JPH07321375A

JPH07321375A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH07321375A
Application number: JP10696894A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Okuyama; 浩之奥山; Gousaku Katou; 豪作加藤; Satoru Ito; 哲伊藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-05-20
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】 II−VI族化合物半導体発光素子の長寿命化を
図る。【構成】Ｚｎ（Ｃｄ）Ｓｅ系活性層４５を挟んでＺｎ
（Ｓ）Ｓｅ系ガイド層４４，４６とＺｎＭｇＳＳｅ系ク
ラッド層４３，４７とが配置されたII−VI族化合物半導
体発光素子において、ガイド層４４，４６が活性層４５
と接する側に設けられた１００Å〜８００Åの厚さのア
ンドープ層６１，６３と、これとは反対側に設けられた
不純物ドープ層６２，６４とより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば発光ダイオー
ド、半導体レーザ等の半導体発光素子、特にII−VI族化
合物半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛（Ｚｎ）、水銀（Ｈｇ）、カドミウ
ム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）などのII族元素と、
硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）などのVI
族元素からなるII−VI族化合物半導体は、発光ダイオー
ドやレーザダイオードを構成する材料として有望であ
る。特に、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶は、ＧａＡｓ基板上に青
色半導体レーザを作製するときのガイド層、クラッド層
に適していることが知られている。

【０００３】一方、レーザ光によって記録あるいは再
生、もしくはその双方を行う例えば光磁器記録におい
て、記録密度の向上からその光源のレーザとして、短波
長例えば青色半導体レーザを用いることの要求が高まっ
ており、この種の半導体レーザとして、上記II−VI族の
ＺｎＭｇＳＳｅ系の半導体レーザが注目されている。

【０００４】このII−VI族化合物半導体のＺｎＭｇＳＳ
ｅ系の半導体レーザは、例えば図１７に示すように、ｎ
型ＧａＡｓ基板１の一面上に順次ｎ型のＺｎＳｅバッフ
ァ層２、ｎ型のＺｎＭｇＳＳｅによる第１のクラッド層
３、ｎ型のＳを含むか含まないかＺｎＳｅ（以下Ｚｎ
（Ｓ）Ｓｅと記す）による第１のガイド層４、ＺｎＣｄ
Ｓｅ活性層５、ｐ型のＺｎ（Ｓ）Ｓｅによる第２のガイ
ド層６、ｐ型のＺｎＭｇＳＳｅによる第２のクラッド層
７、ｐ型のＺｎ（Ｓ）Ｓｅによるキャップ層８が順次エ
ピタキシーされ、このキャップ層８がその中央をストラ
イプ状に残るように選択エッチングされた後、エッチン
グ除去された両側に絶縁層例えばポリイミド層９が設け
られ、次いで、キャップ層８上にｐ側の金属電極１０が
略オーミックにコンタクトされ、また、基板１の他の面
にｎ側の金属電極１１がオーミックにコンタクトされて
構成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したII
−VI族化合物半導体レーザを構成している各層の格子定
数は、一般に基板１のそれと一致していることが望まし
いとされている。しかしながら、現実のデバイス構造で
の望ましい構造の条件は未だ明らかにされていない。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑み、長寿命、低閾
値、低動作電圧、高発光効率の得られる半導体発光素子
を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図３に示
すように半導体基板４１と、半導体基板４１上の第１の
ＺｎＭｇＳＳｅ系クラッド層４３と、第１のクラッド層
４３上の第１のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系又はＺｎＭｇＳＳｅ系
ガイド層４４と、第１のガイド層４４上のＺｎ（Ｃｄ）
Ｓｅ系活性層４５と、活性層４５上の第２のＺｎ（Ｓ）
Ｓｅ系又はＺｎＭｇＳＳｅ系ガイド層４６と、第２のガ
イド層４６上の第２のＺｎＭｇＳＳｅ系クラッド層４７
と、第１及び第２のガイド層４４及び４６のうち、少な
くとも一方は、活性層４５と接する側の１００Å〜８０
０Åの厚さのアンドープ層（６１，６３）と、これとは
反対側の不純物ドープ層（６２，６３）とより形成され
た構成とする。

【０００８】第２の発明は、第１の発明の半導体発光素
子において、図６に示すように、その不純物ドープ層
（６２，６４）の不純物濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜３×
１０¹⁷ｃｍ^-3に設定された構成とする。

【０００９】第３の発明は、第１又は第２の発明の半導
体発光素子において、図９に示すように、半導体基板４
１と、半導体基板４１上の第１のＺｎＭｇＳＳｅ系のク
ラッド層４３と、第１のクラッド層４３上の第１のＺｎ
（Ｓ）Ｓｅ系又はＺｎＭｇＳＳｅ系ガイド層４４と、第
１のガイド層４４上のＺｎ（Ｃｄ）Ｓｅ系活性層４５
と、活性層４５上の第２のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系又はＺｎＭ
ｇＳＳｅ系ガイド層４６と、第２のガイド層４６上の第
２のＺｎＭｇＳＳｅ系クラッド層４７と、第２のクラッ
ド層４７上のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系キャップ層４８とを有
し、第２のクラッド層４７とキャップ層４８とのヘテロ
接合部でＳの組成比が連続的に変化している構成とす
る。

【００１０】第４の発明は、第１、第２又は第３の発明
の半導体発光素子において、図１３に示すように、その
Ｚｎ（Ｃｄ）Ｓｅ活性層４５のバンドギャップエネルギ
ーーＥ_g1を、２．４０ｅＶ≦Ｅ_g1≦２．７０ｅＶに設定した構成とする。

【００１１】第５の発明は、第１、第２、第３又は第４
の発明の半導体発光素子において、図１５に示すよう
に、そのＺｎＭｇＳＳｅ系のクラッド層４７のバンドギ
ャップエネルギーＥ_g2を、２．８２ｅＶ＜Ｅ_g2≦３．０３ｅＶに設定した構成とする。

【００１２】第６の発明は、第１、第２、第３、第４又
は第５の発明の半導体発光素子において、図１６に示す
ように、そのＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系又はＺｎＭｇＳＳｅ系の
ガイド層４４，４６の膜厚を８０ｎｍ以上にした構成と
する。

【００１３】

【作用】第１の発明によれば、ガイド層４４，４６の活
性層４５と接する側に１００Å〜８００Åの厚さのアン
ドープ層６１，６３を形成することにより、活性層４５
近傍の不純物による欠陥が活性層に誘起されず閾値電流
Ｉ_thを上げることなく、半導体発光素子の長寿命化を図
ることができる。アンドープ層６１，６３の厚さｔ₁，
ｔ₂が、１００Åより小さいと長寿命化の効果がなく、
８００Åより大きいと図５に示すように、閾値電流Ｉ_th
が上がってしまう。

【００１４】第３の発明によれば、第１の発明の半導体
発光素子において、そのガイド層４４，４６中の不純物
ドープ層の不純物濃度を１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜３×１０¹⁷
ｃｍ ^-3の範囲内に設定することにより、図７及び図８に
示すように深い準位からの発光が弱く、バンド端発光が
強くなり、その差が大きくなることから、ガイド層の光
学的特性を良好にして閾値電流Ｉ_thを上げずに長寿命化
が図れる。

【００１５】第３の発明によれば、第１又は第２の発明
の半導体発光素子において、第２のＺｎＭｇＳＳｅ系の
クラッド層４７とＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系のキャップ層４８と
の間のヘテロ結合部で、Ｓの組成比を連続的に変化させ
ることにより、エネルギーバンド図においてクラッド層
からキャップ層に至る価電子帯がなめらかにつながり、
価電子帯の障壁（いわゆるホールに対する障壁）が減少
し、各半導体発光素子の前記作用に加えて、夫々図１２
に示すように、更に動作電圧の低減、引いては消費電力
の低減をも図ることができる。

【００１６】第４の発明によれば、第１、第２又は第３
の発明の半導体発光素子において、Ｚｎ（Ｃｄ）Ｓｅ系
の活性層４５のバンドギャップエネルギーＥ_g1を２．４０ｅＶ≦Ｅ_g1≦２．７０ｅＶに設定することにより、キャリアの閉じ込めが良くな
り、各半導体発光素子の前記作用に加えて、夫々更に良
好な発振を行わせることができる。バンドギャップエネ
ルギーＥ_g1が２．７０ｅＶより大きくなると閾値電流Ｉ
_thが上がり過ぎ、発振しない。またバンドギャップエネ
ルギーＥ_g1が２．４０ｅＶより小さくなると、Ｃｄの量
が多くなり過ぎて臨界膜厚を越えてしまい活性層４５の
結晶性が悪くなる。

【００１７】第５の発明によれば、第１、第２、第３又
は第４の発明の半導体発光素子において、ＺｎＭｇＳＳ
ｅ系のクラッド層４７のバンドギャップエネルギーＥ_g2
を３．０３ｅＶ以下、即ち２．８２ｅＶ＜Ｅ_g2≦３．０
３ｅＶに設定することにより、各半導体発光素子の前記
作用に加えて、夫々更に室温パルス発振を行わせること
ができる。バンドギャップエネルギーＥ_g2が３．０３ｅ
Ｖより大きくなるとホールが供給されにくくなるため発
振しなくなる。ＺｎＭｇＳＳｅである場合、Ｅ _g2の下限
は２．８２ｅＶとなる。

【００１８】第６の発明によれば、第１、第２、第３、
第４又は第５の発明の半導体発光素子において、Ｚｎ
（Ｓ）Ｓｅ系又はＺｎＭｇＳＳｅ系のガイド層４４，４
６の膜厚ｔ₄，ｔ₅を８０ｎｍ以上にすることにより、
各半導体発光素子の前記作用に加えて、夫々更に光の閉
じ込めが効果的に行われ、ガイド層の光学的特性が上が
り、且つ寿命の向上も図られる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例を
説明する。

【００２０】なお、各実施例は、半導体発光素子、例え
ばII−VI族化合物半導体レーザに適用した場合を示す。

【００２１】図１は、II−VI族化合物半導体レーザの作
製に用いられる分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置２１
の概略図である。この分子線エピタキシー装置２１は、
真空蒸着装置の１種であり、超高真空排気装置を備えた
真空容器２２の内部に、基板４１を保持する基板ホルダ
ー２５が配置され、基板４１の表面に対向するように窒
素をドーピングするためのＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）プラズマセル２６及び分子線源２３いわゆるＫセ
ルが配置される。ＥＣＲプラズマセル２６には、マグネ
ット２７が設けられてマイクロ波端子２８及び窒素ガス
等の導入管２９が接続されて、ガス導入口３０から例え
ば窒素ガスがｐ型不純物として導入される。３１は予備
室を示す。

【００２２】先ず、本発明に適用されるII−VI族化合物
半導体レーザの製造方法を述べる。図１に示した分子線
エピタキシー装置２１を用いて、例えばＳｉドープのｎ
型の単結晶ＧａＡｓ基板４１を基板ホルダー２５に装着
し、基板温度を５８０℃に加熱し、表面を清浄にした
後、ｎ型ＧａＡｓ基板４１を所定の最適成長温度に下げ
て、Ｚｎ（Ｓ）Ｓｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ、Ｚｎ（Ｃｄ）Ｓ
ｅの各薄膜単結晶のエピタキシーを行う。

【００２３】即ち、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基
板４１上に、ｎ型のＺｎＳｅによるバッファ層４２をエ
ピタキシーし、続いて、順次ＣｌドープのＺｎＭｇＳＳ
ｅ：Ｃｌによるｎ型の第１のクラッド層４３、Ｚｎ
（Ｓ）ＳｅまたはＺｎＭｇＳＳｅ、本例ではＺｎＳ_0.06
Ｓｅ_0.94によるｎ型又はアンドープの第１のガイド層４
４、Ｃｄを含むか含まないＺｎＳｅ（以下Ｚｎ（Ｃｄ）
Ｓｅと記す）本例ではＺｎＣｄＳｅによるアンドープの
活性層４５、Ｚｎ（Ｓ）ＳｅまたはＺｎＭｇＳＳｅ、本
例ではＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94によるｐ型又はアンドープの
第２のガイド層４６、窒素ＮドープのＺｎＭｇＳＳｅ：
Ｎによるｐ型の第２のクラッド層４７をエピタキシー
し、さらにこの上に、Ｚｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｎによるｐ型の
キャップ層４８をエピタキシーする。そして、キャップ
層４８の上部をストライプ状に残るように選択エッチン
グし、そのエッチング除去された両側に絶縁層４９例え
ばポリイミド層を形成した後、キャップ層４８の上面に
例えば下からＰｄ，Ｐｔ，Ａｕが積層される多層構造に
よるｐ側電極５０をオーミックにコンタクトし、基板４
１の他の面にＩ_nによるｎ側の電極５１をオーミックに
コンタクトする。

【００２４】次に、本発明の各実施例について説明す
る。

【００２５】図３は本発明の一実施例を示す。本例は、
特に第１及び第２のガイド層４４及び４６を、夫々アン
ドープ層と不純物ドープ層の２層構造で構成する。即
ち、第１及び第２のガイド層４４及び４６の活性層４５
と接する側に厚さｔ₁，ｔ₂が１００Å〜８００Åのア
ンドープ層６１及び６３を形成し、これとは反対側のク
ラッド層４３，４７に接する側に夫々ＣｌドープのＺｎ
（Ｓ）Ｓｅ：Ｃｌによるｎ型の不純物ドープ層６２及び
窒素ＮドープのＺｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｎによるｐ型の不純物
ドープ層６４を形成して構成する。その他の構成は、図
２と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略
する。

【００２６】かかる図３に示す構成のII−VI族化合物半
導体レーザ５３によれば、ガイド層４４及び４６の活性
層４５と接する側に、厚さ１００Å〜８００Åのアンド
ープ層６１及び６３が形成されることにより、活性層４
５近傍の不純物による欠陥が活性層４５に誘起されず、
半導体レーザの寿命を伸ばすことができる。因みに、活
性層４５近傍に不純物が存在すると、この不純物によっ
て活性層４５に欠陥を引き起こし、寿命が短くなるも、
本実施例では、この点が改善され長寿命化が図れる。図
４は寿命を示すグラフである。同図中、横軸は時間、縦
軸は左に１ｍＷの出力を得るときの電流、右にその出力
を示す。このグラフから判るように、４０秒の長寿命化
が達成できた。

【００２７】一方、各ガイド層４４及び４６のクラッド
層４３及び４７側が夫々ｎ型及びｐ型の不純物ドープ層
６２及び６４で構成されることにより閾値電流Ｉ_thを低
く抑えることができる。

【００２８】ここで、アンドープ層６１及び６３の厚さ
ｔ₁，ｔ₂が１００Åより小さいと、寿命を伸ばす効果
がなく、また、厚さｔ₁，ｔ₂が８００Åより大きくな
ると、図５（アンドープ層の膜厚と閾値電流Ｉ_thの関係
を示すグラフ）の曲線Ｉで示すように、閾値電流Ｉ_thが
上昇し始める。

【００２９】尚、図３では、第１及び第２のガイド層４
４及び４６の双方ともにアンドープ層と不純物ドープ層
の２層構造としたが、少なくともいずれか一方のガイド
層、例えばｐ側のガイド層４６について、その活性層４
５側をアンドープ層６３とし、これと反対側を不純物ド
ープ層として構成した場合にも、閾値電流Ｉ_thを上げる
ことなく長寿命化が可能となる。

【００３０】図６は、本発明の他の実施例である。本例
は、ｐ側のガイド層４６を例えばＺｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｎに
よるｐ型ガイド層で形成すると共に、その不純物濃度、
即ちアクセプタ濃度（Ｎ_A−Ｎ_D）を１×１０¹⁶ｃｍ^-3
〜３×１０¹⁷ｃｍ^-3の範囲に設定する。また、ｎ側のガ
イド層６４は、例えばＺｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｃｌによるｎ型
ガイド層で形成する。ｎ型ガイド層４４の不純物濃度、
即ちドナー濃度（Ｎ_D−Ｎ_A）は、特に範囲を決めなく
ともよいが、ｐｎ接合を合わせるため、ｐ型ガイド層４
６と同程度の不純物濃度範囲とすることができる。但
し、好ましくは１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜２×１０¹⁷ｃｍ^-3と
することができる。その他の構成は、図２と同様である
ので、同一符号を付して重複説明は省略する。

【００３１】かかる図６の構成のII−VI族化合物半導体
レーザ５５によれば、ガイド層４４，４６の不純物濃度
を３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下に少なくすることにより、ガイ
ド層４４，４６の光学的特性が良好となり、発光効率が
向上する。

【００３２】即ち、図７は、ｐ型ガイド層４６のアクセ
プタ濃度（Ｎ_A−Ｎ_D）に対する室温でのフォトルミネ
ッセンスの発光強度を示すグラフである。また、図８
は、ｎ型ガイド層４４のドナー濃度（Ｎ_D−Ｎ_A）に対
する室温でのフォトルミネッセンスの発光強度を示すグ
ラフである。なお、夫々の図７、図８のグラフは、励起
には１０ｍＷのＨｅ−Ｃｄレーザを用いた。図７及び図
８中、■印は深い準位からの発光を示し、□印はバンド
端発光を示す。バンド端発光と深い準位からの発光の強
度差ｄが大きい程、発光効率がよいとされる。

【００３３】この図７から明らかなように、ｐ型のガイ
ド層４６のアクセプタ濃度（Ｎ_A−Ｎ_D）にを３×１０
¹⁷ｃｍ^-3以下とすることにより、ガイド層４６の光学的
特性が良くなる。また、図８から明らかなように、ｎ型
のガイド層４４では、ドナー濃度（Ｎ_D−Ｎ_A）を２×
１０¹⁷ｃｍ^-3以下にすることにより、ガイド層４４の光
学的特性が良くなる。アクセプタ濃度（Ｎ_A−Ｎ_D）、
ドナー濃度（Ｎ_D−Ｎ_A）は、共に少なくとも１×１０
¹⁶ｃｍ^-3程度あれば良い。

【００３４】前記のｐ型ガイド層４６及びｎ型ガイド層
４４のアクセプタ濃度及びドナー濃度の値は、前述の図
３に示すII−VI族化合物半導体レーザ５３における不純
物ドープ層６４及び不純物ドープ層６２について適用す
ることができる。このような構成によれば、閾値電流Ｉ
_thを上げずに寿命を伸ばすことができると共に、ガイド
層４６，４４の光学的特性を良好にすることができる。

【００３５】図９は、本発明の他の実施例を示す。本例
は、特に、ｐ型クラッド層４７とｐ型キャップ層４８と
の間のヘテロ結合部において、ＺｎＭｇＳＳｅ：Ｎのク
ラッド層かさらＺｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｎのキャップ層４８に
向ってＳの量（いわゆる組成比）を徐々に少なくなるよ
うに変化させたＺｎＳＳｅ：Ｎ領域を形成する。

【００３６】すなわち、例えばＳの組成比が２０％含有
のＺｎＭｇＳＳｅ：Ｎのクラッド層４７からＳの組成比
が６％〜０％のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｎのキャップ層４８間
に、そのＳの組成比が連続して漸次少なくなるＺｎＳＳ
ｅによる組成変化領域６６を形成して構成する。その他
の構成は、図２と同様であるので、同一符号を付して重
複説明は省略する。

【００３７】かかる図９の構成のII−VI族化合物半導体
レーザ５６によれば、ＺｎＭｇＳＳｅ：Ｎのｐ型クラッ
ド層４７とＺｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｎのｐ型キャップ層４８の
間に、Ｓの組成比を連続的に変えたＺｎＳＳｅによる組
成変化領域６６を有することにより、図１１のエネルギ
ーバンド図で示すように、クラッド層４７からキャップ
層４８にかけて価電子帯の障壁（いわゆるホールに対す
る障壁）を無くすことができる。

【００３８】即ち、価電子帯のエネルギーは、ＺｎＳＳ
ｅのVI族元素であるＳによって決まるため、このＳの組
成比を変えることにより、ＺｎＭｇＳＳｅ：Ｎのクラッ
ド層４７からＺｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｎのキャップ層４８にか
けて価電子帯がなめらかにつながる。

【００３９】実験によれば、図１２のＩ−Ｖ特性の曲線
ｂ₁〜ｂ₄で示すように従来例のII−VI族化合物半導体
レーザの場合には電流１００ｍＡでの動作電圧が１５Ｖ
以上であったのが、本例のII−VI族化合物半導体レーザ
５６の場合には、曲線ａで示すように、動作電圧１１Ｖ
程度に減少した。従って、本例のII−VI族化合物半導体
レーザ５６は、動作電圧の低減が図られ、消費電力を低
減することができる。

【００４０】因みに、ＺｎＭｇＳＳｅ：Ｎのクラッド層
上にＺｎ（Ｓ）Ｓｅ：Ｎのキャップ層が形成された構成
の場合には、図１０のエネルギーバンド図で示すよう
に、ＺｎＭｇＳＳｅ：Ｎのクラッド層とＺｎ（Ｓ）Ｓ
ｅ：Ｎのキャップ層間に価電子帯の障壁６７が形成され
る。この価電子帯の障壁６７は、ヘテロ構造を作ったと
きに、ＺｎＭｇＳＳｅとＺｎ（Ｓ）Ｓｅの電子親和力に
差が生ずるために形成されるものである。之に対し、本
実施例では、かかるホールに対する障壁６７が減少する
ので、動作電圧の低減化が図れることになる。

【００４１】図１３は、本発明の他の実施例を示す。本
例は、特に、ＺｎＣｄＳｅ活性層４５の膜厚、Ｃｄの
量、等を調整して、ＺｎＣｄＳｅ活性層４５の温度７７
ＫのときのバンドギャップエネルギーＥ_g1を２．４０ｅＶ≦Ｅ_g1≦２．７０ｅＶの範囲内に設定して構成する。その他の構成は、図２と
同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００４２】図１４に示すように、II−VI族化合物半導
体レーザの閾値電流Ｉ_thとその活性層４５のバンドギャ
ップエネルギーＥ_g1の関係より、Ｅ_g1が２．７０ｅＶを
越えると閾値電流Ｉ_thが上がり過ぎて発振しなくなる。
ＺｎＣｄＳｅ活性層４５のバンドギャップエネルギーＥ
_g1は、Ｃｄの量を減らしていくと大きくなり、またＺｎ
ＣｄＳｅ活性層４５の膜厚ｔ₃を薄くしていくと大きく
なる。Ｃｄの量を増やし過ぎると臨界膜厚を越えてしま
い活性層の結晶性が悪くなり、発振しなくなる。このと
きの活性層のバンドギャップエネルギーの下限が２．４
０ｅＶ程度である。

【００４３】活性層４５の膜厚ｔ₃の上限は１００Å程
度であり、従って、膜厚１００Å以下において、活性層
４５の膜厚ｔ₃、Ｃｄの量を調整してバンドギャップエ
ネルギーＥ_g1を２．４０ｅＶ〜２．７０ｅＶに設定する
ようになす。

【００４４】例えば膜厚ｔ₃が６０Åのとき、Ｃｄの量
を５％以上〜４０％以下とすることにより、ＺｎＣｄＳ
ｅ活性層４５のバンドギャップエネルギーＥ_g1として上
記の２．４０ｅＶ〜２．７０ｅＶが達成できる。かかる
図１３の構成のII−VI族化合物半導体レーザ５７によれ
ば、ＺｎＣｄＳｅ活性層４５のバンドギャップエネルギ
ーＥ_g1を２．４０ｅＶ〜２．７０ｅＶの範囲に設定する
ことにより、キャリアの閉じ込めが行われ、良好な発振
が得られる。

【００４５】図１５は、本発明の他の実施例を示す。本
例は、ＺｎＭｇＳＳｅによるクラッド層、例えばｐ型の
クラッド層４７の温度７７Ｋのときのバンドギャップエ
ネルギーＥ_g2を２．８ｅＶ＜Ｅ_g2≦３．０３ｅＶの範囲内に設定して構成する。その他の構成は、図２と
同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略す
る。

【００４６】ｐ型クラッド層４７では、バンドギャップ
エネルギーＥ_g2を上げていくとアクセプタ濃度（Ｎ_A−
Ｎ_D）が下がるため、バンドギャップエネルギーＥ_g2と
しては３．０３ｅＶまでしか上げられない。そのため、
クラッド層４７の組成はＺｎ _xＭｇ_1-xＳ_yＳｅ_1-yに
おいてｘ≧０．８０，ｙ≦０．２５とする。これは表１
の実験値から確認される。

【００４７】

【表１】

【００４８】なお、Ｅ_g2の下限はＺｎＭｇＳＳｅである
場合、２．８２ｅＶとなる。

【００４９】かかる図１５の構成のII−VI族化合物半導
体レーザ５８によれば、ＺｎＭｇＳＳｅのクラッド層４
７のバンドギャップエネルギーＥ_g2が温度７７Ｋのとき
の２．８２ｅＶ〜３．０３ｅＶの範囲に設定することに
より、良好な室温パルス発振が行われる。

【００５０】図１６は、本発明の他の実施例を示す。本
例は、特に、Ｚｎ（Ｓ）Ｓｅのガイド層４６及び４４の
膜厚ｔ₄及びｔ₅を８０ｎｍ以上に設定して構成する。
その他の構成は、図２と同様であるので、同一符号を付
して重複説明は省略する。

【００５１】かかる図１６の構成のII−VI族化合物半導
体レーザ５９によれば、ガイド層４６，４４の膜厚
ｔ₄，ｔ₅を８０ｎｍ以上とすることにより、光の閉じ
込めが効果的に行われ、ガイド層４６，４４の光学的特
性が向上し、長寿命化が図れる。ガイド層４６及び４４
をＺｎＭｇＳＳｅで構成した場合も、上記の膜厚ｔ₄，
ｔ₅の条件は当てはまり、同様に光学特性が向上し、長
寿命化が図れる。

【００５２】尚、図３ではガイド層４４，４６の構造、
図６ではガイド層４４，４６の不純物濃度、図９ではｐ
側のクラッド層４７からキャップ層４８にかけての組
成、図１３では活性層４５のバンドギャップエネルギー
Ｅ_g1、図１５ではクラッド層のバンドギャップエネルギ
ーＥ_g2、図１６ではガイド層４４，４６の膜厚ｔ₄を、
夫々特定した実施例について説明したが、その他、図示
さぜるも上記の各特定した構成を適宜複数組合せて構成
することができる。この場合には、夫々の特徴が付加さ
れたII−VI族化合物半導体レーザが得られる。

【００５３】又、上例では本発明を半導体レーザに適用
したが、発光ダイオード等にも適用できることは勿論で
ある。

【００５４】

【発明の効果】上述したように、本発明構成によれば、
ガイド層の活性層と接する側に１００Å〜８００Åの厚
さのアンドープ層を形成することにより、活性層での欠
陥導入を抑え、閾値電流Ｉ_thを上げることなく半導体発
光素子の長寿命を図ることができる。

【００５５】本発明によれば、ガイド層の不純物濃度を
１×１０¹⁶ｃｍ^-3〜３×１０¹⁷ｃｍ ^-3に設定した構成を
採ることにより、ガイド層の光学的特性を良好にし、発
光効率を向上することができる。また、長寿命化も可能
となる。

【００５６】本発明によれば、第２のＺｎＭｇＳＳｅ系
クラッド層とＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系キャップ層との間のヘテ
ロ接合部で、Ｓの組成比を連続的に変化させる構成を採
ることにより、ホールに対する障壁が減り、動作電圧を
低減し、消費電力の低減化を図ることができる。

【００５７】本発明によれば、Ｚｎ（Ｃｄ）Ｓｅ系活性
層のバンドギャップエネルギーＥ_g1を２．４０ｅＶ〜
２．７０ｅＶの範囲に設定した構成を採ることにより、
キャリアの閉じ込めが良くなり、室温パルス発振を行う
ことができる。

【００５８】本発明によれば、ＺｎＭｇＳＳｅ系クラッ
ド層のバンドギャップエネルギーＥ _g2を２．８２ｅＶ〜
３．０３ｅＶの範囲に設定した構成を採ることにより、
良好な室温パルス発振が得られる。

【００５９】本発明によれば、Ｚｎ（Ｓ）Ｓｅ系又はＺ
ｎＭｇＳＳｅ系ガイド層の膜厚を８０ｎｍ以上にした構
成を採ることにより、光の閉じ込めが行われ、光学的特
性を上げることができ、且つ寿命の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体発光素子の製造に用いられ
る分子線エピタキシー装置の構成図である。

【図２】本発明に適用されるII−VI族化合物半導体レー
ザの構成を示す図である。

【図３】本発明に係るII−VI族化合物半導体レーザの一
例を示す構成図である。

【図４】図３の半導体レーザの説明に供する動作電流及
び光出力と時間の関係を示すグラフである。

【図５】図３の半導体レーザの説明に供する閾値電流Ｉ
_thとガイド層のアンドープ層の膜厚との関係を示すグラ
フである。

【図６】本発明に係るII−VI族化合物半導体レーザの他
の例を示す構成図である。

【図７】ｐ型クラッド層のアクセプタ濃度（Ｎ_A−
Ｎ_D）とフォトミネッセンスの発光強度との関係を示す
グラフである。

【図８】ｎ型クラッド層のドナー濃度（Ｎ_D−Ｎ_A）と
フォトミルネッセンスの発光強度との関係を示すグラフ
である。

【図９】本発明に係るII−VI族化合物半導体レーザの他
の例を示す構成図である。

【図１０】従来例のｐ型クラッド層からキャップ層にか
けての価電子帯のみを示すエネルギーバンド図である。

【図１１】図９の実施例のｐ側クラッド層からキャップ
層にかけての価電子帯のみを示すエネルギーバンド図で
ある。

【図１２】図８の実施例の説明に供する電流Ｉ−動作電
圧Ｖ特性図である。

【図１３】本発明に係るII−VI族化合物半導体レーザの
他の実施例を示す構成図である。

【図１４】図１３の実施例の説明に供する活性層のバン
ドギャップエネルギーと閾値電流Ｉ_thの関係を示すグラ
フである。

【図１５】本発明に係るII−VI族化合物半導体レーザの
他の例を示す構成図である。

【図１６】本発明に係るII−VI族化合物半導体レーザの
他の例を示す構成図である。

【図１７】従来例に係るII−VI族化合物半導体レーザの
他の例を示す構成図である。

【符号の説明】

４１ｎ−ＧａＡｓ基板４２ｎ−ＺｎＳｅバッファ層４３ｎ−ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４４Ｚｎ（Ｓ）Ｓｅ又はＺｎＭｇＳＳｅのガイド層４５ＺｎＣｄＳｅ活性層４６Ｚｎ（Ｓ）Ｓｅ又はＺｎＭｇＳＳｅのガイド層４７ｐ−ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４８Ｚｎ（Ｓ）Ｓｅキャップ層４９絶縁層５０ｐ側金属電極５１ｎ側電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板と、前記半導体基板上の第１
のＺｎＭｇＳＳｅ系クラッド層と、前記第１のクラッド
層上の第１のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系又はＺｎＭｇＳＳｅ系ガ
イド層と、前記第１のガイド層上のＺｎ（Ｃｄ）Ｓｅ系
活性層と、前記活性層上の第２のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系又は
ＺｎＭｇＳＳｅ系ガイド層と、前記第２のガイド層上の
第２のＺｎＭｇＳＳｅ系クラッド層と、前記第１及び第
２のガイド層のうち、少なくとも一方は、活性層と接す
る側の１００Å〜８００Åの厚さのアンドープ層と、こ
れとは反対側の不純物ドープ層とより成ることを特徴と
する半導体発光素子。
【請求項２】前記不純物ドープ層の不純物濃度が１×
１０¹⁶ｃｍ^-3〜３×１０ ¹⁷ｃｍ^-3に設定されてなること
を特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】半導体基板と、前記半導体基板上の第１
のＺｎＭｇＳＳｅ系クラッド層と、前記第１のクラッド
層上の第１のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系又はＺｎＭｇＳＳｅ系ガ
イド層と、前記第１のガイド層上のＺｎ（Ｃｄ）Ｓｅ系
活性層と、前記活性層上の第２のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系又は
ＺｎＭｇＳＳｅ系ガイド層と、前記第２のガイド層上の
第２のＺｎＭｇＳＳｅ系クラッド層と、前記第２のクラ
ッド層上のＺｎ（Ｓ）Ｓｅ系キャップ層とを有し、前記
第２のクラッド層とキャップ層とのヘテロ接合部でＳの
組成比が連続的に変化していることを特徴とする請求項
１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】Ｚｎ（Ｃｄ）Ｓｅ活性層のバンドギャッ
プエネルギーＥ_g1を２．４０ｅＶ≦Ｅ_g1≦２．７０ｅＶに設定したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載
の半導体発光素子。
【請求項５】ＺｎＭｇＳＳｅ系のクラッド層のバンド
ギャップエネルギーＥ_g2を２．８２ｅＶ＜Ｅ_g2≦３．０３ｅＶに設定したことを特徴とする請求項１、２、３又は４に
記載の半導体発光素子。
【請求項６】Ｚｎ（Ｓ）Ｓｅ系又はＺｎＭｇＳＳｅ系
のガイド層の膜厚を８０ｎｍ以上にすることを特徴とす
る請求項１、２、３、４又は５に記載の半導体発光素
子。