JPH10242575A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

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JPH10242575A
JPH10242575A JP4037097A JP4037097A JPH10242575A JP H10242575 A JPH10242575 A JP H10242575A JP 4037097 A JP4037097 A JP 4037097A JP 4037097 A JP4037097 A JP 4037097A JP H10242575 A JPH10242575 A JP H10242575A
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JP
Japan
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layer
diffusion
semiconductor
zns
group
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Pending
Application number
JP4037097A
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English (en)
Inventor
Masayuki Momose
正之 百瀬
Shinichi Nakatsuka
慎一 中塚
Masahiko Kawada
雅彦 河田
Jun Goto
順 後藤
Akira Oya
彰 大家
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】拡散により電流狭窄構造を作製する際、拡散領
域の制御が難しい。そのため、幅が良く制御されたスト
ライプ構造の作製が困難である。 【解決手段】II族元素を拡散させる層と拡散を抑制する
層を導入することで、II族元素が拡散する領域を制御し
て、電流狭窄構造を作製する。また、量子井戸構造や超
格子構成で、平坦なヘテロ界面を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】II−VI族化合物半導体で半導体素子、特
に発光素子を作製する場合、有機金属気相成長法や分子
線エピタキシー法が用いられる。有機金属気相成長法
は、分子線エピタキシー法に比べて、結晶成長時の基板
温度が200℃程度高い。そのため、結晶成長時にII族
元素の拡散が生じ、良質なヘテロ界面が得られず、量子
井戸構造や超格子構造の作製が難しい。
【0003】また、発光素子の構造としてはダブルヘテ
ロ構造を用いることが多い。そのとき、素子特性を向上
させるために、電流狭窄構造を作製する。その方法とし
ては、現在のところ、ウエットエッチングにより不要な
部分を取り除いた後、高抵抗な材料で取り除いた部分を
埋め込む方法や、イオン打ち込みにより不要な部分を高
抵抗化させる方法等が用いられている。また、特定の元
素を拡散させて拡散部分を高抵抗化させる方法もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような電流狭窄
構造の作製方法では、結晶成長を終えたあとにウエット
エッチングやイオン打ち込み等の工程を経てレーザ素子
が作製される。ウエットエッチングにより電流狭窄構造
を作製する場合、エッチング深さの制御性が良く、エッ
チング後の薄膜表面が鏡面であるようなエッチング液が
求められる。しかし、II−VI族化合物半導体では、現在
そのようなエッチング液は見つかっていない。
【0005】また、イオン打ち込みにより電流狭窄構造
を作製する場合、イオンによる結晶へのダメージが大き
く素子性能の向上が望めない。
【0006】また、特定の元素を拡散させて電流狭窄構
造を作製する方法では、拡散させる部分を制御すること
が難しい。そのため、結晶へのダメージもなく制御性に
優れた電流狭窄構造の作製方法が求められていた。
【0007】一方、有機金属気相成長法でII−VI族化合
物半導体を作製する場合、結晶成長時の基板温度が高い
ので、II族元素の拡散が結晶成長時に起こり良質のヘテ
ロ界面が得られないという問題がある。そのため、II族
元素の拡散を抑制する半導体層を導入する必要があるが
現在までそのような効果をもつ半導体層は見つかってい
なかった。
【0008】
【課題を解決するための手段】II−VI族元素の化合物で
形成された半導体素子、特に発光領域を有し、またはレ
ーザ共振器構造を有するものについて生じた上述の問題
は、以下に示す特徴を有する半導体素子の構造を採用す
ることにより解決される。
【0009】本発明の第一の特徴は、半導体素子構造中
に拡散を抑制する半導体層を設けることである。
【0010】本発明の第二の特徴は、拡散を抑制する半
導体層を量子井戸構造、または超格子構造の障壁層(即
ち、禁制帯幅の大きい方の層)とすることである。
【0011】これらの層は、特にII族元素、例えば、M
g,Zn,Cd,Hg,CaとVI族元素、例えばS,S
e,Teを含んで構成される、所謂II−VI族半導体材料
からなる素子において、適切な組成を有するII−VI族半
導体材料で形成されると効果を発揮する。適切な組成の
一例としては、少なくともSを含んでなるII−VI族元素
であり、望ましくは、Mgを含むものである。
【0012】また構成元素は3種またはそれ以上が望ま
しい。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施例1)図1は、本発明における半導体レーザの一
実施例である。1はn−GaAs基板、2はn−Zn
1-xMgxySe1-y(x=0.08,y=0.15)クラ
ッド層、3はn−ZnSzSe1-z(z=0.08)光ガ
イド層、4はZnkCd1-kSe(k=0.3)活性層、
5はCdが拡散したZnSzSe1-z(z=0.08)電
流狭窄層、6はp−ZnSzSe1-z(z=0.08)光
ガイド層、7はp−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.
08,y=0.15)拡散抑制層、8はp−Zn1-aCd
abSe1-b(a=0.2,b=0.1)からなるCd拡
散層、9はp−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.0
8,y=0.15)クラッド層、10はp−ZnSzSe
1-z(z=0.08)層、11はZnTe/ZnSe超格
子キャップ層である。
【0014】結晶成長は、分子線エピタキシー法で行
い、まず、p−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.08,y
=0.15)拡散抑制層7まで作製した。その後、ホト
レジストで5μmのストライプを作り、ウエットエッチ
ングにより拡散抑制層7の不要な部分を除去した。
【0015】そして、ホトレジストを除去してから、p
−Zn1-aCdabSe1-b(a=0.2,b=0.1)か
らなるCd拡散層8を結晶成長し、450℃で1時間熱
処理をしてCdを拡散させた。このときのCdの拡散深
さは、約100nmである。その後、p−Zn1-xMgx
ySe1-y(x=0.08,y=0.15)クラッド層
9,p−ZnSzSe1-z(z=0.08)層10,ZnT
e/ZnSe超格子キャップ層11を結晶成長した。
【0016】Cdが拡散したZnSzSe1-z(z=0.0
8)電流狭窄層は、屈折率が高くなるが、光が生じる活
性層近傍は、ZnSzSe1-z(z=0.08)光ガイド層
のままであるので、光閉じ込めは十分にできている。
【0017】図2に、Cdが拡散したZnSzSe
1-z(z=0.08)電流狭窄層5とp−ZnSzSe1-z
(z=0.08)光ガイド層6の2次イオン質量分析の結
果を示す。図で電流狭窄層5が拡散抑制層のない部分、
光ガイド層6が拡散抑制層のある部分に対応している。
拡散抑制層のある部分では、Cdが拡散していないこと
がわかる。この素子に、電極を蒸着してレーザ発振させ
たところ従来素子よりも閾値が20%低下した。発振波
長は、520nmである。
【0018】(実施例2)図3は、本発明における半導
体レーザの一実施例である。12はn−GaAs基板、
13はn−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.08,y
=0.15)クラッド層、14はn−ZnSzSe
1-z(z=0.08)光ガイド層、15はZnkCd1-k
e(k=0.1)井戸層、16はZnSySe1-y(y=
0.08)障壁層、17はp−ZnSzSe1-z(z=0.
08)光ガイド層、18はp−Zn1-xMgxySe1-y
(x=0.08,y=0.15)クラッド層、19はp−
ZnSzSe1-z(z=0.08)層、20はZnTe/Z
nSe超格子キャップ層である。
【0019】結晶成長方法は、有機金属気相成長法で行
った。基板温度は、450℃だが、障壁層16にZnS
ySe1-y(y=0.08)を用いることで井戸層15中の
Cdの拡散を抑制している。
【0020】この素子に電極を蒸着してレーザ特性(光
出力−電流特性)を測定したのが図4である。図には、
障壁層にZnSeを用いた場合をあわせて示してある。
ZnSe障壁層では、Cdが結晶成長中に拡散してしま
うため、ヘテロ界面が乱れた結果、発光効率が低くな
る。それに対して、ZnSySe1-y(y=0.08)を障
壁層に用いた場合、結晶成長中のCdの拡散を抑制でき
るのでヘテロ界面が平坦で、良質な活性層ができている
ので発光効率が高い。波長は、482nmである。
【0021】障壁層に、Zn1-xMgxySe1-y(0≦
x≦1,0≦y≦1、但し、xとyは同時には0でな
い)を用いても同様の結果が得られた。
【0022】(実施例3)図5は、本発明における半導
体レーザの一実施例である。21はn−GaAs基板、
22はn−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.08,y
=0.15)クラッド層、23はn−ZnSzSe
1-z(z=0.08)光ガイド層、24はZn1-xMgx
ySe1-y(x=0.08,y=0.15)障壁層、25は
ZnkCd1-kSe(k=0.2)井戸層、26はp−Zn
zSe1-z(z=0.08)光ガイド層、27はCdが拡
散したZnSzSe1-z(z=0.08)電流狭窄層、28
はp−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.08,y=0.
15)拡散抑制層、29はp−Zn1-aCdabSe1-b
(a=0.2,b=0.1)からなるCd拡散層、30は
p−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.08,y=0.1
5)クラッド層、31はp−ZnSzSe1-z(z=0.0
8)層、32はZnTe/ZnSe超格子キャップ層で
ある。
【0023】結晶成長は、有機金属気相成長法で行っ
た。まず、n−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.08,y
=0.15)クラッド層からp−Zn1-xMgxySe
1-y(x=0.08,y=0.15)拡散抑制層28まで
を1回の結晶成長で作製した。このときの基板温度は4
50℃だが、障壁層にZn1-xMgxySe1-y(x=
0.08,y=0.15)を用いることで、井戸層25か
らのCdの拡散を抑制でき、平坦なヘテロ界面が得られ
ている。そして、ホトレジストで5μmのストライプを
作り、ウエットエッチングにより拡散抑制層28の不要
な部分を除去した後、ホトレジストも除去してから、p
−Zn1-aCdabSe1-b(a=0.2,b=0.1)か
らなるCd拡散層29を結晶成長し、500℃で30分
間熱処理をしてCdを拡散させた。このときのCdの拡
散深さは、約150nmである。その後、p−Zn1-x
MgxySe1-y(x=0.08,y=0.15)クラッ
ド層30,p−ZnSzSe1-z(z=0.08)層31,
ZnTe/ZnSe超格子キャップ層32を結晶成長し
た。
【0024】この素子に電極を蒸着し、レーザ特性を測
定した結果、Cdの拡散抑制層を用いず、障壁層にZn
Seを用いた場合の素子よりも閾値が30%低下し、発
光効率が20%向上した。発振波長は、508nmであ
る。
【0025】
【発明の効果】本発明により、II族元素の拡散を制御す
ることができ、レーザ特性を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により作製した半導体レーザ素子の断面
図。
【図2】本発明により作製した半導体レーザ素子のSI
MS分析結果の説明図。
【図3】本発明により作製した半導体レーザ素子の断面
図。
【図4】本発明により作製した半導体レーザ素子の光出
力−電流特性図。
【図5】本発明により作製した半導体レーザ素子の断面
図。
【符号の説明】
1…n−GaAs基板、2…n−Zn1-xMgxySe
1-y(x=0.08,y=0.15)クラッド層、3…n
−ZnSzSe1-z(z=0.08)光ガイド層、4…Z
kCd1-kSe(k=0.3)活性層、5…Cdが拡散し
たZnSzSe1-z(z=0.08)電流狭窄層、6…p
−ZnSzSe1-z(z=0.08)光ガイド層、7…p
−Zn1-xMgxySe1-y(x=0.08,y=0.1
5)拡散抑制層、8…p−Zn1-aCdabSe1-b(a
=0.2,b=0.1)からなるCd拡散層、9…p−Z
1-xMgxySe1-y(x=0.08,y=0.15)ク
ラッド層、10…p−ZnSzSe1-z(z=0.08)
層、11…ZnTe/ZnSe超格子キャップ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 順 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大家 彰 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子において、II族元素の拡散を抑
    制する半導体層を有することを特徴とする半導体素子。
  2. 【請求項2】請求項1において、拡散を抑制する層を障
    壁層とする量子井戸構造あるいは超格子構造を有する半
    導体素子。
  3. 【請求項3】請求項1において、拡散を抑制する層がII
    −VI族化合物半導体である半導体素子。
  4. 【請求項4】請求項3において、拡散を抑制する半導体
    層を構成する元素として、MgかSのいずれかを含む半
    導体素子。
  5. 【請求項5】請求項2において、拡散するII族元素を含
    む半導体層を構成する元素として、CdかZnのいずれ
    かを含む半導体素子。
  6. 【請求項6】請求項1,2,3,4または5に記載され
    た半導体素子を用いた光信号読み取り装置。
JP4037097A 1997-02-25 1997-02-25 半導体素子 Pending JPH10242575A (ja)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04306886A (ja) * 1991-04-03 1992-10-29 Mitsubishi Electric Corp 半導体発光素子
JPH05121823A (ja) * 1991-09-17 1993-05-18 Fuji Xerox Co Ltd 半導体レーザ装置の製造方法
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