JPH0897518A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0897518A JPH0897518A JP25876994A JP25876994A JPH0897518A JP H0897518 A JPH0897518 A JP H0897518A JP 25876994 A JP25876994 A JP 25876994A JP 25876994 A JP25876994 A JP 25876994A JP H0897518 A JPH0897518 A JP H0897518A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/327—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIBVI compounds, e.g. ZnCdSe-laser
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高信頼性かつ長寿命のＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体を用いた青色ないし緑色発光の半導体発光素子を実
現する。 【構成】 クラッド層や活性層の材料としてＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体を用いた半導体レーザーや発光ダイオー
ドなどの半導体発光素子において、活性層を、三元のＺ
ｎＣｄＳｅにＺｎ、ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小
さいＳを加えた四元のＺｎＣｄＳＳｅにより構成する。
あるいは、活性層を、二元のＺｎＳｅにＺｎおよびＳｅ
よりも原子半径が小さいＳを加えた三元のＺｎＳＳｅに
より構成する。
導体を用いた青色ないし緑色発光の半導体発光素子を実
現する。 【構成】 クラッド層や活性層の材料としてＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体を用いた半導体レーザーや発光ダイオー
ドなどの半導体発光素子において、活性層を、三元のＺ
ｎＣｄＳｅにＺｎ、ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小
さいＳを加えた四元のＺｎＣｄＳＳｅにより構成する。
あるいは、活性層を、二元のＺｎＳｅにＺｎおよびＳｅ
よりも原子半径が小さいＳを加えた三元のＺｎＳＳｅに
より構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体発光素子に関
し、特に、青色ないし緑色で発光可能な半導体発光素
子、例えば半導体レーザーや発光ダイオードに関するも
のである。
し、特に、青色ないし緑色で発光可能な半導体発光素
子、例えば半導体レーザーや発光ダイオードに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、高密度光記録やディスプレイ用光
源などへの応用を目的として、青色ないし緑色で発光可
能な半導体発光素子の研究が活発に行われている。
源などへの応用を目的として、青色ないし緑色で発光可
能な半導体発光素子の研究が活発に行われている。
【０００３】このような青色ないし緑色で発光可能な半
導体発光素子の作製に用いる材料としては、ＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体が有望である。特に、四元系のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体であるＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体
は、波長４００〜５５０ｎｍ帯の青色ないし緑色発光の
半導体レーザーをＧａＡｓ基板上に作製するときのクラ
ッド層や光導波層の材料として適していることが知られ
ている（例えば、Electron. Lett. 28(1992)1798）。
導体発光素子の作製に用いる材料としては、ＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体が有望である。特に、四元系のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体であるＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体
は、波長４００〜５５０ｎｍ帯の青色ないし緑色発光の
半導体レーザーをＧａＡｓ基板上に作製するときのクラ
ッド層や光導波層の材料として適していることが知られ
ている（例えば、Electron. Lett. 28(1992)1798）。
【０００４】このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青
色ないし緑色発光の半導体レーザーとしては、ＧａＡｓ
基板を用い、クラッド層をＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導
体により、光導波層をＺｎＳｅ系化合物半導体により、
活性層をＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体によりそれぞれ構
成した半導体レーザーが本出願人により提案されており
（特願平５−１８４４３６号）、すでに室温での連続発
振に成功している。
色ないし緑色発光の半導体レーザーとしては、ＧａＡｓ
基板を用い、クラッド層をＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導
体により、光導波層をＺｎＳｅ系化合物半導体により、
活性層をＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体によりそれぞれ構
成した半導体レーザーが本出願人により提案されており
（特願平５−１８４４３６号）、すでに室温での連続発
振に成功している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特願平５−１８４４３６号で提案された半導体レーザー
は、信頼性や寿命の点でまだ問題が残されており、その
解決が望まれていた。
特願平５−１８４４３６号で提案された半導体レーザー
は、信頼性や寿命の点でまだ問題が残されており、その
解決が望まれていた。
【０００６】従って、この発明の目的は、高信頼性かつ
長寿命のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ないし
緑色発光の半導体発光素子を提供することにある。
長寿命のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ないし
緑色発光の半導体発光素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の問題
を解決すべく鋭意検討を行った結果、上述の特願平５−
１８４４３６号で提案された半導体レーザーの信頼性や
寿命が十分でない理由の一つに、半導体レーザーへの通
電時の活性層中における欠陥の増殖があることを見出し
た。すなわち、上述の特願平５−１８４４３６号で提案
された半導体レーザーにおいては、ＺｎＣｄＳｅ系化合
物半導体から成る活性層とＧａＡｓ基板との間に格子不
整があり、活性層に圧縮応力が存在する状態になってい
るが、この圧縮応力によって、活性層にミスフィット転
位が存在しているときに通電時の欠陥の増殖が促進され
ることが考えられる。従って、半導体レーザーの信頼性
や寿命の向上を図るためには、何らかの方法で半導体レ
ーザーへの通電時の欠陥の増殖を抑えるのが有効であ
る。
を解決すべく鋭意検討を行った結果、上述の特願平５−
１８４４３６号で提案された半導体レーザーの信頼性や
寿命が十分でない理由の一つに、半導体レーザーへの通
電時の活性層中における欠陥の増殖があることを見出し
た。すなわち、上述の特願平５−１８４４３６号で提案
された半導体レーザーにおいては、ＺｎＣｄＳｅ系化合
物半導体から成る活性層とＧａＡｓ基板との間に格子不
整があり、活性層に圧縮応力が存在する状態になってい
るが、この圧縮応力によって、活性層にミスフィット転
位が存在しているときに通電時の欠陥の増殖が促進され
ることが考えられる。従って、半導体レーザーの信頼性
や寿命の向上を図るためには、何らかの方法で半導体レ
ーザーへの通電時の欠陥の増殖を抑えるのが有効であ
る。
【０００８】この問題についてより詳細に説明すると、
次の通りである。すなわち、活性層の結晶中に転位など
の欠陥が存在すると、半導体レーザーへの通電によって
活性層に注入された電子および正孔はこの欠陥のところ
で再結合して消滅する。このときに放出されるエネルギ
ーは光とならず、その欠陥を動かす過程や新たな欠陥を
生成する過程に消費される。このため、半導体レーザー
に通電すると、単なる熱的過程でそれらの欠陥の増殖が
起きるよりも著しく速く欠陥の増殖が起きる。このよう
なキャリアを吸収して発光効率の低下を招く欠陥の増加
が、半導体レーザーの劣化の微視的過程である。
次の通りである。すなわち、活性層の結晶中に転位など
の欠陥が存在すると、半導体レーザーへの通電によって
活性層に注入された電子および正孔はこの欠陥のところ
で再結合して消滅する。このときに放出されるエネルギ
ーは光とならず、その欠陥を動かす過程や新たな欠陥を
生成する過程に消費される。このため、半導体レーザー
に通電すると、単なる熱的過程でそれらの欠陥の増殖が
起きるよりも著しく速く欠陥の増殖が起きる。このよう
なキャリアを吸収して発光効率の低下を招く欠陥の増加
が、半導体レーザーの劣化の微視的過程である。
【０００９】このことから、欠陥の増殖の速度を遅くす
ることにより、半導体レーザーの信頼性や寿命を改善す
ることが可能であると考えられる。この増殖過程は、転
位が結晶中を運動する速度に大きく依存している。とこ
ろで、ある結晶にその構成原子よりも原子半径の小さい
原子を混合して多元混晶にすると、ラティスハードニン
グ（Lattice Hardening)と呼ばれる現象が起こり、結晶
が硬くなる。ここで、結晶中の転位の運動を考えると、
それは原子間の結合手のつなぎ変えの連続過程であるか
ら、硬い、すなわち原子間の結合が強い結晶中の転位
は、動きにくくなる。
ることにより、半導体レーザーの信頼性や寿命を改善す
ることが可能であると考えられる。この増殖過程は、転
位が結晶中を運動する速度に大きく依存している。とこ
ろで、ある結晶にその構成原子よりも原子半径の小さい
原子を混合して多元混晶にすると、ラティスハードニン
グ（Lattice Hardening)と呼ばれる現象が起こり、結晶
が硬くなる。ここで、結晶中の転位の運動を考えると、
それは原子間の結合手のつなぎ変えの連続過程であるか
ら、硬い、すなわち原子間の結合が強い結晶中の転位
は、動きにくくなる。
【００１０】例えば、Ｚｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓｅの三元混晶
に比べてＺｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.07Ｓｅ0.93の四元混晶で
は格子定数が０．３％減少するが、Appl. Phys. Lett.
46,54(1985)によれば、結晶の硬さはその格子定数の五
乗に反比例するため、１．５％の硬さの増加が予想され
る。これによって、転位の運動が起こりにくくなること
が期待される。実際に、Ｚｎ0.04Ｃｄ0.96Ｔｅは、Ｃｄ
Ｔｅに比べて格子定数が０．２３％小さく、１．１％の
硬さの向上が期待されるが、バルク結晶中の転位密度が
ＣｄＴｅに比べて一桁以上減少することが確認されてい
る（S.L.Bell and S.Sen, presented at Infrared Imag
ing Systems Detector Specialty GroupMeeting, Bould
er CO,1983; T.M.James and B.F.Zuck, ibid.) 。以上
のような考察から、活性層の材料としてＺｎＣｄＳＳｅ
の四元混晶を用いた場合には、ＺｎＣｄＳｅの三元混晶
を用いた場合に比べて、半導体レーザーへの通電時の活
性層中における転位の増殖を抑えることができ、半導体
レーザーの信頼性や寿命を向上させることができる。
に比べてＺｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.07Ｓｅ0.93の四元混晶で
は格子定数が０．３％減少するが、Appl. Phys. Lett.
46,54(1985)によれば、結晶の硬さはその格子定数の五
乗に反比例するため、１．５％の硬さの増加が予想され
る。これによって、転位の運動が起こりにくくなること
が期待される。実際に、Ｚｎ0.04Ｃｄ0.96Ｔｅは、Ｃｄ
Ｔｅに比べて格子定数が０．２３％小さく、１．１％の
硬さの向上が期待されるが、バルク結晶中の転位密度が
ＣｄＴｅに比べて一桁以上減少することが確認されてい
る（S.L.Bell and S.Sen, presented at Infrared Imag
ing Systems Detector Specialty GroupMeeting, Bould
er CO,1983; T.M.James and B.F.Zuck, ibid.) 。以上
のような考察から、活性層の材料としてＺｎＣｄＳＳｅ
の四元混晶を用いた場合には、ＺｎＣｄＳｅの三元混晶
を用いた場合に比べて、半導体レーザーへの通電時の活
性層中における転位の増殖を抑えることができ、半導体
レーザーの信頼性や寿命を向上させることができる。
【００１１】この発明は、本発明者による以上のような
検討および知見に基づいて案出されたものである。すな
わち、上記目的を達成するために、この発明による半導
体発光素子は、基板上に積層された第１導電型の第１の
クラッド層（３）と、第１のクラッド層上に積層された
活性層（５）と、活性層上に積層された第２導電型の第
２のクラッド層（７）とを有し、第１のクラッド層およ
び第２のクラッド層（３、７）は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、
ＨｇおよびＢｅから成る群より選ばれた少なくとも一種
のＩＩ族元素とＳｅ、ＴｅおよびＳから成る群より選ば
れた少なくとも一種のＶＩ族元素とにより構成されたＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体から成り、活性層（５）は、Ｚ
ｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＨｇおよびＢｅから成る群より選ばれ
た少なくとも一種のＩＩ族元素とＳ、ＳｅおよびＴｅか
ら成る群より選ばれた少なくとも一種のＶＩ族元素とこ
れらのＩＩ族元素およびＶＩ族元素よりも原子半径が小
さい少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素とに
より構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体から成ること
を特徴とするものである。
検討および知見に基づいて案出されたものである。すな
わち、上記目的を達成するために、この発明による半導
体発光素子は、基板上に積層された第１導電型の第１の
クラッド層（３）と、第１のクラッド層上に積層された
活性層（５）と、活性層上に積層された第２導電型の第
２のクラッド層（７）とを有し、第１のクラッド層およ
び第２のクラッド層（３、７）は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、
ＨｇおよびＢｅから成る群より選ばれた少なくとも一種
のＩＩ族元素とＳｅ、ＴｅおよびＳから成る群より選ば
れた少なくとも一種のＶＩ族元素とにより構成されたＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体から成り、活性層（５）は、Ｚ
ｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＨｇおよびＢｅから成る群より選ばれ
た少なくとも一種のＩＩ族元素とＳ、ＳｅおよびＴｅか
ら成る群より選ばれた少なくとも一種のＶＩ族元素とこ
れらのＩＩ族元素およびＶＩ族元素よりも原子半径が小
さい少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素とに
より構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体から成ること
を特徴とするものである。
【００１２】ここで、参考のために、ＩＩ族元素および
ＶＩ族元素の原子半径、すなわち共有結合半径を元素名
の後の括弧内に示すと、ＩＩ族元素についてはＺｎ
（１．３１Å）、Ｍｇ（１．４０Å）、Ｃｄ（１．４８
Å）、Ｈｇ（１．４８Å）およびＢｅ（１．０６Å）、
ＶＩ族元素についてはＳ（１．０４Å）、Ｓｅ（１．１
４Å）およびＴｅ（１．３２Å）である。
ＶＩ族元素の原子半径、すなわち共有結合半径を元素名
の後の括弧内に示すと、ＩＩ族元素についてはＺｎ
（１．３１Å）、Ｍｇ（１．４０Å）、Ｃｄ（１．４８
Å）、Ｈｇ（１．４８Å）およびＢｅ（１．０６Å）、
ＶＩ族元素についてはＳ（１．０４Å）、Ｓｅ（１．１
４Å）およびＴｅ（１．３２Å）である。
【００１３】この発明において、半導体レーザーは、活
性層（５）と第１のクラッド層および第２のクラッド層
（３、７）との間にそれぞれ第１の光導波層および第２
の光導波層（４、６）を有し、第１の光導波層および第
２の光導波層（４、６）は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｈｇお
よびＢｅから成る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ
族元素とＳｅ、ＴｅおよびＳから成る群より選ばれた少
なくとも一種のＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体から成るものであることもある。
性層（５）と第１のクラッド層および第２のクラッド層
（３、７）との間にそれぞれ第１の光導波層および第２
の光導波層（４、６）を有し、第１の光導波層および第
２の光導波層（４、６）は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｈｇお
よびＢｅから成る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ
族元素とＳｅ、ＴｅおよびＳから成る群より選ばれた少
なくとも一種のＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体から成るものであることもある。
【００１４】この発明の一実施形態においては、活性層
を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＺｎとＣｄと
ＳｅとＺｎ、ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小さい少
なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素とにより構
成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体である。このＺｎ、
ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小さい少なくとも一種
のＩＩ族元素またはＶＩ族元素はＳ、ＢｅまたはＯであ
る。ここで、ＢｅおよびＯは、活性層の結晶性の面から
は、ホスト原子としてよりも不純物として例えば１０18
〜１０20ｃｍ-3の濃度で含ませるのが好ましい。
を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＺｎとＣｄと
ＳｅとＺｎ、ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小さい少
なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素とにより構
成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体である。このＺｎ、
ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小さい少なくとも一種
のＩＩ族元素またはＶＩ族元素はＳ、ＢｅまたはＯであ
る。ここで、ＢｅおよびＯは、活性層の結晶性の面から
は、ホスト原子としてよりも不純物として例えば１０18
〜１０20ｃｍ-3の濃度で含ませるのが好ましい。
【００１５】この発明の一実施形態においては、具体的
には、第１のクラッド層および第２のクラッド層を構成
するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＺｎＭｇＳＳｅ系化合
物半導体であり、活性層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体はＺｎＣｄＳＳｅ系化合物半導体である。ここ
で、典型的には、活性層を構成するＺｎＣｄＳＳｅ系化
合物半導体のＳ組成比は０．０２以上０．２以下かつ第
１のクラッド層および第２のクラッド層を構成するＺｎ
ＭｇＳＳｅ系化合物半導体のＳ組成比以下であり、Ｃｄ
組成比は０．０１以上０．３５以下である。
には、第１のクラッド層および第２のクラッド層を構成
するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＺｎＭｇＳＳｅ系化合
物半導体であり、活性層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体はＺｎＣｄＳＳｅ系化合物半導体である。ここ
で、典型的には、活性層を構成するＺｎＣｄＳＳｅ系化
合物半導体のＳ組成比は０．０２以上０．２以下かつ第
１のクラッド層および第２のクラッド層を構成するＺｎ
ＭｇＳＳｅ系化合物半導体のＳ組成比以下であり、Ｃｄ
組成比は０．０１以上０．３５以下である。
【００１６】この発明の他の一実施形態においては、活
性層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＺｎとＳ
ｅとＺｎおよびＳｅよりも原子半径が小さい少なくとも
一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素とにより構成された
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体である。このＺｎおよびＳｅ
よりも原子半径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素ま
たはＶＩ族元素はＳ、ＢｅまたはＯである。上述と同様
に、ＢｅおよびＯは、活性層の結晶性の面からは、ホス
ト原子としてよりも不純物として例えば１０18〜１０20
ｃｍ-3の濃度で含ませるのが好ましい。
性層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＺｎとＳ
ｅとＺｎおよびＳｅよりも原子半径が小さい少なくとも
一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素とにより構成された
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体である。このＺｎおよびＳｅ
よりも原子半径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素ま
たはＶＩ族元素はＳ、ＢｅまたはＯである。上述と同様
に、ＢｅおよびＯは、活性層の結晶性の面からは、ホス
ト原子としてよりも不純物として例えば１０18〜１０20
ｃｍ-3の濃度で含ませるのが好ましい。
【００１７】この発明の他の一実施形態においては、具
体的には、第１のクラッド層および第２のクラッド層を
構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＺｎＭｇＳＳｅ系
化合物半導体であり、活性層を構成するＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体はＺｎＳＳｅ系化合物半導体である。ここ
で、典型的には、活性層を構成するＺｎＳＳｅ系化合物
半導体のＳ組成比は０．０２以上０．２以下かつ第１の
クラッド層および第２のクラッド層を構成するＺｎＭｇ
ＳＳｅ系化合物半導体のＳ組成比以下である。
体的には、第１のクラッド層および第２のクラッド層を
構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＺｎＭｇＳＳｅ系
化合物半導体であり、活性層を構成するＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体はＺｎＳＳｅ系化合物半導体である。ここ
で、典型的には、活性層を構成するＺｎＳＳｅ系化合物
半導体のＳ組成比は０．０２以上０．２以下かつ第１の
クラッド層および第２のクラッド層を構成するＺｎＭｇ
ＳＳｅ系化合物半導体のＳ組成比以下である。
【００１８】図７はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の混晶の
格子定数と組成との関係を示すものである。図７中の二
元のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の格子定数をその名称の
後の括弧内に示すと、ＺｎＳｅ（５．６６８１Å）、Ｚ
ｎＳ（５．４０９３Å）、ＣｄＳｅ（６．０５Å）、Ｃ
ｄＳ（５．８３２Å）である。なお、ＧａＡｓの格子定
数は５．６５３Åである。上述の活性層を構成するＺｎ
ＣｄＳＳｅ系化合物半導体やＺｎＳＳｅ系化合物半導体
のＳ組成比やＣｄ組成比の範囲は、図７中の破線で囲ま
れた領域に対応する。
格子定数と組成との関係を示すものである。図７中の二
元のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の格子定数をその名称の
後の括弧内に示すと、ＺｎＳｅ（５．６６８１Å）、Ｚ
ｎＳ（５．４０９３Å）、ＣｄＳｅ（６．０５Å）、Ｃ
ｄＳ（５．８３２Å）である。なお、ＧａＡｓの格子定
数は５．６５３Åである。上述の活性層を構成するＺｎ
ＣｄＳＳｅ系化合物半導体やＺｎＳＳｅ系化合物半導体
のＳ組成比やＣｄ組成比の範囲は、図７中の破線で囲ま
れた領域に対応する。
【００１９】この発明において、基板としては典型的に
はＧａＡｓ基板が用いられるが、そのほかにＧａＰ基板
やＺｎＳｅ基板などを用いてもよい。
はＧａＡｓ基板が用いられるが、そのほかにＧａＰ基板
やＺｎＳｅ基板などを用いてもよい。
【００２０】
【作用】上述のように構成されたこの発明による半導体
発光素子によれば、活性層が、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｈｇ
およびＢｅから成る群より選ばれた少なくとも一種のＩ
Ｉ族元素とＳ、ＳｅおよびＴｅから成る群より選ばれた
少なくとも一種のＶＩ族元素とこれらのＩＩ族元素およ
びＶＩ族元素よりも原子半径が小さい少なくとも一種の
ＩＩ族元素またはＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体から成るので、この原子半径が小さ
い少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素の存在
により、このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、この原子半
径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元
素が構成元素として存在しない場合に比べて格子定数が
小さくなっており、従ってその分だけ硬さが増してい
る。これによって、活性層中の転位などの欠陥が動きに
くくなり、半導体発光素子への通電時の欠陥の増殖の速
度を遅くすることができる。この結果、半導体発光素子
の高信頼化および長寿命化を図ることができる。
発光素子によれば、活性層が、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｈｇ
およびＢｅから成る群より選ばれた少なくとも一種のＩ
Ｉ族元素とＳ、ＳｅおよびＴｅから成る群より選ばれた
少なくとも一種のＶＩ族元素とこれらのＩＩ族元素およ
びＶＩ族元素よりも原子半径が小さい少なくとも一種の
ＩＩ族元素またはＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体から成るので、この原子半径が小さ
い少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素の存在
により、このＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、この原子半
径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元
素が構成元素として存在しない場合に比べて格子定数が
小さくなっており、従ってその分だけ硬さが増してい
る。これによって、活性層中の転位などの欠陥が動きに
くくなり、半導体発光素子への通電時の欠陥の増殖の速
度を遅くすることができる。この結果、半導体発光素子
の高信頼化および長寿命化を図ることができる。
【００２１】以上により、高信頼性かつ長寿命のＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ないし緑色で発光可能
な半導体発光素子を実現することができる。
ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ないし緑色で発光可能
な半導体発光素子を実現することができる。
【００２２】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００２３】図１および図２はこの発明の一実施例によ
る半導体レーザーを示す。ここで、図１はこの半導体レ
ーザーの共振器長方向に垂直な断面図、図２はこの半導
体レーザーの共振器長方向に平行な断面図である。この
半導体レーザーは、いわゆるＳＣＨ（Separate Confine
ment Heterostructure）構造を有するものである。
る半導体レーザーを示す。ここで、図１はこの半導体レ
ーザーの共振器長方向に垂直な断面図、図２はこの半導
体レーザーの共振器長方向に平行な断面図である。この
半導体レーザーは、いわゆるＳＣＨ（Separate Confine
ment Heterostructure）構造を有するものである。
【００２４】図１および図２に示すように、この実施例
による半導体レーザーにおいては、ドナー不純物として
例えばＳｉがドープされた（１００）面方位のｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、ドナー不純物として例えばＣｌがドー
プされたｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ドナー不純物とし
て例えばＣｌがドープされたｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp ＳqＳ
ｅ1-q クラッド層３、ドナー不純物として例えばＣｌが
ドープされたｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層４、例えば
ｉ型のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５、アクセプ
タ不純物として例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳu Ｓ
ｅ1-u 光導波層６、アクセプタ不純物として例えばＮが
ドープされたｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド
層７、アクセプタ不純物として例えばＮがドープされた
ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８、アクセプタ不純物として例
えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９、ｐ
型ＺｎＳｅから成る障壁層とｐ型ＺｎＴｅから成る量子
井戸層とを交互に積層したｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重
量子井戸（ＭＱＷ）層１０およびアクセプタ不純物とし
て例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
１が順次積層されている。
による半導体レーザーにおいては、ドナー不純物として
例えばＳｉがドープされた（１００）面方位のｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、ドナー不純物として例えばＣｌがドー
プされたｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ドナー不純物とし
て例えばＣｌがドープされたｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp ＳqＳ
ｅ1-q クラッド層３、ドナー不純物として例えばＣｌが
ドープされたｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層４、例えば
ｉ型のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５、アクセプ
タ不純物として例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳu Ｓ
ｅ1-u 光導波層６、アクセプタ不純物として例えばＮが
ドープされたｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド
層７、アクセプタ不純物として例えばＮがドープされた
ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８、アクセプタ不純物として例
えばＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９、ｐ
型ＺｎＳｅから成る障壁層とｐ型ＺｎＴｅから成る量子
井戸層とを交互に積層したｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重
量子井戸（ＭＱＷ）層１０およびアクセプタ不純物とし
て例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
１が順次積層されている。
【００２５】ここで、従来の半導体レーザーのように三
元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層ではなく、これにＺｎ、
ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小さいＳを加えた四元
のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５を用いているこ
とが、特に特徴的なことである。
元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層ではなく、これにＺｎ、
ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小さいＳを加えた四元
のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５を用いているこ
とが、特に特徴的なことである。
【００２６】ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８の上層部、ｐ型
ＺｎＳｅコンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱ
Ｗ層１０およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１はストラ
イプ形状にパターニングされている。このストライプ部
の幅は例えば５μｍ程度である。
ＺｎＳｅコンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱ
Ｗ層１０およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１はストラ
イプ形状にパターニングされている。このストライプ部
の幅は例えば５μｍ程度である。
【００２７】さらに、上述のストライプ部以外の部分の
ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８上には、例えば厚さが３００
ｎｍのアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜から成る絶縁層１２が
形成されている。そして、ストライプ形状のｐ型ＺｎＴ
ｅコンタクト層１１および絶縁層１２上にｐ側電極１３
が形成されている。このｐ側電極１３がｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層１１とコンタクトした部分が、この半導体レ
ーザーに対する通電時の電流の通路となる。ここで、こ
のｐ側電極１３としては、例えば、厚さが１０ｎｍのＰ
ｄ膜と厚さが１００ｎｍのＰｔ膜と厚さが３００ｎｍの
Ａｕ膜とを順次積層した構造のＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極が
用いられる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、例
えばＩｎ電極のようなｎ側電極１４が形成されている。
ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８上には、例えば厚さが３００
ｎｍのアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜から成る絶縁層１２が
形成されている。そして、ストライプ形状のｐ型ＺｎＴ
ｅコンタクト層１１および絶縁層１２上にｐ側電極１３
が形成されている。このｐ側電極１３がｐ型ＺｎＴｅコ
ンタクト層１１とコンタクトした部分が、この半導体レ
ーザーに対する通電時の電流の通路となる。ここで、こ
のｐ側電極１３としては、例えば、厚さが１０ｎｍのＰ
ｄ膜と厚さが１００ｎｍのＰｔ膜と厚さが３００ｎｍの
Ａｕ膜とを順次積層した構造のＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極が
用いられる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、例
えばＩｎ電極のようなｎ側電極１４が形成されている。
【００２８】この半導体レーザーにおいては、いわゆる
端面コーティングが施されている。すなわち、図２に示
すように、共振器長方向に垂直な一対の共振器端面のう
ちレーザー光が取り出されるフロント側の端面にはＡｌ
2 Ｏ3 膜１５とＳｉ膜１６とから成る多層膜がコーティ
ングされ、共振器長方向に垂直な一対の共振器端面のう
ちレーザー光が取り出されないリア側の端面にはＡｌ2
Ｏ3 膜１５とＳｉ膜１６とを２周期積層した多層膜がコ
ーティングされている。ここで、Ａｌ2 Ｏ3 膜１５とＳ
ｉ膜１６とから成る多層膜の厚さは、それに屈折率をか
けた光学的距離が、レーザー光の発振波長の１／４に等
しくなるように選ばれる。このような端面コーティング
が施されていることにより、例えば、フロント側の端面
の反射率を７０％、リア側の端面の反射率を９５％にす
ることができる。
端面コーティングが施されている。すなわち、図２に示
すように、共振器長方向に垂直な一対の共振器端面のう
ちレーザー光が取り出されるフロント側の端面にはＡｌ
2 Ｏ3 膜１５とＳｉ膜１６とから成る多層膜がコーティ
ングされ、共振器長方向に垂直な一対の共振器端面のう
ちレーザー光が取り出されないリア側の端面にはＡｌ2
Ｏ3 膜１５とＳｉ膜１６とを２周期積層した多層膜がコ
ーティングされている。ここで、Ａｌ2 Ｏ3 膜１５とＳ
ｉ膜１６とから成る多層膜の厚さは、それに屈折率をか
けた光学的距離が、レーザー光の発振波長の１／４に等
しくなるように選ばれる。このような端面コーティング
が施されていることにより、例えば、フロント側の端面
の反射率を７０％、リア側の端面の反射率を９５％にす
ることができる。
【００２９】ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド
層３およびｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp ＳqＳｅ1-q クラッド層
７のＭｇ組成比ｐは例えば０．０９、またＳ組成比ｑは
例えば０．１８である。これらのＭｇ組成比ｐ＝０．０
９およびＳ組成比ｑ＝０．１８を有するｎ型Ｚｎ1-p Ｍ
ｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層３およびｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇ
p Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７はＧａＡｓと格子整合す
る。また、ｎ型ＺｎＳuＳｅ1-u 光導波層４およびｐ型
ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層６のＳ組成比ｕは例えば０．
０６であり、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８のＳ組成比ｖも
例えば０．０６である。これらのＳ組成比ｕ＝０．０６
を有するｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層４およびｐ型Ｚ
ｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層６やＳ組成比ｖ＝０．０６を有
するｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８はｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓ
q Ｓｅ1-q クラッド層３およびｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq
Ｓｅ1-q クラッド層７と格子整合する。
層３およびｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp ＳqＳｅ1-q クラッド層
７のＭｇ組成比ｐは例えば０．０９、またＳ組成比ｑは
例えば０．１８である。これらのＭｇ組成比ｐ＝０．０
９およびＳ組成比ｑ＝０．１８を有するｎ型Ｚｎ1-p Ｍ
ｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層３およびｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇ
p Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７はＧａＡｓと格子整合す
る。また、ｎ型ＺｎＳuＳｅ1-u 光導波層４およびｐ型
ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層６のＳ組成比ｕは例えば０．
０６であり、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８のＳ組成比ｖも
例えば０．０６である。これらのＳ組成比ｕ＝０．０６
を有するｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層４およびｐ型Ｚ
ｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層６やＳ組成比ｖ＝０．０６を有
するｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８はｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓ
q Ｓｅ1-q クラッド層３およびｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq
Ｓｅ1-q クラッド層７と格子整合する。
【００３０】さらに、Ｚｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性
層５のＣｄ組成比ｚは例えば０．２５、またＳ組成比ｗ
は例えば０．０７である。このＣｄ組成比ｚ＝０．２５
およびＳ組成比ｗ＝０．０７を有するＺｎ1-z Ｃｄz Ｓ
w Ｓｅ1-w 活性層５を用いた場合、この半導体レーザー
の発振波長は約４９５ｎｍである。
層５のＣｄ組成比ｚは例えば０．２５、またＳ組成比ｗ
は例えば０．０７である。このＣｄ組成比ｚ＝０．２５
およびＳ組成比ｗ＝０．０７を有するＺｎ1-z Ｃｄz Ｓ
w Ｓｅ1-w 活性層５を用いた場合、この半導体レーザー
の発振波長は約４９５ｎｍである。
【００３１】ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド
層３の厚さは例えば０．７μｍ、有効ドナー濃度ＮD −
ＮA （ただし、ＮD はドナー濃度、ＮA はアクセプタ濃
度）は例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。また、
ｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層４の厚さは例えば１００
ｎｍ、ＮD −ＮA は例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3で
ある。ｐ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層６の厚さは例えば
１００ｎｍ、有効アクセプタ濃度ＮA −ＮD は例えば
（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。ｐ型Ｚｎ1-pＭｇp
Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７の厚さは例えば０．５μｍ、
ＮA −ＮD は例えば１×１０17ｃｍ-3である。ｐ型Ｚｎ
Ｓv Ｓｅ1-v 層８の厚さは例えば０．５μｍ、ＮA −Ｎ
D は例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。ｐ型Ｚｎ
Ｓｅコンタクト層９の厚さは例えば１００ｎｍ、ＮA −
ＮD は例えば（５〜８）×１０17ｃｍ-3である。さら
に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１の厚さは例えば７０
ｎｍであり、ＮA −ＮD は例えば１×１０19ｃｍ-3であ
る。
層３の厚さは例えば０．７μｍ、有効ドナー濃度ＮD −
ＮA （ただし、ＮD はドナー濃度、ＮA はアクセプタ濃
度）は例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。また、
ｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層４の厚さは例えば１００
ｎｍ、ＮD −ＮA は例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3で
ある。ｐ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層６の厚さは例えば
１００ｎｍ、有効アクセプタ濃度ＮA −ＮD は例えば
（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。ｐ型Ｚｎ1-pＭｇp
Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７の厚さは例えば０．５μｍ、
ＮA −ＮD は例えば１×１０17ｃｍ-3である。ｐ型Ｚｎ
Ｓv Ｓｅ1-v 層８の厚さは例えば０．５μｍ、ＮA −Ｎ
D は例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。ｐ型Ｚｎ
Ｓｅコンタクト層９の厚さは例えば１００ｎｍ、ＮA −
ＮD は例えば（５〜８）×１０17ｃｍ-3である。さら
に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１の厚さは例えば７０
ｎｍであり、ＮA −ＮD は例えば１×１０19ｃｍ-3であ
る。
【００３２】ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２の厚さは、Ｚｎ
ＳｅとＧａＡｓとの間にはわずかではあるが格子不整合
が存在することから、この格子不整合に起因してこのｎ
型ＺｎＳｅバッファ層２およびその上の各層のエピタキ
シャル成長時に転位が発生するのを防止するために、Ｚ
ｎＳｅの臨界膜厚（〜１００ｎｍ）よりも十分に小さく
選ばれるが、この実施例においては例えば３３ｎｍであ
る。
ＳｅとＧａＡｓとの間にはわずかではあるが格子不整合
が存在することから、この格子不整合に起因してこのｎ
型ＺｎＳｅバッファ層２およびその上の各層のエピタキ
シャル成長時に転位が発生するのを防止するために、Ｚ
ｎＳｅの臨界膜厚（〜１００ｎｍ）よりも十分に小さく
選ばれるが、この実施例においては例えば３３ｎｍであ
る。
【００３３】ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８は、ｐ型Ｚｎ
1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７に加えた第２のｐ
型クラッド層としての機能、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓ
ｅ1-qクラッド層７との格子整合をとる機能、ヒートシ
ンク上へのレーザーチップのマウントの際のチップ端面
におけるはんだの這い上がりによる短絡を防止するため
のスペーサ層としての機能などを有する。
1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７に加えた第２のｐ
型クラッド層としての機能、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓ
ｅ1-qクラッド層７との格子整合をとる機能、ヒートシ
ンク上へのレーザーチップのマウントの際のチップ端面
におけるはんだの這い上がりによる短絡を防止するため
のスペーサ層としての機能などを有する。
【００３４】上述のようにｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８は
ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７とともに
第２のｐ型クラッド層を構成することにより、光閉じ込
め特性およびキャリア閉じ込め特性を向上させることが
できる。また、ＺｎＳＳｅにおける正孔の移動度はＺｎ
ＭｇＳＳｅにおけるそれよりも大きいことにより、ｐ型
クラッド層の全体の厚さを同一とした場合、ｐ型クラッ
ド層をｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７だ
けで構成した場合に比べて、ｐ型クラッド層をｐ型Ｚｎ
1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７とｐ型ＺｎＳv Ｓ
ｅ1-v 層８とにより構成した場合の方が、ｐ型クラッド
層を低抵抗化することができる。このようにｐ型クラッ
ド層が低抵抗化されることは、このｐ型クラッド層によ
る電圧降下の減少をもたらすため、半導体レーザーの低
動作電圧化に寄与する。
ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７とともに
第２のｐ型クラッド層を構成することにより、光閉じ込
め特性およびキャリア閉じ込め特性を向上させることが
できる。また、ＺｎＳＳｅにおける正孔の移動度はＺｎ
ＭｇＳＳｅにおけるそれよりも大きいことにより、ｐ型
クラッド層の全体の厚さを同一とした場合、ｐ型クラッ
ド層をｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７だ
けで構成した場合に比べて、ｐ型クラッド層をｐ型Ｚｎ
1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７とｐ型ＺｎＳv Ｓ
ｅ1-v 層８とにより構成した場合の方が、ｐ型クラッド
層を低抵抗化することができる。このようにｐ型クラッ
ド層が低抵抗化されることは、このｐ型クラッド層によ
る電圧降下の減少をもたらすため、半導体レーザーの低
動作電圧化に寄与する。
【００３５】さらに、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９をｐ
型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７上に直接積
層するとこれらの層の間に格子不整合が存在することに
より結晶性の劣化が生じやすいが、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp
Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７上にこれと格子整合するｐ型
ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８を積層し、このｐ型ＺｎＳv Ｓｅ
1-v 層８上にｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９を積層してい
るので、これらのｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８およびｐ型
ＺｎＳｅコンタクト層９の結晶性を良好にすることがで
きる。これは、ｐ側電極１３のオーミックコンタクト特
性の向上に寄与する。
型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７上に直接積
層するとこれらの層の間に格子不整合が存在することに
より結晶性の劣化が生じやすいが、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp
Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７上にこれと格子整合するｐ型
ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８を積層し、このｐ型ＺｎＳv Ｓｅ
1-v 層８上にｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９を積層してい
るので、これらのｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８およびｐ型
ＺｎＳｅコンタクト層９の結晶性を良好にすることがで
きる。これは、ｐ側電極１３のオーミックコンタクト特
性の向上に寄与する。
【００３６】以上の利点に加え、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v
層８が設けられていることにより、次のような利点をも
得ることができる。すなわち、このｐ型ＺｎＳv Ｓｅ
1-v 層８を第２のｐ型クラッド層として用いる場合に
は、二元や三元のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ほどにはエ
ピタキシャル成長が容易でないｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq
Ｓｅ1-q クラッド層７の厚さを最小限にすることがで
き、従って半導体レーザーの製造もその分だけ容易にな
る。
層８が設けられていることにより、次のような利点をも
得ることができる。すなわち、このｐ型ＺｎＳv Ｓｅ
1-v 層８を第２のｐ型クラッド層として用いる場合に
は、二元や三元のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ほどにはエ
ピタキシャル成長が容易でないｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq
Ｓｅ1-q クラッド層７の厚さを最小限にすることがで
き、従って半導体レーザーの製造もその分だけ容易にな
る。
【００３７】上述のｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１
０が設けられているのは、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９
とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１とを直接接合すると、
その接合界面において価電子帯に大きな不連続が生じ、
これがｐ側電極１３からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１
に注入される正孔に対するポテンシャル障壁となること
から、この障壁を実効的になくすためである。
０が設けられているのは、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９
とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１とを直接接合すると、
その接合界面において価電子帯に大きな不連続が生じ、
これがｐ側電極１３からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１
に注入される正孔に対するポテンシャル障壁となること
から、この障壁を実効的になくすためである。
【００３８】すなわち、ｐ型ＺｎＳｅ中のキャリア濃度
は典型的には５×１０17ｃｍ-3程度であり、一方、ｐ型
ＺｎＴｅ中のキャリア濃度は１０19ｃｍ-3以上とするこ
とが可能である。また、ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界
面における価電子帯の不連続の大きさは約０．８ｅＶで
ある。このようなｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合の価
電子帯には、接合がステップ接合であると仮定すると、
ｐ型ＺｎＳｅ側に Ｗ＝（２εφT ／ｑＮA ）1/2 （１） の幅にわたってバンドの曲がりが生じる。ここで、ｑは
電子の電荷の絶対値、εはＺｎＳｅの誘電率、φT はｐ
型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界面における価電子帯の不連
続ポテンシャル（約０．８ｅＶ）を表す。
は典型的には５×１０17ｃｍ-3程度であり、一方、ｐ型
ＺｎＴｅ中のキャリア濃度は１０19ｃｍ-3以上とするこ
とが可能である。また、ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界
面における価電子帯の不連続の大きさは約０．８ｅＶで
ある。このようなｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合の価
電子帯には、接合がステップ接合であると仮定すると、
ｐ型ＺｎＳｅ側に Ｗ＝（２εφT ／ｑＮA ）1/2 （１） の幅にわたってバンドの曲がりが生じる。ここで、ｑは
電子の電荷の絶対値、εはＺｎＳｅの誘電率、φT はｐ
型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界面における価電子帯の不連
続ポテンシャル（約０．８ｅＶ）を表す。
【００３９】このときに価電子帯の頂上がｐ型ＺｎＳｅ
／ｐ型ＺｎＴｅ界面に垂直な方向に沿ってどのように変
化するかを示したのが図３である。ただし、ｐ型ＺｎＳ
ｅおよびｐ型ＺｎＴｅのフェルミ準位は価電子帯の頂上
に一致すると近似している。図３に示すように、この場
合、ｐ型ＺｎＳｅの価電子帯はｐ型ＺｎＴｅに向かって
下に曲がっている。この下に凸の価電子帯の変化は、こ
のｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に注入された正孔に
対してポテンシャル障壁として働く。
／ｐ型ＺｎＴｅ界面に垂直な方向に沿ってどのように変
化するかを示したのが図３である。ただし、ｐ型ＺｎＳ
ｅおよびｐ型ＺｎＴｅのフェルミ準位は価電子帯の頂上
に一致すると近似している。図３に示すように、この場
合、ｐ型ＺｎＳｅの価電子帯はｐ型ＺｎＴｅに向かって
下に曲がっている。この下に凸の価電子帯の変化は、こ
のｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ接合に注入された正孔に
対してポテンシャル障壁として働く。
【００４０】この問題は、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９
とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１との間にｐ型ＺｎＳｅ
／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０を設けることにより解決するこ
とができる。このｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０
は、量子井戸の幅ＬW を小さくすることにより、量子井
戸内に形成される基底量子準位Ｅ1 を高くすることがで
きることを利用して次のように設計する。
とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１との間にｐ型ＺｎＳｅ
／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０を設けることにより解決するこ
とができる。このｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０
は、量子井戸の幅ＬW を小さくすることにより、量子井
戸内に形成される基底量子準位Ｅ1 を高くすることがで
きることを利用して次のように設計する。
【００４１】この場合、ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界
面からｐ型ＺｎＳｅ側に幅Ｗにわたって生じるバンドの
曲がりはｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界面からの距離ｘ
（図３）の二次関数 φ（ｘ）＝φT ｛１−（ｘ／Ｗ）2 ｝ （２） で与えられる。従って、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ
層１０の設計は、（２）式に基づいて、ｐ型ＺｎＴｅか
ら成る量子井戸層のそれぞれに形成される基底量子準位
Ｅ1 がｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂
上のエネルギーと一致し、しかも互いに等しくなるよう
にＬW を段階的に変えることにより行うことができる。
面からｐ型ＺｎＳｅ側に幅Ｗにわたって生じるバンドの
曲がりはｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界面からの距離ｘ
（図３）の二次関数 φ（ｘ）＝φT ｛１−（ｘ／Ｗ）2 ｝ （２） で与えられる。従って、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ
層１０の設計は、（２）式に基づいて、ｐ型ＺｎＴｅか
ら成る量子井戸層のそれぞれに形成される基底量子準位
Ｅ1 がｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の頂
上のエネルギーと一致し、しかも互いに等しくなるよう
にＬW を段階的に変えることにより行うことができる。
【００４２】図４は、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層
１０におけるｐ型ＺｎＳｅから成る障壁層の幅ＬB を一
定（例えば、２ｎｍ）とした場合の設計例を示す。図４
に示すように、この場合には、合計で７個ある量子井戸
の幅ＬW を、その基底量子準位Ｅ1 がｐ型ＺｎＳｅおよ
びｐ型ＺｎＴｅのフェルミ準位と一致するように、ｐ型
ＺｎＳｅコンタクト層９からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
１１に向かって段階的に増加させている。
１０におけるｐ型ＺｎＳｅから成る障壁層の幅ＬB を一
定（例えば、２ｎｍ）とした場合の設計例を示す。図４
に示すように、この場合には、合計で７個ある量子井戸
の幅ＬW を、その基底量子準位Ｅ1 がｐ型ＺｎＳｅおよ
びｐ型ＺｎＴｅのフェルミ準位と一致するように、ｐ型
ＺｎＳｅコンタクト層９からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
１１に向かって段階的に増加させている。
【００４３】図４において、ｐ型ＺｎＴｅに注入された
正孔は、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０のそれぞ
れの量子井戸に形成された基底量子準位Ｅ1 を介して共
鳴トンネリングによりｐ型ＺｎＳｅ側に流れることがで
きるので、ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界面のポテンシ
ャル障壁は実効的になくなる。したがって、この実施例
による半導体レーザーによれば、良好な電圧−電流特性
を得ることができるとともに、低動作電圧化を図ること
ができる。
正孔は、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０のそれぞ
れの量子井戸に形成された基底量子準位Ｅ1 を介して共
鳴トンネリングによりｐ型ＺｎＳｅ側に流れることがで
きるので、ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界面のポテンシ
ャル障壁は実効的になくなる。したがって、この実施例
による半導体レーザーによれば、良好な電圧−電流特性
を得ることができるとともに、低動作電圧化を図ること
ができる。
【００４４】なお、量子井戸の幅ＬW の設計に当たって
は、厳密には、それぞれの量子井戸の準位は相互に結合
しているためにそれらの相互作用を考慮する必要があ
り、また、量子井戸と障壁層との格子不整合による歪み
の効果も取り入れなければならないが、多重量子井戸の
量子準位を図４のようにフラットに設定することは原理
的に十分可能である。
は、厳密には、それぞれの量子井戸の準位は相互に結合
しているためにそれらの相互作用を考慮する必要があ
り、また、量子井戸と障壁層との格子不整合による歪み
の効果も取り入れなければならないが、多重量子井戸の
量子準位を図４のようにフラットに設定することは原理
的に十分可能である。
【００４５】次に、上述のように構成されたこの実施例
による半導体レーザーの製造方法について説明する。
による半導体レーザーの製造方法について説明する。
【００４６】この実施例による半導体レーザーを製造す
るには、まず、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
により、例えば２５０〜３００℃の範囲内の温度、具体
的には例えば２９５℃において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓ
q Ｓｅ1-q クラッド層３、ｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波
層４、例えばｉ型のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層
５、ｐ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層６、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍ
ｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７、ｐ型ＺｎＳvＳｅ1-v
層８、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＴｅＭＱＷ層１０およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
１を順次エピタキシャル成長させる。この場合、これら
の層を良好な結晶性でエピタキシャル成長させることが
でき、従って半導体レーザーの光出力の減少などの劣化
を抑えることができ、高い信頼性を得ることができる。
るには、まず、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
により、例えば２５０〜３００℃の範囲内の温度、具体
的には例えば２９５℃において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓ
q Ｓｅ1-q クラッド層３、ｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波
層４、例えばｉ型のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層
５、ｐ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層６、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍ
ｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層７、ｐ型ＺｎＳvＳｅ1-v
層８、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＴｅＭＱＷ層１０およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
１を順次エピタキシャル成長させる。この場合、これら
の層を良好な結晶性でエピタキシャル成長させることが
でき、従って半導体レーザーの光出力の減少などの劣化
を抑えることができ、高い信頼性を得ることができる。
【００４７】上述のＭＢＥ法によるエピタキシャル成長
においては、例えば、Ｚｎ原料としては純度９９．９９
９９％のＺｎを用い、Ｍｇ原料としては純度９９．９％
のＭｇを用い、Ｓ原料としては９９．９９９９％のＺｎ
Ｓを用い、Ｓｅ原料としては純度９９．９９９９％のＳ
ｅを用いる。また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚ
ｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層３およびｎ型Ｚｎ
Ｓu Ｓｅ1-u 光導波層４のドナー不純物としてのＣｌの
ドーピングは、例えば純度９９．９９９９％のＺｎＣｌ
2 をドーパントとして用いて行う。一方、ｐ型ＺｎＳu
Ｓｅ1-u 光導波層６、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q
クラッド層７、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８、ｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１
０およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１のアクセプタ不
純物としてのＮのドーピングは、例えば電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）により発生されたＮ2 プラズマを照
射することにより行う。
においては、例えば、Ｚｎ原料としては純度９９．９９
９９％のＺｎを用い、Ｍｇ原料としては純度９９．９％
のＭｇを用い、Ｓ原料としては９９．９９９９％のＺｎ
Ｓを用い、Ｓｅ原料としては純度９９．９９９９％のＳ
ｅを用いる。また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚ
ｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層３およびｎ型Ｚｎ
Ｓu Ｓｅ1-u 光導波層４のドナー不純物としてのＣｌの
ドーピングは、例えば純度９９．９９９９％のＺｎＣｌ
2 をドーパントとして用いて行う。一方、ｐ型ＺｎＳu
Ｓｅ1-u 光導波層６、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q
クラッド層７、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８、ｐ型ＺｎＳ
ｅコンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１
０およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１のアクセプタ不
純物としてのＮのドーピングは、例えば電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）により発生されたＮ2 プラズマを照
射することにより行う。
【００４８】次に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１上に
所定幅のストライプ形状のレジストパターン（図示せ
ず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとし
て、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８の厚さ方向の途中までウ
エットエッチング法によりエッチングする。これによっ
て、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８の上層部、ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０
およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１がストライプ形状
にパターニングされる。
所定幅のストライプ形状のレジストパターン（図示せ
ず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとし
て、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８の厚さ方向の途中までウ
エットエッチング法によりエッチングする。これによっ
て、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８の上層部、ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１０
およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１がストライプ形状
にパターニングされる。
【００４９】次に、上述のエッチングに用いたレジスト
パターンを残したまま全面に例えば厚さが３００ｎｍの
Ａｌ2 Ｏ3 膜を真空蒸着した後、このレジストパターン
を、その上に形成されたＡｌ2 Ｏ3 膜とともに除去する
（リフトオフ）。これによって、上述のストライプ部以
外の部分のｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８上にのみＡｌ2Ｏ
3 膜から成る絶縁層１２が形成される。
パターンを残したまま全面に例えば厚さが３００ｎｍの
Ａｌ2 Ｏ3 膜を真空蒸着した後、このレジストパターン
を、その上に形成されたＡｌ2 Ｏ3 膜とともに除去する
（リフトオフ）。これによって、上述のストライプ部以
外の部分のｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８上にのみＡｌ2Ｏ
3 膜から成る絶縁層１２が形成される。
【００５０】次に、ストライプ形状のｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層１１および絶縁層１２の全面にＰｄ膜、Ｐｔ膜
およびＡｕ膜を順次真空蒸着してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極
から成るｐ側電極１３を形成し、その後必要に応じて熱
処理を行って、このｐ側電極１３をｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層１１にオーミックコンタクトさせる。一方、ｎ型
ＧａＡｓ基板１の裏面にはＩｎ電極のようなｎ側電極１
４を形成する。
タクト層１１および絶縁層１２の全面にＰｄ膜、Ｐｔ膜
およびＡｕ膜を順次真空蒸着してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極
から成るｐ側電極１３を形成し、その後必要に応じて熱
処理を行って、このｐ側電極１３をｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層１１にオーミックコンタクトさせる。一方、ｎ型
ＧａＡｓ基板１の裏面にはＩｎ電極のようなｎ側電極１
４を形成する。
【００５１】次に、以上のようにしてレーザー構造が形
成されたｎ型ＧａＡｓ基板１をバー状に劈開して両共振
器端面を形成した後、例えば真空蒸着法により、フロン
ト側の端面にＡｌ2 Ｏ3 膜１５とＳｉ膜１６とから成る
多層膜を形成するとともに、リア側の端面にＡｌ2 Ｏ3
膜１５とＳｉ膜１６とを２周期繰り返した多層膜を形成
する。このように端面コーティングを施した後、このバ
ーを劈開してチップ化し、パッケージングを行う。
成されたｎ型ＧａＡｓ基板１をバー状に劈開して両共振
器端面を形成した後、例えば真空蒸着法により、フロン
ト側の端面にＡｌ2 Ｏ3 膜１５とＳｉ膜１６とから成る
多層膜を形成するとともに、リア側の端面にＡｌ2 Ｏ3
膜１５とＳｉ膜１６とを２周期繰り返した多層膜を形成
する。このように端面コーティングを施した後、このバ
ーを劈開してチップ化し、パッケージングを行う。
【００５２】以上のように、この実施例による半導体レ
ーザーによれば、Ｚｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層にその構成
元素であるＺｎ、ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小さ
いＳを加えた四元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層
５を用いているので、このＳの存在によりこのＺｎ1-z
Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５はＺｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性
層に比べて格子定数が小さくなっており、従って硬さが
大きい。このため、このＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活
性層５中においては転位などの欠陥はＺｎ1-zＣｄz Ｓ
ｅ活性層中に比べて動きにくく、従って半導体レーザー
への通電時にこのＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５
中に存在する転位などの欠陥が増殖される速度を著しく
遅くすることができる。これによって、Ｚｎ1-z Ｃｄz
Ｓｅ活性層を用いた従来の半導体レーザーに比べて、信
頼性および寿命を向上させることができる。また、この
実施例による半導体レーザーは、例えば波長４９５ｎｍ
の青色ないし緑色で発光が可能である。
ーザーによれば、Ｚｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層にその構成
元素であるＺｎ、ＣｄおよびＳｅよりも原子半径が小さ
いＳを加えた四元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層
５を用いているので、このＳの存在によりこのＺｎ1-z
Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５はＺｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性
層に比べて格子定数が小さくなっており、従って硬さが
大きい。このため、このＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活
性層５中においては転位などの欠陥はＺｎ1-zＣｄz Ｓ
ｅ活性層中に比べて動きにくく、従って半導体レーザー
への通電時にこのＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５
中に存在する転位などの欠陥が増殖される速度を著しく
遅くすることができる。これによって、Ｚｎ1-z Ｃｄz
Ｓｅ活性層を用いた従来の半導体レーザーに比べて、信
頼性および寿命を向上させることができる。また、この
実施例による半導体レーザーは、例えば波長４９５ｎｍ
の青色ないし緑色で発光が可能である。
【００５３】ここで、上述のようにＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw
Ｓｅ1-w 活性層５中において転位などの欠陥がＺｎ1-z
Ｃｄz Ｓｅ活性層中に比べて実際に動きにくくなること
を示す実験結果について説明する。
Ｓｅ1-w 活性層５中において転位などの欠陥がＺｎ1-z
Ｃｄz Ｓｅ活性層中に比べて実際に動きにくくなること
を示す実験結果について説明する。
【００５４】すなわち、この実施例による半導体レーザ
ーと同様なエピタキシャル層積層構造を有する基板、す
なわちｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＺｎＳｅバッファ層、
ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層、ｎ型Ｚｎ
Ｓu Ｓｅ1-u 光導波層、Ｚｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活
性層、ｐ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層、ｐ型Ｚｎ1-pＭ
ｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ
1-v 層、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＴｅＭＱＷ層およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を順次
エピタキシャル成長させたものを作製し、その最上層の
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上にｐ側電極となる厚さ１０
ｎｍ程度のＡｕの透明電極を形成し、またｎ型ＧａＡｓ
基板の裏面にはｎ側電極を形成した試料を作製する。一
方、比較のために、Ｚｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層
の代わりにＺｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層を形成したことだ
けが異なる試料を別に作製した。そして、これらの試料
に通電しながら、透明電極側から試料を観察した。図５
にこの試料および通電の様子を模式的に示す。
ーと同様なエピタキシャル層積層構造を有する基板、す
なわちｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＺｎＳｅバッファ層、
ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層、ｎ型Ｚｎ
Ｓu Ｓｅ1-u 光導波層、Ｚｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活
性層、ｐ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層、ｐ型Ｚｎ1-pＭ
ｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ
1-v 層、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＴｅＭＱＷ層およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層を順次
エピタキシャル成長させたものを作製し、その最上層の
ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上にｐ側電極となる厚さ１０
ｎｍ程度のＡｕの透明電極を形成し、またｎ型ＧａＡｓ
基板の裏面にはｎ側電極を形成した試料を作製する。一
方、比較のために、Ｚｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層
の代わりにＺｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層を形成したことだ
けが異なる試料を別に作製した。そして、これらの試料
に通電しながら、透明電極側から試料を観察した。図５
にこの試料および通電の様子を模式的に示す。
【００５５】この結果、いずれの試料においても、通電
時間の経過により、活性層に出現する欠陥領域を示す暗
黒領域（図５）の成長が観察されたが、その成長速度を
測定したところ、図６に示すような結果が得られた。図
６から明らかなように、四元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ
1-w 活性層を用いた試料における暗黒領域の成長速度
は、三元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層を用いた試料にお
ける暗黒領域の成長速度に比べて四桁以上も遅くなって
いる。
時間の経過により、活性層に出現する欠陥領域を示す暗
黒領域（図５）の成長が観察されたが、その成長速度を
測定したところ、図６に示すような結果が得られた。図
６から明らかなように、四元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ
1-w 活性層を用いた試料における暗黒領域の成長速度
は、三元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層を用いた試料にお
ける暗黒領域の成長速度に比べて四桁以上も遅くなって
いる。
【００５６】以上、この発明の一実施例について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施例に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施例に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。
【００５７】例えば、上述の実施例において用いられて
いるｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層４およびｐ型ＺｎＳ
u Ｓｅ1-u 光導波層６の代わりにｎ型ＺｎＳｅ光導波層
およびｐ型ＺｎＳｅ光導波層を用いてもよい。
いるｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層４およびｐ型ＺｎＳ
u Ｓｅ1-u 光導波層６の代わりにｎ型ＺｎＳｅ光導波層
およびｐ型ＺｎＳｅ光導波層を用いてもよい。
【００５８】また、上述の実施例においては、ｐ型Ｚｎ
Ｓu Ｓｅ1-u 光導波層６、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ
1-q クラッド層７、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８、ｐ型Ｚ
ｎＳｅコンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ
層１０およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１のアクセプ
タ不純物としてのＮのドーピングは、ＥＣＲにより発生
されたＮ2 プラズマを照射することにより行っている
が、このＮのドーピングは、例えば、高周波プラズマに
より励起されたＮ2 を照射することにより行うようにし
てもよい。
Ｓu Ｓｅ1-u 光導波層６、ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ
1-q クラッド層７、ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層８、ｐ型Ｚ
ｎＳｅコンタクト層９、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ
層１０およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１１のアクセプ
タ不純物としてのＮのドーピングは、ＥＣＲにより発生
されたＮ2 プラズマを照射することにより行っている
が、このＮのドーピングは、例えば、高周波プラズマに
より励起されたＮ2 を照射することにより行うようにし
てもよい。
【００５９】また、上述の実施例においては、半導体レ
ーザーを構成する各層のエピタキシャル成長をＭＢＥ法
により行っているが、このエピタキシャル成長は、有機
金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により行ってもよ
い。
ーザーを構成する各層のエピタキシャル成長をＭＢＥ法
により行っているが、このエピタキシャル成長は、有機
金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により行ってもよ
い。
【００６０】さらに、上述の実施例におけるＺｎ1-z Ｃ
ｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５の代わりに、Ｚｎ1-z Ｃｄz
Ｓw Ｓｅ1-w から成る複数の量子井戸層を含む多重量子
井戸構造の活性層を用いてもよい。
ｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層５の代わりに、Ｚｎ1-z Ｃｄz
Ｓw Ｓｅ1-w から成る複数の量子井戸層を含む多重量子
井戸構造の活性層を用いてもよい。
【００６１】また、上述の実施例においては、ＳＣＨ構
造を有する半導体レーザーにこの発明を適用した場合に
ついて説明したが、この発明は、ＤＨ（Double Heteros
tructure）構造を有する半導体レーザーに適用してもよ
い。
造を有する半導体レーザーにこの発明を適用した場合に
ついて説明したが、この発明は、ＤＨ（Double Heteros
tructure）構造を有する半導体レーザーに適用してもよ
い。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、活性層が、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＨｇおよびＢｅから
成る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ族元素とＳ、
ＳｅおよびＴｅから成る群より選ばれた少なくとも一種
のＶＩ族元素とこれらのＩＩ族元素およびＶＩ族元素よ
りも原子半径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素また
はＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体から成ることにより、高信頼性かつ長寿命のＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ないし緑色で発光可能
な半導体発光素子を実現することができる。
ば、活性層が、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＨｇおよびＢｅから
成る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ族元素とＳ、
ＳｅおよびＴｅから成る群より選ばれた少なくとも一種
のＶＩ族元素とこれらのＩＩ族元素およびＶＩ族元素よ
りも原子半径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素また
はＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体から成ることにより、高信頼性かつ長寿命のＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ないし緑色で発光可能
な半導体発光素子を実現することができる。
【図１】この発明の一実施例による半導体レーザーの共
振器長方向に垂直な断面図である。
振器長方向に垂直な断面図である。
【図２】この発明の一実施例による半導体レーザーの共
振器長方向に平行な断面図である。
振器長方向に平行な断面図である。
【図３】ｐ型ＺｎＳｅ／ｐ型ＺｎＴｅ界面の近傍の価電
子帯を示すエネルギーバンド図である。
子帯を示すエネルギーバンド図である。
【図４】この発明の一実施例による半導体レーザーにお
けるｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層の設計例を示すエ
ネルギーバンド図である。
けるｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層の設計例を示すエ
ネルギーバンド図である。
【図５】四元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層を用
いた試料における暗黒領域の成長速度および三元のＺｎ
1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層を用いた試料における暗黒領域の
成長速度の測定方法を説明するための略線図である。
いた試料における暗黒領域の成長速度および三元のＺｎ
1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層を用いた試料における暗黒領域の
成長速度の測定方法を説明するための略線図である。
【図６】四元のＺｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層を用
いた試料における暗黒領域の成長速度および三元のＺｎ
1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層を用いた試料における暗黒領域の
成長速度の測定結果を示すグラフである。
いた試料における暗黒領域の成長速度および三元のＺｎ
1-z Ｃｄz Ｓｅ活性層を用いた試料における暗黒領域の
成長速度の測定結果を示すグラフである。
【図７】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の混晶の格子定数と
組成との関係を示す略線図である。
組成との関係を示す略線図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＺｎＳｅバッファ層 ３ ｎ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層 ４ ｎ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層 ５ Ｚｎ1-z Ｃｄz Ｓw Ｓｅ1-w 活性層 ６ ｐ型ＺｎＳu Ｓｅ1-u 光導波層 ７ ｐ型Ｚｎ1-p Ｍｇp Ｓq Ｓｅ1-q クラッド層 ８ ｐ型ＺｎＳv Ｓｅ1-v 層 ９ ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 １０ ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層 １１ ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層 １３ ｐ側電極 １４ ｎ側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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
Claims (11)
- 【請求項１】 基板上に積層された第１導電型の第１の
クラッド層と、 上記第１のクラッド層上に積層された活性層と、 上記活性層上に積層された第２導電型の第２のクラッド
層とを有し、 上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層は、
Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＨｇおよびＢｅから成る群より選ば
れた少なくとも一種のＩＩ族元素とＳｅ、ＴｅおよびＳ
から成る群より選ばれた少なくとも一種のＶＩ族元素と
により構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体から成り、 上記活性層は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＨｇおよびＢｅから
成る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ族元素とＳ、
ＳｅおよびＴｅから成る群より選ばれた少なくとも一種
のＶＩ族元素とこれらのＩＩ族元素およびＶＩ族元素よ
りも原子半径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素また
はＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体から成ることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 上記活性層と上記第１のクラッド層およ
び上記第２のクラッド層との間にそれぞれ第１の光導波
層および第２の光導波層を有し、上記第１の光導波層お
よび上記第２の光導波層は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｈｇお
よびＢｅから成る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ
族元素とＳｅ、ＴｅおよびＳから成る群より選ばれた少
なくとも一種のＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体から成ることを特徴とする請求項１記
載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記活性層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体は、ＺｎとＣｄとＳｅとＺｎ、ＣｄおよびＳｅ
よりも原子半径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素ま
たはＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体であることを特徴とする請求項１または２記載の
半導体発光素子。 - 【請求項４】 上記Ｚｎ、ＣｄおよびＳｅよりも原子半
径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元
素はＳ、ＢｅまたはＯであることを特徴とする請求項３
記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 上記第１のクラッド層および上記第２の
クラッド層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＺｎ
ＭｇＳＳｅ系化合物半導体であり、上記活性層を構成す
るＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＺｎＣｄＳＳｅ系化合物
半導体であることを特徴とする請求項３記載の半導体発
光素子。 - 【請求項６】 上記活性層を構成するＺｎＣｄＳＳｅ系
化合物半導体のＳ組成比は０．０２以上０．２以下かつ
上記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層を構
成するＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体のＳ組成比以下で
あり、Ｃｄ組成比は０．０１以上０．３５以下であるこ
とを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 上記活性層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体は、ＺｎとＳｅとＺｎおよびＳｅよりも原子半
径が小さい少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元
素とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体である
ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素
子。 - 【請求項８】 上記ＺｎおよびＳｅよりも原子半径が小
さい少なくとも一種のＩＩ族元素またはＶＩ族元素は
Ｓ、ＢｅまたはＯであることを特徴とする請求項７記載
の半導体発光素子。 - 【請求項９】 上記第１のクラッド層および上記第２の
クラッド層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＺｎ
ＭｇＳＳｅ系化合物半導体であり、上記活性層を構成す
るＩＩ−ＶＩ族化合物半導体はＺｎＳＳｅ系化合物半導
体であることを特徴とする請求項７記載の半導体発光素
子。 - 【請求項１０】 上記活性層を構成するＺｎＳＳｅ系化
合物半導体のＳ組成比は０．０２以上０．２以下かつ上
記第１のクラッド層および上記第２のクラッド層を構成
するＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体のＳ組成比以下であ
ることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。 - 【請求項１１】 上記基板はＧａＡｓ基板であることを
特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25876994A JPH0897518A (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25876994A JPH0897518A (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0897518A true JPH0897518A (ja) | 1996-04-12 |
Family
ID=17324835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25876994A Pending JPH0897518A (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0897518A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997050159A1 (en) * | 1996-06-27 | 1997-12-31 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Be-CONTAINING II-VI BLUE-GREEN LASER DIODES |
| WO1999026325A1 (en) * | 1997-11-17 | 1999-05-27 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Ii-vi laser diode with facet degradation reduction structure |
| US6583450B1 (en) | 1997-02-13 | 2003-06-24 | 3M Innovative Properties Company | II-VI semiconductor device with BeTe buffer layer |
| KR100459579B1 (ko) * | 1996-06-27 | 2005-05-03 | 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니 | 베릴륨을함유한ⅱ-ⅵ족청색-녹색레이저다이오드 |
-
1994
- 1994-09-28 JP JP25876994A patent/JPH0897518A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997050159A1 (en) * | 1996-06-27 | 1997-12-31 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Be-CONTAINING II-VI BLUE-GREEN LASER DIODES |
| US5818859A (en) * | 1996-06-27 | 1998-10-06 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Be-containing II-VI blue-green laser diodes |
| KR100459579B1 (ko) * | 1996-06-27 | 2005-05-03 | 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니 | 베릴륨을함유한ⅱ-ⅵ족청색-녹색레이저다이오드 |
| US6583450B1 (en) | 1997-02-13 | 2003-06-24 | 3M Innovative Properties Company | II-VI semiconductor device with BeTe buffer layer |
| US6759690B2 (en) | 1997-02-13 | 2004-07-06 | 3M Innovative Properties Company | II-VI semiconductor device with BeTe buffer layer |
| WO1999026325A1 (en) * | 1997-11-17 | 1999-05-27 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Ii-vi laser diode with facet degradation reduction structure |
| US5974070A (en) * | 1997-11-17 | 1999-10-26 | 3M Innovative Properties Company | II-VI laser diode with facet degradation reduction structure |
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