JPH07193278A - 半導体人工積層構造材料及び電流注入型発光素子 - Google Patents
半導体人工積層構造材料及び電流注入型発光素子Info
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- JPH07193278A JPH07193278A JP33092393A JP33092393A JPH07193278A JP H07193278 A JPH07193278 A JP H07193278A JP 33092393 A JP33092393 A JP 33092393A JP 33092393 A JP33092393 A JP 33092393A JP H07193278 A JPH07193278 A JP H07193278A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好なレーザー発振特性を実現することので
きる半導体人工積層構造材料、及びこの材料を用いた電
流注入型発光素子を提供する。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板５６の上に、ｎ型ＺｎＭｎ
ＳＳｅクラッド層５５、ｎ型ＺｎＣｄＳ光閉じ込め層５
４、ノンドープＺｎＣｄＳＳｅ活性層５１、ｐ型ＺｎＣ
ｄＳ光閉じ込め層５２、ｐ型ＺｎＭｎＳＳｅクラッド層
５３、ｐ+ ＺｎＳｅコンタクト層５８の順に結晶成長を
行う。絶縁層６０としてＳｉＯ2 を用いて酸化膜ストラ
イプを形成し、その上から金（Ａｕ）を全面に真空蒸着
することによって電極５９を形成する。ｎ型ＧａＡｓ基
板５６の裏面に、Ｉｎを用いて電極５７を形成する。
きる半導体人工積層構造材料、及びこの材料を用いた電
流注入型発光素子を提供する。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板５６の上に、ｎ型ＺｎＭｎ
ＳＳｅクラッド層５５、ｎ型ＺｎＣｄＳ光閉じ込め層５
４、ノンドープＺｎＣｄＳＳｅ活性層５１、ｐ型ＺｎＣ
ｄＳ光閉じ込め層５２、ｐ型ＺｎＭｎＳＳｅクラッド層
５３、ｐ+ ＺｎＳｅコンタクト層５８の順に結晶成長を
行う。絶縁層６０としてＳｉＯ2 を用いて酸化膜ストラ
イプを形成し、その上から金（Ａｕ）を全面に真空蒸着
することによって電極５９を形成する。ｎ型ＧａＡｓ基
板５６の裏面に、Ｉｎを用いて電極５７を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可視領域、特に緑から
青色での発光を可能にする半導体人工積層構造材料、及
びこの材料を用いた電流注入型発光素子に関する。
青色での発光を可能にする半導体人工積層構造材料、及
びこの材料を用いた電流注入型発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、発光素子及びその作製のために必
要な材料の研究開発は多岐にわたっており、赤外、及び
赤色から黄色にかけては主としてＩＩＩーＶ族化合物半
導体を用いて各種の発光ダイオードやレーザーが実用化
されている。一方、青色領域での発光素子を作製するに
は、この波長域に相当する禁制帯幅を有する物質を使用
することが必要であり、ＩＩーＶＩ族化合物半導体が有
望視されてきた。しかし、これらの結晶は相当程度イオ
ン性を有するため、自己補償効果などの影響によって電
気伝導型の制御が極めて困難であり、未だデバイスを作
製するには至っていなかった。ＩＩＩーＶ族化合物半導
体の利用技術がＩＩーＶＩ族のそれに比べて進展が速か
った他の理由としては、格子整合系での結晶成長が可能
な組合わせが存在し、それらによってデバイスの作製が
なされた点を挙げることができる。さらに、基板として
用いることのできる高品質なバルク単結晶がＧａＡｓな
どＩＩＩーＶ族の物質であることも大きな要因であっ
た。尚、発光素子などの光関連のデバイスを作製するに
当たっては、良質な単結晶を成長させることが必要不可
欠である。
要な材料の研究開発は多岐にわたっており、赤外、及び
赤色から黄色にかけては主としてＩＩＩーＶ族化合物半
導体を用いて各種の発光ダイオードやレーザーが実用化
されている。一方、青色領域での発光素子を作製するに
は、この波長域に相当する禁制帯幅を有する物質を使用
することが必要であり、ＩＩーＶＩ族化合物半導体が有
望視されてきた。しかし、これらの結晶は相当程度イオ
ン性を有するため、自己補償効果などの影響によって電
気伝導型の制御が極めて困難であり、未だデバイスを作
製するには至っていなかった。ＩＩＩーＶ族化合物半導
体の利用技術がＩＩーＶＩ族のそれに比べて進展が速か
った他の理由としては、格子整合系での結晶成長が可能
な組合わせが存在し、それらによってデバイスの作製が
なされた点を挙げることができる。さらに、基板として
用いることのできる高品質なバルク単結晶がＧａＡｓな
どＩＩＩーＶ族の物質であることも大きな要因であっ
た。尚、発光素子などの光関連のデバイスを作製するに
当たっては、良質な単結晶を成長させることが必要不可
欠である。
【０００３】しかし、ＩＩーＶＩ族の場合には、デバイ
スの作製を可能にするほどの高品質な単結晶基板が存在
しない上、２元系においては、ダイオードレーザーなど
の作製に必要な、格子整合性が良好で、かつ、禁制帯幅
の異なる組合わせが存在しないという問題があった。
スの作製を可能にするほどの高品質な単結晶基板が存在
しない上、２元系においては、ダイオードレーザーなど
の作製に必要な、格子整合性が良好で、かつ、禁制帯幅
の異なる組合わせが存在しないという問題があった。
【０００４】そこで、３元系、４元系などを用いること
により、格子不整合の程度を軽減しつつ禁制帯幅を制御
し、また、近年になってラジカルドーピング法が開発さ
れたことにより、ＺｎＳｅの伝導型制御が実現され、よ
うやくダイオードレーザーの発振が実現した。
により、格子不整合の程度を軽減しつつ禁制帯幅を制御
し、また、近年になってラジカルドーピング法が開発さ
れたことにより、ＺｎＳｅの伝導型制御が実現され、よ
うやくダイオードレーザーの発振が実現した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体レー
ザーの長時間動作、信頼性、安定性ためには発振敷居値
の低減が必要であるが、その値に影響を与える要因とし
ては種々のものが考えられる。端面反射率などはデバイ
スの構造によってある程度制御することができるもの
の、材料の性質そのものに起因する要因については材料
特性の改変を必要とする。また、他の条件がほぼ同じで
あっても、ＩＩーＶＩ系でのレーザーの発振敷居値はＧ
ａＡｓなどのそれに比較してかなり高くなってしまう傾
向にある。
ザーの長時間動作、信頼性、安定性ためには発振敷居値
の低減が必要であるが、その値に影響を与える要因とし
ては種々のものが考えられる。端面反射率などはデバイ
スの構造によってある程度制御することができるもの
の、材料の性質そのものに起因する要因については材料
特性の改変を必要とする。また、他の条件がほぼ同じで
あっても、ＩＩーＶＩ系でのレーザーの発振敷居値はＧ
ａＡｓなどのそれに比較してかなり高くなってしまう傾
向にある。
【０００６】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、良好なレーザー発振特性を実現することのできる
半導体人工積層構造材料、及びこの材料を用いた電流注
入型発光素子を提供することを目的とする。
ため、良好なレーザー発振特性を実現することのできる
半導体人工積層構造材料、及びこの材料を用いた電流注
入型発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体人工積層構造材料の第１の構成
は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記Ａ層の一方
側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、か
つ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＢ1 層と、前記Ａ層の他方の側に配さ
れ、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記
Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体か
らなるＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前記Ａ層とは反対側に配
され、前記Ｂ 1 層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷
移型半導体からなるＣ1 層と、前記Ｂ 2 層の前記Ａ層と
は反対側に配され、前記Ｂ2 層よりも大きな禁制帯幅を
有する直接遷移型半導体からなるＣ2 層とを備えてなる
ものである。
め、本発明に係る半導体人工積層構造材料の第１の構成
は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記Ａ層の一方
側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、か
つ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＢ1 層と、前記Ａ層の他方の側に配さ
れ、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記
Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体か
らなるＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前記Ａ層とは反対側に配
され、前記Ｂ 1 層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷
移型半導体からなるＣ1 層と、前記Ｂ 2 層の前記Ａ層と
は反対側に配され、前記Ｂ2 層よりも大きな禁制帯幅を
有する直接遷移型半導体からなるＣ2 層とを備えてなる
ものである。
【０００８】また、本発明に係る半導体人工積層構造材
料の第２の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、
前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層
よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からな
るＢ層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正
の整数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＣ1 層と、前記ＡＢ層の他方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＣ2 層とを備えてなるものである。
料の第２の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、
前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層
よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からな
るＢ層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正
の整数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＣ1 層と、前記ＡＢ層の他方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＣ2 層とを備えてなるものである。
【０００９】また、前記半導体人工積層構造材料の第１
又は第２の構成においては、Ａ層としてＺｎＳa Ｓｅ
1-a （０＜ａ＜１）混晶を用い、Ｂ層としてＺｎ1-b Ｃ
ｄb Ｓ（０＜ｂ＜１）混晶を用い、Ｃ層としてＺｎ1-c
Ｍc Ｓ1-d Ｓｅd （０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１）（但し、
ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は複数種類の元
素）混晶を用いるのが好ましい。
又は第２の構成においては、Ａ層としてＺｎＳa Ｓｅ
1-a （０＜ａ＜１）混晶を用い、Ｂ層としてＺｎ1-b Ｃ
ｄb Ｓ（０＜ｂ＜１）混晶を用い、Ｃ層としてＺｎ1-c
Ｍc Ｓ1-d Ｓｅd （０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１）（但し、
ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は複数種類の元
素）混晶を用いるのが好ましい。
【００１０】また、前記半導体人工積層構造材料の第１
又は第２の構成においては、Ａ層としてＺｎ1-e Ｃｄe
Ｓ（０＜ｅ＜１）を用い、Ｂ層としてＺｎ1-f Ｍf Ｓ
1-g Ｓｅg （０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１）を用い、Ｃ層と
してＺｎ1-h Ｍh Ｓ1-i Ｓｅi（１＜ｈ＜０、１＜ｉ＜
０、ｆ＜ｈ、ｇ＞ｉ）（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、
Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂ
のうち１種類又は複数種類の元素）を用いるのが好まし
い。
又は第２の構成においては、Ａ層としてＺｎ1-e Ｃｄe
Ｓ（０＜ｅ＜１）を用い、Ｂ層としてＺｎ1-f Ｍf Ｓ
1-g Ｓｅg （０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１）を用い、Ｃ層と
してＺｎ1-h Ｍh Ｓ1-i Ｓｅi（１＜ｈ＜０、１＜ｉ＜
０、ｆ＜ｈ、ｇ＞ｉ）（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、
Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂ
のうち１種類又は複数種類の元素）を用いるのが好まし
い。
【００１１】また、前記半導体人工積層構造材料の第１
又は第２の構成においては、Ａ層としてＺｎ1-j Ｃｄj
Ｓ1-k Ｓｅk （１＜ｊ＜０、１＜ｋ＜０）を用い、Ｂ層
としてＺｎ1-m Ｃｄm Ｓ（０＜ｍ＜１）を用い、Ｃ層と
してＺｎ1-n Ｍn Ｓ1-p Ｓｅ p （０＜ｎ＜１、０＜ｐ＜
１）（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は
複数種類の元素）用いるのが好ましい。
又は第２の構成においては、Ａ層としてＺｎ1-j Ｃｄj
Ｓ1-k Ｓｅk （１＜ｊ＜０、１＜ｋ＜０）を用い、Ｂ層
としてＺｎ1-m Ｃｄm Ｓ（０＜ｍ＜１）を用い、Ｃ層と
してＺｎ1-n Ｍn Ｓ1-p Ｓｅ p （０＜ｎ＜１、０＜ｐ＜
１）（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は
複数種類の元素）用いるのが好ましい。
【００１２】また、本発明に係る電流注入型発光素子の
第１の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるＢ 1 層と、前記Ａ層の他方側
に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、か
つ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前記Ａ層とは反
対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁制帯幅を有す
る直接遷移型半導体からなるＣ1 層と、前記Ｂ2 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ2 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＣ2 層とを備
えた半導体人工積層構造材料と、前記Ｃ1 層及びＣ2 層
の上に形成され、それぞれの電気伝導型と同じ電気伝導
型を有する導電性材料層と、前記導電性材料層の上に形
成された電極とを少なくとも備え、前記人工積層構造材
料部分に電圧を印加して電流を流すことにより動作する
電流注入型発光素子であって、前記Ｂ1 層及びＢ2 層と
前記Ｃ1 層及びＣ2 層とはそれぞれの一方が他方の電気
伝導型とは異なり、前記Ｂ1 層及びＣ1 層と前記Ｂ2 層
及びＣ2 層とはそれぞれ同じ電気伝導型を有することを
特徴とする。
第１の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるＢ 1 層と、前記Ａ層の他方側
に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、か
つ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前記Ａ層とは反
対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁制帯幅を有す
る直接遷移型半導体からなるＣ1 層と、前記Ｂ2 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ2 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＣ2 層とを備
えた半導体人工積層構造材料と、前記Ｃ1 層及びＣ2 層
の上に形成され、それぞれの電気伝導型と同じ電気伝導
型を有する導電性材料層と、前記導電性材料層の上に形
成された電極とを少なくとも備え、前記人工積層構造材
料部分に電圧を印加して電流を流すことにより動作する
電流注入型発光素子であって、前記Ｂ1 層及びＢ2 層と
前記Ｃ1 層及びＣ2 層とはそれぞれの一方が他方の電気
伝導型とは異なり、前記Ｂ1 層及びＣ1 層と前記Ｂ2 層
及びＣ2 層とはそれぞれ同じ電気伝導型を有することを
特徴とする。
【００１３】また、本発明に係る電流注入型発光素子の
第２の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層より
も大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＢ
層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の整
数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配され、
前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導
体からなるＣ1 層と、前記ＡＢ層の他方側に配され、前
記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体
からなるＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料と、
前記Ｃ1 層及びＣ2 層の上に形成され、それぞれの電気
伝導型と同じ電気伝導型を有する導電性材料層と、前記
導電性材料層の上に形成された電極とを少なくとも備
え、前記人工積層構造材料部分に電圧を印加して電流を
流すことにより動作する電流注入型発光素子であって、
前記Ｃ1 層及びＣ2 層は一方が他方の電気伝導型と異な
ることを特徴とする。
第２の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層より
も大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＢ
層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の整
数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配され、
前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導
体からなるＣ1 層と、前記ＡＢ層の他方側に配され、前
記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体
からなるＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料と、
前記Ｃ1 層及びＣ2 層の上に形成され、それぞれの電気
伝導型と同じ電気伝導型を有する導電性材料層と、前記
導電性材料層の上に形成された電極とを少なくとも備
え、前記人工積層構造材料部分に電圧を印加して電流を
流すことにより動作する電流注入型発光素子であって、
前記Ｃ1 層及びＣ2 層は一方が他方の電気伝導型と異な
ることを特徴とする。
【００１４】また、本発明に係る電流注入型発光素子の
第３の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるｐ型のＢ1 層と、前記Ａ層の
他方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有
し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接
遷移型半導体からなるｎ型のＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるｐ型のＣ1 層
と、前記Ｂ2 層の前記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ
2 層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体か
らなるｎ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料
と、前記Ｃ 1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも高いホー
ル濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体からなる導電
性材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｎ型ＧａＡｓ
と、前記ｎ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上に形成
され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔａ、
Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む材料
からなる電極とを少なくとも備えてなるものである。
第３の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるｐ型のＢ1 層と、前記Ａ層の
他方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有
し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接
遷移型半導体からなるｎ型のＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるｐ型のＣ1 層
と、前記Ｂ2 層の前記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ
2 層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体か
らなるｎ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料
と、前記Ｃ 1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも高いホー
ル濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体からなる導電
性材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｎ型ＧａＡｓ
と、前記ｎ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上に形成
され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔａ、
Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む材料
からなる電極とを少なくとも備えてなるものである。
【００１５】また、本発明に係る電流注入型発光素子の
第４の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるｎ型のＢ1 層と、前記Ａ層の
他方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有
し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接
遷移型半導体からなるｐ型のＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるｎ型のＣ1 層
と、前記Ｂ2 層の前記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ
2 層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体か
らなるｐ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料
と、前記Ｃ 1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも高い電子
濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体からなる導電性
材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｐ型ＧａＡｓと、
前記ｐ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上に形成さ
れ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、
Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む材料から
なる電極とを少なくとも備えてなるものである。
第４の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるｎ型のＢ1 層と、前記Ａ層の
他方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有
し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接
遷移型半導体からなるｐ型のＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるｎ型のＣ1 層
と、前記Ｂ2 層の前記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ
2 層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体か
らなるｐ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料
と、前記Ｃ 1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも高い電子
濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体からなる導電性
材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｐ型ＧａＡｓと、
前記ｐ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上に形成さ
れ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、
Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む材料から
なる電極とを少なくとも備えてなるものである。
【００１６】また、本発明に係る電流注入型発光素子の
第５の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層より
も大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＢ
層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の整
数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配され、
前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導
体からなるｐ型のＣ1層と、前記ＡＢ層の他方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるｎ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層
構造材料と、前記Ｃ1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも
高いホール濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体から
なる導電性材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｎ型Ｇ
ａＡｓと、前記ｎ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上
に形成され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む
材料からなる電極とを少なくとも備えてなるものであ
る。
第５の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層より
も大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＢ
層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の整
数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配され、
前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導
体からなるｐ型のＣ1層と、前記ＡＢ層の他方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるｎ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層
構造材料と、前記Ｃ1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも
高いホール濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体から
なる導電性材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｎ型Ｇ
ａＡｓと、前記ｎ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上
に形成され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む
材料からなる電極とを少なくとも備えてなるものであ
る。
【００１７】また、本発明に係る電流注入型発光素子の
第６の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層より
も大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＢ
層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の整
数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配され、
前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導
体からなるｎ型のＣ1層と、前記ＡＢ層の他方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるｐ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層
構造材料と、前記Ｃ1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも
高い電子濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体からな
る導電性材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｐ型Ｇａ
Ａｓと、前記ｐ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上に
形成され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む
材料からなる電極とを少なくとも備えてなるものであ
る。
第６の構成は、直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層より
も大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＢ
層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の整
数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配され、
前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導
体からなるｎ型のＣ1層と、前記ＡＢ層の他方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるｐ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層
構造材料と、前記Ｃ1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも
高い電子濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体からな
る導電性材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｐ型Ｇａ
Ａｓと、前記ｐ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上に
形成され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む
材料からなる電極とを少なくとも備えてなるものであ
る。
【００１８】
【作用】前記本発明の半導体人工積層構造材料の第１又
は第２の構成によれば、レーザー構造を作製した際に活
性層に相当する薄層に原子レベルで見て僅かながら引張
応力がかかり、平坦性に優れた界面を有する高品質な結
晶成長が可能になると共に、光閉じ込めが可能な材料を
得ることができるので、良好なレーザー発振特性を実現
することができる。
は第２の構成によれば、レーザー構造を作製した際に活
性層に相当する薄層に原子レベルで見て僅かながら引張
応力がかかり、平坦性に優れた界面を有する高品質な結
晶成長が可能になると共に、光閉じ込めが可能な材料を
得ることができるので、良好なレーザー発振特性を実現
することができる。
【００１９】また、前記本発明の電流注入型発光素子の
第１〜第６の構成によれば、結晶性に優れ、かつ、光閉
じ込めが可能な半導体人工積層構造材料を用いているた
めに、引張応力によって価電子帯頂上付近におけるバン
ドの縮退が解け、正孔の有効質量が小さくなる。また、
多重量子井戸を用いた場合には、サブバンドが形成さ
れ、かつ、トンネル効果が作用する。その結果、良好な
レーザー発振特性を有する電流注入型発光素子を実現す
ることができる。
第１〜第６の構成によれば、結晶性に優れ、かつ、光閉
じ込めが可能な半導体人工積層構造材料を用いているた
めに、引張応力によって価電子帯頂上付近におけるバン
ドの縮退が解け、正孔の有効質量が小さくなる。また、
多重量子井戸を用いた場合には、サブバンドが形成さ
れ、かつ、トンネル効果が作用する。その結果、良好な
レーザー発振特性を有する電流注入型発光素子を実現す
ることができる。
【００２０】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体例
に説明する。 （実施例１）図１は本発明に係る半導体人工積層構造材
料の一実施例を示す構造断面図である。
に説明する。 （実施例１）図１は本発明に係る半導体人工積層構造材
料の一実施例を示す構造断面図である。
【００２１】図１において、１はＡ層、２はＢ1 層、３
はＣ1 層、４はＢ2 層、５はＣ2 層である。本実施例１
においては、Ａ層１としてＺｎＣｄＳＳｅ、Ｂ1 層２及
びＢ 2 層４としてＺｎＣｄＳ、Ｃ1 層３及びＣ2 層５と
してＺｎＭｎＳＳｅを用いている。
はＣ1 層、４はＢ2 層、５はＣ2 層である。本実施例１
においては、Ａ層１としてＺｎＣｄＳＳｅ、Ｂ1 層２及
びＢ 2 層４としてＺｎＣｄＳ、Ｃ1 層３及びＣ2 層５と
してＺｎＭｎＳＳｅを用いている。
【００２２】Ｂ1 層２及びＢ2 層４の格子定数と禁制帯
幅は、その目的によって完全に同一にする場合と、結晶
性及び材料特性全体を乱さない範囲において意図的に差
異を設ける場合とがあり、また、Ｃ1 層３及びＣ2 層５
に関しても同様のことが言えるが、本実施例１において
は、それぞれを同一にした場合を例に挙げて説明する。
幅は、その目的によって完全に同一にする場合と、結晶
性及び材料特性全体を乱さない範囲において意図的に差
異を設ける場合とがあり、また、Ｃ1 層３及びＣ2 層５
に関しても同様のことが言えるが、本実施例１において
は、それぞれを同一にした場合を例に挙げて説明する。
【００２３】また、このような人工積層構造を有する結
晶を成長させるには、要求される純度及び成長の制御性
から真空中における製膜方法が適しており、例えば化学
的気相成長法（ＣＶＤ法）などでも可能であるが、本実
施例１においては、最適と考えられる分子線エピタキシ
ー法（ＭＢＥ法）を例に挙げて説明する。
晶を成長させるには、要求される純度及び成長の制御性
から真空中における製膜方法が適しており、例えば化学
的気相成長法（ＣＶＤ法）などでも可能であるが、本実
施例１においては、最適と考えられる分子線エピタキシ
ー法（ＭＢＥ法）を例に挙げて説明する。
【００２４】図１の構造をＭＢＥ法によって成長させる
手順は以下のとおりである。尚、本実施例１において使
用したＭＢＥ装置は、通常広く利用されているものであ
るため、その説明は省略し、主な結晶成長条件について
のみ説明する。
手順は以下のとおりである。尚、本実施例１において使
用したＭＢＥ装置は、通常広く利用されているものであ
るため、その説明は省略し、主な結晶成長条件について
のみ説明する。
【００２５】超高真空成膜室は、成膜に先立って１０
-10 Ｔｏｒｒ台まで十分に排気しておく。原料として
は、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｍｎ及びＺｎＳを用いた。尚、
Ｓを含む層を形成するためにＳ元素単体又はＨ2 Ｓガス
のクラッキングによる方法もあるが、前者はその蒸気圧
が非常に高いために、ＭＢＥ装置の真空維持に必要なベ
ーキングを行うことができず、また、後者はクラッキン
グの効率が悪いために、十分な数のＳ原子を得ることが
できず、さらに、付着率も低いために実用には適してい
ない。そこで、本発明者等は、原料として以前からＺｎ
Ｓ化合物を用いてきた。
-10 Ｔｏｒｒ台まで十分に排気しておく。原料として
は、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｃｄ、Ｍｎ及びＺｎＳを用いた。尚、
Ｓを含む層を形成するためにＳ元素単体又はＨ2 Ｓガス
のクラッキングによる方法もあるが、前者はその蒸気圧
が非常に高いために、ＭＢＥ装置の真空維持に必要なベ
ーキングを行うことができず、また、後者はクラッキン
グの効率が悪いために、十分な数のＳ原子を得ることが
できず、さらに、付着率も低いために実用には適してい
ない。そこで、本発明者等は、原料として以前からＺｎ
Ｓ化合物を用いてきた。
【００２６】所望の半導体人工積層構造材料、ここでは
Ａ層１にＺｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓ0.6 Ｓｅ0.4 、Ｂ1 層２及
びＢ2 層４にＺｎ0.57Ｃｄ0.43Ｓ、Ｃ1 層３及びＣ2 層
５にＺｎ0.77Ｍｎ0.23Ｓ0.17Ｓｅ0.83の組成を有する混
晶層からなる材料を作製するためには、条件の確認とし
て各混晶層をそれぞれ単独で形成し得る分子線条件を見
い出し、それぞれの膜のフォトルミネセンスのバンド端
発光や励起スペクトルからこれらの禁制帯幅を見積って
おく必要がある。成膜に要する分子線強度は、マニピュ
レーターに取り付けられたモニター用の電離真空計での
読みでＺｎが６×１０-7Ｔｏｒｒ、Ｓｅが１．２×１０
-6Ｔｏｒｒ、Ｃｄが１．１×１０-6Ｔｏｒｒ、Ｍｎが
１．２×１０-7Ｔｏｒｒ、ＺｎＳが８×１０-7Ｔｏｒｒ
であった。また、禁制帯幅は、Ｚｎ0.2 Ｃｄ0.3 Ｓ0.6
Ｓｅ0.4 層が２．６５ｅＶ、Ｚｎ0. 57Ｃｄ0.43Ｓ層が
２．８４ｅＶ、Ｚｎ0.77Ｍｎ0.23Ｓ0.17Ｓｅ0.83層が
３．０５ｅＶであった。
Ａ層１にＺｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓ0.6 Ｓｅ0.4 、Ｂ1 層２及
びＢ2 層４にＺｎ0.57Ｃｄ0.43Ｓ、Ｃ1 層３及びＣ2 層
５にＺｎ0.77Ｍｎ0.23Ｓ0.17Ｓｅ0.83の組成を有する混
晶層からなる材料を作製するためには、条件の確認とし
て各混晶層をそれぞれ単独で形成し得る分子線条件を見
い出し、それぞれの膜のフォトルミネセンスのバンド端
発光や励起スペクトルからこれらの禁制帯幅を見積って
おく必要がある。成膜に要する分子線強度は、マニピュ
レーターに取り付けられたモニター用の電離真空計での
読みでＺｎが６×１０-7Ｔｏｒｒ、Ｓｅが１．２×１０
-6Ｔｏｒｒ、Ｃｄが１．１×１０-6Ｔｏｒｒ、Ｍｎが
１．２×１０-7Ｔｏｒｒ、ＺｎＳが８×１０-7Ｔｏｒｒ
であった。また、禁制帯幅は、Ｚｎ0.2 Ｃｄ0.3 Ｓ0.6
Ｓｅ0.4 層が２．６５ｅＶ、Ｚｎ0. 57Ｃｄ0.43Ｓ層が
２．８４ｅＶ、Ｚｎ0.77Ｍｎ0.23Ｓ0.17Ｓｅ0.83層が
３．０５ｅＶであった。
【００２７】これらの混晶層を用いて図１の構成を有す
る半導体人工積層構造材料を作製した。各層の厚さはＡ
層１が１００オングストローム、Ｂ1 層２及びＢ2 層４
が３０００オングストローム、Ｃ1 層３が１５００オン
グストローム、Ｃ2 層５が１μｍである。上記の組成に
よる材料の組合わせにおいては、Ａ層１（ＺｎＣｄＳＳ
ｅ）の格子定数はＢ1 層２及びＢ2 層４（ＺｎＣｄＳ）
の格子定数よりも小さいことから、Ａ層１には引張応力
が働いている。尚、Ｃ1 層３及びＣ2 層５（ＺｎＭｎＳ
Ｓｅ）の格子定数はＢ1 層２及びＢ2 層４の格子定数と
ほぼ等しくなっている。また、Ａ層１の禁制帯幅（２．
６ｅＶ）はＢ1 層２及びＢ2 層４の禁制帯幅（２．８４
ｅＶ）よりも小さく、Ｃ1 層３及びＣ2 層５の禁制帯幅
は３．０５ｅＶである。
る半導体人工積層構造材料を作製した。各層の厚さはＡ
層１が１００オングストローム、Ｂ1 層２及びＢ2 層４
が３０００オングストローム、Ｃ1 層３が１５００オン
グストローム、Ｃ2 層５が１μｍである。上記の組成に
よる材料の組合わせにおいては、Ａ層１（ＺｎＣｄＳＳ
ｅ）の格子定数はＢ1 層２及びＢ2 層４（ＺｎＣｄＳ）
の格子定数よりも小さいことから、Ａ層１には引張応力
が働いている。尚、Ｃ1 層３及びＣ2 層５（ＺｎＭｎＳ
Ｓｅ）の格子定数はＢ1 層２及びＢ2 層４の格子定数と
ほぼ等しくなっている。また、Ａ層１の禁制帯幅（２．
６ｅＶ）はＢ1 層２及びＢ2 層４の禁制帯幅（２．８４
ｅＶ）よりも小さく、Ｃ1 層３及びＣ2 層５の禁制帯幅
は３．０５ｅＶである。
【００２８】図２は材料の光励起特性を測定するための
システム図である。上記のような格子定数及び禁制帯幅
の関係を有する半導体人工積層構造材料を大きさ１ｍｍ
×６ｍｍのチップに劈開し、図２の光励起特性測定シス
テムを用いて、材料チップ２３のＣ1 層３側から窒素レ
ーザー２１（波長３３７ｎｍ）の光を照射し、材料の断
面からの発光をレンズ系２４を用いて集光し、モノクロ
メーター２５とデーター処理系２６とによってスペクト
ル及び出力特性を評価した。ＮＤフィルター２２を用い
て材料チップ２３に照射する窒素レーザー光のパワー密
度を制御し、７７ケルビン（液体窒素温度）における光
励起特性を見ると、励起パワー密度がある大きさＰthよ
りも低い場合には広がった発光が観測された。また、励
起パワー密度をＰthよりもさらに大きくしていくと、単
色性に極めて優れた鋭い発光が見られるようになった。
この単色の発光波長に着目して励起パワー依存性を調べ
てみたところ、図３のような結果を得た。この急激に立
ち上がる発光特性は、明らかにレーザー発振を示すもの
である。すなわち、図１に示す本実施例１の半導体人工
積層構造材料においては、Ａ層１が活性層、Ｂ1 層２及
びＢ2 層４が光閉じ込め層として働くことを示してい
る。
システム図である。上記のような格子定数及び禁制帯幅
の関係を有する半導体人工積層構造材料を大きさ１ｍｍ
×６ｍｍのチップに劈開し、図２の光励起特性測定シス
テムを用いて、材料チップ２３のＣ1 層３側から窒素レ
ーザー２１（波長３３７ｎｍ）の光を照射し、材料の断
面からの発光をレンズ系２４を用いて集光し、モノクロ
メーター２５とデーター処理系２６とによってスペクト
ル及び出力特性を評価した。ＮＤフィルター２２を用い
て材料チップ２３に照射する窒素レーザー光のパワー密
度を制御し、７７ケルビン（液体窒素温度）における光
励起特性を見ると、励起パワー密度がある大きさＰthよ
りも低い場合には広がった発光が観測された。また、励
起パワー密度をＰthよりもさらに大きくしていくと、単
色性に極めて優れた鋭い発光が見られるようになった。
この単色の発光波長に着目して励起パワー依存性を調べ
てみたところ、図３のような結果を得た。この急激に立
ち上がる発光特性は、明らかにレーザー発振を示すもの
である。すなわち、図１に示す本実施例１の半導体人工
積層構造材料においては、Ａ層１が活性層、Ｂ1 層２及
びＢ2 層４が光閉じ込め層として働くことを示してい
る。
【００２９】結晶成長の過程を反射高速電子線回折（Ｒ
ＨＥＥＤ）を用いて観察したところ、活性層の成長中の
ＲＨＥＥＤパターンは、活性層に圧縮応力が働く場合に
比べ引張応力が働く本実施例１の場合の方が細長くシャ
ープであり、平坦性の良好な成長表面を示した。すなわ
ち、高品質な結晶を作製し易いことを示しており、レー
ザー発振にとって重要な利点となる。
ＨＥＥＤ）を用いて観察したところ、活性層の成長中の
ＲＨＥＥＤパターンは、活性層に圧縮応力が働く場合に
比べ引張応力が働く本実施例１の場合の方が細長くシャ
ープであり、平坦性の良好な成長表面を示した。すなわ
ち、高品質な結晶を作製し易いことを示しており、レー
ザー発振にとって重要な利点となる。
【００３０】（実施例２）図４は本発明に係る半導体人
工積層構造材料の他の実施例を示す構造断面図である。
工積層構造材料の他の実施例を示す構造断面図である。
【００３１】図４において、４１はＡＢ層、４２及び４
３はＣ層である。ＡＢ層４１は、異なるＡ層及びＢ層を
交互に積層したものであり、本実施例２においては、Ａ
層としてＺｎＣｄＳＳｅ、Ｂ層としてＺｎＣｄＳ、Ｃ層
としてＺｎＭｎＳＳｅを用いた。
３はＣ層である。ＡＢ層４１は、異なるＡ層及びＢ層を
交互に積層したものであり、本実施例２においては、Ａ
層としてＺｎＣｄＳＳｅ、Ｂ層としてＺｎＣｄＳ、Ｃ層
としてＺｎＭｎＳＳｅを用いた。
【００３２】結晶成長は、上記実施例１と同様にＭＢＥ
法を用いて行い、分子線強度などの条件も同様にし、積
層構造の制御は各層の成長に必要な分子線の照射時間を
制御することによって行った。Ａ層に層厚７０オングス
トロームのＺｎ0.2 Ｃｄ0.8Ｓ0.6 Ｓｅ0.4 、Ｂ層に層
厚１００オングストロームのＺｎ0.57Ｃｄ0.43Ｓ、Ｃ層
４２に層厚１５００オングストロームのＺｎ0.7 Ｍｎ
0.3 Ｓ0.17Ｓｅ0.83、Ｃ層４３に層厚１μｍのＺｎ0.77
Ｍｎ0.23Ｓ0.17Ｓｅ0.83の組成を有する混晶層からなる
材料を用いて積層構造を形成した。ここで、Ａ層とＢ層
の繰り返し数Ｎは７である。
法を用いて行い、分子線強度などの条件も同様にし、積
層構造の制御は各層の成長に必要な分子線の照射時間を
制御することによって行った。Ａ層に層厚７０オングス
トロームのＺｎ0.2 Ｃｄ0.8Ｓ0.6 Ｓｅ0.4 、Ｂ層に層
厚１００オングストロームのＺｎ0.57Ｃｄ0.43Ｓ、Ｃ層
４２に層厚１５００オングストロームのＺｎ0.7 Ｍｎ
0.3 Ｓ0.17Ｓｅ0.83、Ｃ層４３に層厚１μｍのＺｎ0.77
Ｍｎ0.23Ｓ0.17Ｓｅ0.83の組成を有する混晶層からなる
材料を用いて積層構造を形成した。ここで、Ａ層とＢ層
の繰り返し数Ｎは７である。
【００３３】この半導体人工積層構造材料を大きさ１ｍ
ｍ×６ｍｍのチップに劈開し、図２の光励起特性測定シ
ステムを用いて、材料チップ２３のＣ層４２側から窒素
レーザー２１（波長３３７ｎｍ）の光を照射し、材料の
断面からの発光をレンズ系２４を用いて集光し、モノク
ロメーター２５とデーター処理系２６とによってスペク
トル及び出力特性を評価した。ＮＤフィルター２２を用
いて材料チップ２３に照射する窒素レーザー光のパワー
密度を制御し、７７ケルビン（液体窒素温度）での光励
起特性を見ると、励起パワー密度がある大きさＰthより
も低い場合には広がった発光が観測された。また、励起
パワー密度をＰthよりもさらに高くしていくと、単色性
に極めて優れた鋭い発光が見られるようになった。この
単色の発光波長に着目して励起パワー依存性を調べてみ
たところ、上記実施例１の図３と同様に急激に立ち上が
る発光特性を示し、明らかにレーザー発振が確認され
た。すなわち、図４に示す本実施例２の半導体人工積層
構造材料においては、ＡＢ層４１が活性層、Ｃ層４２、
４３が光閉じ込め層として働くことが示された。
ｍ×６ｍｍのチップに劈開し、図２の光励起特性測定シ
ステムを用いて、材料チップ２３のＣ層４２側から窒素
レーザー２１（波長３３７ｎｍ）の光を照射し、材料の
断面からの発光をレンズ系２４を用いて集光し、モノク
ロメーター２５とデーター処理系２６とによってスペク
トル及び出力特性を評価した。ＮＤフィルター２２を用
いて材料チップ２３に照射する窒素レーザー光のパワー
密度を制御し、７７ケルビン（液体窒素温度）での光励
起特性を見ると、励起パワー密度がある大きさＰthより
も低い場合には広がった発光が観測された。また、励起
パワー密度をＰthよりもさらに高くしていくと、単色性
に極めて優れた鋭い発光が見られるようになった。この
単色の発光波長に着目して励起パワー依存性を調べてみ
たところ、上記実施例１の図３と同様に急激に立ち上が
る発光特性を示し、明らかにレーザー発振が確認され
た。すなわち、図４に示す本実施例２の半導体人工積層
構造材料においては、ＡＢ層４１が活性層、Ｃ層４２、
４３が光閉じ込め層として働くことが示された。
【００３４】尚、上記実施例１、２においては、Ａ層と
してＺｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓ0.6 Ｓｅ0. 4 混晶、Ｂ層として
Ｚｎ0.57Ｃｄ0.43Ｓ混晶、Ｃ層としてＺｎ0.77Ｍｎ0.23
Ｓ0. 17Ｓｅ0.83混晶を用いているが、必ずしもこの組合
わせに限定されるものではなく、Ａ層としてＺｎＳa Ｓ
ｅ1-a （０＜ａ＜１）混晶を用い、Ｂ層としてＺｎ1- b
Ｃｄb Ｓ（０＜ｂ＜１）混晶を用い、Ｃ層としてＺｎ
1-c Ｍc Ｓ1-d Ｓｅd （０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１）（但
し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は複数種類
の元素）混晶を用いる組合わせ、Ａ層としてＺｎ1-e Ｃ
ｄe Ｓ（０＜ｅ＜１）を用い、Ｂ層としてＺｎ1-f Ｍf
Ｓ1-g Ｓｅg （０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１）を用い、Ｃ層
としてＺｎ 1-h Ｍh Ｓ1-i Ｓｅi （１＜ｈ＜０、１＜ｉ
＜０、ｆ＜ｈ、ｇ＞ｉ）（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｐｂのうち１種類又は複数種類の元素）を用いる組合わ
せ、あるいはＡ層としてＺｎ1- j Ｃｄj Ｓ1-k Ｓｅ
k （１＜ｊ＜０、１＜ｋ＜０）を用い、Ｂ層としてＺｎ
1-mＣｄm Ｓ（０＜ｍ＜１）を用い、Ｃ層としてＺｎ
1-n Ｍn Ｓ1-p Ｓｅp （０＜ｎ＜１、０＜ｐ＜１）（但
し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は複数種類
の元素）用いる組合わせを採用しても、それぞれの混晶
層の組成を制御することによって同様の効果を得ること
ができる。
してＺｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓ0.6 Ｓｅ0. 4 混晶、Ｂ層として
Ｚｎ0.57Ｃｄ0.43Ｓ混晶、Ｃ層としてＺｎ0.77Ｍｎ0.23
Ｓ0. 17Ｓｅ0.83混晶を用いているが、必ずしもこの組合
わせに限定されるものではなく、Ａ層としてＺｎＳa Ｓ
ｅ1-a （０＜ａ＜１）混晶を用い、Ｂ層としてＺｎ1- b
Ｃｄb Ｓ（０＜ｂ＜１）混晶を用い、Ｃ層としてＺｎ
1-c Ｍc Ｓ1-d Ｓｅd （０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１）（但
し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は複数種類
の元素）混晶を用いる組合わせ、Ａ層としてＺｎ1-e Ｃ
ｄe Ｓ（０＜ｅ＜１）を用い、Ｂ層としてＺｎ1-f Ｍf
Ｓ1-g Ｓｅg （０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１）を用い、Ｃ層
としてＺｎ 1-h Ｍh Ｓ1-i Ｓｅi （１＜ｈ＜０、１＜ｉ
＜０、ｆ＜ｈ、ｇ＞ｉ）（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｐｂのうち１種類又は複数種類の元素）を用いる組合わ
せ、あるいはＡ層としてＺｎ1- j Ｃｄj Ｓ1-k Ｓｅ
k （１＜ｊ＜０、１＜ｋ＜０）を用い、Ｂ層としてＺｎ
1-mＣｄm Ｓ（０＜ｍ＜１）を用い、Ｃ層としてＺｎ
1-n Ｍn Ｓ1-p Ｓｅp （０＜ｎ＜１、０＜ｐ＜１）（但
し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は複数種類
の元素）用いる組合わせを採用しても、それぞれの混晶
層の組成を制御することによって同様の効果を得ること
ができる。
【００３５】（実施例３）図５は本発明に係る電流注入
型発光素子の一実施例を示す断面構造図である。各層に
使用する材料の組合わせとしては、上記実施例１、２に
示す各種のものが考えられるが、発振波長、発振敷居値
の相異以外は基本特性が共通しているため、本実施例３
においては、素子構造の代表例として、活性層５１にＺ
ｎＣｄＳＳｅ、光閉じ込め層５２、５４にＺｎＣｄＳ、
クラッド層５３、５５にＺｎＭｎＳＳｅを用いた場合を
例に挙げて説明する。尚、Ｚｎ1-x Ｃｄx Ｓ1-y Ｓｅy
を活性層としている本実施例３の構造においては、発振
波長はＣｄ組成ｘ及びＳｅ組成ｙに依存し、Ｃｄ組成ｘ
あるいはＳｅ組成ｙの増加に伴って長くなっていく。
型発光素子の一実施例を示す断面構造図である。各層に
使用する材料の組合わせとしては、上記実施例１、２に
示す各種のものが考えられるが、発振波長、発振敷居値
の相異以外は基本特性が共通しているため、本実施例３
においては、素子構造の代表例として、活性層５１にＺ
ｎＣｄＳＳｅ、光閉じ込め層５２、５４にＺｎＣｄＳ、
クラッド層５３、５５にＺｎＭｎＳＳｅを用いた場合を
例に挙げて説明する。尚、Ｚｎ1-x Ｃｄx Ｓ1-y Ｓｅy
を活性層としている本実施例３の構造においては、発振
波長はＣｄ組成ｘ及びＳｅ組成ｙに依存し、Ｃｄ組成ｘ
あるいはＳｅ組成ｙの増加に伴って長くなっていく。
【００３６】本電流注入型発光素子の作製は、基板上に
半導体人工積層構造材料を形成することから始まる。Ｇ
ａＡｓ基板をアセトン、メチルアルコールで脱脂した
後、５０℃の硫酸：過酸化水素水：水＝５：１：１溶液
により約２分間にわたってエッチング処理を施し、十分
に（１０〜１５分程度）超純水で洗い流し、乾燥窒素を
吹き付けることによって乾燥させる。直ちにＭｏ製の基
板ホルダー上にＩｎを用いて張り付け、分子線エピタキ
シー装置内に装着して真空に排気する。背圧が１０-10
Ｔｏｒｒ台に到達した後、各分子線源の温度を上げ所定
の分子線強度が得られるように調節する。上記の組成を
有する混晶層の形成条件は、マニピュレーターに取付け
られたモニター用の電離真空計での読みでＺｎが６×１
０-7Ｔｏｒｒ、Ｓｅが１．２×１０-6Ｔｏｒｒ、Ｃｄが
１．１×１０-6Ｔｏｒｒ、Ｍｎが１．２×１０-7Ｔｏｒ
ｒ、ＺｎＳが８×１０-7Ｔｏｒｒである。また、各層の
伝導型制御のためのドーピングは、ｎ型形成にはＺｎＣ
ｌ2 の加熱分解によって供給される塩素（Ｃｌ）を用
い、ｐ型形成には窒素プラズマから供給される窒素ラジ
カルを用いる。成膜条件が整ったら、基板表面の反射高
速電子線回折像（ＲＨＥＥＤ）を観察しながら基板温度
を６００℃付近まで上げ、鋭く細いストリークパターン
によって表面酸化膜が除去されたことを確認した後、基
板温度を結晶成長温度（ここでは、３２５℃）まで下げ
る。
半導体人工積層構造材料を形成することから始まる。Ｇ
ａＡｓ基板をアセトン、メチルアルコールで脱脂した
後、５０℃の硫酸：過酸化水素水：水＝５：１：１溶液
により約２分間にわたってエッチング処理を施し、十分
に（１０〜１５分程度）超純水で洗い流し、乾燥窒素を
吹き付けることによって乾燥させる。直ちにＭｏ製の基
板ホルダー上にＩｎを用いて張り付け、分子線エピタキ
シー装置内に装着して真空に排気する。背圧が１０-10
Ｔｏｒｒ台に到達した後、各分子線源の温度を上げ所定
の分子線強度が得られるように調節する。上記の組成を
有する混晶層の形成条件は、マニピュレーターに取付け
られたモニター用の電離真空計での読みでＺｎが６×１
０-7Ｔｏｒｒ、Ｓｅが１．２×１０-6Ｔｏｒｒ、Ｃｄが
１．１×１０-6Ｔｏｒｒ、Ｍｎが１．２×１０-7Ｔｏｒ
ｒ、ＺｎＳが８×１０-7Ｔｏｒｒである。また、各層の
伝導型制御のためのドーピングは、ｎ型形成にはＺｎＣ
ｌ2 の加熱分解によって供給される塩素（Ｃｌ）を用
い、ｐ型形成には窒素プラズマから供給される窒素ラジ
カルを用いる。成膜条件が整ったら、基板表面の反射高
速電子線回折像（ＲＨＥＥＤ）を観察しながら基板温度
を６００℃付近まで上げ、鋭く細いストリークパターン
によって表面酸化膜が除去されたことを確認した後、基
板温度を結晶成長温度（ここでは、３２５℃）まで下げ
る。
【００３７】ｎ型ＧａＡｓ基板５６をＳｉをドーピング
したＧａＡｓ基板で構成し、このｎ型ＧａＡｓ基板５６
の上に、ｎ型ＺｎＭｎＳＳｅクラッド層５５、ｎ型Ｚｎ
ＣｄＳ光閉じ込め層５４、ノンドープＺｎＣｄＳＳｅ活
性層５１、ｐ型ＺｎＣｄＳ光閉じ込め層５２、ｐ型Ｚｎ
ＭｎＳＳｅクラッド層５３、ｐ+ ＺｎＳｅコンタクト層
５８の順に結晶成長を行う。以上のようにして形成した
半導体人工積層構造材料を基に電流注入型ダイオードレ
ーザーを作製した。電流狭窄通路を有する利得導波路構
造とするために、絶縁層６０としてＳｉＯ2 を用いて酸
化膜ストライプを形成した後、その上から金（Ａｕ）を
全面に真空蒸着することによって電極５９を形成した。
電極ストライプの大きさは、幅が約１０〜２０μｍ、長
さが共振器長（約１ｍｍ）と同じである。また、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板５６の裏面には、Ｉｎを用いて電極５７を形
成した。
したＧａＡｓ基板で構成し、このｎ型ＧａＡｓ基板５６
の上に、ｎ型ＺｎＭｎＳＳｅクラッド層５５、ｎ型Ｚｎ
ＣｄＳ光閉じ込め層５４、ノンドープＺｎＣｄＳＳｅ活
性層５１、ｐ型ＺｎＣｄＳ光閉じ込め層５２、ｐ型Ｚｎ
ＭｎＳＳｅクラッド層５３、ｐ+ ＺｎＳｅコンタクト層
５８の順に結晶成長を行う。以上のようにして形成した
半導体人工積層構造材料を基に電流注入型ダイオードレ
ーザーを作製した。電流狭窄通路を有する利得導波路構
造とするために、絶縁層６０としてＳｉＯ2 を用いて酸
化膜ストライプを形成した後、その上から金（Ａｕ）を
全面に真空蒸着することによって電極５９を形成した。
電極ストライプの大きさは、幅が約１０〜２０μｍ、長
さが共振器長（約１ｍｍ）と同じである。また、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板５６の裏面には、Ｉｎを用いて電極５７を形
成した。
【００３８】７７ケルビンパルス動作における５１７ｎ
ｍ光出力と電流との関係を測定したところ、ある電流値
（敷居値電流）を超えると急激に光出力が増大する特性
を示し、レーザー発振が確認された（グラフの形状は上
記実施例１の光励起特性を示す図３と同様であるため、
省略する）。
ｍ光出力と電流との関係を測定したところ、ある電流値
（敷居値電流）を超えると急激に光出力が増大する特性
を示し、レーザー発振が確認された（グラフの形状は上
記実施例１の光励起特性を示す図３と同様であるため、
省略する）。
【００３９】注入電流は絶縁層６０によって狭窄され、
正孔はｐ+ ＺｎＳｅコンタクト層５８、ｐ型ＺｎＭｎＳ
Ｓｅクラッド層５３、ｐ型ＺｎＣｄＳ光閉じ込め層５２
を通ってＺｎＣｄＳＳｅ活性層５１に注入され、電子は
ｎ型ＧａＡｓ基板５６からＺｎＣｄＳＳｅ活性層５１に
注入される。そして、電子と正孔はＺｎＣｄＳＳｅ活性
層５１に閉じ込められ、誘導放出による再結合によって
ＺｎＣｄＳＳｅ活性層５１の禁制帯幅に対応したレーザ
ー光を発する。
正孔はｐ+ ＺｎＳｅコンタクト層５８、ｐ型ＺｎＭｎＳ
Ｓｅクラッド層５３、ｐ型ＺｎＣｄＳ光閉じ込め層５２
を通ってＺｎＣｄＳＳｅ活性層５１に注入され、電子は
ｎ型ＧａＡｓ基板５６からＺｎＣｄＳＳｅ活性層５１に
注入される。そして、電子と正孔はＺｎＣｄＳＳｅ活性
層５１に閉じ込められ、誘導放出による再結合によって
ＺｎＣｄＳＳｅ活性層５１の禁制帯幅に対応したレーザ
ー光を発する。
【００４０】このときの発光効率に電子と正孔の有効質
量が影響を及ぼす。バンドギャップダイアグラムにおい
て、価電子帯の重正孔と軽正孔は無歪み状態では縮退し
ており、正孔の有効質量が大きくなる。しかし、本発明
のように活性層を構成する物質とそれに隣接する層の物
質の格子定数を活性層のそれがやや小さくなるように設
定すれば、活性層に引張応力が働くために縮退が解け、
重正孔のバンドが下に、軽正孔のバンドが上に来るよう
になる。その結果、正孔の有効質量が小さくなり、レー
ザー発振が容易になると共に、良好な特性を実現するこ
とができる。
量が影響を及ぼす。バンドギャップダイアグラムにおい
て、価電子帯の重正孔と軽正孔は無歪み状態では縮退し
ており、正孔の有効質量が大きくなる。しかし、本発明
のように活性層を構成する物質とそれに隣接する層の物
質の格子定数を活性層のそれがやや小さくなるように設
定すれば、活性層に引張応力が働くために縮退が解け、
重正孔のバンドが下に、軽正孔のバンドが上に来るよう
になる。その結果、正孔の有効質量が小さくなり、レー
ザー発振が容易になると共に、良好な特性を実現するこ
とができる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体人工積層構造材料の第１又は第２の構成によれば、レ
ーザー構造を作製した際に活性層に相当する薄層に原子
レベルで見て僅かながら引張応力がかかり、平坦性に優
れた界面を有する高品質な結晶成長が可能になると共
に、光閉じ込めが可能な材料を得ることができるので、
良好なレーザー発振特性を実現することができる。
体人工積層構造材料の第１又は第２の構成によれば、レ
ーザー構造を作製した際に活性層に相当する薄層に原子
レベルで見て僅かながら引張応力がかかり、平坦性に優
れた界面を有する高品質な結晶成長が可能になると共
に、光閉じ込めが可能な材料を得ることができるので、
良好なレーザー発振特性を実現することができる。
【００４２】また、本発明に係る電流注入型発光素子の
第１〜第６の構成によれば、結晶性に優れ、かつ、光閉
じ込めが可能な半導体人工積層構造材料を用いているた
めに、引張応力によって価電子帯頂上付近におけるバン
ドの縮退が解け、正孔の有効質量が小さくなる。また、
多重量子井戸を用いた場合には、サブバンドが形成さ
れ、かつ、トンネル効果が作用する。その結果、良好な
レーザー発振特性を有する電流注入型発光素子を実現す
ることができ、ディスプレイ、光ディスクなど情報通信
の各分野における構成要素の性能向上に大きく貢献する
ことができる。
第１〜第６の構成によれば、結晶性に優れ、かつ、光閉
じ込めが可能な半導体人工積層構造材料を用いているた
めに、引張応力によって価電子帯頂上付近におけるバン
ドの縮退が解け、正孔の有効質量が小さくなる。また、
多重量子井戸を用いた場合には、サブバンドが形成さ
れ、かつ、トンネル効果が作用する。その結果、良好な
レーザー発振特性を有する電流注入型発光素子を実現す
ることができ、ディスプレイ、光ディスクなど情報通信
の各分野における構成要素の性能向上に大きく貢献する
ことができる。
【図１】本発明に係る半導体人工積層構造材料の一実施
例を示す断面構造図である。
例を示す断面構造図である。
【図２】光励起特性を測定するためのシステム図であ
る。
る。
【図３】励起光（窒素レーザー）パワー密度と光出力と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図４】本発明に係る半導体人工積層構造材料の他の実
施例を示す断面構造図である。
施例を示す断面構造図である。
【図５】本発明に係る電流注入型発光素子の一実施例を
示す断面構造図である。
示す断面構造図である。
１ Ａ層 ２ Ｂ1 層 ３ Ｃ1 層 ４ Ｂ2 層 ５ Ｃ2 ４１ ＡＢ層 ４２、４３ Ｃ層 ５１ 活性層 ５２、５４ 光閉じ込め層 ５３、５５ クラッド層 ５６ 基板 ５７ Ｉｎ電極 ５８ コンタクト層 ５９ Ａｕ電極 ６０ 絶縁層
Claims (11)
- 【請求項１】 直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるＢ1 層と、前記Ａ層の他方の
側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、か
つ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前記Ａ層とは反
対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁制帯幅を有す
る直接遷移型半導体からなるＣ1層と、前記Ｂ2 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ2 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＣ2 層とを備
えてなる半導体人工積層構造材料。 - 【請求項２】 直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層より
も大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＢ
層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の整
数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配され、
前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導
体からなるＣ1 層と、前記ＡＢ層の他方側に配され、前
記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体
からなるＣ2 層とを備えてなる半導体人工積層構造材
料。 - 【請求項３】 Ａ層としてＺｎＳa Ｓｅ1-a （０＜ａ＜
１）混晶を用い、Ｂ層としてＺｎ1-b Ｃｄb Ｓ（０＜ｂ
＜１）混晶を用い、Ｃ層としてＺｎ1-c Ｍc Ｓ 1-d Ｓｅ
d （０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１）（但し、ＭはＭｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は複数種類の元素）混晶を用
いる請求項１又は２に記載の半導体人工積層構造材料。 - 【請求項４】 Ａ層としてＺｎ1-e Ｃｄe Ｓ（０＜ｅ＜
１）を用い、Ｂ層としてＺｎ1-f Ｍf Ｓ1-g Ｓｅg （０
＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１）を用い、Ｃ層としてＺｎ1-h Ｍ
h Ｓ1-i Ｓｅi （１＜ｈ＜０、１＜ｉ＜０、ｆ＜ｈ、ｇ
＞ｉ）（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類
又は複数種類の元素）を用いる請求項１又は２に記載の
半導体人工積層構造材料。 - 【請求項５】 Ａ層としてＺｎ1-j Ｃｄj Ｓ1-k Ｓｅk
（１＜ｊ＜０、１＜ｋ＜０）を用い、Ｂ層としてＺｎ
1-m Ｃｄm Ｓ（０＜ｍ＜１）を用い、Ｃ層としてＺｎ
1-n Ｍn Ｓ1-p Ｓｅp （０＜ｎ＜１、０＜ｐ＜１）（但
し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂのうち１種類又は複数種類
の元素）用いる請求項１又は２に記載の半導体人工積層
構造材料。 - 【請求項６】 直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるＢ1 層と、前記Ａ層の他方側
に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、か
つ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前記Ａ層とは反
対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁制帯幅を有す
る直接遷移型半導体からなるＣ1 層と、前記Ｂ2 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ2 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＣ2 層とを備
えた半導体人工積層構造材料と、前記Ｃ1 層及びＣ2 層
の上に形成され、それぞれの電気伝導型と同じ電気伝導
型を有する導電性材料層と、前記導電性材料層の上に形
成された電極とを少なくとも備え、前記人工積層構造材
料部分に電圧を印加して電流を流すことにより動作する
電流注入型発光素子であって、前記Ｂ1 層及びＢ2 層と
前記Ｃ1 層及びＣ2 層とはそれぞれの一方が他方の電気
伝導型とは異なり、前記Ｂ1 層及びＣ1層と前記Ｂ2 層
及びＣ2 層とはそれぞれ同じ電気伝導型を有することを
特徴とする電流注入型発光素子。 - 【請求項７】 直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層より
も大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるＢ
層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の整
数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配され、
前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導
体からなるＣ1 層と、前記ＡＢ層の他方側に配され、前
記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体
からなるＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料と、
前記Ｃ1 層及びＣ2 層の上に形成され、それぞれの電気
伝導型と同じ電気伝導型を有する導電性材料層と、前記
導電性材料層の上に形成された電極とを少なくとも備
え、前記人工積層構造材料部分に電圧を印加して電流を
流すことにより動作する電流注入型発光素子であって、
前記Ｃ1 層及びＣ2 層は一方が他方の電気伝導型と異な
ることを特徴とする電流注入型発光素子。 - 【請求項８】 直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるｐ型のＢ1 層と、前記Ａ層の
他方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有
し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接
遷移型半導体からなるｎ型のＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるｐ型のＣ1 層
と、前記Ｂ2 層の前記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ
2 層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体か
らなるｎ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料
と、前記Ｃ1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも高いホー
ル濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体からなる導電
性材料層と、前記Ｃ2層の上に配されたｎ型ＧａＡｓ
と、前記ｎ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上に形成
され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔａ、
Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む材料
からなる電極とを少なくとも備えてなる電流注入型発光
素子。 - 【請求項９】 直接遷移型半導体からなるＡ層と、前記
Ａ層の一方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数
を有し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する
直接遷移型半導体からなるｎ型のＢ1 層と、前記Ａ層の
他方側に配され、前記Ａ層よりも大きな格子定数を有
し、かつ、前記Ａ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接
遷移型半導体からなるｐ型のＢ2 層と、前記Ｂ1 層の前
記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ1 層よりも大きな禁
制帯幅を有する直接遷移型半導体からなるｎ型のＣ1 層
と、前記Ｂ2 層の前記Ａ層とは反対側に配され、前記Ｂ
2 層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体か
らなるｐ型のＣ2 層とを備えた半導体人工積層構造材料
と、前記Ｃ1 層の上に形成され、Ｃ1 層よりも高い電子
濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体からなる導電性
材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｐ型ＧａＡｓと、
前記ｐ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の上に形成さ
れ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、
Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含む材料から
なる電極とを少なくとも備えてなる電流注入型発光素
子。 - 【請求項１０】 直接遷移型半導体からなるＡ層と、前
記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層よ
りも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなる
Ｂ層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の
整数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるｐ型のＣ1 層と、前記ＡＢ層の他方側に
配され、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷
移型半導体からなるｎ型のＣ2 層とを備えた半導体人工
積層構造材料と、前記Ｃ1 層の上に形成され、Ｃ1 層よ
りも高いホール濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体
からなる導電性材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｎ
型ＧａＡｓと、前記ｎ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層
の上に形成され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓ
ｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類
を含む材料からなる電極とを少なくとも備えてなる電流
注入型発光素子。 - 【請求項１１】 直接遷移型半導体からなるＡ層と、前
記Ａ層よりも大きな格子定数を有し、かつ、前記Ａ層よ
りも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型半導体からなる
Ｂ層とを交互にＡ層をＮ層、Ｂ層をＮ＋１層（Ｎは正の
整数）積層したＡＢ層と、前記ＡＢ層の一方側に配さ
れ、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷移型
半導体からなるｎ型のＣ1 層と、前記ＡＢ層の他方側に
配され、前記Ｂ層よりも大きな禁制帯幅を有する直接遷
移型半導体からなるｐ型のＣ2 層とを備えた半導体人工
積層構造材料と、前記Ｃ1 層の上に形成され、Ｃ1 層よ
りも高い電子濃度を有するＩＩーＶＩ族化合物半導体か
らなる導電性材料層と、前記Ｃ2 層の上に配されたｐ型
ＧａＡｓと、前記ｐ型ＧａＡｓ及び前記導電性材料層の
上に形成され、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ａｇ、Ｓｎ、
Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｎの１種類又は複数種類を含
む材料からなる電極とを少なくとも備えてなる電流注入
型発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33092393A JPH07193278A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体人工積層構造材料及び電流注入型発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33092393A JPH07193278A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体人工積層構造材料及び電流注入型発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193278A true JPH07193278A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18237971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33092393A Pending JPH07193278A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 半導体人工積層構造材料及び電流注入型発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07193278A (ja) |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33092393A patent/JPH07193278A/ja active Pending
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