JPH05347431A - 半導体素子用基板および半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】作製された半導体素子が高効率で動作すること
が可能であり、かつ基板上に積層する半導体層の組成が
広い範囲で変化した場合にも適用できる半導体素子用基
板を提供する。 【構成】ＧａＡｓまたはＧａＰで形成されたベース基板
２１とＧａＡｓ_1-xＰ_x層２３との間に、ＧａＡｓ層とＧ
ａＰ層とを交互に積層した超格子体からなるバッファ層
２２が形成されている。そのためベース基板２１とＧａ
Ａｓ_1-xＰ_x層２３との格子不整合が緩和され、ＧａＡｓ
_1-xＰ_x層２３にミスフィット転位がなくなる。ＧａＡｓ
_1-xＰ_x層２３の格子欠陥がなくなり、その表面が平坦に
形成され、半導体層を積層するために良好なＧａＡｓ
_1-xＰ_x層２３を有する基板２２０となる。基板２２０を
用い、大きな禁制帯幅が得られるように組成比を変化さ
せてなる半導体層２４、２５、２６がその上に形成され
て半導体素子が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子用基板とこ
の基板を用いた半導体素子に関する。

【０００２】さらに、カラーディスプレー等に用いられ
る赤色から青色の領域での発光が可能な半導体素子、例
えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や、高密度光ディスクシ
ステム等において半導体レーザ素子として用いられる半
導体素子に関する。

【０００３】

【従来の技術】ＧａＡｓまたはＧａＰでなる基板上に半
導体層を備えてなる半導体素子が多く提案されている。
このような半導体素子においては、上記基板の格子定数
と上記半導体層の格子定数とが異なる場合があるので、
それらの間に中間の格子定数を有する層を設けることに
より該基板と該半導体層の格子不整合を緩和することが
行われている。

【０００４】上記のような半導体素子の例としては、電
流注入型の半導体発光素子が挙げられる。例えば、上記
基板上に気相成長法などを用いて３０〜６０μｍの厚さ
でＧａＡｓＰ層が積層されて成る半導体素子用基板は、
黄色から赤色の発光が得られる発光ダイオード素子の材
料として広く利用されている。

【０００５】上記ＧａＡｓＰ層を有する基板を用いた半
導体素子としては、Ａ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ等によって報
告されたJapanese Journal of Applied Physics、２３
巻（９号）、１９８４年、Ｌ７２０〜Ｌ７２２頁に記載
の半導体レーザ素子がある。この半導体レーザ素子は、
ＧａＡｓ_0.61Ｐ_0.39層上に、液晶エピタキシー（ＬＰ
Ｅ）によって形成されたＩｎ_0.12Ｇａ_0.88Ａｓ_0.34Ｐ
_0.66活性層を含むダブルヘテロ構造を備えており、室温
における６４２ｎｍのパルス発振が可能であり、また、
１９７Ｋにおける６３０ｎｍの連続発振が可能であっ
た。

【０００６】しかし、ＧａＡｓＰ層上に発光領域を形成
した半導体レーザ素子では、いまだ室温における連続発
振は得られていない。上記Ａ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ等によ
って報告された半導体レーザ素子では、基板として用い
ているＧａＡｓとＧａＡｓ_{0. 61}Ｐ_0.39との格子不整合が
１．４％と大きく、格子歪みがミスフィット転位によっ
て緩和され、ＧａＡｓＰ層表面に凹凸のクロスハッチパ
ターンが発生するため、ＧａＡｓＰ層上に半導体層を積
層しても、良好な半導体層が得られないためと推測され
る。

【０００７】ところで、電流注入型の半導体素子は、発
光効率が高いため、小型、高輝度の表示素子や、半導体
レーザ素子等として広く用いられている。

【０００８】上記半導体素子として、例えば、ＧａＡｓ
Ｐ、ＧａＡｌＡｓ系材料（ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ）、
ＧａＰ等のIII−Ｖ族化合物半導体層材料を用いて形成
された半導体素子が知られている。しかし、これらの材
料は、禁制帯幅が小さく、これら材料を用いた半導体素
子では近赤外から赤色、黄色、緑色までの領域の発光し
か得られない。フルカラーディスプレーを作製するため
には、赤色、緑色、青色の三原色の発光が必要であるた
め、青色領域の高効率発光ダイオード素子の開発が進め
られている。

【０００９】緑色から青色の領域内に属する短波長の光
を出す半導体素子を得るには、より禁制帯幅の大きな材
料を用いる必要がある。そのため従来では、炭化珪素
（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系（ＧａＮ／ＩｎＧａＡｌ
Ｎ）、II−VI族化合物半導体材料であるセレン化亜鉛系
（ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅ）等を用いた半導体素子の開発
が進められてきた。しかし、間接遷移型で発光効率が悪
く、高輝度化することが難しい上記ＳｉＣ以外はまだ実
用化されていない。しかも、ＳｉＣを用いた場合には、
半導体レーザ素子として用い得る半導体素子を作製でき
ない。

【００１０】ＧａＡｓ基板上にＧａＡｌＩｎＰ系材料か
らなる層を形成し、６６０〜６８０ｎｍの領域で発振可
能な半導体レーザ素子が提案されているが、この半導体
レーザ素子において得られる最短波長は６３０ｎｍ程度
に留まっている。

【００１１】また、特開平１−１７５７８８号公報に
は、ＧａＰ基板上に、該基板と格子整合するカルコパイ
ライト族化合物半導体であるＣｕＧａＡｌＳｅＳ材料を
形成した半導体レーザ素子が開示されている。上記カル
コパイライト族化合物半導体は、図７に示すように、Ｇ
ａＰと格子整合可能な組成比の範囲において緑色から紫
外領域の発光が可能である。しかしながら、赤色発光は
得られない。

【００１２】なお、カルコパイライト族化合物半導体と
は、カルコパイライト型の結晶構造を有する化合物半導
体のことをいう。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、様々な
材料系の半導体を用いて発光層を形成した半導体素子が
提案されているが、上記従来の半導体素子のいずれにお
いても、１つの材料系の半導体を用い、様々な禁制帯幅
が得られるように該材料の組成比を変化させてなる半導
体層を基板上に形成して半導体素子を作製しても、得ら
れた半導体素子の発光色にはかなりの制限があり、赤
色、緑色、青色の三原色のすべてを発光できるものはな
い。

【００１４】本発明の目的は、上記問題に鑑みてなされ
たものであり、作製された半導体素子が高効率で動作す
ることが可能であり、かつ基板上に積層する半導体層の
組成比が広い範囲で変化した場合にも適用できる半導体
素子用基板を提供することにある。

【００１５】本発明のもう１つの目的は、上記基板を用
い、同一基板上に作製され、赤色から青色の領域内で高
効率で発光できる半導体素子を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１発明の半導体素子用
基板は、ＧａＡｓまたはＧａＰからなるベース基板の上
に、ＧａＡｓ層とＧａＰ層とが交互に積層された超格子
体からなるバッファ層と、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層（ｘは０よ
り大で１未満）とがこの順に積層されており、そのこと
により上記目的が達成される。

【００１７】第２発明および第３発明の半導体素子は、
ＧａＡｓまたはＧａＰからなるベース基板の上に、Ｇａ
Ａｓ層とＧａＰ層とが交互に積層された超格子体からな
るバッファ層と、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層（ｘは０より大で１
未満）とがこの順に積層された半導体素子用基板の上
に、第２発明の半導体素子では該ＧａＡｓ_1-xＰ_x層の格
子定数とほぼ等しい格子定数を有するＣｕ（Ｇａ_1-yＡ
ｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂（ｙは０以上１以下であり、ｚは
０以上１未満である）からなるカルコパイライト族化合
物半導体層が積層されており、第３発明の半導体素子で
は該ＧａＡｓ_1-xＰ_x層の格子定数とほぼ等しい格子定数
を有する（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vＰ層（ｕは０以上１
以下であり、ｖは０より大で１以下である）が積層され
ており、そのことにより上記目的が達成される。

【００１８】

【作用】第１発明の半導体素子用基板にあっては、Ｇａ
ＡｓまたはＧａＰからなるベース基板とＧａＡｓ_1-xＰ_x
層との間に、ＧａＡｓ層とＧａＰ層とが交互に積層され
た超格子体からなるバッファ層が形成されている。その
ため上記ＧａＡｓまたはＧａＰからなるベース基板と上
記ＧａＡｓ_1-xＰ_x層とが直接接合せず、格子不整合が緩
和され、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層にミスフィット転位がなくな
る。よって、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層の格子欠陥がなくなり、
その表面が平坦に形成され、半導体層を積層するために
良好なＧａＡｓ_1-xＰ_x層となる。

【００１９】第２発明および第３発明の半導体素子にあ
っては、上記基板を用い、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層と格子整合
し得、かつ大きな禁制帯幅が得られるように材料の組成
比を変化させてなる半導体層がその上に形成されている
ので、広い発光領域の発振が得られる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２１】（実施例１）図１は、第１発明の半導体素
子用基板の断面図である。この基板４は、ＧａＡｓまた
はＧａＰからなるベース基板１の上に、ＧａＡｓ層とＧ
ａＰ層とが交互に積層されてなる超格子バッファ層２を
介してＧａＡｓ_1-xＰ_x層３（ｘは０より大で１未満であ
る）が積層されてなる。

【００２２】上記バッファ層２は、ベース基板１上に、
例えば以下に示すガスソース分子線エピタキシー（ＧＳ
ＭＢＥ）法を用いることによって形成される。

【００２３】ベース基板１上にアルシン（ＡｓＨ₃）分
子線とＧａ分子線とを照射すると、ベース基板１上に
は、ＧａＡｓ層が形成される。ホスフィン（ＰＨ₃）分
子線とＧａ分子線とを照射した場合には、ＧａＰ層が形
成される。これら照射を交互に繰り返すことにより、Ｇ
ａＡｓ層とＧａＰ層とが交互に積層されてなる超格子体
が形成され、バッファ層２が形成される。

【００２４】なお、バッファ層２を成長させる場合のII
I族原子であるＧａ原子と、Ｖ族原子であるＡｓ原子お
よびＰ原子の成長面への供給は、III族原子とＶ族原子
とを同時供給しても、III族原子とＶ族原子とを交互に
供給してもよい。

【００２５】この超格子体でなる上記バッファ層２の上
に、同様にＧＳＭＢＥ法を用いることによってＧａＡｓ
_1-xＰ_x層３が形成される。

【００２６】上記バッファ層２中、重なり合うＧａＡｓ
層とＧａＰ層でなる対において、ＧａＡｓ層およびＧａ
Ｐ層のそれぞれの原子層の数をｍ、ｎとすると、該対は
（ＧａＡｓ）_m（ＧａＰ）_nで表すことができる。この対
を形成する各層の厚さがおよそ１００オングストローム
以上となると、超格子としての性質がなくなることか
ら、ｍおよびｎは１から数十の範囲であることが好まし
い。ＧａＡｓとＧａＰとの格子不整合は約４％と大きい
が、ＧａＡｓ層およびＧａＰ層の各層が十分薄いので、
ミスフィット転位によって格子歪みが緩和されることが
ないため、バッファ層２の表面は、格子欠陥のない平坦
な面となる。したがって、バッファ層２上に形成するＧ
ａＡｓ_1-xＰ_x層３にも格子欠陥が発生しない。

【００２７】バッファ層２における最下層は、ベース基
板１と同一の組成であること好ましい。すなわち、ベー
ス基板１がＧａＡｓである場合はＧａＡｓ層、ＧａＰで
ある場合はＧａＰ層であることが好ましい。

【００２８】バッファ層２の最上層は、その上に形成さ
れるＧａＡｓ_1-xＰ_x層３の組成比ｘによって選択され
る。ＧａＡｓ_1-xＰ_x層３において、該組成比ｘが０．５
より大きい場合は上記最上層はＧａＡｓ層であることが
好ましく、０．５より小さい場合はＧａＰ層であること
が好ましい。組成比Ｘが０．５である場合はどちらでも
よい。

【００２９】さらに、バッファ層２においては、ベース
基板１に近づくほど、ベース基板１を形成する材料と同
じ材料でなる原子層を多くすることが好ましく、例え
ば、ベース基板１がＧａＡｓ層である場合には、上記ｍ
とｎとの割合ｎ／ｍは０に近似した値であることが好ま
しい。また、上記バッファ層２のＧａＡｓ_1-xＰ_x層３に
近い部分においては、上記原子層数の割合がＧａＡｓ
_1-xＰ_x層３のＡｓとＰの組成比に近似するように調節す
ると好ましい。すなわち、ｘ／（１−ｘ）に上記ｎ／ｍ
が近似するようにすると好ましい。ベース基板１とＧａ
Ａｓ_1-xＰ_x層３との間で、上記ｎ／ｍ比を積層方向に０
からｘ／（１−ｘ）へ徐々に変化させた構成とするとさ
らに好ましい。このような構成とすることによって、ベ
ース基板１とＧａＡｓ_1-xＰ_x層３との整合がさらによく
なる。

【００３０】バッファ層２全体の厚さは、格子不整合の
緩和にはある程度の層厚が必要であることから数百オン
グストローム以上であることが好ましく、さらに実用性
の点から、数μｍ程度以下であることが好ましい。

【００３１】なお、上記実施例では、ＧＳＭＢＥ法によ
ってバッファ層２およびＧａＡｓ_{1- x}Ｐ_x層３を形成した
が、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法および
その変形である原子層エピタキシー（ＡＬＥ）法等を用
いて形成することが可能である。これらの成長法を用い
た場合も、ＧＳＭＢＥ法を用いた場合と同様の効果が得
られる。

【００３２】上記半導体の積層構造においては、ＧａＡ
ｓ_1-xＰ_x層３に格子欠陥がなく、半導体層を成長させる
ために良好な層が得られる。

【００３３】（実施例２）図２は第２発明の半導体素子
の一実施例を示す縦断面図である。この半導体素子にお
いて使用される基板２２０は実施例１に示した基板４と
同様の構造であり、ｎ型ベース基板２１、ｎ型超格子バ
ッファ層２２、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層２３を有する。基
板２２０の上に、ｎ型クラッド層２４、ノンドープ活性
層２５、ｐ型クラッド層２６、ｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコン
タクト層２７（ｗは０より大で１未満である）が積層形
成されている。通常、ｘとｗは等しい。ｐ型ＧａＡｓ
_1-wＰ_wコンタクト層２７上には、窒化珪素膜２８が形成
されており、この窒化珪素膜２８は部分的に除去されて
幅１０μｍのストライプ２９が形成されている。基板２
２０側および窒化珪素膜２８側には、それぞれ電極２１
０、２１１が形成されている。

【００３４】第２発明の半導体素子において、上記基板
２２０上に形成される半導体層の材料となる化合物半導
体としては、Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂で
表されるカルコパイライト族化合物半導体（ｙは０以上
１以下であり、ｚは０以上１未満である）が用いられ
る。

【００３５】この半導体素子は、以下のようにして作製
される。

【００３６】まず、ウェハー状のｎ型基板２２０上に上
記したｎ型クラッド層２４、ノンドープ活性層２５およ
びｐ型クラッド層２６をそれぞれ積層形成する。この半
導体素子におけるこれら半導体層の成長工程は、例えば
実施例１と同様の方法を用いることができ、以下に示す
ようなＧＳＭＢＥ法等を用いて行うことができる。

【００３７】III−Ｖ族化合物半導体の成長材料として
は、実施例１で用いたものが使用でき、カルコパイライ
ト族化合物半導体の成長材料としては、高純度のＣｕ、
Ｇａ、Ｈ₂Ｓｅ、Ｈ₂Ｓ、Ａｌを用い得る。それぞれの分
子線を照射して結晶を成長させる。

【００３８】ドーピング材料としては、III−Ｖ族化合
物半導体層にはｎ型材料としてＳｉ、ｐ型材料としてＢ
ｅを用い、カルコパイライト族化合物半導体層にはｎ型
材料としてＳｉ、ｐ型材料としてＮを用い得る。

【００３９】結晶成長時においては、Ｈ₂Ｓｅ、Ｈ₂Ｓの
成長面への供給をマスフローコントローラーにより厳密
に制御し、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層２３との格子整合がと
れるようにカルコパイライト族化合物半導体でなるｐ型
クラッド層２４、活性層２５、ｎ型クラッド層２６中の
Ｓ組成比ｚを調節する。これにより、ｎ型ＧａＡｓ_{1- x}
Ｐ_x層２３とｐ型クラッド層２４、活性層２５、ｎ型ク
ラッド層２６との格子不整合を０．１％以内に抑えるこ
とが可能である。また、結晶成長時には、Ｃｕの供給量
とＧａおよびＡｌの供給量との比を一定に保つようにし
て、化学量論を満足させる。そして、ＧａとＡｌの組成
比ｙを変化させて、適切な禁制帯幅をもつように調節す
る。

【００４０】なお、カルコパイライト族化合物半導体を
用いて半導体素子を作製する場合は、III−Ｖ族化合物
半導体を成長させる成長室と、カルコパイライト族化合
物半導体を成長させる成長室とはそれぞれ別個であるこ
とが好ましい。この実施例のように、ＧＳＭＢＥ法で作
製する場合は、基板搬送室と、III−Ｖ族化合物半導体
用の成長室と、カルコパイライト族化合物半導体用の成
長室とが真空通路によって連結された装置を用いること
が好ましい。

【００４１】ｎ型ＧａＡｓ_1-wＰ_w層２７上に窒化珪素膜
２８をプラズマ気相成長（ＰＣＶＤ）法によって成長さ
せる。この窒化珪素膜２８を、通常のホトリソグラフィ
ー法およびエッチング法を用いて部分的に除去してスト
ライプ２９を形成する。蒸着により上記電極２１０、２
１１を形成する。

【００４２】電極形成後、ウェハーをストライプ２９と
直行する面で劈開して分割し、共振器を形成し、半導体
素子とする。この半導体素子は、半導体レーザ素子とし
て使用することができる。

【００４３】上記半導体素子を半導体レーザ素子として
用いる場合には、クラッド層２４、２６と活性層２５と
の間にエネルギー障壁が必要となるので、クラッド層２
４、２６および活性層２５を形成するＣｕ（Ｇａ_1-yＡ
ｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂におけるＡｌの組成比ｙをそれぞ
れｙ₁、ｙ₃、ｙ₂とし、Ｓの組成比ｚをｚ₁、ｚ₃、ｚ₂と
すると、クラッド層のＡｌ組成比ｙ₁、ｙ₃を活性層のＡ
ｌ組成比ｙ₂より大きく設定し、好ましくは、ｙ₁、ｙ₃
をｙ₂より０．２以上大きくする。なお、ｙ₁、ｙ₃は通
常等しい値とする。

【００４４】例えば、組成比ｙおよびｚの値を下記表１
に示すように設定した場合は、その発振波長は同表１に
示させる値となる。それぞれのＣｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）
（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂に格子整合するＧａＡｓ_1-xＰ_xの組成
比ｘも合わせて表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】ところで、実施例２の半導体素子において
は、その発振波長を短くしようとするほど、ＧａＡｓ
_1-xＰ_x層２３およびＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層２７
と、クラッド層２４、２６との禁制帯幅の差が大きくな
るため、電流の注入が困難になることがある。その場合
は、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層２３とクラッド層２３との間およ
びＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層２７とクラッド層２６と
の間に、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層２３およびＧａＡｓ_1-wＰ_wコ
ンタクト層２７の禁制帯幅と、クラッド層２４、２６の
禁制帯幅の中間の値の禁制帯幅をもつＣｕ（Ｇａ_1-sＡ
ｌ_s）（Ｓｅ_1-tＳ_t）₂層を設けるとよい。この層におけ
るＡｌ組成比ｓは、クラッド層２４、２６におけるＡｌ
組成比ｙ₁、ｙ₃より小さい値とする。なお、ｔはｚ₁、
ｚ₂、ｚ₃と同じでよい。

【００４７】第２発明に用いられるカルコパイライト族
化合物半導体は、上記の組成比のものだけでなく、Ｇａ
Ａｓ_1-xＰ_xの格子定数とほぼ一致する格子定数を有する
Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂が使用され得
る。

【００４８】また、上記構造は、第３発明の半導体素子
にも適用できる。その場合は、基板２２０上に形成され
る半導体層の材料として（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vＰ
（ｕおよびｖは０より大で１以下である）が用いられ
る。また、この際、活性層のみをＧａＡｌＩｎＰとし、
クラッド層としてＣｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）
₂を用いた構成とすることも可能である。

【００４９】上記２種の系の化合物半導体について、以
下に説明する。

【００５０】図８には、Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ
_1-zＳ_z）₂と（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_{1- v}Ｐにおける格子
定数と禁制帯幅との関係および発光波長との関係が示さ
れている。

【００５１】第２発明に使用されるＣｕ（Ｇａ_1-yＡ
ｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂においては、図８に示したよう
に、波長７８０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内の光、すなわ
ち近赤外から紫外の領域内の光を得ることが可能な組成
比を有する。しかも、その組成比においては、ＧａＡｓ
_1-xＰ_xの格子定数とほぼ一致する格子定数を有する。

【００５２】すなわち、Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ
_1-zＳ_z）₂では所望の波長の発光が得られるように上記
組成比ｙ、ｚを選択することができ、該組成比のＣｕ
（Ｇａ_{1- y}Ａｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂における格子定数と
ＧａＡｓ_1-xＰ_xの格子定数とが一致するように組成比
ｙ、ｚ及びｘを調節することにより、Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡ
ｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂層とＧａＡｓ_1-xＰ_x層とを格子整
合させることができる。

【００５３】第３発明に使用される（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_v
Ｉｎ_1-vＰにおいても、上記カルコパイライト族化合物
半導体と同様にして、（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vＰの格
子定数とＧａＡｓ_1-xＰ_xの格子定数とが一致するように
組成比ｕ、ｖおよびｘを調節することにより、ＧａＡｓ
_1-xＰ_x層と格子整合させることが可能である。この系の
材料では、６５０ｎｍから５３０ｎｍ程度の発光が可能
であり（間接遷移では５００ｎｍ程度までの禁制帯幅を
有するが実用的でなく、直接遷移領域に限定される）、
短波長側の発光領域は５３０ｎｍ程度までに留まってお
り、上記カルコパイライト系材料を用いた場合ほど短波
長の光を得ることはできないが、赤色から緑色までの広
い範囲で発光することが可能である。ＧａＡｓ基板を用
い、該基板と格子整合するＧａＡｌＩｎＰ系材料を用い
て発光部を作製した従来の半導体素子では、６３０ｎｍ
までの発光が限界であったので、これと比較するとかな
り広い範囲の発色が得られる発光素子を作製することが
可能である。

【００５４】上述のように、Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓ
ｅ_1-zＳ_z）₂および（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vＰは、禁
制帯幅が大きくなるようにそれぞれの組成比ｙ、ｚ、
ｕ、ｖを変えてもＧａＡｓ_1-xＰ_xの格子定数とほぼ一致
する格子定数が得られる。よって、上記基板上にＣｕ
（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂または（Ｇａ_1-uＡｌ
_u）_vＩｎ_1-vＰでなる発光部を作製することによって、
広い領域の光の発振が可能で、しかも基板と半導体層と
が格子整合しているため歪みが生じない半導体素子を作
製することができる。

【００５５】また、所望の発色が可能で、ＧａＡｓ_1-x
Ｐ_xと格子整合できる組成比の範囲内においては、十分
に大きな禁制帯幅の差が得られるように、異なる組成比
の半導体材料を選択することができるので、これら半導
体材料を用いてクラッド層と活性層を形成することによ
って、半導体レーザ素子として十分利用し得る半導体素
子が得られる。

【００５６】本実施例においては、基板２２０上に積層
形成した半導体層の最上部に、コンタクト層としてＧａ
Ａｓ_1-wＰ_w層２７があるので、オーミック電極の形成が
容易になる。

【００５７】実施例２の半導体素子においては、電極ス
トライプ型のダブルヘテロ構造の素子としたが、クラッ
ド層を二重にしたＳＣＨ（Separate Confinement Heter
ostructure）型、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded Index Sep
arate Confinement Heterostructure）型等のＧａＡｓ
系半導体レーザ素子として用いられている他の構造にお
いても第２発明および第３発明を適用することができ
る。活性層の格子定数を大きくして活性層に圧縮応力の
かかった歪み量子井戸構造、リッジストライプ型屈折率
導波路構造とするとなお好ましい。

【００５８】本実施例の半導体素子においては、発振さ
れるレーザ光の波長が４５０ｎｍ、集光径が最大０．５
μｍ程度である半導体レーザ素子を提供することが可能
である。よって、従来のＧａＡｓ系半導体レーザ素子の
集光径が最大０．８μｍ程度であることと比較すると、
集光径の上限を４０％程度小さくすることができる。そ
のため、光ディスク記録システムの記録密度を従来より
２．５倍程度まで向上させることができる。

【００５９】（実施例３）図３は第２発明の半導体素子
の実施例を示す模式図である。この半導体素子において
使用される基板３２０は実施例１に示した基板と同様の
構造であり、ｎ型ベース基板３１、ｎ型超格子バッファ
層３２、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層３３を有する。基板３２
０の上に積層された第１ｎ型半導体層３４、第２ｎ型半
導体層３５、第３ｎ型半導体層３６においては、第２ｎ
型半導体層３５、第３ｎ型半導体層３６の一部が除去さ
れ、その下の層が一部露出されるような階段状に形成さ
れている。これらｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層３３上に積層さ
れた第ｎ型半導体層３４、第２ｎ型半導体層３５、第３
ｎ型半導体層３６は、Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ_{1- z}
Ｓ_z）₂からなるカルコパイライト族化合物半導体で形成
される。図中斜線で示した部分、すなわち、第１ｎ型層
３４において上面が露出された部分３７、第２ｎ型半導
体層３５において上面が露出された部分３８および、第
３ｎ型半導体層３６の上部３９は、拡散不純物が拡散さ
れておりｐ型層となっている。これにより、第１ｎ型半
導体層３４、第２ｎ型半導体３５、第３ｎ型半導体層３
６とそれぞれのｐ型拡散領域３７、３８、３９との接合
部分においてそれぞれｐｎ接合が形成される。

【００６０】基板３１側にはｎ型電極３１０が、半導体
層側にはｐ型電極３１１、３１２、３１３が形成されて
いる。

【００６１】この半導体素子においては、ＭＢＥ法を用
いて基板３２０の上に第１ｎ型半導体層３４、第２ｎ型
半導体層３５、第３ｎ型半導体層３６を形成することが
できる。

【００６２】カルコパイライト族化合物半導体の原料と
しては、高純度のＣｕ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｅを用い、ｎ型
ド−ピング材料としてＳｉを用いた。成長時には、過剰
のＳｅを供給する。Ｃｕの供給量とＧａおよびＡｌの供
給量の比を一定に保つようにして化学量論を満足させ、
実施例２と同様にしてＧａとＡｌの割合のみを必要に応
じて変える。ＭＢＥ法においては、複数の蒸気圧の高い
元素、例えば、ＳとＳｅとを制御して格子整合条件を満
足させることは困難であるが、この半導体素子では、VI
族元素としてＳｅのみを使用する構成とすると、容易に
格子整合が取れる。その場合の格子不整合は０．１％以
内に抑えることができる。半導体層の成長は、実施例２
と同じ装置が使用できる。

【００６３】第３ｎ型半導体層３６を形成後、通常のホ
トリソグラフィーおよびイオンビームエッチングを２回
繰り返すことにより、第２ｎ型半導体層３５および第３
ｎ型半導体層３６の一部を除去し、それらの下層を一部
露出させる。次いで、通常のホトリソグラフィーおよび
不純物拡散を用いてｐ型拡散領域３７、３８、３９を形
成する。さらに基板３１０側にｎ型電極３１０、半導体
層側にｐ型電極３１１、３１２、３１３を形成する。

【００６４】この半導体素子に電流を注入すると、第１
ｎ型半導体層３４とそのｐ型拡散領域３７との界面、第
２ｎ型半導体層３５とそのｐ型拡散領域３８との界面、
第３ｎ型半導体層３６とそのｐ型拡散領域３９との界面
のそれぞれの界面においてｐｎ接合が形成されているた
め、接合面において電子と正孔の再結合がおこり、各層
の禁制帯幅に対応した発光λ₁、λ₂、λ₃が得られる。

【００６５】本実施例においては、ベース基板３１とし
てＧａＡｓ用い、拡散不純物としてＺｎを用いた。第１
ｎ型半導体層３４、第２ｎ型半導体層３５および第３ｎ
型半導体層３６を形成するＣｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ
_1-zＳ_z）₂におけるＡｌの組成比ｙをそれぞれｙ₄、
ｙ₅、ｙ₆、Ｓの組成比ｚをそれぞれｚ₄、ｚ₅、ｚ₆と
し、各半導体層の詳細および各層における発色光を以下
に示す。ＧａＡｓ_1-xＰ_x層３３の組成比ｘは０．２５と
した。

【００６６】第１ｎ型半導体層３４：ｙ₄＝０．３２、
ｚ₄＝０、λ₁＝６３５ｎｍ（赤色）、 第２ｎ型半導体
層35：ｙ₅＝０．６、ｚ₅＝０、λ₂＝５５０ｎｍ（緑
色）、第３ｎ型半導体層３６：ｙ₆＝１、ｚ₆＝０、λ₃
＝４６０ｎｍ（青色）。

【００６７】よって、通電する電極を選択することによ
り、この半導体素子においては任意の発光波長を得るこ
とができ、さらに、各層への電流注入量を調節すること
によりフルカラー発光または白色発光が可能になる。

【００６８】本実施例の半導体素子は発光ダイオード素
子として用いることができる。

【００６９】（実施例４）図４は第２発明の半導体素子
の実施例を示す模式図である。この半導体素子において
使用される基板４２０は実施例１に示した基板と同様の
構造であり、ｎ型ベース基板４１、ｎ型超格子バッファ
層４２、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層４３を有する。

【００７０】基板４２０の上に積層されたノンドープ第
１バリア層４４、ノンドープ第１発光層４５、ノンドー
プ第２バリア層４６、ノンドープ第２発光層４７、ノン
ドープ第３バリア層４８、ノンドープ第３発光層４９、
ノンドープ第４バリア層４１０は、Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡ
ｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂からなるカルコパイライト族化合
物半導体で形成される。

【００７１】かかる構成の上に、メサ状のｐ型ＧａＡｓ
_1-wＰ_wコンタクト層４１１が形成されており、さらにそ
の上にｐ型電極４１３が形成されている。基板４１側に
は、全面にｎ型電極４１４が形成されている。

【００７２】この実施例では、ＭＯＶＰＥ法を用いて基
板４２０上に半導体層を形成した。III−Ｖ族化合物半
導体の原料としては、高純度のＧａ（Ｃ₂Ｈ₅）₃、Ａｓ
Ｈ₃、ＰＨ₃を用い、カルコパイライト族化合物半導体の
原料としては、Ｃ₅Ｈ₅Ｃｕ・Ｐ（Ｃ₂Ｈ₅）₃、Ｇａ（Ｃ₂
Ｈ₅）₃、Ａｌ（Ｃ₂Ｈ₅）₃、Ｈ₂Ｓｅ、Ｈ₂Ｓを用いた。
ドーピング材料としては、III−Ｖ族化合物半導体層に
はｎ型材料としてＨ₂Ｓｅ、ｐ型材料としてＺｎ（Ｃ₂Ｈ
₅）₂を用いた。カルコパイライト族化合物半導体でなる
上記各層の成長に際しては、Ｈ₂ＳｅおよびＨ₂Ｓの成長
面への供給量をマスフローコントローラーによって厳密
に制御し、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層４３と格子整合するよ
うに調節する。

【００７３】ｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層４１１形
成後、通常のホトリソグラフィーおよびイオンビームエ
ッチングによってｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層４１
１の一部をメサ部４１２を残して除去し、ノンドープ第
４バリア層４１０の一部を露出させる。

【００７４】基板４２０の全面にｎ型電極４１４を、上
記メサ部４１２上にｐ型電極を蒸着によって形成する。

【００７５】図５においてこの半導体素子の要部の禁制
帯幅構造を示す。図５中、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層４３の
禁制帯幅を４３ａ、ノンドープ第１バリア層４４の禁制
帯幅を４４ａ、ノンドープ第１発光層４５の禁制帯幅を
４５ａ、ノンドープ第２バリア層４６の禁制帯幅を４６
ａ、ノンドープ第２発光層４７の禁制帯幅を４７ａ、ノ
ンドープ第３バリア層４８の禁制帯幅を４８ａ、ノンド
ープ第３発光層４９の禁制帯幅を４９ａ、ノンドープ第
４バリア層４１０の禁制帯幅を４１０ａ、ｐ型ＧａＡｓ
_1-wＰ_wコンタクト層４１１の禁制帯幅を４１１ａで示
す。

【００７６】この半導体素子に電流を注入すると、ノン
ドープ第１バリア層４４からノンドープ第４バリア層４
１０にいたるノンドープ層に電子ｅおよび正孔ｈが注入
され、エネルギー障壁に囲まれたノンドープ第１発光層
４５、ノンドープ第２発光層４７およびノンドープ第３
発光層４９において上記電子ｅおよび正孔ｈが再結合す
ることによって発光が各層の禁制帯幅に対応した発光λ
₄、λ₅、λ₆が得られる。

【００７７】この実施例においては、ベース基板４１と
してＧａＡｓを用いた。ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層４３上の
Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂からなる第１バ
リア層４４、第１発光層４５、第２バリア層４６、第２
発光層４７、第３バリア層４８、第３発光層４９および
第４バリア層４１０のＡｌ組成比ｙをそれぞれｙ₇、
ｙ₈、ｙ₉、ｙ₁₀、ｙ₁₁、ｙ₁₂、ｙ₁₃とし、Ｓ組成比ｚを
それぞれｚ₇、ｚ₈、ｚ₉、z₁₀、ｚ₁₁、ｚ₁₂、ｚ₁₃とす
る。各半導体層の詳細および各層における発色光を以下
に示す。ＧａＡｓ_1-xＰ_x層４３の組成比ｘは０．５とし
た。

【００７８】第１バリア層４４：ｙ₇＝０．４３、ｚ₇＝
０．２、第１発光層45：ｙ₈＝０．１４、ｚ₈＝０．２、
λ₄＝６３５ｎｍ（赤色）、第２バリア層４６：ｙ₉＝
０．６７、ｚ₉＝０．２、第２発光層４７：ｙ₁₀＝０．
４３、ｚ₁₀、＝０．２、λ₅＝５５０ｎｍ（緑色）、第
３バリア層４８ｙ₁₁＝１、ｚ₁₁＝０．２、第３発光層4
9：ｙ₁₂＝０．９、ｚ₁₂＝０．２、λ₆＝４５０ｎｍ（青
色）、第４バリア層４１０：ｙ₁₃＝１、ｚ₁₃＝０．２。

【００７９】この半導体素子においては、電流注入が各
層に個別に行われず、各層に同時に注入される。よっ
て、この素子単独で実施例３のように単色光を得ること
はできない。しかし、各色の発光強度を調節することに
よって白色光を得ることができる。また、素子の出射端
面に各色に対応したフィルターを備えることにより、そ
れぞれの色に分離した単色光を得ることが可能である。

【００８０】本実施例の半導体素子は発光ダイオード素
子として使用することができる。

【００８１】ところで、本実施例においては、図５に示
すように、ｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層４１１の禁
制帯幅４１１ａとノンドープ第３バリア層４１０の禁制
帯幅４１０ａとの差が大きいため、正孔の注入が容易で
なく、高抵抗化する恐れがある。それを防止するために
は、ｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層４１１と格子整合
でき、ｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層４１１の禁制帯
幅４１１ａと、ノンドープ第３バリア層４１０の禁制帯
幅４１０ａとの中間の値の禁制帯幅をもつ層を設けると
よい。例えば、上述した例においては、Ａｌ_0.75Ｉｎ
_0.25Ｐ層を用いるとよい。

【００８２】本実施例においては、基板４２０上に積層
形成した半導体層の最上部に、コンタクト層としてＧａ
Ａｓ_1-wＰ_w層４１１があるので、オーミック電極の形成
が容易になる。

【００８３】（実施例５）図６は第３発明の半導体素子
の実施例を示す縦断面図である。この半導体素子におい
て使用される基板６２０は実施例１に示した基板と同様
の構造であり、ｎ型ベース基板６１、ｎ型超格子バッフ
ァ層６２、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層６３を有する。基板６
２０の上に積層されたｎ型クラッド層６４、ノンドープ
活性層６５、メサストライプ部６８を有するｐ型クラッ
ド層６６、ｐ型正孔注入層６７は（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩ
ｎ_1-vＰで形成されている。上記メサストライプ部６８
の両側にはｎ型電流狭窄層６９が形成されている。さら
に、上記正孔注入層６７とｎ型電流狭窄層６９の上に、
ｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層６１０が積層形成され
ている。基板６２０およびｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタク
ト層６１０には、それぞれｎ型電極６１１、ｐ型電極６
１２が蒸着形成されている。

【００８４】この半導体素子は、以下のようにして作製
される。

【００８５】まず、ウェハー状のｎ型基板６１上に上記
した半導体層をそれぞれ積層形成する。本実施例では、
ＭＯＶＰＥ法を用いて形成した。（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩ
ｎ_1-vＰの成長材料としてＧａ（Ｃ₂Ｈ₅）₃、Ａｌ（Ｃ₂
Ｈ₅）₃、Ｉｎ（Ｃ₂Ｈ₅）₃、ＡｓＨ₃、ＰＨ₃を用いた。
この材料系において、Ｇａ、Ａｓの供給量とＩｎの供給
量とを制御することにより、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層６３
との格子整合がとれるようにして半導体層を成長させ
る。これにより、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層６３とｎ型クラ
ッド層６４、活性層６５およびｐ型クラッド層６６との
格子不整合を０．１％以内に抑えることが可能である。
ドーピング材料としては、ｎ型材料としてＨ₂Ｓｅ、ｐ
型材料としてＺｎ（Ｃ₂Ｈ₅）₂を用いた。

【００８６】ｐ型ＧａＡｌＩｎＰ正孔注入層６７形成
後、ｐ型ＧａＡｌＩｎＰ正孔注入層６７上にストライプ
状の窒化珪素膜（図示せず）を形成する。この窒化珪素
膜をマスクとして、通常のホトリソグラフィー法および
エッチング法を用いてｐ型正孔注入層６７およびｐ型ク
ラッド層６６を部分的に除去し、メサストライプ部６８
を形成する。メサストライプ部６８上部に上記窒化珪素
膜を残したまま、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x電流狭窄層６９を
積層する。この際、成長選択性により、窒化珪素膜上す
なわちメサストライプ部６８の上部にはＧａＡｓＰの結
晶は成長されない。メサストライプ部６８上部の窒化珪
素膜を除去した後、ｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層６
１０を、再びＭＯＶＰＥ法によって形成する。基板６１
側にｎ型電極６１１、ｐ型ＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層
６１０側にｐ型電極をそれぞれ蒸着形成する。

【００８７】電極形成後、ウェハーをストライプと直行
する面で劈開して分割し共振器を形成する。

【００８８】本実施例においては、ベース基板６１とし
てＧａＡｓを用い、ｎ型電流狭窄層６９は層６３と同じ
ｎ型Ｇａ_1-xＡｓ_xＰを用いて形成した。上記構成の半導
体素子において、（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vＰで形成さ
れるｎ型クラッド層６４、ノンドープ活性層６５、ｐ型
クラッド層６６、ｐ型電流注入層６７におけるＡｌの組
成比ｕをそれぞれｕ₁、ｕ₂、ｕ₃、ｕ₄とし、ＧａＡｌの
組成比ｖをそれぞれｖ₁、ｖ₂、ｖ₃、ｖ₄とする。上記半
導体素子を半導体レーザ素子として用いる場合には、ク
ラッド層６４、６６と活性層６５との間にエネルギー障
壁が必要となるので、Ａｌ組成比ｕ₁およびｕ₃をｕ₂よ
り大きく設定し、好ましくは、ｕ₁およびｕ₃をｕ₂より
０．２以上大きくする。なお、ｕ₁、ｕ₃は通常等しい値
とする。各半導体層の詳細を以下に示す。ＧａＡｓ_1-x
Ｐ_x層６３の組成比ｘは０．２５とした。

【００８９】ｎ型クラッド層６４：ｕ₁＝１、ｖ₁＝０．
６４、ノンドープ活性層６５：ｕ₂＝０、ｖ₂＝０．６
４、ｐ型クラッド層６６：ｕ₃＝１、ｖ₃＝０．６４、ｐ
型電流注入層６５：ｕ₄＝０、ｖ₄＝０．６４。

【００９０】波長５９０ｎｍの黄色の発光が得られる半
導体素子が得られた。この半導体素子は、半導体レーザ
素子として使用することができる。

【００９１】従来は、活性層にＡｌを含有するＧａＡｌ
ＩｎＰ系材料を用いた場合においても、６３０ｎｍ程度
までの短波長化しか実現できなかった。本実施例によれ
ば、活性層にＡｌが含有されずとも、５９０ｎｍの発光
が得られる素子を作製できた。よって、活性層のＡｌ組
成比を増加させることにより、さらに短波長で発光する
半導体素子を作製することが可能である。

【００９２】本実施例においては、基板６２０上に積層
形成した半導体層の最上部に、コンタクト層としてＧａ
Ａｓ_1-wＰ_w層６１１があるので、オーミック電極の形成
が容易になる。

【００９３】実施例５の半導体素子においては、電極ス
トライプ型のダブルヘテロ構造としたが、クラッド層を
二重にしたＳＣＨ（Separate Confinement Heterostruc
ture）型、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded Index Separate
Confinement Heterostructure）型等のＧａＡｓ系半導
体レーザ素子として用いられている他の構造においても
本発明を適用することができる。活性層の格子定数を大
きくして活性層に圧縮応力のかかった歪み量子井戸構
造、リッジストライプ型屈折率導波路構造とするとなお
好ましい。

【００９４】本実施例の半導体素子においては、発振さ
れるレーザ光の波長が５９０ｎｍ、集光径が最大０．６
μｍ程度である半導体レーザ素子を提供することが可能
である。よって、従来のＧａＡｓ系半導体レーザ素子の
集光径が最大０．８μｍ程度であることと比較すると、
集光径の上限を２０％程度小さくすることができる。そ
のため、光ディスク記録システムの記録密度を従来より
１．５倍程度まで向上させることができる。

【００９５】（実施例６）図７は第３発明の半導体素子
の実施例を示す縦断面図である。この半導体素子におい
て使用される基板７２０は実施例１に示した基板と同様
の構造であり、ｎ型ベース基板７１、ｎ型超格子バッフ
ァ層７２、ｎ型ＧａＡｓ_1-xＰ_x層７３を有する。

【００９６】基板７２０の上に積層されたｎ型クラッド
層７４、ノンドープ活性層７５、ｐ型クラッド層７６は
（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vＰで形成されている。

【００９７】かかる構成の上に、メサ状のｐ型ＧａＡｓ
_1-wＰ_wコンタクト層７７が形成されており、さらにその
上にｐ型電極７１１が形成されている。基板７１側に
は、全面電極７１０が形成されている。

【００９８】この半導体素子においては、実施例５と同
様にして半導体層が積層され、実施例４と同様にしてメ
サの形成および電極の形成が行われる。

【００９９】この実施例においては、ベース基板７１と
してＧａＡｓを用いた。上記構成の半導体素子において
（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vＰで形成されるｎ型クラッド
層７４、ノンドープ活性層７５、ｐ型クラッド層７６に
おけるＡｌ組成比ｕをそれぞれｕ₅、ｕ₆、ｕ₇とし、Ｇ
ａＡｌの組成比ｖをそれぞれｖ₅、ｖ₆、ｖ₇とする。上
記半導体素子を発光ダイオードとして用いる場合には、
クラッド層７４、７６と活性層７５との間にエネルギー
障壁を設けた方が高効率の発光が可能となる。Ａｌ組成
比ｕ₅およびｕ₇をｕ₆より大きく設定し、好ましくは、
ｕ₅およびｕ₇をｕ₆より０．１以上大きくする。なお、
通常ｕ₅およびｕ₇は等しい値とする。各半導体層の詳細
を以下に示す。ＧａＡｓ_1-xＰ_x層７３の組成比ｘは０．
５とした。

【０１００】ｐ型クラッド層７４：ｕ₅＝１、ｖ₅＝０．
７５、ノンドープ活性層７５：ｕ₆＝０、ｖ₆＝０．７
５、ｎ型クラッド層７６：ｕ₇＝１、ｖ₇＝０．７５。

【０１０１】この半導体素子においては５６０ｎｍの緑
色の発光が得られた。活性層のＡｌ組成比ｕ₆を大きく
することにより５３０ｎｍまでの短波長化が可能であ
る。

【０１０２】上記実施例２から実施例６の半導体素子
は、すべて室温連続発振が可能であった。

【０１０３】上記実施例２から実施例６においては、半
導体発光素子として用い得る半導体素子を示したが、本
発明の半導体素子用基板は、これら実施例の半導体素子
以外でも、ＧａＡｓ_1-xＰ_xに格子整合する半導体を用い
て作製する半導体素子において適用することが可能であ
る。

【０１０４】

【発明の効果】本発明の半導体素子用基板は、ＧａＡｓ
またはＧａＰからなるベース基板の上に、格子欠陥のな
い平坦なＧａＡｓ_1-xＰ_x層が形成されているため、該Ｇ
ａＡｓ_1-xＰ_x層の上に安定して半導体層を形成すること
ができる。本発明の半導体素子用基板を用いることによ
り、高効率で動作し得る半導体素子を提供することがで
きる。

【０１０５】さらに、上記ＧａＡｓ_1-xＰ_x層は、禁制帯
幅が大きく、かつ禁制帯幅の領域が広い半導体材料と格
子整合することが可能である。よって、この半導体用基
板を用いることにより、同一基板上に同一材料系の半導
体を用いて広い領域の発光が得られる半導体素子を提供
することができる。

【０１０６】本発明の半導体素子は、広い領域の光を発
振できる半導体発光素子として好適に用いることがで
き、本発明の半導体素子を用いることにより、フルカラ
ーディスプレーを作製することができる。

【０１０７】また本発明によれば短波長半導体レーザ素
子を作製することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の半導体用基板の縦断面図である。

【図２】実施例２の半導体素子の縦断面図である。

【図３】実施例３の半導体素子の模式図である。

【図４】実施例４の半導体素子の模式図である。

【図５】実施例４の半導体素子における禁制帯幅構造を
示す図である。

【図６】実施例５の半導体素子の縦断面図である。

【図７】実施例６の半導体素子の縦断面図である。

【図８】Ｃｕ（Ｇａ_1-yＡｌ_y）（Ｓｅ_1-zＳ_z）₂と（Ｇ
ａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vの格子定数と禁制帯幅との関係お
よび発光波長との関係を表す図である。

【符号の説明】

１、２１、３１、４１、５１、６１、７１ ベース基板 ２、２２、３２、４２、５２、６２、７２ バッファ層 ３、２３、３３、４３、５３、６３、７３ ＧａＡｓ
_1-xＰ_x層 ２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０ 基
板 ２７、４１１、６１０、７７ ＧａＡｓ_1-wＰ_w層 ２４、６４、７４ ｎ型クラッド層 ２５、６５、７５ 活性層 ２６、６６、７６ ｐ型クラッド層 ３４、３５、３６ ｎ型半導体層 ３７、３８、３９ ｐ型拡散領域 ４４、４６、４８、４１０ バリア層 ４５、４７、４９ 発光層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＧａＡｓまたはＧａＰからなるベース基板
   の上に、ＧａＡｓ層とＧａＰ層とが交互に積層された超
   格子体からなるバッファ層と、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層（ｘは
   ０より大で１未満）とがこの順に積層された半導体素子
   用基板。
2. 【請求項２】ＧａＡｓまたはＧａＰからなるベース基板
   の上に、ＧａＡｓ層とＧａＰ層とが交互に積層された超
   格子体からなるバッファ層と、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層（ｘは
   ０より大で１未満）とがこの順に積層された半導体素子
   用基板の上に、該ＧａＡｓ_1-xＰ_x層の格子定数とほぼ等
   しい格子定数を有するＣｕ（Ｇａ_{1- y}Ａｌ_y）（Ｓｅ_1-z
   Ｓ_z）₂（ｙは０以上１以下であり、ｚは０以上１未満で
   ある）からなるカルコパイライト族化合物半導体層が積
   層された半導体素子。
3. 【請求項３】ＧａＡｓまたはＧａＰからなるベース基板
   の上に、ＧａＡｓ層とＧａＰ層とが交互に積層された超
   格子体からなるバッファ層と、ＧａＡｓ_1-xＰ_x層（ｘは
   ０より大で１未満）とがこの順に積層された半導体素子
   用基板の上に、該ＧａＡｓ_1-xＰ_x層の格子定数とほぼ等
   しい格子定数を有する（Ｇａ_1-uＡｌ_u）_vＩｎ_1-vＰ層
   （ｕは０以上１以下であり、ｖは０より大で１以下であ
   る）が積層された半導体素子。
4. 【請求項４】前記基板上に形成された半導体層の最上層
   がＧａＡｓ_1-wＰ_wコンタクト層（ｗは０より大で１未満
   である）である請求項２および請求項３記載の半導体素
   子。