JPH06268331A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPH06268331A JPH06268331A JP5110293A JP5110293A JPH06268331A JP H06268331 A JPH06268331 A JP H06268331A JP 5110293 A JP5110293 A JP 5110293A JP 5110293 A JP5110293 A JP 5110293A JP H06268331 A JPH06268331 A JP H06268331A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】動作電圧や動作電流の低減化が図れる II-VI族
化合物半導体を用いた半導体発光装置を提供すること。 【構成】p型InP基板1と、このp型InP基板1上
に形成され、Cd1-u-vZnu Mgv Se(0≦u, v≦1)
からなるp型クラッド層2と、このp型クラッド層2上
に形成され、Cd1-w-x Znw Mgx Se(0≦w, x≦1)
からなる活性層3と、この活性層3上に形成され、Cd
1-y-z Zny Mgz Se(0≦y, z≦1)からなるn型クラ
ッド層4とを備えている。
化合物半導体を用いた半導体発光装置を提供すること。 【構成】p型InP基板1と、このp型InP基板1上
に形成され、Cd1-u-vZnu Mgv Se(0≦u, v≦1)
からなるp型クラッド層2と、このp型クラッド層2上
に形成され、Cd1-w-x Znw Mgx Se(0≦w, x≦1)
からなる活性層3と、この活性層3上に形成され、Cd
1-y-z Zny Mgz Se(0≦y, z≦1)からなるn型クラ
ッド層4とを備えている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、 II-VI族化合物半導体
を用いた半導体レーザ装置や、発光ダイオード装置等の
半導体発光装置に関する。
を用いた半導体レーザ装置や、発光ダイオード装置等の
半導体発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より種々の化合物半導体が半導体レ
ーザに用いられているが、近年、ZnSeなどの II-VI
族化合物半導体が注目されている。これは II-VI族化合
物半導体が可視波長領域の光の波長に相当するエネルギ
ーと同等以上の広いバンドギャップ(ワイドギャップ)
を有し、可視発光素子材料としての利用が可能だからで
ある。
ーザに用いられているが、近年、ZnSeなどの II-VI
族化合物半導体が注目されている。これは II-VI族化合
物半導体が可視波長領域の光の波長に相当するエネルギ
ーと同等以上の広いバンドギャップ(ワイドギャップ)
を有し、可視発光素子材料としての利用が可能だからで
ある。
【0003】特に、GaAlAs、InGaAlPなど
の III-V族化合物半導体材料による半導体レーザや発光
ダイオードの動作波長域が緑色より長い波長域であるの
に対し、ワイドギャップ II-VI族化合物半導体ではより
波長の短い青色や紫外光までの動作の可能性がある。こ
のため、小型,軽量,低動作電圧,高信頼性など従来の
半導体発光装置の有する利点を短波長領域に適用できる
ようになり、光ディスクの高密度化が実現できる。更
に、屋外メッセージボードなどのフルカラー化も実現で
きる。図6は、従来のワイドギャップ II-VI族化合物半
導体を用いた青緑色発光半導体レーザ装置の要部構造を
示す断面図である。
の III-V族化合物半導体材料による半導体レーザや発光
ダイオードの動作波長域が緑色より長い波長域であるの
に対し、ワイドギャップ II-VI族化合物半導体ではより
波長の短い青色や紫外光までの動作の可能性がある。こ
のため、小型,軽量,低動作電圧,高信頼性など従来の
半導体発光装置の有する利点を短波長領域に適用できる
ようになり、光ディスクの高密度化が実現できる。更
に、屋外メッセージボードなどのフルカラー化も実現で
きる。図6は、従来のワイドギャップ II-VI族化合物半
導体を用いた青緑色発光半導体レーザ装置の要部構造を
示す断面図である。
【0004】図中、61はn型GaAs基板を示してお
り、このn型GaAs基板61上にはn型GaAsバッ
ファ層62を介して、GaAsにn型ZnSe層63,
n型ZnSSe層64,n型ZnSe層65,CdZn
Se量子井戸層66,p型ZnSe層67,p型ZnS
Se層68,p型ZnSe層69が順次積層されてい
る。このp型ZnSe層69上には開口部を有するポリ
イミド層70を介してp側Au電極71が設けられ、一
方、n型GaAs基板61にはn側In電極72が設け
られている。
り、このn型GaAs基板61上にはn型GaAsバッ
ファ層62を介して、GaAsにn型ZnSe層63,
n型ZnSSe層64,n型ZnSe層65,CdZn
Se量子井戸層66,p型ZnSe層67,p型ZnS
Se層68,p型ZnSe層69が順次積層されてい
る。このp型ZnSe層69上には開口部を有するポリ
イミド層70を介してp側Au電極71が設けられ、一
方、n型GaAs基板61にはn側In電極72が設け
られている。
【0005】このように構成された電流注入型の半導体
レーザ装置によれば、液体窒素温度での連続発振や、室
温でのパルス発振が行なえることが報告されている( A
pplied Physics Letters, Vol.59, pp.1272-1274 (199
1))。図7は、従来のワイドギャップ II-VI族化合物半
導体を用いた発光ダイオード装置の要部構造を示す断面
図である。
レーザ装置によれば、液体窒素温度での連続発振や、室
温でのパルス発振が行なえることが報告されている( A
pplied Physics Letters, Vol.59, pp.1272-1274 (199
1))。図7は、従来のワイドギャップ II-VI族化合物半
導体を用いた発光ダイオード装置の要部構造を示す断面
図である。
【0006】図中、81はp型GaAs基板を示してお
り、このp型GaAs基板81上にはp型ZnSe層8
2,n型ZnSe層83が順次形成され、このn型Zn
Se層83にはIn電極84が設けられ、また、p型G
aAs基板81にはAuZn電極85が設けられてい
る。
り、このp型GaAs基板81上にはp型ZnSe層8
2,n型ZnSe層83が順次形成され、このn型Zn
Se層83にはIn電極84が設けられ、また、p型G
aAs基板81にはAuZn電極85が設けられてい
る。
【0007】このような発光ダイオード装置によれば、
室温での発光が可能であることが報告されている(Exte
nded Abstracts of the 1992 International Conferenc
e onSolid State Devices and Materials, Tsukuba, p
p.342-344 (1992))。
室温での発光が可能であることが報告されている(Exte
nded Abstracts of the 1992 International Conferenc
e onSolid State Devices and Materials, Tsukuba, p
p.342-344 (1992))。
【0008】しかしながら、実用的な半導体レーザ装置
として必要な室温での連続発振や、発光ダイオード装置
の高効率発光はこれまで実現されていなかった。これ
は、ZnSeなどのワイドギャップ II-VI族化合物半導
体を用いた半導体発光装置の動作電圧が、従来の III-V
族化合物半導体材料によるものに比べて著しく高いこ
と、および特に半導体レーザ装置において顕著なよう
に、室温以上の高温において注入された電子や正孔(キ
ャリア)が発光層に良好に閉じ込められず、動作電流が
高くなることがその主な原因となっていた。
として必要な室温での連続発振や、発光ダイオード装置
の高効率発光はこれまで実現されていなかった。これ
は、ZnSeなどのワイドギャップ II-VI族化合物半導
体を用いた半導体発光装置の動作電圧が、従来の III-V
族化合物半導体材料によるものに比べて著しく高いこ
と、および特に半導体レーザ装置において顕著なよう
に、室温以上の高温において注入された電子や正孔(キ
ャリア)が発光層に良好に閉じ込められず、動作電流が
高くなることがその主な原因となっていた。
【0009】動作電圧が著しく高くなる要因は、以下に
述べるように、従来の III-V族化合物半導体材料による
半導体発光装置の場合には問題とならなかった、ZnS
eなどのワイドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた
半導体発光装置に特有な問題点があることに起因してい
る。
述べるように、従来の III-V族化合物半導体材料による
半導体発光装置の場合には問題とならなかった、ZnS
eなどのワイドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた
半導体発光装置に特有な問題点があることに起因してい
る。
【0010】すなわち、ZnSeなどのp型の導電型を
有するワイドギャップ II-VI族化合物半導体に対し、金
属電極や他の半導体材料とのヘテロ接合を介して電流注
入を行なう場合、大きな電圧降下を強いられることによ
る。これは金属とのショットキー障壁や、他の半導体と
のヘテロ障壁が大きくなってしまうという、ZnSeな
どのワイドギャップ II-VI族化合物半導体に本質的な問
題である。
有するワイドギャップ II-VI族化合物半導体に対し、金
属電極や他の半導体材料とのヘテロ接合を介して電流注
入を行なう場合、大きな電圧降下を強いられることによ
る。これは金属とのショットキー障壁や、他の半導体と
のヘテロ障壁が大きくなってしまうという、ZnSeな
どのワイドギャップ II-VI族化合物半導体に本質的な問
題である。
【0011】例えば、図6に示した半導体レーザ装置の
場合には、図8(a)に示すように、Au71とp型Z
nSe層69とによるショットキー障壁は大きいものと
なり、p型ZnSe層69で正孔hが反射されないよう
にするには、大きな電圧を印加する必要がある。
場合には、図8(a)に示すように、Au71とp型Z
nSe層69とによるショットキー障壁は大きいものと
なり、p型ZnSe層69で正孔hが反射されないよう
にするには、大きな電圧を印加する必要がある。
【0012】また、図7に示した発光ダイオード装置の
場合には、図8(b)に示すように、p型GaAs基板
81とp型ZnSe層82とによるヘテロ障壁が大きく
なり、p型ZnSe層82で正孔hが反射されないよう
にするには、大きな電圧を印加する必要がある。
場合には、図8(b)に示すように、p型GaAs基板
81とp型ZnSe層82とによるヘテロ障壁が大きく
なり、p型ZnSe層82で正孔hが反射されないよう
にするには、大きな電圧を印加する必要がある。
【0013】図9は、図6,7の半導体発光装置で問題
となっていた動作電流の上昇を抑制できる半導体レーザ
装置の要部構造を示す断面図である(Electronics Lett
ersVol.28, pp.1798-1799 (1992) )。
となっていた動作電流の上昇を抑制できる半導体レーザ
装置の要部構造を示す断面図である(Electronics Lett
ersVol.28, pp.1798-1799 (1992) )。
【0014】図中、91はn型GaAs基板を示してお
り、このn型GaAs基板91上にはn型ZnMgSe
Sクラッド層92,ZnSe/ZnMgSSeMQW活
性層93,p型ZnMgSSeクラッド層94,p型Z
nSe層95が順次形成されている。このp型ZnSe
層95は開口部を有するポリイミド層96を介してAu
/Pd電極97にコンタクトし、また、n型GaAs基
板91はIn電極98にコンタクトしている。
り、このn型GaAs基板91上にはn型ZnMgSe
Sクラッド層92,ZnSe/ZnMgSSeMQW活
性層93,p型ZnMgSSeクラッド層94,p型Z
nSe層95が順次形成されている。このp型ZnSe
層95は開口部を有するポリイミド層96を介してAu
/Pd電極97にコンタクトし、また、n型GaAs基
板91はIn電極98にコンタクトしている。
【0015】このように構成された半導体レーザ装置に
よれば、高温での注入キャリアの閉じ込めが改善される
ものの、高い動作電圧の発生要因についてはなんら除去
されておらず、むしろ、p型ZnMgSSeクラッド層
94中のアクセプタレベルがより深くなるので、抵抗
率,動作電圧が増加するという問題があった。
よれば、高温での注入キャリアの閉じ込めが改善される
ものの、高い動作電圧の発生要因についてはなんら除去
されておらず、むしろ、p型ZnMgSSeクラッド層
94中のアクセプタレベルがより深くなるので、抵抗
率,動作電圧が増加するという問題があった。
【0016】また、ZnMgSeSを用いている結果、
GaAs基板91と各ZnMgSeS層との格子整合の
ために、ZnとMgとの組成比、並びにSeとSとの組
成比を正確に制御する必要がある。
GaAs基板91と各ZnMgSeS層との格子整合の
ために、ZnとMgとの組成比、並びにSeとSとの組
成比を正確に制御する必要がある。
【0017】しかしながら、このような正確な組成比の
制御は困難であるため、良質な結晶を再現性良く作成す
ることができず、ワイドギャップ II-VI族化合物半導体
としてZnMgSeSを用いた半導体レーザ装置では、
室温での発振は得られていなかった。
制御は困難であるため、良質な結晶を再現性良く作成す
ることができず、ワイドギャップ II-VI族化合物半導体
としてZnMgSeSを用いた半導体レーザ装置では、
室温での発振は得られていなかった。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のワ
イドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた半導体発光
装置にあっては、 III-V族化合物半導体を用いた半導体
発光装置に比べて、動作電圧および動作電流が大きいた
め、室温での連続発振や、高効率発光が困難であるとい
う問題があった。
イドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた半導体発光
装置にあっては、 III-V族化合物半導体を用いた半導体
発光装置に比べて、動作電圧および動作電流が大きいた
め、室温での連続発振や、高効率発光が困難であるとい
う問題があった。
【0019】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、第1に、動作電圧が低
いワイドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた半導体
発光装置を提供することにある。第2に、動作電圧が低
く、しかも、動作電流が小さいワイドギャップ II-VI族
化合物半導体を用いた半導体発光装置を提供することに
ある。
ので、その目的とするところは、第1に、動作電圧が低
いワイドギャップ II-VI族化合物半導体を用いた半導体
発光装置を提供することにある。第2に、動作電圧が低
く、しかも、動作電流が小さいワイドギャップ II-VI族
化合物半導体を用いた半導体発光装置を提供することに
ある。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、本発明の半導体発光装置(請求項1)は、I
nPからなる半導体基板と、この半導体基板上に形成さ
れ、Cd1-x-y ZnxMgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)
からなる発光半導体層とを備えたことを特徴とする。
るために、本発明の半導体発光装置(請求項1)は、I
nPからなる半導体基板と、この半導体基板上に形成さ
れ、Cd1-x-y ZnxMgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)
からなる発光半導体層とを備えたことを特徴とする。
【0021】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明の半導体発光装置(請求項2)は、InPからな
る半導体基板と、この半導体基板上に形成され、Cd
1-u-vZnu Mgv Se(0≦u≦1, 0≦v≦1)からなる
第1導電型クラッド層と、この第1導電型クラッド層上
に形成され、Cd1-w-x Znw Mgx Se(0≦w≦1, 0
≦x≦1)からなる発光半導体層と、この発光半導体層上
に形成され、Cd1-y-zZny Mgz Se(0≦y≦1, 0
≦z≦1)からなる第2導電型クラッド層とを備えたこと
を特徴とする。なお、上記発光半導体層、第1導電型ク
ラッド層および第2導電型クラッド層は、分子線エピタ
キシー法により形成することが望ましい。
本発明の半導体発光装置(請求項2)は、InPからな
る半導体基板と、この半導体基板上に形成され、Cd
1-u-vZnu Mgv Se(0≦u≦1, 0≦v≦1)からなる
第1導電型クラッド層と、この第1導電型クラッド層上
に形成され、Cd1-w-x Znw Mgx Se(0≦w≦1, 0
≦x≦1)からなる発光半導体層と、この発光半導体層上
に形成され、Cd1-y-zZny Mgz Se(0≦y≦1, 0
≦z≦1)からなる第2導電型クラッド層とを備えたこと
を特徴とする。なお、上記発光半導体層、第1導電型ク
ラッド層および第2導電型クラッド層は、分子線エピタ
キシー法により形成することが望ましい。
【0022】
【作用】本発明者等の研究によれば、InPの価電子帯
と II-VI族化合物半導体の一つであるCd1-x-y Znx
Mgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)との価電子帯の差は、
従来より基板として用いられているGaAsの価電子帯
と活性層等に用いられているZnMgSSe等の II-VI
族化合物半導体(Cd1-x-y Znx Mgy Seを除く)
の価電子帯との差よりも十分小さいことが分かった。
と II-VI族化合物半導体の一つであるCd1-x-y Znx
Mgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)との価電子帯の差は、
従来より基板として用いられているGaAsの価電子帯
と活性層等に用いられているZnMgSSe等の II-VI
族化合物半導体(Cd1-x-y Znx Mgy Seを除く)
の価電子帯との差よりも十分小さいことが分かった。
【0023】したがって、本発明(請求項1,2)によ
れば、動作電圧が低い半導体発光装置が得られる。ま
た、InPとCd1-x-y Znx Mgy Seとは格子整合
するので、製造上の問題も少ない。
れば、動作電圧が低い半導体発光装置が得られる。ま
た、InPとCd1-x-y Znx Mgy Seとは格子整合
するので、製造上の問題も少ない。
【0024】また、本発明者等の研究によれば、Cd
1-x-y Znx Mgy Seの制御可能なバンドギャップ範
囲は、他の II-VI族化合物半導体のそれに比べて、広い
ことが分かった。
1-x-y Znx Mgy Seの制御可能なバンドギャップ範
囲は、他の II-VI族化合物半導体のそれに比べて、広い
ことが分かった。
【0025】このため、Cd1-x-y Znx Mgy Seを
活性層およびクラッド層の材料として用いることによ
り、活性層およびクラッド層に要求されるバンドギャッ
プ関係、すなわち、クラッド層のバンドギャップが活性
層のそれよりも大きいという条件を満たし、且つ室温以
上の高温でも活性層からクラッド層にキャリアが漏れな
い程度にクラッド層と活性層とのバンドギャップ差を大
きくすることが可能となり、動作電流を小さくできる。
したがって、本発明(請求項2)によれば、動作電圧が
低く、且つ動作電流が小さい半導体発光装置が得られ
る。
活性層およびクラッド層の材料として用いることによ
り、活性層およびクラッド層に要求されるバンドギャッ
プ関係、すなわち、クラッド層のバンドギャップが活性
層のそれよりも大きいという条件を満たし、且つ室温以
上の高温でも活性層からクラッド層にキャリアが漏れな
い程度にクラッド層と活性層とのバンドギャップ差を大
きくすることが可能となり、動作電流を小さくできる。
したがって、本発明(請求項2)によれば、動作電圧が
低く、且つ動作電流が小さい半導体発光装置が得られ
る。
【0026】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は、本発明の第1の実施例に係るダブルへテロ
構造半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図である。
る。図1は、本発明の第1の実施例に係るダブルへテロ
構造半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図である。
【0027】図中、1はp型InP基板を示しており、
このp型InP基板1上には、厚さ1μm,キャリア濃
度1018cm-1のp型Cd1-x-y Znx Mgy Se(0≦
x≦1, 0≦y≦1)クラッド層2が形成されている。以
下、Cd1-x-y Znx Mgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)
を単にCdZnMgSeと表記する。
このp型InP基板1上には、厚さ1μm,キャリア濃
度1018cm-1のp型Cd1-x-y Znx Mgy Se(0≦
x≦1, 0≦y≦1)クラッド層2が形成されている。以
下、Cd1-x-y Znx Mgy Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)
を単にCdZnMgSeと表記する。
【0028】このp型CdZnMgSeクラッド層2上
には、厚さ50nmのアンドープCdZnMgSe活性
層3、厚さ1μm,キャリア濃度1018cm-1のn型C
dZnMgSeクラッド層4が順次形成されている。
には、厚さ50nmのアンドープCdZnMgSe活性
層3、厚さ1μm,キャリア濃度1018cm-1のn型C
dZnMgSeクラッド層4が順次形成されている。
【0029】このn型CdZnMgSeクラッド層4上
には、幅7μmのストライプ状の開口部を有するSiO
2 絶縁膜5が形成され、このSiO2 絶縁膜5上には上
記開口部を介してn型CdZnMgSeクラッド層4に
コンタクトするn側電極6が設けられ、そして、p型I
nP基板1にはp型電極7が設けられている。
には、幅7μmのストライプ状の開口部を有するSiO
2 絶縁膜5が形成され、このSiO2 絶縁膜5上には上
記開口部を介してn型CdZnMgSeクラッド層4に
コンタクトするn側電極6が設けられ、そして、p型I
nP基板1にはp型電極7が設けられている。
【0030】ここで、アンドープCdZnMgSe活性
層3,p型CdZnMgSeクラッド層2およびn型C
dZnMgSeクラッド層4のCd,ZnおよびMgの
組成比は、アンドープCdZnMgSe活性層3,p型
CdZnMgSeクラッド層2およびn型CdZnMg
Seクラッド層4の格子定数が、p型InP基板1と略
等しくなるように、且つアンドープCdZnMgSe活
性層3のバンドギャップがp型CdZnMgSeクラッ
ド層2およびn型CdZnMgSeクラッド層4のそれ
よりも小さくなるように選ばれている。このようなCd
ZnMgSe層からなる活性層,クラッド層等は、分子
線エピタキシー法により形成することが望ましい。
層3,p型CdZnMgSeクラッド層2およびn型C
dZnMgSeクラッド層4のCd,ZnおよびMgの
組成比は、アンドープCdZnMgSe活性層3,p型
CdZnMgSeクラッド層2およびn型CdZnMg
Seクラッド層4の格子定数が、p型InP基板1と略
等しくなるように、且つアンドープCdZnMgSe活
性層3のバンドギャップがp型CdZnMgSeクラッ
ド層2およびn型CdZnMgSeクラッド層4のそれ
よりも小さくなるように選ばれている。このようなCd
ZnMgSe層からなる活性層,クラッド層等は、分子
線エピタキシー法により形成することが望ましい。
【0031】本実施例に示した構造のダブルへテロ構造
半導体レーザ装置において、活性層3のバンドギャップ
を2.65eV、p型CdZnMgSeクラッド層2お
よびn型CdZnMgSeクラッド層4のバンドギャッ
プを3.00eVとしたものについて、共振器長500
μmに劈開し、銅製のヒートシンクにIn半田を用いて
マウントし、その特性を室温において評価した。
半導体レーザ装置において、活性層3のバンドギャップ
を2.65eV、p型CdZnMgSeクラッド層2お
よびn型CdZnMgSeクラッド層4のバンドギャッ
プを3.00eVとしたものについて、共振器長500
μmに劈開し、銅製のヒートシンクにIn半田を用いて
マウントし、その特性を室温において評価した。
【0032】その結果、発振波長は470nmであり、
連続動作での発振しきい電流は80mAであった。この
ときの動作電圧は3.5Vであった。また、連続動作の
最高発振温度は60℃であった。
連続動作での発振しきい電流は80mAであった。この
ときの動作電圧は3.5Vであった。また、連続動作の
最高発振温度は60℃であった。
【0033】このように本実施例に示した素子構造の採
用により、従来困難であった室温での連続発振ばかりで
なく、室温での実用に十分な信頼性を確保するのに必要
な高温までの発振が得られることが分かった。
用により、従来困難であった室温での連続発振ばかりで
なく、室温での実用に十分な信頼性を確保するのに必要
な高温までの発振が得られることが分かった。
【0034】このように動作電圧を低くできたのは、p
型基板、p型クラッド層として、それぞれp型InP、
p型CdZnMgSeを用いた結果、ヘテロ障壁が低く
なり、図2に示すように、p型InP基板1の価電子帯
とp型CdZnMgSeクラッド層2の価電子帯との差
が小さくなり、p型InP基板1からp型CdZnMg
Seクラッド層2への正孔の注入が容易になったからで
ある。
型基板、p型クラッド層として、それぞれp型InP、
p型CdZnMgSeを用いた結果、ヘテロ障壁が低く
なり、図2に示すように、p型InP基板1の価電子帯
とp型CdZnMgSeクラッド層2の価電子帯との差
が小さくなり、p型InP基板1からp型CdZnMg
Seクラッド層2への正孔の注入が容易になったからで
ある。
【0035】そして、このように動作電圧が低くなる
と、その分だけ発熱量が減少し、温度特性が改善される
ようになる。また、全てのCdZnMgSe層1〜4が
p型InP基板1と格子整合し、且つVI族元素がSe1
の種類であるため、転位などの欠陥のない良好な結晶を
作成できたことも温度特性向上の要因となっている。
と、その分だけ発熱量が減少し、温度特性が改善される
ようになる。また、全てのCdZnMgSe層1〜4が
p型InP基板1と格子整合し、且つVI族元素がSe1
の種類であるため、転位などの欠陥のない良好な結晶を
作成できたことも温度特性向上の要因となっている。
【0036】また、CdZnMgSeの制御可能なバン
ドギャップ範囲は、他の II-VI族化合物半導体のそれに
比べて広いため、室温以上の高温でもアンドープCdZ
nMgSe活性層3からp型CdZnMgSeクラッド
層2、n型CdZnMgSeクラッド層4にキャリアが
漏れない程度に、アンドープCdZnMgSe活性層3
とp型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZnM
gSeクラッド層4とのそれぞれバンドギャップ差をと
もに大きくすることができる。このため、注入キャリア
の閉じ込めが改善され、動作電流が小さくなる。
ドギャップ範囲は、他の II-VI族化合物半導体のそれに
比べて広いため、室温以上の高温でもアンドープCdZ
nMgSe活性層3からp型CdZnMgSeクラッド
層2、n型CdZnMgSeクラッド層4にキャリアが
漏れない程度に、アンドープCdZnMgSe活性層3
とp型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZnM
gSeクラッド層4とのそれぞれバンドギャップ差をと
もに大きくすることができる。このため、注入キャリア
の閉じ込めが改善され、動作電流が小さくなる。
【0037】また、本実施例のダブルへテロ構造半導体
レーザ装置において、アンドープCdZnMgSe活性
層3のバンドギャップエネルギーをCd,ZnおよびM
gの組成により変化させることにより、室温での発振波
長は630nmから400nmまで変化させることがで
きた。
レーザ装置において、アンドープCdZnMgSe活性
層3のバンドギャップエネルギーをCd,ZnおよびM
gの組成により変化させることにより、室温での発振波
長は630nmから400nmまで変化させることがで
きた。
【0038】この場合、アンドープCdZnMgSe活
性層3と、p型CdZnMgSeクラッド層2、n型C
dZnMgSeクラッド層4とのそれぞれのバンドギャ
ップ差をともに0.35eVで一定とすることで、連続
動作の最高発振温度は60℃程度で、発振波長によらず
ほぼ一定であった。
性層3と、p型CdZnMgSeクラッド層2、n型C
dZnMgSeクラッド層4とのそれぞれのバンドギャ
ップ差をともに0.35eVで一定とすることで、連続
動作の最高発振温度は60℃程度で、発振波長によらず
ほぼ一定であった。
【0039】また、アンドープCdZnMgSe活性層
3とp型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZn
MgSeクラッド層4とのそれぞれのバンドギャップ差
を大きくすることにより、最高発振温度の高いダブルへ
テロ構造半導体レーザ装置が得られた。100℃以下の
範囲では、バンドギャップ差の増大0.01eVにつき
10℃程度の最高発振温度の上昇が見られた。ここで、
InPに格子整合するCdZnSeを活性層に用いた場
合、p型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZn
MgSeクラッド層4のバンドギャップを3.0eVの
まま用いることで、200℃以上での連続動作が容易に
実現できた。図3は、本発明の第2の実施例に係るダブ
ルへテロ構造半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図
である。
3とp型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZn
MgSeクラッド層4とのそれぞれのバンドギャップ差
を大きくすることにより、最高発振温度の高いダブルへ
テロ構造半導体レーザ装置が得られた。100℃以下の
範囲では、バンドギャップ差の増大0.01eVにつき
10℃程度の最高発振温度の上昇が見られた。ここで、
InPに格子整合するCdZnSeを活性層に用いた場
合、p型CdZnMgSeクラッド層2、n型CdZn
MgSeクラッド層4のバンドギャップを3.0eVの
まま用いることで、200℃以上での連続動作が容易に
実現できた。図3は、本発明の第2の実施例に係るダブ
ルへテロ構造半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図
である。
【0040】図中、11はp型InP基板を示してお
り、このp型InP基板11上には、厚さ200nm,
キャリア濃度2×1018cm-1のp型CdZnMgSe
バッファ層12、厚さ1μm,キャリア濃度1×1018
cm-1のp型CdZnMgSeクラッド層13、厚さ5
0nmのアンドープCdZnMgSe活性層14、厚さ
1μm,キャリア濃度1×1018cm-1のn型CdZn
MgSeクラッド層15、厚さ0.5μm,キャリア濃
度5×1018cm-1のn型CdZnMgSeコンタクト
層16が順次形成されている。また、n型CdZnMg
Seコンタクト層16上には幅7μmのストライプ状の
開口部を有するSiO2 絶縁膜17,n側電極18が順
次形成され、n型CdZnMgSeコンタクト層16は
上記開口部を介してn側電極18にコンタクトしてい
る。そして、p型InP基板11にはp型電極19が設
けられている。
り、このp型InP基板11上には、厚さ200nm,
キャリア濃度2×1018cm-1のp型CdZnMgSe
バッファ層12、厚さ1μm,キャリア濃度1×1018
cm-1のp型CdZnMgSeクラッド層13、厚さ5
0nmのアンドープCdZnMgSe活性層14、厚さ
1μm,キャリア濃度1×1018cm-1のn型CdZn
MgSeクラッド層15、厚さ0.5μm,キャリア濃
度5×1018cm-1のn型CdZnMgSeコンタクト
層16が順次形成されている。また、n型CdZnMg
Seコンタクト層16上には幅7μmのストライプ状の
開口部を有するSiO2 絶縁膜17,n側電極18が順
次形成され、n型CdZnMgSeコンタクト層16は
上記開口部を介してn側電極18にコンタクトしてい
る。そして、p型InP基板11にはp型電極19が設
けられている。
【0041】ここで、アンドープCdZnMgSe活性
層14,p型CdZnMgSeクラッド層13およびn
型CdZnMgSeクラッド層15の格子定数がp型I
nP基板11とほぼ等しく、且つアンドープCdZnM
gSe活性層14のバンドギャップがp型CdZnMg
Seクラッド層13およびn型CdZnMgSeクラッ
ド層15のバンドギャップより小さくなるように、p型
CdZnMgSeクラッド層13,アンドープCdZn
MgSe活性層14およびn型CdZnMgSeクラッ
ド層15のCd,ZnおよびMgの組成が設定されてい
る。
層14,p型CdZnMgSeクラッド層13およびn
型CdZnMgSeクラッド層15の格子定数がp型I
nP基板11とほぼ等しく、且つアンドープCdZnM
gSe活性層14のバンドギャップがp型CdZnMg
Seクラッド層13およびn型CdZnMgSeクラッ
ド層15のバンドギャップより小さくなるように、p型
CdZnMgSeクラッド層13,アンドープCdZn
MgSe活性層14およびn型CdZnMgSeクラッ
ド層15のCd,ZnおよびMgの組成が設定されてい
る。
【0042】また、p型CdZnMgSeバッファ層1
2の格子定数がp型InP基板11と略等しく、且つそ
のバンドギャップがp型CdZnMgSeクラッド層1
3のバンドギャップより小さくなるように、p型CdZ
nMgSeバッファ層12のCd,ZnおよびMgの組
成が設定されている。
2の格子定数がp型InP基板11と略等しく、且つそ
のバンドギャップがp型CdZnMgSeクラッド層1
3のバンドギャップより小さくなるように、p型CdZ
nMgSeバッファ層12のCd,ZnおよびMgの組
成が設定されている。
【0043】また、n型CdZnMgSeコンタクト層
16の格子定数がp型InP基板11と略等しく、その
バンドギャップがn型CdZnMgSeクラッド層15
のバンドギャップより小さくなるように、n型CdZn
MgSeコンタクト層16のCd,ZnおよびMgの組
成が設定されている。このようなCdZnMgSe層か
らなる活性層,クラッド層等は、分子線エピタキシー法
により形成することが望ましい。
16の格子定数がp型InP基板11と略等しく、その
バンドギャップがn型CdZnMgSeクラッド層15
のバンドギャップより小さくなるように、n型CdZn
MgSeコンタクト層16のCd,ZnおよびMgの組
成が設定されている。このようなCdZnMgSe層か
らなる活性層,クラッド層等は、分子線エピタキシー法
により形成することが望ましい。
【0044】本実施例に示した構造のダブルへテロ構造
半導体レーザ装置において、アンドープCdZnMgS
e活性層14のバンドギャップを2.65eV、p型C
dZnMgSeクラッド層12およびn型CdZnMg
Seクラッド層15のバンドギャップをともに3.00
eV、p型CdZnMgSeバッファ層12のバンドギ
ャップを2.00eV、n型CdZnMgSeコンタク
ト層16のバンドギャップを2.00eVとしたものに
ついて、共振器長500μmに劈開し、銅製のヒートシ
ンクにIn半田を用いてマウントし、その特性を室温に
おいて評価してみた。
半導体レーザ装置において、アンドープCdZnMgS
e活性層14のバンドギャップを2.65eV、p型C
dZnMgSeクラッド層12およびn型CdZnMg
Seクラッド層15のバンドギャップをともに3.00
eV、p型CdZnMgSeバッファ層12のバンドギ
ャップを2.00eV、n型CdZnMgSeコンタク
ト層16のバンドギャップを2.00eVとしたものに
ついて、共振器長500μmに劈開し、銅製のヒートシ
ンクにIn半田を用いてマウントし、その特性を室温に
おいて評価してみた。
【0045】その結果、発振波長は470nmであり、
連続動作での発振しきい電流は75mAであった。この
ときの動作電圧は3.0Vであった。そして、連続動作
の最高発振温度は90℃であった。すなわち、先の実施
例のダブルへテロ構造半導体レーザ装置よりも動作特性
が良好なダブルへテロ構造半導体レーザ装置が得られ
た。
連続動作での発振しきい電流は75mAであった。この
ときの動作電圧は3.0Vであった。そして、連続動作
の最高発振温度は90℃であった。すなわち、先の実施
例のダブルへテロ構造半導体レーザ装置よりも動作特性
が良好なダブルへテロ構造半導体レーザ装置が得られ
た。
【0046】このような良好な動作特性が得られた一つ
の要因は、p型InP基板11とp型CdZnMgSe
クラッド層13との間に、このp型CdZnMgSeク
ラッド層13よりもバンドギャップの小さいp型CdZ
nMgSeバッファ層12を挿設したからである。
の要因は、p型InP基板11とp型CdZnMgSe
クラッド層13との間に、このp型CdZnMgSeク
ラッド層13よりもバンドギャップの小さいp型CdZ
nMgSeバッファ層12を挿設したからである。
【0047】すなわち、このp型CdZnMgSeバッ
ファ層12の追加により、図4に示すように、p型In
P基板11とp型CdZnMgSeクラッド層13との
間のヘテロ障壁が更に小さくなるため、より小さい電圧
降下で、型InP基板11からp型CdZnMgSeク
ラッド層13への正孔hの注入が行なえるようになった
からである。
ファ層12の追加により、図4に示すように、p型In
P基板11とp型CdZnMgSeクラッド層13との
間のヘテロ障壁が更に小さくなるため、より小さい電圧
降下で、型InP基板11からp型CdZnMgSeク
ラッド層13への正孔hの注入が行なえるようになった
からである。
【0048】他の要因は、n型CdZnMgSeクラッ
ド層15上に、このn型CdZnMgSeクラッド層1
5よりもバンドギャップの小さいn型CdZnMgSe
コンタクト層16を形成したことで、アンドープCdZ
nMgSe活性層14に悪影響を与えること無く、高濃
度のドーピングが可能になり、更に、表面酸化の影響も
低減され、電極コンタクトにおける電圧降下を抑制する
ことができたことによる。
ド層15上に、このn型CdZnMgSeクラッド層1
5よりもバンドギャップの小さいn型CdZnMgSe
コンタクト層16を形成したことで、アンドープCdZ
nMgSe活性層14に悪影響を与えること無く、高濃
度のドーピングが可能になり、更に、表面酸化の影響も
低減され、電極コンタクトにおける電圧降下を抑制する
ことができたことによる。
【0049】これらの基板界面、および電極における電
圧降下の低減により、動作電圧の低減が図られ、過剰な
熱の発生が抑制されたことが温度特性改善につながっ
た。なお、これらによる動作電圧低減はそれぞれ独立に
効果を持ち、どちらか一方の対策でも約半分の動作電圧
低減効果があった。
圧降下の低減により、動作電圧の低減が図られ、過剰な
熱の発生が抑制されたことが温度特性改善につながっ
た。なお、これらによる動作電圧低減はそれぞれ独立に
効果を持ち、どちらか一方の対策でも約半分の動作電圧
低減効果があった。
【0050】基板界面でのp型CdZnMgSeバッフ
ァ層12による電圧降下低減効果は、p型CdZnMg
Seクラッド層13より小さいバンドギャップの組成の
CdZnMgSeを用いることで現れた。この効果は、
次のようなバッファ層構造のとき、より優れた効果を示
した。
ァ層12による電圧降下低減効果は、p型CdZnMg
Seクラッド層13より小さいバンドギャップの組成の
CdZnMgSeを用いることで現れた。この効果は、
次のようなバッファ層構造のとき、より優れた効果を示
した。
【0051】すなわち、p型CdZnMgSeバッファ
層12中の少なくともp型InP基板11に接する側の
組成がバンドギャップにして2.3eV以下のCdZn
MgSeを用いるとき、電圧降下は特に低く抑えること
ができた。より望ましくは、Mgを含まない、CdZn
Seがp型InP基板11と接するようにするとき、電
圧降下は特に低く抑えることができた。
層12中の少なくともp型InP基板11に接する側の
組成がバンドギャップにして2.3eV以下のCdZn
MgSeを用いるとき、電圧降下は特に低く抑えること
ができた。より望ましくは、Mgを含まない、CdZn
Seがp型InP基板11と接するようにするとき、電
圧降下は特に低く抑えることができた。
【0052】また、p型CdZnMgSeバッファ層1
2が複数層または徐々に組成が変化する層により構成さ
れ、p型InP基板11側のバンドギャップが小さく、
p型CdZnMgSeクラッド層13側のバンドギャッ
プが大きいように設定することで、電圧降下は特に小さ
く抑えることができた。これは、p型InP基板11と
p型CdZnMgSeバッファ層12との間のヘテロ障
壁を小さくすることが、電圧降下の低減に特に効果があ
るためである。
2が複数層または徐々に組成が変化する層により構成さ
れ、p型InP基板11側のバンドギャップが小さく、
p型CdZnMgSeクラッド層13側のバンドギャッ
プが大きいように設定することで、電圧降下は特に小さ
く抑えることができた。これは、p型InP基板11と
p型CdZnMgSeバッファ層12との間のヘテロ障
壁を小さくすることが、電圧降下の低減に特に効果があ
るためである。
【0053】電極コンタクトにおける電圧降下低減効果
は、n型CdZnMgSeコンタクト層16のバンドギ
ャップがn型CdZnMgSeクラッド層15のそれよ
も小さくなるように、n型CdZnMgSeコンタクト
層16のCdZnMgSeを選んだ場合に現れた。この
効果は、次のようなコンタクト層構造のとき、より優れ
た効果を示した。
は、n型CdZnMgSeコンタクト層16のバンドギ
ャップがn型CdZnMgSeクラッド層15のそれよ
も小さくなるように、n型CdZnMgSeコンタクト
層16のCdZnMgSeを選んだ場合に現れた。この
効果は、次のようなコンタクト層構造のとき、より優れ
た効果を示した。
【0054】すなわち、n型CdZnMgSeコンタク
ト層16中の少なくともn側電極18に接する側の組成
がバンドギャップにして2.3eV以下のCdZnMg
Seを用いるとき、電圧降下は特に低く抑えることがで
きた。より望ましくは、Mgを含まない、CdZnSe
がn側電極18と接するようにするとき、電圧降下は特
に低く抑えることができた。
ト層16中の少なくともn側電極18に接する側の組成
がバンドギャップにして2.3eV以下のCdZnMg
Seを用いるとき、電圧降下は特に低く抑えることがで
きた。より望ましくは、Mgを含まない、CdZnSe
がn側電極18と接するようにするとき、電圧降下は特
に低く抑えることができた。
【0055】また、n型CdZnMgSeコンタクト層
16が複数層または徐々に組成が変化する層により構成
され、n側電極18側のバンドギャップが小さく、n型
CdZnMgSeクラッド層15側のバンドギャップが
大きいように設定することで電圧降下は特に小さく抑え
ることができた。
16が複数層または徐々に組成が変化する層により構成
され、n側電極18側のバンドギャップが小さく、n型
CdZnMgSeクラッド層15側のバンドギャップが
大きいように設定することで電圧降下は特に小さく抑え
ることができた。
【0056】これはn側電極18とn型CdZnMgS
eコンタクト層16との間の障壁を小さくすること、バ
ンドギャップの小さな組成が高濃度にドーピングしやす
いこと、酸化されやすいMgの組成を表面付近で低減す
ることが、電圧降下低減に特に効果があるためである。
同様の効果は、CdZnMgSe上に半導体層を形成す
るような工程において、CdZnMgSeの表面層を上
記のように構成する場合にも見られた。
eコンタクト層16との間の障壁を小さくすること、バ
ンドギャップの小さな組成が高濃度にドーピングしやす
いこと、酸化されやすいMgの組成を表面付近で低減す
ることが、電圧降下低減に特に効果があるためである。
同様の効果は、CdZnMgSe上に半導体層を形成す
るような工程において、CdZnMgSeの表面層を上
記のように構成する場合にも見られた。
【0057】また、本実施例に示した構造のダブルへテ
ロ構造半導体レーザ装置において、アンドープCdZn
MgSe活性層14のバンドギャップエネルギーをC
d,ZnおよびMgの組成により変化させることによ
り、室温での発振波長は630nmから400nmまで
変化させることができた。
ロ構造半導体レーザ装置において、アンドープCdZn
MgSe活性層14のバンドギャップエネルギーをC
d,ZnおよびMgの組成により変化させることによ
り、室温での発振波長は630nmから400nmまで
変化させることができた。
【0058】この場合、アンドープCdZnMgSe活
性層14とp型CdZnMgSeクラッド層13,n型
CdZnMgSeクラッド層15とのそれぞれのバンド
ギャップ差をともに0.35eVで一定とすることで、
連続動作の最高発振温度は90℃程度で、発振波長によ
らずほぼ一定であった。
性層14とp型CdZnMgSeクラッド層13,n型
CdZnMgSeクラッド層15とのそれぞれのバンド
ギャップ差をともに0.35eVで一定とすることで、
連続動作の最高発振温度は90℃程度で、発振波長によ
らずほぼ一定であった。
【0059】また、アンドープCdZnMgSe活性層
14とp型CdZnMgSeクラッド層13,n型Cd
ZnMgSeクラッド層15とのそれぞれのバンドギャ
ップ差を大きくなるようにすると、最高発振温度の高い
ものが得られた。具体的には、100℃以下の範囲で
は、バンドギャップ差の増大0.01eVにつき10℃
程度の最高発振温度の上昇が見られた。更に、InPに
格子整合するCdZnSeを活性層に用いた場合、クラ
ッド層のバンドギャップを3.0eVのまま用いること
で、230℃以上での連続動作が容易に実現できた。
14とp型CdZnMgSeクラッド層13,n型Cd
ZnMgSeクラッド層15とのそれぞれのバンドギャ
ップ差を大きくなるようにすると、最高発振温度の高い
ものが得られた。具体的には、100℃以下の範囲で
は、バンドギャップ差の増大0.01eVにつき10℃
程度の最高発振温度の上昇が見られた。更に、InPに
格子整合するCdZnSeを活性層に用いた場合、クラ
ッド層のバンドギャップを3.0eVのまま用いること
で、230℃以上での連続動作が容易に実現できた。
【0060】本実施例のダブルへテロ構造半導体レーザ
装置では、SiO2 絶縁膜17による電極ストライプに
よる電流狭窄構造を示したが、これは、この発振波長域
で良好な温度特性の半導体レーザ装置を提供する上で本
質的ではない。すなわち、電流狭窄構造は従来用いられ
ている半導体レーザ装置の構造をCdZnMgSe材料
に当てはめたもので良い。
装置では、SiO2 絶縁膜17による電極ストライプに
よる電流狭窄構造を示したが、これは、この発振波長域
で良好な温度特性の半導体レーザ装置を提供する上で本
質的ではない。すなわち、電流狭窄構造は従来用いられ
ている半導体レーザ装置の構造をCdZnMgSe材料
に当てはめたもので良い。
【0061】また、本実施例のダブルへテロ構造半導体
レーザ装置では、活性層としてバルク状のCdZnMg
Seを用いたが、その代わりにCdZnMgSe材料で
構成された単一あるいは多重量子井戸構造を用いれば、
より高い温度までのレーザ発振が可能となる。
レーザ装置では、活性層としてバルク状のCdZnMg
Seを用いたが、その代わりにCdZnMgSe材料で
構成された単一あるいは多重量子井戸構造を用いれば、
より高い温度までのレーザ発振が可能となる。
【0062】この場合、10nm程度あるいはそれ以下
の薄膜で形成される量子井戸層やこれを隔てる量子障壁
層は必ずしもp型InP基板11に格子整合する必要は
なく、この場合、ひずみ量子井戸による動作電流低減の
効果が現れた。また、ダブルヘテロ構造の場合であって
も、電流注入による劣化の問題が抑制される範囲で、活
性層の格子不整合は許容される。図5は、本発明の第3
の実施例に係るダブルヘテロ構造発光ダイオード装置の
概略構造を示す断面図である。
の薄膜で形成される量子井戸層やこれを隔てる量子障壁
層は必ずしもp型InP基板11に格子整合する必要は
なく、この場合、ひずみ量子井戸による動作電流低減の
効果が現れた。また、ダブルヘテロ構造の場合であって
も、電流注入による劣化の問題が抑制される範囲で、活
性層の格子不整合は許容される。図5は、本発明の第3
の実施例に係るダブルヘテロ構造発光ダイオード装置の
概略構造を示す断面図である。
【0063】図中、21はp型InP基板を示してお
り、このp型InP基板21上には、厚さ200nm,
キャリア濃度2×1018cm-1のp型CdZnMgSe
バッファ層22、厚さ2μm,キャリア濃度1×1018
cm-1のp型CdZnMgSeクラッド層23、厚さ3
00nmのアンドープCdZnMgSe活性層24、厚
さ5μm,キャリア濃度1×1018のn型CdZnMg
Seクラッド層25、厚さ200nm,キャリア濃度5
×1018のn型CdZnMgSeコンタクト層26が順
次形成されている。そして、n型CdZnMgSeコン
タクト層26、p型InP基板21上には、それぞれn
側電極27,p型電極28が設けられている。
り、このp型InP基板21上には、厚さ200nm,
キャリア濃度2×1018cm-1のp型CdZnMgSe
バッファ層22、厚さ2μm,キャリア濃度1×1018
cm-1のp型CdZnMgSeクラッド層23、厚さ3
00nmのアンドープCdZnMgSe活性層24、厚
さ5μm,キャリア濃度1×1018のn型CdZnMg
Seクラッド層25、厚さ200nm,キャリア濃度5
×1018のn型CdZnMgSeコンタクト層26が順
次形成されている。そして、n型CdZnMgSeコン
タクト層26、p型InP基板21上には、それぞれn
側電極27,p型電極28が設けられている。
【0064】ここで、アンドープCdZnMgSe活性
層24,p型CdZnMgSeクラッド層23およびn
型CdZnMgSeクラッド層25の格子定数がp型I
nP基板21とほぼ等しく、アンドープCdZnMgS
e活性層24のバンドギャップがp型CdZnMgSe
クラッド層23およびn型CdZnMgSeクラッド層
25のバンドギャップより小さくなるように、アンドー
プCdZnMgSe活性層24,p型CdZnMgSe
クラッド層23およびn型CdZnMgSeクラッド層
25のCd,ZnおよびMgの組成が設定されている。
層24,p型CdZnMgSeクラッド層23およびn
型CdZnMgSeクラッド層25の格子定数がp型I
nP基板21とほぼ等しく、アンドープCdZnMgS
e活性層24のバンドギャップがp型CdZnMgSe
クラッド層23およびn型CdZnMgSeクラッド層
25のバンドギャップより小さくなるように、アンドー
プCdZnMgSe活性層24,p型CdZnMgSe
クラッド層23およびn型CdZnMgSeクラッド層
25のCd,ZnおよびMgの組成が設定されている。
【0065】また、p型CdZnMgSeバッファ層2
2の格子定数がp型InP基板21とほぼ等しく、その
バンドギャップがp型CdZnMgSeクラッド層23
のバンドギャップより小さくなるように、p型CdZn
MgSeバッファ層22のCd,ZnおよびMgの組成
が設定されている。
2の格子定数がp型InP基板21とほぼ等しく、その
バンドギャップがp型CdZnMgSeクラッド層23
のバンドギャップより小さくなるように、p型CdZn
MgSeバッファ層22のCd,ZnおよびMgの組成
が設定されている。
【0066】また、n型CdZnMgSeコンタクト層
26の格子定数がp型InP基板21とほぼ等しく、そ
のバンドギャップがn型CdZnMgSeクラッド層2
5のバンドギャップより小さくなるように、n型CdZ
nMgSeコンタクト層26のCd,ZnおよびMgの
組成が設定されている。このようなCdZnMgSe層
からなる活性層,クラッド層等は、分子線エピタキシー
法により形成することが望ましい。
26の格子定数がp型InP基板21とほぼ等しく、そ
のバンドギャップがn型CdZnMgSeクラッド層2
5のバンドギャップより小さくなるように、n型CdZ
nMgSeコンタクト層26のCd,ZnおよびMgの
組成が設定されている。このようなCdZnMgSe層
からなる活性層,クラッド層等は、分子線エピタキシー
法により形成することが望ましい。
【0067】本実施例に示した構造のダブルへテロ構造
半導体装置において、アンドープCdZnMgSe活性
層24のバンドギャップを2.65eV、p型CdZn
MgSeクラッド層23、n型CdZnMgSeクラッ
ド層25のバンドギャップをともに2.80eV、p型
CdZnMgSeバッファ層22のバンドギャップを
2.00eV、n型CdZnMgSeコンタクト層26
のバンドギャップを2.00eVとし、n側電極27を
直径150μmの円形とし、300μm×300μm程
度にスクライプしたダブルヘテロ構造発光ダイオード装
置について、その電流注入発光特性を室温において評価
した。
半導体装置において、アンドープCdZnMgSe活性
層24のバンドギャップを2.65eV、p型CdZn
MgSeクラッド層23、n型CdZnMgSeクラッ
ド層25のバンドギャップをともに2.80eV、p型
CdZnMgSeバッファ層22のバンドギャップを
2.00eV、n型CdZnMgSeコンタクト層26
のバンドギャップを2.00eVとし、n側電極27を
直径150μmの円形とし、300μm×300μm程
度にスクライプしたダブルヘテロ構造発光ダイオード装
置について、その電流注入発光特性を室温において評価
した。
【0068】その結果、20mAの動作電流での発光波
長は470nmであり、このときの動作電圧は2.6V
であった。樹脂モールドすることにより、発光光度が1
カンデラ以上の高輝度の発光が得られた。すなわち、本
素子構造の採用により、従来困難であった高効率の青色
発光ダブルヘテロ構造ダイオード装置が得られた。
長は470nmであり、このときの動作電圧は2.6V
であった。樹脂モールドすることにより、発光光度が1
カンデラ以上の高輝度の発光が得られた。すなわち、本
素子構造の採用により、従来困難であった高効率の青色
発光ダブルヘテロ構造ダイオード装置が得られた。
【0069】このような良好な発光特性が得られた要因
は、p型InPを基板として用いたことで、p型クラッ
ド層であるp型CdZnMgSeとのヘテロ障壁が小さ
くなり、動作電圧を抑制することができたことによる。
また、全てのCdZnMgSe層が基板と格子整合し、
且つVI族元素がSeの1種類であるため転位などの欠陥
のない良好な結晶を作成できたことによる。
は、p型InPを基板として用いたことで、p型クラッ
ド層であるp型CdZnMgSeとのヘテロ障壁が小さ
くなり、動作電圧を抑制することができたことによる。
また、全てのCdZnMgSe層が基板と格子整合し、
且つVI族元素がSeの1種類であるため転位などの欠陥
のない良好な結晶を作成できたことによる。
【0070】また、本実施例に示した構造のダブルヘテ
ロ構造発光ダイオード装置において、アンドープCdZ
nMgSe活性層24のバンドギャップエネルギーをC
d,ZnおよびMgの組成により変化させることによ
り、室温での発光波長は630nmから400nmまで
変化させることができた。
ロ構造発光ダイオード装置において、アンドープCdZ
nMgSe活性層24のバンドギャップエネルギーをC
d,ZnおよびMgの組成により変化させることによ
り、室温での発光波長は630nmから400nmまで
変化させることができた。
【0071】なお、本実施例ではダブルヘテロ構造の発
光ダイオード装置について説明したが、これは特に高い
発光効率を得るためには重要であるが、このような構造
は必ずしも必要ではない。
光ダイオード装置について説明したが、これは特に高い
発光効率を得るためには重要であるが、このような構造
は必ずしも必要ではない。
【0072】すなわち、単なる同じバンドギャップのC
dZnMgSeによるpn接合をp型InP基板21上
に形成したものや、一方のCdZnMgSeのバンドギ
ャップを他方より大きくしただけのpn接合であるいわ
ゆるシングルヘテロ接合でも良い。このとき、光を取り
出す基板と反対側の電極のある表面側の材料が発光波長
に対して透明になるように形成することで発光効率は著
しく改善される。なお、本発明は上述した実施例に限定
されるものではなく、例えば、上記実施例の半導体発光
装置の各半導体層の導電型を逆にしても良い。
dZnMgSeによるpn接合をp型InP基板21上
に形成したものや、一方のCdZnMgSeのバンドギ
ャップを他方より大きくしただけのpn接合であるいわ
ゆるシングルヘテロ接合でも良い。このとき、光を取り
出す基板と反対側の電極のある表面側の材料が発光波長
に対して透明になるように形成することで発光効率は著
しく改善される。なお、本発明は上述した実施例に限定
されるものではなく、例えば、上記実施例の半導体発光
装置の各半導体層の導電型を逆にしても良い。
【0073】また、半導体レーザ装置における電流狭窄
構造および光ガイド構造や、発光ダイオード装置におけ
る電流拡散構造および光取り出し構造などについては、
上述の実施例のものに限定されるものではない。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。
構造および光ガイド構造や、発光ダイオード装置におけ
る電流拡散構造および光取り出し構造などについては、
上述の実施例のものに限定されるものではない。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。
【0074】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体基板としてInPを用い、且つ発光半導体層や、こ
れに光や電子を閉じ込めるための半導体層として、 II-
VI族化合物半導体のうち、特にCdZnMgSeを用い
ることにより、動作電圧が低く、動作電流の小さい実用
的な半導体発光装置を実現できる。
導体基板としてInPを用い、且つ発光半導体層や、こ
れに光や電子を閉じ込めるための半導体層として、 II-
VI族化合物半導体のうち、特にCdZnMgSeを用い
ることにより、動作電圧が低く、動作電流の小さい実用
的な半導体発光装置を実現できる。
【図1】本発明の第1の実施例に係るダブルヘテロ構造
半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図。
半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図。
【図2】図1のダブルヘテロ構造半導体レーザ装置の基
板とp型クラッド層とにおけるバンドダイヤグラム。
板とp型クラッド層とにおけるバンドダイヤグラム。
【図3】本発明の第2の実施例に係るダブルヘテロ構造
半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図。
半導体レーザ装置の要部構造を示す断面図。
【図4】図3のダブルヘテロ構造半導体レーザ装置の基
板とバッファ層とにおけるバンドダイヤグラム。
板とバッファ層とにおけるバンドダイヤグラム。
【図5】本発明の第3の実施例に係るダブルヘテロ構造
発光ダイオード装置の要部構造を示す断面図。
発光ダイオード装置の要部構造を示す断面図。
【図6】従来の II-VI族化合物半導体を用いた半導体レ
ーザ装置の要部構造を示す断面図。
ーザ装置の要部構造を示す断面図。
【図7】従来の II-VI族化合物半導体を用いた発光ダイ
オード装置の要部構造を示す断面図。
オード装置の要部構造を示す断面図。
【図8】従来の II-VI族化合物半導体を用いた半導体発
光装置の問題点を説明するためのバンドダイヤグラム。
光装置の問題点を説明するためのバンドダイヤグラム。
【図9】従来の II-VI族化合物半導体を用いた他の半導
体レーザ装置の要部構造を示す断面図。
体レーザ装置の要部構造を示す断面図。
1…p型InP基板 2…p型CdZnMgSeクラッド層 3…アンドープCdZnMgSe活性層 4…n型CdZnMgSeクラッド層 5…SiO2 絶縁膜 6…n側電極 7…p側電極 11…p型InP基板 12…p型CdZnMgSeバッファ層 13…p型CdZnMgSeクラッド層 14…アンドープCdZnMgSe活性層 15…n型CdZnMgSeクラッド層 16…n型CdZnMgSeコンタクト層 17…SiO2 絶縁膜 18…n側電極 19…p側電極 21…p型InP基板 22…p型CdZnMgSeバッファ層 23…p型CdZnMgSeクラッド層 24…アンドープCdZnMgSe活性層 25…n型CdZnMgSeクラッド層 26…n型CdZnMgSeコンタクト層 27…n側電極 28…p側電極
Claims (2)
- 【請求項1】InPからなる半導体基板と、 この半導体基板上に形成され、Cd1-x-y Znx Mgy
Se(0≦x≦1, 0≦y≦1)からなり、電流注入により発
光する発光半導体層とを具備してなることを特徴とする
半導体発光装置。 - 【請求項2】InPからなる半導体基板と、 この半導体基板上に形成され、Cd1-u-v Znu Mgv
Se(0≦u≦1, 0≦v≦1)からなる第1導電型クラッド
層と、 この第1導電型クラッド層上に形成され、Cd1-w-x Z
nw Mgx Se(0≦w≦1, 0≦x≦1)からなり、電流注
入により発光する発光半導体層と、 この発光半導体層上に形成され、Cd1-y-z Zny Mg
z Se(0≦y≦1, 0≦z≦1)からなる第2導電型クラッ
ド層とを具備してなることを特徴とする半導体発光装
置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5110293A JPH06268331A (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 半導体発光装置 |
US08/208,850 US5488233A (en) | 1993-03-11 | 1994-03-11 | Semiconductor light-emitting device with compound semiconductor layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5110293A JPH06268331A (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06268331A true JPH06268331A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12877453
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5110293A Pending JPH06268331A (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06268331A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008523615A (ja) * | 2004-12-09 | 2008-07-03 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 多色、広帯域または「白色」発光用の適合型短波長led |
US8148741B2 (en) | 2004-12-09 | 2012-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Polychromatic LED's and related semiconductor devices |
US8148742B2 (en) | 2004-12-09 | 2012-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Type II broadband or polychromatic LEDs |
-
1993
- 1993-03-11 JP JP5110293A patent/JPH06268331A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008523615A (ja) * | 2004-12-09 | 2008-07-03 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 多色、広帯域または「白色」発光用の適合型短波長led |
US7902543B2 (en) | 2004-12-09 | 2011-03-08 | 3M Innovative Properties Company | Adapting short-wavelength LED's for polychromatic, broadband, or “white” emission |
US8148741B2 (en) | 2004-12-09 | 2012-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Polychromatic LED's and related semiconductor devices |
US8148742B2 (en) | 2004-12-09 | 2012-04-03 | 3M Innovative Properties Company | Type II broadband or polychromatic LEDs |
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