JPH07202346A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および半導体装置

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JPH07202346A
JPH07202346A JP35421093A JP35421093A JPH07202346A JP H07202346 A JPH07202346 A JP H07202346A JP 35421093 A JP35421093 A JP 35421093A JP 35421093 A JP35421093 A JP 35421093A JP H07202346 A JPH07202346 A JP H07202346A
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znse
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JP35421093A
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English (en)
Inventor
Koichi Nitta
康一 新田
Genichi Hatagoshi
玄一 波多腰
Masayuki Ishikawa
正行 石川
Paaburutsuku Piitaa
ピーター・パーブルック
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】広禁制帯幅の II-VI族化合物半導体層を選択的
にエッチングできる半導体装置の製造方法を提供するこ
と。 【構成】ZnS層7上にp型ZnSe層8を形成した
後、ZnS層7をエッチングストップ層に用いてp型Z
nSe層8を選択的にエッチングする。

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
を用いた半導体レーザ装置等の半導体装置およびその製
造方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】ZnSe、ZnSを始めとする広禁制帯
幅 II-VI族化合物半導体は、可視短波長から紫外域に対
する直接遷移型のバンド構造を持つため、この種の半導
体を用いた半導体レーザ装置は、短波長領域における新
しい光デバイスとして期待されている。特に、光情報処
理の分野では、短波長化に伴うスポット径の低減が記録
容量の飛躍的な増大をもたらすため、大きな期待がよせ
られている。
【0003】ところで、従来の広禁制帯幅 II-VI族化合
物半導体を用いた半導体レーザ装置として、ストライプ
電極構造の利得導波型が提案されている。これはストラ
イプ電極下部の利得の高いところに沿って光が増幅され
て発振に至るタイプのレーザである。
【0004】しかし、従来のストライプ電極構造の半導
体レーザにあっては以下のような問題があった。すなわ
ち、ストライプ電極に注入した電流が、このストライプ
電極の下部以外の領域まで広がり、注入効率が低下し、
電流−光強度特性等のレーザ特性が劣化するという問題
があった。
【0005】このような問題が生じるのは、広禁制帯幅
II-VI族化合物半導体を選択エッチングするのに必要な
マスク材料が見つかっておらず、ストライプ電極に注入
した電流を2次元的に閉じ込めることができる構造を作
成できないからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の I
I-VI族化合物半導体系の半導体レーザ装置にあっては、
広禁制帯幅 II-VI族化合物半導体を選択エッチングする
のに必要なマスク材料が見つかっておらず、ストライプ
電極に注入した電流を2次元的に閉じ込めることができ
る構造を作成できず、レーザ特性の良い II-VI族化合物
半導体系の半導体レーザ装置を得るのが困難であった。
【0007】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、広禁制帯幅 II-VI族化
合物半導体を選択エッチングできる半導体装置の製造方
法およびこの製造方法を用いて製造される新規な半導体
装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法(請求項1)は、
基板上に、Cdw Znx Mg1-w-x y1Se1-y1層(0
≦w≦1,0≦x≦1,0≦(w+x)≦1,0≦y1
≦1)を形成する工程と、このCdw Znx Mg1-w-x
y1Se1-y1層上に、Cds Znt Mg1-s-t y2Se
u Te1-y2-u層(0≦s≦1,0≦t≦1,0≦(s+
t)≦1,0≦y2≦y1,0≦u≦1,0≦(y2+
u)≦1)を形成する工程と、前記Cdw Znx Mg
1-w-x y1Se1-y1層をエッチングストップ層として用
い、前記Cds Znt Mg1-s-t y2Seu Te1-y2-u
層を選択的にエッチングする工程とを備えたことを特長
とする。
【0009】また、本発明の半導体装置(請求項2)
は、基板上に設けれたCdw Znx Mg1-w-x y1Se
1-y1層(0≦w≦1,0≦x≦1,0≦(w+x)≦
1,0≦y1≦1)と、このCdw Znx Mg1-w-x
y1Se1-y1層上に設けられ、電流通路を形成するストラ
イプ状の開口部を有し、Cds Znt Mg1-s-t y2
u Te1-y2-u(0≦s≦1,0≦t≦1,0≦(s+
t)≦1,0≦y2≦y1,0≦u≦1,0≦(y2+
u)≦1)からなる電流狭窄層とを備えたことを特徴と
する。
【0010】また、上記組成比y2≦y1−0.2であ
ることが好ましい。
【0011】また、上記 II-VI族半導体の導電型を変え
るためのドーパントしては、p型ドーパントしてはI族
またはV族元素、n型ドーパントしては III族またはVI
I 族元素を用いることが好ましい。
【0012】
【作用】本発明者等の研究によれば、Cdw Znx Mg
1-w-x y1Se1-y1層(0≦w≦1,0≦x≦1,0≦
(w+x)≦1,0≦y1≦1)のエッチング速度は、
Cds Znt Mg1-s-t y2Seu Te1-y2-u層(0≦
s≦1,0≦t≦1,0≦(s+t)≦1,0≦y2≦
y1)のエッチング速度よりも十分に遅い(特にy2≦
y1−0.2の場合)ことが分かった。
【0013】このため、本発明(請求項1)のように、
Cds Znt Mg1-s-t y2SeuTe1-y2-u層の下地
としてCdw Znx Mg1-w-x y1Se1-y1層を用いれ
ば、Cds Znt Mg1-s-t y2Seu Te1-y2-u層を
エッチングする際に、CdwZnx Mg1-w-x y1Se
1-y1層より下の層がエッチングされるのを防止できるよ
うになる。
【0014】したがって、 II-VI族化合物半導体である
Cds Znt Mg1-s-t y2SeuTe1-y2-u層を選択
的にエッチングできるようになり、従来得られなかった
II-VI族化合物半導体系の半導体装置、例えば、請求項
2,3の半導体装置を形成できるようになる。
【0015】すなわち、本発明(請求項2)によれば、
基板上にCds Znt Mg1-s-t y2Seu Te1-y2-u
からなる電流狭窄層が設けられているので、例えば、こ
の電流狭窄層をレーザに適用すれば、注入電流を2次元
的に閉じ込めることができるようになり、電流−光出力
特性等のレーザ特性が優れた半導体レーザ装置が得られ
る。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
【0017】図1は、本発明の第1の実施例に係る半導
体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【0018】これを製造工程に従い説明すると、まず、
p型GaAs基板1上に、ZnSeの格子パラメタに整
合し、歪みを低減するための厚いp型InGaAs層2
を成長させる。
【0019】次にこのp型InGaAs層2上に、Zn
Seに格子整合し、バンドオフセットを低減するための
p型InGaAlP層3を成長させる。
【0020】これら III-V族化合物半導体であるp型I
nGaAs層2、p型InGaAlP層3は、MOVP
E装置で別々に成長させ、更に、MBE装置を用いて熱
清浄させた。
【0021】次にp型InGaAlP層3上に、厚さ2
μmの窒素がドープされたp型ZnSe層4を成長させ
る。また、このp型ZnSe層4は、プラズマド−ピン
グ技術を用いて、正孔濃度が8×1017cm-3となるよ
うに形成する。
【0022】次にこのp型ZnSe層4上に、活性層5
を形成する。この活性層5は、二つの厚さ7nmのZn
Se障壁層と一つの厚さ5nmのCd0.2 Zn0.6 Se
井戸層とからなる量子井戸構造になっている。
【0023】この活性層5上に、厚さ0.15μmのC
lがドープされたn型ZnSe層6、厚さ2nmのZn
S層7、厚さ500nmの窒素がドープされたp型Zn
Se層8を順次成長させる。
【0024】次に成長装置から取り出した後、p型Zn
Se層8上に、7μmギャップで分けられ、長さ300
μmのストリップ形状のSiO2 パターン(不図示)を
形成する。SiO2 パターンの代わりにSiNパターン
を用いても良い。要は絶縁性を有し、後工程容易に除去
できるものであれば良い。
【0025】次にこのSiO2 パターンをマスクとし
て、NH4 OHとH2 とH2 Oとからなるエッチング溶
液を用いて、ZnSe層8をエッチングする。エッチン
グ形状はNH4 OH濃度を変えることで、つまり、濃度
が低い方が異方性が高いエッチングを行なえる。
【0026】このとき、ZnS層7のエッチング速度が
ZnSe層8のそれよりも十分に遅いため、ZnSe層
8が選択的にエッチングされる。
【0027】ここで、2nmのZnS層7の代わりに、
10nmのCdZnS層を用いても良い。CdZnS層
を厚めにしたのは歪みを低減するためである。また、1
0nmのZnS0.3 Se0.7 層もエッチングストップ層
となることが分かった。この場合、CdZnS層とは異
なり、ZnSe層8に対して大きな伝導帯オフセットは
生じず、電子の捕獲や、電子と過剰な正孔との再結合な
どの問題は起こらなかった。
【0028】次にSiO2 パターンを除去した後、MB
Eチェンバに導入し、全面に厚さ2μmのClがドープ
されたn型ZnSe層9を成長させる。
【0029】最後に、MBEチェンバから取り出した
後、n型ZnSe層9、p型GaAs基板1にそれぞれ
Au・Ti合金電極10,11を設けて完成する。
【0030】図2は、従来の半導体レーザ装置であり、
これを製造工程に従い説明すると、まず、本実施例の同
様に、p型GaAs基板1から活性層5を形成する。
【0031】次に活性層5上に、厚さ2μmのn型Zn
Seクラッド層9をMBE装置内で成長させる。
【0032】次にMBE装置から取り出した後、p型G
aAs基板1にAu・Ti合金電極11を設け、n型Z
nSe層9上に、幅30μmのストライプ状のAu・T
i合金電極12を設ける。
【0033】図3は、図1、図2の半導体レーザ装置の
77Kにおけるレ−ザ動作での電流−光強度特性を示す
図である。
【0034】この図3から、本発明の電流−光強度特性
は従来のそれよりも良好であることが分かる。
【0035】これは図1の半導体レーザ装置(本発明)
の場合、ZnSe層8とn型ZnSe層9とにより電流
狭窄構造が形成され、2次元的に電流を閉じ込めること
ができるのに対し、図2の半導体レーザ装置(従来)の
場合、Au・Ti合金電極12から注入された電流がス
トライプの幅方向に拡散してしまうからである。
【0036】更に、本実施例の半導体レーザ装置の方が
従来のそれよりもはるかに寿命が長いことも分かった。
【0037】上記実施例では、活性層5の障壁層、なら
びに半導体層4,6,8としてZnSe層を用いたが、
その代わりに、適切に不純物がド−プされたZnS0.06
Se0.94を使用すれば、若干短波長のレーザが得られる
ことが分かった。
【0038】この場合、エッチングストップ層としての
厚さ2nmのZnS層7の代わりに、厚さ10nmのZ
nS0.3 Se0.7 を使用した。このような半導体レーザ
装置でも発光波長を除けば上記実施例のそれと同様な効
果が得られる。
【0039】図4は、本発明の第2の実施例に係る半導
体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。以下の図
において、前出した図と同一符号は同一部分または相当
部分を示し、詳細な説明は省略する。
【0040】これを製造工程に従い説明すると、まず、
p型GaAs基板15上に、p型GaAs層16、Ga
Asに格子整合するp型InGaAIPヘテロバリヤ減
少層17を順次エピタキシャル成長させる 次に II-VI族成長チェンバに移し、そこで第2のヘテロ
バリヤ減少層としての厚さ0.1μmの薄いp型ZnS
e層18、GaAsに格子整合する厚さ2μmのp型Z
0.85Mg0.150.3 Se0.7 層19を順次成長させ
る。
【0041】次にこのp型Zn0.85Mg0.150.3 Se
0.7 層19上に、p型光ガイド層としての厚さ1μmの
ZnS0.06Se0.94層20を形成した後、その上に3セ
ルCd0.2 Zn0.8 Se量子井戸構造の活性層21を形
成する。
【0042】次にこの活性層21上に、Clがドープさ
れた厚さ0.15μmのn型ZnS0.06Se0.94層22
を成長させる。
【0043】次にこのn型ZnS0.06Se0.94層22上
に、エッチングストップ層としてのClがドープされた
厚さ10nmのCd0.5 Zn0.2 Mg0.3 S層23を成
長させる。ここで、Mgの割合を高くすることにより、
バンド不連続が緩和され、電子のトラップが抑制され
る。
【0044】次にn型Cd0.5 Zn0.2 Mg0.3 S層2
3上に、厚さ750nmのp型Zn0.7 Mg0.3 0.5
Se0.5 層24を成長させる。
【0045】次にMBE装置から取り出した後、先の実
施例と同様に、p型Zn0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5
24上に、3μmギャップで分けられたストリップ形状
のマスクパターンを形成し、これをマスクとしてp型Z
0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5 層24をエッチングす
る。
【0046】このとき、n型Cd0.5 Zn0.2 Mg0.3
S層23のエッチング速度は、p型Zn0.7 Mg0.3
0.5 Se0.5 層24のそれよりも十分に遅いので、p型
Zn0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5 層24だけが選択的に
エッチングされる。
【0047】次にMBE装置に戻し、全面に厚さ750
nmのClがドープされたn型ZnS0.06Se0.94層2
5を成長させ、続けて、厚さ2μmのClがドープされ
たZn0.85Mg0.150.3 Se0.7 層26を成長させ
る。
【0048】ここで、活性層21を構成する量子井戸層
を除いて、全ての層はp型GaAs基板15に格子整合
し、不整合転位の問題は生じなかった。
【0049】本実施例によれば、光を2次元的に閉じ込
めることができ、レ−ザ特性を改善できるようになる。
最も注目されるレーザ特性の改善は、レ−ザのしきい値
電流の減少であった。
【0050】図5は、本発明の第3の実施例に係る屈折
率導波型の半導体レーザ装置の概略構成を示す断面図で
ある。
【0051】まず、第2の実施例と同様に、p型GaA
s基板15からp型ZnSe層18を形成する。
【0052】次にp型ZnSe層18上に、格子整合層
としての、厚さ2μmのp型Zn0.7 Mg0.3 0.5
0.5 層28、厚さ1μmのZn0.85Mg0.150.3
0.7 層29を順次成長させる。
【0053】次にこのZn0.85Mg0.150.3 Se0.7
層29上に、Zn0.85Mg0.150.3 Se0.7 −ZnS
e量子井戸構造を有する活性層30を形成する。
【0054】次にこの活性層30上に、厚さ150nm
のn型Zn0.85Mg0.150.3 Se0.7 層31、Clが
ドープされた厚さ10nmのエッチングストップ層とし
てのn型Cd0.5 Zn0.2 Mg0.3 S層32を順次成長
させる。
【0055】次にn型Cd0.5 Zn0.2 Mg0.3 S層3
2上に、厚さ500nmのp型Cd0.2 Zn0.8 0.35
Se0.65層33を成長させる。このp型Cd0.2 Zn
0.8 0.35Se0.65層33は、p型GaAs基板15と
格子整合しており、活性層30のバンドギャップより小
さいバンドギャップを持っている。
【0056】次に成長装置から取り出した後、p型Cd
0.2 Zn0.8 0.35Se0.65層33を選択的にエッチン
グし、幅5μmのストライプ状の溝をp型Cd0.2 Zn
0.80.35Se0.65層33に形成する。
【0057】次に成長装置に戻し、全面に厚さ750n
mのZn0.85Mg0.150.3 Se0.7 層34、厚さ2μ
mのZn0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5 層35を順次成長
させる。最後に、Au・Ti合金電極10,11を形成
して完成する。
【0058】このように構成された半導体レーザ装置で
も先の実施例と同様な効果が得られるのを確認した。
【0059】図6は、本発明の第4の実施例に係る半導
体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。これはn
型基板を用いた例である。
【0060】これを製造工程に従い説明すると、まず、
n型GaAs基板37上にn型GaAs緩衝層38を成
長させた後、この上に格子整合する厚さ2μmのn型Z
0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5 層39を成長させる。
【0061】次にn型Zn0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5
層39上に、厚さ0.65μmのバンドギャップの小さ
なn型Zn0.85Mg0.150.3 Se0.7 層40、続い
て、活性層41としての3つのCd0.2 Zn0.8 Se量
子井戸層を順次成長させる。
【0062】次にこの活性層41上に、厚さ0.15μ
mのp型Zn0.85Mg0.150.3 Se0.7 層42を成長
させ、続いて、エッチングストップ層として、格子整合
した厚さ10nmの薄いp型Cd0.5 Zn0.2 Mg0.3
S層43を成長させる。
【0063】このp型Cd0.5 Zn0.2 Mg0.3 S層4
3は、周囲の層より若干低い約5×1016cm-3の濃度
(非常に薄いため大幅なオフセットがあるにも拘らず、
層を通しての有効な伝導が十分になされる)を持ってい
る。
【0064】次にp型Cd0.5 Zn0.2 Mg0.3 S層4
3上に、厚さ0.5μmの広禁制帯幅のn型Zn0.7
0.3 0.5 Se0.5 層44を成長させる。
【0065】次に成長装置から取り出した後、前述した
ようにn型Zn0.7 Mg0.3 0.5Se0.5 層44を選
択的にエッチングする。
【0066】次に成長装置に戻し、全面に厚さ0.5μ
mのp型Zn0.85Mg0.150.3 Se0.7 層45を成長
させ、続けて、全面に厚さ2μmの広禁制帯幅のp型Z
0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5 層46を成長させた。
【0067】次にこのp型Zn0.7 Mg0.3 0.5 Se
0.5 層46上に、良好なコンタクトを取るために、厚さ
0.1μmの高濃度のp型ZnSe層47を成長させ
る。
【0068】次にこのp型ZnSe層47上に、バンド
ギャップ差を緩和する層であるp型ZnSe層とp型Z
nTe層とが交互に重なってなる超格子コンタクト層4
8を成長させる。この超格子コンタクト層48によって
後工程で形成するAu・Pd合金電極10aとp型Zn
Se層47とのコンタクトを良好にできる。
【0069】ここで、超格子コンタクト層の代わりにバ
ンドギャップが徐々に変わるZnSeTeを用いても良
い。また、p型GaAs基板を用いた場合には、p型A
lGaInP層を用いても良い。
【0070】最後に、超格子コンタクト層48にAu・
Pd合金電極10a、n型GaAs基板37にAu・T
i合金電極11を形成した後、端面劣化を防止するため
にレ−ザ端面を被覆して完成する。
【0071】図7は、本発明の第5の実施例に係る半導
体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。これもn
型基板を用いた例である。
【0072】先ず、第4の実施例と同様に、半導体層3
7,38,39を形成した後、厚さ0.4μmのZn
0.85Mg0.150.3 Se0.7 層50を成長させる。
【0073】次にこのZn0.85Mg0.150.3 Se0.7
層50上に、エッチングストップ層としてのClがドー
プされた厚さ10nmの薄いn型Cd0.5 Zn0.2 Mg
0.3S層51、厚さ約0.6μmの広禁制帯幅のp型Z
0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5 層52を順次成長させ
る。
【0074】次に成長装置から取り出した後、p型Zn
0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5 層52を選択エッチング
し、ストライプ状の溝を形成する。
【0075】次に成長装置に戻して、p型Zn0.7 Mg
0.3 0.5 Se0.5 層52上に、n型Zn0.85Mg0.15
0.3 Se0.7 層53、三つのCd0.2 Zn0.8 Se量
子井戸層からなる活性層54、厚さ0.65μmのp型
Zn0.85Mg0.150.3 Se0.7 層55を順次成長させ
る。
【0076】次にこのp型Zn0.85Mg0.150.3 Se
0.7 層55上に、厚さ2μmの広禁制帯幅のp型Zn
0.7 Mg0.3 0.5 Se0.5 層56を成長させた後、こ
の上に先の実施例と同様に、p型ZnSe層47、超格
子コンタクト層48を順次形成する。
【0077】最後に、超格子コンタクト層48にAu・
Pd合金電極10a、n型GaAs基板37にAu・T
i合金電極11を形成した後、端面劣化を防止するため
にレ−ザ端面を被覆して完成する。
【0078】このようにして製造された本実施例の半導
体レーザ装置、並びに第4の実施例の半導体レーザ装置
を評価したところ、室温でCW発光することが分かっ
た。また、図8の波長−光強度の特性図に示すように、
約530nmの付近でレーザ発振が生じることが分かっ
た。
【0079】図9は、本発明の第6の実施例に係る半導
体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【0080】これは基板材料としてGaAsの代わり
に、InPを用いた例である。InPはGaAsに比べ
て深い価電子帯を持ち、これにより、p型 II-VI族エピ
タキシャル半導体層との間のオフセットを減少できる まず、InP基板60上に、ほぼ格子整合する厚さ0.
1μmのp型ZnSe0.55Te0.45層61、厚さ0.1
μmのp型Cd0.3 Zn0.7 Se0.8 Te0.2層62、
厚さ0.1μmのp型Cd0.5 Zn0.5 Se層63を順
次成長させる。
【0081】次にこのp型Cd0.5 Zn0.5 Se層63
上に、格子整合する厚さ2μmのp型Cd0.25Zn0.3
Mg0.45Se層64、厚さ0.5μmのp型Cd0.4
0.45Mg0.15Se層65を順次形成する。
【0082】次にこのp型Cd0.4 Zn0.45Mg0.15
e層65上に、Cd0.4 Zn0.45Mg0.15Se障壁層で
分離された三つのCd0.35Zn0.65Se量子井戸層から
なる活性層66を成長させる。前述した構造とは対照的
に、これら井戸層はCd0.4Zn0.6 Se層の小さな格
子定数のため、圧縮歪みというよりむしろ張力歪みが生
じる。
【0083】活性層66上に、厚さ0.15μmのn型
Cd0.4 Zn0.45Mg0.15Se層67、厚さ5nmの薄
いエッチングストップ層としてのn型Cd0.7 Mg0.3
S層68を順次成長させる。
【0084】このn型Cd0.7 Mg0.3 S層68の組成
は以下のようにして決めた。すなわち、適度に大きなバ
ンドギャップが得られ、残りの半導体層との歪みを低減
できるとともに、エッチングストップ層として使用でき
る程度の厚さに成長できるかという観点から決められ
た。なお、n型Cd0.7 Mg0.3 S層68の厚さは、1
0nmであっても良い。この層の厚さの相違は装置の性
能には関係しないが、ストップ層が厚い場合、CdMg
SSe層が望ましい。
【0085】次にn型Cd0.7 Mg0.3 S層68上に、
格子整合する厚さ0.5μmのp型Cd0.5 Zn0.5
e層69を成長させる。このp型Cd0.5 Zn0.5 Se
層69のバンドギャップは、損失導波構造となるよう
に、上記量子井戸層のバンドギャップよりも小さくなっ
ている。なお、p型Cd0.5 Zn0.5 Se層69の代わ
りに、p型Zn0.65Mg0.35Se0.7 Te0.3 層を用い
ても良い。
【0086】次に成長装置から取り出した後、p型Cd
0.5 Zn0.5 Se層69を選択的にエッチングして、ス
トライプ状の溝を形成する。
【0087】次に成長装置に戻して、全面に厚さ0.5
μmのn型Cd0.4 Zn0.45Mg0.15Se層70、厚さ
2μmのn型Cd0.25Zn0.3 Mg0.45Se層71のク
ラッド層を順次成長させた。
【0088】最後に、p型InP基板60、n型Cd
0.25Zn0.3 Mg0.45Se層71に、それぞれ、Au・
Ti合金電極11,10を設けて完成する。
【0089】このようにして製造され、レーザ端面が被
覆されていない半導体レーザ装置を評価したところ、室
温で約570nmのパルスレ−ザ発光が得られることが
分かった。
【0090】また、GaAsと比較してInPの深い価
電子帯のためと硫化セレン化合物系よりもむしろセレン
化合物系の構造であるため、本実施例のレーザのしきい
値電圧はGaAs系レーザのそれよりも一般的に小さか
った。
【0091】図10は、本発明の第7の実施例に係る半
導体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【0092】図中、101はn型GaAs基板を示して
おり、このn型GaAs基板101上には、n型GaA
sバッファー層102、n型Zn1-X1CdX1Y1Se
1-Y1バッファー層103、n型Zn1-X2CdX2Y2Se
1-Y2クラッド層104、アンドープZn1-X3CdX3Y3
Se1-Y3光ガイド層105、アンドープZn1-X4CdX4
Y4Se1-Y4量子井戸層(活性層)106、アンドープ
Zn1-X3CdX3Y3Se1-Y3光ガイド層107、p型Z
1-X2CdX2Y2Se1-Y2第1クラッド層108、p型
Zn1-X5CdX5Y5Se1-y5エッチングストップ・格子
歪み緩和層109が順次形成されている。
【0093】このエッチングストップ・格子歪み緩和層
109上には、p型Zn1-X2CdX2Y2Se1-Y2第2ク
ラッド層110、p型Zn1-X1CdX1Y1Se1-Y1第1
キャップ層111、p型InGaAlP第2キャップ層
112からなり、断面がメサ状のストライプ構造が形成
されている。
【0094】このようなストライプ構造は、第2クラッ
ド層110、第1キャップ層111、第2キャップ層1
12を順次成長させた後、この積層膜のうちストライプ
構造となる部分以外を選択的にエッチング除去すること
により作成できる。
【0095】ここで、例えば、塩酸系や硫酸系やアンモ
ニア系エッチング液を用いれば、エッチングストップ・
格子歪み緩和層109とクラッド層110とのエッチン
グ選択比を十分に大きくでき、容易にストライプ構造を
形成できる。
【0096】ストライプ構造の側部にはn型Zn1-X6
X6Se電流ブロック層113が形成されている。p型
InGaAlP第2キャップ層112、n型Zn1-X6
X6Se電流ブロック層113上には、p型GaAsコ
ンタクト層114が形成され、このp型GaAsコンタ
クト層114には、p側電極AuZn116が設けられ
ている。また、n型GaAs基板101には、n側電極
AuGe115が設けられている。
【0097】ここで、基板101は(100)面から
[011]方向に傾斜し、傾きは16度以下とし、バッ
ファー層103の組成は0≦X1≦1、0≦Y1≦1、
クラッド層104,108,110の組成は0≦X2≦
1、0≦Y2≦1、光ガイド層105,107の組成は
0≦X3≦1、0≦Y3≦1とし、且つGaAs基板1
01に格子整合するように上記組成を選ぶ。
【0098】量子井戸層106の組成は0≦X4≦1、
0≦Y4≦1、厚さを1〜200nmとし、井戸数は1
〜100とする。
【0099】エッチングストップ・格子歪み緩和層10
9の組成は0≦X5≦1、0≦y5≦1、電流ブロック
層113の組成は0≦X6≦1の範囲で設定できるが、
GaAs基板101に格子整合させることはできない。
格子不整合量は0.3%以上あれば良く、単結晶でなく
ても問題がないことが分かった。
【0100】第2キャップ層112はInGaP層、I
nGaAlP層、InAlP層からなる多層構造でもか
まわない。
【0101】各クラッド層の不純物ドーピングは、例え
ば、p型はNを不純物とし8×1017cm-3程度、n型
はClを不純物とし7×1017cm-3程度の濃度とし
た。
【0102】光ガイド層105の厚さは5〜500nm
とする。
【0103】n型Zn1-X6CdX6Se電流ブロック層1
13はGaAs基板101に格子整合していないが、同
じく格子整合していないエッチングストップ・格子歪み
緩和層109上に再成長することで格子歪み等による転
位や欠陥を低減できることが実験から分かった。そし
て、n型Zn1-X6CdX6Se電流ブロック層113は、
電流ブロック層および光吸収層として働き、横モードの
安定化を実現できる。
【0104】すなわち、本実施例によれば、電流ブロッ
ク層113であるZn1-X6CdX6Se層はGaAs基板
101と格子整合しないが、下地としてエッチングスト
ップ・格子歪み緩和層109であるZn1-X5CdX5Y5
Se1-y5層を用いれば、電流ブロック層および光吸収層
として働くZn1-X6CdX6Se層を成長させることがで
きる。この結果、活性層で発光した光を吸収できるよう
になり、横モードが安定化し、信頼性の向上が図れるよ
うになる。
【0105】図11は、本発明の第9の実施例に係る半
導体レーザ装置の概略構成を示す断面図である。図11
において、201はp型GaAs基板、202はp型I
nGaPバッファー層、203はp型InGaAlP中
間バンドギャップ層、204はp型Zn1-X1CdX1Y1
Se1-Y1バッファー層、205はp型Zn1-X2CdX2
Y2Se1-Y2クラッド層、206はアンドープZn1-X3
X3Y3Se1-Y3光ガイド層、207はアンドープZn
1-X4CdX4Y4Se1-Y4量子井戸層、208はアンドー
プZn1-X3CdX3Y3Se1-Y3光ガイド層、209はn
型Zn1-X2CdX2Y2Se1-Y2第一クラッド層、210
はn型Zn1-X5CdX5Y5Se1-y5エッチングストップ
・格子歪み緩和層、211はn型Zn1-X2CdX2Y2
1-Y2第二クラッド層、212はn型Zn1-X1CdX1
Y1Se1-Y1キャップ層、213はp型Zn1-X6CdX6
e電流ブロック層、214はn型GaAsコンタクト
層、215はp型電極AuZn、216はn型電極Au
Geを示している。
【0106】ここで、基板201は(100)面から
[011]方向に傾斜し、傾きは16度以下である。バ
ッファ層202は、ZnSe層、InGaAs層、In
GaP層からなる多層構造でも構わない。
【0107】また、中間バンドギャップ層203はIn
GaP層、InGaAlP層、InAlP層からなる多
層構造でもかまわない。
【0108】バッファー層204とキャップ層212の
組成は0≦X1≦1、0≦Y1≦1であり、クラッド層
205,209,211の組成は0≦X2≦1、0≦Y
2≦1であり、光ガイド層206,208の組成は0≦
X3≦1、0≦Y3≦1とし、且つGaAs基板201
に格子整合するように上記組成を選ぶ。
【0109】量子井戸層207の組成は0≦X4≦1、
0≦Y4≦1であり、厚さを1〜200nmとし、井戸
数は1〜100とする。
【0110】エッチングストップ・格子歪み緩和層21
0の組成は0≦X5≦1、0≦Y5≦1であり、電流ブ
ロック層213の組成は0≦X6≦1である。エッチン
グストップ・格子歪み緩和層210、電流ブロック層2
13はGaAs基板101と格子整合していないが、格
子不整合量は0.3%以上あればよく、単結晶でなくて
も問題がないことが分かった。
【0111】各クラッド層の不純物ドーピングは、例え
ば、p型はNを不純物とし8×1017cm-3程度、n型
はClを不純物とし7×1017cm-3程度の濃度とす
る。
【0112】光ガイド層205,208の厚さは5〜5
00nmである。
【0113】エッチングストップ・格子歪み緩和層21
0とクラッド層211とのエッチング選択比は、先の実
施例と同様に、塩酸系や硫酸系やアンモニア系エッチン
グ液を用いることで高くできる。
【0114】本実施例の場合も、先の実施例と同様に、
電流ブロック層213はGaAs基板201に格子整合
していないが、同じく格子整合していないエッチングス
トップ・格子歪み緩和層210上に再成長することで格
子歪み等による転位や欠陥を低減でき、電流ブロック層
と光吸収層として働く電流ブロック層213を形成で
き、横モードの安定化が図れる。また、p型電極215
は、バッファ層202や中間バンドギャップ層203上
に形成されていても良い。
【0115】なお、第7、第8の実施例は以下のように
変形した実施できる。すなわち、クラッド層の材料とし
てCdZnS、ZnSTe、ZnMgSSeを用いた
り、光ガイド層の材料としてCdZnS、ZnSTeを
用いても良い。また、電流ブロック層をn型や半絶縁型
にしたり、材料としてCdS,CdSe,ZnTe,Z
nS等のII−VI族化合物半導体の熱抵抗の小さい材料
や、n型のIII −V族化合物半導体やGeやSi等の材
料を用いて良い。また、電流ブロック層は必ずしも単結
晶でなくても活性層の発光を十分に吸収でき、第7、第
8の実施例と同様の効果が得られる。
【0116】なお、上記実施例では半導体レーザについ
て説明したが、本発明は、LED等の他の光半導体装置
や、バイポーラトランジスタ等の光半導体装置以外の半
導体装置にも適用できる。
【0117】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、C
s Znt Mg1-s-t y2Seu Te1-y2-u層の下地と
してCdw Znx Mg1-w-x y1Se1-y1層を用いるこ
とにより、Cds Znt Mg1-s-t y2Seu Te
1-y2-u層をエッチングする際に、Cdw Znx Mg
1-w-x y1Se1-y1層より下の層がエッチングされるの
を防止でき、従来得られなかった構造を有する II-VI族
化合物半導体系の半導体装置が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る半導体レーザ装置
の概略構成を示す断面図
【図2】従来の半導体レーザ装置の概略構成を示す断面
【図3】従来および本発明の半導体レーザ装置の光強度
の電流依存性を示す特性図
【図4】本発明の第2の実施例に係る半導体レーザ装置
の概略構成を示す断面図
【図5】本発明の第3の実施例に係る半導体レーザ装置
の概略構成を示す断面図
【図6】本発明の第4の実施例に係る半導体レーザ装置
の概略構成を示す断面図
【図7】本発明の第5の実施例に係る半導体レーザ装置
の概略構成を示す断面図
【図8】図7の半導体レーザ装置の光強度の波長依存性
を示す特性図
【図9】本発明の第6の実施例に係る半導体レーザ装置
の概略構成を示す断面図
【図10】本発明の第7の実施例に係る半導体レーザ装
置の概略構成を示す断面図
【図11】本発明の第8の実施例に係る半導体レーザ装
置の概略構成を示す断面図
【符号の説明】
1…p型GaAs基板、2…p型InGaAs層、3…
p型InGaAlP層、4…p型ZnSe層、5…活性
層、6…n型ZnSe層、7…ZnS層、8…p型Zn
Se層、9…n型ZnSe層、10,11…Au・Ti
合金電極 101…n型GaAs基板、102…n型GaAsバッ
ファー層、103…n型Zn1-X1CdX1Y1Se1-Y1
ッファー層、104…n型Zn1-X2CdX2Y2Se1-Y2
クラッド層、105…アンドープZn1-X3CdX3Y3
1-Y3光ガイド層、106…アンドープZn1-X4CdX4
Y4Se1-Y4量子井戸層(活性層)、107…アンドー
プZn1-X3CdX3Y3Se1-Y3光ガイド層、108…p
型Zn1-X2CdX2Y2Se1-Y2第1クラッド層、109
…p型Zn1-X5CdX5Y5Se1-y5エッチングストップ
・格子歪み緩和層、110…p型Zn1-X2CdX2Y2
1-Y2第2クラッド層、111…p型Zn1-X1CdX1
Y1Se1-Y1第1キャップ層、112…p型InGaAl
P第2キャップ層、113…n型Zn1-X6CdX6Se電
流ブロック層、114…p型GaAsコンタクト層、1
15…n型電極AuGe、116…p側電極AuZn
フロントページの続き (72)発明者 ピーター・パーブルック 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に、Cdw Znx Mg1-w-x y1
    1-y1層(0≦w≦1,0≦x≦1,0≦(w+x)≦
    1,0≦y1≦1)を形成する工程と、 このCdw Znx Mg1-w-x y1Se1-y1層上に、Cd
    s Znt Mg1-s-t y2Seu Te1-y2-u層(0≦s≦
    1,0≦t≦1,0≦(s+t)≦1,0≦y2≦y
    1,0≦u≦1,0≦(y2+u)≦1)を形成する工
    程と、 前記Cdw Znx Mg1-w-x y1Se1-y1層をエッチン
    グストップ層として用い、前記Cds Znt Mg1-s-t
    y2Seu Te1-y2-u層を選択的にエッチングする工程
    とを有してなることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  2. 【請求項2】基板上に設けれたCdw Znx Mg1-w-x
    y1Se1-y1層(0≦w≦1,0≦x≦1,0≦(w+
    x)≦1,0≦y1≦1)と、 このCdw Znx Mg1-w-x y1Se1-y1層上に設けら
    れ、電流通路を形成するストライプ状の開口部を有し、
    Cds Znt Mg1-s-t y2Seu Te1-y2-u(0≦s
    ≦1,0≦t≦1,0≦(s+t)≦1,0≦y2≦y
    1,0≦u≦1,0≦(y2+u)≦1)からなる電流
    狭窄層とを具備してなることを特徴とする半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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