JPH06291421A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH06291421A
JPH06291421A JP7843693A JP7843693A JPH06291421A JP H06291421 A JPH06291421 A JP H06291421A JP 7843693 A JP7843693 A JP 7843693A JP 7843693 A JP7843693 A JP 7843693A JP H06291421 A JPH06291421 A JP H06291421A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】キャリア・オーバーフローを抑制し、良好な温
度特性の低閾値特性を有する発光素子を提供する。 【構成】本発明の半導体発光素子はIII-V 族半導体で成
る活性層を有するダブルヘテロ多層積層構造を備え、C
d,Zn,Mgの内少なくとも1つを含むII族原子と
S,Se,Teの内少なくとも1つを含むVI族原子の組
み合わせでなるII-VI 族半導体で構成されたクラッド層
をタブルヘテロ多層積層構造中に少なくとも1 つ含んだ
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、GaInPまたはAlGaInP
を活性層とする可視光半導体レーザの高出力化、短波長
化の研究が盛んに行われている。前者の例では、図3に
示す構造の半導体発光素子がエレクトロニクス・レター
ズ誌、第28巻、860〜861頁、(1992年)に
記載されている。この半導体発光素子は、図3に示すよ
うに、n−GaAs基板9上にn−GaAsバッファ層
7、n−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド
層2,GaInP/AlGaInP MQW活性層1,
p−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In0.5 Pクラッド層
3,p−Ga0.5 In0.5 Pエッチングストップ層1
3、から成る積層構造を備え、さらに、この積層構造上
に、ストライプ状のp−(Al0.6 Ga0.4 0.5 In
0.5 Pクラッド層12,p−Ga0.5 In0.5 Pキャッ
プ層5,p−GaAsコンタクト層6で成るストライプ
状積層構造及びこのストライプ状積層構造の両脇に設け
たn−GaAsブロック層8を備えた構造である。n側
電極10はn−GaAs基板裏面全面に、また、p側電
極11はn−GaAsブロック層8とp−GaAsコン
タクト層6の表面全体に形成されている。この半導体発
光素子は50℃で30mWの安定な光出力が得られてい
る。
【0003】後者の例では、図3の構造のGaInP/
AlGaInP MQW活性層1を(Al0.19
0.810.5 In0.5 P活性層に置き換え、p−Ga
0.5 In0.5Pエッチングストップ層13をp−(Al
0.19Ga0.810.5 In0.5 Pエッチングストップ層に
置き換え、さらに、n−GaAsブロック層8とp−G
aAsコンタクト層6の上部にp−GaAs層を設け、
このp−GaAs層にp側電極を形成した構造の半導体
発光素子がジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス(JJAP)誌、第29巻、1669
〜1671頁(1990年)に記載されている。この半
導体発光素子は20℃で632.7mmのCW発振が得
られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaI
nP、AlGaInP等の半導体材料固有の問題として
活性層とp型クラッド層との界面でのヘテロ障壁が小さ
いため、活性層の注入されたキャリア(電子)がp型ク
ラッド層にオーバーフローしてしまい、温度特性の悪
化、閾値電流の上昇を引き起こすという問題がある。
【0005】本発明は、このようなキャリア・オーバー
フローの問題を解決することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子は、
III-V 族半導体で成る活性層を、活性層よりも禁制帯幅
の広いクラッド層で挟んだ構造のダブルヘテロ構造を含
む多層積層構造を有し、Cd,Zn,Mgの内少なくと
も1つを含むII族原子とS,Se,Teの内少なくとも
1つを含むVI族原子の組み合わせでなるII-VI 族半導体
で構成されたクラッド層の多層積層構造中に少なくとも
1つ含んだ構成になっている。
【0007】より具体的には、クラッド層で活性層を挟
んだダブルヘテロ構造の上に、ストライプ状のクラッド
層とその両脇に設けたブロック層を有する電流狭窄構造
を備えたインデックス・ガイド型導波構造とし、ストラ
イプ状のクラッド層をII-VI族半導体で形成した構成で
ある。
【0008】
【作用】本発明の半導体発光素子の代表的な実施例を図
1に示す。活性層はGaInP/AlGaInP MQ
Wで構成され、その両側を(Al0.7 Ga0.3 0.5
0.5 Pクラッド層で挟み込んだダブルヘテロ構造より
なる半導体レーザである。導波構造はメサストライプ状
のインデックス・ガイド型とした。本発明では、p型ク
ラッド層へのキャリア、特に電子のオーバーフローを抑
制するためにメサ部分のp型クラッド層をGaAs基板
に格子整合するCdx Zn1-x y Se1-y とした。
【0009】従来の(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5
Pのみのクラッド層(図3)の場合、活性層の禁制帯幅
は1.85〜1.9eV、クラッド層のAlGaInP
の禁制帯幅は組成にもよるが、高々2.3eVであり、
活性層とクラッド層の禁制帯幅の差ΔEgは約400m
eVと小さかった。この時、V 族共通のヘテロ界面で良
く用いられる40−60ルールを用いると伝導帯の不連
続量は400meVの40%の160meVと見積もら
れる。この値は電子を活性層に有効に閉じ込めるには不
十分な値である。
【0010】然るにCdZnSSeをp型クラッド層の
一部に用いた本発明の図1のレーザ構造では、クラッド
層のCdZnSSeの禁制帯幅は〜2.7eV(図2)
であり、活性層とクラッドとの禁制帯幅の差ΔEgは従
来例の2倍の800meV程度となる。これより40−
60ルールで荒く見積もると、伝導帯の不連続量は従来
の2倍の320meVが得られる。これより、電子に対
し実効的なヘテロ障壁が大幅に増大し、キャリア・オー
バーフローが抑制され、良好な温度特性と低閾値電流の
可視光半導体レーザが得られる。
【0011】また、上記の例ではp型クラッド層にCd
ZnSSeを用いたが、禁制帯幅EgがGaInPやA
lGaInP等のIII-V 族半導体よりも大きい材料、例
えばCd,Zn,Mgの内少なくとも1つを含むII族原
子とS,Se,Teの内少なくとも1つを含むVI族原子
の組み合わせでなるII-VI 族半導体で、基板にほぼ格子
整合していればCdZnSSe以外の材料でも同様の効
果が得られる。図2に一例としてCdZnSSeの禁制
帯幅を示したが、図中波線で示したようにGaAs基板
に格子整合する組成の禁制帯幅はほぼ2.7eVで一定
である。また、上記の例では半導体レーザで述べたが、
同様な導波構造を持つLEDでもかまわない。また、面
発光レーザに用いても有効である。
【0012】
【実施例】以下、具体的に本発明の半導体発光素子の実
施例を図1及び図4(製造工程図)を用いて説明する。
図1の構造の作製はまずSiドープ(001)GaAs
基板9上に減圧MOVPE法により、順次厚さ1.0μ
m、Siドープ(1×1018cm-3)のn−GaAsバ
ッファ層7、厚さ1.2μm、Siドープ(5×1017
cm-3)のn−(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pク
ラッド層2、アンドープGa0.5 In0.5 P/(Al
0.5 Ga0.5 0.5 In0.5 P MQW活性層(GaI
nPウェルは厚さ10nmの4層、無歪、AlGaIn
Pバリアは厚さ5nmの3層、無歪からなる。)1、厚
さ0.3μm、Znドープ(4×1017cm-3)のp−
(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pクラッド層3、厚
さ0.1μm、アンドープのGaAs保護膜20を成長
した(図4A)。成長温度は660℃、成長圧力は70
TORRであった。
【0013】次にMBE/ドライエッチング(RIB
E)真空一貫プロセス装置に搬入し、まずドライエッチ
ングにより、GaAs保護膜20をClを含むガスでエ
ッチング除去した(図4B)。次にMBEチャンバーに
転送し、厚さ1.0μm、Nドープのp−Cd0.09Zn
0.910.2 Se0.8 クラッド層4をp−(Al0.7 Ga
0.3 0.5 In0.5 Pクラッド層3上に成長した(図4
C)。これにはRFプラズマによる成長方法を用いた。
そして最後にもう1度MOVPE装置に搬入して厚さ
0.1μm、Znドープのp−Ga0.5 In0.5 Pギャ
ップ層5を成長した(図4D)。以上で基本となる積層
構造ができあがった。これをフォトリソグラフィーとウ
ェットエッチングによりメサストライプ状に加工する
(図4E)。この時ウェットエッチングはp−CdZn
SSeとp−AlGaInPの界面でストップするため
組成差による選択エッチングの手法を取り入れた。最後
にメサストライプの側面に厚さ1.0μm、Siドープ
のn−GaAsの電流ブロック層8を埋め込み成長し、
そして全面に厚さ0.5μm、Znドープのp−GaA
sのコンタクト層6を成長する(図4F)。この後、n
側電極10をn−GaAs基板裏面に、p側電極11を
p−GaAsコンタクト層6に形成する。以上で本発明
の図1の半導体レーザができあがる。
【0014】本発明の図1の半導体レーザでは、従来p
型クラッド層へのキャリア・オーバーフローによる温度
特性の悪化、閾値電流の上昇が顕著であったものが改善
され、良好な温度特性と低閾値の特性が得られた。
【0015】なお、実施例では活性層から離れたストラ
イプ状のクラッド層4をII-VI 族半導体で構成したが、
他のクラッド層、例えば、活性層に隣接したクラッド層
3を2層構造とし、活性層に接した層は従来通りIII-V
族半導体で構成し、活性層から遠い方の層をII-VI 族半
導体で構成してもよい。II-VI 族半導体で構成するクラ
ッド層は活性層に近い程キャリア・オーバーフロー抑制
効果があるので、活性層にできるだけ近いクラッド層を
II-VI 族半導体で構成するのがよい。
【0016】また、実施例ではインデックス・ガイド型
の導波構造としたが、本発明においては導波構造は本質
的でないので、他の導波構造、例えばBH構造等、どの
ような導波構造の半導体発光素子に対しても本発明は適
用できる。活性層はGaInP/AlGaInP MQ
W構造としたが他のIII-V 族半導体材料のMQWまたは
SQW構造や単層構造等の活性層を有する半導体発光素
子であっても本発明は適用できる。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体発光
素子では従来に比べキャリア・オーバーフローが抑制さ
れ、良好な温度特性の低閾値電流特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体発光素子の実施例を示す図。
【図2】CdZnSSeの禁制帯幅ΔEgを示す図。
【図3】従来の半導体発光素子の例を示す図。
【図4】図1の半導体発光素子の製造工程を示す図。
【符号の説明】 1 GaInP/AlGaInP MQW活性層 2 n−AlGaInPクラッド層 3 p−AlGaInPクラッド層 4 p−CdZnSSeクラッド層 5 p−GaInPキャップ層 6 p−GaAsコンタクト層 7 n−GaAsバッファ層 8 n−GaAsブロック層 9 n−GaAs基板 10 n側電極 11 p側電極 12 p−AlGaInPクラッド層 13 p−GaInPスイッチングストップ層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 III-V 族半導体で成る活性層を、この活
    性層よりも禁制帯幅の広い2つのクラッド層で挟んだダ
    ブルヘテロ構造を含む多層積層構造を有する半導体発光
    素子において、Cd,Zn,Mgの内少なくとも1つを
    含むII族原子とS,Se,Teの内少なくとも1つを含
    むVI族原子の組み合わせでなるII-VI族半導体で構成さ
    れたクラッド層を、前記多層積層構造中に少なくとも1
    つ含んだことを特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項2】 III-V 族半導体で構成された活性層を、
    この活性層よりも禁制帯幅の広い2つのクラッド層で挟
    んで成るダブルヘテロ構造上に、少くともストライプ状
    のクラッド層と、このストライプ上のクラッド層の両脇
    に設けたブロック層とを有する積層構造を備えた半導体
    発光素子において、前記ストライプ状のクラッド層が、
    Cd,Zn,Mgの内少なくとも1つを含むII族原子
    と、S,Se,Teの内少なくとも1つを含むVI族原子
    の組み合わせでなるII-VI 族半導体で構成されたことを
    特徴とする半導体発光素子。
  3. 【請求項3】 III-V 族半導体で構成された活性層がG
    aInPまたはAlGaInPを含んでいることを特徴
    とする請求項1または2記載の半導体発光素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008124210A (ja) * 2006-11-10 2008-05-29 Sony Corp 半導体発光素子およびその製造方法、並びに光装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5986282A (ja) * 1982-11-09 1984-05-18 Agency Of Ind Science & Technol 半導体レ−ザ

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