JPH06237047A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH06237047A JPH06237047A JP2276993A JP2276993A JPH06237047A JP H06237047 A JPH06237047 A JP H06237047A JP 2276993 A JP2276993 A JP 2276993A JP 2276993 A JP2276993 A JP 2276993A JP H06237047 A JPH06237047 A JP H06237047A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 室温等の比較的高温での緑色ないしは青色発
光を効率良く行う半導体発光素子を構成する。 【構成】 格子定数が５．６２Å〜５．６８Åの単結晶
基体１上に、少なくとも第１導電型のＺｎX Ｍｇ1-X Ｓ
Y Ｓｅ1-Y からなる第１のクラッド層２と、II−VI族化
合物半導体からなる活性層３と、第２導電型のＺｎX Ｍ
ｇ1-X ＳY Ｓｅ1- Y からなる第２のクラッド層４とを有
してなり、活性層の屈折率がｎ0 ，厚さがｄで、発光波
長をλ，閉じ込め係数をΓとするとき、上記クラッド層
２及び４のＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y のＸ及びＹの値
を、式１，２に選定する。
光を効率良く行う半導体発光素子を構成する。 【構成】 格子定数が５．６２Å〜５．６８Åの単結晶
基体１上に、少なくとも第１導電型のＺｎX Ｍｇ1-X Ｓ
Y Ｓｅ1-Y からなる第１のクラッド層２と、II−VI族化
合物半導体からなる活性層３と、第２導電型のＺｎX Ｍ
ｇ1-X ＳY Ｓｅ1- Y からなる第２のクラッド層４とを有
してなり、活性層の屈折率がｎ0 ，厚さがｄで、発光波
長をλ，閉じ込め係数をΓとするとき、上記クラッド層
２及び４のＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y のＸ及びＹの値
を、式１，２に選定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子、特に
II−VI族化合物半導体による短波長発光例えば青色、緑
色発光の半導体レーザあるいは発光ダイオードに係わ
る。
II−VI族化合物半導体による短波長発光例えば青色、緑
色発光の半導体レーザあるいは発光ダイオードに係わ
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば光ディスク、光磁気ディスクに対
する記録再生の高密度、高解像の要求から、緑色ないし
は青色発光の半導体レーザの要求が高まっている。
する記録再生の高密度、高解像の要求から、緑色ないし
は青色発光の半導体レーザの要求が高まっている。
【０００３】活性層にＺｎＳｅ，ＺｎＳＳｅ，ＺｎＣｄ
Ｓｅ等のII−VI族化合物半導体を用い、クラッド層とし
てＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y を用いることにより、短
波長の半導体発光素子としてレーザ発振することが知ら
れている 。
Ｓｅ等のII−VI族化合物半導体を用い、クラッド層とし
てＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y を用いることにより、短
波長の半導体発光素子としてレーザ発振することが知ら
れている 。
【０００４】この場合、ＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y 材
料においてそのＭｇ比率を高めれば、その屈折率が小さ
くなり、活性層における光の閉じ込めを効果的に行うこ
とができることが定性的には知られており、実際に、低
温（７７Ｋ）では、レーザ発振が得られている。
料においてそのＭｇ比率を高めれば、その屈折率が小さ
くなり、活性層における光の閉じ込めを効果的に行うこ
とができることが定性的には知られており、実際に、低
温（７７Ｋ）では、レーザ発振が得られている。
【０００５】しかしながら、このレーザ発振を比較的高
温例えば室温で行うことができるようにするには、クラ
ッド層による光の閉じ込めをより強くすることが必要で
ある。つまり、クラッド層と活性層との屈折率の差をよ
り大とする必要がある。
温例えば室温で行うことができるようにするには、クラ
ッド層による光の閉じ込めをより強くすることが必要で
ある。つまり、クラッド層と活性層との屈折率の差をよ
り大とする必要がある。
【０００６】そのためには、従来の知見では、Ｍｇ比率
をできるだけ高めることにによりクラッド層の屈折率を
より小さくするようにしている。
をできるだけ高めることにによりクラッド層の屈折率を
より小さくするようにしている。
【０００７】ところが、このようにＭｇの比率を高める
と、アクセプタのドープが困難になり、その結果キャリ
ア密度が減少し、電流注入がうまく行われず、レーザ発
振に到らなくなるという問題が生じてくる。
と、アクセプタのドープが困難になり、その結果キャリ
ア密度が減少し、電流注入がうまく行われず、レーザ発
振に到らなくなるという問題が生じてくる。
【０００８】すなわち、従来ＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半
導体において、屈折率に係わる定量的考察、究明が充分
なされていないものであり、このため、光閉じ込めに必
要な屈折率を示すに最適なＭｇ比率、充分なアクセプタ
のドーピング可能なＭｇ比率等が求められていない状態
にあり、安定して発光効率の高いレーザ発振が望めない
状況にある。
導体において、屈折率に係わる定量的考察、究明が充分
なされていないものであり、このため、光閉じ込めに必
要な屈折率を示すに最適なＭｇ比率、充分なアクセプタ
のドーピング可能なＭｇ比率等が求められていない状態
にあり、安定して発光効率の高いレーザ発振が望めない
状況にある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、室温
等の比較的高温での緑色ないしは青色発光を効率良く行
うことのできる半導体発光素子を構成することにある。
等の比較的高温での緑色ないしは青色発光を効率良く行
うことのできる半導体発光素子を構成することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の本発明は、図１に
その一例の略線的断面図を示すように、格子定数が５．
６２Å〜５．６８Åの単結晶基体１上に、少なくとも第
１導電型のＺｎX Ｍｇ 1-X ＳY Ｓｅ1-Y からなる第１の
クラッド層２と、II−VI族化合物半導体からなる活性層
３と、第２導電型のＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y からな
る第２のクラッド層４とを有してなり、活性層の屈折率
がｎ0 ，厚さがｄで、発光波長をλ，閉じ込め係数をΓ
とするとき、上記クラッド層２及び４のＺｎX Ｍｇ1-X
ＳY Ｓｅ 1-Y のＸ及びＹの値が、下記数３（数１）及び
数４（数２）に選定した組成とする。
その一例の略線的断面図を示すように、格子定数が５．
６２Å〜５．６８Åの単結晶基体１上に、少なくとも第
１導電型のＺｎX Ｍｇ 1-X ＳY Ｓｅ1-Y からなる第１の
クラッド層２と、II−VI族化合物半導体からなる活性層
３と、第２導電型のＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y からな
る第２のクラッド層４とを有してなり、活性層の屈折率
がｎ0 ，厚さがｄで、発光波長をλ，閉じ込め係数をΓ
とするとき、上記クラッド層２及び４のＺｎX Ｍｇ1-X
ＳY Ｓｅ 1-Y のＸ及びＹの値が、下記数３（数１）及び
数４（数２）に選定した組成とする。
【００１１】
【数３】
【００１２】
【数４】
【００１３】第２の本発明は、上記単結晶基体１をＧａ
Ａｓとする。
Ａｓとする。
【００１４】第３の本発明は、上記活性層がＺｎＳｅと
する。
する。
【００１５】
【作用】上述の本発明によるときは、格子定数が５．６
２〜５．６８Åの単結晶基体、すなわち、一般に化合物
半導体装置として良く用いられる結晶性にすぐれた基体
として供給されている例えばＧａＡｓ，ＺｎＳｅ基体に
対して良く整合するもので、これによって結晶性に優れ
た半導体発光素子を構成できると同時に、レーザ発振に
要する閉じ込め係数Γの最小値及び活性層の厚さｄの最
大値を与えると、Ｍｇ比率が最低のＺｎX Ｍｇ1-X ＳY
Ｓｅ1-Y の組成が決定できることから、この組成のＺｎ
ＭｇＳＳｅをクラッド層２及び４とすることによって、
いずれか一方のｐ型クラッド層において充分なアクセプ
タドーピングを可能にし、これによって低抵抗化をはか
ることができて、安定した高効率のレーザ発振と、更に
長寿命化をはかることができる。
２〜５．６８Åの単結晶基体、すなわち、一般に化合物
半導体装置として良く用いられる結晶性にすぐれた基体
として供給されている例えばＧａＡｓ，ＺｎＳｅ基体に
対して良く整合するもので、これによって結晶性に優れ
た半導体発光素子を構成できると同時に、レーザ発振に
要する閉じ込め係数Γの最小値及び活性層の厚さｄの最
大値を与えると、Ｍｇ比率が最低のＺｎX Ｍｇ1-X ＳY
Ｓｅ1-Y の組成が決定できることから、この組成のＺｎ
ＭｇＳＳｅをクラッド層２及び４とすることによって、
いずれか一方のｐ型クラッド層において充分なアクセプ
タドーピングを可能にし、これによって低抵抗化をはか
ることができて、安定した高効率のレーザ発振と、更に
長寿命化をはかることができる。
【００１６】
【実施例】図１を参照して本発明による半導体発光素
子、例えば半導体レーザの実施例を詳細に説明する。
子、例えば半導体レーザの実施例を詳細に説明する。
【００１７】本発明では、格子定数が５．６２〜５．６
８Åの単結晶基体の第１の導電型（ｐ型またはｎ型）の
ＧａＡｓ基体１上に、順次必要に応じて基体１と同導電
型のバッファ層５を介して、同様に第１の導電型の第１
のクラッド層２、アンドープもしくは低不純物濃度の活
性層３、第２の導電型の第２のクラッド層４、これと同
導電型のキャップ層６とをエピタキシャル成長し、キャ
ップ層６にストライプ状にオーミックに電極７を被着
し、基体１の裏面に他方の対向電極８を設ける。
８Åの単結晶基体の第１の導電型（ｐ型またはｎ型）の
ＧａＡｓ基体１上に、順次必要に応じて基体１と同導電
型のバッファ層５を介して、同様に第１の導電型の第１
のクラッド層２、アンドープもしくは低不純物濃度の活
性層３、第２の導電型の第２のクラッド層４、これと同
導電型のキャップ層６とをエピタキシャル成長し、キャ
ップ層６にストライプ状にオーミックに電極７を被着
し、基体１の裏面に他方の対向電極８を設ける。
【００１８】つまり、この構造では、ダブルヘテロ構造
のｐｎ接合ダイオード構成で、その接合位置に活性層３
が配置された構造である。
のｐｎ接合ダイオード構成で、その接合位置に活性層３
が配置された構造である。
【００１９】第１及び第２のクラッド層２及び４は、前
記（１）式及び（２）式を満たす組成のＺｎX Ｍｇ1-X
ＳY Ｓｅ1-Y によって構成する。
記（１）式及び（２）式を満たす組成のＺｎX Ｍｇ1-X
ＳY Ｓｅ1-Y によって構成する。
【００２０】活性層３は例えばＺｎＳｅ，ＺｎＳＳｅ，
ＺｎＣｄＳｅ等のII−VI族によって構成する。
ＺｎＣｄＳｅ等のII−VI族によって構成する。
【００２１】この構成による半導体レーザは、電極７及
び８間に電源Ｓを投入することによって室温程度で安定
した緑色ないしは青色のレーザ発振がなされた。
び８間に電源Ｓを投入することによって室温程度で安定
した緑色ないしは青色のレーザ発振がなされた。
【００２２】次に、前記（１）式及び（２）式の組成に
よってレーザ発振がなされることについて説明する。
よってレーザ発振がなされることについて説明する。
【００２３】今、ＧａＡｓ基体に格子整合するＺｎX Ｍ
ｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y の波長λ＝４６５ｎｍにおける屈折
率ｎを、そのバンドギャップエネルギーＥｇに対してプ
ロットすると図２に示すように、直線９上に良くのる。
そしてこの直線９は、数５の（３）式で表される。
ｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y の波長λ＝４６５ｎｍにおける屈折
率ｎを、そのバンドギャップエネルギーＥｇに対してプ
ロットすると図２に示すように、直線９上に良くのる。
そしてこの直線９は、数５の（３）式で表される。
【００２４】
【数５】 ｎ＝５．６９７３−１．０２０８Ｅｇ……（３）
【００２５】一方、おおよそ０．５＜ｘ≦１，０≦ｙ≦
１の範囲でのＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y のＥｇの測定
値は、図３中に示した通りである。ここで図３中直線ａ
がＧａＡｓに格子整合する組成である。
１の範囲でのＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y のＥｇの測定
値は、図３中に示した通りである。ここで図３中直線ａ
がＧａＡｓに格子整合する組成である。
【００２６】このＧａＡｓに格子整合する直線ａは、
（ｘ−１）≪１において次の数６の関係となる。
（ｘ−１）≪１において次の数６の関係となる。
【００２７】
【数６】ｙ＝１．６７９−１．６１９ｘ ……（４）
【００２８】また、この（４）式の直線ａ上でエネルギ
ーギャップＥｇはｘに対して次の数７で表せることが、
図３から分かる。
ーギャップＥｇはｘに対して次の数７で表せることが、
図３から分かる。
【００２９】
【数７】 Ｅｇ＝４．４０５−１．５７９ｘ ……（５）
【００３０】（３）式及び（５）式よりＥｇを消去すれ
ば下記数８となる。
ば下記数８となる。
【００３１】
【数８】 ｎ＝１．２００７＋１．６１１８ｘ ……（６）
【００３２】他方、光閉じ込め係数Γは、活性層の屈折
率ｎ0 とＺｎＭｇＳＳｅクラッド層の屈折率ｎとの差を
Δｎとすると、数９として与えられる。
率ｎ0 とＺｎＭｇＳＳｅクラッド層の屈折率ｎとの差を
Δｎとすると、数９として与えられる。
【００３３】
【数９】
【００３４】この数９の（７）式は、下記数１０（H.C.
Casey,Jr.and M.B. Panish,"Heterostructures", pp56
(1978,Academic Press,New York)参照）において、Δｎ
≪ｎ 0 とした場合である。
Casey,Jr.and M.B. Panish,"Heterostructures", pp56
(1978,Academic Press,New York)参照）において、Δｎ
≪ｎ 0 とした場合である。
【００３５】
【数１０】 Γ≒２π2(ｎ0 2−ｎ2)ｄ2 ／λ2 ……（８）
【００３６】Δｎについて（７）式を解くと、下記数１
１になる。
１になる。
【００３７】
【数１１】
【００３８】これが光閉じ込め係数Γを得るのに必要な
Δｎを与えることになる。
Δｎを与えることになる。
【００３９】上記（４)(６)(９）式から、活性層よりも
Δｎだけ屈折率の小さなＺｎX Ｍｇ 1-X ＳY Ｓ1-Y のｘ
値及びｙ値を求めることができる。
Δｎだけ屈折率の小さなＺｎX Ｍｇ 1-X ＳY Ｓ1-Y のｘ
値及びｙ値を求めることができる。
【００４０】すなわち、ｎ＝ｎ0 −Δｎとおき、これに
上記（６）式及び（９）式を代入して整理すると、数１
２となる。
上記（６）式及び（９）式を代入して整理すると、数１
２となる。
【００４１】
【数１２】
【００４２】そして、これを（４）式に代入すると下記
数１３となる。
数１３となる。
【００４３】
【数１３】
【００４４】尚、以上の説明においては、格子定数５．
６５３３ÅのＧａＡｓに対して、格子整合することを前
提としたものであるが、実用上の基体１としては、その
格子定数が５．６２Å〜５．６８Åであり、このとき、
式（１ａ）及び（１ａ）は、前記式（１）（数１、数
３）及び式（２）（数２、数４）となる。
６５３３ÅのＧａＡｓに対して、格子整合することを前
提としたものであるが、実用上の基体１としては、その
格子定数が５．６２Å〜５．６８Åであり、このとき、
式（１ａ）及び（１ａ）は、前記式（１）（数１、数
３）及び式（２）（数２、数４）となる。
【００４５】次に、数値例を挙げて説明すると、Γ値
は、レーザの目的とする特性等に応じて選定するもので
あるが、今、仮に、技術的に確立されている III−Ｖ族
化合物半導体レーザのＧａＩｎＰ活性層−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層によるレーザについてみると、 活性層の屈折率ｎ0 ＝３．６ クラッド層の屈折率ｎ＝３．４１ Δｎ＝３．６−３．４１＝０．１９ 活性層の厚さｄ＝６００Å λ＝６８０ であり、この場合を計算すると、０．２０となる。
は、レーザの目的とする特性等に応じて選定するもので
あるが、今、仮に、技術的に確立されている III−Ｖ族
化合物半導体レーザのＧａＩｎＰ活性層−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層によるレーザについてみると、 活性層の屈折率ｎ0 ＝３．６ クラッド層の屈折率ｎ＝３．４１ Δｎ＝３．６−３．４１＝０．１９ 活性層の厚さｄ＝６００Å λ＝６８０ であり、この場合を計算すると、０．２０となる。
【００４６】一方、ＺｎＳｅ活性層−ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層のII−VI族化合物半導体についてみると、 ｎ0 ＝２．９２ ｎ＝ｎ0 −Δｎ ｄ＝４００Å λ＝４６５ｎｍ とし、前述の III−Ｖ族レーザにおけるΓ＝０．２０を
このII−VI族レーザで実現するには、前記（９）式より
Δｎ＝０．２３が必要であり、その場合のＺｎＭｇＳＳ
ｅの組成は、前記（１ａ）式及び（２ａ）式から ｘ＝０．９２ ｙ＝０．１９ となる。
ラッド層のII−VI族化合物半導体についてみると、 ｎ0 ＝２．９２ ｎ＝ｎ0 −Δｎ ｄ＝４００Å λ＝４６５ｎｍ とし、前述の III−Ｖ族レーザにおけるΓ＝０．２０を
このII−VI族レーザで実現するには、前記（９）式より
Δｎ＝０．２３が必要であり、その場合のＺｎＭｇＳＳ
ｅの組成は、前記（１ａ）式及び（２ａ）式から ｘ＝０．９２ ｙ＝０．１９ となる。
【００４７】尚、図１に示した例では、活性層に接して
クラッド層が設けられた場合であるが活性層とクラッド
層間にいわゆるガイド層が設けられて高出力化をはかっ
たレーザや、ＭＱＷ（Multi-Quantum Well）型,SCH（Se
parate Confinement Heterostructure ）型等種々の構
成を採ることができる。
クラッド層が設けられた場合であるが活性層とクラッド
層間にいわゆるガイド層が設けられて高出力化をはかっ
たレーザや、ＭＱＷ（Multi-Quantum Well）型,SCH（Se
parate Confinement Heterostructure ）型等種々の構
成を採ることができる。
【００４８】又、本発明は、レーザ発振する発光素子の
みならず、発光ダイオードとして使用することもでき
る。
みならず、発光ダイオードとして使用することもでき
る。
【００４９】
【発明の効果】上述の本発明によれば、格子定数が５．
６２〜５．６８Åの単結晶基体、すなわち、一般に化合
物半導体装置として良く用いられる結晶性にすぐれた基
体として供給されている例えばＧａＡｓ，ＺｎＳｅ基体
に対して良く整合するもので、これによって結晶性に優
れた半導体発光素子を構成できると同時に、レーザ発振
に要する閉じ込め係数Γの最小値及び活性層の厚さｄの
最大値を与えると、Ｍｇ比率が最低のＺｎX Ｍｇ1-X Ｓ
Y Ｓｅ1-Y の組成が決定できることから、この組成のＺ
ｎＭｇＳＳｅをクラッド層２及び４とすることによっ
て、いずれか一方のｐ型クラッド層において充分なアク
セプタドーピングを可能にし、これによって低抵抗化を
はかることができて、安定した高効率のレーザ発振と、
更に長寿命化をはかることができる。
６２〜５．６８Åの単結晶基体、すなわち、一般に化合
物半導体装置として良く用いられる結晶性にすぐれた基
体として供給されている例えばＧａＡｓ，ＺｎＳｅ基体
に対して良く整合するもので、これによって結晶性に優
れた半導体発光素子を構成できると同時に、レーザ発振
に要する閉じ込め係数Γの最小値及び活性層の厚さｄの
最大値を与えると、Ｍｇ比率が最低のＺｎX Ｍｇ1-X Ｓ
Y Ｓｅ1-Y の組成が決定できることから、この組成のＺ
ｎＭｇＳＳｅをクラッド層２及び４とすることによっ
て、いずれか一方のｐ型クラッド層において充分なアク
セプタドーピングを可能にし、これによって低抵抗化を
はかることができて、安定した高効率のレーザ発振と、
更に長寿命化をはかることができる。
【図１】本発明の発光素子の一例の略線的斜視図であ
る。
る。
【図２】本発明の説明に供する屈折率とバンドギャップ
エネルギーとの関係の測定結果を示す図である。
エネルギーとの関係の測定結果を示す図である。
【図３】ＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y のII−VI族組成と
バンドギャップエネルギーとの関係を示す図である。
バンドギャップエネルギーとの関係を示す図である。
１ 基体 ２，４ クラッド層 ３ 活性層
Claims (3)
- 【請求項１】 格子定数が５．６２Å〜５．６８Åの単
結晶基体上に、 少なくとも第１導電型のＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y か
らなる第１のクラッド層と、 II−VI族化合物半導体からなる活性層と、 第２導電型のＺｎX Ｍｇ1-X ＳY Ｓｅ1-Y からなる第２
のクラッド層とを有してなり、 上記活性層の屈折率がｎ0 ，厚さがｄで、発光波長を
λ，閉じ込め係数をΓとするとき上記ＺｎX Ｍｇ1-X Ｓ
Y Ｓｅ1-Y のＸ及びＹの値を、下記数１及び数２に選定
してなることを特徴とする半導体発光素子。 【数１】 【数２】 - 【請求項２】 上記単結晶基体がＧａＡｓであることを
特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記活性層がＺｎＳｅであることを特徴
とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2276993A JPH06237047A (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2276993A JPH06237047A (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237047A true JPH06237047A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=12091884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2276993A Pending JPH06237047A (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06237047A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100576892B1 (ko) * | 2001-03-30 | 2006-05-03 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 발광장치 |
-
1993
- 1993-02-10 JP JP2276993A patent/JPH06237047A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100576892B1 (ko) * | 2001-03-30 | 2006-05-03 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 발광장치 |
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