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JPH07326824A - Light emitting element - Google Patents

Light emitting element

Info

Publication number
JPH07326824A
JPH07326824A JP13950994A JP13950994A JPH07326824A JP H07326824 A JPH07326824 A JP H07326824A JP 13950994 A JP13950994 A JP 13950994A JP 13950994 A JP13950994 A JP 13950994A JP H07326824 A JPH07326824 A JP H07326824A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
layer
light emitting
compound semiconductor
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13950994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Ishibashi
晃 石橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP13950994A priority Critical patent/JPH07326824A/en
Publication of JPH07326824A publication Critical patent/JPH07326824A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 不純物や欠陥の移動に起因する発光素子の劣
化を防止する。 【構成】 半導体レーザーや発光ダイオードなどの発光
素子の発光部およびその近傍の部分を、互いに格子定数
が0.1Å以上異なる複数種の2元化合物半導体から成
る多元混晶半導体により構成する。この多元混晶半導体
のうちの最少組成の元素の組成比は5×10-3以上とす
る。あるいは、発光素子の発光部およびその近傍の部分
を、互いに格子定数が0.1Å以上異なる少なくとも2
元以上の複数種の化合物半導体層を互いに積層した化合
物半導体超格子により構成する。この化合物半導体超格
子の層数は6層以下とする。
(57) [Summary] [Purpose] To prevent deterioration of the light-emitting element due to movement of impurities and defects. [Structure] A light emitting portion of a light emitting element such as a semiconductor laser or a light emitting diode and a portion in the vicinity thereof are formed of a multi-element mixed crystal semiconductor composed of plural kinds of binary compound semiconductors having different lattice constants of 0.1 Å or more. The composition ratio of the element having the minimum composition in this multi-element mixed crystal semiconductor is set to 5 × 10 −3 or more. Alternatively, the light emitting portion of the light emitting element and the portion in the vicinity thereof should have at least 2 different lattice constants of 0.1 Å or more.
It is composed of a compound semiconductor superlattice in which a plurality of kinds of compound semiconductor layers of the original and above are laminated on each other. The number of layers of this compound semiconductor superlattice is 6 or less.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、発光素子に関し、例
えば半導体レーザーや発光ダイオードに適用して好適な
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device, and is suitable for application to, for example, a semiconductor laser or a light emitting diode.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体レーザーや発光ダイオー
ドなどの発光素子は、使用中に劣化する。その原因の一
つは、発光素子を構成する半導体層中に含まれる不純物
やそれに起因する欠陥が、キャリアの非発光再結合によ
り放出されるエネルギーを吸収して移動するためである
と考えられる。
2. Description of the Related Art Generally, a light emitting element such as a semiconductor laser or a light emitting diode deteriorates during use. One of the causes is considered to be that impurities contained in the semiconductor layer forming the light emitting element and defects caused by the absorption and transfer of energy released by non-radiative recombination of carriers.

【0003】この発光素子の劣化の問題を、ダブルヘテ
ロ構造の半導体レーザーを例にとって具体的に説明する
と、次の通りである。いま、活性層の上下をn型クラッ
ド層およびp型クラッド層によりはさんだダブルヘテロ
構造の半導体レーザーを考える。この半導体レーザーに
おいて、n型クラッド層およびp型クラッド層にそれぞ
れオーミック接触したn側電極およびp側電極の間に順
方向電圧を印加することにより電流注入を行うと、活性
層に、n型クラッド層側から電子が注入されるととも
に、p型クラッド層側から正孔が注入される。そして、
このようにして活性層に注入された電子および正孔が再
結合することにより発光が起こり、それによってレーザ
ー発振が起こる。一方、このような発光再結合とは別
に、図11に示すように、例えばn型クラッド層側から
注入される電子が活性層を通り過ぎてp型クラッド層に
到達し、この電子がp型クラッド層中の正孔と非発光再
結合を起こすことがある(図11において電子および正
孔をそれぞれ黒丸および白丸で示す)。そして、この非
発光再結合の際に放出されるエネルギーが例えばp型ク
ラッド層中に存在する不純物や欠陥に供給されることに
よってそれらの移動が促進され、半導体レーザーの劣化
が生じるものと考えられる。
The problem of deterioration of the light emitting device will be specifically described below by taking a semiconductor laser having a double hetero structure as an example. Now, let us consider a semiconductor laser having a double hetero structure in which an n-type cladding layer and a p-type cladding layer are sandwiched above and below the active layer. In this semiconductor laser, when forward current is applied by applying a forward voltage between the n-side electrode and the p-side electrode which are in ohmic contact with the n-type cladding layer and the p-type cladding layer, respectively, the current is injected into the active layer. Electrons are injected from the layer side and holes are injected from the p-type cladding layer side. And
In this way, the electrons and holes injected into the active layer are recombined to emit light, which causes laser oscillation. On the other hand, apart from such radiative recombination, as shown in FIG. 11, for example, electrons injected from the n-type cladding layer side pass through the active layer and reach the p-type cladding layer, and the electrons are injected into the p-type cladding layer. Non-radiative recombination may occur with holes in the layer (electrons and holes are indicated by black circles and white circles in FIG. 11, respectively). It is considered that the energy released during this non-radiative recombination is supplied to, for example, impurities and defects existing in the p-type clad layer to promote the movement thereof and deteriorate the semiconductor laser. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上のことからわかる
ように、もし不純物や欠陥の移動を抑えることができれ
ば、これによる発光素子の劣化を抑えることが可能であ
るが、この不純物や欠陥の移動を抑える有効な手段は、
現状では未だ提案されていない。
As can be seen from the above, if the movement of impurities or defects can be suppressed, the deterioration of the light emitting element due to the movement of impurities or defects can be suppressed. An effective means of suppressing
At present, it has not been proposed yet.

【0005】この発光素子の劣化の問題は、特に、一つ
の化学結合当たりの凝集エネルギー(〜化学結合の結合
エネルギー)が小さい、II−VI族化合物半導体に代
表されるイオン性の強い半導体を用いる発光素子におい
ては、その半導体中における不純物や欠陥の移動が速い
ことにより、重大な問題である。
The problem of the deterioration of the light emitting element is that a semiconductor having a strong ionicity, represented by a II-VI group compound semiconductor, which has a small cohesive energy per chemical bond (bonding energy of chemical bond) is used. In the light emitting element, the movement of impurities and defects in the semiconductor is fast, which is a serious problem.

【0006】したがって、この発明の目的は、不純物や
欠陥の移動に起因する劣化を防止することができる発光
素子を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of preventing deterioration due to movement of impurities and defects.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の問題
を解決すべく鋭意検討を行った結果、発光素子の発光時
に光場が存在する発光部およびその近傍の部分に、原子
間の結合の長さ(原子間距離)、あるいは格子定数が互
いに異なる領域を規則的または不規則(ランダム)に設
けることにより、言い換えれば、発光部およびその近傍
の部分の半導体中における原子間の結合の長さを変調す
ることにより、不純物や欠陥の移動を抑える効果が得ら
れることを見いだした。ここで、後者のように発光素子
の発光部およびその近傍の部分に結合の長さあるいは格
子定数が互いに異なる領域を不規則に設けるためには、
これらの部分を互いに格子定数が異なる複数種の2元化
合物半導体を混合した多元混晶半導体により構成すれば
よい。また、前者のように発光素子の発光部およびその
近傍の部分に結合の長さあるいは格子定数が互いに異な
る領域を規則的に設けるためには、これらの部分を互い
に格子定数が異なる複数種の2元化合物半導体の層を積
層した化合物半導体超格子とすればよい。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that interatomic atoms are present in a light emitting portion where a light field exists at the time of light emission of a light emitting element and in the vicinity thereof. By providing regions with different bond lengths (interatomic distances) or lattice constants regularly or irregularly (randomly), in other words, the bond between atoms in the semiconductor of the light emitting part and its vicinity can be It was found that the effect of suppressing the movement of impurities and defects can be obtained by modulating the length. Here, in order to irregularly provide regions having different bond lengths or lattice constants in the light emitting portion of the light emitting element and the vicinity thereof, like the latter,
These portions may be made of a multi-element mixed crystal semiconductor in which a plurality of kinds of binary compound semiconductors having different lattice constants are mixed. Further, in order to regularly provide regions having different coupling lengths or lattice constants in the light emitting portion of the light emitting element and the portion in the vicinity thereof as in the former case, these portions may be formed of a plurality of two different lattice constants. A compound semiconductor superlattice in which layers of the original compound semiconductor are laminated may be used.

【0008】上述のように結合の長さあるいは格子定数
が互いに異なる領域を規則的または不規則に設けること
により不純物や欠陥の移動を抑える効果が得られるメカ
ニズムについて考察する。
The mechanism by which the movement of impurities and defects can be suppressed by regularly or irregularly providing regions having different bond lengths or lattice constants as described above will be considered.

【0009】図9は一つの結合当たりの凝集エネルギー
coh と原子間距離dとの関係を示す。凝集エネルギー
coh は次式で表される。 Ecoh =−Epro −Vo (d)+Ebond (1) ここで、Epro はプロモーションエネルギー、V
o (d)はオーバーラップ相互作用を表すポテンシャル
エネルギー、Ebondは結合生成エネルギーである。
(1)式を変分すると、 δEcoh 〜−δVo (d)+δEbond (2) となる。
FIG. 9 shows the relationship between the cohesive energy E coh per bond and the interatomic distance d. The cohesive energy E coh is expressed by the following equation. E coh = −E pro −V o (d) + E bond (1) where E pro is the promotion energy, V
o (d) is the potential energy representing the overlap interaction, and E bond is the bond formation energy.
When equation (1) is changed, δE coh to −δV o (d) + δE bond (2) is obtained.

【0010】さて、図9に示すように、原子間の結合の
長さ(原子間距離)は、全エネルギーを最小にするdの
値に等しい。一方、混晶半導体中の結合の長さは、局所
的には、この混晶半導体を構成する2元化合物半導体中
のそれとほぼ等しいことがわかっている。
As shown in FIG. 9, the bond length between atoms (interatomic distance) is equal to the value of d that minimizes the total energy. On the other hand, it is known that the bond length in the mixed crystal semiconductor is locally almost equal to that in the binary compound semiconductor forming the mixed crystal semiconductor.

【0011】これらの二つのことを考え合わせると、混
晶半導体中においても、局所的な凝集エネルギーが存在
すると考えられる。そして、結合の長さあるいは格子定
数が互いに大きく異なる複数種の2元化合物半導体から
成る多元混晶半導体中では、この局所的な凝集エネルギ
ーの変分がやはり大きく異なることになる。例えば、図
9より、これらの2元化合物半導体間の格子定数の差Δ
aが〜0.5Å(0.05nm)のときには、δEcoh
〜3eVである。
Considering these two things, it is considered that local cohesive energy exists even in a mixed crystal semiconductor. Then, in a multi-element mixed crystal semiconductor composed of plural kinds of binary compound semiconductors whose bond lengths or lattice constants are greatly different from each other, the variation of this local cohesive energy is also largely different. For example, from FIG. 9, the difference Δ in lattice constant between these binary compound semiconductors
When a is ~ 0.5Å (0.05 nm), δE coh
~ 3 eV.

【0012】したがって、(2)式より、 −δVo (d)+δEbond〜3eV (3) となり、オーバーラップ相互作用のポテンシャルエネル
ギーVo (d)および結合生成エネルギーEbondも大き
く変動することがわかる。
Therefore, according to the equation (2), −δV o (d) + δE bond ˜3 eV (3), and the potential energy V o (d) of the overlap interaction and the bond formation energy E bond also fluctuate greatly. Recognize.

【0013】ところで、不純物や欠陥の移動は、原子間
の結合の切断および生成を繰り返しながら行われるもの
と考えられるから、結局、この切断および生成に要する
エネルギーが3eVのオーダーで変調を受けていること
になり、その分だけ不純物や欠陥の移動が容易でなくな
ることになる。
By the way, it is considered that the movement of impurities and defects is carried out by repeatedly cutting and forming bonds between atoms, so that the energy required for this cutting and generation is modulated in the order of 3 eV. Therefore, it becomes difficult for impurities and defects to move by that amount.

【0014】2元化合物半導体間の格子定数の差Δaは
上述のように0.5Å程度あれば好ましいが、この差Δ
aは少なくとも0.1Å以上あれば、不純物や欠陥の移
動の抑制効果を得ることができる。
The difference Δa in the lattice constant between the binary compound semiconductors is preferably about 0.5 Å as described above, but this difference Δa
When a is at least 0.1 Å or more, the effect of suppressing the movement of impurities and defects can be obtained.

【0015】次に、不純物や欠陥の移動の抑制効果を得
るために必要な、上記の混晶半導体中に含まれる元素の
組成比の下限、あるいは、この混晶半導体中の元素の最
少含有率を見積もると、次のようになる。いま、0.1
〜0.5Å程度の格子定数の差Δaがある複数種の2元
化合物半導体から成る混晶半導体としてInGaAsを
考える。このInGaAsにおいては、格子定数が約
6.05ÅのInAsが格子定数が約5.6ÅのGaA
sに混合したときに生じる歪みは、第3〜第6隣接原子
の範囲まで及ぶと考えられる。また、この場合、InA
sはGaAs中に混合した局所的なヘテロ物質であり、
その電子系のしみだしも第2〜第3隣接原子の範囲にわ
たって生じると考えられる。そして、この範囲内にある
結合の長さは、オーバーラップ積分などを通じて、変調
を受けうると考えられる。
Next, the lower limit of the composition ratio of the elements contained in the mixed crystal semiconductor, which is necessary to obtain the effect of suppressing the movement of impurities and defects, or the minimum content ratio of the elements in the mixed crystal semiconductor. Estimating is as follows. 0.1 now
InGaAs is considered as a mixed crystal semiconductor composed of plural kinds of binary compound semiconductors having a lattice constant difference Δa of about 0.5Å. In InGaAs, InAs having a lattice constant of about 6.05Å is GaA having a lattice constant of about 5.6Å.
The strain that occurs when mixed with s is considered to extend to the range of the third to sixth adjacent atoms. In this case, InA
s is a local heteromaterial mixed in GaAs,
It is considered that the exudation of the electronic system also occurs over the range of the second to third adjacent atoms. Then, it is considered that the length of the coupling within this range can be modulated through overlap integration or the like.

【0016】したがって、この場合には、半径が6原子
層分の厚さに等しい球の中に、In原子が少なくとも一
つ入っていれば、このInの周囲の歪み場に不純物や欠
陥がピンニングされてその移動が抑えられる。ここで、
母相のGaAsの密度DHostは、一原子層の立方晶の充
填で、〜1022cm-3である。また、このときのIn原
子の密度DInは、〜(1/6)3 ・1022cm-3であ
る。したがって、DIn/DHost〜(1/6)3 〜5×1
-3=0.5%となる。
Therefore, in this case, if at least one In atom is contained in a sphere having a radius equal to the thickness of six atomic layers, impurities and defects are pinned in the strain field around In. And the movement is suppressed. here,
The matrix phase GaAs has a density D Host of -10 22 cm -3 in the cubic crystal filling of one atomic layer. In addition, the density D In of In atoms at this time is up to (1/6) 3 · 10 22 cm −3 . Therefore, D In / D Host ˜ (1/6) 3 ˜5 × 1
It becomes 0 −3 = 0.5%.

【0017】以上より、不純物や欠陥の移動を抑えるた
めに必要な、上記の混晶半導体中の元素の最小含有率
は、約5×10-3あるいは0.5%であることが導かれ
る。一方、発光素子の発光部およびその近傍の部分を互
いに格子定数が異なる複数種の2元化合物半導体の層を
積層した化合物半導体超格子とする場合には、その層数
を6層以下とするのが、不純物や欠陥の移動を抑えるの
に有効である。この発明は、本発明者の上記検討に基づ
いて案出されたものである。
From the above, it is derived that the minimum content of elements in the above mixed crystal semiconductor, which is necessary to suppress the movement of impurities and defects, is about 5 × 10 −3 or 0.5%. On the other hand, when the light emitting portion of the light emitting element and the portion in the vicinity thereof are to be a compound semiconductor superlattice in which layers of plural kinds of binary compound semiconductors having different lattice constants are laminated, the number of layers is 6 or less. However, it is effective in suppressing the movement of impurities and defects. The present invention has been devised based on the above examination by the present inventor.

【0018】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明による発光素子は、発光部およびその近傍の部分
が、互いに格子定数が少なくとも0.1Å以上異なる少
なくとも2種の要素化合物半導体から成る少なくとも3
種以上の元素を含む化合物半導体により構成されている
ことを特徴とするものである。
In other words, in order to achieve the above object, in the light emitting device according to the present invention, the light emitting portion and the portion in the vicinity thereof are made of at least three element compound semiconductors having lattice constants different from each other by at least 0.1 Å or more.
It is characterized in that it is composed of a compound semiconductor containing at least one element.

【0019】ここで、要素化合物半導体は、典型的に
は、2元化合物半導体である。この2元化合物半導体と
しては、例えば図10に示すようなものが挙げられる。
図10からわかるように、例えば、GaAsとInAs
との組み合わせ、ZnSeとCdSeとの組み合わせ、
ZnSとMgSeとの組み合わせなどは、格子定数の差
が0.5Å以上あり、好適な組み合わせの例である。
Here, the element compound semiconductor is typically a binary compound semiconductor. Examples of this binary compound semiconductor include those shown in FIG.
As can be seen from FIG. 10, for example, GaAs and InAs
, A combination of ZnSe and CdSe,
A combination of ZnS and MgSe and the like has a difference in lattice constant of 0.5 Å or more and is an example of a suitable combination.

【0020】また、少なくとも3種以上の元素を含む化
合物半導体は、典型的には、少なくとも3元以上の化合
物半導体である。ここで、この少なくとも3種以上の元
素を含む化合物半導体のうちの最少組成の元素の組成比
は、好適には5×10-3以上である。
The compound semiconductor containing at least three elements is typically a compound semiconductor containing at least three elements. Here, the composition ratio of the element having the minimum composition in the compound semiconductor containing at least three or more elements is preferably 5 × 10 −3 or more.

【0021】あるいは、少なくとも3種以上の元素を含
む化合物半導体は、互いに積層された互いに格子定数が
少なくとも0.1Å以上異なる少なくとも2元以上の少
なくとも2種の化合物半導体層から成る化合物半導体超
格子である。
Alternatively, the compound semiconductor containing at least three or more kinds of elements is a compound semiconductor superlattice composed of at least two kinds of compound semiconductor layers of at least two elements having mutually different lattice constants of at least 0.1 Å or more. is there.

【0022】この発明において、少なくとも3種以上の
元素を含む化合物半導体が少なくとも3元以上の化合物
半導体である場合、それは、第1の元素群を構成する元
素をA1 、A2 、…、Ai で表し、第2の元素群を構成
する元素をB1 、B2 、…、Bj で表したとき、 (A1 x1(A2 x2…(Ai xi(B1 y1(B2
y2…(Bj yj (ただし、0≦x1、x2、…、xi≦1、0≦y1、
y2、…、yj≦1、x1+x2+…+xi=1、y1
+y2+…+yj=1) なる一般式で表される多元化合物半導体である。ここ
で、典型的な一つの例においては、第1の元素群はII
族元素から成る群であり、第2の元素群はVI族元素か
ら成る群である。典型的な他の一つの例においては、第
1の元素群はIII族元素から成る群であり、第2の元
素群はV族元素から成る群である。
In the present invention, when the compound semiconductor containing at least three or more elements is a compound semiconductor of at least ternary or more, the elements constituting the first element group are A 1 , A 2 , ..., A expressed in i, B 1 elements constituting the second element group, B 2, ..., when expressed in B j, (a 1) x1 (a 2) x2 ... (a i) xi (B 1) y1 (B 2 )
y2 ... (B j) yj (where, 0 ≦ x1, x2, ... , xi ≦ 1,0 ≦ y1,
y2, ..., yj ≦ 1, x1 + x2 + ... + xi = 1, y1
+ Y2 + ... + yj = 1) is a multi-element compound semiconductor represented by the general formula. Here, in a typical example, the first group of elements is II
The second group of elements is a group consisting of group VI elements and the group of group VI elements. In another typical example, the first group of elements is a group III element and the second group of elements is a group V element.

【0023】この発明において、少なくとも3種以上の
元素を含む化合物半導体が、2元化合物半導体による化
合物半導体超格子である場合、それは、第1の元素群を
構成する元素をA1 、A2 、…、Ai で表し、第2の元
素群を構成する元素をB1 、B2 、…、Bj で表したと
き、 (Ak l M (Ak'l'N (ただし、1≦k、k´≦i、1≦l、l´≦j、1≦
M、N≦3) なる一般式で表される化合物半導体超格子である。ここ
で、典型的な一つの例においては、第1の元素群はII
族元素から成る群であり、第2の元素群はVI族元素か
ら成る群である。典型的な他の一つの例においては、第
1の元素群はIII族元素から成る群であり、第2の元
素群はV族元素から成る群である。この少なくとも3種
以上の元素を含む化合物半導体は、例えば、3元化合物
半導体による化合物半導体超格子であってもよい。
In the present invention, when the compound semiconductor containing at least three or more elements is a compound semiconductor superlattice made of a binary compound semiconductor, it comprises elements A 1 , A 2 , which constitute the first element group, , A i , and the elements constituting the second element group are B 1 , B 2 , ..., B j , (A k B l ) M (A k'B l ' ) N (however, 1 ≦ k, k ′ ≦ i, 1 ≦ l, l ′ ≦ j, 1 ≦
A compound semiconductor superlattice represented by the general formula: M, N ≦ 3). Here, in a typical example, the first group of elements is II
The second group of elements is a group consisting of group VI elements and the group of group VI elements. In another typical example, the first group of elements is a group III element and the second group of elements is a group V element. The compound semiconductor containing at least three kinds of elements may be, for example, a compound semiconductor superlattice made of a ternary compound semiconductor.

【0024】この発明の典型的な一実施形態において
は、活性層の上下がn型クラッド層およびp型クラッド
層によりはさまれた構造を有し、活性層、n型クラッド
層のうちの活性層とn型クラッド層との界面からn型ク
ラッド層中における電子の拡散長以内の部分、および、
p型クラッド層のうちの活性層とp型クラッド層との界
面からp型クラッド層中における正孔の拡散長以内の部
分が、互いに格子定数が少なくとも0.1Å以上異なる
少なくとも2種の要素化合物半導体から成る少なくとも
3種以上の元素を含む化合物半導体により構成されてい
る。
In a typical embodiment of the present invention, the active layer has a structure in which the upper and lower sides are sandwiched by an n-type cladding layer and a p-type cladding layer. A portion within a diffusion length of electrons in the n-type cladding layer from the interface between the layer and the n-type cladding layer, and
At least two element compounds having lattice constants different from each other by at least 0.1 Å or more in a portion within the diffusion length of holes in the p-type cladding layer from the interface between the active layer and the p-type cladding layer in the p-type cladding layer. It is composed of a compound semiconductor containing at least three kinds of elements composed of a semiconductor.

【0025】[0025]

【作用】上述のように構成されたこの発明による半導体
レーザーによれば、発光部およびその近傍の部分が、互
いに格子定数が少なくとも0.1Å以上異なる少なくと
も2種の要素化合物半導体から成る少なくとも3種以上
の元素を含む化合物半導体により構成されているので、
これらの発光部およびその近傍の部分においては結合の
長さが局所的に変化しており、これらの部分で不純物や
欠陥がピンニングされる。これによって、不純物や欠陥
の移動を有効に抑えることができる。そして、この不純
物や欠陥の移動に起因する発光素子の劣化を防止するこ
とができ、発光素子の長寿命化および信頼性の向上を図
ることができる。
According to the semiconductor laser of the present invention constructed as described above, at least three kinds of element compound semiconductors are used in the light emitting portion and the vicinity thereof, which are made of at least two element compound semiconductors having lattice constants different from each other by at least 0.1 Å or more. Since it is composed of a compound semiconductor containing the above elements,
The bond length locally changes in these light emitting portions and the portions in the vicinity thereof, and impurities and defects are pinned in these portions. As a result, the movement of impurities and defects can be effectively suppressed. Then, deterioration of the light emitting element due to the movement of the impurities and defects can be prevented, and the life of the light emitting element can be extended and the reliability can be improved.

【0026】[0026]

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。図1はこの発明の第1実施例による
半導体レーザーを示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【0027】図1に示すように、この第1実施例による
半導体レーザーにおいては、活性層1の上下がn型クラ
ッド層2およびp型クラッド層3によりはさまれてい
る。そして、n型クラッド層2およびp型クラッド層3
にそれぞれn側電極4およびp側電極5がオーミック接
触している。
As shown in FIG. 1, in the semiconductor laser according to the first embodiment, the upper and lower sides of the active layer 1 are sandwiched by the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3. Then, the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3
The n-side electrode 4 and the p-side electrode 5 are in ohmic contact with each other.

【0028】この場合、この半導体レーザーの発光時に
光場が存在する部分、すなわち活性層1およびその近傍
の部分のn型クラッド層2およびp型クラッド層3は、
互いに格子定数が少なくとも0.1Å以上異なる少なく
とも2種の2元化合物半導体から成る混晶半導体により
構成されている。
In this case, the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 in the portion where the optical field exists at the time of emission of this semiconductor laser, that is, the active layer 1 and the portion in the vicinity thereof, are
It is composed of a mixed crystal semiconductor composed of at least two kinds of binary compound semiconductors having different lattice constants of at least 0.1 Å or more.

【0029】このときの活性層1、n型クラッド層2お
よびp型クラッド層3の部分のエネルギーバンド図を図
2に示す。図2に示すように、この場合、互いに格子定
数が少なくとも0.1Å以上異なる少なくとも2種の2
元化合物半導体から成る混晶半導体により構成されてい
る部分のエネルギーバンドは、この混晶半導体が複数種
の化合物半導体により構成されていることを反映して変
調されている。この混晶半導体を構成する元素のうち最
少組成の元素の組成比は少なくとも5×10-3(0.0
05)以上に選ばれる。
FIG. 2 shows an energy band diagram of the active layer 1, the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 at this time. As shown in FIG. 2, in this case, at least two kinds of 2 having lattice constants different from each other by at least 0.1 Å or more are used.
The energy band of the part composed of the mixed crystal semiconductor composed of the original compound semiconductor is modulated to reflect that the mixed crystal semiconductor is composed of plural kinds of compound semiconductors. The composition ratio of the element having the minimum composition among the elements constituting the mixed crystal semiconductor is at least 5 × 10 −3 (0.0
05) Selected above.

【0030】活性層1とn型クラッド層2およびp型ク
ラッド層3との組み合わせの具体例を挙げると、次の通
りである。第1の例においては、活性層1の全体をGa
InAsにより形成し、n型クラッド層2およびp型ク
ラッド層3のうちの活性層1の近傍の部分をAlGaI
nAsにより形成する。活性層1の近傍の部分以外の部
分のn型クラッド層2およびp型クラッド層3はAlG
aAsにより形成する。この場合、活性層1を構成する
GaInAsはGaAsにInAsを0.5%以上混合
させたものであり、活性層1の近傍の部分のn型クラッ
ド層2およびp型クラッド層3を構成するAlGaIn
AsはAlAsとGaAsとの混晶とみなすことができ
るAlGaAsにさらにInAsを0.5%以上混合さ
せたものである。
Specific examples of combinations of the active layer 1, the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 are as follows. In the first example, the entire active layer 1 is Ga
It is formed of InAs, and portions of the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 near the active layer 1 are formed of AlGaI.
It is formed of nAs. The n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 other than the part in the vicinity of the active layer 1 are made of AlG.
It is formed of aAs. In this case, GaInAs forming the active layer 1 is a mixture of InAs and 0.5% or more of InAs in GaAs, and AlGaIn forming the n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 in the vicinity of the active layer 1.
As is AlGaAs, which can be regarded as a mixed crystal of AlAs and GaAs, and 0.5% or more of InAs is further mixed.

【0031】第2の例においては、活性層1の全体をZ
nCdSeにより形成し、n型クラッド層2およびp型
クラッド層3のうちの活性層1の近傍の部分をZnSS
eにより形成する。活性層1の近傍の部分以外の部分の
n型クラッド層2およびp型クラッド層3はZnSeに
より形成する。この場合、活性層1を構成するZnCd
SeはZnSeにCdSeを0.5%以上混合させたも
のであり、活性層1の近傍の部分のn型クラッド層2お
よびp型クラッド層3を構成するZnSSeはZnSe
にZnSを0.5%以上混合させたものである。
In the second example, the entire active layer 1 is Z.
The n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 are formed of nCdSe, and a portion of the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 near the active layer 1 is formed by ZnSS.
e. The n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 other than the portion near the active layer 1 are formed of ZnSe. In this case, ZnCd forming the active layer 1
Se is ZnSe mixed with 0.5% or more of CdSe, and ZnSSe forming the n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 near the active layer 1 is ZnSe.
ZnS is mixed with 0.5% or more.

【0032】第3の例においては、活性層1の全体をZ
nCdSeにより形成することは第2の例と同様である
が、n型クラッド層2およびp型クラッド層3のうちの
活性層1の近傍の部分はZnMgSSeにより形成す
る。活性層1の近傍の部分以外の部分のn型クラッド層
2およびp型クラッド層3はZnSeにより形成する。
この場合、活性層1の近傍の部分のn型クラッド層2お
よびp型クラッド層3を構成するZnMgSSeは、Z
nSeにZnSおよびMgSeをそれぞれ0.5%以上
混合させたものである。
In the third example, the entire active layer 1 is Z.
Forming with nCdSe is similar to the second example, but the part of the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 near the active layer 1 is formed with ZnMgSSe. The n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 other than the portion near the active layer 1 are formed of ZnSe.
In this case, ZnMgSSe forming the n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 in the vicinity of the active layer 1 is Z
ZnSe and MgSe are each mixed in 0.5% or more with nSe.

【0033】第4の例においては、活性層1の全体をZ
nSSeにより形成し、n型クラッド層2およびp型ク
ラッド層3のうちの活性層1の近傍の部分をZnMgS
Seにより形成する。活性層1の近傍の部分以外の部分
のn型クラッド層2およびp型クラッド層3はZnSe
により形成する。この場合、活性層1を構成するZnS
SeはZnSeにZnSを0.5%以上混合させたもの
であり、活性層1の近傍の部分のn型クラッド層2およ
びp型クラッド層3を構成するZnMgSSeはZnS
eにZnSおよびMgSeをそれぞれ0.5%以上混合
させたものである。
In the fourth example, the entire active layer 1 is Z.
nSSe is formed, and portions of the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 near the active layer 1 are formed by ZnMgS.
It is formed of Se. The n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 other than the part in the vicinity of the active layer 1 are made of ZnSe.
Formed by. In this case, ZnS forming the active layer 1
Se is ZnSe mixed with 0.5% or more of ZnS, and ZnMgSSe forming the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 in the vicinity of the active layer 1 is ZnS.
e is a mixture of ZnS and MgSe of 0.5% or more.

【0034】第5の例においては、活性層1の全体をZ
nCdSSeにより形成し、n型クラッド層2およびp
型クラッド層3のうちの活性層1の近傍の部分をZnM
gSSeにより形成する。活性層1の近傍の部分以外の
部分のn型クラッド層2およびp型クラッド層3はZn
Seにより形成する。この場合、活性層1を構成するZ
nCdSSeはZnSeにCdSeおよびZnSをそれ
ぞれ0.5%以上混合させたものであり、活性層1の近
傍の部分のn型クラッド層2およびp型クラッド層3を
構成するZnMgSSeはZnSeにZnSおよびMg
Seをそれぞれ0.5%以上混合させたものである。
In the fifth example, the entire active layer 1 is Z.
nCdSSe, and n-type cladding layer 2 and p
The portion of the mold cladding layer 3 near the active layer 1 is ZnM.
Formed by gSSe. The n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 except for the portion near the active layer 1 are made of Zn.
It is formed of Se. In this case, Z forming the active layer 1
nCdSSe is obtained by mixing ZnSe with 0.5% or more of CdSe and ZnS, and ZnMgSSe forming the n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 near the active layer 1 is ZnSe and ZnS and Mg.
Se is mixed in 0.5% or more.

【0035】第6の例においては、活性層1の全体を
(ZnSe)M (ZnS)N 超格子により形成し、n型
クラッド層2およびp型クラッド層3のうちの活性層1
の近傍の部分をZnMgSSeにより形成する。活性層
1の近傍の部分以外の部分のn型クラッド層2およびp
型クラッド層3はZnSeにより形成する。この場合、
活性層1を構成する(ZnSe)M (ZnS)N 超格子
の層数M+Nは6以下に選ばれている。また、活性層1
の近傍の部分のn型クラッド層2およびp型クラッド層
3を構成するZnMgSSeはZnSeにZnSおよび
MgSeをそれぞれ0.5%以上混合させたものであ
る。
In the sixth example, the entire active layer 1 is formed of a (ZnSe) M (ZnS) N superlattice and the active layer 1 of the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 is formed.
Is formed of ZnMgSSe. The n-type cladding layer 2 and p in a portion other than the portion in the vicinity of the active layer 1
The mold cladding layer 3 is formed of ZnSe. in this case,
The number of layers M + N of the (ZnSe) M (ZnS) N superlattice forming the active layer 1 is selected to be 6 or less. In addition, the active layer 1
ZnMgSSe forming the n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 in the vicinity of is a mixture of ZnSe and ZnS and MgSe of 0.5% or more, respectively.

【0036】第1の例における活性層1、n型クラッド
層2およびp型クラッド層3の部分のエネルギーバンド
図は、活性層1をGaAsにより形成し、n型クラッド
層2およびp型クラッド層3をAlGaAsにより形成
した場合のエネルギーバンド図(図3)と近似的に同一
と見なすことができる。同様に、第2の例および第3の
例における活性層1、n型クラッド層2およびp型クラ
ッド層3の部分のエネルギーバンド図は、活性層1をZ
nCdSeにより形成し、n型クラッド層2およびp型
クラッド層3をZnSeにより形成した場合のエネルギ
ーバンド図と近似的に同一と見なすことができる。ま
た、第4の例、第5の例および第6の例における活性層
1、n型クラッド層2およびp型クラッド層3の部分の
エネルギーバンド図は、活性層1をZnSeにより形成
し、n型クラッド層2およびp型クラッド層3をZnM
gSSeにより形成した場合のエネルギーバンド図と近
似的に同一と見なすことができる。
The energy band diagram of the active layer 1, the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 in the first example shows that the active layer 1 is made of GaAs and the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer are formed. It can be regarded as approximately the same as the energy band diagram (FIG. 3) when 3 is formed of AlGaAs. Similarly, the energy band diagrams of the active layer 1, the n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 in the second and third examples show that the active layer 1 is Z
It can be regarded approximately the same as the energy band diagram in the case where the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 are made of nCdSe and made of ZnSe. Further, the energy band diagrams of the active layer 1, the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 in the fourth example, the fifth example and the sixth example show that the active layer 1 is formed of ZnSe and n The Zn-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 are made of ZnM.
It can be regarded as approximately the same as the energy band diagram when formed by gSSe.

【0037】以上のように、この第1実施例によれば、
発光時に光場が存在する活性層1およびその近傍の部分
のn型クラッド層2およびp型クラッド層3が互いに格
子定数が少なくとも0.1Å以上異なる複数種の2元化
合物半導体から成る混晶半導体により構成されているの
で、これらの活性層1およびその近傍の部分のn型クラ
ッド層2およびp型クラッド層3においては、非発光再
結合などに起因する不純物や欠陥の移動が抑制される。
このため、この不純物や欠陥の移動に起因する半導体レ
ーザーの劣化を防止することができる。そして、半導体
レーザーの長寿命化および信頼性の向上を図ることがで
きる。
As described above, according to the first embodiment,
A mixed crystal semiconductor in which the active layer 1 in which a light field exists at the time of light emission and the n-type clad layer 2 and the p-type clad layer 3 in the vicinity thereof are made of plural kinds of binary compound semiconductors having different lattice constants of at least 0.1 Å or more. Therefore, in the active layer 1 and the n-type cladding layer 2 and the p-type cladding layer 3 in the vicinity thereof, movement of impurities and defects due to non-radiative recombination and the like is suppressed.
Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the semiconductor laser due to the movement of the impurities and defects. Then, the life of the semiconductor laser can be extended and the reliability can be improved.

【0038】図4および図5はこの発明の第2実施例に
よる半導体レーザーを示し、図4はこの半導体レーザー
の共振器長方向に垂直な断面図、図5はこの半導体レー
ザーの共振器長方向に平行な断面図を示す。この半導体
レーザーは、いわゆるSCH(Separate Confinement H
eterostructure) 構造を有するものである。
FIGS. 4 and 5 show a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a sectional view perpendicular to the cavity length direction of this semiconductor laser, and FIG. 5 is the cavity length direction of this semiconductor laser. A cross-sectional view parallel to FIG. This semiconductor laser is a so-called SCH (Separate Confinement H
eterostructure) has a structure.

【0039】図4および図5に示すように、この第2実
施例による半導体レーザーにおいては、例えばn型不純
物としてシリコン(Si)がドープされた(100)面
方位のn型GaAs基板11上に、例えばn型不純物と
して塩素(Cl)がドープされたn型ZnSeバッファ
層12、例えばn型不純物としてClがドープされたn
型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層13、例えば
n型不純物としてClがドープされたn型ZnSs Se
1-s 光導波層14、活性層15、例えばp型不純物とし
て窒素(N)がドープされたp型ZnSs Se1-s 光導
波層16、例えばp型不純物としてNがドープされたp
型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層17、例えば
p型不純物としてNがドープされたp型ZnSv Se
1-v 層18、例えばp型不純物としてNがドープされた
p型ZnSeコンタクト層19、例えばp型不純物とし
てNがそれぞれドープされたp型ZnTeから成る量子
井戸層とp型ZnSeから成る障壁層とを交互に積層し
たp型ZnTe/ZnSe多重量子井戸(MQW)層2
0および例えばp型不純物としてNがドープされたp型
ZnTeコンタクト層21が順次積層されている。p型
ZnTe/ZnSeMQW層20については後に詳細に
説明する。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the semiconductor laser according to the second embodiment, for example, an n-type GaAs substrate 11 having a (100) plane orientation doped with silicon (Si) as an n-type impurity is used. , N-type ZnSe buffer layer 12 doped with chlorine (Cl) as an n-type impurity, for example n doped with Cl as an n-type impurity
Type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q cladding layer 13, for example, n-type ZnS s Se doped with Cl as an n-type impurity
1-s optical waveguide layer 14, active layer 15, for example p-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 16 doped with nitrogen (N) as a p - type impurity, for example p doped with N as a p-type impurity
Type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q cladding layer 17, for example p-type ZnS v Se doped with N as a p-type impurity
1-v layer 18, for example a p-type ZnSe contact layer 19 doped with N as a p-type impurity, for example a quantum well layer made of p-type ZnTe and a barrier layer made of p-type ZnSe each doped with N as a p-type impurity P-type ZnTe / ZnSe multiple quantum well (MQW) layer 2 in which and are alternately stacked
0 and, for example, a p-type ZnTe contact layer 21 doped with N as a p-type impurity is sequentially stacked. The p-type ZnTe / ZnSe MQW layer 20 will be described in detail later.

【0040】この場合、活性層15はi型Zn1-z Cd
z Se量子井戸層から成る単一量子井戸構造を有し、そ
のi型Zn1-z Cdz Se量子井戸層の厚さは好適には
2〜20nm、具体的には例えば9nmに選ばれてい
る。この場合、n型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッ
ド層13およびp型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッ
ド層17が障壁層を構成する。
In this case, the active layer 15 is made of i-type Zn 1-z Cd.
It has a single quantum well structure composed of z Se quantum well layers, and the thickness of the i-type Zn 1-z Cd z Se quantum well layer is preferably selected to be 2 to 20 nm, specifically 9 nm, for example. There is. In this case, the n-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 13 and the p-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 17 form a barrier layer.

【0041】この半導体レーザーにおいては、この半導
体レーザーの発光時に光場が存在する部分、すなわちi
型Zn1-z Cdz Se量子井戸層から成る活性層15、
n型ZnSs Se1-s 光導波層14、p型ZnSs Se
1-s 光導波層16、n型Zn1-p Mgp q Se1-q
ラッド層13およびp型Zn1-p Mgp q Se1-q
ラッド層17は、いずれも、互いに格子定数が0.1Å
以上異なる複数種の2元化合物半導体から成る混晶半導
体である。したがって、これらの部分においては、不純
物や欠陥の移動が抑制される。
In this semiconductor laser, a portion where an optical field exists when the semiconductor laser emits light, that is, i
Active layer 15 composed of a Zn 1 -z Cd z Se quantum well layer
n-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 14, p-type ZnS s Se
The 1-s optical waveguide layer 16, the n-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 13 and the p-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 17 are all lattice - latched. The constant is 0.1Å
It is a mixed crystal semiconductor composed of a plurality of different binary compound semiconductors. Therefore, migration of impurities and defects is suppressed in these portions.

【0042】p型ZnSv Se1-v 層18の上層部、p
型ZnSeコンタクト層19、p型ZnTe/ZnSe
MQW層20およびp型ZnTeコンタクト層21はス
トライプ形状にパターニングされている。このストライ
プ部の幅は例えば5μmである。
The upper part of the p - type ZnS v Se 1-v layer 18, p
-Type ZnSe contact layer 19, p-type ZnTe / ZnSe
The MQW layer 20 and the p-type ZnTe contact layer 21 are patterned in a stripe shape. The width of this stripe portion is, for example, 5 μm.

【0043】また、上述のストライプ部以外の部分のp
型ZnSv Se1-v 層18上には、例えば厚さが300
nmのアルミナ(Al2 3 )膜から成る絶縁層22が
形成されている。そして、ストライプ形状のp型ZnT
eコンタクト層21および絶縁層22上にp側電極23
が形成されている。このp側電極23がp型ZnTeコ
ンタクト層21とコンタクトした部分が電流の通路とな
る。ここで、このp側電極23としては、例えば、厚さ
が10nmのPd膜と厚さが100nmのPt膜と厚さ
が300nmのAu膜とを順次積層した構造のPd/P
t/Au電極が用いられる。一方、n型GaAs基板1
1の裏面には、例えばIn電極のようなn側電極24が
コンタクトしている。
Further, p of the portion other than the above-mentioned stripe portion is
On the type ZnS v Se 1-v layer 18, for example, a thickness of 300
An insulating layer 22 made of an alumina (Al 2 O 3 ) film having a thickness of 2 nm is formed. And stripe-shaped p-type ZnT
The p-side electrode 23 on the e-contact layer 21 and the insulating layer 22
Are formed. A portion of the p-side electrode 23 in contact with the p-type ZnTe contact layer 21 serves as a current passage. Here, as the p-side electrode 23, for example, Pd / P having a structure in which a Pd film having a thickness of 10 nm, a Pt film having a thickness of 100 nm, and an Au film having a thickness of 300 nm are sequentially stacked.
A t / Au electrode is used. On the other hand, n-type GaAs substrate 1
An n-side electrode 24 such as an In electrode is in contact with the back surface of the No. 1 substrate.

【0044】この半導体レーザーにおいては、いわゆる
端面コーティングが施されている。すなわち、図5に示
すように、共振器長方向に垂直な一対の共振器端面のう
ちレーザー光が取り出されるフロント側の端面にはAl
2 3 膜25とSi膜26とから成る多層膜がコーティ
ングされ、共振器長方向に垂直な一対の共振器端面のう
ちレーザー光が取り出されないリア側の端面にはAl2
3 膜25とSi膜26とを2周期積層した多層膜がコ
ーティングされている。ここで、Al2 3 膜25とS
i膜26とから成る多層膜の厚さは、それに屈折率をか
けた光学的距離が、レーザー光の発振波長の1/4に等
しくなるように選ばれる。このような端面コーティング
が施されていることにより、例えば、フロント側の端面
の反射率を70%、リア側の端面の反射率を95%にす
ることができる。
In this semiconductor laser, so-called end face coating is applied. That is, as shown in FIG. 5, of the pair of resonator end faces perpendicular to the cavity length direction, the front end face from which laser light is extracted is Al.
A multilayer film composed of the 2 O 3 film 25 and the Si film 26 is coated, and of the pair of resonator end faces perpendicular to the cavity length direction, the rear end face from which laser light is not extracted is Al 2
A multi-layer film in which the O 3 film 25 and the Si film 26 are laminated in two cycles is coated. Here, the Al 2 O 3 film 25 and S
The thickness of the multilayer film including the i film 26 is selected so that the optical distance obtained by multiplying the refractive index of the i film 26 is equal to 1/4 of the oscillation wavelength of the laser light. By applying such end face coating, for example, the reflectance of the front end face can be 70% and the reflectance of the rear end face can be 95%.

【0045】この場合、n型ZnSs Se1-s 光導波層
14およびp型ZnSs Se1-s 光導波層16のS組成
比sは、少なくとも5×10-3(0.005)以上に選
ばれている。n型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド
層13およびp型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド
層17のMg組成比pは例えば0.09、またS組成比
qは例えば0.18であり、そのときのエネルギーギャ
ップEg は77Kで約2.94eVである。これらのM
g組成比p=0.09およびS組成比q=0.18を有
するn型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層13お
よびp型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層17は
GaAsと格子整合する。また、活性層15を構成する
i型Zn1-z Cdz Se量子井戸層のCd組成比zは例
えば0.19であり、そのときのエネルギーギャップE
g は77Kで約2.54eVである。この場合、n型Z
1-p Mgp q Se1-q クラッド層13およびp型Z
1-p Mgp q Se1-q クラッド層17と活性層15
を構成するi型Zn1-z Cdz Se量子井戸層との間の
エネルギーギャップEg の差ΔEg は0.40eVであ
る。なお、室温でのエネルギーギャップEg の値は、7
7KでのエネルギーギャップEg の値から0.1eVを
引くことにより求めることができる。
In this case, the S composition ratio s of the n-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 14 and the p-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 16 is at least 5 × 10 -3 (0.005) or more. Has been selected for. The Mg composition ratio p of the n-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 13 and the p-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 17 is 0.09, and the S composition ratio is, for example. For example, q is 0.18, and the energy gap E g at that time is about 2.94 eV at 77K. These M
An n-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q cladding layer 13 and a p-type Zn 1-p Mg p S q Se 1 -with a g composition ratio p = 0.09 and an S composition ratio q = 0.18. The q clad layer 17 lattice-matches GaAs. The Cd composition ratio z of the i-type Zn 1-z Cd z Se quantum well layer forming the active layer 15 is, for example, 0.19, and the energy gap E at that time is E.
g is about 2.54 eV at 77K. In this case, n-type Z
n 1-p Mg p S q Se 1-q cladding layer 13 and p-type Z
n 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 17 and active layer 15
The difference ΔE g in the energy gap E g with the i-type Zn 1 -z Cd z Se quantum well layer that constitutes the element is 0.40 eV. The value of the energy gap E g at room temperature is 7
It can be determined by subtracting 0.1 eV from the value of the energy gap E g at 7K.

【0046】また、n型Zn1-p Mgp q Se1-q
ラッド層13の厚さは例えば0.8μmであり、不純物
濃度はND −NA (ND :ドナー濃度、NA :アクセプ
タ濃度)で例えば5×1017cm-3である。n型ZnS
s Se1-s 光導波層14の厚さは例えば60nmであ
り、不純物濃度はND −NA で例えば5×1017cm-3
である。また、p型ZnSs Se1-s 光導波層16の厚
さは例えば60nmであり、不純物濃度はNA −ND
例えば5×1017cm-3である。p型Zn1-p Mgp
q Se1-q クラッド層17の厚さは例えば0.6μmで
あり、不純物濃度はNA −ND で例えば2×1017cm
-3である。p型ZnSv Se1-v 層18の厚さは例えば
0.6μmであり、不純物濃度はNA −ND で例えば8
×1017cm-3である。p型ZnSeコンタクト層19
の厚さは例えば45nmであり、不純物濃度はNA −N
D で例えば8×1017cm-3である。p型ZnTeコン
タクト層21の厚さは例えば70nmであり、不純物濃
度はNA −ND で例えば1×1019cm-3である。
The thickness of the n-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q cladding layer 13 is, for example, 0.8 μm, and the impurity concentration is N D -N A (N D : donor concentration, N A : Acceptor concentration) is, for example, 5 × 10 17 cm −3 . n-type ZnS
s The thickness of the Se 1-s optical waveguide layer 14 is 60nm for example, an impurity concentration N D -N A, for example, 5 × 10 17 cm -3
Is. The thickness of the p-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 16 is 60nm for example, an impurity concentration is N A -N D, for example, 5 × 10 17 cm -3. p-type Zn 1-p Mg p S
The thickness of the q Se 1-q cladding layer 17 is 0.6μm example, an impurity concentration N A -N D, for example, 2 × 10 17 cm
-3 . The p-type ZnS v Se 1-v layer 18 has a thickness of, for example, 0.6 μm, and has an impurity concentration of N A -N D , for example, 8 μm.
It is × 10 17 cm -3 . p-type ZnSe contact layer 19
Has a thickness of, for example, 45 nm, and the impurity concentration is N A -N
For example, D is 8 × 10 17 cm −3 . The thickness of the p-type ZnTe contact layer 21 is 70nm for example, an impurity concentration is N A -N D, for example, 1 × 10 19 cm -3.

【0047】また、n型ZnSeバッファ層12の厚さ
は、ZnSeとGaAsとの間にはわずかではあるが格
子不整合が存在することから、この格子不整合に起因し
てこのn型ZnSeバッファ層12およびその上の各層
のエピタキシャル成長時に転位が発生するのを防止する
ために、ZnSeの臨界膜厚(〜100nm)よりも十
分に小さく選ばれるが、ここでは例えば33nmに選ば
れる。
Since the n-type ZnSe buffer layer 12 has a slight lattice mismatch between ZnSe and GaAs, this n-type ZnSe buffer layer is caused by this lattice mismatch. In order to prevent dislocation from occurring during the epitaxial growth of the layer 12 and each of the layers thereon, the thickness is selected to be sufficiently smaller than the critical film thickness of ZnSe (up to 100 nm), but here, for example, 33 nm is selected.

【0048】なお、p型Zn1-p Mgp q Se1-q
ラッド層17上に積層されたp型ZnSv Se1-v 層1
8は、場合に応じて、p型Zn1-p Mgp q Se1-q
クラッド層17に加えた第2のp型クラッド層としての
機能、p型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層17
との格子整合をとる機能、ヒートシンク上へのレーザー
チップのマウントの際のチップ端面におけるはんだの這
い上がりによる短絡を防止するためのスペーサ層として
の機能などのうちの一または二以上の機能を有する。p
型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層17のMg組
成比pおよびS組成比qとの兼ね合いもあるが、このp
型ZnSv Se1-v 層18のS組成比vは、0<v≦
0.1、好ましくは0.06≦v≦0.08の範囲内に
選ばれ、特に、p型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッ
ド層17との格子整合をとるために最適なS組成比vは
0.06である。
The p-type ZnS v Se 1-v layer 1 laminated on the p-type Zn 1-p Mg p Sq Se 1-q clad layer 17
8 is p-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q depending on the case.
Function as a second p-type clad layer added to the clad layer 17, p-type Zn 1-p Mg p Sq Se 1-q clad layer 17
It has one or more of the following functions: a lattice matching function with and a function as a spacer layer to prevent a short circuit due to solder creep-up at the chip end surface when mounting a laser chip on a heat sink. . p
There is a trade-off between the Mg composition ratio p and the S composition ratio q of the type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q cladding layer 17, but this p
The S composition ratio v of the ZnS v Se 1-v layer 18 is 0 <v ≦
0.1, preferably 0.06 ≦ v ≦ 0.08, and is most suitable for achieving lattice matching with the p-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q cladding layer 17. The S composition ratio v is 0.06.

【0049】上述のp型ZnTe/ZnSeMQW層2
0が設けられているのは、p型ZnSeコンタクト層1
9とp型ZnTeコンタクト層21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が生じ、
これがp側電極23からp型ZnTeコンタクト層21
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。
The above-mentioned p-type ZnTe / ZnSe MQW layer 2
0 is provided for the p-type ZnSe contact layer 1
9 is directly bonded to the p-type ZnTe contact layer 21, a large discontinuity occurs in the valence band at the bonding interface,
This is from the p-side electrode 23 to the p-type ZnTe contact layer 21.
This is to effectively eliminate this barrier because it becomes a barrier to holes injected into the.

【0050】すなわち、p型ZnSe中のキャリア濃度
は通常は5×1017cm-3程度が上限であり、一方、p
型ZnTe中のキャリア濃度は1018cm-3以上とする
ことが可能である。また、p型ZnSe/p型ZnTe
界面における価電子帯の不連続の大きさは約0.5eV
である。このようなp型ZnSe/p型ZnTe接合の
価電子帯には、接合がステップ接合であると仮定する
と、p型ZnSe側に W=(2εφT /qNA 1/2 (4) の幅にわたってバンドの曲がりが生じる。ここで、εは
ZnSeの誘電率、φTはp型ZnSe/p型ZnTe
界面における価電子帯の不連続の大きさ(約0.5e
V)を表す。
That is, the upper limit of the carrier concentration in p-type ZnSe is usually about 5 × 10 17 cm -3.
The carrier concentration in the type ZnTe can be 10 18 cm −3 or more. In addition, p-type ZnSe / p-type ZnTe
The valence band discontinuity at the interface is about 0.5 eV
Is. The valence band of such a p-type ZnSe / p-type ZnTe junction, the junction is assumed to be a step junction, W = the p-type ZnSe side (2εφ T / qN A) 1/2 (4) Width The band is bent over. Here, ε is the dielectric constant of ZnSe, and φ T is p-type ZnSe / p-type ZnTe.
Size of discontinuity in valence band at interface (about 0.5e
V) is represented.

【0051】(4)式を用いてこの場合のWを計算する
と、W=32nmとなる。このときに価電子帯の頂上が
p型ZnSe/p型ZnTe界面に垂直な方向に沿って
どのように変化するかを示したのが図6である。ただ
し、p型ZnSeおよびp型ZnTeのフェルミ準位は
価電子帯の頂上に一致すると近似している。図6に示す
ように、この場合、p型ZnSeの価電子帯はp型Zn
Teに向かって、下(低エネルギー側)に曲がってい
る。この下に凸の価電子帯の変化は、p側電極13から
このp型ZnSe/p型ZnTe接合に注入された正孔
に対してポテンシャル障壁として働く。
When W is calculated in this case using the equation (4), W = 32 nm. FIG. 6 shows how the top of the valence band changes along the direction perpendicular to the p-type ZnSe / p-type ZnTe interface at this time. However, it is approximated that the Fermi levels of p-type ZnSe and p-type ZnTe coincide with the top of the valence band. As shown in FIG. 6, in this case, the valence band of p-type ZnSe is p-type Zn
Turns downward (toward the lower energy side) toward Te. This downward convex valence band change acts as a potential barrier for holes injected from the p-side electrode 13 into the p-type ZnSe / p-type ZnTe junction.

【0052】この問題は、p型ZnSeコンタクト層1
9とp型ZnTeコンタクト層21との間にp型ZnT
e/ZnSeMQW層20を設けることにより解決する
ことができる。このp型ZnTe/ZnSeMQW層2
0は具体的には例えば次のように設計される。
This problem is caused by the p-type ZnSe contact layer 1
9 and the p-type ZnTe contact layer 21 between the p-type ZnT
This can be solved by providing the e / ZnSe MQW layer 20. This p-type ZnTe / ZnSe MQW layer 2
0 is specifically designed as follows, for example.

【0053】図7は、p型ZnTeから成る量子井戸層
の両側をp型ZnSeから成る障壁層によりはさんだ構
造の単一量子井戸におけるp型ZnTeから成る量子井
戸の幅LW に対して第1量子準位E1 がどのように変化
するかを有限障壁の井戸型ポテンシャルに対する量子力
学的計算により求めた結果を示す。ただし、この計算で
は、量子井戸層および障壁層における電子の質量として
p型ZnSeおよびp型ZnTe中の正孔の有効質量m
h を想定して0.6m0 を用い、また、井戸の深さは
0.5eVとしている。
FIG. 7 shows the width L W of the quantum well made of p-type ZnTe in a single quantum well having a structure in which both sides of the quantum well layer made of p-type ZnTe are sandwiched by barrier layers made of p-type ZnSe. The results obtained by quantum mechanical calculation for the well-type potential of the finite barrier show how the one quantum level E 1 changes. However, in this calculation, the effective mass m of holes in p-type ZnSe and p-type ZnTe is defined as the mass of electrons in the quantum well layer and the barrier layer.
Assuming h , 0.6 m 0 is used, and the depth of the well is 0.5 eV.

【0054】図7より、量子井戸の幅LW を小さくする
ことにより、量子井戸内に形成される第1量子準位E1
を高くすることができることがわかる。p型ZnTe/
ZnSeMQW層20はこのことを利用して設計され
る。
From FIG. 7, the first quantum level E 1 formed in the quantum well is reduced by reducing the width L W of the quantum well.
It turns out that can be raised. p-type ZnTe /
The ZnSe MQW layer 20 is designed by utilizing this fact.

【0055】この場合、p型ZnSe/p型ZnTe界
面からp型ZnSe側に、幅Wにわたって生じるバンド
の曲がりは、p型ZnSe/p型ZnTe界面からの距
離x(図6)の二次関数 φ(x)=φT {1−(x/W)2 } (5) で与えられる。従って、p型ZnTe/ZnSeMQW
層20の設計は、(5)式に基づいて、p型ZnTeか
ら成る量子井戸層のそれぞれに形成される第1量子準位
1 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LW を段階的に変えることにより行うことができる。
In this case, the band bending generated over the width W from the p-type ZnSe / p-type ZnTe interface to the p-type ZnSe side is a quadratic function of the distance x from the p-type ZnSe / p-type ZnTe interface (FIG. 6). φ (x) = φ T {1- (x / W) 2 } (5) Therefore, p-type ZnTe / ZnSeMQW
The layer 20 is designed based on the equation (5) such that the first quantum level E 1 formed in each of the quantum well layers made of p-type ZnTe is at the top of the valence band of p-type ZnSe and p-type ZnTe. This can be done by stepwise changing L W so that it matches the energy and is equal to each other.

【0056】図8は、p型ZnTe/ZnSeMQW層
20におけるp型ZnSeから成る障壁層の幅LB を2
nmとした場合の量子井戸幅Lw の設計例を示す。ここ
で、p型ZnSeコンタクト層19のアクセプタ濃度N
A は5×1017cm-3とし、p型ZnTeコンタクト層
21のアクセプタ濃度NA は1×1019cm-3としてい
る。図8に示すように、この場合には、合計で7個ある
量子井戸の幅Lw を、その第1量子準位E1 がp型Zn
Seおよびp型ZnTeのフェルミ準位と一致するよう
に、p型ZnSeコンタクト層19からp型ZnTeコ
ンタクト層21に向かってLw =0.3nm、0.4n
m、0.5nm、0.6nm、0.8nm、1.1n
m、1.7nmと変化させている。
FIG. 8 shows the width L B of the barrier layer made of p-type ZnSe in the p-type ZnTe / ZnSe MQW layer 20 to be 2
An example of designing the quantum well width L w in the case of nm is shown. Here, the acceptor concentration N of the p-type ZnSe contact layer 19 is N.
A is 5 × 10 17 cm −3, and the acceptor concentration N A of the p-type ZnTe contact layer 21 is 1 × 10 19 cm −3 . As shown in FIG. 8, in this case, the width L w of the total of seven quantum wells is set so that the first quantum level E 1 is p-type Zn.
L w = 0.3 nm, 0.4 n from the p-type ZnSe contact layer 19 toward the p-type ZnTe contact layer 21 so as to match the Fermi levels of Se and p-type ZnTe.
m, 0.5 nm, 0.6 nm, 0.8 nm, 1.1n
m, 1.7 nm.

【0057】なお、量子井戸の幅Lw の設計に当たって
は、厳密には、それぞれの量子井戸の準位は相互に結合
しているためにそれらの相互作用を考慮する必要があ
り、また、量子井戸層と障壁層との格子不整合による歪
みの効果も取り入れなければならないが、多重量子井戸
の量子準位を図8のようにフラットに設定することは、
原理的に十分可能である。
In designing the width L w of the quantum well, strictly speaking, since the levels of the respective quantum wells are mutually coupled, it is necessary to consider their interaction, and the quantum Although the effect of strain due to the lattice mismatch between the well layer and the barrier layer must be taken into consideration, setting the quantum level of the multiple quantum well flat as shown in FIG.
It is possible in principle.

【0058】図8において、p型ZnTeに注入された
正孔は、p型ZnTe/ZnSeMQW層20のそれぞ
れの量子井戸に形成された第1量子準位E1 を介して共
鳴トンネリングによりp型ZnSe側に流れることがで
きるので、p型ZnSe/p型ZnTe界面のポテンシ
ャル障壁は実効的になくなる。
In FIG. 8, the holes injected into the p-type ZnTe are resonantly tunneled through the first quantum level E 1 formed in each quantum well of the p-type ZnTe / ZnSe MQW layer 20 to cause p-type ZnSe. Since it can flow to the side, the potential barrier at the p-type ZnSe / p-type ZnTe interface effectively disappears.

【0059】次に、上述のように構成された図4および
図5に示す半導体レーザーの製造方法について説明す
る。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIGS. 4 and 5 configured as described above will be described.

【0060】すなわち、図4および図5に示す半導体レ
ーザーを製造するには、まず、n型GaAs基板11上
に、後述のような成長原料を用いたMBE法により、n
型ZnSeバッファ層12、n型Zn1-p Mgp q
1-q クラッド層13、n型ZnSs Se1-s 光導波層
14、i型Zn1-z Cdz Se量子井戸層から成る活性
層15、p型ZnSs Se1-s 光導波層16、p型Zn
1-p Mgp q Se1-q クラッド層17、p型ZnSv
Se1-v 層18、p型ZnSeコンタクト層19、p型
ZnTe/ZnSeMQW層20およびp型ZnTeコ
ンタクト層21を順次エピタキシャル成長させる。
That is, in order to manufacture the semiconductor lasers shown in FIGS. 4 and 5, first, on the n-type GaAs substrate 11, an n-type GaAs substrate 11 is formed by an MBE method using a growth material as described below.
Type ZnSe buffer layer 12, n-type Zn 1-p Mg p S q S
e 1-q clad layer 13, n-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 14, i-type Zn 1-z Cd z Se quantum well layer active layer 15, p-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 16, p-type Zn
1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 17, p-type ZnS v
The Se 1-v layer 18, the p-type ZnSe contact layer 19, the p-type ZnTe / ZnSe MQW layer 20, and the p-type ZnTe contact layer 21 are sequentially epitaxially grown.

【0061】上述のMBE法によるエピタキシャル成長
においては、例えば、Zn原料としては純度99.99
99%のZnを用い、Mg原料としては純度99.9%
のMgを用い、S原料としては99.9999%のZn
Sを用い、Se原料としては純度99.9999%のS
eを用いる。また、n型ZnSeバッファ層12、n型
Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層13およびn型
ZnSs Se1-s 光導波層14のn型不純物としてのC
lのドーピングは、例えば純度99.9999%のZn
Cl2 をドーパントとして用いて行う。一方、p型Zn
s Se1-s 光導波層16、p型Zn1-p Mgp q
1-q クラッド層17、p型ZnSv Se1-v 層18、
p型ZnSeコンタクト層19、p型ZnTe/ZnS
eMQW層20、p型ZnTeコンタクト層21のp型
不純物としてのNのドーピングは、電子サイクロトロン
共鳴(ECR)により発生されたN2 プラズマを照射す
ることにより行う。
In the above epitaxial growth by the MBE method, for example, the Zn raw material has a purity of 99.99.
99% of Zn is used, and the purity of Mg is 99.9%.
Of Mg and 99.9999% Zn as the S raw material
S is used, and Se having a purity of 99.9999% is used as the Se raw material.
e is used. Further, C as an n-type impurity of the n-type ZnSe buffer layer 12, the n-type Zn 1-p Mg p Sq Se 1-q cladding layer 13, and the n-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 14 is used.
The doping of l is, for example, Zn with a purity of 99.9999%.
It is performed using Cl 2 as a dopant. On the other hand, p-type Zn
S s Se 1-s optical waveguide layer 16, p-type Zn 1-p Mg p S q S
e 1-q clad layer 17, p-type ZnS v Se 1-v layer 18,
p-type ZnSe contact layer 19, p-type ZnTe / ZnS
The doping of N as a p-type impurity in the eMQW layer 20 and the p-type ZnTe contact layer 21 is performed by irradiating N 2 plasma generated by electron cyclotron resonance (ECR).

【0062】次に、p型ZnTeコンタクト層21上に
所定幅のストライプ形状のレジストパターン(図示せ
ず)を形成した後、このレジストパターンをマスクとし
て、p型ZnSv Se1-v 層18の厚さ方向の途中まで
ウエットエッチング法によりエッチングする。これによ
って、p型ZnSv Se1-v 層18の上層部、p型Zn
Seコンタクト層19、p型ZnTe/ZnSeMQW
層20およびp型ZnTeコンタクト層21がストライ
プ形状にパターニングされる。
Next, a stripe-shaped resist pattern (not shown) having a predetermined width is formed on the p-type ZnTe contact layer 21, and the p-type ZnS v Se 1-v layer 18 is formed using this resist pattern as a mask. Etching is performed by a wet etching method in the middle of the thickness direction. As a result, the upper layer portion of the p - type ZnS v Se 1-v layer 18 and the p-type Zn
Se contact layer 19, p-type ZnTe / ZnSeMQW
Layer 20 and p-type ZnTe contact layer 21 are patterned in stripes.

【0063】次に、上述のエッチングに用いたレジスト
パターンを残したまま全面にAl23 膜を真空蒸着し
た後、このレジストパターンを、その上に形成されたA
23 膜とともに除去する(リフトオフ)。これによ
って、ストライプ部以外の部分のp型ZnSv Se1-v
層18上にのみAl2 3 膜から成る絶縁層22が形成
される。
Next, an Al 2 O 3 film was vacuum-deposited on the entire surface while leaving the resist pattern used for the above-mentioned etching, and then this resist pattern was formed on top of this.
It is removed together with the l 2 O 3 film (lift-off). As a result, p-type ZnS v Se 1-v in the part other than the stripe part
An insulating layer 22 made of an Al 2 O 3 film is formed only on the layer 18.

【0064】次に、ストライプ形状のp型ZnTeコン
タクト層21および絶縁層22の全面にPd膜、Pt膜
およびAu膜を順次真空蒸着してPd/Pt/Au電極
から成るp側電極23を形成し、その後必要に応じて熱
処理を行って、このp側電極23をp型ZnTeコンタ
クト層21にオーミックコンタクトさせる。一方、n型
GaAs基板11の裏面にはIn電極のようなn側電極
24を形成する。
Next, a Pd film, a Pt film, and an Au film are sequentially vacuum-deposited on the entire surface of the stripe-shaped p-type ZnTe contact layer 21 and the insulating layer 22 to form a p-side electrode 23 composed of a Pd / Pt / Au electrode. Then, heat treatment is performed as necessary to bring the p-side electrode 23 into ohmic contact with the p-type ZnTe contact layer 21. On the other hand, an n-side electrode 24 such as an In electrode is formed on the back surface of the n-type GaAs substrate 11.

【0065】この後、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11をバー状に劈開して両
共振器端面を形成した後、真空蒸着法により、フロント
側の端面にAl2 3 膜25とSi膜26とから成る多
層膜を形成するとともに、リア側の端面にAl2 3
25とSi膜26とを2周期繰り返した多層膜を形成す
る。このように端面コーティングを施した後、このバー
を劈開してチップ化し、パッケージングを行う。
After that, the n-type GaAs substrate 11 having the laser structure formed as described above is cleaved into a bar shape to form both resonator end faces, and then Al 2 is formed on the end face on the front side by vacuum deposition. A multi-layered film including the O 3 film 25 and the Si film 26 is formed, and a multi-layered film in which the Al 2 O 3 film 25 and the Si film 26 are repeated for two cycles is formed on the rear end surface. After the end face coating is applied in this manner, the bar is cleaved to form chips, and packaging is performed.

【0066】以上のように、この第2実施例によれば、
半導体レーザーの発光時に光場が存在する部分が互いに
格子定数が0.1Å以上異なる複数種の2元化合物半導
体により構成されていることにより、これらの部分にお
いて不純物や欠陥をピンニングすることができ、それら
の移動を有効に防止することができる。このため、この
不純物や欠陥の移動に起因する半導体レーザーの劣化を
防止することができ、半導体レーザーの長寿命化および
信頼性の向上を図ることができる。
As described above, according to this second embodiment,
Impurities and defects can be pinned in these portions because the portions where the light field exists at the time of emission of the semiconductor laser are composed of plural kinds of binary compound semiconductors having different lattice constants of 0.1 Å or more. It is possible to effectively prevent their movement. Therefore, it is possible to prevent the semiconductor laser from deteriorating due to the movement of the impurities and defects, and it is possible to extend the life of the semiconductor laser and improve its reliability.

【0067】そして、この第2実施例によれば、短波長
で発光可能でしかも低しきい値電流密度の半導体レーザ
ーを実現することが可能である。より具体的には、例え
ば、室温において連続発振可能な緑色発光の半導体レー
ザーを実現することが可能である。また、レーザー発振
に必要な印加電圧の低減を図ることも可能である。
According to the second embodiment, it is possible to realize a semiconductor laser which can emit light with a short wavelength and has a low threshold current density. More specifically, for example, it is possible to realize a green-emitting semiconductor laser capable of continuous oscillation at room temperature. It is also possible to reduce the applied voltage required for laser oscillation.

【0068】以上、この発明の実施例について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
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。
The embodiments of the present invention have been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

【0069】例えば、上述の第2実施例においては、S
CH構造を有する半導体レーザーの製造にこの発明を適
用した場合について説明したが、この発明は、DH構造
(Double Heterostructure)を有する半導体レーザーの
製造に適用することも可能である。
For example, in the second embodiment described above, S
The case where the present invention is applied to the manufacture of a semiconductor laser having a CH structure has been described, but the present invention can also be applied to the manufacture of a semiconductor laser having a DH structure (Double Heterostructure).

【0070】なお、上述の第2実施例においては、化合
物半導体基板としてGaAs基板を用いているが、この
化合物半導体基板としては、例えばGaP基板などを用
いてもよい。
Although the GaAs substrate is used as the compound semiconductor substrate in the second embodiment, a GaP substrate or the like may be used as the compound semiconductor substrate.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
発光部およびその近傍の部分が、互いに格子定数が少な
くとも0.1Å以上異なる少なくとも2種の要素化合物
半導体から成る少なくとも3種以上の元素を含む化合物
半導体により構成されているので、これらの発光部およ
びその近傍の部分における不純物や欠陥の移動を抑える
ことができ、それによってこの不純物や欠陥の移動に起
因する発光素子の劣化を防止することができる。そし
て、発光素子の長寿命化および信頼性の向上を図ること
ができる。
As described above, according to the present invention,
Since the light emitting portion and the portion in the vicinity thereof are made of a compound semiconductor containing at least three kinds of elements composed of at least two kinds of element compound semiconductors having lattice constants different from each other by at least 0.1Å or more, these light emitting parts and It is possible to suppress the movement of impurities and defects in the vicinity thereof, thereby preventing the deterioration of the light emitting element due to the movement of the impurities and defects. Further, the life of the light emitting element can be extended and the reliability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1実施例による半導体レーザーを
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第1実施例による半導体レーザーの
活性層、n型クラッド層およびp型クラッド層の部分の
エネルギーバンド図である。
FIG. 2 is an energy band diagram of the active layer, the n-type cladding layer and the p-type cladding layer of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図3】この発明の第1実施例による半導体レーザーを
説明するためのエネルギーバンド図である。
FIG. 3 is an energy band diagram for explaining the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第2実施例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。
FIG. 4 is a sectional view perpendicular to the cavity length direction of a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第2実施例による半導体レーザーの
共振器長方向に平行な断面図である。
FIG. 5 is a sectional view parallel to the cavity length direction of the semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention.

【図6】p型ZnSe/p型ZnTe界面の近傍の価電
子帯を示すエネルギーバンド図である。
FIG. 6 is an energy band diagram showing a valence band near a p-type ZnSe / p-type ZnTe interface.

【図7】p型ZnTeから成る量子井戸の幅Lw に対す
る量子井戸の第1量子準位E1の変化を示すグラフであ
る。
FIG. 7 is a graph showing changes in the first quantum level E 1 of the quantum well with respect to the width L w of the quantum well made of p-type ZnTe.

【図8】この発明の第2実施例による半導体レーザーに
おけるp型ZnTe/ZnSeMQW層の設計例を示す
略線図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a design example of a p-type ZnTe / ZnSe MQW layer in a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図9】凝集エネルギーと原子間距離との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between cohesive energy and interatomic distance.

【図10】いくつかの2元化合物半導体のバンドギャッ
プエネルギーと格子定数との関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the band gap energy and the lattice constant of some binary compound semiconductors.

【図11】従来の半導体レーザーの問題を説明するため
のエネルギーバンド図である。
FIG. 11 is an energy band diagram for explaining a problem of a conventional semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、15 活性層 2 n型クラッド層 3 p型クラッド層 4、24 n側電極 5、23 p側電極 11 n型GaAs基板 12 n型ZnSeバッファ層 13 n型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層 14 n型ZnSs Se1-s 光導波層 15 活性層 16 p型ZnSs Se1-s 光導波層 17 p型Zn1-p Mgp q Se1-q クラッド層 18 p型ZnSv Se1-v 層 19 p型ZnSeコンタクト層 20 p型ZnTe/ZnSeMQW層 21 p型ZnTeコンタクト層 22 絶縁層1, 15 active layer 2 n-type clad layer 3 p-type clad layer 4, 24 n-side electrode 5, 23 p-side electrode 11 n-type GaAs substrate 12 n-type ZnSe buffer layer 13 n-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 14 n-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 15 active layer 16 p-type ZnS s Se 1-s optical waveguide layer 17 p-type Zn 1-p Mg p S q Se 1-q clad layer 18 p-type ZnS v Se 1-v layer 19 p-type ZnSe contact layer 20 p-type ZnTe / ZnSe MQW layer 21 p-type ZnTe contact layer 22 insulating layer

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発光部およびその近傍の部分が、互いに
格子定数が少なくとも0.1Å以上異なる少なくとも2
種の要素化合物半導体から成る少なくとも3種以上の元
素を含む化合物半導体により構成されていることを特徴
とする発光素子。
1. The light emitting portion and a portion in the vicinity thereof have at least two lattice constants different from each other by at least 0.1 Å or more.
1. A light emitting device comprising a compound semiconductor containing at least three or more kinds of element compound semiconductors.
【請求項2】 上記要素化合物半導体は2元化合物半導
体であることを特徴とする請求項1記載の発光素子。
2. The light emitting device according to claim 1, wherein the element compound semiconductor is a binary compound semiconductor.
【請求項3】 上記少なくとも3種以上の元素を含む化
合物半導体は、少なくとも3元以上の化合物半導体であ
ることを特徴とする請求項1または2記載の発光素子。
3. The light emitting device according to claim 1, wherein the compound semiconductor containing at least three or more elements is at least a ternary or more compound semiconductor.
【請求項4】 上記少なくとも3種以上の元素を含む化
合物半導体のうちの最少組成の元素の組成比は5×10
-3以上であることを特徴とする請求項1記載の発光素
子。
4. The composition ratio of the element having the minimum composition of the compound semiconductor containing at least three or more elements is 5 × 10.
-3 or more, The light emitting element of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 上記少なくとも3種以上の元素を含む化
合物半導体は、互いに積層された互いに格子定数が少な
くとも0.1Å以上異なる少なくとも2元以上の少なく
とも2種の化合物半導体層から成る化合物半導体超格子
であることを特徴とする請求項1または2記載の発光素
子。
5. A compound semiconductor superlattice composed of at least two kinds of compound semiconductor layers of at least two elements having mutually different lattice constants of at least 0.1 Å or more, wherein the compound semiconductor containing at least three elements is laminated. The light emitting device according to claim 1 or 2, wherein
【請求項6】 上記少なくとも3種以上の元素を含む化
合物半導体は、第1の元素群を構成する元素をA1 、A
2 、…、Ai で表し、第2の元素群を構成する元素をB
1 、B2 、…、Bj で表したとき、 (A1 x1(A2 x2…(Ai xi(B1 y1(B2
y2…(Bj yj (ただし、0≦x1、x2、…、xi≦1、0≦y1、
y2、…、yj≦1、x1+x2+…+xi=1、y1
+y2+…+yj=1) なる一般式で表される多元化合物半導体であることを特
徴とする請求項1記載の発光素子。
6. The compound semiconductor containing at least three or more kinds of elements, wherein the elements constituting the first element group are A 1 and A 2.
2 , ..., A i , the elements constituting the second element group are represented by B
1, B 2, ..., when expressed in B j, (A 1) x1 (A 2) x2 ... (A i) xi (B 1) y1 (B 2)
y2 ... (B j) yj (where, 0 ≦ x1, x2, ... , xi ≦ 1,0 ≦ y1,
y2, ..., yj ≦ 1, x1 + x2 + ... + xi = 1, y1
+ Y2 + ... + yj = 1) The light emitting device according to claim 1, which is a multi-element compound semiconductor represented by the general formula:
【請求項7】 上記少なくとも3種以上の元素を含む化
合物半導体は、第1の元素群を構成する元素をA1 、A
2 、…、Ai で表し、第2の元素群を構成する元素をB
1 、B2 、…、Bj で表したとき、 (Ak l M (Ak'l'N (ただし、1≦k、k´≦i、1≦l、l´≦j、1≦
M+N≦6) なる一般式で表される化合物半導体超格子であることを
特徴とする請求項1記載の発光素子。
7. The compound semiconductor containing at least three or more kinds of elements, wherein the elements constituting the first element group are A 1 and A 2.
2 , ..., A i , the elements constituting the second element group are represented by B
When represented by 1 , B 2 , ..., B j , (A k B l ) M (A k ′ B l ′ ) N (where 1 ≦ k, k ′ ≦ i, 1 ≦ l, l ′ ≦ j 1 ≦
The light emitting device according to claim 1, which is a compound semiconductor superlattice represented by the general formula: M + N ≦ 6).
【請求項8】 上記第1の元素群はII族元素から成る
群であり、上記第2の元素群はVI族元素から成る群で
あることを特徴とする請求項6または7記載の発光素
子。
8. The light emitting device according to claim 6, wherein the first element group is a group consisting of a group II element and the second element group is a group consisting of a group VI element. .
【請求項9】 上記第1の元素群はIII族元素から成
る群であり、上記第2の元素群はV族元素から成る群で
あることを特徴とする請求項6または7記載の発光素
子。
9. The light emitting device according to claim 6, wherein the first element group is a group III group element and the second element group is a V group element. .
【請求項10】 活性層の上下がn型クラッド層および
p型クラッド層によりはさまれた構造を有し、上記活性
層、上記n型クラッド層のうちの上記活性層と上記n型
クラッド層との界面から少なくとも上記n型クラッド層
中における電子の拡散長以内の部分、および、上記p型
クラッド層のうちの上記活性層と上記p型クラッド層と
の界面から少なくとも上記p型クラッド層中における正
孔の拡散長以内の部分が、互いに格子定数が少なくとも
0.1Å以上異なる少なくとも2種の要素化合物半導体
から成る少なくとも3種以上の元素を含む化合物半導体
により構成されていることを特徴とする請求項1記載の
発光素子。
10. The active layer has a structure sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer, and the active layer among the n-type cladding layer and the n-type cladding layer and the n-type cladding layer. At least within the diffusion length of electrons in the n-type clad layer from the interface with and from the interface between the active layer and the p-type clad layer in the p-type clad layer, at least in the p-type clad layer. A part within the diffusion length of holes in the above is composed of a compound semiconductor containing at least three kinds of elements consisting of at least two kinds of element compound semiconductors having lattice constants different from each other by at least 0.1 Å or more. The light emitting device according to claim 1.
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USRE42008E1 (en) 1999-06-07 2010-12-28 Nichia Corporation Nitride semiconductor device

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