JPH0878729A - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

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JPH0878729A
JPH0878729A JP24064994A JP24064994A JPH0878729A JP H0878729 A JPH0878729 A JP H0878729A JP 24064994 A JP24064994 A JP 24064994A JP 24064994 A JP24064994 A JP 24064994A JP H0878729 A JPH0878729 A JP H0878729A
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JP
Japan
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layer
type
zns
mixed crystal
znse
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Application number
JP24064994A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeo Otsuka
武夫 大塚
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0878729A publication Critical patent/JPH0878729A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide a semiconductor element high in reliability, suppressing a deterioration in crystallization due to lattice mismatching. CONSTITUTION: On a crystal surface of an n type GaAs substrate 1, an n type (ZnS)1 (ZnSe)12 strain superlattice layer 2, an n type ZnMgSSe mixed crystal clad layer 3, an n type ZnSSe mixed crystal optical waive-guide layer 4, a ZnCdSe active layer 5, a p type ZnSSe mixed crystal optical waiveguide layer 6, a p type ZnMgSSe mixed crystal clad layer 7, a p type ZnSSe layer 8, a p type Zn(Se, Te) superlattice layer 9 and a p type ZnTe contact layer 10 are successively stacked to form an insulation film 11, a p type electrode 12 and an n type electrode 13. As the (ZnS)1 (ZnSe)12 strain superlattice buffer layer 2 is formed between the clad layer 3 and GaAs substrate 1, crystallization of a higher layer than the strain superlattice buffer layer is enhanced, and also reliability is high without propagating structure defects (dislocation) up to an active layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、II−VI族化合物半
導体を用いた青〜緑領域の発光ダイオード、半導体レー
ザダイオード等の半導体素子の長寿命化に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to prolonging the life of semiconductor devices such as light emitting diodes in the blue to green region, semiconductor laser diodes and the like, which use II-VI group compound semiconductors.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ディスクの高密度化やレーザプ
リンタの高解像度化等を図るため、半導体レーザダイオ
ードの短波長化の要求が高まっている。従来の青緑色半
導体レーザダイオードは、例えばElectronics Letters
9th December 1993 Vol.29 No.25 p.2194 等に記載され
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to increase the density of optical disks and the resolution of laser printers, there is an increasing demand for shorter wavelength semiconductor laser diodes. Conventional blue-green semiconductor laser diodes are, for example, Electronics Letters
9th December 1993 Vol.29 No.25 p.2194 etc.

【0003】図3は、従来のII−VI族半導体を用い
た半導体レーザダイオードを示す図である。同図におい
て、n型GaAs基板41上にn型GaAs基板41に
格子整合するZnSSe混晶バッファー層42、n型Z
nMgSSeクラッド層43、n型ZnSSe混晶光導
波路層44、ZnCdSe混晶活性層45、p型ZnS
Se混晶光導波路層46、p型ZnMgSSeクラッド
層47、p型ZnSSe層48、p型ZnTe/p型Z
nSe多重量子井戸構造49、p型ZnTeコンタクト
層50が順次積層されている。これらはMBE(分子線
エピタキシャル成長)法により作製されている。p型電
極52としてPd/Au電極が、TiO2 からなる絶縁
膜11のストライプ状の開口部を通してp型ZnTeコ
ンタクト層50と接触している。また、n型GaAs基
板41の裏面にはn型電極13としてIn電極が形成さ
れている。
FIG. 3 is a diagram showing a conventional semiconductor laser diode using a II-VI group semiconductor. In the figure, a ZnSSe mixed crystal buffer layer 42 lattice-matched to the n-type GaAs substrate 41 on the n-type GaAs substrate 41, an n-type Z
nMgSSe cladding layer 43, n-type ZnSSe mixed crystal optical waveguide layer 44, ZnCdSe mixed crystal active layer 45, p-type ZnS
Se mixed crystal optical waveguide layer 46, p-type ZnMgSSe cladding layer 47, p-type ZnSSe layer 48, p-type ZnTe / p-type Z
An nSe multiple quantum well structure 49 and a p-type ZnTe contact layer 50 are sequentially stacked. These are manufactured by the MBE (molecular beam epitaxial growth) method. A Pd / Au electrode as the p-type electrode 52 is in contact with the p-type ZnTe contact layer 50 through the stripe-shaped opening of the insulating film 11 made of TiO 2 . An In electrode is formed as the n-type electrode 13 on the back surface of the n-type GaAs substrate 41.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
半導体レーザダイオードでは素子寿命が1秒足らずと極
めて短い。この原因は、成長初期段階に発生する構造欠
陥による。n型ZnSSe混晶バッファ層42の成長初
期段階でGaAs基板41とS(硫黄)とが反応しGa
S化合物を作る。この化合物はGaAsより格子定数が
大きいため、GaAs基板41と成長初期界面に存在す
ると格子不整合による構造欠陥(転位)を発生する。S
e(セレン)もGaAs基板41と格子定数の異なる化
合物を作るため好ましくない。また、GaAs基板41
とその上層との熱膨張係数差から結晶成長中もしくは結
晶成長温度から室温に降温する際に構造欠陥を発生す
る。これらの構造欠陥(転位)は、非発光中心などの欠
陥から熱エネルギーを得て活性層45まで増殖し半導体
素子の特性を劣化させる。このため寿命を著しく短くし
ており、実用上大きな問題であった。本発明は上記の課
題に鑑み、格子不整合による結晶性の劣化を抑え、信頼
性の高い半導体素子を提供することを目的とする。
However, the semiconductor laser diode described above has an extremely short device life of less than 1 second. This is due to structural defects that occur in the early stage of growth. In the initial stage of growth of the n-type ZnSSe mixed crystal buffer layer 42, the GaAs substrate 41 reacts with S (sulfur) to cause Ga
Make S compound. Since this compound has a larger lattice constant than GaAs, if it exists at the interface between the GaAs substrate 41 and the initial growth stage, structural defects (dislocations) due to lattice mismatch occur. S
Also, e (selenium) is not preferable because it forms a compound having a lattice constant different from that of the GaAs substrate 41. In addition, the GaAs substrate 41
Due to the difference in thermal expansion coefficient between the crystal growth layer and the upper layer, structural defects occur during crystal growth or when the temperature is lowered from the crystal growth temperature to room temperature. These structural defects (dislocations) obtain thermal energy from defects such as non-radiative centers and propagate to the active layer 45 to deteriorate the characteristics of the semiconductor device. For this reason, the life is remarkably shortened, which is a serious problem in practical use. In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a highly reliable semiconductor element that suppresses the deterioration of crystallinity due to lattice mismatch.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
する手段として、GaAs基板上にバッファー層を設
け、前記バッファー層上にクラッド層を設け、これらの
半導体層の上方に活性層を有する、II−VI族化合物
半導体を用いた半導体素子において、前記バッファー層
としてZnS(硫黄化亜鉛)層と、ZnSe(セレン化
亜鉛)層とを交互に積層した(ZnS)n (ZnSe)
m 歪超格子層を用いたことを特徴とする半導体素子を提
供する。
As a means for achieving the above object, the present invention has a buffer layer on a GaAs substrate, a clad layer on the buffer layer, and an active layer above these semiconductor layers. , II-VI group compound semiconductor, a ZnS (zinc sulfide) layer and a ZnSe (zinc selenide) layer are alternately stacked as the buffer layer (ZnS) n (ZnSe).
Provided is a semiconductor device using an m-strained superlattice layer.

【0006】[0006]

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図1は、本発明の第一の実施例の半導
体レーザダイオードを示す断面図である。同図におい
て、図示しないMBE成長装置により、n型不純物とし
てSiがドープされたn型GaAs(0015)基板1
結晶面上に、n型不純物としてClがドープされたn型
(ZnS)1 (ZnSe)12歪超格子層2、n型不純物
としてCl(塩素)がドープされたn型Zn0.9 Mg
0.1 0.18Se0.82混晶クラッド層3、n型不純物とし
てClをドープされたn型ZnS0.07Se0.93混晶光導
波路層4、Zn0.8 Cd0.2 Se活性層5、p型不純物
としてN(窒素)がドープされたp型ZnS0.07Se
0.93混晶光導波路層6、p型不純物としてNがドープさ
れたp型Zn0.9 Mg0.1 0.18Se0.82混晶クラッド
層7、p型不純物としてNがドープされたp型ZnS
0.07Se0.93層8、p型不純物としてNがドープされた
p型Zn(Se、Te)超格子層9、p型不純物として
Nがドープされたp型ZnTeコンタクト層10が順次
積層されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor laser diode of a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an n-type GaAs (0015) substrate 1 doped with Si as an n-type impurity by an MBE growth device (not shown).
N-type (ZnS) 1 (ZnSe) 12 strained superlattice layer 2 doped with Cl as an n-type impurity and n-type Zn 0.9 Mg doped with Cl (chlorine) as an n-type impurity on the crystal plane
0.1 S 0.18 Se 0.82 mixed crystal cladding layer 3, Cl-doped n-type ZnS 0.07 Se 0.93 mixed crystal optical waveguide layer 4, Zn 0.8 Cd 0.2 Se active layer 5, N (nitrogen) as p-type impurity Doped p-type ZnS 0.07 Se
0.93 mixed crystal optical waveguide layer 6, p-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se 0.82 mixed crystal cladding layer 7 doped with N as a p-type impurity, p-type ZnS doped with N as a p-type impurity
A 0.07 Se 0.93 layer 8, a p-type Zn (Se, Te) superlattice layer 9 doped with N as a p-type impurity, and a p-type ZnTe contact layer 10 doped with N as a p-type impurity are sequentially stacked.

【0007】p型電極52としてPd/Au電極が、T
iO2 からなる絶縁膜11のストライプ状の開口部を通
してp型ZnTeコンタクト層50と接触している。ま
た、n型GaAs基板41の裏面にはn型電極13とし
てIn電極が形成されている。
As the p-type electrode 52, a Pd / Au electrode is
in contact with the p-type ZnTe contact layer 50 through the stripe-shaped opening of the insulating film 11 made of iO 2. An In electrode is formed as the n-type electrode 13 on the back surface of the n-type GaAs substrate 41.

【0008】このMBE法によるエピタキシャル成長に
おいては、分子線原料としていずれも純度99. 999
9%のZn(亜鉛)、Cd(カドミウム)、Mg(マグ
ネシウム)、Se(セレン)、S(硫黄)を用い、n型
ドーピングはn型の不純物原料として純度99. 999
9%のZnCl2 を用いて行い、p型ドーピングはp型
の不純物原料として電子サイクロトロン共鳴により発生
させた窒素プラズマからの活性窒素を照射することによ
り行う。
In the epitaxial growth by the MBE method, the purity is 99.999 as the molecular beam raw material.
9% Zn (zinc), Cd (cadmium), Mg (magnesium), Se (selenium), and S (sulfur) are used, and the n-type doping is performed as an n-type impurity raw material with a purity of 99.999.
9% ZnCl 2 is used, and p-type doping is performed by irradiating active nitrogen from a nitrogen plasma generated by electron cyclotron resonance as a p-type impurity material.

【0009】結晶性のよい半導体結晶を得るために基板
の温度を200℃〜350℃の間に設定し、超高真空で
予め所定の蒸気圧に設定したZnSe母体結晶材料であ
るZn分子線とSe分子線と同時にドーピング材料であ
るZnCl2 の分子線を基板に照射することによりZn
Seの12モノレイヤー(12原子層)を形成し、次に
予め所定の蒸気圧に設定したZnS母体結晶材料である
Zn分子線とS分子線と同時にドナー源のドーピング材
料であるZnCl2 の分子線を基板に照射することによ
りZnSの1モノレイヤー(1原子層)を形成して1周
期のn型(ZnS)1 (ZnSe)12層を形成し、n型
(ZnS)1 (ZnSe)12歪超格子バッファー層2の
厚さが1000オングストロームになるまで周期を繰り
返し成長させる。
In order to obtain a semiconductor crystal having good crystallinity, the temperature of the substrate is set between 200 ° C. and 350 ° C., and a Zn molecular beam, which is a ZnSe host crystal material, which has been set to a predetermined vapor pressure in advance in an ultrahigh vacuum. By irradiating the substrate with the molecular beam of ZnCl 2 which is a doping material simultaneously with the Se molecular beam, Zn
12 monolayers (12 atomic layers) of Se are formed, and then Zn molecule molecules that are ZnS host crystal materials and Zn molecule 2 that is a donor source doping material and ZnCl 2 molecules that are the ZnS host crystal material and are preset to a predetermined vapor pressure. By irradiating the substrate with a line, one monolayer (one atomic layer) of ZnS is formed to form one cycle of n-type (ZnS) 1 (ZnSe) 12 layer and n-type (ZnS) 1 (ZnSe) 12 A cycle is repeatedly grown until the thickness of the strained superlattice buffer layer 2 reaches 1000 angstrom.

【0010】GaAs基板1とGaAs基板1に格子整
合するZnMgSSe混晶のクラッド層3との間に(Z
nS)1 (ZnSe)12歪超格子バッファー層2を形成
することにより、基板界面に格子不整合や熱膨張係数差
等によって生じる構造欠陥が、歪超格子の(ZnS)1
と(ZnSe)12との格子不整合により歪みのかかった
層のヘテロ界面で伝搬方向を変えたり伝搬が止まる作用
を成し、更に(ZnS)1 と(ZnSe)12とを短周期
で繰り返すことにより、より効果的に構造欠陥の伝搬の
抑制を行なわせることができる。なお、(ZnS)1
(ZnSe)12とは格子不整合であるが(ZnS)
1 (ZnSe)12歪超格子バッファー層2としては、G
aAs基板及びZnMgSSe混晶クラッド層3と格子
整合している。
Between the GaAs substrate 1 and the cladding layer 3 of ZnMgSSe mixed crystal lattice-matched to the GaAs substrate 1 (Z
By forming the nS) 1 (ZnSe) 12 strained superlattice buffer layer 2, structural defects caused by lattice mismatch, thermal expansion coefficient difference, and the like at the substrate interface cause (ZnS) 1 of the strained superlattice.
And (ZnSe) 12 have the effect of changing the propagation direction or stopping the propagation at the hetero-interface of the strained layer due to the lattice mismatch, and further repeating (ZnS) 1 and (ZnSe) 12 in a short cycle. Thus, the propagation of structural defects can be suppressed more effectively. Although (ZnS) 1 and (ZnSe) 12 have a lattice mismatch, (ZnS)
As the 1 (ZnSe) 12 strained superlattice buffer layer 2, G
It is lattice-matched with the aAs substrate and the ZnMgSSe mixed crystal cladding layer 3.

【0011】ここでは(ZnS)1 (ZnSe)12歪超
格子バッファー層2を用いたが、成長温度により成長時
の熱膨張係数の差から生じる格子の伸びを考慮し、又G
aAs基板1とクラッド層3とに格子整合するために、
(ZnS)n (ZnSe)m歪超格子バッファー層の
n、mの値をn=1〜5モノレイヤー、m=(10〜1
5)×nモノレイヤーの範囲で適宜変化させることが好
ましい。
Although the (ZnS) 1 (ZnSe) 12 strained superlattice buffer layer 2 is used here, the lattice elongation caused by the difference in the thermal expansion coefficient during the growth depending on the growth temperature is taken into consideration.
In order to perform lattice matching with the aAs substrate 1 and the cladding layer 3,
In the (ZnS) n (ZnSe) m strained superlattice buffer layer, the values of n and m are n = 1 to 5 monolayers and m = (10 to 1).
5) It is preferable to change appropriately within the range of xn monolayer.

【0012】また、(ZnS)1 (ZnSe)12歪超格
子バッファー層2のGaAs基板1に接触する層として
ZnSeを用いたが、これはGaAs基板1とSeとが
反応してできる化合物がGaAs基板1とSとが反応し
てできる化合物より格子定数がGaAs基板1に近いた
め、GaAs基板1と形成された化合物の格子不整合に
より発生する構造欠陥の抑制を図り、結晶性の良い層を
形成するためである。
Further, ZnSe was used as the layer of the (ZnS) 1 (ZnSe) 12 strained superlattice buffer layer 2 in contact with the GaAs substrate 1, and the compound formed by the reaction between the GaAs substrate 1 and Se is GaAs. Since the lattice constant is closer to that of the GaAs substrate 1 than that of the compound formed by the reaction between the substrate 1 and S, it is possible to suppress structural defects caused by the lattice mismatch between the GaAs substrate 1 and the formed compound, and to form a layer with good crystallinity. This is to form.

【0013】また、ZnS、ZnSeの化合物を用いて
いるのは、これらの混晶を用いた場合では混晶の組成ゆ
らぎに起因する新たな格子欠陥が歪超格子層内で発生
し、良好な構造欠陥の伝搬の抑制ができなくなることに
よる。
Further, the compound of ZnS and ZnSe is used because, when a mixed crystal of these is used, a new lattice defect is generated in the strained superlattice layer due to the composition fluctuation of the mixed crystal, which is favorable. This is because the propagation of structural defects cannot be suppressed.

【0014】次に、歪超格子層2上に、Zn0.9 Mg
0.1 0.18Se0.82母体結晶材料であるZn分子線とS
分子線とSe分子線と予め所定の蒸気圧に設定したMg
分子線と同時にドナー源のドーピング材料であるZnC
2 の分子線を照射することによりn型Zn0.9 Mg
0.1 0.18Se0.82混晶クラッド層3を厚さ2μm 積層
する。Zn0.9 Mg0.1 0.18Se0.82混晶クラッド層
3の組成は、GaAs基板2と格子不整合により構造欠
陥を発生しないように、GaAs基板と格子整合するよ
うに選択している。Zn0.9 Mg0.1 0.18Se0.82
晶クラッド層3の厚さとしては1μm 以上あれば光導波
路層4からの光の漏れを閉じ込めることができるので実
用上問題がない。
Next, Zn 0.9 Mg is formed on the strained superlattice layer 2.
0.1 S 0.18 Se 0.82 Base material of Zn molecular beam and S
Molecular beam, Se molecular beam, and Mg preset to a predetermined vapor pressure
ZnC which is a doping material of a donor source at the same time as a molecular beam
n-type Zn 0.9 Mg by irradiating the molecular beam of l 2
A 0.1 S 0.18 Se 0.82 mixed crystal clad layer 3 is laminated to a thickness of 2 μm. The composition of the Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se 0.82 mixed crystal cladding layer 3 is selected so as to be lattice-matched with the GaAs substrate 2 so as not to generate structural defects due to lattice mismatch with the GaAs substrate 2. If the thickness of the Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se 0.82 mixed crystal cladding layer 3 is 1 μm or more, the leakage of light from the optical waveguide layer 4 can be confined, so that there is no practical problem.

【0015】次に、n型Zn0.9 Mg0.1 0.18Se
0.82混晶クラッド層3上に、ZnS0.07Se0.93母体結
晶材料であるZn分子線とS分子線とSe分子線と同時
にドナー源のドーピング材料であるZnCl2 の分子線
を照射することにより、n型ZnS0.07Se0.93光導波
路層4を厚さ2500オングストローム形成した。Zn
0.07Se0.93混晶の光導波路層4の組成は、Zn0.9
Mg0.1 0.18Se0.82混晶クラッド層3と格子不整合
による構造欠陥を発生しないように選択した。
Next, n-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se
By irradiating the 0.82 mixed crystal clad layer 3 with a ZnS 0.07 Se 0.93 matrix crystal material Zn molecular beam, an S molecular beam and a Se molecular beam, simultaneously with a molecular beam of ZnCl 2 which is a doping material of a donor source, A ZnS 0.07 Se 0.93 optical waveguide layer 4 having a thickness of 2500 Å was formed. Zn
The composition of the optical waveguide layer 4 of S 0.07 Se 0.93 mixed crystal is Zn 0.9
Mg 0.1 S 0.18 Se 0.82 The mixed crystal clad layer 3 was selected so as not to generate structural defects due to lattice mismatch.

【0016】次に、ドナー源のドーピング材料のZnC
2 の分子線の供給を止め、Zn分子線とSe分子線と
予め所定の蒸気圧に設定したCd分子線を同時にn型Z
nS0.07Se0.93混晶光導波路層4上に照射することに
より厚さ60オングストロームのZn0.8 Cd0.2 Se
混晶活性層5を形成した。ここで用いた活性層の厚みは
n型ZnS0.07Se0.93混晶光導波路層4との格子定数
差により成長中に構造欠陥を発生させない厚みとした。
また活性層5のCd組成をここでは0. 2としたが、C
d組成を0〜0. 3まで変化させることにより青色から
緑色までの半導体レーザダイオードが作製できる。
Next, ZnC as a donor source doping material
The supply of the molecular beam of l 2 is stopped, and the Zn molecular beam, the Se molecular beam, and the Cd molecular beam previously set to a predetermined vapor pressure are simultaneously n-type Z
nS 0.07 Se 0.93 Mixed crystal optical waveguide layer 4 was irradiated with Zn 0.8 Cd 0.2 Se having a thickness of 60 Å.
The mixed crystal active layer 5 was formed. The thickness of the active layer used here was such that no structural defect is generated during growth due to the difference in lattice constant from the n-type ZnS 0.07 Se 0.93 mixed crystal optical waveguide layer 4.
The Cd composition of the active layer 5 is 0.2 here, but C
By changing the d composition from 0 to 0.3, a semiconductor laser diode from blue to green can be manufactured.

【0017】次に、n型ZnS0.07Se0.93混晶光導波
路層4を形成した時と同様にアクセプタのドーピング材
料である活性窒素をZnCl2 の代わりに供給すること
によりZn0 .8Cd0.2 Se混晶活性層5上にp型Zn
0.07Se0.93混晶光導波路層6を厚さ2500オング
ストローム形成した。
Next, as in the case of forming the n-type ZnS 0.07 Se 0.93 mixed crystal optical waveguide layer 4, active nitrogen, which is a doping material of the acceptor, is supplied instead of ZnCl 2 to obtain Zn 0.8 Cd 0.2 Se. P-type Zn on the mixed crystal active layer 5
An S 0.07 Se 0.93 mixed crystal optical waveguide layer 6 was formed to a thickness of 2500 Å.

【0018】次に、n型Zn0.9 Mg0.1 0.18Se
0.82混晶クラッド層3の形成と同じ成長条件で、Zn分
子線とS分子線とSe分子線とMg分子線と同時にアク
セプタ源のドーピング材料である活性窒素をp型ZnS
0.07Se0.93混晶光導波路層6上に照射することにより
p型Zn0.9 Mg0.1 0.18Se0.82混晶クラッド層7
を厚さ1. 5μm 積層した。
Next, n-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se
Under the same growth conditions as the formation of the 0.82 mixed crystal clad layer 3, the Zn molecular beam, the S molecular beam, the Se molecular beam, and the Mg molecular beam are simultaneously doped with active nitrogen, which is a doping material of the acceptor source, into p-type ZnS.
0.07 Se 0.93 mixed crystal optical waveguide layer 6 is irradiated with p-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se 0.82 mixed crystal cladding layer 7
Was laminated to a thickness of 1.5 μm.

【0019】次に、n型ZnS0.07Se0.93混晶光導波
路層4の形成と同じ成長条件で、Zn分子線とS分子線
とSe分子線と同時にアクセプタ源のドーピング材料で
ある活性窒素をp型Zn0.9 Mg0.1 0.18Se0.82
晶クラッド層7上に照射することによりp型ZnS0.07
Se0.93混晶層8を厚さ0. 3μm 形成した。
Next, under the same growth conditions as the formation of the n-type ZnS 0.07 Se 0.93 mixed crystal optical waveguide layer 4, Zn molecular beam, S molecular beam, and Se molecular beam are simultaneously doped with active nitrogen, which is a doping material of an acceptor source, by p-doping. Type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se 0.82 p-type ZnS 0.07 by irradiating on the mixed crystal clad layer 7.
A Se 0.93 mixed crystal layer 8 having a thickness of 0.3 μm was formed.

【0020】更に、p型ZnS0.07Se0.93混晶層8上
に、Zn分子線とSe分子線と同時にアクセプタ源のド
ーピング材料である活性窒素から成長されるp型ZnS
e層と、Zn分子線と予め所定の蒸気圧に設定されたT
e分子線と同時にアクセプタ源のドーピング材料である
活性窒素から成長されるp型ZnTe層と、を交互にp
型ZnSeを18オングストローム、p型ZnTeを2
オングストローム、p型ZnSeを17オングストロー
ム、p型ZnTeを3オングストロームのように1オン
グストローム毎増減させ、p型ZnSeが2オングスト
ローム、p型ZnTeが18オングストロームになるま
で繰り返し積層し、p型Zn(Se、Te)超格子層9
を形成する。そして、p型ZnTe層を厚さ300オン
グストローム積層して、p型電極12のコンタクト層1
0とする。ここで用いたp型Zn(Se、Te)超格子
層9はp型ZnS0.07Se0.93混晶層とp型ZnTeコ
ンタクト層10の間にある価電子帯の電流障壁を段階的
に緩和し、全体的になだらかなにする作用があり、注入
電流を効率よく流すことができる。
Furthermore, on the p-type ZnS 0.07 Se 0.93 mixed crystal layer 8, p-type ZnS grown simultaneously from Zn molecular beam and Se molecular beam from active nitrogen which is a doping material of an acceptor source.
e layer, Zn molecular beam and T preset to a predetermined vapor pressure
At the same time as the e molecular beam, a p-type ZnTe layer grown from active nitrogen, which is a doping material of the acceptor source, is alternately p-typed.
Type ZnSe is 18 angstrom and p type ZnTe is 2
Angstrom, p-type ZnSe is increased by 17 angstrom, p-type ZnTe is increased by 1 angstrom such as 3 angstrom, and p-type ZnSe is repeatedly laminated until it becomes 2 angstrom and p-type ZnTe becomes 18 angstrom, and p-type Zn (Se, Se, Te) Superlattice layer 9
To form. Then, a p-type ZnTe layer having a thickness of 300 Å is laminated to form a contact layer 1 of the p-type electrode 12.
Set to 0. The p-type Zn (Se, Te) superlattice layer 9 used here gradually relaxes the current barrier in the valence band between the p-type ZnS 0.07 Se 0.93 mixed crystal layer and the p-type ZnTe contact layer 10. It has a smoothing effect as a whole, so that the injection current can be made to flow efficiently.

【0021】MBE成長装置から上記構造を形成したウ
エハを取り出したのち、電流狭窄層TiO2 11をスパ
ッタリングにより厚さ2000オングストローム積層す
る。フォトリソグラフィー技術によりストライプ状の開
口部を形成した後、蒸着法によりPd膜を厚さ100オ
ングストローム、Au膜を厚さ4000オングストロー
ム順次積層し窒素雰囲気中で250℃、1minの熱処
理を実施しp型電極12を形成する。また、n型GaA
s基板1側のn型電極13としてInを蒸着して形成す
る。最後に、縦横各0. 3mm〜1mm程度の長さにな
るように劈開し、劈開面ミラーを形成し共振器とする。
After the wafer having the above structure is taken out from the MBE growth apparatus, a current confinement layer TiO 2 11 having a thickness of 2000 angstrom is laminated by sputtering. After forming a stripe-shaped opening by photolithography, a Pd film having a thickness of 100 Å and an Au film having a thickness of 4000 Å are sequentially stacked by a vapor deposition method, and heat treatment is performed at 250 ° C. for 1 min in a nitrogen atmosphere to form a p-type film. The electrode 12 is formed. In addition, n-type GaA
The n-type electrode 13 on the s substrate 1 side is formed by vapor deposition of In. Finally, cleavage is performed so that each length and width is about 0.3 mm to 1 mm, and a cleavage plane mirror is formed to form a resonator.

【0022】このようにして得られた半導体レーザダイ
オードは電流注入により室温で青緑色に発振し、歪超格
子層2を入れない半導体レーザダイオードと比べると、
注入電流に対する光出力が大幅に増加すると共に、半導
体レーザダイオードが発振しなくなるまでの時間が著し
く延びた。従って、高効率、高信頼性の半導体レーザダ
イオードが作製可能となり、高密度光記録、情報関連機
器に対して大きな効果がある。
The semiconductor laser diode thus obtained oscillates in blue-green at room temperature due to current injection, and is compared with a semiconductor laser diode in which the strained superlattice layer 2 is not included.
The optical output with respect to the injection current increased significantly, and the time until the semiconductor laser diode stopped oscillating significantly increased. Therefore, a highly efficient and highly reliable semiconductor laser diode can be manufactured, which is very effective for high density optical recording and information related equipment.

【0023】本発明の第二の実施例について以下に説明
する。図2は、本発明の第二の実施例の発光ダイオード
の構造を模式的に示す断面図である。同図において、M
BE法により、n型不純物としてSiがドープされたn
型GaAs(100)基板21結晶面上に、n型不純物
としてClがドープされたn型(ZnSe)1 (ZnS
e)12歪超格子層22、n型不純物としてClがドープ
されたn型ZnMgSSe混晶クラッド層23、多重量
子井戸構造のZn0.8Cd0.2 Se/ZnSe活性層2
4、p型不純物としてNがドープされたp型Zn0.9
0.1 0.18Se0.82混晶クラッド層25、p型不純物
としてNがドープされたp型ZnS0.07Se0.93層2
6、p型不純物としてNがドープされたp型Zn(S
e、Te)超格子層27、p型不純物としてNがドープ
されたp型ZnTeコンタクト層28が順次積層されて
いる。そして、p型ZnTeコンタクト層28上には円
形上にp型電極29としてPd/Au電極がp型ZnT
eコンタクト層に接触している。一方、n型GaAs基
板の裏面にはn型電極30としてIn電極が形成されて
いる。
A second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 2 is a sectional view schematically showing the structure of the light emitting diode of the second embodiment of the present invention. In the figure, M
N doped with Si as an n-type impurity by the BE method
N-type (ZnSe) 1 (ZnS) doped with Cl as an n-type impurity on the crystal plane of the n-type GaAs (100) substrate 21.
e) 12-strained superlattice layer 22, n-type ZnMgSSe mixed crystal cladding layer 23 doped with Cl as an n-type impurity, Zn 0.8 Cd 0.2 Se / ZnSe active layer 2 having a multiple quantum well structure
4, p-type Zn 0.9 M doped with N as a p-type impurity
g 0.1 S 0.18 Se 0.82 mixed crystal cladding layer 25, p-type ZnS 0.07 Se 0.93 layer 2 doped with N as a p-type impurity
6, p-type Zn (S doped with N as a p-type impurity)
e, Te) superlattice layer 27 and p-type ZnTe contact layer 28 doped with N as a p-type impurity are sequentially stacked. Then, on the p-type ZnTe contact layer 28, a Pd / Au electrode as a p-type electrode 29 is circularly formed on the p-type ZnT contact layer 28.
e is in contact with the contact layer. On the other hand, an In electrode is formed as the n-type electrode 30 on the back surface of the n-type GaAs substrate.

【0024】このMBE法によるエピタキシャル成長
は、第一の実施例と同様の分子線原料とドーピング材料
を使用して同様の成長条件で行う。まず第一の実施例と
同様に、GaAs基板21上にn型(ZnSe)1 (Z
nSe)12歪超格子層22、n型Zn0.9 Mg0.1
0.18Se0.82混晶クラッド層を順次積層する。
Epitaxial growth by the MBE method is performed under the same growth conditions using the same molecular beam raw material and doping material as in the first embodiment. First, as in the first embodiment, n-type (ZnSe) 1 (Z
nSe) 12 strained superlattice layer 22, n-type Zn 0.9 Mg 0.1 S
0.18 Se 0.82 mixed crystal clad layers are sequentially laminated.

【0025】次に、n型Zn0.9 Mg0.1 0.18Se
0.82混晶クラッド層23上に、Zn分子線とSe分子線
とCd分子線とを照射して厚さ60オングストロームの
Zn0.8 Cd0.2 Se混晶の井戸層と、Zn分子線とS
e分子線とを照射して厚さ100オングストロームのZ
nSeバリア層とを成長させ、これらを交互に6層積層
した多重量子井戸構造のZn0.8 Cd0.2 Se/ZnS
e活性層24を形成する。
Next, n-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se
On the 0.82 mixed crystal cladding layer 23, a Zn 0.8 Cd 0.2 Se mixed crystal well layer having a thickness of 60 Å was irradiated by irradiating Zn molecular beam, Se molecular beam and Cd molecular beam, and Zn molecular beam and S.
e Z-ray having a thickness of 100 angstrom by irradiating with molecular beam
Zn 0.8 Cd 0.2 Se / ZnS having a multiple quantum well structure in which an nSe barrier layer is grown and six layers are alternately laminated.
e The active layer 24 is formed.

【0026】更に、Zn0.8 Cd0.2 Se/ZnSe多
重量子井戸の活性層24上に、第一の実施例と同様に、
p型Zn0.9 Mg0.1 0.18Se0.82混晶クラッド層2
5、p型ZnS0.07Se0.93層26、p型Zn(Se、
Te)超格子層27を順次積層する。
Furthermore, on the active layer 24 of the Zn 0.8 Cd 0.2 Se / ZnSe multiple quantum well, as in the first embodiment,
p-type Zn 0.9 Mg 0.1 S 0.18 Se 0.82 mixed crystal clad layer 2
5, p-type ZnS 0.07 Se 0.93 layer 26, p-type Zn (Se,
Te) Superlattice layer 27 is sequentially laminated.

【0027】MBE成長装置から上記構造を形成したウ
エハーを取り出したのち、リフトオフ法によりPd膜1
00オングストロームと、Au膜4000オングストロ
ームとを順次積層し、窒素雰囲気中で250℃、1mi
nの熱処理を実施し、円形上のp型電極29を形成す
る。また、n型GaAs基板側のn型電極としてInを
蒸着して形成する。最後に、縦横各0. 3mm程度の長
さになるようにダイシングし発光ダイオードとする。
After the wafer having the above structure is taken out from the MBE growth apparatus, the Pd film 1 is formed by the lift-off method.
00 angstrom and Au film 4000 angstrom were sequentially laminated, and 250 ° C. and 1 mi in a nitrogen atmosphere.
A heat treatment of n is performed to form a circular p-type electrode 29. Further, In is formed by vapor deposition as an n-type electrode on the n-type GaAs substrate side. Lastly, dicing is performed so that the length and width are each about 0.3 mm to obtain a light emitting diode.

【0028】このようにして得られた発光ダイオードは
室温で青緑色に発光し、歪超格子層22を入れない発光
ダイオードと比べると、注入電流に対する光出力が大幅
に増加すると共に、発光ダイオードの発光強度が初期の
発光強度の80%になるまでの時間が著しく延びた。従
って、高効率、高信頼性の発光が作製可能となり、発光
ダイオードを利用する関連機器に対して大きな効果があ
る。
The light emitting diode thus obtained emits a blue-green color at room temperature, and compared with a light emitting diode without the strained superlattice layer 22, the light output with respect to the injection current is significantly increased, and the light emitting diode The time required for the emission intensity to reach 80% of the initial emission intensity was significantly extended. Therefore, light emission with high efficiency and high reliability can be manufactured, which is a great effect for a related device using a light emitting diode.

【0029】なお、ここではn型GaAs基板を用いて
説明したが、逆の伝導型を持った素子構造でも同様の効
果が期待できる。また結晶成長方法としてMBE法を用
いたが、この他MOVPE法などの気相成長方法でも同
様の成長を行なうことができる。また半導体レーザダイ
オードの構造として分離閉じ込め型ダブルへテロ構造半
導体レーザダイオードを用いて説明したが通常のダブル
へテロ半導体レーザダイオード構造においても同様の効
果が得られる。
Although the n-type GaAs substrate is used for explanation here, the same effect can be expected with an element structure having an opposite conductivity type. Although the MBE method is used as the crystal growth method, other similar vapor phase growth methods such as the MOVPE method can be used for the same growth. Further, as the structure of the semiconductor laser diode, the description has been made by using the separate confinement type double hetero structure semiconductor laser diode, but the same effect can be obtained even in the normal double hetero semiconductor laser diode structure.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
クラッド層とGaAs基板との間にバッファー層として
(ZnS)n (ZnSe)m 歪超格子層を用いたので、
基板界面に格子不整合や熱膨張係数差等によって生じた
構造欠陥が歪超格子の持つヘテロ界面で伝搬方向を変え
たり伝搬が止まる作用があり、このバッファー層から上
層の結晶性が高められるとともに、活性層まで構造欠陥
(転位)が伝搬せず高信頼性の半導体素子が得られる。
従って、II−VI族化合物半導体を用いた青色領域の
半導体レーザ並びに発光ダイオードの高信頼性化が実現
でき、実用上極めて有効である。
As described in detail above, according to the present invention,
Since the (ZnS) n (ZnSe) m strained superlattice layer is used as the buffer layer between the cladding layer and the GaAs substrate,
Structural defects caused by lattice mismatch or difference in coefficient of thermal expansion at the substrate interface change the propagation direction or stop propagation at the hetero interface of the strained superlattice, increasing the crystallinity of the upper layer from this buffer layer. As a result, structural defects (dislocations) do not propagate to the active layer, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.
Therefore, high reliability of the semiconductor laser and the light emitting diode in the blue region using the II-VI group compound semiconductor can be realized, which is extremely effective in practice.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例の半導体レーザダイオー
ドを示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor laser diode according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例の発光ダイオードの構造
を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の半導体レーザダイオードの構造を示す断
面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a structure of a conventional semiconductor laser diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 歪超格子バッファ層 3 クラッド層 4 光導波路層 5 活性層 6 光導波路層 7 クラッド層 9 超格子層 10 コンタクト層 11 絶縁層 12 p型電極 13 n型電極 1 substrate 2 strained superlattice buffer layer 3 clad layer 4 optical waveguide layer 5 active layer 6 optical waveguide layer 7 clad layer 9 superlattice layer 10 contact layer 11 insulating layer 12 p-type electrode 13 n-type electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】GaAs基板上にバッファー層を設け、前
記バッファー層上にクラッド層を設け、これらの半導体
層の上方に活性層を有する、II−VI族化合物半導体
を用いた半導体素子において、 前記バッファー層としてZnS(硫黄化亜鉛)層と、Z
nSe(セレン化亜鉛)層とを交互に積層した(Zn
S)n (ZnSe)m 歪超格子層を用いたことを特徴と
する半導体素子。
1. A semiconductor device using a II-VI group compound semiconductor, comprising a buffer layer on a GaAs substrate, a clad layer on the buffer layer, and an active layer above these semiconductor layers. ZnS (zinc sulfide) layer as a buffer layer, and Z
nSe (zinc selenide) layers were alternately laminated (Zn
A semiconductor device using an S) n (ZnSe) m strained superlattice layer.
【請求項2】前記(ZnS)n (ZnSe)m 歪超格子
層は、n=1〜5モノレイヤー、m=(10〜15)×
nモノレイヤーとしたことを特徴とする請求項1記載の
半導体素子。
2. The (ZnS) n (ZnSe) m strained superlattice layer comprises n = 1 to 5 monolayers and m = (10 to 15) ×.
The semiconductor element according to claim 1, wherein the semiconductor element is an n monolayer.
【請求項3】前記(ZnS)n (ZnSe)m 歪超格子
層の、GaAs基板上に第一に成長する結晶層を前記Z
nSe層とする請求項1又は2記載の半導体素子。
3. The crystal layer of the (ZnS) n (ZnSe) m strained superlattice layer grown first on a GaAs substrate is the Z layer.
The semiconductor device according to claim 1, which is an nSe layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1130808C (en) * 1997-11-28 2003-12-10 Nec化合物半导体器件株式会社 Light emitting semiconductor element capable of suppressing change of driving current

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