JPH0371679A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0371679A JPH0371679A JP1206656A JP20665689A JPH0371679A JP H0371679 A JPH0371679 A JP H0371679A JP 1206656 A JP1206656 A JP 1206656A JP 20665689 A JP20665689 A JP 20665689A JP H0371679 A JPH0371679 A JP H0371679A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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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。
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、電流注入型の半導体発光素子にかかわり、特
に青色の短波長の光を発光する短波長帯の半導体発光素
子に関するものである。
に青色の短波長の光を発光する短波長帯の半導体発光素
子に関するものである。
(従来の技術)
レーザ・ディスクやレーザ・プリンタなどに見られるよ
うに、近年光情報分野の進展にはめざましいものがある
。こうした分野では、光源として赤色の半導体レーザが
使用されているが、大容量記録、高速読出、高速印刷等
に対応するためには、高出力化に加えてレーザの短波長
化が必要とされている。このため半導体レーザの短波長
化の研究も進んでいるが、青色波長域の半導体レーザは
実現していない。一方、各種表示装置に用いられている
発光ダイオードをフルカラー表示素子として利用するた
めには、現在実用となっている赤色、緑色に加えて、青
色の発光ダイオードが必要となるが、現在実用となるも
のはできていない。
うに、近年光情報分野の進展にはめざましいものがある
。こうした分野では、光源として赤色の半導体レーザが
使用されているが、大容量記録、高速読出、高速印刷等
に対応するためには、高出力化に加えてレーザの短波長
化が必要とされている。このため半導体レーザの短波長
化の研究も進んでいるが、青色波長域の半導体レーザは
実現していない。一方、各種表示装置に用いられている
発光ダイオードをフルカラー表示素子として利用するた
めには、現在実用となっている赤色、緑色に加えて、青
色の発光ダイオードが必要となるが、現在実用となるも
のはできていない。
短波長帯、特に青色の発光装置に用いられる半導体は、
禁止帯幅の制約などからZnS 、 ZnSe、ZnT
e、 CdSなどのn−VI族化合物半導体が最も有望
と考えられる。第1図は、ZnS 、 ZnSe、 Z
nTeおよびその混晶系の禁止帯幅と格子定数の関係を
示したものである(但し、CdSは通常では六方晶系を
とるが、CdSを含む混晶では立方晶を取り得るので、
立方晶系に換算した格子定数で示した)。
禁止帯幅の制約などからZnS 、 ZnSe、ZnT
e、 CdSなどのn−VI族化合物半導体が最も有望
と考えられる。第1図は、ZnS 、 ZnSe、 Z
nTeおよびその混晶系の禁止帯幅と格子定数の関係を
示したものである(但し、CdSは通常では六方晶系を
とるが、CdSを含む混晶では立方晶を取り得るので、
立方晶系に換算した格子定数で示した)。
GaAs、 GaP 、 InP 、 Siについても
、参考のため示した。半導体デバイスでは基板と成長層
の格子定数はほぼ同じことが望ましい。一方、レーザや
高出力発光ダイオードに用いられる2重ヘテロ構造につ
いては、キャリア閉じ込めを有効に行うため、エネルギ
ー・バンド図において活性層の伝導帯下端は活性層の伝
導帯下端より下に、また活性層の価電子帯上端は活性層
の価電子帯上端より上にあることが必要である。
、参考のため示した。半導体デバイスでは基板と成長層
の格子定数はほぼ同じことが望ましい。一方、レーザや
高出力発光ダイオードに用いられる2重ヘテロ構造につ
いては、キャリア閉じ込めを有効に行うため、エネルギ
ー・バンド図において活性層の伝導帯下端は活性層の伝
導帯下端より下に、また活性層の価電子帯上端は活性層
の価電子帯上端より上にあることが必要である。
しかしながら、例えばGaAsを基板として、これにほ
ぼ格子整合するCdZnSSe系4元混晶を考えた時、
禁止帯幅の小さい組成程、電子親和力は小さいため、エ
ネルギー・バンド図上では第2図に示すように、活性層
の伝導帯下端Aが活性層の伝導帯下端Bの上に来る。こ
のため、2重ヘテロ構造レーザを作製しても、電子の閉
じ込めが出来ず、したがって、発振しきい値が大きくな
ったり、発光ダイオードの効率が悪いなどの問題があっ
た。
ぼ格子整合するCdZnSSe系4元混晶を考えた時、
禁止帯幅の小さい組成程、電子親和力は小さいため、エ
ネルギー・バンド図上では第2図に示すように、活性層
の伝導帯下端Aが活性層の伝導帯下端Bの上に来る。こ
のため、2重ヘテロ構造レーザを作製しても、電子の閉
じ込めが出来ず、したがって、発振しきい値が大きくな
ったり、発光ダイオードの効率が悪いなどの問題があっ
た。
(発明が解決しようとする課題)
従って、従来技術においては、II、VI族元素(Cd
%Zn、 S 、 Se、 Teなど)を用いたヘテロ
構造発光素子で、活性層および活性層が基板とほぼ格子
整合し、かつ活性層にキャリアを有効に閉じ込められる
、高効率のデバイスは得られなかった。
%Zn、 S 、 Se、 Teなど)を用いたヘテロ
構造発光素子で、活性層および活性層が基板とほぼ格子
整合し、かつ活性層にキャリアを有効に閉じ込められる
、高効率のデバイスは得られなかった。
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決する
ためになされたもので、新たな層構造を導入することに
より、基板との格子整合条件を満足しつつ、十分に注入
キャリア閉じ込めができ、発光効率の大なる半導体発光
素子を提供することにある。
ためになされたもので、新たな層構造を導入することに
より、基板との格子整合条件を満足しつつ、十分に注入
キャリア閉じ込めができ、発光効率の大なる半導体発光
素子を提供することにある。
(課題を解決するための手段)
本発明の第1の特徴は、活性層の両側に、当該活性層の
禁止帯幅より大なる禁止帯幅を有し、かつ互いに導電形
の異なる半導体による活性層が形成された半導体発光素
子において、前記活性層と少なくとも一方の前記活性層
との境界に、前記活性層の電子親和力より小なる電子親
和力を有し、かつ厚さが前記活性層の層厚よりも薄い半
導体よりなる第工のH壁層が配置されて構成したことに
ある。
禁止帯幅より大なる禁止帯幅を有し、かつ互いに導電形
の異なる半導体による活性層が形成された半導体発光素
子において、前記活性層と少なくとも一方の前記活性層
との境界に、前記活性層の電子親和力より小なる電子親
和力を有し、かつ厚さが前記活性層の層厚よりも薄い半
導体よりなる第工のH壁層が配置されて構成したことに
ある。
本発明の第2の特徴は、第1の特徴に加え、前記活性層
と他方の前記活性層との境界に、該活性層の禁止帯幅と
電子親和力の和より大なる禁止帯幅と電子親和力の和を
有し、かつ厚さが前記活性層の層厚よりも薄い半導体よ
りなる第2の障壁層が配置されて構成したことにある。
と他方の前記活性層との境界に、該活性層の禁止帯幅と
電子親和力の和より大なる禁止帯幅と電子親和力の和を
有し、かつ厚さが前記活性層の層厚よりも薄い半導体よ
りなる第2の障壁層が配置されて構成したことにある。
以下に、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
(実施例1)
第3図は、本発明による層構造を有する発光素子の断面
を示したもので、1はn−GaAs基板、2はn−Cd
o5sZno、 45SO,e4seo、 O6よりな
るn形りラッド層で厚さ約2μm、4はCdo、 +
5Zno、 asso、 31Seo、 asよりなる
活性層で厚さ約0.1μm、5はCdo、 o+Zno
99sa、 osseo、 e+よりなる第1の障壁層
で厚さ約iooオングストローム、6はp−C:do、
61iZno、 4!IsO,*5Seo、 02よ
りなるp形りラッド層で厚さ約2μm、7は絶縁膜、8
.9は電極である。
を示したもので、1はn−GaAs基板、2はn−Cd
o5sZno、 45SO,e4seo、 O6よりな
るn形りラッド層で厚さ約2μm、4はCdo、 +
5Zno、 asso、 31Seo、 asよりなる
活性層で厚さ約0.1μm、5はCdo、 o+Zno
99sa、 osseo、 e+よりなる第1の障壁層
で厚さ約iooオングストローム、6はp−C:do、
61iZno、 4!IsO,*5Seo、 02よ
りなるp形りラッド層で厚さ約2μm、7は絶縁膜、8
.9は電極である。
半導体層構造は、有機金属気相成長法(MOVPE)を
用いて作製した。また、図中のn形りラッド層2は工(
沃素)を、p形りラッド層6はLL (リチウム)をド
ープすることにより、10”cm”’以上のキャリア濃
度が得られた。その後、通常のプロセス工程により絶縁
膜7および電極8.9等を形成した。
用いて作製した。また、図中のn形りラッド層2は工(
沃素)を、p形りラッド層6はLL (リチウム)をド
ープすることにより、10”cm”’以上のキャリア濃
度が得られた。その後、通常のプロセス工程により絶縁
膜7および電極8.9等を形成した。
この構造では、基板1、活性層2及び6、活性層4及び
第1の障壁層5の格子定数はほぼ整合している。本発明
の特徴である第1の障壁層5は、層厚を活性H4よりも
極めて薄く(約150オングストローム以下)して、正
孔が第1の障壁層5に存在する確率を小さくなるように
構成されている。
第1の障壁層5の格子定数はほぼ整合している。本発明
の特徴である第1の障壁層5は、層厚を活性H4よりも
極めて薄く(約150オングストローム以下)して、正
孔が第1の障壁層5に存在する確率を小さくなるように
構成されている。
次に、本発明の特徴をエネルギーバンド構造等を用いて
説明する。第4図(a)は本発明の層構造図、同図(b
)は電極8,9に電圧を印加した時のエネルギーバンド
構造図、同図(c)は電圧を印加しない時の各半導体の
エネルギー準位図をそれぞれ示す。第4図(c)に示す
ように、ヘテロ接合部において電子親和力E、の差によ
り伝導帯の下端は活性層4の方が上にくる。しかし、本
発明では活性層4とp側りラッド層6との間(ヘテロ接
合部)に電子親和力E、が活性層4の電子親和力El1
4よりも小さい電子親和力Eoの第1の障壁層5を導入
することにより、活性層4に注入された電子がp側りラ
ッド層6ヘオーバーフローしてしまうのを防ぐことがで
き、活性層4への電子閉じ込めが可能となる。このため
、青色波長帯(この例では波長0.45μm帯)の高効
率・高信頼な注入形半導体発光素子が実現できる。なお
、第1の障壁層5の電子親和力EaSは小さいものの、
禁止帯幅Eoも一番小さいため、電子−正孔再結合がこ
の障壁層5で起きる可能性もあるが、電子はここには閉
じ込められないので、ここでの電子−正孔再結合確率は
小さい。
説明する。第4図(a)は本発明の層構造図、同図(b
)は電極8,9に電圧を印加した時のエネルギーバンド
構造図、同図(c)は電圧を印加しない時の各半導体の
エネルギー準位図をそれぞれ示す。第4図(c)に示す
ように、ヘテロ接合部において電子親和力E、の差によ
り伝導帯の下端は活性層4の方が上にくる。しかし、本
発明では活性層4とp側りラッド層6との間(ヘテロ接
合部)に電子親和力E、が活性層4の電子親和力El1
4よりも小さい電子親和力Eoの第1の障壁層5を導入
することにより、活性層4に注入された電子がp側りラ
ッド層6ヘオーバーフローしてしまうのを防ぐことがで
き、活性層4への電子閉じ込めが可能となる。このため
、青色波長帯(この例では波長0.45μm帯)の高効
率・高信頼な注入形半導体発光素子が実現できる。なお
、第1の障壁層5の電子親和力EaSは小さいものの、
禁止帯幅Eoも一番小さいため、電子−正孔再結合がこ
の障壁層5で起きる可能性もあるが、電子はここには閉
じ込められないので、ここでの電子−正孔再結合確率は
小さい。
本発明は、第4図(c)から明らかなように、禁止帯幅
Elの大きさを活性層2,6の禁止帯幅Eg□、E0〉
活性層4の禁止帯幅Eg4>第1の障壁M5の禁止帯幅
E15となるようにし、かつ電子親和力E、の大きさを
活性層2,6の電子親和力E、、、 E、a>活性層4
の電子親和力El4〉第1(7)障壁層5の電子親和力
Easとなるように半導体層構造にしたものである。た
だし、第1の障壁層5の禁止帯幅Egsは、活性層4の
禁止帯幅E、よりも大きいほうが理想的に好ましいが、
Zn−C:d−3−3e系では格子整合がとれ、かつ電
子親和力の条件も満足するような半導体層を実現できな
い。
Elの大きさを活性層2,6の禁止帯幅Eg□、E0〉
活性層4の禁止帯幅Eg4>第1の障壁M5の禁止帯幅
E15となるようにし、かつ電子親和力E、の大きさを
活性層2,6の電子親和力E、、、 E、a>活性層4
の電子親和力El4〉第1(7)障壁層5の電子親和力
Easとなるように半導体層構造にしたものである。た
だし、第1の障壁層5の禁止帯幅Egsは、活性層4の
禁止帯幅E、よりも大きいほうが理想的に好ましいが、
Zn−C:d−3−3e系では格子整合がとれ、かつ電
子親和力の条件も満足するような半導体層を実現できな
い。
(実施例2) 第5図は、本発明による第2の実施例で
あり、半導体発光素子の層構造断面図である。以下では
、実施例1と異なる点のみを詳説する。
あり、半導体発光素子の層構造断面図である。以下では
、実施例1と異なる点のみを詳説する。
実施例2は、実施例1の構造に加え、n形りラッド層2
と活性層4との間に第2の障壁層3を挿入して、正孔が
n形りラッド層2へのオーバーフローを抑圧したもので
ある。即ち、n−Cdo、 55Zno、 45SO,
54Seo、 osよりなり、かつ層厚が約2μmのn
形りラッド層2とCdo、 +5Zno、 asso、
31Seo、 89よりなり、かつ厚さが約0.1μ
mの活性層4との間に、Cdo、 5Jno、 4 I
sよりなり、かつ厚さが約100オングストロームの第
2の障壁層3を新たに設けたものである。なお、第2の
障壁層3の層厚は、第1の障壁層5の層厚と同様に活性
層4の層厚よりも極めて薄く(約150オングストロー
ム以下)して、電子が第2の障壁層3に存在する確率を
小さくなるように構成する必要がある。
と活性層4との間に第2の障壁層3を挿入して、正孔が
n形りラッド層2へのオーバーフローを抑圧したもので
ある。即ち、n−Cdo、 55Zno、 45SO,
54Seo、 osよりなり、かつ層厚が約2μmのn
形りラッド層2とCdo、 +5Zno、 asso、
31Seo、 89よりなり、かつ厚さが約0.1μ
mの活性層4との間に、Cdo、 5Jno、 4 I
sよりなり、かつ厚さが約100オングストロームの第
2の障壁層3を新たに設けたものである。なお、第2の
障壁層3の層厚は、第1の障壁層5の層厚と同様に活性
層4の層厚よりも極めて薄く(約150オングストロー
ム以下)して、電子が第2の障壁層3に存在する確率を
小さくなるように構成する必要がある。
次に、本発明の特徴をエネルギーバンド構造等を用いて
説明する。第6図(a)は本発明の層構造図、同図(b
)は電極8,9に電圧を印加した時のエネルギーバンド
構造図、同図(C)は電圧を印加しない時の各半導体の
エネルギー準位図をそれぞれ示す。第6図(c)に示す
ように、禁止帯幅Elの大きさを第2の障壁層3の禁止
帯幅E13〉活性層2,6の禁止帯幅Eg2. Ega
>活性層4の禁止帯幅Eo〉第1の障壁層5の禁止帯幅
Eoどなるようにし、かつ電子親和力E、の大きさを活
性層2,6の電子親和力E−2. E−6>活性層4の
電子親和力Eo4〉第2の障壁層3の電子親和力Eo3
〉第1の障壁層5の電子親和力Easとなるように半導
体層構造にしたものである。また、第2の障壁層3とn
側活性層2との関係は、(第2の障壁層3の禁止帯幅E
。十第2の障壁層3の電子親和力E。)〉(活性層2の
禁止帯幅E32+活性層2の電子親和力E、′2)とな
るようにして、キャリアが活性層4に十分閉じ込めるよ
うにしである。
説明する。第6図(a)は本発明の層構造図、同図(b
)は電極8,9に電圧を印加した時のエネルギーバンド
構造図、同図(C)は電圧を印加しない時の各半導体の
エネルギー準位図をそれぞれ示す。第6図(c)に示す
ように、禁止帯幅Elの大きさを第2の障壁層3の禁止
帯幅E13〉活性層2,6の禁止帯幅Eg2. Ega
>活性層4の禁止帯幅Eo〉第1の障壁層5の禁止帯幅
Eoどなるようにし、かつ電子親和力E、の大きさを活
性層2,6の電子親和力E−2. E−6>活性層4の
電子親和力Eo4〉第2の障壁層3の電子親和力Eo3
〉第1の障壁層5の電子親和力Easとなるように半導
体層構造にしたものである。また、第2の障壁層3とn
側活性層2との関係は、(第2の障壁層3の禁止帯幅E
。十第2の障壁層3の電子親和力E。)〉(活性層2の
禁止帯幅E32+活性層2の電子親和力E、′2)とな
るようにして、キャリアが活性層4に十分閉じ込めるよ
うにしである。
しである。
(実施例3)
実施例1および実施例2では活性層4がバルクの半導体
であったが、活性層4または活性層2(6)もしくはそ
の両方とも、厚さ300オングストローム以下の組成の
異なる超薄膜を多層積層した膜であってもよい。
であったが、活性層4または活性層2(6)もしくはそ
の両方とも、厚さ300オングストローム以下の組成の
異なる超薄膜を多層積層した膜であってもよい。
第7図は、本発明による第3の実施例であり、活性層1
0のみを超格子構造にしたもので、例えば、活性層10
の量子井戸層11をCdI−x Znx 5l−1’−
ZSe、、 Te、 (0≦X≦1.0≦y≦1、0≦
z≦1)とし、障壁層12をCdI−x’Znx’51
−y’−z’ 5eyTez・(O≦X゛≦1.0≦y
’51、0≦z゛≦1)とする超格子構造にすれば良い
。
0のみを超格子構造にしたもので、例えば、活性層10
の量子井戸層11をCdI−x Znx 5l−1’−
ZSe、、 Te、 (0≦X≦1.0≦y≦1、0≦
z≦1)とし、障壁層12をCdI−x’Znx’51
−y’−z’ 5eyTez・(O≦X゛≦1.0≦y
’51、0≦z゛≦1)とする超格子構造にすれば良い
。
また、図示しないが、活性層2(6)を超格子構造にす
る場合には、活性層2(6)の量子井戸層をCdI−p
ZnpS 1−q−r Se、3Ter (0≦p
≦1、0≦y≦1、O≦r≦1)とし、障壁層をCcL
−p’ Znp・s+−q’−r’ Seq、 Ter
’ (0≦p゛≦1.0≦q°≦1.0≦r°≦1)と
すれば良い。
る場合には、活性層2(6)の量子井戸層をCdI−p
ZnpS 1−q−r Se、3Ter (0≦p
≦1、0≦y≦1、O≦r≦1)とし、障壁層をCcL
−p’ Znp・s+−q’−r’ Seq、 Ter
’ (0≦p゛≦1.0≦q°≦1.0≦r°≦1)と
すれば良い。
こうした超格子構造を採用した場合、バルクに比べてc
dを多く含む組成でも、Zineblende構造が保
たれ易いという傾向があり、このためバルクより結晶構
造が安定する。更に、活性層2.6を超格子層とした場
合、基板との界面の超格子層が基板からの不純物原子の
拡散を防ぐ機能を果たすことが期待される。例えば、S
L、 Ga、 As或いはPの拡散が防止される。また
活性層4が超格子層の場合、量子井戸レーザとしての特
性を示すことは言うまでもなく、閾値電流が小さい、温
度特性が良い等の利点がある。
dを多く含む組成でも、Zineblende構造が保
たれ易いという傾向があり、このためバルクより結晶構
造が安定する。更に、活性層2.6を超格子層とした場
合、基板との界面の超格子層が基板からの不純物原子の
拡散を防ぐ機能を果たすことが期待される。例えば、S
L、 Ga、 As或いはPの拡散が防止される。また
活性層4が超格子層の場合、量子井戸レーザとしての特
性を示すことは言うまでもなく、閾値電流が小さい、温
度特性が良い等の利点がある。
上述の実施例1,2及び3では、GaAsを基板1とし
、活性層4・活性層2,6に関し、1組の組成について
示したが、本発明はこの組成だけに限らない。活性層4
の組成をCd、−ウZnx 5l−y−xSe、 Te
、 (0≦X≦1、O≦y≦1、0≦z≦1) 活性層
2,6の組成をcci、−pZnpSl−q−r 5e
qTer (o≦p≦1、0≦y≦1、O≦r≦1)、
第1の障壁N5の組成をcat−u ZnuS+ −v
−w Sev Tew (0≦U≦1.0≦V≦1、0
≦w≦1)、第2の障壁層3の組成をccil−u−Z
nusl−V’−W’ 5ev−TeW・(o≦U°≦
1.0≦V゛≦1、0≦w”≦1)とし、これらが基板
1とほぼ格子整合すると共に、活性層4、第1の障壁層
5および第2の障壁層3、活性層2,6の半導体の禁止
帯111!E、をそれぞれEg4 、Eg6 s Eg
3 、Eg2、Eg8とした時、Egs <Eg4<E
g□、 Eg、 <E、3を満足するように各層の組成
を選び、更に電子や正孔が第1の障壁層5及び第2の障
壁層内に存在する確率を十分小さくなるようにするため
に、第1の障壁層5および第2の障壁層3の厚さを15
0オングストローム以下にすればよい。
、活性層4・活性層2,6に関し、1組の組成について
示したが、本発明はこの組成だけに限らない。活性層4
の組成をCd、−ウZnx 5l−y−xSe、 Te
、 (0≦X≦1、O≦y≦1、0≦z≦1) 活性層
2,6の組成をcci、−pZnpSl−q−r 5e
qTer (o≦p≦1、0≦y≦1、O≦r≦1)、
第1の障壁N5の組成をcat−u ZnuS+ −v
−w Sev Tew (0≦U≦1.0≦V≦1、0
≦w≦1)、第2の障壁層3の組成をccil−u−Z
nusl−V’−W’ 5ev−TeW・(o≦U°≦
1.0≦V゛≦1、0≦w”≦1)とし、これらが基板
1とほぼ格子整合すると共に、活性層4、第1の障壁層
5および第2の障壁層3、活性層2,6の半導体の禁止
帯111!E、をそれぞれEg4 、Eg6 s Eg
3 、Eg2、Eg8とした時、Egs <Eg4<E
g□、 Eg、 <E、3を満足するように各層の組成
を選び、更に電子や正孔が第1の障壁層5及び第2の障
壁層内に存在する確率を十分小さくなるようにするため
に、第1の障壁層5および第2の障壁層3の厚さを15
0オングストローム以下にすればよい。
なお、上述の説明において、各組成比(X。
J+ 4+ kJ+ l−i l L+
−−−kJ* ”4+ + un
V+w’)は本発明の特徴である格子整合及び電子親和
力等を考慮して決定し、具体的には3元以上の化合物半
導体層となるように選択する。
−−−kJ* ”4+ + un
V+w’)は本発明の特徴である格子整合及び電子親和
力等を考慮して決定し、具体的には3元以上の化合物半
導体層となるように選択する。
また、上述の説明では、n形基板1を想定しているが、
もちろんp形基板を使用し、活性層2.6の伝導形を逆
にした構造でも問題無い。n形ドーパントとしては、B
r、GA、Ga、Inなどを用いてもよく、p形ドーパ
ントとしては、Na%に%P%As、 Sbなどを用い
てもよい。さらに、基板工を構成する半導体が、GaA
s、 GaP、InP 、 Si、 Ge、 ZnSe
またはGaAsP混晶を用いても、活性層4及び活性層
2(6)と格子整合をとることができる。
もちろんp形基板を使用し、活性層2.6の伝導形を逆
にした構造でも問題無い。n形ドーパントとしては、B
r、GA、Ga、Inなどを用いてもよく、p形ドーパ
ントとしては、Na%に%P%As、 Sbなどを用い
てもよい。さらに、基板工を構成する半導体が、GaA
s、 GaP、InP 、 Si、 Ge、 ZnSe
またはGaAsP混晶を用いても、活性層4及び活性層
2(6)と格子整合をとることができる。
本発明はレーザでも発光ダイオードでも適用可能である
。レーザの場合には、埋め込み構造をはじめ各種の横モ
ード制御構造に適用可能である。
。レーザの場合には、埋め込み構造をはじめ各種の横モ
ード制御構造に適用可能である。
分布帰還形または分布ブラッグ反射形のレーザにも応用
できる。
できる。
(発明の効果)
以上のように、本発明によれば、n −vr族化合物半
導体、特にCdZn5SeTe系を用いた2重ヘテロ構
造を有する発光素子において、活性層4と活性層6との
ヘテロ接合部の境界に、活性層4の電子親和力E、より
小なる電子親和力E、を有し、かつ厚さが活性層4の層
厚よりも薄い半導体よりなる第1の障壁層5を備えるこ
とにより、活性層4に注入された電子がp側りラッド層
6ヘオーバーフローしてしまうことを抑圧することがで
き、活性層4への電子の閉じ込めが可能となるため、青
色波長域の動作が可能な半導体発光素子を実現すること
ができる。
導体、特にCdZn5SeTe系を用いた2重ヘテロ構
造を有する発光素子において、活性層4と活性層6との
ヘテロ接合部の境界に、活性層4の電子親和力E、より
小なる電子親和力E、を有し、かつ厚さが活性層4の層
厚よりも薄い半導体よりなる第1の障壁層5を備えるこ
とにより、活性層4に注入された電子がp側りラッド層
6ヘオーバーフローしてしまうことを抑圧することがで
き、活性層4への電子の閉じ込めが可能となるため、青
色波長域の動作が可能な半導体発光素子を実現すること
ができる。
第1の障壁層5に加え、活性層4と他方の活性層2との
境界に、活性層2の禁止帯幅Egzと電子親和力E。ど
の和より大なる禁止帯幅Eoと電子親和力E。どの和を
有し、かつ厚さが活性層4の層厚よりも薄い半導体より
なる第2の障壁層3を備えることにより、正孔がn側活
性層2ヘオーバーフローすることを防止することができ
る。
境界に、活性層2の禁止帯幅Egzと電子親和力E。ど
の和より大なる禁止帯幅Eoと電子親和力E。どの和を
有し、かつ厚さが活性層4の層厚よりも薄い半導体より
なる第2の障壁層3を備えることにより、正孔がn側活
性層2ヘオーバーフローすることを防止することができ
る。
ができる。
活性層4、活性層2及び6のうち少なくとも活性層4が
互いに禁止帯幅の異なる薄膜を複数積層した超格子構造
で構成することにより、安定な結晶構造の半導体発光素
子を実現することができる。
互いに禁止帯幅の異なる薄膜を複数積層した超格子構造
で構成することにより、安定な結晶構造の半導体発光素
子を実現することができる。
第1の障壁層5を構成する半導体は、C:d、。
Znu 5l−IT+W Sev Tew (0≦U≦
1.0≦V≦1、0≦w≦1)であることにより、活性
層4に注入された電子がp側りラッド層6ヘオーバーフ
ローしてしまうことを抑圧することができる。
1.0≦V≦1、0≦w≦1)であることにより、活性
層4に注入された電子がp側りラッド層6ヘオーバーフ
ローしてしまうことを抑圧することができる。
第2の障壁層3を構成する半導体は、Cd、。
Znu・5l−V’−W’ Sev−Tew・(0≦U
゛≦1.0≦V≦1、0≦w°≦1)であることにより
、正孔がn側活性層2ヘオーバーフローすることを防止
することができる。
゛≦1.0≦V≦1、0≦w°≦1)であることにより
、正孔がn側活性層2ヘオーバーフローすることを防止
することができる。
活性層4を構成する半導体は、Cdl−x ZnxSt
−y−z Sey Tex (0≦X≦1、O≦y≦
1、O5Z≦1)、活性層2(6)を構成する半導体は
、Cdl−p Znp 5l−q−r 5eQTer
(o≦p≦1、0≦y≦1、O≦r≦1)であることに
より、短波長域の発光素子を構成することができる。
−y−z Sey Tex (0≦X≦1、O≦y≦
1、O5Z≦1)、活性層2(6)を構成する半導体は
、Cdl−p Znp 5l−q−r 5eQTer
(o≦p≦1、0≦y≦1、O≦r≦1)であることに
より、短波長域の発光素子を構成することができる。
基板1を構成する半導体が、GaAs、 GaP、In
P 、 Si%Ge、 ZnSeまたはGaAsP混晶
であることにより、活性層4及び活性層2(6)と格子
整合をとることができる。
P 、 Si%Ge、 ZnSeまたはGaAsP混晶
であることにより、活性層4及び活性層2(6)と格子
整合をとることができる。
活性層4を構成する半導体は、Cdl−x Znxs+
−y−z Sey Tex (0≦x51、O≦y≦1
,0≦Z≦1)及びCdl−1Zn1S+−y・−z・
Se、−Tez(O≦X゛≦1,0≦y°≦1、0≦z
°≦1)からなる超格子構造であることにより、閾値電
流が小さく、かつ温度特性が良いレーザな実現できる。
−y−z Sey Tex (0≦x51、O≦y≦1
,0≦Z≦1)及びCdl−1Zn1S+−y・−z・
Se、−Tez(O≦X゛≦1,0≦y°≦1、0≦z
°≦1)からなる超格子構造であることにより、閾値電
流が小さく、かつ温度特性が良いレーザな実現できる。
このため、従来、半導体レーザ・ダイオードではできな
かった、青色波長域の動作が実現されるようになり、ま
た青色の高効率・高輝度発光ダイオードも得られるよう
になる。本発明が短波長帯発光素子の性能向上に寄与す
るところが大であり、民生用或いは情報処理機器用に広
く利用され、その効果が極めて大である。
かった、青色波長域の動作が実現されるようになり、ま
た青色の高効率・高輝度発光ダイオードも得られるよう
になる。本発明が短波長帯発光素子の性能向上に寄与す
るところが大であり、民生用或いは情報処理機器用に広
く利用され、その効果が極めて大である。
第1図は、ZnS 、 ZnSe、 ZnTeおよびそ
の混晶系、ならびにGaAs、 GaP 、 InP
、 Si、Geの禁止帯幅と格子定数との関係図、 第2図はGaAsに格子整合したCdZnSSe 4元
系混晶を用いた従来の半導体発光素子による2重ヘテロ
接合におけるエネルギー・バンド接続の模式第3図は本
発明による第1の障壁層を有する半導体発光素子の断面
図、 第4図(a)は本発明の第1の実施例による層構造図、 第4図(b)は電極8,9に電圧を印加した時のエネル
ギーバンド構造図、 第4図(c)は電圧を印加しない時の各半導体のエネル
ギー準位図、 第5図は本発明による第1の障壁層及び第2の障壁層を
有する半導体発光素子の断面図、第6図(a)は本発明
の第2の実施例による層構造図、 第6図(b)は電極8,9に電圧を印加した時のエネル
ギーバンド構造図、 第6図(c)は電圧を印加しない時の各半導体のエネル
ギー準位図、 第7図は本発明の第3の実施例による半導体発光素子の
断面図である。 1 ; n−GaAs基板、 2 : n−Cdo、 5sZno、 48SO,*4
Seo、 osよりなるn形りラッド層、 3 ; Cdo、 5Jno、 41Sよりなる第2の
障壁層、4 ; Cdo、 +5Zno、 5sso、
s+Seo、 soよりなる活性層、5 ; Cdo
、 o+Zno、 eeso、 ogseo、 91よ
りなる第1の障壁層、 6 : p Cdo、5sZno、asSo、eaS
eo、ozよりなるp側りラッド層、 7;絶縁膜、 8,9;電極、10、超
格子構造の活性層、 11;量子井戸層、12;障壁層
。
の混晶系、ならびにGaAs、 GaP 、 InP
、 Si、Geの禁止帯幅と格子定数との関係図、 第2図はGaAsに格子整合したCdZnSSe 4元
系混晶を用いた従来の半導体発光素子による2重ヘテロ
接合におけるエネルギー・バンド接続の模式第3図は本
発明による第1の障壁層を有する半導体発光素子の断面
図、 第4図(a)は本発明の第1の実施例による層構造図、 第4図(b)は電極8,9に電圧を印加した時のエネル
ギーバンド構造図、 第4図(c)は電圧を印加しない時の各半導体のエネル
ギー準位図、 第5図は本発明による第1の障壁層及び第2の障壁層を
有する半導体発光素子の断面図、第6図(a)は本発明
の第2の実施例による層構造図、 第6図(b)は電極8,9に電圧を印加した時のエネル
ギーバンド構造図、 第6図(c)は電圧を印加しない時の各半導体のエネル
ギー準位図、 第7図は本発明の第3の実施例による半導体発光素子の
断面図である。 1 ; n−GaAs基板、 2 : n−Cdo、 5sZno、 48SO,*4
Seo、 osよりなるn形りラッド層、 3 ; Cdo、 5Jno、 41Sよりなる第2の
障壁層、4 ; Cdo、 +5Zno、 5sso、
s+Seo、 soよりなる活性層、5 ; Cdo
、 o+Zno、 eeso、 ogseo、 91よ
りなる第1の障壁層、 6 : p Cdo、5sZno、asSo、eaS
eo、ozよりなるp側りラッド層、 7;絶縁膜、 8,9;電極、10、超
格子構造の活性層、 11;量子井戸層、12;障壁層
。
Claims (8)
- (1)活性層の両側に、当該活性層の禁止帯幅より大な
る禁止帯幅を有し、かつ互いに導電形の異なる半導体に
よるクラッド層が形成された半導体発光素子において、 前記活性層と少なくとも一方の前記クラッド層とのヘテ
ロ接合部の境界に、前記活性層の電子親和力より小なる
電子親和力を有し、かつ厚さが前記活性層の層厚よりも
薄い半導体よりなる第1の障壁層が配置されて構成され
ていることを特徴とする半導体発光素子。 - (2)請求項第1項に加え、前記活性層と他方の前記ク
ラッド層との境界に、該クラッド層の禁止帯幅と電子親
和力の和より大なる禁止帯幅と電子親和力の和を有し、
かつ厚さが前記活性層の層厚よりも薄い半導体よりなる
第2の障壁層が配置されて構成されていることを特徴と
する半導体発光素子。 - (3)前記活性層、前記クラッド層のうち少なくとも前
記活性層が互いに禁止帯幅の異なる薄膜を複数積層した
超格子構造で構成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第1項ないし第2項記載の半導体発光素子。 - (4)前記第1の障壁層を構成する半導体は、Cd_1
_−_uZn_uS_1_−_v_−_wSe_vTe
_w(0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1)であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第2項記載
の半導体発光素子。 - (5)前記第2の障壁層を構成する半導体は、Cd_1
_−_u^1Zn_u^1S_1_−_v^1_−_w
^1Se_v^1Te_w^1(0≦u^1≦1、0≦
v^1≦1、0≦w^1≦1)であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項ないし第2項記載の半導体発光素
子。 - (6)前記活性層を構成する半導体は、Cd_1_−_
xZn_xS_1_−_y_−_zSe_yTe_z(
0≦X≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)、前記クラッド
層を構成する半導体は、Cd_1_−_pZn_pS_
1_−_q_−_rSe_qTe_r(0≦p≦1、0
≦q≦1、0≦r≦1)であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項ないし第2項記載の半導体発光素子。 - (7)前記基板を構成する半導体が、GaAs、GaP
、InP、Si、Ge、ZnSeまたはGaAsP混晶
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
2項記載の半導体発光素子。 - (8)前記活性層を構成する半導体は、Cd_1_−_
xZn_xS_1_−_y_−_zSe_yTe_z(
0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)及びCd_1_
−_x^1Zn_x^1S_1_−_y^1_z^1S
e_y^1Te_z^1(0≦x^1≦1、0≦y^1
≦1、0≦z^1≦1)からなる超格子構造であること
を特徴とする特許請求の範囲第3項記載の半導体発光素
子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1206656A JPH0371679A (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1206656A JPH0371679A (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0371679A true JPH0371679A (ja) | 1991-03-27 |
Family
ID=16526964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1206656A Pending JPH0371679A (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0371679A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04266075A (ja) * | 1991-02-21 | 1992-09-22 | Seiwa Denki Kk | 半導体装置 |
EP0536757A1 (en) * | 1991-10-08 | 1993-04-14 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
JPH0697505A (ja) * | 1992-09-09 | 1994-04-08 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体発光素子 |
US5467364A (en) * | 1992-02-05 | 1995-11-14 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Semiconductor laser element and laser device using the same element |
US5764668A (en) * | 1993-12-24 | 1998-06-09 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Semiconductor laser device |
USRE36431E (en) * | 1992-02-05 | 1999-12-07 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser element and laser device using the same element |
JP2008192790A (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード |
JP2013545312A (ja) * | 2010-11-26 | 2013-12-19 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | オプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法およびそのような半導体チップ |
-
1989
- 1989-08-11 JP JP1206656A patent/JPH0371679A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04266075A (ja) * | 1991-02-21 | 1992-09-22 | Seiwa Denki Kk | 半導体装置 |
EP0536757A1 (en) * | 1991-10-08 | 1993-04-14 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
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USRE36431E (en) * | 1992-02-05 | 1999-12-07 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser element and laser device using the same element |
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JP2008192790A (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード |
JP2013545312A (ja) * | 2010-11-26 | 2013-12-19 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | オプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法およびそのような半導体チップ |
US9093604B2 (en) | 2010-11-26 | 2015-07-28 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method of producing an optoelectronic semiconductor chip, and such a semiconductor chip |
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