JPH0832180A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた緑色ない
し青色で面発光可能な半導体発光素子を実現する。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＺｎＳｅバッフ
ァ層２を介してｎ型ＺｎＳＳｅ層３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層４、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層５、活性層
６、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層８、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層１０、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１およ
びｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２を順次積層するととも
に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２上には格子状のｐ側
電極１３およびそれを覆うＡｕ膜１４を設け、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１の裏面にはｎ側電極１５を設ける。活性層６
は例えばＺｎＣｄＳｅ量子井戸層を含む単一量子井戸構
造または多重量子井戸構造とする。
し青色で面発光可能な半導体発光素子を実現する。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＺｎＳｅバッフ
ァ層２を介してｎ型ＺｎＳＳｅ層３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層４、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層５、活性層
６、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層８、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコンタ
クト層１０、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１およ
びｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２を順次積層するととも
に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２上には格子状のｐ側
電極１３およびそれを覆うＡｕ膜１４を設け、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１の裏面にはｎ側電極１５を設ける。活性層６
は例えばＺｎＣｄＳｅ量子井戸層を含む単一量子井戸構
造または多重量子井戸構造とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体発光素子に関
し、特に、緑色ないし青色で面発光可能な半導体発光素
子、例えば半導体レーザーや発光ダイオードに関するも
のである。
し、特に、緑色ないし青色で面発光可能な半導体発光素
子、例えば半導体レーザーや発光ダイオードに関するも
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要求か
ら、緑色ないし青色で発光可能な半導体発光素子に対す
る要求が高まっており、その実現を目指して研究が活発
に行われている。
する記録／再生の高密度化または高解像度化の要求か
ら、緑色ないし青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】このような緑色ないし青色で発光可能な半
導体発光素子の作製に用いる材料としては、ＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体が有望である。特に、四元系のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体であるＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体
は、波長４００〜５５０ｎｍ帯の緑色ないし青色発光の
半導体レーザーをＧａＡｓ基板上に作製するときのクラ
ッド層や光導波層の材料として適していることが知られ
ている（例えば、Electron. Lett. 28(1992)1798）。
導体発光素子の作製に用いる材料としては、ＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体が有望である。特に、四元系のＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体であるＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体
は、波長４００〜５５０ｎｍ帯の緑色ないし青色発光の
半導体レーザーをＧａＡｓ基板上に作製するときのクラ
ッド層や光導波層の材料として適していることが知られ
ている（例えば、Electron. Lett. 28(1992)1798）。
【０００４】一方、近年、並列光情報処理や光インター
コネクションなどの光エレクトロニクス分野への応用を
目指して、基板の面に対して垂直な方向に発光可能な面
発光型半導体発光素子が注目されている。
コネクションなどの光エレクトロニクス分野への応用を
目指して、基板の面に対して垂直な方向に発光可能な面
発光型半導体発光素子が注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
面発光型半導体発光素子は、いずれもＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を用いたものであり、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体を用いた緑色ないし青色で面発光可能な面発光型半導
体発光素子は未だ実現されていない。
面発光型半導体発光素子は、いずれもＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を用いたものであり、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体を用いた緑色ないし青色で面発光可能な面発光型半導
体発光素子は未だ実現されていない。
【０００６】したがって、この発明の目的は、クラッド
層および活性層の材料としてＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
を用いた、緑色ないし青色で面発光可能な半導体発光素
子を提供することにある。
層および活性層の材料としてＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
を用いた、緑色ないし青色で面発光可能な半導体発光素
子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、基板（１）上に積層された第１導電型
の第１のクラッド層（４）と、第１のクラッド層（４）
上に積層された活性層（６）と、活性層（６）上に積層
された第２導電型の第２のクラッド層（８）とを有し、
第１のクラッド層（４）、活性層（６）および第２のク
ラッド層（８）は、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ
から成る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ族元素と
Ｓ、ＳｅおよびＴｅから成る群より選ばれた少なくとも
一種のＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体から成り、基板（１）の主面に対してほぼ垂直
な方向に光が面状に取り出されることを特徴とする半導
体発光素子である。
に、この発明は、基板（１）上に積層された第１導電型
の第１のクラッド層（４）と、第１のクラッド層（４）
上に積層された活性層（６）と、活性層（６）上に積層
された第２導電型の第２のクラッド層（８）とを有し、
第１のクラッド層（４）、活性層（６）および第２のク
ラッド層（８）は、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ
から成る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ族元素と
Ｓ、ＳｅおよびＴｅから成る群より選ばれた少なくとも
一種のＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体から成り、基板（１）の主面に対してほぼ垂直
な方向に光が面状に取り出されることを特徴とする半導
体発光素子である。
【０００８】この発明の好適な一実施形態においては、
第２のクラッド層（８）上にＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）が積層される。ここで、このＺｎＴｅ系化合物
半導体層（１２）の厚さは、このＺｎＴｅ系化合物半導
体層（１２）による光吸収を抑制するために、他に支障
のない限り小さく選ばれ、具体的には、例えば２〜１０
０ｎｍに選ばれる。
第２のクラッド層（８）上にＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）が積層される。ここで、このＺｎＴｅ系化合物
半導体層（１２）の厚さは、このＺｎＴｅ系化合物半導
体層（１２）による光吸収を抑制するために、他に支障
のない限り小さく選ばれ、具体的には、例えば２〜１０
０ｎｍに選ばれる。
【０００９】この発明の好適な一実施形態においては、
ＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）上に金属から成る格
子状の電極（１３）が設けられる。さらに、より好適に
は、この格子状の電極（１３）を覆うように、光取り出
しに支障を生じない程度の厚さの金属膜（１４）が全面
に設けられる。この場合には、これらの格子状の電極
（１３）および金属膜（１４）の全体により電流注入が
行われる。
ＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）上に金属から成る格
子状の電極（１３）が設けられる。さらに、より好適に
は、この格子状の電極（１３）を覆うように、光取り出
しに支障を生じない程度の厚さの金属膜（１４）が全面
に設けられる。この場合には、これらの格子状の電極
（１３）および金属膜（１４）の全体により電流注入が
行われる。
【００１０】この発明の典型的な一実施形態において
は、第２のクラッド層（８）およびＺｎＴｅ系化合物半
導体層（１２）はｐ型であり、ＺｎＴｅ系化合物半導体
層（１２）上に格子状の電極（１３）がｐ側電極として
設けられる。この場合、このＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）は、ｐ側電極との良好なオーミックコンタクト
をとるためのｐ型コンタクト層となる。さらに、このＺ
ｎＴｅ系化合物半導体層（１２）の厚さを２〜１００ｎ
ｍに選べば、このＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）は
透明電極となる。
は、第２のクラッド層（８）およびＺｎＴｅ系化合物半
導体層（１２）はｐ型であり、ＺｎＴｅ系化合物半導体
層（１２）上に格子状の電極（１３）がｐ側電極として
設けられる。この場合、このＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）は、ｐ側電極との良好なオーミックコンタクト
をとるためのｐ型コンタクト層となる。さらに、このＺ
ｎＴｅ系化合物半導体層（１２）の厚さを２〜１００ｎ
ｍに選べば、このＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）は
透明電極となる。
【００１１】この発明の好適な一実施形態においては、
第２のクラッド層（８）上にＺｎＳＳｅ系化合物半導体
層（９）が設けられる。この場合、このＺｎＳＳｅ系化
合物半導体層（９）は、第２のクラッド層（８）ととも
に第２導電型のクラッド層を構成して光閉じ込めおよび
キャリア閉じ込めに寄与するとともに、格子状の電極
（１３）により注入される電流をこのＺｎＳＳｅ系化合
物半導体層（９）に平行な方向に拡散させて活性層
（６）の広い領域に電流が注入されるようにするための
ものである。
第２のクラッド層（８）上にＺｎＳＳｅ系化合物半導体
層（９）が設けられる。この場合、このＺｎＳＳｅ系化
合物半導体層（９）は、第２のクラッド層（８）ととも
に第２導電型のクラッド層を構成して光閉じ込めおよび
キャリア閉じ込めに寄与するとともに、格子状の電極
（１３）により注入される電流をこのＺｎＳＳｅ系化合
物半導体層（９）に平行な方向に拡散させて活性層
（６）の広い領域に電流が注入されるようにするための
ものである。
【００１２】ここで、このＺｎＳＳｅ系化合物半導体層
（９）の厚さは、良好な光閉じ込め特性およびキャリア
閉じ込め特性を確保しつつこのＺｎＳＳｅ系化合物半導
体層（９）の十分な低抵抗化を図り、さらに格子状の電
極（１３）により注入される電流がこのＺｎＳＳｅ系化
合物半導体層（９）を通過する間にこのＺｎＳＳｅ系化
合物半導体層（９）に平行な方向に拡散されるようにす
るためなどの理由により、好適には例えば０．１〜１０
μｍに選ばれる。また、格子状の電極（１３）により注
入される電流を十分に拡散させるためには、このＺｎＳ
Ｓｅ系化合物半導体層（９）の厚さは、好適には０．５
μｍ以上に選ばれる。この発明の好適な一実施形態にお
いては、第２のクラッド層（８）上にＺｎＳＳｅ系化合
物半導体層（９）およびＺｎＴｅ系化合物半導体層（１
２）が順次積層される。
（９）の厚さは、良好な光閉じ込め特性およびキャリア
閉じ込め特性を確保しつつこのＺｎＳＳｅ系化合物半導
体層（９）の十分な低抵抗化を図り、さらに格子状の電
極（１３）により注入される電流がこのＺｎＳＳｅ系化
合物半導体層（９）を通過する間にこのＺｎＳＳｅ系化
合物半導体層（９）に平行な方向に拡散されるようにす
るためなどの理由により、好適には例えば０．１〜１０
μｍに選ばれる。また、格子状の電極（１３）により注
入される電流を十分に拡散させるためには、このＺｎＳ
Ｓｅ系化合物半導体層（９）の厚さは、好適には０．５
μｍ以上に選ばれる。この発明の好適な一実施形態にお
いては、第２のクラッド層（８）上にＺｎＳＳｅ系化合
物半導体層（９）およびＺｎＴｅ系化合物半導体層（１
２）が順次積層される。
【００１３】この発明の好適な他の一実施形態において
は、基板（１）と第１のクラッド層（４）との間に光反
射層（１８）が設けられる。ここで、この光反射層（１
８）としては、典型的には、半導体多層膜や誘電体多層
膜から成るブラッグリフレクターが用いられる。このブ
ラッグリフレクターとしては、具体的には、例えばＺｎ
ＭｇＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層から成るものが用いら
れる。
は、基板（１）と第１のクラッド層（４）との間に光反
射層（１８）が設けられる。ここで、この光反射層（１
８）としては、典型的には、半導体多層膜や誘電体多層
膜から成るブラッグリフレクターが用いられる。このブ
ラッグリフレクターとしては、具体的には、例えばＺｎ
ＭｇＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層から成るものが用いら
れる。
【００１４】この発明の典型的な一実施形態において
は、第１のクラッド層（４）および第２のクラッド層
（８）はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、活性
層（６）は例えばＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体またはＺ
ｎＳｅ系化合物半導体から成る。このとき、この半導体
発光素子の発光波長は、活性層（６）がＺｎＣｄＳｅ系
化合物半導体から成る場合には、その組成に応じて緑色
ないし青色の波長帯（例えば、５１２ｎｍ）になり、活
性層（６）がＺｎＳｅ系化合物半導体から成る場合に
は、青色の波長帯（例えば、４７０ｎｍ）になる。
は、第１のクラッド層（４）および第２のクラッド層
（８）はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成り、活性
層（６）は例えばＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体またはＺ
ｎＳｅ系化合物半導体から成る。このとき、この半導体
発光素子の発光波長は、活性層（６）がＺｎＣｄＳｅ系
化合物半導体から成る場合には、その組成に応じて緑色
ないし青色の波長帯（例えば、５１２ｎｍ）になり、活
性層（６）がＺｎＳｅ系化合物半導体から成る場合に
は、青色の波長帯（例えば、４７０ｎｍ）になる。
【００１５】この発明において、基板（１）としては、
例えば、ＧａＡｓ基板、ＺｎＳｅ基板、ＧａＰ基板など
が用いられる。
例えば、ＧａＡｓ基板、ＺｎＳｅ基板、ＧａＰ基板など
が用いられる。
【００１６】
【作用】この発明による半導体発光素子によれば、クラ
ッド層および活性層の材料としてＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体を用いていることにより緑色ないし青色で発光可能
であり、しかも基板の主面とほぼ垂直な方向に面状に光
が取り出される。これによって、緑色ないし青色で面発
光可能な面発光型の半導体発光素子を実現することがで
きる。
ッド層および活性層の材料としてＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体を用いていることにより緑色ないし青色で発光可能
であり、しかも基板の主面とほぼ垂直な方向に面状に光
が取り出される。これによって、緑色ないし青色で面発
光可能な面発光型の半導体発光素子を実現することがで
きる。
【００１７】また、第２のクラッド層（８）上にＺｎＴ
ｅ系化合物半導体層（１２）が積層され、このＺｎＴｅ
系化合物半導体層（１２）上に格子状の電極（１３）が
設けられた場合には、このＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）は不純物ドーピングによりキャリア濃度を十分
に高くして大幅な低抵抗化を図ることができるため、格
子状の電極（１３）との良好なオーミックコンタクトを
とることができる。これによって、半導体発光素子の低
動作電圧化を図ることができるとともに、格子状の電極
（１３）とＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）とのコン
タクト部における発熱を抑制することができることによ
り発光効率の劣化や半導体発光素子の劣化を防止するこ
とができる。さらに、このＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）の厚さを２〜１００ｎｍに選んだ場合には、こ
のＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）は透明電極となる
ので、このＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）により光
取り出しに支障が生じることはない。また、このＺｎＴ
ｅ系化合物半導体層（１２）の厚さを十分に大きく、例
えば５０ｎｍ程度以上にすることにより、格子状の電極
（１３）により注入される電流をこのＺｎＴｅ系化合物
半導体層（１２）に平行な方向に拡散させることができ
る。これによって、活性層（６）の広い領域に電流が注
入されるようにすることができ、均一性に優れた面発光
の実現に寄与することができる。
ｅ系化合物半導体層（１２）が積層され、このＺｎＴｅ
系化合物半導体層（１２）上に格子状の電極（１３）が
設けられた場合には、このＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）は不純物ドーピングによりキャリア濃度を十分
に高くして大幅な低抵抗化を図ることができるため、格
子状の電極（１３）との良好なオーミックコンタクトを
とることができる。これによって、半導体発光素子の低
動作電圧化を図ることができるとともに、格子状の電極
（１３）とＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）とのコン
タクト部における発熱を抑制することができることによ
り発光効率の劣化や半導体発光素子の劣化を防止するこ
とができる。さらに、このＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）の厚さを２〜１００ｎｍに選んだ場合には、こ
のＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）は透明電極となる
ので、このＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）により光
取り出しに支障が生じることはない。また、このＺｎＴ
ｅ系化合物半導体層（１２）の厚さを十分に大きく、例
えば５０ｎｍ程度以上にすることにより、格子状の電極
（１３）により注入される電流をこのＺｎＴｅ系化合物
半導体層（１２）に平行な方向に拡散させることができ
る。これによって、活性層（６）の広い領域に電流が注
入されるようにすることができ、均一性に優れた面発光
の実現に寄与することができる。
【００１８】また、ＺｎＴｅ系化合物半導体層（１２）
上に格子状の電極（１３）が設けられた場合には、この
格子状の電極（１３）によりＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）に注入される電流は、例えばストライプ状の電
極を用いた場合と比べて、より均一な分布で活性層
（６）に注入される。これによって、面発光の均一性の
向上を図ることができる。
上に格子状の電極（１３）が設けられた場合には、この
格子状の電極（１３）によりＺｎＴｅ系化合物半導体層
（１２）に注入される電流は、例えばストライプ状の電
極を用いた場合と比べて、より均一な分布で活性層
（６）に注入される。これによって、面発光の均一性の
向上を図ることができる。
【００１９】さらに、第２のクラッド層（８）とＺｎＴ
ｅ系化合物半導体層（１２）との間にＺｎＳＳｅ系化合
物半導体層（９）が設けられた場合には、このＺｎＳＳ
ｅ系化合物半導体層（９）も第２導電型のクラッド層と
して用いることができることにより、良好な光閉じ込め
特性およびキャリア閉じ込め特性を確保することができ
る。また、このＺｎＳＳｅ系化合物半導体層（９）の厚
さを０．５μｍ程度以上に選べば、格子状の電極（１
３）により注入される電流をこのＺｎＳＳｅ系化合物半
導体層（９）に平行な方向に十分に拡散させることがで
きる。これによって、均一性に優れた面発光が可能とな
る。
ｅ系化合物半導体層（１２）との間にＺｎＳＳｅ系化合
物半導体層（９）が設けられた場合には、このＺｎＳＳ
ｅ系化合物半導体層（９）も第２導電型のクラッド層と
して用いることができることにより、良好な光閉じ込め
特性およびキャリア閉じ込め特性を確保することができ
る。また、このＺｎＳＳｅ系化合物半導体層（９）の厚
さを０．５μｍ程度以上に選べば、格子状の電極（１
３）により注入される電流をこのＺｎＳＳｅ系化合物半
導体層（９）に平行な方向に十分に拡散させることがで
きる。これによって、均一性に優れた面発光が可能とな
る。
【００２０】また、基板（１）と第１のクラッド層
（４）との間に光反射層（１８）が設けられた場合に
は、活性層（９）で発生する光のうち基板（１）側に向
かう光をこの光反射層（１８）により格子状の電極（１
３）側に反射させることができるので、この基板（１）
側に向かう光が基板（１）により吸収されるのを防止す
ることができ、この基板（１）側に向かう光をも面発光
に利用することができる。そして、発光効率を大幅に向
上させることができ、光取り出し部から効率的に光を取
り出すことができる。
（４）との間に光反射層（１８）が設けられた場合に
は、活性層（９）で発生する光のうち基板（１）側に向
かう光をこの光反射層（１８）により格子状の電極（１
３）側に反射させることができるので、この基板（１）
側に向かう光が基板（１）により吸収されるのを防止す
ることができ、この基板（１）側に向かう光をも面発光
に利用することができる。そして、発光効率を大幅に向
上させることができ、光取り出し部から効率的に光を取
り出すことができる。
【００２１】以上により、クラッド層および活性層の材
料としてＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた、緑色ない
し青色で面発光可能な半導体発光素子を実現することが
できる。
料としてＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた、緑色ない
し青色で面発光可能な半導体発光素子を実現することが
できる。
【００２２】
【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。なお、実施例の全図において、同一
または対応する部分には同一の符号を付す。
しながら説明する。なお、実施例の全図において、同一
または対応する部分には同一の符号を付す。
【００２３】図１はこの発明の第１実施例による面発光
型発光ダイオードを示す平面図である。また、図２は図
１における一発光面に対応する部分を拡大して示す断面
図である。
型発光ダイオードを示す平面図である。また、図２は図
１における一発光面に対応する部分を拡大して示す断面
図である。
【００２４】図１および図２に示すように、この第１実
施例による面発光型発光ダイオードにおいては、ドナー
不純物として例えば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Ｃｌ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Ｃｌがドープされたｎ型ＺｎＳＳ
ｅ層３、ドナー不純物として例えばＣｌがドープされた
ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ドナー不純物として
例えばＣｌがドープされたｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層５、
活性層６、アクセプタ不純物として例えばＮがドープさ
れたｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７、アクセプタ不純物とし
て例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層８、アクセプタ不純物として例えばＮがドープされた
ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、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、ｐ型Ｚ
ｎＳｅから成る障壁層とｐ型ＺｎＴｅから成る量子井戸
層とを交互に積層したｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子
井戸（ＭＱＷ）層１１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１２が
順次積層されている。そして、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１２上に格子状のｐ側電極１３が設けられ、さらにこ
のｐ側電極１３を覆うように全面にＡｕ膜１４が設けら
れている。この場合、このＡｕ膜１４もｐ側電極として
用いられる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ
側電極１５が設けられている。ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ
ＭＱＷ層１１については後に詳細に説明する。
施例による面発光型発光ダイオードにおいては、ドナー
不純物として例えば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Ｃｌ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Ｃｌがドープされたｎ型ＺｎＳＳ
ｅ層３、ドナー不純物として例えばＣｌがドープされた
ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ドナー不純物として
例えばＣｌがドープされたｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層５、
活性層６、アクセプタ不純物として例えばＮがドープさ
れたｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７、アクセプタ不純物とし
て例えばＮがドープされたｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層８、アクセプタ不純物として例えばＮがドープされた
ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、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、ｐ型Ｚ
ｎＳｅから成る障壁層とｐ型ＺｎＴｅから成る量子井戸
層とを交互に積層したｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ多重量子
井戸（ＭＱＷ）層１１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１２が
順次積層されている。そして、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１２上に格子状のｐ側電極１３が設けられ、さらにこ
のｐ側電極１３を覆うように全面にＡｕ膜１４が設けら
れている。この場合、このＡｕ膜１４もｐ側電極として
用いられる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ
側電極１５が設けられている。ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅ
ＭＱＷ層１１については後に詳細に説明する。
【００２５】この第１実施例において、活性層６は、例
えば厚さが６〜１２ｎｍのＺｎＣｄＳｅ（例えば、Ｚｎ
0.85Ｃｄ0.15Ｓｅ）から成る量子井戸層を含む単一量子
井戸構造または多重量子井戸構造を有する。
えば厚さが６〜１２ｎｍのＺｎＣｄＳｅ（例えば、Ｚｎ
0.85Ｃｄ0.15Ｓｅ）から成る量子井戸層を含む単一量子
井戸構造または多重量子井戸構造を有する。
【００２６】ｎ型ＺｎＳＳｅ層３およびｐ型ＺｎＳＳｅ
層９としては、例えばＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層が用いられ
る。同様に、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層５およびｐ型Ｚｎ
ＳＳｅ光導波層７としては、例えばＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94
層が用いられる。ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４およ
びｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８としては、例えばＺ
ｎ0.91Ｍｇ0.09Ｓ0.18Ｓｅ0.82層が用いられる。このＺ
ｎ0.91Ｍｇ0.09Ｓ0.18Ｓｅ0.82層から成るｎ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層４およびｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層８はＧａＡｓと格子整合し、ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層か
ら成るｎ型ＺｎＳＳｅ層３、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、ｎ型
ＺｎＳＳｅ光導波層５およびｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７
はこれらのｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４およびｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８と格子整合する。
層９としては、例えばＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層が用いられ
る。同様に、ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層５およびｐ型Ｚｎ
ＳＳｅ光導波層７としては、例えばＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94
層が用いられる。ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４およ
びｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８としては、例えばＺ
ｎ0.91Ｍｇ0.09Ｓ0.18Ｓｅ0.82層が用いられる。このＺ
ｎ0.91Ｍｇ0.09Ｓ0.18Ｓｅ0.82層から成るｎ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層４およびｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド
層８はＧａＡｓと格子整合し、ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層か
ら成るｎ型ＺｎＳＳｅ層３、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、ｎ型
ＺｎＳＳｅ光導波層５およびｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７
はこれらのｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４およびｐ型
ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８と格子整合する。
【００２７】ｎ型ＺｎＳＳｅ層３の厚さは例えば０．７
μｍであり、有効ドナー濃度ＮD −ＮA （ただし、ＮD
はドナー濃度、ＮA はアクセプタ濃度）は例えば（２〜
５）×１０17ｃｍ-3である。ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層４の厚さは例えば０．７μｍであり、ＮD −ＮA は
例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。さらに、ｎ型
ＺｎＳＳｅ光導波層５の厚さは例えば１００ｎｍであ
り、ＮD −ＮA は例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3であ
る。また、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７の厚さは例えば１
００ｎｍであり、有効アクセプタ濃度ＮA −ＮD は例え
ば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。ｐ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層８の厚さは例えば０．５μｍであり、ＮA
−ＮD は例えば１×１０17ｃｍ-3である。ｐ型ＺｎＳＳ
ｅ層９の厚さは例えば０．５μｍであり、ＮA −ＮD は
例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層１０の厚さは例えば１００ｎｍであり、Ｎ
A −ＮD は例えば（５〜８）×１０17ｃｍ-3である。さ
らに、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２の厚さは２〜１０
０ｎｍであり、ＮA −ＮD は例えば１×１０19ｃｍ-3で
ある。
μｍであり、有効ドナー濃度ＮD −ＮA （ただし、ＮD
はドナー濃度、ＮA はアクセプタ濃度）は例えば（２〜
５）×１０17ｃｍ-3である。ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層４の厚さは例えば０．７μｍであり、ＮD −ＮA は
例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。さらに、ｎ型
ＺｎＳＳｅ光導波層５の厚さは例えば１００ｎｍであ
り、ＮD −ＮA は例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3であ
る。また、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７の厚さは例えば１
００ｎｍであり、有効アクセプタ濃度ＮA −ＮD は例え
ば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。ｐ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層８の厚さは例えば０．５μｍであり、ＮA
−ＮD は例えば１×１０17ｃｍ-3である。ｐ型ＺｎＳＳ
ｅ層９の厚さは例えば０．５μｍであり、ＮA −ＮD は
例えば（２〜５）×１０17ｃｍ-3である。ｐ型ＺｎＳｅ
コンタクト層１０の厚さは例えば１００ｎｍであり、Ｎ
A −ＮD は例えば（５〜８）×１０17ｃｍ-3である。さ
らに、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２の厚さは２〜１０
０ｎｍであり、ＮA −ＮD は例えば１×１０19ｃｍ-3で
ある。
【００２８】ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２の厚さは、Ｚｎ
Ｓｅ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２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、Ｚ
ｎＳｅの臨界膜厚（〜１００ｎｍ）よりも十分に小さく
選ばれるが、この第１実施例においては例えば３３ｎｍ
である。
Ｓｅ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２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、Ｚ
ｎＳｅの臨界膜厚（〜１００ｎｍ）よりも十分に小さく
選ばれるが、この第１実施例においては例えば３３ｎｍ
である。
【００２９】ｐ側電極１３としては、例えばＡｕ電極、
Ｔｉ／Ａｕ電極、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極などが用いられ
る。また、ｎ側電極１５としては、例えばＩｎ電極が用
いられる。この第１実施例による面発光型発光ダイオー
ドは、例えば１ｍｍ×１ｍｍの正方形の平面形状を有す
る。
Ｔｉ／Ａｕ電極、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極などが用いられ
る。また、ｎ側電極１５としては、例えばＩｎ電極が用
いられる。この第１実施例による面発光型発光ダイオー
ドは、例えば１ｍｍ×１ｍｍの正方形の平面形状を有す
る。
【００３０】この第１実施例において、ｐ型ＺｎＳＳｅ
層９は、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８に加えた第２
のｐ型クラッド層としての機能、ｐ側電極１３およびＡ
ｕ膜１４から注入される電流をこのｐ型ＺｎＳＳｅ層９
に平行な方向に拡散させる機能、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層８との格子整合をとる機能、ヒートシンク上へ
のダイオード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を有する。
層９は、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８に加えた第２
のｐ型クラッド層としての機能、ｐ側電極１３およびＡ
ｕ膜１４から注入される電流をこのｐ型ＺｎＳＳｅ層９
に平行な方向に拡散させる機能、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層８との格子整合をとる機能、ヒートシンク上へ
のダイオード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を有する。
【００３１】上述のようにｐ型ＺｎＳＳｅ層９はｐ型Ｚ
ｎＭｇＳＳｅクラッド層８とともに第２のｐ型クラッド
層を構成することにより、光閉じ込め特性およびキャリ
ア閉じ込め特性を向上させることができる。また、Ｚｎ
ＳＳｅにおける正孔の移動度はＺｎＭｇＳＳｅにおける
それよりも大きいことにより、ｐ型クラッド層の全体の
厚さを同一とした場合、ｐ型クラッド層をｐ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層８だけで構成した場合に比べて、ｐ型
クラッド層をｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８とｐ型Ｚ
ｎＳＳｅ層９とにより構成した場合の方が、ｐ型クラッ
ド層を低抵抗化することができる。このようにｐ型クラ
ッド層が低抵抗化されることは、このｐ型クラッド層に
よる電圧降下の減少をもたらすため、面発光型発光ダイ
オードの低動作電圧化に寄与する。
ｎＭｇＳＳｅクラッド層８とともに第２のｐ型クラッド
層を構成することにより、光閉じ込め特性およびキャリ
ア閉じ込め特性を向上させることができる。また、Ｚｎ
ＳＳｅにおける正孔の移動度はＺｎＭｇＳＳｅにおける
それよりも大きいことにより、ｐ型クラッド層の全体の
厚さを同一とした場合、ｐ型クラッド層をｐ型ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層８だけで構成した場合に比べて、ｐ型
クラッド層をｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８とｐ型Ｚ
ｎＳＳｅ層９とにより構成した場合の方が、ｐ型クラッ
ド層を低抵抗化することができる。このようにｐ型クラ
ッド層が低抵抗化されることは、このｐ型クラッド層に
よる電圧降下の減少をもたらすため、面発光型発光ダイ
オードの低動作電圧化に寄与する。
【００３２】また、ｐ側電極１３およびＡｕ膜１４から
注入される電流をこのｐ型ＺｎＳＳｅ層９に平行な方向
に拡散させることができることにより、活性層６の広い
領域に電流が注入されるようにすることができ、これに
よって均一性に優れた面発光を実現することができる。
注入される電流をこのｐ型ＺｎＳＳｅ層９に平行な方向
に拡散させることができることにより、活性層６の広い
領域に電流が注入されるようにすることができ、これに
よって均一性に優れた面発光を実現することができる。
【００３３】さらに、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０を
ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８上に直接積層するとこ
れらの層の間に格子不整合が存在することにより結晶性
の劣化が生じやすいが、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
８上にこれと格子整合するｐ型ＺｎＳＳｅ層９を積層
し、このｐ型ＺｎＳＳｅ層９上にｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層１０を積層しているので、これらのｐ型ＺｎＳＳｅ
層９およびｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０の結晶性を良
好にすることができる。これは、ｐ側電極１３およびＡ
ｕ膜１４のオーミックコンタクト特性の向上に寄与す
る。
ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８上に直接積層するとこ
れらの層の間に格子不整合が存在することにより結晶性
の劣化が生じやすいが、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層
８上にこれと格子整合するｐ型ＺｎＳＳｅ層９を積層
し、このｐ型ＺｎＳＳｅ層９上にｐ型ＺｎＳｅコンタク
ト層１０を積層しているので、これらのｐ型ＺｎＳＳｅ
層９およびｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０の結晶性を良
好にすることができる。これは、ｐ側電極１３およびＡ
ｕ膜１４のオーミックコンタクト特性の向上に寄与す
る。
【００３４】以上の利点に加えて、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９
が設けられていることにより、次のような利点をも得る
ことができる。すなわち、このｐ型ＺｎＳＳｅ層９を第
２のｐ型クラッド層として用いる場合には、二元系や三
元系のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ほどにはエピタキシャ
ル成長が容易でないｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８の
厚さを最小限にすることができ、従って面発光型発光ダ
イオードの製造もその分だけ容易になる。
が設けられていることにより、次のような利点をも得る
ことができる。すなわち、このｐ型ＺｎＳＳｅ層９を第
２のｐ型クラッド層として用いる場合には、二元系や三
元系のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ほどにはエピタキシャ
ル成長が容易でないｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８の
厚さを最小限にすることができ、従って面発光型発光ダ
イオードの製造もその分だけ容易になる。
【００３５】ｎ型ＺｎＳＳｅ層３は、活性層６の両側の
屈折率分布を対称にする機能、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層４に加えた第２のｎ型クラッド層としての機能、
ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４との格子整合をとる機
能、ヒートシンク上へのダイオード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を有す
る。
屈折率分布を対称にする機能、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラ
ッド層４に加えた第２のｎ型クラッド層としての機能、
ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４との格子整合をとる機
能、ヒートシンク上へのダイオード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を有す
る。
【００３６】ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２は、その厚
さが２〜１００ｎｍと小さく、かつそのＮA −ＮD が１
×１０19ｃｍ-3と極めて高いため、低抵抗の透明電極と
して機能する。これによって、このｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層１２上に設けられているｐ側電極１３およびＡｕ
膜１４との良好なオーミックコンタクトをとることがで
きるとともに、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２が全
面に設けられていても光の取り出しに支障が生じないよ
うにすることができる。さらに、このｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層１２の厚さを５０ｎｍ程度以上にした場合に
は、ｐ側電極１３およびＡｕ膜１４から注入される電流
をこのｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２に平行な方向に拡
散させることができ、これは均一性に優れた面発光の実
現に寄与する。
さが２〜１００ｎｍと小さく、かつそのＮA −ＮD が１
×１０19ｃｍ-3と極めて高いため、低抵抗の透明電極と
して機能する。これによって、このｐ型ＺｎＴｅコンタ
クト層１２上に設けられているｐ側電極１３およびＡｕ
膜１４との良好なオーミックコンタクトをとることがで
きるとともに、このｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２が全
面に設けられていても光の取り出しに支障が生じないよ
うにすることができる。さらに、このｐ型ＺｎＴｅコン
タクト層１２の厚さを５０ｎｍ程度以上にした場合に
は、ｐ側電極１３およびＡｕ膜１４から注入される電流
をこのｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２に平行な方向に拡
散させることができ、これは均一性に優れた面発光の実
現に寄与する。
【００３７】上述のｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１
１が設けられているのは、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
０とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２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１３およびＡｕ膜１４からｐ型ＺｎＴｅ
コンタクト層１２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。
１が設けられているのは、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
０とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２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１３およびＡｕ膜１４からｐ型ＺｎＴｅ
コンタクト層１２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。
【００３８】すなわち、ｐ型ＺｎＳｅ中のキャリア濃度
は典型的には５×１０17ｃｍ-3程度であり、一方、ｐ型
ＺｎＴｅ中のキャリア濃度は１０19ｃｍ-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 （１） の幅にわたってバンドの曲がりが生じる。ここで、ｑは
電子の電荷の絶対値、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
続ポテンシャル（約０．５ｅＶ）を表す。
は典型的には５×１０17ｃｍ-3程度であり、一方、ｐ型
ＺｎＴｅ中のキャリア濃度は１０19ｃｍ-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 （１） の幅にわたってバンドの曲がりが生じる。ここで、ｑは
電子の電荷の絶対値、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
続ポテンシャル（約０．５ｅＶ）を表す。
【００３９】（１）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２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２に示す
ように、この場合、ｐ型ＺｎＳｅの価電子帯はｐ型Ｚｎ
Ｔｅに向かって下に曲がっている。この下に凸の価電子
帯の変化は、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。
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２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２に示す
ように、この場合、ｐ型ＺｎＳｅの価電子帯はｐ型Ｚｎ
Ｔｅに向かって下に曲がっている。この下に凸の価電子
帯の変化は、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。
【００４０】この問題は、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１
０とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２との間にｐ型ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１を設けることにより解決する
ことができる。このｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１
１は具体的には例えば次のように設計される。
０とｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２との間にｐ型ＺｎＳ
ｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１を設けることにより解決する
ことができる。このｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１
１は具体的には例えば次のように設計される。
【００４１】図３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 （ｍ0 ：電子の静止質量）を用
い、また、井戸の深さは０．５ｅＶとしている。
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 （ｍ0 ：電子の静止質量）を用
い、また、井戸の深さは０．５ｅＶとしている。
【００４２】図３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量子準位Ｅ1 を高
くすることができることがわかる。ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚｎ
ＴｅＭＱＷ層１１はこのことを利用して設計する。
ことにより、量子井戸内に形成される量子準位Ｅ1 を高
くすることができることがわかる。ｐ型ＺｎＳｅ／Ｚｎ
ＴｅＭＱＷ層１１はこのことを利用して設計する。
【００４３】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２）の二次関数 φ（ｘ）＝φT ｛１−（ｘ／Ｗ）2 ｝ （２） で与えられる。従って、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ
層１１の設計は、（２）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量子準位Ｅ1
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Ｌ
W を段階的に変えることにより行うことができる。
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２）の二次関数 φ（ｘ）＝φT ｛１−（ｘ／Ｗ）2 ｝ （２） で与えられる。従って、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ
層１１の設計は、（２）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量子準位Ｅ1
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Ｌ
W を段階的に変えることにより行うことができる。
【００４４】図４は、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層
１１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１０のＮA −ＮD は５×
１０17ｃｍ-3とし、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２のＮ
A −ＮD は１×１０19ｃｍ-3としている。図４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、その量子準位Ｅ1がｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴ
ｅのフェルミ準位と一致するように、ｐ型ＺｎＳｅコン
タクト層１０からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２に向か
ってＬW ＝０．３ｎｍ、０．４ｎｍ、０．５ｎｍ、０．
６ｎｍ、０．８ｎｍ、１．１ｎｍ、１．７ｎｍと変化さ
せている。
１１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１０のＮA −ＮD は５×
１０17ｃｍ-3とし、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２のＮ
A −ＮD は１×１０19ｃｍ-3としている。図４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、その量子準位Ｅ1がｐ型ＺｎＳｅおよびｐ型ＺｎＴ
ｅのフェルミ準位と一致するように、ｐ型ＺｎＳｅコン
タクト層１０からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２に向か
ってＬW ＝０．３ｎｍ、０．４ｎｍ、０．５ｎｍ、０．
６ｎｍ、０．８ｎｍ、１．１ｎｍ、１．７ｎｍと変化さ
せている。
【００４５】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４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。
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４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。
【００４６】図４において、ｐ型ＺｎＴｅに注入された
正孔は、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１のそれぞ
れの量子井戸に形成された量子準位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。したがって、この第１実施例
による面発光型発光ダイオードによれば、良好な電圧−
電流特性を得ることができるとともに、低動作電圧化を
図ることができる。
正孔は、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１のそれぞ
れの量子井戸に形成された量子準位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。したがって、この第１実施例
による面発光型発光ダイオードによれば、良好な電圧−
電流特性を得ることができるとともに、低動作電圧化を
図ることができる。
【００４７】上述のように構成されたこの第１実施例に
よる面発光型発光ダイオードを動作させるには、ｐ側電
極１３およびＡｕ膜１４とｎ側電極１５との間に必要な
電圧を印加して電流注入を行う。この場合、ｐ型ＺｎＴ
ｅコンタクト層１２の全面にｐ側電極１３およびＡｕ膜
１４がコンタクトしているため、これらのｐ側電極１３
およびＡｕ膜１４からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２の
全体にわたって電流が均一な分布で注入される。しか
も、この場合、この電流は、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
１２やｐ型ＺｎＳＳｅ層９などを通過する間にそれらに
平行な方向に十分に拡散される。これによって、活性層
６の全体に均一な分布で電流が注入され、活性層６の全
体において電子−正孔再結合による発光が均一に起こ
る。そして、図２において矢印で示すように、ｐ側電極
１３側の発光面１６から面状に光が取り出され、極めて
均一性に優れた面発光が実現される。
よる面発光型発光ダイオードを動作させるには、ｐ側電
極１３およびＡｕ膜１４とｎ側電極１５との間に必要な
電圧を印加して電流注入を行う。この場合、ｐ型ＺｎＴ
ｅコンタクト層１２の全面にｐ側電極１３およびＡｕ膜
１４がコンタクトしているため、これらのｐ側電極１３
およびＡｕ膜１４からｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２の
全体にわたって電流が均一な分布で注入される。しか
も、この場合、この電流は、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層
１２やｐ型ＺｎＳＳｅ層９などを通過する間にそれらに
平行な方向に十分に拡散される。これによって、活性層
６の全体に均一な分布で電流が注入され、活性層６の全
体において電子−正孔再結合による発光が均一に起こ
る。そして、図２において矢印で示すように、ｐ側電極
１３側の発光面１６から面状に光が取り出され、極めて
均一性に優れた面発光が実現される。
【００４８】この第１実施例による面発光型発光ダイオ
ードを、室温において注入電流２０ｍＡで動作させたと
ころ、波長５１２ｎｍの青緑色の面発光が観測された。
このときの光度は４ｃｄと極めて高かった。また、光出
力は１．１４ｍＷ、外部量子効率は２．３５％であっ
た。さらに、波長５１２ｎｍの発光ピークの半値幅は１
０ｎｍであった。
ードを、室温において注入電流２０ｍＡで動作させたと
ころ、波長５１２ｎｍの青緑色の面発光が観測された。
このときの光度は４ｃｄと極めて高かった。また、光出
力は１．１４ｍＷ、外部量子効率は２．３５％であっ
た。さらに、波長５１２ｎｍの発光ピークの半値幅は１
０ｎｍであった。
【００４９】次に、上述のように構成されたこの第１実
施例による面発光型発光ダイオードの製造方法について
説明する。
施例による面発光型発光ダイオードの製造方法について
説明する。
【００５０】この第１実施例による面発光型発光ダイオ
ードを製造するには、まず、例えば分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）法により、例えば２５０〜３００℃の範囲内
の温度、具体的には例えば２９５℃において、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚｎ
ＳＳｅ層３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅ光導波層５、ＺｎＣｄＳｅ量子井戸層を含む活
性層６、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層８、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層１０、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１
およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２を順次エピタキシ
ャル成長させる。この場合、これらの層を良好な結晶性
でエピタキシャル成長させることができ、従って面発光
型発光ダイオードの光出力の減少などの劣化を抑えるこ
とができ、高い信頼性を得ることができる。
ードを製造するには、まず、例えば分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）法により、例えば２５０〜３００℃の範囲内
の温度、具体的には例えば２９５℃において、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型Ｚｎ
ＳＳｅ層３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４、ｎ型Ｚ
ｎＳＳｅ光導波層５、ＺｎＣｄＳｅ量子井戸層を含む活
性層６、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層８、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコ
ンタクト層１０、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１
およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２を順次エピタキシ
ャル成長させる。この場合、これらの層を良好な結晶性
でエピタキシャル成長させることができ、従って面発光
型発光ダイオードの光出力の減少などの劣化を抑えるこ
とができ、高い信頼性を得ることができる。
【００５１】上述のＭＢＥ法によるエピタキシャル成長
において、Ｚｎ原料としては純度９９．９９９９％のＺ
ｎ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ＺｎＳを用い、
Ｓｅ原料としては純度９９．９９９９％のＳｅを用い
る。また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型ＺｎＳＳｅ
層３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４およびｎ型Ｚｎ
ＳＳｅ光導波層５のドナー不純物としてのＣｌのドーピ
ングは例えば純度９９．９９９９％のＺｎＣｌ2をドー
パントとして用いて行う。一方、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波
層７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８、ｐ型ＺｎＳＳ
ｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０、ｐ型ＺｎＳｅ
／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１２のアクセプタ不純物としてのＮのドーピングは、
例えば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。
において、Ｚｎ原料としては純度９９．９９９９％のＺ
ｎ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ＺｎＳを用い、
Ｓｅ原料としては純度９９．９９９９％のＳｅを用い
る。また、ｎ型ＺｎＳｅバッファ層２、ｎ型ＺｎＳＳｅ
層３、ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４およびｎ型Ｚｎ
ＳＳｅ光導波層５のドナー不純物としてのＣｌのドーピ
ングは例えば純度９９．９９９９％のＺｎＣｌ2をドー
パントとして用いて行う。一方、ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波
層７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層８、ｐ型ＺｎＳＳ
ｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０、ｐ型ＺｎＳｅ
／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト
層１２のアクセプタ不純物としてのＮのドーピングは、
例えば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。
【００５２】次に、ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２上に
ｐ側電極１３の反転パターンに対応する形状のレジスト
パターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成した
後、例えばスパッタリング法や真空蒸着法などによりｐ
側電極形成用の金属膜を全面に形成する。次に、このレ
ジストパターンをその上に形成された金属膜とともに除
去する（リフトオフ）。このようにして、格子状のｐ側
電極１３がｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２上に形成され
る。次に、例えばスパッタリング法や真空蒸着法などに
よりＡｕ膜１４を全面に形成する。この後、必要に応じ
て熱処理を行ってこれらのｐ側電極１３およびＡｕ膜１
４をｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２にオーミックコンタ
クトさせる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはＩｎ
電極のようなｎ側電極１５を形成する。
ｐ側電極１３の反転パターンに対応する形状のレジスト
パターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成した
後、例えばスパッタリング法や真空蒸着法などによりｐ
側電極形成用の金属膜を全面に形成する。次に、このレ
ジストパターンをその上に形成された金属膜とともに除
去する（リフトオフ）。このようにして、格子状のｐ側
電極１３がｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２上に形成され
る。次に、例えばスパッタリング法や真空蒸着法などに
よりＡｕ膜１４を全面に形成する。この後、必要に応じ
て熱処理を行ってこれらのｐ側電極１３およびＡｕ膜１
４をｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２にオーミックコンタ
クトさせる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはＩｎ
電極のようなｎ側電極１５を形成する。
【００５３】この後、以上のようにしてダイオード構造
が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１を１ｍｍ×１ｍｍのサ
イズの正方形の形状に劈開し、目的とする面発光型発光
ダイオードを完成させる。
が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１を１ｍｍ×１ｍｍのサ
イズの正方形の形状に劈開し、目的とする面発光型発光
ダイオードを完成させる。
【００５４】なお、この第１実施例による面発光型発光
ダイオードを構成する各層のエピタキシャル成長は、Ｍ
ＢＥ法の代わりに、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により行ってもよい。
ダイオードを構成する各層のエピタキシャル成長は、Ｍ
ＢＥ法の代わりに、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により行ってもよい。
【００５５】以上のように、この第１実施例によれば、
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いて青緑色で面発光可能
でしかも極めて高輝度の高性能の面発光型発光ダイオー
ドを実現することができる。
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いて青緑色で面発光可能
でしかも極めて高輝度の高性能の面発光型発光ダイオー
ドを実現することができる。
【００５６】図５はこの発明の第２実施例による面発光
型発光ダイオードを示す。この第２実施例による面発光
型発光ダイオードの平面図は図１に示すと同様である。
型発光ダイオードを示す。この第２実施例による面発光
型発光ダイオードの平面図は図１に示すと同様である。
【００５７】図２に示すように、この第２実施例による
面発光型発光ダイオードは、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９の厚さ
が数μｍ程度と大きいこと、ｐ側電極１３の下の部分以
外の部分におけるｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１
およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２が除去されていて
この部分のｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０上に例えばＳ
ｉＮ膜から成る反射防止膜１７が設けられていること、
および、Ａｕ膜１４が形成されていないことを除いて、
第１実施例による面発光型発光ダイオードと同様な構造
を有する。
面発光型発光ダイオードは、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９の厚さ
が数μｍ程度と大きいこと、ｐ側電極１３の下の部分以
外の部分におけるｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１
およびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１２が除去されていて
この部分のｐ型ＺｎＳｅコンタクト層１０上に例えばＳ
ｉＮ膜から成る反射防止膜１７が設けられていること、
および、Ａｕ膜１４が形成されていないことを除いて、
第１実施例による面発光型発光ダイオードと同様な構造
を有する。
【００５８】この第２実施例による面発光型発光ダイオ
ードの製造方法は、第１実施例による面発光型発光ダイ
オードの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
ードの製造方法は、第１実施例による面発光型発光ダイ
オードの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００５９】この第２実施例による面発光型発光ダイオ
ードにおいては、Ａｕ膜１４が形成されていないため、
電流注入は格子状のｐ側電極１３からのみ行われ、した
がってこのｐ側電極１３の近傍における電流分布は第１
実施例による面発光型発光ダイオードに比べると不均一
である。しかしながら、この電流は、上述のように厚さ
が数μｍ程度と大きいｐ型ＺｎＳＳｅ層９を通過する間
にこのｐ型ＺｎＳＳｅ層９に平行な方向に十分に拡散さ
れるため、ｐ側電極１３によって囲まれた部分の中央部
における活性層６にも電流が注入される。図５におい
て、その様子を正孔の経路により模式的に示す。以上の
ようにして、格子状のｐ側電極１３からのみ電流注入が
行われるにもかかわらず、均一性に優れた面発光を実現
することができる。
ードにおいては、Ａｕ膜１４が形成されていないため、
電流注入は格子状のｐ側電極１３からのみ行われ、した
がってこのｐ側電極１３の近傍における電流分布は第１
実施例による面発光型発光ダイオードに比べると不均一
である。しかしながら、この電流は、上述のように厚さ
が数μｍ程度と大きいｐ型ＺｎＳＳｅ層９を通過する間
にこのｐ型ＺｎＳＳｅ層９に平行な方向に十分に拡散さ
れるため、ｐ側電極１３によって囲まれた部分の中央部
における活性層６にも電流が注入される。図５におい
て、その様子を正孔の経路により模式的に示す。以上の
ようにして、格子状のｐ側電極１３からのみ電流注入が
行われるにもかかわらず、均一性に優れた面発光を実現
することができる。
【００６０】この第２実施例によっても、第１実施例と
同様に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青緑色で面
発光可能でしかも極めて高輝度の高性能の面発光型発光
ダイオードを実現することができる。
同様に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いた青緑色で面
発光可能でしかも極めて高輝度の高性能の面発光型発光
ダイオードを実現することができる。
【００６１】図６はこの発明の第３実施例による面発光
型発光ダイオードを示す。この第３実施例による面発光
型発光ダイオードの平面図は図１に示すと同様である。
型発光ダイオードを示す。この第３実施例による面発光
型発光ダイオードの平面図は図１に示すと同様である。
【００６２】図６に示すように、この第３実施例による
面発光型発光ダイオードにおいては、ｎ型ＺｎＳＳｅ層
３とｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４との間にＺｎＭｇ
ＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層から成るブラッグリフレク
ター１８が設けられている。このブラッグリフレクター
１８の反射率が最大となるようにするために、このブラ
ッグリフレクター１８を構成するＺｎＭｇＳＳｅ／Ｚｎ
ＳＳｅ超格子層の各層の厚さは、それに屈折率をかけた
光学的距離が発光波長の１／４に等しくなるように設定
される。このブラッグリフレクター１８の反射率をより
高くするためには、このブラッグリフレクター１８を構
成するＺｎＭｇＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層の繰り返し
周期を多くするのがよい。その他の構成は、第１実施例
による面発光型発光ダイオードと同様である。
面発光型発光ダイオードにおいては、ｎ型ＺｎＳＳｅ層
３とｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層４との間にＺｎＭｇ
ＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層から成るブラッグリフレク
ター１８が設けられている。このブラッグリフレクター
１８の反射率が最大となるようにするために、このブラ
ッグリフレクター１８を構成するＺｎＭｇＳＳｅ／Ｚｎ
ＳＳｅ超格子層の各層の厚さは、それに屈折率をかけた
光学的距離が発光波長の１／４に等しくなるように設定
される。このブラッグリフレクター１８の反射率をより
高くするためには、このブラッグリフレクター１８を構
成するＺｎＭｇＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層の繰り返し
周期を多くするのがよい。その他の構成は、第１実施例
による面発光型発光ダイオードと同様である。
【００６３】この第３実施例による面発光型発光ダイオ
ードの製造方法は、第１実施例による面発光型発光ダイ
オードの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
ードの製造方法は、第１実施例による面発光型発光ダイ
オードの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】この第３実施例による面発光型発光ダイオ
ードにおいては、活性層６で発生した光のうちｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１側に向かう光はブラッグリフレクター１８に
よりｐ側電極１３側に反射されるため、このｎ型ＧａＡ
ｓ基板１側に向かう光がｎ型ＧａＡｓ基板１により吸収
されるのを防止することができ、このｎ型ＧａＡｓ基板
１側に向かう光をも面発光に利用することができる。こ
れによって、ブラッグリフレクター１８が設けられてい
ない場合に比べて発光効率を約２倍にすることができ
る。
ードにおいては、活性層６で発生した光のうちｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１側に向かう光はブラッグリフレクター１８に
よりｐ側電極１３側に反射されるため、このｎ型ＧａＡ
ｓ基板１側に向かう光がｎ型ＧａＡｓ基板１により吸収
されるのを防止することができ、このｎ型ＧａＡｓ基板
１側に向かう光をも面発光に利用することができる。こ
れによって、ブラッグリフレクター１８が設けられてい
ない場合に比べて発光効率を約２倍にすることができ
る。
【００６５】この第３実施例によれば、ＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体を用いた、青緑色で面発光可能でしかも第１
実施例および第２実施例に比べてさらに高輝度の面発光
型発光ダイオードを実現することができる。
合物半導体を用いた、青緑色で面発光可能でしかも第１
実施例および第２実施例に比べてさらに高輝度の面発光
型発光ダイオードを実現することができる。
【００６６】なお、ブラッグリフレクター１８を設けた
場合には、このブラッグリフレクター１８により電圧降
下が生じることにより、低動作電圧化に支障が生じるお
それがある。しかしながら、このブラッグリフレクター
１８を構成するＺｎＭｇＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層に
おけるヘテロ界面部分を組成傾斜させたり、このＺｎＭ
ｇＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層に不純物を高濃度にドー
プしたり、あるいは、いわゆるデルタドープによるマイ
クロキャパシタを設けたりすることによって、面発光型
発光ダイオードの実際の動作時におけるこのブラッグリ
フレクター１８による電圧降下を減少させることができ
る。そして、これによって、面発光型発光ダイオードの
劣化を防止し、長寿命化を図ることができる。
場合には、このブラッグリフレクター１８により電圧降
下が生じることにより、低動作電圧化に支障が生じるお
それがある。しかしながら、このブラッグリフレクター
１８を構成するＺｎＭｇＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層に
おけるヘテロ界面部分を組成傾斜させたり、このＺｎＭ
ｇＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層に不純物を高濃度にドー
プしたり、あるいは、いわゆるデルタドープによるマイ
クロキャパシタを設けたりすることによって、面発光型
発光ダイオードの実際の動作時におけるこのブラッグリ
フレクター１８による電圧降下を減少させることができ
る。そして、これによって、面発光型発光ダイオードの
劣化を防止し、長寿命化を図ることができる。
【００６７】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。
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。
【００６８】例えば、上述の第３実施例による面発光型
発光ダイオードと同様な構造により面発光型半導体レー
ザーを実現することもできる。すなわち、この場合に
は、ブラッグリフレクター１８とｐ側電極１３側の真空
とにより垂直共振器構造が形成されるため、レーザー発
振が可能である。
発光ダイオードと同様な構造により面発光型半導体レー
ザーを実現することもできる。すなわち、この場合に
は、ブラッグリフレクター１８とｐ側電極１３側の真空
とにより垂直共振器構造が形成されるため、レーザー発
振が可能である。
【００６９】また、上述の第１実施例〜第３実施例にお
いて用いられているｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層５およびｐ
型ＺｎＳＳｅ光導波層７の代わりにｎ型ＺｎＳｅ光導波
層およびｐ型ＺｎＳｅ光導波層を用いてもよい。
いて用いられているｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層５およびｐ
型ＺｎＳＳｅ光導波層７の代わりにｎ型ＺｎＳｅ光導波
層およびｐ型ＺｎＳｅ光導波層を用いてもよい。
【００７０】また、上述の第１実施例〜第３実施例にお
いては、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ
クラッド層８、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコン
タクト層１０、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１お
よびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１６のアクセプタ不純物
としてのＮのドーピングは、ＥＣＲにより発生されたＮ
2 プラズマを照射することにより行っているが、このＮ
のドーピングは、例えば、高周波プラズマにより励起さ
れたＮ2 を照射することにより行うようにしてもよい。
いては、ｐ型ＺｎＳｅ光導波層７、ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅ
クラッド層８、ｐ型ＺｎＳＳｅ層９、ｐ型ＺｎＳｅコン
タクト層１０、ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層１１お
よびｐ型ＺｎＴｅコンタクト層１６のアクセプタ不純物
としてのＮのドーピングは、ＥＣＲにより発生されたＮ
2 プラズマを照射することにより行っているが、このＮ
のドーピングは、例えば、高周波プラズマにより励起さ
れたＮ2 を照射することにより行うようにしてもよい。
【００７１】なお、この発明による半導体発光素子によ
れば、緑色ないし青色での高輝度の発光が可能であるた
め、すでに実現されている赤色で発光な高輝度の半導体
発光素子と組み合わせることにより、ＲＧＢ３原色を構
成することができる。これによって、カラーディスプレ
ーなどの実現が可能となる。
れば、緑色ないし青色での高輝度の発光が可能であるた
め、すでに実現されている赤色で発光な高輝度の半導体
発光素子と組み合わせることにより、ＲＧＢ３原色を構
成することができる。これによって、カラーディスプレ
ーなどの実現が可能となる。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、クラッド層および活性層の材料としてＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体を用いた、緑色ないし青色で面発光可能な
半導体発光素子を実現することができる。
ば、クラッド層および活性層の材料としてＩＩ−ＶＩ族
化合物半導体を用いた、緑色ないし青色で面発光可能な
半導体発光素子を実現することができる。
【図１】この発明の第１実施例による面発光型発光ダイ
オードを示す平面図である。
オードを示す平面図である。
【図２】この発明の第１実施例による面発光型発光ダイ
オードを示す断面図である。
オードを示す断面図である。
【図３】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。
子帯を示すエネルギーバンド図である。
【図４】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。
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。
【図５】この発明の第１実施例による面発光型発光ダイ
オードにおけるｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層の設計
例を示すエネルギーバンド図である。
オードにおけるｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層の設計
例を示すエネルギーバンド図である。
【図６】この発明の第２実施例による面発光型発光ダイ
オードを示す断面図である。
オードを示す断面図である。
【図７】この発明の第３実施例による面発光型発光ダイ
オードを示す断面図である。
オードを示す断面図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＺｎＳｅバッファ層 ３ ｎ型ＺｎＳＳｅ層 ４ ｎ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 ５ ｎ型ＺｎＳＳｅ光導波層 ６ 活性層 ７ ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層 ８ ｐ型ＺｎＳＳｅ光導波層 ９ ｐ型ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 １０ ｐ型ＺｎＳｅコンタクト層 １１ ｐ型ＺｎＳｅ／ＺｎＴｅＭＱＷ層 １２ ｐ型ＺｎＴｅコンタクト層 １３ ｐ側電極 １４ Ａｕ膜 １５ ｎ側電極 １７ 反射防止膜 １８ ブラッグリフレクター
Claims (13)
- 【請求項１】 基板上に積層された第１導電型の第１の
クラッド層と、 上記第１のクラッド層上に積層された活性層と、 上記活性層上に積層された第２導電型の第２のクラッド
層とを有し、 上記第１のクラッド層、上記活性層および上記第２のク
ラッド層は、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅから成
る群より選ばれた少なくとも一種のＩＩ族元素とＳ、Ｓ
ｅおよびＴｅから成る群より選ばれた少なくとも一種の
ＶＩ族元素とにより構成されたＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体から成り、 上記基板の主面に対してほぼ垂直な方向に光が面状に取
り出されることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 上記第２のクラッド層上にＺｎＴｅ系化
合物半導体層が積層されていることを特徴とする請求項
１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記ＺｎＴｅ系化合物半導体層の厚さは
２〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項２記載の
半導体発光素子。 - 【請求項４】 上記ＺｎＴｅ系化合物半導体層上に金属
から成る格子状の電極が設けられていることを特徴とす
る請求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 上記第２のクラッド層および上記ＺｎＴ
ｅ系化合物半導体層はｐ型であり、上記ＺｎＴｅ系化合
物半導体層上に上記格子状の電極がｐ側電極として設け
られていることを特徴とする請求項４記載の半導体発光
素子。 - 【請求項６】 上記第２のクラッド層上にＺｎＳＳｅ系
化合物半導体層が積層されていることを特徴とする請求
項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 上記ＺｎＳＳｅ系化合物半導体層の厚さ
は０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項６記
載の半導体発光素子。 - 【請求項８】 上記第２のクラッド層上にＺｎＳＳｅ系
化合物半導体層およびＺｎＴｅ系化合物半導体層が順次
積層さ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。 - 【請求項９】 上記基板と上記第１のクラッド層との間
に光反射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。 - 【請求項１０】 上記光反射層はブラッグリフレクター
から成ることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素
子。 - 【請求項１１】 上記ブラッグリフレクターはＺｎＭｇ
ＳＳｅ／ＺｎＳＳｅ超格子層から成ることを特徴とする
請求項１０記載の半導体発光素子。 - 【請求項１２】 上記第１のクラッド層および上記第２
のクラッド層はＺｎＭｇＳＳｅ系化合物半導体から成
り、上記活性層はＺｎＣｄＳｅ系化合物半導体またはＺ
ｎＳｅ系化合物半導体から成ることを特徴とする請求項
１記載の半導体発光素子。 - 【請求項１３】 上記基板はＧａＡｓ基板であることを
特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
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| DE69510129T DE69510129T2 (de) | 1994-07-11 | 1995-07-07 | Oberflächenemittierende lumineszente Halbleitervorrichtung |
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| US09/030,862 US5909459A (en) | 1994-07-11 | 1998-02-26 | Surface-emitting semiconductor light emitting device |
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