(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩ−ＶＩ半導体活性領域（２４，２８，３０；６４，６８，６０；１２４，１２８，１３０）と、
該活性領域上に堆積されかつそれに結合されたＩＩ−ＶＩ半導体導波層（２２；６２；１２２）と、
該ＩＩ−ＶＩ半導体導波層に隣接しかつ前記活性領域の外側にあり、そしてＧｅ、Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳ又はＨｇＴｅから形成された光吸収層（３４；７４；１３４）と、
前記導波層に隣接した光吸収層（１３４）上に堆積された、ＺｎＳｅ又はＣｄＳから形成された高屈折率の低損失材料の層（１３６）と、
を含む埋込みリッジＩＩ−ＶＩ半導体発光デバイス（１０；５０；１１０）。
【請求項２】
電子システム、光学データ記憶システム、光学通信システム、及び電子ディスプレイを含む群から選択される、請求項１に記載のデバイスを含むデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
政府権利
米国政府は、国防先進調査事業機関及び陸軍省／陸軍研究所によって与えられる契約書番号ＤＡＡＨ  ０４−９４−Ｃ−００４９に従ったこの発明の特定権利を有する。
【０００２】
技術分野
本発明は、レーザーダイオード及び発光ダイオードなどのＩＩ−ＶＩ半導体デバイスに関する。より具体的には、本発明はＩＩ−ＶＩ半導体発光デバイスのための光吸収層に関する。
【０００３】
背景技術
埋め込みリッジ（埋め込みヘテロ構造）半導体デバイスが周知である。このようなデバイスは、発光または検出デバイス、ダイオード及びレーザーダイオードを作るのに有用であり、例えば、それらについては、１９９３年５月２５日発行の米国特許第５，２１３，９９８号、１９９３年９月２８日発行の米国特許第５，２４８，６３１号、１９９３年１２月２８日発行の米国特許第５，２７４，２６９号、１９９４年３月１日発行の米国特許第５，２９１，５０７号、１９９４年６月７日発行の米国特許第５，３１９，２１９号、１９９５年３月７日発行の米国特許第５，３９５，７９１号、１９９５年３月７日発行の米国特許第５，３９６，１０３号、１９９５年４月４日発行の米国特許第５，４０４，０２７号、１９９４年１１月８日発行の米国特許第５，３６３，３９５号、１９９６年５月７日発行の米国特許第５，５１５，３９３号、１９９５年５月３０日発行の米国特許第５，４２０，４４６号、１９９５年６月１３日発行の米国特許第５，４２３，９４３号、１９９６年７月２３日発行の米国特許第５，５３８，９１８号、１９９６年４月３０日発行の米国特許第５，５１３，１９９号に記載されている。
【０００４】
発展史的には、レーザーダイオードは、赤外線または赤色光を発生させる。しかしながら、例えば、スペクトルの青色及び緑の部分（すなわち、５９０ｎｍ及び４３０ｎｍの間の波長）で、より短い波長の放射線を放射するダイオードが有用である多くの用途がある。更に、このような短波長のレーザーダイオードは、赤外線及び赤色レーザーダイオードを現在用いている多くの既存のシステムの性能及び能力を増大させる。
【０００５】
ＩＩ−ＶＩ青緑色のダイオードの性能及び信頼性を改善する試みが以前からなされている。このようなデバイスにおけるの１つの不良機構は、「暗線欠陥」（ＤＬＤ）として知られているものの形成である。
【０００６】
発明の要旨
本発明は、ＩＩ−ＶＩ導波層及び活性（光発生）領域を有するＩＩ−ＶＩ  半導体発光デバイスを備える。ＩＩ−ＶＩ導波層に隣接した、活性領域の外側にある光吸収層が提供される。光吸収層は、外部からの光出力を吸収し、それによって暗線欠陥の形成を低減させる。
【０００７】
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、ＩＩ−ＶＩ半導体発光デバイスにおける低減した暗線欠陥（ＤＬＤ）を提供する。本発明において、外部からの光を吸収することによって暗線欠陥の発生を低減させる吸収層がＩＩ−ＶＩ半導体デバイスにおいて提供される。
【０００８】
図１は、本発明によるＩＩ−ＶＩ半導体デバイスの１つの例であるレーザーダイオード１０の簡略化した断面図である。レーザーダイオード１０は、ＺｎＳｅバッファ層１４を担持するＧａＡｓ基板１２を備える。ＭｇＺｎＳＳｅクラッディング層１６は、層１４上に担持される。量子井戸層１８、例えばＣｄＺｎＳｅが、クラッディング層１６上に担持されるガイド層２０及び２２、例えばＺｎＳＳｅの間に挟持される。ＭｇＺｎＳＳｅの第２のクラッディング層２４がガイディング層２２上に堆積させられ、ＺｎＳｅＴｅの層２８及びＰｄ−Ａｕの層３０を有するＰ型接触部２６を担持する。Ｔｉ−Ａｕの接触層３２をその上に堆積させる。
【０００９】
本発明の１つの態様に従って、図１のデバイス１０は、クラッディング層２４が存在していないそれらの領域にガイド層２２上に堆積させられる吸収層３４を備える。図１の実施態様において、吸収層３４は完全にクラッディング層２４を囲む。
【００１０】
本発明はＩＩ−ＶＩ半導体デバイスの不良機構の１つが「暗線欠陥」（ＤＬＤ）の形成であることを認める。これらの特徴は、予め存在する欠陥から大きくなる転位ループの集まりである。良質の結晶において、唯一の予め存在する欠陥はＧａＡｓ−ＺｎＳｅ界面でまたはその付近で生じる積層欠陥である。最近、レーザーダイオードの寿命が、成長エピタキシャル層中のこれらの積層欠陥の電荷密度を低減させることによって数秒から何時間にも改善された。
【００１１】
しかしながら、活性領域（一般に５ｍｍｘ１０００ｍｍのストライプ）に積層欠陥を含有しないデバイスさえ活性領域の外側に位置している積層欠陥部から生ずる暗線欠陥によって最終的に不良になる。この不良の機構は、自然発光及び散乱誘発発光が前述のストライプから効率的に外へ誘導され、積層欠陥部によってまたはその付近で吸収されることである。次いで、前述の光生成された電子−正孔対の後続の再結合は、活性ストライプそれ自体におけると同様に、積層欠陥からＤＬＤを形成する決定要因になる。
【００１２】
本発明において、光吸収層３４がデバイス１０に加えられる。吸収層３４は、光が活性層から外れるように誘導されるのを妨ぎ、従って活性ストライプの外側に位置している欠陥部から成長するＤＬＤによる不良を遅らせるかまたは実質的に排除する。本発明の１つの態様に従って、図１のデバイス１０は、クラッディング層２４が存在していないそれらの領域のガイド層２２上に堆積させられる吸収層３４を備える。図１の実施態様において、吸収層３４は完全にクラッディング層２４を囲む。
【００１３】
吸収層３４の効果が容易に観察される。本発明の吸収層３４を有しない埋込みリッジデバイスにおいて、光は、それが生成されるストライプからしばしば数ｍｍ離れた位置から目に見える。ＣｄＳｅ吸収層３４を有するレーザーはこのような迷光を全く示さなかった。これらのデバイスは、ＣｄＳｅ吸収層が前述のリッジに隣接する場合、レーザーリッジ導波管それ自体の過度の光学吸収損失を受けると思われる。多結晶性ＣｄＳｅの推定複素屈折率を用いて、３Ｄコンピュータシミュレーション並びに有効屈折率のモデル化により、５ｍｍのリッジを有する屈折率ガイドレーザーについては損失約３ｃｍ−１、１０ｍｍより広いリッジを有するレーザーについては最小損失だけ（１ｃｍ−１未満）が予想される。５ｍｍのリッジを用いるグリーンレーザー（５１０ｎｍ）の実験は約１５ｃｍ−１の損失を示したが、それは限界電流密度を（約４５０Ａ／ｃｍ２から）６００Ａ／ｃｍ２に増大させ、微分量子効率を低減させる。
【００１４】
図２は、別の実施態様によるＩＩ−ＶＩレーザーダイオードであるデバイス５０の簡略化した断面図である。図１のデバイス１０の性能は、吸収層３４がデバイスの出力の低減を起こすという点で難点がある。図２の実施態様において、ＧａＡｓ基板５２はＺｎＳｅ層５４を担持する。ＭｇＺｎＳＳｅクラッディング層５６は層５４上に担持される。量子井戸層５８、例えばＣｄＺｎＳｅがクラッディング層５６上に担持されるガイド層６０及び６２の間に、例えば、ＺｎＳＳｅの間に挟持される。ＭｇＺｎＳＳｅの第２のクラッディング層６４がガイディング層６２上に堆積させられ、ＺｎＳｅＴｅの層６８及びＰｄ−Ａｕの層７０を有するＰ型接触部６６を担持する。Ｔｉ−Ａｕの接触層７２がその上に堆積させられる。
【００１５】
デバイス５０は、本発明の別の実施態様による薄い吸収層７４を備える。層７４の厚さは、約１０００Ａである。図２の実施態様において、層７４はリッジ６４から離隔されていることを特に指摘する。接触（電極）層７２下の空間の残部がＺｎＳ埋込み層７６で塞がれる。吸収層７４は、層７４がクラッディング層６４に隣接した領域でエッチングされる付加的な写真平版工程を用いて作製されてもよい。１つの好ましい実施態様において、吸収層７４はクラッディング層６４から約８ｍｍ離隔される。次に、ＺｎＳ層７６が堆積させられ、１ｍｍのオーダーで、比較的厚い。クラッディング層６４に隣接した吸収層７４の部分を除去することによって、クラッディング層６４から外側に広がる光学モードの部分は不必要に吸収されない。しかしながら、この領域が大きくなると、暗線の欠陥による不良の可能性がより大きくなる。別の実施態様において、より薄い吸収層７４が用いられ（約４００Ａ厚）、前述のエッチングされた領域は、クラッディング層６４の各側１〜２ｍｍに低減される。概して、エッチングされた領域は、約０．１ｍｍより大きく、好ましくは約１．０ｍｍより大きいのがよい。概して、吸収層の厚さは５０Ａより大きいのがよい。
【００１６】
図３は、別の実施態様によるＩＩ−ＶＩ半導体レーザーダイオード１１０の簡略化した断面図である。レーザーダイオード１１０は、ＺｎＳｅ層１１４を担持するＧａＡｓ基板１１２を備える。ＭｇＺｎＳＳｅクラッディング層１１６は、層１１４上に担持される。量子井戸層１１８、例えばＣｄＺｎＳｅは、クラッディング層１１６上に担持されるガイド層１２０及び１２２の間に、例えばＺｎＳＳｅの間に挟持される。ＭｇＺｎＳＳｅの第２のクラッディング層１２４がガイディング層１２２上に堆積させられ、ＺｎＳｅＴｅの層１２８及びＰｄ−Ａｕの層１３０を有するＰ型接触部１２６を担持する。Ｔｉ−Ａｕの接触層１３２がその上に堆積させられる。
【００１７】
１つの実施態様において、発光デバイスは、係属中の特許出願「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｅｔｃｈ  ｆｏｒ  ＩＩ−ＶＩ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、米国特許第０８／７２６，７３１号に教示されている技術を用いて作製される。この実施態様において、エピタキシャルＩＩ−ＶＩ半導体が、選択されたエッチング剤の使用を含んでもよいエッチング技術により活性領域（一般にリッジ導波管）を形成する従来の写真平版テクニックを用いてパターン形成される。このような選択されたエッチング剤を用いて、Ｍｇ含有半導体クラッディング層、例えば、ＭｇＺｎＳＳｅまたはＢｅＭｇＺｎＳｅをエッチングし、Ｍｇを含有しない腐蝕止め層で止めることができる。腐蝕止め層には、例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＢｅＺｎＳｅなどが挙げられる。腐蝕止め層がガイディング層それ自体であってもよく、またはクラッディング層に挿入される付加的な層であってもよい。
【００１８】
エッチング後、吸収層が前述のデバイスの表面に堆積させられる。抵抗性加熱ボートからの標準的な真空蒸発は、ＣｄＳｅが用いられる場合、十分に作用する。スパッタリングなどの別の堆積技術もまた用いてもよい。ＣｄＳｅの厚さは一般に４０ｎｍである。活性領域に最も近い領域から吸収層を取り除くために、別の写真平版工程を用いてエッチングのためのマスクを形成する。取り除かれる吸収層の部分を適切なエッチング剤に接触させ、溶解させる。ＣｄＳｅ吸収層の場合、十分に作用する１つのエッチング剤は、２ＨＣｌ：Ｈ２Ｏであり、２０秒未満でＣｄＳｅの４０ｎｍを取り除く。
【００１９】
次に、吸収層にパターン形成するために用いたフォトレジストを取り除き、米国特許第５，４０４，０２７号、「Ｂｕｒｉｅｄ−Ｒｉｄｇｅ  ＩＩ−ＶＩ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ」に教示されているように、埋込み低損失層、例えば、ＺｎＳを堆積させ、デバイスの二次加工を完了させてもよい。
【００２０】
吸収層のために、吸収される光の波長によって、Ｇｅ、Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅまたはＺｎＴｅなどの他の材料を用いてもよい。金属もまた吸収層のために用いてもよい。
【００２１】
図３は、薄い吸収層１３４がガイド層１２２上に堆積させられる本発明の別の態様を示す。更に、高屈折率の低損失材料の次の層１３６が吸収層１３４上に堆積させられる。ＺｎＳの埋込み層１３８がその上に堆積させられる。図３の実施態様において、高屈折率の低損失層１３６は、デバイス１１０の光学モードを標準ガイディング層１２０及び１２２から上方に「引張る」傾向がある。これにより、光を吸収層１３４によってより効率的に吸収させる。１つの実施態様において、吸収層１３４は厚さ２００Ａであり、高屈折率の低損失層１３６は厚さ２０００Ａであり、層１３８は１ｍｍである。図３の層１３４、１３６及び１３８の形状は、（リッジの外側の）基本光学モードの吸収長さを３ｍｍ未満に低減させる。１つの実施態様において、層１３６は、ＺｎＳｅなどの高屈折率の低損失材料を含む。しかしながら、ＣｄＳなどの何れかの他の適切な材料を用いてもよい。
【００２２】
１つの好ましい実施態様において、吸収層３４、７４、１３４はＣｄＳｅからなる。しかしながら、何れの適切な材料を吸収層３４、７４、１３４のために用いてもよい。二次加工プロセスに容易に取り入れられる材料が好ましい。
【００２３】
本発明は好ましい実施態様に関して記載されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく形式及び詳細において変更をなし得ることを認めるであろう。本発明が、暗線欠陥を受けることがある何れかのＩＩ−ＶＩ半導体デバイスと共に用い得ることは理解されよう。更に、前述のデバイスの特定領域で光を吸収することが望ましい何れの環境でも、本発明を用いることができる。吸収層を、例えば、レーザーダイオード及び発光ダイオードにおいて用いてもよい。本発明は、光学データ記憶システム、光学通信システム、電子システムまたは電子ディスプレイなどの多くのデバイスにおいて使用するのに好適である。吸収層は、何れの適切な厚さ、形状または材料であってもよく、これらのパラメータは特定用途のために調整される必要があることがある。これらの技術は、本願と同一の譲受人に譲渡された係属中の特許出願「ＢＥ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧＩＩ−ＶＩ  ＢＬＵＥ−ＧＲＥＥＮ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ」、米国特許第０８／７２６，６１８号に記載されているように、Ｂｅベースのレーザーに等しく有用である。光吸収層は、前述のデバイス及び二次加工プロセスと好ましくは適合性の適切な材料、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳ及びＨｇＴｅなどから形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１つの実施例による厚い光吸収層を備える発光デバイスの簡略化した断面図である。
【図２】  デバイスのリッジから離隔された薄い光吸収層を有する別の実施態様による発光デバイスの簡易略化した断面図である。
【図３】  光吸収層上に堆積した高屈折率の低損失材料層を有する別の実施態様による発光デバイスの簡略化した断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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