JPH03179790A - 半導体構造体および半導体レーザ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に用いられる半導体構造体及びその
構造体を用いた半導体レーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

光情報処理分野を中心に、より波長の短い半導体レーザ
が要求されている。現在主流のＡ　Ｉ２０ａＡｓ／　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ系レーザはそのバンドギャップの大きさか
ら７２０ｎｍ以下の発振を得る事が難しい。

これに代ってＡ　Ｑ　Ｇ　ａ　Ｉ　ｎ　Ｐ　／　Ｇ　ａ
　Ａ　ｓ系レーザが注目され、ようやく実用化される様
になった。

しかし、この材料においてもバンドギャップの大きさに
制約され、６００ｎｍ以下の波長を得る事は難しい。

この系は、ｍ−ｖ族混晶半導体を用いて実現しうる最短
波長の材料と考えられている。換言すれば、通常用いる
■−Ｖ混晶半導体を用いて半導体レーザを実現する場合
、例えば青色や緑色で発振する（波長が６００ｎｍ以下
の）半導体レーザを得る事は出来ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記■−ｖ族混晶体ではバンドギャップの大きさに制限
されて短波長化が出きない、そこで、よりバンドギャッ
プの大きいＩＩ−ＶＩ族半導体の利用が考えられる。第
２図に、ｎ−ｖｉ族半導体における格子定数とバンドギ
ャップの関係を示す。

青色光半導体レーザを設計する場合１次の３つの条件が
まず必要になる６　（１）活性層のバンドギャップが青
色の光を出す大きさであり、その値は２．６〜２．９ｅ
Ｖでなくてはならない、（２）クラッド層のバンドギャ
ップは、活性層より３００ｍ　ｅ　Ｖ高い２．９〜３．
２ｅＶの値をとらなくてはならない、（３）活性層及び
クラッド層の格子定数は一致しており、なおかつその値
と一致する基板結晶が存在しなければならない。

第２図より、ＺｎＣｄＳｅ５混晶が１．７ｅＶから３．
６ｅＶ　までのバンドギャップを持つことが分かる。し
かし、その領域は偏平であり、活性層とクラッド層のバ
ンドギャップ差を十分にとる事ができない。

ところで、第２図から、もしもＺｎＳとＺｎＴ　ｅを結
ぶ線上に位置する半導体があれば、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板
結晶に、Ｚｎ５ｅを活性層とした青色光半導体レーザを
実現出来る事が分かる。しかし、同図でＺｎＳとＺｎＴ
ｅを結ぶ線がない様に。

Ｚｎ５ｘＴｅ１−ｘ混晶半導体は結晶成長できない。

この事は理論的に説明されているわけではないが。

少なくとも現在の結晶成長技術ではＺ　ｎ　Ｓ　Ｔ　ｅ
混晶の結晶成長が著しく難しい事は確かである。

本発明の目的は、ＺｎＳＴｅ混晶品半導体に代替する半
導体及びその半導体を用いた半導体レーザ装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ＺｎＳとＺ　ｎ　Ｔ　ｅを原子層程度の周
期で交互に積層し原子層超格子とすることでＺ　ｎ　Ｓ
　Ｔ　ｅ混晶半導体を代替することができる。

ここで、原子層程度の周期とは、１原子から１０原子層
程度の厚みの周期である。１０原子層以上の周期の場合
は、超格子構造体を工個の物質として扱う原子層超格子
というよりは、異なる物質を周期的に積層した歪超格子
として取扱われるべきものとなりＺｎＳＴｅ混晶半導体
に代替する事が困難になる。

〔作用〕

原子層超格子半導体は、特開昭６３−２３６３８７号に
示されているように、平均組成が等しい混晶半導体に近
い物性を示す、そこで本発明の（ＺｎＳ）。

（ＺｎＴｅ）ｎ原子層超格子のバンドギャップがＺｎＳ
とＺｎＴｅを補間してＺｎＳＴｅ混晶を代替しうるかど
うかを調べる為に理論計算を行った。

ここで、（Ｚ　ｎ　Ｓ）ｍ　（Ｚ　ｎ　Ｔ　ｅ）ｎは、
ｍＭ子層のＺｎＳとｎ原子層のＺｎＴｅを交互に積層し
た原子層地格子を表す、また、計算はタイトパインディ
ング法を用い、電子の相互作用係数はハリソン（Ｈａｒ
ｒｉｓｏｎ）による理論値を用いた。

第３図にその結果を示す、タイトパインディング法は、
理論計算としては単純なので、得られたバンドギャップ
の絶対値は十分正確とはいえないが、定性的な評価には
利用できる。第３図より、（ＺｎＳ）、（ＺｎＴｅ）ｒ
＋原子層超格子のバンドギツプの値はＺｎＳとＺ　ｎ　
Ｔ　ｅの間にあり２組成の加重平均（同図では点線で示
す。）に近いことが分かる。つはり、（Ｚ　ｎ　Ｓ）ｓ
＋　（Ｚ　ｎ　Ｔ　ｅ　）ｎ原子層超格子はＺｎ５ｘＴ
ｅｘ−ｘ混晶半導体を代替する事ができる。

〔実施例〕

実施例１ 以下、本発明の一実施例の半導体レーザの横断面を第１
図に示す。

まず最初にｐ型（１００）ＧａＡｓ　１１基板を準備す
る６次に結晶成長をガスソース分子線ビームエピタキシ
ー法により行う、原料は亜鉛、セレン、テルル、アルミ
ニウム、ガリウム、硫化水素。

アルモニアおよびアルシンを用いる。結晶成長装置内に
上記Ｇ　ａ　Ａｓ基板１１をセットし、１０−ｎ。

Ｔｏｒｒ６００℃の下でｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓバラフッ層
１２を０．１μｍ成長させる０次に、サセプタの温度を
４００℃まで下げ、圧力を１０−’Ｔｏｒｒにする。

そして、亜鉛、硫黄、亜鉛、硫黄、亜鉛、テルルの分子
線をこの順に交互にＧ　ａ　Ａ　ｓ基板に照射し、（Ｚ
　ｎ　Ｓ）！　（Ｚ　ｎ　Ｔ　ｅ）を原子層超格子をｌ
ｐｍエピタキシャル成長させ、クラッド層１３を作製す
る。尚、テルルを照射する際にフルモニアを同時に導入
し、ｐ型の伝導型とする。次に亜鉛とセレンを同時に照
射し、Ｚｎ５ｅを０．１μｍ成長し、活性層１４とする
。そして再び亜鉛、硫黄、亜鉛。

硫黄、亜鉛、テルルの分子線をこの順に交互に照射し、
（Ｚ　ｎ　５）２（Ｚ　ｎ　Ｔ　ｅ）を原子層超格子を
１μｍ成長させ、クラッド層１５を作製する。今度は亜
鉛を照射する際にアルミニウムも同時に照射し、ｎ型と
する。最後にｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓキャラプ層１６を０．
５μｍ成長し、結晶成長を終える。

得られたダブルへテロウェハに５ｉｆｔ電流阻止膜■７
を抵抗性電極１８及び１９を形成する。

そして、３００Ｘ３００μｍ２に襞間しレーザチップと
する。この様にして青色光半導体レーザ装置が作製でき
る。

実施例２ 本実施例の半導体レーザは、実施例１の半導体レーザの
活性層１４をＺｎ５ｅから（ＺｎＳ）ｇ（ＺｎＴｅ）ｎ
原子層超格子に置換えたものである。

その他の部分及びその作製の方法は実施例１と全く同様
である。第３図かられかるとおり、（ＺｎＳ）ａ（Ｚｎ
Ｔｅ）ｎ原子層超格子は（Ｚ　ｎ　Ｓ）ｚ　（Ｚ　ｎ　
Ｔ　ｅ）ｌ原子層超格子よりも約５００　ｍ　ｅ　Ｖ以
上もバンドギャップの値が小さい。この（Ｚ　ｎ　５）
ａ（ＺｎＴｅ）＋原子層超格子を活性層に用いることに
より、実施例１の半導体レーザよりも発振波長の長い緑
色光半導体レーザを作製する事ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、（ＺｎＳ）、（ＺｎＴｅ）ｎ原子層超
格子でＺｎ５ｘＴｅｚ−８混晶半導体を代替することが
できるので、青色や緑色で発振する。波長が６００ｎｍ
以下の半導体レーザを作製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例になる半導体レーザ装置の
横断面図、第２図は、■−■族半導体における格子者数
とバンドギャップの関係を示す図、第３図は、（ＺｎＳ
）、（ＺｎＴｅ）ｎ原子層超格子のバンドギャップのタ
イトパインディング法による理論計算値と平均組成の関
係を示す図である。 １１−ｐ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、１３−ｐ型（ＺｎＳ）
ｚ（ＺｎＴｅ）、クラッド層、１４・・・ノンドープＺ
ｎ５ｅ活性層、１５−　ｎ型（ＺｎＳ）ｚ（ＺｎＴｅ）
ｔクラッド層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子層程度の周期でＺｎＳとＺｎＴｅが交互に積層
   された原子層超格子を有することを特徴とする半導体構
   造体。 ２、上記原子層超格子を構成する各半導体層の厚みは、
   １原子層から１０原子層の厚みである請求項１記載の半
   導体構造体。 ３、二つのクラッド層と、該クラッド層に挾まれた活性
   層とを有する半導体レーザ装置において、該クラッド層
   または該活性層の少なくとも１つが原子層程度の周期で
   ＺｎＳとＺｎＴｅが交互に積層された原子層超格子であ
   ることを特徴とする半導体レーザ装置。 ４、上記原子層超格子を構成するＺｎＳまたはＺｎＴｅ
   の厚みが１原子層から１０原子層の厚みである請求項３
   記載の半導体レーザ装置。