JPH09289353A

JPH09289353A - 半導体発光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09289353A
Application number: JP9822896A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Tsujimura; 歩辻村; Yoichi Sasai; 洋一佐々井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子の信頼性
を向上させる。【解決手段】ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓ
層１０２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１０３、ｎ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層１０４、４層のＺｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ
井戸層１０５および５層のＺｎＳ0.2Ｓｅ0.8障壁層１０
６からなる歪多重量子井戸構造１０７、ｐ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層１０８、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０
９が積層されている。Ｓ組成比０．２のＺｎＳＳｅ障壁
層１０６を用いたことにより、障壁層にかかる引張り歪
が井戸層にかかる圧縮歪を補償するので、歪多重量子井
戸構造１０７およびその近傍にかかる歪はほとんど打ち
消されて、総和としては無歪の状態に近くなる。そのた
め、井戸層１０５での欠陥発生および増殖が抑制され、
素子の信頼性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子およ
びその製造方法に関するものであり、特に青緑色領域の
光を放出するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体レーザーあるい
は発光ダイオード等、およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクの記録密度向上あるいはレー
ザープリンターの解像度向上あるいは光計測機器、医療
機器等への応用を図るため、青緑色領域での発光が可能
な半導体発光素子、特に半導体レーザーの研究開発が盛
んに行われている。このような短波長領域での発光が可
能な材料としては、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体が有望で
ある。

【０００３】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた従来の
半導体発光素子およびその製造方法には、例えばJ. Va
c. Sci. Technol. A 13巻(1995) 683頁に示す例があ
る。ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓバッファ層、Ｚｎ
Ｓｅバッファ層およびＺｎＳＳｅバッファ層を介して、
ＺｎＣｄＳｅ量子井戸活性層、ＺｎＳＳｅ光ガイド層、
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層からなる分離閉じこめヘテロ
構造が形成されている。p型電極へのコンタクトとして
は、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ
多重量子井戸層、ＺｎＴｅコンタクト層が順次積層され
ている。以上の半導体積層構造の製造には分子線エピタ
キシャル成長法が用いられている。そして、ＺｎＴｅコ
ンタクト層をメサストライプ状にエッチングした後、絶
縁層によって電流狭窄を行い、利得導波型レーザー素子
としている。またｐ側電極にはＰｄ／Ｐｔ／Ａｕを、ｎ
側電極にはＩｎをそれぞれ用いている。

【０００４】このような素子について、活性層のＣｄ組
成比および量子効果に応じて波長４９０〜５２４ｎｍで
の室温連続発振が達成され、井戸数３の素子では９分間
の素子寿命が報告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子には、１０⁴〜１０⁵
ｃｍ^-2台の密度で積層欠陥が存在するため、動作時に電
流注入される活性層内で積層欠陥の部分から転位が増殖
し、発光強度の低下、レーザー発振の停止を招き、素子
寿命は短いという問題がある。積層欠陥の発生を抑制し
て電流注入領域内の積層欠陥を皆無にすることができて
も、動作時に活性層内で結晶欠陥が発生、増殖するた
め、素子の信頼性は低く制限されている。この原因とし
て、定かではないが、ＺｎＣｄＳｅ活性層の格子定数が
基板および他の半導体層の格子定数よりも大きいことに
よる圧縮歪の存在、あるいはこの混晶量子井戸の界面に
おける結晶品質の不完全性が、結晶欠陥の増殖する駆動
力となっていると考えられる。活性層に多重量子井戸構
造を採用する場合、ＺｎＣｄＳｅ層の総膜厚および量子
井戸界面の数は増加するため、上述の問題は顕著にな
る。

【０００６】また、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に特有の
問題として、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａ
ＡｓＰ等半導体発光素子として既に実用化されているＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体に比べて、構成原子間の共有結
合性が小さく、結晶欠陥が発生しやすいという問題があ
る。

【０００７】したがって、本発明の目的は、動作時に活
性層内で生じる結晶欠陥の発生および増殖を抑制し、ま
た活性層の結晶品質を向上し、素子の信頼性を向上させ
る青緑色半導体発光素子およびその製造方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明第１の発明による半導体発光素子は、歪多重
量子井戸構造を備えたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からな
る半導体発光素子であって、井戸層の格子歪とは逆の格
子歪を有する障壁層を備えたものである。

【０００９】前記構成において、ＧａＡｓ基板あるいは
ＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
からなる半導体発光素子であって、井戸層はＺｎＣｄＳ
ｅからなり、障壁層は引張り歪を有する組成からなるこ
とが好ましい。

【００１０】また本発明第２の発明による半導体発光素
子は、多重量子井戸構造を備えたＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体からなる半導体発光素子であって、井戸層および障
壁層は少なくとも3種類以上の元素で構成される混晶か
らなり、該井戸層および該障壁層の間に化合物からなる
中間層を備えたものである。

【００１１】前記構成において、ＧａＡｓ基板あるいは
ＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
からなる半導体発光素子であって、井戸層はＺｎＣｄＳ
ｅからなり、障壁層はＺｎＳＳｅあるいはＺｎＭｇＳＳ
ｅからなり、中間層はＺｎＳｅからなることが好まし
い。

【００１２】また本発明第１と第２の発明の組み合わせ
による半導体発光素子は、歪多重量子井戸構造を備えた
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素子であ
って、井戸層の格子歪とは逆の格子歪を有する障壁層を
備えており、該井戸層および該障壁層は少なくとも3種
類以上の元素で構成される混晶からなり、該井戸層およ
び該障壁層の間に化合物からなる中間層を備えたもので
ある。

【００１３】前記構成において、ＧａＡｓ基板あるいは
ＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
からなる半導体発光素子であって、井戸層はＺｎＣｄＳ
ｅからなり、障壁層は引張り歪を有するＺｎＳＳｅある
いはＺｎＭｇＳＳｅからなり、該井戸層および該障壁層
の間に設けられた中間層はＺｎＳｅからなることが好ま
しい。

【００１４】また本発明第３の発明による半導体発光素
子は、光ガイド層および格子歪を有する活性層を備えた
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素子であ
って、光ガイド層の少なくとも一部が、活性層の格子歪
とは逆の格子歪を有する組成からなるものである。

【００１５】前記構成においては、ＧａＡｓ基板あるい
はＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体からなる半導体発光素子であって、活性層はＺｎＣｄ
Ｓｅからなり、光ガイド層の少なくとも一部が引張り歪
を有する組成からなることが好ましい。

【００１６】また本発明第４の発明による半導体発光素
子は、単一量子井戸構造および光ガイド層を備えたＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素子であっ
て、井戸層および光ガイド層は少なくとも3種類以上の
元素で構成される混晶からなり、該井戸層および該光ガ
イド層の間に化合物からなる中間層を備えたものであ
る。

【００１７】前記構成においては、ＧａＡｓ基板あるい
はＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体からなる半導体発光素子であって、井戸層はＺｎＣｄ
Ｓｅからなり、光ガイド層はＺｎＳＳｅあるいはＺｎＭ
ｇＳＳｅからなり、中間層はＺｎＳｅからなることが好
ましい。

【００１８】また本発明第３と第４の発明の組み合わせ
による半導体発光素子は、歪単一量子井戸構造および光
ガイド層を備えたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半
導体発光素子であって、井戸層および光ガイド層は少な
くとも3種類以上の元素で構成される混晶からなり、該
井戸層および該光ガイド層の間に化合物からなる中間層
を備えており、該光ガイド層の少なくとも一部が、井戸
層の格子歪とは逆の格子歪を有する組成からなるもので
ある。

【００１９】前記構成においては、ＧａＡｓ基板あるい
はＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体からなる半導体発光素子であって、井戸層はＺｎＣｄ
Ｓｅからなり、光ガイド層の少なくとも一部は引張り歪
を有するＺｎＳＳｅあるいはＺｎＭｇＳＳｅからなり、
中間層はＺｎＳｅからなることが好ましい。

【００２０】また本発明第５の発明による半導体発光素
子は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素
子であって、活性層より基板に近い側のクラッド層中
に、該基板と格子定数の異なる半導体層が少なくとも1
層設けられており、かつ該半導体層の厚さが該基板に対
する臨界膜厚より薄いものである。

【００２１】前記構成においては、クラッド層がＺｎＭ
ｇＳＳｅからなり、前記半導体層がＺｎＳ、ＺｎＳｅ、
ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭｇＳあるいはＺｎＭｇＳｅからなる
ことが好ましい。

【００２２】また本発明第６の発明による半導体発光素
子は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素
子であって、活性層より基板に近い側のクラッド層中
に、歪超格子層が設けられているものである。

【００２３】前記構成においては、クラッド層がＺｎＭ
ｇＳＳｅからなり、歪超格子層がＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、
Ｓ、ＳｅおよびＴｅの中から選ばれる元素で構成される
2種類以上の化合物あるいは混晶からなることが好まし
い。

【００２４】また本発明第７の発明による半導体発光素
子は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に形成されたＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素子であっ
て、該基板面直上に、ｎ型およびｐ型いずれの不純物も
実質的に含まないＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を備えて
おり、かつ該半導体層の厚さが１０分子層以下であるも
のである。

【００２５】前記構成においては、ｎ型およびｐ型いず
れの不純物も実質的に含まないＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体層の上に、前記不純物を１×１０18ｃｍ-3以上含むＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体層が積層されていることが好ま
しい。

【００２６】前記構成においては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体基板がＧａＡｓ基板であり、ｎ型およびｐ型いず
れの不純物も実質的に含まないＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体層がＺｎＳｅであることが好ましい。

【００２７】また本発明第８の発明による半導体発光素
子の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に形
成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光
素子の製造方法であって、該基板上に積層されるＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体バッファ層の少なくとも一部を成長
させる温度が、その上に積層される半導体層の成長温度
よりも高いものである。

【００２８】前記構成においては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体基板がＧａＡｓ基板であり、ＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体バッファ層がＺｎＳｅであることが好ましい。

【００２９】前記構成においては、バッファ層を成長終
了後あるいは成長途中に、半導体層の成長を中断して、
成長温度を低下させることが好ましい。または、前記バ
ッファ層を成長途中に成長温度を低下させて、半導体層
の成長を中断させないことが好ましい。

【００３０】また本発明第９の発明による半導体発光素
子の製造方法は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半
導体発光素子の製造方法であって、少なくとも活性層を
含む半導体層を成長させる温度が、該半導体層以外の半
導体層の成長温度よりも高いものである。

【００３１】前記構成においては、活性層および光ガイ
ド層を成長させる温度が該活性層および該光ガイド層以
外の半導体層の成長温度よりも高いことが好ましい。

【００３２】前記構成においては、活性層および光ガイ
ド層を成長させる前後で、半導体層の成長を中断して、
成長温度を変更することが好ましい。または、光ガイド
層を成長途中に成長温度を変化させて、半導体層の成長
を中断させないことが好ましい。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体発光素
子およびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。

【００３４】（実施の形態１）図１は本発明による半導
体レーザーの第１の実施の形態を模式的に示す構造断面
図である。この半導体レーザーは歪多重量子井戸構造を
有するものである。

【００３５】図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０
１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型ＺｎＳｅ
バッファ層１０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０
４、ＺｎＣｄＳｅ井戸層１０５およびＺｎＳＳｅ障壁層
１０６からなる歪多重量子井戸構造１０７、ｐ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層１０８、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層
１０９が順次積層されている。

【００３６】この場合、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
１０８の上部およびｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０９は
メサストライプ状にエッチングされている。このメサス
トライプ部の幅は例えば５μｍである。さらに、上述の
メサストライプ部以外の部分のｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層１０８上には絶縁層１１０が形成されている。そ
して、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０９および絶縁層１
１０の上には、ｐ型電極１１１が形成されている。ｐ型
電極１１１としては、例えば厚さ１０ｎｍのＰｄ膜と厚
さ３００ｎｍのＡｕ膜が順次積層されたＰｄ／Ａｕ電極
が用いられる。

【００３７】一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面に
は、例えばＩｎ電極のようなｎ型電極１１２が形成され
ている。図１に示した構造は利得導波型であるが、メサ
ストライプの幅、高さおよび絶縁層の屈折率を適当に選
ぶことによって、単一モード動作する屈折率導波構造と
することもできる。

【００３８】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体発光素子の基板
としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ等ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ等のＩＶ族半導体あるいはＺｎ
Ｓｅ、ＣｄＳ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体が挙げられ
る。基板の選択に応じて、その上に積層されるＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体の組成は基板に格子整合するよう選ば
れる。ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ、ＧｅおよびＺｎＳｅ基
板の場合には、クラッド層として例えばＺｎＭｇＳＳｅ
系やＺｎＭｇＢｅＳｅ系が選ばれる。ＩｎＰ基板の場合
には、クラッド層として例えばＺｎＭｇＣｄＳｅ系やＺ
ｎＭｇＳｅＴｅ系が選ばれる。また、基板の電導型につ
いては、ｎ型、ｐ型いずれの電導型であっても、また、
半絶縁性であってもよい。本実施の形態においては、例
えば（１００）面方位のｎ型ＧａＡｓ基板１０１を用い
た。基板面方位については、（１００）面から（１１
１）Ａあるいは（１１１）Ｂ方向へ傾斜した面を用いて
もよい。例えば、（１１１）Ｂ方向へ１５．８度傾斜し
た（５１１）Ｂ面を用いることができる。

【００３９】ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２およびｎ型
ＺｎＳｅバッファ層１０３は、原子配列のレベルで表面
を平坦化し、その上に積層されるＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体の結晶欠陥の密度を低減し、高品質結晶を得るため
に設けられる。特にｎ型ＺｎＳｅバッファ層１０３は、
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の成長初期過程においてＳや
Ｍｇが直接ＧａＡｓ基板に付着して結晶欠陥を生成し、
結晶品質を低下させるのを防ぐために設けられる。ｎ型
ＧａＡｓバッファ層１０２の厚さは０．３μｍ、有効ド
ナー密度は２×１０１８ｃｍ−３であり、ｎ型不純物と
しては、例えばＳｉが用いられる。また、ＺｎＳｅは格
子定数が０．５６６９３ｎｍであり、ＧａＡｓに対して
＋０．２８％の格子不整があるため、臨界膜厚は１５０
ｎｍ程度である。そのため、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１
０３の厚さは例えば３０ｎｍに選ばれる。なお、ｎ型Ｚ
ｎＳｅバッファ層１０３の有効ドナー密度は７×１０¹⁷
ｃｍ^-3であり、ｎ型不純物としては、例えばＣｌが用い
られる。

【００４０】ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０４およ
びｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０８の組成はＭｇ組
成比０．１、Ｓ組成比０．２であり、この組成を有する
ＺｎＭｇＳＳｅはＧａＡｓと格子整合する。また、室温
でのバンドギャップは２．８６ｅＶである。ＺｎＭｇＳ
Ｓｅはその組成を選ぶことにより、ＧａＡｓと格子整合
させながら、バンドギャップを２．７ｅＶから３．１ｅ
Ｖ程度の間で変化させることができる。ｎ型ＺｎＭｇＳ
Ｓｅクラッド層１０４の厚さは１．２μｍ、有効ドナー
密度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、ｎ型不純物としては、
例えばＣｌが用いられる。また、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層１０８の厚さは１．１μｍ、有効アクセプタ密
度は２×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、ｐ型不純物としては、例
えばＮが用いられる。

【００４１】歪多重量子井戸構造１０７は４層のＺｎ0.
8Ｃｄ0.2Ｓｅ井戸層（厚さ各４ｎｍ）１０５および５層
のＺｎＳ0.2Ｓｅ0.8障壁層（厚さ各８ｎｍ）１０６から
なる。井戸層１０５の室温（２７℃）におけるバンドギ
ャップは２．４８ｅＶである。図２はこの歪多重量子井
戸構造１０７周辺の格子不整を模式的に示す図である。
図２に示すように、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅの格子定数は
０．５７４５ｎｍであり、ＧａＡｓの格子定数０．５６
５３３ｎｍに対して＋１．６％の格子不整があるため
に、井戸層１０５には圧縮歪が存在する。また、ＺｎＳ
0.2Ｓｅ0.8の格子定数は０．５６１７３ｎｍであり、Ｇ
ａＡｓに対して−０．６％の格子不整があるために、障
壁層１０６には引張り歪が存在する。

【００４２】活性層としてはＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、Ｚ
ｎＣｄＳｅ等が用いられ、基板がＧａＡｓの場合、Ｚｎ
ＳｅやＺｎＣｄＳｅには圧縮歪が、また、ＺｎＳＳｅに
は引張り歪がかかる。ＺｎＳｅやＺｎＣｄＳｅを活性層
に用いる場合、障壁層には、引張り歪を有するＺｎＳＳ
ｅあるいはＺｎＭｇＳＳｅ等が用いられる。

【００４３】なお、活性層での不純物準位形成を防ぐた
め、井戸層および障壁層にはｎ型、ｐ型いずれの不純物
も添加しないのが好ましい。

【００４４】ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０９の厚さ
は、上述のようにＧａＡｓに対する臨界膜厚よりも薄く
なるように選ばれ、例えば８０ｎｍである。なお、ｐ型
ＺｎＳｅコンタクト層１０９の有効アクセプタ密度は９
×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、ｐ型不純物としては、例えばＮ
が用いられる。

【００４５】絶縁層１１０は、ＺｎＳ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓ
ｉＯ２またはＺｎＯ等で形成される。ＺｎＭｇＳＳｅ等
のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に対する密着性、熱伝導性
の観点ではＺｎＯが好ましい。

【００４６】以上のように構成された半導体レーザーの
作用および効果について述べる。Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅの
ＧａＡｓに対する臨界膜厚は１５〜２０ｎｍ程度と考え
られる。本実施の形態において、Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ井
戸層１０５の総膜厚は１６ｎｍであり、臨界膜厚と同程
度である。このとき仮に、障壁層１０６として、従来の
ようにＧａＡｓに格子整合するＳ組成比０．０６のＺｎ
ＳＳｅを用いると、量子井戸構造およびその近傍にかか
る圧縮歪の総和は大きくなり、動作時の電流注入によっ
て、この領域で結晶欠陥が発生、増殖しやすくなり、そ
の結果、素子寿命が短くなる。本実施の形態において
は、Ｓ組成比０．２のＺｎＳＳｅ障壁層１０６を用いた
ことにより、障壁層にかかる引張り歪が井戸層にかかる
圧縮歪を補償するので、歪多重量子井戸構造１０７およ
びその近傍にかかる歪はほとんど打ち消されて、総和と
しては無歪の状態に近くなる。そのため、井戸層１０５
での欠陥発生および増殖が抑制され、その結果、素子の
信頼性を向上することができる。

【００４７】なお、歪の補償の程度については、本実施
の形態のように必ずしも総和として無歪の状態にする必
要はなく、総和として圧縮歪あるいは引張り歪が存在し
ても構わない。ただし、この場合にも歪多重量子井戸構
造の各層厚は臨界膜厚よりも薄く設計される。

【００４８】次に、上述のように構成された半導体レー
ザーの製造方法について説明する。本実施の形態におい
ては、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法を用いて
半導体積層構造を形成したが、有機金属気相成長（ＭＯ
ＶＰＥ）法を用いても同様の構造を形成することができ
る。以下、ＭＢＥ法による製造方法を述べる。

【００４９】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ＭＢ
Ｅ法でｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型ＺｎＳｅバ
ッファ層１０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０
４、ＺｎＣｄＳｅ井戸層１０５およびＺｎＳＳｅ障壁層
１０６からなる歪多重量子井戸構造１０７、ｐ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層１０８、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層
１０９を順次エピタキシャル成長させる。ｎ型ＧａＡｓ
バッファ層１０２の成長は、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１
０３より上の半導体層を成長させる成長室とは異なる成
長室で行う。つまり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体用の成
長室とＩＩ−ＶＩ族化合物半導体用の成長室を備えたＭ
ＢＥ装置を用いる。１０^-10Ｔｏｒｒ程度の高真空の成
長室中で原料をクヌーセンセル中で加熱蒸発させて分子
線とし、基板上に照射することによって、単結晶半導体
層をエピタキシャル成長させる。

【００５０】ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２の成長用原
料には、金属Ｇａ、Ａｓおよびｎ型不純物原料としての
Ｓｉを用いる。またＩＩ−ＶＩ族化合物半導体成長の原
料には、例えば多結晶化合物ＺｎＳｅ、ＺｎＳおよび金
属Ｍｇを用いる。このとき、ｎ型不純物として例えばＣ
ｌを用いる場合、ＺｎＣｌ2を原料とする。またｐ型不
純物として例えばＮを用いる場合、高周波（ＲＦ）プラ
ズマ放電あるいは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プ
ラズマ放電で生成する活性窒素を成長中の表面に照射す
る。

【００５１】結晶成長中の基板温度は、ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層１０２に対しては５８０〜６２０℃に、ＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体層に対しては２６０〜３３０℃に維
持されることが好ましく、例えば２９０℃である。また
成長速度は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２に対しては
０．７〜１．５μｍ／ｈが好ましく、例えば１．０μｍ
／ｈであり、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層に対しては
０．４〜３．０μｍ／ｈが好ましく、例えば０．５〜
０．８μｍ／ｈである。

【００５２】分子線強度の制御は、通常、セル温度の制
御あるいはセルシャッタやニードルバルブ等の開度の制
御により行う。一つの原料について複数の分子線強度を
必要とする半導体積層構造の成長には、一つの原料につ
いて複数のセルを用意するか、あるいは上述のどちらか
の方法による制御を行う。装置の簡便性の観点からは、
一つの原料に対して、一つのセルでセル温度を変化させ
て複数の分子線強度を得ることが好ましいが、そのよう
な半導体積層構造の成長には問題がある。つまり、連続
的に分子線強度を変化させる場合は成長の中断を伴わな
いが制御すべき成長条件が増えて複雑になり、また不連
続に変化させる場合は分子線強度が安定するまで成長の
中断を要する、という一長一短がある。

【００５３】しかしながら、図１に示した半導体積層構
造およびその組成は、上述の結晶成長の方法および装置
の簡便性、再現性の観点からも利点を有する。すなわ
ち、ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層のＳ組成比とＺｎＳＳｅ
障壁層のＳ組成比とが同一であることから、ＺｎＳの分
子線強度を成長途中に変更する必要がないのである。こ
のため、ＺｎＳ原料用のセルは１本で足り、かつ成長中
断を行うことなく、連続的にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
層を形成することができる。

【００５４】以上のエピタキシャル成長で得られた半導
体積層構造のウェハを、利得導波型レーザー素子に加工
する。すなわち、例えば幅５μｍのストライプ状のレジ
ストパターンをマスクとして、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層１０８の途中までエッチングしてメサストライプ
を形成する。エッチングには例えば重クロム酸カリウム
飽和水溶液と濃硫酸が容積比３：２で混合されたエッチ
ング液を用いる。引き続き、絶縁膜１１０としてＺｎＯ
を例えばスパッタリング蒸着し、リフトオフによってｐ
型コンタクト層１０９を露出させる。その後ウェハ全面
に例えばＰｄとＡｕを順次真空蒸着してｐ型電極１１１
とする。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面には例え
ばＩｎを真空蒸着してｎ型電極１１２とする。

【００５５】このウェハを劈開して、共振器長を例えば
７００μｍとし、両端面ともコーティングを施さずに、
例えば幅４００μｍのチップに分離して、銅製のヒート
シンクにジャンクションダウンで実装する。

【００５６】最後に、この半導体レーザー素子に対し
て、室温で連続的に電流を注入して動作特性を評価した
結果を述べる。発振波長は約５０６ｎｍ、しきい値電流
は５９ｍＡ、しきい値電流密度は１．７ｋＡ／ｃｍ²、
外部微分量子効率は６７％、レーザー発振開始時の印加
電圧は約１４Ｖである。また、２０℃における出力１ｍ
Ｗでの素子動作寿命は１．１時間である。

【００５７】一方、比較のため、障壁層としてＧａＡｓ
に格子整合するＳ組成比０．０６のＺｎＳＳｅを用いた
半導体レーザ素子を動作させると、初期的なレーザー発
振特性に大きな差異は認められなかったが、素子動作寿
命は約２分であった。この構造の半導体レーザーでは量
子井戸構造およびその近傍にかかる圧縮歪の総和が大き
いので、電流注入によって、この領域で結晶欠陥が発
生、増殖しやすくなり、その結果、素子寿命が短くなっ
たと考えられる。

【００５８】以上のことから、本実施の形態によれば、
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体レーザー素子の信頼性を向上
させることができる。

【００５９】（実施の形態２）図３は本発明による半導
体レーザーの第２の実施の形態を模式的に示す構造断面
図である。この半導体レーザーは多重量子井戸構造を有
するものである。

【００６０】図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３０
１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３０２、ｎ型ＺｎＳｅ
バッファ層３０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３０
４、ＺｎＣｄＳｅ井戸層３０５およびＺｎＳｅ中間層３
０６およびＺｎＭｇＳＳｅ障壁層３０７からなる多重量
子井戸構造３０８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３０
９、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層３１０、ｐ型ＺｎＳｅＴｅ
コンタクト層３１１が順次積層されている。

【００６１】この場合、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
３０９の上部、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層３１０およびｐ
型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層３１１はメサストライプ状
にエッチングされている。さらに、メサストライプ部以
外の部分のｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３０９上には
絶縁層３１２が形成されており、ｐ型ＺｎＳｅＴｅコン
タクト層３１１および絶縁層３１２の上にはｐ型電極３
１３が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の裏面
にはｎ型電極３１４が形成されているのは、実施の形態
１と同様である。

【００６２】ｎ型ＧａＡｓ基板３０１、ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層３０２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３０３、ｎ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３０４、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ
クラッド層３０９、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層３１０の構
成の詳細は実施の形態１と同様である。

【００６３】多重量子井戸構造３０８は４層のＺｎ0.7
Ｃｄ0.3Ｓｅ井戸層（厚さ各２．３ｎｍ）３０５、３層
のＺｎＭｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8障壁層（厚さ各４ｎｍ）３
０７およびすべての井戸層／障壁層と井戸層／クラッド
層界面に存在する８層のＺｎＳｅ中間層（厚さ各０．５
７ｎｍ、つまり２分子層）３０６からなる。井戸層３０
５の室温におけるバンドギャップは２．４６ｅＶであ
る。Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅの格子定数は０．５７８４ｎｍ
であり、ＧａＡｓに対して＋２．３％の格子不整がある
ために、井戸層２０５には圧縮歪が存在する。また、障
壁層３０７の組成はｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３０
４およびｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層３０９と同一の
組成である。障壁層の組成は、そのバンドギャップがＺ
ｎＭｇＳＳｅクラッド層のバンドギャップ以下である組
成から選ばれるので、活性層がＺｎＣｄＳｅの場合、Ｚ
ｎＳＳｅあるいはＺｎＭｇＳＳｅから選ばれる。

【００６４】なお、活性層での不純物準位形成を防ぐた
め、井戸層、中間層および障壁層にはｎ型、ｐ型いずれ
の不純物も添加しないのが好ましい。

【００６５】ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層３１１はｐ
型電極３１３とオーミック接触を得るために設けられ
る。コンタクト層３１１の構造は、例えばＺｎＳｅ、Ｚ
ｎＴｅおよびＺｎＳｅＴｅの短周期構造を積層し、ｐ型
電極３１３との接触面はＺｎＴｅとする。コンタクト層
３１１の厚さは２０〜２００ｎｍ程度であり、例えば５
０ｎｍである。ｐ型ＺｎＴｅのキャリア密度は最大１０
¹⁹ｃｍ^-3台まで可能であり、例えば２×１０¹⁸ｃｍ^-3で
ある。このような構造を設けることにより、ＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体レーザーの動作電圧を４〜７Ｖ程度まで
大幅に低減することができる。ただし、ＺｎＴｅはＧａ
Ａｓに対して＋７．７％の格子不整があり、臨界膜厚は
５ｎｍ未満と考えられるので、コンタクト層中には無数
の転位が存在する。

【００６６】以上のように構成された半導体レーザーの
作用および効果について述べる。Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅの
ＧａＡｓに対する臨界膜厚は１５ｎｍ程度と考えられる
が、本実施の形態においては、Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅ井戸
層３０５の総膜厚は９．２ｎｍであり、臨界膜厚より薄
いので格子緩和による結晶欠陥の発生はないと考えられ
る。しかし、各井戸層は２．３ｎｍ、すなわち８分子層
と薄いために、隣接する層との界面における混晶組成の
変化の急峻性や混晶組成の均一性が井戸層の結晶品質お
よびレーザー素子の動作特性や信頼性に与える影響は大
きい。混晶量子井戸構造の界面における結晶品質の不完
全性が、結晶欠陥の増殖する駆動力となっていると考え
られるからである。そこで、すべての井戸層／障壁層お
よび井戸層／クラッド層界面に厚さ２分子層の化合物Ｚ
ｎＳｅ中間層３０６を設けることにより、界面における
混晶揺らぎを抑制するとともに、界面の組成変化の急峻
性および組成均一性を高め、井戸層の結晶品質を改善で
きるので、素子の信頼性を向上させることができる。

【００６７】なお、中間層の厚さは、界面の組成変化の
急峻性および組成均一性を高めるために十分な厚さがあ
ればよく、例えば２ｎｍ以下で十分である。また、中間
層として用いる化合物は、キャリア輸送効率の観点か
ら、バンドギャップが井戸層のそれに比べて大きく、か
つ障壁層のそれに比べて小さいような化合物が好まし
い。

【００６８】上述のように構成された半導体レーザーの
製造方法は、実施の形態１と同様である。ｐ型ＺｎＳｅ
Ｔｅコンタクト層３１１のＭＢＥ成長の原料としては、
例えば多結晶化合物ＺｎＴｅを用いる。

【００６９】Ｚｎ0.7Ｃｄ0.3Ｓｅ井戸層３０５およびＺ
ｎＳｅ中間層３０６の層厚を制御することは、セルシャ
ッタの開閉時間を０．１秒単位で制御することにより容
易に可能である。また、正確に分子層オーダーで精密に
制御する場合には、金属Ｚｎ、ＣｄおよびＳｅを原料と
して、１原子層ずつ成長させる、いわゆる原子層エピタ
キシーを行うこともできる。

【００７０】本実施の形態による半導体レーザー素子に
対して、室温で連続的に電流を注入して動作特性を評価
した結果を述べる。発振波長は約５１０ｎｍ、しきい値
電流は５１ｍＡ、しきい値電流密度は１．５ｋＡ／ｃｍ
２、外部微分量子効率は５９％、レーザー発振開始時の
印加電圧は約７Ｖである。また、２０℃における出力１
ｍＷでの素子動作寿命は約４５分である。以上のことか
ら、本実施の形態によれば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
レーザー素子の信頼性を向上させることができる。

【００７１】（実施の形態３）図４は本発明による半導
体レーザーの第３の実施の形態を模式的に示す構造断面
図である。この半導体レーザーは光ガイド層および格子
歪のある活性層を有するものである。

【００７２】図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板４０
１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層４０２、ｎ型ＺｎＳｅ
バッファ層４０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４０
４、ｎ型ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅ光ガイド層４０５、Ｚｎ
ＣｄＳｅ活性層４０６、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅ光ガ
イド層４０７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４０８、
ｐ型ＺｎＳｅキャップ層４０９、ｐ型ＺｎＳｅＴｅコン
タクト層４１０が順次積層されている。ｎ型ＧａＡｓ基
板４０１、ｎ型ＧａＡｓバッファ層４０２、ｎ型ＺｎＳ
ｅバッファ層４０３、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層４０９、
ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層４１０、ｐ型電極４１２
に対するコンタクト構造およびｎ型電極４１３の構成の
詳細は実施の形態２と同様である。

【００７３】ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４０４およ
びｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４０８の組成はＭｇ組
成比０．０５、Ｓ組成比０．１３であり、この組成を有
するＺｎＭｇＳＳｅはＧａＡｓと格子整合する。また、
室温でのバンドギャップは２．８０ｅＶである。ｎ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅ層クラッド層４０４の厚さは１．０μｍ、
有効ドナー密度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、ｎ型不純物
としては、例えばＣｌが用いられる。また、ｐ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層４０８の厚さは１．０μｍ、有効ア
クセプタ密度は３×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、ｐ型不純物と
しては、例えばＮが用いられる。

【００７４】活性層４０６は厚さ１１ｎｍのＺｎ0.8Ｃ
ｄ0.2Ｓｅからなり、室温におけるバンドギャップは
２．４３ｅＶである。Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅの格子定数は
０．５７４５ｎｍであり、ＧａＡｓに対して＋１．６％
の格子不整があるために、活性層４０６には圧縮歪が存
在する。

【００７５】図５は光ガイド層周辺の構造および格子不
整を模式的に示す図である。図５に示すように、ｎ型Ｚ
ｎＳｅ／ＺｎＳＳｅ光ガイド層４０５およびｐ型ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＳＳｅ光ガイド層４０７は、ＺｎＳｅ層４１４
とＺｎＳ0.13Ｓｅ0.87層４１５との積層構造からなり、
クラッド層側から厚さ５ｎｍのＺｎＳ0.13Ｓｅ0.87層４
１５と厚さ５ｎｍのＺｎＳｅ層４１４が８周期繰り返し
て積層され、さらに２０ｎｍのＺｎＳ0.13Ｓｅ0.87層４
１５が活性層４０６との界面まで積層されている。Ｚｎ
Ｓｅの格子定数は０．５６６９３ｎｍで、ＧａＡｓに対
して＋０．２８％の格子不整があり、また、ＺｎＳ0.13
Ｓｅ0.87の格子定数は０．５６３５５ｎｍで、ＧａＡｓ
に対して−０．３１％の格子不整がある。そのため、等
しい厚さのＺｎＳｅ層とＺｎＳ0.13Ｓｅ0.87層とで構成
される積層構造においては、総和として歪が０に近くな
る。

【００７６】光ガイド層の組成は、活性層の発光波長に
おける屈折率がクラッド層の屈折率よりも大きく、活性
層の屈折率よりも小さくなるように選ばれ、また、バン
ドギャップがクラッド層のバンドギャップよりも小さ
く、活性層のバンドギャップよりも大きくなるように選
ばれる。活性層をＺｎＣｄＳｅとする場合、光ガイド層
の少なくとも一部に引張り歪を加えるには、引張り歪を
有するＺｎＳＳｅあるいはＺｎＭｇＳＳｅ等を用いると
よい。

【００７７】なお、活性層での不純物準位形成を防ぐた
め、光ガイド層４０５および４０７のうち活性層４０６
との界面近傍領域にはｎ型、ｐ型いずれの不純物も添加
しないのが好ましい。極端には、光ガイド層全体にｎ
型、ｐ型いずれの不純物も添加しないでも構わない。不
純物を添加した領域の有効ドナー密度および有効アクセ
プタ密度は例えばそれぞれ５×１０¹⁷ｃｍ^-3および４×
１０¹⁷ｃｍ^-3である。

【００７８】以上のように構成された半導体レーザーの
作用および効果について述べる。Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅの
ＧａＡｓに対する臨界膜厚は１５〜２０ｎｍ程度であ
り、活性層４０６の膜厚は臨界膜厚より薄いので格子緩
和による結晶欠陥の発生はないと考えられる。

【００７９】本実施の形態においては、光ガイド層４０
５および４０７のうち活性層４０６と接する界面に厚さ
２０ｎｍのＺｎＳ0.13Ｓｅ0.87層４１５を設けたことに
より、光ガイド層４０５および４０７にかかる引張り歪
が活性層４０６にかかる圧縮歪を補償して、総和として
は無歪の状態に近くなる。そのため、活性層４０６での
欠陥発生および増殖が抑制され、素子の信頼性を向上す
ることができる。

【００８０】なお、歪の補償の程度については、本実施
の形態のように必ずしも総和として無歪の状態にする必
要はなく、総和として圧縮歪あるいは引張り歪が存在し
ても構わない。ただし、この場合にも光ガイド層を構成
する各層の厚さは臨界膜厚よりも薄く設計される。ま
た、本実施の形態においては活性層に対して対称的に歪
を補償したが、非対称であっても構わないし、活性層に
対して片側だけの光ガイド層で歪の補償を行っても構わ
ないし、さらには、活性層に隣接しない領域で歪の補償
を行っても構わない。

【００８１】上述のように構成された半導体レーザーの
製造方法は、実施の形態１や２と同様である。本実施の
形態における半導体積層構造およびその組成は、ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層のＳ組成比と光ガイド層中のＺｎＳ
Ｓｅ層のＳ組成比とが同一であることから、ＺｎＳの分
子線強度を成長途中に変更する必要がないのでＭＢＥ結
晶成長上の利点として、ＺｎＳ原料用のセルは１本で足
り、かつ成長中断を行うことなく、連続的にＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体層を形成することができる。

【００８２】本実施の形態による半導体レーザー素子に
対して、室温で連続的に電流を注入して動作特性を評価
した結果を述べる。発振波長は約５１７ｎｍ、しきい値
電流は７５ｍＡ、しきい値電流密度は２．１ｋＡ／ｃｍ
２、外部微分量子効率は５６％、レーザー発振開始時の
印加電圧は約６Ｖである。また、２０℃における出力１
ｍＷでの素子動作寿命は約４０分である。以上のことか
ら、本実施の形態によれば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
レーザー素子の信頼性を向上させることができる。

【００８３】（実施の形態４）図６は本発明による半導
体レーザーの第４の実施の形態を模式的に示す構造断面
図である。この半導体レーザーは単一量子井戸構造およ
び光ガイド層を有するものである。

【００８４】図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板６０
１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層６０２、ｎ型ＺｎＳｅ
バッファ層６０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層６０
４、ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層６０５、ＺｎＣｄＳｅ量
子井戸活性層６０６、その両側に隣接するＺｎＳｅ中間
層６０７、ｐ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層６０８、ｐ型Ｚｎ
ＭｇＳＳｅクラッド層６０９、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層
６１０およびｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層６１１が順
次積層されている。ｎ型ＧａＡｓ基板６０１、ｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層６０２、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層６０
３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層６０４、ＺｎＳｅ中
間層６０７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層６０９、ｐ
型ＺｎＳｅキャップ層６１０、ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタ
クト層６１１、ｐ型電極６１３に対するコンタクト構造
およびｎ型電極６１４の構成の詳細は実施の形態２と同
様である。

【００８５】ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層６０５およびｐ
型ＺｎＳＳｅ光ガイド層６０８の組成はＳ組成比０．０
６であり、この組成を有するＺｎＳＳｅはＧａＡｓと格
子整合する。また、室温でのバンドギャップは２．７５
ｅＶである。光ガイド層６０５および６０８の厚さは各
１００ｎｍである。なお、活性層での不純物準位形成を
防ぐため、光ガイド層のうち中間層６０７との界面近傍
領域にはｎ型、ｐ型いずれの不純物も添加しないのが好
ましい。極端には、光ガイド層全体にｎ型、ｐ型いずれ
の不純物も添加しないでも構わない。不純物を添加した
領域の有効ドナー密度および有効アクセプタ密度は例え
ばそれぞれ５×１０¹⁷ｃｍ^-3および４×１０¹⁷ｃｍ^-3で
ある。

【００８６】量子井戸活性層６０６は厚さ６ｎｍのＺｎ
0.8Ｃｄ0.2Ｓｅからなり、室温におけるバンドギャップ
は２．４５ｅＶである。Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅの格子定数
は０．５７４５ｎｍであり、ＧａＡｓに対して＋１．６
％の格子不整があるために、活性層６０６には圧縮歪が
存在するが、臨界膜厚より薄いので格子緩和による結晶
欠陥の発生はないと考えられる。

【００８７】活性層６０６の両側に隣接するＺｎＳｅ中
間層６０７は厚さが各１．１ｎｍ、つまり４分子層であ
る。中間層を設けることにより、活性層／光ガイド層界
面における混晶組成変化の急峻性および混晶組成均一性
を高め、活性層の結晶品質を改善できるので、素子の信
頼性を向上させることができる。なお、中間層の厚さ
は、界面の組成変化の急峻性および組成均一性を高める
ために十分な厚さがあればよく、例えば２ｎｍ以下で十
分である。

【００８８】なお、活性層での不純物準位形成を防ぐた
め、活性層６０６および中間層６０７にはｎ型、ｐ型い
ずれの不純物も添加しないのが好ましい。

【００８９】上述のように構成された半導体レーザーの
製造方法は、実施の形態２と同様である。

【００９０】本実施の形態による半導体レーザー素子に
対して、室温で連続的に電流を注入して動作特性を評価
した結果を述べる。発振波長は約５１２ｎｍ、しきい値
電流は６６ｍＡ、しきい値電流密度は１．９ｋＡ／ｃｍ
２、外部微分量子効率は６４％、レーザー発振開始時の
印加電圧は約７Ｖである。また、２０℃における出力１
ｍＷでの素子動作寿命は約４５分である。以上のことか
ら、本実施の形態によれば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
レーザー素子の信頼性を向上させることができる。

【００９１】（実施の形態５）図７は本発明による半導
体レーザーの第５の実施の形態を模式的に示す構造断面
図である。この半導体レーザーは下部クラッド層中に歪
層を有するものである。

【００９２】図７に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板７０
１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層７０２、ｎ型ＺｎＳｅ
バッファ層７０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層７０
４、ＺｎＳＳｅ歪層７０５、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層７０４、ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層７０６、ＺｎＣ
ｄＳｅ量子井戸活性層７０７、ｐ型ＺｎＳＳｅ光ガイド
層７０８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層７０９、ｐ型
ＺｎＳｅキャップ層７１０およびｐ型ＺｎＳｅＴｅコン
タクト層７１１が順次積層されている。ＺｎＳＳｅ歪
層７０５以外の構成の詳細は実施の形態４と同様であ
る。

【００９３】ＺｎＳＳｅ歪層７０５は、ＧａＡｓバッフ
ァ層７０２とＺｎＳｅバッファ層７０３との界面に発生
した積層欠陥を起源とする転位を湾曲させて閉ループを
形成させるので、その上の層、特に活性層における転位
密度を低減できる。また、レーザー素子を動作中に転位
が活性層領域へ上昇してくるのを防ぐこともできる。そ
のため、素子の信頼性を向上させることができる。Ｚｎ
ＳＳｅ歪層７０５は、厚さ１．２μｍのｎ型Ｚｎ0.9Ｍ
ｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層７０４の中央部に設けら
れ、厚さ２．８ｎｍ、つまり１０分子層のＺｎＳ0.2Ｓ
ｅ0.8で構成される。この組成ではＧａＡｓに対して−
０．６％の格子不整があり、臨界膜厚は６０ｎｍ程度と
考えられる。また、ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層と同じＳ
組成比を有するので、ＭＢＥ結晶成長においては、ｎ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層の成長中に、Ｍｇ源用のセル
のシャッタを所定の時間だけ閉じることにより、容易に
形成することができる。

【００９４】本実施の形態においては、ＴＥＭ観察によ
り、歪層７０５より上の層で転位密度の低減が認められ
たが、必ずしも歪層７０５の組成や構造が最適化されて
いるわけではない。逆にいえば、系に与える歪エネルギ
ーを最適化するために組成、構造を選択することができ
る。クラッド層にＺｎＭｇＳＳｅ層を用いる場合、歪層
としてＺｎＳＳｅ以外では、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＭ
ｇＳあるいはＺｎＭｇＳｅが好ましく選ばれる。

【００９５】本実施の形態によれば、既に述べた実施の
形態の場合と同様、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体レーザー
素子の信頼性を向上させることができる。

【００９６】（実施の形態６）図８は本発明による半導
体レーザーの第６の実施の形態を模式的に示す構造断面
図である。この半導体レーザーは下部クラッド層中に歪
超格子層を有するものである。

【００９７】図８に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板８０
１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層８０２、ｎ型ＺｎＳｅ
バッファ層８０３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８０
４、ＺｎＳＳｅ／ＺｎＳｅＴｅ歪超格子層８０５、ｎ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８０４、ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガ
イド層８０６、ＺｎＣｄＳｅ量子井戸活性層８０７、ｐ
型ＺｎＳＳｅ光ガイド層８０８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層８０９、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層８１０および
ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層８１１が順次積層されて
いる。ＺｎＳＳｅ／ＺｎＳｅＴｅ歪超格子層８０５以
外の構成の詳細は実施の形態５と同様である。

【００９８】ＺｎＳＳｅ／ＺｎＳｅＴｅ歪超格子層８０
５は、ＧａＡｓバッファ層８０２とＺｎＳｅバッファ層
８０３との界面に発生した積層欠陥を起源とする転位を
湾曲させて閉ループを形成させるので、その上の層、特
に活性層における転位密度を低減できる。また、レーザ
ー素子を動作中に転位が活性層領域へ上昇してくるのを
防ぐこともできる。そのため、素子の信頼性を向上させ
ることができる。ＺｎＳＳｅ／ＺｎＳｅＴｅ歪超格子層
８０５は、厚さ１．２μｍのｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2
Ｓｅ0.8クラッド層７０４の中央部に設けられ、厚さ
２．２ｎｍつまり８分子層のＺｎＳ0.2Ｓｅ0.8、および
厚さ１．２ｎｍつまり２分子層のＺｎＳｅ0.7Ｔｅ0.3が
４周期繰り返された積層構造で構成される。ＺｎＳ0.2
Ｓｅ0.8はＧａＡｓに対して−０．６％の格子不整があ
り、臨界膜厚は６０ｎｍ程度と考えられ、またＺｎＳｅ
0.7Ｔｅ0.3はＧａＡｓに対して＋２．６％の格子不整が
あり、臨界膜厚は１０ｎｍ程度と考えられる。

【００９９】ＺｎＳ0.2Ｓｅ0.8層はＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層と同じＳ組成比を有するので、またＺｎＳｅ0.7
Ｔｅ0.3層はｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層８１１に用
いる混晶層と同一の組成なので、ＭＢＥ結晶成長におい
ては、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層の成長中に、成長
を中断させることなく連続して容易に形成することがで
きる。

【０１００】本実施の形態においては、ＴＥＭ観察によ
り、ＺｎＳＳｅ／ＺｎＳｅＴｅ歪超格子層８０５より上
の層で転位密度の低減が認められたが、必ずしも歪超格
子層８０５の組成や構造が最適化されているわけではな
い。逆にいえば、系に与える歪エネルギーを最適化する
ために組成、構造を選択することができる。本実施の形
態においては、ＺｎＳＳｅ／ＺｎＳｅＴｅ歪超格子層８
０５をｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層７０
４の中央部に１組だけ設けたが、２組以上設けても構わ
ない。例えば、ｎ型Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッ
ド層７０４を３等分する位置に１組ずつ合計２組設ける
と、さらに転位密度が低減することが期待される。な
お、歪超格子層を構成する組成としては、ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層を用いる場合、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓ、Ｓ
ｅおよびＴｅの中から選ばれる元素で構成される2種類
以上の化合物あるいは混晶が好ましい。

【０１０１】本実施の形態によれば、既に述べた実施の
形態の場合と同様、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体レーザー
素子の信頼性を向上させることができる。

【０１０２】（実施の形態７）図９は本発明による半導
体レーザーの第７の実施の形態を模式的に示す構造断面
図である。この半導体レーザーはｎ型およびｐ型いずれ
の不純物も実質的に含まないＺｎＳｅバッファ層を有す
るものである。

【０１０３】図９に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板９０
１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層９０２、ＺｎＳｅバッ
ファ層９０３、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層９０４、ｎ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅクラッド層９０５、ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイ
ド層９０６、ＺｎＣｄＳｅ量子井戸活性層９０７、ｐ型
ＺｎＳＳｅ光ガイド層９０８、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層９０９、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層９１０およびｐ
型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層９１１が順次積層されてい
る。ＺｎＳｅバッファ層９０３、ｎ型ＺｎＳｅバッファ
層９０４以外の構成の詳細は実施の形態４と同様であ
る。

【０１０４】ＺｎＳｅバッファ層９０３はｎ型およびｐ
型いずれの不純物も実質的に含まない層で、その厚さは
１０分子層以下、つまり２．８ｎｍ以下に選ばれ、例え
ば６分子層、つまり１．７ｎｍとする。また、ｎ型Ｚｎ
Ｓｅバッファ層９０４は厚さが３０ｎｍであり、有効ド
ナー密度が２×１０18ｃｍ-3である。

【０１０５】上述のように、ｎ型ＧａＡｓバッファ層９
０２との界面に、ｎ型不純物を添加しないＺｎＳｅ層を
設けることにより、ＺｎＳｅの成長直後から２次元成長
となり、ｎ型不純物のＣｌ等が存在して起こる３次元成
長が抑制されるので、ｎ型ＧａＡｓバッファ層９０２
との界面から発生する積層欠陥の密度を低減することが
できる。そのため、活性層における積層欠陥や転位等の
結晶欠陥密度を低減でき、レーザー素子の動作時に活性
層内で転位が発生、増殖するのを抑制できる。

【０１０６】また、有効ドナー密度の高いｎ型ＺｎＳｅ
バッファ層９０４をＺｎＳｅバッファ層９０３上に設け
ると、ＧａＡｓとＩＩ−ＶＩ族化合物半導体との接合面
のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体側に形成される空乏層の厚
さを薄くでき、この界面での電圧降下を抑制できるの
で、レーザー素子への印加電圧を低減できる。しかし、
有効ドナー密度が３×１０19ｃｍ-3を越えると、結晶格
子の歪が大きくなり、逆に結晶品質の低下を招く。

【０１０７】ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層９０５の有
効ドナー密度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3であるが、ｎ型ＺｎＳ
ｅバッファ層９０４との界面において不連続あるいは急
峻に有効ドナー密度が変化する必要はなく、界面近傍の
バッファ層９０４からクラッド層９０５にわたって界面
近傍領域で連続的あるいは緩やかに変化していてもよ
い。有効ドナー密度の制御には、例えばｎ型不純物源の
セル温度を制御すればよい。

【０１０８】本実施の形態によれば、既に述べた実施の
形態の場合と同様、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体レーザー
素子の信頼性を向上させることができる。

【０１０９】（実施の形態８）図１０は本発明による半
導体レーザーの第８の実施の形態を模式的に示す構造断
面図である。

【０１１０】図１０に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１
００１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１００２、ｎ型Ｚ
ｎＳｅバッファ層１００３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層１００４、ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層１００５、Ｚ
ｎＣｄＳｅ量子井戸活性層１００６、ｐ型ＺｎＳＳｅ光
ガイド層１００７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０
０８、ｐ型ＺｎＳｅキャップ層１００９およびｐ型Ｚｎ
ＳｅＴｅコンタクト層１０１０が順次積層されている。
ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１００３以外の構成の詳細は実
施の形態４と同様である。本実施の形態は、図１０に示
した半導体レーザーを、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１００
３の成長温度をその上に積層される半導体層の成長温度
より高くして製造するものである。例えばMBE法によ
り、半導体積層構造の結晶成長を行う。

【０１１１】一般に、成長温度を低くすると、成長速度
は速くなり、付着原子の再蒸発が抑制されるため表面平
坦性は良好になり、不純物の取り込みが促進されるため
キャリア密度は増加する。しかし付着原子の表面拡散が
抑制されるため、３次元成長が起こるとそのまま３次元
的に成長が進行し、積層欠陥が形成されやすい。逆に成
長温度を高くすると、再蒸発が促進されて表面平坦性は
劣化するが、表面拡散も促進されるので２次元成長は維
持されやすい。この両者の間に最適な成長温度領域が存
在する。MBE法によるＺｎＭｇＳＳｅ系半導体の成長温
度は２６０〜３３０℃が好ましい。

【０１１２】本実施の形態においては、例えば、ｎ型Ｚ
ｎＳｅバッファ層１００２の成長開始温度を３１０℃と
し、その後成長途中に連続的に成長温度を低下させ、バ
ッファ層成長途中に２９０℃とする。そしてｎ型ＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層１００４以降の成長温度も２９０℃
として、成長を中断させることなく連続的に半導体積層
構造を成長させる。より具体的には、厚さ３０ｎｍのｎ
型ＺｎＳｅバッファ層１００２を４分間で成長させる
が、成長開始と同時に成長温度を毎分１０℃の降温速度
で３１０℃から２９０℃まで低下させた。

【０１１３】これにより、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１０
０２の成長初期はＺｎ、Ｓｅの表面拡散が促進されて、
ｎ型ＧａＡｓバッファ層１００２との界面からＺｎＳｅ
の２次元成長が開始され、点欠陥の核となる３次元成長
が抑制されるので、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１００２と
の界面から発生する積層欠陥の密度を低減することがで
きる。そして、その上に形成されるレーザー構造は表面
平坦性が良好である。そのため、活性層における積層欠
陥や転位等の結晶欠陥密度を低減でき、レーザー素子の
動作時に活性層内で転位が発生、増殖するのを抑制でき
る。また、ｎ型およびｐ型の不純物添加も効率よく行う
ことができる。

【０１１４】なお、本実施の形態では、バッファ層の成
長途中に成長温度を低下させて、成長を中断することな
く連続して成長したが、バッファ層の成長終了後あるい
は成長途中に、成長を中断して成長温度を低下させても
よい。

【０１１５】本実施の形態によれば、既に述べた実施の
形態の場合と同様、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体レーザー
素子の信頼性を向上させることができる。

【０１１６】（実施の形態９）本発明による半導体レー
ザーの第９の実施の形態は、図１０に示した半導体レー
ザーを、ｎ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層１００５、ＺｎＣｄ
Ｓｅ量子井戸活性層１００６およびｐ型ＺｎＳＳｅ光ガ
イド層１００７の成長温度をその他のＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体層の成長温度より高くして製造するものであ
る。例えばMBE法により、半導体積層構造の結晶成長を
行う。

【０１１７】一般に、成長温度を高くすると、不純物の
取り込みが抑制されるためキャリア密度は減少する。活
性層の結晶品質向上のためには、ｎ型およびｐ型いずれ
の不純物をも実質的に含まないことが望まれる。そのた
め、付着原子の再蒸発による結晶品質の低下が生じない
程度のできる限り高い温度で活性層を成長させるとよ
い。

【０１１８】本実施の形態においては、例えば、ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅ光ガイド層１００５、ＺｎＣｄＳｅ量子井戸活
性層１００６およびｐ型ＺｎＳＳｅ光ガイド層１００７
の成長温度を３２０℃とし、その他のＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体層の成長温度を２９０℃とし、成長温度を変更
する間は成長を中断させる。

【０１１９】これにより、活性層における不純物準位の
形成を抑制でき、レーザー素子の動作時に活性層内で転
位が発生、増殖するのを抑制できる。

【０１２０】活性層を成長するのに要する時間は通常３
０秒間前後である一方、活性層の上下にある光ガイド層
を成長するのに要する時間は２０分間前後である。設定
温度の変更に対する実温度の追随および活性層の成長温
度の再現性という観点から、光ガイド層を成長する際に
活性層の成長温度まで昇温することが好ましい。

【０１２１】また、本実施の形態は、結晶成長の方法お
よび装置の簡便性、再現性の観点からも利点を有する。
すなわち、Ｓの付着係数の温度依存性を調べた結果、２
９０℃でＺｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.2Ｓｅ0.8クラッド層を成長
させるのに必要なＺｎＳの分子線強度と３２０℃でＺｎ
Ｓ0.06Ｓｅ0.94光ガイド層を成長させるのに必要なＺｎ
Ｓの分子線強度とが同一であることから、ＺｎＳの分子
線強度を成長途中に変更する必要がないのである。この
ため、ＺｎＳ原料用のセルは１本で足りる。

【０１２２】なお、本実施の形態では、活性層および光
ガイド層を成長させる前後で、成長を中断して成長温度
を変更したが、光ガイド層の成長途中に成長温度を変化
させて成長を中断することなく連続して成長してもよ
い。

【０１２３】本実施の形態によれば、既に述べた実施の
形態の場合と同様、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体レーザー
素子の信頼性を向上させることができる。

【０１２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、動作時に
活性層内で生じる結晶欠陥の発生および増殖を抑制し、
また活性層の結晶品質を改善し、ＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体発光素子の信頼性を向上させる、という顕著な効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
ーの構造断面図

【図２】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
ーの歪多重量子井戸構造周辺の格子不整を示す図

【図３】本発明の第２の実施の形態による半導体レーザ
ーの構造断面図

【図４】本発明の第３の実施の形態による半導体レーザ
ーの構造断面図

【図５】本発明の第３の実施の形態による半導体レーザ
ーの光ガイド層周辺の構造および格子不整を示す図

【図６】本発明の第４の実施の形態による半導体レーザ
ーの構造断面図

【図７】本発明の第５の実施の形態による半導体レーザ
ーの構造断面図

【図８】本発明の第６の実施の形態による半導体レーザ
ーの構造断面図

【図９】本発明の第７の実施の形態による半導体レーザ
ーの構造断面図

【図１０】本発明の第８の実施の形態による半導体レー
ザーの構造断面図

【符号の説明】

１０１，３０１，４０１，６０１，７０１，８０１，９
０１，１００１ｎ型ＧａＡｓ基板１０２，３０２，４０２，６０２，７０２，８０２，９
０２，１００２ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０３，３０３，４０３，６０３，７０３，８０３，９
０４，１００３ｎ型ＺｎＳｅバッファ層１０４，３０４，４０４，６０４，７０４，８０４，９
０５，１００４ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０５Ｚｎ0.8Ｃｄ0.2Ｓｅ井戸層１０６ＺｎＳ0.2Ｓｅ0.8障壁層１０７歪多重量子井戸構造１０８，３０９，４０８，６０９，７０９，８０９，９
０９，１００８ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層１０９ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１１０，３１２，４１１，６１２，７１２，８１２，９
１２，１０１１絶縁層１１１，３１３，４１２，６１３，７１３，８１３，９
１３，１０１２ｐ型電極１１２，３１４，４１３，６１４，７１４，８１４，９
１４，１０１３ｎ型電極３０５ＺｎＣｄＳｅ井戸層３０６，６０７ＺｎＳｅ中間層３０７ＺｎＭｇＳＳｅ障壁層３０８多重量子井戸構造３１０，４０９，６１０，７１０，８１０，９１０，１
００９ｐ型ＺｎＳｅキャップ層３１１，４１０，６１１，７１１，８１１，９１１，１
０１０ｐ型ＺｎＳｅＴｅコンタクト層４０５ｎ型ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅ光ガイド層４０６ＺｎＣｄＳｅ活性層４０７ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅ光ガイド層４１４ＺｎＳｅ層４１５ＺｎＳ0.13Ｓｅ0.87層６０５，７０６，８０６，９０６，１００５ｎ型Ｚｎ
ＳＳｅ光ガイド層６０６，７０７，８０７，９０７，１００６ＺｎＣｄ
Ｓｅ量子井戸活性層６０８，７０８，８０８，９０８，１００７ｐ型Ｚｎ
ＳＳｅ光ガイド層７０５ＺｎＳＳｅ歪層８０５ＺｎＳＳｅ／ＺｎＳｅＴｅ歪超格子層９０３ＺｎＳｅバッファ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】歪多重量子井戸構造を備えたＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体を有する半導体発光素子であって、井戸層
の格子歪とは逆の格子歪を有する障壁層を備えた半導体
発光素子。
【請求項２】歪多重量子井戸構造を備えており、ＧａＡ
ｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体を有する半導体発光素子であって、井戸
層はＺｎＣｄＳｅからなり、障壁層は引張り歪を有する
組成である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】多重量子井戸構造を備えたＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体を有する半導体発光素子であって、井戸層お
よび障壁層は少なくとも３種類以上の元素で構成される
混晶であり、該井戸層および該障壁層の間に化合物から
なる中間層を備えた半導体発光素子。
【請求項４】多重量子井戸構造を備えており、ＧａＡｓ
基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体を有する半導体発光素子であって、井戸層
はＺｎＣｄＳｅからなり、障壁層はＺｎＳＳｅあるいは
ＺｎＭｇＳＳｅからなり、中間層はＺｎＳｅからなる請
求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】歪多重量子井戸構造を備えたＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体を有する半導体発光素子であって、井戸層
の格子歪とは逆の格子歪を有する障壁層を備えており、
該井戸層および該障壁層は少なくとも3種類以上の元素
で構成される混晶からなり、該井戸層および該障壁層の
間に化合物からなる中間層を備えた請求項１または３記
載の半導体発光素子。
【請求項６】歪多重量子井戸構造を備えており、ＧａＡ
ｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体を有する半導体発光素子であって、井戸
層はＺｎＣｄＳｅからなり、障壁層は引張り歪を有する
ＺｎＳＳｅあるいはＺｎＭｇＳＳｅからなり、該井戸層
および該障壁層の間に設けられた中間層はＺｎＳｅから
なる請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】光ガイド層および格子歪を有する活性層を
備えたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を有する半導体発光素
子であって、光ガイド層の少なくとも一部が、活性層の
格子歪とは逆の格子歪を有する組成からなる半導体発光
素子。
【請求項８】光ガイド層および格子歪を有する活性層を
備えており、ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子
整合したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を有する半導体発光
素子であって、活性層はＺｎＣｄＳｅからなり、光ガイ
ド層の少なくとも一部が引張り歪を有する組成からなる
請求項７記載の半導体発光素子。
【請求項９】量子井戸構造および光ガイド層を備えたＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体を有する半導体発光素子であっ
て、井戸層および光ガイド層は少なくとも3種類以上の
元素で構成される混晶であり、該井戸層および該光ガイ
ド層の間に化合物からなる中間層を備えた半導体発光素
子。
【請求項１０】量子井戸構造および光ガイド層を備えて
おり、ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合し
たＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を有する半導体発光素子で
あって、井戸層はＺｎＣｄＳｅからなり、光ガイド層は
ＺｎＳＳｅあるいはＺｎＭｇＳＳｅからなり、中間層は
ＺｎＳｅからなる請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１１】歪量子井戸構造および光ガイド層を備え
たＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を有する半導体発光素子で
あって、井戸層および光ガイド層は少なくとも3種類以
上の元素で構成される混晶からなり、該井戸層および該
光ガイド層の間に化合物からなる中間層を備えており、
該光ガイド層の少なくとも一部が、井戸層の格子歪とは
逆の格子歪を有する組成からなることを特徴とする請求
項７または９記載の半導体発光素子。
【請求項１２】歪量子井戸構造および光ガイド層を備え
ており、ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合
したＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を有する半導体発光素子
であって、井戸層はＺｎＣｄＳｅからなり、光ガイド層
の少なくとも一部は引張り歪を有するＺｎＳＳｅあるい
はＺｎＭｇＳＳｅからなり、中間層はＺｎＳｅからなる
ことを特徴とする請求項１１記載の半導体発光素子。
【請求項１３】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導
体発光素子であって、活性層より基板に近い側のクラッ
ド層中に、該基板と格子定数の異なる半導体層が少なく
とも1層設けられており、かつ該半導体層の厚さが該基
板に対する臨界膜厚より薄いことを特徴とする半導体発
光素子。
【請求項１４】前記クラッド層がＺｎＭｇＳＳｅからな
り、前記半導体層がＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、Ｚ
ｎＭｇＳあるいはＺｎＭｇＳｅからなる請求項１３記載
の半導体発光素子。
【請求項１５】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導
体発光素子であって、活性層より基板に近い側のクラッ
ド層中に、歪超格子層が設けられていることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項１６】前記クラッド層がＺｎＭｇＳＳｅからな
り、前記歪超格子層がＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓ、Ｓｅおよ
びＴｅの中から選ばれる元素で構成される2種類以上の
化合物あるいは混晶からなる請求項１５記載の半導体発
光素子。
【請求項１７】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に形成
されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素
子であって、該基板面直上に、ｎ型およびｐ型いずれの
不純物も実質的に含まないＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層
を備えており、かつ該半導体層の厚さが１０分子層以下
であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１８】前記ｎ型およびｐ型いずれの不純物も実
質的に含まないＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層の上に、前
記不純物を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上含むＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体層が積層されていることを特徴とする請求項１
７記載の半導体発光素子。
【請求項１９】前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板がＧ
ａＡｓ基板であり、前記ｎ型およびｐ型いずれの不純物
も実質的に含まないＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層がＺｎ
Ｓｅであることを特徴とする請求項１７または１８記載
の半導体発光素子。
【請求項２０】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に形成
されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素
子の製造方法であって、該基板上に積層されるＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体バッファ層の少なくとも一部を成長さ
せる温度が、その上に積層される半導体層の成長温度よ
りも高い温度であることを特徴とする半導体発光素子の
製造方法。
【請求項２１】前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板がＧ
ａＡｓ基板であり、前記ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体バッ
ファ層がＺｎＳｅであることを特徴とする請求項２０記
載の半導体発光素子。
【請求項２２】前記バッファ層を成長終了後あるいは成
長途中に、半導体層の成長を中断して、成長温度を低下
させることを特徴とする請求項２０または２１記載の半
導体発光素子の製造方法。
【請求項２３】前記バッファ層を成長途中に成長温度を
低下させて、半導体層の成長を中断させないことを特徴
とする請求項２０または２１記載の半導体発光素子の製
造方法。
【請求項２４】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導
体発光素子の製造方法であって、少なくとも活性層を含
む半導体層を成長させる温度が、該半導体層以外の半導
体層の成長温度よりも高い温度であることを特徴とする
半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】活性層および光ガイド層を成長させる温
度が該活性層および該光ガイド層以外の半導体層の成長
温度よりも高い温度であることを特徴とする請求項２４
記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２６】前記活性層および光ガイド層を成長させ
る前後で、半導体層の成長を中断して、成長温度を変更
することを特徴とする請求項２５記載の半導体発光素子
の製造方法。
【請求項２７】前記光ガイド層を成長途中に成長温度を
変化させて、半導体層の成長を中断させないことを特徴
とする請求項２５記載の半導体発光素子の製造方法。