JPH0983086A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ない
し緑色で発光可能な高性能の半導体発光素子および有機
金属化学気相成長法を用いたその製造方法を提供する。 【解決手段】 ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた半導
体レーザーにおいて、ｎ側のクラッド層を活性層６から
見て順にノンドープまたは低不純物濃度のｎ型のＺｎＭ
ｇＳＳｅ層４とｎ型ＺｎＳＳｅ層３とにより構成すると
ともに、ｐ側のクラッド層を活性層６から見て順にノン
ドープまたは低不純物濃度のｐ型のＺｎＭｇＳＳｅ層８
とｐ型ＺｎＳＳｅ層９とにより構成する。半導体レーザ
ーを構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層は有機金属化
学気相成長法により成長させる。これらのうちｎ型Ｚｎ
Ｓｅバッファ層２、ｎ型ＺｎＳＳｅ層３、ｐ型ＺｎＳＳ
ｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０の成長中には下
地表面に光を照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体発光素子
およびその製造方法に関し、特に、ＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体を用いた半導体発光素子に適用して好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスクや光磁気ディスクに対
する記録／再生の高密度化または高解像度化のために、
青色ないし緑色で発光可能な半導体発光素子に対する要
求が高まってきており、その実現を目指して研究が活発
に行われている。

【０００３】このような青色ないし緑色で発光可能な半
導体発光素子の製造に用いる材料としては、ＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体が最も有望である。特に、四元系のＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎＭｇＳＳｅは、ＺｎＳ
ｅやＺｎＳＳｅに比べて大きなバンドギャップおよび低
い屈折率を有するので、波長４００〜５５０ｎｍ帯の青
色ないし緑色の半導体レーザーをＧａＡｓ基板を用いて
製造するときのクラッド層の材料に適しており、良好な
キャリア閉じ込め特性および光閉じ込め特性を得ること
ができる（(1)Electron. Lett. 28, 1798(1992))。そし
て、このＺｎＭｇＳＳｅ層をクラッド層に用いた半導体
レーザーに関して種々の改良がなされた結果、ＺｎＣｄ
Ｓｅ層を活性層、ＺｎＳＳｅ層を光導波層、ＺｎＭｇＳ
Ｓｅ層をクラッド層とするＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ／
ＺｎＭｇＳＳｅ ＳＣＨ（Separate Confinement Heter
ostructure）構造の半導体レーザーにおいて、室温で連
続発振が達成され、その後のさらなる改良によりすでに
室温で１時間の連続発振が達成されている（(2)Jpn. J.
Appl. Phys. 33, L938(1994) 、(3)IEEE Lasers and E
lectro-Optics Society's Annual Meeting, Boston,199
4,PDP 1.1)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にＺｎＭｇＳＳｅ層をクラッド層に用いる場合には、そ
の直列抵抗の低減を図り、半導体レーザーの動作時に注
入電流が流れやすいようにするために、このＺｎＭｇＳ
Ｓｅ層には不純物を高濃度にドープするのが望ましい。
しかしながら、このＺｎＭｇＳＳｅ層は、不純物を高濃
度にドープすることが本質的に難しい。この問題は、こ
のＺｎＭｇＳＳｅ層の成長に分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法を用いた場合も、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の成
長に最近盛んに適用が試みられている有機金属化学気相
成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いた場合も同様に存在するも
のであるが、後者のＭＯＣＶＤ法を用いる場合にはより
深刻である。

【０００５】上述の問題を図７を参照して改めて説明す
ると、次の通りである。すなわち、図７はアクセプタ不
純物として窒素（Ｎ）がドープされたＺｎＭｇＳＳｅの
バンドギャップＥ_g と有効アクセプタ濃度Ｎ_A −Ｎ
_D （ただし、Ｎ_A はアクセプタ濃度、Ｎ_D はドナー濃
度）との関係を示す（Appl. Phys. Lett. 64, 904(199
4))。図７より、ＺｎＭｇＳＳｅのバンドギャップＥ_g
が大きくなるにつれて、すなわちＭｇ組成比が大きくな
るにつれて、有効アクセプタ濃度Ｎ_A −Ｎ_D が急激に減
少することがわかり、これはＺｎＭｇＳＳｅの抵抗が急
激に増加することを意味する。この問題は、ＺｎＭｇＳ
Ｓｅ層を半導体レーザーのクラッド層に用いるときの障
害となる。

【０００６】以上は、ＺｎＭｇＳＳｅにアクセプタ不純
物としてＮをドープする場合についてであるが、ＺｎＭ
ｇＳＳｅにドナー不純物をドープする場合についても、
同様な問題が存在する。

【０００７】従って、この発明の目的は、良好なキャリ
ア閉じ込め特性および光閉じ込め特性を得ることがで
き、しかもクラッド層の直列抵抗を低く抑えることがで
きる、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ないし緑
色で発光可能な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
に、この発明の第１の発明は、ｎ側のクラッド層とｐ側
のクラッド層との間に活性層をはさんだ構造を有し、ｎ
側のクラッド層、ｐ側のクラッド層および活性層はＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素子におい
て、ｎ側のクラッド層およびｐ側のクラッド層のうちの
少なくとも一方のクラッド層が、活性層から見て順にノ
ンドープまたは不純物が低濃度にドープされたＺｎ_1-p
Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層（ただし、０＜ｐ≦１かつ０≦ｑ
≦１）と不純物がドープされたＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層（た
だし、０≦ｕ＜１）とにより構成されていることを特徴
とするものである。

【０００９】この発明の第１の発明においては、良好な
キャリア閉じ込め特性および光閉じ込め特性を得る見地
から、Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層とＺｎＳ_u Ｓｅ
_1-u 層とにより構成されるクラッド層の厚さは３００ｎ
ｍ以上に選ばれる。ここで、このクラッド層に含まれる
Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層とＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層と
の厚さは必要に応じて選ばれる。このＺｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ
_q Ｓｅ_1-q 層の厚さは、その直列抵抗の低減を図る見地
からは、好適には２００ｎｍ以下に選ばれ、より好適に
は１００ｎｍ以下に選ばれる。

【００１０】この発明の第１の発明において、Ｚｎ_1-p
Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層とＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層とにより構
成されるクラッド層がｐ側のクラッド層である場合に
は、Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層はノンドープまたは
低不純物濃度のｐ型であり、ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層はｐ型
である。また、Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層とＺｎＳ
_u Ｓｅ_1-u 層とにより構成されるクラッド層がｎ側のク
ラッド層である場合には、Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q
層はノンドープまたは低不純物濃度のｎ型であり、Ｚｎ
Ｓ_u Ｓｅ_1-u 層はｎ型である。

【００１１】この発明の第１の発明の一実施形態におい
ては、ｐ側のクラッド層がノンドープまたは不純物が低
濃度にドープされたｐ型のＺｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q
層とｐ型のＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層とにより構成されるとと
もに、ｎ側のクラッド層がノンドープまたは不純物が低
濃度にドープされたｎ型のＺｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q
層とｎ型のＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層とにより構成される。

【００１２】この発明の第１の発明の典型的な一実施形
態においては、ｎ側のクラッド層と活性層との間および
ｐ側のクラッド層と活性層との間にそれぞれノンドープ
または不純物がドープされたＺｎＳ_v Ｓｅ_1-v （ただ
し、０≦ｖ＜１）からなる光導波層が設けられる。ここ
で、このＺｎＳ_v Ｓｅ_1-v からなる光導波層の厚さは、
良好なキャリア閉じ込め特性および光閉じ込め特性を得
る見地からは、好適には１００ｎｍ以上である。

【００１３】この発明の第２の発明は、ｎ側のクラッド
層とｐ側のクラッド層との間に活性層をはさんだ構造を
有し、ｎ側のクラッド層、ｐ側のクラッド層および活性
層はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなり、ｎ側のクラッ
ド層およびｐ側のクラッド層のうちの少なくとも一方の
クラッド層が、活性層から見て順にノンドープまたは不
純物が低濃度にドープされたＺｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ
_1-q 層（ただし、０＜ｐ≦１かつ０≦ｑ≦１）と不純物
がドープされたＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層（ただし、０≦ｕ＜
１）とにより構成されている半導体発光素子の製造方法
であって、ｎ側のクラッド層、ｐ側のクラッド層および
活性層の成長を有機金属化学気相成長法により行い、Ｚ
ｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層以外の層のうちの少なくと
もＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u層の成長中に下地表面に光を照射す
るようにしたことを特徴とするものである。

【００１４】この発明の第２の発明において、下地表面
に照射する光のエネルギーは、好適にはＺｎＳ_u Ｓｅ
_1-u 層のバンドギャップエネルギー以上に選ばれる。具
体的には、この光として例えば紫外光が用いられる。

【００１５】この発明において、ＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体は、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カドミ
ウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）およびベリリウム（Ｂｅ）
からなる群より選ばれた一種または二種以上のＩＩ族元
素と、セレン（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ）およびテルル（Ｔ
ｅ）からなる群より選ばれた一種または二種以上のＶＩ
族元素とにより構成される。

【００１６】上述のように構成されたこの発明の第１の
発明による半導体発光素子においては、ｎ側のクラッド
層およびｐ側のクラッド層のうちの少なくとも一方のク
ラッド層が、活性層から見て順にノンドープまたは不純
物が低濃度にドープされたＺｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q
層と不純物がドープされたＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層とにより
構成されているので、主として、活性層側にあるＺｎ
_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q層の働きにより、良好なキャリ
ア閉じ込め特性および光閉じ込め特性を得ることができ
る。また、Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層はノンドープ
または不純物が低濃度にドープされたものであるので、
このＺｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層への不純物の高濃度
ドープが難しいという問題を回避することができる。さ
らに、この場合、Ｍｇ組成比ｐが大きなＺｎ_1-p Ｍｇ_p
Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層を用いることもできる。一方、このＺｎ
_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層は、ノンドープまたは不純物
が低濃度にドープされたものであるため、直列抵抗が高
く、クラッド層の抵抗を増大させることが懸念される
が、ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層は不純物がドープされたもので
あり、この不純物のドープ濃度を十分に高くすることに
よりその抵抗を十分に低くすることができることや、Ｚ
ｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層を十分に薄くすることなど
により、この問題を回避することができる。

【００１７】また、上述のように構成されたこの発明の
第２の発明による半導体発光素子の製造方法において
は、少なくともＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層の成長中に下地表面
に光を照射するようにしていることにより、この光の照
射により原料化合物の分解が促進され、あるいは、この
光の照射により成長中に下地表面近傍に生成される少数
キャリアの作用で原料化合物の分解が促進されるため、
成長中に下地表面に光を照射しない場合に比べて、原料
化合物がより低温で分解される。これによって、これら
の層の成長温度の低温化を図ることができるので、その
分だけこれらの層に不純物が取り込まれやすくなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００１９】図１はこの発明の一実施形態による半導体
レーザーを示し、その共振器長方向に垂直な断面図であ
る。この実施形態による半導体レーザーは、ＳＣＨ構造
を有する利得導波型の半導体レーザーである。

【００２０】図１に示すように、この実施形態による半
導体レーザーにおいては、ドナー不純物として例えばシ
リコン（Ｓｉ）がドープされた（１００）面方位のｎ型
ＧａＡｓ基板１上に、ドナー不純物として例えばヨウ素
（Ｉ）がドープされたｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ドナ
ー不純物として例えばＩがドープされたｎ型ＺｎＳ_uＳ
ｅ_1-u アウタークラッド層３、ノンドープのｉ型Ｚｎ
_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-qインナークラッド層４、ノンド
ープのｉ型ＺｎＳｅ光導波層５、例えばノンドープＺｎ
ＣｄＳｅからなる活性層６、ノンドープのｉ型ＺｎＳｅ
光導波層７、ノンドープのｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ
_1-q インナークラッド層８、アクセプタ不純物として例
えば窒素（Ｎ）がドープされたｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u ア
ウタークラッド層９およびアクセプタ不純物として例え
ばＮがドープされたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０が順
次積層されている。

【００２１】ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０上には、一
方向に延在するストライプ状の開口１１ａを有する絶縁
層１１が設けられている。この絶縁層１１は例えばポリ
イミドにより形成される。この絶縁層１１およびその開
口１１ａの部分のｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０の全面
にｐ側電極１２が設けられている。このｐ側電極１２と
しては例えば金（Ａｕ）電極が用いられる。このｐ側電
極１２が開口１１ａを通じてｐ型ＺｎＳｅコンタクト層
１０にコンタクトしている部分が電流の通路となり、こ
れによって電流狭窄構造が形成されている。一方、ｎ型
ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ側電極１３が設けられて
いる。

【００２２】この場合、ｉ型ＺｎＳｅ光導波層５および
ｉ型ＺｎＳｅ光導波層７の間にアンドープＺｎＣｄＳｅ
からなる活性層６がはさまれた構造によりＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＣｄＳｅ単一量子井戸構造が形成されている。

【００２３】ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層
３、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_{1- q} インナークラッド
層４、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッ
ド層８、ｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層９
は、ｎ型ＧａＡｓ基板１とほぼ完全に格子整合するよう
に組成が選ばれている。具体的には、ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ
_1-u アウタークラッド層３およびｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u
アウタークラッド層９のＳ組成比ｕは０．０６に選ば
れ、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド
層４およびｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナーク
ラッド層８のＭｇ組成比ｐおよびＳ組成比ｑはそれぞれ
０．０７および０．１に選ばれている。

【００２４】また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２の厚さは
例えば２０ｎｍ、ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッ
ド層３およびｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層
９の厚さは例えばそれぞれ５００ｎｍ、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍ
ｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層４およびｉ型Ｚｎ
_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層８の厚さは
例えばそれぞれ６０ｎｍ、ｉ型ＺｎＳｅ光導波層５およ
びｉ型ＺｎＳｅ光導波層７の厚さは例えばそれぞれ１２
０ｎｍ、活性層６を構成するＺｎＣｄＳｅ層の厚さは例
えば６ｎｍ、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０の厚さは例
えば２０ｎｍである。

【００２５】ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２およびｎ型Ｚｎ
Ｓ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層３の有効ドナー濃度Ｎ
_D −Ｎ_A は例えばそれぞれ５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。ｐ
型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層９およびｐ型Ｚ
ｎＳｅコンタクト層１０の有効アクセプタ濃度Ｎ_A −Ｎ
_D は例えばそれぞれ１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。

【００２６】この一実施形態による半導体レーザーにお
いては、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラ
ッド層４およびｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナ
ークラッド層８は、バンドギャップが大きく、屈折率も
低いことにより、良好なキャリア閉じ込め特性および光
閉じ込め特性を得ることができる。一方、これらのｉ型
Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層４およ
びｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_pＳ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層
８はノンドープであるため、その直列抵抗が懸念される
が、これらのｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナー
クラッド層４およびｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q イ
ンナークラッド層８はそれぞれ厚さが６０ｎｍと十分に
薄いので、その直列抵抗を十分に低く抑えることができ
る。しかも、ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層
３およびｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層９は
十分に低抵抗とすることができる。これによって、ｎ側
のクラッド層全体の抵抗およびｐ側のクラッド層全体の
抵抗を十分に低く抑えることができ、半導体レーザーの
動作時に注入電流が容易に流れるようにすることができ
る。

【００２７】次に、上述のように構成されたこの実施形
態による半導体レーザーの製造方法について説明する。

【００２８】まず、（１００）面方位のｎ型ＧａＡｓ基
板１を用意し、このｎ型ＧａＡｓ基板１を例えば水酸化
カリウム（ＫＯＨ）の水溶液（ＫＯＨ濃度は２重量％）
によりエッチングし、表面清浄化を行う。次に、このｎ
型ＧａＡｓ基板１を例えば常圧ＭＯＣＶＤ装置の成長室
（リアクター）内に入れた後、この成長室内において水
素（Ｈ₂ ）雰囲気中で例えば６００℃、１５分の条件で
熱処理を行い、表面の酸化物を除去する（サーマルクリ
ーニング）。なお、この成長室は、例えば石英製で縦型
のものである。

【００２９】次に、このようにして表面清浄化処理を行
ったｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ
型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタ
ークラッド層３、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q イン
ナークラッド層４、ｉ型ＺｎＳｅ光導波層５、ノンドー
プＺｎＣｄＳｅからなる活性層６、ｉ型ＺｎＳｅ光導波
層７、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッ
ド層８、ｐ型ＺｎＳ_uＳｅ_1-u アウタークラッド層９お
よびｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０を順次成長させる。

【００３０】このＭＯＣＶＤ法による成長においては、
Ｚｎ原料として例えばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、Ｃｄ
原料として例えばジメチルカドミウム（ＤＭＣｄ）、Ｓ
原料として例えばジエチル硫黄（ＤＥＳ）、Ｍｇ原料と
して例えばビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（（ＭｅＣｐ）₂ Ｍｇ）、Ｓｅ原料として例えばジメ
チルセレン（ＤＭＳｅ）を用いる。また、ドナー不純物
であるＩのドーパントとしては例えばヨウ化エチル（Ｅ
Ｉ）を用い、アクセプタ不純物であるＮのドーパントと
しては例えばジイソプロピルアミン（Ｄｉ−ＰＮＨ）を
用いる。

【００３１】また、これらの層の成長温度は、ｎ型Ｚｎ
Ｓｅバッファ層２およびｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウター
クラッド層３は例えばそれぞれ３６０℃、ｉ型Ｚｎ_1-p
Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層４、ｉ型ＺｎＳ
ｅ光導波層５、ｉ型ＺｎＳｅ光導波層７およびｉ型Ｚｎ
_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層８は例えば
それぞれ４８０℃、ｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラ
ッド層９およびｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０は例えば
それぞれ３３０℃、ノンドープＺｎＣｄＳｅからなる活
性層６は例えば４４０℃である。

【００３２】さらに、この場合、特に、ｎ型ＺｎＳｅバ
ッファ層２、ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-uアウタークラッド層
３、ｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層９および
ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０の成長は、例えば高圧水
銀ランプにより発生された光（例えば、いわゆるｉ線
（波長３６５ｎｍ））をその下地表面に照射しながら行
う。このように成長中に下地表面に光を照射することに
より、上述のように、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２および
ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層３の成長温度
は３６０℃、ｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層
９およびｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０の成長温度は３
３０℃と、これらの層をＭＢＥ法により成長させるとき
の成長温度に近い温度に成長温度を低温化することがで
きる。

【００３３】次に、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０上に
例えばポリイミドを塗布した後、これを所定形状にパタ
ーニングすることにより、一方向に延在する所定幅の開
口１１ａを有する絶縁層１１を形成する。

【００３４】次に、絶縁層１１およびその開口１１ａの
部分のｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０の全面に例えばＡ
ｕ膜を真空蒸着してｐ側電極１２を形成する。この後、
ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ側電極１３を形成する。

【００３５】次に、以上のようにしてレーザー構造が形
成されたｎ型ＧａＡｓ基板１をバー状に劈開して両共振
器端面を形成した後、このバーを劈開してチップ化し、
パッケージングを行う。

【００３６】図２は、この実施形態による半導体レーザ
ーの発光部の近傍における光の閉じ込め分布を計算によ
り求めた結果を示す。図２の縦軸は、共振器長方向に垂
直でかつ接合面に平行な方向の電界ベクトル成分の二乗
（｜Ｅ_y ｜² ）である。ただし、この計算においては、
ＺｎＣｄＳｅからなる活性層６の厚さは通常１０ｎｍ以
下で薄いことによりこの活性層６を省略し、また、ｉ型
ＺｎＳｅ光導波層５およびｉ型ＺｎＳｅ光導波層７の合
計の厚さを１００ｎｍとした。さらに、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍ
ｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層４およびｉ型Ｚｎ
_1-p Ｍｇ_p Ｓ_qＳｅ_1-q インナークラッド層８の屈折率
は２．６２、ｉ型ＺｎＳｅ光導波層５、７の屈折率は
２．７３とした。

【００３７】図２からわかるように、光分布の半値幅は
約２３０ｎｍである。この場合、ｉ型ＺｎＳｅ光導波層
５およびｉ型ＺｎＳｅ光導波層７の合計の厚さが１００
ｎｍであるので、光分布は、ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓ
ｅ_1-q インナークラッド層４およびＺｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q
Ｓｅ_1-q インナークラッド層８にそれぞれ６５ｎｍずつ
広がっていることになる。従って、これらのｉ型Ｚｎ
_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-qインナークラッド層４およびｉ
型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層８の
厚さはそれぞれ６０ｎｍ程度あれば光閉じ込めはほぼ十
分であり、１００ｎｍあれば十分である。なお、活性層
６を入れた場合には、さらに光閉じ込めが良くなり、光
分布の半値幅はより狭くなる。

【００３８】上述のように、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層
２、ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層３、ｐ型
ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層９およびｐ型Ｚｎ
Ｓｅコンタクト層１０の成長はその下地表面に光を照射
しながら行っているが、このうち特に、アクセプタ不純
物であるＮのドーパントとしてＤｉ−ＰＮＨを用いて成
長されたｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０については、Ｎ
を１０¹⁸ｃｍ^-3以上の濃度までドープすることができる
ことがわかった。

【００３９】すなわち、図３は、Ｓｅ原料であるＤＭＳ
ｅ、Ｚｎ原料であるＤＭＺｎ、ＮのドーパントであるＤ
ｉ−ＰＮＨの流量をそれぞれ２２μｍｏｌ／分、１１μ
ｍｏｌ／分および１１μｍｏｌ／分、成長温度を３３０
℃、高圧水銀ランプにより発生される光（ｉ線）の強度
を０．１ｍＷ／ｃｍ² とし、ｎ型ＧａＡｓ基板上に光照
射を行いながらｐ型ＺｎＳｅ層を成長させた試料の深さ
方向のＮ分布を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法によ
り測定した結果を示す。図３より、確かにＮが１０¹⁸ｃ
ｍ^-3の高濃度にドープされていることがわかる。なお、
この試料は、より詳しくは、ｎ型ＧａＡｓ基板上にノン
ドープのＺｎＳｅバッファ層、ｐ型ＺｎＳｅ層、ノンド
ープのＺｎＳｅ層およびｐ型ＺｎＳｅ層を順次積層した
ものである。また、光の強度を５０ｍＷ／ｃｍ² まで高
くして同様な実験を行ったが、Ｎ濃度に変化は見られな
かった。すなわち、光の強度とＺｎＳｅのＮ濃度との間
には関係がなかった。

【００４０】この実施形態による半導体レーザーを液体
窒素温度（７７Ｋ）でパルス動作させたときの光出力─
電流特性および電圧−電流特性の測定結果の一例を図４
に示す。ただし、測定に用いた半導体レーザーのストラ
イプ幅（絶縁層１１の開口１１ａの幅）は１０μｍ、共
振器長は１ｍｍである。また、ｎ側電極１３としては銀
ペーストを用いた。測定に当たっては、この半導体レー
ザーをヒートシンクに装着し、７７Ｋで電流注入を行っ
た。

【００４１】図４からわかるように、この半導体レーザ
ーのしきい値電流Ｉ_thは約１８０ｍＡ（しきい値電流密
度Ｊ_thで１．８ｋＡ／ｃｍ² ）である。図４に示されて
いる他の試料の結果も合わせると、しきい値電流Ｉ_thは
９０〜１８０ｍＡである。また、駆動電圧も約１３Ｖと
低いことがわかる。

【００４２】図５は、この半導体レーザーのフロント側
の端面の前面に偏光板を置き、電流注入を行ったときの
光出力−電流特性を測定した結果を示す。図５より、強
いＴＥ偏光が見られる。

【００４３】図６はこの半導体レーザーを７７Ｋでパル
ス駆動したときの発光スペクトルの測定結果の一例を示
す。図６において、（ａ）は注入電流がしきい値電流よ
りも低い場合、（ｂ）は注入電流がしきい値電流以上の
場合である。ただし、注入電流のパルス幅は１μｓ、繰
り返し周波数は１００Ｈｚである。

【００４４】図６より、注入電流がしきい値電流よりも
低い場合、すなわちレーザー発振が起きていないときの
発光ピークの半値幅は約５ｎｍと大きいが、注入電流が
しきい値電流以上の場合、すなわちレーザー発振が起き
ているときの発光ピークの半値幅は１．１ｎｍ以下と小
さい。このレーザー発振が起きているときの発光ピーク
は波長４７３．３ｎｍ（青緑色）付近で観測される。

【００４５】また、この半導体レーザーが発振している
ときの遠視野像を観測したところ、ビームが接合面に垂
直な方向に長くなっているのが観測され、屈折率差の大
きい方向にビームの光強度分布が広がる傾向が見られ
た。

【００４６】以上のように、この実施形態によれば、ｉ
型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層４お
よびｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層３により
ｎ側のクラッド層が構成されるとともに、ｉ型Ｚｎ_1-p
Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層８およびｐ型Ｚ
ｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層９によりｐ側のクラ
ッド層が構成されているので、良好なキャリア閉じ込め
特性および光閉じ込め特性を得ることができ、しかもｎ
側のクラッド層およびｐ側のクラッド層とも直列抵抗を
低く抑えることができる。

【００４７】また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚ
ｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層３、ｐ型ＺｎＳ_u Ｓ
ｅ_1-u アウタークラッド層９およびｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層１０をＭＯＣＶＤ法により成長させる際に下地表
面に光を照射するようにしているので、これらの層の成
長温度の低温化を図ることができる。これによって、そ
の分だけこれらの層の成長時に不純物が取り込まれやす
くなり、不純物を高濃度にドープすることが可能であ
る。特に、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０は、アクセプ
タ不純物であるＮのドーパントとしてＤｉ−ＰＮＨを用
いることおよび成長中に下地表面に光照射を行うことに
より、すでに述べたようにＮを１０¹⁸ｃｍ^-3と高濃度に
ドープすることが可能である。

【００４８】以上により、レーザー構造を構成するＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体の成長にＭＯＣＶＤ法を用いて、
７７Ｋにおいて波長４７３．３ｎｍの青緑色で発振可能
なＳＣＨ構造を有する利得導波型の半導体レーザーを実
現することができる。本発明者が知る限り、ＭＯＣＶＤ
法により成長されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体による半
導体レーザーにおいて７７Ｋでレーザー発振を達成した
のは、これが最初である。

【００４９】以上、この発明の一実施形態について具体
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。

【００５０】例えば、上述の実施形態におけるｉ型Ｚｎ
_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層４およびｉ
型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層８の
代わりにそれぞれ低不純物濃度のｎ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ
_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層および低不純物濃度のｐ
型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラッド層を用
いてもよい。

【００５１】また、上述の実施形態におけるｉ型ＺｎＳ
ｅ光導波層５およびｉ型ＺｎＳｅ光導波層７の代わりに
それぞれｎ型ＺｎＳｅ光導波層およびｐ型ＺｎＳｅ光導
波層を用いてもよい。

【００５２】さらに、上述の実施形態においては、ＭＯ
ＣＶＤ法による成長中に下地表面に照射する光として高
圧水銀ランプによるｉ線を用いているが、このｉ線の代
わりに、高圧水銀ランプによるｈ線（波長４０５ｎｍ）
やｇ線（波長４３６ｎｍ）を用いてもよい。さらに、こ
の光としては、例えばエキシマーレーザーによるレーザ
ー光を用いてもよく、具体的には、ＸｅＣｌエキシマー
レーザーによる波長３０８ｎｍのレーザー光、ＫｒＦエ
キシマーレーザーによる波長２４８ｎｍのレーザー光、
ＸｅＦエキシマーレーザーによる波長３５１ｎｍのレー
ザー光などを用いてもよい。

【００５３】また、上述の実施形態においては、アクセ
プタ不純物であるＮのドーパントとしてＤｉ−ＰＮＨを
用いているが、このＤｉ−ＰＮＨの代わりに、Ｎを含む
他の有機化合物、例えばジプロピルアミン（Ｄ−ＢＮ
Ｈ）やターシャリブチルアミン（ｔ−ＢＮ）などを用い
てもよい。

【００５４】また、上述の実施形態においては、ｐ型Ｚ
ｎＳｅコンタクト層１０にｐ側電極１２が直接コンタク
トしているが、例えば、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０
上にそれぞれアクセプタ不純物として例えばＮがドープ
されたｐ型ＺｎＳｅ層（量子井戸層）とｐ型ＺｎＴｅ層
（障壁層）とが交互に積層されたｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴ
ｅ多重量子井戸（ＭＱＷ）層およびアクセプタ不純物と
して例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
を順次積層し、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層上にｐ側
電極をコンタクトさせるようにしてもよい。ここで、ｐ
型ＺｎＴｅコンタクト層にｐ側電極をコンタクトさせる
のは、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層にはＮを１０¹⁹ｃｍ^-3
程度に高濃度にドープすることができ、良好なオーミッ
ク特性を得ることができるからである。また、ｐ型Ｚｎ
Ｓｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層を設けるのは、ｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層とを直接接合す
ると、接合界面において価電子帯に大きな不連続（約
０．８ｅＶ）が生じ、これがｐ側電極１２からｐ型Ｚｎ
Ｔｅコンタクト層に注入される正孔に対する障壁となる
ことから、この障壁を実効的になくすためである。この
ために、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層のｐ型ＺｎＴ
ｅ層からなる量子井戸層のそれぞれに形成される第１量
子準位がｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴｅの価電子帯の
頂上のエネルギーと一致し、しかも互いに等しくなるよ
うに、ｐ型ＺｎＴｅ層の厚さをｐ型ＺｎＳｅコンタクト
層１０からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層に向かって段階的
に増加させる。この場合、ｐ側電極１２としては、Ｐｄ
膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜が順次積層されたＰｄ／Ｐｔ／
Ａｕ電極が好適に用いられる。

【００５５】また、上述の実施形態において用いた電流
狭窄構造は一例に過ぎず、これと異なる電流狭窄構造を
用いてもよい。

【００５６】また、上述の実施形態においては、ＳＣＨ
構造を有する半導体レーザーにこの発明を適用した場合
について説明したが、この発明は、ＤＨ構造（Double H
eterostructure）を有する半導体レーザーに適用するこ
とも可能である。

【００５７】さらに、上述の実施形態においては、この
発明を半導体レーザーに適用した場合について説明した
が、この発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた発
光ダイオードに適用することも可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による半
導体発光素子によれば、ｎ側のクラッド層およびｐ側の
クラッド層のうちの少なくとも一方のクラッド層が、活
性層から見て順にノンドープまたは不純物が低濃度にド
ープされたＺｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_qＳｅ_1-q 層（ただし、０
＜ｐ≦１かつ０≦ｑ≦１）と不純物がドープされたＺｎ
Ｓ_u Ｓｅ_1-u 層（ただし、０≦ｕ＜１）とにより構成さ
れているので、良好なキャリア閉じ込め特性および光閉
じ込め特性を得ることができるとともに、クラッド層の
直列抵抗を低く抑えることができ、これによって高性能
のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青色ないし緑色で
発光可能な半導体発光素子を実現することができる。

【００５９】また、この発明による半導体発光素子の製
造方法によれば、この発明による半導体発光素子を製造
するに際し、ｎ側のクラッド層、ｐ側のクラッド層およ
び活性層の成長を有機金属化学気相成長法により行い、
Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q層以外の層のうちの少なく
ともＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u 層の成長中に下地表面に光を照射
するようにしているので、有機金属化学気相成長法を用
いてこの発明による半導体発光素子を製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による半導体レーザーの
共振器長方向に垂直な断面図である。

【図２】この発明の一実施形態による半導体レーザーの
発光部の近傍における光場の分布の計算結果を示す略線
図である。

【図３】Ｄｉ−ＰＮＨをＮのドーパントとして用い、か
つ成長中に光照射を行ってＭＯＣＶＤ法により成長され
たｐ型ＺｎＳｅ層のＮ濃度分布をＳＩＭＳ法により測定
した結果を示すグラフである。

【図４】この発明の一実施形態による半導体レーザーを
７７Ｋでパルス駆動したときの光出力−電流特性および
電圧−電流特性の測定結果を示すグラフである。

【図５】この発明の一実施形態による半導体レーザーを
７７Ｋでパルス駆動したときの光出力−電流特性の偏光
特性依存性を測定した結果を示すグラフである。

【図６】この発明の一実施形態による半導体レーザーを
７７Ｋでパルス駆動したときの発光スペクトルの測定結
果を示すグラフである。

【図７】ＺｎＭｇＳＳｅのバンドギャップと有効アクセ
プタ濃度との関係を測定した結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＺｎＳｅバッファ層 ３ ｎ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層 ４、８ ｉ型Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q インナークラ
ッド層 ５、７ ｉ型ＺｎＳｅ光導波層 ６ 活性層 ９ ｐ型ＺｎＳ_u Ｓｅ_1-u アウタークラッド層 １０ ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 １１ 絶縁層 １２ ｐ側電極 １３ ｎ側電極

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ側のクラッド層とｐ側のクラッド層と
   の間に活性層をはさんだ構造を有し、上記ｎ側のクラッ
   ド層、上記ｐ側のクラッド層および上記活性層はＩＩ−
   ＶＩ族化合物半導体からなる半導体発光素子において、 上記ｎ側のクラッド層および上記ｐ側のクラッド層のう
   ちの少なくとも一方のクラッド層が、上記活性層から見
   て順にノンドープまたは不純物が低濃度にドープされた
   Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層（ただし、０＜ｐ≦１か
   つ０≦ｑ≦１）と不純物がドープされたＺｎＳ_u Ｓｅ
   _1-u 層（ただし、０≦ｕ＜１）とにより構成されている
   ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】 上記一方のクラッド層の厚さは３００ｎ
   ｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体発
   光素子。
3. 【請求項３】 上記Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層の厚
   さは２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記
   載の半導体発光素子。
4. 【請求項４】 上記Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層の厚
   さは１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記
   載の半導体発光素子。
5. 【請求項５】 上記一方のクラッド層はｐ側のクラッド
   層であり、上記Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層はノンド
   ープまたは低不純物濃度のｐ型であり、上記ＺｎＳ_u Ｓ
   ｅ_1-u 層はｐ型であることを特徴とする請求項１記載の
   半導体発光素子。
6. 【請求項６】 上記一方のクラッド層はｎ側のクラッド
   層であり、上記Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層はノンド
   ープまたは低不純物濃度のｎ型であり、上記ＺｎＳ_u Ｓ
   ｅ_1-u 層はｎ型であることを特徴とする請求項１記載の
   半導体発光素子。
7. 【請求項７】 上記ｎ側のクラッド層と上記活性層との
   間および上記ｐ側のクラッド層と上記活性層との間にそ
   れぞれノンドープまたは不純物がドープされたＺｎＳ_v
   Ｓｅ_1-v （ただし、０≦ｖ＜１）からなる光導波層が設
   けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体発
   光素子。
8. 【請求項８】 上記ＺｎＳ_v Ｓｅ_1-v からなる光導波層
   の厚さは１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項
   ７記載の半導体発光素子。
9. 【請求項９】 ｎ側のクラッド層とｐ側のクラッド層と
   の間に活性層をはさんだ構造を有し、 上記ｎ側のクラッド層、上記ｐ側のクラッド層および上
   記活性層はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなり、 上記ｎ側のクラッド層および上記ｐ側のクラッド層のう
   ちの少なくとも一方のクラッド層が、上記活性層から見
   て順にノンドープまたは不純物が低濃度にドープされた
   Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層（ただし、０＜ｐ≦１か
   つ０≦ｑ≦１）と不純物がドープされたＺｎＳ_u Ｓｅ
   _1-u 層（ただし、０≦ｕ＜１）とにより構成されている
   半導体発光素子の製造方法であって、 上記ｎ側のクラッド層、上記ｐ側のクラッド層および上
   記活性層の成長を有機金属化学気相成長法により行い、 上記Ｚｎ_1-p Ｍｇ_p Ｓ_q Ｓｅ_1-q 層以外の層のうちの少
   なくとも上記ＺｎＳ_uＳｅ_1-u 層の成長中に下地表面に
   光を照射するようにしたことを特徴とする半導体発光素
   子の製造方法。
10. 【請求項１０】 上記光のエネルギーは上記ＺｎＳ_u Ｓ
    ｅ_1-u 層のバンドギャップエネルギー以上であることを
    特徴とする請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 上記光は紫外光であることを特徴とす
    る請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。