JPS63140588A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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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
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Landscapes
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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。
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。
導体発光装置に関する。
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。
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。
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。
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。
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
。
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
。
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。
−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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61287208A JPS63140588A (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61287208A JPS63140588A (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63140588A true JPS63140588A (ja) | 1988-06-13 |
Family
ID=17714456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61287208A Pending JPS63140588A (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63140588A (ja) |
Cited By (5)
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 |
-
1986
- 1986-12-01 JP JP61287208A patent/JPS63140588A/ja active Pending
Cited By (5)
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 |
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