JP2000114665A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element

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JP2000114665A
JP2000114665A JP28830398A JP28830398A JP2000114665A JP 2000114665 A JP2000114665 A JP 2000114665A JP 28830398 A JP28830398 A JP 28830398A JP 28830398 A JP28830398 A JP 28830398A JP 2000114665 A JP2000114665 A JP 2000114665A
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JP
Japan
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layer
type
active layer
substrate
optical waveguide
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JP28830398A
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Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Narui
啓修 成井
Nobumasa Okano
展賢 岡野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element easy to assemble using a GaAs substrate with good characteristics, and capable of emitting light in a long-wavelength band. SOLUTION: In a semiconductor laser with a SCH structure using an n-type GaAs substrate 1 as a substrate, a (BxGa1-x)yIn1-yAs active layer 4, where 0<x<=1, 0<y<=1,xy≠ 1, is used as an active layer. In the (BxGa1-x)yIn1-yAs active layer 4, x and y are so selected that the (BxGa1-x)yIn1-yAs active layer 4 is conformed in grating with the n-type GaAs substrate 1. An n-type AlGaAs clad layer 2 and p-type AlGaAs clad layer 6 are used as clad layers. An n-type (ByGa1-u)vIn1-vAs optical waveguide layer 3 and p-type An n-type (ByGa1-u)vIn1-vAs optical waveguide layer 5, where 0<u<=1, 0<v<=1, uv≠1, are used as optical waveguide layers.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は半導体発光素子に
関し、特に、0.88μm〜数μm程度の赤外光を発す
る半導体発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a semiconductor light emitting device which emits infrared light of about 0.88 .mu.m to several .mu.m.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、数μm程度の赤外域におよぶ
長波長帯で発光可能な半導体レーザとして、InGaA
sP系半導体レーザが知られている。一般に、このIn
GaAsP系半導体レーザにおいては、InP基板上に
InGaAsPやInPなどのInGaAsP系半導体
を成長させることによりレーザ構造が形成される。
2. Description of the Related Art Conventionally, InGaAs has been used as a semiconductor laser capable of emitting light in a long wavelength band in the infrared region of about several μm.
sP-based semiconductor lasers are known. Generally, this In
In a GaAsP-based semiconductor laser, a laser structure is formed by growing an InGaAsP-based semiconductor such as InGaAsP or InP on an InP substrate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、InG
aAsP系半導体レーザは特性温度が小さいため、Al
GaAs系半導体レーザなどに比べて連続発振可能な温
度の上限が低い。このため、このInGaAsP系半導
体レーザは、動作の安定化を図る上で動作温度の制御を
必要とする。
However, InG
Since the characteristic temperature of an aAsP semiconductor laser is small,
The upper limit of the temperature at which continuous oscillation is possible is lower than that of a GaAs-based semiconductor laser or the like. Therefore, this InGaAsP-based semiconductor laser requires control of the operating temperature to stabilize the operation.

【0004】また、InGaAsP系半導体レーザは、
一般にInP基板上に作製されるため、AlGaAs系
半導体レーザやAlGaInP系半導体レーザのように
入手の容易なGaAs基板上に作製される半導体レーザ
に比べて基板コストが高い。さらには、例えば発光波長
帯の異なる複数の半導体レーザを同一基板上に集積する
ようなことを考えた場合、InP基板上に作製されるI
nGaAsP系半導体レーザでは、GaAs基板上に作
製される他の半導体レーザとの整合が取れなくなる。こ
のため、InP基板上に作製されるInGaAsP系半
導体レーザに代えて、GaAs基板上への結晶成長が可
能な材料系を用いた長波長帯で発光可能な半導体レーザ
の実現が望まれている。
[0004] InGaAsP semiconductor lasers are
In general, since the semiconductor laser is manufactured on an InP substrate, the substrate cost is higher than that of a semiconductor laser manufactured on an easily available GaAs substrate such as an AlGaAs semiconductor laser or an AlGaInP semiconductor laser. Further, for example, when a plurality of semiconductor lasers having different emission wavelength bands are considered to be integrated on the same substrate, the I / O fabricated on the InP substrate is considered.
An nGaAsP-based semiconductor laser cannot be matched with another semiconductor laser manufactured on a GaAs substrate. Therefore, it is desired to realize a semiconductor laser capable of emitting light in a long wavelength band using a material system capable of growing crystals on a GaAs substrate, instead of an InGaAsP-based semiconductor laser manufactured on an InP substrate.

【0005】こうした中、最近になって、GaAsとG
aNとの混晶であるGaNAsにおける窒素(N)の組
成比とバンドギャップとの関係が大きくボウイング(b
owing)することから、これらのGaAsおよびG
aNにさらにInAsを加えた4元混晶のGaInNA
sを活性層に用いることによって、GaAs基板と格子
整合する材料系により赤外域での発光を実現した半導体
レーザに関する報告が成された。
Under these circumstances, GaAs and G have recently been developed.
The relationship between the composition ratio of nitrogen (N) and band gap in GaNAs, which is a mixed crystal with aN, is large, and bowing (b)
GaAs and G
Quaternary mixed crystal GaInNA obtained by adding InAs to aN
There has been a report on a semiconductor laser that emits light in the infrared region using a material system that lattice-matches with a GaAs substrate by using s for the active layer.

【0006】しかしながら、このGaInNAsの4元
混晶の場合、結晶中に良好にNを取り込ませながら結晶
成長を行うことが困難なため、このGaInNAsを活
性層に用いた半導体レーザでは1.4μmを超える長波
長化は難しいという問題がある。また、一般的に、Ga
InNAsのように2種類以上のV族元素を有する混晶
では、結晶成長の制御が難しい言われている。
However, in the case of this quaternary mixed crystal of GaInNAs, it is difficult to grow the crystal while properly incorporating N in the crystal. Therefore, a semiconductor laser using this GaInNAs for the active layer has a thickness of 1.4 μm. There is a problem that it is difficult to make the wavelength longer than this. In general, Ga
It is said that it is difficult to control the crystal growth of a mixed crystal having two or more group V elements such as InNAs.

【0007】したがって、この発明の目的は、基板にG
aAs基板を用いて容易に製造することができ、しか
も、良好な特性を実現することができる長波長帯で発光
可能な半導体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 G
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that can be easily manufactured using an aAs substrate and that can emit light in a long wavelength band and that can achieve good characteristics.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する問
題点を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行っ
た。以下にその概要を示す。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present inventors have made intensive studies. The outline is shown below.

【0009】図1は、代表的なIII−V族化合物半導
体およびそれらの混晶の格子定数とバンドギャップとの
関係を示す。図1において横軸は格子定数(Å)を表
し、縦軸はバンドギャップ(eV)を表す。図1に示す
ように、GaAsは格子定数が5.6533Åであり、
バンドギャップが1.42eVである。一方、GaAs
のIII族元素を全てホウ素(B)で置き換えたBAs
においては、格子定数が4.777Å、バンドギャップ
が1.46eVとなり、GaAsのIII族元素を全て
インジウム(In)で置き換えたInAsにおいては、
格子定数が6.0584Å、バンドギャップが0.36
eVとなる。また、各III族元素の電気陰性度を比較
すると、Alの電気陰性度は1.5、Gaの電気陰性度
は1.6、Inの電気陰性度は1.7であるのに対し
て、Bの電気陰性度は2.0であり、Bは他のIII族
原子に比べて電気陰性度が大きくなっている。
FIG. 1 shows the relationship between the lattice constant and band gap of typical group III-V compound semiconductors and their mixed crystals. In FIG. 1, the horizontal axis represents the lattice constant (Å), and the vertical axis represents the band gap (eV). As shown in FIG. 1, GaAs has a lattice constant of 5.6533 °,
The band gap is 1.42 eV. On the other hand, GaAs
BAs in which all the group III elements of the above are replaced with boron (B)
In InAs, the lattice constant is 4.777 °, the band gap is 1.46 eV, and InAs in which all the group III elements of GaAs are replaced with indium (In),
Lattice constant 6.0584 °, band gap 0.36
eV. When the electronegativity of each group III element is compared, the electronegativity of Al is 1.5, the electronegativity of Ga is 1.6, and the electronegativity of In is 1.7, B has an electronegativity of 2.0, and B has a higher electronegativity than other group III atoms.

【0010】図1において、GaAsとBAsとの混晶
における格子定数とバンドギャップとの関係に着目する
と、格子定数がBAsに相当する値からGaAsに相当
する値へと変化したとき、それに対応するバンドギャッ
プは下に凸の弧状の軌跡を描きながら変化していること
がわかる。これは、Bの大きな電気陰性度によるもので
あり、一般にボウイング(bowing)効果と呼ばれ
ている。図2に、BxGa1-x AsのB組成比xとバン
ドギャップとの関係を計算により求めた結果を示す。図
2において、横軸はBx Ga1-x AsにおけるB組成比
xを表し、縦軸はバンドギャップ(eV)を表す。図2
より、Bx Ga1-x AsにおけるB組成比xvsバンド
ギャップのグラフは、バンドギャップが小さくなる方向
に大きくボウイングしていることがわかる。
In FIG. 1, focusing on the relationship between the lattice constant and the band gap in a mixed crystal of GaAs and BAs, when the lattice constant changes from a value corresponding to BAs to a value corresponding to GaAs, it corresponds to the change. It can be seen that the band gap changes while drawing a downwardly convex arc-shaped locus. This is due to the large electronegativity of B, and is generally called the bowing effect. FIG. 2 shows the result of calculating the relationship between the B composition ratio x of B x Ga 1-x As and the band gap. In FIG. 2, the horizontal axis represents the B composition ratio x in B x Ga 1 -x As, and the vertical axis represents the band gap (eV). FIG.
From the graph, it can be seen that the graph of the B composition ratio xvs band gap in B x Ga 1 -x As shows that the bowing increases greatly in the direction in which the band gap decreases.

【0011】一方、InAsとBAsとの混晶のバンド
ギャップは、GaAsとBAsとの混晶の場合ほど大き
くボウイングしないものの、このInAsとBAsとの
混晶は、混晶比を選択することによってGaAs基板上
に格子整合させながら成長させることが可能である。図
3に、By In1-y AsのB組成比xとバンドギャップ
との関係を計算により求めた結果を示す。図3におい
て、横軸はBy In1-yAsにおけるB組成比yを表
し、縦軸はバンドギャップ(eV)を表す。なお、この
y In1-y Asの格子定数がGaAsの格子定数と一
致するときのB組成比yは、y=0.316である。
On the other hand, although the band gap of the mixed crystal of InAs and BAs is not so large as that of the mixed crystal of GaAs and BAs, the mixed crystal of InAs and BAs can be obtained by selecting the mixed crystal ratio. It is possible to grow while lattice-matching on a GaAs substrate. Figure 3 shows the results obtained by calculating the relationship between the B composition ratio x and the band gap of the B y In 1-y As. 3, the horizontal axis represents the B composition ratio y in B y an In 1-y As, the vertical axis represents band gap (eV). Incidentally, B composition ratio y when the lattice constant of the B y In 1-y As is consistent with the lattice constant of GaAs is y = 0.316.

【0012】また、構成要素にGaAs、InAsおよ
びBAsを含むBGaInAsの4元混晶は、図1中、
ハッチングを施した領域で示されるように、格子定数お
よびバンドギャップを、それぞれBAsに相当する値か
らInAsに相当する値まで広範囲にわたって変化させ
ることが可能である。特に、このBGaInAsは、図
1中、破線aで示すように混晶比を選ぶことによってG
aAsと格子定数を一致させることができ、このとき、
バンドギャップをGaAsに相当する値からB0.316
0.684 Asに相当する値まで任意に変化させることが
できる。このバンドギャップは、波長に換算すると約
0.88μm〜2.5μmに相当する。したがって、こ
のBGaInAsは、長波長帯で発光可能な半導体発光
素子の活性層の材料として有望であると考えられる。
A quaternary mixed crystal of BGaInAs containing GaAs, InAs and BAs as constituent elements is shown in FIG.
As indicated by the hatched area, the lattice constant and the band gap can be changed over a wide range from a value corresponding to BAs to a value corresponding to InAs, respectively. In particular, this BGaInAs can be obtained by selecting a mixed crystal ratio as shown by a broken line a in FIG.
aAs can be made to match the lattice constant.
The band gap is changed from the value corresponding to GaAs to B 0.316 I
It can be arbitrarily changed to a value corresponding to n 0.684 As. This band gap corresponds to about 0.88 μm to 2.5 μm in terms of wavelength. Therefore, it is considered that BGaInAs is promising as a material for an active layer of a semiconductor light emitting device capable of emitting light in a long wavelength band.

【0013】また、BGaInAsはV族元素を1種類
しか含まないので、例えばGaInNAsのように2種
類のV族元素を含む混晶に比べて結晶成長の制御が容易
であると考えられ、このことからも、長波長域で発光可
能な半導体発光素子の活性層にBGaInAsを用いる
ことが有効であると言える。このBGaInAsの結晶
成長にあたっては、例えば、有機金属化学気相成長(M
OCVD)法を用いることができる。この場合、例え
ば、III族のGaの原料としてトリメチルガリウム
を、Inの原料としてトリメチルインジウムを、Bの原
料としてトリエチルボロンを、V族の原料としてアルシ
ンを用いる。ここで、Bの原料としてトリエチルボロン
を用いるのは、このトリエチルボロンが液状であるため
他の有機金属原料と整合がとれ、制御性が良いと考えら
れるからである。勿論、Bの原料としてはトリエチルボ
ロンに代えて、トリメチルボロンやジボランを用いても
よい。また、結晶成長方法として、MOCVD法に代え
て、分子線エピタキシー(MBE)法を用いてもよい。
Since BGaInAs contains only one group V element, it is considered that the control of crystal growth is easier than that of a mixed crystal containing two kinds of V group elements such as GaInNAs. Thus, it can be said that it is effective to use BGaInAs for the active layer of a semiconductor light emitting device capable of emitting light in a long wavelength region. In the crystal growth of BGaInAs, for example, metal organic chemical vapor deposition (M
OCVD) method can be used. In this case, for example, trimethylgallium is used as a group III Ga source, trimethylindium is used as an In source, triethylboron is used as a B source, and arsine is used as a group V source. Here, the reason why triethylboron is used as a raw material for B is that since triethylboron is in a liquid state, it is considered to be compatible with other organic metal raw materials and to have good controllability. Of course, trimethylboron or diborane may be used as a raw material of B instead of triethylboron. As a crystal growth method, a molecular beam epitaxy (MBE) method may be used instead of the MOCVD method.

【0014】ここで、BGaInAsをGaAs基板上
に結晶成長させることを考えた場合、BGaInAsと
GaAsとの間の格子定数のずれを小さく抑えることが
望ましい。ところで、従来より、AlGaAs系半導体
レーザにおいては、活性層にGaInAsを用いること
で歪み量子井戸構造を実現したものが知られているが、
この半導体レーザでは、活性層にGa0.7 In0.3 As
を用いる場合がある。Ga0.7 In0.3 Asの格子定数
は、 0.3×6.0584+0.7×5.6533=5.7
748(Å) であり、この場合、GaAs基板に対するGa0.7 In
0.3 Asの格子不整合の大きさΔa/a(≡(a2 −a
1 )/a1 、ただしa1 は基板の格子定数、a2は半導
体層の格子定数)は約2×10-2である。したがって、
BGaInAsに関しても、GaAs基板に対する格子
不整合の大きさΔa/aを±2×10-2の範囲内に収め
ることができれば、このBGaInAsを活性層に用い
た半導体発光素子をGaAs基板上に作製することがで
きると考えられる。このとき、より高品質の半導体発光
素子を得るためには、GaAs基板に対するBGaIn
Asの格子不整合の大きさΔa/aを±1×10-2の範
囲内に収めることが好ましく、さらには、BGaInA
sをGaAs基板と格子整合させることがより好まし
い。
Here, when considering the crystal growth of BGaInAs on a GaAs substrate, it is desirable to suppress the deviation of the lattice constant between BGaInAs and GaAs. By the way, conventionally, an AlGaAs-based semiconductor laser that realizes a strained quantum well structure by using GaInAs for an active layer is known.
In this semiconductor laser, Ga 0.7 In 0.3 As
May be used. The lattice constant of Ga 0.7 In 0.3 As is 0.3 × 6.0584 + 0.7 × 5.6533 = 5.7.
748 (Å), in this case, Ga 0.7 In with respect to the GaAs substrate.
The magnitude of the lattice mismatch of 0.3 As Δa / a (≡ (a 2 −a
1 ) / a 1 , where a 1 is the lattice constant of the substrate and a 2 is the lattice constant of the semiconductor layer) is about 2 × 10 −2 . Therefore,
As for BGaInAs, if the magnitude of the lattice mismatch Δa / a with respect to the GaAs substrate can be kept within the range of ± 2 × 10 −2 , a semiconductor light emitting device using this BGaInAs for the active layer is manufactured on the GaAs substrate. It is thought that it is possible. At this time, in order to obtain a higher quality semiconductor light emitting device, BGaIn with respect to the GaAs substrate is used.
It is preferable to keep the magnitude Δa / a of the lattice mismatch of As within ± 1 × 10 −2.
More preferably, s is lattice matched with the GaAs substrate.

【0015】ここで、BGaInAsを一般式(Bx
1-x y In1-y Asで表すと、この(Bx
1-x y In1-y AsがGaAs基板に対してΔa/
a=+2×10-2の格子不整合を有する場合、
Here, BGaInAs is represented by the general formula (B x G
a 1-x ) y In 1-y As (B x G)
a 1−x ) y In 1−y As is Δa /
If there is a lattice mismatch of a = + 2 × 10 −2 ,

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】より、x,yは、Thus, x and y are

【0018】[0018]

【数2】 (Equation 2)

【0019】の関係を満たす。一方、(Bx Ga1-x
y In1-y AsがGaAs基板に対してΔa/a=−2
×10-2の格子不整合を有する場合、
The following relationship is satisfied. On the other hand, (B x Ga 1-x )
y In 1−y As is Δa / a = −2 with respect to the GaAs substrate
If there is a lattice mismatch of × 10 -2 ,

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】より、x,yは、Thus, x and y are

【0022】[0022]

【数4】 (Equation 4)

【0023】の関係を満たす。したがって、GaAs基
板に対する(Bx Ga1-x y In1- y Asの格子不整
合の大きさΔa/aを±2×10-2の範囲内に収めるた
めには、
The following relationship is satisfied. Therefore, in order to keep the magnitude Δa / a of the lattice mismatch of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As with respect to the GaAs substrate within the range of ± 2 × 10 -2 ,

【0024】[0024]

【数5】 (Equation 5)

【0025】の関係を満たすようにx,yを選定すれば
よい(条件)。また、GaAs基板に対する(Bx
1-x y In1-y Asの格子不整合の大きさΔa/a
を±1×10-2の範囲内に収めるためには、
X and y may be selected so as to satisfy the relationship (condition). In addition, (B x G
a 1−x ) y In 1−y As lattice mismatch magnitude Δa / a of As
In order to fall within the range of ± 1 × 10 -2 ,

【0026】[0026]

【数6】 (Equation 6)

【0027】の関係を満たすようにx,yを選定すれば
よく(条件)、(Bx Ga1-x yIn1-y AsをG
aAs基板と格子整合させるためには、
X and y may be selected so as to satisfy the relationship (condition), and (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As is expressed as G
For lattice matching with the aAs substrate,

【0028】[0028]

【数7】 (Equation 7)

【0029】の関係を満たすようにx,yを選定すれば
よい(条件)。
X and y may be selected so as to satisfy the relationship (condition).

【0030】また、活性層に(Bx Ga1-x y In
1-y Asを用いる場合は、クラッド層にAlGaAs、
AlGaInP、GaAs、InGaAsPあるいはB
GaInAsなど、活性層よりバンドギャップの大きな
材料を用いてレーザ構造を形成すればよい。これらの材
料は、いずれもGaAs基板と格子整合させることが可
能であり、結晶性の良好なヘテロ接合を形成することが
可能である。
Further, (B x Ga 1 -x ) y In is added to the active layer.
When 1-y As is used, AlGaAs,
AlGaInP, GaAs, InGaAsP or B
The laser structure may be formed using a material having a larger band gap than the active layer, such as GaInAs. Any of these materials can be lattice-matched to a GaAs substrate, and can form a heterojunction with good crystallinity.

【0031】また、活性層に(Bx Ga1-x y In
1-y Asを用いた半導体発光素子を、GaAs基板上に
作製し、しかも、発光波長を変化させることまで視野に
入れた場合、活性層に用いる(Bx Ga1-x y In
1-y Asを少なくとも3元以上の混晶とする必要があ
る。(Bx Ga1-x y In1-y Asの構成要素のうち
GaAsとInAsとを用いたGaInAsは、混晶比
を変化させることによって、(Bx Ga1-x y In
1-y Asの場合とほぼ同様な範囲でバンドギャップを変
化させることが可能である。しかしながら、GaInA
sの場合、格子定数をGaAsと一致させると発光波長
が定まってしまうのに対して、構成要素にBAsを含む
(Bx Ga1-x y In1-y Asの場合、混晶比(組
成)を選ぶことによって、格子定数をGaAsと一致さ
せつつ発光波長を変化させることができるという利点が
ある。また、一般に、Inを含むIII−V族化合物半
導体は、Inを含まないIII−V族化合物半導体に比
べて最適成長温度が低く、また、その成長温度より高い
温度の下では結晶中からInが脱離することによって結
晶性が低下することが知られている。しかしながら、構
成元素にBを含む(Bx Ga1-x y In1-y Asの場
合、Bの添加効果によって結晶中からのInの脱離が抑
制されるために、最適成長温度をInを含まないIII
−V族化合物半導体とほぼ同程度まで引き上げることが
でき、また、結晶性の向上を図ることもできる。以上よ
り、(Bx Ga1-x y In1-y Asを活性層に用いる
場合は、構成要素に少なくともBAsを含む3元混晶ま
たは4元混晶とすることが望ましいと言える。
Further, (B x Ga 1 -x ) y In is added to the active layer.
When a semiconductor light emitting device using 1-y As is fabricated on a GaAs substrate and the field of view is changed to change the emission wavelength, (B x Ga 1 -x ) y In is used for the active layer.
It is necessary that 1-y As be a mixed crystal of at least three elements. Of the constituent elements of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As, GaInAs using GaAs and InAs can change (B x Ga 1 -x ) y In by changing the mixed crystal ratio.
It is possible to change the band gap in a range substantially similar to the case of 1-y As. However, GaInA
In the case of s, the emission wavelength is determined when the lattice constant is matched with that of GaAs. On the other hand, in the case of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As containing the constituent element, the mixed crystal ratio ( By selecting (composition), there is an advantage that the emission wavelength can be changed while the lattice constant is matched with that of GaAs. In general, a group III-V compound semiconductor containing In has a lower optimum growth temperature than a group III-V compound semiconductor not containing In. In addition, at a temperature higher than the growth temperature, In is removed from the crystal. It is known that the elimination degrades the crystallinity. However, in the case of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As containing B as a constituent element, the optimal growth temperature is set to In because the addition of B suppresses the elimination of In from the crystal. Not containing III
It can be pulled up to almost the same degree as that of a -V compound semiconductor, and the crystallinity can be improved. From the above, when (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As is used for the active layer, it can be said that it is desirable to use a ternary mixed crystal or a quaternary mixed crystal containing at least BAs as a component.

【0032】この発明は、本発明者らの上記検討の結果
に基づいて案出されたものである。
The present invention has been devised based on the results of the above study by the present inventors.

【0033】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明は、基板上に活性層をn型クラッド層およびp型
クラッド層により挟んだ構造を有する半導体発光素子に
おいて、活性層は(Bx Ga1-x y In1-y As(た
だし、0<x≦1、0<y≦1、xy≠1)からなるこ
とを特徴とするものである。
[0033] That is, in order to achieve the above object, the present invention is a semiconductor light emitting device having a sandwiched by n-type cladding layer and p-type cladding layer an active layer on a substrate and the active layer (B x Ga 1-x ) y In 1-y As (where 0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, xy ≠ 1).

【0034】この発明においては、基板として典型的に
はGaAs基板が用いられる。この場合、活性層を構成
する(Bx Ga1-x y In1-y Asにおけるx、y
は、好適にはGaAs基板に対する格子不整合の大きさ
Δa/aが±2×10-2の範囲内に収まるように、条件
を満たすように選定され、より好適にはGaAs基板
に対する格子不整合の大きさΔa/aが±1×10-2
範囲内に収まるように、条件を満たすように選定され
る。なお、活性層を構成する(Bx Ga1-x yIn
1-y Asにおけるx、yが条件を満たすように選定さ
れた場合、この活性層はGaAs基板と格子整合する。
In the present invention, a GaAs substrate is typically used as the substrate. In this case, x and y in (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As constituting the active layer
Is preferably selected so as to satisfy the condition such that the magnitude of the lattice mismatch Δa / a with respect to the GaAs substrate falls within the range of ± 2 × 10 −2 , and more preferably the lattice mismatch with respect to the GaAs substrate. Is selected so as to satisfy the condition such that the magnitude Δa / a of the image is within the range of ± 1 × 10 −2 . Note that (B x Ga 1 -x ) y In constituting the active layer
When x and y in 1-y As are selected so as to satisfy the conditions, the active layer lattice-matches with the GaAs substrate.

【0035】この発明において、活性層には、好適には
基板と格子整合する(Bx Ga1-xy In1-y Asが
用いられるが、場合によっては基板に対して格子不整合
を有する(Bx Ga1-x y In1-y Asを用いてもよ
い。なお、この活性層は、単一量子井戸構造または多重
量子井戸構造のような量子井戸構造を有するものであっ
てもよい。活性層として基板に対して格子不整合を有す
る(Bx Ga1-x yIn1-y Asを用いる場合は、活
性層には歪が与えられることになる。活性層には歪を与
える場合、その歪の大きさは例えば±2%の範囲内に設
定することが好ましく、さらには±1.5%の範囲内に
設定することがより好ましい。また、活性層には歪を与
える場合、この活性層の厚さは臨界膜厚以下に設定され
る。
In the present invention, (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As which is lattice-matched to the substrate is preferably used for the active layer. (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As may be used. Note that this active layer may have a quantum well structure such as a single quantum well structure or a multiple quantum well structure. When (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As, which has lattice mismatch with the substrate, is used as the active layer, strain is applied to the active layer. When strain is applied to the active layer, the magnitude of the strain is preferably set, for example, within a range of ± 2%, and more preferably, within a range of ± 1.5%. When strain is applied to the active layer, the thickness of the active layer is set to be equal to or less than the critical thickness.

【0036】この発明において、n型クラッド層および
p型クラッド層は典型的には基板と格子整合する。これ
らのn型クラッド層およびp型クラッド層の材料として
は、活性層よりバンドギャップが大きく低屈折率のもの
が用いられる。具体的には、これらのn型クラッド層お
よびp型クラッド層の材料としては、例えば、AlGa
As、AlGaInP、GaAs、InGaAsPまた
はBGaInAsなどのIII−V族化合物半導体が用
いられる。これらの材料は何れもGaAs基板と格子整
合させることが可能である。
In the present invention, the n-type cladding layer and the p-type cladding layer are typically lattice-matched with the substrate. As the material of the n-type clad layer and the p-type clad layer, those having a larger band gap than the active layer and a low refractive index are used. Specifically, as a material of the n-type clad layer and the p-type clad layer, for example, AlGa
A III-V group compound semiconductor such as As, AlGaInP, GaAs, InGaAsP, or BGaInAs is used. Any of these materials can be lattice-matched to a GaAs substrate.

【0037】この発明においては、キャリアの閉じ込め
領域と光の閉じ込め領域とを分離するために、活性層と
n型クラッド層との間に第1の光導波層を設け、活性層
とp型クラッド層との間に第2の光導波層を設けてもよ
い。これらの第1の光導波層および第2の光導波層は典
型的には基板と格子整合する。これらの第1の光導波層
および第2の光導波層の材料としては、活性層よりバン
ドギャップが大きく低屈折率で、かつ、n型クラッド層
およびp型クラッド層よりバンドギャップが小さく高屈
折率のものが用いられる。このような材料としては、例
えば、Bu Ga1-u v In1-v As(ただし、0<u
≦1、0<v≦1、uv≠0)がある。この場合、活性
層に基板と格子整合する(Bx Ga1-x y In1-y
sを用い、第1の光導波層および第2の光導波層に基板
と格子整合する(Bu Ga1-u v In1-v Asを用い
ることが好ましいが、場合によっては、活性層に基板に
対して格子不整合を有する(Bx Ga1-x y In1-y
Asを用い、第1の光導波層および第2の光導波層には
基板と格子整合する(Bu Ga1-u v In1-v Asを
用いてもよい。なお、これらの第1の光導波層および第
2の光導波層には、例えばAlGaAs、AlGaIn
P、GaAs、InGaAsPなど、GaAs基板と格
子整合させることが可能なIII−V族化合物半導体を
用いてもよい。
In the present invention, a first optical waveguide layer is provided between the active layer and the n-type cladding layer to separate the carrier confinement region and the light confinement region, and the active layer and the p-type cladding layer are provided. A second optical waveguide layer may be provided between the layers. These first and second optical waveguide layers are typically lattice matched to the substrate. As a material of the first optical waveguide layer and the second optical waveguide layer, the band gap is larger than the active layer and the refractive index is lower, and the band gap is smaller than the n-type cladding layer and the p-type cladding layer and the refractive index is high. Rate. As such a material, for example, B u Ga 1-u) v In 1-v As ( however, 0 <u
≦ 1, 0 <v ≦ 1, uv ≠ 0). In this case, (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y A lattice-matched to the substrate with the active layer.
with s, it is preferable to use the first to the substrate and lattice-matched to the optical waveguide layer and the second optical waveguide layer (B u Ga 1-u) v In 1-v As, in some cases, the active layer (B x Ga 1-x ) y In 1-y
With As, the first optical waveguide layer and the second optical waveguide layer may be used (B u Ga 1-u) v In 1-v As the substrate lattice-matched. The first optical waveguide layer and the second optical waveguide layer include, for example, AlGaAs, AlGaIn
A group III-V compound semiconductor, such as P, GaAs, and InGaAsP, which can be lattice-matched with a GaAs substrate, may be used.

【0038】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、活性層が(Bx Ga1-x y In1-y Asからなる
ことにより、約0.88μmから数μm程度の発光波長
を実現することができると共に、そのような長波長帯で
発光可能な半導体発光素子を、基板にGaAs基板を用
いて容易に製造することができる。また、活性層に用い
る(Bx Ga1-x y In1-y Asの混晶比を任意に選
ぶことで、この活性層を基板と格子整合させることも、
この活性層に歪を与えることもできる。また、活性層と
n型クラッド層およびp型クラッド層との間のバンドギ
ャップ差を大きく取ることができるので、従来のInG
aAsP系半導体発光素子に比べて高い特性温度を実現
することができる。
According to the present invention configured as described above, since the active layer is made of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As, an emission wavelength of about 0.88 μm to several μm can be obtained. A semiconductor light emitting device capable of emitting light in such a long wavelength band can be easily manufactured using a GaAs substrate as a substrate. Also, by arbitrarily selecting the mixed crystal ratio of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As used for the active layer, the active layer can be lattice-matched to the substrate.
This active layer can be strained. Further, since a large band gap difference can be obtained between the active layer and the n-type clad layer and the p-type clad layer, the conventional InG
A higher characteristic temperature can be realized as compared with the aAsP-based semiconductor light emitting device.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

【0040】図4は、この発明の一実施形態による半導
体レーザの断面図である。この半導体レーザは屈折率導
波型の埋め込みリッジ型半導体レーザである。また、こ
の半導体レーザは、SCH(Separate Confinement Het
erostructure)構造を有する。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor laser according to one embodiment of the present invention. This semiconductor laser is a buried ridge type semiconductor laser of a refractive index guided type. Also, this semiconductor laser has a SCH (Separate Confinement Het).
erostructure) structure.

【0041】図4に示すように、この半導体レーザにお
いては、基板として例えばn型GaAs基板1が用いら
れる。そして、このn型GaAs基板1の上に、n型A
lGaAsクラッド層2、n型(Bu Ga1-u v In
1-v As光導波層3(ただし、0<u≦1、0<v≦
1、uv≠1)、(Bx Ga1-x y In1-y As活性
層4(ただし、0<x≦1、0<y≦1、xy≠1)、
p型(Bu Ga1-u vIn1-v As光導波層5、p型
AlGaAsクラッド層6およびp型GaAsキャップ
層7が順次積層して設けられている。p型AlGaAs
クラッド層6の上層部およびp型GaAsキャップ層7
は、一方向に延びるリッジストライプ形状を有する。
As shown in FIG. 4, in this semiconductor laser, for example, an n-type GaAs substrate 1 is used as a substrate. Then, on this n-type GaAs substrate 1, an n-type A
lGaAs cladding layer 2, n-type (B u Ga 1-u) v In
1-v As optical waveguide layer 3 (where 0 <u ≦ 1, 0 <v ≦
1, uv ≠ 1), (B x Ga 1-x ) y In 1-y As active layer 4 (where 0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, xy ≠ 1),
p-type (B u Ga 1-u) v In 1-v As optical guide layer 5, p-type AlGaAs cladding layer 6 and the p-type GaAs cap layer 7 is provided by sequentially stacking. p-type AlGaAs
Upper part of clad layer 6 and p-type GaAs cap layer 7
Have a ridge stripe shape extending in one direction.

【0042】リッジストライプ部の両側の部分にはn型
GaAs電流狭窄層8が埋め込まれ、これによって電流
狭窄構造が形成されていると共に、接合と平行方向(横
方向)に、リッジストライプ部に対応する部分の屈折率
が高く、その両側に対応する部分の屈折率が低いステッ
プ状の屈折率分布が作りつけられている。
An n-type GaAs current confinement layer 8 is buried in both sides of the ridge stripe portion, thereby forming a current confinement structure, and corresponding to the ridge stripe portion in a direction parallel to the junction (lateral direction). A step-like refractive index distribution is created in which the refractive index of the portion where the refractive index is high is high and the refractive index of the portions corresponding to both sides is low.

【0043】p型GaAsキャップ層7およびn型Ga
As電流狭窄層8の上には、例えばTi/Pt/Au電
極のようなp側電極9が設けられている。一方、n型G
aAs基板1の裏面には、例えばAuGe/Ni/Au
電極のようなn側電極10が設けられている。
The p-type GaAs cap layer 7 and the n-type Ga
A p-side electrode 9 such as a Ti / Pt / Au electrode is provided on the As current confinement layer 8. On the other hand, n-type G
On the back surface of the aAs substrate 1, for example, AuGe / Ni / Au
An n-side electrode 10 such as an electrode is provided.

【0044】n型AlGaAsクラッド層2、n型(B
u Ga1-u v In1-v As光導波層3およびn型Ga
As電流狭窄層8にはドナーとして例えばSiまたはS
eがドープされ、p型(Bu Ga1-u v In1-v As
光導波層5、p型AlGaAsクラッド層6およびp型
GaAsキャップ層7にはアクセプタとして例えばZn
またはMgがドープされている。また、レーザ構造を形
成する各半導体層の厚さの一例を挙げると、n型AlG
aAsクラッド層2の厚さは2μm、n型(Bu Ga
1-u v In1-v As光導波層3の厚さは50nm、
(Bx Ga1-x yIn1-y As活性層4の厚さは10
nm、p型(Bu Ga1-u v In1-v As光導波層5
の厚さは50nm、p型AlGaAsクラッド層6の厚
さは2μm、p型GaAsキャップ層7の厚さは0.5
μmである。
The n-type AlGaAs cladding layer 2 and the n-type (B
u Ga 1-u ) v In 1-v As optical waveguide layer 3 and n-type Ga
For example, Si or S is used as a donor in the As current confinement layer 8 as a donor.
e is doped, p-type (B u Ga 1-u) v In 1-v As
The optical waveguide layer 5, the p-type AlGaAs cladding layer 6, and the p-type GaAs cap layer 7 have, for example, Zn as an acceptor.
Alternatively, Mg is doped. An example of the thickness of each semiconductor layer forming the laser structure is n-type AlG
The thickness of aAs cladding layer 2 is 2 [mu] m, n-type (B u Ga
1-u ) v In 1-v As The optical waveguide layer 3 has a thickness of 50 nm,
The thickness of the (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As active layer 4 is 10
nm, p-type (B u Ga 1-u) v In 1-v As optical guide layer 5
Is 50 nm, the thickness of the p-type AlGaAs cladding layer 6 is 2 μm, and the thickness of the p-type GaAs cap layer 7 is 0.5 μm.
μm.

【0045】上述のように構成されたこの一実施形態に
おいては、活性層に(Bx Ga1-xy In1-y Asを
用いてレーザ構造が形成されるのが特徴である。さら
に、この一実施形態による半導体レーザにおいては、
(Bx Ga1-x y In1-y As活性層4がn型GaA
s基板1と格子整合するように、この(Bx Ga1-x
yIn1-y As活性層4の組成が選ばれている。すなわ
ち、この(Bx Ga1-x y In1-y As活性層4にお
けるx,yは、
This embodiment having the above-described structure is characterized in that a laser structure is formed using (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As for the active layer. Further, in the semiconductor laser according to this embodiment,
(B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As active layer 4 is an n-type GaAs
This (B x Ga 1-x ) is lattice-matched with the s substrate 1.
The composition of the y In 1-y As active layer 4 is selected. That is, x and y in the (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As active layer 4 are as follows:

【0046】[0046]

【数8】 (Equation 8)

【0047】を満たすように選ばれている。ここで、条
件の満たすようにx,yが選ばれた(Bx Ga1-x
y In1-y As活性層4においては、図1中、破線aで
示されるように、バンドギャップをほぼGaAsに相当
する値からB0.316 In0.684Asに相当する値の範囲
内の任意の値に設定することができる。このバンドギャ
ップは、波長に換算すると約0.88μm〜2.5μm
に相当する。そこで、この一実施形態においては、上述
の条件を満たしつつ、所望の発光波長が得られるよう
に(Bx Ga1-x y In1-y As活性層4における
x,yの値が選定される。なお、0.88μm〜2.5
μmの波長範囲は、伝送路にガラスファイバを用いた光
通信において使用される1.3μm帯および1.55μ
m帯をカバーしており、したがって、この半導体レーザ
を光通信用光源として用いることも可能である。
Have been chosen to satisfy Here, x and y were selected so as to satisfy the condition (B x Ga 1 -x )
In the y In 1-y As active layer 4, as shown by a broken line a in FIG. 1, the band gap has an arbitrary value within a range from a value substantially corresponding to GaAs to a value corresponding to B 0.316 In 0.684 As. Can be set to This band gap is about 0.88 μm to 2.5 μm in terms of wavelength.
Is equivalent to Therefore, in this embodiment, the values of x and y in the (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As active layer 4 are selected so as to obtain a desired emission wavelength while satisfying the above conditions. Is done. In addition, 0.88 μm to 2.5
The wavelength range of 1.3 μm and 1.55 μm used in optical communication using a glass fiber for the transmission line are used.
Since the m-band is covered, this semiconductor laser can be used as a light source for optical communication.

【0048】n型(Bu Ga1-u v In1-v As光導
波層3およびp型(Bu Ga1-u v In1-v As光導
波層5は、(Bx Ga1-x y In1-y As活性層4よ
りバンドギャップが大きく低屈折率のものからなる。ま
た、これらのn型(Bu Ga1-u v In1-v As光導
波層3およびp型(Bu Ga1-u v In1-v As光導
波層5は、n型GaAs基板1と格子整合するものから
なり、したがって、これらのn型(Bu Ga1-u v
1-v As光導波層3およびp型(Bu Ga1-u v
1-v As光導波層5におけるu,vは、
[0048] n-type (B u Ga 1-u) v In 1-v As optical guide layer 3 and the p-type (B u Ga 1-u) v In 1-v As optical guide layer 5, (B x Ga 1-x ) y In 1-y As active layer 4 has a larger band gap and a lower refractive index. These n-type (B u Ga 1-u) v In 1-v As optical guide layer 3 and the p-type (B u Ga 1-u) v In 1-v As optical guide layer 5, n-type GaAs made from those substrate 1 and the lattice-matched, thus, these n-type (B u Ga 1-u) v I
n 1-v As optical waveguide layer 3 and p-type (B u Ga 1-u ) v I
u and v in the n 1-v As optical waveguide layer 5 are:

【0049】[0049]

【数9】 (Equation 9)

【0050】の関係を満たすように選ばれている。Are selected so as to satisfy the following relationship.

【0051】n型AlGaAsクラッド層2およびp型
AlGaAsクラッド層6は、例えばAl0.45Ga0.55
Asからなる。これらのn型AlGaAsクラッド層2
およびp型AlGaAsクラッド層6は、n型(Bu
1-u v In1-v As光導波層3およびp型(Bu
1-u v In1-v As光導波層5よりもさらにバンド
ギャップが大きく低屈折率であり、しかも、n型GaA
s基板1と格子整合する。
The n-type AlGaAs cladding layer 2 and the p-type AlGaAs cladding layer 6 are made of, for example, Al 0.45 Ga 0.55
Consists of As. These n-type AlGaAs cladding layers 2
The p-type AlGaAs cladding layer 6 is formed of an n-type ( BuG
a 1-u ) v In 1 -v As optical waveguide layer 3 and p-type (B u G)
a 1-u ) v In 1-v As optical waveguide layer 5 has a larger band gap and a lower refractive index than n-type GaAs.
Lattice matching with s substrate 1.

【0052】次に、この一実施形態による半導体レーザ
の製造方法について説明する。この一実施形態において
は、レーザ構造を形成する各半導体層の結晶成長方法と
して、例えばMOCVD法を用いる。このとき、III
族のGaの原料としてトリメチルガリウム(TMG)
を、Alの原料としてトリメチルアルミニウム(TM
A)を、Inの原料としてトリメチルインジウム(TM
I)を、Bの原料としてトリエチルボロン(TEB)
を、V族のAsの原料としてアルシン(AsH3 )を用
いる。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser according to the embodiment will be described. In this embodiment, for example, an MOCVD method is used as a crystal growth method of each semiconductor layer forming a laser structure. At this time, III
Gallium (TMG) as a raw material for group Ga
With trimethylaluminum (TM
A) using trimethyl indium (TM) as a raw material of In
I) using triethylboron (TEB) as a raw material for B
And arsine (AsH 3 ) as a raw material of the group V As.

【0053】まず、図5に示すように、n型GaAs基
板1上にn型AlGaAsクラッド層2、n型(Bu
1-u v In1-v As光導波層3、(Bx Ga1-x
y In1-y As活性層4、p型(Bu Ga1-u v In
1-v As光導波層5、p型AlGaAsクラッド層6お
よびp型GaAsキャップ層7をMOCVD法により順
次成長させる。
First, as shown in FIG. 5, on an n-type GaAs substrate 1, an n-type AlGaAs cladding layer 2 and an n-type ( BuG)
a 1-u ) v In 1 -v As optical waveguide layer 3, (B x Ga 1 -x )
y In 1-y As active layer 4, p-type (B u Ga 1-u) v In
A 1-v As optical waveguide layer 5, a p-type AlGaAs cladding layer 6, and a p-type GaAs cap layer 7 are sequentially grown by MOCVD.

【0054】ここで、n型(Bu Ga1-u v In1-v
As光導波層3、(Bx Ga1-x y In1-y As活性
層4およびp型(Bu Ga1-u v In1-v As光導波
層5はInを含む層であるが、これらの各層は何れもB
を含んでおり、このBの添加効果によって結晶中からの
Inの脱離を抑制することができる。このため、これら
のInを含む層の成長温度を、Inを含まない層(n型
AlGaAsクラッド層2、p型AlGaAsクラッド
層6およびp型GaAsキャップ層7)の成長温度と同
程度まで引き上げることが可能である。この一実施形態
においては、n型AlGaAsクラッド層2、n型(B
u Ga1-u v In1-v As光導波層3、(Bx Ga
1-x y In1-y As活性層4、p型(Bu Ga1-u
v In1-vAs光導波層5、p型AlGaAsクラッド
層6およびp型GaAsキャップ層7を例えば760℃
以上820℃以下の一定の成長温度、具体的には例えば
780℃で結晶成長させる。
Here, n-type (B u Ga 1-u ) v In 1-v
As optical guide layer 3, a layer containing (B x Ga 1-x) y In 1-y As active layer 4 and p-type (B u Ga 1-u) v In 1-v As optical guide layer 5 is In However, each of these layers is B
And the desorption of In from the crystal can be suppressed by the effect of adding B. Therefore, the growth temperature of these In-containing layers is raised to about the same as the growth temperature of the In-free layers (the n-type AlGaAs cladding layer 2, the p-type AlGaAs cladding layer 6, and the p-type GaAs cap layer 7). Is possible. In this embodiment, the n-type AlGaAs cladding layer 2 and the n-type (B
u Ga 1-u) v In 1-v As optical guide layer 3, (B x Ga
1-x) y In 1- y As active layer 4, p-type (B u Ga 1-u)
The v In 1-v As optical waveguide layer 5, the p-type AlGaAs cladding layer 6 and the p-type GaAs cap layer 7 are, for example, 760 ° C.
The crystal is grown at a constant growth temperature of 820 ° C. or lower, specifically, for example, 780 ° C.

【0055】次に、図6に示すように、p型GaAsキ
ャップ層7の全面にCVD法によりSiO2 膜やSiN
x 膜を形成した後、この膜を一方向に延びる所定幅のス
トライプ形状にパターニングすることによりマスク11
を形成する。次に、このマスク11をエッチングマスク
としてp型AlGaAsクラッド層6の厚さ方向の途中
の深さまでエッチングする。これにより、p型AlGa
Asクラッド層6の上層部およびp型GaAsキャップ
層7が所定のリッジストライプ形状にパターニングされ
る。
Next, as shown in FIG. 6, an SiO 2 film or SiN film is formed on the entire surface of the p-type GaAs cap layer 7 by the CVD method.
After forming the x film, the film is patterned into a stripe shape having a predetermined width extending in one direction, thereby forming a mask 11.
To form Next, using the mask 11 as an etching mask, the p-type AlGaAs cladding layer 6 is etched to a depth in the thickness direction. Thereby, the p-type AlGa
The upper layer portion of the As cladding layer 6 and the p-type GaAs cap layer 7 are patterned into a predetermined ridge stripe shape.

【0056】次に、図7に示すように、マスク11を成
長マスクとして、MOCVD法によりリッジストライプ
部の両側の部分を埋め込むようにn型GaAs電流狭窄
層8を成長させる。この後、マスク11をエッチング除
去する。
Next, as shown in FIG. 7, using the mask 11 as a growth mask, an n-type GaAs current confinement layer 8 is grown by MOCVD so as to bury the portions on both sides of the ridge stripe portion. Thereafter, the mask 11 is removed by etching.

【0057】次に、図4に示すように、真空蒸着法また
はスパッタリング法によりp型GaAsキャップ層7お
よびn型GaAs電流狭窄層8上にp側電極9を形成す
ると共に、n型GaAs基板1の裏面にn側電極10を
形成する。以上により、目的とする半導体レーザが製造
される。
Next, as shown in FIG. 4, a p-side electrode 9 is formed on the p-type GaAs cap layer 7 and the n-type GaAs current confinement layer 8 by a vacuum evaporation method or a sputtering method, and the n-type GaAs substrate 1 is formed. The n-side electrode 10 is formed on the back surface of the substrate. Thus, the intended semiconductor laser is manufactured.

【0058】上述のように構成されたこの一実施形態に
よれば、活性層として(Bx Ga1-x y In1-y As
活性層4を用いていることにより、長波長帯で発光可能
な半導体レーザを、入手の容易なn型GaAs基板1を
用いて、しかも容易に製造することができる。また、
(Bx Ga1-x y In1-y As活性層4をn型GaA
s基板1と格子整合させつつ、発光波長を近赤外域の
0.88μmから中赤外域の2.5μmの範囲で任意に
設定することができる。
According to this embodiment configured as described above, (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As is used as the active layer.
By using the active layer 4, a semiconductor laser capable of emitting light in a long wavelength band can be easily manufactured using the easily available n-type GaAs substrate 1. Also,
(B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As active layer 4 is made of n-type GaAs.
The emission wavelength can be arbitrarily set within a range from 0.88 μm in the near infrared region to 2.5 μm in the mid infrared region while lattice-matching with the s substrate 1.

【0059】また、この一実施形態によれば、活性層と
して(Bx Ga1-x y In1-y As活性層4を、n型
クラッド層およびp型クラッド層としてn型AlGaA
sクラッド層2およびp型AlGaAsクラッド層6を
用いていることにより、活性層とクラッド層との間のバ
ンドギャップ差を大きく取ることができ、従来の代表的
な長波長半導体レーザであるInGaAsP系半導体レ
ーザに比べて高い特性温度を実現することができる。さ
らに、n型AlGaAsクラッド層2、n型(Bu Ga
1-u v In1-v As光導波層3、(Bx Ga1-x y
In1-y As活性層4、p型(Bu Ga1-u v In
1-v As光導波層5およびp型AlGaAsクラッド層
6が、いずれもn型GaAs基板1と格子整合している
ため、安定かつ良質なヘテロ接合を得ることができ、動
作特性の良好な半導体レーザを実現することができる。
According to this embodiment, the (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As active layer 4 is used as the active layer, and the n-type AlGaAs is used as the n-type clad layer and the p-type clad layer.
By using the s cladding layer 2 and the p-type AlGaAs cladding layer 6, a large band gap difference between the active layer and the cladding layer can be obtained, and the conventional typical long-wavelength semiconductor laser, InGaAsP-based laser, is used. A higher characteristic temperature can be realized as compared with a semiconductor laser. Further, n-type AlGaAs cladding layer 2, n-type (B u Ga
1-u ) v In 1-v As optical waveguide layer 3, (B x Ga 1 -x ) y
In 1-y As active layer 4, p-type (B u Ga 1-u) v In
Since the 1-v As optical waveguide layer 5 and the p-type AlGaAs cladding layer 6 are both lattice-matched to the n-type GaAs substrate 1, a stable and high-quality heterojunction can be obtained, and a semiconductor with good operating characteristics can be obtained. A laser can be realized.

【0060】以上この発明の実施形態について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定される
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。例えば、実施形態において挙げた数
値、材料、構造などはあくまで例にすぎず、これに限定
されるものではない。具体的には、上述の一実施形態に
おいては、(Bx Ga1-x y In1-y As活性層4と
して、n型GaAs基板1と格子整合するものを用いて
いるが、この(Bx Ga1-x y In1-y As活性層4
は、n型GaAs基板1に対して格子不整合を有するも
のであってもよい。また、活性層は多重量子井戸構造と
してもよい。
Although the embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the numerical values, materials, structures, and the like described in the embodiments are merely examples, and the present invention is not limited thereto. Specifically, in the above-described embodiment, the (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As active layer 4 that is lattice-matched to the n-type GaAs substrate 1 is used. B x Ga 1-x ) y In 1-y As active layer 4
May have lattice mismatch with the n-type GaAs substrate 1. Further, the active layer may have a multiple quantum well structure.

【0061】また、上述の一実施形態においては、n型
クラッド層およびp型クラッド層にAlGaAsを用い
てレーザ構造を形成しているが、これは、n型クラッド
層およびp型クラッド層にAlGaInP、GaAs、
InGaAsP、BGaInAsなどのGaAs基板と
格子整合させることが可能なIII−V族化合物半導体
を用いてレーザ構造を形成するようにしてもよい。ま
た、光導波層の材料として、(Bu Ga1-u v In
1-v Asに代えてAlGaAs、AlGaInP、Ga
As、InGaAsPなどを用いてもよい。
In the above-described embodiment, the laser structure is formed by using AlGaAs for the n-type clad layer and the p-type clad layer. This is because the n-type clad layer and the p-type clad layer are formed of AlGaInP. , GaAs,
The laser structure may be formed using a group III-V compound semiconductor that can be lattice-matched with a GaAs substrate such as InGaAsP or BGaInAs. Further, as the material of the optical waveguide layer, (B u Ga 1-u ) v In
AlGaAs, AlGaInP, Ga instead of 1-v As
As or InGaAsP may be used.

【0062】また、上述の一実施形態においては、レー
ザ構造を形成する半導体層の結晶成長にMOCVD法を
用いているが、これは、MBE法を用いてもよい。
In the above-described embodiment, the MOCVD method is used for crystal growth of the semiconductor layer forming the laser structure. However, the MBE method may be used.

【0063】また、上述の一実施形態においては、基板
およびレーザ構造を形成する半導体層の導電型を逆の導
電型としてもよい。
In the above embodiment, the conductivity types of the substrate and the semiconductor layer forming the laser structure may be reversed.

【0064】また、上述の一実施形態においては、この
発明をSCH構造の半導体レーザに適用した場合につい
て説明したが、この発明は、DH(Double Heterostruc
ture)構造の半導体レーザに適用することも可能であ
る。また、レーザ構造および導波型に関しても、上述の
一実施形態において示した埋め込みリッジ構造および屈
折率導波型に限定されるものではなく、この発明は、例
えばBH(Buried Heterostructure)構造やSAN(Se
lf Aligned Narrow stripe)構造などの他の構造を有す
る半導体レーザや利得導波型の半導体レーザに適用する
ことも可能である。さらに、この発明は、半導体レーザ
以外に、発光ダイオードに適用することも可能である。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a semiconductor laser having an SCH structure has been described. However, the present invention relates to a DH (Double Heterostruc
ture) structure. Further, the laser structure and the waveguide type are not limited to the buried ridge structure and the refractive index waveguide type shown in the above-described embodiment. For example, the present invention relates to a BH (Buried Heterostructure) structure and a SAN (SAN). Se
It is also possible to apply the present invention to a semiconductor laser having another structure such as an (lf Aligned Narrow stripe) structure or a gain guided semiconductor laser. Further, the present invention can be applied to a light emitting diode other than the semiconductor laser.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、活性層が(Bx Ga1-x y In1-y Asからなる
ことにより、約0.88μmから数μm程度の長波長帯
で発光可能な半導体発光素子を、基板にGaAsを用い
て容易に製造することが可能である。また、活性層を構
成する(Bx Ga1-x y In1-y Asの組成を任意に
選ぶことにより、この活性層を基板に格子整合させるこ
とも、この活性層に歪を与えることも可能である。ま
た、活性層とn型クラッド層およびp型クラッド層との
間のバンドギャップ差を大きく取ることができるので、
従来のInGaAsP系半導体発光素子に比べて高い特
性温度を実現することができる。
As described above, according to the present invention, since the active layer is made of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As, a long wavelength of about 0.88 μm to several μm is obtained. A semiconductor light emitting element capable of emitting light in a band can be easily manufactured by using GaAs as a substrate. Also, by arbitrarily selecting the composition of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As constituting the active layer, the active layer can be lattice-matched to the substrate, or the active layer can be strained. Is also possible. Also, a large band gap difference between the active layer, the n-type cladding layer and the p-type cladding layer can be obtained,
A higher characteristic temperature can be realized as compared with a conventional InGaAsP-based semiconductor light emitting device.

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

【図1】 代表的なIII−V族化合物半導体およびそ
れらの混晶の格子定数とバンドギャップとの関係を示す
略線図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the relationship between the lattice constant and band gap of typical group III-V compound semiconductors and their mixed crystals.

【図2】 Bx Ga1-x AsにおけるB組成比xとバン
ドギャップとの関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a B composition ratio x and a band gap in B x Ga 1-x As.

【図3】 By In1-y AsにおけるB組成比xとバン
ドギャップとの関係を示すグラフである。
3 is a graph showing the relationship between the B composition ratio x and the band gap in the B y In 1-y As.

【図4】 この発明の一実施形態による半導体レーザの
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の一実施形態による半導体レーザの
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser according to one embodiment of the present invention;

【図6】 この発明の一実施形態による半導体レーザの
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser according to one embodiment of the present invention;

【図7】 この発明の一実施形態による半導体レーザの
製造方法を説明するための断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor laser according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・n型GaAs基板、2・・・n型AlGaAs
クラッド層、3・・・n型(Bu Ga1-u v In1-v
As光導波層、4・・・(Bx Ga1-x y In1-y
s活性層、5・・・p型(Bu Ga1-u v In1-v
s光導波層、6・・・p型AlGaAsクラッド層、7
・・・p型GaAsキャップ層、8・・・n型GaAs
電流狭窄層、9・・・p側電極、10・・・n側電極
1 ... n-type GaAs substrate, 2 ... n-type AlGaAs
Cladding layer, 3 · · · n-type (B u Ga 1-u) v In 1-v
As optical waveguide layer, 4 ... (B x Ga 1-x ) y In 1-y A
s active layer, 5 · · · p-type (B u Ga 1-u) v In 1-v A
s optical waveguide layer, 6... p-type AlGaAs cladding layer, 7
... p-type GaAs cap layer, 8 ... n-type GaAs
Current confinement layer, 9 ... p-side electrode, 10 ... n-side electrode

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に活性層をn型クラッド層および
p型クラッド層により挟んだ構造を有する半導体発光素
子において、 上記活性層は(Bx Ga1-x y In1-y As(ただ
し、0<x≦1、0<y≦1、xy≠1)からなること
を特徴とする半導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device having a structure in which an active layer is sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer on a substrate, wherein the active layer is (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As ( Here, 0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, xy ≠ 1).
【請求項2】 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。
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said substrate is a GaAs substrate.
【請求項3】 上記活性層は上記基板と格子整合する
(Bx Ga1-x y In1-y Asからなることを特徴と
する請求項1記載の半導体発光素子。
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said active layer is made of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As lattice-matched to said substrate.
【請求項4】 上記活性層は上記基板に対して格子不整
合を有する(Bx Ga1-x y In1-y Asからなるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said active layer is made of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As having lattice mismatch with respect to said substrate.
【請求項5】 上記n型クラッド層および上記p型クラ
ッド層はAlGaAsからなることを特徴とする請求項
1記載の半導体発光素子。
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said n-type cladding layer and said p-type cladding layer are made of AlGaAs.
【請求項6】 上記n型クラッド層および上記p型クラ
ッド層はAlGaInPからなることを特徴とする請求
項1記載の半導体発光素子。
6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said n-type cladding layer and said p-type cladding layer are made of AlGaInP.
【請求項7】 上記n型クラッド層および上記p型クラ
ッド層はGaAsからなることを特徴とする請求項1記
載の半導体発光素子。
7. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said n-type cladding layer and said p-type cladding layer are made of GaAs.
【請求項8】 上記n型クラッド層および上記p型クラ
ッド層はInGaAsPからなることを特徴とする請求
項1記載の半導体発光素子。
8. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said n-type cladding layer and said p-type cladding layer are made of InGaAsP.
【請求項9】 上記n型クラッド層および上記p型クラ
ッド層はBGaInAsからなることを特徴とする請求
項1記載の半導体発光素子。
9. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said n-type cladding layer and said p-type cladding layer are made of BGaInAs.
【請求項10】 上記活性層と上記n型クラッド層との
間に第1の光導波層を有し、上記活性層と上記p型クラ
ッド層との間に第2の光導波層を有することを特徴とす
る請求項1記載の半導体発光素子。
10. A semiconductor device comprising: a first optical waveguide layer between the active layer and the n-type cladding layer; and a second optical waveguide layer between the active layer and the p-type cladding layer. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein:
【請求項11】 上記第1の光導波層および上記第2の
光導波層は(Bu Ga1-u v In1-v As(ただし、
0<u≦1、0<v≦1、uv≠1)からなることを特
徴とする請求項10記載の半導体発光素子。
11. The first optical waveguide layer and the second optical waveguide layer (B u Ga 1-u) v In 1-v As ( where
11. The semiconductor light emitting device according to claim 10, wherein 0 <u ≦ 1, 0 <v ≦ 1, uv ≠ 1).
【請求項12】 上記活性層は上記基板と格子整合する
(Bx Ga1-x yIn1-y Asからなり、上記第1の
光導波層および上記第2の光導波層は上記基板と格子整
合する(Bu Ga1-u v In1-v Asからなることを
特徴とする請求項11記載の半導体発光素子。
12. The active layer is made of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As lattice-matched to the substrate, and the first optical waveguide layer and the second optical waveguide layer are and lattice-matched (B u Ga 1-u) v in 1-v semiconductor light emitting device according to claim 11, characterized in that it consists of as.
【請求項13】 上記活性層は上記基板に対して格子不
整合を有する(BxGa1-x y In1-y Asからな
り、上記第1の光導波層および上記第2の光導波層は上
記基板と格子整合する(Bu Ga1-u v In1-v As
からなることを特徴とする請求項11記載の半導体発光
素子。
13. The first optical waveguide layer and the second optical waveguide, wherein the active layer is made of (B x Ga 1 -x ) y In 1 -y As having lattice mismatch with the substrate. layers are the substrate lattice-matched (B u Ga 1-u) v in 1-v as
12. The semiconductor light emitting device according to claim 11, comprising:
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