JPH09232686A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH09232686A JPH09232686A JP3977596A JP3977596A JPH09232686A JP H09232686 A JPH09232686 A JP H09232686A JP 3977596 A JP3977596 A JP 3977596A JP 3977596 A JP3977596 A JP 3977596A JP H09232686 A JPH09232686 A JP H09232686A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 II−VI族化合物半導体よりなる半導体発光素
子に関し、長期の信頼性に優れた半導体レーザ素子及び
発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 第１導電型の半導体基板上に、II−VI族
化合物半導体よりなる、第１導電型のクラッド層、活性
層、第２導電型のクラッド層、第２導電型のコンタクト
層とが、順次積層され、少なくとも前記活性層を含む半
導体層に、Ｎ，Ｃｌのうち少なくとも１種類以上の元素
を不純物として含む。これにより、転位や結晶欠陥の急
速な伝播を抑え、特性の劣化がない長期の信頼性に優れ
た半導体レーザ素子及び発光ダイオードを得る。
子に関し、長期の信頼性に優れた半導体レーザ素子及び
発光ダイオードを提供する。 【解決手段】 第１導電型の半導体基板上に、II−VI族
化合物半導体よりなる、第１導電型のクラッド層、活性
層、第２導電型のクラッド層、第２導電型のコンタクト
層とが、順次積層され、少なくとも前記活性層を含む半
導体層に、Ｎ，Ｃｌのうち少なくとも１種類以上の元素
を不純物として含む。これにより、転位や結晶欠陥の急
速な伝播を抑え、特性の劣化がない長期の信頼性に優れ
た半導体レーザ素子及び発光ダイオードを得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、II−VI族化合物半
導体よりなる半導体発光素子に関し、特に長期の信頼性
に優れた半導体レーザ素子及び発光ダイオードに関す
る。
導体よりなる半導体発光素子に関し、特に長期の信頼性
に優れた半導体レーザ素子及び発光ダイオードに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、II−VI族化合物半導体によって構
成される青色〜青緑色半導体発光素子の開発が盛んにな
り、電流注入によるレーザ発振等に関して多数報告され
ている（例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂ
１２（４），２４８０（’９４）．）。この報告の中で
用いられている、従来例である半導体レーザ素子の断面
図を図４に示す。この図において、１０１はｎ型ＧａＡ
ｓ基板、１０２はｎ型ＧａＡｓバッファ層、１０３はＣ
ｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層、１０４は
Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.91Ｍｇ0.09Ｓ0.12Ｓｅ0.88クラッ
ド層、１０５はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイ
ド層、１０６はアンドープＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層、
１０７はＮドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層、１
０８はＮドープｐ型Ｚｎ0.91Ｍｇ0.09Ｓ0.12Ｓｅ0.88ク
ラッド層、１０９はＮドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタク
ト層、１１０はＳｉＯ2絶縁膜、１１１はポリイミド平
坦化層である。
成される青色〜青緑色半導体発光素子の開発が盛んにな
り、電流注入によるレーザ発振等に関して多数報告され
ている（例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂ
１２（４），２４８０（’９４）．）。この報告の中で
用いられている、従来例である半導体レーザ素子の断面
図を図４に示す。この図において、１０１はｎ型ＧａＡ
ｓ基板、１０２はｎ型ＧａＡｓバッファ層、１０３はＣ
ｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層、１０４は
Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.91Ｍｇ0.09Ｓ0.12Ｓｅ0.88クラッ
ド層、１０５はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイ
ド層、１０６はアンドープＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層、
１０７はＮドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層、１
０８はＮドープｐ型Ｚｎ0.91Ｍｇ0.09Ｓ0.12Ｓｅ0.88ク
ラッド層、１０９はＮドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタク
ト層、１１０はＳｉＯ2絶縁膜、１１１はポリイミド平
坦化層である。
【０００３】このような構造の半導体レーザは、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１０１とｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層１０
９の間に電圧を印加して電流を流し、ｎ型クラッド層１
０４・ガイド層１０５から活性層１０６へ電子を注入
し、ｐ型クラッド層１０８・ガイド層１０７から活性層
１０６へ正孔を注入して、活性層１０６で電子と正孔と
が再結合することにより、活性層１０６を形成するII−
VI族化合物半導体のエネルギーギャップに相当する波長
の光を輻射する。また発光ダイオードも、同様の構造で
アンド−プの活性層から光を輻射している。
ａＡｓ基板１０１とｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層１０
９の間に電圧を印加して電流を流し、ｎ型クラッド層１
０４・ガイド層１０５から活性層１０６へ電子を注入
し、ｐ型クラッド層１０８・ガイド層１０７から活性層
１０６へ正孔を注入して、活性層１０６で電子と正孔と
が再結合することにより、活性層１０６を形成するII−
VI族化合物半導体のエネルギーギャップに相当する波長
の光を輻射する。また発光ダイオードも、同様の構造で
アンド−プの活性層から光を輻射している。
【０００４】上記の構成からも明らかなように、従来の
II−VI族化合物半導体によって構成される半導体レーザ
及び発光ダイオードは、クラッド層・ガイド層・コンタ
クト層には導電性を持たせるために不純物を導入してい
るが、活性層には不純物を導入せずアンドープで作成さ
れている。
II−VI族化合物半導体によって構成される半導体レーザ
及び発光ダイオードは、クラッド層・ガイド層・コンタ
クト層には導電性を持たせるために不純物を導入してい
るが、活性層には不純物を導入せずアンドープで作成さ
れている。
【０００５】一方、III−Ｖ族化合物半導体によって構
成される赤色〜赤外色半導体発光素子においては、転位
や結晶欠陥の伝播を抑える目的で、構成元素と同じ族で
あり主たる構成元素以外のIII族・Ｖ族元素を、活性層
に導入することが提案されている（特開平５−３０４３
３２号公報）。具体的には例えば、ＡｌＧａＩｎＰ層に
III族元素のＢ，Ｖ族元素のＮ，Ａｓ，Ｓｂ のうち、
少なくとも１種類以上の元素を含むことが記載されてい
る。
成される赤色〜赤外色半導体発光素子においては、転位
や結晶欠陥の伝播を抑える目的で、構成元素と同じ族で
あり主たる構成元素以外のIII族・Ｖ族元素を、活性層
に導入することが提案されている（特開平５−３０４３
３２号公報）。具体的には例えば、ＡｌＧａＩｎＰ層に
III族元素のＢ，Ｖ族元素のＮ，Ａｓ，Ｓｂ のうち、
少なくとも１種類以上の元素を含むことが記載されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般にII−VI族化合物
半導体よりなる半導体発光素子では、転位や結晶欠陥が
II−VI族化合物半導体結晶の内部に存在している。この
転位や結晶欠陥は、半導体基板上にII−VI族化合物半導
体層を順次積層していく工程の中で発生するものであ
り、電子と正孔とが再結合しても発光に寄与しない、い
わゆる非発光再結合中心となっている。従って、この転
位や結晶欠陥が多く存在すると、注入電流に対する発光
効率が低下することになる。ところが、上述した従来の
半導体発光素子では、電流を注入して発光させていく
と、電流の一部は非発光再結合により熱エネルギーに変
換され、この熱エネルギーを吸収して転位や結晶欠陥が
II−VI族化合物半導体結晶の内部を伝播していき、非発
光再結合中心が発光素子の活性領域全体に広がってしま
う。その結果、電流注入に対する発光効率が大幅に低下
し、素子の特性が劣化してしまうという問題があった。
具体的な劣化の状況は、半導体レーザにおいては、一定
の光出力を取り出すための動作電流が時間の経過ととも
に増大して、最終的にはレーザ発振が得られなくなる。
また発光ダイオードにおいては、一定の注入電流で得ら
れる光出力が時間の経過とともに減少していく。
半導体よりなる半導体発光素子では、転位や結晶欠陥が
II−VI族化合物半導体結晶の内部に存在している。この
転位や結晶欠陥は、半導体基板上にII−VI族化合物半導
体層を順次積層していく工程の中で発生するものであ
り、電子と正孔とが再結合しても発光に寄与しない、い
わゆる非発光再結合中心となっている。従って、この転
位や結晶欠陥が多く存在すると、注入電流に対する発光
効率が低下することになる。ところが、上述した従来の
半導体発光素子では、電流を注入して発光させていく
と、電流の一部は非発光再結合により熱エネルギーに変
換され、この熱エネルギーを吸収して転位や結晶欠陥が
II−VI族化合物半導体結晶の内部を伝播していき、非発
光再結合中心が発光素子の活性領域全体に広がってしま
う。その結果、電流注入に対する発光効率が大幅に低下
し、素子の特性が劣化してしまうという問題があった。
具体的な劣化の状況は、半導体レーザにおいては、一定
の光出力を取り出すための動作電流が時間の経過ととも
に増大して、最終的にはレーザ発振が得られなくなる。
また発光ダイオードにおいては、一定の注入電流で得ら
れる光出力が時間の経過とともに減少していく。
【０００７】さらにII−VI族化合物半導体結晶は、原子
同士の結合におけるイオン結合性が大きく共有結合性が
小さいため、原子同士の結合が弱くて切れやすい。従っ
て、II−VI族化合物半導体結晶においては上述のような
転位や結晶欠陥の伝播は非常に急速に進行することにな
り、電流を注入することにより非発光再結合中心も急速
に広がってしまう。このため、従来のII−VI族化合物半
導体からなる半導体レーザ素子では、電流を注入しても
レーザ発振が得られなかったり、たとえレーザ発振した
としても電流を注入し続けると短時間でレーザ発振が停
止しまい、実用に供することができないという欠点があ
った。一方、従来のII−VI族化合物半導体からなる発光
ダイオードにおいても、一定の注入電流での光出力が急
速に低下するため、上記半導体レーザ素子と同様に、実
用に供することができないという欠点を有していた。
同士の結合におけるイオン結合性が大きく共有結合性が
小さいため、原子同士の結合が弱くて切れやすい。従っ
て、II−VI族化合物半導体結晶においては上述のような
転位や結晶欠陥の伝播は非常に急速に進行することにな
り、電流を注入することにより非発光再結合中心も急速
に広がってしまう。このため、従来のII−VI族化合物半
導体からなる半導体レーザ素子では、電流を注入しても
レーザ発振が得られなかったり、たとえレーザ発振した
としても電流を注入し続けると短時間でレーザ発振が停
止しまい、実用に供することができないという欠点があ
った。一方、従来のII−VI族化合物半導体からなる発光
ダイオードにおいても、一定の注入電流での光出力が急
速に低下するため、上記半導体レーザ素子と同様に、実
用に供することができないという欠点を有していた。
【０００８】一方、上述のような転位や結晶欠陥の伝播
はIII−Ｖ族化合物半導体によって構成される赤色〜赤
外色半導体発光素子においても発生する。これを防ぐた
めにIII−Ｖ族化合物半導体発光素子においては、従来
例で示したように、構成元素と同じ族であり主たる構成
元素以外のIII族・Ｖ族元素を活性層に導入することが
提案されている。しかしながらこの方法では、構成元素
と同じ族の元素を導入するため半導体の格子定数やエネ
ルギーギャップが変化してしまう。格子定数が変化する
と半導体層全体に歪みが生じて欠陥を発生させる要因と
なり、エネルギーギャップが変化すると発光素子の特性
が変化してしまい所望の特性が得られなくなる。さらに
II−VI族化合物半導体の場合は、上述のように原子同士
の結合が弱くて切れやすいので、構成元素と同じ族の元
素を導入しても転位や結晶欠陥の伝播を抑えることはで
きない。
はIII−Ｖ族化合物半導体によって構成される赤色〜赤
外色半導体発光素子においても発生する。これを防ぐた
めにIII−Ｖ族化合物半導体発光素子においては、従来
例で示したように、構成元素と同じ族であり主たる構成
元素以外のIII族・Ｖ族元素を活性層に導入することが
提案されている。しかしながらこの方法では、構成元素
と同じ族の元素を導入するため半導体の格子定数やエネ
ルギーギャップが変化してしまう。格子定数が変化する
と半導体層全体に歪みが生じて欠陥を発生させる要因と
なり、エネルギーギャップが変化すると発光素子の特性
が変化してしまい所望の特性が得られなくなる。さらに
II−VI族化合物半導体の場合は、上述のように原子同士
の結合が弱くて切れやすいので、構成元素と同じ族の元
素を導入しても転位や結晶欠陥の伝播を抑えることはで
きない。
【０００９】本発明は、II−VI族化合物半導体よりなる
半導体発光素子に関して、上述のような転位や結晶欠陥
の急速な伝播を抑え、特性の劣化がない長期の信頼性に
優れた半導体レーザ素子及び発光ダイオードを提供しよ
うとする。
半導体発光素子に関して、上述のような転位や結晶欠陥
の急速な伝播を抑え、特性の劣化がない長期の信頼性に
優れた半導体レーザ素子及び発光ダイオードを提供しよ
うとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の半導体
発光素子によれば、基板上に、II−VI族化合物半導体を
用い、少なくともクラッド層、活性層、およびクラッド
層の積層構造を備えてなる半導体発光素子であって、少
なくとも前記活性層に、転位や結晶欠陥の急速な伝搬を
抑える少なくとも１種類の不純物元素を導入してなるこ
とを特徴とするものである。
発光素子によれば、基板上に、II−VI族化合物半導体を
用い、少なくともクラッド層、活性層、およびクラッド
層の積層構造を備えてなる半導体発光素子であって、少
なくとも前記活性層に、転位や結晶欠陥の急速な伝搬を
抑える少なくとも１種類の不純物元素を導入してなるこ
とを特徴とするものである。
【００１１】請求項２に記載の半導体発光素子によれ
ば、前記活性層が複数個備わった多重量子井戸構造であ
り、これらの活性層に導入される不純物元素が同一であ
ることを特徴とするものである。
ば、前記活性層が複数個備わった多重量子井戸構造であ
り、これらの活性層に導入される不純物元素が同一であ
ることを特徴とするものである。
【００１２】請求項３に記載の半導体発光素子によれ
ば、前記活性層が複数個備わった多重量子井戸構造であ
り、これらの活性層に導入される不純物元素が多重量子
井戸構造をなす層の積層位置によって異なってなること
を特徴とするものである。
ば、前記活性層が複数個備わった多重量子井戸構造であ
り、これらの活性層に導入される不純物元素が多重量子
井戸構造をなす層の積層位置によって異なってなること
を特徴とするものである。
【００１３】請求項４に記載の半導体発光素子によれ
ば、前記II−VI族化合物半導体は、ＺｎＳｅ系の化合物
半導体であって、前記導入される不純物元素は、Ｎ、Ｃ
ｌのうち少なくとも１つであることを特徴とするもので
ある。
ば、前記II−VI族化合物半導体は、ＺｎＳｅ系の化合物
半導体であって、前記導入される不純物元素は、Ｎ、Ｃ
ｌのうち少なくとも１つであることを特徴とするもので
ある。
【００１４】請求項５に記載の半導体発光素子によれ
ば、前記多重量子井戸層に導入される不純物元素は、ｐ
型のクラッド層により近い側にＣｌがドープされ、ｎ型
のクラッド層により近い側にＮがドープされてなること
を特徴とするものである。
ば、前記多重量子井戸層に導入される不純物元素は、ｐ
型のクラッド層により近い側にＣｌがドープされ、ｎ型
のクラッド層により近い側にＮがドープされてなること
を特徴とするものである。
【００１５】請求項６に記載の半導体発光素子によれ
ば、前記導入される不純物元素の濃度は、１×１０15ｃ
ｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする
ものである。
ば、前記導入される不純物元素の濃度は、１×１０15ｃ
ｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする
ものである。
【００１６】このように本発明では、II−VI族化合物半
導体結晶における転位や結晶欠陥の急速な伝播を抑える
ために、少なくとも活性層を含む半導体層に、II−VI族
化合物半導体の構成元素と同じ族でないＮ，Ｃｌのうち
少なくとも１種類以上の元素を不純物として導入してい
る。これらの元素はII−VI族化合物半導体発光素子の構
成元素と同族でないため、格子定数やエネルギーギャッ
プの変化への影響はない。また原子間の結合も強くな
り、以下に述べる本発明の原理によって、転位や結晶欠
陥の急速な伝播が抑えられる。
導体結晶における転位や結晶欠陥の急速な伝播を抑える
ために、少なくとも活性層を含む半導体層に、II−VI族
化合物半導体の構成元素と同じ族でないＮ，Ｃｌのうち
少なくとも１種類以上の元素を不純物として導入してい
る。これらの元素はII−VI族化合物半導体発光素子の構
成元素と同族でないため、格子定数やエネルギーギャッ
プの変化への影響はない。また原子間の結合も強くな
り、以下に述べる本発明の原理によって、転位や結晶欠
陥の急速な伝播が抑えられる。
【００１７】Ｎ，ＣｌはII−VI族化合物半導体に不純物
として導入されると、VI族サイトに入る。このVI族サイ
トには通常はＳｅが入っているが、Ｎ及びＣｌと、Ｓｅ
とでは共有結合半径に大きな違いがあり、それぞれ次の
ような値になる。
として導入されると、VI族サイトに入る。このVI族サイ
トには通常はＳｅが入っているが、Ｎ及びＣｌと、Ｓｅ
とでは共有結合半径に大きな違いがあり、それぞれ次の
ような値になる。
【００１８】 Ｓｅ：０．１１４ｎｍ Ｎ ：０．０７０ｎｍ Ｃｌ：０．０９９ｎｍ。
【００１９】このため、VI族サイトに入ったＮ及びＣｌ
と、これに隣接するII族原子との間の応力は、VI族サイ
トにＳｅが入った場合の応力に比べて増大し、局所的な
応力場を生じることになる。このような局所的応力場は
転位や結晶欠陥を引き寄せる引力として働くため、伝播
していく転位や結晶欠陥は、不純物として導入されたVI
族サイトのＮ及びＣｌの周りに集められる。
と、これに隣接するII族原子との間の応力は、VI族サイ
トにＳｅが入った場合の応力に比べて増大し、局所的な
応力場を生じることになる。このような局所的応力場は
転位や結晶欠陥を引き寄せる引力として働くため、伝播
していく転位や結晶欠陥は、不純物として導入されたVI
族サイトのＮ及びＣｌの周りに集められる。
【００２０】一方、VI族サイトに入ったＮ及びＣｌと、
これに隣接するII族原子との間の結合エネルギーは、VI
族サイトにＳｅが入った場合の結合エネルギーと違いを
生じる。II族原子は主にＺｎであるので、それぞれのＺ
ｎとの結合エネルギーは次のようになる。
これに隣接するII族原子との間の結合エネルギーは、VI
族サイトにＳｅが入った場合の結合エネルギーと違いを
生じる。II族原子は主にＺｎであるので、それぞれのＺ
ｎとの結合エネルギーは次のようになる。
【００２１】 Ｚｎ−Ｓｅ：４７３ ｋＪ／ｍｏｌ Ｚｎ−Ｎ ：８０８ ｋＪ／ｍｏｌ Ｚｎ−Ｃｌ：５６５ ｋＪ／ｍｏｌ。
【００２２】従って、VI族サイトに入ったＮ及びＣｌ
と、これに隣接するＺｎとの間の結合エネルギーは、VI
族サイトにＳｅが入った場合のＺｎとの結合エネルギー
に比べて大きくなり、結合が切れて転位や結晶欠陥を発
生することが、起こりにくくなる。
と、これに隣接するＺｎとの間の結合エネルギーは、VI
族サイトにＳｅが入った場合のＺｎとの結合エネルギー
に比べて大きくなり、結合が切れて転位や結晶欠陥を発
生することが、起こりにくくなる。
【００２３】以上から、VI族サイトに入ったＮ及びＣｌ
の周りには、転位や結晶欠陥が引き寄せられるが、Ｎ及
びＣｌと、これに隣接するＺｎとの間の結合エネルギー
が大きいため、転位や結晶欠陥の伝播がこのVI族サイト
に入ったＮ及びＣｌで停止する。従って、従来、アンド
ープであった活性層に、不純物としてＮ、Ｃｌが導入さ
れれば、上述の原理により非発光再結合の広がりが抑え
られて、特性の劣化が無く長期の信頼性に優れた、II−
VI族化合物半導体よりなる半導体発光素子が得られるこ
とになる。
の周りには、転位や結晶欠陥が引き寄せられるが、Ｎ及
びＣｌと、これに隣接するＺｎとの間の結合エネルギー
が大きいため、転位や結晶欠陥の伝播がこのVI族サイト
に入ったＮ及びＣｌで停止する。従って、従来、アンド
ープであった活性層に、不純物としてＮ、Ｃｌが導入さ
れれば、上述の原理により非発光再結合の広がりが抑え
られて、特性の劣化が無く長期の信頼性に優れた、II−
VI族化合物半導体よりなる半導体発光素子が得られるこ
とになる。
【００２４】さらに好ましくは、少なくとも活性層を含
む半導体層に含まれるＮ及びＣｌの不純物濃度は、１×
１０15ｃｍ-3以上、１×１０18ｃｍ-3以下であるのがよ
い。Ｎ及びＣｌの不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3を越え
ると、Ｎ及びＣｌにより発生する自由正孔及び自由電子
による自由キャリア吸収によって光が吸収され、発光効
率が低下してしまう。また、Ｎ及びＣｌの不純物濃度が
１×１０15ｃｍ-3より少ないと、すべての転位や結晶欠
陥の伝播を抑えるのに十分な濃度のＮ及びＣｌが導入さ
れないため、転位や結晶欠陥の伝播を抑え切ることがで
きず、素子の特性劣化を引き起こしてしまう。従って、
Ｎ及びＣｌの不純物濃度を、１×１０15ｃｍ-3以上、１
×１０18ｃｍ-3以下と設定することにより、所望の信頼
性を持つ、特性劣化の無い半導体発光素子が得られる。
む半導体層に含まれるＮ及びＣｌの不純物濃度は、１×
１０15ｃｍ-3以上、１×１０18ｃｍ-3以下であるのがよ
い。Ｎ及びＣｌの不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3を越え
ると、Ｎ及びＣｌにより発生する自由正孔及び自由電子
による自由キャリア吸収によって光が吸収され、発光効
率が低下してしまう。また、Ｎ及びＣｌの不純物濃度が
１×１０15ｃｍ-3より少ないと、すべての転位や結晶欠
陥の伝播を抑えるのに十分な濃度のＮ及びＣｌが導入さ
れないため、転位や結晶欠陥の伝播を抑え切ることがで
きず、素子の特性劣化を引き起こしてしまう。従って、
Ｎ及びＣｌの不純物濃度を、１×１０15ｃｍ-3以上、１
×１０18ｃｍ-3以下と設定することにより、所望の信頼
性を持つ、特性劣化の無い半導体発光素子が得られる。
【００２５】
（発明の実施の形態１）図１は本発明の第１の実施例に
係る半導体レーザ素子を示す断面図である。この図にお
いて、１はｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ１１０μｍ）、２は
ｎ型ＧａＡｓバッファ層（厚さ０．３μｍ）、３はＣｌ
ドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層（厚さ０．１
μｍ）、４はＣｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ
0.8クラッド層（厚さ１．０μｍ）、５はＣｌドープｎ
型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層（厚さ０．１μｍ）、６
はＣｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層（厚さ１０
ｎｍ）、７はＮドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層
（厚さ０．１μｍ）、８はＮドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1
Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ１．０μｍ）、９はＮド
ープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層（厚さ０．２μ
ｍ）、１１は多結晶ＺｎＳ埋め込み絶縁膜、１２はｐ側
電極、１３はｎ側電極である。それぞれのII−VI族化合
物半導体層にドーピングされた不純物濃度は以下の通り
である。
係る半導体レーザ素子を示す断面図である。この図にお
いて、１はｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ１１０μｍ）、２は
ｎ型ＧａＡｓバッファ層（厚さ０．３μｍ）、３はＣｌ
ドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層（厚さ０．１
μｍ）、４はＣｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ
0.8クラッド層（厚さ１．０μｍ）、５はＣｌドープｎ
型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層（厚さ０．１μｍ）、６
はＣｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層（厚さ１０
ｎｍ）、７はＮドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層
（厚さ０．１μｍ）、８はＮドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1
Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ１．０μｍ）、９はＮド
ープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層（厚さ０．２μ
ｍ）、１１は多結晶ＺｎＳ埋め込み絶縁膜、１２はｐ側
電極、１３はｎ側電極である。それぞれのII−VI族化合
物半導体層にドーピングされた不純物濃度は以下の通り
である。
【００２６】Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッフ
ァ層３ １×１０18ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層
４ ５×１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層５ ５×１
０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層６ ５×１０
16ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層７ ５×１０
17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層８
５×１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層９ １×１０18
ｃｍ-3。
ァ層３ １×１０18ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層
４ ５×１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層５ ５×１
０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層６ ５×１０
16ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層７ ５×１０
17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層８
５×１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層９ １×１０18
ｃｍ-3。
【００２７】上記の半導体レーザの作製方法を、図２に
従って以下に説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ）法によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２（厚さ
０．３μｍ）、Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッ
ファ層３（厚さ０．１μｍ）、Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9
Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層４（厚さ１．０μ
ｍ）、Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層５
（厚さ０．１μｍ）、Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ
ｅ活性層６（厚さ１０ｎｍ）、Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07
Sｅ0.93ガイド層７（厚さ０．１μｍ）、Ｎドープｐ型
Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層８（厚さ１．０
μｍ）、Ｎドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層９（厚
さ０．２μｍ）、を順次エピタキシャル成長する（図２
（ａ））。続いて、電子ビーム蒸着によりＳｉＯ2膜１
４（厚さ０．２μｍ）を、Ｎドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコ
ンタクト層９の上に堆積する（図２（ｂ））。さらに、
通常のフォトリソグラフィー工程によりＳｉＯ2膜１４
をストライプ状にエッチングした後、このＳｉＯ2膜１
４をエッチングマスクとして、Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍ
ｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層８、Ｎドープｐ型ＺｎＳ
ｅＴｅコンタクト層９をストライプ状にエッチングし
て、リッジ部分１０を形成する（図２（ｃ））。その
後、表面全体にわたって、電子ビーム蒸着により多結晶
ＺｎＳ埋め込み絶縁膜１１を堆積する（図２（ｄ））。
このとき、ＳｉＯ2 膜１４の上には部分的に多結晶Ｚｎ
Ｓが堆積するが、ＳｉＯ2膜１４をエッチング除去する
と、リッジ部分１０の上部の多結晶ＺｎＳも同時に除去
されて、平坦な表面が得られる（図２（ｅ））。最後
に、コンタクト層９側にｐ側電極１２、基板１側にｎ側
電極１３を形成する。
従って以下に説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
に、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ）法によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２（厚さ
０．３μｍ）、Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッ
ファ層３（厚さ０．１μｍ）、Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9
Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層４（厚さ１．０μ
ｍ）、Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層５
（厚さ０．１μｍ）、Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓ
ｅ活性層６（厚さ１０ｎｍ）、Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07
Sｅ0.93ガイド層７（厚さ０．１μｍ）、Ｎドープｐ型
Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層８（厚さ１．０
μｍ）、Ｎドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層９（厚
さ０．２μｍ）、を順次エピタキシャル成長する（図２
（ａ））。続いて、電子ビーム蒸着によりＳｉＯ2膜１
４（厚さ０．２μｍ）を、Ｎドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコ
ンタクト層９の上に堆積する（図２（ｂ））。さらに、
通常のフォトリソグラフィー工程によりＳｉＯ2膜１４
をストライプ状にエッチングした後、このＳｉＯ2膜１
４をエッチングマスクとして、Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍ
ｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層８、Ｎドープｐ型ＺｎＳ
ｅＴｅコンタクト層９をストライプ状にエッチングし
て、リッジ部分１０を形成する（図２（ｃ））。その
後、表面全体にわたって、電子ビーム蒸着により多結晶
ＺｎＳ埋め込み絶縁膜１１を堆積する（図２（ｄ））。
このとき、ＳｉＯ2 膜１４の上には部分的に多結晶Ｚｎ
Ｓが堆積するが、ＳｉＯ2膜１４をエッチング除去する
と、リッジ部分１０の上部の多結晶ＺｎＳも同時に除去
されて、平坦な表面が得られる（図２（ｅ））。最後
に、コンタクト層９側にｐ側電極１２、基板１側にｎ側
電極１３を形成する。
【００２８】本実施例では、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層
６へドーピングするＣｌの不純物濃度を、５×１０16ｃ
ｍ-3としたが、活性層内の欠陥密度と同程度以上の密度
になるように不純物濃度を設定すれば良い。すなわち結
晶の欠陥密度は、多い場合で１×１０9ｃｍ-2程度であ
り、活性層の厚さは１０ｎｍ（＝１×１０-6ｃｍ）であ
るから、不純物濃度は、１×１０15ｃｍ-3以上に設定す
れば良いことになる。
６へドーピングするＣｌの不純物濃度を、５×１０16ｃ
ｍ-3としたが、活性層内の欠陥密度と同程度以上の密度
になるように不純物濃度を設定すれば良い。すなわち結
晶の欠陥密度は、多い場合で１×１０9ｃｍ-2程度であ
り、活性層の厚さは１０ｎｍ（＝１×１０-6ｃｍ）であ
るから、不純物濃度は、１×１０15ｃｍ-3以上に設定す
れば良いことになる。
【００２９】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発振閾値電流＝５０ｍＡ、発振波長＝５００ｎ
ｍ、微分効率＝０．７Ｗ／Ａで、安定したレーザ発振動
作が得られた。一方、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層６にＣ
ｌをドーピングしない素子では、急速に特性が劣化し、
安定したレーザ発振動作は得られなかった。
素子は、発振閾値電流＝５０ｍＡ、発振波長＝５００ｎ
ｍ、微分効率＝０．７Ｗ／Ａで、安定したレーザ発振動
作が得られた。一方、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層６にＣ
ｌをドーピングしない素子では、急速に特性が劣化し、
安定したレーザ発振動作は得られなかった。
【００３０】表１に、上記本発明の第１の実施例に係る
半導体レーザ素子において、ｎ型クラッド層４とｎ型ガ
イド層５、ｐ型ガイド層７とｐ型クラッド層８の、不純
物濃度をそれぞれ変化させたときの発振閾値電流密度Ｊ
thの結果を示す。
半導体レーザ素子において、ｎ型クラッド層４とｎ型ガ
イド層５、ｐ型ガイド層７とｐ型クラッド層８の、不純
物濃度をそれぞれ変化させたときの発振閾値電流密度Ｊ
thの結果を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】表１中でのが、上記本発明の第１の実施
例に係る半導体レーザ素子の結果である。これから明ら
かなように、II−VI族化合物半導体層の不純物濃度が１
×１０18ｃｍ-3を越えると、自由キャリア吸収が増大し
て光が吸収され、発光効率が低下してしまうために、発
振閾値電流密度Ｊthの増大を引き起こしている。上記表
１では、クラッド層・ガイド層の不純物濃度を変化させ
た結果について示したが、活性層の場合も同様に不純物
濃度が１×１０18ｃｍ-3を越えると、自由キャリア吸収
が増大して発光効率が低下してしまう。従って、活性層
を含むII−VI族化合物半導体層に含まれるＮ、Ｃｌの不
純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下であるのがよいこと
がわかる。
例に係る半導体レーザ素子の結果である。これから明ら
かなように、II−VI族化合物半導体層の不純物濃度が１
×１０18ｃｍ-3を越えると、自由キャリア吸収が増大し
て光が吸収され、発光効率が低下してしまうために、発
振閾値電流密度Ｊthの増大を引き起こしている。上記表
１では、クラッド層・ガイド層の不純物濃度を変化させ
た結果について示したが、活性層の場合も同様に不純物
濃度が１×１０18ｃｍ-3を越えると、自由キャリア吸収
が増大して発光効率が低下してしまう。従って、活性層
を含むII−VI族化合物半導体層に含まれるＮ、Ｃｌの不
純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以下であるのがよいこと
がわかる。
【００３３】本実施例では、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層
６へドーピングする元素としてＣｌを用いたが、Ｎを用
いた場合及び、ＮとＣｌの両方を用いた場合でも、同様
の効果が得られた。
６へドーピングする元素としてＣｌを用いたが、Ｎを用
いた場合及び、ＮとＣｌの両方を用いた場合でも、同様
の効果が得られた。
【００３４】（発明の実施の形態２）図３は本発明の第
２の実施例に係る発光ダイオードを示す断面図である。
この図において、２１はｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ１１０
μｍ）、２２はｎ型ＧａＡｓバッファ層（厚さ０．３μ
ｍ）、２３はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッフ
ァ層（厚さ０．１μｍ）、２４はＣｌドープｎ型Ｚｎ
0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ１．０μ
ｍ）、２５はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド
層（厚さ０．１μｍ）、２６は、Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8
Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層（厚さ１０ｎｍ、３層）とＮド
ープｐ型ＺｎＳｅ障壁層（厚さ１０ｎｍ、２層）とから
なる多重量子井戸活性層、２７はＮドープｐ型ＺｎＳ
0.07Ｓｅ0.93ガイド層（厚さ０．１μｍ）、２８はＮド
ープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ
１．０μｍ）、２９はＮドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層（厚さ０．２μｍ）、３０は素子表面の１部にのみ設
けられたｐ側電極、３１はｎ側電極である。それぞれの
II−VI族化合物半導体層にドーピングされた不純物濃度
は以下の通りである。
２の実施例に係る発光ダイオードを示す断面図である。
この図において、２１はｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ１１０
μｍ）、２２はｎ型ＧａＡｓバッファ層（厚さ０．３μ
ｍ）、２３はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッフ
ァ層（厚さ０．１μｍ）、２４はＣｌドープｎ型Ｚｎ
0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ１．０μ
ｍ）、２５はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド
層（厚さ０．１μｍ）、２６は、Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8
Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層（厚さ１０ｎｍ、３層）とＮド
ープｐ型ＺｎＳｅ障壁層（厚さ１０ｎｍ、２層）とから
なる多重量子井戸活性層、２７はＮドープｐ型ＺｎＳ
0.07Ｓｅ0.93ガイド層（厚さ０．１μｍ）、２８はＮド
ープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ
１．０μｍ）、２９はＮドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層（厚さ０．２μｍ）、３０は素子表面の１部にのみ設
けられたｐ側電極、３１はｎ側電極である。それぞれの
II−VI族化合物半導体層にドーピングされた不純物濃度
は以下の通りである。
【００３５】Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッフ
ァ層２３ １×１０18ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層
２４ ５×１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層２５ ５×
１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型多重量子井戸活性層２６ １×１０17ｃｍ
-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93 ガイド層２７ ５×
１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層２
８ ５×１０17ｃｍ- 3 Ｎドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層２９ １×１０18ｃ
ｍ-3。
ァ層２３ １×１０18ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層
２４ ５×１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層２５ ５×
１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型多重量子井戸活性層２６ １×１０17ｃｍ
-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93 ガイド層２７ ５×
１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層２
８ ５×１０17ｃｍ- 3 Ｎドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層２９ １×１０18ｃ
ｍ-3。
【００３６】本実施例では、活性層にはＮがドーピング
されているので、光出力の劣化が抑えられ、安定した発
光動作が得られた。また、活性層として３層の多重量子
井戸構造を用いており、これによって活性領域の体積が
増大して、発光ダイオードの輝度が増大する。この場
合、多重量子井戸構造では、移動度の小さい正孔は各量
子井戸層に均一に注入されにくいが、Ｎをドーピングし
たことにより、あらかじめ正孔が活性層に存在している
ため、正孔が各量子井戸層に均一に注入され易くなると
いう効果も生じ、さらに、発光ダイオードの輝度を増大
させることができた。また、コンタクト層としてＺｎＳ
ｅを用いているので、活性層で発生した光はコンタクト
層で吸収されることなく、外部へ取り出すことができ
る。
されているので、光出力の劣化が抑えられ、安定した発
光動作が得られた。また、活性層として３層の多重量子
井戸構造を用いており、これによって活性領域の体積が
増大して、発光ダイオードの輝度が増大する。この場
合、多重量子井戸構造では、移動度の小さい正孔は各量
子井戸層に均一に注入されにくいが、Ｎをドーピングし
たことにより、あらかじめ正孔が活性層に存在している
ため、正孔が各量子井戸層に均一に注入され易くなると
いう効果も生じ、さらに、発光ダイオードの輝度を増大
させることができた。また、コンタクト層としてＺｎＳ
ｅを用いているので、活性層で発生した光はコンタクト
層で吸収されることなく、外部へ取り出すことができ
る。
【００３７】なお、本実施例では、多重量子井戸構造の
活性層２６へドーピングする元素としてＮを用いたが、
Ｃｌを用いた場合及び、ＮとＣｌの両方を用いた場合で
も、同様に光出力の劣化が抑えられ、安定した発光動作
が得られた。
活性層２６へドーピングする元素としてＮを用いたが、
Ｃｌを用いた場合及び、ＮとＣｌの両方を用いた場合で
も、同様に光出力の劣化が抑えられ、安定した発光動作
が得られた。
【００３８】（発明の実施の形態３）図５は本発明の第
３の実施例に係る半導体レーザを示す断面図である。こ
の図において、４１はｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ１１０μ
ｍ）、４２はｎ型ＧａＡｓバッファ層（厚さ０．３μ
ｍ）、４３はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッフ
ァ層（厚さ０．１μｍ）、４４はＣｌドープｎ型Ｚｎ
0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ１．０μ
ｍ）、４５はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド
層（厚さ０．１μｍ）、４６は、Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8
Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層（厚さ１０ｎｍ、２層）６０と
Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層６１（厚
さ１０ｎｍ、１層）及びＮドープｐ型ＺｎＳｅ障壁層６
２（厚さ１０ｎｍ、１層）とＣｌドープｎ型ＺｎＳｅ障
壁層６３（厚さ１０ｎｍ、１層）とからなる多重量子井
戸活性層、４７はＮドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイ
ド層（厚さ０．１μｍ）、４８はＮドープｐ型Ｚｎ0.9
Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ１．０μｍ）、
４９はＮドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層（厚さ０．２
μｍ）、５０はストライプ状に形成されたリッジ部、５
１は多結晶ＺｎＳ埋め込み絶縁膜、５２はｐ側電極、５
３はｎ側電極である。それぞれのII−VI族化合物半導体
層にドーピングされた不純物濃度は以下の通りである。
３の実施例に係る半導体レーザを示す断面図である。こ
の図において、４１はｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ１１０μ
ｍ）、４２はｎ型ＧａＡｓバッファ層（厚さ０．３μ
ｍ）、４３はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッフ
ァ層（厚さ０．１μｍ）、４４はＣｌドープｎ型Ｚｎ
0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ１．０μ
ｍ）、４５はＣｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド
層（厚さ０．１μｍ）、４６は、Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8
Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層（厚さ１０ｎｍ、２層）６０と
Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層６１（厚
さ１０ｎｍ、１層）及びＮドープｐ型ＺｎＳｅ障壁層６
２（厚さ１０ｎｍ、１層）とＣｌドープｎ型ＺｎＳｅ障
壁層６３（厚さ１０ｎｍ、１層）とからなる多重量子井
戸活性層、４７はＮドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイ
ド層（厚さ０．１μｍ）、４８はＮドープｐ型Ｚｎ0.9
Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層（厚さ１．０μｍ）、
４９はＮドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層（厚さ０．２
μｍ）、５０はストライプ状に形成されたリッジ部、５
１は多結晶ＺｎＳ埋め込み絶縁膜、５２はｐ側電極、５
３はｎ側電極である。それぞれのII−VI族化合物半導体
層にドーピングされた不純物濃度は以下の通りである。
【００３９】Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッフ
ァ層４３ １×１０18ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層
４４ ５×１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層４５ ５×
１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層６０ １×
１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層６１ １
×１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳｅ障壁層６２ １×１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型ＺｎＳｅ障壁層６３ １×１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層４７ ５×１
０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層４
８ ５×１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層４９ １×１０18ｃ
ｍ-3。
ァ層４３ １×１０18ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層
４４ ５×１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層４５ ５×
１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層６０ １×
１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層６１ １
×１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳｅ障壁層６２ １×１０17ｃｍ-3 Ｃｌドープｎ型ＺｎＳｅ障壁層６３ １×１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層４７ ５×１
０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層４
８ ５×１０17ｃｍ-3 Ｎドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層４９ １×１０18ｃ
ｍ-3。
【００４０】本実施例では、多重量子井戸活性層４６を
形成する量子井戸層・障壁層のうち、ｎ型ガイド層４５
に近い３層はＮがドープされ、ｐ型ガイド層４７に近い
２層はＣｌドープされている。このため光出力の劣化が
抑えられ、安定したレーザ発振動作が得られた。また、
活性層として３層の多重量子井戸構造を用いることによ
り光利得の飽和が抑えられている。さらに、ｎ型ガイド
層４５に近い３層はＮがドープされ、ｐ型ガイド層４７
に近い２層はＣｌドープされているため、ｎ型ガイド層
４５から注入された電子及びｐ型ガイド層４７から注入
された正孔は、それぞれ均一に多重量子井戸活性層４６
内に注入されて、電子・正孔の不均一注入による光利得
の低下が抑えられた。この結果、閾値電流を低減するこ
とができ、発振閾値電流＝３０ｍＡの素子が得られた。
形成する量子井戸層・障壁層のうち、ｎ型ガイド層４５
に近い３層はＮがドープされ、ｐ型ガイド層４７に近い
２層はＣｌドープされている。このため光出力の劣化が
抑えられ、安定したレーザ発振動作が得られた。また、
活性層として３層の多重量子井戸構造を用いることによ
り光利得の飽和が抑えられている。さらに、ｎ型ガイド
層４５に近い３層はＮがドープされ、ｐ型ガイド層４７
に近い２層はＣｌドープされているため、ｎ型ガイド層
４５から注入された電子及びｐ型ガイド層４７から注入
された正孔は、それぞれ均一に多重量子井戸活性層４６
内に注入されて、電子・正孔の不均一注入による光利得
の低下が抑えられた。この結果、閾値電流を低減するこ
とができ、発振閾値電流＝３０ｍＡの素子が得られた。
【００４１】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、II−VI
族化合物半導体からなる半導体発光素子において、少な
くとも活性層を含む半導体層に、Ｎ，Ｃｌのうち少なく
とも１種類以上の元素を不純物として導入することによ
り、II−VI族化合物半導体結晶における転位や結晶欠陥
の急速な伝播を抑えて、長期の信頼性に優れた半導体レ
ーザ素子及び発光ダイオードを提供することができる。
族化合物半導体からなる半導体発光素子において、少な
くとも活性層を含む半導体層に、Ｎ，Ｃｌのうち少なく
とも１種類以上の元素を不純物として導入することによ
り、II−VI族化合物半導体結晶における転位や結晶欠陥
の急速な伝播を抑えて、長期の信頼性に優れた半導体レ
ーザ素子及び発光ダイオードを提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の作製工程を示す断面図
である。
である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る発光ダイオードを
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】従来例であるII−VI族化合物半導体からなる半
導体レーザ素子の断面図である。
導体レーザ素子の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ３ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層 ４ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッ
ド層 ５ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ６ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層 ７ Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ８ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド
層 ９ Ｎドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層 １１ 多結晶ＺｎＳ埋め込み絶縁膜 １２ ｐ側電極 １３ ｎ側電極 ２１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ２３ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層 ２４ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラ
ッド層 ２５ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ２６ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層（厚
さ１０ｎｍ、３層）とＮドープｐ型ＺｎＳｅ障壁層（厚
さ１０ｎｍ、２層）とからなる多重量子井戸層 ２７ Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ２８ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッ
ド層 ２９ Ｎドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 ３０ ｐ側電極 ３１ ｎ側電極 ４１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ４２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ４３ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層 ４４ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラ
ッド層 ４５ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ４６ 多重量子井戸層 ４７ Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ４８ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッ
ド層 ４９ Ｎドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 ５０ ストライプ状リッジ部 ５１ 多結晶ＺｎＳ埋め込み絶縁膜 ５２ ｐ側電極 ５３ ｎ側電極 ６０ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層（厚
さ１０ｎｍ、２層） ６１ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層
（厚さ１０ｎｍ、１層） ６２ Ｎドープｐ型ＺｎＳｅ障壁層（厚さ１０ｎｍ、１
層） ６３ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳｅ障壁層（厚さ１０ｎｍ、
１層）
ド層 ５ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ６ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ活性層 ７ Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ８ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド
層 ９ Ｎドープｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層 １１ 多結晶ＺｎＳ埋め込み絶縁膜 １２ ｐ側電極 １３ ｎ側電極 ２１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ２３ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層 ２４ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラ
ッド層 ２５ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ２６ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層（厚
さ１０ｎｍ、３層）とＮドープｐ型ＺｎＳｅ障壁層（厚
さ１０ｎｍ、２層）とからなる多重量子井戸層 ２７ Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ２８ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッ
ド層 ２９ Ｎドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 ３０ ｐ側電極 ３１ ｎ側電極 ４１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ４２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ４３ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93バッファ層 ４４ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラ
ッド層 ４５ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ４６ 多重量子井戸層 ４７ Ｎドープｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイド層 ４８ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッ
ド層 ４９ Ｎドープｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 ５０ ストライプ状リッジ部 ５１ 多結晶ＺｎＳ埋め込み絶縁膜 ５２ ｐ側電極 ５３ ｎ側電極 ６０ Ｎドープｐ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層（厚
さ１０ｎｍ、２層） ６１ Ｃｌドープｎ型Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ量子井戸層
（厚さ１０ｎｍ、１層） ６２ Ｎドープｐ型ＺｎＳｅ障壁層（厚さ１０ｎｍ、１
層） ６３ Ｃｌドープｎ型ＺｎＳｅ障壁層（厚さ１０ｎｍ、
１層）
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に、II−VI族化合物半導体を用
い、少なくともクラッド層、活性層、およびクラッド層
の積層構造を備えてなる半導体発光素子であって、 少なくとも前記活性層に、転位や結晶欠陥の急速な伝搬
を抑える少なくとも１種類の不純物元素を導入してなる
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記半導体発光素子は、前記活性層が複
数個備わった多重量子井戸構造であり、これらの活性層
に導入される不純物元素が同一であることを特徴とする
請求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記半導体発光素子は、前記活性層が複
数個備わった多重量子井戸構造であり、これらの活性層
に導入される不純物元素が多重量子井戸構造をなす層の
積層位置によって異なってなることを特徴とする請求項
１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記II−VI族化合物半導体は、ＺｎＳｅ
系の化合物半導体であって、前記導入される不純物元素
は、Ｎ、Ｃｌのうち少なくとも１つであることを特徴と
する請求項１、２または３に記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記多重量子井戸層に導入される不純物
元素は、ｐ型のクラッド層により近い側にＣｌがドープ
され、ｎ型のクラッド層により近い側にＮがドープされ
てなることを特徴とする請求項３または４に記載の半導
体発光素子。 - 【請求項６】 前記導入される不純物元素の濃度は、１
×１０15ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下であることを
特徴とする請求項１、２、３、４、または５に記載の半
導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3977596A JPH09232686A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3977596A JPH09232686A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232686A true JPH09232686A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12562317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3977596A Pending JPH09232686A (ja) | 1996-02-27 | 1996-02-27 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09232686A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116525730A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-08-01 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片制备方法及外延片 |
-
1996
- 1996-02-27 JP JP3977596A patent/JPH09232686A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116525730A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-08-01 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片制备方法及外延片 |
| CN116525730B (zh) * | 2023-07-05 | 2023-09-08 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片制备方法及外延片 |
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