JPH0794822A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0794822A JPH0794822A JP23325693A JP23325693A JPH0794822A JP H0794822 A JPH0794822 A JP H0794822A JP 23325693 A JP23325693 A JP 23325693A JP 23325693 A JP23325693 A JP 23325693A JP H0794822 A JPH0794822 A JP H0794822A
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- active layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】紫外から緑色の波長領域（２８０ｎｍ〜５３５
ｎｍ）で発振する２重ヘテロ構造を有する半導体レーザ
を実現する。 【構成】組成式（１）ＣｄxＭｇyＺｎ1-x-yＳvＳｅwＴ
ｅ1-v-w（０≦ｘ、ｙ、ｖ、ｗ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１，
０≦ｖ＋ｗ≦１）で表せるII-ＶI族化合物半導体を活性
層とし、それより禁制帯幅が大きく屈折率が小さい組成
式（２）ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＮcＡｓdＰ1-c-d（０≦
ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１，０≦ｃ＋ｄ≦
１）で表せるIII-Ｖ族化合物半導体をクラッド層として
２重へテロ構造を形成する。また、基板とクラッド層間
に格子不整が存在する場合は、組成式（２）が連続的に
変化するクラッド層とは異なるバッファ層を導入して、
各層での結晶欠陥の発生を抑制する。さらには、活性層
とクラッド層間に活性層とは異なる組成式（２）の光閉
じ込め層を形成する。
ｎｍ）で発振する２重ヘテロ構造を有する半導体レーザ
を実現する。 【構成】組成式（１）ＣｄxＭｇyＺｎ1-x-yＳvＳｅwＴ
ｅ1-v-w（０≦ｘ、ｙ、ｖ、ｗ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１，
０≦ｖ＋ｗ≦１）で表せるII-ＶI族化合物半導体を活性
層とし、それより禁制帯幅が大きく屈折率が小さい組成
式（２）ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＮcＡｓdＰ1-c-d（０≦
ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１，０≦ｃ＋ｄ≦
１）で表せるIII-Ｖ族化合物半導体をクラッド層として
２重へテロ構造を形成する。また、基板とクラッド層間
に格子不整が存在する場合は、組成式（２）が連続的に
変化するクラッド層とは異なるバッファ層を導入して、
各層での結晶欠陥の発生を抑制する。さらには、活性層
とクラッド層間に活性層とは異なる組成式（２）の光閉
じ込め層を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電流注入型の半導体レ
ーザからなる半導体発光素子に係り、例えば光ディスク
装置、レーザビームプリンタ、ポインタ、バーコードリ
ーダ、レーザディスプレイ等の情報端末機器に好適な２
８０ｎｍ〜５３５ｎｍの波長域で発光する電流注入型の
半導体レーザからなる発光素子に関する。
ーザからなる半導体発光素子に係り、例えば光ディスク
装置、レーザビームプリンタ、ポインタ、バーコードリ
ーダ、レーザディスプレイ等の情報端末機器に好適な２
８０ｎｍ〜５３５ｎｍの波長域で発光する電流注入型の
半導体レーザからなる発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、II-ＶI族化合物半導体で活性層及
びクラッド層を形成した２重ヘテロ構造による半導体レ
ーザとして、ＣｄxＺｎ1-xＳｅ（ただし、ｘ＝０．１５
〜０．１８，０．２，０．２２，０．２３，０．２７，
０．３１）を活性層とし、ＺｎＳvＳｅ1-v（ただし、ｖ
＝０．０７，０．１）をクラッド層とする緑色半導体レ
ーザが、低温（７７Ｋ）パルス動作で実現され、また、
ＺｎＳｅを活性層、ＭｇyＺｎ1-yＳvＳｅ1-v（ただし、
ｙ＝０．１，ｖ＝０．１８）をクラッド層とする青色半
導体レーザが、低温（７７Ｋ）で実現されている。な
お、この種のII-ＶI族化合物半導体による緑色及び青色
発光半導体レーザに関するものとしては、例えば、アプ
ライド・フィジックス・レター、第５９巻、第１２７２
頁〜第１２７４頁、１９９１年〔Appl.Phys.Lett. 59
(1991) 1272-1274）〕が挙げられる。
びクラッド層を形成した２重ヘテロ構造による半導体レ
ーザとして、ＣｄxＺｎ1-xＳｅ（ただし、ｘ＝０．１５
〜０．１８，０．２，０．２２，０．２３，０．２７，
０．３１）を活性層とし、ＺｎＳvＳｅ1-v（ただし、ｖ
＝０．０７，０．１）をクラッド層とする緑色半導体レ
ーザが、低温（７７Ｋ）パルス動作で実現され、また、
ＺｎＳｅを活性層、ＭｇyＺｎ1-yＳvＳｅ1-v（ただし、
ｙ＝０．１，ｖ＝０．１８）をクラッド層とする青色半
導体レーザが、低温（７７Ｋ）で実現されている。な
お、この種のII-ＶI族化合物半導体による緑色及び青色
発光半導体レーザに関するものとしては、例えば、アプ
ライド・フィジックス・レター、第５９巻、第１２７２
頁〜第１２７４頁、１９９１年〔Appl.Phys.Lett. 59
(1991) 1272-1274）〕が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体レーザは、発振波長が７７Ｋで４４７ｎｍと
４９０ｎｍであり、現在のところ室温で紫外から緑色ま
での領域（２８０ｎｍ〜５３５ｎｍ）で連続発振可能な
２重ヘテロ構造による半導体レーザは実現していない。
半導体レーザの基本構造である２重ヘテロ構造は、発光
層となる活性層を活性層より禁制帯幅の大きいクラッド
層ではさみ込む構造である。もし、活性層の禁制帯幅
が、クラッド層の禁制帯幅よりも大きければ、活性層で
発光した光がクラッド層で吸収され、発光効率が低下す
るため、レーザ発振が起こらなくなる。そのため、クラ
ッド層の禁制帯幅は活性層の禁制帯幅よりも大きくなけ
ればならない。したがって、紫外領域である２８０ｎｍ
（４．４３ｅＶ）の波長で発振する半導体レーザを得る
ためには、４．５ｅＶより大きな禁制帯幅を持つ半導体
をクラッド層とする必要がある。
来の半導体レーザは、発振波長が７７Ｋで４４７ｎｍと
４９０ｎｍであり、現在のところ室温で紫外から緑色ま
での領域（２８０ｎｍ〜５３５ｎｍ）で連続発振可能な
２重ヘテロ構造による半導体レーザは実現していない。
半導体レーザの基本構造である２重ヘテロ構造は、発光
層となる活性層を活性層より禁制帯幅の大きいクラッド
層ではさみ込む構造である。もし、活性層の禁制帯幅
が、クラッド層の禁制帯幅よりも大きければ、活性層で
発光した光がクラッド層で吸収され、発光効率が低下す
るため、レーザ発振が起こらなくなる。そのため、クラ
ッド層の禁制帯幅は活性層の禁制帯幅よりも大きくなけ
ればならない。したがって、紫外領域である２８０ｎｍ
（４．４３ｅＶ）の波長で発振する半導体レーザを得る
ためには、４．５ｅＶより大きな禁制帯幅を持つ半導体
をクラッド層とする必要がある。
【０００４】また、クラッド層の屈折率を活性層の屈折
率よりも小さくすれば、光は活性層に閉じ込められ、効
率よく光の増幅を行うことができる。そのため、クラッ
ド層の材料としては、活性層よりも屈折率の小さいもの
が望ましい。
率よりも小さくすれば、光は活性層に閉じ込められ、効
率よく光の増幅を行うことができる。そのため、クラッ
ド層の材料としては、活性層よりも屈折率の小さいもの
が望ましい。
【０００５】II-ＶI族化合物半導体は、室温で１．５３
ｅＶから４．５０ｅＶまで禁制帯幅を変化させることが
できるので、II-ＶI族化合物半導体を活性層として半導
体レーザを作製すれば、紫外から赤外の領域まで発振波
長を変化させることができる。その中で特に応用上重要
なのは、紫外から緑色までの領域（２８０ｎｍ〜５３５
ｎｍ）である。II-ＶI族化合物半導体の中で、ＭｇyＺ
ｎ1-yＳvＳｅ1-v（０≦ｙ、ｖ≦１）系を活性層に用い
ると禁制帯幅が２．７ｅＶから４．５ｅＶまで変化し、
発振波長は４６０ｎｍから２８０ｎｍまで変化するの
で、青色から紫外までの領域での発振が可能である。し
かし、ＭｇyＺｎ1-yＳvＳｅ1-v（０≦ｙ、ｖ≦１）系を
活性層に用いる場合、それよりも大きな禁制帯幅を持つ
材料をクラッド層としなければならないが、II-ＶI族化
合物半導体の中には、現在のところその条件を満たす材
料は無い。そのため、II-ＶI族化合物半導体だけの組合
せで２８０ｎｍまでの短波長化は困難である。
ｅＶから４．５０ｅＶまで禁制帯幅を変化させることが
できるので、II-ＶI族化合物半導体を活性層として半導
体レーザを作製すれば、紫外から赤外の領域まで発振波
長を変化させることができる。その中で特に応用上重要
なのは、紫外から緑色までの領域（２８０ｎｍ〜５３５
ｎｍ）である。II-ＶI族化合物半導体の中で、ＭｇyＺ
ｎ1-yＳvＳｅ1-v（０≦ｙ、ｖ≦１）系を活性層に用い
ると禁制帯幅が２．７ｅＶから４．５ｅＶまで変化し、
発振波長は４６０ｎｍから２８０ｎｍまで変化するの
で、青色から紫外までの領域での発振が可能である。し
かし、ＭｇyＺｎ1-yＳvＳｅ1-v（０≦ｙ、ｖ≦１）系を
活性層に用いる場合、それよりも大きな禁制帯幅を持つ
材料をクラッド層としなければならないが、II-ＶI族化
合物半導体の中には、現在のところその条件を満たす材
料は無い。そのため、II-ＶI族化合物半導体だけの組合
せで２８０ｎｍまでの短波長化は困難である。
【０００６】上述の理由で、II-ＶI族化合物半導体を活
性層とクラッド層に用いて、紫外領域の波長で発振する
半導体レーザを得ることは困難である。したがって、本
発明の目的は、上記従来の問題点を解消することにあ
り、紫外から緑色の領域の波長（２８０ｎｍ〜５３５ｎ
ｍ）で発振する２重ヘテロ構造を有する半導体レーザを
実現することである。すなわち、新たな材料をクラッド
層に用いることで、クラッド層とII-ＶI族化合物半導体
活性層との禁制帯幅の差と屈折率差を大きくした半導体
レーザを提供することである。
性層とクラッド層に用いて、紫外領域の波長で発振する
半導体レーザを得ることは困難である。したがって、本
発明の目的は、上記従来の問題点を解消することにあ
り、紫外から緑色の領域の波長（２８０ｎｍ〜５３５ｎ
ｍ）で発振する２重ヘテロ構造を有する半導体レーザを
実現することである。すなわち、新たな材料をクラッド
層に用いることで、クラッド層とII-ＶI族化合物半導体
活性層との禁制帯幅の差と屈折率差を大きくした半導体
レーザを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者等は、この種のII-ＶI族化合物半導体を活性
層とする半導体レーザについて種々詳細な実験検討した
ところ、クラッド層を特定のIII-Ｖ族化合物半導体で構
成すれば所期の目的を達成することができると云う知見
を得た。本発明はこのような知見に基づいてなされたも
ので、上記目的を達成するための第１の発明は、II-ＶI
族もしくはIII-Ｖ族化合物半導体基板上に、下記の組成
式（１）からなるII-ＶI族化合物半導体を活性層とし、
その両側に伝導型の異なる一組のクラッド層を設け、こ
れらを活性層よりも禁制帯幅が大きく屈折率の小さい下
記の組成式（２）からなるIII-Ｖ族化合物半導体で構成
して２重ヘテロ構造としたものである。この場合、クラ
ッド層は、基板と格子定数を等しい値に整合させること
が必要である。
に本発明者等は、この種のII-ＶI族化合物半導体を活性
層とする半導体レーザについて種々詳細な実験検討した
ところ、クラッド層を特定のIII-Ｖ族化合物半導体で構
成すれば所期の目的を達成することができると云う知見
を得た。本発明はこのような知見に基づいてなされたも
ので、上記目的を達成するための第１の発明は、II-ＶI
族もしくはIII-Ｖ族化合物半導体基板上に、下記の組成
式（１）からなるII-ＶI族化合物半導体を活性層とし、
その両側に伝導型の異なる一組のクラッド層を設け、こ
れらを活性層よりも禁制帯幅が大きく屈折率の小さい下
記の組成式（２）からなるIII-Ｖ族化合物半導体で構成
して２重ヘテロ構造としたものである。この場合、クラ
ッド層は、基板と格子定数を等しい値に整合させること
が必要である。
【０００８】
【化５】 ＣｄxＭｇyＺｎ1-x-yＳvＳｅwＴｅ1-v-w …（１） ただし、０≦ｘ、ｙ、ｖ、ｗ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１，０
≦ｖ＋ｗ≦１。
≦ｖ＋ｗ≦１。
【０００９】
【化６】 ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＮcＡｓdＰ1-c-d …（２） ただし、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１，０
≦ｃ＋ｄ≦１。
≦ｃ＋ｄ≦１。
【００１０】また、第２の発明は、第１の発明の構成に
おいて、基板と基板上に形成された活性層に隣接するク
ラッド層との間にクラッド層と同一組成式（２）を有す
るが実質的に異なる組成のバッファ層を設けて格子不整
を緩和することにある。すなわち、この発明において、
バッファ層の組成はクラッド層と同一組成式（２）を有
するが基板と格子整合する値から厚さ方向にクラッド層
の組成と等しい値まで連続的に変化しており、両者の界
面を除いては実質的に異なっていることと、活性層の厚
さがクラッド層との界面において格子不整合による欠陥
を生じない程度の厚さを有していることが重要な要件と
なる。このような条件を満たす活性層の厚さは通常、３
００ｎｍ以下であり、実用的には５〜３００ｎｍ程度と
なる。ただし、組成の組合せによっては格子不整合が生
じない場合もあり、そのような場合には３００ｎｍを超
えても問題ない。また、極端に薄過ぎると光の閉じ込め
が不十分となることから最低限必要な厚さとしては少な
くとも１ｎｍとなる。
おいて、基板と基板上に形成された活性層に隣接するク
ラッド層との間にクラッド層と同一組成式（２）を有す
るが実質的に異なる組成のバッファ層を設けて格子不整
を緩和することにある。すなわち、この発明において、
バッファ層の組成はクラッド層と同一組成式（２）を有
するが基板と格子整合する値から厚さ方向にクラッド層
の組成と等しい値まで連続的に変化しており、両者の界
面を除いては実質的に異なっていることと、活性層の厚
さがクラッド層との界面において格子不整合による欠陥
を生じない程度の厚さを有していることが重要な要件と
なる。このような条件を満たす活性層の厚さは通常、３
００ｎｍ以下であり、実用的には５〜３００ｎｍ程度と
なる。ただし、組成の組合せによっては格子不整合が生
じない場合もあり、そのような場合には３００ｎｍを超
えても問題ない。また、極端に薄過ぎると光の閉じ込め
が不十分となることから最低限必要な厚さとしては少な
くとも１ｎｍとなる。
【００１１】また、第３の発明は、第２の発明の構成に
おいて、クラッド層と活性層の間に活性層と同一組成式
（１）を有するが異なる組成の活性層より大なる禁制帯
幅と、活性層より小なる屈折率とを有するII-ＶI族化合
物半導体の超格子構造から成る光閉じ込め層を設けたこ
とにある。また、この光閉じ込め層は、クラッド層より
も禁制帯幅が小さく屈折率が大きくなるような値をとる
ものとする。
おいて、クラッド層と活性層の間に活性層と同一組成式
（１）を有するが異なる組成の活性層より大なる禁制帯
幅と、活性層より小なる屈折率とを有するII-ＶI族化合
物半導体の超格子構造から成る光閉じ込め層を設けたこ
とにある。また、この光閉じ込め層は、クラッド層より
も禁制帯幅が小さく屈折率が大きくなるような値をとる
ものとする。
【００１２】
【作用】本発明によれば、上記組成式（１）で示したII
-ＶI族化合物半導体を活性層とし、これより大きい禁制
帯幅と、これより小さい屈折率とを有する上記組成式
（２）で示したIII-Ｖ族化合物半導体をクラッド層とす
る２重ヘテロ構造を作製して、紫外領域から緑色領域ま
で（２８０〜５３５ｎｍ）のレーザ発振を得ることがで
きる。さらにバッファ層、光閉じ込め層を設けることに
より、より注入電流効率の高いレーザ発振を得ることが
できる。
-ＶI族化合物半導体を活性層とし、これより大きい禁制
帯幅と、これより小さい屈折率とを有する上記組成式
（２）で示したIII-Ｖ族化合物半導体をクラッド層とす
る２重ヘテロ構造を作製して、紫外領域から緑色領域ま
で（２８０〜５３５ｎｍ）のレーザ発振を得ることがで
きる。さらにバッファ層、光閉じ込め層を設けることに
より、より注入電流効率の高いレーザ発振を得ることが
できる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
さらに具体的に説明する。 〈実施例１〉図１は、本発明の一実施例となる半導体レ
ーザの基本構造を示した断面図であり、以下この図にし
たがって説明する。同図において、１はｎ−ＧａＰ基
板、２はIII-Ｖ族化合物半導体であるｎ−ＡｌＮ0.17Ａ
ｓ0.83からなるクラッド層、３はII-ＶI族化合物半導体
であるＺｎ0.84Ｃｄ0.16Ｓｅからなる活性層、４はｐ−
ＡｌＮ0.17Ａｓ0.83からなるクラッド層、５は絶縁膜、
６、７はそれぞれ上下電極である。
さらに具体的に説明する。 〈実施例１〉図１は、本発明の一実施例となる半導体レ
ーザの基本構造を示した断面図であり、以下この図にし
たがって説明する。同図において、１はｎ−ＧａＰ基
板、２はIII-Ｖ族化合物半導体であるｎ−ＡｌＮ0.17Ａ
ｓ0.83からなるクラッド層、３はII-ＶI族化合物半導体
であるＺｎ0.84Ｃｄ0.16Ｓｅからなる活性層、４はｐ−
ＡｌＮ0.17Ａｓ0.83からなるクラッド層、５は絶縁膜、
６、７はそれぞれ上下電極である。
【００１４】この場合、クラッド層２はこの組成で、基
板１と格子整合をとっているが、格子不整による欠陥が
生じなければこの組成でなくとも良い。また、活性層３
も格子整合をとっている。活性層３の組成を変化させた
とき、格子不整により歪が入ることがあるが、その場合
は、活性層３を超格子構造とすることで、歪による欠陥
の発生を抑制することができる。ここでは、活性層の厚
さを１００ｎｍとしている。また、クラッド層２、４の
禁制帯幅は、活性層の禁制帯幅よりも大きいので、活性
層で発生した光がクラッド層で吸収されることはない。
また、クラッド層の屈折率は活性層の屈折率よりも小さ
いので、光は活性層に閉じ込められ、効率良く光を取り
出すことができる。
板１と格子整合をとっているが、格子不整による欠陥が
生じなければこの組成でなくとも良い。また、活性層３
も格子整合をとっている。活性層３の組成を変化させた
とき、格子不整により歪が入ることがあるが、その場合
は、活性層３を超格子構造とすることで、歪による欠陥
の発生を抑制することができる。ここでは、活性層の厚
さを１００ｎｍとしている。また、クラッド層２、４の
禁制帯幅は、活性層の禁制帯幅よりも大きいので、活性
層で発生した光がクラッド層で吸収されることはない。
また、クラッド層の屈折率は活性層の屈折率よりも小さ
いので、光は活性層に閉じ込められ、効率良く光を取り
出すことができる。
【００１５】このレーザ構造は、ＭＢＥ（分子線エピタ
キシー）法により作製した。その後、通常のプロセス工
程により絶縁膜、電極等を形成し、半導体レーザとし
た。この構造では、波長４８６ｎｍでレーザ発振した。
なお、この構造で活性層３の組成を組成式（１）にした
がって種々変化させることにより、４６０ｎｍから５３
５ｎｍの波長領域で発光した。ＭＯＣＶＤ（有機金属気
相成長）法やＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシ
ー）法で作製した素子も同様の特性を示した。
キシー）法により作製した。その後、通常のプロセス工
程により絶縁膜、電極等を形成し、半導体レーザとし
た。この構造では、波長４８６ｎｍでレーザ発振した。
なお、この構造で活性層３の組成を組成式（１）にした
がって種々変化させることにより、４６０ｎｍから５３
５ｎｍの波長領域で発光した。ＭＯＣＶＤ（有機金属気
相成長）法やＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシ
ー）法で作製した素子も同様の特性を示した。
【００１６】〈実施例２〉図２は、実施例１の基板とク
ラッド層との間にバッファ層を介挿した構造の本発明の
他の一実施例となる半導体レーザの断面図を示したもの
であり、以下この図にしたがって説明する。同図におい
て、１１はｎ−ＧａＡｓ基板、１２はクラッド層と同様
に組成式（２）で示されるIII-Ｖ族化合物半導体のｎ−
ＧａＮcＡｓ1-cよりなるバッファ層で、ｃは、０．０か
ら１．０まで基板１１側から連続的に変化している。１
３はｎ−ＧａＮよりなるクラッド層、１４はＺｎＳｅよ
りなる活性層、１５はｐ−ＧａＮよりなるクラッド層、
５は絶縁膜、６、７は電極である。実施例１と異なる点
は、基板１１がＧａＰからＧａＡｓへ、クラッド層がＡ
ｌＮ0.17Ａｓ0.83からＧａＮへ、活性層がＺｎ0.84Ｃｄ
0.16ＳｅからＺｎＳｅへと組成を変えた他に、構造的に
は基板１１とクラッド層１３の間にバッファ層１２を形
成していることである。基板１１とクラッド層１３との
間には、約２０％の格子不整が存在するが、バッファ層
１２の組成を連続的に変化させることにより、格子定数
も連続的に変化させて、格子不整による応力を緩和し、
クラッド層１３での格子欠陥を抑制している。
ラッド層との間にバッファ層を介挿した構造の本発明の
他の一実施例となる半導体レーザの断面図を示したもの
であり、以下この図にしたがって説明する。同図におい
て、１１はｎ−ＧａＡｓ基板、１２はクラッド層と同様
に組成式（２）で示されるIII-Ｖ族化合物半導体のｎ−
ＧａＮcＡｓ1-cよりなるバッファ層で、ｃは、０．０か
ら１．０まで基板１１側から連続的に変化している。１
３はｎ−ＧａＮよりなるクラッド層、１４はＺｎＳｅよ
りなる活性層、１５はｐ−ＧａＮよりなるクラッド層、
５は絶縁膜、６、７は電極である。実施例１と異なる点
は、基板１１がＧａＰからＧａＡｓへ、クラッド層がＡ
ｌＮ0.17Ａｓ0.83からＧａＮへ、活性層がＺｎ0.84Ｃｄ
0.16ＳｅからＺｎＳｅへと組成を変えた他に、構造的に
は基板１１とクラッド層１３の間にバッファ層１２を形
成していることである。基板１１とクラッド層１３との
間には、約２０％の格子不整が存在するが、バッファ層
１２の組成を連続的に変化させることにより、格子定数
も連続的に変化させて、格子不整による応力を緩和し、
クラッド層１３での格子欠陥を抑制している。
【００１７】また、この実施例では、活性層１４とクラ
ッド層１３、１５の間には、格子不整が存在するが、活
性層１４を超格子構造とすることで、歪による欠陥の発
生を抑制している。また、クラッド層１３、１５の禁制
帯幅は、活性層１４の禁制帯幅よりも大きいので、活性
層１４で発生した光がクラッド層１３、１５で吸収され
ることはない。また、クラッド層の屈折率は活性層の屈
折率よりも小さいので、光は活性層に閉じ込められ、効
率良く光を取り出すことができる。この半導体レーザの
発光波長は４６０ｎｍであった。
ッド層１３、１５の間には、格子不整が存在するが、活
性層１４を超格子構造とすることで、歪による欠陥の発
生を抑制している。また、クラッド層１３、１５の禁制
帯幅は、活性層１４の禁制帯幅よりも大きいので、活性
層１４で発生した光がクラッド層１３、１５で吸収され
ることはない。また、クラッド層の屈折率は活性層の屈
折率よりも小さいので、光は活性層に閉じ込められ、効
率良く光を取り出すことができる。この半導体レーザの
発光波長は４６０ｎｍであった。
【００１８】〈実施例３〉図３は、実施例２において、
活性層１４とクラッド層１３、１５との間に、超格子光
閉じ込め層１６、１７を形成した構造の本発明のさらに
異なる他の実施例となる半導体レーザの断面図を示した
ものであり、以下この図にしたがって説明する。超格子
光閉じ込め層１６は、活性層と同様に組成式（１）で示
されるII-ＶI族化合物半導体のｎ−ＺｎＳvＳｅ1-vより
なり、超格子光閉じ込め層１７はｐ−ＺｎＳvＳｅ1-vよ
りなる。ｖは、活性層１４よりも禁制帯幅が大きく屈折
率が小さく、かつ、クラッド層１３、１５よりも禁制帯
幅が小さく屈折率が大きくなるような値をとるものとす
る。ここでは、ｖ＝０．３としている。また、超格子光
閉じ込め層１６、１７とクラッド層１３、１５の間にも
格子不整が生じるが、超格子光閉じ込め層１６、１７の
厚さを十分薄くすることで歪を緩和させることができる
ので、超格子光閉じ込め層１６、１７に欠陥は発生しな
い。ここでは超格子光閉じ込め層１６、１７の厚さを、
それぞれ５ｎｍとしたが、実用上可能な厚さの上限は、
３００ｎｍである。この半導体レーザの発光波長は実施
例２と同様に４６０ｎｍである。
活性層１４とクラッド層１３、１５との間に、超格子光
閉じ込め層１６、１７を形成した構造の本発明のさらに
異なる他の実施例となる半導体レーザの断面図を示した
ものであり、以下この図にしたがって説明する。超格子
光閉じ込め層１６は、活性層と同様に組成式（１）で示
されるII-ＶI族化合物半導体のｎ−ＺｎＳvＳｅ1-vより
なり、超格子光閉じ込め層１７はｐ−ＺｎＳvＳｅ1-vよ
りなる。ｖは、活性層１４よりも禁制帯幅が大きく屈折
率が小さく、かつ、クラッド層１３、１５よりも禁制帯
幅が小さく屈折率が大きくなるような値をとるものとす
る。ここでは、ｖ＝０．３としている。また、超格子光
閉じ込め層１６、１７とクラッド層１３、１５の間にも
格子不整が生じるが、超格子光閉じ込め層１６、１７の
厚さを十分薄くすることで歪を緩和させることができる
ので、超格子光閉じ込め層１６、１７に欠陥は発生しな
い。ここでは超格子光閉じ込め層１６、１７の厚さを、
それぞれ５ｎｍとしたが、実用上可能な厚さの上限は、
３００ｎｍである。この半導体レーザの発光波長は実施
例２と同様に４６０ｎｍである。
【００１９】〈実施例４〉図４は、実施例２と同様に基
板とクラッド層との間にバッファ層を介挿した構造の本
発明のさらに異なる他の実施例となる半導体レーザの断
面図を示したものであり、以下この図にしたがって説明
する。同図において、１１はｎ−ＧａＡｓ基板、２１は
組成式（２）で示されるIII-Ｖ族化合物半導体のｎ−Ａ
ｌaＧａ1-aＮcＡｓ1-cよりなるバッファ層、２２はｎ−
ＡｌＮよりなるクラッド層、２３はII-ＶI族化合物半導
体のＭｇＳよりなる活性層、２４はｐ−ＡｌＮよりなる
クラッド層、５は絶縁膜、６、７はそれぞれ上下電極で
ある。バッファ層２１の組成は、基板１１からクラッド
層２２に至るまで、ａは０から１へ、ｃは０から１へと
それぞれ連続的に変化している。この場合も、前述のよ
うに格子不整は発生しない。この半導体レーザの発光波
長は、紫外領域である波長２８０ｎｍであった。また、
活性層２３に組成式（１）で示されるII-ＶI族化合物半
導体のＣｄxＭｇyＺｎ1-x-yＳvＳｅwＴｅ1-v-w（ただ
し、０≦ｘ、ｙ、ｖ、ｗ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦ｖ
＋ｗ≦１）を用いることにより、発光波長２８０〜５３
５ｎｍでのレーザ発振を得ることができる。
板とクラッド層との間にバッファ層を介挿した構造の本
発明のさらに異なる他の実施例となる半導体レーザの断
面図を示したものであり、以下この図にしたがって説明
する。同図において、１１はｎ−ＧａＡｓ基板、２１は
組成式（２）で示されるIII-Ｖ族化合物半導体のｎ−Ａ
ｌaＧａ1-aＮcＡｓ1-cよりなるバッファ層、２２はｎ−
ＡｌＮよりなるクラッド層、２３はII-ＶI族化合物半導
体のＭｇＳよりなる活性層、２４はｐ−ＡｌＮよりなる
クラッド層、５は絶縁膜、６、７はそれぞれ上下電極で
ある。バッファ層２１の組成は、基板１１からクラッド
層２２に至るまで、ａは０から１へ、ｃは０から１へと
それぞれ連続的に変化している。この場合も、前述のよ
うに格子不整は発生しない。この半導体レーザの発光波
長は、紫外領域である波長２８０ｎｍであった。また、
活性層２３に組成式（１）で示されるII-ＶI族化合物半
導体のＣｄxＭｇyＺｎ1-x-yＳvＳｅwＴｅ1-v-w（ただ
し、０≦ｘ、ｙ、ｖ、ｗ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦ｖ
＋ｗ≦１）を用いることにより、発光波長２８０〜５３
５ｎｍでのレーザ発振を得ることができる。
【００２０】〈実施例５〉この例は、実施例２におい
て、基板１１としてｎ−ＧａＰを、バッファ層１２とし
て、III-Ｖ族化合物半導体のｎ−ＧａＮcＰ1-cを、クラ
ッド層１３として、ｎ−ＧａＮ0.5Ｐ0.5を、活性層１４
として、ＺｎＳｅ0.5Ｔｅ0.5を、クラッド層１５とし
て、ｐ−ＧａＮ0.5Ｐ0.5を形成したものである。ｃは、
０から０．５まで基板１１からクラッド層１３に向かっ
て連続的に変化している。この構造に依り、波長５００
ｎｍのレーザ発振を実現した。
て、基板１１としてｎ−ＧａＰを、バッファ層１２とし
て、III-Ｖ族化合物半導体のｎ−ＧａＮcＰ1-cを、クラ
ッド層１３として、ｎ−ＧａＮ0.5Ｐ0.5を、活性層１４
として、ＺｎＳｅ0.5Ｔｅ0.5を、クラッド層１５とし
て、ｐ−ＧａＮ0.5Ｐ0.5を形成したものである。ｃは、
０から０．５まで基板１１からクラッド層１３に向かっ
て連続的に変化している。この構造に依り、波長５００
ｎｍのレーザ発振を実現した。
【００２１】〈実施例６〉この例は、実施例２におい
て、基板１１としてｎ−ＧａＰを、バッファ層１２とし
て、III-Ｖ族化合物半導体のｎ−ＧａＮcＰ1-cを、クラ
ッド層１３として、ｎ−Ａｌ0.4Ｉｎ0.6Ｎを、活性層１
４として、Ｚｎ0.5Ｍｇ0.25Ｃｄ0.25Ｓｅを、クラッド
層１５として、ｐ−Ａｌ0.4Ｉｎ0.6Ｎを形成したもので
ある。ｃは、０から０．７６まで基板１１からクラッド
層１３に向かって連続的に変化している。この構造に依
り、波長４６５ｎｍのレーザ発振を実現した。
て、基板１１としてｎ−ＧａＰを、バッファ層１２とし
て、III-Ｖ族化合物半導体のｎ−ＧａＮcＰ1-cを、クラ
ッド層１３として、ｎ−Ａｌ0.4Ｉｎ0.6Ｎを、活性層１
４として、Ｚｎ0.5Ｍｇ0.25Ｃｄ0.25Ｓｅを、クラッド
層１５として、ｐ−Ａｌ0.4Ｉｎ0.6Ｎを形成したもので
ある。ｃは、０から０．７６まで基板１１からクラッド
層１３に向かって連続的に変化している。この構造に依
り、波長４６５ｎｍのレーザ発振を実現した。
【００２２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、本発明の第
１の発明では、紫外から緑色の領域（２８０ｎｍ〜５３
５ｎｍ）で発光する２重ヘテロ構造を持った半導体レー
ザ発光素子を実現している。また、第２の発明では、バ
ッファ層の組成を層の厚み方向に連続的に変化させてい
るので、基板とクラッド層との格子不整を容認でき、半
導体発光素子の設計においてより自由に材料を選択する
ことができる。さらにまた、第３の発明では、光閉じ込
め層を設けることにより、レーザ光を活性層内に効果的
に閉じ込め、発光に寄与する注入電流効率を一層向上さ
せることができる。
の目的を達成することができた。すなわち、本発明の第
１の発明では、紫外から緑色の領域（２８０ｎｍ〜５３
５ｎｍ）で発光する２重ヘテロ構造を持った半導体レー
ザ発光素子を実現している。また、第２の発明では、バ
ッファ層の組成を層の厚み方向に連続的に変化させてい
るので、基板とクラッド層との格子不整を容認でき、半
導体発光素子の設計においてより自由に材料を選択する
ことができる。さらにまた、第３の発明では、光閉じ込
め層を設けることにより、レーザ光を活性層内に効果的
に閉じ込め、発光に寄与する注入電流効率を一層向上さ
せることができる。
【図１】本発明の一実施例となる半導体レーザの断面構
造図。
造図。
【図２】同じく他の一実施例となる半導体レーザの断面
構造図。
構造図。
【図３】同じく他の一実施例となる半導体レーザの断面
構造図。
構造図。
【図４】同じく他の一実施例となる半導体レーザの断面
構造図。
構造図。
１…ｎ−ＧａＰ基板、 ２…ｎ−ＡｌＮ0.17
Ａｓ0.83クラッド層、３…Ｚｎ0.84Ｃｄ0.16Ｓｅ活性
層、４…ｐ−ＡｌＮ0.17Ａｓ0.83クラッド層、５…絶縁
膜、 ６、７…電極、１１…ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板、 １２…ｎ−ＧａＮcＡｓ1-cバッフ
ァ層、１３…ｎ−ＧａＮクラッド層、 １４…ＺｎＳ
ｅ活性層、１５…ｐ−ＧａＮクラッド層、 １６…ｎ
−ＺｎＳ0.3Ｓｅ0.7光閉じ込め層、１７…ｐ−ＺｎＳ
0.3Ｓｅ0.7光閉じ込め層、２１…ｎ−ＡｌaＧａ1-aＮc
Ａｓ1-cバッファ層、２２…ｎ−ＡｌＮクラッド層、
２３…ＭｇＳ活性層、２４…ｐ−ＡｌＮクラッド層。
Ａｓ0.83クラッド層、３…Ｚｎ0.84Ｃｄ0.16Ｓｅ活性
層、４…ｐ−ＡｌＮ0.17Ａｓ0.83クラッド層、５…絶縁
膜、 ６、７…電極、１１…ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板、 １２…ｎ−ＧａＮcＡｓ1-cバッフ
ァ層、１３…ｎ−ＧａＮクラッド層、 １４…ＺｎＳ
ｅ活性層、１５…ｐ−ＧａＮクラッド層、 １６…ｎ
−ＺｎＳ0.3Ｓｅ0.7光閉じ込め層、１７…ｐ−ＺｎＳ
0.3Ｓｅ0.7光閉じ込め層、２１…ｎ−ＡｌaＧａ1-aＮc
Ａｓ1-cバッファ層、２２…ｎ−ＡｌＮクラッド層、
２３…ＭｇＳ活性層、２４…ｐ−ＡｌＮクラッド層。
フロントページの続き (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 (72)発明者 山本 立春 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
Claims (5)
- 【請求項１】化合物半導体基板と、基板上に設けられ、
下記の組成式（１）で表せるII-ＶI族化合物半導体から
なる活性層と、この活性層の両側に設けられ、互いに伝
導型が異なり、基板と等しい格子定数を有し、活性層よ
りも禁制帯幅が大きく、屈折率の小さい下記の組成式
（２）で表せるIII-Ｖ族化合物半導体からなる一組のク
ラッド層とを有して成る半導体発光素子。 【化１】 ＣｄxＭｇyＺｎ1-x-yＳvＳｅwＴｅ1-v-w …（１） ただし、０≦ｘ、ｙ、ｖ、ｗ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１，０
≦ｖ＋ｗ≦１。 【化２】 ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＮcＡｓdＰ1-c-d …（２） ただし、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１，０
≦ｃ＋ｄ≦１。 - 【請求項２】化合物半導体基板と、基板上に設けられ、
下記の組成式（１）で表せるII-ＶI族化合物半導体から
なる活性層と、この活性層の両側に設けられ、互いに伝
導型が異なり、活性層よりも禁制帯幅が大きく、屈折率
の小さい下記の組成式（２）で表せるIII-Ｖ族化合物半
導体からなる一組のクラッド層とを有する構造であっ
て、基板とクラッド層との間に、さらにクラッド層と同
一組成式（２）を有するが実質的に異なる組成のバッフ
ァ層を設け、これを基板と格子整合する値からクラッド
層の組成に等しい値まで連続的に変化した層構造とし、
格子不整を緩和する構成として成る半導体発光素子。 【化３】 ＣｄxＭｇyＺｎ1-x-yＳvＳｅwＴｅ1-v-w …（１） ただし、０≦ｘ、ｙ、ｖ、ｗ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１，０
≦ｖ＋ｗ≦１。 【化４】 ＡｌaＧａbＩｎ1-a-bＮcＡｓdＰ1-c-d …（２） ただし、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１，０
≦ｃ＋ｄ≦１。 - 【請求項３】クラッド層と活性層との間に、活性層と同
一組成式（１）を有するが実質的に組成が異なり、活性
層より大なる禁制帯幅と小なる屈折率とを有する超格子
構造から成る光閉じ込め層を設けた構造の請求項１もし
くは２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】活性層の厚さを５〜３００ｎｍとして成る
請求項１乃至３何れか記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】光閉じ込め層の厚さを３００ｎｍ以下とし
て成る請求項３記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23325693A JPH0794822A (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23325693A JPH0794822A (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794822A true JPH0794822A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=16952230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23325693A Pending JPH0794822A (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794822A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08213654A (ja) * | 1994-10-28 | 1996-08-20 | Mitsubishi Chem Corp | 分布ブラッグ反射ミラー多層膜を有する半導体装置 |
| JP2013239751A (ja) * | 2013-08-26 | 2013-11-28 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JP2014053648A (ja) * | 2013-12-19 | 2014-03-20 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JP2014064038A (ja) * | 2013-12-25 | 2014-04-10 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| US8993999B2 (en) | 2011-01-19 | 2015-03-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same |
| JP2015109482A (ja) * | 2015-03-09 | 2015-06-11 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
| JP2017157865A (ja) * | 2017-06-07 | 2017-09-07 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP23325693A patent/JPH0794822A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08213654A (ja) * | 1994-10-28 | 1996-08-20 | Mitsubishi Chem Corp | 分布ブラッグ反射ミラー多層膜を有する半導体装置 |
| US8993999B2 (en) | 2011-01-19 | 2015-03-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same |
| US9077154B2 (en) | 2011-01-19 | 2015-07-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same |
| JP2013239751A (ja) * | 2013-08-26 | 2013-11-28 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JP2014053648A (ja) * | 2013-12-19 | 2014-03-20 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JP2014064038A (ja) * | 2013-12-25 | 2014-04-10 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| JP2015109482A (ja) * | 2015-03-09 | 2015-06-11 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
| JP2017157865A (ja) * | 2017-06-07 | 2017-09-07 | 株式会社東芝 | 半導体発光装置およびその製造方法 |
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