JPS63140588A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPS63140588A
JPS63140588A JP61287208A JP28720886A JPS63140588A JP S63140588 A JPS63140588 A JP S63140588A JP 61287208 A JP61287208 A JP 61287208A JP 28720886 A JP28720886 A JP 28720886A JP S63140588 A JPS63140588 A JP S63140588A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
layer
type
zns
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP61287208A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyuki Ieji
洋之 家地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
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Publication date
Application filed by Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd, Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【技術分野〕 本発明は可視から近紫外の短波長の発光波長を有する半
導体発光装置に関する。
〔従来技術〕
近時における、レーザーディスクやレーザービームプリ
ンタ等の光情報分野の発展はめざましいものがある。こ
れら分野に適用される化合物半導体の代表的なものは■
−■族化合物半導体であり、各種の電子ディバイスや光
ディバイスへの研究が行われている。一方、II−VI
族化合物半導体はバンドキャップを広く変えられること
および直接遷移型で光との相互作用が大きいことが知ら
れている。このため光エレクトロニクスの分野では、ポ
スト■−■族化合物半導体として1期待されている0例
えば、ZnS、Zn5e等を用いた青色から近紫外のL
D(レーザダイオード)やLED(発光ダイオード)H
g、、xCdxTe混晶半導体を用いた赤外線センサー
などが検討されている。可視から近紫外のLD、LED
を達成するためには1 、8eV以上のバンドギャップ
が必要であるが、Zn5a (4600人)、Zn5(
3400人)が有力である。
しかしながら1.n−vt族化合物半導体結晶は。
イオン性が強く不純物導入に伴なう格子欠陥の発生が著
しい。このため、不純物を導入すると同時に格子欠陥が
発生し、添加した不純物を不活性化する電荷深漬が起こ
るため電導タイプの制御が困難である。これをSelf
−compensation(自己補償)効果と言う、
Self−compensationはn−VI族のよ
うなバンドギャップの大きな化合物半導体でよく見られ
、p−n接合の形成が通常の方法では不可能である。こ
のことは、n−■族化合物半導体の応用上の見地に立て
ば、大きな問題となっている。■−■族化合物半導体の
電気的性質についてp、n両方について知られているの
はCdTeだけであり、その他のn −VI族結晶は、
殆どがnタイプであり、Pタイプの形成は、達成されて
いない。
従来から、II−VI族結晶の作製は、熱的に平衡な条
件で行われてきたが、融点および蒸気圧が高いことから
、結晶成長は、かなり難かしかった。近年、熱的−←非
平衡な条件下で結晶成長を行なう有機金属化学気相法(
MO−CVD法)や分子線エピタキシャル法(MBE法
)で比較的良質の結晶が得られているようであるが、電
導タイプの制御の問題が解決されたという報告は実質的
に皆無である。
〔目  的〕
本発明は上記したような光情報分野における従来の問題
点を改善し、n −VI族化合物半導体を適用し、短波
長の発光波長を有し、従ってレーザーディスクにおいて
は記録密度の増大が達成され、プリンタ等においては短
波長であるがゆえの高エネルギー化によって感光材料の
感度増大が達成され、走査スピードの高速化が図り得る
半導体発光装置を提供することを目的とするものである
〔構  成〕
本発明は直接遷移でバンドギャップを広く変えられるn
−VI族化合物半導体の特性を活かすために、nタイプ
を形成しゃすいI −III−IV2族化合物半導体を
半導体レーザー構造に用いたことに特徴を有する半導体
発光装置である。
以下、本発明を添付図面を参照して説明する。
第1図は本発明実施例における基本的なディバイスの断
面を示すものである。この第1図において、基板1とし
て■−■族化合物半導体GaPまたはn−rv族化合物
半導体ZnS、 IV族半導体Siを用い、この基板上
にn−クラッド層2としてZnSまたはZnxCdl−
xSySe、y(05x≦1 * OS y≦1)、活
性層3としてCuGa(SySe□−y)、 (0,4
8≦y≦0.88)またはCuGaxA Q 、−x(
SySex−y)z (o≦X≦1.0≦y≦1)、P
−クラッド層4としてCuA Q (SySe、y)2
(0゜5≦y≦0.9)またはCuGaxA Q 1−
x(SySet−y)z (0≦X≦1,0≦y≦1)
、キャップ層5としてp −GaP、絶縁層6、p電極
7が順次形成され、基板1の裏面にはn電極8が形成さ
れている。
基板1とルてGaP等を用いるのはn −ZnSを基板
上に成長されるのに良質なZnS基板が現在までのとこ
ろ存在しないためである。また、GaP結晶の格子定数
が5.45人であることから、ZnSの格子定数5.4
1人との比格子定数差が0.7%程度と比較的小さく、
GaP基板上にZnS結晶がエピタキシャル成長しやす
いためである。さらにGaP基板を用いることで電極の
オーミック性を比較的容易に得ることができるという利
点もある。
GaP基板にn−タイプのものを使用するのはZnS結
晶のSelf−compensation効果のために
nタイプのものを形成できないことによっている。
ZnSのバンドギャップは3.68eVである。本発明
に使用し得るn−クラッド層2としてはII −VI族
化合物半導体であれば、ZnSに限らず混晶半導体であ
るZn5ySe、−y、 ZnxCd、−xS、 Zn
xCdl−xSySeニーy(0≦X≦1.O≦y≦1
)等が使用できる。ただし、これらの場合、基板として
これら結晶の格子定数と比格子定数差の小さい適当なn
−タイプの材料組成を選ぶべきは当然である。
活性層3としては例えばp −CuGa(SySe、−
y)。
をn−クラッド層2としてのZnSと格子整合する組成
yで成長させて用いる。CuGa5.とCuGaSe2
の混晶はベガード則が適用でき、y=o、s〜0゜9の
範囲内とし、好ましくはy=0.7とする。これにより
ZnSと格子整合する。このy=0.7における組成で
のバンドギャップは2.18eVである。
このCuGa (SySel−y)、の組成と格子定数
との関係を第2図に、そしてバンドギャップとの関係を
第3図に示す。次に、p−クラッドH4としては例えば
CuA Q (SySel−y)、を用いる。組成yに
対するCuA Q (SySel−y)、の格子定数と
エネルギーバンドギャップとの関係を第4図および第5
図に示す。図示のように、y=o、4g〜0.88の範
囲内、好ましくはy =0.68とすることにより格子
整合し、y=0.68の組成でのバンドギャップ(Eg
)は3.16eVである。これら、活性層3およびp−
クラッド層4には上記の如きCuGa (SySe、 
−y)2、CuA Q (SySez−y)zの他にI
  III −■z族化合物半導体から適宜の、例えば
CuGaxA Q 、x(SySez−y)z (0≦
X≦1.0≦y≦1)等の化合物半導体をそれぞれ下層
に対し格子整合するような組成で用いることができる。
キャップ層5としてはp−GaPをp−クラッド層4上
に成長させる。
以上の結晶層はエピタキシャル成長法によって作製する
次に、絶縁層6として通常のCVD法やスパッタリング
法によってSi3N、膜を堆積させる。
そして、フォトリソ技術によりp−電極7のストライプ
領域を形成する。最後に裏面にn−電極8を形成して半
導体レーザーが得られる。
ここで、各層の結晶構造、バンドギャップおよび格子定
数を次表に示す。
第1表 以上のような実施例におけるような新しい材料による基
本的な利得導波型電極ストライプLD構造のものは、以
下の半導体レーザーとして必要な条件、すなわち(1)
活性層は直接遷移半導体であること、(2)活性層とク
ラッド層のバンドギャップ差ΔEg = Eg、cla
d −Eg、activeは電子または正孔のもれを防
ぐために一定値δ=0.2〜t)、23eV以上なくて
はならない、(3)活性層とクラッド層との格子不整合
率Δa= (a、c flad −a、active) / a 
、activeは理想的にはゼロ、実際問題として〜1
0−4以下でなければならない。また、クラッド層とキ
ャップ層との格子整合も一致していなければならない。
以上のような基本的な利得導波型電極ストライプLDに
必要な条件を本実施例レーザーはすべて満足するもので
ある。すなわち、(1)については本実施例のCuGa
 (SIl、、 Se、 、 、 )2は適合する。
また(2)についてはn−クラッド層と活性層間のδは
1.5eV、 p−クラッド層2と活性層間のδは0.
52eVであり適合する。このように、δが大きいため
、得られたレーザーはキャリアのとじ込めが良好になる
ことが予想される。さらに、(3)については、組成y
によって格子整合するように構造設計しているため整合
する。ただし、基板にGaPを使用するのでZnSとの
格子不整合率0.7%が上の層に対して影響を及ぼすこ
とが予想されるが、これに対してはエピタキシャル成長
層の工夫により十分解決可能である。得られたLDの発
光波長は5601程度である。
本実施例ではn−GaP基板を用いているが、実際的に
はp−GaP基板を用いてp −CuA Q (SyS
ex−y)zクラッド層、その上にp −CuGa(S
ySel−y)z活性層、その上にn−ZnS、さらに
n −GaPキャップ層の構造でもよい。また、基板と
しては半導体結晶(例えばSiの格子定数は5.43人
)や半導体混晶または歪超格子構造によって基板とクラ
ッド層との格子整合をとることが可能な材料を層間のバ
ッファ層として用いることでも可能である。
以上の説明では基本的な利得導波型LDについて行なっ
たが、電流注入領域の構造や屈折率導波構造の導入によ
り、他の構造の発光ディバイスを形成できることは勿論
である。また、本発明によるディバイスの組合せや、他
の機能素子や受動素子とのモノリシック化も可能である
また、活性層にCuGaS2/ CuGaSe、による
多重量子井戸(MQW)構造とし、さらには井戸層をC
uGaSe2、バリア層をCuGa5.とした超格子構
造を用いることで、その量子サイズ効果により、さらに
短波長の480〜500nmの発光が可能である。
〔効  果〕
以上のような本発明によれば、発光波長の短波長化が可
能となり、従来のレーザーディスク用光源の可視A Q
 GaAs系(780nm)に対して数倍程度の記録密
度の増加が期待でき、さらには短波長化による高エネル
ギー化により感光材料に対する感度の増大が得られ、走
査スピードの向上や分解能の向上が可能となるという効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例における基本的なディバイスの断
面説明図である。 第2図はCuGa (SySet−y)zのy組成と格
子定数との関係図である。 第3図はCuGa(SySe、−y)、のy組成とバン
ドギャップとの関係図である。 第4図はCuA j2 (SySet−y)zのy組成
と格子定数との関係図である。 第5図はCuA n (SySe、−y)zのy組成と
バンドギャップとの関係図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、半導体発光装置において、n−クラッド層としてI
    I−VI族化合物半導体ZnSまたはZnS、ZnSe、
    CdS、CdSe系の混晶半導体を用い、p−クラッド
    層および活性層として I −III−VI_2族化合物半導体
    CuGaS_2、CuGaSe_2、CuAlS_2、
    CuAlSe_2系の混晶半導体を用いたことを特徴と
    する半導体発光装置。
JP61287208A 1986-12-01 1986-12-01 半導体発光装置 Pending JPS63140588A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01175788A (ja) * 1987-12-29 1989-07-12 Inkiyuubeetaa Japan:Kk 可視発光半導体レーザ装置
JPH01184977A (ja) * 1988-01-20 1989-07-24 Inkiyuubeetaa Japan:Kk 可視発光半導体レーザ装置
US4992837A (en) * 1988-11-15 1991-02-12 Kokusai Denshin Denwa Co., Ltd. Light emitting semiconductor device
US5045897A (en) * 1990-03-14 1991-09-03 Santa Barbara Research Center Quaternary II-VI materials for photonics
JPH05315645A (ja) * 1992-05-08 1993-11-26 Sharp Corp 半導体発光装置

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