ＣｕＧａｘＡＱ、−ｘ（ＳｙＳｅｌ−ｙ）２はク
ラッド層として使用するＺｎＳｘＳｅ１−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　Ｑ　１−ｘ（ＳｙＳｅｚ−ｙ）ｚを活性
層として使用するのである。

尚、ＣｕＧａｘＡ　Ｑｚ−ｘ（ＳｙＳｅｔ−ｙ）ｚ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つ混晶比ｘ、ｙに
よって格子定数が変り、Ｘが０．８〜０．９　程度のＺ
ｎ５ｘＳｅｔ−ｘと同程度の格子定数を有するＣｕＧａ
ｘＡ　ｎ　１−ｘ（ＳｙＳｅ、−ｙ）、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Ｚ　ｎ　Ｓ　
ｘ　Ｓ　ｅｌ−ス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（ｎ−ｖｉ族半導体結晶
層）、３・・・・・・活性層（ＣｕＧａｘＡ　Ｑ　、−
ｘ（Ｓ　ｙ　Ｓ　ｅｘ−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（Ｓ＿ｙＳｅ＿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。