JPH098409A - Ii−vi族半導体発光素子 - Google Patents

Ii−vi族半導体発光素子

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JPH098409A
JPH098409A JP15731095A JP15731095A JPH098409A JP H098409 A JPH098409 A JP H098409A JP 15731095 A JP15731095 A JP 15731095A JP 15731095 A JP15731095 A JP 15731095A JP H098409 A JPH098409 A JP H098409A
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JP
Japan
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layer
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light emitting
confinement
confinement layer
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Withdrawn
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JP15731095A
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English (en)
Inventor
Tetsuichiro Ono
哲一郎 大野
Takashi Matsuoka
隆志 松岡
Akira Oki
明 大木
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 長寿命かつ低消費電力な青緑色領域のII−VI
族半導体発光素子を提供することにある。 【構成】 ZnzCd1-zTe(0≦z<1)、HgvZn1-v
Te(0≦v≦1)又はInwGa1-wSb(0≦w≦1)か
らなる基板上に形成され、少なくとも、ZnxCdyMg
1-x-yTe層(0≦x,y,x+y≦1)を有しているこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、II−VI族半導体発光素
子に関する。
【0002】
【従来の技術】II−VI族半導体を用いた青緑色領域(波
長480〜520nm)の発光素子では、従来、キャリ
ア注入及び光閉じ込めを行うクラッドにZnMgSSeを
用いていた。しかし、この材料はp型不純物添加が難し
く、かつ添加されてもアクセプタのエネルギー凖位が深
いため、p型ZnMgSSeクラッド層の正孔濃度は約1
×1017cm-3が限界であり、その結果、素子抵抗を増
大させていた。
【0003】さらに、この材料は、価電子帯のエネルギ
ー凖位が真空凖位より6.7〜6.8eVと深いため、
p型ZnMgSSe層に直接オーミック電極を形成するこ
とは原理的に困難である。このため、n型基板を用いた
素子において、p型ZnMgSSe層に直接電極を形成す
ると、接触電位が大きくなる。あわせて、低い正孔濃度
のため、電極との接触抵抗も大きくなる。
【0004】これらの結果、素子の電流−電圧(I−
V)特性において、電流の立ち上がり電圧が高く、抵抗
も高くなる。さらに、p型基板として従来用いられてい
るGaAs基板を用いた場合には、価電子帯のエネルギー
凖位が深いために、p型クラッド層の価電子帯とp型G
aAs基板の価電子帯の間に大きな電位障壁が生じ、I−
V特性の立ち上がり電圧が高くなる。
【0005】これらの要因により、現在のII−VI族半導
体発光素子では、I−V特性における大きなビルトイン
電圧と高い微分抵抗のため駆動電圧が高くなり、素子の
寿命も一時間程度と短い。さらに、駆動のための消費電
力も高くなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、長寿
命かつ低消費電力な青緑色領域のII−VI族半導体発光素
子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明は、ダブルヘテロ構造もしくはセパレートコンファ
インメントヘテロ構造を有するII−VI族半導体発光素子
において、クラッド層及び発光層の材料に、ZnxCdyM
g1-x-yTe(0≦x,y,x+y≦1)を用いることを
特徴とする。
【0008】
【作用】ZnxCdyMg1-x-yTe(以下、ZnCdMgTeと
記す)は、VI族元素としてTeを用いているため、高純
度のp型不純物添加(最大1×1019cm-3)が可能で
ある。したがって、これらの材料を用いることにより、
従来のZnMgSSeを用いた場合より抵抗の低いp型ク
ラッド層を得ることができる。
【0009】また、これらの材料の価電子帯のエネルギ
ー凖位は、真空凖位から5.7〜5.8eV以下にあ
り,ZnMgSSeより約1eV浅い。このため、n型基
板に用いた素子において、これらの材料によるp型クラ
ッド層あるいはコンタクト層に直接電極を形成すると、
接触電位が従来より小さくなる。
【0010】更に、キャリア濃度も高いため、p型電極
における接触抵抗が従来より小さくなる。これらの結
果、素子のI−V特性において、電流の立ち上がり電圧
が低く、素子抵抗も低くなる。更に、p型の基板を用い
た場合には、これらの材料の価電子帯のエネルギー凖位
が深いためにp型クラッド層の価電子帯と。p型基板の
価電子帯の間の電位障壁が小さくなり、I−V特性の立
ち上がり電圧が小さくなる。
【0011】これらの理由により、従来のII−VI族半導
体発光層よりもI−V特性におけるビルトイン電圧と微
分抵抗が小さくなり、駆動電圧が大きく低減される。そ
の結果、発熱量が減少し、素子の長寿命化が可能とな
る。更に、駆動のための消費電力も低くなる。
【0012】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。
【0013】〔実施例1〕本発明の第1の実施例に係る
半導体レーザを図1に示す。本実施例は、p型基板を用
いたものである。図1は、レーザ共振器を光の伝搬方向
に対し垂直に切断した断面図である。紙面に垂直な方向
が[1−10]方向である。
【0014】図中において、1はp型Zn0.2Cd0.8Te
基板、2はZn0.2Cd0.8Te基板に格子整合する窒素ド
ープp型Zn0.04Mg0.96Te光閉じ込め層(厚さ2μ
m、キャリア濃度1×1018cm-3)、3は窒素ドープ
p型Cd0.1Mg0.9Teキャリア閉じ込め層(厚さ1μ
m、キャリア濃度5×1017cm-3)、4は厚さ10μ
mのノンドープCd0.36Mg0.64Te単一量子井戸活性
層、5は塩素ドープn型Cd0.1Mg0.9Teキャリア閉じ
込め層(厚さ1μm、キャリア濃度5×1017c
m-3)、6は塩素ドープn型Zn0.04Mg0.96Te光閉じ
込め層(厚さ2μm、キャリア濃度1×1018c
m-3)、7は電流狭窄のためのシリコン酸化膜絶縁層、
8はチタン、白金、金の順に蒸着したn型オーミック電
極、9は金電極である。
【0015】ここで、光閉じ込め層2、キャリア閉じ込
め層3、単一量子井戸活性層4、キャリア閉じ込め層5
及び光閉じ込め層6よりなる積層構造は、ダブルヘテロ
構造の一種である分離閉じ込めヘテロ構造(SCH構
造)と言われる積層構造であり、光閉じ込め層2,6
と、キャリア閉じ込め層3,5とによって、光とキャリ
アをそれぞれ分離して閉じ込める。
【0016】・素子特性 図1の構造の素子をジャンクション・ダウンでダイヤモ
ンド・ヒートシンク上に鉛錫共晶合金用いてマウントし
たときの、室温でのI−V特性を図2に(a)で示す。
共振器長は1mm、室温での閾値電流密度は480A/
cm2、発振波長は510nmである。図2から、本実
施例の素子の室温での電流立ち上がり電圧が約4.3V
であることがわかる。
【0017】比較例として、ZnMgSSeをクラッド層
に用い、本素子と同様のSCH構造を持つ従来型のレー
ザダイオードの特性を調べたところ、室温で図2に
(b)で示すI−V特性が得られた。室温での電流立ち
上がり電圧は約10.3Vであり、本素子に比較して2
倍以上大きい。また、同一測定条件下での閾値電流密度
は700A/cm2であり、本素子の約1.5倍であ
る。次に、本実施例の素子及び従来型素子の室温での寿
命を調べた。いずれの素子に対しても1mWの一定光出
力条件下での連続動作時間を測定した。従来型の素子が
約1時間であるのに対して、本実施例の素子は寿命が飛
躍的に延び、213時間であった。
【0018】これらの素子特性の改善は、ZnMgTe及
びZnCdTeをそれぞれp型光閉じ込め層2及びキャリ
ア閉じ込め層3に用いたことによる、両層2,3の抵抗
の低減及び基板1とクラッド層2の間の価電子帯不連続
の低減に起因するものである。ここで、基板1として
は、ZnCdTe基板を用いたが、本発明はこれに限るも
のではなく、HgZnTe基板やIII-V族半導体のInGa
Sb基板などでも良い。また、層1と層2との間に、バ
ッファ層として基板と同一材料である窒素ドープp型Z
n0.2Cd0.8Te(厚さ0.1μm、キャリア濃度1×1
018cm-3)を入れても良い。
【0019】〔実施例2〕本発明の第2の実施例に係る
半導体レーザを図3に示す。本実施例は、n型基板を用
いたものである。そのため、図3に示すように、レーザ
構造はp基板を用いたときとpnを反転させた積層構造
としたものとなっている。
【0020】図中において、10はn型Zn0.2Cd0.8T
e基板、11はZn0.2Cd0.8Te基板に格子整合する塩素
ドープn型Zn0.04Mg0.96Te光閉じ込め層(厚さ2μ
m、キャリア濃度1×1018cm-3)、12は塩素ドー
プn型Cd0.1Mg0.9Teキャリア閉じ込め層(厚さ1μ
m、キャリア濃度5×1017cm-3)、13は厚さ10
μmのノンドープCd0.36Mg0.64Te単一量子井戸活性
層、14は窒素ドープp型Cd0.1Mg0.9Teキャリア閉
じ込め層(厚さ1μm、キャリア濃度5×101 7c
m-3)、15は窒素ドープp型Zn0.04Mg0.96Te光閉
じ込め層(厚さ2μm、キャリア濃度1×1018c
m-3)、16は電流狭窄のためのシリコン酸化膜絶縁
層、17は金電極、18はチタン、白金、金の順に蒸着
したn型オーミック電極である。
【0021】本実施例においても、前述した実施例1と
同様の素子特性の改善が得られる。これは、ZnMgTe
及びZnCdTeをそれぞれp型の光閉じ込め層15及び
キャリア閉じ込め層14に用いたことによる、両層1
4,15の抵抗の低減及びp型電極17とクラッド層1
5の間の接触抵抗のの低減に起因するものである。ここ
で、基板10としては、ZnCdTe基板を用いたが、本
発明はこれに限るものではなく、HgZnTe基板やIII-
V族半導体のInGaSb基板などでも良い。また、層1
5と層17との間に、窒素高ドープp型Zn0.04Mg0.96
Teコンタクト層(厚さ0.05μm、キャリア濃度1
×1019cm-3)を入れても良い。
【0022】また、上述の実施例では、光閉じ込め層及
びキャリア閉じ込め層として、ZnCdTe又はZnMgTe
を用いているが、それに代えて、ZnCdMgTeにしても
同様の効果が得られる。更に、上記実施例においては、
セパレートコンファインメントヘテロ構造のレーザの例
を示したが、pn接合や、ダブルヘテロ構造、あるいは
これらの改良構造の発光素子においても、同様の概念を
用いることにより、本発明の効果が得られる。
【0023】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明のII−VI族半導体発光素子は、クラッ
ド層及び活性層の材料としてZnCdMgTeを用いたた
め、従来のZnMgSSeより抵抗の低いp型のクラッド
層を得ることができる。また、これらの材料の価電子帯
のエネルギー凖位が従来の材料より浅いことから、p型
クラッド層と電極間の接触電位及び接触抵抗或いはp型
クラッド層と基板との間の接触抵抗が従来より小さくな
る。これらの効果によって、素子の駆動電圧の低減が図
られることから、本発明を用いると容易に長寿命かつ低
消費電力なII−VI族半導体レーザが得られるという効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る半導体レーザの断
面図である。
【図2】本発明の半導体レーザの電流−電圧特性の例を
示すグラフである。
【図3】本発明の第2の実施例に係る半導体レーザの断
面図である。
【符号の説明】
1 p型Zn0.2Cd0.8Te基板 2 窒素ドープp型Zn0.04Mg0.96Te光閉じ込め層 3 窒素ドープp型Cd0.1Mg0.9Teキャリア閉じ込め
層 4 ノンドープCd0.36Mg0.64Te単一量子井戸活性層 5 塩素ドープn型Cd0.1Mg0.9Teキャリア閉じ込め
層 6 塩素ドープn型Zn0.04Mg0.96Te光閉じ込め層 7 シリコン酸化膜絶縁層 8 チタン/白金/金電極 9 金電極 10 n型Zn0.2Cd0.8Te基板 11 塩素ドープn型Zn0.04Mg0.96Te光閉じ込め層 12 塩素ドープn型Cd0.1Mg0.9Teキャリア閉じ込
め層 13 ノンドープCd0.36Mg0.64Te単一量子井戸活性
層 14 窒素ドープp型Cd0.1Mg0.9Teキャリア閉じ込
め層 15 窒素ドープp型Zn0.04Mg0.96Te光閉じ込め層 16 シリコン酸化膜絶縁層 17 金電極 18 チタン/白金/金電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ZnzCd1-zTe(0≦z<1)、HgvZn
    1-vTe(0≦v≦1)又はInwGa1-wSb(0≦w≦
    1)からなる基板上に形成され、少なくとも、ZnxCdy
    Mg1-x-yTe層(0≦x,y,x+y≦1)を有してい
    ることを特徴とするII−VI族半導体発光素子。
  2. 【請求項2】 前記ZnxCdyMg1-x-yTe層は、p型の
    光閉じ込め層及びキャリア閉じ込め層として形成される
    ことを特徴とする請求項1記載のII−VI族半導体発光素
    子。
JP15731095A 1995-06-23 1995-06-23 Ii−vi族半導体発光素子 Withdrawn JPH098409A (ja)

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Effective date: 20020903