JP2003086901A - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光装置、
特に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体による短波長発光、例
えば青色ないし紫外線発光をなす半導体発光素子、例え
ば半導体レーザによる電流注入型の半導体発光装置に係
わる。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor light emitting device,
In particular, the present invention relates to a semiconductor light emitting element that emits short-wavelength light, for example, blue or ultraviolet light from a II-VI compound semiconductor, for example, a current injection type semiconductor light emitting device using a semiconductor laser.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば光ディスク、光磁気ディスクに対
する記録再生の高密度、高解像化の要求から、青色ない
しは紫外線の短波長半導体レーザ、すなわち短波長半導
体発光装置の要求が高まっている。青色ないしは紫外線
発光の半導体レーザを構成するには、直接遷移型のバン
ドギャップＥｇが大きい材料が要求される。特にダブル
ヘテロ接合型半導体レーザにおいては、クラッド層とし
て、活性層より更にバンドギャップの高いものが要求さ
れる。2. Description of the Related Art For example, short-wavelength semiconductor lasers of blue or ultraviolet rays, that is, short-wavelength semiconductor light-emitting devices have been in high demand due to the demand for high density and high resolution of recording and reproduction for optical disks and magneto-optical disks. To form a blue or ultraviolet emitting semiconductor laser, a direct transition type material having a large band gap Eg is required. Particularly, in the double heterojunction type semiconductor laser, a cladding layer having a bandgap higher than that of the active layer is required.
【０００３】一方、半導体レーザ等の半導体発光装置に
おいては、その各半導体層をエピタキシャル成長させる
基体、いわゆるサブストレイトは、一般の各種化合物半
導体素子で広く用いられていて、結晶性にすぐれ、入手
が容易で廉価なＧａＡｓや、ＧａＰによる単結晶基体が
用いられることが望ましい。On the other hand, in a semiconductor light emitting device such as a semiconductor laser, a substrate on which each semiconductor layer is epitaxially grown, a so-called substrate, is widely used in various general compound semiconductor elements, has excellent crystallinity, and is easily available. It is desirable to use a cheap and inexpensive single crystal substrate made of GaAs or GaP.
【０００４】また、従来、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
は、光デバイス材料として特にＩＩｂ−ＶＩ族、または
これらの混晶が、直接遷移型のバンド構造であることか
ら有望視されている。一方、間接遷移型であるが、蛍光
体として、バンドギャップＥｇが大きい材料のＩＩａ−
ＶＩ族化合物が注目されている。しかしながら、このＩ
Ｉａ−ＶＩ族は、空気中で加水分解するなど不安定な化
合物で基本的な物性についても未だ不明である。Further, conventionally, II-VI group compound semiconductors are regarded as promising as an optical device material, in particular, because IIb-VI group or a mixed crystal thereof has a direct transition type band structure. On the other hand, although it is an indirect transition type, IIa- of a material having a large band gap Eg as a phosphor
Group VI compounds are receiving attention. However, this I
Group Ia-VI is an unstable compound such as hydrolyzed in the air, and its basic physical properties are still unknown.
【０００５】そこで、ＩＩｂ−ＶＩ族化合物によって光
学デバイスを構成することが有利と考えられる。ところ
が、このＩＩｂ−ＶＩ族において、活性層及びクラッド
層として互いにバンドギャップの異なる材料を選定する
ことは、これらＩＩｂ−ＶＩ族間での混晶を用いても困
難である。即ち、図７に各材料の格子定数ａ−バンドギ
ャップＥｇの関係を示すように、ＩＩ−ＶＩ族の混晶
は、いわゆるボウイング・パラメータ（ｂｏｗｉｎｇ
ｐａｒａｍｅｔｅｒ）が大であって、相互に格子整合を
とりつつ大きなバンドギャップ差を有する材料の組み合
わせが困難となる。Therefore, it is considered advantageous to construct an optical device with a IIb-VI group compound. However, in the IIb-VI group, it is difficult to select materials having different band gaps as the active layer and the cladding layer, even if a mixed crystal between these IIb-VI groups is used. That is, as shown in FIG. 7 which shows the relationship between the lattice constant a of each material and the band gap Eg, the mixed crystal of the II-VI group has a so-called bowing parameter (bowing parameter).
It is difficult to combine materials having a large band gap difference while maintaining lattice matching with each other.
【０００６】現在、青色領域の発光で提案されているも
のとして、活性層にＺｎＳｅを用い、クラッド層にＺｎ
ＳＳｅとＺｎＳｅの超格子を用いるもの、活性層にＺｎ
ＣｄＳを用い、クラッド層にＺｎＳＳｅを用いるものが
あるが、これらはいずれも、活性層とクラッド層のバン
ドギャップ差が１００ｍｅＶ以下であって、クラッド層
としての機能、即ち、光及びキャリアの閉じ込めを行う
上で問題がある。At present, ZnSe is used for the active layer and Zn is used for the clad layer as what has been proposed for emission in the blue region.
Superlattice of SSe and ZnSe, Zn in active layer
CdS is used and ZnSSe is used for the clad layer. However, in both of these, the band gap difference between the active layer and the clad layer is 100 meV or less, and the function as the clad layer, that is, the confinement of light and carriers is achieved. There is a problem in doing it.
【０００７】また、特開平１−１６９９８５号には、青
色半導体レーザとして、ＧａＡｓ基板に、ＺｎＳX Ｓｅ
1-X を活性層とするクラッド層材料にＺｎX Ｍｇ1-X Ｔ
ｅを用いることの構成が開示され、また、特開昭６３−
２３３５７６号においても、ｐｎ接合型発光素子の開示
があるが、実験的には、ＧａＡｓ，ＧａＰに格子整合す
るＺｎX Ｍｇ1-X Ｔｅは存在していない。Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-169985, a blue semiconductor laser is formed on a GaAs substrate with ZnS x Se.
Zn X Mg 1-X T a 1-X cladding layer material to the active layer
A configuration using e is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-
No. 233576 also discloses a pn junction type light emitting device, but experimentally, Zn X Mg 1-X Te which lattice-matches GaAs and GaP does not exist.
【０００８】上述した諸事情からバンドギャップＥｇ≧
２．７ｅＶの、ダブルヘテロ構造の半導体レーザは実用
化されるに至って居らず、まして、ＧａＡｓ，ＺｎＳ
ｅ，ＧａＰ等を基体とする室温で連続発振をする半導体
レーザは得られていない。From the above circumstances, the band gap Eg ≧
A 2.7 eV double-heterostructure semiconductor laser has not yet been put to practical use, let alone GaAs, ZnS.
No semiconductor laser having continuous wave oscillation at room temperature based on e, GaP or the like has been obtained.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特にＧａＡ
ｓ、またはＺｎＳｅ、あるいはＧａＰ等の化合物半導体
基体を用いた、しかも発光効率などの特性にすぐれた短
波長発光の電流注入型のダブルヘテロ接合型半導体発光
装置を提供することを目的とするものである。The present invention is particularly applicable to GaA.
It is an object of the present invention to provide a short-wavelength current injection type double heterojunction semiconductor light emitting device using a compound semiconductor substrate such as s, ZnSe, or GaP and having excellent characteristics such as light emission efficiency. is there.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、電流注入型の
半導体発光装置であって、基体上に、エピタキシャル成
長層による少なくとも第１導電型の第１のクラッド層
と、活性層と、第２導電型の第２のクラッド層とを有す
る半導体発光素子が形成されて成る。そして、その第１
及び第２のクラッド層が、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶化合物半
導体より成り、第２のクラッド層の表面の一部が絶縁層
で覆われ、更にこの第２のクラッド層の表面の残りの一
部及び絶縁層に跨がって電極が形成された構成とするも
のである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a current injection type semiconductor light emitting device, in which at least a first clad layer of a first conductivity type formed by an epitaxial growth layer, an active layer, and a second layer are provided on a substrate. A semiconductor light emitting element having a conductive second clad layer is formed. And the first
And the second cladding layer is made of a ZnMgSSe mixed crystal compound semiconductor, a part of the surface of the second cladding layer is covered with an insulating layer, and the remaining part of the surface of the second cladding layer and the insulating layer. The electrode is formed so as to extend over the area.
【００１１】また、本発明は、電流注入型の半導体発光
装置であって、基体上に、エピタキシャル成長層による
少なくとも第１導電型の第１のクラッド層と、活性層
と、第２導電型の第２のクラッド層を有し、第１及び第
２のクラッド層が、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶化合物半導体よ
り成る半導体発光素子が形成されて成る。そして第１及
び第２のクラッド層が、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶化合物半導
体より成り、第１導電型の第１のクラッド層は、塩素
（Ｃｌ）のドープによりｎ型とされ、上記第２導電型の
第２のクラッド層は窒素（Ｎ）のドープによりｐ型とさ
れた構成とする。The present invention is also a current injection type semiconductor light emitting device, in which at least a first clad layer of a first conductivity type formed by an epitaxial growth layer, an active layer, and a second clad layer of a second conductivity type are formed on a substrate. The semiconductor light emitting device has two clad layers, and the first and second clad layers are formed of a ZnMgSSe mixed crystal compound semiconductor. The first and second clad layers are made of a ZnMgSSe mixed crystal compound semiconductor, the first conductivity type first clad layer is made n-type by doping with chlorine (Cl), and the second conductivity type second clad layer is formed. The second cladding layer has a p-type configuration by doping with nitrogen (N).
【００１２】上述の各構成において、第１及び第２のク
ラッド層は、Ｚｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ1-y （ｘ、ｙは原
子比）の組成を有し、ｘ及びｙが、
０．７≦ｘ＜１．０
０＜ｙ＜１
とする。In each of the above-mentioned structures, the first and second cladding layers have a composition of Zn x Mg 1-x S y Se 1-y (x and y are atomic ratios), and x and y are 0.7 ≦ x <1.00 <y <1.
【００１３】上述した本発明構成によれば、ＧａＡｓ、
またはＺｎＳｅ、あるいはＧａＰ等の化合物半導体基体
に整合し、高い発光効率をもって短波長発光を行うこと
ができる電流注入型の半導体レーザあるいは半導体発光
ダイオード等の半導体発光装置を構成することができ
た。即ち、本発明においては、バンドギャップが、２．
７ｅＶ以上の例えばＺｎＳＳｅ，ＺｎＣｄＳ，ＺｎＳｅ
による活性層に対し、その光及びキャリアの閉じ込め機
能を充分発揮できる程度に高いバンドギャップ差を得る
ことのできるバンドギャップＥｇを有するものとしてＩ
Ｉａ−ＶＩ族と、ＩＩｂ−ＶＩ族の混晶のＺｎx Ｍｇ
1-x Ｓy Ｓｅ1-y を見出すに至り、これによって電流注
入型のダブルヘテロ接合型（以下ＤＨ型という）の短波
長半導体レーザ、発光ダイオード等の半導体発光素子を
構成するものであり、充分高いバンドギャップ差を得る
ことができることと、第２クラッド層に対して絶縁層に
よって限定的に電極がコンタクトされた構成とすること
による電流注入型構成としたことによって発光効率の高
い半導体発光装置を構成することができたものである。According to the above-mentioned configuration of the present invention, GaAs,
Alternatively, a semiconductor light emitting device such as a current injection type semiconductor laser or a semiconductor light emitting diode, which can match a compound semiconductor substrate such as ZnSe or GaP and can emit light at a short wavelength with high luminous efficiency, could be constructed. That is, in the present invention, the band gap is 2.
7 eV or more, such as ZnSSe, ZnCdS, ZnSe
I has a band gap Eg capable of obtaining a band gap difference high enough to fully exhibit the function of confining light and carriers.
Mixed crystal Zn x Mg of Ia-VI group and IIb-VI group
1-x S y Se 1-y has been found, which constitutes a semiconductor light emitting device such as a current injection type double heterojunction type (hereinafter referred to as DH type) short wavelength semiconductor laser and a light emitting diode. A semiconductor light emitting device having high light emission efficiency due to the fact that a sufficiently high band gap difference can be obtained and a current injection type configuration is adopted in which an electrode is limitedly contacted with the second cladding layer by an insulating layer. Was able to be configured.
【００１４】すなわち、本発明は、図１及び図２にその
一例の略線的斜視図を示すように、基体１上に少なくと
も第１導電型の第１のクラッド層２と、活性層３と、第
２導電型の第２のクラッド層３とを積層するようにエピ
タキシャル成長したダブルヘテロ接合型半導体発光素子
を構成する。That is, according to the present invention, at least a first clad layer 2 of the first conductivity type and an active layer 3 are formed on a substrate 1, as shown in the schematic perspective views of the examples in FIGS. , A double heterojunction type semiconductor light emitting device epitaxially grown so as to be laminated with the second conductivity type second cladding layer 3.
【００１５】そして、本発明においては、その第１及び
第２のクラッド層２及び３を、ＺｎＭｇＳＳｅ化合物半
導体によって構成する。In the present invention, the first and second cladding layers 2 and 3 are made of ZnMgSSe compound semiconductor.
【００１６】また、基体１は、化合物半導体基体のＧａ
Ａｓもしくはこれに格子定数が近似するＺｎＳｅ、或い
はＧａＰによって構成する。The substrate 1 is a compound semiconductor substrate of Ga.
It is composed of As, ZnSe having a lattice constant close to that of As, or GaP.
【００１７】そして、基体１を、ＧａＡｓまたはＺｎＳ
ｅのときは、第１及び第２のクラッド層は、具体的には
Ｚｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ1-y （ｘ，ｙは原子比）の組成
を有し、そのｘ，ｙを、
０．７≦ｘ＜１．０
０＜ｙ＜１
とする。The substrate 1 is made of GaAs or ZnS.
In the case of e, the first and second cladding layers specifically have a composition of Zn x Mg 1-x Sy Se 1-y (x and y are atomic ratios), and x and y are 0.7 ≦ x <1.00 <y <1.
【００１８】また基体１をＧａＰとするときは、第１及
び第２のクラッド層は、具体的には、Ｚｎx Ｍｇ1-x Ｓ
y Ｓｅ1-y （ｘ，ｙ原子比）の組成を有し、そのｘ，ｙ
を、
０．５≦ｘ＜１．０
０．４≦ｙ≦１．０
とする。When the substrate 1 is made of GaP, the first and second cladding layers are, specifically, Zn x Mg 1-x S.
y Se 1-y (x, y atomic ratio), where x, y
Is set to 0.5 ≦ x <1.0 0.4 ≦ y ≦ 1.0.
【００１９】ここで本発明においては、いずれの場合も
ｘ値は１未満としてＩＩａ族のＭｇを含むＩＩａ−ＶＩ
と、ＩＩｂ−ＶＩとの混晶とすることに特徴を有し、こ
のためＭｇは、実際上１×１０19（原子／ｃｍ3 ）以上
とすれば良いものである。In the present invention, in any case, the x value is less than 1 and IIa-VI containing Mg of the IIa group is contained.
And a mixed crystal of IIb-VI with Mg. Therefore, Mg may actually be 1 × 10 19 (atoms / cm 3 ) or more.
【００２０】上述したように、本発明では、クラッド層
２及び４として、ＩＩｂ−ＶＩ族とＩＩａ−ＶＩ族の混
晶によるＺｎＭｇＳＳｅを用いるものであるが、このＭ
ｇは、ＺｎやＣｄなどより原子番号が小さいにも関わら
ず、Ｚｎに比し共有結合半径が大きいという特徴をもつ
ため、これを含むＺｎＭｇＳＳｅは、ＧａＡｓ，ＺｎＳ
ｅ，ＧａＰに格子整合しバンドギャップＥｇの大なる材
料となり得る。As described above, according to the present invention, as the cladding layers 2 and 4, ZnMgSSe formed by a mixed crystal of IIb-VI group and IIa-VI group is used.
g has a larger covalent radius than Zn, although it has a smaller atomic number than Zn or Cd. Therefore, ZnMgSSe containing this is
It can be a material having a large band gap Eg by lattice matching with e and GaP.
【００２１】Ｚｎx Ｍｇ1-x ＳyＳｅ1-y におけるｘ及
びｙを変化させた各材料のフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）のスペクトルのバンド端発光ピークを測定するとそ
のピークはＭｇの組成を増すことによって高エネルギー
側にシフトする。Photoluminescence (P) of each material in which x and y in Zn x Mg 1-x S y Se 1- y are changed.
When the band edge emission peak of the L) spectrum is measured, the peak shifts to the high energy side by increasing the composition of Mg.
【００２２】しかしながら、Ｍｇの組成が大となると共
に表面のモフォロジーが悪化する。ところが、これを考
慮してもＧａＰや、これに比し格子定数の大きいＧａＡ
ｓ，ＺｎＳｅ基体についてもＺｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ
1-y において上述した各ｘ及びｙ値の特定によってこれ
らと格子整合する格子定数を示し、かつバンドギャップ
を４ｅＶ程度にまで上げることができた。However, as the composition of Mg increases, the surface morphology deteriorates. However, even considering this, GaP and GaA having a larger lattice constant than this
Zn x Mg 1-x S y Se for s, ZnSe substrates
In 1-y , the above - mentioned respective x and y values were specified to show the lattice constants which are lattice-matched with them, and the band gap could be increased to about 4 eV.
【００２３】また、上述の組成範囲に基くＺｎＭｇＳＳ
ｅにおいて、室温で３〜４ヶ月間放置しても加水分解反
応は起らず安定な材料であることの確認もなされた。ZnMgSS based on the above composition range
It was also confirmed that in (e), the material was stable without hydrolysis reaction even if it was left at room temperature for 3 to 4 months.
【００２４】上述の構成によるＤＨ型半導体発光素子に
よれば、活性層のバンドギャップＥｇが、２．７ｅＶ以
上であっても、これより少なくとも１００ｍｅＶは超え
る充分高いバンドギャップＥｇを有し、ＧａＡｓ，Ｚｎ
ＳｅやＧａＰの基体上に良好に格子整合させる組成のク
ラッド層２及び４を形成できるので、結晶性にすぐれ、
しかも、クラッド層の機能を確実に行わしめることがで
きる、即ち、発光効率が高く、しきい値電流が低い短波
長発光半導体レーザ或いは発光ダイオードを構成でき
る。According to the DH type semiconductor light emitting device having the above-mentioned structure, even if the bandgap Eg of the active layer is 2.7 eV or more, it has a sufficiently high bandgap Eg exceeding 100 meV, and GaAs, Zn
Since it is possible to form the clad layers 2 and 4 having a composition that allows good lattice matching on the Se or GaP substrate, the crystallinity is excellent,
Moreover, the function of the cladding layer can be surely performed, that is, a short-wavelength light emitting semiconductor laser or a light emitting diode having high emission efficiency and low threshold current can be configured.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】図１に示すように、ＧａＡｓ、ま
たはＺｎＳｅ、或いはＧａＰの単結晶基板より成る基体
１上に、必要に応じて、図示しないがバッファ層をエピ
タキシャル成長し、その上にｐ型またはｎ型の第１のク
ラッド層２と、充分不純物濃度の低いｐ型、ｎ型或いは
真性ｉ型の活性層３と、ｎ型またはｐ型の第２のクラッ
ド層４とをＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣ
ＶＤ法（化学的気相成長法）等によって連続エピタキシ
ーする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As shown in FIG. 1, a buffer layer (not shown) is epitaxially grown on a substrate 1 made of a single crystal substrate of GaAs, ZnSe, or GaP, if necessary. Type or n type first clad layer 2, p type, n type or intrinsic i type active layer 3 having a sufficiently low impurity concentration, and n type or p type second clad layer 4 by MBE method ( Molecular beam epitaxy method), MOC
Continuous epitaxy is performed by the VD method (chemical vapor deposition method) or the like.
【００２６】本発明は、図１、図２に示すように、電流
注入型の半導体レーザを構成するもので、第２のクラッ
ド層４上に必要に応じてこれと同導電型のキャップ層
（図示せず）が連続エピタキシーされてこの上に、或い
は第２のクラッド層４上に直接的に窒化シリコン層等の
絶縁層５が形成され、これに穿設したストライプ状の窓
５Ｗを通じて一方の電極６が第２のクラッド層４或いは
これの上のキャップ層にオーミックに被着される。As shown in FIGS. 1 and 2, the present invention constitutes a current injection type semiconductor laser, and on the second cladding layer 4, a cap layer of the same conductivity type as that of the second cladding layer 4 (if necessary). (Not shown) is subjected to continuous epitaxy to form an insulating layer 5 such as a silicon nitride layer on the second cladding layer 4 or directly on the second cladding layer 4, and one of them is formed through a striped window 5W. An electrode 6 is ohmic-deposited on the second cladding layer 4 or the cap layer on it.
【００２７】そして他方の電極７は、基体１の裏面側に
オーミックに被着されるか、この裏面とオーミックに接
合するヒートシンク等をもって兼ねる。The other electrode 7 also serves as a heat sink or the like which is ohmicly adhered to the back surface of the substrate 1 or which is ohmic-bonded to this back surface.
【００２８】図１及び図２において第１及び第２のクラ
ッド層２及び４は、ＺｎＭｇＳＳｅ化合物半導体より成
り、Ｃｌのドープによってｎ型とされ、Ｎ（窒素）のド
ープによってｐ型とされる。In FIGS. 1 and 2, the first and second cladding layers 2 and 4 are made of a ZnMgSSe compound semiconductor, and are made n-type by Cl doping and p-type by N (nitrogen) doping.
【００２９】そして、その光出射端面８は、壁開面によ
って形成し得る。The light emitting end surface 8 can be formed by an open wall surface.
【００３０】図３は、Ｚｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ1-y にお
ける組成比ｘ，ｙを変化させた各材料の、それぞれによ
るフォトルミネセンス（ＰＬ）のスペクトラムのバンド
端発光から得たバンドギャップＥｇ（ｅＶ）と、Ｘ線回
折の（４００）ピークにより得た格子定数ａ（Å）と
を、各材料の組成を示すプロット点に〔Ｅｇ，ａ〕の値
を添書したもので、図３中直線ＡでＧａＡｓと格子整合
した。FIG. 3 was obtained from the band edge emission of the spectrum of photoluminescence (PL) of each material in which the composition ratio x, y in Zn x Mg 1-x S y Se 1- y was changed. The band gap Eg (eV) and the lattice constant a (Å) obtained from the (400) peak of X-ray diffraction are added to the plot points showing the composition of each material with the value of [Eg, a] added. The straight line A in FIG. 3 was lattice-matched with GaAs.
【００３１】この直線Ａは、下記（数１）で与えられ
る。This straight line A is given by the following (Equation 1).
【数１】ｙ＝−１．１５８ｘ＋１．２１８## EQU1 ## y = -1.158x + 1.218
【００３２】そして、ここに充分すぐれた光学的特性を
示し、成長温度と室温での熱膨張率の差などを考慮した
上での格子整合の範囲は、下記（数２）となった。Then, the sufficiently excellent optical characteristics are shown here, and the range of lattice matching in consideration of the difference in the coefficient of thermal expansion between the growth temperature and the room temperature is given by the following (Equation 2).
【数２】−１．１５８ｘ＋１．１１８≦ｙ≦−１．１５
８ｘ＋１．３１８## EQU00002 ## −1.158x + 1.118 ≦ y ≦ −1.15
8x + 1.318
【００３３】尚、図３中＊印は、未測定を表わす。The mark * in FIG. 3 represents unmeasured.
【００３４】図４は、ＧａＡｓに格子接合している範囲
で、光学的特性が良くなることを示したものである。Ｇ
ａＡｓの格子定数は５．６５３Åであるが、図４ではバ
ンドギャップＥｇ＝２．９９〜３．００ｅＶの範囲のも
のにおいて、格子定数の違いに対するバンド端発光（Ｉ
2 ）／ディープ（ｄｅｅｐ）発光（これは結晶の光学特
性が反映する）の測定結果を示したものである。これを
みて明らかなように格子定数がＧａＡｓのそれに近いと
ころで最も良い特性を示している。FIG. 4 shows that the optical characteristics are improved in the range where the lattice junction is made with GaAs. G
The lattice constant of aAs is 5.653Å, but in FIG. 4, in the band gap Eg = 2.99 to 3.00 eV, the band edge emission (I
2 ) / deep emission (this is reflected by the optical characteristics of the crystal). As is apparent from this, the best characteristics are exhibited when the lattice constant is close to that of GaAs.
【００３５】更に図５は、Ｍｇの量を変化させたときの
上述のＩ2 ／ｄｅｅｐを測定したもので、これによれ
ば、ＧａＡｓ基体を用いるとき、Further, FIG. 5 shows the measurement of the above-mentioned I 2 / deep when the amount of Mg is changed. According to this, when a GaAs substrate is used,
【数３】０．８５≦ｘ＜１．０ とすることがより好ましいことが分かる。(3) 0.85 ≦ x <1.0 It can be seen that it is more preferable to set
【００３６】実施例１
図１において、厚さ１００μｍのＧａＡｓ基体１上に、
順次１．５μｍの厚さのＺｎＭｇＳＳｅによる第１のク
ラッド層２、厚さ５０μｍのＺｎＳｅによる活性層３、
厚さ１５０ｎｍのＺｎＭｇＳＳｅによる第２のクラッド
層４を順次ＭＢＥによって連続エピタキシーし、長さ
（共振器長）４００μｍ、幅６００μｍの半導体チップ
を作製した。第１及び第２のクラッド層２及び４は、共
にｘ＝０．９４，ｙ＝０．１７とした。このチップをヒ
ートシンク２１上にマウントして第２のクラッド層４側
から波長３３７ｎｍのＮ2 レーザ光Ｌｅを照射して励起
したところ光出射端８から波長４７０．５ｎｍのレーザ
光Ｌの発光が得られた。図６は、このときの励起光Ｌｅ
の強度とレーザ光出力の強度との測定結果を示したもの
である。Example 1 In FIG. 1, on a GaAs substrate 1 having a thickness of 100 μm,
A first cladding layer 2 made of ZnMgSSe having a thickness of 1.5 μm, an active layer 3 made of ZnSe having a thickness of 50 μm,
The second cladding layer 4 made of ZnMgSSe having a thickness of 150 nm was successively epitaxially grown by MBE to manufacture a semiconductor chip having a length (resonator length) of 400 μm and a width of 600 μm. The first and second cladding layers 2 and 4 were set to x = 0.94 and y = 0.17. When this chip was mounted on a heat sink 21 and excited by being irradiated with N2 laser light Le having a wavelength of 337 nm from the second cladding layer 4 side, emission of a laser light L having a wavelength of 470.5 nm was obtained from the light emitting end 8. It was FIG. 6 shows the excitation light Le at this time.
2 shows the measurement results of the intensity of the laser light and the intensity of the laser light output.
【００３７】実施例２
図１において、基体１をＧａＡｓ単結晶基板によって構
成した。そして、第１及び第２のクラッド層２及び４を
厚さ１μｍのＺｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ1-y で、ｘを約
０．８、ｙを約０．３とした。また活性層３を、厚さ
０．１μｍのＺｎＳ z Ｓｅ1-z で、ｚを約０．０６とし
た。Example 2
In FIG. 1, the substrate 1 is composed of a GaAs single crystal substrate.
I made it. Then, the first and second cladding layers 2 and 4
Zn with a thickness of 1 μmxMg1-xSySe1-yAnd x is about
0.8 and y were set to about 0.3. In addition, the active layer 3 has a thickness
0.1 μm ZnS zSe1-zAnd z is about 0.06
It was
【００３８】この構成において、第２のクラッド層４側
から電子線照射による励起を行う。このとき、波長約４
７０ｎｍの発光が生じた。In this structure, excitation by electron beam irradiation is performed from the second cladding layer 4 side. At this time, the wavelength is about 4
Emission of 70 nm occurred.
【００３９】因みに、この実施例２におけるクラッド層
２及び４の構成材料についてのフォトルミネッセンスＰ
Ｌの４°Ｋのバンド端発光を測定したところ、そのバン
ド端ＢＥは約３．１ｅＶであった。また、その活性層３
は、ＢＥが約２．８ｅＶであり、クラッド層２及び４
と、活性層３は共にＧａＡｓ基体１上に、良く格子整合
してエピタキシャル成長されている。Incidentally, the photoluminescence P of the constituent materials of the cladding layers 2 and 4 in the second embodiment is as follows.
When the band edge emission of L at 4 ° K was measured, the band edge BE was about 3.1 eV. In addition, the active layer 3
Has a BE of about 2.8 eV and the cladding layers 2 and 4
And the active layer 3 are both epitaxially grown on the GaAs substrate 1 with good lattice matching.
【００４０】上述したところから明らかなように、クラ
ッド層２及び４と、活性層３とは、これらのＢＥの差を
みて（ＢＥはエネルギーギャップより稍々小さい）明ら
かなようにそのバンドギャップ差は、約３００ｍｅＶと
いう高い値を示す。As is apparent from the above description, the band gap difference between the cladding layers 2 and 4 and the active layer 3 is clear by observing the difference in BE between them (BE is slightly smaller than the energy gap). Indicates a high value of about 300 meV.
【００４１】実施例３
実施例２と同様の構成による半導体チップを作製し、こ
れに図２で説明した電極６及び７を設けて両電極間６及
び７に順方向電圧を印加したところ同様のレーザ発光が
生じた。Example 3 A semiconductor chip having the same structure as that of Example 2 was prepared, electrodes 6 and 7 described in FIG. 2 were provided on the semiconductor chip, and a forward voltage was applied between both electrodes 6 and 7. Laser emission occurred.
【００４２】実施例４
図１において、それぞれ基体１をＧａＡｓ単結晶基板に
よって構成した。そして、第１及び第２のクラッド層２
及び４を、厚さ１μｍのＺｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ
1-y で、ｘを約０．８、ｙを約０．３とした。また、活
性層３を、厚さ０．１μｍのＺｎz Ｃｄ1-z Ｓで、ｚを
約０．４２とした。Example 4 In FIG. 1, the substrate 1 was made of a GaAs single crystal substrate. Then, the first and second cladding layers 2
And 4 are Zn x Mg 1-x S y Se having a thickness of 1 μm.
In 1-y , x was about 0.8 and y was about 0.3. The active layer 3 was made of Zn z Cd 1-z S having a thickness of 0.1 μm and z was set to about 0.42.
【００４３】この構成において同様に、第２のクラッド
層４側から電子線照射による励起を行った。このとき、
波長約４５０ｎｍの発光が生じた。因みに、この実施例
４におけるクラッド層２及び４の構成材料についてのフ
ォトルミネッセンスＰＬのバンド端発光を測定したとこ
ろ、そのバンド端ＢＥは約３．１ｅＶであった。また、
その活性層３は、ＢＥが約２．８５ｅＶであり、クラッ
ド層２及び４と、活性層３は共にＧａＡｓ基体１上に、
良く格子整合してエピタキシャル成長された。Similarly, in this structure, excitation by electron beam irradiation was performed from the second cladding layer 4 side. At this time,
Emission with a wavelength of about 450 nm occurred. Incidentally, when the band edge emission of the photoluminescence PL of the constituent materials of the cladding layers 2 and 4 in Example 4 was measured, the band edge BE was about 3.1 eV. Also,
The BE of the active layer 3 is about 2.85 eV, and the clad layers 2 and 4 and the active layer 3 are both on the GaAs substrate 1.
It was epitaxially grown with good lattice matching.
【００４４】そして、上述したところから明らかなよう
に、クラッド層２及び４と、活性層３のバンドギャップ
差は、約３００ｍｅＶ弱となる。As is clear from the above, the band gap difference between the clad layers 2 and 4 and the active layer 3 is about 300 meV.
【００４５】実施例５
実施例４と同様の構成による半導体チップを作製し、こ
れに図２で説明した電極６及び７を設けて両電極間６及
び７に順方向電圧を印加したところ同様のレーザ発光が
生じた。Example 5 A semiconductor chip having the same structure as that of Example 4 was prepared, electrodes 6 and 7 described in FIG. 2 were provided on this chip, and a forward voltage was applied between both electrodes 6 and 7. Laser emission occurred.
【００４６】上述の各実施例は、基体１が、ＺｎＳｅ，
ＧａＡｓの場合であるが、基体１がＧａＰである場合
は、Ｚｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ1-y において、
０．５≦ｘ＜１．０
０．４≦ｙ≦１．０
でＧａＰ基体１と良く整合し、かつバンドギャップが大
となった。In each of the above-mentioned embodiments, the substrate 1 is made of ZnSe,
In the case of GaAs, when the substrate 1 is GaP, in Zn x Mg 1-x S y Se 1-y , 0.5 ≦ x <1.0 0.4 ≦ y ≦ 1.0 It was well matched to the substrate 1 and had a large band gap.
【００４７】実施例６
図１において、それぞれ基体１をＧａＰ単結晶基板によ
って構成した。そして、第１及び第２のクラッド層２及
び４を、厚さ１μｍのＺｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ 1-y で、
ｘを約０．８５、ｙを約１とした。また活性層３を、厚
さ０．１μｍのＺｎＳz Ｓｅ1-z で、ｚを約０．８４と
した。Example 6
In FIG. 1, the substrate 1 is made of a GaP single crystal substrate.
I configured it. Then, the first and second cladding layers 2 and
And 4 with a thickness of 1 μm of ZnxMg1-xSySe 1-yso,
x was about 0.85 and y was about 1. In addition, the active layer 3 is
0.1 μm ZnSzSe1-zAnd z is about 0.84
did.
【００４８】この構成において、同様に、第２のクラッ
ド層４側から電子線照射による励起を行った。このと
き、波長が４００ｎｍ以下の発光が生じた。In this structure, similarly, excitation by electron beam irradiation was performed from the second cladding layer 4 side. At this time, light emission with a wavelength of 400 nm or less occurred.
【００４９】実施例７
実施例６と同様の構成による半導体チップを作製し、こ
れに図２で説明した電極６及び７を設けて両電極間６及
び７に順方向電圧を印加したところ同様のレーザ発光が
生じた。Example 7 A semiconductor chip having the same structure as in Example 6 was prepared, electrodes 6 and 7 described in FIG. 2 were provided on this semiconductor chip, and a forward voltage was applied between both electrodes 6 and 7. Laser emission occurred.
【００５０】実施例８
図１において、それぞれ基体１をＧａＰ単結晶基板によ
って構成した。そして、第１及び第２のクラッド層２及
び４を、厚さ１μｍのＺｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ 1-y で、
ｘを約０．８５、ｙを約１とした。また活性層３を厚さ
０．１μｍのＺｎz Ｃｄ1-z Ｓで、ｚを約０．９とし
た。Example 8
In FIG. 1, the substrate 1 is made of a GaP single crystal substrate.
I configured it. Then, the first and second cladding layers 2 and
And 4 with a thickness of 1 μm of ZnxMg1-xSySe 1-yso,
x was about 0.85 and y was about 1. Also, the thickness of the active layer 3
0.1 μm ZnzCd1-zIn S, z is about 0.9
It was
【００５１】この構成において同様に、第２のクラッド
層４側から電子線照射による励起を行うか、図２の電極
６及び７間に順方向に電圧印加した。In this structure, similarly, excitation is performed by electron beam irradiation from the second cladding layer 4 side, or a forward voltage is applied between the electrodes 6 and 7 in FIG.
【００５２】この場合においても４００ｎｍ以下の波長
の発光が生じた。In this case as well, light emission with a wavelength of 400 nm or less occurred.
【００５３】実施例９
実施例８と同様の構成による半導体チップを作製し、こ
れに図２で説明した電極６及び７を設けて両電極間６及
び７に順方向電圧を印加したところ同様のレーザ発光が
生じた。Example 9 A semiconductor chip having the same structure as that of Example 8 was prepared, electrodes 6 and 7 described in FIG. 2 were provided on this chip, and a forward voltage was applied between both electrodes 6 and 7. Laser emission occurred.
【００５４】上述したように、例えば実施例１において
は、ｘ＝０．９４としたものであるが、図６によれば
０．７≦ｘ＜１において、ｘ＝０．９４と同等及びこれ
以上の高い発光が得られている。As described above, for example, in the first embodiment, x = 0.94, but according to FIG. 6, when 0.7 ≦ x <1, it is equal to x = 0.94, and The above high light emission is obtained.
【００５５】尚、本発明は、上述した構造に限定される
ものではない。例えば上述のストライプ状の電極と共
に、或いはストライプ状の電極に代って、活性層３の中
央部にストライプ状の共振器部を形成するように両側部
に電流を阻止する電流狭搾領域を、第２のクラッド層４
側からこのクラッド層４と異る導電型の不純物の導入或
いは高抵抗化のためのプロトン等の打ち込み等を行うこ
とによって形成することもできるなど種々の構成を採り
得る。The present invention is not limited to the above structure. For example, with the above-mentioned striped electrode, or instead of the striped electrode, a current narrowing region that blocks a current on both sides so as to form a striped resonator portion in the central portion of the active layer 3, Second cladding layer 4
Various configurations can be adopted, such as the formation by introducing impurities of a conductivity type different from that of the clad layer 4 or implanting protons or the like for increasing the resistance from the side.
【００５６】[0056]
【発明の効果】上述したように本発明によればＧａＡ
ｓ，ＺｎＳｅ，ＧａＰ等の入手し易い、生産性にすぐれ
廉価な基体１を用い、これに良く格子整合して、しかも
バンドギャップが大なるクラッド層２及び４を構成する
ので、発光効率が高いなど特性の良い、安定した動作、
更に連続発振、室温動作をも可能な短波長発光の半導体
レーザを低価格に得ることができる。As described above, according to the present invention, GaA
Since s, ZnSe, GaP, and the like, which are easily available, have excellent productivity, and are inexpensive, are used, and the cladding layers 2 and 4 which are well lattice-matched with them and have a large band gap are formed, the luminous efficiency is high. Good characteristic, stable operation,
Further, it is possible to obtain a semiconductor laser of short wavelength light emission which can be continuously oscillated and operated at room temperature at a low price.
【００５７】したがって、光記録再生光源として用いる
ことによって高記録密度、高解像度化と共に、光記録再
生装置の低価格化に寄与するものである。Therefore, by using it as an optical recording / reproducing light source, it contributes to high recording density and high resolution, as well as cost reduction of the optical recording / reproducing apparatus.
【図１】本発明による半導体発光装置の一例の略線的斜
視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an example of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図２】本発明による半導体発光装置の一例の略線的斜
視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of an example of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
【図３】Ｚｎx Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ1-y のｘ，ｙ値とハン
ドギャップ及び格子定数の測定結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing measurement results of x, y values, a hand gap, and a lattice constant of Zn x Mg 1-x S y Se 1-y .
【図４】バンド発光／ディープ発光の格子定数依存性の
測定結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing measurement results of lattice constant dependence of band emission / deep emission.
【図５】バンド発光／ディープ発光−Ｚｎx Ｍｇ1-x Ｓ
Ｓｅのｘ値の測定結果を示す図である。FIG. 5: Band emission / deep emission-Zn x Mg 1-x S
It is a figure which shows the measurement result of the x value of Se.
【図６】本発明装置のの発光強度−励起光強度の測定結
果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a measurement result of emission intensity-excitation light intensity of the device of the present invention.
【図７】代表的化合物半導体の格子定数とエネルギーギ
ャップを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a lattice constant and an energy gap of a typical compound semiconductor.
１‥‥基体、２‥‥第１導電型のクラッド層、３‥‥活
性層、４‥‥第２導電型のクラッド層、５・・・絶縁
層、６・・・電極1 ... Substrate, 2 ... First conductivity type cladding layer, 3 ... Active layer, 4 ... Second conductivity type cladding layer, 5 ... Insulating layer, 6 ... Electrode
Claims (4)
導電型の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型の
第２のクラッド層とを有する半導体発光素子が形成さ
れ、 上記第１及び第２のクラッド層が、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶
化合物半導体より成り、 上記第２のクラッド層の表面の一部が絶縁層で覆われ、
更に当該第２のクラッド層の表面の残りの一部及び絶縁
層に跨がって電極が形成されて成ることを特徴とする半
導体発光装置。1. A current injection type semiconductor light emitting device, comprising at least a first epitaxial growth layer on a substrate.
A semiconductor light emitting device having a conductive first clad layer, an active layer, and a second conductive second clad layer is formed, and the first and second clad layers are a ZnMgSSe mixed crystal compound semiconductor. A part of the surface of the second cladding layer is covered with an insulating layer,
Further, the semiconductor light emitting device is characterized in that an electrode is formed so as to extend over the remaining part of the surface of the second cladding layer and the insulating layer.
x Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ1-y（ｘ、ｙは原子比）の組成を有
し、ｘ及びｙが、 ０．７≦ｘ＜１．０ ０＜ｙ＜１ に選定されて成ることを特徴とする請求項１に記載の半
導体発光装置。2. The first and second cladding layers are Zn
x Mg 1-x S y Se 1-y (x and y are atomic ratios), and x and y are selected such that 0.7 ≦ x <1.00 <y <1. The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
導電型の第１のクラッド層と、活性層と、第２導電型の
第２のクラッド層を有し、 上記第１及び第２のクラッド層が、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶
化合物半導体より成る半導体発光素子が形成され、 上記第１及び第２のクラッド層が、ＺｎＭｇＳＳｅ混晶
化合物半導体より成り、 上記第１導電型の第１のクラッド層は、塩素（Ｃｌ）の
ドープによりｎ型とされ、上記第２導電型の第２のクラ
ッド層は窒素（Ｎ）のドープによりｐ型とされたことを
特徴とする半導体発光装置。3. A current injection type semiconductor light emitting device, comprising at least a first epitaxial growth layer on a substrate.
A semiconductor light emitting device having a conductive-type first clad layer, an active layer, and a second conductive-type second clad layer, wherein the first and second clad layers are made of a ZnMgSSe mixed crystal compound semiconductor. The first and second clad layers are formed of a ZnMgSSe mixed crystal compound semiconductor, the first conductivity type first clad layer is n-type by chlorine (Cl) doping, and the second clad layer is 2. A semiconductor light emitting device, wherein the second conductivity type cladding layer is p-type by doping with nitrogen (N).
x Ｍｇ1-x Ｓy Ｓｅ1-y（ｘ、ｙは原子比）の組成を有
し、ｘ及びｙが、 ０．７≦ｘ＜１．０ ０＜ｙ＜１ に選定されて成ることを特徴とする請求項３に記載の半
導体発光装置。4. The first and second cladding layers are Zn
x Mg 1-x S y Se 1-y (x and y are atomic ratios), and x and y are selected such that 0.7 ≦ x <1.00 <y <1. The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008294144A (en) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Semiconductor element |
| JP2013065914A (en) * | 2013-01-18 | 2013-04-11 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Semiconductor element |
| CN116191203A (en) * | 2023-04-21 | 2023-05-30 | 深圳市星汉激光科技股份有限公司 | High-efficiency blue light semiconductor laser chip |
-
2002
- 2002-08-09 JP JP2002233755A patent/JP3562518B2/en not_active Expired - Lifetime
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