JPH11150330A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH11150330A JPH11150330A JP31407397A JP31407397A JPH11150330A JP H11150330 A JPH11150330 A JP H11150330A JP 31407397 A JP31407397 A JP 31407397A JP 31407397 A JP31407397 A JP 31407397A JP H11150330 A JPH11150330 A JP H11150330A
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Classifications
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/28—Materials of the light emitting region containing only elements of Group II and Group VI of the Periodic Table
-
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- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より長寿命で、より信頼性の高い半導体発光
素子を提供するものである。 【解決手段】 基板１上に、Ｚｎ1-x Ｍｇy Ｂｅ1-x-y
Ｓz Ｓｅ1-z （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）
系化合物半導体よりなる第１導電型クラッド層３および
第２導電型クラッド層７と、第１および第２導電型クラ
ッド層間の、少なくとも１層のＺｎA ＣｄB Ｂｅ1-A-B
ＳC Ｓｅ1-C （０＜Ａ≦１、０＜Ｂ＜１、０≦Ｃ＜１）
による上記基板に対して圧縮歪みを有する量子井戸層を
有する活性層５と、少なくとも１層のＺｎu Ｃｄ1-u Ｓ
v Ｓｅ1-v （０＜ｕ＜１、０≦ｖ＜１）による上記基板
に対して引張り歪みを有する歪補償層とを有してなる。
素子を提供するものである。 【解決手段】 基板１上に、Ｚｎ1-x Ｍｇy Ｂｅ1-x-y
Ｓz Ｓｅ1-z （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）
系化合物半導体よりなる第１導電型クラッド層３および
第２導電型クラッド層７と、第１および第２導電型クラ
ッド層間の、少なくとも１層のＺｎA ＣｄB Ｂｅ1-A-B
ＳC Ｓｅ1-C （０＜Ａ≦１、０＜Ｂ＜１、０≦Ｃ＜１）
による上記基板に対して圧縮歪みを有する量子井戸層を
有する活性層５と、少なくとも１層のＺｎu Ｃｄ1-u Ｓ
v Ｓｅ1-v （０＜ｕ＜１、０≦ｖ＜１）による上記基板
に対して引張り歪みを有する歪補償層とを有してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子、
特に緑ないしは青の発光がなされるII−VI族化合物半導
体発光素子に係わる。
特に緑ないしは青の発光がなされるII−VI族化合物半導
体発光素子に係わる。
【０００２】
【従来の技術】近年、歪み量子井戸を用いた半導体レー
ザの性能向上の研究、開発が活発化されている。この歪
み量子井戸を用いた半導体レーザとしては、III − V族
系半導体レーザの、６００ｎｍ帯の波長の光を発生する
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ、１μｍ帯の波長の光
を発生するＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザ、１．３〜
１．５μｍ帯の波長の光を発生するＩｎＧａＡｓＰ系の
半導体レーザ等が開発されている。
ザの性能向上の研究、開発が活発化されている。この歪
み量子井戸を用いた半導体レーザとしては、III − V族
系半導体レーザの、６００ｎｍ帯の波長の光を発生する
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ、１μｍ帯の波長の光
を発生するＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザ、１．３〜
１．５μｍ帯の波長の光を発生するＩｎＧａＡｓＰ系の
半導体レーザ等が開発されている。
【０００３】この歪み量子井戸は、圧縮による歪みと引
っ張りによる歪みとの２種の型があり、一般には、この
歪み量子井戸を格子整合系の障壁層のよって挟み込むも
のである。
っ張りによる歪みとの２種の型があり、一般には、この
歪み量子井戸を格子整合系の障壁層のよって挟み込むも
のである。
【０００４】一方、特開平８−１８１６１号公報に開示
されているように、量子井戸構造の活性領域を有するII
−VI族化合物半導体発光素子において、少なくとも１層
のＺｎＣｄＳＳｅによる基板に対して圧縮歪みを有する
量子井戸層と、少なくとも１層のＺｎＳＳｅによる基板
に対して引張り歪みを有する障壁層とによる量子井戸構
造の活性領域とを有することにより、結晶欠陥の増殖速
度を抑え、素子の長寿命化を可能とし、更には、歪み量
子井戸層の臨界膜厚による制限をうけることなく、歪み
量子井戸層の厚さを充分大にして、光の閉じ込めを充分
行うことができ、信頼性が高いII−VI族化合物半導体発
光素子の提案がなされた。
されているように、量子井戸構造の活性領域を有するII
−VI族化合物半導体発光素子において、少なくとも１層
のＺｎＣｄＳＳｅによる基板に対して圧縮歪みを有する
量子井戸層と、少なくとも１層のＺｎＳＳｅによる基板
に対して引張り歪みを有する障壁層とによる量子井戸構
造の活性領域とを有することにより、結晶欠陥の増殖速
度を抑え、素子の長寿命化を可能とし、更には、歪み量
子井戸層の臨界膜厚による制限をうけることなく、歪み
量子井戸層の厚さを充分大にして、光の閉じ込めを充分
行うことができ、信頼性が高いII−VI族化合物半導体発
光素子の提案がなされた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば上述
した特開平８−１８１６１号公報の開示の半導体発光素
子に対し、より長寿命で、より信頼性の高い半導体発光
素子を提供するものである。
した特開平８−１８１６１号公報の開示の半導体発光素
子に対し、より長寿命で、より信頼性の高い半導体発光
素子を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、基板上に、Ｚｎ1-x Ｍｇy Ｂｅ1-x-y Ｓz Ｓｅ1- z
（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）系化合物半導
体よりなる第１導電型クラッド層および第２導電型クラ
ッド層と、第１および第２導電型クラッド層間の、少な
くとも１層のＺｎA ＣｄB Ｂｅ1-A-B ＳC Ｓｅ1-C （０
＜Ａ≦１、０＜Ｂ＜１、０≦Ｃ＜１）による上記基板に
対して圧縮歪みを有する量子井戸層を有する活性層と、
少なくとも１層のＺｎu Ｃｄ1-u Ｓv Ｓｅ1-v （０＜ｕ
＜１、０≦ｖ＜１）による上記基板に対して引張り歪み
を有する歪補償層とを有してなる。
は、基板上に、Ｚｎ1-x Ｍｇy Ｂｅ1-x-y Ｓz Ｓｅ1- z
（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）系化合物半導
体よりなる第１導電型クラッド層および第２導電型クラ
ッド層と、第１および第２導電型クラッド層間の、少な
くとも１層のＺｎA ＣｄB Ｂｅ1-A-B ＳC Ｓｅ1-C （０
＜Ａ≦１、０＜Ｂ＜１、０≦Ｃ＜１）による上記基板に
対して圧縮歪みを有する量子井戸層を有する活性層と、
少なくとも１層のＺｎu Ｃｄ1-u Ｓv Ｓｅ1-v （０＜ｕ
＜１、０≦ｖ＜１）による上記基板に対して引張り歪み
を有する歪補償層とを有してなる。
【０００７】そして、特にその歪補償層が、 ＳT ＝（ΣｄQWσQW＋４Σｄscσsc）／Σ（ｄQW＋
ｄsc）とし、 σQW＝（ａQW−ａsub ）／ａsub σsc＝（ａsc−ａsub ）／ａsub （ｄQWは活性層の各量子井戸層の厚さ、ｄscは各歪補償
層の厚さ、ｄQWは活性層の各量子井戸層の厚さ、ｄscは
各歪補償層の厚さ、ａQWは上記量子井戸層の格子定数、
ａsub は上記基板の格子定数、ａscは上記歪補償層の格
子定数）とするときの上記ＳT の値が−０．０１５＜Ｓ
T ＜＋０．０１５に選定された構成とする。
ｄsc）とし、 σQW＝（ａQW−ａsub ）／ａsub σsc＝（ａsc−ａsub ）／ａsub （ｄQWは活性層の各量子井戸層の厚さ、ｄscは各歪補償
層の厚さ、ｄQWは活性層の各量子井戸層の厚さ、ｄscは
各歪補償層の厚さ、ａQWは上記量子井戸層の格子定数、
ａsub は上記基板の格子定数、ａscは上記歪補償層の格
子定数）とするときの上記ＳT の値が−０．０１５＜Ｓ
T ＜＋０．０１５に選定された構成とする。
【０００８】上述の本発明構成による半導体発光素子に
よれば、より高い信頼性と長寿命化を図ることができ
た。
よれば、より高い信頼性と長寿命化を図ることができ
た。
【０００９】すなわち、従来の、技術においては圧縮歪
と引っぱり歪を含む層の歪補償の度合を格子歪とその層
の厚さの積として定義し、この積について、圧縮歪の層
と、引っぱり歪の層のそれぞれの積の比率として、その
値εについて制限を加えている。しかしながら、この値
には、圧縮歪層と引っぱり歪層の各層の弾性定数が考慮
されておらず、各層において、圧縮または引っぱり歪に
より発生する格子定数の変位に対して応力が大きくなっ
ていることが考慮されていない。本発明はかかる点を考
慮してなされたものであり、圧縮歪層全体にかかる応力
と引っぱり歪層にかかる応力を全体として釣り合わせる
ことを発明の要旨とする。すなわち、各層における格子
定数の変位（歪量）にせん断弾性定数を乗じた値が、各
層にかかる応力に比例した値と考えられるので、かかる
応力が、圧縮歪と引っぱり歪のかかる活性層と歪補償層
全体で０となるように、これらの層を設計することによ
り、全体として、もっとも、応力の釣り合った層構造と
なり、より長寿命のデバイスを得ることができる。ここ
で、各材料のせん断弾性定数はＣ44はそれぞれ、ＺｎＳ
ｅが４．０６、ＺｎＳが４．６２、ＣｄＳｅが１．３２
であり、これらの混晶においては、混晶の組成を考慮す
ることにより組成に比例するものとして求めることがで
きると考えられる。しかし、これらの混晶において、せ
ん断弾性定数を実際に、各混晶の組成に比例するとは限
らず、活性層と歪補償層のかかる定数の比を４とするこ
とにより、Ｓｔの値が０付近でレーザー寿命が極大値を
とることが確認できた。
と引っぱり歪を含む層の歪補償の度合を格子歪とその層
の厚さの積として定義し、この積について、圧縮歪の層
と、引っぱり歪の層のそれぞれの積の比率として、その
値εについて制限を加えている。しかしながら、この値
には、圧縮歪層と引っぱり歪層の各層の弾性定数が考慮
されておらず、各層において、圧縮または引っぱり歪に
より発生する格子定数の変位に対して応力が大きくなっ
ていることが考慮されていない。本発明はかかる点を考
慮してなされたものであり、圧縮歪層全体にかかる応力
と引っぱり歪層にかかる応力を全体として釣り合わせる
ことを発明の要旨とする。すなわち、各層における格子
定数の変位（歪量）にせん断弾性定数を乗じた値が、各
層にかかる応力に比例した値と考えられるので、かかる
応力が、圧縮歪と引っぱり歪のかかる活性層と歪補償層
全体で０となるように、これらの層を設計することによ
り、全体として、もっとも、応力の釣り合った層構造と
なり、より長寿命のデバイスを得ることができる。ここ
で、各材料のせん断弾性定数はＣ44はそれぞれ、ＺｎＳ
ｅが４．０６、ＺｎＳが４．６２、ＣｄＳｅが１．３２
であり、これらの混晶においては、混晶の組成を考慮す
ることにより組成に比例するものとして求めることがで
きると考えられる。しかし、これらの混晶において、せ
ん断弾性定数を実際に、各混晶の組成に比例するとは限
らず、活性層と歪補償層のかかる定数の比を４とするこ
とにより、Ｓｔの値が０付近でレーザー寿命が極大値を
とることが確認できた。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明による半導体発光素子の実
施の形態を説明する。本発明の半導体発光素子は、前述
したように、基板上に、Ｚｎ1-x Ｍｇy Ｂｅ1-x-y Ｓz
Ｓｅ1-z （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）系化
合物半導体よりなる第１導電型クラッド層および第２導
電型クラッド層と、第１および第２導電型クラッド層間
の、少なくとも１層のＺｎA ＣｄB Ｂｅ1-A-B ＳC Ｓｅ
1-C （０＜Ａ≦１、０＜Ｂ＜１、０≦Ｃ＜１）による上
記基板に対して圧縮歪みを有する量子井戸層を有する活
性層と、少なくとも１層のＺｎu Ｃｄ1-u Ｓv Ｓｅ1-v
（０＜ｕ＜１、０≦ｖ＜１）による上記基板に対して引
張り歪みを有する歪補償層とを有してなる。
施の形態を説明する。本発明の半導体発光素子は、前述
したように、基板上に、Ｚｎ1-x Ｍｇy Ｂｅ1-x-y Ｓz
Ｓｅ1-z （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）系化
合物半導体よりなる第１導電型クラッド層および第２導
電型クラッド層と、第１および第２導電型クラッド層間
の、少なくとも１層のＺｎA ＣｄB Ｂｅ1-A-B ＳC Ｓｅ
1-C （０＜Ａ≦１、０＜Ｂ＜１、０≦Ｃ＜１）による上
記基板に対して圧縮歪みを有する量子井戸層を有する活
性層と、少なくとも１層のＺｎu Ｃｄ1-u Ｓv Ｓｅ1-v
（０＜ｕ＜１、０≦ｖ＜１）による上記基板に対して引
張り歪みを有する歪補償層とを有してなる。
【００１１】そして、特にその歪補償層が、 ＳT ＝（ΣｄQWσQW＋４Σｄscσsc）／Σ（ｄQW＋
ｄsc）とし、 σQW＝（ａQW−ａsub ）／ａsub σsc＝（ａsc−ａsub ）／ａsub (aQWは上記量子井戸層の格子定数、ａsub は上記基板の
格子定数、ａscは上記歪補償層の格子定数）とするとき
の上記ＳT の値が−０．０１５＜ＳT ＜＋０．０１５に
選定された構成とする。
ｄsc）とし、 σQW＝（ａQW−ａsub ）／ａsub σsc＝（ａsc−ａsub ）／ａsub (aQWは上記量子井戸層の格子定数、ａsub は上記基板の
格子定数、ａscは上記歪補償層の格子定数）とするとき
の上記ＳT の値が−０．０１５＜ＳT ＜＋０．０１５に
選定された構成とする。
【００１２】図１を参照して、本発明による半導体発光
素子の一例を説明する。図１は、本発明による半導体発
光素子のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体による青色半導体レ
ーザーの場合一例の概略断面図を示す。この例では、単
一量子井戸構造による活性層５を挟んで第１および第２
の歪補償層２１および２２が配置された構造とした場合
であるが、一方にのみ歪補償層を設けることもできる。
また、活性層５は単一量子井戸構造に限られるものでは
なく、多重量子井戸構造とすることもできる。そのほ
か、本発明による半導体発光素子は、この図１で説明す
る例に限られるものではない。
素子の一例を説明する。図１は、本発明による半導体発
光素子のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体による青色半導体レ
ーザーの場合一例の概略断面図を示す。この例では、単
一量子井戸構造による活性層５を挟んで第１および第２
の歪補償層２１および２２が配置された構造とした場合
であるが、一方にのみ歪補償層を設けることもできる。
また、活性層５は単一量子井戸構造に限られるものでは
なく、多重量子井戸構造とすることもできる。そのほ
か、本発明による半導体発光素子は、この図１で説明す
る例に限られるものではない。
【００１３】図１の例においては、第１導電型例えばｎ
型の基板１上に、順次例えば分子線エピタキシー（Mole
cular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法により、第１導電型の
バッファ層２、第１導電型クラッド層３、第１のガイド
層４、第１の歪補償層２１、量子井戸構造による活性層
５、第２の歪補償層２２、第２のガイド層６、第２導電
型例えばｐ型クラッド層７、第２導電型の第１の半導体
層８、第２導電型の第２の半導体層９、第２導電型の超
格子層１０、および第１導電型のコンタクト層１１をエ
ピタキシャル成長する。このエピタキシャル成長された
積層半導体層のコンタクト層１１と超格子層１０とを、
その厚さ方向に横切ってストライプ状の電流通路部を挟
んでその両側にメサ溝をエッチングし、ここにＡｌ2 Ｏ
3 等の絶縁層１２が埋め込まれてなる。そして、コンタ
クト層１２上に一方の電極１３がオーミックに被着さ
れ、基板の裏面に他方の電極１４がオーミックに被着さ
れてなる。
型の基板１上に、順次例えば分子線エピタキシー（Mole
cular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法により、第１導電型の
バッファ層２、第１導電型クラッド層３、第１のガイド
層４、第１の歪補償層２１、量子井戸構造による活性層
５、第２の歪補償層２２、第２のガイド層６、第２導電
型例えばｐ型クラッド層７、第２導電型の第１の半導体
層８、第２導電型の第２の半導体層９、第２導電型の超
格子層１０、および第１導電型のコンタクト層１１をエ
ピタキシャル成長する。このエピタキシャル成長された
積層半導体層のコンタクト層１１と超格子層１０とを、
その厚さ方向に横切ってストライプ状の電流通路部を挟
んでその両側にメサ溝をエッチングし、ここにＡｌ2 Ｏ
3 等の絶縁層１２が埋め込まれてなる。そして、コンタ
クト層１２上に一方の電極１３がオーミックに被着さ
れ、基板の裏面に他方の電極１４がオーミックに被着さ
れてなる。
【００１４】基板１は、例えば厚さが１００〜３５０μ
ｍであり、ｎ型不純物として珪素（Ｓｉ）を添加したｎ
型ＧａＡｓにより構成されている。バッファ層２は、例
えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によるバッファ層２Ａ
と、第１および第２のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体による
バッファ層２Ｂおよび２Ｃとによって構成される。バッ
ファ層２Ａは、積層方向の厚さ（以下単に厚さという）
が２００ｎｍであり、ｎ型不純物として珪素を添加した
ｎ型ＧａＡｓにより、第１のＩＩ−ＶＩ族バッファ層２
Ｂは、例えは厚さが２０ｎｍのｎ型不純物として塩素
（Ｃｌ）を添加したｎ型ＺｎＳｅにより、第２のＩＩ−
ＶＩ族バッファ層２Ｃは、例えば厚さが２００ｎｍのｎ
型不純物として塩素（Ｃｌ）を添加したｎ型ＺｎＳＳｅ
により構成される。第１導電型クラッド層３は、例え
ば、厚さが１μｍであり、ｎ型不純物として塩素を添加
したｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ混晶により構成される。
ｍであり、ｎ型不純物として珪素（Ｓｉ）を添加したｎ
型ＧａＡｓにより構成されている。バッファ層２は、例
えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体によるバッファ層２Ａ
と、第１および第２のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体による
バッファ層２Ｂおよび２Ｃとによって構成される。バッ
ファ層２Ａは、積層方向の厚さ（以下単に厚さという）
が２００ｎｍであり、ｎ型不純物として珪素を添加した
ｎ型ＧａＡｓにより、第１のＩＩ−ＶＩ族バッファ層２
Ｂは、例えは厚さが２０ｎｍのｎ型不純物として塩素
（Ｃｌ）を添加したｎ型ＺｎＳｅにより、第２のＩＩ−
ＶＩ族バッファ層２Ｃは、例えば厚さが２００ｎｍのｎ
型不純物として塩素（Ｃｌ）を添加したｎ型ＺｎＳＳｅ
により構成される。第１導電型クラッド層３は、例え
ば、厚さが１μｍであり、ｎ型不純物として塩素を添加
したｎ型ＺｎＭｇＳＳｅ混晶により構成される。
【００１５】第１のガイド層４は、例えば、厚さが１０
０ｎｍであり、例えばｎ型不純物として塩素を添加した
あるいは何も添加しないすなわちノンドープのＺｎＳＳ
ｅ混晶により構成される。このガイド層４を構成するＺ
ｎＳＳｅ混晶のＶＩ族元素における組成比は例えばＳ
（硫黄）が６％、Ｓｅ（セレン）が９４％とされる。活
性層５は、例えば、厚さが３．３ｎｍの単一量子井戸構
造を有したＺｎＣｄＳｅ混晶により構成される。そのＩ
Ｉ族元素の組成比はたとえば亜鉛が６７％、カドミウム
が３３％であり、格子定数が基板１の格子定数ａ
sub （ＧａＡｓの格子定数）よりも若干大きくなってい
る。第２のガイド層６は、例えば、厚さが１００ｎｍで
あり、例えばｐ型不純物として窒素（Ｎ）を添加したあ
るいは何も添加しないＺｎＳＳｅ混晶により構成されて
いる。このガイド層を構成するＺｎＳＳｅ混晶のＶＩ族
元素における組成比は硫黄が６％、セレンが９４％であ
る。第２導電型クラッド層７は、例えば、厚さが１μｍ
であり、ｐ型不純物として窒素を添加したｐ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅ混晶により構成される。第１の半導体層８は、例
えば、厚さが２μｍであり、ｐ型不純物として窒素を添
加したｐ型ＺｎＳＳｅ混晶により構成される。第２の半
導体層９は、例えば、厚さが１００ｎｍであり、ｐ型不
純物として窒素を添加したｐ型ＺｎＳｅにより構成され
る。さらにその上に超格子層１０は、例えばｐ型のＺｎ
Ｓｅ層とｐ型のＺｎＴｅとの積層による超格子層によっ
て形成される。コンタクト層１１は、例えば、厚さ５０
ｎｍのｐ型のＺｎＴｅ層により構成される。
０ｎｍであり、例えばｎ型不純物として塩素を添加した
あるいは何も添加しないすなわちノンドープのＺｎＳＳ
ｅ混晶により構成される。このガイド層４を構成するＺ
ｎＳＳｅ混晶のＶＩ族元素における組成比は例えばＳ
（硫黄）が６％、Ｓｅ（セレン）が９４％とされる。活
性層５は、例えば、厚さが３．３ｎｍの単一量子井戸構
造を有したＺｎＣｄＳｅ混晶により構成される。そのＩ
Ｉ族元素の組成比はたとえば亜鉛が６７％、カドミウム
が３３％であり、格子定数が基板１の格子定数ａ
sub （ＧａＡｓの格子定数）よりも若干大きくなってい
る。第２のガイド層６は、例えば、厚さが１００ｎｍで
あり、例えばｐ型不純物として窒素（Ｎ）を添加したあ
るいは何も添加しないＺｎＳＳｅ混晶により構成されて
いる。このガイド層を構成するＺｎＳＳｅ混晶のＶＩ族
元素における組成比は硫黄が６％、セレンが９４％であ
る。第２導電型クラッド層７は、例えば、厚さが１μｍ
であり、ｐ型不純物として窒素を添加したｐ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅ混晶により構成される。第１の半導体層８は、例
えば、厚さが２μｍであり、ｐ型不純物として窒素を添
加したｐ型ＺｎＳＳｅ混晶により構成される。第２の半
導体層９は、例えば、厚さが１００ｎｍであり、ｐ型不
純物として窒素を添加したｐ型ＺｎＳｅにより構成され
る。さらにその上に超格子層１０は、例えばｐ型のＺｎ
Ｓｅ層とｐ型のＺｎＴｅとの積層による超格子層によっ
て形成される。コンタクト層１１は、例えば、厚さ５０
ｎｍのｐ型のＺｎＴｅ層により構成される。
【００１６】第１および第２の歪補償層２１および２２
は、上述したＳT の値が、０＜ＳT＜０．０１５に選定
される。第１の歪補償層２１は、第１導電型の例えばｎ
型もしくはノンドープとされ、第２の歪補償層２２は、
第２導電型の例えばｐ型もしくはノンドープとされ、こ
れら第１および第２の歪補償層２１および２２は、それ
ぞれ例えば、厚さ７．４ｎｍのＺｎＳＳｅ混晶層によっ
て構成され、そのＶＩ族元素における組成比は、Ｓが２
１％、Ｓｅ７９％とされる。
は、上述したＳT の値が、０＜ＳT＜０．０１５に選定
される。第１の歪補償層２１は、第１導電型の例えばｎ
型もしくはノンドープとされ、第２の歪補償層２２は、
第２導電型の例えばｐ型もしくはノンドープとされ、こ
れら第１および第２の歪補償層２１および２２は、それ
ぞれ例えば、厚さ７．４ｎｍのＺｎＳＳｅ混晶層によっ
て構成され、そのＶＩ族元素における組成比は、Ｓが２
１％、Ｓｅ７９％とされる。
【００１７】上述したＭＢＥ法によるＭＢＥ装置は、Ｓ
およびＳｅの分子線源としては、バルブクラッキングセ
ルを導入した装置を用いた。
およびＳｅの分子線源としては、バルブクラッキングセ
ルを導入した装置を用いた。
【００１８】このようにして構成された、積層半導体層
に対し、フォトリソグラフィによるパターンエッチング
を行って、ストライプ状パターンを残してその両側にメ
サ溝を形成する。すなわち、コンタクト層１１上に、フ
ォトレジストの塗布、パターン露光、現像処理を行っ
て、幅が例えば１０μｍのストライプ状のフォトレジス
ト層を形成し、これをエッチングマスクとして、例えば
エッチング液によって、図示のように、コンタクト層１
１と超格子層１０とを横切る深さに、あるいは図示しな
いが、第２導電型クラッド層７に至る深さにエッチング
する。
に対し、フォトリソグラフィによるパターンエッチング
を行って、ストライプ状パターンを残してその両側にメ
サ溝を形成する。すなわち、コンタクト層１１上に、フ
ォトレジストの塗布、パターン露光、現像処理を行っ
て、幅が例えば１０μｍのストライプ状のフォトレジス
ト層を形成し、これをエッチングマスクとして、例えば
エッチング液によって、図示のように、コンタクト層１
１と超格子層１０とを横切る深さに、あるいは図示しな
いが、第２導電型クラッド層７に至る深さにエッチング
する。
【００１９】その後、たとえば、アルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）等を蒸着して絶縁層１２を形成し、その後、表
面のレジスト層を除去し、電極１３、この例ではｐ側電
極１３を蒸着する。この電極１３は、例えば厚さが１０
ｎｍのチタン（Ｔｉ）、例えば厚さが３００ｎｍの金
（Ａｕ）を順次積層して形成する。また、基板１の裏面
には、インジウム（Ｉｎ）により形成された電極１４、
この例ではｎ側電極１４を形成する。
2 Ｏ3 ）等を蒸着して絶縁層１２を形成し、その後、表
面のレジスト層を除去し、電極１３、この例ではｐ側電
極１３を蒸着する。この電極１３は、例えば厚さが１０
ｎｍのチタン（Ｔｉ）、例えば厚さが３００ｎｍの金
（Ａｕ）を順次積層して形成する。また、基板１の裏面
には、インジウム（Ｉｎ）により形成された電極１４、
この例ではｎ側電極１４を形成する。
【００２０】図２は、本発明による半導体発光素子の活
性層近傍のエネルギーバンドモデルの伝導帯を示したも
のであり、上述した本発明による半導体発光素子による
ときは、長寿命、したがって、信頼性に優れた半導体発
光素子を構成することができた。すなわち、活性層を挟
んで、その両側に歪をキャンセルする例えばＳリッチな
ＺｎＳＳｅ歪補償層を設けて活性層（その近傍を含む）
の歪みエネルギーを小さくする技術は、活性層の寿命、
ひいては半導体発光素子の寿命を大幅に改善する上で重
要であると考えられてはいるものの、これを最適化する
ことについては、未だ研究されていないものであり、本
発明は、これを最適化したものである。
性層近傍のエネルギーバンドモデルの伝導帯を示したも
のであり、上述した本発明による半導体発光素子による
ときは、長寿命、したがって、信頼性に優れた半導体発
光素子を構成することができた。すなわち、活性層を挟
んで、その両側に歪をキャンセルする例えばＳリッチな
ＺｎＳＳｅ歪補償層を設けて活性層（その近傍を含む）
の歪みエネルギーを小さくする技術は、活性層の寿命、
ひいては半導体発光素子の寿命を大幅に改善する上で重
要であると考えられてはいるものの、これを最適化する
ことについては、未だ研究されていないものであり、本
発明は、これを最適化したものである。
【００２１】図３は、歪補償層におけるＳT 値と半導体
発光素子の寿命との関係の測定結果を示したもので、図
３中、各点イ〜トは、表１の各試料イ〜トに関する測定
結果をプロットしたものである。この測定は、ＺｎＳＳ
ｅによる歪補償層として、Ｓ組成を２１％に選定し、Ｚ
ｎＣｄＳｅによる活性層は、そのＣｄ組成は３２％〜３
５％とした。なお、他の層に関しては、ＩＩ族およびＶ
Ｉ族の組成比は、ＧａＡｓ基板に対して整合する値を用
いた。
発光素子の寿命との関係の測定結果を示したもので、図
３中、各点イ〜トは、表１の各試料イ〜トに関する測定
結果をプロットしたものである。この測定は、ＺｎＳＳ
ｅによる歪補償層として、Ｓ組成を２１％に選定し、Ｚ
ｎＣｄＳｅによる活性層は、そのＣｄ組成は３２％〜３
５％とした。なお、他の層に関しては、ＩＩ族およびＶ
Ｉ族の組成比は、ＧａＡｓ基板に対して整合する値を用
いた。
【００２２】
【表１】
【００２３】図３によればＳT 値が−０．０１５〜＋
０．０１５で寿命が延びていることが分かる。上述の本
発明による半導体レーザーでは、１ｍＷの光出力下にお
いて３００時間以上の室温連続発振が実現し、従来のＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体レーザーに比して信頼性改善が
大幅になされ、この寿命の延びは、前記特開昭８−１８
１６１号公報に開示の発明に比しても、１００倍以上の
効果が得られた。
０．０１５で寿命が延びていることが分かる。上述の本
発明による半導体レーザーでは、１ｍＷの光出力下にお
いて３００時間以上の室温連続発振が実現し、従来のＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体レーザーに比して信頼性改善が
大幅になされ、この寿命の延びは、前記特開昭８−１８
１６１号公報に開示の発明に比しても、１００倍以上の
効果が得られた。
【００２４】尚、各混晶の格子定数（Å）を表２に示
す。
す。
【００２５】
【表２】
【００２６】上述した例では、クラッド層がＺｎＭｇＳ
Ｓｅ系の半導体発光素子において、活性層がＺｎＣｄＳ
ｅである場合であるが、ＺｎＣｄＳＳｅとすることもで
き、また、本発明は、上述の例に限られるものではな
く、例えばクラッド層がＺｎＭｇＢｅＳｅ系の半導体発
光素子による半導体発光素子に適用して同様の効果を奏
することができる。この場合の一例を図４に例示する。
この例においても、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓ基
板１上に、順次例えばＭＢＥ法により、第１導電型のバ
ッファ層２、第１導電型クラッド層３、第１のガイド層
４、第１の歪補償層２１、量子井戸構造による活性層
５、第２の歪補償層２２、第２のガイド層６、第２導電
型例えばｐ型クラッド層７、第２導電型の第１の半導体
層８、第２導電型の第２の半導体層９、第２導電型の超
格子層１０、および第１導電型のコンタクト層１１をエ
ピタキシャル成長し、コンタクト層１１と超格子層１０
とを、その厚さ方向に横切ってストライプ状の電流通路
部を挟んでその両側にメサ溝をエッチングし、ここにＡ
ｌ2 Ｏ3 等の絶縁層１２が埋め込まれてなる。そして、
コンタクト層１２上に一方の電極１３がオーミックに被
着され、基板の裏面に他方の電極１４がオーミックに被
着される。
Ｓｅ系の半導体発光素子において、活性層がＺｎＣｄＳ
ｅである場合であるが、ＺｎＣｄＳＳｅとすることもで
き、また、本発明は、上述の例に限られるものではな
く、例えばクラッド層がＺｎＭｇＢｅＳｅ系の半導体発
光素子による半導体発光素子に適用して同様の効果を奏
することができる。この場合の一例を図４に例示する。
この例においても、第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓ基
板１上に、順次例えばＭＢＥ法により、第１導電型のバ
ッファ層２、第１導電型クラッド層３、第１のガイド層
４、第１の歪補償層２１、量子井戸構造による活性層
５、第２の歪補償層２２、第２のガイド層６、第２導電
型例えばｐ型クラッド層７、第２導電型の第１の半導体
層８、第２導電型の第２の半導体層９、第２導電型の超
格子層１０、および第１導電型のコンタクト層１１をエ
ピタキシャル成長し、コンタクト層１１と超格子層１０
とを、その厚さ方向に横切ってストライプ状の電流通路
部を挟んでその両側にメサ溝をエッチングし、ここにＡ
ｌ2 Ｏ3 等の絶縁層１２が埋め込まれてなる。そして、
コンタクト層１２上に一方の電極１３がオーミックに被
着され、基板の裏面に他方の電極１４がオーミックに被
着される。
【００２７】この例においても、ＭＢＥ法によるＭＢＥ
装置は、ＳおよびＳｅの分子線源としては、バルブクラ
ッキングセルを導入した装置を用いた。
装置は、ＳおよびＳｅの分子線源としては、バルブクラ
ッキングセルを導入した装置を用いた。
【００２８】この図４に示す例においては、バッファ層
２が、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＧａＡｓによ
るバッファ層２Ａと、この例では１層のみによるＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体のＺｎＢｅＳｅによるバッファ層２
Ｂとによって構成した場合である。第１導電型クラッド
層３は、例えば、厚さ１μｍのｎ型のＺｎＭｇＢｅＳｅ
混晶により構成される。
２が、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＧａＡｓによ
るバッファ層２Ａと、この例では１層のみによるＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体のＺｎＢｅＳｅによるバッファ層２
Ｂとによって構成した場合である。第１導電型クラッド
層３は、例えば、厚さ１μｍのｎ型のＺｎＭｇＢｅＳｅ
混晶により構成される。
【００２９】第１のガイド層４は、例えば、厚さ１００
ｎｍのｎ型もしくはノンドープのＺｎＢｅＳｅ混晶によ
り構成される。活性層５は、例えば、厚さが３．３ｎｍ
の単一量子井戸構造のＺｎＣｄＳｅ混晶もしくはＺｎＣ
ｄＢｅＳｅ混晶により構成される。この場合において
も、その格子定数が基板１の格子定数（ＧａＡｓの格子
定数）よりも若干大きくなっている。第２のガイド層６
は、例えば、厚さ１００ｎｍのｐ型もしくはノンドープ
のＺｎＢｅＳｅ混晶により構成されている。第２導電型
クラッド層７は、例えば、厚さ１μｍのｐ型のＺｎＭｇ
ＢｅＳｅ混晶により構成される。第１の半導体層８は、
例えば、厚さ２μｍのｐ型のＺｎＢｅＳｅ混晶により構
成される。第２の半導体層９は、例えば、厚さ１００ｎ
ｍのｐ型のｐ型ＺｎＳｅにより構成される。さらにその
上に超格子層１０は、例えばｐ型のＺｎＳｅ層とｐ型の
ＢｅＴｅとの積層による超格子層によって形成される。
コンタクト層１１は、例えば、厚さ５０ｎｍのｐ型のＢ
ｅＴｅ層により構成される。
ｎｍのｎ型もしくはノンドープのＺｎＢｅＳｅ混晶によ
り構成される。活性層５は、例えば、厚さが３．３ｎｍ
の単一量子井戸構造のＺｎＣｄＳｅ混晶もしくはＺｎＣ
ｄＢｅＳｅ混晶により構成される。この場合において
も、その格子定数が基板１の格子定数（ＧａＡｓの格子
定数）よりも若干大きくなっている。第２のガイド層６
は、例えば、厚さ１００ｎｍのｐ型もしくはノンドープ
のＺｎＢｅＳｅ混晶により構成されている。第２導電型
クラッド層７は、例えば、厚さ１μｍのｐ型のＺｎＭｇ
ＢｅＳｅ混晶により構成される。第１の半導体層８は、
例えば、厚さ２μｍのｐ型のＺｎＢｅＳｅ混晶により構
成される。第２の半導体層９は、例えば、厚さ１００ｎ
ｍのｐ型のｐ型ＺｎＳｅにより構成される。さらにその
上に超格子層１０は、例えばｐ型のＺｎＳｅ層とｐ型の
ＢｅＴｅとの積層による超格子層によって形成される。
コンタクト層１１は、例えば、厚さ５０ｎｍのｐ型のＢ
ｅＴｅ層により構成される。
【００３０】また、この場合においても、第１および第
２の歪補償層２１および２２は、上述したＳT の値が、
−０．０１５＜ＳT ＜０．０１５に選定される。第１の
歪補償層２１は、第１導電型の例えばｎ型もしくはノン
ドープとされ、第２の歪補償層２２は、第２導電型の例
えばｐ型もしくはノンドープとされる。
２の歪補償層２１および２２は、上述したＳT の値が、
−０．０１５＜ＳT ＜０．０１５に選定される。第１の
歪補償層２１は、第１導電型の例えばｎ型もしくはノン
ドープとされ、第２の歪補償層２２は、第２導電型の例
えばｐ型もしくはノンドープとされる。
【００３１】また、上述した各例においては、活性層が
単一量子井戸構造とした場合であるが、多重量子井戸構
造による半導体発光素子に本発明を適用して同様の効果
を奏することができる。そして、この場合、そのバリア
層は、歪補償層と同一組成とすることができる。
単一量子井戸構造とした場合であるが、多重量子井戸構
造による半導体発光素子に本発明を適用して同様の効果
を奏することができる。そして、この場合、そのバリア
層は、歪補償層と同一組成とすることができる。
【００３２】また、上述の例では、基板１がＧａＡｓと
した場合であるが、ＺｎＳｅそのほかの基板を用いるこ
ともできる。
した場合であるが、ＺｎＳｅそのほかの基板を用いるこ
ともできる。
【００３３】上述したように、本発明構成によれば、歪
補償層を設けるものであるが、この歪補償層によって、
単純に活性層における基体１との不整合による歪みを除
去するというものではなく、特定した構成としたことに
よって長寿命化を図ることができる。
補償層を設けるものであるが、この歪補償層によって、
単純に活性層における基体１との不整合による歪みを除
去するというものではなく、特定した構成としたことに
よって長寿命化を図ることができる。
【００３４】
【発明の効果】上述したように、本発明構成によれば、
従来の半導体発光素子例えばレーザーあるいは発光ダイ
オード等においては、奏することのできなかった程度の
長寿命化、したがって、信頼性の向上をはかることがで
きる。
従来の半導体発光素子例えばレーザーあるいは発光ダイ
オード等においては、奏することのできなかった程度の
長寿命化、したがって、信頼性の向上をはかることがで
きる。
【図１】本発明による半導体発光素子の一例の概略断面
図である。
図である。
【図２】本発明素子の活性層近傍のエネルギーバンドモ
デル図である。
デル図である。
【図３】ＳT 値と寿命の関係の測定結果を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明による半導体発光素子の他の一例の概略
断面図である。
断面図である。
１・・・基板、２・・・バッファ層、３・・・第１導電
型クラッド層、４・・・第１のガイド層、５・・・活性
層、６・・・第２のガイド層、７・・・第２導電型クラ
ッド層、８・・・第１の半導体層、９・・・第２の半導
体層、１０・・・超格子層、１１・・・コンタクト層、
１２・・・絶縁層、１３，１４・・・電極、２１・・・
第１の歪補償層、２２・・・第２の歪補償層
型クラッド層、４・・・第１のガイド層、５・・・活性
層、６・・・第２のガイド層、７・・・第２導電型クラ
ッド層、８・・・第１の半導体層、９・・・第２の半導
体層、１０・・・超格子層、１１・・・コンタクト層、
１２・・・絶縁層、１３，１４・・・電極、２１・・・
第１の歪補償層、２２・・・第２の歪補償層
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上のＺｎ1-x Ｍｇy Ｂｅ1-x-y Ｓz
Ｓｅ1-z （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１）系化
合物半導体よりなる第１導電型クラッド層および第２導
電型クラッド層と、 上記第１および第２導電型クラッド層間の、少なくとも
１層のＺｎA ＣｄB Ｂｅ1-A-B ＳC Ｓｅ1-C （０＜Ａ≦
１、０＜Ｂ＜１、０≦Ｃ＜１）による上記基板に対して
圧縮歪みを有する量子井戸層を有する活性層と、 少なくとも１層のＺｎu Ｃｄ1-u Ｓv Ｓｅ1-v （０＜ｕ
＜１、０≦ｖ＜１）による上記基板に対して引張り歪み
を有する歪補償層とを有し、上記歪補償層は、 ＳT ＝（ΣｄQWσQW＋４Σｄscσsc）／Σ（ｄQW＋
ｄsc）とし、 σQW＝（ａQW−ａsub ）／ａsub σsc＝（ａsc−ａsub ）／ａsub （ｄQWは活性層の各量子井戸層の厚さ、ｄscは各歪補償
層の厚さ、ａQWは上記量子井戸層の格子定数、ａsub は
上記基板の格子定数、ａscは上記歪補償層の格子定数）
とするときの上記ＳT の値を−０．０１５＜ＳT ＜＋
０．０１５としたことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 上記活性層が単一量子井戸の構造とされ
た請求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記活性層が、多重量子井戸構造とされ
たことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31407397A JPH11150330A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 半導体発光素子 |
| US09/189,679 US6020601A (en) | 1997-11-14 | 1998-11-13 | Semiconductor light-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31407397A JPH11150330A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11150330A true JPH11150330A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18048909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPH11150330A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7762449B2 (en) * | 2008-11-21 | 2010-07-27 | Asm Assembly Automation Ltd | Bond head for heavy wire bonder |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1997
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-
1998
- 1998-11-13 US US09/189,679 patent/US6020601A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7762449B2 (en) * | 2008-11-21 | 2010-07-27 | Asm Assembly Automation Ltd | Bond head for heavy wire bonder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6020601A (en) | 2000-02-01 |
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