JPH06302859A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JPH06302859A
JPH06302859A JP8439193A JP8439193A JPH06302859A JP H06302859 A JPH06302859 A JP H06302859A JP 8439193 A JP8439193 A JP 8439193A JP 8439193 A JP8439193 A JP 8439193A JP H06302859 A JPH06302859 A JP H06302859A
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JP
Japan
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type
thin film
znse
gaas substrate
light emitting
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Pending
Application number
JP8439193A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiro Okawa
和宏 大川
Yasuhito Takahashi
康仁 高橋
Tadashi Narisawa
忠 成沢
Tsuneo Mitsuyu
恒男 三露
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP8439193A priority Critical patent/JPH06302859A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 p型GaX In1-X P薄膜(ただし、Xは
0.40≦X≦0.55)、およびp型AlY In1-Y
P薄膜(ただし、Yは0.40≦Y≦0.55)を順次
積層したp型GaAs基板上に、II-VI 族化合物半導体
からなるpn接合構造またはp−i−n接合を有するこ
とにより、低い電圧で動作するレーザ素子または発光ダ
イオード素子を提供する。 【構成】 II-VI 族化合物半導体からなるpn接合構造
またはp−i−n接合より構成される発光素子を、p型
GaAs基板1上に、p型GaInP薄膜2、p型Al
InP薄膜3、p型ZnSeTe薄膜、及びp型ZnS
e薄膜4を順次積層した構造の上にII-VI 族化合物半導
体からなるpn接合構造またはp−i−n接合より構成
される発光素子(8〜12)を形成する。これにより価
電子帯の障壁を最大0.3eVに小さくすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、II-VI 族化合物半導体
を用いた青色発光ダイオード素子または紫外から黄色に
至る半導体レーザ素子において、p型GaAs基板とp
型II-VI 族化合物半導体界面に存在するバンド不連続を
小さくし、小さい電圧で動作する構造の発光素子を提供
するものである。
【0002】
【従来の技術】青色発光ダイオード素子または紫外から
黄色に至る半導体レーザ素子は、オプトエレクトロニク
スの分野でその開発が求められている。
【0003】従来のp型GaAs基板に作製したII-VI
族化合物半導体のレーザ素子または発光ダイオード素子
は、p型GaAs基板に直接p型ZnSSe薄膜を形成
し素子構造を作製していた(例えばH.Jeon et al. Appl
ied Physics Letters 60, 892 (1992)) 。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構造では、
p型GaAsとp型ZnSeの接合部には1.2eV以
上の障壁が価電子帯に存在し、この障壁のために正孔注
入が効率的に行えず、素子の動作電圧が高いという問題
があった。
【0005】本発明は前記従来の問題を解決するため、
低い電圧で動作する発光素子を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の発光素子は、p型GaX In1-X P薄膜(ただ
し、Xは0.40≦X≦0.55)、およびp型AlY
In1-Y P薄膜(ただし、Yは0.40≦Y≦0.5
5)を順次積層したp型GaAs基板上に、II-VI 族化
合物半導体からなるpn接合構造またはp−i−n接合
を有するという構成を備えたものである。
【0007】前記構成においては、p型AlY In1-Y
P薄膜上に、p型ZnSZ Se1-Z薄膜(ただし、Zは
0≦Z≦0.2)を積層することが好ましい。また前記
構成においては、p型AlY In1-Y P薄膜上に、p型
ZnSe1-VTeV 薄膜(ただし、Vは0.02≦V≦
0.20)、およびp型ZnSZ Se 1-Z 薄膜を順次積
層することが好ましい。
【0008】
【作用】前記した本発明の構成によれば、p型GaX
1-X P薄膜、およびp型Al Y In1-Y P薄膜を順次
積層したp型GaAs基板上に、II-VI 族化合物半導体
からなるpn接合構造またはp−i−n接合を有するこ
とにより、低い電圧で動作する発光素子を実現できる。
また、p型GaAs基板とp型ZnSZ Se1-Z薄膜の
間に、p型GaX In1-X P(以下GaInPと省略す
る。)薄膜、およびp型AlY In1-Y P(以下AlI
nPと省略する。)薄膜、p型ZnSe1- W TeW 薄膜
(ただし、Wは0.10≦W≦0.40)、およびp型
ZnSe1- V TeV 薄膜(ただし、Vは0.02≦V≦
0.20)を積層したことにより、低い電圧で動作する
発光素子を実現できる。
【0009】すなわち、p型GaAsとp型II-VI 族化
合物半導体のヘテロ接合界面の価電子帯には正孔に対す
る大きな障壁が存在する。しかし、p型GaInP、p
型AlInP、およびp型ZnSe1-V TeV の価電子
帯は、GaAsの価電子帯とZnSZ Se1-Z の間にあ
る。そのため、これらの材料を薄膜としてGaAs薄膜
とZnSZ Se1-Z 薄膜の間に挿入すると、価電子帯の
障壁はいくつかの小さい障壁に分割される。小さい障壁
の場合には、正孔は障壁を容易に越えることができる。
よって、小さな電圧で発光素子を動作させることができ
る。
【0010】
【実施例】以下に実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。図1はp型GaAs基板1上に厚み100
nmのp型GaInP薄膜2、厚み100nmのp型A
lInP薄膜3、そして厚み700nmのp型ZnSe
薄膜4を順次積層した構造の上に、厚み1μmのp型Z
nS0.07Se0.93(以下ZnSSeと省略する。)クラ
ッド層5、厚み0.3μmのp型ZnSe光導波路層
6、厚み10nmのZn0.8 Cd0.2 Se活性層7、厚
み0.3μmのn型ZnSe光導波路層8、厚み1μm
のn型ZnSSeクラッド層9、そして厚み10nmの
+ 型ZnSeコンタクト層10から構成されたレーザ
構造を作製している。さらにストライプ部11を金属マ
スクにより保護した後、n型ZnSe光導波路層8、n
型ZnSSeクラッド層9そしてn+ 型ZnSeコンタ
クト層10に窒素イオン等をイオン注入する事によって
高抵抗化したイオン注入部12を作製し電流がストライ
プ部11のみに流れるようにした。p型GaAs基板1
およびn+ 型ZnSeコンタクト層10にそれぞれAu
−Zn合金による電極13、In電極14を取り付ける
ことにより半導体レーザ素子を得た。
【0011】従来のII-VI 族化合物半導体のレーザ素子
または発光ダイオード素子の場合、p型GaAs基板に
直接p型ZnSSe薄膜を形成している(例えばH.Jeon
etal. Applied Physics Letters 60, 892 (1992)) 。
この場合、図2の如く価電子帯には1.32eVの障壁
が存在し、この障壁がp型GaAs基板からp型ZnS
Se層への効率的な正孔注入を妨げている。
【0012】図1に示した本実施例の構造にすると、価
電子帯の障壁は図3の如くp型GaAs基板1とp型G
aInP薄膜2界面で0.30eV、p型GaInP薄
膜2とp型AlInP薄膜3界面で0.28eV、p型
AlInP薄膜3とp型ZnSe薄膜4界面で0.47
eV、そして図3には示していないが、p型ZnSe薄
膜4とp型ZnSSe薄膜5界面で0.06eVに分散
される。すなわち最大障壁は、p型AlInP薄膜3と
p型ZnSe薄膜4界面の0.47eVであり、従来の
1.32eVに比べて約1/3である。ゆえに図1に示
した本実施例の半導体レーザ素子において、レーザ発振
に必要な電圧は77Kで約12Vと低い値を示した。良
好な結晶性を保つために、p型GaX In1-X P薄膜2
およびp型AlY In1-Y P薄膜3とGaAs基板1と
の格子不整を小さくする必要がある。したがって、前記
p型GaX In1-X P薄膜2およびp型AlY In1-Y
P薄膜3の組成XとYの範囲は、0.40≦X≦0.5
5、及び0.40≦Y≦0.55である。さらにZnS
e薄膜4はGaAsと格子不整が約0.3%あるため、
膜厚は150nm以下にするのが好ましい。
【0013】さらに、p型AlInP薄膜3とp型Zn
Se薄膜4の界面に存在する0.47eVの障壁を小さ
くするため、その間に、禁制帯幅がAlInP薄膜3よ
り大きくZnSe薄膜4より小さいp型ZnSe1-V
V 薄膜のようなII-VI 族化合物半導体を挿入するとよ
り効果的である。すなわち障壁がさらに分割されるから
である。このような目的では、組成Zは0.02≦Z≦
0.20の範囲が有効であった。図4は組成Z=0.0
8、厚み50nmのZnSe1-V TeV 薄膜(以下、Z
nSeTeと略す)を用いた場合の障壁を示す。p型A
lInP薄膜3とp型ZnSe薄膜4の界面に存在する
0.47eVの障壁はp型AlInP薄膜とp型ZnS
eTe薄膜の界面に存在する0.22eVの障壁とp型
ZnSeTe薄膜とp型ZnSe薄膜の界面に存在する
0.26eVの障壁に分割される。そのため最大障壁
は、p型GaAs基板1とGaIn薄膜2の界面に存在
する0.30eVとなり、従来の1.34eVに比べて
約4分の1となる。ゆえに図4に示した構造を半導体レ
ーザ素子に応用すると、素子動作に必要な電圧は77K
で約7Vと低い値が得られた。ZnSeTe薄膜とZn
Se薄膜との間には格子不整があるため、十分な結晶性
を得るためにはZnSeTe薄膜の厚みを100nm以
下にするのが好ましい。
【0014】また、p型GaInP薄膜2およびp型A
lInP薄膜3およびp型ZnCdSeTe薄膜の正孔
濃度は高いほど望ましいが、正孔濃度が1×1016cm
-3程度においても障壁低減の効果は得られる。
【0015】また本実施例では、p型ZnSZ Se1-Z
薄膜の組成Zを0.07としたが、これは本実施例にお
けるレーザ構造の成長温度が325℃であり、その温度
においてZnSSe薄膜5がGaAs基板1と格子整合
するように組成Zを選んでいる。したがって成長温度が
高くなると組成Yは大きくなる。実用的には0≦Z≦
0.2の範囲にすることが好ましい。
【0016】また、本実施例ではp型GaAsからp型
ZnSSe薄膜への障壁を小さくする構造を説明した
が、半導体材料はp型ZnSSe薄膜に限らずp型Zn
A Ca 1-A B Se1-B 薄膜(ただし、0.70≦A≦
0.85、0.20≦B≦0.40)、p型ZnC Mg
1-C E Se1-E 薄膜(ただし、0.70≦C≦0.9
0、0.15≦E≦0.35)、またはp型ZnF Mn
1-F G Se1-G 薄膜(ただし、0.65≦F≦0.8
5、0.13≦G≦0.43)などにおいても有効であ
る。
【0017】また実施例では半導体レーザの場合を説明
したが、II-VI 族化合物半導体を用いた発光ダイオード
素子においても有効である。
【0018】
【発明の効果】以上のように、本発明はp型GaAsと
p型II-VI 族化合物半導体の接合部に存在する障壁を小
さくし、低い電圧で動作する発光素子を提供することが
できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半導体レーザの構造断面図
である。
【図2】従来の構造におけるバンド図である。
【図3】本発明の一実施例の構造におけるバンド図であ
る。
【図4】本発明の一実施例の構造におけるバンド図であ
る。
【符号の説明】
1 p型GaAs基板 2 p型GaInP薄膜 3 p型AlInP薄膜 4 p型ZnSe薄膜 5 p型ZnSSeクラッド層 6 p型ZnSe光導波路層 7 Zn0.8 Cd0.2 Se活性層 8 n型ZnSe光導波路層 9 n型ZnSSeクラッド層 10 n+ 型ZnSeコンタクト層 11 ストライプ部 12 イオン注入部 13 Au−Zn電極 14 In電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三露 恒男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型GaX In1-X P薄膜(ただし、X
    は0.40≦X≦0.55)、およびp型AlY In
    1-Y P薄膜(ただし、Yは0.40≦Y≦0.55)を
    順次積層したp型GaAs基板上に、II-VI 族化合物半
    導体からなるpn接合構造またはp−i−n接合を構成
    した発光素子。
  2. 【請求項2】 p型AlY In1-Y P薄膜上に、p型Z
    nSZ Se1-Z 薄膜(ただし、Zは0≦Z≦0.2)を
    積層した請求項1に記載の発光素子。
  3. 【請求項3】 p型AlY In1-Y P薄膜上に、p型Z
    nSe1-V TeV 薄膜(ただし、Vは0.02≦V≦
    0.20)、およびp型ZnSZ Se1-Z 薄膜を順次積
    層した請求項1に記載の発光素子。
JP8439193A 1993-04-12 1993-04-12 発光素子 Pending JPH06302859A (ja)

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JP8439193A JPH06302859A (ja) 1993-04-12 1993-04-12 発光素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6072202A (en) * 1996-09-26 2000-06-06 Nec Corporation II-VI compound semiconductor device with III-V buffer layer

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