JPH07142765A - Semiconductor light-emitting element and semiconductor laser and manufacture of semiconductor light emitting diode - Google Patents

Semiconductor light-emitting element and semiconductor laser and manufacture of semiconductor light emitting diode

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JPH07142765A
JPH07142765A JP28462393A JP28462393A JPH07142765A JP H07142765 A JPH07142765 A JP H07142765A JP 28462393 A JP28462393 A JP 28462393A JP 28462393 A JP28462393 A JP 28462393A JP H07142765 A JPH07142765 A JP H07142765A
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JP
Japan
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layer
group
semiconductor light
emitting device
light emitting
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Application number
JP28462393A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Nakatsuka
慎一 中塚
Jun Goto
順 後藤
Masayuki Momose
正之 百瀬
Akira Oya
彰 大家
Masahito Uda
雅人 右田
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor light-emitting element which ensures good reproducibility in control of doping amount of p-type impurity and good characteristics. CONSTITUTION:There is provided a semiconductor light-emitting element comprising an n-type clad layer 2 and a p-type clad layer 4 which are arranged on an InP substrate 1 and are formed of II-VI compound semiconductors and an active layer 3 which is sandwitched between the p-type and n-type clad layers to have a forbidden band narrower than that of the clad layers and emits the light when electrons and holes are injected there and forming the p-type clad layer with a compound semiconductor including Mg as the group II element and Se or combination of Se and Te as the group VI element which are respectively contained as the principal structural element.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ、発光ダ
イオード等の短波長半導体発光素子、半導体レーザ及び
半導体発光素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser, a short wavelength semiconductor light emitting device such as a light emitting diode, a semiconductor laser and a method for manufacturing a semiconductor light emitting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のII−VI族半導体を用いた半導体レ
ーザは、図5に示すように、分子線結晶成長法により、
GaAs基板18の上に、n型Zn0.9Mg0.10.14
0.86クラッド層19、n型ZnS0.07Se0.93ガイド
層20、Cd0.3Zn0.7Se活性層21、p型ZnS
0.07Se0.93ガイド層22、p型Zn0.9Mg0.10.14
Se0.86クラッド層23、p型ZnSeキャップ層24
を結晶成長させ、ポリイミド樹脂25を形成し、ストラ
イプ状の穴8の上に金電極9を形成して製造していた
(アプライド フィジックス レターズ 第62巻、2
462頁(1993)(Applied physic
s letters vol.62 (1993) 2
462P))。
2. Description of the Related Art A conventional semiconductor laser using a II-VI group semiconductor is, as shown in FIG.
On the GaAs substrate 18, n-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.14 S
e 0.86 clad layer 19, n-type ZnS 0.07 Se 0.93 guide layer 20, Cd 0.3 Zn 0.7 Se active layer 21, p-type ZnS
0.07 Se 0.93 guide layer 22, p-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.14
Se 0.86 clad layer 23, p-type ZnSe cap layer 24
Was grown to form a polyimide resin 25, and a gold electrode 9 was formed on the stripe-shaped hole 8 (Applied Physics Letters, Vol. 62, 2).
462 (1993) (Applied physics)
sletters vol. 62 (1993) 2
462P)).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、p型
及びn型のクラッド層の材料のZnMgSSeにおける
p型不純物の濃度制御が難しく、さらに、大きなバンド
オフセットを得るためにMg及びSの組成を大きくする
必要があるが、このような結晶へのp型不純物のドーピ
ングはさらに難しいという問題があった。
In the above-mentioned prior art, it is difficult to control the concentration of p-type impurities in ZnMgSSe, which is the material for the p-type and n-type cladding layers, and the composition of Mg and S is required to obtain a large band offset. However, there is a problem that it is more difficult to dope such a crystal with p-type impurities.

【0004】本発明の第1の目的は、p型不純物のドー
ピング量制御の再現性がよく、特性が良好な半導体発光
素子を提供することにある。本発明の第2の目的は、p
型不純物のドーピング量制御の再現性がよく、特性が良
好な半導体レーザを提供することにある。本発明の第3
の目的は、そのような半導体発光素子の製造方法を提供
することにある。
It is a first object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device having good reproducibility of p-type impurity doping control and good characteristics. The second object of the present invention is p
It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser having good reproducibility of control of the doping amount of type impurities and excellent characteristics. Third of the present invention
The purpose of is to provide a method for manufacturing such a semiconductor light emitting device.

【0005】[0005]

【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素子は、基板と、基板上
に配置された、II族及びVI族の化合物半導体で構成され
るn型クラッド層及びp型クラッド層と、n型及びp型
クラッド層に挾まれ、クラッド層よりも禁制帯幅が狭
く、電子及び正孔が注入されることにより発光する活性
層とから構成し、p型クラッド層を、II族元素としてM
gが、VI族元素としてSe又はSeとTeの組合せがそ
れぞれ主たる構成元素として含まれる化合物半導体とし
たものである。
In order to achieve the above first object, a semiconductor light emitting device of the present invention comprises a substrate and a group II and group VI compound semiconductor disposed on the substrate. It is composed of an n-type clad layer and a p-type clad layer, and an active layer sandwiched by the n-type and p-type clad layers, having a narrower forbidden band than the clad layer, and emitting light when electrons and holes are injected. , P-type clad layer as group II element with M
g is a compound semiconductor containing Se or a combination of Se and Te as a main constituent element, respectively, as a Group VI element.

【0006】この、p型クラッド層は、一般式 ZnxMg1-xTeySe1-y (ただし、xは0から0.5の範囲の値、yは0から
0.23の範囲の値である)で表わされる化合物半導体
からなることが好ましい。
This p-type cladding layer has a general formula of Zn x Mg 1-x Te y Se 1-y (where x is a value in the range of 0 to 0.5 and y is in the range of 0 to 0.23). It is preferably composed of a compound semiconductor represented by

【0007】また、n型クラッド層はII族元素としてM
gを、VI族元素としてSe又はSeとCdの組合せをそ
れぞれ主たる構成元素として含む化合物半導体とするこ
とが好ましい。このようなn型クラッド層としては、一
般式 (ZnaCd1-a1-bMgbSe (ただし、aは0.2から1.0の範囲の値、bは0.
5から1.0の範囲の値である)で表わされる化合物半
導体がある。
Further, the n-type cladding layer is M as a group II element.
It is preferable that g is a compound semiconductor containing Se or a combination of Se and Cd as Group VI elements as main constituent elements. Such n-type cladding layer, the general formula (Zn a Cd 1-a) 1-b Mg b Se ( where, a is a value in the range from 0.2 to 1.0, b is 0.
There is a compound semiconductor represented by a value ranging from 5 to 1.0).

【0008】このような半導体発光素子の設計は、半導
体層を結晶成長させる基板を、格子定数が5.63Åを
越え、6.10Å以下のものとすれば容易になる。この
ような基板としては、InP(格子定数5.88Å)、
InAs(格子定数6.10Å)、ZnTe(格子定数
6.10Å)等が挙げられる。
The design of such a semiconductor light emitting device is facilitated if the substrate on which the semiconductor layer is crystal-grown has a lattice constant of more than 5.63Å and not more than 6.10Å. As such a substrate, InP (lattice constant 5.88Å),
InAs (lattice constant 6.10Å), ZnTe (lattice constant 6.10Å) and the like can be mentioned.

【0009】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明の半導体レーザは、上記のいずれかに記載の半導
体発光素子より構成されるようにしたものである。
In order to achieve the second object,
The semiconductor laser of the present invention is configured by the semiconductor light emitting device described in any one of the above.

【0010】さらにまた、上記第3の目的を達成するた
めに、本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板上
に、II族及びVI族の化合物半導体よりなるn型クラッド
層を形成し、このn型クラッド層上に、クラッド層より
も禁制帯幅が狭く、電子及び正孔が注入されることによ
り発光する活性層を形成し、この活性層上に、II族及び
VI族の化合物半導体よりなり、II族元素としてMgを、
VI族元素としてSe又はSeとTeの組合せをそれぞれ
主たる構成元素として含む化合物半導体からなるp型ク
ラッド層を形成するようにしたものである。このn型ク
ラッド層は、II族元素としてMgを、VI族元素としてS
e又はSeとCdの組合せをそれぞれ主たる構成元素と
して含む化合物半導体からなることが好ましい。
Further, in order to achieve the third object, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the present invention comprises forming an n-type clad layer made of a compound semiconductor of group II and group VI on a substrate, On this n-type clad layer, an active layer having a narrower bandgap than the clad layer and emitting light by injection of electrons and holes is formed.
It consists of a group VI compound semiconductor and contains Mg as a group II element.
The p-type clad layer is made of a compound semiconductor containing Se or a combination of Se and Te as a main constituent element as a group VI element. This n-type clad layer contains Mg as a group II element and S as a group VI element.
It is preferably composed of a compound semiconductor containing e or a combination of Se and Cd as main constituent elements.

【0011】[0011]

【作用】II−VI族半導体は通常n型の導電型をとりやす
いものが多く、p型の導電型を得るためには特殊な結晶
成長方法が必要であった。しかし、II−VI族半導体の中
でもTe、Se系材料、特にTe系材料は、むしろp型
になりやすいことが知られている。従って、p型クラッ
ド層にはTe、Seを含む材料を用いればp型の導電制
御が容易となる。この場合、電子に対する十分な閉じ込
め効果を得るためには、p型クラッド層はMgを含む半
導体で形成される必要がある。このとき、基板の格子定
数を通常用いられるGaAs基板に比べ大きく、すなわ
ち、5.63Åより大きくすれば、原子半径の大きなT
e、Seの濃度が高い組成で基板と格子整合するように
なるため、p型導電制御が一層容易になる。しかも、T
e、Se系半導体の仕事関数が他のVI族原子を用いた半
導体に比べ小さいため、II−VI族半導体において問題と
なりやすい電極金属との間の電気的障壁を小さく押さえ
ることが可能となる。
Most of II-VI group semiconductors are likely to have n-type conductivity, and a special crystal growth method is required to obtain p-type conductivity. However, it is known that among the II-VI group semiconductors, Te and Se-based materials, especially Te-based materials, tend to be p-type. Therefore, if a material containing Te or Se is used for the p-type cladding layer, p-type conductivity control becomes easy. In this case, the p-type cladding layer needs to be formed of a semiconductor containing Mg in order to obtain a sufficient electron confinement effect. At this time, if the lattice constant of the substrate is larger than that of a GaAs substrate which is normally used, that is, larger than 5.63Å, T with a large atomic radius
Since the composition with a high concentration of e and Se is lattice-matched with the substrate, p-type conductivity control becomes easier. Moreover, T
Since the work functions of the e and Se-based semiconductors are smaller than those of semiconductors using other VI group atoms, it is possible to suppress the electrical barrier between the II-VI group semiconductor and the electrode metal, which is likely to be a problem.

【0012】また、n型クラッド層においては、n型の
導電制御が容易であること及び活性層に対し価電子帯側
に大きな障壁を有することが好ましく、そのため、Zn
MgSeTe系の半導体に変り、ZnMgCdSe系の
半導体を用いるならば、この要求も同時に満たすことが
できる。
In the n-type cladding layer, it is preferable that n-type conductivity be easily controlled and that the active layer has a large barrier on the valence band side.
If a ZnMgCdSe-based semiconductor is used instead of the MgSeTe-based semiconductor, this requirement can be satisfied at the same time.

【0013】[0013]

【実施例】〈実施例1〉本発明の第1の実施例を図1を
用いて説明する。まず、InP基板1上に、分子線エピ
タキシ法により、ClドープMg0.5Zn0.26Cd0.24
Se(n=1×10E18)からなるn型クラッド層2
(厚さ1.5μm)、アンドープZnTe0.46Se0.54
からなる活性層3(厚さ0.04μm)、窒素ドープZ
0.5Mg0.5Te0.23Se0.77(p=7×10E17)
からなるp型クラッド層4(厚さ1.5μm)、窒素ド
ープZnTe0.46Se0.54(p=1×10E18)から
なるキャップ層5(厚さ0.01μm)を順次成長させ
た。ZnとSeの分子線を完全に停止した後、ZnTe
0.46Se0.54結晶上に厚さ約0.1μmのTe電極6を
同一成長槽内で形成した。
[Embodiment 1] A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, Cl-doped Mg 0.5 Zn 0.26 Cd 0.24 was formed on the InP substrate 1 by the molecular beam epitaxy method.
N-type clad layer 2 made of Se (n = 1 × 10E18)
(Thickness 1.5 μm), undoped ZnTe 0.46 Se 0.54
Active layer 3 (thickness: 0.04 μm), nitrogen-doped Z
n 0.5 Mg 0.5 Te 0.23 Se 0.77 (p = 7 × 10E17)
A p-type cladding layer 4 (thickness: 1.5 μm) and a cap layer 5 (thickness: 0.01 μm) made of nitrogen-doped ZnTe 0.46 Se 0.54 (p = 1 × 10E18) were sequentially grown. After completely stopping the molecular beams of Zn and Se, ZnTe
A Te electrode 6 having a thickness of about 0.1 μm was formed on a 0.46 Se 0.54 crystal in the same growth tank.

【0014】次に、このウエハの表面をSiO2膜7に
より覆い、通常のホトレジスト工程を経てこのSiO2
膜6に幅約10μmのストライプ状の穴8を形成し、こ
の上から真空蒸着法により金電極9を蒸着した。さらに
裏面のInPに対しても金電極(図示せず)を形成した
後、長さ約1mmに劈開してレーザチップとした。この
状態でのチップの断面形状が図1に示されている。
[0014] Next, cover the surface of the wafer by the SiO 2 film 7, the SiO 2 through a conventional photoresist process
A stripe-shaped hole 8 having a width of about 10 μm was formed in the film 6, and a gold electrode 9 was vapor-deposited thereon by a vacuum vapor deposition method. Further, after forming a gold electrode (not shown) also on InP on the back surface, it was cleaved to a length of about 1 mm to obtain a laser chip. The cross-sectional shape of the chip in this state is shown in FIG.

【0015】この構造においては、Te電極6とキャッ
プ層5の界面は外気に曝されずに同じ分子線エピタキシ
装置内で形成されたものであるため、酸化により発生す
る界面準位が存在しないこと、高濃度のp型不純物が含
まれる格子整合したキャップ層を有すること、Te電極
がアロイ層の働きをすること等の利点のため、良好なオ
ーミック電極が容易に形成できる。
In this structure, since the interface between the Te electrode 6 and the cap layer 5 is formed in the same molecular beam epitaxy apparatus without being exposed to the outside air, there is no interface level generated by oxidation. A good ohmic electrode can be easily formed due to advantages such as having a lattice-matched cap layer containing a high concentration of p-type impurities and having the Te electrode functioning as an alloy layer.

【0016】本構造のバンド構造は図2のようになって
おり、電子及び正孔に対してそれぞれ300meV及び
550meVという大きなバンドオフセットが形成でき
る。本構造の半導体レーザは、室温においてしきい値電
流約50mAで連続発振した。発振波長は約540nm
であった。
The band structure of this structure is as shown in FIG. 2, and large band offsets of 300 meV and 550 meV can be formed for electrons and holes, respectively. The semiconductor laser of this structure continuously oscillated at room temperature with a threshold current of about 50 mA. Oscillation wavelength is about 540nm
Met.

【0017】〈実施例2〉本発明の第2の実施例を図3
を用いて説明する。まずInP基板1上に分子線エピタ
キシ法によりClドープMgZnCdSe系超格子(n
=1×10E18)からなるn型クラッド層10(厚さ
1.5μm)、アンドープMgZnTeSe系多重量子
井戸からなる活性層11(厚さ0.04μm)、窒素ド
ープZnMgTeSe系超格子(p=7×10E17)
からなるp型クラッド層12(厚さ1.5μm)、窒素
ドープZnTe0.46Se0.54(p=1×10E18)か
らなるキャップ層5(厚さ0.01μm)を順次成長さ
せた。次に、ZnとSeの分子線を完全に停止した後、
ZnTe0.46Se0.54結晶上に厚さ約0.1μmのTe
電極6を同一成長槽内で形成した。
<Second Embodiment> A second embodiment of the present invention is shown in FIG.
Will be explained. First, a Cl-doped MgZnCdSe-based superlattice (n
= 1 × 10E18), an n-type cladding layer 10 (thickness: 1.5 μm), an active layer 11 (thickness: 0.04 μm) made of an undoped MgZnTeSe-based multiple quantum well, and a nitrogen-doped ZnMgTeSe-based superlattice (p = 7 ×). 10E17)
A p-type cladding layer 12 (thickness: 1.5 μm) and a cap layer 5 (thickness: 0.01 μm) made of nitrogen-doped ZnTe 0.46 Se 0.54 (p = 1 × 10E18) were sequentially grown. Next, after completely stopping the molecular beams of Zn and Se,
ZnTe 0.46 Se 0.54 Te with a thickness of about 0.1 μm on the crystal
The electrode 6 was formed in the same growth tank.

【0018】ここで、n型クラッド層10は、1nmの
MgSe層13と1nmのZn0.52Cd0.48Se層14
とが交互に積層されて形成されており、活性層11は、
5nmのMgSeバリア層15と3nmのZnTe0.3
Se0.7ウエル層16とが積層されて形成されており、
p型クラッド層12は、1nmのMgSe層13と1n
mのZnTe0.46Se0.54層17とが積層されて形成さ
れている。
Here, the n-type clad layer 10 is a 1 nm MgSe layer 13 and a 1 nm Zn 0.52 Cd 0.48 Se layer 14.
Are alternately laminated to form the active layer 11.
5 nm MgSe barrier layer 15 and 3 nm ZnTe 0.3
Se 0.7 well layer 16 is formed by stacking,
The p-type clad layer 12 includes a 1 nm MgSe layer 13 and a 1 n layer.
m ZnTe 0.46 Se 0.54 layer 17 is laminated.

【0019】次に、このウエハの表面をSiO2膜7に
より覆い、通常のホトレジスト工程を経てこのSiO2
膜に幅約10μmのストライプ状の穴8を形成し、この
上から真空蒸着法により金電極9を蒸着した。さらに裏
面のInPに対しても金電極(図示せず)を形成した
後、長さ約1mmに劈開してレーザチップとした。この
状態でのチップの断面形状が図3に示されている。
Next, cover the surface of the wafer by the SiO 2 film 7, the SiO 2 through a conventional photoresist process
A stripe-shaped hole 8 having a width of about 10 μm was formed in the film, and a gold electrode 9 was vapor-deposited thereon by a vacuum vapor deposition method. Further, after forming a gold electrode (not shown) also on InP on the back surface, it was cleaved to a length of about 1 mm to obtain a laser chip. The cross-sectional shape of the chip in this state is shown in FIG.

【0020】この構造においては、Te電極6とキャッ
プ層5の界面は外気に曝されずに同じ分子線エピタキシ
装置内で形成されたものであるため、界面準位が存在し
ないこと、高濃度のp型不純物が含まれる格子整合した
キャップ層を有すること、さらにTe電極がアロイ層の
働きをすること等の利点のため、良好なオーミック電極
が容易に形成できる。
In this structure, since the interface between the Te electrode 6 and the cap layer 5 is formed in the same molecular beam epitaxy apparatus without being exposed to the outside air, there is no interface state and high concentration. A good ohmic electrode can be easily formed because of the advantages of having a lattice-matched cap layer containing a p-type impurity and the Te electrode acting as an alloy layer.

【0021】本構造のバンド構造は図4のようになって
おり、電子及び正孔に対してそれぞれ300meV及び
550meVという大きなバンドオフセットが形成でき
る。本構造の半導体レーザは、室温においてしきい値電
流約70mAで連続発振した。発振波長は約480nm
であった。
The band structure of this structure is as shown in FIG. 4, and large band offsets of 300 meV and 550 meV can be formed for electrons and holes, respectively. The semiconductor laser of this structure continuously oscillated at room temperature with a threshold current of about 70 mA. Oscillation wavelength is about 480nm
Met.

【0022】〈実施例3〉本発明の第3の実施例を図6
を用いて説明する。まず、InP基板1上に、分子線エ
ピタキシ法により、ClドープMgSe(n=1×10
E18)からなるn型クラッド層26(厚さ1.5μ
m)、ClドープZnMgSeTe超格子(n=1×1
0E18)からなるガイド層27(厚さ0.25μ
m)、アンドープZnTeSe歪超格子からなる活性層
28(厚さ0.04μm)、窒素ドープZnMgSeT
e超格子(p=7×10E17)からなるガイド層29
(厚さ0.25μm)、窒素ドープMgSe(p=7×
10E17)からなるp型クラッド層30(厚さ1.5
μm)、窒素ドープZnTe0.46Se0.54(p=1×1
0E18)からなるキヤップ層5(厚さ0.01μm)
を順次成長させた。また、p型クラッド層30の上にキ
ヤップ層5を形成するときは、徐々に組成を変化させ
た。
<Embodiment 3> A third embodiment of the present invention is shown in FIG.
Will be explained. First, on the InP substrate 1, Cl-doped MgSe (n = 1 × 10 4) was formed by a molecular beam epitaxy method.
E18) n-type clad layer 26 (thickness 1.5 μm
m), Cl-doped ZnMgSeTe superlattice (n = 1 × 1)
0E18) guide layer 27 (thickness 0.25μ
m), an active layer 28 (thickness 0.04 μm) made of undoped ZnTeSe strained superlattice, nitrogen-doped ZnMgSeT
Guide layer 29 made of e superlattice (p = 7 × 10E17)
(Thickness 0.25 μm), nitrogen-doped MgSe (p = 7 ×
10E17) a p-type cladding layer 30 (thickness: 1.5
μm), nitrogen-doped ZnTe 0.46 Se 0.54 (p = 1 × 1)
0E18) cap layer 5 (thickness 0.01 μm)
Were successively grown. Further, when forming the cap layer 5 on the p-type clad layer 30, the composition was gradually changed.

【0023】ガイド層27、29は、いずれもZnTe
0.46Se0.54層31(厚さ4nm)とMgSe層32
(厚さ5nm)が積層されて形成されており、活性層2
8は、4層のZnTe層34(厚さ5nm)と5層のZ
nSe層33(4nm)が積層されて形成されている。
The guide layers 27 and 29 are both made of ZnTe.
0.46 Se 0.54 layer 31 (thickness 4 nm) and MgSe layer 32
(Thickness 5 nm) are laminated to form the active layer 2
8 is a ZnTe layer 34 of 4 layers (thickness 5 nm) and Z of 5 layers
The nSe layer 33 (4 nm) is formed by stacking.

【0024】次に、通常のホトレジスト工程を経てp型
クラッド層30までをストライプ状に加工した後、MB
E法によりp−ZnTe0.46Se0.54(p=1×1
19)からなるコンタクト層35(厚さ1.2μm)を
成長させ、さらに真空蒸着法により金電極9を蒸着し、
裏面のInPに対しても金電極(図示せず)を形成し、
長さ約1mmに劈開してレーザチップとした。この状態
でのチップの断面形状が図6に示されている。
Next, after processing up to the p-type clad layer 30 into a stripe shape through a normal photoresist process, MB
P-ZnTe 0.46 Se 0.54 (p = 1 × 1
0 19 ), a contact layer 35 (thickness: 1.2 μm) is grown, and a gold electrode 9 is further deposited by a vacuum deposition method.
A gold electrode (not shown) is formed also on the back surface of InP,
The laser chip was cleaved to a length of about 1 mm. The cross-sectional shape of the chip in this state is shown in FIG.

【0025】この構造において、いずれも不純物濃度の
大きいZnTe0.46Se0.54からなるコンタクト層35
とキヤップ層5どうしは良好なオーム性接触を形成する
が、ZnTe0.46Se0.54のコンタクト層35とMgS
eのp型クラッド層30の接触界面は、MgSeの不純
物濃度が比較的小さいこと、p型クラッド層30の面が
一度外気に曝されて酸化していること、界面のバンドオ
フセットが大きいことなどの理由により大きな界面抵抗
を持ち、この面を通っての電流は殆ど流れない。すなわ
ち、ストライプ部分のみに接触抵抗を改善する層を設け
ることにより、自己整合的に電流狭窄が行なわれる。
In this structure, the contact layer 35 made of ZnTe 0.46 Se 0.54 having a high impurity concentration is used.
And the cap layer 5 form a good ohmic contact with each other, but the contact layer 35 of ZnTe 0.46 Se 0.54 and MgS
At the contact interface of the p-type clad layer 30 of e, the impurity concentration of MgSe is relatively low, the surface of the p-type clad layer 30 is once exposed to the outside air and oxidized, and the band offset of the interface is large. For this reason, it has a large interfacial resistance, and almost no current flows through this surface. That is, the current confinement is performed in a self-aligned manner by providing the layer for improving the contact resistance only in the stripe portion.

【0026】本構造のバンド構造は図7に示すようにな
っており、電子及び正孔に対してそれぞれ700meV
及び400meVという大きなバンドオフセットが形成
できる。本構造の半導体レーザは室温においてしきい値
電流約50mAで連続発振した。発振波長は約490n
mであった。
The band structure of this structure is as shown in FIG. 7, which is 700 meV for electrons and holes, respectively.
And a large band offset of 400 meV can be formed. The semiconductor laser of this structure continuously oscillated at room temperature with a threshold current of about 50 mA. Oscillation wavelength is about 490n
It was m.

【0027】〈実施例4〉以上の実施例は、II−VI族半
導体を用いた半導体レーザに関するものであるが、同様
の構造を発光ダイオードに適応することも可能である。
本発明の第4の実施例として、このような例を図8を用
いて説明する。まずInP基板1上に、分子線エピタキ
シ法により、ClドープMgSe(n=1×10E1
8)からなるn型クラッド層26(厚さ1.5μm)、
アンドープZnTe0.46Se0.54からなる活性層35
(0.4μm)、窒素ドープMgSe(p=7×10E
17)からなるp型クラッド層30(厚さ1.5μ
m)、窒素ドープZnTe0.46Se0.54(p=1×10
E18)からなるキヤップ層5(厚さ0.01μm)を
順次成長させた。ZnとSeの分子線を完全に停止した
後、ZnTe0.46Se0.54結晶上に厚さ約0.1μmの
Te電極6を同一成長槽内で形成した。
<Embodiment 4> The above embodiments relate to a semiconductor laser using a II-VI group semiconductor, but a similar structure can be applied to a light emitting diode.
Such an example will be described as the fourth embodiment of the present invention with reference to FIG. First, Cl-doped MgSe (n = 1 × 10E1) was formed on the InP substrate 1 by the molecular beam epitaxy method.
8) n-type cladding layer 26 (thickness: 1.5 μm),
Active layer 35 made of undoped ZnTe 0.46 Se 0.54
(0.4 μm), nitrogen-doped MgSe (p = 7 × 10E
17) p-type clad layer 30 (thickness: 1.5 μ)
m), nitrogen-doped ZnTe 0.46 Se 0.54 (p = 1 × 10
A cap layer 5 (thickness 0.01 μm) made of E18) was sequentially grown. After completely stopping the molecular beams of Zn and Se, a Te electrode 6 having a thickness of about 0.1 μm was formed on the ZnTe 0.46 Se 0.54 crystal in the same growth tank.

【0028】次に、このウエハの表面に真空蒸着法によ
り金電極9を蒸着したのち、通常のホトレジスト工程に
より金電極9からキヤップ層5までに直径約100μm
の穴36を設けた。さらに裏面のInPに対しても金電
極(図示せず)を形成した。この状態での断面形状が図
8に示されている。
Next, a gold electrode 9 is deposited on the surface of this wafer by a vacuum deposition method, and then the diameter from the gold electrode 9 to the cap layer 5 is about 100 μm by an ordinary photoresist process.
Holes 36 are provided. Further, a gold electrode (not shown) was formed also on the back surface of InP. The cross-sectional shape in this state is shown in FIG.

【0029】この構造において、Te電極6とキヤップ
層5の界面は外気に曝されずに同じ分子線エピタキシ装
置内で形成されたものであるため、酸化により発生する
界面準位が存在しないこと、高濃度のp型不純物が含ま
れる格子整合したキャップ層を有すること、Te層がア
ロイ層の働きをすること等の利点のため、良好なオーミ
ック電極が容易に形成できる。本構造の発光ダイオード
の発振波長は約540nmであった。
In this structure, since the interface between the Te electrode 6 and the cap layer 5 is formed in the same molecular beam epitaxy apparatus without being exposed to the outside air, there is no interface level generated by oxidation. A good ohmic electrode can be easily formed due to advantages such as having a lattice-matched cap layer containing a high concentration of p-type impurities and having the Te layer functioning as an alloy layer. The oscillation wavelength of the light emitting diode of this structure was about 540 nm.

【0030】〈実施例5〉本発明の第5の実施例として
InAs基板上に形成した半導体レーザの例を図9を用
いて説明する。InAs基板37上に、分子線エピタキ
シ法により、ClドープMgTe0.4Se0.6(n=1×
10E18)からなるn型クラッド層38(厚さ1.5
μm)、アンドープZnTe0.9Se0.1からなる活性層
39(厚さ0.04μm)、窒素ドープMgTe0.4
0.6(p=7×10E17)からなるp型クラッド層
40(厚さ1.5μm)、窒素ドープZnTe0.9Se
0.1(p=1×10E18)からなるキヤップ層41
(厚さ0.01μm)を順次成長させた。ZnとSeの
分子線を完全に停止した後、ZnTe0.9Se0.1結晶上
に厚さ約0.1μmのTe電極6を同一成長槽内で形成
した。
<Embodiment 5> As a fifth embodiment of the present invention, an example of a semiconductor laser formed on an InAs substrate will be described with reference to FIG. Cl-doped MgTe 0.4 Se 0.6 (n = 1 ×) was formed on the InAs substrate 37 by the molecular beam epitaxy method.
10E18) n-type clad layer 38 (thickness: 1.5
μm), an active layer 39 (thickness 0.04 μm) made of undoped ZnTe 0.9 Se 0.1 , and nitrogen-doped MgTe 0.4 S.
e 0.6 (p = 7 × 10E17) p-type cladding layer 40 (thickness: 1.5 μm), nitrogen-doped ZnTe 0.9 Se
Cap layer 41 made of 0.1 (p = 1 × 10E18)
(Thickness 0.01 μm) were sequentially grown. After completely stopping the molecular beams of Zn and Se, a Te electrode 6 having a thickness of about 0.1 μm was formed on the ZnTe 0.9 Se 0.1 crystal in the same growth tank.

【0031】次に、このウエハの表面をSiO2膜7に
より覆い、通常のホトレジスト工程を経てこのSiO2
膜7に幅約10μmのストライプ状の穴8を形成し、こ
の上から真空蒸着法により金電極9を蒸着した。さらに
裏面のInAsに対しても金電極(図示せず)を形成し
た後、長さ約1mmに劈開してレーザチップとした。こ
の状態でのチップの断面形状が図1に示されている。
Next, cover the surface of the wafer by the SiO 2 film 7, the SiO 2 through a conventional photoresist process
A stripe-shaped hole 8 having a width of about 10 μm was formed in the film 7, and a gold electrode 9 was vapor-deposited thereon by a vacuum vapor deposition method. Further, after forming a gold electrode (not shown) also on the InAs on the back surface, it was cleaved into a laser chip having a length of about 1 mm. The cross-sectional shape of the chip in this state is shown in FIG.

【0032】この構造において、Te電極6とキヤップ
層41の界面は、外気に曝されずに同じ分子線エピタキ
シ装置内で形成されたものであるため酸化により発生す
る界面準位が存在しないこと、高濃度の不純物が含まれ
る格子整合したキャップ層を有すること、Te層がアロ
イ層の働きをすること等の利点のため、良好なオーミッ
ク電極が容易に形成できる。本構造の半導体レーザは室
温においてしきい値電流約50mAで連続発振した。発
振波長は約570nmであった。
In this structure, since the interface between the Te electrode 6 and the cap layer 41 is formed in the same molecular beam epitaxy apparatus without being exposed to the outside air, there is no interface level generated by oxidation. A good ohmic electrode can be easily formed because of the advantages such as having a lattice-matched cap layer containing a high concentration of impurities and the Te layer acting as an alloy layer. The semiconductor laser of this structure continuously oscillated at room temperature with a threshold current of about 50 mA. The oscillation wavelength was about 570 nm.

【0033】なお、以上の実施例においては基板として
InP、InAsを用いた例を示したが、格子定数が、
GaAsの格子定数(5.63Å)より大きく、ZnT
eの格子定数(6.10Å)以下の範囲の基板であれ
ば、従来のGaAs基板を用いた素子に比較して同様の
改善効果がみられた。
In the above embodiments, examples using InP and InAs as the substrate are shown, but the lattice constant is
Greater than the lattice constant of GaAs (5.63Å), ZnT
In the case of a substrate having a lattice constant of e (6.10 Å) or less, the similar improvement effect was observed as compared with the device using the conventional GaAs substrate.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、低抵抗のp型半導体が
容易に得られる化合物半導体をp型クラッド層として用
いるため、導電制御が容易なうえ、電子及びホールに対
して十分大きな閉じ込め効果を保つ半導体発光素子が得
られた。また、p型クラッド層のドーピング量の再現性
も容易であった。
According to the present invention, since a compound semiconductor which can easily obtain a low-resistance p-type semiconductor is used as the p-type cladding layer, the conductivity can be easily controlled and a sufficiently large confinement effect on electrons and holes can be obtained. A semiconductor light emitting device that maintains the above was obtained. Also, the reproducibility of the doping amount of the p-type cladding layer was easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1の半導体レーザの構造図。FIG. 1 is a structural diagram of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1の半導体レーザのバンド構造
図。
FIG. 2 is a band structure diagram of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例2の半導体レーザの構造図。FIG. 3 is a structural diagram of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2の半導体レーザのバンド構造
図。
FIG. 4 is a band structure diagram of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図5】従来の半導体レーザの構造図。FIG. 5 is a structural diagram of a conventional semiconductor laser.

【図6】本発明の実施例3の半導体レーザの構造図。FIG. 6 is a structural diagram of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例3の半導体レーザのバンド構造
図。
FIG. 7 is a band structure diagram of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例4の発光ダイオードの構造図。FIG. 8 is a structural diagram of a light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例5の半導体レーザの構造図。FIG. 9 is a structural diagram of a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…InP基板 2、10、26、38…n型クラッド層 3、11、28、39…活性層 4、12、30、40…p型クラッド層 5、41…キヤップ層 6…Te電極 7…SiO2膜 8…ストライプ状の穴 9…金電極 13…MgSe層 14…Zn0.52Cd0.48Se層 15…MgSeバリア層 16…ZnTe0.3Se0.7ウエル層 17…ZnTe0.46Se0.54 18…GaAs基板 19…n型Zn0.9Mg0.10.14Se0.86クラッド層 20…n型ZnS0.07Se0.93ガイド層 21…Cd0.3Zn0.7Se活性層 22…p型ZnS0.07Se0.93ガイド層 23…p型Zn0.9Mg0.10.14Se0.86クラッド層 24…p型ZnSeキャップ層 25…ポリイミド樹脂 27、29…ガイド層 31…ZnTe0.46Se0.54層 32…MgSe層 33…ZnSe層 34…ZnTe層 35…コンタクト層 36…穴 37…InAs基板1 ... InP substrate 2, 10, 26, 38 ... N-type clad layer 3, 11, 28, 39 ... Active layer 4, 12, 30, 40 ... P-type clad layer 5, 41 ... Cap layer 6 ... Te electrode 7 ... SiO 2 film 8 ... Striped holes 9 ... Gold electrode 13 ... MgSe layer 14 ... Zn 0.52 Cd 0.48 Se layer 15 ... MgSe barrier layer 16 ... ZnTe 0.3 Se 0.7 well layer 17 ... ZnTe 0.46 Se 0.54 18 ... GaAs substrate 19 ... n-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.14 Se 0.86 clad layer 20 ... n-type ZnS 0.07 Se 0.93 guide layer 21 ... Cd 0.3 Zn 0.7 Se active layer 22 ... p-type ZnS 0.07 Se 0.93 guide layer 23 ... p-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.14 Se 0.86 cladding layer 24 ... p-type ZnSe cap layer 25 ... polyimide resin 27, 29 ... guide layer 31 ... ZnTe 0.46 Se 0.54 layer 32 ... MgSe layer 33 ... Zn e layer 34 ... ZnTe layer 35 ... contact layer 36 ... holes 37 ... InAs substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大家 彰 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 右田 雅人 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Akira Oya 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji City, Tokyo Metropolitan Institute of Hitachi, Ltd. (72) Masato Ueda 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. Central Research Center

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板と、該基板上に配置された、II族及び
VI族の化合物半導体で構成されるn型クラッド層及びp
型クラッド層と、該n型及びp型クラッド層に挾まれ、
クラッド層よりも禁制帯幅が狭く、電子及び正孔が注入
されることにより発光する活性層とを有する半導体発光
素子において、上記p型クラッド層は、II族元素として
Mgを、VI族元素としてSe又はSeとTeの組合せを
それぞれ主たる構成元素として含む化合物半導体からな
ることを特徴とする半導体発光素子。
1. A substrate and a group II and a layer disposed on the substrate.
N-type cladding layer and p made of Group VI compound semiconductor
Between the n-type cladding layer and the n-type and p-type cladding layers,
In a semiconductor light emitting device having a narrower band gap than the clad layer and having an active layer that emits light when electrons and holes are injected, the p-type clad layer has Mg as a group II element and a VI group element. A semiconductor light emitting device comprising a compound semiconductor containing Se or a combination of Se and Te as main constituent elements.
【請求項2】請求項1記載の半導体発光素子において、
上記p型クラッド層は、一般式 ZnxMg1-xTeySe1-y (ただし、xは0から0.5の範囲の値、yは0から
0.23の範囲の値である)で表わされる化合物半導体
からなることを特徴とする半導体発光素子。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein
The p-type cladding layer has the general formula Zn x Mg 1-x Te y Se 1-y (where x is a value in the range of 0 to 0.5 and y is a value in the range of 0 to 0.23). A semiconductor light emitting device comprising a compound semiconductor represented by.
【請求項3】請求項1又は2記載の半導体発光素子にお
いて、上記基板は、5.63Åを越え、6.10Å以下
の格子定数を有することを特徴とする半導体発光素子。
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the substrate has a lattice constant of more than 5.63Å and 6.10Å or less.
【請求項4】請求項1から3のいずれか一に記載の半導
体発光素子において、上記n型クラッド層は、II族元素
としてMgを、VI族元素としてSe又はSeとCdの組
合せをそれぞれ主たる構成元素として含む化合物半導体
からなることを特徴とする半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the n-type cladding layer is mainly composed of Mg as a group II element, Se as a group VI element, or a combination of Se and Cd. A semiconductor light-emitting device comprising a compound semiconductor containing a constituent element.
【請求項5】請求項4記載の半導体発光素子において、
上記n型クラッド層は、一般式 (ZnaCd1-a1-bMgbSe (ただし、aは0.2から1.0の範囲の値、bは0.
5から1.0の範囲の値である)で表わされる化合物半
導体からなることを特徴とする半導体発光素子。
5. The semiconductor light emitting device according to claim 4,
The n-type cladding layer has the general formula (Zn a Cd 1-a ) 1-b Mg b Se (where a is a value in the range of 0.2 to 1.0 and b is 0.
A semiconductor light-emitting device comprising a compound semiconductor represented by the formula (5 to 1.0).
【請求項6】請求項1から5のいずれか一に記載の半導
体発光素子より構成される半導体レーザ。
6. A semiconductor laser comprising the semiconductor light emitting device according to claim 1.
【請求項7】基板上に、II族及びVI族の化合物半導体よ
りなるn型クラッド層を形成する第1の工程、該n型ク
ラッド層上に、クラッド層よりも禁制帯幅が狭く、電子
及び正孔が注入されることにより発光する活性層を形成
する第2の工程、該活性層上に、II族及びVI族の化合物
半導体よりなり、II族元素としてMgを、VI族元素とし
てSe又はSeとTeの組合せをそれぞれ主たる構成元
素として含む化合物半導体からなるp型クラッド層を形
成する第3の工程を有することを特徴とする半導体発光
素子の製造方法。
7. A first step of forming an n-type clad layer made of a II-group and VI-group compound semiconductor on a substrate, wherein a band gap narrower than that of the clad layer is formed on the n-type clad layer. And a second step of forming an active layer that emits light by injecting holes, comprising a Group II and Group VI compound semiconductor on the active layer, wherein Mg is a Group II element and Se is a Group VI element. Alternatively, the method for manufacturing a semiconductor light emitting device includes a third step of forming a p-type clad layer made of a compound semiconductor containing a combination of Se and Te as main constituent elements, respectively.
【請求項8】請求項7記載の半導体発光素子の製造方法
において、上記n型クラッド層は、II族元素としてMg
を、VI族元素としてSe又はSeとCdの組合せをそれ
ぞれ主たる構成元素として含む化合物半導体からなるこ
とを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
8. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the n-type clad layer comprises Mg as a group II element.
Is a compound semiconductor containing Se or a combination of Se and Cd as a main constituent element, respectively, as a Group VI element.
【請求項9】請求項7又は8記載の半導体発光素子の製
造方法において、上記第3の工程の後に、上記p型クラ
ッド層上に、さらにキャップ層と所望の材質の電極を形
成する第4の工程を有し、該キャップ層と該所望の材質
の電極とは、いずれも分子線エピタキシ法により、同じ
成長室内で、連続して形成されることを特徴とする半導
体発光素子の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein a cap layer and an electrode of a desired material are further formed on the p-type cladding layer after the third step. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device, characterized in that the cap layer and the electrode of the desired material are continuously formed in the same growth chamber by the molecular beam epitaxy method.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003075365A1 (en) * 2002-03-05 2003-09-12 Nikko Materials Co., Ltd. Photoelectric conversion function device
JP2007073606A (en) * 2005-09-05 2007-03-22 Sophia School Corp OPTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE COMPRISING InP SUBSTRATE
JP2009059886A (en) * 2007-08-31 2009-03-19 Hitachi Ltd Semiconductor light-emitting element
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