JPH0851251A

JPH0851251A - 光半導体装置

Info

Publication number: JPH0851251A
Application number: JP20424594A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsumoto; 理松元; Shigetaka Tomitani; 茂隆冨谷; Kazushi Nakano; 一志中野; Masaharu Nagai; 政春長井; Satoru Ito; 哲伊藤; Akira Ishibashi; 晃石橋; Etsuo Morita; 悦男森田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、活性層およびガイド層またはその
周辺層の結晶性を高めて、発振性能の向上を図る。【構成】 III-V 族化合物半導体からなる半導体基体11
上に複数のII-VI 族化合物半導体層12を形成した光半導
体装置1 であって、II-VI 族化合物半導体層12のうちの
ｎ形伝導のクラッド層22中、またはそのクラッド層22と
ガイド層24との間に、II-VI 族化合物半導体で形成した
超格子23を少なくとも一組以上設けたものである。ま
た、半導体基体11とII-VI 族化合物半導体層12との間に
超格子（図示せず）を少なくとも一組以上設けたもので
ある。もしくは、ガイド層24と活性層25との間またはガ
イド層24中にII-VI 族化合物半導体で形成した超格子
（図示せず）が少なくとも一組以上設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子，受光素子等
に用いる光半導体装置に関し、特にはII-VI族化合物半
導体からなる光半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年II-VI 族化合物半導体は、発光ダイ
オード，半導体レーザ発振器などの発光素子を構成する
材料として用いられている。これらは、（１００）面半
導体基板上に非平衡状態の成長条件、例えば分子線エピ
タキシー法（ＭＢＥ）あるいは有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ）でII-VI 族半導体をエピタキシャル成長させ
ることによって形成する。

【０００３】高密度光記録やディスプレイ用光源の応用
のために短波長用光源（主に青色光源）としては、亜鉛
セレン（ＺｎＳｅ），亜鉛カドミウムセレン（ＺｎＣｄ
Ｓｅ）等のII-VI 族化合物半導体を分子線エピタキシャ
ル成長法（以下ＭＢＥ法と記す）によって結晶成長させ
て積層した光半導体装置がある。その光半導体装置は、
室温での連続発振を達成している。

【０００４】そして上記光半導体装置を構成する基体に
は、III-V 族化合物半導体〔主にガリウムヒ素（ＧａＡ
ｓ），その他としてガリウムリン（ＧａＰ），インジウ
ムリン（ＩｎＰ）等〕が広く用いられている。また上記
基体上にはにエピタキシャル成長層が形成される。その
際、基体とエピタキシャル成長層との界面には、双晶や
積層欠陥等の面状欠陥が発生する。そこでこの面状欠陥
の成長を抑えるために、結晶成長前の基板前処理の改良
あるいはエピタキシャル結晶成長初期の成長方法の改良
などの試みがなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
半導体装置の発振寿命は、現在数秒程度しかなく、実用
レベルに達していない。その原因の一つには、光を放出
する活性層、ガイド層およびクラッド層の結晶性が十分
でないことがある。そのため、活性層の劣化が原因とな
って光発振しなくなることがある。通常、エピタキシャ
ル成長させたII-VI 族化合物半導体層中には、ＴＥＭ観
察などから、１０⁶〜１０⁷ｃｍ^-2程度の欠陥が存在す
ることが知られている。また基体とエピタキシャル成長
層であるII-VI 族化合物半導体層との界面には、面状欠
陥である双晶あるいは積層欠陥が発生し易い。そして欠
陥を含んだエピタキシャル成長層上にガイド層や活性層
を形成すると、欠陥を引き継いた状態で結晶成長するた
め、良質な結晶が得られない。このような欠陥が活性層
中に存在すると、レーザ発振動作中に、結晶中の過剰な
キャリアの再結合プロセスにより、その欠陥が動いたり
増殖したりする。そして結晶性が著しい速さで悪化し、
光半導体装置の発振特性が劣化させる。

【０００６】また、上記欠陥は、成長結晶の光学的特性
に対して深い準位からの発光や非発光中心などを発生さ
せる。さらに不純物の補償など電気的特性に悪影響を与
える。このため、光半導体装置の発光特性が低下する。

【０００７】さらにII-VI 族光半導体装置の活性層には
ＺｎＣｄＳｅ単一量子井戸を用いている。この層はガリ
ウムヒ素（ＧａＡｓ）基板に対して格子不整があり、圧
縮応力がこの活性層に加わる。この応力は活性層に不整
転位が存在した時に、通電時の欠陥の増殖を促進する要
因となっている。このように、活性層中における多数の
欠陥の存在によって、またその転位の運動を促進するよ
うな構造になっていることがあいまって、今までは短寿
命の光半導体装置しか得られなかった。

【０００８】本発明は、結晶中に発生した面欠陥の影響
を排除し、活性層およびその周辺層が結晶性に優れてい
る光半導体装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた光半導体装置である。すなわち、
III-V 族化合物半導体からなる半導体基体上に形成した
複数のII-VI 族化合物半導体層からなる光半導体装置で
あって、II-VI 族化合物半導体層のうちのガイド層とク
ラッド層との間またはクラッド層中に、亜鉛（Ｚｎ），
カドミウム（Ｃｄ）およびマグネシウム（Ｍｇ）のうち
の少なくとも１種類とセレン（Ｓｅ），硫黄（Ｓ）およ
びテルル（Ｔｅ）のうちの少なくとも１種類とからなる
II-VI 族化合物半導体で形成した超格子を少なくとも一
組以上設けたものである。

【００１０】さらに半導体基体とクラッド層との間に、
バッファー層が設けられているものである。

【００１１】ガイド層と活性層との間またはガイド層中
に、Ｚｎ，ＣｄおよびＭｇのうちの少なくとも１種類と
Ｓｅ，ＳおよびＴｅのうちの少なくとも１種類とからな
るII-VI 族化合物半導体で形成した超格子が少なくとも
一組以上設けられているものである。

【００１２】III-V 族化合物半導体からなる半導体基体
上に形成した複数のII-VI 族化合物半導体層からなる光
半導体装置であって、半導体基体とII-VI 族化合物半導
体層との間に亜鉛セレン（ＺｎＳｅ）と亜鉛硫黄セレン
（ＺｎＳＳｅ）とからなる超格子が少なくとも一組以上
設けられているものである。

【００１３】上記超格子は、半導体基体の格子定数より
も大きい格子定数を有する第１層とその半導体基体の格
子定数よりも小さい格子定数を有する第２層とで一組を
なすものが、少なくとも一組以上で構成されている。ま
たこの超格子は、その平均格子不整量が±０．７％以内
である。

【００１４】III-V 族化合物半導体からなる半導体基体
上に形成した複数のII-VI 族化合物半導体層からなる光
半導体装置であって、II-VI 族化合物半導体層のうちの
クラッド層とガイド層との間またはクラッド層中には第
１超格子が設けられている。この第１超格子は、Ｚｎ，
ＣｄおよびＭｇのうちの少なくとも１種類とＳｅ，Ｓお
よびＴｅのうちの少なくとも１種類とからなるII-VI 族
化合物半導体で形成した少なくとも一組以上の超格子で
形成されていて、しかも歪み超格子からなる。さらに第
１超格子とII-VI 族化合物半導体層のうちの活性層との
間には第２超格子が設けられているものである。

【００１５】上記第１超格子は、ＺｎＳｅ化合物半導体
層とＺｎＳＳｅ化合物半導体層とからなり、上記第２超
格子は、亜鉛マグネシウム硫黄セレン（ＺｎＭｇＳＳ
ｅ）化合物半導体層とＺｎＳＳｅ化合物半導体層とから
なる。

【００１６】

【作用】上記光半導体装置では、III-V 族化合物半導体
の半導体基体上に形成した複数層のII-VI 族化合物半導
体層のうちのクラッド層とガイド層との間またはクラッ
ド層中に、II-VI 族化合物半導体で形成した超格子を少
なくとも一組以上設けたことから、半導体基体とII-VI
族化合物半導体層との界面に発生していた積層欠陥，転
位等の欠陥が超格子の界面において抑えられる。さらに
超格子自体の歪みを井戸，障壁の各１層ずつで相殺した
場合、超格子自体に欠陥が発生しない。そのため、超格
子上のII-VI 族化合物半導体層の結晶性は高いものにな
る。

【００１７】上記半導体基体とクラッド層との間にバッ
ファー層が設けられているものでは、バッファー層によ
ってII-VI 族化合物半導体層を成長させた際の結晶性が
向上する。

【００１８】ガイド層と活性層との間またはガイド層中
にII-VI 族化合物半導体の超格子が少なくとも一組以上
設けられている構造では、超格子上のII-VI 族化合物半
導体層の結晶性が向上する。特には光半導体装置におけ
る半導体基体側の活性層界面に上記超格子を形成するこ
とから、活性層の結晶性が向上し、上記半導体基体と成
長層との界面から発生する積層欠陥が抑えられて、活性
層に導入されなくなる。そのため、光半導体装置の発光
特性が高まる。

【００１９】III-V 族化合物半導体の半導体基体とII-V
I 族化合物半導体層との間に超格子を設けた構造のもの
では、上記同様にして、超格子によって半導体基体とII
-VI族化合物半導体層との界面に発生する欠陥が抑えら
れる。

【００２０】上記超格子は、格子定数が半導体基体より
も大きい第１層と小さい第２層とが少なくとも一組以上
設けられているものであることから、井戸層と障壁層に
加わる応力の符号が異なる。そのため、超格子の各層
で、同一の転位が動こうとする向きが正反対になる。こ
のように、短い部分ごとに反対向きの応力がかかってい
る状況では、結果的に転位が動き難くなる。また超格子
の平均格子不整量を±０．７％以内としたことから、超
格子の１層ごとに加わる圧縮応力が大きくなり過ぎるこ
とによる欠陥の増殖がなくなる。

【００２１】II-VI 族化合物半導体層のうちのクラッド
層とガイド層との間またはそのクラッド層中に、II-VI
族化合物半導体からなる一組以上の超格子で構成される
もので歪み超格子からなる第１超格子が設けられている
ことから、III-V 族化合物半導体の半導体基体とII-VI
族化合物半導体層との界面で発生した面欠陥である双晶
や積層欠陥は阻止しやすい線欠陥や転位に分解される。
さらに第１超格子とII-VI 族化合物半導体層のうちの活
性層との間に第２超格子を設けたことから、第１超格子
で分解されて得られた線欠陥や転位は、第２超格子に沿
って延びる。そのため、線欠陥や転位は第２超格子の上
層に侵入することが阻止される。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図１の概略構成断面図によ
って説明する。図では、光半導体装置の一例として、青
色発光素子である半導体レーザ装置１を示す。

【００２３】図に示すように、半導体レーザ装置１で
は、III-V 族化合物半導体からなる半導体基体１１とし
てｎ形のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基体を用いる。この
半導体基板１１上には、II-VI 族化合物半導体層１２が
形成されている。

【００２４】上記II-VI 族化合物半導体層１２は、以下
のうように構成されている。上記半導体基体１１上に
は、塩素をドーピングした亜鉛セレン（ＺｎＳｅ：Ｃ
ｌ）を成長させたバッファー層２１が例えばおよそ２０
ｎｍの厚さに形成されている。

【００２５】さらに上記バッファー層２１上には、塩素
をドーピングした亜鉛マグネシウム硫黄セレン（ＺｎＭ
ｇＳＳｅ：Ｃｌ）を成長させたクラッド層２２が形成さ
れている。このクラッド層２２は、塩素がドーピングさ
れているため、ｎ形伝導を得ている。そして、例えばお
よそ１μｍの膜厚に形成されている。

【００２６】そして上記クラッド層２２上には、亜鉛
（Ｚｎ），カドミウム（Ｃｄ）およびマグネシウム（Ｍ
ｇ）のうちの少なくとも１種類とセレン（Ｓｅ），硫黄
（Ｓ）およびテルル（Ｔｅ）のうちの少なくとも１種類
とからなるII-VI 族化合物半導体で形成した超格子２３
が少なくとも一組以上設けられている。上記超格子２３
は、例えば塩素をドーピングした亜鉛セレン（ＺｎＳ
ｅ：Ｃｌ）薄膜４１と塩素をドーピングした亜鉛硫黄セ
レン（ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ）薄膜４２とからなる。そして
一組の超格子２３において、ＺｎＳｅ：Ｃｌ薄膜４１は
ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ薄膜４２よりも半導体基体１１側に形
成されていてもよく、逆にＺｎＳＳｅ：Ｃｌ薄膜４２は
ＺｎＳｅ：Ｃｌ薄膜４１よりも半導体基体１１側に形成
されていてもよい。また上記超格子２３は、二塩化亜鉛
（ＺｎＣｌ₂）を用いた塩素ドーピングによって、ｎ形
伝導を得ている。このため、超格子２３を挟むことによ
る電圧降下は防げる。

【００２７】上記超格子２３上には、塩素をドーピング
した亜鉛硫黄セレン（ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ）からなるガイ
ド層２４（膜厚は例えばおよそ９０ｎｍ）が形成されて
いる。このガイド層２４は、塩素がドーピングされてい
るため、ｎ形伝導を得ている。さらに上記ガイド層２４
上には、ドーピングをしていない亜鉛カドミウムセレン
（ＺｎＣｄＳｅ）からなる活性層２５（膜厚は例えばお
よそ８ｎｍ）、窒素をドーピングした亜鉛硫黄セレン
（ＺｎＳＳｅ：Ｎ）からなるガイド層２６（膜厚は例え
ばおよそ９０ｎｍ）が順に形成されている。

【００２８】そして上記ガイド層２６上には、窒素をド
ーピングした亜鉛マグネシウム硫黄セレン（ＺｎＭｇＳ
Ｓｅ：Ｎ）からなるクラッド層２７（膜厚は例えばおよ
そ０．８μｍ）、ＺｎＳＳｅ：Ｎからなるキャップ層２
８（膜厚は例えばおよそ０．３μｍ）、窒素をドーピン
グした亜鉛セレン（ＺｎＳｅ：Ｎ）からなるキャップ層
２９（膜厚は例えばおよそ０．１μｍ）、窒素をドーピ
ングした亜鉛セレン（ＺｎＳｅ：Ｎ）薄膜と窒素をドー
ピングした亜鉛テルル（ＺｎＴｅ：Ｎ）薄膜とからなる
超格子３０、ＺｎＴｅ：Ｎからなるキャップ層３１（膜
厚は例えばおよそ０．１μｍ）が形成されている。上記
超格子３０は、キャップ層２９，３１と後述する電極３
２との電気的接合を良くするために設けられている。

【００２９】そして、上記キャップ層３１上にはパラジ
ウム／白金／金（Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ）からなる電極３２
が形成されている。

【００３０】上記超格子２３は、ＺｎＭｇＳＳｅ：Ｃｌ
のクラッド層２２中にに設けることも可能である。この
構造では、超格子２３はガイド層２４に近い位置に設け
られることが望ましい。

【００３１】上記ＺｎＳＳｅのガイド層２４，２６およ
びキャップ層２８は、上記半導体基体１１に格子整合さ
せるため、硫黄（Ｓ）の組成比はおよそ７％に制御され
ている。またＺｎＭｇＳＳｅの各クラッド層２２，２７
も上記半導体基体１１に格子整合するようにマグネシウ
ム（Ｍｇ）および硫黄（Ｓ）の組成比が決められてい
る。例えば、エネルギーギャップの大きさを２．９５ｅ
ＶにしてＧａＡｓの半導体基体１１に格子整合させる場
合には、Ｍｇの組成比は例えばおよそ１０％〜２０％、
Ｓの組成比は例えばおよそ１５％〜３０％に設定する。
また活性層２５のカドミウム（Ｃｄ）の組成比は、発振
波長に対応して決定される。

【００３２】次に上記超格子２３の膜厚について説明す
る。超格子２３の膜厚は、各井戸，障壁の大きさが半導
体基体１１との格子不整によって生じる臨界膜厚以内で
あることと、超格子２３の総膜厚も臨界膜厚以内である
ことが必要である。一例として、ＺｎＳｅ：Ｃｌ薄膜４
１とＺｎＳＳｅ：Ｃｌ薄膜４２とからなる超格子２３で
は、硫黄（Ｓ）の組成比を７％にすることによってＺｎ
ＳＳｅ：Ｃｌ薄膜４２（障壁）は半導体基体１１に格子
整合する。このため、ＺｎＳｅ：Ｃｌ薄膜４１（井戸）
の総膜厚が臨界膜厚（およそ１５０ｎｍ）以内になるよ
うにすればよい。例えば、各ＺｎＳｅ：Ｃｌ薄膜４１の
各膜厚を４ｎｍとすると、およそ３７層まで井戸を形成
することが可能である。

【００３３】上記説明したように、上記光半導体装置１
では、III-V 族化合物半導体の半導体基体１１上に形成
した複数層のII-VI 族化合物半導体層１２のうちのクラ
ッド層２２中、またはクラッド層２２とガイド層２４と
の間に、II-VI 族化合物半導体で形成した超格子２３を
少なくとも一組以上設けたことから、半導体基体１１と
II-VI 族化合物半導体層１２との界面に発生していた積
層欠陥，転位等の欠陥が超格子２３によって抑えられ
る。そのため、ガイド層２４または活性層２５の結晶性
を高めることが可能になる。また、超格子２３の量子井
戸の効果を利用することによって、実効的な価電子帯の
準位が上がる。そのため、正孔の閉じ込めが高められ
る。

【００３４】また、上記半導体基体１１と超格子２３と
の間に、バッファー層２１が形成されていることから、
バッファー層２１によってクラッド層２２以降のII-VI
族化合物半導体層１２を成長させた際の結晶性が高くな
る。

【００３５】また、図示はしないが、超格子２３をＺｎ
ＣｄＳｅ薄膜とＺｎＳＳｅ薄膜とから形成したもので
は、Ｃｄ，Ｓの組成比を適宜選択することで格子の不整
合を相殺できる。そして、超格子の各層の膜厚を臨界膜
厚以内に成長させれば、超格子２３の総膜厚に関して臨
界膜厚を考慮する必要はない。

【００３６】次に上記半導体装置のII-VI 族化合物半導
体層中のガイド層と活性層との間またはガイド層中に超
格子を設けた構造を、図２の要部概略断面図によって説
明する。図２に（１）に示すように、光半導体装置１の
ｎ形ガイド層２４と活性層２５との間に、Ｚｎ，Ｃｄお
よびＭｇのうちの少なくとも１種類とＳｅ，ＳおよびＴ
ｅのうちの少なくとも１種類とからなるII-VI 族化合物
半導体で形成した超格子５１が少なくとも一組以上設け
られている。または、図２の（２）に示すように、光半
導体装置１のｎ形ガイド層２４中に、上記同様の構成の
超格子５１が少なくとも一組以上設けられている。

【００３７】上記超格子５１は、例えば、塩素をドーピ
ングした亜鉛セレン（ＺｎＳｅ：Ｃｌ）薄膜５２と塩素
をドーピングした亜鉛硫黄セレン（ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ）
薄膜５３とからなる。そして一組の超格子５１におい
て、ＺｎＳｅ：Ｃｌ薄膜５２がＺｎＳＳｅ：Ｃｌ薄膜５
３よりも半導体基体１１側に形成されていてもよく、逆
にＺｎＳＳｅ：Ｃｌ薄膜５３がＺｎＳｅ：Ｃｌ薄膜５２
よりもガイド層２４側（半導体基体側）に形成されてい
てもよい。

【００３８】上記構成では、ガイド層２４と活性層２５
との間またはガイド層２４中に、超格子５１が設けられ
ていることから、超格子５１より半導体基体１１側で発
生した積層欠陥，転位等の欠陥が、この超格子５１によ
って抑えられる。そのため、活性層２５の結晶性は高い
ものになる。

【００３９】上記図１，図２で説明したような光半導体
装置１では、半導体基体１１にＧａＡｓを用いており、
さらにII-VI 族化合物半導体層１２と半導体基体１１と
の格子の不整合によって、高濃度の欠陥をII-VI 族化合
物半導体層１２内に発生し易い。そのため、欠陥を低密
度に抑える構造が必要になる。

【００４０】その構造を図３の低欠陥密度構造の概略構
成断面図によって説明する。図に示すように、ｎ形のガ
リウムヒ素（ＧａＡｓ）からなる半導体基体１１上に
は、塩素をドーピングした亜鉛セレン（ＺｎＳｅ：Ｃ
ｌ）薄膜と塩素をドーピングした亜鉛硫黄セレン（Ｚｎ
ＳＳｅ：Ｃｌ）薄膜とからなる超格子６１が設けられて
いる。そしてその上には、II-VI 族化合物半導体層とし
て塩素をドーピングした亜鉛硫黄セレン（ＺｎＳＳｅ：
Ｃｌ）層６２がおよそ１５０ｎｍの膜厚に形成されてい
る。

【００４１】このように、半導体基体１１とＺｎＳＳ
ｅ：Ｃｌ層６２との間に超格子６１を挟むことによっ
て、ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ層６２の結晶性が向上する。

【００４２】次に、超格子６１を形成した構造の試料と
超格子を形成しない構造の試料とをフォトルミネッセン
ススペクトルによって比較してみたところ、超格子６１
の有無にかかわらずエネルギーが２．８５ｅＶ付近にＺ
ｎＳＳｅ：Ｃｌ層６２からの中性ドナーに束縛された励
起子からであると考察される発光が強くみられた。その
強度は、超格子６１が有るものは、およそ１３３．２ｍ
Ｖであり、超格子が無いものは、およそ５２．１５ｍＶ
であった。このように、超格子６１を設けたものは、超
格子がないものよりも光強度がおよそ２．６倍になっ
た。

【００４３】上記説明した実施例では、一例として半導
体レーザ装置を説明したが、それに限定されることはな
い。III-V 族化合物半導体からなる半導体基体１１とII
-VI 族化合物半導体層１２との間に、亜鉛セレン（Ｚｎ
Ｓｅ）薄膜と亜鉛硫黄セレン（ＺｎＳＳｅ）薄膜とから
なる一組以上の超格子６１を設ける構造は、例えば、ナ
ローギャップ系〔水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴ
ｅ）系〕の赤外線受光素子、高抵抗亜鉛セレン（ＺｎＳ
ｅ）を絶縁体として用いたＭＥＳＦＥＴ等に適用するこ
とが可能である。

【００４４】また半導体基体１１として用いているIII-
V 族化合物半導体としては、上記説明したガリウムヒ素
（ＧａＡｓ）以外に、例えば亜鉛硫黄（ＺｎＳ）に格子
定数が近いガリウムリン（ＧａＰ）、亜鉛セレン（Ｚｎ
Ｓｅ）に格子定数が近いアルミニウムヒ素（ＡｌＡ
ｓ）、カドミウムセレン（ＣｄＳｅ）に格子定数が近い
インジウムヒ素（ＩｎＡｓ），ガリウムアンチモン（Ｇ
ａＳｂ）等、およびそれらの混晶を用いたものでも、上
記超格子２３を形成するとによって同様にII-VI 族化合
物半導体層１２の結晶性が高められる。

【００４５】上記図１〜図３で説明した超格子２３，５
１，６１は以下のような構成を取ることが可能である。
まず、量子井戸の各層の格子不整合の量から（１）式の
様な平均格子不整量を定義する。

【００４６】

【数１】

【００４７】上記平均格子不整量は±０．７％以下に設
定する。例えば、第１層が４ｎｍ厚のＺｎＣｄＳｅ薄膜
で歪み量が＋２％、第２層が１０ｎｍ厚のＺｎＳＳｅ薄
膜で歪み量が−０．６％、第３層が４ｎｍ厚のＺｎＣｄ
Ｓｅ薄膜で歪み量が＋２％、第４層が１０ｎｍ厚のＺｎ
ＳＳｅ薄膜で歪み量が−０．６％、第５層が４ｎｍ厚の
ＺｎＣｄＳｅ薄膜で歪み量が＋２％で構成される超格子
の場合には、（１）式から平均格子不整量は、（２）式
のようになる。

【００４８】

【数２】

【００４９】上記のような構造にするのは以下のような
理由からである。つまり、II-VI 族化合物半導体からな
るエピタキシャル層には１０⁶〜１０⁷ｃｍ^-2程度の欠
陥が存在することがＴＥＭ観察などからわかっている。

【００５０】この欠陥はエピタキシャル層の格子不整に
よるミスフィット転位やエピタキシャル層と基板との界
面の乱れに起因して形成される積層欠陥であると考えら
れる。このような欠陥がレーザ発振動作中の活性層中で
動いたり、増殖したりすることによって、結晶性が著し
い速さで悪化し、ひいてはレーザ特性の劣化を招くこと
になる。そして、結晶中に存在する過剰なキャリアの再
結合プロセスによって、欠陥の動きや増殖は促進され
る。

【００５１】上記欠陥（例えば転位）の増殖過程で起こ
っている転位の運動は、一般的に２種類あるといわれて
いる。つまり一つは応力による滑り運動であり、一つは
点欠陥の吸収放出にともなう上昇運動である。いま応力
が直接に推進力となっている滑り運動に着目する。

【００５２】ここで、量子井戸中の転位の概念図を図４
によって説明する。図の（１）は単一歪み量子井戸中の
転位の概念図を示し、図の（２）は歪み補償型多重量子
井戸中の転位の概念図を示す。

【００５３】図４の（１）に示すように、単一歪み井戸
層２０１に転位Ｔが貫いている場合には、単一歪み井戸
層２０１に面内応力τ（τ＞０）が加わっている。この
応力τにより転位Ｔの歪み層内の部分は動き易い状態に
なる。

【００５４】一方、図４の（２）に示すように、超格子
７１は、半導体基体（図示省略）の格子定数よりも大き
い格子定数を有する第１層７２とこの半導体基体の格子
定数よりも小さい格子定数を有する第２層７３とで一組
をなすものが、少なくとも一組以上設けられているもの
である。

【００５５】上記構成の超格子７１では、井戸層（例え
ば第１層７２）に加わる応力τ（例えばτ＞０）と障壁
層（例えば第２層７３）に加わる応力τ（例えばτ＜
０）の符号が異なるため、同一の転位Ｔが各層で動こう
とする向きが正反対になっている。このように転位Ｔの
隣り合う短い部分ごとに反対向きの応力τがかかってい
る状況では、結果的に転位Ｔは動き難くなる。

【００５６】上記構造を採用することにより、従来より
１桁から３桁近くの寿命の向上が認められた。

【００５７】次に、歪み量子井戸の領域に転位が侵入し
ようとした場合を考える。上記説明したような理由で転
位は素直に界面を通り抜けて運動できないため、転位は
曲げられる。これは、いわゆる超格子のフィルター効果
と呼ばれている。この効果を利用して、活性層の周りに
歪み超格子を設けておけば、活性層に到達する転位等の
欠陥の密度を低減することができ、活性層の結晶性の向
上に有効となる。

【００５８】次に上記歪み超格子の形成位置を図５の光
半導体装置の概略断面図を例にして説明する。図では、
前記図１で説明したのと同様の構成部品には同一符号を
付す。

【００５９】図に示すように、超格子の形成位置は、バ
ッファー層とクラッド層との間、クラッド層とガイド層
との間、バッファー層とコンタクト層との間等が考えら
れる。例えば、バッファー層２１とｎ形クラッド層２２
との境界領域には、ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜とＺｎＳＳｅ薄
膜とからなる超格子７４ａを設ける。ｎ形クラッド層２
２とｎ形ガイド層２４との境界領域には、ＺｎＳＳｅ薄
膜とＺｎＳｅ薄膜とからなる超格子７４ｂを設ける。ガ
イド層２６とクラッド層２７との境界領域には、ＺｎＳ
Ｓｅ薄膜とＺｎＳｅ薄膜とからなる超格子７４ｃを設け
る。クラッド層２７とバッファー層３３との境界領域に
は、ＺｎＭｇＳＳｅ薄膜とＺｎＳＳｅ薄膜とからなる超
格子７４ｄを設ける。さらにバッファー層３３とコンタ
クト層３４との境界領域には、ＺｎＳＳｅ薄膜とＺｎＳ
ｅ薄膜とからなる超格子７４ｅを設ける。

【００６０】上記図４によって説明したように歪み超格
子を構成して、図５によって説明した位置に歪み超格子
を形成することによって、寿命の向上が顕著に現れる。

【００６１】次に二つの超格子を用いて欠陥を逸らす構
造を、図６の概略斜視断面図および図７に示す図６の要
部拡大断面図によって説明する。図では、前記図１に示
したのと同様の構成部品には同一符号を付す。

【００６２】図に示すように、（００１）結晶面による
化合物半導体からなる半導体基体１１の（００１）結晶
面による主面上には、Ｚｎ，ＭｇおよびＣｄのII族元素
のうちの少なくとも１種と、Ｓｅ，ＳおよびＴｅのVI族
元素のうちの少なくとも１種とからなるII-VI 族化合物
半導体からなるバッファー層２１が形成されている。こ
のバッファー層２１は、例えばＭＢＥ（分子線エピタキ
シー）法あるいはＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法に
よるエピタキシャル成長によって形成される。そしてバ
ッファー層２１上には、第１超格子としての欠陥分解層
８１、II-VI 族化合物半導体からなる中間層８２および
第２超格子としての欠陥阻止層８３が順に積層されてい
る。そしてそれらの上部には、無欠陥エピタキシャル成
長層からなる素子動作層８４が構成されている。

【００６３】次に上記欠陥分解層８１および欠陥阻止層
８３を、図７の拡大概略断面図によって説明する。欠陥
分解層８１および欠陥阻止層８３は、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃｄ
のII族元素のうちの少なくとも１種と、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ
のVI族元素のうちの少なくとも１種とからなるエピタキ
シャル成長化合物半導体の異なる組成からなる複数種の
ヘテロ接合（多重量子井戸構造）によって構成されてい
る。

【００６４】図７の（１）に示すように、欠陥分解層８
１は、例えば、それぞれ厚さ１ｎｍずつのＺｎＳｅ層８
１ａとＺｎＳＳｅ層８１ｂとを一組とする超格子が５層
積層された状態に構成されている。

【００６５】また図７の（２）に示すように、欠陥阻止
層８３は、例えば、それぞれ厚さ１ｎｍずつのＺｎＭｇ
ＳＳｅ層８３ａとＺｎＳＳｅ層８３ｂとを一組とする超
格子が５層積層された状態に構成されている。

【００６６】また上記図６において、中間層８２を構成
しない場合も可能である。この場合、欠陥分解層８１と
欠陥阻止層８３とは、それぞれの構成が同じであって
も、異なっていても差し支えない。

【００６７】次に欠陥分解層８１と欠陥阻止層８３の作
用を図８によって説明する。図では、見やすくするため
に断面のハッチングは省略した。図に示すように、化合
物半導体からなる半導体基板（図示省略）の（００１）
面上に、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法によって、II-V
I 族化合物半導体層をエピタキシャル成長する場合、そ
のII-VI 族化合物半導体層（バッファー層２１）内に半
導体基体とバッファー層２１との界面を起源とする面状
欠陥である積層欠陥や双晶が発生することが明らかにな
っている。

【００６８】双晶の発生は結晶成長前の半導体基体の前
処理法を工夫するとによって、完全に抑えることができ
る。

【００６９】一方、積層欠陥は、結晶成長前の半導体基
体の前処理をさらに工夫することによって、その発生密
度を低減することができる。しかし、その発生密度をゼ
ロにすることは難しい。そこで面欠陥が発生した場合
に、その影響を最小限に抑えることが重要となる。

【００７０】上記積層欠陥Ｓｆは、透過電子顕微鏡（Ｔ
ＥＭ）の解析によると、半導体基体とバッファー層２１
との界面を起源とする｛１１１｝面上に横たわり、バー
ガーズベクトルが１／３＜１１１＞タイプのフランクの
不動転位Ｄｆを伴った三角形状の積層欠陥Ｓｆであるこ
とが明らかになっている。

【００７１】この半導体基体とバッファー層２１との界
面で発生した積層欠陥Ｓｆは、欠陥分解層８１ではヘテ
ロ界面の局所的応力等によって、バーガーズベクトルが
１／２＜１１０＞タイプの完全転位Ｄｃとバーガーズベ
クトルが１／６＜２１０＞タイプのショックレーの部分
転位Ｄｓに分割される。このとき、積層欠陥Ｓｆの端の
フランクの不動転位Ｄｆは、例えば１／３〔１１１〕→
１／２〔１０１〕＋１／６〔−１２−１〕等の反応を起
こす。

【００７２】上記完全転位Ｄｃは結晶内の応力場等によ
って自由に移動することが可能である。また、上記ショ
ックレーの部分転位Ｄｓはフランクの不動転位Ｄｆと同
様に積層欠陥Ｓｆを伴っている。この場合、ショックレ
ーの部分転位Ｄｓを端とする積層欠陥Ｓｆが残っている
が、容易に｛１１１｝面内をすべり運動によって移動す
ることが可能である。

【００７３】したがって、欠陥分解層８１は、移動する
ことができないフランクの不動転位Ｄｆを結晶内の応力
場によって容易に移動することができる完全転位Ｄｃと
ショックレーの部分転位Ｄｓに分解する作用をもってい
る。これら新たに形成された欠陥は、人工超格子によっ
て阻止されやすいことが知られている。この新たに形成
された欠陥は、欠陥分解層８１の上方に侵入するが、欠
陥阻止層８３によって上方への侵入を阻止される。そし
て半導体基体の（００１）主面と平行な方向に欠陥は逃
される。

【００７４】次に欠陥分解層と欠陥阻止層とを設けた光
半導体装置を図９の概略断面図によって説明する。図で
は、前記図１で説明したのと同様の構成部品には同一符
号を付して説明する。

【００７５】図に示すように、この例では、（００１）
を主面とする例えばシリコンをドープしたｎ型の単結晶
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板を半導体基体１１とす
る。この半導体基体１１上には、エピタキシャル成長に
よって形成される塩素（Ｃｌ）をドープしたｎ型のＺｎ
ＳＳｅからなるバッファー層２１が設けられている。

【００７６】上記バッファー層２１上には、塩素（Ｃ
ｌ）をドープしたｎ形のＺｎＳＳｅ層と同様に塩素（Ｃ
ｌ）をドープしたｎ形のＺｎＳｅ層とを一組とした多重
量子井戸構造の欠陥分解層８１が設けられている。この
欠陥分解層８１の上面には、ｎ型のＺｎＳｅからなる中
間層８２を介して、塩素（Ｃｌ）をドープしたｎ形のＺ
ｎＳＳｅ層と塩素（Ｃｌ）をドープしたｎ形のＺｎＭｇ
ＳＳｅ層とを一組とした多重量子井戸構造の欠陥阻止層
８３が形成されている。さらに、この欠陥阻止層８３上
には、ｎ形のＺｎＭｇＳＳｅからなるｎ形クラッド層２
２が形成されている。このように、通常、ｎ形クラッド
層２２が形成される領域に欠陥分解層８１から欠陥阻止
層８３までの各層が形成されているので、ここでは上記
欠陥分解層８１から欠陥阻止層８３までの各層はｎ形ク
ラッド層２２中に形成されているという範囲に含まれる
ものである。

【００７７】上記ｎ形クラッド層２２上には、ｎ形のＺ
ｎＳＳｅからなるｎ形ガイド層２４、アンドープのＺｎ
ＣｄＳｅからなる活性層２５、ｐ型不純物の窒素（Ｎ）
をドープしたＺｎＳＳｅからなるガイド層２６、同様の
ｐ型の不純物がドープされたＺｎＭｇＳＳｅからなるク
ラッド層２７、ｐ型のＺｎＳＳｅからなるキャップ層２
８、ｐ形のＺｎＳｅ層とｐ形のＺｎＴｅ層とを一組とし
た多重量子井戸構造部８５およびｐ形の不純物がドープ
されたＺｎＴｅ層からなるコンタクト層８６が順に積層
されている。上記各層は、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ
法によって順次エピタキシャル成長させて形成される。

【００７８】そして、＜１００＞軸方向に沿って延びる
ストライプ状の電流通路部を中央に残してその両側を、
コンタクト層８６と多重量子井戸構造部８５を横切って
エッチングし、ここにポリイミド等の絶縁層８７を被着
する。そしてコンタクト層８６上にパラジウム（Ｐｄ）
／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなる電極８８をオーミ
ックに被着形成し、半導体基体１１の裏面にインジウム
（Ｉｎ）からなる電極８９をオーミックに被着形成す
る。

【００７９】上記光半導体装置２では、前記図８によっ
て説明したように、半導体基体１１とその直上のエピタ
キシャル成長膜であるバッファー層２１との界面で発生
した面状欠陥である積層欠陥を欠陥分解層８１において
線状欠陥である転位に分解する。さらに上方に伸びてい
く転位を欠陥阻止層８３によって、その上部に侵入する
ことを防ぐ。これによって、欠陥阻止層８３の上部に
は、積層欠陥や転位の無いエピタキシャル成長層を形成
することができる。したがって、上記構成によれば、光
半導体装置２の最も重要な活性領域中は、半導体基体１
１とエピタキシャル成長層（バッファー層２１）界面に
発生する面状欠陥である積層欠陥の影響を効果的に回避
できるようになる。

【００８０】上記欠陥分解層８１は、ｎ形クラッド層２
２とｎ形ガイド層２４との間または該ｎ形クラッド層２
２中に設けてもよい。また欠陥阻止層８３は、欠陥分解
層８１と活性層２５との間ならばどの位置に設けてもよ
い。なお、上記中間層８２は形成されなくても差し支え
はない。また上記活性層２５はダブルヘテロ（ＤＨ）構
造を取ることも可能である。さらに上記欠陥分解層８１
と欠陥阻止層８３とを設ける構造は、一般的な活性層を
有する半導体装置に適用することが可能である。

【００８１】次に上記光半導体装置１および光半導体装
置２を製造する装置としてＭＢＥ成長装置を、図１０の
概略構成図によって説明する。

【００８２】図に示すように、ＭＢＥ成長装置１０１に
は、II-VI 族化合物半導体の結晶成長用のチェンバー１
１１が備えられている。チェンバー１１１には搬送室１
１２を介して準備室１１３が接続されている。またチェ
ンバー１１１の内部には基体１２１を保持するホルダー
１１４が設けられている。

【００８３】さらに上記チェンバー１１１には、II-VI
族化合物半導体層の成長用に亜鉛（Ｚｎ），カドミウム
（Ｃｄ），マグネシウム（Ｍｇ），セレン（Ｓｅ），硫
化亜鉛（ＺｎＳ），テルル（Ｔｅ）等のセル（例えばク
ヌードセンセル）１１５が備えられている。さらにドー
ピング用の二塩化亜鉛（ＺｎＣｌ₂）を入れるセル１１
６と窒素ガス用のＥＣＲ（Electron Cycrotron Reson
ance）プラズマドーピング用のガン１１７が備えられて
いる。

【００８４】次に上記ＭＢＥ成長装置１０１で上記図１
で説明した光半導体装置１を形成する方法を簡単に説明
する。なお形成した各層には図１で説明したのと同様の
符号を記載した。

【００８５】まずIII-V 族化合物半導体〔例えばガリウ
ムヒ素（ＧａＡｓ）〕からなる半導体基体１１を準備室
１１３から搬送室１１２と通してチェンバー１１１内に
搬入する。そしてチェンバー１１１の内部を所望の膜成
長雰囲気にする。そして、所望の膜、例えば塩素をドー
ピングしたＺｎＳｅを成長させてバッファー層２１を形
成する。その後、チェンバー１１１内のガスを外部に排
出して、チェンバー１１１内を高真空状態〔例えば１
３．３ｎＰａ（ナノパスカル）程度〕にする。その後所
定の真空度の到達したら、チェンバー１１１の内部を次
の成膜雰囲気、例えばクラッド層２２を成膜する雰囲気
を生成する。そして、例えば、塩素をドーピングした亜
鉛マグネシウム硫黄セレン（ＺｎＭｇＳＳｅ：Ｃｌ）を
成長させてクラッド層２２を形成する。このように、チ
ェンバー１１１内に所望の成膜雰囲気を生成して、成膜
を順次行っていく。

【００８６】さらに、上記クラッド層２２上に、例えば
ＺｎＳｅ：Ｃｌ薄膜４１とＺｎＳＳｅ：Ｃｌ薄膜４２と
からなる超格子２３、ＺｎＳＳｅ：Ｃｌからなるガイド
層２４、ＺｎＣｄＳｅからなる活性層２５、ＺｎＳＳ
ｅ：Ｎからなるガイド層２６、ＺｎＭｇＳＳｅ：Ｎから
なるクラッド層２７、ＺｎＳＳｅ：Ｎからなるキャップ
層２８、ＺｎＳｅ：Ｎからなるキャップ層２９、ＺｎＳ
ｅ：Ｎ薄膜とＺｎＴｅ：Ｎ薄膜とからなる超格子３０、
ＺｎＴｅ：Ｎからなるキャップ層３１を成膜する。その
後、スパッタ法，蒸着法，ＣＶＤ法等の成膜技術によっ
て、パラジウム／白金／金（Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ）からな
る電極３２を形成する。

【００８７】なお、光半導体装置２の製造方法は、上記
説明した光半導体装置１の製造方法とほぼ同様である。

【００８８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の光半導体
装置よれば、III-V 族化合物半導体の半導体基体上に形
成した複数層のII-VI 族化合物半導体層のうちのクラッ
ド層中、またはガイド層とクラッド層との間に超格子を
設けたので、基体と成長層との界面や、成長層中に生じ
る積層欠陥，転位等の欠陥が延びるのを超格子界面で抑
えることができる。そのため、超格子自体に欠陥が発生
しないので、超格子上に結晶成長させたII-VI 族化合物
半導体層の欠陥密度を抑えることができる。よって、結
晶性の向上を図ることができるので、半導体装置の電気
的および光学的な品質を向上することができる。例え
ば、半導体レーザ装置では、レーザの発振効率が高くな
り、発振寿命が長くなる。

【００８９】ガイド層と活性層との間またはガイド層中
にII-VI 族化合物半導体の超格子が少なくとも一組以上
設けられている構造によれば、上記同様にして、超格子
上のII-VI 族化合物半導体層の結晶性を向上することが
できる。特には半導体レーザ装置における半導体基体側
の活性層界面に上記超格子を形成することによって、活
性層の結晶性が向上する。そのため、半導体レーザ装置
の発光特性が高まる。

【００９０】またIII-V 族化合物半導体の半導体基体と
II-VI 族化合物半導体層との間に超格子を設けた構造の
ものによれば、上記同様の効果が得られる。

【００９１】上記超格子は、格子定数が半導体基体より
も大きい第１層と小さい第２層とを一組とするものが、
少なくとも一組以上設けられているものなので、第１層
（例えば井戸層）と第２層（例えば障壁層）に加わる応
力の符号は異なる。そのため、転位が動こうとする向き
が正反対になるので、転位が動き難くなる。また超格子
の平均格子不整量を±０．７％以内としたので、超格子
の１層ごとに加わる圧縮応力が大きくなり過ぎることが
なくなる。そのため、欠陥の増殖を防ぐことができる。

【００９２】クラッド層とガイド層との間またはそのク
ラッド層中に、II-VI 族化合物半導体で形成した少なく
とも一組以上で構成される歪み超格子からなる第１超格
子を設けたので、第１超格子によって、半導体基体とII
-VI 族化合物半導体層との界面で発生した面欠陥は阻止
しやすい線欠陥や転位に分解することができる。さらに
第１超格子と活性層との間に第２超格子を設けたので、
線欠陥や転位を第２超格子に沿って延ばすことができ
る。そのため、線欠陥や転位が第２超格子の上層に侵入
するのを阻止することができる。したがって、第２超格
子上のII-VI 族化合物半導体層は無欠陥な状態で形成さ
れることになるので、活性層の結晶性が向上する。その
ため、半導体レーザ装置の発光特性を高めることがで
き、寿命の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の概略構成断面図である。

【図２】別構造の光半導体装置の要部概略断面図であ
る。

【図３】低欠陥密度構造の概略構成断面図である。

【図４】量子井戸中の転位の概念図である。

【図５】歪み超格子の形成位置の説明図である。

【図６】二つの超格子を用いた構造の概略斜視断面図で
ある。

【図７】図６の要部拡大断面図である。

【図８】欠陥分解層と欠陥阻止層の作用の説明図であ
る。

【図９】光半導体装置の概略断面図である。

【図１０】ＭＢＥ成長装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１光半導体装置２光半導体装置１１半導体基体１２ II-VI 族化合物半導体層２１バッファー層２２ｎ形クラッド層２３超格子２４ｎ形ガイド層６１超格子７１超格子７２第１層７３第２層８１欠陥分解層８３欠陥阻止層

【手続補正書】

【提出日】平成６年９月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】近年ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、発光
ダイオード，半導体レーザ発振器などの発光素子を構成
する材料として用いられている。これらは、（００１）
面半導体基板上に非平衡状態の成長条件、例えば分子線
エピタキシー法（ＭＢＥ）あるいは有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ）でＩＩ−ＶＩ族半導体をエピタキシャル
成長させることによって形成する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】そして上記光半導体装置を構成する基体に
は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体〔主にガリウムヒ素（Ｇ
ａＡｓ），その他としてガリウムリン（ＧａＰ），イン
ジウムリン（ＩｎＰ）等〕が広く用いられている。また
上記基体上にはにエピタキシャル成長層が形成される。
その際、基体とエピタキシャル成長層との界面には、双
晶や積層欠陥等の面状欠陥および線伏欠陥の転位等が発
生する。そこでこれら欠陥の発生を抑えるために、結晶
成長前の基板前処理の改良あるいはエピタキシャル結晶
成長初期の成長方法の改良などの試みがなされている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
半導体装置の発振寿命は、現在数秒程度しかなく、実用
レベルに達していない。その原因の一つには、光を放出
する活性層、ガイド層およびクラッド層の結晶性が十分
でないことがある。そのため、活性層の劣化が原因とな
って光発振しなくなることがある。通常、エピタキシャ
ル成長させたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層中には、ＴＥ
Ｍ観察などから、１０^６〜１０^７ｃｍ^−２程度の欠陥が
存在することが知られている。また基体とエピタキシャ
ル成長層であるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層との界面に
は、面状欠陥である双晶あるいは積層欠陥あるいは線状
欠陥である転位が発生し易い。そして欠陥を含んだエピ
タキシャル成長層上にガイド層や活性層を形成すると、
欠陥を引き継いた状態で結晶成長するため、良質な結晶
が得られない。このような欠陥が活性層中に存在する
と、レーザ発振動作中に、結晶中の過剰なキャリアの再
結合プロセスにより、その欠陥が動いたり増殖したりす
る。そして結晶性が著しい速さで悪化し、光半導体装置
の発振特性が劣化させる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】さらにＩＩ−ＶＩ族光半導体装置の活性層
にはＺｎＣｄＳｅ単一量子井戸を用いている。この層は
ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板に対して格子不整があ
り、圧縮応力がこの活性層に加わる。この応力は活性層
に結晶欠陥が存在した時に、通電時の欠陥の増殖を促進
する要因となっている。このように、活性層中における
多数の欠陥の存在によって、またその欠陥の運動を促進
するような構造になっていることがあいまって、今まで
は短寿命の光半導体装置しか得られなかった。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】本発明は、結晶中に発生した欠陥の影響を
排除し、活性層およびその周辺層が結晶性に優れている
光半導体装置を提供することを目的とする。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】上記超格子は、格子定数が半導体基体より
も大きい第１層と小さい第２層とが少なくとも一組以上
設けられているものであることから、井戸層と障壁層に
加わる応力の符号が異なる。そのため、超格子内に転位
が存在した場合、この超格子の各層で、同一の転位が動
こうとする向きが正反対になる。このように、短い部分
ごとに反対向きの応力がかかっている状況では、結果的
に転位が動き難くなる。また超格子の平均格子不整量を
±０．７％以内としたことから、超格子の１層ごとに加
わる圧縮応力が大きくなり過ぎることによる欠陥の増殖
がなくなる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層のうちのクラ
ッド層とガイド層との間またはそのクラッド層中に、Ｉ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体からなる一組以上の超格子で構
成されるもので歪み超格子からなる第１超格子が設けら
れていることから、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の半導体
基体とＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層との界面で発生した
面欠陥である積層欠陥はそれぞれ阻止しやすい線欠陥や
面欠陥に分解される。さらに第１超格子とＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体層のうちの活性層との間に第２超格子を設
けたことから、第１超格子で分解されて得られた線欠陥
や転位は、第２超格子に沿って延びる。そのため、線欠
陥や転位は第２超格子の上層に侵入することが阻止され
る。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】図に示すように、（００１）結晶面による
化合物半導体からなる半導体基体１１の（００１）結晶
面による主面上には、Ｚｎ，ＭｇおよびＣｄのＩＩ族元
素のうちの少なくとも１種と、Ｓｅ，ＳおよびＴｅのＶ
Ｉ族元素のうちの少なくとも１種とからなるＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体からなるバッファー層２１が形成されて
いる。このバッファー層２１は、例えばＭＢＥ（分子線
エピタキシー）法あるいはＭＯＣＶＤ（有機金属気相成
長）法によるエピタキシャル成長によって形成される。
そしてバッファー層２１上には、第１超格子としての欠
陥分解層８１、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる中間
層８２および第２超格子としての欠陥阻止層８３が順に
積層されている。そしてそれらの上部には、極低欠陥密
度エピタキシャル成長層からなる素子動作層８４が構成
されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長井政春東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者伊藤哲東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者石橋晃東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者森田悦男東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 III-V 族化合物半導体からなる半導体基
体上に形成した複数のII-VI 族化合物半導体層からなる
光半導体装置において、前記II-VI 族化合物半導体層のうちのクラッド層とガイ
ド層との間、または該クラッド層中に、亜鉛，カドミウ
ムおよびマグネシウムのうちの少なくとも１種類とセレ
ン，硫黄およびテルルのうちの少なくとも１種類とから
なるII-VI 族化合物半導体で形成した超格子が少なくと
も一組以上設けられていることを特徴とする光半導体装
置。
【請求項２】請求項１記載の光半導体装置において、前記半導体基体と前記クラッド層との間にバッファー層
が設けられていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の光半導体
装置において、前記II-VI 族化合物半導体層のうちのガイド層と活性層
との間または該ガイド層中に、亜鉛，カドミウムおよび
マグネシウムのうちの少なくとも１種類とセレン，硫黄
およびテルルのうちの少なくとも１種類とからなるII-V
I 族化合物半導体で形成した超格子が少なくとも一組以
上設けられていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】 III-V 族化合物半導体からなる半導体基
体上に形成した複数のII-VI 族化合物半導体層からなる
光半導体装置において、前記半導体基体と前記II-VI 族化合物半導体層との間に
亜鉛セレンと亜鉛硫黄セレンとからなる超格子が少なく
とも一組以上の設けられていることを特徴とする光半導
体装置。
【請求項５】請求項１〜請求項４のうちのいずれか１
項に記載の光半導体装置において、前記超格子は、前記半導体基体の格子定数よりも大きい
格子定数を有する第１層と該半導体基体の格子定数より
も小さい格子定数を有する第２層とで一組をなすもの
が、少なくとも一組以上設けてなることを特徴とする光
半導体装置。
【請求項６】請求項５記載の光半導体装置において、前記超格子は、その平均格子不整量が±０．７％以内で
あることを特徴とする光半導体装置。
【請求項７】 III-V 族化合物半導体からなる半導体基
体上に形成した複数のII-VI 族化合物半導体層からなる
光半導体装置において、前記II-VI 族化合物半導体層のうちのクラッド層とガイ
ド層との間または該クラッド層中に、亜鉛，カドミウム
およびマグネシウムのうちの少なくとも１種類とセレ
ン，硫黄およびテルルのうちの少なくとも１種類とから
なるII-VI 族化合物半導体で形成した少なくとも一組以
上の超格子からなる第１超格子を設け、前記第１超格子と前記II-VI 族化合物半導体層のうちの
活性層との間に第２超格子を設け、少なくとも前記第１超格子は歪み超格子からなることを
特徴とする光半導体装置。
【請求項８】請求項７記載の光半導体装置において、前記第１超格子は、亜鉛セレン化合物半導体層と亜鉛硫
黄セレン化合物半導体層とからなり、前記第２超格子は、亜鉛マグネシウム硫黄セレン化合物
半導体層と亜鉛硫黄セレン化合物半導体層とからなるこ
とを特徴とする光半導体装置。