JPS63237590A

JPS63237590A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPS63237590A
Application number: JP62072125A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mihashi; 浩三橋; Masasue Okajima; 岡島　正季; Tatsuro Beppu; 達郎別府
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1988-10-04

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体レーザや半導体発光ダイオード等の半
導体発光素子に係わり、特に紫外領域の発光波長を有す
る半導体発光素子に関する。

（従来の技術）近年、化合物半導体材料を用いた各種のダブルヘテロ構
造半導体レーザが開発されている。■−Ｖ族化合、物半
導体のＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓか
ら構成される半導体レーザは既に実用化されており、従
来のレコードに代わる光ディスク（コンパクトディスク
）の信号ピックアップや、情報処理分野で利用される光
ディスクの信号ピックアップ用の光源として使用されて
いる。ところで、これら光ディスクの情報処理機能力、
即ちディスクに記憶可能な情報量を増加させるためには
、単にディスク表面のビット径を小さくするだけでなく
、信号ピックアップ用の半導体レーザの発振波長を短＜
ｉ、そのスポット径をディスクのピット径程度にする必
要がある。また、半導体レーザはレーザビームプリンタ
にも使用されているが、この場合にもレーザ発振波長を
短くすることによって、感光体の感度を向上させてプリ
ント速度を増大することができる。

このような情報処理機器及び民生機器の性能向上のため
には、半導体レーザの発振波長を短くすること゛が必要
不可欠であるが、そのためには活性層部分となる直接遷
移型半導体の禁制帯幅を大きくする必要がある。直接遷
移型■−ｖ族化合物半導体の中で禁制帯幅の大きい材料
はＩｎＧａＡＩＰであるが、この材料を活性層に選んだと
しても、５４０ｎｍ以下の短波長発振を得ることは不可
能である。

直接遷移型半導体の中で、さらに禁制帯幅の大きい材料
はＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体である。その中で最も禁制
帯幅の大きな４元混晶半導体はＺｎ５ＳｅＴｅである。

従って、この材料でダブルヘテロ構造を構成することに
よって、より短波長の半導体レーザを実現できると考え
られる。

しかしながら、Ｚｎ５ＳｅＴｅを用いてダブルヘテロ構
造を構成しても、従来は紫外領域の発振波長を得ること
はできなかった。即ち、Ｇ’　ａ　Ａ　ｓ若しくはＺｎ
５ｅを基板材料とし、その」二に基板と格子整合するよ
うな２種類の異なる組成を持つＺｎ５ＳｅＴｅを用いて
ダブルヘテロ構造を形成し、クラッド層の禁制帯幅と活
性層のそれとの差を３００ｍｅＶとした場合、特開昭８
０−１７８６８４号によれば約４４０ｎｍの青色レーザ
光となる。つまり、情報処理機器や民生機器等の性能向
上に要求される紫外領域の発振波長を得ることは困難で
あった。

（発明が解決しようとする問題点）このように、半導体レーザを光ディスク、レーザビーム
プリンタ等の情報処理機器に利用する場合、その情報処
理能力をより高くするためには、できるだけ半導体レー
ザの発振波長を短くする必要がある。しかし、従来の■
−ｖ族半導体を用いたダブルヘテロ構造半導体レーザで
は高々青緑色の発振波長までしか得られず、■−■族半
導体を用いたとしても青色領域までの発振波長しか得ら
れていない。このため、紫外領域で発振する半導体レー
ザの実現が強く要望されている。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、紫外領域の発振波長を得ることによっ
て、光ディスクやレーザビームプリンタ等の情報処理機
器の性能向上等に寄与し得る半導体発光素子を提供する
ことにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、ＧａＡｓの格子定数よりも小さい格子
定数を有する材料を基板とすることにより、その上に格
子定数を合せて形成するＩｔ−Ｖｆ族化合物半導体の禁
制帯幅を広げることにある。

即ち本発明は、半導体基板上に活性層を前記活性層より
も禁制帯幅の大きな第１及び第２のクラッド層で挟んだ
ダブルヘテロ接合構造を形成してなる半導体発光素子に
おいて、前記基板とじてＧａＡｓの格子定数よりも小さ
く　ＺｎＳのそれよりも大きい格子定数を有し、且つそ
の上に積層する半導体層との格子整合のとれる基板結晶
を用い、前記クラッド層としてＺｎＳ　　Ｓｅ　　Ｔｅ　　　（０＜ｘ＋ｙ≦１）を用
い、−Ｘ　　　ｙ　　　１−ｘ前記活性層としてＺｎＳ　　、Ｓｅ　　、Ｔｅ　　　、　　、　（Ｑ＜ｘ
’＋ｙ’＜ｌ）を用いＸ　　　ｙｌ−Ｘ　−ｙるようにしたものである。

（作用）本発明によれば、ＧａＡｓの格子定数よりも小さい格子
定数を有する基板材料（例えばＧａＡｓＰ）を用いるこ
とにより、その上に格子定数を合せて形成するＺｎ５Ｓ
ｅＴｅの禁制帯幅を大きくすることができる。即ち、格
子定数がＧａＡｓより小さいＧａＡｓ　Ｐを基板として
用いた場合、Ｚｎ５ＳｅＴｅの禁制帯幅をＧａＡｓを基
板として用いた場合よりも大きくすることができる。

従って、ＧａＡｓの格子定数よりも小さい格子定数を有
する基板材料上に、前記基板材料の格子定数と一致し、
しかも紫外領域の発光波長に相当する禁ＩＬ１１帯幅を
有するＺｎＳ　　、Ｓｅ　　、Ｔｅ　　　＝　　、（０＜ｘ’
＋ｙ’＜１）を活性Ｘ　　　ｙｌｘ　−ｙ層、それより禁制帯幅の大きいものを第１及び第２クラ
ッド層としたダブルヘテロ構造とすれば、４００ｒ＋Ｉ
１１よりも短い紫外領域の発振波長を有する半導体レー
ザを実現することが可能となる。これによって、光デ介
スクの情報処理量の増大、レーザビームプリンタの高速
化か達成され、情報処理機器、民生機器の大幅な性能向
上が可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図であり、第２図は同実施例レーザの各
層の禁制帯幅を示す模式図である。

図中１１はｎ型ＧａＡｓ　　　Ｐ　　　基板であり、０
．１５　０．８５この基板１１はエピタキシャル成長により形成されてい
る。基板１１上にはＧａＡｓＰの格子定数ａ　＝５．４
８Ａと一致するｎ−ＺｎＳｘＳｅ１−ｘ　　　から０．
７２　　０．２８なる第１のクラッド層１２が成長形成されている。

このクラッド層１２の禁制帯幅は約３．３５ｅＶＴＧ’
＃る。

これをＧａＡｓに格子整合するＺｎＳ　　　Ｓｅ　　　と比較すると、約０．６ｅＶ禁
制０．０６　　０．９４帯幅が大きい。

クラッド層１２上には、ＧａＡｓＰの格子定数と一致す
るｎ型若しくはｐ型のＺｎＳ　　　Ｔｅ　　　からなる活性層１３が成長形０
．９　　０．１成されている。さらに、活性層１３の上には第１のクラ
ッド層１２と同一組成の第２のクラッド層１４が成長形
成されている。第２のクラッド層１４の禁制帯幅は第１
のクラッド層１２の禁制帯幅と同じである。なお、図中
１５はｐ側電極としてのＡｕ電極、１６はｎ側電極とし
てのＩｎ−〇ａ主電極示している。

この場合の活性層１３の禁制帯幅（Ｅｇｌ）とクラッド
層１２．１４の禁制帯幅（Ｅ　ｇ２）との差は約１５０
ｍｅＶ　（Ｅ　ｇｌ＜　Ｅ　ｇ２）であるが、レーザ発
振には十分であり、約３９０ｎｍの発振波長が得られる
。

上記の組成においては、第１．第２のクラッド層１２．
１４及び活性層１３の格子定数はＧａＡｓ　Ｐのそれと
一致しているので、上記構造のダブルヘテロ構造は素子
劣化し難い高品質な半導体レーザとなる。

この実施例の構造を、有機金属を用いた化学気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）で作製した。

ＭＯＣＶＤ法は組成制御性に優れ、極めて結晶性の良い
半導体エピタキシャル結晶を作製する技術であり、この
技術を利用して上記構造を有する半導体レーザを作製し
た。

第１のクラッド層１２にはＣ１をドープしてｎ型とした
。活性層１３にはｎ型とする場合にはＣ１を、ｐ型とす
る場合にはＬｉをドープした。

第２のクラッド層１４にはＬｉをドープしてｐ型とした
。ｎ−ＧａＡｓＰｉ板１１オーミック性電極はＩｎ−Ｇ
ａとし、第２のクラッド層１４のオーミック性電極はＡ
ｕとした。

このようにして作製した半導体レーザに電流を流して評
価したところ、高出力、長寿命の紫外領域発光の半導体
レーザとなっていることが確認できた。また、この半導
体レーザは、ＭＯＣＶＤ法と同様に組成制御性及び結晶
性に優れた分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）でも作製
可能である。

かくして本実施例によれば、基板１１としてＧａＡｓＰ
を、クラッド層１２．１４としてＺｎＳｘＳｅ１−ｘを
、活性層１２としてＺｎＳＴｅを用いたことにより、従
来不可能であった紫外領域の発振波長を倚する半導体レ
ーザを実現することができる。このため、光ディスク、
レーザビームプリンタ等の情報機器、民生機器等の大幅
な性能向上をはかることができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記半導体基板はＧａＡｓＰに限定される
ものではなく、ＧａＡｓの格子定数よりも小さくＺｎＳ
のそれよりも大きい格子定数を有するものであればよく
、例えばＧａＰ、ＩｎＧａＰ混晶等を選択することがで
きる。また、クラッド層はＺｎＳｘＳｅ１−ｘに限るも
のでは　　な　　く　　、　　　ＺｎＳ　　　　Ｓｅ　
　　　Ｔｅｘ　　　ｙ　　　１−ｘ−ｙ（０＜ｘ＜１．０＜ｙ＜１．　Ｏ＜ｘ＋ｙ≦１）であれ
ばよい。同様に、活性層はＺｎＳＴｅに限るものではな
く、ｚｎ　Ｓ　　、Ｓ　ｅ’　Ｔ　ｅ　トＸ　’　−ｙ
　・ｘｙ（０＜Ｘ’（１，Ｏ≦ｙ”ＬＯくＸ”ｙ”’）であれば
よい。さらに、第１及び第２のクラッド層の組成は異な
っていてもよい。

また、本発明は第１図の構成に同等限定されるものでは
なく、必要に応じて電流狭窄のためのストライプ構造（
電極ストライプ、内部ストライプ）等を設ければよい。

さらに、半導体レーザに限らず、半導体発光ダイオード
に適用することも可能である。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる
。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、従来不可能であっ
た紫外領域の発振波長を有する半導体発光素子を実現す
ることができる。従って、光ディスクやレーザプリンタ
等の情報処細機器の性能向上をはかることができ、その
有用性は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる半導体し一ザの概略
構造を示す断面図、第２図は上記半導体レーザの各層の
禁制帯幅を示す模式図である。１１−・−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐ基板、１２　・・Ｚ　ｎ
　Ｓ　Ｓ　ｅ第１クラッド層、１３・・・ＺｎＳＴｅ活
性層、１４・・・ＺｎＳｘＳｅ１−ｘ第２クラッド層、
１５　＝−Ａ　ｕ電極、１６−Ｉ　ｎ　−Ｇ　ａ電極。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に活性層を前記活性層よりも禁制帯
幅の大きな第１及び第２のクラッド層で挟んだダブルヘ
テロ接合構造を形成してなる半導体発光素子において、
前記基板としてＧａＡｓの格子定数よりも小さくＺｎＳ
のそれよりも大きい格子定数を有し、且つその上に積層
する半導体層との格子整合のとれる基板結晶を用い、前
記第１及び第２のクラッド層としてＺｎＳ＿ｘＳｅ＿ｙＴｅ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ（０＜ｘ
＋ｙ≦１）を用い、前記活性層としてＺｎＳ＿ｘ＿′Ｓ
ｅ＿ｙ＿′Ｔｅ＿１＿−＿ｘ＿′＿−＿ｙ＿′（０＜ｘ
′＋ｙ′＜１）を用いたことを特徴とする半導体発光素
子。
（２）前記基板として、ＧａＡｓＰ，ＧａＰ或いはＩｎ
ＧａＰを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体発光素子。
（３）前記第１及び第２のクラッド層として、ＺｎＳ＿
ｘＳｅ＿１＿−＿ｘ（０＜ｘ≦１）を用いたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体発
光素子。