JPH11150334A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH11150334A JPH11150334A JP31410897A JP31410897A JPH11150334A JP H11150334 A JPH11150334 A JP H11150334A JP 31410897 A JP31410897 A JP 31410897A JP 31410897 A JP31410897 A JP 31410897A JP H11150334 A JPH11150334 A JP H11150334A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/347—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIBVI compounds, e.g. ZnCdSe- laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の
半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を有す
る半導体発光素子において、ｐ型ドーピング層とｎ型ド
ーピング層との間の空乏層から離れた位置のｎ型ドーピ
ング層またはｐ型ドーピング層中に活性層を設ける。ま
た、ｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子において、活性
層からの光強度の、活性層に垂直な方向ｘの成分をＰ
（ｘ）、その最大値Ｐmax を与えるｘをｘ＝０、Ｐ
（ｘ）＞Ｐmax／ｅ2 となるｘの範囲を−Ｌn ＜ｘ＜Ｌ
p としたとき、少なくともｘ＞−Ｌn の部分のｎ型ドー
ピング層のドーピング濃度をその他の部分のｎ型ドーピ
ング層のドーピング濃度より低くし、あるいは、少なく
ともｘ＜Ｌp の部分のｐ型ドーピング層のドーピング濃
度をその他の部分のｐ型ドーピング層のドーピング濃度
より低くする。
半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を有す
る半導体発光素子において、ｐ型ドーピング層とｎ型ド
ーピング層との間の空乏層から離れた位置のｎ型ドーピ
ング層またはｐ型ドーピング層中に活性層を設ける。ま
た、ｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子において、活性
層からの光強度の、活性層に垂直な方向ｘの成分をＰ
（ｘ）、その最大値Ｐmax を与えるｘをｘ＝０、Ｐ
（ｘ）＞Ｐmax／ｅ2 となるｘの範囲を−Ｌn ＜ｘ＜Ｌ
p としたとき、少なくともｘ＞−Ｌn の部分のｎ型ドー
ピング層のドーピング濃度をその他の部分のｎ型ドーピ
ング層のドーピング濃度より低くし、あるいは、少なく
ともｘ＜Ｌp の部分のｐ型ドーピング層のドーピング濃
度をその他の部分のｐ型ドーピング層のドーピング濃度
より低くする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体発光素子
に関し、例えば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半
導体発光素子に適用して好適なものである。
に関し、例えば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半
導体発光素子に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、高密度の光ディスクまたは光磁気
ディスクに対する記録／再生に応用される青色ないし緑
色で発光可能な半導体レーザや、大画面ディスプレーや
信号灯などに応用される青色ないし緑色で発光可能な発
光ダイオードなどの研究開発が活発に行われている。
ディスクに対する記録／再生に応用される青色ないし緑
色で発光可能な半導体レーザや、大画面ディスプレーや
信号灯などに応用される青色ないし緑色で発光可能な発
光ダイオードなどの研究開発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
導体発光素子の製造に用いる材料としては、亜鉛（Ｚ
ｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、水
銀（Ｈｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などのＩＩ族元素とイ
オウ（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、酸素
（Ｏ）などのＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体が最も有望である。そして、このＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体を用いた半導体発光素子は、現在、素子特性
の向上と長寿命化とが進められている。
導体発光素子の製造に用いる材料としては、亜鉛（Ｚ
ｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、水
銀（Ｈｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などのＩＩ族元素とイ
オウ（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、酸素
（Ｏ）などのＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体が最も有望である。そして、このＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体を用いた半導体発光素子は、現在、素子特性
の向上と長寿命化とが進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体を用いた半導体発光素子の寿命を決める要因と
しては、活性層内に存在する積層欠陥から生じる、転位
の増殖が従来から指摘されてきた。そこで、この積層欠
陥を低減させるために、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の
成長の前にＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層を成長
させたり、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長初期のシ
ーケンスを最適化するなどの対策が講じられた結果、こ
のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の
寿命は、室温で１００時間を超えるに至った。その後、
積層欠陥の低減に伴って、活性層内の点欠陥が次なる素
子の劣化要因として挙げられている。この点欠陥の増殖
を抑えるためには、点欠陥の数自体を少なくする成長条
件を確立することが重要であることはいうまでもない
が、さらに点欠陥同士の結合を防ぐために、点欠陥の電
子状態を安定化させてその移動度を下げる必要がある。
物半導体を用いた半導体発光素子の寿命を決める要因と
しては、活性層内に存在する積層欠陥から生じる、転位
の増殖が従来から指摘されてきた。そこで、この積層欠
陥を低減させるために、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の
成長の前にＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層を成長
させたり、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長初期のシ
ーケンスを最適化するなどの対策が講じられた結果、こ
のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導体発光素子の
寿命は、室温で１００時間を超えるに至った。その後、
積層欠陥の低減に伴って、活性層内の点欠陥が次なる素
子の劣化要因として挙げられている。この点欠陥の増殖
を抑えるためには、点欠陥の数自体を少なくする成長条
件を確立することが重要であることはいうまでもない
が、さらに点欠陥同士の結合を防ぐために、点欠陥の電
子状態を安定化させてその移動度を下げる必要がある。
【０００５】さらに、ＺｎＣｄＳｅ活性層を有する半導
体発光素子においては、通電によってＣｄの拡散が原因
で起きると見られる発光波長の短波長側へのシフトや、
アニールによるｐ型キャリア濃度の低下などが確認され
ており、結晶の構成原子や不純物の拡散により、素子特
性が変化している可能性がある。しかしながら、これら
の拡散現象を人為的に制御することは容易でない。
体発光素子においては、通電によってＣｄの拡散が原因
で起きると見られる発光波長の短波長側へのシフトや、
アニールによるｐ型キャリア濃度の低下などが確認され
ており、結晶の構成原子や不純物の拡散により、素子特
性が変化している可能性がある。しかしながら、これら
の拡散現象を人為的に制御することは容易でない。
【０００６】その一方で、ＺｎＣｄＳｅ量子井戸層に窒
素によるｐ型ドーピングを行うと、熱アニールを行った
ときにＣｄの拡散が顕著に見られるという報告がなされ
ている。この説明として、結晶中に存在するＩＩ族原子
の空孔（以下「ＩＩ族空孔」という）の電子状態が不安
定になり、その移動度が増すことが原因であるとされて
いる。すなわち、ＩＩ族空孔は本来アクセプタとして自
由電子を取り入れて安定化するため、ｐ型伝導にすると
結晶中の自由電子が少なくなり、ＩＩ族空孔の電子状態
が不安定になって移動しやすくなる。ＩＩ族原子のＣｄ
はこの空孔の移動を介して拡散を行うため、ＩＩ族空孔
の移動度の上昇に伴ってＣｄも拡散しやすくなる。この
ように、活性層の構成原子の拡散現象はドーピング手法
と密接な関係があることが考えられ、これを最適化して
活性層の劣化を最小限にすることが望ましい。
素によるｐ型ドーピングを行うと、熱アニールを行った
ときにＣｄの拡散が顕著に見られるという報告がなされ
ている。この説明として、結晶中に存在するＩＩ族原子
の空孔（以下「ＩＩ族空孔」という）の電子状態が不安
定になり、その移動度が増すことが原因であるとされて
いる。すなわち、ＩＩ族空孔は本来アクセプタとして自
由電子を取り入れて安定化するため、ｐ型伝導にすると
結晶中の自由電子が少なくなり、ＩＩ族空孔の電子状態
が不安定になって移動しやすくなる。ＩＩ族原子のＣｄ
はこの空孔の移動を介して拡散を行うため、ＩＩ族空孔
の移動度の上昇に伴ってＣｄも拡散しやすくなる。この
ように、活性層の構成原子の拡散現象はドーピング手法
と密接な関係があることが考えられ、これを最適化して
活性層の劣化を最小限にすることが望ましい。
【０００７】また、分離閉じ込めヘテロ構造（Separate
Confinement Heterostructure, ＳＣＨ）を有する半導
体発光素子は、活性層内部の光が屈折率の低いクラッド
層にしみだしにくい構造になっており、光閉じ込めが有
効に行われることが特徴である。しかしながら、完全に
光を閉じ込めることは不可能であるため、クラッド層内
部にしみだした光によって、もともと不安定な状態にあ
る原子や欠陥のエネルギー状態が励起され、活性層方向
に拡散する可能性がある。特に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体の不純物である塩素（Ｃｌ）や窒素（Ｎ）はＺｎや
Ｓｅなどの構成原子に比べて格子定数が小さいため、原
子間の結合が弱いことが考えられ、不安定なエネルギー
状態になりやすい。実際、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を
用いた半導体レーザにおいては、通電中にｐ型クラッド
層のキャリア濃度が低下することが確認されており、こ
れがしきい値電流の増加を招く原因となっている。これ
は、ｐ型クラッド層中のＮ原子が光によって励起されて
ＶＩ族原子の格子位置からはずれて不活性化したか、も
しくは、ｎ型クラッド層中のＣｌ原子が同様に励起され
て拡散しｐ型クラッド層内に到達してアクセプタを補償
してしまうことによると考えられる。
Confinement Heterostructure, ＳＣＨ）を有する半導
体発光素子は、活性層内部の光が屈折率の低いクラッド
層にしみだしにくい構造になっており、光閉じ込めが有
効に行われることが特徴である。しかしながら、完全に
光を閉じ込めることは不可能であるため、クラッド層内
部にしみだした光によって、もともと不安定な状態にあ
る原子や欠陥のエネルギー状態が励起され、活性層方向
に拡散する可能性がある。特に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体の不純物である塩素（Ｃｌ）や窒素（Ｎ）はＺｎや
Ｓｅなどの構成原子に比べて格子定数が小さいため、原
子間の結合が弱いことが考えられ、不安定なエネルギー
状態になりやすい。実際、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を
用いた半導体レーザにおいては、通電中にｐ型クラッド
層のキャリア濃度が低下することが確認されており、こ
れがしきい値電流の増加を招く原因となっている。これ
は、ｐ型クラッド層中のＮ原子が光によって励起されて
ＶＩ族原子の格子位置からはずれて不活性化したか、も
しくは、ｎ型クラッド層中のＣｌ原子が同様に励起され
て拡散しｐ型クラッド層内に到達してアクセプタを補償
してしまうことによると考えられる。
【０００８】本発明者が行った実験によれば、半導体発
光素子への通電を行うと、上述のｎ型クラッド層中のＣ
ｌ原子の拡散によってｐ−ｎ接合の位置の移動が生じ
る。すなわち、図１４に示すような半導体発光素子を作
製し、この半導体発光素子への通電前後のｐ−ｎ接合の
位置を電子線励起電流（Electron Beam Induced Curren
t,ＥＢＩＣ）法により測定したところ、通電前は図１５
に示すようにｐ−ｎ接合位置は全領域で活性層位置にあ
ったのが、通電後では図１６に示すようにストライプ領
域だけｐ−ｎ接合位置がｐ側へ移動していることが明ら
かとなった。図１５および図１６において、ＥＢＩＣ信
号を斜線で施した領域で示した。このようなｐ−ｎ接合
位置の移動で活性層へのキャリアの注入効率が低下し、
しきい値電流が高くなり、素子寿命が短くなると考えら
れる。
光素子への通電を行うと、上述のｎ型クラッド層中のＣ
ｌ原子の拡散によってｐ−ｎ接合の位置の移動が生じ
る。すなわち、図１４に示すような半導体発光素子を作
製し、この半導体発光素子への通電前後のｐ−ｎ接合の
位置を電子線励起電流（Electron Beam Induced Curren
t,ＥＢＩＣ）法により測定したところ、通電前は図１５
に示すようにｐ−ｎ接合位置は全領域で活性層位置にあ
ったのが、通電後では図１６に示すようにストライプ領
域だけｐ−ｎ接合位置がｐ側へ移動していることが明ら
かとなった。図１５および図１６において、ＥＢＩＣ信
号を斜線で施した領域で示した。このようなｐ−ｎ接合
位置の移動で活性層へのキャリアの注入効率が低下し、
しきい値電流が高くなり、素子寿命が短くなると考えら
れる。
【０００９】以上のような理由により、これまでは、特
性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素
子を実現することは困難であった。
性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素
子を実現することは困難であった。
【００１０】したがって、この発明の目的は、活性層近
傍の点欠陥ないし構成原子の電子状態をドーピングによ
って人為的に抑制し、その電子状態を安定化することで
点欠陥や構成原子の拡散を防止し、これによって活性層
の劣化を防止することができることにより、例えば点欠
陥の凝集や増殖によって生じる暗点により発光効率が低
下し、しきい値電流の上昇を招くという問題を防ぐこと
ができ、それによって、特性が良好で、信頼性が高く、
かつ長寿命の半導体発光素子を提供することにある。
傍の点欠陥ないし構成原子の電子状態をドーピングによ
って人為的に抑制し、その電子状態を安定化することで
点欠陥や構成原子の拡散を防止し、これによって活性層
の劣化を防止することができることにより、例えば点欠
陥の凝集や増殖によって生じる暗点により発光効率が低
下し、しきい値電流の上昇を招くという問題を防ぐこと
ができ、それによって、特性が良好で、信頼性が高く、
かつ長寿命の半導体発光素子を提供することにある。
【００１１】この発明の他の目的は、活性層に近い領域
ではドーピング量を十分に少なくすることで、光場によ
って原子間結合の弱い不純物原子の電子状態が励起さ
れ、拡散することを防止することができる、特性が良好
で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を提供
することにある。
ではドーピング量を十分に少なくすることで、光場によ
って原子間結合の弱い不純物原子の電子状態が励起さ
れ、拡散することを防止することができる、特性が良好
で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体発光素子を提供
することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った結
果、従来の半導体発光素子において、すでに述べたよう
なメカニズムで活性層の劣化などが生じる主たる要因
は、活性層がｐ型ドーピング層とｎ型ドーピング層との
間の空乏層内に位置しているため、それ自身が空乏化し
ていることにあることを見い出し、したがって、上述の
課題を解決するためには、活性層を空乏層から離れた位
置のｎ型ドーピング層またはｐ型ドーピング層中に設け
るのが有効であるという結論に至った。このために必要
な条件について以下に説明する。
有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った結
果、従来の半導体発光素子において、すでに述べたよう
なメカニズムで活性層の劣化などが生じる主たる要因
は、活性層がｐ型ドーピング層とｎ型ドーピング層との
間の空乏層内に位置しているため、それ自身が空乏化し
ていることにあることを見い出し、したがって、上述の
課題を解決するためには、活性層を空乏層から離れた位
置のｎ型ドーピング層またはｐ型ドーピング層中に設け
るのが有効であるという結論に至った。このために必要
な条件について以下に説明する。
【００１３】図１は、ｐ型ドーピング層とアンドープ層
とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｉ−ｎ接合のエネル
ギーバンド図を模式的に示す。ここで、ｐ型ドーピング
層のドーピング濃度をＮa 、ｎ型ドーピング層のドーピ
ング濃度をＮd 、アンドープ層の厚さをｌ、ｐ型ドーピ
ング層、アンドープ層、ｎ型ドーピング層および活性層
の比誘電率をε、真空の誘電率をε0 、電子の電荷をｅ
とする。今、図１に示すように、ｎ型ドーピング層から
ｐ型ドーピング層に向かう方向に座標軸ｘをとり、アン
ドープ層とｎ型ドーピング層との境界をｘ＝０とする。
ｎ型ドーピング層およびｐ型ドーピング層に生じる空乏
層の厚さをそれぞれＬn0、Ｌp0とする。また、ｎ型ドー
ピング層とｐ型ドーピング層との間には、ドーピングレ
ベルに起因するビルトインポテンシャルＶBiが生じてい
る。平衡状態における電界強度分布は図２に示すように
なり、領域、、におけるポテンシャルは次のよう
に求められる。
とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｉ−ｎ接合のエネル
ギーバンド図を模式的に示す。ここで、ｐ型ドーピング
層のドーピング濃度をＮa 、ｎ型ドーピング層のドーピ
ング濃度をＮd 、アンドープ層の厚さをｌ、ｐ型ドーピ
ング層、アンドープ層、ｎ型ドーピング層および活性層
の比誘電率をε、真空の誘電率をε0 、電子の電荷をｅ
とする。今、図１に示すように、ｎ型ドーピング層から
ｐ型ドーピング層に向かう方向に座標軸ｘをとり、アン
ドープ層とｎ型ドーピング層との境界をｘ＝０とする。
ｎ型ドーピング層およびｐ型ドーピング層に生じる空乏
層の厚さをそれぞれＬn0、Ｌp0とする。また、ｎ型ドー
ピング層とｐ型ドーピング層との間には、ドーピングレ
ベルに起因するビルトインポテンシャルＶBiが生じてい
る。平衡状態における電界強度分布は図２に示すように
なり、領域、、におけるポテンシャルは次のよう
に求められる。
【００１４】すなわち、ポアッソン方程式より、電界を
Ｅで表すと、 領域 ｄＥ／ｄｘ＝ｅＮd ／ε0 ε （１） 領域 ｄＥ／ｄｘ＝０ （２） 領域 ｄＥ／ｄｘ＝−ｅＮa ／ε0 ε （３） が成り立つ。
Ｅで表すと、 領域 ｄＥ／ｄｘ＝ｅＮd ／ε0 ε （１） 領域 ｄＥ／ｄｘ＝０ （２） 領域 ｄＥ／ｄｘ＝−ｅＮa ／ε0 ε （３） が成り立つ。
【００１５】（１）、（２）および（３）式を積分し
て、Ｅ（−Ｌn0）＝０およびＥの連続性を用いると、 領域 Ｅ＝（ｅＮd ／ε0 ε）（ｘ＋Ｌn0） （４） 領域 Ｅ＝ｅＮd Ｌn0／ε0 ε （５） 領域 Ｅ＝（ｅ／ε0 ε）｛Ｎd Ｌn0−Ｎa （ｘ−ｌ）｝ （６） となる。
て、Ｅ（−Ｌn0）＝０およびＥの連続性を用いると、 領域 Ｅ＝（ｅＮd ／ε0 ε）（ｘ＋Ｌn0） （４） 領域 Ｅ＝ｅＮd Ｌn0／ε0 ε （５） 領域 Ｅ＝（ｅ／ε0 ε）｛Ｎd Ｌn0−Ｎa （ｘ−ｌ）｝ （６） となる。
【００１６】ポテンシャルをφで表すと、ｄφ／ｄｘ＝
−Ｅであるから、（４）、（５）および（６）式を積分
して、φ（−Ｌn0）＝０およびφの連続性を用いると、 領域 φ（ｘ）＝（−ｅＮd ／２ε0 ε）（ｘ＋Ｌn0）2 （７） 領域 φ（ｘ）＝（−ｅＮd ／ε0 ε）（Ｌn0ｘ＋Ｌn0 2 ／２）（８） 領域 φ（ｘ）＝（−ｅ／ε0 ε）｛Ｎd Ｌn0ｘ −Ｎa （ｘ−ｌ）2 ／２＋Ｎd Ｌn0 2 ／２｝（９） となる。
−Ｅであるから、（４）、（５）および（６）式を積分
して、φ（−Ｌn0）＝０およびφの連続性を用いると、 領域 φ（ｘ）＝（−ｅＮd ／２ε0 ε）（ｘ＋Ｌn0）2 （７） 領域 φ（ｘ）＝（−ｅＮd ／ε0 ε）（Ｌn0ｘ＋Ｌn0 2 ／２）（８） 領域 φ（ｘ）＝（−ｅ／ε0 ε）｛Ｎd Ｌn0ｘ −Ｎa （ｘ−ｌ）2 ／２＋Ｎd Ｌn0 2 ／２｝（９） となる。
【００１７】φ（ｌ＋Ｌp0）＝−ＶBiだから、（９）式
より Ｎd Ｌn0（ｌ＋Ｌp0）−Ｎa Ｌp0 2 ／２ ＋Ｎd Ｌn0 2 ／２＝ＶBi（ε0 ε／ｅ）（10） が成り立つ。ここで、Ｎd Ｌn0＝Ｎa Ｌp0を用いると、 Ｎd Ｌn0（ｌ＋Ｎd Ｌn0／Ｎa ）−Ｎa （Ｎd Ｌn0／Ｎa ）2 ／２ ＋Ｎd Ｌn0 2 ／２＝ＶBi（ε0 ε／ｅ）（11） となる。（11）式をまとめると、 （ｅＮd ／２ε0 ε）｛（Ｎd ／Ｎa ＋１）Ｌn0 2 ＋２ｌＬn0｝ −ＶBi＝０ （12） となる。
より Ｎd Ｌn0（ｌ＋Ｌp0）−Ｎa Ｌp0 2 ／２ ＋Ｎd Ｌn0 2 ／２＝ＶBi（ε0 ε／ｅ）（10） が成り立つ。ここで、Ｎd Ｌn0＝Ｎa Ｌp0を用いると、 Ｎd Ｌn0（ｌ＋Ｎd Ｌn0／Ｎa ）−Ｎa （Ｎd Ｌn0／Ｎa ）2 ／２ ＋Ｎd Ｌn0 2 ／２＝ＶBi（ε0 ε／ｅ）（11） となる。（11）式をまとめると、 （ｅＮd ／２ε0 ε）｛（Ｎd ／Ｎa ＋１）Ｌn0 2 ＋２ｌＬn0｝ −ＶBi＝０ （12） となる。
【００１８】ここで、（12）式のＬn0をｘで置き換える
と、 （ｅＮd ／２ε0 ε）｛（Ｎd ／Ｎa ＋１）ｘ2 ＋２ｌｘ｝ −ＶBi＝０ （13） となる。したがって、 (13) 式をｘについて解き、得ら
れる解のうち正の値Ｌ０に対して、Ｌ≧Ｌ０となる距離
Ｌだけ、アンドープ層とｎ型ドーピング層との境界から
離れた位置のｎ型ドーピング層中に活性層を設けること
により、活性層を空乏層から離すことができる。
と、 （ｅＮd ／２ε0 ε）｛（Ｎd ／Ｎa ＋１）ｘ2 ＋２ｌｘ｝ −ＶBi＝０ （13） となる。したがって、 (13) 式をｘについて解き、得ら
れる解のうち正の値Ｌ０に対して、Ｌ≧Ｌ０となる距離
Ｌだけ、アンドープ層とｎ型ドーピング層との境界から
離れた位置のｎ型ドーピング層中に活性層を設けること
により、活性層を空乏層から離すことができる。
【００１９】以上はｎ型ドーピング層中に活性層を設け
る場合についてであるが、ｐ型ドーピング層中に活性層
を設ける場合も全く同様である。すなわち、この場合に
は、（12）、 (13) 式に対応する式はそれぞれ（14）、
(15) 式のようになる。
る場合についてであるが、ｐ型ドーピング層中に活性層
を設ける場合も全く同様である。すなわち、この場合に
は、（12）、 (13) 式に対応する式はそれぞれ（14）、
(15) 式のようになる。
【００２０】 （ｅＮa ／２ε0 ε）｛（Ｎa ／Ｎd ＋１）Ｌp0 2 ＋２ｌＬp0｝ −ＶBi＝０ （14） （ｅＮa ／２ε0 ε）｛（Ｎa ／Ｎd ＋１）ｘ2 ＋２ｌｘ｝ −ＶBi＝０ （１
５） したがって、 （１５） 式をｘについて解き、得られ
る解のうち正の値Ｌ０に対して、Ｌ≧Ｌ０となる距離Ｌ
だけ、アンドープ層とｐ型ドーピング層との境界から離
れた位置のｐ型ドーピング層中に活性層を設けることに
より、活性層を空乏層から離すことができる。
５） したがって、 （１５） 式をｘについて解き、得られ
る解のうち正の値Ｌ０に対して、Ｌ≧Ｌ０となる距離Ｌ
だけ、アンドープ層とｐ型ドーピング層との境界から離
れた位置のｐ型ドーピング層中に活性層を設けることに
より、活性層を空乏層から離すことができる。
【００２１】特に、Ｎa ＝Ｎd のときは、 (13) 、 (1
5) 式より、 ｘ＝｛−ｌ＋（ｌ2 ＋４ε0 εＶBi／ｅＮd ）1/2 ｝／
２ となる。例えば、ＶBi＝２．６ｅＶ、Ｎa ＝１×１０17
ｃｍ-3、Ｎd ＝１×１０17ｃｍ-3、ｌ＝１００ｎｍ、ε
＝９．３とすると、ｘ＝７６ｎｍとなる。
5) 式より、 ｘ＝｛−ｌ＋（ｌ2 ＋４ε0 εＶBi／ｅＮd ）1/2 ｝／
２ となる。例えば、ＶBi＝２．６ｅＶ、Ｎa ＝１×１０17
ｃｍ-3、Ｎd ＝１×１０17ｃｍ-3、ｌ＝１００ｎｍ、ε
＝９．３とすると、ｘ＝７６ｎｍとなる。
【００２２】半導体発光素子がｐ−ｎ接合を有する場合
は、ｌ＝０と考えればよい。また、半導体発光素子が図
３に示すようなＳＣＨ構造を有する場合にも、上述と同
様である。
は、ｌ＝０と考えればよい。また、半導体発光素子が図
３に示すようなＳＣＨ構造を有する場合にも、上述と同
様である。
【００２３】次に、活性層から放出される光の影響によ
る活性層の劣化あるいはｐ−ｎ接合位置の移動を防止す
るためには、光による励起で拡散する可能性のある不純
物を光場からなるべく離すことが肝要になる。このため
に必要な条件について以下に説明する。
る活性層の劣化あるいはｐ−ｎ接合位置の移動を防止す
るためには、光による励起で拡散する可能性のある不純
物を光場からなるべく離すことが肝要になる。このため
に必要な条件について以下に説明する。
【００２４】図４に、ＳＣＨ構造を有する半導体発光素
子の活性層近傍のエネルギーバンド図および光場の分布
を示す。ｎ型クラッド層からｐ型クラッド層に向かう方
向に座標軸ｘをとる。今、活性層から放出される光の強
度のｘ方向の成分をＰ（ｘ）とし、Ｐ（ｘ）の最大値Ｐ
max を与えるｘをｘ＝０とする。Ｐ（ｘ）は、活性層近
傍のバンド構造および各層の物性定数から計算すること
ができる。ここで、活性層から放出される光のｎ型クラ
ッド層への進入長Ｌn およびｐ型クラッド層への進入長
Ｌp を、Ｐ（ｘ）が最大値Ｐmax の１／ｅ2 （ただし、
ｅは自然対数の底）になる距離で定義する。このとき、
Ｐ（ｘ）＞Ｐmax ／ｅ2 となるｘの範囲は−Ｌn ＜ｘ＜
Ｌp となる。バンド構造が活性層に関して対称であると
仮定し、典型的なＡｌＧａＩｎＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体を用いた半導体発光素子において計算を行うと、
光導波層の厚さに対するＬn およびＬp の関係を図５に
示すように求めることができる。図５より、例えば光導
波層の厚さの合計を２００ｎｍとした場合、Ｌn ＝Ｌp
＝３００ｎｍとなり、クラッド層内部に３００ｎｍ近く
光がしみだしていることがわかる。
子の活性層近傍のエネルギーバンド図および光場の分布
を示す。ｎ型クラッド層からｐ型クラッド層に向かう方
向に座標軸ｘをとる。今、活性層から放出される光の強
度のｘ方向の成分をＰ（ｘ）とし、Ｐ（ｘ）の最大値Ｐ
max を与えるｘをｘ＝０とする。Ｐ（ｘ）は、活性層近
傍のバンド構造および各層の物性定数から計算すること
ができる。ここで、活性層から放出される光のｎ型クラ
ッド層への進入長Ｌn およびｐ型クラッド層への進入長
Ｌp を、Ｐ（ｘ）が最大値Ｐmax の１／ｅ2 （ただし、
ｅは自然対数の底）になる距離で定義する。このとき、
Ｐ（ｘ）＞Ｐmax ／ｅ2 となるｘの範囲は−Ｌn ＜ｘ＜
Ｌp となる。バンド構造が活性層に関して対称であると
仮定し、典型的なＡｌＧａＩｎＰ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体を用いた半導体発光素子において計算を行うと、
光導波層の厚さに対するＬn およびＬp の関係を図５に
示すように求めることができる。図５より、例えば光導
波層の厚さの合計を２００ｎｍとした場合、Ｌn ＝Ｌp
＝３００ｎｍとなり、クラッド層内部に３００ｎｍ近く
光がしみだしていることがわかる。
【００２５】以上のことより、活性層から放出される光
の影響を極力避け、活性層の劣化などを防止するために
は、ｎ型クラッド層のうちの少なくともｘ＞−Ｌn の部
分におけるドーピング濃度Ｎdsをその他の部分における
ドーピング濃度Ｎd よりも低くするとともに、ｐ型クラ
ッド層のうちの少なくともｘ＜Ｌp の部分におけるドー
ピング濃度Ｎasをその他の部分におけるドーピング濃度
Ｎa よりも低くするのが有効である。あるいは、これら
のいずれか一方のみを実施するだけでも有効な効果を得
ることができる。
の影響を極力避け、活性層の劣化などを防止するために
は、ｎ型クラッド層のうちの少なくともｘ＞−Ｌn の部
分におけるドーピング濃度Ｎdsをその他の部分における
ドーピング濃度Ｎd よりも低くするとともに、ｐ型クラ
ッド層のうちの少なくともｘ＜Ｌp の部分におけるドー
ピング濃度Ｎasをその他の部分におけるドーピング濃度
Ｎa よりも低くするのが有効である。あるいは、これら
のいずれか一方のみを実施するだけでも有効な効果を得
ることができる。
【００２６】この発明は、本発明者による以上の検討に
基づいて案出されたものである。
基づいて案出されたものである。
【００２７】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明の第１の発明は、ｐ型ドーピング層とｎ型ドーピ
ング層とからなるｐ−ｎ接合またはｐ型ドーピング層と
アンドープ層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｉ−ｎ
接合を有する半導体発光素子において、ｐ型ドーピング
層とｎ型ドーピング層との間の空乏層から離れた位置に
おけるｎ型ドーピング層またはｐ型ドーピング層中に活
性層が設けられていることを特徴とするものである。
の発明の第１の発明は、ｐ型ドーピング層とｎ型ドーピ
ング層とからなるｐ−ｎ接合またはｐ型ドーピング層と
アンドープ層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｉ−ｎ
接合を有する半導体発光素子において、ｐ型ドーピング
層とｎ型ドーピング層との間の空乏層から離れた位置に
おけるｎ型ドーピング層またはｐ型ドーピング層中に活
性層が設けられていることを特徴とするものである。
【００２８】この発明の第２の発明は、ｐ型ドーピング
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合またはｐ型
ドーピング層とアンドープ層とｎ型ドーピング層とから
なるｐ−ｉ−ｎ接合を有する半導体発光素子において、
ｐ型ドーピング層のドーピング濃度をＮa 、ｎ型ドーピ
ング層のドーピング濃度をＮd 、アンドープ層の厚さを
ｌ（ただし、ｐ−ｎ接合の場合はｌ＝０と考える）、ｐ
型ドーピング層とｎ型ドーピング層との間に発生するビ
ルトインポテンシャルをＶBi、ｐ型ドーピング層、ｎ型
ドーピング層およびアンドープの比誘電率をε、真空の
誘電率をε0 、電子の電荷をｅとしたとき、ｐ型ドーピ
ング層またはアンドープ層とｎ型ドーピング層との境界
から距離Ｌだけ離れてｎ型ドーピング層中に活性層が設
けられ、距離Ｌは方程式 （ｅＮd ／２ε0 ε）｛（Ｎd ／Ｎa ＋１）ｘ2 ＋２ｌ
ｘ｝−ＶBi＝０ をｘについて解くことにより得られる正の値Ｌ０に対し
てＬ≧Ｌ０であることを特徴とするものである。
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合またはｐ型
ドーピング層とアンドープ層とｎ型ドーピング層とから
なるｐ−ｉ−ｎ接合を有する半導体発光素子において、
ｐ型ドーピング層のドーピング濃度をＮa 、ｎ型ドーピ
ング層のドーピング濃度をＮd 、アンドープ層の厚さを
ｌ（ただし、ｐ−ｎ接合の場合はｌ＝０と考える）、ｐ
型ドーピング層とｎ型ドーピング層との間に発生するビ
ルトインポテンシャルをＶBi、ｐ型ドーピング層、ｎ型
ドーピング層およびアンドープの比誘電率をε、真空の
誘電率をε0 、電子の電荷をｅとしたとき、ｐ型ドーピ
ング層またはアンドープ層とｎ型ドーピング層との境界
から距離Ｌだけ離れてｎ型ドーピング層中に活性層が設
けられ、距離Ｌは方程式 （ｅＮd ／２ε0 ε）｛（Ｎd ／Ｎa ＋１）ｘ2 ＋２ｌ
ｘ｝−ＶBi＝０ をｘについて解くことにより得られる正の値Ｌ０に対し
てＬ≧Ｌ０であることを特徴とするものである。
【００２９】この発明の第３の発明は、ｐ型ドーピング
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合またはｐ型
ドーピング層とアンドープ層とｎ型ドーピング層とから
なるｐ−ｉ−ｎ接合を有する半導体発光素子において、
ｐ型ドーピング層のドーピング濃度をＮa 、ｎ型ドーピ
ング層のドーピング濃度をＮd 、アンドープ層の厚さを
ｌ（ただし、ｐ−ｎ接合の場合はｌ＝０と考える）、ｐ
型ドーピング層とｎ型ドーピング層との間に発生するビ
ルトインポテンシャルをＶBi、ｐ型ドーピング層、ｎ型
ドーピング層およびアンドープの比誘電率をε、真空の
誘電率をε0 、電子の電荷をｅとしたとき、ｐ型ドーピ
ング層またはアンドープ層とｎ型ドーピング層との境界
から距離Ｌだけ離れてｐ型ドーピング層中に活性層が設
けられ、距離Ｌは方程式 （ｅＮa ／２ε0 ε）｛（Ｎa ／Ｎd ＋１）ｘ2 ＋２ｌ
ｘ｝−ＶBi＝０ をｘについて得られる正の値Ｌ０に対してＬ≧Ｌ０であ
ることを特徴とするものである。
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合またはｐ型
ドーピング層とアンドープ層とｎ型ドーピング層とから
なるｐ−ｉ−ｎ接合を有する半導体発光素子において、
ｐ型ドーピング層のドーピング濃度をＮa 、ｎ型ドーピ
ング層のドーピング濃度をＮd 、アンドープ層の厚さを
ｌ（ただし、ｐ−ｎ接合の場合はｌ＝０と考える）、ｐ
型ドーピング層とｎ型ドーピング層との間に発生するビ
ルトインポテンシャルをＶBi、ｐ型ドーピング層、ｎ型
ドーピング層およびアンドープの比誘電率をε、真空の
誘電率をε0 、電子の電荷をｅとしたとき、ｐ型ドーピ
ング層またはアンドープ層とｎ型ドーピング層との境界
から距離Ｌだけ離れてｐ型ドーピング層中に活性層が設
けられ、距離Ｌは方程式 （ｅＮa ／２ε0 ε）｛（Ｎa ／Ｎd ＋１）ｘ2 ＋２ｌ
ｘ｝−ＶBi＝０ をｘについて得られる正の値Ｌ０に対してＬ≧Ｌ０であ
ることを特徴とするものである。
【００３０】この発明の第２および第３の発明において
は、キャリアの注入効率を悪化させることなく、活性層
を空乏層から遠ざける観点から、好適にはＬ≦１５０ｎ
ｍであり、より好適にはＬ≦１００ｎｍ以下であり、さ
らに好適にはＬ≦５０ｎｍである。
は、キャリアの注入効率を悪化させることなく、活性層
を空乏層から遠ざける観点から、好適にはＬ≦１５０ｎ
ｍであり、より好適にはＬ≦１００ｎｍ以下であり、さ
らに好適にはＬ≦５０ｎｍである。
【００３１】この発明の第２および第３の発明において
は、活性層内にドーピングを多量に行った場合、点欠陥
も導入されやすくなり、非発光再結合の原因になる可能
性があるため、発光効率を下げることなく活性層のエネ
ルギー準位を安定化させる観点から、好適には３×１０
16ｃｍ-3以上３×１０17ｃｍ-3以下、より好適には３×
１０16ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3である。
は、活性層内にドーピングを多量に行った場合、点欠陥
も導入されやすくなり、非発光再結合の原因になる可能
性があるため、発光効率を下げることなく活性層のエネ
ルギー準位を安定化させる観点から、好適には３×１０
16ｃｍ-3以上３×１０17ｃｍ-3以下、より好適には３×
１０16ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3である。
【００３２】この発明の第４の発明は、ｐ型ドーピング
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合を有する半
導体発光素子において、活性層から放出される光の強度
の、ｎ型ドーピング層からｐ型ドーピング層に向かう方
向にとった座標軸ｘの方向の成分をＰ（ｘ）とし、Ｐ
（ｘ）の最大値Ｐmax を与えるｘをｘ＝０、Ｐ（ｘ）＞
Ｐmax ／ｅ2 （ただし、ｅは自然対数の底）となるｘの
範囲を−Ｌn ＜ｘ＜Ｌp としたとき、少なくともｘ＞−
Ｌn の部分におけるｎ型ドーピング層のドーピング濃度
Ｎdsがその他の部分におけるｎ型ドーピング層のドーピ
ング濃度Ｎd より低いことを特徴とするものである。
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合を有する半
導体発光素子において、活性層から放出される光の強度
の、ｎ型ドーピング層からｐ型ドーピング層に向かう方
向にとった座標軸ｘの方向の成分をＰ（ｘ）とし、Ｐ
（ｘ）の最大値Ｐmax を与えるｘをｘ＝０、Ｐ（ｘ）＞
Ｐmax ／ｅ2 （ただし、ｅは自然対数の底）となるｘの
範囲を−Ｌn ＜ｘ＜Ｌp としたとき、少なくともｘ＞−
Ｌn の部分におけるｎ型ドーピング層のドーピング濃度
Ｎdsがその他の部分におけるｎ型ドーピング層のドーピ
ング濃度Ｎd より低いことを特徴とするものである。
【００３３】この発明の第５の発明は、ｐ型ドーピング
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合を有する半
導体発光素子において、活性層から放出される光の強度
の、ｎ型ドーピング層からｐ型ドーピング層に向かう方
向にとった座標軸ｘの方向の成分をＰ（ｘ）とし、Ｐ
（ｘ）の最大値Ｐmax を与えるｘをｘ＝０、Ｐ（ｘ）＞
Ｐmax ／ｅ2 （ただし、ｅは自然対数の底）となるｘの
範囲を−Ｌn ＜ｘ＜Ｌp としたとき、少なくともｘ＜Ｌ
p の部分におけるｐ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎ
asがその他の部分におけるｐ型ドーピング層のドーピン
グ濃度Ｎa より低いことを特徴とするものである。
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合を有する半
導体発光素子において、活性層から放出される光の強度
の、ｎ型ドーピング層からｐ型ドーピング層に向かう方
向にとった座標軸ｘの方向の成分をＰ（ｘ）とし、Ｐ
（ｘ）の最大値Ｐmax を与えるｘをｘ＝０、Ｐ（ｘ）＞
Ｐmax ／ｅ2 （ただし、ｅは自然対数の底）となるｘの
範囲を−Ｌn ＜ｘ＜Ｌp としたとき、少なくともｘ＜Ｌ
p の部分におけるｐ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎ
asがその他の部分におけるｐ型ドーピング層のドーピン
グ濃度Ｎa より低いことを特徴とするものである。
【００３４】この発明の第４の発明においては、好適に
は、少なくともｘ＜Ｌp の部分におけるｐ型ドーピング
層のドーピング濃度Ｎasもその他の部分におけるｐ型ド
ーピング層のドーピング濃度Ｎa より低く、同様に、こ
の発明の第５の発明においては、少なくともｘ＞−Ｌn
の部分におけるｎ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎds
もその他の部分におけるｎ型ドーピング層のドーピング
濃度Ｎd より低い。
は、少なくともｘ＜Ｌp の部分におけるｐ型ドーピング
層のドーピング濃度Ｎasもその他の部分におけるｐ型ド
ーピング層のドーピング濃度Ｎa より低く、同様に、こ
の発明の第５の発明においては、少なくともｘ＞−Ｌn
の部分におけるｎ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎds
もその他の部分におけるｎ型ドーピング層のドーピング
濃度Ｎd より低い。
【００３５】この発明の第４および第５の発明において
は、光場によって励起される不純物の数を十分に少なく
するとともに、クラッド層の伝導性を損なわず、キャリ
アの注入効率の悪化によってしきい値電流が増大すると
いう悪影響を防止する観点から、ｎ型ドーピング層のド
ーピング濃度Ｎdsまたはｐ型ドーピング層のドーピング
濃度Ｎasは、好適には３×１０16ｃｍ-3以上３×１０17
ｃｍ-3以下、より好適には３×１０16ｃｍ-3以上１×１
０17ｃｍ-3以下である。
は、光場によって励起される不純物の数を十分に少なく
するとともに、クラッド層の伝導性を損なわず、キャリ
アの注入効率の悪化によってしきい値電流が増大すると
いう悪影響を防止する観点から、ｎ型ドーピング層のド
ーピング濃度Ｎdsまたはｐ型ドーピング層のドーピング
濃度Ｎasは、好適には３×１０16ｃｍ-3以上３×１０17
ｃｍ-3以下、より好適には３×１０16ｃｍ-3以上１×１
０17ｃｍ-3以下である。
【００３６】この発明の第４および第５の発明において
は、キャリアの注入効率を下げないようにする観点か
ら、ｎ型ドーピング層のうちのドーピング濃度がＮdsで
ある層の厚さＬnsまたはｐ型ドーピング層のうちのドー
ピング濃度がＮasである層の厚さＬpsは、好適には５０
０ｎｍ以下である。
は、キャリアの注入効率を下げないようにする観点か
ら、ｎ型ドーピング層のうちのドーピング濃度がＮdsで
ある層の厚さＬnsまたはｐ型ドーピング層のうちのドー
ピング濃度がＮasである層の厚さＬpsは、好適には５０
０ｎｍ以下である。
【００３７】この発明の第６の発明は、ｐ型ドーピング
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合を有する半
導体発光素子において、ｐ−ｎ接合の位置が通電によっ
て移動しないように構成されていることを特徴とするも
のである。
層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｎ接合を有する半
導体発光素子において、ｐ−ｎ接合の位置が通電によっ
て移動しないように構成されていることを特徴とするも
のである。
【００３８】ここで、半導体発光素子の端面から１００
μｍ以内の領域において、ｐ−ｎ接合が通電によって移
動する距離が３００ｎｍ以下であれば、実質的にｐ−ｎ
接合の位置が移動しないといえる。
μｍ以内の領域において、ｐ−ｎ接合が通電によって移
動する距離が３００ｎｍ以下であれば、実質的にｐ−ｎ
接合の位置が移動しないといえる。
【００３９】この発明において、ｐ型ドーピング層、ｎ
型ドーピング層、アンドープ層および活性層は、典型的
には、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＨｇおよびＢｅからなる群よ
り選ばれた少なくとも一種類以上のＩＩ族元素と、Ｓ、
Ｓｅ、ＴｅおよびＯからなる群より選ばれた少なくとも
一種類以上のＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体により構成されている。また、この場合、ｎ型ド
ーピング層にドーピングされているｎ型不純物は典型的
にＣｌであり、ｐ型ドーピング層にドーピングされたｐ
型不純物はＮである。
型ドーピング層、アンドープ層および活性層は、典型的
には、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＨｇおよびＢｅからなる群よ
り選ばれた少なくとも一種類以上のＩＩ族元素と、Ｓ、
Ｓｅ、ＴｅおよびＯからなる群より選ばれた少なくとも
一種類以上のＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体により構成されている。また、この場合、ｎ型ド
ーピング層にドーピングされているｎ型不純物は典型的
にＣｌであり、ｐ型ドーピング層にドーピングされたｐ
型不純物はＮである。
【００４０】上述のように構成されたこの発明の第１の
発明によれば、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を有す
る半導体発光素子において、ｐ型ドーピング層とｎ型ド
ーピング層との間に生じる空乏層から活性層を遠ざける
ことができることにより、活性層が空乏化することがな
くなり、常に活性層近傍のフェルミ準位（Ｅf ）を伝導
帯直下または価電子帯直下に保持することができる。こ
れによって、例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた
半導体発光素子の場合、活性層近傍に多数存在するＩＩ
族空孔などのアクセプタとして働く点欠陥やドナーとし
て働く点欠陥の電子状態を安定化することができ、その
拡散および増殖などの劣化過程を抑えることができる。
特に、ＺｎＣｄＳｅからなる活性層においては、ＩＩ族
空孔を介したＣｄの拡散を抑制することができるため、
通電中に発振波長の短波長化によってしきい値電流が上
昇することを抑制することができる。また、Ｃｄの拡散
に伴って活性層内に点欠陥が流入し、増殖することを防
止することもできる。
発明によれば、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を有す
る半導体発光素子において、ｐ型ドーピング層とｎ型ド
ーピング層との間に生じる空乏層から活性層を遠ざける
ことができることにより、活性層が空乏化することがな
くなり、常に活性層近傍のフェルミ準位（Ｅf ）を伝導
帯直下または価電子帯直下に保持することができる。こ
れによって、例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた
半導体発光素子の場合、活性層近傍に多数存在するＩＩ
族空孔などのアクセプタとして働く点欠陥やドナーとし
て働く点欠陥の電子状態を安定化することができ、その
拡散および増殖などの劣化過程を抑えることができる。
特に、ＺｎＣｄＳｅからなる活性層においては、ＩＩ族
空孔を介したＣｄの拡散を抑制することができるため、
通電中に発振波長の短波長化によってしきい値電流が上
昇することを抑制することができる。また、Ｃｄの拡散
に伴って活性層内に点欠陥が流入し、増殖することを防
止することもできる。
【００４１】上述のように構成されたこの発明の第２の
発明によれば、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を有す
る半導体発光素子において、ｐ型ドーピング層とｎ型ド
ーピング層との間に生じる空乏層からｎ型ドーピング層
側に活性層を遠ざけることができることにより、活性層
が空乏化することがなくなり、常に活性層近傍のフェル
ミ準位（Ｅf ）を伝導帯直下に保持することができる。
これによって、例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用い
た半導体発光素子の場合、活性層近傍に多数存在するＩ
Ｉ族空孔などのアクセプタとして働く点欠陥の電子状態
を安定化することができ、その拡散および増殖などの劣
化過程を抑えることができる。特に、ＺｎＣｄＳｅから
なる活性層においては、ＩＩ族空孔を介したＣｄの拡散
を抑制することができるため、通電中に発振波長の短波
長化によってしきい値電流が上昇することを抑制するこ
とができる。また、Ｃｄの拡散に伴って活性層内に点欠
陥が流入し、増殖することを防止することもできる。
発明によれば、ｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合を有す
る半導体発光素子において、ｐ型ドーピング層とｎ型ド
ーピング層との間に生じる空乏層からｎ型ドーピング層
側に活性層を遠ざけることができることにより、活性層
が空乏化することがなくなり、常に活性層近傍のフェル
ミ準位（Ｅf ）を伝導帯直下に保持することができる。
これによって、例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用い
た半導体発光素子の場合、活性層近傍に多数存在するＩ
Ｉ族空孔などのアクセプタとして働く点欠陥の電子状態
を安定化することができ、その拡散および増殖などの劣
化過程を抑えることができる。特に、ＺｎＣｄＳｅから
なる活性層においては、ＩＩ族空孔を介したＣｄの拡散
を抑制することができるため、通電中に発振波長の短波
長化によってしきい値電流が上昇することを抑制するこ
とができる。また、Ｃｄの拡散に伴って活性層内に点欠
陥が流入し、増殖することを防止することもできる。
【００４２】上述のように構成されたこの発明の第３の
発明によれば、第２の発明とは逆に、ｐ型ドーピング層
とｎ型ドーピング層との間に生じる空乏層からｐ型ドー
ピング層側に活性層を遠ざけることができることによ
り、活性層が空乏化することがなくなり、常に活性層近
傍のフェルミ準位を価電子帯直下に保持することができ
る。これにより、ドナーとして働く点欠陥の電子状態を
安定化することができ、その拡散および増殖を抑制する
ことができる。
発明によれば、第２の発明とは逆に、ｐ型ドーピング層
とｎ型ドーピング層との間に生じる空乏層からｐ型ドー
ピング層側に活性層を遠ざけることができることによ
り、活性層が空乏化することがなくなり、常に活性層近
傍のフェルミ準位を価電子帯直下に保持することができ
る。これにより、ドナーとして働く点欠陥の電子状態を
安定化することができ、その拡散および増殖を抑制する
ことができる。
【００４３】上述のように構成されたこの発明の第４の
発明によれば、ｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子にお
いて、活性層から放出される光の強度がＰ（ｘ）＞Ｐ
max ／ｅ2 である領域におけるｎ型ドーピング層のドー
ピング濃度Ｎdsがその他の部分より低いため、光場によ
って励起され、活性層方向に拡散するｎ型不純物の数を
少なくすることができる。これによって、点欠陥の増殖
を誘発したり、ｐ型ドーピング層においてｐ型キャリア
を補償するなどの劣化原因を防止することができる。
発明によれば、ｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子にお
いて、活性層から放出される光の強度がＰ（ｘ）＞Ｐ
max ／ｅ2 である領域におけるｎ型ドーピング層のドー
ピング濃度Ｎdsがその他の部分より低いため、光場によ
って励起され、活性層方向に拡散するｎ型不純物の数を
少なくすることができる。これによって、点欠陥の増殖
を誘発したり、ｐ型ドーピング層においてｐ型キャリア
を補償するなどの劣化原因を防止することができる。
【００４４】上述のように構成されたこの発明の第５の
発明によれば、ｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子にお
いて、活性層から放出される光の強度がＰ（ｘ）＞Ｐ
max ／ｅ2 である領域におけるｐ型ドーピング層のドー
ピング濃度Ｎasがその他の部分より低いため、第４の発
明と同様に、光場によって励起され、活性層方向に拡散
するｐ型不純物の数を少なくすることができる。これに
よって、同様に点欠陥の増殖を誘発したり、ｎ型ドーピ
ング層においてｎ型キャリアを補償するなどの劣化原因
を防止することができる。
発明によれば、ｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子にお
いて、活性層から放出される光の強度がＰ（ｘ）＞Ｐ
max ／ｅ2 である領域におけるｐ型ドーピング層のドー
ピング濃度Ｎasがその他の部分より低いため、第４の発
明と同様に、光場によって励起され、活性層方向に拡散
するｐ型不純物の数を少なくすることができる。これに
よって、同様に点欠陥の増殖を誘発したり、ｎ型ドーピ
ング層においてｎ型キャリアを補償するなどの劣化原因
を防止することができる。
【００４５】上述のように構成されたこの発明の第６の
発明によれば、ｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子にお
いて、通電によるｐ−ｎ接合の位置の移動が防止される
ことにより、活性層へのキャリアの注入効率が低下した
り、しきい値電流が増大して素子寿命が短くなるのを防
止することができる。
発明によれば、ｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子にお
いて、通電によるｐ−ｎ接合の位置の移動が防止される
ことにより、活性層へのキャリアの注入効率が低下した
り、しきい値電流が増大して素子寿命が短くなるのを防
止することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【００４７】図６はこの発明の第１の実施形態による半
導体レーザを示す。この半導体レーザはＳＣＨ構造を有
するものである。
導体レーザを示す。この半導体レーザはＳＣＨ構造を有
するものである。
【００４８】図６に示すように、この第１の実施形態に
よる半導体レーザにおいては、ｎ型不純物として例えば
シリコン（Ｓｉ）がドープされた例えば（００１）面方
位のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３、ｎ型ＺｎＳＳｅバッフ
ァ層４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５、ｎ型ＺｎＳ
Ｓｅ光導波層６ａ、例えばｎ型のＺｎＣｄＳｅ層を量子
井戸層とする単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層７、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導
波層６ｂ、アンドープＺｎＳＳｅ光導波層８、ｐ型Ｚｎ
ＭｇＳＳｅクラッド層９、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１
０、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＴｅＭＱＷ層１２およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
３が順次積層されている。
よる半導体レーザにおいては、ｎ型不純物として例えば
シリコン（Ｓｉ）がドープされた例えば（００１）面方
位のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３、ｎ型ＺｎＳＳｅバッフ
ァ層４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５、ｎ型ＺｎＳ
Ｓｅ光導波層６ａ、例えばｎ型のＺｎＣｄＳｅ層を量子
井戸層とする単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層７、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導
波層６ｂ、アンドープＺｎＳＳｅ光導波層８、ｐ型Ｚｎ
ＭｇＳＳｅクラッド層９、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１
０、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＴｅＭＱＷ層１２およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１
３が順次積層されている。
【００４９】ここで、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２は厚さ
が例えば０．５μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳ
ｉがドープされている。ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３は厚
さが例えば３０ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばＣ
ｌが例えば１×１０18ｃｍ-3ドープされている。ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅバッファ層４は厚さが例えば５０ｎｍであり、
ｎ型不純物として例えばＣｌが例えば１×１０18ｃｍ-3
ドープされている。ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５は
厚さが例えば０．８μｍであり、ｎ型不純物として例え
ばＣｌが例えば３×１０17ｃｍ-3ドープされている。ｎ
型ＺｎＳＳｅ光導波層６ａは厚さが例えば１００ｎｍで
あり、ｎ型不純物として例えばＣｌが例えば１×１０17
ｃｍ-3ドープされている。活性層７にはｎ型不純物とし
て例えばＣｌが例えば１×１０17ｃｍ-3ドープされてい
る。ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂは厚さが例えば３３ｎ
ｍであり、ｎ型不純物として例えばＣｌが例えば１×１
０17ｃｍ-3ドープされている。アンドープＺｎＳＳｅ光
導波層８の厚さは例えば６７ｎｍである。ｐ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層９は厚さが例えば１μｍであり、ｐ型
不純物として例えばＮが例えば１×１０17ｃｍ-3ドープ
されている。ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０は厚さが例
えば４００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＮが例
えば５×１０17ｃｍ-3ドープされている。ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層１１は厚さが例えば２００ｎｍであり、ｐ
型不純物として例えばＮが例えば５×１０17ｃｍ-3ドー
プされている。ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２を
構成するｐ型ＺｎＳｅ層およびｐ型ＺｎＴｅ層にはそれ
ぞれｐ型不純物として例えばＮがドープされている。ｐ
型ＺｎＴｅコンタクト層１３は厚さが例えば１００ｎｍ
であり、ｐ型不純物として例えばＮが例えば３×１０19
ｃｍ-3ドープされている。
が例えば０．５μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳ
ｉがドープされている。ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３は厚
さが例えば３０ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばＣ
ｌが例えば１×１０18ｃｍ-3ドープされている。ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅバッファ層４は厚さが例えば５０ｎｍであり、
ｎ型不純物として例えばＣｌが例えば１×１０18ｃｍ-3
ドープされている。ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５は
厚さが例えば０．８μｍであり、ｎ型不純物として例え
ばＣｌが例えば３×１０17ｃｍ-3ドープされている。ｎ
型ＺｎＳＳｅ光導波層６ａは厚さが例えば１００ｎｍで
あり、ｎ型不純物として例えばＣｌが例えば１×１０17
ｃｍ-3ドープされている。活性層７にはｎ型不純物とし
て例えばＣｌが例えば１×１０17ｃｍ-3ドープされてい
る。ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂは厚さが例えば３３ｎ
ｍであり、ｎ型不純物として例えばＣｌが例えば１×１
０17ｃｍ-3ドープされている。アンドープＺｎＳＳｅ光
導波層８の厚さは例えば６７ｎｍである。ｐ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層９は厚さが例えば１μｍであり、ｐ型
不純物として例えばＮが例えば１×１０17ｃｍ-3ドープ
されている。ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０は厚さが例
えば４００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＮが例
えば５×１０17ｃｍ-3ドープされている。ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層１１は厚さが例えば２００ｎｍであり、ｐ
型不純物として例えばＮが例えば５×１０17ｃｍ-3ドー
プされている。ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２を
構成するｐ型ＺｎＳｅ層およびｐ型ＺｎＴｅ層にはそれ
ぞれｐ型不純物として例えばＮがドープされている。ｐ
型ＺｎＴｅコンタクト層１３は厚さが例えば１００ｎｍ
であり、ｐ型不純物として例えばＮが例えば３×１０19
ｃｍ-3ドープされている。
【００５０】ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０の上層部、
ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴ
ｅＭＱＷ層１２およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３
は、一方向（例えば、〈１−１０〉方向）に延在するス
トライプ形状を有する。
ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴ
ｅＭＱＷ層１２およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３
は、一方向（例えば、〈１−１０〉方向）に延在するス
トライプ形状を有する。
【００５１】このストライプ部以外の部分におけるｐ型
ＺｎＳＳｅキャップ層１０上には、例えばＡｌ2 Ｏ3 膜
からなる絶縁層１４が設けられており、これによって電
流狭窄構造が形成されている。なお、この絶縁層１４と
しては、例えばポリイミドを用いてもよい。
ＺｎＳＳｅキャップ層１０上には、例えばＡｌ2 Ｏ3 膜
からなる絶縁層１４が設けられており、これによって電
流狭窄構造が形成されている。なお、この絶縁層１４と
しては、例えばポリイミドを用いてもよい。
【００５２】この絶縁層１４およびｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層１３上には、例えばＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側
電極１５が、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３にオーミッ
クコンタクトして設けられている。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１
６がオーミックコンタクトして設けられている。
クト層１３上には、例えばＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側
電極１５が、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３にオーミッ
クコンタクトして設けられている。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１
６がオーミックコンタクトして設けられている。
【００５３】この第１の実施形態による半導体レーザの
活性層７の近傍のエネルギーバンド図を図７に示す。図
７から明らかなように、この場合、活性層７は、ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅ光導波層６ａとｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂと
の間にはさまれており、ｎ型ドーピング層中に設けられ
ている。そして、活性層７は、ｎ型ドーピング層、ｐ型
ドーピング層およびアンドープ層の厚さおよびドーピン
グ濃度を上述のように設定していることにより、ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅ光導波層６ｂとアンドープＺｎＳＳｅ光導波層
８との境界から距離Ｌ≧Ｌn0だけ離されている。
活性層７の近傍のエネルギーバンド図を図７に示す。図
７から明らかなように、この場合、活性層７は、ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅ光導波層６ａとｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂと
の間にはさまれており、ｎ型ドーピング層中に設けられ
ている。そして、活性層７は、ｎ型ドーピング層、ｐ型
ドーピング層およびアンドープ層の厚さおよびドーピン
グ濃度を上述のように設定していることにより、ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅ光導波層６ｂとアンドープＺｎＳＳｅ光導波層
８との境界から距離Ｌ≧Ｌn0だけ離されている。
【００５４】次に、上述のように構成されたこの第１の
実施形態による半導体レーザの製造方法について説明す
る。
実施形態による半導体レーザの製造方法について説明す
る。
【００５５】この半導体レーザを製造するには、まず、
図示省略したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長用のＭＢＥ
装置の超高真空に排気された真空容器内の基板ホルダー
にｎ型ＧａＡｓ基板１を装着する。
図示省略したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体成長用のＭＢＥ
装置の超高真空に排気された真空容器内の基板ホルダー
にｎ型ＧａＡｓ基板１を装着する。
【００５６】次に、このｎ型ＧａＡｓ基板１を所定の成
長温度、例えば５６０℃に加熱した後、このｎ型ＧａＡ
ｓ基板１上にＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２を成長させる。この場合、ｎ型不純物であるＳｉのド
ーピングは、Ｓｉの分子線源（クヌーセンセル）を用い
て行う。なお、このｎ型ＧａＡｓバッファ層２の成長
は、ｎ型ＧａＡｓ基板１を例えば５８０℃付近の温度に
加熱してその表面をサーマルエッチングすることにより
表面酸化膜などを除去して表面清浄化を行った後に行っ
てもよい。
長温度、例えば５６０℃に加熱した後、このｎ型ＧａＡ
ｓ基板１上にＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２を成長させる。この場合、ｎ型不純物であるＳｉのド
ーピングは、Ｓｉの分子線源（クヌーセンセル）を用い
て行う。なお、このｎ型ＧａＡｓバッファ層２の成長
は、ｎ型ＧａＡｓ基板１を例えば５８０℃付近の温度に
加熱してその表面をサーマルエッチングすることにより
表面酸化膜などを除去して表面清浄化を行った後に行っ
てもよい。
【００５７】次に、このようにしてｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２が成長されたｎ型ＧａＡｓ基板１を、図示省略し
た真空搬送路を介して、上述のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体成長用のＭＢＥ装置から、図８に示すＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体成長用のＭＢＥ装置に搬送する。そして、こ
の図８に示すＭＢＥ装置において、レーザ構造を形成す
る各ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長を行う。この場
合、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２の表面は、その成長が行
われてから図８に示すＭＢＥ装置に搬送される間に大気
にさらされないので、清浄のまま保たれる。
ァ層２が成長されたｎ型ＧａＡｓ基板１を、図示省略し
た真空搬送路を介して、上述のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体成長用のＭＢＥ装置から、図８に示すＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体成長用のＭＢＥ装置に搬送する。そして、こ
の図８に示すＭＢＥ装置において、レーザ構造を形成す
る各ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の成長を行う。この場
合、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２の表面は、その成長が行
われてから図８に示すＭＢＥ装置に搬送される間に大気
にさらされないので、清浄のまま保たれる。
【００５８】図８に示すように、このＭＢＥ装置におい
ては、図示省略した超高真空排気装置により超高真空に
排気された真空容器２１内に基板ホルダー２２が設けら
れ、この基板ホルダー２２に成長を行うべき基板が載置
される。この真空容器２１内には、基板ホルダー２２に
対向して複数の分子線源（クヌーセンセル）２３が取り
付けられている。この場合、分子線源２３としては、Ｚ
ｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、ＺｎＳ、Ｃｄ、Ｔｅ、ＺｎＣｌ2 など
の分子線源が用意されている。これらの分子線源２３の
それぞれの前方にはシャッター２４が開閉可能に設けら
れている。真空容器２１内にはさらに、電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）または高周波（ＲＦ）によるプラズ
マセル２５が基板ホルダー２２に対向して取り付けられ
ている。真空容器２１内にはまた、反射型高速電子回折
（ＲＨＥＥＤ）電子銃２６および蛍光スクリーン２７が
取り付けられており、基板表面のＲＨＥＥＤ像を観察す
ることができるようになっている。真空容器２１内には
さらに、四重極質量分析計２８も取り付けられている。
ては、図示省略した超高真空排気装置により超高真空に
排気された真空容器２１内に基板ホルダー２２が設けら
れ、この基板ホルダー２２に成長を行うべき基板が載置
される。この真空容器２１内には、基板ホルダー２２に
対向して複数の分子線源（クヌーセンセル）２３が取り
付けられている。この場合、分子線源２３としては、Ｚ
ｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、ＺｎＳ、Ｃｄ、Ｔｅ、ＺｎＣｌ2 など
の分子線源が用意されている。これらの分子線源２３の
それぞれの前方にはシャッター２４が開閉可能に設けら
れている。真空容器２１内にはさらに、電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）または高周波（ＲＦ）によるプラズ
マセル２５が基板ホルダー２２に対向して取り付けられ
ている。真空容器２１内にはまた、反射型高速電子回折
（ＲＨＥＥＤ）電子銃２６および蛍光スクリーン２７が
取り付けられており、基板表面のＲＨＥＥＤ像を観察す
ることができるようになっている。真空容器２１内には
さらに、四重極質量分析計２８も取り付けられている。
【００５９】さて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２上にレー
ザ構造を形成する各ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を成長
させるためには、図８に示すＭＢＥ装置の真空容器２１
内の基板ホルダー２２に、このｎ型ＧａＡｓバッファ層
２が成長されたｎ型ＧａＡｓ基板１を装着する。次に、
このｎ型ＧａＡｓ基板１を所定の成長温度、例えば約３
００℃に設定してＭＢＥ法による成長を開始する。すな
わち、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２上に、ｎ型ＺｎＳｅバ
ッファ層３、ｎ型ＺｎＳＳｅバッファ層４、ｎ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層５、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ａ、
活性層７、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂ、アンドープＺ
ｎＳＳｅ光導波層８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
９、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０、ｐ型ＺｎＳｅコン
タクト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２お
よびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３を順次成長させる。
ザ構造を形成する各ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を成長
させるためには、図８に示すＭＢＥ装置の真空容器２１
内の基板ホルダー２２に、このｎ型ＧａＡｓバッファ層
２が成長されたｎ型ＧａＡｓ基板１を装着する。次に、
このｎ型ＧａＡｓ基板１を所定の成長温度、例えば約３
００℃に設定してＭＢＥ法による成長を開始する。すな
わち、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２上に、ｎ型ＺｎＳｅバ
ッファ層３、ｎ型ＺｎＳＳｅバッファ層４、ｎ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層５、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ａ、
活性層７、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂ、アンドープＺ
ｎＳＳｅ光導波層８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
９、ｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０、ｐ型ＺｎＳｅコン
タクト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２お
よびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３を順次成長させる。
【００６０】ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３、ｎ型ＺｎＳＳ
ｅバッファ層４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５、ｎ
型ＺｎＳＳｅ光導波層６ａ、活性層７およびｎ型ＺｎＳ
Ｓｅ光導波層６ｂのｎ型不純物としてのＣｌのドーピン
グは、例えばＺｎＣｌ2 をドーパントとして用いて行
う。また、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層９、ｐ型Ｚｎ
ＳＳｅキャップ層１０、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２およびｐ型Ｚ
ｎＴｅコンタクト層１３のｐ型不純物としてのＮのドー
ピングは、図８に示すＭＢＥ装置のプラズマセル２５に
おいて、窒素ガス導入管２５ａから導入されるＮ2 ガス
のプラズマ化を行い、これにより発生されたＮ2 プラズ
マを基板表面に照射することにより行う。
ｅバッファ層４、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５、ｎ
型ＺｎＳＳｅ光導波層６ａ、活性層７およびｎ型ＺｎＳ
Ｓｅ光導波層６ｂのｎ型不純物としてのＣｌのドーピン
グは、例えばＺｎＣｌ2 をドーパントとして用いて行
う。また、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層９、ｐ型Ｚｎ
ＳＳｅキャップ層１０、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２およびｐ型Ｚ
ｎＴｅコンタクト層１３のｐ型不純物としてのＮのドー
ピングは、図８に示すＭＢＥ装置のプラズマセル２５に
おいて、窒素ガス導入管２５ａから導入されるＮ2 ガス
のプラズマ化を行い、これにより発生されたＮ2 プラズ
マを基板表面に照射することにより行う。
【００６１】次に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３上に
リソグラフィーにより一方向に延在するストライプ形状
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例えばウエットエッチン
グ法によりｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０の厚さ方向の
途中の深さまでエッチングする。これによって、ｐ型Ｚ
ｎＳＳｅキャップ層１０の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２およ
びｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３が〈１１０〉方向に延
在するストライプ形状にパターニングされる。
リソグラフィーにより一方向に延在するストライプ形状
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例えばウエットエッチン
グ法によりｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０の厚さ方向の
途中の深さまでエッチングする。これによって、ｐ型Ｚ
ｎＳＳｅキャップ層１０の上層部、ｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１２およ
びｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３が〈１１０〉方向に延
在するストライプ形状にパターニングされる。
【００６２】次に、このエッチングに用いたレジストパ
ターンをそのまま残した状態で、真空蒸着法などにより
全面にＡｌ2 Ｏ3 膜を形成する。この後、このレジスト
パターンをその上のＡｌ2 Ｏ3 膜とともに除去する（リ
フトオフ）。これによって、ストライプ形状にパターニ
ングされたｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０の上層部、ｐ
型ＺｎＳｅコンタクト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ
ＭＱＷ層１２およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３の両
側の部分に絶縁層１４が形成される。
ターンをそのまま残した状態で、真空蒸着法などにより
全面にＡｌ2 Ｏ3 膜を形成する。この後、このレジスト
パターンをその上のＡｌ2 Ｏ3 膜とともに除去する（リ
フトオフ）。これによって、ストライプ形状にパターニ
ングされたｐ型ＺｎＳＳｅキャップ層１０の上層部、ｐ
型ＺｎＳｅコンタクト層１１、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ
ＭＱＷ層１２およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３の両
側の部分に絶縁層１４が形成される。
【００６３】次に、ストライプ形状のｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層１３およびその両側の部分の絶縁層１４の全面
に例えば真空蒸着法によりＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜
を順次形成してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ側電極１５
を形成する。この後、必要に応じて熱処理を行って、こ
のｐ側電極１５をｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３にオー
ミックコンタクトさせる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の
裏面に例えばＩｎ電極のようなｎ側電極１６を形成す
る。
タクト層１３およびその両側の部分の絶縁層１４の全面
に例えば真空蒸着法によりＰｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜
を順次形成してＰｄ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ側電極１５
を形成する。この後、必要に応じて熱処理を行って、こ
のｐ側電極１５をｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１３にオー
ミックコンタクトさせる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の
裏面に例えばＩｎ電極のようなｎ側電極１６を形成す
る。
【００６４】次に、以上のようにしてレーザ構造が形成
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、さらに必要に応じて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する。このよう
にして得られるレーザチップはヒートシンク上にマウン
トされ、パッケージングが行われ、目的とする半導体レ
ーザが製造される。
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、さらに必要に応じて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する。このよう
にして得られるレーザチップはヒートシンク上にマウン
トされ、パッケージングが行われ、目的とする半導体レ
ーザが製造される。
【００６５】図９は、この第１の実施形態の場合とｎ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５にのみＣｌドープを行った
場合とで素子寿命を測定した結果を示す。図９より、ｎ
型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５にのみＣｌドープを行っ
た従来の半導体レーザに比べて、従来の半導体レーザに
おけるｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層の厚さの約１／３のとこ
ろまでＣｌドープを行ったこの第１の実施形態による半
導体レーザは、寿命が大幅に長くなっていることがわか
る。
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５にのみＣｌドープを行った
場合とで素子寿命を測定した結果を示す。図９より、ｎ
型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５にのみＣｌドープを行っ
た従来の半導体レーザに比べて、従来の半導体レーザに
おけるｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層の厚さの約１／３のとこ
ろまでＣｌドープを行ったこの第１の実施形態による半
導体レーザは、寿命が大幅に長くなっていることがわか
る。
【００６６】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、活性層７が空乏層からＬ≧Ｌn0だけ離れたｎ型ドー
ピング層中に設けられているので、具体的にはｎ型Ｚｎ
ＳＳｅ光導波層６ａとｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂとの
間に設けられていることにより、活性層７が空乏化する
のを防止することができる。これによって、活性層７に
は平衡状態において電界がかかることがないため、活性
層７内部の伝導型をｎ型に保つことができる。点欠陥の
一つであるＩＩ族空孔はアクセプタとして働くため、活
性層７の伝導型をｎ型に保つことで容易に自由電子を取
り込み、電子状態を安定化することができる。これによ
って、ＩＩ族空孔は移動しにくくなるため、これを介し
たＣｄの拡散は起こりにくくなる。したがって、活性層
７を成長させた後にｐ型ドーピング層を成長させる際の
基板温度が高い状態や、半導体レーザとして通電してい
る際に非発光再結合によって活性層７の温度が上昇して
いる場合には、熱エネルギーの吸収によって点欠陥の移
動が促進されるが、ＩＩ族空孔の場合には活性層７の伝
導型をｎ型に保つことでその移動度を下げることが出
来、その結果、Ｃｄ原子の拡散を抑制することができ
る。
ば、活性層７が空乏層からＬ≧Ｌn0だけ離れたｎ型ドー
ピング層中に設けられているので、具体的にはｎ型Ｚｎ
ＳＳｅ光導波層６ａとｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂとの
間に設けられていることにより、活性層７が空乏化する
のを防止することができる。これによって、活性層７に
は平衡状態において電界がかかることがないため、活性
層７内部の伝導型をｎ型に保つことができる。点欠陥の
一つであるＩＩ族空孔はアクセプタとして働くため、活
性層７の伝導型をｎ型に保つことで容易に自由電子を取
り込み、電子状態を安定化することができる。これによ
って、ＩＩ族空孔は移動しにくくなるため、これを介し
たＣｄの拡散は起こりにくくなる。したがって、活性層
７を成長させた後にｐ型ドーピング層を成長させる際の
基板温度が高い状態や、半導体レーザとして通電してい
る際に非発光再結合によって活性層７の温度が上昇して
いる場合には、熱エネルギーの吸収によって点欠陥の移
動が促進されるが、ＩＩ族空孔の場合には活性層７の伝
導型をｎ型に保つことでその移動度を下げることが出
来、その結果、Ｃｄ原子の拡散を抑制することができ
る。
【００６７】以上により、活性層７の劣化を防止するこ
とができ、また、キャリアの注入効率も良好とすること
ができ、特性が良好で、低しきい値電流で、信頼性が高
く、しかも長寿命の半導体レーザを実現することができ
る。
とができ、また、キャリアの注入効率も良好とすること
ができ、特性が良好で、低しきい値電流で、信頼性が高
く、しかも長寿命の半導体レーザを実現することができ
る。
【００６８】次に、この発明の第２の実施形態による半
導体レーザについて説明する。
導体レーザについて説明する。
【００６９】今、第１の実施形態による半導体レーザに
おけるｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂおよびアンドープＺ
ｎＳＳｅ光導波層８の全体の厚さをｌg 、ｎ型ＺｎＳＳ
ｅ光導波層６ｂの厚さをＬ、アンドープＺｎＳＳｅ光導
波層８の厚さをｌとすると、ｌg ＝Ｌ＋ｌであるから、
(13) 式は、ｌ＝ｌg −ｘを代入して、 （Ｎd ／Ｎa −１）ｘ2 ＋２ｌg ｘ＝（２ε0 ε／ｅＮ
d ）ＶBi となる。Ｎa ＝Ｎd を仮定し、この方程式をｘについて
解くと、 ｘ＝（ε0 ε／ｅＮa ｌg ）ＶBi となる。例えば、ＶBi＝２．６ｅＶ、Ｎa ＝１×１０17
ｃｍ-3、Ｎd ＝１×１０17ｃｍ-3、ｌ＝１００ｎｍ、ε
＝９．３とすると、ｘ＝１３．４ｎｍとなる。
おけるｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｂおよびアンドープＺ
ｎＳＳｅ光導波層８の全体の厚さをｌg 、ｎ型ＺｎＳＳ
ｅ光導波層６ｂの厚さをＬ、アンドープＺｎＳＳｅ光導
波層８の厚さをｌとすると、ｌg ＝Ｌ＋ｌであるから、
(13) 式は、ｌ＝ｌg −ｘを代入して、 （Ｎd ／Ｎa −１）ｘ2 ＋２ｌg ｘ＝（２ε0 ε／ｅＮ
d ）ＶBi となる。Ｎa ＝Ｎd を仮定し、この方程式をｘについて
解くと、 ｘ＝（ε0 ε／ｅＮa ｌg ）ＶBi となる。例えば、ＶBi＝２．６ｅＶ、Ｎa ＝１×１０17
ｃｍ-3、Ｎd ＝１×１０17ｃｍ-3、ｌ＝１００ｎｍ、ε
＝９．３とすると、ｘ＝１３．４ｎｍとなる。
【００７０】そこで、この第２の実施形態においては、
Ｌ≧１３．４ｎｍに設定する。その他のことは、第１の
実施形態と同様である。
Ｌ≧１３．４ｎｍに設定する。その他のことは、第１の
実施形態と同様である。
【００７１】この第２の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
施形態と同様な利点を得ることができる。
【００７２】図１０はこの発明の第３の実施形態による
半導体レーザを示す。また、図１１はこの第３の実施形
態による半導体レーザの活性層近傍のエネルギーバンド
図を示す。
半導体レーザを示す。また、図１１はこの第３の実施形
態による半導体レーザの活性層近傍のエネルギーバンド
図を示す。
【００７３】図１０に示すように、この第３の実施形態
による半導体レーザにおいては、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層５上にアンドープＺｎＳＳｅ光導波層６ｃ、ｐ
型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｄ、ｐ型の活性層７およびｐ型
ＺｎＳＳｅ光導波層１７が順次積層されている。言い換
えれば、この場合、活性層７は、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波
層６ｄとｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１７との間にはさまれ
ており、ｐ型ドーピング層中に設けられている。そし
て、図１１に示すように、活性層７は、ｐ型ＺｎＳＳｅ
光導波層６ｄとアンドープＺｎＳＳｅ光導波層６ｃとの
境界から距離Ｌ≧Ｌp0だけ離されている。その他のこと
は第１の実施形態による半導体レーザと同様である。
による半導体レーザにおいては、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層５上にアンドープＺｎＳＳｅ光導波層６ｃ、ｐ
型ＺｎＳＳｅ光導波層６ｄ、ｐ型の活性層７およびｐ型
ＺｎＳＳｅ光導波層１７が順次積層されている。言い換
えれば、この場合、活性層７は、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波
層６ｄとｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１７との間にはさまれ
ており、ｐ型ドーピング層中に設けられている。そし
て、図１１に示すように、活性層７は、ｐ型ＺｎＳＳｅ
光導波層６ｄとアンドープＺｎＳＳｅ光導波層６ｃとの
境界から距離Ｌ≧Ｌp0だけ離されている。その他のこと
は第１の実施形態による半導体レーザと同様である。
【００７４】この第３の実施形態によれば、活性層７が
空乏層からＬ≧Ｌp0だけ離れたｐ型ドーピング層中に設
けられているので、具体的にはｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層
６ｄとｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１７との間に設けられて
いることにより、活性層７が空乏化するのを防止するこ
とができ、常に活性層７近傍のフェルミ準位を価電子帯
直上に保持することができる。このため、活性層７の伝
導型をｐ型に保つことができるので、ドナーとして働く
点欠陥の電子状態を安定化することができ、その凝集お
よび増殖を抑制することができる。これは特にＶＩ族空
孔が活性層７の点欠陥の大部分を占める場合に有効であ
る。
空乏層からＬ≧Ｌp0だけ離れたｐ型ドーピング層中に設
けられているので、具体的にはｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層
６ｄとｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層１７との間に設けられて
いることにより、活性層７が空乏化するのを防止するこ
とができ、常に活性層７近傍のフェルミ準位を価電子帯
直上に保持することができる。このため、活性層７の伝
導型をｐ型に保つことができるので、ドナーとして働く
点欠陥の電子状態を安定化することができ、その凝集お
よび増殖を抑制することができる。これは特にＶＩ族空
孔が活性層７の点欠陥の大部分を占める場合に有効であ
る。
【００７５】以上により、活性層７の劣化を防止するこ
とができ、また、キャリアの注入効率も良好とすること
ができ、特性が良好で、低しきい値電流で、信頼性が高
く、しかも長寿命の半導体レーザを実現することができ
る。
とができ、また、キャリアの注入効率も良好とすること
ができ、特性が良好で、低しきい値電流で、信頼性が高
く、しかも長寿命の半導体レーザを実現することができ
る。
【００７６】図１２はこの発明の第４の実施形態による
半導体レーザを示す。図１２に示すように、この第４の
実施形態による半導体レーザにおいては、ｎ型ＺｎＳＳ
ｅバッファ層４上にｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５
ａ、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５ｂ、アンドープＺ
ｎＳＳｅ光導波層６ｃ、アンドープの活性層７、アンド
ープＺｎＳＳｅ光導波層８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層９ａおよびｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層９ｂが順
次積層されている。ここで、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層５ａのドーピング濃度は３×１０17ｃｍ-3、ｎ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅクラッド層５ｂのドーピング濃度はｎ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅクラッド層５ａのドーピング濃度の約１／
３の８×１０16ｃｍ-3、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
９ａのドーピング濃度は３×１０17ｃｍ-3である。ま
た、ドーピング濃度が低いｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層５ｂの厚さは進入長Ｌn より大きく選ばれており、具
体的には３００ｎｍである。その他のことは、第１の実
施形態と同様である。
半導体レーザを示す。図１２に示すように、この第４の
実施形態による半導体レーザにおいては、ｎ型ＺｎＳＳ
ｅバッファ層４上にｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５
ａ、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５ｂ、アンドープＺ
ｎＳＳｅ光導波層６ｃ、アンドープの活性層７、アンド
ープＺｎＳＳｅ光導波層８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層９ａおよびｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層９ｂが順
次積層されている。ここで、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層５ａのドーピング濃度は３×１０17ｃｍ-3、ｎ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅクラッド層５ｂのドーピング濃度はｎ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅクラッド層５ａのドーピング濃度の約１／
３の８×１０16ｃｍ-3、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
９ａのドーピング濃度は３×１０17ｃｍ-3である。ま
た、ドーピング濃度が低いｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層５ｂの厚さは進入長Ｌn より大きく選ばれており、具
体的には３００ｎｍである。その他のことは、第１の実
施形態と同様である。
【００７７】この第４の実施形態によれば、活性層７か
ら進入長Ｌn の範囲内にあるｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層５ｂのドーピング濃度は活性層７から見てより外側
にあるｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５ａのドーピング
濃度よりも低く選ばれているので、このｎ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層５ｂ内部にしみだしている光によって励
起され、拡散するＣｌ原子の数を最小限にすることがで
きる。これによって、活性層７の劣化を抑えることがで
き、また、しきい値電流の増大もなく、特性が良好で、
低しきい値電流で、信頼性が高く、しかも長寿命の半導
体レーザを実現することができる。
ら進入長Ｌn の範囲内にあるｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層５ｂのドーピング濃度は活性層７から見てより外側
にあるｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層５ａのドーピング
濃度よりも低く選ばれているので、このｎ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層５ｂ内部にしみだしている光によって励
起され、拡散するＣｌ原子の数を最小限にすることがで
きる。これによって、活性層７の劣化を抑えることがで
き、また、しきい値電流の増大もなく、特性が良好で、
低しきい値電流で、信頼性が高く、しかも長寿命の半導
体レーザを実現することができる。
【００７８】次に、上述の第１、第２、第３または第４
の実施形態による青色ないし緑色で発光可能な半導体レ
ーザを発光素子として用いた光ディスク再生装置につい
て説明する。図１３にこの光ディスク再生装置の構成を
示す。
の実施形態による青色ないし緑色で発光可能な半導体レ
ーザを発光素子として用いた光ディスク再生装置につい
て説明する。図１３にこの光ディスク再生装置の構成を
示す。
【００７９】図１３に示すように、この光ディスク再生
装置は、発光素子として半導体レーザ１０１を備えてい
る。この半導体レーザ１０１としては、上述の第１また
は第２の実施形態による半導体レーザが用いられる。こ
の光ディスク再生装置はまた、半導体レーザ１０１の出
射光を光ディスクＤに導くとともに、この光ディスクＤ
による反射光（信号光）を再生するための公知の光学
系、すなわち、コリメートレンズ１０２、ビームスプリ
ッタ１０３、１／４波長板１０４、対物レンズ１０５、
検出レンズ１０６、信号光検出用受光素子１０７および
信号光再生回路１０８を備えている。
装置は、発光素子として半導体レーザ１０１を備えてい
る。この半導体レーザ１０１としては、上述の第１また
は第２の実施形態による半導体レーザが用いられる。こ
の光ディスク再生装置はまた、半導体レーザ１０１の出
射光を光ディスクＤに導くとともに、この光ディスクＤ
による反射光（信号光）を再生するための公知の光学
系、すなわち、コリメートレンズ１０２、ビームスプリ
ッタ１０３、１／４波長板１０４、対物レンズ１０５、
検出レンズ１０６、信号光検出用受光素子１０７および
信号光再生回路１０８を備えている。
【００８０】この光ディスク再生装置においては、半導
体レーザ１０１の出射光Ｌはコリメートレンズ１０２に
よって平行光にされ、さらにビームスプリッタ１０３を
経て１／４波長板１０４により偏光の具合が調整された
後、対物レンズ１０５により集光されて光ディスクＤに
入射される。そして、この光ディスクＤで反射された信
号光Ｌ´が対物レンズ１０５および１／４波長板１０４
を経てビームスプリッタ１０３で反射された後、検出レ
ンズ１０６を経て信号光検出用受光素子１０７に入射
し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路１
０８において、光ディスクＤに書き込まれた情報が再生
される。
体レーザ１０１の出射光Ｌはコリメートレンズ１０２に
よって平行光にされ、さらにビームスプリッタ１０３を
経て１／４波長板１０４により偏光の具合が調整された
後、対物レンズ１０５により集光されて光ディスクＤに
入射される。そして、この光ディスクＤで反射された信
号光Ｌ´が対物レンズ１０５および１／４波長板１０４
を経てビームスプリッタ１０３で反射された後、検出レ
ンズ１０６を経て信号光検出用受光素子１０７に入射
し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路１
０８において、光ディスクＤに書き込まれた情報が再生
される。
【００８１】この光ディスク再生装置によれば、半導体
レーザ１０１として、寿命が長い第１、第２、第３また
は第４の実施形態による半導体レーザを用いているの
で、光ディスク再生装置の寿命を長くすることができ
る。
レーザ１０１として、寿命が長い第１、第２、第３また
は第４の実施形態による半導体レーザを用いているの
で、光ディスク再生装置の寿命を長くすることができ
る。
【００８２】なお、ここでは、第１、第２、第３または
第４の実施形態による半導体レーザを光ディスク再生装
置の発光素子に適用した場合について説明したが、光デ
ィスク記録再生装置や光通信装置などの各種の光装置の
発光素子に適用することが可能であることは勿論、高温
で動作させる必要のある車載用機器、さらには映像ディ
スプレイなどの発光素子に適用することも可能である。
第４の実施形態による半導体レーザを光ディスク再生装
置の発光素子に適用した場合について説明したが、光デ
ィスク記録再生装置や光通信装置などの各種の光装置の
発光素子に適用することが可能であることは勿論、高温
で動作させる必要のある車載用機器、さらには映像ディ
スプレイなどの発光素子に適用することも可能である。
【００８３】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
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、上述の実施形態に限定され
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。
【００８４】例えば、上述の第１、第２、第３または第
４の実施形態においては、ＳＣＨ構造を有する半導体レ
ーザ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構造（Double Heterostructure）を有す
る半導体レーザに適用することも可能である。また、上
述の第１および第２の実施形態においては、この発明を
半導体レーザに適用した場合について説明したが、この
発明は、発光ダイオードに適用することも可能である。
４の実施形態においては、ＳＣＨ構造を有する半導体レ
ーザ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構造（Double Heterostructure）を有す
る半導体レーザに適用することも可能である。また、上
述の第１および第２の実施形態においては、この発明を
半導体レーザに適用した場合について説明したが、この
発明は、発光ダイオードに適用することも可能である。
【００８５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体
発光素子を実現することができる。
ば、特性が良好で、信頼性が高く、かつ長寿命の半導体
発光素子を実現することができる。
【図１】この発明の原理を説明するためのエネルギーバ
ンド図である。
ンド図である。
【図２】この発明の原理を説明するための略線図であ
る。
る。
【図３】この発明の原理を説明するためのエネルギーバ
ンド図である。
ンド図である。
【図４】この発明の原理を説明するためのエネルギーバ
ンド図である。
ンド図である。
【図５】光導波層の合計厚さと進入長との関係を示す略
線図である。
線図である。
【図６】この発明の第１の実施形態による半導体レーザ
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態による半導体レーザ
のエネルギーバンド図である。
のエネルギーバンド図である。
【図８】この発明の第１の実施形態においてＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体層の成長に用いられるＭＢＥ装置を示す
略線図である。
族化合物半導体層の成長に用いられるＭＢＥ装置を示す
略線図である。
【図９】この発明の第１の実施形態による半導体レーザ
における寿命の測定結果を示す略線図である。
における寿命の測定結果を示す略線図である。
【図１０】この発明の第３の実施形態による半導体レー
ザを示す断面図である。
ザを示す断面図である。
【図１１】この発明の第３の実施形態による半導体レー
ザのエネルギーバンド図である。
ザのエネルギーバンド図である。
【図１２】この発明の第４の実施形態による半導体レー
ザを示す断面図である。
ザを示す断面図である。
【図１３】この発明の第１、第２、第３または第４の実
施形態による半導体レーザを発光素子として用いた光デ
ィスク再生装置を示す略線図である。
施形態による半導体レーザを発光素子として用いた光デ
ィスク再生装置を示す略線図である。
【図１４】従来の半導体レーザの問題点を説明するため
の断面図である。
の断面図である。
【図１５】従来の半導体レーザの問題点を説明するため
の断面図である。
の断面図である。
【図１６】従来の半導体レーザの問題点を説明するため
の断面図である。
の断面図である。
１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、５・・・ｎ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層、６ａ、６ｂ・・・ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波
層、６ｃ、８、１８・・・アンドープＺｎＳＳｅ光導波
層、７・・・活性層、９、９ａ、９ｂ・・・ｐ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層、１１・・・ｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層、１２・・・ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層、１
３・・・ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層、１５・・・ｐ側電
極、１６・・・ｎ側電極、１７・・・ｐ型ＺｎＳＳｅ光
導波層
ｅクラッド層、６ａ、６ｂ・・・ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波
層、６ｃ、８、１８・・・アンドープＺｎＳＳｅ光導波
層、７・・・活性層、９、９ａ、９ｂ・・・ｐ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層、１１・・・ｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層、１２・・・ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層、１
３・・・ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層、１５・・・ｐ側電
極、１６・・・ｎ側電極、１７・・・ｐ型ＺｎＳＳｅ光
導波層
Claims (25)
- 【請求項１】 ｐ型ドーピング層とｎ型ドーピング層と
からなるｐ−ｎ接合またはｐ型ドーピング層とアンドー
プ層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｉ−ｎ接合を有
する半導体発光素子において、 上記ｐ型ドーピング層と上記ｎ型ドーピング層との間の
空乏層から離れた位置における上記ｎ型ドーピング層ま
たは上記ｐ型ドーピング層中に活性層が設けられている
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 ｐ型ドーピング層とｎ型ドーピング層と
からなるｐ−ｎ接合またはｐ型ドーピング層とアンドー
プ層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｉ−ｎ接合を有
する半導体発光素子において、 上記ｐ型ドーピング層のドーピング濃度をＮa 、上記ｎ
型ドーピング層のドーピング濃度をＮd 、上記アンドー
プ層の厚さをｌ（ただし、上記ｐ−ｎ接合の場合はｌ＝
０と考える）、上記ｐ型ドーピング層と上記ｎ型ドーピ
ング層との間に発生するビルトインポテンシャルを
ＶBi、上記ｐ型ドーピング層、上記ｎ型ドーピング層お
よび上記アンドープの比誘電率をε、真空の誘電率をε
0 、電子の電荷をｅとしたとき、 上記ｐ型ドーピング層または上記アンドープ層と上記ｎ
型ドーピング層との境界から距離Ｌだけ離れて上記ｎ型
ドーピング層中に活性層が設けられ、上記距離Ｌは方程
式 （ｅＮd ／２ε0 ε）｛（Ｎd ／Ｎa ＋１）ｘ2 ＋２ｌ
ｘ｝−ＶBi＝０ をｘについて解くことにより得られる正の値Ｌ０に対し
てＬ≧Ｌ０であることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項３】 Ｌ≦１５０ｎｍであることを特徴とする
請求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 上記ｎ型ドーピング層のドーピング濃度
が３×１０16ｃｍ-3以上３×１０17ｃｍ-3以下であるこ
とを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 上記ｐ型ドーピング層、上記ｎ型ドーピ
ング層、上記アンドープ層および上記活性層が、Ｚｎ、
Ｃｄ、Ｍｇ、ＨｇおよびＢｅからなる群より選ばれた少
なくとも一種類以上のＩＩ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅお
よびＯからなる群より選ばれた少なくとも一種類以上の
ＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により
構成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体
発光素子。 - 【請求項６】 上記ｎ型ドーピング層にドーピングされ
たｎ型不純物がＣｌであることを特徴とする請求項２記
載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 ｐ型ドーピング層とｎ型ドーピング層と
からなるｐ−ｎ接合またはｐ型ドーピング層とアンドー
プ層とｎ型ドーピング層とからなるｐ−ｉ−ｎ接合を有
する半導体発光素子において、 上記ｐ型ドーピング層のドーピング濃度をＮa 、上記ｎ
型ドーピング層のドーピング濃度をＮd 、上記アンドー
プ層の厚さをｌ（ただし、上記ｐ−ｎ接合の場合はｌ＝
０と考える）、上記ｐ型ドーピング層と上記ｎ型ドーピ
ング層との間に発生するビルトインポテンシャルを
ＶBi、上記ｐ型ドーピング層、上記ｎ型ドーピング層お
よび上記アンドープの比誘電率をε、真空の誘電率をε
0 、電子の電荷をｅとしたとき、 上記ｐ型ドーピング層または上記アンドープ層と上記ｎ
型ドーピング層との境界から距離Ｌだけ離れて上記ｐ型
ドーピング層中に活性層が設けられ、上記距離Ｌは方程
式 （ｅＮa ／２ε0 ε）｛（Ｎa ／Ｎd ＋１）ｘ2 ＋２ｌ
ｘ｝−ＶBi＝０ をｘについて得られる正の値Ｌ０に対してＬ≧Ｌ０であ
ることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項８】 Ｌ≦１５０ｎｍ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ｐ型ドーピング層のドーピング濃度
が３×１０16ｃｍ-3以上３×１０17ｃｍ-3以下であるこ
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ｐ型ドーピング層、上記ｎ型ドー
ピング層、上記アンドープ層および上記活性層が、Ｚ
ｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＨｇおよびＢｅからなる群より選ばれ
た少なくとも一種類以上のＩＩ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、Ｔ
ｅおよびＯからなる群より選ばれた少なくとも一種類以
上のＶＩ族元素とからなるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に
より構成されてい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１１】 上記ｐ型ドーピング層にドーピングさ
れたｐ型不純物がＮであることを特徴とする請求項６記
載の半導体発光素子。 - 【請求項１２】 ｐ型ドーピング層とｎ型ドーピング層
とからなるｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子におい
て、 活性層から放出される光の強度の、上記ｎ型ドーピング
層から上記ｐ型ドーピング層に向かう方向にとった座標
軸ｘの方向の成分をＰ（ｘ）とし、Ｐ（ｘ）の最大値Ｐ
max を与えるｘをｘ＝０、Ｐ（ｘ）＞Ｐmax ／ｅ2 （た
だし、ｅは自然対数の底）となるｘの範囲を−Ｌn ＜ｘ
＜Ｌp としたとき、 少なくともｘ＞−Ｌn の部分における上記ｎ型ドーピン
グ層のドーピング濃度Ｎdsがその他の部分における上記
ｎ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎd より低いことを
特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１３】 少なくともｘ＜Ｌp の部分における上
記ｐ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎasがその他の部
分における上記ｐ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎa
より低いことを特徴とする請求項１２記載の半導体発光
素子。 - 【請求項１４】 上記ｎ型ドーピング層のドーピング濃
度Ｎdsが３×１０16ｃｍ-3以上３×１０17ｃｍ-3以下で
あることを特徴とする請求項１２記載の半導体発光素
子。 - 【請求項１５】 上記ｎ型ドーピング層のうちのドーピ
ング濃度がＮdsである層の厚さをＬnsとしたとき、Ｌns
が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２記
載の半導体発光素子。 - 【請求項１６】 上記ｎ型ドーピング層のうちのドーピ
ング濃度がＮdsである層の厚さをＬns、上記ｐ型ドーピ
ング層のうちのドーピング濃度がＮasである層の厚さを
Ｌpsとしたとき、ＬpsおよびＬnsのうちの少なくとも一
方が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３
記載の半導体発光素子。 - 【請求項１７】 上記ｐ型ドーピング層、上記ｎ型ドー
ピング層および上記活性層が、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｈｇ
およびＢｅからなる群より選ばれた少なくとも一種類以
上のＩＩ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＯからなる群
より選ばれた少なくとも一種類以上のＶＩ族元素とから
なるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により構成されているこ
とを特徴とする請求項１２記載の半導体発光素子。 - 【請求項１８】 上記ｎ型ドーピング層にドーピングさ
れたｎ型不純物がＣｌであることを特徴とする請求項１
２記載の半導体発光素子。 - 【請求項１９】 ｐ型ドーピング層とｎ型ドーピング層
とからなるｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子におい
て、 活性層から放出される光の強度の、上記ｎ型ドーピング
層から上記ｐ型ドーピング層に向かう方向にとった座標
軸ｘの方向の成分をＰ（ｘ）とし、Ｐ（ｘ）の最大値Ｐ
max を与えるｘをｘ＝０、Ｐ（ｘ）＞Ｐmax ／ｅ2 （た
だし、ｅは自然対数の底）となるｘの範囲を−Ｌn ＜ｘ
＜Ｌp としたとき、 少なくともｘ＜Ｌp の部分における上記ｐ型ドーピング
層のドーピング濃度Ｎasがその他の部分における上記ｐ
型ドーピング層のドーピング濃度Ｎa より低いことを特
徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２０】 少なくともｘ＞−Ｌn の部分における
上記ｎ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎdsがその他の
部分における上記ｎ型ドーピング層のドーピング濃度Ｎ
d より低いことを特徴とする請求項１９記載の半導体発
光素子。 - 【請求項２１】 上記ｐ型ドーピング層のドーピング濃
度Ｎasが３×１０16ｃｍ-3以上３×１０17ｃｍ-3以下で
あることを特徴とする請求項１９記載の半導体発光素
子。 - 【請求項２２】 上記ｎ型ドーピング層のうちのドーピ
ング濃度がＮdsである層の厚さをＬns、上記ｐ型ドーピ
ング層のうちのドーピング濃度がＮasである層の厚さを
Ｌpsとしたとき、ＬpsおよびＬnsのうちの少なくとも一
方が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２０
記載の半導体発光素子。 - 【請求項２３】 上記ｐ型ドーピング層、上記ｎ型ドー
ピング層および上記活性層が、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｈｇ
およびＢｅからなる群より選ばれた少なくとも一種類以
上のＩＩ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅおよびＯからなる群
より選ばれた少なくとも一種類以上のＶＩ族元素とから
なるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により構成されているこ
とを特徴とする請求項１７記載の半導体発光素子。 - 【請求項２４】 上記ｐ型ドーピング層にドーピングさ
れたｐ型不純物がＮであることを特徴とする請求項１９
記載の半導体発光素子。 - 【請求項２５】 ｐ型ドーピング層とｎ型ドーピング層
とからなるｐ−ｎ接合を有する半導体発光素子におい
て、 上記ｐ−ｎ接合の位置が通電によって移動しないように
構成されていることを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31410897A JPH11150334A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 半導体発光素子 |
| US09/190,436 US6177690B1 (en) | 1997-11-14 | 1998-11-13 | Semiconductor light emitting device having a p-n or p-i-n junction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31410897A JPH11150334A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11150334A true JPH11150334A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18049348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31410897A Pending JPH11150334A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6177690B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11150334A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006511948A (ja) * | 2002-12-20 | 2006-04-06 | クリー インコーポレイテッド | メサ構造および多重パッシベーション層を備える半導体デバイスならびに関連するデバイスの形成方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO20041523L (no) * | 2003-09-19 | 2005-03-21 | Sumitomo Electric Industries | Lysemitterende halvlederelement |
| JP2009212336A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Mitsubishi Electric Corp | 窒化物系半導体レーザの製造方法および窒化物系半導体レーザ |
| US8222657B2 (en) * | 2009-02-23 | 2012-07-17 | The Penn State Research Foundation | Light emitting apparatus |
| US11437781B2 (en) * | 2020-02-27 | 2022-09-06 | Qualcomm Incorporated | Distributed feedback (DFB) laser on silicon and integrated device comprising a DFB laser on silicon |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0273344B1 (en) * | 1986-12-22 | 1992-10-14 | Nec Corporation | A pnpn thyristor |
-
1997
- 1997-11-14 JP JP31410897A patent/JPH11150334A/ja active Pending
-
1998
- 1998-11-13 US US09/190,436 patent/US6177690B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006511948A (ja) * | 2002-12-20 | 2006-04-06 | クリー インコーポレイテッド | メサ構造および多重パッシベーション層を備える半導体デバイスならびに関連するデバイスの形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6177690B1 (en) | 2001-01-23 |
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