JPH08506697A - 埋め込み山型▲ｉｉ▼−▲ｖｉ▼族レーザダイオードおよびその作製方法 - Google Patents

埋め込み山型▲ｉｉ▼−▲ｖｉ▼族レーザダイオードおよびその作製方法

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Abstract

(57)【要約】 埋め込み山型もしくは埋め込みヘテロ構造II−VI族レーザダイオード。エッチングにより形成した山をＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅまたはＣｄＳのような多結晶II−VI族半導体の真空蒸着により埋め込む。

Description

【発明の詳細な説明】 埋め込み山型II−VI族レーザダイオードおよびその作製方法発明の背景 本発明は概略的には半導体レーザダイオードに関する。詳しくは、本発明は埋 め込み山型（buried-ridge）導波部を持つII−VI族レーザダイオードおよびこの デバイスの作製方法に関する。 II−VI族半導体材料を用いて作製したレーザダイオードはミネソタ州セントポ ール市にある３Ｍの研究者達によって公表された。これらのデバイスは室温でス ペクトルの青緑部分に当たる波長約５２０ｎｍの光を発振する。これは、Haase et al.の論文Short Wavelength II-VI Laser Diodes，Conference Proceedings for Gallium Arsenide and Related Compounds，1991 Institute of Physics C onference Series，No．120，pp．9-16に開示されている。 ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓのようなIII-V族化合物半導体を用いて作製され赤外 光を放射する埋め込み山型（埋め込みヘテロ構造）レーザダイオードは良く知ら れており、広く用いられている。埋め込み山型III-V族レーザダイオードの最初 の公表の一つは、Tsukadaによる報告GaAs-Ga1-xAlxAs Buried-Heterostructure Injection Lasers，J．Appl．Physics，Vol．45，p．4899（November 1974）で ある。これらのデバイスは、最初のエピタキシャル構造をエッチングした後に結 晶成長装置内に戻して側面閉じ込め層（クラッド層）を成長させるエピタキシャ ル「再成長」法を用いて作製される。エピタキシャル再成長法は典型的には基板 温度を高くするが、これは山型を形成するためのエッチング工程後、大気中に曝 された際にデバイス表面に生成する酸化物を脱離させるためである。 Iwano et al.の米国特許第4,856,013号には、III-V族化合物半導体で形成した 活性層およびコンタクト層を有するレーザダイオードが開示されている。III-V 族半導体をエッチングしてリブを形成し、このリブを有機金属化学蒸着法（ＭＯ ＣＶＤ）で形成したII−VI族半導体の閉じ込め層中に埋め込む。Niina et al.の 米国特許第4,607,369号には、ＭＯＣＶＤ等の低温成長法で形成したII−VI族化 合物中に埋め込んだ半導体レーザが開示されている。しかしながら、これらのエ ピタキシャル再成長法は、II−VI族デバイスについては、脱離に必要とする高温 によって最初の成長層の導電性が破壊されるため適用できない。 II−VI族レーザダイオード技術に対して相変わらずニーズがあるのは明らかで ある。高い市場性を獲得するためには、レーザダイオードは構造をもっと単純に して製造費を低減する必要がある。また比較的低い閾値電流で作動できること、 そして光学的に高品質の出力ビームを提供できることも必要である。発明の概要 本発明は、構造が単純で製造が容易な埋め込み山型（埋め込みヘテロ構造）II −VIレーザダイオードである。一つの実施態様においては、ｐ型層の導電性を破 壊しない比較的低温で埋め込み層を堆積させる。原型（プロトタイプ）デバイス は比較的低い閾値電流で単一横モード作動（single lateral mode operation） をした。 本発明のレーザダイオードは、第１導電型の単結晶半導体基板と、この基板上 で隣接するII−VI族半導体の第１および第２のガイド層とを含んでいる。第１お よび第２のガイド層はそれぞれ第１および第２の導電型であり、両者でｐｎ接合 を形成している。このｐｎ接合に隣接してII−VI族半導体の量子井戸活性層があ る。光および電 流の横方向閉じ込めを行うための埋め込み山形導波部が、少なくとも１つのII− VI族半導体層中の山（リッジ：ridge）と、この山の両側の山腹にII−VI族半導 体の埋め込み層とで形成されている。このレーザダイオードへの電源は第１およ び第２の電極によって接続されている。 一つの実施態様においては、埋め込み層は単結晶II−VI族半導体の層である。 この埋め込み層は真空蒸着によって堆積できる。 レーザダイオードの別の実施態様は、基板と第１ガイド層との間に第１導電型 のII−VI族半導体の第１クラッド層があり、第２ガイド層と第２電極との間に第 ２導電型のII−VI族半導体の第２クラッド層がある。この実施態様の場合、山は 少なくとも第２クラッド層内にまで達している。 更に別の実施態様は、ＧａＡｓ基板、ＺｎＳＳｅクラッド層、およびＺｎＳｅ ガイド層を含んでいる。量子井戸層はＣｄＺｎＳｅである。単結晶ＺｎＳｅまた はＺｎＳを、埋め込み山型導波部用の埋め込み層として用いることができる。図面の簡単な説明 図１は、本発明によるII−VI族半導体レーザダイオードの第１実施態様の構造 を示す横断面図である（寸法比は実際と異なる）。 図２は、本発明によるレーザダイオードを作製するのに用いることができる分 子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）装置の図である。 図３は、図１に示した量子井戸層の細部を示す横断面図である。 図４は、本発明によるレーザダイオードの量子井戸層を作製する際の図２のＭ ＢＥ装置のシャッター作動手順を示すグラフである。 図５Ａ〜図５Ｉは、本発明によるレーザダイオードを作製する各工程における ウェハの断面図である（寸法比は実際と異なる）。 図６は、本発明によるレーザダイオードを作製するのに用いる真空チャンバの 図である。 図７は、本発明による原型レーザダイオードからの実測遠距離電磁界（フラウ ンホーファー領域）ビームパターンのグラフである。 図８は、本発明によるII−VI族半導体レーザダイオードの第２実施態様の構造 を示す横断面図である（寸法比は実際と異なる）。 図９は、図８に示したレーザダイオードについて、損失係数（α）と光学モー ドの半値全幅（ＦＷＨＭ）との積を光ガイド層の厚さの関数として示したグラフ である。 図１０は、図１および図８に示したレーザダイオードに代わるｐ型オーミック コンタクトの図である。 図１１は、図１０に示した勾配付オーミックコンタクトの第１実施態様の図で ある。 図１２は、図１１に示した勾配付オーミックコンタクトの第２実施態様の図で ある。 図１３は、図１０に概略的に示したタイプの原型オーミックコンタクトのＩ− Ｖ特性のグラフである。望ましい実施態様の詳細な説明 本発明による埋め込み山型（埋め込みヘテロ構造）II−VI族化合物半導体レー ザダイオード１０を概略的に図１に示す。図示したように、レーザダイオード１ ０は幅１〜１０μｍの山（リッジ）１１を含んでいて、山１１の両側面が多結晶 ＺｎＳ埋め込み層１３で取り囲まれ、すなわち「埋め込まれて」、埋め込み山型 導波部１５を形成している。この屈折率ガイド型デバイスは比較的低い閾値電流 で単一横モード作動が可能である。以下に説明する原型デバイスは優れたレーザ 動作を有し、８５Ｋでは４ｍＡ（パルス状）、室温で は６６ｍＡという低い閾値電流でコヒーレントな青緑の光を発振する。 レーザダイオード１０は、ＧａＡｓ基板１２上に作製されていて、上下の第１ および第２ＺｎＳｅ光ガイド層１４および１６によってｐｎ接合が形成されてい る。図の実施態様においては、ガイド層１４と１６との間にＣｄＺｎＳｅ量子井 戸活性層１８がある。ただし、活性層１８は層１４と１６との間でｐｎ接合に近 い他の位置にあってもよい。光ガイド層１４および１６の活性層１８とは反対側 の表面はそれぞれ上下のＺｎＳＳｅクラッド層２０および２２によって仕切られ ている。下側クラッド層２０の光ガイド層１４とは反対側の表面に接して下側Ｚ ｎＳｅオーミックコンタクト層２４があり、上側クラッド層２２の光ガイド層１ ６とは反対側の表面に接して上側ＺｎＳｅオーミックコンタクト層２６がある。 デバイスに必ず備わっているわけではないが、図の実施態様においては、ＧａＡ ｓバッファ層２８を基板１２と下側ＺｎＳｅコンタクト層２４との間に介在させ てあり、このコンタクト層とその上に堆積する各層が高い結晶品質を持つように してある。オーミックコンタクト層２６への電気的接触用にＡｕ層３０が設けて ある。埋め込み層１３とＡｕ層３０の露出部分とを覆うように薄いＴｉ層３１と その上の最終Ａｕ層３３を被せて上部電極を形成してある。レーザダイオード１ ０の下側の電気的接触用に、ＩｎまたはＰｄ−Ａｕの電極３２を基板１２の下側 オーミックコンタクト層２４とは反対側の表面に設けてある。 レーザダイオード１０の原型においては、層２４、２０、１４は全てＣｌでｎ 型（すなわち第１導電型）にドープしてある。層１６、２２、２６は全てＮでｐ 型（すなわち第２導電型）にドープしてある。活性層１８は短周期歪み超格子（ ＳＰＳＬＳ）量子井戸とする ことができる。光ガイド層１４および１６はいずれも厚さ0.5μｍである。下側 光ガイド層１４は正味ドナー濃度１×１０17cm-3にドープしてあり、上側光ガイ ド層１６は正味アクセプタ濃度２×１０17cm-3にドープしてある。クラッド層２ ０および２２はＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93半導体をそれぞれ厚さ1.5μｍおよび１μｍ に堆積させた層である。下側クラッド層の正味ドナー濃度は１×１０17cm-3であ る。上側クラッド層の正味アクセプタ濃度は２×１０17cm-3である。この原型デ バイスの場合、オーミックコンタクト層２４は厚さ0.02μｍに堆積させた。オー ミックコンタクト層２６は厚さ0.1μｍに堆積させてある。下側コンタクト層は 正味ドナー濃度７×１０18cm-3にドープしたｎ型である。上側コンタクト層は正 味アクセプタ濃度２×１０18cm-3にドープしたｐ型である。 本発明のレーザダイオード１０の作製にあたり、上記以外のパラメータおよび 材料を用いることもできる。例えば、層２４、２０、１４、１６、２６の厚さは 、用途に応じて変えるられる。コンタクト層２４、クラッド層２０および光ガイ ド層１４の典型的な厚さは、それぞれ0.01〜1.0μｍ、0.5〜5.0μｍおよび0.1〜 1.0μｍである。一般に、光ガイド層１４および１６の厚さは光学モードの幅を 最小化するように設定すべきである。層１４および１６が薄過ぎると、消衰端（ evanescent tail）がクラッド層２０および２２の中に深く入り込む。クラッド 層２０および２２は、基板１２および電極３２内での光学モードの吸収を無視で きる程にするために、十分厚くすべきである。量子井戸活性層１８は、従来の分 子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法によりｘ（これがレーザ波長を決める）を 約0.3であるＣｄxＺｎ1-xＳｅとして成長させ、効果的なキャリア閉じ込めを促 進するのに十分大きいバンドギャップ差（ΔＥgが約0.3ｅＶ）にすることもでき る。 ＺｎＳyＳｅ1-yクラッド層２０および２２のｙが約0.07である組成を選択した のは、ＺｎＳｅガイド層１４および１６との屈折率の差を十分に大きくして低損 失の導波部を形成するためである。この組成はまた、３００℃の成長温度でＧａ Ａｓ基板に対して格子がほぼ一致（マッチ）するので、結晶性（モーフォロジー ）も非常に良い。クラッド層２０および２２は、ＭｎＺｎＳＳｅ、ＭｇＺｎＳＳ ｅ、ＣｄＺｎＳのような他のII−VI族半導体で作製することもできる。 導波部埋め込み層１３は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴ ｅ、ＣｄＺｎＳのようなII−VI族半導体、その他の化合物半導体、または合金で 作製することもできる。埋め込み層１３用の材料は、導波部１５に低損失の屈折 率ガイド機能を付与できる屈折率を持つことに加えて、電気抵抗が大きく且つレ ーザダイオード１０を効率的に作製するのに適しているべきである。 上記以外でｎ型ドーパントとして用いることができるものには、Ｇａ、Ａｌ、 Ｉｎ、Ｉ、Ｆ、およびＢｒがある。ｐ型ドーパントとしては酸素およびＬｉも用 いることができる。その他、Ｖ族でｐ型ドーパントとして用いることができるも のには、砒素および燐がある。ドナーおよびアクセプタの濃度は上記より高くも 低くもできるが、自由キャリアの吸収が過剰になる程高くてはいけないし、抵抗 が高くなり過ぎる程低くてもいけない。 レーザダイオード１０の原型は、（１００）結晶方位のＳｉドープｎ+型Ｇａ Ａｓ基板１２上に作製してある。このタイプの基板１２はSumitomo Electric In dustries，Ltd.他多くのメーカーから市販されている。ＧａＡｓバッファ層２８ はこの実施態様においては厚さ１μｍに堆積させてあり、Ｓｉを正味ドナー濃度 １×１０18cm-3にドープしたｎ+型である。他の適当な基板（例えばＺｎＳｅ、 Ｇａ ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＰ、またはＧｅ）およびバッファ層例えばＡｌＧａ Ａｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＧａＰまたはＧａＩ ｎＡｓを用いることもできる。II−VI族半導体を成長させるための適当な高品質 の表面を提供しながら、バッファ層２８の厚さを変えることもできる。基板が適 当な高品質で、表面調整が適当であれば、バッファ層２８は用いる必要がない場 合もあり得る。 ＺｎＳＳｅクラッド層２０および２２とＺｎＳｅ層２４、１４、１６とは格子 定数の不一致（ミスマッチ）が約0.3％である。予め行った透過電子顕微鏡（Ｔ ＥＭ）観察によると、光ガイド層１４および１６はこれらと隣接するＺｎＳＳｅ クラッド層２０および２２との界面に生成した転位によって少なくとも部分的に 緩和された状態になっている。格子間が完全にマッチングしている別の実施態様 （図示せず）としては、ＺｎＳＳｅガイド層に、ＣｄＭｎＺｎＳ、ＣｄＭｇＺｎ Ｓ、ＣｄＭｎＺｎＳ、ＣｄＭｇＺｎＳ、ＣｄＺｎＳまたはＭｇＺｎＳＳｅのクラ ッド層２０および２２を組み合わせた場合がある。更に、光ガイド層１４および １６が十分に薄ければ、これらはドープされている必要はない（すなわち、アン ドープ状態または少なくとも意図的にはドープしていない状態）。 図２は上記レーザダイオード１０を作製するのに用いる分子線エピタキシャル 成長（ＭＢＥ）装置５０の図である。ＭＢＥ装置５０は、超高真空（ＵＨＶ）配 管５６によって相互に接続された２基のＭＢＥチャンバ５２および５４を備えて いる。チャンバ５２および５４はそれぞれ、高エネルギー電子銃５８、燐スクリ ーン６０、基板ヒータ９０、およびフラックスモニタ６２を備えている。５２お よび５４のようなＭＢＥチャンバは一般に知られているし市販されている。Perk in-Elmer Model 430ＭＢＥ装置を用いて原型レーザ ダイオード１０を作製した。 ＭＢＥチャンバ５２は、基板１２上にＧａＡｓバッファ層２８を成長させるの に用いるもので、Ｇａエフュージョン（噴散）セル６４とＡｓクラッキング（分 解）セル６６とを備えている。ｎ型ドーパント源としてＳｉエフュージョンセル ６８も設けてある。基板１２を従来法またはその他の方法でクリーニングおよび 調整し、Ｉｎ半田でモリブデン試料ブロック（図２には示していない）に取り付 けた後、チャンバ５２の中に設置した。原型レーザダイオード１０を作製するた めの基板調整技術として、例えばCheng et al.の論文Molecular-Beam Epitaxy G rowth of ZnSe Using A Cracked Selenium Source，J．V．Sci．Technol.，B8， 181 （1990）に記載されている技術を用いた。Ｓｉドープしたバッファ層２８は 、Technology ａnd Physics of Molecular Beam Epitaxy，ed．E.N.C．Parker， Plenum Press，1985に記載されているような、従来の仕方でＭＢＥチャンバ５２ を作動させることにより、基板１２上に成長させることができる。得られたバッ ファ層２８は、反射高エネルギー電子回折（ＲＨＥＥＤ）による観察結果による と、Ａｓの濃化した表面がｃ（４×４）再構築の状態であった。次に、ＧａＡｓ 基板１２およびバッファ層２８を載せた試料ブロックをＵＨＶ配管５６を通して ＭＢＥチャンバ５４に移し、以降の処理に備えた。 デバイス層２４、２０、１４、１８、１６、２２、２６は全てＭＢＥ層５４の 中でバッファ層２８およびＧａＡｓ１２の上に成長させる。そのために、チャン バ５４は、Ｚｎエフュージョンセル７０、クラックド（分解済）Ｓｅエフュージ ョンセル７２、ＺｎＳエフュージョンセル７４（Ｓ源として）、Ｃｄエフュージ ョンセル７６および従来のＳｅ（すなわち元々のＳｅ６）エフュージョンセル７ ９を備えている。図示したように、クラックドＳｅエフュージョンセ ル７２は、バルクエバポレータ８４および高温クラッキング帯域８２を備えてい て、クラックド（分解済）Ｓｅ（Ｓｅ2その他６原子未満のＳｅ分子を含む）の 供給源を提供している。原型レーザダイオード１０を作製するのに用いるバルク エバポレータ８４および高温クラッキング帯域８２は特別仕様であり、その詳細 と能力については前出のCheng et al．J．Vac．Sci．Technol.の論文に記載され ている。供給源材料としてＺｎＣｌ2を用いるＣｌエフュージョンセル７８はｎ 型ドーパントとしてのＣｌを提供する。ｐ型ドーパントは遊離ラジカルとしての Ｎの供給源８０によって提供される。遊離ラジカル供給源８０はリークバルブ８ ８を介して超高純度Ｎ2の供給源８６に接続している。レーザダイオード１０の 作製に用いる遊離ラジカル供給源８０はOxford Applied Research Ltd．（Oxfor dshire，England）から市販されている（Model No．MPD21）。この供給源は長さ が３９０ｍｍである。供給源の端部にあるビーム出口板は熱分解窒化硼素（ＰＢ Ｎ）製であり、直径0.2ｍｍの貫通穴が９個ある。この供給源を、１０インチ（ ２５．４ｃｍ）の延長チューブを介して、エフュージョンセル用の標準的なポー トに取り付ける。レーザダイオード１０インチ（２５．４ｃｍ）を作製するのに 用いるＮ2供給源８６は研究室品位の純度であり、Matheson Gas Products社製で ある。 ＭＢＥチャンバ５４を、Cheng et al.の論文Growth of p- and n-Type ZnSe B y Molecular Beam Epitaxy，J．Crystal Growth 95，512（1989）に記載の方法 でＳｅ供給源としてＳｅ6供給源７９を用いて作動させ、原型レーザダイオード １０のｎ型のコンタクト層２４、クラッド層２０、および光ガイド層１４をそれ ぞれ成長させる。層２４を成長させた後に、ＺｎＳ炉の温度をＺｎＳＳｅの成長 温度に上昇させる。このようにしてＳのバックグラウンド圧力を低く保つ ことにより、ＳとＧａＡｓ基板との反応を最小限に抑える。ＺｎＣｌ2供給源を 用いて下側ＺｎＳＳｅクラッド層２０をｎ型にドープする。クラッド層２０およ び２２を成長させるのに用いる上記以外の技術については、Matsumura et al.の 論文Optimum Composition In MBE-ZnSxSe1-x/ZnSe For High Quality Heteroepi taxial Growth,J．Crys．Growth，vol．99，p．446（1990）に記載されている。 原子層エピタキシャル成長法（ＡＬＥ）および／またはマイグレーションエン ハンストエピタキシャル成長法（ＭＥＥ）を用いて、レーザダイオード１０の光 ガイド層１４上にＳＰＳＬＳ量子井戸層１８を成長させる。一般に知られている これらの技術を用いて、典型的にはＣｄ、ＺｎおよびＳｅの公称１原子層厚さの 層（すなわち単原子層）を順次積層して量子井戸層１８を形成する。量子井戸層 １８の詳細を図３に示す。この実施態様においては、量子井戸層１８は、隣合う Ｚｎ単原子層とＳｅ単原子層との組合わせ２組の間に、隣合うＣｄ単原子層とＳ ｅ単原子層がある。この構造は一般に下記の表示法で既述される。 〔（ＣｄＳｅ）m（ＺｎＳｅ）n〕p ここで、ｍ、ｎは整数である。 図３に示した実施態様においては、ｍ＝１、ｎ＝２、ｐ＝１である。他の実施 態様（図示せず）においては、ｍ＝１、ｎ＝２、ｐ＝３〜４である。量子井戸層 １８中の当量Ｃｄ濃度は、量子井戸層内にある層（ＺｎＳｅとＣｄＳｅの両方を 含めて）の合計個数に対するＣｄＳｅ層の個数の比で決まる。量子井戸層１８の 合計厚さは、成長した単原子層の個数に各層毎の厚さを掛けると求まる。 量子井戸層１８のＣｄ、Ｚｎ、Ｓｅ各層の組成と厚さの制御は、ＡＬＥおよび ／またはＭＥＥにより正確に行える。これらの技術を用いることにより、単原子 層の成長の基本的な制御は、Ｃｄ、Ｚｎ、 Ｓｅの各エフュージョンセル７６、７０、７２のシャッター（図示せず）を開閉 する順序とタイミングによって行う。図３に示した量子井戸層１８を成長させる のに用いるエフュージョンセルのシャッター手順の一部を図４に示す。各反応種 の一連のパルス同士の間に特定の遅れ時間を設けることにより、余分な反応種が 再蒸発できるようにした。 原型レーザダイオード１０は、図３に示したようなＳＰＳＬＳ量子井戸層を備 えている。この層は熱分解（thermally cracked）Ｓｅ（Ｓｅ2）エフュージョン セル７２を用いて温度１５０℃で成長させたものである。シャッター手順の最初 は、Ｓｅシャッターを開く。単原子層を少なくとも１個堆積させた後に（約５秒 後）、Ｓｅシャッターを閉じる。次にＺｎシャッターを直ちに開く。次いで、Ｚ ｎ単原子層を少なくとも１個堆積させた後に（約４秒後）、Ｚｎシャッターを閉 じる。Ｚｎシャッターを閉じてからＳｅシャッターを再び開くまでの間に僅かな 遅れ（約１秒）を設けて、余分のＺｎがあったらこれが再蒸発できるようにする 。各シャッターを交互に開閉して成長プロセスを続行させ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｚｎの 各層を順次重ねて堆積させる。Ｃｄシャッターを約４秒開いた後、約１秒の遅れ を置いてからＳｅシャッターを再び開く。その後、Ｓｅシャッターを開いて始め た上記の手順を繰り返して量子井戸層１８を完成させる。ＣｄＺｎＳｅのＳＰＳ ＬＳ量子井戸の成長前と成長後に、ＡＬＥにより１５０℃で少なくとも２個のＺ ｎＳｅ単原子層を成長させた場合、特性の向上が認められた。原型レーザダイオ ード１０の量子井戸層１８を作製するのに用いたＭＢＥチャンバ５４の上記以外 のパラメータは下記の通りである。 Ｃｄビーム当量圧力： 2.0×１０-7Torr＊ Ｚｎビーム当量圧力： 1.0×１０-7Torr＊ Ｓｅクラッキング帯域温度： ６００℃ ＊ Ｓｅバルク蒸発温度： ２５０℃ ＊ ＊個々のＭＢＥ装置の仕様に依存するパラメータ １５０℃で上記条件で成長したＳＰＳＬＳ量子井戸槽１８を備えた原型レーザ ダイオード１０は最も高い量子効率を示した。しかし、２３５℃以下の温度で成 長させたＳＰＳＬＳ量子井戸層を備えた量子井戸テストウェハは良好な特性を示 した。３００℃以下の温度成長させたＳＰＳＬＳ量子井戸層を備えたテストウェ ハについては、実用可能な特性が認められた。また、望ましい特性を持つデバイ スは１５０℃未満の温度で成長させることができることも予測される。 他の実施態様においては、量子井戸活性層１８をSamarth et al.の論文Molecu lar Beam Epitaxy of CdSe and the Derivative Alloys Zn1-xCdxSe and Cd1-xM nxSe，J．Electronic Materials，vol.19，No．6，p．543（1990）に記載された 方法で臨界厚さ未満の厚さに成長させることができる。このタイプの量子井戸層 １８は仮像構造（pseudomorphic）であり、レーザダイオード１０の発光領域の 転位が少なくなる。このタイプの歪みエピタキシャル層の最大仮像構造厚さは組 成に依存しており、Matthews et al.，Deffects In Epitaxial Multilayers，J ．Crystal Growth，vol．27，p．118（1974）に記載された式で算出できる。仮 像構造量子井戸層１８はＺｎＳｅＴｅやＣｄＺｎＳｅＴｅのような他の半導体材 料の仮像構造層であってもよく、層１８のような層が厚い低損失II−VI導波部内 に設けてあることによって、レーザダイオード１０が低い閾値電流で作動し易く なる。導波部は、光ガイド層１４および１６の屈折率を上げ、クラッド層２０お よび２２の屈折率を下げてもよく、層同士のバンドギャップ差を比較的小さくし てもよく、また格子が一致（マッチ） していてもよいが必要ではない。光ガイド層の組成に勾配を付けて、転位を少な くし同時に／または屈折率に勾配のある導波部を形成してもよい。 ＭＢＥチャンバ５４を、Ｓｅ6供給源７９を用い、Park et al.の欧州特許公報 0475606-A3（発行1992/03/18、名称Doping of IIB-VIA Semiconductor During M olecular Beam Epitaxy）の仕方で作動させて、ｐ型の光ガイド層１６とクラッ ド層２２を成長させる。このPark et al．の欧州出願はここで参考資料とする。 抵抗の低いｐ型ＺｎＳｅオーミックコンタクト層２６は、分解Ｓｅ供給源７２ （すなわち分解帯域８２およびエバポレータ８４）を用いＭＢＥチャンバ５４の 中で低温でこの層を成長しながら、上記Park et al．の欧州出願に記載されてい る仕方でこの層の半導体材料をｐ型にドープすることにより実現できた。原型レ ーザダイオード１０のコンタクト層２６を作製するのに用いた低温成長技術の全 般については、Cheng et al.の論文Low Temperature Growth of ZnSe By Molecu lar Beam Epitaxy Using Cracked Selenium，Appl.Phys．Lett．（Feb．1990） に記載されている。基板１２上に層２８、２４、２０、１４、１８、１６および ２２を設けた半導体ウェハを、２５０℃よりは低い温度ではあるが、正味アクセ プタ濃度１×１０17cm-3以上にｐ型ドーパントとしてのＮがドープされたＺｎＳ ｅの結晶成長を促進するには十分に高い温度に加熱する。基板温度約１５０℃で 成長を行った場合に、原型レーザダイオード１０のオーミックコンタクト層２６ 中のアクセプタ濃度１×１０18cm-3が達成された。実用可能な特性を持つオーミ ックコンタクト層２６は１３０℃あるいはそれ以下の成長温度でも実現できる。 原型レーザダイオード１０のオーミックコンタクト層２６を作製するのに用いた ＭＢＥチャンバ５４の上記以外の作動パラメータは下記のとおりである。 Ｚｎビーム当量圧力： 1.0×１０-7Torr＊ Ｓｅクラッキング帯域温度： ６００℃ ＊ Ｓｅバルクエバポレータ温度： ２５０℃ ＊ 成長速度： 0.3〜0.6 μｍ／ｈｒ 表面再構築： Ｚｎで安定化された状態 チャンバ内の窒素圧力： ＞3.5×１０-7Torr＊ ＲＦパワー： ９０〜２５０Ｗ ＊ ＊個々のＭＢＥ装置の仕様に依存するパラメータ コンタクト層２６を堆積させた後に、まだ未完成のレーザダイオード１０をＭ ＢＥチャンバ５４から取り出し、従来の真空蒸着装置（図示せず）に移した。こ の真空蒸着装置内で、コンタクト層２６上に１０００ÅのＡｕ層３０を真空蒸着 して電気的コンタクトとした。引き続き、Ａｕ層３０上に薄い（１００Å）Ｔｉ 層を蒸着して、以下で説明する山（リッジ）形成工程におけるフォトレジストの 付着性を向上させた。 図５Ａに、以上説明した作製工程を行った後のまだ未完成のレーザダイオード １０の半導体ウェハを示す。図５Ａに示したウェハ上に導波部１５を下記の手順 で作製する。 図５Ａに示したウェハから導波部１５を作製する最初の工程として、図５Ｂに 示したようなフォトレジストマスクストライプパターン３４を形成する。ストラ イプ３４は、形成する山の望みの幅に対応する２〜４μｍの幅にする。一つの実 施態様においては、Hoechts Celanese社のフォトレジストとそのための処理法AZ -1518-SFDを用いてマスク３４を形成する。この処理法によると、図５Ｂに示し た正の側面傾角が得られる。 図５Ｂに示したウェハを、図６に３５で示したような、別の真空 チャンバに移し、イオンビームエッチングを行ってウェハに山を成形する。真空 チャンバ３５は揺動架台３６とイオン供給源３７を備えている。一つの実施態様 においては、イオン供給源３７はＸｅ+供給源である。Ａｒ+イオン供給源３７も 有効に用いることができる。エッチング処理中は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ３８からの ビームをチャンバ３５の窓を通してウェハに照射する。ウェハから反射したレー ザビームの一部を検出器３９で検出してモニタし、エッチ深さを求める。このイ オンビームエッチング処理を図５Ｃに図解する。イオン供給源３７をビーム電圧 約１０００ボルトで作動させてレーザダイオード１０の原型（プロトタイプ）を 作製する。図５Ｃに示したように、架台３６に往復回転運動もさせて、フォトレ ジストストライプ３４に垂直でウェハ面に平行な軸を中心にウェハを揺動させる ことにより、平滑な側面を持つ山１１を形成する。レーザダイオード１０の原型 は試料を約±５０°揺動させながら作製した。この作製工程の実行中に、ウェハ を±５０°と−５０°の位置に固定してエッチングを行った。 エッチ深さは、ウェハから反射したレーザビームの強度変動を観察することに よりモニタした。エッチング処理中にＺｎＳｅ光ガイド層の厚さが減少するのに 伴い、ＺｎＳｅ光ガイド層１６とＧａＡＳ基板１２からの反射光が干渉し合って 反射率の変動を生ずる。最大変動量が一回現れる毎に、深さで約0.125μｍ進行 する。図１に示したレーザダイオード１０の実施態様においては、エッチングを 丁度量子井戸層１８を貫通した深さまで行い、良好な横方向キャリア閉じ込めが 行えるようにする。ただし、各層の厚さ、ドーピングその他の特性と、意図して いるデバイス用途に必要な光および電流閉じ込めの程度とに応じて、異なるエッ チング深さとすることもできる。例えば、ｐ型クラッド層２２内までの浅いエッ チングをし てもよいし、ｎ型光ガイド層１４を貫通するほど深いエッチングをしてもよい。 図５Ｄに、上記のエッチングを完了した状態のウェハを示す。 山１１のエッチングが完了した後、直ちにウェハを真空チャンバ３５から取り 外し、Ａｕ層３０をウェハに蒸着するのに用いた真空蒸着装置（図示せず）に戻 す。次に、ウェハ上にＺｎＳ埋め込み層１３を蒸着する。蒸着したＺｎＳ埋め込 み層１３の厚さは、エッチングで除去された材料分を充足してほぼ平坦な表面に なるように十分な厚さとすべきである。図５Ｅに、ＺｎＳ埋め込み層１３を蒸着 した後のウェハを示す。 引き続いて、山同士の間のウェハ部分の上にある埋め込み層１３上に、フォト レジストマスク４０をパターニングする。図５Ｆにマスク４０を示す。一つの実 施態様においては、前出のHoechts Celanese社のプロセスを用いて、マスク４０ を厚さ約１μｍに堆積させる。 ウェハを真空蒸着装置から真空チャンバ３５に戻し、もう１回エッチングする ことにより、山１１上方のＺｎＳ蒸着層をリフトオフできるようにする。図５Ｇ に示したように、Ｘｅ+またはその他のイオンビームをウェハ表面にほぼ平行で 山１１に垂直な角度に軸合わせする。一つの実施態様においては、ウェハの法線 に対して約８５°の角度にビームを軸合わせして、このイオンエッチング法を行 う。図５Ｈに示したように、フォトレジストマスク４０より上に出ている山を覆 っているＺｎＳ埋め込み層１３を丁度貫通する時間だけ、山１１の各側面をイオ ンビームで照射する。次に、従来のアセトンと超音波技術を用いて、残っている フォトレジスト４０、ストライプ３４およびストライプ上のＺｎＳのリフトオフ を行う。図５１に、リフトオフ後のウェハを示す。 図５１に示したウェハを真空チャンバ（図示せず）に戻して、山１１と埋め込 み層１３の上にＴｉ層３１およびＡｕ層３３を蒸着して上部電極を形成すると、 図１に示したウェハの作製が完了する。一つの実施態様においては、Ｔｉ層３１ を厚さ約１０００Åに堆積させ、Ａｕ層３３を厚さ約１０００Åに堆積させる。 これらの層３１および３３を、従来のリフトオフ技術を用いて、幅約２００μｍ のストライプ状に（図示せず）パターニングできる。Ｏ2プラズマクリーニング （約８Ｗ／cm2、２００mTorr）を短時間（0.3分）行うとＴｉ層３１およびＡｕ 層３３の密着性が向上することが分かった。 ＭＢＥ基板接合用に用いたインジウム（Ｉｎ）を基板１２上の電極３２として 用いることができる。しかし、各デバイスを個々のレーザダイオード１０に劈開 させるのをより容易にするために、基板１２を機械ラップで薄く（例えば厚さ１ ００〜３００μｍ）することでＩｎを除去する。基板１２に新たにオーミックコ ンタクトを行うために、このＧａＡｓ基板を５０Ｈ2Ｏ：１０ＮＨ4ＯＨ：１Ｈ2 Ｏ2溶液中で約３０秒間（約０．２μｍ除去）エッチングする。エッチングした 基板１２を直ちに真空蒸着装置（図示せず）に移し、Ｐｄ（パラジウム）を５０ ０Å、次にＡｕを１０００Å堆積させる。Ｐｄは、非常に低い温度で、室温でも ゆっくりと、ＧａＡｓ基板１２と合金する。フォーミングガス（forminggas:５ ％Ｈ2、９５％Ａｒ）中において１５０℃で３分間加熱すると高い電気特性が得 られる。ただし、II−VI族半導体の各層、特にＺｎＳｅコンタクト層２６を劣化 させるような高温にウェハを加熱しないことが重要である。 デバイスの両端を（１００）面に沿って劈開させ、ファセットミラーを形成す る。ファセットに被覆を施して反射率を高めることも できる。一つの実施態様においては、ファセットにＭｇＦ2およびＺｎＳｅの４ 分の１波長層を４層交互に被覆して約９０％の反射率を得る。原型レーザダイオ ードのキャビティー長（空洞長さ）は約１０００μｍである。次にレーザダイオ ード１０をｐ側を上にして銀添加エポキシで試料ホルダに接合する。 上記のタイプの原型レーザダイオード１０は、８５Ｋでは４ｍＡ（パルス電流 ）、室温では６６ｍＡという低い閾値電流でスペクトルの青緑部分（室温で約５ ２０ｎｍ）のコヒーレント光を発光した。このデバイスの一つについて実測した 遠距離電磁界パターンは、図７に示したようにデバイスが明瞭に単一横モード動 作をしていることが分かる。図には示していないが、半導体合金または別個の層 としてＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅまたはＺｎＴｅのような異種材料の層を用いて埋め 込み層１３の実効屈折率を調整することにより、横モードビームのプロファイル を加工することができる。 本発明の第２実施態様として、レーザダイオード１０’を図８に示す。レーザ ダイオード１０’は構造的にはレーザダイオード１０と似ているが、上側および 下側のクラッド層（すなわち層２０および２２）は備えていない。レーザダイオ ード１０’は、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93光ガイド層１４’および１６’をも備えてい る（レーザダイオード１０の場合はＺｎＳｅガイド層）。レーザダイオード１０ ’の各層のうち、前記のレーザダイオード１０の層と対応する層については同じ 参照番号にダッシュを付けて（「Ｘ’」のように）表してある。下記に述べる相 違点以外は、レーザダイオード１０’および導波部１５’の各層はレーザダイオ ード１０の対応部分と同様な手順で前記のように作製できる。 原型レーザダイオード１０’においては、光ガイド層１４’およびコンタクト 層２４’はいずれもＣｌでｎ型にドープしてある。光 ガイド層１６’およびオーミックコンタクト層２６’はＮでｐ型にドープしてあ る。下側光ガイド層１４’にドープした正味のドナー濃度は１×１０17cm-3であ り、上側光ガイド層１６’は正味のアクセプタ濃度２×１０17cm-3にドープして ある。この原型デバイスでは、オーミックコンタクト層２４’および２６’はい ずれも厚さ0.1μｍに堆積してある。下側コンタクト層２４’は正味のドナー濃 度７×１０18cm-3にドープしたｎ型である。上側コンタクト層２６’は正味のア クセプタ濃度２×１０18cm-3にドープしたｐ型である。 量子井戸活性層１８’の中で発生した光は、ＧａＡｓ基板１２’およびＡｕ層 ３０’，３３’のみでクラッドされた光ガイド層１４’および１６’の中をガイ ドされる。レーザダイオード１０’の場合、II−VI族半導体クラッド層を必要と せずに、良好な光閉じ込め効果と十分に低い損失とが得られる。コンピュータモ デリングを用いて、光ガイド層１４’および１６’の適正な厚さを設定してある 。このモデリング法では、埋め込んだ山型導波部１５’と、ＧａＡｓ基板１２’ およびＡｕ電極層３０’の複合屈折率とを考慮してある。このタイプのモデリン グ法は一般に知られており、例えばM．R．Ramdas et al.，Analysis of Absorbi ng and Leaky Planar Waveguides:A Novel Method,Optics Letters,Vol.14,p.37 6（1989）とその中で引用している参考文献に記載されている。 図９は、望みの光学モード（ここに記載した原型レーザダイオードについては ＴＥ偏光したもの）の損失係数（α）と半値全幅（ＦＷＨＭ）との積を、ＺｎＳ Ｓｅ層１４’および１６’（図８）の厚さの関数として示すグラフである。デバ イスの閾値電流密度を最小化するためには、この積を最小化する。この設計基準 と図９の情報を用いると、導波部の厚さ（すなわち光ガイド層１４’および１６ ’ の合計厚さ）は、原型レーザダイオード１０’の場合約3.5μｍになる。この実 施態様においては、ｎ型光ガイド層１４’は厚さ2.0μｍであり、ｐ型光ガイド 層１６’は厚さ1.5μｍである。遊離キャリアの吸収および散乱による損失は、 この実施態様の場合８ｃｍ-1と見積もられる。量子井戸層１８’はデバイスの損 失および光閉じ込め特性に対して比較的小さい影響しかないので、上記設計手法 ではその存在は無視してある。理論的には、導波部の合計厚さが2.0μｍ未満で あると基板１２’およびＡｕ電極層３０’において吸収損失が大きくなり過ぎる 。厚さ2.5μｍの場合、基板および電極による吸収損失は11.7ｃｍ-1である。逆 に、厚さが約６μｍを超えると、光閉じ込め効果が弱すぎて、単一量子井戸層１ ８’がこの損失に打ち勝つのに十分な利得を供給するのは実際上不可能である。 光学モードのＦＷＨＭは導波部厚さのほぼ正確に半分であることが分かった。最 大モード利得（maximum modal gain）は導波部モードのＦＷＨＭに反比例する。 厚さ６μｍの導波部については、ＦＷＨＭは約３μｍであり、単一量子井戸から のモード利得は１２ｃｍ-1と見積もることができる。N．K．Dutta，Applied Phy sics Letters,vol．53，p．72（Nov．1982）を参照。この実施態様において埋め 込み山を形成するプロセスは、II−VI族クラッド層を備えた前述のレーザダイオ ードについて説明したプロセスと同様である。 同様に、他のタイプのII−VI族半導体レーザダイオード構造の場合もこれらの 技術で埋め込み山を作製できる。例えば、ＭｇＺｎＳＳｅ−ＺｎＳＳｅまたはＭ ｎＺｎＳＳｅ−ＺｎＳＳｅから作製した単純なダブルヘテロ構造II−VI族レーザ ダイオードもこのようにして埋め込み山型レーザダイオードとして作製できる。 このようなデバイスは、利得ガイド型デバイスと比べると、閾値電流がかなり低 く、また光ビーム品質も向上している。 図１０に、ｐ型ＺｎＳｅデバイス層１０２のための勾配付オーミックコンタク ト１００を示す。図示したように、オーミックコンタクト１００は組成勾配付化 合物半導体コンタクト層１０４をデバイス層１０２上に備えており、このコンタ クト層上にＡｕ等の金属層１０６を備えている。図１０に示した実施態様におい てＺｎＳｅデバイス層１０２と関連して説明したけれども、オーミックコンタク ト層１００は、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＭｇＺｎＳ、ＣｄＭｎＺ ｎＳ、ＭｇＺｎＳＳｅ、およびＭｎＺｎＳＳｅのような他のｐ型II−VI族化合物 半導体デバイス層との組み合わせで用いいるような形態にすることもできるし、 レーザダイオード１０および１０’のオーミックコンタクト層２６および２６’ の代わりにすることもできる。オーミックコンタクト層１００はまた、II−VI族 発光ダイオード中に組み込んでもよい。 オーミックコンタクト層１０４は、ＺｎＴｅを含む組成勾配付化合物半導体で ある。オーミックコンタクト層１０４中の他の元素および化合物に対するＺｎＴ ｅの平均相対量（すなわちコンタクト層の厚さ全体について平均した量）は、デ バイス層１０２からコンタクト層までの距離が増加するのに伴って増加する。コ ンタクト層１０４の化合物半導体は、ＺｎＴｅの含有に加えて、デバイスを作製 する基板（図示せず）と格子が一致（マッチ）した化合物半導体を含むことがで きる。コンタクト層１０４の化合物半導体は、デバイス層の化合物半導体あるい はＺｎＴｅ含有合金を含むこともできる。 図１１に示した実施態様においては、コンタクト層１０４は勾配付組成ＺｎＳ ｅ1-xＴｅx（すなわちＺｎＳｅとＺｎＴｅの合金）で、ｘ≦１である。組成に勾 配を付けるには、コンタクト層を成長させる際に、コンタクト層の厚さの増加に 伴ってｘの値を増加させる。調整できるパラメータとしては、ＺｎＳｅＴｅの最 終組成、勾 配の大きさ、ドープ濃度がある。一つの実施態様においては、コンタクト層をＮ でドープして表面近傍の正味アクセプタ濃度を４×１０18cm-3にした。このコン タクト層１０４の成長は、図２に概略的に示したタイプのチャンバ内で、デバイ ス層からの距離の増加に伴ってｘを約０から約0.1まで均一に増加させながら分 子線エピタキシャル成長により行い、厚さ約２μｍにした。エピタキシャル成長 中にＳｅセルとＴｅセルの各温度を制御することにより勾配の大きさを制御した 。 正味アクセプタ濃度が増加すると、Ａｕ電極１０６（図１０）からＺｎＳｅＴ ｅコンタクト層１０４への正孔の流入に対するバリアの幅が減少する。このよう に３元化合物半導体の組成に勾配を付けることによって、価電子帯内の不連続が 回避される。組成勾配を付けると、格子定数も急激でなく徐々に変化するので、 格子不一致（ミスマッチ）に起因する転位が空間的に分散する。 このパラグラフおよび直前のパラグラフで説明したタイプの低温成長の原型オ ーミックコンタクトは、抵抗が比較的低く、最大連続電流密度が１２５０Ａ／cm2 に達した。図１０に概略的に示したオーミックコンタクト層の第２の実施態様 としてオーミックコンタクト層１０４’を図１２に示す。図示したように、オー ミックコンタクト層１０４’はｐ型ＺｎＴｅ（すなわちＺｎおよびＴｅを含む第 １の化合物半導体）の層をｐ型ＺｎＳｅ（すなわちデバイス層１０２の化合物半 導体（図１０）を含む第２の化合物半導体）の層の間に備えている。オーミック コンタクト層１０４’は、ＺｎＳｅデバイス層（図１２には示していない）から の距離の増加に伴ってＺｎＴｅ層の密度を増加させることによって、実効的に組 成勾配を付けてある。すなわち、ＺｎＴｅ層がＺｎＳｅ層間に存在する空間的な 頻度が、デバイス層からのコンタクト層の距離の増加に伴って増加 する。他の態様（図示せず）においては、ＺｎＴｅ層とＺｎＳｅ層とを交互に配 した１０４’のようなオーミックコンタクト層の化合物半導体に組成勾配を付け る方法として、デバイス層からのＺｎＴｅ層の距離が増加するにの伴ってＺｎＴ ｅ層の厚さを増加させてもよいし、デバイス層からのＺｎＳｅ層の距離が増加す るのに伴ってＺｎＴｅ層にドープする正味アクセプタ濃度を増加させてもよいし 、これら両方を実行してもよい。コンタクト層１０４’の成長中にこの層に組成 勾配を付けるために調整できる他の変化要因としては、ＺｎＴｅ層の個数、１層 毎のＺｎＴｅによる被覆率、ＺｎＴｅ層間の間隔、およびドープ形式と密度があ る。ＺｎＴｅ層は全部または一部の層が単原子層であってもよく、原子層エピタ キシャル成長（ＡＬＥ）またはＭＥＥのような交番ビームエピタキシャル成長法 によって成長させる。交番ビームエピタキシャル成長法を用いると、前記のよう に連続的に組成勾配を付けたコンタクト層１０４に比べて、コンタクト層１０４ ’の組成勾配の大きさと厚さとを良好に制御し易い。 オーミックコンタクト層１０４’の一つの原型（図示せず）は、ＺｎＴｅ層を １５層とＮでデルタドープした３層とを備えている。最初の１２層のＺｎＴｅ層 は２層のＺｎＳｅ単原子層によって互いに分離されていて、上部の３層のＺｎＴ ｅ層は１層のＺｎＳｅ単原子層によって分離されている。各ＺｎＴｅ層は平均厚 さが約0.5単原子層であると予測される。ＺｎＴｅの第１層、第７層および最上 層はＮでドープした。この原型デバイスは最大連続電流密度が約１２５０Ａ／cm2 であった。この原型オーミックコンタクト層１０４’の実測Ｉ−Ｖ（電流−電 圧）特性を図１３に示す。ＺｎＴｅ層中の正味アクセプタ密度の増加による付加 的な電荷によって、正孔の流入に対するバリアの幅が減少する。ＺｎＴｅの価電 子帯から生じる 状態によって、トンネリングのためのチャネルが増加し、トンネル電流も増加す る。更に、ｐ型ＺｎＳｅＴｅの仕事関数はＺｎＴｅ濃度の増加に伴い減少し、シ ョットキーバリアの高さが低くなる。 他の実施態様（図示せず）においては、組成勾配付オーミックコンタクトはｐ 型ＺｎＳデバイス層との組み合わせで用いるような形態にしてあり、組成勾配付 ＺｎＳＴｅを含んでいる。同様に、ＺｎＳＳｅ（またはＺｎＳｅ）デバイス層用 の組成勾配付オーミックコンタクト層は、ＺｎＳＳｅ（またはＺｎＳｅ）からＺ ｎＳＴｅまで組成勾配を付けることで得られる。この実施態様は、ＺｎＴｅの組 成を選択することにより、ｐ型コンタクト層の全体または一部をデバイス層と格 子マッチングすることができるという利点がある。更にもう一つの実施態様（図 示せず）は、ｐ型ＭｇＺｎＳＳｅデバイス層用の組成勾配付オーミックコンタク ト層である。この実施態様においては、オーミックコンタクト層に先ずＺｎＳＳ ｅまでの組成勾配を付け、次にＺｎＳｅＴｅまたはＺｎＳＴｅまでの組成勾配を 付ける。 本発明によるレーザダイオードは従来のレーザダイオードに対して非常に優れ た利点がある。埋め込み層用の化合物供給源から真空蒸着により堆積させた多結 晶II−VI族材料を用いたことにより、ウェハを室温より高温に敢えて加熱する必 要がない。この作製プロセスによって、ｐ型層の導電性に影響を及ぼしかねない 高温が必要でなくなる。真空蒸着した多結晶II−VI族埋め込み層は光学的品質も 優れているので、損失の少ない導波部が容易に得られる。更に、多結晶埋め込み 層は電気抵抗率が非常に高いので、リーク電流がほとんど無い。そのため、供給 された電流は実質的に全て山（リッジ）の中を流れる。原型デバイスは比較的低 い閾値電流でスペクトルの青緑部分の単一横モード動作をした。組成勾配付オー ミックコンタ クトは、従来のｐ型II−VI族半導体用オーミックコンタクトに比ベると、比較的 低い抵抗で比較的高い電流搬送能力を持つ。そのため、このオーミックコンタク ト層を用いたレーザダイオードは低い電圧で動作できるので、デバイスから放出 される熱が少なく、デバイスの信頼性が高い。このレーザダイオードは比較的構 造が単純で作製の効率が良い。 以上、望ましい実施態様を参照して本発明を説明したが、本発明の趣旨および 範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることが当業者に認識されるであ ろう。特に、周期律表のII族でもVI族でもないＭｎ等の材料を含有する以外はII −VI族材料である半導体および化合物（例えは希釈磁性半導体）は、実質上II− VI族半導体として機能し（例えばＭｎＺｎＳＳｅ）、本発明の目的についてはII −VI族半導体である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キウ，ジュン アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セントポール，ポスト オフィス ボック ス 33427（番地なし) (72)発明者 チェン，ファ アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セントポール，ポスト オフィス ボック ス 33427（番地なし) (72)発明者 デピュイド，ジェームス エム. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セントポール，ポスト オフィス ボック ス 33427（番地なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．ｐｎ接合を形成している少なくとも第１のガイド層を含む、II−VI族半導 体の複数の層、 上記ｐｎ接合内にあるII−VI族半導体の活性層、 上記II−VI族半導体の各層を支持する半導体基板、 上記II−VI族半導体の層の少なくとも一つに形成された山、 光および電流を側方から閉じ込める埋め込み山型導波部を形成している、上記 山の両側にある多結晶II−VI族半導体の埋め込み層、 上記第１のガイド層に対して上記基板とは反対側にある第１の電極、および 上記基板に対して上記山とは反対側にある第２の電極、 を含むII−VI族化合物半導体レーザダイオード。 ２．請求項１のレーザダイオードであって、 上記ガイド層が第１導電型のII−VI族の第１ガイド層を含み、かつ 上記ｐｎ接合を形成している半導体の複数の層が第２導電型のII−VI族半導体 の第２ガイド層を含むレーザダイオード。 ３．請求項２によるレーザダイオードであって、上記山が上記第２ガイド層を 貫通しているレーザダイオード。 ４．請求項２または３によるレーザダイオードであって、 上記活性層が上記第１および第２のガイド層の間にあり、かつ 上記山が上記第２ガイド層を貫通して上記活性層内にまで達しているレーザダ イオード。 ５．請求項２によるレーザダイオードであって、上記II−VI族半導体の複数の 層が、 上記基板と上記第１ガイド層との間にある上記第１導電型のII−VI族半導体の 第１クラッド層、および 上記第２ガイド層と上記第２電極との間にある上記第２導電型のII−VI族半導 体の第２クラッド層、 を更に含むレーザダイオード。 ６．請求項５によるレーザダイオードであって、 上記第１および第２のクラッド層がＭｇＺｎＳＳｅおよびＭｎＺｎＳＳｅのう ちの少なくとも１種を含み、かつ 上記第１および第２のガイド層がＺｎＳＳｅを含む、 レーザダイオード。 ７．請求項１によるレーザダイオードであって、上記II−VI族半導体の複数の 層が、 上記基板と上記第１ガイド層との間にある第１導電型のII−VI族半導体の第１ クラッド層、および 上記第１ガイド層と上記第２電極との間にある第２導電型のII−VI族半導体の 第２クラッド層、 を更に含むレーザダイオード。 ８．請求項１から７までのいずれか１項によるレーザダイオードであって、上 記埋め込み層が多結晶ＺｎＳｅまたは多結晶ＺｎＳのうちの少なくとも１種を含 むレーザダイオード。 ９．自己整合した埋め込み山型導波部を備えたII−VI族化合物半導体レーザダ イオードを作製する方法であって、 第１導電型の半導体基板を準備する工程、 上記基板上にII−VI族半導体の複数のエピタキシャル層を交互に成長させてｐ ｎ接合を形成する工程であって、第１ガイド層を成長させる操作と、上記ｐｎ接 合に隣接する活性層を成長させる操作とを含む工程、 上記半導体の各層のうち少なくとも１層を部分的にエッチングして山を形成す る工程、 多結晶II−VI族半導体埋め込み層を堆積させて上記山を埋め込む工程、 上記埋め込み層をエッチングして上記山の頂上表面を露出させる工程、および 上記山の上および上記基板の下に各々電極を堆積させる工程、 を含む方法。 １０．請求項９によるレーザダイオード作製方法であって、 上記第１ガイド層を成長させる工程が、上記第１導電型の第１ガイド層を成長 させる操作を含み、かつ II−VI族半導体の複数のエピタキシャル層を成長させる工程が、第２導電型の 第２ガイド層を成長させる操作を含む、 レーザダイオード作製方法。 １１．請求項１０によるレーザダイオード作製方法であって、 II−VI族半導体の複数のエピタキシャル層を成長させる工程が、上記基板と上 記第１ガイド層との間に上記第１導電型の第１クラッド層を成長させる操作と、 上記第２ガイド層と上記第２電極との間に第２導電型の第２クラッド層を成長さ せる操作とを含み、かつ 上記半導体の各層を部分的にエッチングする工程が、少なくとも上記第２クラ ッド層を部分的にエッチングして上記山を形成する操作を含む、 レーザダイオード作製方法。 １２．請求項９によるレーザダイオード作製方法であって、 II−VI族半導体の複数のエピタキシャル層を成長させる工程が、上記基板と上 記第１ガイド層との間に第１導電型の第１クラッド層を成長させる操作と、上記 第１ガイド層と上記第２電極との間に第２導電型の第２クラッド層を成長させる 操作とを含み、かつ 上記半導体の各層を部分的にエッチングする工程が、少なくとも 上記第２クラッド層を部分的にエッチングして上記山を形成する操作を含む、 レーザダイオード作製方法。 １３．請求項９から１２までのいずれか１項によるレーザダイオード作製方法 であって、上記埋め込み層を堆積させる工程が、上記多結晶II−VI族半導体層を 真空蒸着により堆積させる操作を含む、レーザダイオード作製方法。 １４．請求項９から１３までのいずれか１項によるレーザダイオード作製方法 であって、上記各層をエッチングして上記山を形成する工程が、Ｘｅ+によるイ オンエッチングを含む、レーザダイオード作製方法。
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