JPH06268331A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
Semiconductor light emitting deviceInfo
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- JPH06268331A JPH06268331A JP5110293A JP5110293A JPH06268331A JP H06268331 A JPH06268331 A JP H06268331A JP 5110293 A JP5110293 A JP 5110293A JP 5110293 A JP5110293 A JP 5110293A JP H06268331 A JPH06268331 A JP H06268331A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、 II-VI族化合物半導体
を用いた半導体レーザ装置や、発光ダイオード装置等の
半導体発光装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser device using a II-VI group compound semiconductor, a semiconductor light emitting device such as a light emitting diode device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より種々の化合物半導体が半導体レ
ーザに用いられているが、近年、ZnSeなどの II-VI
族化合物半導体が注目されている。これは II-VI族化合
物半導体が可視波長領域の光の波長に相当するエネルギ
ーと同等以上の広いバンドギャップ(ワイドギャップ)
を有し、可視発光素子材料としての利用が可能だからで
ある。2. Description of the Related Art Conventionally, various compound semiconductors have been used for semiconductor lasers, but recently, II-VI such as ZnSe has been used.
Group compound semiconductors are drawing attention. This is a wide bandgap (wide gap) equal to or greater than the energy equivalent to the wavelength of light in the visible wavelength region of II-VI group compound semiconductors.
It is possible to use as a visible light emitting device material.
【0003】特に、GaAlAs、InGaAlPなど
の III-V族化合物半導体材料による半導体レーザや発光
ダイオードの動作波長域が緑色より長い波長域であるの
に対し、ワイドギャップ II-VI族化合物半導体ではより
波長の短い青色や紫外光までの動作の可能性がある。こ
のため、小型,軽量,低動作電圧,高信頼性など従来の
半導体発光装置の有する利点を短波長領域に適用できる
ようになり、光ディスクの高密度化が実現できる。更
に、屋外メッセージボードなどのフルカラー化も実現で
きる。図6は、従来のワイドギャップ II-VI族化合物半
導体を用いた青緑色発光半導体レーザ装置の要部構造を
示す断面図である。In particular, the operating wavelength range of semiconductor lasers and light-emitting diodes made of III-V group compound semiconductor materials such as GaAlAs and InGaAlP is longer than that of green, whereas the wavelength range of wide-gap II-VI group compound semiconductors is longer. May be operating up to short blue or ultraviolet light. Therefore, the advantages of the conventional semiconductor light emitting device such as small size, light weight, low operating voltage, and high reliability can be applied to the short wavelength region, and the density of the optical disc can be increased. Furthermore, full-color outdoor message boards can be realized. FIG. 6 is a sectional view showing a main structure of a blue-green light emitting semiconductor laser device using a conventional wide gap II-VI group compound semiconductor.
【0004】図中、61はn型GaAs基板を示してお
り、このn型GaAs基板61上にはn型GaAsバッ
ファ層62を介して、GaAsにn型ZnSe層63,
n型ZnSSe層64,n型ZnSe層65,CdZn
Se量子井戸層66,p型ZnSe層67,p型ZnS
Se層68,p型ZnSe層69が順次積層されてい
る。このp型ZnSe層69上には開口部を有するポリ
イミド層70を介してp側Au電極71が設けられ、一
方、n型GaAs基板61にはn側In電極72が設け
られている。In the figure, reference numeral 61 indicates an n-type GaAs substrate, and on this n-type GaAs substrate 61, an n-type ZnSe layer 63,
n-type ZnSSe layer 64, n-type ZnSe layer 65, CdZn
Se quantum well layer 66, p-type ZnSe layer 67, p-type ZnS
The Se layer 68 and the p-type ZnSe layer 69 are sequentially stacked. A p-side Au electrode 71 is provided on the p-type ZnSe layer 69 via a polyimide layer 70 having an opening, while an n-side In electrode 72 is provided on the n-type GaAs substrate 61.
【0005】このように構成された電流注入型の半導体
レーザ装置によれば、液体窒素温度での連続発振や、室
温でのパルス発振が行なえることが報告されている( A
pplied Physics Letters, Vol.59, pp.1272-1274 (199
1))。図7は、従来のワイドギャップ II-VI族化合物半
導体を用いた発光ダイオード装置の要部構造を示す断面
図である。It has been reported that the current injection type semiconductor laser device configured as described above can perform continuous oscillation at liquid nitrogen temperature or pulse oscillation at room temperature (A
pplied Physics Letters, Vol.59, pp.1272-1274 (199
1)). FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main structure of a light emitting diode device using a conventional wide gap II-VI group compound semiconductor.
【0006】図中、81はp型GaAs基板を示してお
り、このp型GaAs基板81上にはp型ZnSe層8
2,n型ZnSe層83が順次形成され、このn型Zn
Se層83にはIn電極84が設けられ、また、p型G
aAs基板81にはAuZn電極85が設けられてい
る。In the figure, reference numeral 81 denotes a p-type GaAs substrate, and the p-type ZnSe layer 8 is provided on the p-type GaAs substrate 81.
2, n-type ZnSe layer 83 is sequentially formed.
An In electrode 84 is provided on the Se layer 83, and a p-type G
An AuZn electrode 85 is provided on the aAs substrate 81.
【0007】このような発光ダイオード装置によれば、
室温での発光が可能であることが報告されている(Exte
nded Abstracts of the 1992 International Conferenc
e onSolid State Devices and Materials, Tsukuba, p
p.342-344 (1992))。According to such a light emitting diode device,
It has been reported that it is possible to emit light at room temperature (Exte
nded Abstracts of the 1992 International Conferenc
e onSolid State Devices and Materials, Tsukuba, p
p.342-344 (1992)).
【0008】しかしながら、実用的な半導体レーザ装置
として必要な室温での連続発振や、発光ダイオード装置
の高効率発光はこれまで実現されていなかった。これ
は、ZnSeなどのワイドギャップ II-VI族化合物半導
体を用いた半導体発光装置の動作電圧が、従来の III-V
族化合物半導体材料によるものに比べて著しく高いこ
と、および特に半導体レーザ装置において顕著なよう
に、室温以上の高温において注入された電子や正孔(キ
ャリア)が発光層に良好に閉じ込められず、動作電流が
高くなることがその主な原因となっていた。However, continuous oscillation at room temperature and high-efficiency light emission of a light emitting diode device, which are necessary for a practical semiconductor laser device, have not been realized so far. This is because the operating voltage of a semiconductor light emitting device using a wide gap II-VI group compound semiconductor such as ZnSe is
It is significantly higher than that of a group compound semiconductor material, and as is particularly remarkable in semiconductor laser devices, electrons and holes (carriers) injected at high temperatures above room temperature are not well confined in the light emitting layer, and the operation The high current was the main cause.
【0009】動作電圧が著しく高くなる要因は、以下に
述べるように、従来の III-V族化合物半導体材料による
半導体発光装置の場合には問題とならなかった、ZnS
eなどのワイドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた
半導体発光装置に特有な問題点があることに起因してい
る。As described below, the reason why the operating voltage is remarkably increased is not a problem in the conventional semiconductor light emitting device using the III-V group compound semiconductor material.
This is due to the problems peculiar to the semiconductor light emitting device using a wide-gap II-VI group compound semiconductor such as e.
【0010】すなわち、ZnSeなどのp型の導電型を
有するワイドギャップ II-VI族化合物半導体に対し、金
属電極や他の半導体材料とのヘテロ接合を介して電流注
入を行なう場合、大きな電圧降下を強いられることによ
る。これは金属とのショットキー障壁や、他の半導体と
のヘテロ障壁が大きくなってしまうという、ZnSeな
どのワイドギャップ II-VI族化合物半導体に本質的な問
題である。That is, when current is injected into a wide-gap II-VI group compound semiconductor having a p-type conductivity type such as ZnSe through a metal electrode or a heterojunction with another semiconductor material, a large voltage drop occurs. By being forced. This is an essential problem in wide-gap II-VI group compound semiconductors such as ZnSe, in which the Schottky barrier with a metal and the hetero barrier with another semiconductor become large.
【0011】例えば、図6に示した半導体レーザ装置の
場合には、図8(a)に示すように、Au71とp型Z
nSe層69とによるショットキー障壁は大きいものと
なり、p型ZnSe層69で正孔hが反射されないよう
にするには、大きな電圧を印加する必要がある。For example, in the case of the semiconductor laser device shown in FIG. 6, as shown in FIG.
The Schottky barrier with the nSe layer 69 becomes large, and it is necessary to apply a large voltage in order to prevent the holes h from being reflected by the p-type ZnSe layer 69.
【0012】また、図7に示した発光ダイオード装置の
場合には、図8(b)に示すように、p型GaAs基板
81とp型ZnSe層82とによるヘテロ障壁が大きく
なり、p型ZnSe層82で正孔hが反射されないよう
にするには、大きな電圧を印加する必要がある。Further, in the case of the light emitting diode device shown in FIG. 7, as shown in FIG. 8B, the hetero barrier formed by the p-type GaAs substrate 81 and the p-type ZnSe layer 82 becomes large, so that the p-type ZnSe is formed. To prevent the holes h from being reflected by the layer 82, it is necessary to apply a large voltage.
【0013】図9は、図6,7の半導体発光装置で問題
となっていた動作電流の上昇を抑制できる半導体レーザ
装置の要部構造を示す断面図である(Electronics Lett
ersVol.28, pp.1798-1799 (1992) )。FIG. 9 is a sectional view showing the structure of the main part of a semiconductor laser device capable of suppressing an increase in operating current, which has been a problem in the semiconductor light emitting devices of FIGS. 6 and 7 (Electronics Lett).
ersVol.28, pp.1798-1799 (1992)).
【0014】図中、91はn型GaAs基板を示してお
り、このn型GaAs基板91上にはn型ZnMgSe
Sクラッド層92,ZnSe/ZnMgSSeMQW活
性層93,p型ZnMgSSeクラッド層94,p型Z
nSe層95が順次形成されている。このp型ZnSe
層95は開口部を有するポリイミド層96を介してAu
/Pd電極97にコンタクトし、また、n型GaAs基
板91はIn電極98にコンタクトしている。In the figure, reference numeral 91 denotes an n-type GaAs substrate, and n-type ZnMgSe is placed on the n-type GaAs substrate 91.
S cladding layer 92, ZnSe / ZnMgSSeMQW active layer 93, p-type ZnMgSSe cladding layer 94, p-type Z
The nSe layer 95 is sequentially formed. This p-type ZnSe
The layer 95 is made of Au through a polyimide layer 96 having an opening.
The / Pd electrode 97 is in contact, and the n-type GaAs substrate 91 is in contact with the In electrode 98.
【0015】このように構成された半導体レーザ装置に
よれば、高温での注入キャリアの閉じ込めが改善される
ものの、高い動作電圧の発生要因についてはなんら除去
されておらず、むしろ、p型ZnMgSSeクラッド層
94中のアクセプタレベルがより深くなるので、抵抗
率,動作電圧が増加するという問題があった。According to the semiconductor laser device having such a structure, although the confinement of the injected carriers at a high temperature is improved, the cause of the high operating voltage is not removed at all, but rather the p-type ZnMgSSe cladding is used. Since the acceptor level in the layer 94 becomes deeper, there is a problem that the resistivity and the operating voltage increase.
【0016】また、ZnMgSeSを用いている結果、
GaAs基板91と各ZnMgSeS層との格子整合の
ために、ZnとMgとの組成比、並びにSeとSとの組
成比を正確に制御する必要がある。As a result of using ZnMgSeS,
For the lattice matching between the GaAs substrate 91 and each ZnMgSeS layer, it is necessary to accurately control the composition ratio of Zn and Mg and the composition ratio of Se and S.
【0017】しかしながら、このような正確な組成比の
制御は困難であるため、良質な結晶を再現性良く作成す
ることができず、ワイドギャップ II-VI族化合物半導体
としてZnMgSeSを用いた半導体レーザ装置では、
室温での発振は得られていなかった。However, since it is difficult to control such an accurate composition ratio, it is not possible to produce a good quality crystal with good reproducibility, and a semiconductor laser device using ZnMgSeS as a wide gap II-VI group compound semiconductor. Then
No oscillation was obtained at room temperature.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のワ
イドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた半導体発光
装置にあっては、 III-V族化合物半導体を用いた半導体
発光装置に比べて、動作電圧および動作電流が大きいた
め、室温での連続発振や、高効率発光が困難であるとい
う問題があった。As described above, in the conventional semiconductor light emitting device using the wide gap II-VI group compound semiconductor, compared with the semiconductor light emitting device using the III-V group compound semiconductor, Since the operating voltage and operating current are large, there is a problem that continuous oscillation at room temperature and highly efficient light emission are difficult.
【0019】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、第1に、動作電圧が低
いワイドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた半導体
発光装置を提供することにある。第2に、動作電圧が低
く、しかも、動作電流が小さいワイドギャップ II-VI族
化合物半導体を用いた半導体発光装置を提供することに
ある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances. An object of the present invention is, firstly, to provide a semiconductor light emitting device using a wide gap II-VI group compound semiconductor having a low operating voltage. Especially. Secondly, it is to provide a semiconductor light emitting device using a wide gap II-VI group compound semiconductor having a low operating voltage and a small operating current.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、本発明の半導体発光装置(請求項1)は、I
nPからなる半導体基板と、この半導体基板上に形成さ
れ、Cd1-x-y ZnxMgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)
からなる発光半導体層とを備えたことを特徴とする。In order to achieve the above first object, a semiconductor light emitting device (claim 1) of the present invention comprises:
A semiconductor substrate made of nP, and Cd 1-xy Zn x Mg y Se (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) formed on this semiconductor substrate
And a light emitting semiconductor layer made of
【0021】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明の半導体発光装置(請求項2)は、InPからな
る半導体基板と、この半導体基板上に形成され、Cd
1-u-vZnu Mgv Se(0≦u≦1, 0≦v≦1)からなる
第1導電型クラッド層と、この第1導電型クラッド層上
に形成され、Cd1-w-x Znw Mgx Se(0≦w≦1, 0
≦x≦1)からなる発光半導体層と、この発光半導体層上
に形成され、Cd1-y-zZny Mgz Se(0≦y≦1, 0
≦z≦1)からなる第2導電型クラッド層とを備えたこと
を特徴とする。なお、上記発光半導体層、第1導電型ク
ラッド層および第2導電型クラッド層は、分子線エピタ
キシー法により形成することが望ましい。Further, in order to achieve the above second object,
A semiconductor light emitting device (claim 2) of the present invention comprises a semiconductor substrate made of InP, and Cd formed on the semiconductor substrate.
1-uv Zn u Mg v Se (0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1), a first conductivity type cladding layer, and Cd 1 -wx Zn w Mg formed on the first conductivity type cladding layer. x Se (0 ≦ w ≦ 1, 0
≦ x ≦ 1) and a Cd 1 -yz Zn y Mg z Se (0 ≦ y ≦ 1, 0 formed on the light emitting semiconductor layer.
And a second conductivity type cladding layer of ≦ z ≦ 1). The light emitting semiconductor layer, the first conductivity type cladding layer and the second conductivity type cladding layer are preferably formed by a molecular beam epitaxy method.
【0022】[0022]
【作用】本発明者等の研究によれば、InPの価電子帯
と II-VI族化合物半導体の一つであるCd1-x-y Znx
Mgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)との価電子帯の差は、
従来より基板として用いられているGaAsの価電子帯
と活性層等に用いられているZnMgSSe等の II-VI
族化合物半導体(Cd1-x-y Znx Mgy Seを除く)
の価電子帯との差よりも十分小さいことが分かった。According to the study by the present inventors, the valence band of InP and Cd 1-xy Zn x which is one of II-VI group compound semiconductors.
The difference of the valence band from Mg y Se (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is
II-VI such as ZnMgSSe used for the active layer and the valence band of GaAs that has been used as a substrate.
Group compound semiconductors (excluding Cd 1-xy Zn x Mg y Se)
It was found to be sufficiently smaller than the difference from the valence band of.
【0023】したがって、本発明(請求項1,2)によ
れば、動作電圧が低い半導体発光装置が得られる。ま
た、InPとCd1-x-y Znx Mgy Seとは格子整合
するので、製造上の問題も少ない。Therefore, according to the present invention (claims 1 and 2), a semiconductor light emitting device having a low operating voltage can be obtained. Further, since InP and Cd 1-xy Zn x Mg y Se are lattice-matched, there are few manufacturing problems.
【0024】また、本発明者等の研究によれば、Cd
1-x-y Znx Mgy Seの制御可能なバンドギャップ範
囲は、他の II-VI族化合物半導体のそれに比べて、広い
ことが分かった。According to the research conducted by the present inventors, Cd
It was found that the controllable bandgap range of 1-xy Zn x Mg y Se is wider than that of other II-VI group compound semiconductors.
【0025】このため、Cd1-x-y Znx Mgy Seを
活性層およびクラッド層の材料として用いることによ
り、活性層およびクラッド層に要求されるバンドギャッ
プ関係、すなわち、クラッド層のバンドギャップが活性
層のそれよりも大きいという条件を満たし、且つ室温以
上の高温でも活性層からクラッド層にキャリアが漏れな
い程度にクラッド層と活性層とのバンドギャップ差を大
きくすることが可能となり、動作電流を小さくできる。
したがって、本発明(請求項2)によれば、動作電圧が
低く、且つ動作電流が小さい半導体発光装置が得られ
る。Therefore, by using Cd 1-xy Zn x Mg y Se as the material of the active layer and the cladding layer, the band gap relationship required for the active layer and the cladding layer, that is, the band gap of the cladding layer becomes active. It is possible to increase the bandgap difference between the clad layer and the active layer to the extent that carriers do not leak from the active layer to the clad layer even at high temperatures above room temperature, satisfying the condition that the layer is larger than that of the layer, and to increase the operating current. Can be made smaller.
Therefore, according to the present invention (claim 2), a semiconductor light emitting device having a low operating voltage and a small operating current can be obtained.
【0026】[0026]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は、本発明の第1の実施例に係るダブルへテロ
構造半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図である。Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a main structure of a double hetero structure semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【0027】図中、1はp型InP基板を示しており、
このp型InP基板1上には、厚さ1μm,キャリア濃
度1018cm-1のp型Cd1-x-y Znx Mgy Se(0≦
x≦1, 0≦y≦1)クラッド層2が形成されている。以
下、Cd1-x-y Znx Mgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)
を単にCdZnMgSeと表記する。In the figure, 1 indicates a p-type InP substrate,
On this p-type InP substrate 1, p-type Cd 1-xy Zn x Mg y Se (0 ≦ 1 having a thickness of 1 μm and a carrier concentration of 10 18 cm −1) is formed.
x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) The cladding layer 2 is formed. Hereinafter, Cd 1-xy Zn x Mg y Se (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)
Is simply expressed as CdZnMgSe.
【0028】このp型CdZnMgSeクラッド層2上
には、厚さ50nmのアンドープCdZnMgSe活性
層3、厚さ1μm,キャリア濃度1018cm-1のn型C
dZnMgSeクラッド層4が順次形成されている。On the p-type CdZnMgSe cladding layer 2, an undoped CdZnMgSe active layer 3 having a thickness of 50 nm, an n-type C having a thickness of 1 μm and a carrier concentration of 10 18 cm −1.
The dZnMgSe clad layer 4 is sequentially formed.
【0029】このn型CdZnMgSeクラッド層4上
には、幅7μmのストライプ状の開口部を有するSiO
2 絶縁膜5が形成され、このSiO2 絶縁膜5上には上
記開口部を介してn型CdZnMgSeクラッド層4に
コンタクトするn側電極6が設けられ、そして、p型I
nP基板1にはp型電極7が設けられている。On the n-type CdZnMgSe cladding layer 4, SiO having a stripe-shaped opening with a width of 7 μm is formed.
A 2 insulating film 5 is formed, an n-side electrode 6 that contacts the n-type CdZnMgSe cladding layer 4 through the opening is provided on the SiO 2 insulating film 5, and a p-type I
A p-type electrode 7 is provided on the nP substrate 1.
【0030】ここで、アンドープCdZnMgSe活性
層3,p型CdZnMgSeクラッド層2およびn型C
dZnMgSeクラッド層4のCd,ZnおよびMgの
組成比は、アンドープCdZnMgSe活性層3,p型
CdZnMgSeクラッド層2およびn型CdZnMg
Seクラッド層4の格子定数が、p型InP基板1と略
等しくなるように、且つアンドープCdZnMgSe活
性層3のバンドギャップがp型CdZnMgSeクラッ
ド層2およびn型CdZnMgSeクラッド層4のそれ
よりも小さくなるように選ばれている。このようなCd
ZnMgSe層からなる活性層,クラッド層等は、分子
線エピタキシー法により形成することが望ましい。Here, the undoped CdZnMgSe active layer 3, the p-type CdZnMgSe cladding layer 2 and the n-type C.
The composition ratio of Cd, Zn and Mg of the dZnMgSe clad layer 4 is such that the undoped CdZnMgSe active layer 3, the p-type CdZnMgSe clad layer 2 and the n-type CdZnMg.
The lattice constant of the Se clad layer 4 is substantially equal to that of the p-type InP substrate 1, and the band gap of the undoped CdZnMgSe active layer 3 is smaller than that of the p-type CdZnMgSe clad layer 2 and the n-type CdZnMgSe clad layer 4. Have been chosen as. Such Cd
The active layer made of ZnMgSe layer, the cladding layer, etc. are preferably formed by molecular beam epitaxy.
【0031】本実施例に示した構造のダブルへテロ構造
半導体レーザ装置において、活性層3のバンドギャップ
を2.65eV、p型CdZnMgSeクラッド層2お
よびn型CdZnMgSeクラッド層4のバンドギャッ
プを3.00eVとしたものについて、共振器長500
μmに劈開し、銅製のヒートシンクにIn半田を用いて
マウントし、その特性を室温において評価した。In the double heterostructure semiconductor laser device having the structure shown in this embodiment, the band gap of the active layer 3 is 2.65 eV, and the band gaps of the p-type CdZnMgSe cladding layer 2 and the n-type CdZnMgSe cladding layer 4 are 3. Resonator length 500 for the case of 00eV
It was cleaved to μm, mounted on a copper heat sink using In solder, and its characteristics were evaluated at room temperature.
【0032】その結果、発振波長は470nmであり、
連続動作での発振しきい電流は80mAであった。この
ときの動作電圧は3.5Vであった。また、連続動作の
最高発振温度は60℃であった。As a result, the oscillation wavelength is 470 nm,
The oscillation threshold current in continuous operation was 80 mA. The operating voltage at this time was 3.5V. The maximum oscillation temperature of continuous operation was 60 ° C.
【0033】このように本実施例に示した素子構造の採
用により、従来困難であった室温での連続発振ばかりで
なく、室温での実用に十分な信頼性を確保するのに必要
な高温までの発振が得られることが分かった。As described above, by adopting the device structure shown in this embodiment, not only continuous oscillation at room temperature, which has been difficult in the past, but also at a high temperature necessary to ensure sufficient reliability for practical use at room temperature are realized. It was found that the oscillation of
【0034】このように動作電圧を低くできたのは、p
型基板、p型クラッド層として、それぞれp型InP、
p型CdZnMgSeを用いた結果、ヘテロ障壁が低く
なり、図2に示すように、p型InP基板1の価電子帯
とp型CdZnMgSeクラッド層2の価電子帯との差
が小さくなり、p型InP基板1からp型CdZnMg
Seクラッド層2への正孔の注入が容易になったからで
ある。The reason why the operating voltage can be lowered in this way is that p
As the p-type substrate and p-type clad layer, p-type InP,
As a result of using p-type CdZnMgSe, the hetero barrier is lowered, and as shown in FIG. 2, the difference between the valence band of the p-type InP substrate 1 and the valence band of the p-type CdZnMgSe clad layer 2 is reduced, and the p-type From InP substrate 1 to p-type CdZnMg
This is because it becomes easy to inject holes into the Se clad layer 2.
【0035】そして、このように動作電圧が低くなる
と、その分だけ発熱量が減少し、温度特性が改善される
ようになる。また、全てのCdZnMgSe層1〜4が
p型InP基板1と格子整合し、且つVI族元素がSe1
の種類であるため、転位などの欠陥のない良好な結晶を
作成できたことも温度特性向上の要因となっている。When the operating voltage is lowered in this way, the amount of heat generated is correspondingly reduced, and the temperature characteristics are improved. Further, all the CdZnMgSe layers 1 to 4 are lattice-matched with the p-type InP substrate 1, and the group VI element is Se1.
Since it is a kind of the above, it was also a factor of improving the temperature characteristics that a good crystal without defects such as dislocation could be produced.
【0036】また、CdZnMgSeの制御可能なバン
ドギャップ範囲は、他の II-VI族化合物半導体のそれに
比べて広いため、室温以上の高温でもアンドープCdZ
nMgSe活性層3からp型CdZnMgSeクラッド
層2、n型CdZnMgSeクラッド層4にキャリアが
漏れない程度に、アンドープCdZnMgSe活性層3
とp型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZnM
gSeクラッド層4とのそれぞれバンドギャップ差をと
もに大きくすることができる。このため、注入キャリア
の閉じ込めが改善され、動作電流が小さくなる。Further, since the controllable bandgap range of CdZnMgSe is wider than that of other II-VI group compound semiconductors, undoped CdZ can be used even at a temperature higher than room temperature.
The undoped CdZnMgSe active layer 3 to the extent that carriers do not leak from the nMgSe active layer 3 to the p-type CdZnMgSeSe cladding layer 2 and the n-type CdZnMgSeSe cladding layer 4.
And p-type CdZnMgSe clad layer 2, n-type CdZnM
The band gap difference between each of them and the gSe clad layer 4 can be increased. Therefore, the confinement of injected carriers is improved and the operating current is reduced.
【0037】また、本実施例のダブルへテロ構造半導体
レーザ装置において、アンドープCdZnMgSe活性
層3のバンドギャップエネルギーをCd,ZnおよびM
gの組成により変化させることにより、室温での発振波
長は630nmから400nmまで変化させることがで
きた。In the double heterostructure semiconductor laser device of this embodiment, the bandgap energy of the undoped CdZnMgSe active layer 3 is Cd, Zn and M.
The oscillation wavelength at room temperature could be changed from 630 nm to 400 nm by changing the composition of g.
【0038】この場合、アンドープCdZnMgSe活
性層3と、p型CdZnMgSeクラッド層2、n型C
dZnMgSeクラッド層4とのそれぞれのバンドギャ
ップ差をともに0.35eVで一定とすることで、連続
動作の最高発振温度は60℃程度で、発振波長によらず
ほぼ一定であった。In this case, the undoped CdZnMgSe active layer 3, the p-type CdZnMgSe cladding layer 2 and the n-type C are used.
By setting the band gap difference between each of them and the dZnMgSe cladding layer 4 to be constant at 0.35 eV, the maximum oscillation temperature in continuous operation was about 60 ° C., which was almost constant regardless of the oscillation wavelength.
【0039】また、アンドープCdZnMgSe活性層
3とp型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZn
MgSeクラッド層4とのそれぞれのバンドギャップ差
を大きくすることにより、最高発振温度の高いダブルへ
テロ構造半導体レーザ装置が得られた。100℃以下の
範囲では、バンドギャップ差の増大0.01eVにつき
10℃程度の最高発振温度の上昇が見られた。ここで、
InPに格子整合するCdZnSeを活性層に用いた場
合、p型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZn
MgSeクラッド層4のバンドギャップを3.0eVの
まま用いることで、200℃以上での連続動作が容易に
実現できた。図3は、本発明の第2の実施例に係るダブ
ルへテロ構造半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図
である。Further, the undoped CdZnMgSe active layer 3, the p-type CdZnMgSe clad layer 2, and the n-type CdZn.
By increasing the band gap difference between each of them and the MgSe clad layer 4, a double hetero structure semiconductor laser device having a high maximum oscillation temperature was obtained. In the range of 100 ° C. or lower, an increase in the maximum oscillation temperature of about 10 ° C. was observed with an increase in the band gap difference of 0.01 eV. here,
When CdZnSe lattice-matched to InP is used for the active layer, the p-type CdZnMgSe cladding layer 2 and the n-type CdZn are used.
By using the band gap of the MgSe clad layer 4 as it is at 3.0 eV, continuous operation at 200 ° C. or higher could be easily realized. FIG. 3 is a sectional view showing the main structure of a double hetero structure semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention.
【0040】図中、11はp型InP基板を示してお
り、このp型InP基板11上には、厚さ200nm,
キャリア濃度2×1018cm-1のp型CdZnMgSe
バッファ層12、厚さ1μm,キャリア濃度1×1018
cm-1のp型CdZnMgSeクラッド層13、厚さ5
0nmのアンドープCdZnMgSe活性層14、厚さ
1μm,キャリア濃度1×1018cm-1のn型CdZn
MgSeクラッド層15、厚さ0.5μm,キャリア濃
度5×1018cm-1のn型CdZnMgSeコンタクト
層16が順次形成されている。また、n型CdZnMg
Seコンタクト層16上には幅7μmのストライプ状の
開口部を有するSiO2 絶縁膜17,n側電極18が順
次形成され、n型CdZnMgSeコンタクト層16は
上記開口部を介してn側電極18にコンタクトしてい
る。そして、p型InP基板11にはp型電極19が設
けられている。In the figure, reference numeral 11 denotes a p-type InP substrate. On the p-type InP substrate 11, a thickness of 200 nm,
P-type CdZnMgSe with a carrier concentration of 2 × 10 18 cm −1
Buffer layer 12, thickness 1 μm, carrier concentration 1 × 10 18
cm −1 p-type CdZnMgSe cladding layer 13, thickness 5
0 nm undoped CdZnMgSe active layer 14, thickness 1 μm, carrier concentration 1 × 10 18 cm −1 n-type CdZn
An MgSe clad layer 15 and an n-type CdZnMgSe contact layer 16 having a thickness of 0.5 μm and a carrier concentration of 5 × 10 18 cm −1 are sequentially formed. In addition, n-type CdZnMg
A SiO 2 insulating film 17 having a stripe-shaped opening having a width of 7 μm and an n-side electrode 18 are sequentially formed on the Se contact layer 16, and the n-type CdZnMgSe contact layer 16 is formed on the n-side electrode 18 through the opening. I have a contact. The p-type InP substrate 11 is provided with the p-type electrode 19.
【0041】ここで、アンドープCdZnMgSe活性
層14,p型CdZnMgSeクラッド層13およびn
型CdZnMgSeクラッド層15の格子定数がp型I
nP基板11とほぼ等しく、且つアンドープCdZnM
gSe活性層14のバンドギャップがp型CdZnMg
Seクラッド層13およびn型CdZnMgSeクラッ
ド層15のバンドギャップより小さくなるように、p型
CdZnMgSeクラッド層13,アンドープCdZn
MgSe活性層14およびn型CdZnMgSeクラッ
ド層15のCd,ZnおよびMgの組成が設定されてい
る。Here, the undoped CdZnMgSe active layer 14, the p-type CdZnMgSe clad layer 13 and n.
The lattice constant of the CdZnMgSe cladding layer 15 is p-type I.
Undoped CdZnM almost equal to nP substrate 11
The band gap of the gSe active layer 14 is p-type CdZnMg.
The p-type CdZnMgSe clad layer 13 and the undoped CdZn are formed so as to be smaller than the band gaps of the Se clad layer 13 and the n-type CdZnMgSe clad layer 15.
The compositions of Cd, Zn and Mg of the MgSe active layer 14 and the n-type CdZnMgSe cladding layer 15 are set.
【0042】また、p型CdZnMgSeバッファ層1
2の格子定数がp型InP基板11と略等しく、且つそ
のバンドギャップがp型CdZnMgSeクラッド層1
3のバンドギャップより小さくなるように、p型CdZ
nMgSeバッファ層12のCd,ZnおよびMgの組
成が設定されている。Further, the p-type CdZnMgSe buffer layer 1
2 has a lattice constant substantially equal to that of the p-type InP substrate 11, and its band gap is p-type CdZnMgSe clad layer 1.
P-type CdZ so as to be smaller than the band gap of 3
The composition of Cd, Zn and Mg of the nMgSe buffer layer 12 is set.
【0043】また、n型CdZnMgSeコンタクト層
16の格子定数がp型InP基板11と略等しく、その
バンドギャップがn型CdZnMgSeクラッド層15
のバンドギャップより小さくなるように、n型CdZn
MgSeコンタクト層16のCd,ZnおよびMgの組
成が設定されている。このようなCdZnMgSe層か
らなる活性層,クラッド層等は、分子線エピタキシー法
により形成することが望ましい。The lattice constant of the n-type CdZnMgSe contact layer 16 is substantially equal to that of the p-type InP substrate 11, and the band gap thereof is the n-type CdZnMgSe clad layer 15.
N-type CdZn to be smaller than the band gap of
The composition of Cd, Zn and Mg of the MgSe contact layer 16 is set. It is desirable that the active layer, the clad layer, and the like made of such a CdZnMgSe layer be formed by a molecular beam epitaxy method.
【0044】本実施例に示した構造のダブルへテロ構造
半導体レーザ装置において、アンドープCdZnMgS
e活性層14のバンドギャップを2.65eV、p型C
dZnMgSeクラッド層12およびn型CdZnMg
Seクラッド層15のバンドギャップをともに3.00
eV、p型CdZnMgSeバッファ層12のバンドギ
ャップを2.00eV、n型CdZnMgSeコンタク
ト層16のバンドギャップを2.00eVとしたものに
ついて、共振器長500μmに劈開し、銅製のヒートシ
ンクにIn半田を用いてマウントし、その特性を室温に
おいて評価してみた。In the double hetero structure semiconductor laser device having the structure shown in this embodiment, undoped CdZnMgS
e active layer 14 has a bandgap of 2.65 eV and p-type C
dZnMgSe cladding layer 12 and n-type CdZnMg
The band gap of the Se clad layer 15 is set to 3.00.
eV, p-type CdZnMgSe buffer layer 12 having a bandgap of 2.00 eV and n-type CdZnMgMgSe contact layer 16 having a bandgap of 2.00 eV were cleaved to a resonator length of 500 μm, and In solder was used for a copper heat sink. Mounted at room temperature, and its characteristics were evaluated at room temperature.
【0045】その結果、発振波長は470nmであり、
連続動作での発振しきい電流は75mAであった。この
ときの動作電圧は3.0Vであった。そして、連続動作
の最高発振温度は90℃であった。すなわち、先の実施
例のダブルへテロ構造半導体レーザ装置よりも動作特性
が良好なダブルへテロ構造半導体レーザ装置が得られ
た。As a result, the oscillation wavelength is 470 nm,
The oscillation threshold current in continuous operation was 75 mA. The operating voltage at this time was 3.0V. The maximum oscillation temperature of continuous operation was 90 ° C. That is, a double heterostructure semiconductor laser device having better operating characteristics than the double heterostructure semiconductor laser device of the previous embodiment was obtained.
【0046】このような良好な動作特性が得られた一つ
の要因は、p型InP基板11とp型CdZnMgSe
クラッド層13との間に、このp型CdZnMgSeク
ラッド層13よりもバンドギャップの小さいp型CdZ
nMgSeバッファ層12を挿設したからである。One of the reasons for obtaining such good operation characteristics is the p-type InP substrate 11 and the p-type CdZnMgSe.
Between the cladding layer 13 and the p-type CdZnMgSe cladding layer 13, a p-type CdZ having a smaller bandgap is formed.
This is because the nMgSe buffer layer 12 is inserted.
【0047】すなわち、このp型CdZnMgSeバッ
ファ層12の追加により、図4に示すように、p型In
P基板11とp型CdZnMgSeクラッド層13との
間のヘテロ障壁が更に小さくなるため、より小さい電圧
降下で、型InP基板11からp型CdZnMgSeク
ラッド層13への正孔hの注入が行なえるようになった
からである。That is, by adding the p-type CdZnMgSe buffer layer 12, as shown in FIG.
Since the hetero barrier between the P substrate 11 and the p-type CdZnMgSe cladding layer 13 becomes smaller, holes h can be injected from the InP substrate 11 into the p-type CdZnMgSe cladding layer 13 with a smaller voltage drop. Because it became.
【0048】他の要因は、n型CdZnMgSeクラッ
ド層15上に、このn型CdZnMgSeクラッド層1
5よりもバンドギャップの小さいn型CdZnMgSe
コンタクト層16を形成したことで、アンドープCdZ
nMgSe活性層14に悪影響を与えること無く、高濃
度のドーピングが可能になり、更に、表面酸化の影響も
低減され、電極コンタクトにおける電圧降下を抑制する
ことができたことによる。The other factor is that the n-type CdZnMgSe clad layer 1 is formed on the n-type CdZnMgSe clad layer 15.
N-type CdZnMgSe having a band gap smaller than 5
By forming the contact layer 16, undoped CdZ
This is because high-concentration doping can be performed without adversely affecting the nMgSe active layer 14, the influence of surface oxidation is reduced, and the voltage drop at the electrode contact can be suppressed.
【0049】これらの基板界面、および電極における電
圧降下の低減により、動作電圧の低減が図られ、過剰な
熱の発生が抑制されたことが温度特性改善につながっ
た。なお、これらによる動作電圧低減はそれぞれ独立に
効果を持ち、どちらか一方の対策でも約半分の動作電圧
低減効果があった。By reducing the voltage drop at these substrate interfaces and electrodes, the operating voltage was reduced, and the suppression of excessive heat generation led to the improvement of the temperature characteristics. In addition, the reduction of the operating voltage by these has an effect independently of each other, and even if either of the measures is taken, the effect of reducing the operating voltage is about half.
【0050】基板界面でのp型CdZnMgSeバッフ
ァ層12による電圧降下低減効果は、p型CdZnMg
Seクラッド層13より小さいバンドギャップの組成の
CdZnMgSeを用いることで現れた。この効果は、
次のようなバッファ層構造のとき、より優れた効果を示
した。The effect of reducing the voltage drop by the p-type CdZnMgSe buffer layer 12 at the substrate interface is the p-type CdZnMg
It appeared by using CdZnMgSe having a composition with a bandgap smaller than that of the Se clad layer 13. This effect is
The following buffer layer structure showed a better effect.
【0051】すなわち、p型CdZnMgSeバッファ
層12中の少なくともp型InP基板11に接する側の
組成がバンドギャップにして2.3eV以下のCdZn
MgSeを用いるとき、電圧降下は特に低く抑えること
ができた。より望ましくは、Mgを含まない、CdZn
Seがp型InP基板11と接するようにするとき、電
圧降下は特に低く抑えることができた。That is, the composition of at least the side of the p-type CdZnMgSe buffer layer 12 in contact with the p-type InP substrate 11 has a bandgap of 2.3 eV or less.
When using MgSe, the voltage drop could be kept particularly low. More preferably, CdZn containing no Mg
When Se was brought into contact with the p-type InP substrate 11, the voltage drop could be suppressed to a particularly low level.
【0052】また、p型CdZnMgSeバッファ層1
2が複数層または徐々に組成が変化する層により構成さ
れ、p型InP基板11側のバンドギャップが小さく、
p型CdZnMgSeクラッド層13側のバンドギャッ
プが大きいように設定することで、電圧降下は特に小さ
く抑えることができた。これは、p型InP基板11と
p型CdZnMgSeバッファ層12との間のヘテロ障
壁を小さくすることが、電圧降下の低減に特に効果があ
るためである。The p-type CdZnMgSe buffer layer 1
2 is composed of a plurality of layers or a layer whose composition gradually changes, and the band gap on the p-type InP substrate 11 side is small,
By setting the band gap on the p-type CdZnMgSe cladding layer 13 side to be large, the voltage drop could be suppressed to a particularly small value. This is because reducing the hetero barrier between the p-type InP substrate 11 and the p-type CdZnMgSe buffer layer 12 is particularly effective in reducing the voltage drop.
【0053】電極コンタクトにおける電圧降下低減効果
は、n型CdZnMgSeコンタクト層16のバンドギ
ャップがn型CdZnMgSeクラッド層15のそれよ
も小さくなるように、n型CdZnMgSeコンタクト
層16のCdZnMgSeを選んだ場合に現れた。この
効果は、次のようなコンタクト層構造のとき、より優れ
た効果を示した。The voltage drop reducing effect in the electrode contact is obtained when CdZnMgSe of the n-type CdZnMgSe contact layer 16 is selected so that the bandgap of the n-type CdZnMgSe contact layer 16 is smaller than that of the n-type CdZnMgSeSe cladding layer 15. Appeared. This effect was more excellent in the following contact layer structure.
【0054】すなわち、n型CdZnMgSeコンタク
ト層16中の少なくともn側電極18に接する側の組成
がバンドギャップにして2.3eV以下のCdZnMg
Seを用いるとき、電圧降下は特に低く抑えることがで
きた。より望ましくは、Mgを含まない、CdZnSe
がn側電極18と接するようにするとき、電圧降下は特
に低く抑えることができた。That is, the composition of at least the side in contact with the n-side electrode 18 in the n-type CdZnMgSe contact layer 16 has a bandgap of 2.3 eV or less.
When using Se, the voltage drop could be kept particularly low. More preferably, CdZnSe containing no Mg
The voltage drop can be suppressed to a particularly low level when the electrode contacts the n-side electrode 18.
【0055】また、n型CdZnMgSeコンタクト層
16が複数層または徐々に組成が変化する層により構成
され、n側電極18側のバンドギャップが小さく、n型
CdZnMgSeクラッド層15側のバンドギャップが
大きいように設定することで電圧降下は特に小さく抑え
ることができた。The n-type CdZnMgSe contact layer 16 is composed of a plurality of layers or layers whose composition changes gradually, and the band gap on the n-side electrode 18 side is small and the band gap on the n-type CdZnMgSe clad layer 15 side is large. By setting to, the voltage drop could be suppressed to a particularly small value.
【0056】これはn側電極18とn型CdZnMgS
eコンタクト層16との間の障壁を小さくすること、バ
ンドギャップの小さな組成が高濃度にドーピングしやす
いこと、酸化されやすいMgの組成を表面付近で低減す
ることが、電圧降下低減に特に効果があるためである。
同様の効果は、CdZnMgSe上に半導体層を形成す
るような工程において、CdZnMgSeの表面層を上
記のように構成する場合にも見られた。This is the n-side electrode 18 and the n-type CdZnMgS
It is particularly effective in reducing the voltage drop that the barrier between the e-contact layer 16 and the e-contact layer 16 is made small, that the composition having a small band gap is easily doped at a high concentration, and that the composition of Mg that is easily oxidized is reduced near the surface. Because there is.
Similar effects were also observed when the surface layer of CdZnMgSe was configured as described above in the step of forming a semiconductor layer on CdZnMgSe.
【0057】また、本実施例に示した構造のダブルへテ
ロ構造半導体レーザ装置において、アンドープCdZn
MgSe活性層14のバンドギャップエネルギーをC
d,ZnおよびMgの組成により変化させることによ
り、室温での発振波長は630nmから400nmまで
変化させることができた。In the double hetero structure semiconductor laser device having the structure shown in this embodiment, undoped CdZn is used.
The band gap energy of the MgSe active layer 14 is C
The oscillation wavelength at room temperature could be changed from 630 nm to 400 nm by changing the composition of d, Zn and Mg.
【0058】この場合、アンドープCdZnMgSe活
性層14とp型CdZnMgSeクラッド層13,n型
CdZnMgSeクラッド層15とのそれぞれのバンド
ギャップ差をともに0.35eVで一定とすることで、
連続動作の最高発振温度は90℃程度で、発振波長によ
らずほぼ一定であった。In this case, the band gap difference between the undoped CdZnMgSe active layer 14 and the p-type CdZnMgSe cladding layer 13 and the n-type CdZnMgSeSe cladding layer 15 is fixed at 0.35 eV.
The maximum oscillation temperature in continuous operation was about 90 ° C., which was almost constant regardless of the oscillation wavelength.
【0059】また、アンドープCdZnMgSe活性層
14とp型CdZnMgSeクラッド層13,n型Cd
ZnMgSeクラッド層15とのそれぞれのバンドギャ
ップ差を大きくなるようにすると、最高発振温度の高い
ものが得られた。具体的には、100℃以下の範囲で
は、バンドギャップ差の増大0.01eVにつき10℃
程度の最高発振温度の上昇が見られた。更に、InPに
格子整合するCdZnSeを活性層に用いた場合、クラ
ッド層のバンドギャップを3.0eVのまま用いること
で、230℃以上での連続動作が容易に実現できた。Further, the undoped CdZnMgSe active layer 14, the p-type CdZnMgSe clad layer 13, and the n-type Cd.
When the band gap difference between the ZnMgSe clad layer 15 and the ZnMgSe clad layer 15 was increased, a high maximum oscillation temperature was obtained. Specifically, in the range of 100 ° C. or lower, the increase in the band gap difference is 10 ° C. per 0.01 eV.
A rise in the maximum oscillation temperature was observed. Further, when CdZnSe lattice-matched to InP was used for the active layer, continuous operation at 230 ° C. or higher could be easily realized by using the band gap of the cladding layer as it was at 3.0 eV.
【0060】本実施例のダブルへテロ構造半導体レーザ
装置では、SiO2 絶縁膜17による電極ストライプに
よる電流狭窄構造を示したが、これは、この発振波長域
で良好な温度特性の半導体レーザ装置を提供する上で本
質的ではない。すなわち、電流狭窄構造は従来用いられ
ている半導体レーザ装置の構造をCdZnMgSe材料
に当てはめたもので良い。In the double hetero structure semiconductor laser device of this embodiment, the current confinement structure due to the electrode stripe by the SiO 2 insulating film 17 is shown. This is a semiconductor laser device having a good temperature characteristic in this oscillation wavelength range. Not essential in providing. That is, the current confinement structure may be the structure of a conventionally used semiconductor laser device applied to a CdZnMgSe material.
【0061】また、本実施例のダブルへテロ構造半導体
レーザ装置では、活性層としてバルク状のCdZnMg
Seを用いたが、その代わりにCdZnMgSe材料で
構成された単一あるいは多重量子井戸構造を用いれば、
より高い温度までのレーザ発振が可能となる。In the double hetero structure semiconductor laser device of this embodiment, the bulk CdZnMg is used as the active layer.
Although Se was used, if a single or multiple quantum well structure composed of CdZnMgSe material was used instead,
Laser oscillation at a higher temperature is possible.
【0062】この場合、10nm程度あるいはそれ以下
の薄膜で形成される量子井戸層やこれを隔てる量子障壁
層は必ずしもp型InP基板11に格子整合する必要は
なく、この場合、ひずみ量子井戸による動作電流低減の
効果が現れた。また、ダブルヘテロ構造の場合であって
も、電流注入による劣化の問題が抑制される範囲で、活
性層の格子不整合は許容される。図5は、本発明の第3
の実施例に係るダブルヘテロ構造発光ダイオード装置の
概略構造を示す断面図である。In this case, the quantum well layer formed of a thin film having a thickness of about 10 nm or less and the quantum barrier layer separating the quantum well layer do not necessarily need to be lattice-matched with the p-type InP substrate 11, and in this case, the operation by the strained quantum well is performed. The effect of reducing the current appeared. Further, even in the case of the double hetero structure, lattice mismatch of the active layer is allowed as long as the problem of deterioration due to current injection is suppressed. FIG. 5 shows the third aspect of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a double hetero structure light emitting diode device according to the embodiment of FIG.
【0063】図中、21はp型InP基板を示してお
り、このp型InP基板21上には、厚さ200nm,
キャリア濃度2×1018cm-1のp型CdZnMgSe
バッファ層22、厚さ2μm,キャリア濃度1×1018
cm-1のp型CdZnMgSeクラッド層23、厚さ3
00nmのアンドープCdZnMgSe活性層24、厚
さ5μm,キャリア濃度1×1018のn型CdZnMg
Seクラッド層25、厚さ200nm,キャリア濃度5
×1018のn型CdZnMgSeコンタクト層26が順
次形成されている。そして、n型CdZnMgSeコン
タクト層26、p型InP基板21上には、それぞれn
側電極27,p型電極28が設けられている。In the figure, reference numeral 21 denotes a p-type InP substrate. On the p-type InP substrate 21, a thickness of 200 nm,
P-type CdZnMgSe with a carrier concentration of 2 × 10 18 cm −1
Buffer layer 22, thickness 2 μm, carrier concentration 1 × 10 18
cm −1 p-type CdZnMgSe cladding layer 23, thickness 3
00 nm undoped CdZnMgSe active layer 24, n-type CdZnMg with a thickness of 5 μm and carrier concentration of 1 × 10 18.
Se clad layer 25, thickness 200 nm, carrier concentration 5
A × 10 18 n-type CdZnMgSe contact layer 26 is sequentially formed. Then, n is formed on the n-type CdZnMgSe contact layer 26 and the p-type InP substrate 21, respectively.
A side electrode 27 and a p-type electrode 28 are provided.
【0064】ここで、アンドープCdZnMgSe活性
層24,p型CdZnMgSeクラッド層23およびn
型CdZnMgSeクラッド層25の格子定数がp型I
nP基板21とほぼ等しく、アンドープCdZnMgS
e活性層24のバンドギャップがp型CdZnMgSe
クラッド層23およびn型CdZnMgSeクラッド層
25のバンドギャップより小さくなるように、アンドー
プCdZnMgSe活性層24,p型CdZnMgSe
クラッド層23およびn型CdZnMgSeクラッド層
25のCd,ZnおよびMgの組成が設定されている。Here, the undoped CdZnMgSe active layer 24, the p-type CdZnMgSe clad layer 23, and n.
The lattice constant of the CdZnMgSe cladding layer 25 is p-type I.
Almost the same as the nP substrate 21, and undoped CdZnMgS
The band gap of the active layer 24 is p-type CdZnMgSe
The undoped CdZnMgSe active layer 24 and the p-type CdZnMgSe are made smaller than the band gaps of the clad layer 23 and the n-type CdZnMgSe clad layer 25.
The composition of Cd, Zn and Mg of the cladding layer 23 and the n-type CdZnMgSe cladding layer 25 is set.
【0065】また、p型CdZnMgSeバッファ層2
2の格子定数がp型InP基板21とほぼ等しく、その
バンドギャップがp型CdZnMgSeクラッド層23
のバンドギャップより小さくなるように、p型CdZn
MgSeバッファ層22のCd,ZnおよびMgの組成
が設定されている。In addition, the p-type CdZnMgSe buffer layer 2
2 has a lattice constant substantially equal to that of the p-type InP substrate 21, and its band gap is p-type CdZnMgSe clad layer 23.
P-type CdZn to be smaller than the band gap of
The composition of Cd, Zn and Mg of the MgSe buffer layer 22 is set.
【0066】また、n型CdZnMgSeコンタクト層
26の格子定数がp型InP基板21とほぼ等しく、そ
のバンドギャップがn型CdZnMgSeクラッド層2
5のバンドギャップより小さくなるように、n型CdZ
nMgSeコンタクト層26のCd,ZnおよびMgの
組成が設定されている。このようなCdZnMgSe層
からなる活性層,クラッド層等は、分子線エピタキシー
法により形成することが望ましい。Further, the lattice constant of the n-type CdZnMgSe contact layer 26 is almost equal to that of the p-type InP substrate 21, and the band gap thereof is the n-type CdZnMgSe cladding layer 2.
N-type CdZ so as to be smaller than the band gap of 5
The composition of Cd, Zn and Mg of the nMgSe contact layer 26 is set. It is desirable that the active layer, the clad layer, and the like made of such a CdZnMgSe layer be formed by a molecular beam epitaxy method.
【0067】本実施例に示した構造のダブルへテロ構造
半導体装置において、アンドープCdZnMgSe活性
層24のバンドギャップを2.65eV、p型CdZn
MgSeクラッド層23、n型CdZnMgSeクラッ
ド層25のバンドギャップをともに2.80eV、p型
CdZnMgSeバッファ層22のバンドギャップを
2.00eV、n型CdZnMgSeコンタクト層26
のバンドギャップを2.00eVとし、n側電極27を
直径150μmの円形とし、300μm×300μm程
度にスクライプしたダブルヘテロ構造発光ダイオード装
置について、その電流注入発光特性を室温において評価
した。In the double heterostructure semiconductor device having the structure shown in this embodiment, the band gap of the undoped CdZnMgSe active layer 24 is 2.65 eV, and the p-type CdZn is formed.
The band gaps of the MgSe clad layer 23 and the n-type CdZnMgSe clad layer 25 are both 2.80 eV, the band gap of the p-type CdZnMgSe buffer layer 22 is 2.00 eV, and the n-type CdZnMgSe contact layer 26.
The current injection emission characteristics of the double-heterostructure light emitting diode device in which the band gap was set to 2.00 eV, the n-side electrode 27 was circular with a diameter of 150 μm, and was scraped to about 300 μm × 300 μm at room temperature.
【0068】その結果、20mAの動作電流での発光波
長は470nmであり、このときの動作電圧は2.6V
であった。樹脂モールドすることにより、発光光度が1
カンデラ以上の高輝度の発光が得られた。すなわち、本
素子構造の採用により、従来困難であった高効率の青色
発光ダブルヘテロ構造ダイオード装置が得られた。As a result, the emission wavelength at an operating current of 20 mA is 470 nm, and the operating voltage at this time is 2.6 V.
Met. Light emission intensity is 1 by resin molding
High-luminance light emission higher than that of candela was obtained. That is, by adopting this element structure, a highly efficient blue light-emitting double heterostructure diode device, which was difficult in the past, was obtained.
【0069】このような良好な発光特性が得られた要因
は、p型InPを基板として用いたことで、p型クラッ
ド層であるp型CdZnMgSeとのヘテロ障壁が小さ
くなり、動作電圧を抑制することができたことによる。
また、全てのCdZnMgSe層が基板と格子整合し、
且つVI族元素がSeの1種類であるため転位などの欠陥
のない良好な結晶を作成できたことによる。The reason why such good emission characteristics are obtained is that the use of p-type InP as the substrate reduces the hetero barrier against the p-type clad layer p-type CdZnMgSe and suppresses the operating voltage. It depends on what I was able to do.
Also, all CdZnMgSe layers are lattice matched to the substrate,
Moreover, since the group VI element is one kind of Se, a good crystal without defects such as dislocation can be produced.
【0070】また、本実施例に示した構造のダブルヘテ
ロ構造発光ダイオード装置において、アンドープCdZ
nMgSe活性層24のバンドギャップエネルギーをC
d,ZnおよびMgの組成により変化させることによ
り、室温での発光波長は630nmから400nmまで
変化させることができた。In the double heterostructure light emitting diode device having the structure shown in this embodiment, the undoped CdZ is used.
The bandgap energy of the nMgSe active layer 24 is C
The emission wavelength at room temperature could be changed from 630 nm to 400 nm by changing the composition of d, Zn and Mg.
【0071】なお、本実施例ではダブルヘテロ構造の発
光ダイオード装置について説明したが、これは特に高い
発光効率を得るためには重要であるが、このような構造
は必ずしも必要ではない。Although the light emitting diode device having the double hetero structure has been described in the present embodiment, this is important in order to obtain particularly high luminous efficiency, but such a structure is not always necessary.
【0072】すなわち、単なる同じバンドギャップのC
dZnMgSeによるpn接合をp型InP基板21上
に形成したものや、一方のCdZnMgSeのバンドギ
ャップを他方より大きくしただけのpn接合であるいわ
ゆるシングルヘテロ接合でも良い。このとき、光を取り
出す基板と反対側の電極のある表面側の材料が発光波長
に対して透明になるように形成することで発光効率は著
しく改善される。なお、本発明は上述した実施例に限定
されるものではなく、例えば、上記実施例の半導体発光
装置の各半導体層の導電型を逆にしても良い。That is, C having the same band gap
A pn junction formed of dZnMgSe on the p-type InP substrate 21 or a so-called single heterojunction which is a pn junction in which the band gap of one CdZnMgSe is larger than the other may be used. At this time, the light emitting efficiency is remarkably improved by forming the material on the surface side having the electrode on the side opposite to the substrate through which light is extracted so as to be transparent with respect to the emission wavelength. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the conductivity types of the semiconductor layers of the semiconductor light emitting device of the above embodiments may be reversed.
【0073】また、半導体レーザ装置における電流狭窄
構造および光ガイド構造や、発光ダイオード装置におけ
る電流拡散構造および光取り出し構造などについては、
上述の実施例のものに限定されるものではない。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。Regarding the current confinement structure and the light guide structure in the semiconductor laser device and the current diffusion structure and the light extraction structure in the light emitting diode device,
The present invention is not limited to the above embodiment. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【0074】[0074]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体基板としてInPを用い、且つ発光半導体層や、こ
れに光や電子を閉じ込めるための半導体層として、 II-
VI族化合物半導体のうち、特にCdZnMgSeを用い
ることにより、動作電圧が低く、動作電流の小さい実用
的な半導体発光装置を実現できる。As described above in detail, according to the present invention, InP is used as the semiconductor substrate, and the light emitting semiconductor layer and the semiconductor layer for confining light and electrons are used as II-
By using CdZnMgSe among Group VI compound semiconductors, a practical semiconductor light emitting device having a low operating voltage and a small operating current can be realized.
【図1】本発明の第1の実施例に係るダブルヘテロ構造
半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a main part structure of a double hetero structure semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のダブルヘテロ構造半導体レーザ装置の基
板とp型クラッド層とにおけるバンドダイヤグラム。FIG. 2 is a band diagram of a substrate and a p-type cladding layer of the double hetero structure semiconductor laser device of FIG.
【図3】本発明の第2の実施例に係るダブルヘテロ構造
半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a main structure of a double hetero structure semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】図3のダブルヘテロ構造半導体レーザ装置の基
板とバッファ層とにおけるバンドダイヤグラム。4 is a band diagram of a substrate and a buffer layer of the double hetero structure semiconductor laser device of FIG.
【図5】本発明の第3の実施例に係るダブルヘテロ構造
発光ダイオード装置の要部構造を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a main structure of a double hetero structure light emitting diode device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】従来の II-VI族化合物半導体を用いた半導体レ
ーザ装置の要部構造を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main structure of a semiconductor laser device using a conventional II-VI group compound semiconductor.
【図7】従来の II-VI族化合物半導体を用いた発光ダイ
オード装置の要部構造を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a main structure of a light emitting diode device using a conventional II-VI group compound semiconductor.
【図8】従来の II-VI族化合物半導体を用いた半導体発
光装置の問題点を説明するためのバンドダイヤグラム。FIG. 8 is a band diagram for explaining problems of a semiconductor light emitting device using a conventional II-VI group compound semiconductor.
【図9】従来の II-VI族化合物半導体を用いた他の半導
体レーザ装置の要部構造を示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing a main part structure of another semiconductor laser device using a conventional II-VI group compound semiconductor.
1…p型InP基板 2…p型CdZnMgSeクラッド層 3…アンドープCdZnMgSe活性層 4…n型CdZnMgSeクラッド層 5…SiO2 絶縁膜 6…n側電極 7…p側電極 11…p型InP基板 12…p型CdZnMgSeバッファ層 13…p型CdZnMgSeクラッド層 14…アンドープCdZnMgSe活性層 15…n型CdZnMgSeクラッド層 16…n型CdZnMgSeコンタクト層 17…SiO2 絶縁膜 18…n側電極 19…p側電極 21…p型InP基板 22…p型CdZnMgSeバッファ層 23…p型CdZnMgSeクラッド層 24…アンドープCdZnMgSe活性層 25…n型CdZnMgSeクラッド層 26…n型CdZnMgSeコンタクト層 27…n側電極 28…p側電極1 ... p-type InP substrate 2 ... p-type CdZnMgSe cladding layer 3 ... undoped CdZnMgSe active layer 4 ... n-type CdZnMgSe cladding layer 5 ... SiO 2 insulating film 6 ... n-side electrode 7 ... p-side electrode 11 ... p-type InP substrate 12 ... p-type CdZnMgSe buffer layer 13 p-type CdZnMgSe clad layer 14 undoped CdZnMgSe active layer 15 n-type CdZnMgSe clad layer 16 n-type CdZnMgSe contact layer 17 SiO 2 insulating film 18 n-side electrode 19 p-side electrode 21 p-type InP substrate 22 ... p-type CdZnMgSe buffer layer 23 ... p-type CdZnMgSe clad layer 24 ... undoped CdZnMgSe active layer 25 ... n-type CdZnMgSeSe clad layer 26 ... n-type CdZnMgSe contact layer 27 ... n-side electrode 28 ... p-side electrode
Claims (2)
Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)からなり、電流注入により発
光する発光半導体層とを具備してなることを特徴とする
半導体発光装置。1. A semiconductor substrate made of InP and Cd 1-xy Zn x Mg y formed on the semiconductor substrate.
A semiconductor light emitting device comprising Se (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) and a light emitting semiconductor layer that emits light by current injection.
Se(0≦u≦1, 0≦v≦1)からなる第1導電型クラッド
層と、 この第1導電型クラッド層上に形成され、Cd1-w-x Z
nw Mgx Se(0≦w≦1, 0≦x≦1)からなり、電流注
入により発光する発光半導体層と、 この発光半導体層上に形成され、Cd1-y-z Zny Mg
z Se(0≦y≦1, 0≦z≦1)からなる第2導電型クラッ
ド層とを具備してなることを特徴とする半導体発光装
置。2. A semiconductor substrate made of InP, and Cd 1 -uv Zn u Mg v formed on the semiconductor substrate.
A first conductivity type cladding layer made of Se (0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1), and Cd 1 -wx Z formed on the first conductivity type cladding layer.
n w Mg x Se (0 ≦ w ≦ 1, 0 ≦ x ≦ 1), which emits light by current injection, and a Cd 1 -yz Zn y Mg formed on the light emitting semiconductor layer.
A semiconductor light emitting device comprising a second conductivity type cladding layer made of z Se (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1).
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5110293A JPH06268331A (en) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Semiconductor light emitting device |
US08/208,850 US5488233A (en) | 1993-03-11 | 1994-03-11 | Semiconductor light-emitting device with compound semiconductor layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5110293A JPH06268331A (en) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Semiconductor light emitting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06268331A true JPH06268331A (en) | 1994-09-22 |
Family
ID=12877453
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5110293A Pending JPH06268331A (en) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | Semiconductor light emitting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06268331A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008523615A (en) * | 2004-12-09 | 2008-07-03 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Adaptive short wavelength LED for multicolor, broadband or "white" emission |
US8148741B2 (en) | 2004-12-09 | 2012-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Polychromatic LED's and related semiconductor devices |
US8148742B2 (en) | 2004-12-09 | 2012-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Type II broadband or polychromatic LEDs |
-
1993
- 1993-03-11 JP JP5110293A patent/JPH06268331A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008523615A (en) * | 2004-12-09 | 2008-07-03 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Adaptive short wavelength LED for multicolor, broadband or "white" emission |
US7902543B2 (en) | 2004-12-09 | 2011-03-08 | 3M Innovative Properties Company | Adapting short-wavelength LED's for polychromatic, broadband, or “white” emission |
US8148741B2 (en) | 2004-12-09 | 2012-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Polychromatic LED's and related semiconductor devices |
US8148742B2 (en) | 2004-12-09 | 2012-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Type II broadband or polychromatic LEDs |
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