JP2862726B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子に関
し、特にＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＩｎＰ系
混晶からなる半導体レーザ素子等に関するものである。
し、特にＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＩｎＰ系
混晶からなる半導体レーザ素子等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体発光素子は、情報記録再生
装置の光源をはじめとして光通信や光計測制御等の分野
において幅広く利用されている。光ディスク、ビデオデ
ィスク等の情報記録再生装置においては、その光源の発
振波長が短く光スポットが小さく絞れるほど、高密度に
記録することができるので好ましい。ＧａＡｓ基板に格
子整合するＡｌＧａＩｎＰ混晶を用いた半導体レーザ素
子は、波長６００ｎｍ帯の短波長の可視光が得られるた
め上記光源として特に注目されている。ＧａＡｓ基板に
格子整合する該混晶としては、（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ
1-xＰ（ｙは０以上１以下であり、ｘはほぼ０．５であ
る）が挙げられる。
装置の光源をはじめとして光通信や光計測制御等の分野
において幅広く利用されている。光ディスク、ビデオデ
ィスク等の情報記録再生装置においては、その光源の発
振波長が短く光スポットが小さく絞れるほど、高密度に
記録することができるので好ましい。ＧａＡｓ基板に格
子整合するＡｌＧａＩｎＰ混晶を用いた半導体レーザ素
子は、波長６００ｎｍ帯の短波長の可視光が得られるた
め上記光源として特に注目されている。ＧａＡｓ基板に
格子整合する該混晶としては、（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ
1-xＰ（ｙは０以上１以下であり、ｘはほぼ０．５であ
る）が挙げられる。
【０００３】これまでＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を用いた
半導体発光素子として様々な構造のものが提案されてい
る。図３は、このようなＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レー
ザ素子の一例を示した要部断面図である。図３に示す半
導体レーザ素子は、ＳＢＲ(Serectively Buried Ridge
Waveguide）構造とよばれ、以下に説明するように、有
機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって３回の結晶成
長工程により作製される。
半導体発光素子として様々な構造のものが提案されてい
る。図３は、このようなＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レー
ザ素子の一例を示した要部断面図である。図３に示す半
導体レーザ素子は、ＳＢＲ(Serectively Buried Ridge
Waveguide）構造とよばれ、以下に説明するように、有
機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって３回の結晶成
長工程により作製される。
【０００４】まず、第１回目の成長工程にて、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板３１上に、減圧ＭＯＣＶＤ法によってｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層（以下、ｎ型クラッド層という）
３２、ＧａＩｎＰ活性層３３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド（以下、ｐ型クラッド層という）層３４、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰ中間層３５、ｐ型ＧａＡｓ層３６が順次成長され
る。
Ａｓ基板３１上に、減圧ＭＯＣＶＤ法によってｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層（以下、ｎ型クラッド層という）
３２、ＧａＩｎＰ活性層３３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド（以下、ｐ型クラッド層という）層３４、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰ中間層３５、ｐ型ＧａＡｓ層３６が順次成長され
る。
【０００５】第１回目の成長工程終了後、ｐ型ＧａＩｎ
Ｐ中間層３５、ｐ型ＧａＡｓ層３６およびｐ型クラッド
３４は、適当なエッチング法によってエッチングされ、
メサ状のストライプ部が形成される。
Ｐ中間層３５、ｐ型ＧａＡｓ層３６およびｐ型クラッド
３４は、適当なエッチング法によってエッチングされ、
メサ状のストライプ部が形成される。
【０００６】次いで第２回目の成長工程で、上記メサス
トライプ部の上面以外の部分にｎ型ＧａＡｓ電流阻止層
３７が選択的に成長される。さらに、第３回目の成長工
程で、上記メサストライプ部の上面を含む全面にｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層３８が積層形成され、その後、基板
３１側とコンタクト層３８側にそれぞれ電極（図示せ
ず）が形成されてダブルヘテロ型半導体レーザ素子が作
製される。
トライプ部の上面以外の部分にｎ型ＧａＡｓ電流阻止層
３７が選択的に成長される。さらに、第３回目の成長工
程で、上記メサストライプ部の上面を含む全面にｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層３８が積層形成され、その後、基板
３１側とコンタクト層３８側にそれぞれ電極（図示せ
ず）が形成されてダブルヘテロ型半導体レーザ素子が作
製される。
【０００７】この構造においては、ｐ型クラッド層３
４、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層３７およびｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層３８の接合部分がｐｎｐ構造となるためこの
部分では電流が流れず、活性層３３への電流注入領域は
上記メサストライプ部のみに限定される。ｎ型ＧａＡｓ
電流阻止層３７は光吸収層としても機能し、これにより
光導波路が形成されている。
４、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層３７およびｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層３８の接合部分がｐｎｐ構造となるためこの
部分では電流が流れず、活性層３３への電流注入領域は
上記メサストライプ部のみに限定される。ｎ型ＧａＡｓ
電流阻止層３７は光吸収層としても機能し、これにより
光導波路が形成されている。
【０００８】また、中間層３５を構成するＧａＩｎＰ
は、ｐ型クラッド層３４の価電子帯エネルギーとｐ型Ｇ
ａＡｓ層３６の価電子帯エネルギーの中間の値の価電子
帯エネルギーを有する。したがって、このｐ型ＧａＩｎ
Ｐ中間層３５が存在することにより、正孔の注入に対す
る障壁として作用するｐ型クラッド層３４とｐ型ＧａＡ
ｓ層３６との間の価電子帯側のバンド構造の不連続性が
低減されるので、この部分では電流が流れやすくなる。
上記中間層３５は、ＧａＩｎＰ以外でも、その価電子帯
エネルギーが、ｐ型クラッド層３４を形成するＡｌＧａ
ＩｎＰの価電子帯エネルギーとｐ型ＧａＡｓ層３６を形
成するＧａＡｓの価電子帯エネルギーの間の値を有する
混晶、すなわちＡｌＧａＡｓやｐ型クラッド層３４を形
成するＡｌＧａＩｎＰよりもＡｌ混晶比の低いＡｌＧａ
ＩｎＰで形成されてもよい。
は、ｐ型クラッド層３４の価電子帯エネルギーとｐ型Ｇ
ａＡｓ層３６の価電子帯エネルギーの中間の値の価電子
帯エネルギーを有する。したがって、このｐ型ＧａＩｎ
Ｐ中間層３５が存在することにより、正孔の注入に対す
る障壁として作用するｐ型クラッド層３４とｐ型ＧａＡ
ｓ層３６との間の価電子帯側のバンド構造の不連続性が
低減されるので、この部分では電流が流れやすくなる。
上記中間層３５は、ＧａＩｎＰ以外でも、その価電子帯
エネルギーが、ｐ型クラッド層３４を形成するＡｌＧａ
ＩｎＰの価電子帯エネルギーとｐ型ＧａＡｓ層３６を形
成するＧａＡｓの価電子帯エネルギーの間の値を有する
混晶、すなわちＡｌＧａＡｓやｐ型クラッド層３４を形
成するＡｌＧａＩｎＰよりもＡｌ混晶比の低いＡｌＧａ
ＩｎＰで形成されてもよい。
【０００９】ところで、半導体レーザ素子の高機能化の
一つとして素子の駆動電流を低減することが挙げられ
る。この駆動電流の低減化により、消費電力が抑制され
るので、特にシステムの携帯化などに非常に有効であ
る。図３に示した半導体レーザ素子において駆動電流の
低減化を図る一つの方法としては、例えば上記メサスト
ライプ部の幅を狭くすることが挙げられる。
一つとして素子の駆動電流を低減することが挙げられ
る。この駆動電流の低減化により、消費電力が抑制され
るので、特にシステムの携帯化などに非常に有効であ
る。図３に示した半導体レーザ素子において駆動電流の
低減化を図る一つの方法としては、例えば上記メサスト
ライプ部の幅を狭くすることが挙げられる。
【００１０】しかしながら、メサストライプ部の幅を狭
くしようとすると、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８に対
するメサストライプ部の開口面積が極端に狭くなるため
にこの部分での抵抗が大きくなり、素子の駆動電圧が増
大するという欠点があった。また、メサストライプ部の
幅が狭くなると、メサエッチング、選択成長の加工が困
難になり、精度よく製品を製造することが難しくなるた
め、歩留りが低下するという欠点があった。
くしようとすると、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３８に対
するメサストライプ部の開口面積が極端に狭くなるため
にこの部分での抵抗が大きくなり、素子の駆動電圧が増
大するという欠点があった。また、メサストライプ部の
幅が狭くなると、メサエッチング、選択成長の加工が困
難になり、精度よく製品を製造することが難しくなるた
め、歩留りが低下するという欠点があった。
【００１１】これらの欠点を解決するために、例えば、
特開平４−１０６８５号公報に開示される構造の半導体
レーザ素子が提案されている。図４にこの半導体レーザ
素子の要部構造を示す。この半導体レーザ素子において
は、図３に示した半導体レーザと同様に、ｎ型ＧａＡｓ
基板４１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下、
ｎ型クラッド層という）４２、ＧａＩｎＰ活性層４３、
メサストライプ部が形成されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層
（以下、ｐ型クラッド層という）４４、ｐ型ＧａＩｎＰ
中間層４５およびｐ型ＧａＡｓ層４６が積層形成されて
いる。上記ｐ型クラッド層４４のメサストライプ部の上
面以外には、第２回目の成長工程によって、ｐ型ＧａＩ
ｎＰ層４１１、ｐ型ＧａＡｓ層４１２、ｎ型ＧａＡｓ電
流阻止層４７が積層形成されている。その後、さらに第
３回目の成長工程で、上記メサストライプ部の上部を含
む全面にｐ型ＧａＡｓコンタクト層４８が積層形成さ
れ、基板４１側とコンタクト層４８側にそれぞれ電極
（図示せず）が形成されてダブルヘテロ型半導体レーザ
素子が作製される。この半導体レーザにおいては、メサ
ストライプ部の両側面を覆ったｐ型ＧａＩｎＰ層４１１
およびｐ型ＧａＡｓ層４１２にも電流が流れることがで
きるのでコンタクト層４８に対応するメサストライプ部
の実質的な開口面積が大きくなり、抵抗の増大を抑制す
ることができる。
特開平４−１０６８５号公報に開示される構造の半導体
レーザ素子が提案されている。図４にこの半導体レーザ
素子の要部構造を示す。この半導体レーザ素子において
は、図３に示した半導体レーザと同様に、ｎ型ＧａＡｓ
基板４１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下、
ｎ型クラッド層という）４２、ＧａＩｎＰ活性層４３、
メサストライプ部が形成されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層
（以下、ｐ型クラッド層という）４４、ｐ型ＧａＩｎＰ
中間層４５およびｐ型ＧａＡｓ層４６が積層形成されて
いる。上記ｐ型クラッド層４４のメサストライプ部の上
面以外には、第２回目の成長工程によって、ｐ型ＧａＩ
ｎＰ層４１１、ｐ型ＧａＡｓ層４１２、ｎ型ＧａＡｓ電
流阻止層４７が積層形成されている。その後、さらに第
３回目の成長工程で、上記メサストライプ部の上部を含
む全面にｐ型ＧａＡｓコンタクト層４８が積層形成さ
れ、基板４１側とコンタクト層４８側にそれぞれ電極
（図示せず）が形成されてダブルヘテロ型半導体レーザ
素子が作製される。この半導体レーザにおいては、メサ
ストライプ部の両側面を覆ったｐ型ＧａＩｎＰ層４１１
およびｐ型ＧａＡｓ層４１２にも電流が流れることがで
きるのでコンタクト層４８に対応するメサストライプ部
の実質的な開口面積が大きくなり、抵抗の増大を抑制す
ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示した
半導体レーザ素子では、ｐ型ＧａＩｎＰ層４１１および
ｐ型ＧａＡｓ層４１２が上記メサストライプ部の傾斜し
た側面だけでなく、ｐ型クラッド層４４のメサストライ
プ部以外の平坦な面４１３上にも積層されているため、
これらｐ型ＧａＩｎＰ層４１１、ｐ型ＧａＡｓ層４１２
において、メサストライプ部の側面を覆っている傾斜部
分だけでなく平坦な部分にまで電流が広がってしまい、
活性層４３への電流の注入幅が広くなりすぎるという問
題がある。これを解決するためには、第２回目の結晶成
長工程にてｐ型ＧａＡｓ層４１２まで積層形成した後、
ｐ型クラッド層４４の上記平坦な面４１３上のｐ型Ｇａ
ＩｎＰ層４１１、ｐ型ＧａＡｓ層４１２を除去し、第３
回目の成長工程でｎ型ＧａＡｓ電流阻止層４７を積層
し、その後第４回目の結晶工程でコンタクト層４８を形
成すればよい。しかし、この場合は上記のように結晶の
成長工程が４回必要となるため、製造工程が複雑になる
という欠点がある。
半導体レーザ素子では、ｐ型ＧａＩｎＰ層４１１および
ｐ型ＧａＡｓ層４１２が上記メサストライプ部の傾斜し
た側面だけでなく、ｐ型クラッド層４４のメサストライ
プ部以外の平坦な面４１３上にも積層されているため、
これらｐ型ＧａＩｎＰ層４１１、ｐ型ＧａＡｓ層４１２
において、メサストライプ部の側面を覆っている傾斜部
分だけでなく平坦な部分にまで電流が広がってしまい、
活性層４３への電流の注入幅が広くなりすぎるという問
題がある。これを解決するためには、第２回目の結晶成
長工程にてｐ型ＧａＡｓ層４１２まで積層形成した後、
ｐ型クラッド層４４の上記平坦な面４１３上のｐ型Ｇａ
ＩｎＰ層４１１、ｐ型ＧａＡｓ層４１２を除去し、第３
回目の成長工程でｎ型ＧａＡｓ電流阻止層４７を積層
し、その後第４回目の結晶工程でコンタクト層４８を形
成すればよい。しかし、この場合は上記のように結晶の
成長工程が４回必要となるため、製造工程が複雑になる
という欠点がある。
【００１３】本発明は、上記欠点を解決しようとするも
のであり、駆動電圧を増大することなく駆動電流が低減
され、しかも少ない工程で製造することができる半導体
発光素子を提供することを目的とする。
のであり、駆動電圧を増大することなく駆動電流が低減
され、しかも少ない工程で製造することができる半導体
発光素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、該基板に格子整合するＡｌ
ＧａＩｎＰ系混晶を用いて形成したダブルヘテロ型積層
構造を有する半導体発光素子であって、ｎ型（ＡｌtＧ
ａ1-t）sＩｎ1-sＰ（ｔは０より大で１以下であり、ｓ
は０より大で１未満である）からなるクラッド層、（Ａ
ｌuＧａ1-u）vＩｎ1-vＰ（ｕは０以上１未満であり、ｖ
は０より大で１未満である）からなる活性層、およびメ
サストライプ部を有するｐ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-s
Ｐからなるクラッド層がこの順に積層形成され、該ｐ型
（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層のメサストライ
プ部の両側に、両性不純物がドーピングされたＡｌＧａ
Ａｓ層および、該ｐ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラ
ッド層よりもＡｌ混晶比が小さく、かつ両性不純物がド
ーピングされた（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｐは０以
上１未満であり、ｑは０より大で１未満である）層のう
ち少なくとも一方の層が積層形成されており、そのこと
により上記目的が達成される。
は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、該基板に格子整合するＡｌ
ＧａＩｎＰ系混晶を用いて形成したダブルヘテロ型積層
構造を有する半導体発光素子であって、ｎ型（ＡｌtＧ
ａ1-t）sＩｎ1-sＰ（ｔは０より大で１以下であり、ｓ
は０より大で１未満である）からなるクラッド層、（Ａ
ｌuＧａ1-u）vＩｎ1-vＰ（ｕは０以上１未満であり、ｖ
は０より大で１未満である）からなる活性層、およびメ
サストライプ部を有するｐ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-s
Ｐからなるクラッド層がこの順に積層形成され、該ｐ型
（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層のメサストライ
プ部の両側に、両性不純物がドーピングされたＡｌＧａ
Ａｓ層および、該ｐ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラ
ッド層よりもＡｌ混晶比が小さく、かつ両性不純物がド
ーピングされた（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｐは０以
上１未満であり、ｑは０より大で１未満である）層のう
ち少なくとも一方の層が積層形成されており、そのこと
により上記目的が達成される。
【００１５】
【作用】本発明にあっては、ｐ型クラッド層のメサスト
ライプ部の両側に形成された半導体層に両性不純物がド
ーピングされている。ｐ型クラッド層においては、該メ
サストライプ部の側面と該メサストライプ部以外の面で
は混晶の結晶面が異なるため、該ｐ型クラッド層上に積
層形成された半導体層は、該両性不純物によって該側面
上ではｐ型半導体層となり、メサストライプ部以外の面
ではｎ型半導体層となる。よって、メサストライプ部底
部の幅はｎ型半導体層によって制限されて電流注入幅が
狭くなるので注入電流は低減されるが、メサストライプ
部の上部の実質的な開口面積は広がるので駆動電圧は増
大しない。
ライプ部の両側に形成された半導体層に両性不純物がド
ーピングされている。ｐ型クラッド層においては、該メ
サストライプ部の側面と該メサストライプ部以外の面で
は混晶の結晶面が異なるため、該ｐ型クラッド層上に積
層形成された半導体層は、該両性不純物によって該側面
上ではｐ型半導体層となり、メサストライプ部以外の面
ではｎ型半導体層となる。よって、メサストライプ部底
部の幅はｎ型半導体層によって制限されて電流注入幅が
狭くなるので注入電流は低減されるが、メサストライプ
部の上部の実質的な開口面積は広がるので駆動電圧は増
大しない。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１７】図１は本発明の第１実施例の要部を示する
模式図である。
模式図である。
【００１８】ｎ型ＧａＡｓ基板１上には、第１回目の結
晶成長工程において減圧ＭＯＣＶＤ法によって積層され
たｎ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰ（ｔは０より大で１
以下であり、ｓは０より大で１未満である）クラッド層
（以下、ｎ型クラッド層という）２、ノンドープ（Ａｌ
uＧａ1-u）vＩｎ1-vＰ（ｕは０以上１未満であり、ｖは
０より大で１未満である）活性層３、ｐ型（ＡｌtＧａ
1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層（以下、ｐ型クラッド層と
いう）４、およびｐ型ＧａＩｎＰ中間層５がこの順序で
形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板１の上面９はＧａＡ
ｓ結晶の（１００）面である。
晶成長工程において減圧ＭＯＣＶＤ法によって積層され
たｎ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰ（ｔは０より大で１
以下であり、ｓは０より大で１未満である）クラッド層
（以下、ｎ型クラッド層という）２、ノンドープ（Ａｌ
uＧａ1-u）vＩｎ1-vＰ（ｕは０以上１未満であり、ｖは
０より大で１未満である）活性層３、ｐ型（ＡｌtＧａ
1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層（以下、ｐ型クラッド層と
いう）４、およびｐ型ＧａＩｎＰ中間層５がこの順序で
形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板１の上面９はＧａＡ
ｓ結晶の（１００）面である。
【００１９】上記中間層５は、ｐ型クラッド層４の上に
積層形成された後に、ｐ型クラッド層４とともにフォト
リソグラフ法とウェットエッチングによりエッチングさ
れ、メサストライプが形成される。このとき、メサスト
ライプ部の側面１０には混晶の（１１１）面が現れてお
り、上記ｐ型クラッド層４におけるメサストライプ部以
外の平坦な面１１には該混晶の（１００）面が現れてい
る。
積層形成された後に、ｐ型クラッド層４とともにフォト
リソグラフ法とウェットエッチングによりエッチングさ
れ、メサストライプが形成される。このとき、メサスト
ライプ部の側面１０には混晶の（１１１）面が現れてお
り、上記ｐ型クラッド層４におけるメサストライプ部以
外の平坦な面１１には該混晶の（１００）面が現れてい
る。
【００２０】上記ｐ型クラッド層４には、そのメサスト
ライプ部の上面を除いて、第２回目の成長工程において
ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法によって積層されたＡｌ
ＧａＡｓ層６およびＧａＡｓ層７が形成されており、こ
れら２層には両性不純物がドーピングされている。その
ため、ＡｌＧａＡｓ層６およびＧａＡｓ層７は、メサス
トライプ部の傾斜した側面１０上に積層された部分、す
なわち図１中示した破線より内側の部分においては、ｐ
型ＡｌＧａＡｓ層６ｂ、ｐ型ＧａＡｓ層７ｂとなり、ｐ
型クラッド層４における上記平坦な面１１上に積層され
た部分、すなわち該破線より外側の部分においては、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ層６ａ、ｎ型ＧａＡｓ層７ａとなる。
ライプ部の上面を除いて、第２回目の成長工程において
ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法によって積層されたＡｌ
ＧａＡｓ層６およびＧａＡｓ層７が形成されており、こ
れら２層には両性不純物がドーピングされている。その
ため、ＡｌＧａＡｓ層６およびＧａＡｓ層７は、メサス
トライプ部の傾斜した側面１０上に積層された部分、す
なわち図１中示した破線より内側の部分においては、ｐ
型ＡｌＧａＡｓ層６ｂ、ｐ型ＧａＡｓ層７ｂとなり、ｐ
型クラッド層４における上記平坦な面１１上に積層され
た部分、すなわち該破線より外側の部分においては、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ層６ａ、ｎ型ＧａＡｓ層７ａとなる。
【００２１】さらに上記構成の上に、第３回目の結晶成
長工程においてＭＯＣＶＤ法により積層されたｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層８が形成されている。
長工程においてＭＯＣＶＤ法により積層されたｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層８が形成されている。
【００２２】上述のように基板１上にｎ型クラッド層２
からコンタクト層８が形成された後、通常の方法により
基板側１およびコンタクト層８側にそれぞれ電極（図示
せず）が形成され、半導体発光素子が作製される。
からコンタクト層８が形成された後、通常の方法により
基板側１およびコンタクト層８側にそれぞれ電極（図示
せず）が形成され、半導体発光素子が作製される。
【００２３】上記両性不純物は、積層する結晶面の面方
位によって不純物原子が占有する格子位置が異なるた
め、アクセプタまたはドナーとなり得る不純物である。
このような両性不純物としてはIV族元素があげられ、第
１実施例と後述の第２実施例ではＳｉを用いた。IV族原
子は、通常III-Ｖ族半導体にドナーとしてドーピングさ
れるが、本発明においては、上記メサストライプ部の側
面１０が（ｍ１１）面であるため、Ｖ族原子の付着係数
が低くIV族原子がIII−Ｖ族半導体においてＶ族原子の
格子位置に取り込まれるようになる。よって該側面１０
上に積層した部分においては、該両性不純物はアクセプ
タとして作用し、この部分に成長した結晶はｐ型結晶と
なる。また、ｐ型クラッド層４の上記平坦な面１１は
（１００）面であるため、III族原子の格子位置に両性
不純物が取り込まれ、両性不純物はドナーとして作用す
るため、平坦な面１１上に成長した部分はｎ型結晶とな
る。ＭＢＥ法を用いた場合は、特にこの不純物が両性不
純物として有効に作用するため好適である。
位によって不純物原子が占有する格子位置が異なるた
め、アクセプタまたはドナーとなり得る不純物である。
このような両性不純物としてはIV族元素があげられ、第
１実施例と後述の第２実施例ではＳｉを用いた。IV族原
子は、通常III-Ｖ族半導体にドナーとしてドーピングさ
れるが、本発明においては、上記メサストライプ部の側
面１０が（ｍ１１）面であるため、Ｖ族原子の付着係数
が低くIV族原子がIII−Ｖ族半導体においてＶ族原子の
格子位置に取り込まれるようになる。よって該側面１０
上に積層した部分においては、該両性不純物はアクセプ
タとして作用し、この部分に成長した結晶はｐ型結晶と
なる。また、ｐ型クラッド層４の上記平坦な面１１は
（１００）面であるため、III族原子の格子位置に両性
不純物が取り込まれ、両性不純物はドナーとして作用す
るため、平坦な面１１上に成長した部分はｎ型結晶とな
る。ＭＢＥ法を用いた場合は、特にこの不純物が両性不
純物として有効に作用するため好適である。
【００２４】基板上に積層形成する各層の組成は、それ
ぞれ基板と格子整合するように設定されており、そのた
め、ｎ型クラッド層２、活性層３およびｐ型クラッド層
４を形成するＡｌＧａＩｎＰの上記混晶比ｓ、ｖはほぼ
０．５であることが好ましい。第１実施例では基板１か
らコンタクト層８を以下の混晶を用いて形成した。
ぞれ基板と格子整合するように設定されており、そのた
め、ｎ型クラッド層２、活性層３およびｐ型クラッド層
４を形成するＡｌＧａＩｎＰの上記混晶比ｓ、ｖはほぼ
０．５であることが好ましい。第１実施例では基板１か
らコンタクト層８を以下の混晶を用いて形成した。
【００２５】基板１：ＧａＡｓ（Ｓｉ：２×１０18ｃｍ
-3）、ｎ型クラッド層２：ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5
Ｉｎ0.5Ｐ（Ｓｅ：１×１０18ｃｍ-3）、活性層３：ノ
ンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ、ｐ型クラッド層４：ｐ型
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｚｎ：６×１０17ｃ
ｍ-3）、中間層５：ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｚｎ：１×
１０18ｃｍ-3）、ＡｌＧａＡｓ層６：Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓ（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）、ＧａＡｓ層７：ＧａＡ
ｓ（Ｓｉ：２×１０18ｃｍ-3）、コンタクト層８：Ｇａ
Ａｓ（Ｚｎ：２×１０18ｃｍ-3）。
-3）、ｎ型クラッド層２：ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5
Ｉｎ0.5Ｐ（Ｓｅ：１×１０18ｃｍ-3）、活性層３：ノ
ンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ、ｐ型クラッド層４：ｐ型
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｚｎ：６×１０17ｃ
ｍ-3）、中間層５：ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｚｎ：１×
１０18ｃｍ-3）、ＡｌＧａＡｓ層６：Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓ（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）、ＧａＡｓ層７：ＧａＡ
ｓ（Ｓｉ：２×１０18ｃｍ-3）、コンタクト層８：Ｇａ
Ａｓ（Ｚｎ：２×１０18ｃｍ-3）。
【００２６】第１実施例において、上記ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓ層６ａおよびｎ型ＧａＡｓ層７ａは電流阻止層として
働く。注入電流は、コンタクト層８から中間層５、ｐ型
クラッド層４を通る経路以外に、コンタクト層８からｐ
型ＧａＡｓ層７ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層６ｂ、ｐ型クラ
ッド層４を通る経路で流れ、活性層３に注入される。そ
のため、活性層３への電流の注入幅（メサストライプ部
底部の幅）が狭いので駆動電流の低減が図れ、かつコン
タクト層８に対するメサストライプ部の開口面積が大き
くなるので、駆動電圧の増大を抑制することができる。
ｓ層６ａおよびｎ型ＧａＡｓ層７ａは電流阻止層として
働く。注入電流は、コンタクト層８から中間層５、ｐ型
クラッド層４を通る経路以外に、コンタクト層８からｐ
型ＧａＡｓ層７ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層６ｂ、ｐ型クラ
ッド層４を通る経路で流れ、活性層３に注入される。そ
のため、活性層３への電流の注入幅（メサストライプ部
底部の幅）が狭いので駆動電流の低減が図れ、かつコン
タクト層８に対するメサストライプ部の開口面積が大き
くなるので、駆動電圧の増大を抑制することができる。
【００２７】また、ＡｌＧａＡｓ層６はその価電子帯エ
ネルギーがｐ型クラッド層４の価電子帯エネルギーとｐ
型ＧａＡｓコンタクト層８の価電子帯エネルギーとの中
間の値であるので、ｐ型クラッド層４とｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層８の間のバンド構造の不連続性が緩和され
る。これにより、この部分においては電流が流れやすく
なる。
ネルギーがｐ型クラッド層４の価電子帯エネルギーとｐ
型ＧａＡｓコンタクト層８の価電子帯エネルギーとの中
間の値であるので、ｐ型クラッド層４とｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層８の間のバンド構造の不連続性が緩和され
る。これにより、この部分においては電流が流れやすく
なる。
【００２８】図２は本発明の第２実施例を示す縦断面図
である。第２実施例においては、結晶成長はＭＢＥ法の
みによって行った。
である。第２実施例においては、結晶成長はＭＢＥ法の
みによって行った。
【００２９】ｎ型ＧａＡｓ基板２１上には、第１実施例
と同様に、ｎ型クラッド層２２、ノンドープ活性層２
３、メサストライプ部を有するｐ型クラッド層２４、お
よびｐ型の中間層２５が積層形成されており、さらに該
中間層２５の上にｐ型ＧａＡｓ層２９が積層形成されて
いる。上記メサストライプ部の側面２１２には混晶の
（１１１）面が現れており、上記ｐ型クラッド層２４に
おけるメサストライプ部以外の平坦な面２１３には該混
晶の（１００）面が現れている。
と同様に、ｎ型クラッド層２２、ノンドープ活性層２
３、メサストライプ部を有するｐ型クラッド層２４、お
よびｐ型の中間層２５が積層形成されており、さらに該
中間層２５の上にｐ型ＧａＡｓ層２９が積層形成されて
いる。上記メサストライプ部の側面２１２には混晶の
（１１１）面が現れており、上記ｐ型クラッド層２４に
おけるメサストライプ部以外の平坦な面２１３には該混
晶の（１００）面が現れている。
【００３０】上記メサストライプ部の上面を除いた領域
には、Ａｌ混晶比がｐ型クラッド層２４より小さい（Ａ
ｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｐは０以上１未満であり、ｑ
は０より大で１未満である）層２１０、ＡｌＧａＡｓ層
２６およびＧａＡｓ層２７が積層形成されており、これ
ら３層には両性不純物がドーピングされている。よっ
て、第１実施例と同様に、図２中示した破線より内側の
部分においては、該３層は、それぞれｐ型（ＡｌpＧａ
1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６
ｂ、およびｐ型ＧａＡｓ層２７ｂとなり、該破線より外
側の部分においては、それぞれｎ型（ＡｌpＧａ1-p）q
Ｉｎ1-qＰ層２１０ａ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層６ａ、およ
びｎ型ＧａＡｓ層７ａとなる。
には、Ａｌ混晶比がｐ型クラッド層２４より小さい（Ａ
ｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｐは０以上１未満であり、ｑ
は０より大で１未満である）層２１０、ＡｌＧａＡｓ層
２６およびＧａＡｓ層２７が積層形成されており、これ
ら３層には両性不純物がドーピングされている。よっ
て、第１実施例と同様に、図２中示した破線より内側の
部分においては、該３層は、それぞれｐ型（ＡｌpＧａ
1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６
ｂ、およびｐ型ＧａＡｓ層２７ｂとなり、該破線より外
側の部分においては、それぞれｎ型（ＡｌpＧａ1-p）q
Ｉｎ1-qＰ層２１０ａ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層６ａ、およ
びｎ型ＧａＡｓ層７ａとなる。
【００３１】さらに上記構成の上に、第３回目の結晶成
長工程においてＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層２８が形成され、その後、通常の方法により基板
側２１およびコンタクト層２８側にそれぞれ電極（図示
せず）が形成され、半導体発光素子が作製される。
長工程においてＭＯＣＶＤ法によりｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層２８が形成され、その後、通常の方法により基板
側２１およびコンタクト層２８側にそれぞれ電極（図示
せず）が形成され、半導体発光素子が作製される。
【００３２】第２実施例では、基板２１からコンタクト
層２８を以下の混晶を用いて形成した。尚、（ＡｌpＧ
ａ1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０においても、基板２１と格
子整合させるため、混晶比ｑはほぼ０．５であることが
好ましい。
層２８を以下の混晶を用いて形成した。尚、（ＡｌpＧ
ａ1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０においても、基板２１と格
子整合させるため、混晶比ｑはほぼ０．５であることが
好ましい。
【００３３】基板２１：ＧａＡｓ（Ｓｉ：２×１０18ｃ
ｍ-3）、ｎ型クラッド層２２：ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）、活性層２
３：ノンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ、ｐ型クラッド層２
４：ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｂｅ：１×
１０18ｃｍ-3）、中間層２５：ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ
（Ｂｅ：１×１０18ｃｍ-3）、ｐ型ＧａＡｓ層２９：Ｇ
ａＡｓ（Ｂｅ：１×１０18ｃｍ-3）、（ＡｌpＧａ1-p）
qＩｎ1-qＰ層２１０：Ｇａ0.6ＩｎＰ0.4（Ｓｉ：１×１
０18ｃｍ-3）、ＡｌＧａＡｓ層２６：Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓ（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）、ＧａＡｓ層２７：Ｇａ
Ａｓ（Ｓｉ：２×１０18ｃｍ-3）、コンタクト層２８：
ＧａＡｓ（Ｂｅ：２×１０18ｃｍ-3）。
ｍ-3）、ｎ型クラッド層２２：ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）、活性層２
３：ノンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ、ｐ型クラッド層２
４：ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｂｅ：１×
１０18ｃｍ-3）、中間層２５：ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ
（Ｂｅ：１×１０18ｃｍ-3）、ｐ型ＧａＡｓ層２９：Ｇ
ａＡｓ（Ｂｅ：１×１０18ｃｍ-3）、（ＡｌpＧａ1-p）
qＩｎ1-qＰ層２１０：Ｇａ0.6ＩｎＰ0.4（Ｓｉ：１×１
０18ｃｍ-3）、ＡｌＧａＡｓ層２６：Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａ
ｓ（Ｓｉ：１×１０18ｃｍ-3）、ＧａＡｓ層２７：Ｇａ
Ａｓ（Ｓｉ：２×１０18ｃｍ-3）、コンタクト層２８：
ＧａＡｓ（Ｂｅ：２×１０18ｃｍ-3）。
【００３４】第２実施例の半導体発光素子において、上
記ｎ型（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０ａ、ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ層２６ａおよびｎ型ＧａＡｓ層２７ａは電流
阻止層として働く。注入電流は、コンタクト層２８から
ｐ型ＧａＡｓ層２９、中間層２５、ｐ型クラッド層２４
を通る経路以外に、コンタクト層２８からｐ型ＧａＡｓ
層２７ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６ｂ、ｐ型（ＡｌpＧ
ａ1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０ｂ、ｐ型クラッド層２４を
通る経路で流れ、活性層３３に注入される。第２実施例
においても、活性層２３への電流の注入幅が狭いので駆
動電流の低減が図れ、かつコンタクト層２８に対するメ
サストライプ部の開口面積が大きくなるので、駆動電圧
の増大が抑制される。
記ｎ型（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０ａ、ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓ層２６ａおよびｎ型ＧａＡｓ層２７ａは電流
阻止層として働く。注入電流は、コンタクト層２８から
ｐ型ＧａＡｓ層２９、中間層２５、ｐ型クラッド層２４
を通る経路以外に、コンタクト層２８からｐ型ＧａＡｓ
層２７ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２６ｂ、ｐ型（ＡｌpＧ
ａ1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０ｂ、ｐ型クラッド層２４を
通る経路で流れ、活性層３３に注入される。第２実施例
においても、活性層２３への電流の注入幅が狭いので駆
動電流の低減が図れ、かつコンタクト層２８に対するメ
サストライプ部の開口面積が大きくなるので、駆動電圧
の増大が抑制される。
【００３５】第２実施例においては、ｐ型ＡｌＧａＡｓ
層２６ａの価電子帯エネルギーとｐ型クラッド層２４の
価電子帯エネルギーとの中間の値の価電子帯エネルギー
を有するｐ型（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０ｂが
存在することにより、ｐ型クラッド層２４とｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層２８の間のバンド構造の不連続性が第１
実施例よりさらに緩和されるので、この部分においてさ
らに電流が流れやすくなる。
層２６ａの価電子帯エネルギーとｐ型クラッド層２４の
価電子帯エネルギーとの中間の値の価電子帯エネルギー
を有するｐ型（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ層２１０ｂが
存在することにより、ｐ型クラッド層２４とｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層２８の間のバンド構造の不連続性が第１
実施例よりさらに緩和されるので、この部分においてさ
らに電流が流れやすくなる。
【００３６】また、第２実施例においては、コンタクト
層２８を省略し、ｐ型ＧａＡｓ層２９およびｐ型ＧａＡ
ｓ層２７ｂに直接電極を形成することも可能である。こ
の場合は、第３回目の成長工程を省略することができる
ので、工程数をさらに少なくすることができる。
層２８を省略し、ｐ型ＧａＡｓ層２９およびｐ型ＧａＡ
ｓ層２７ｂに直接電極を形成することも可能である。こ
の場合は、第３回目の成長工程を省略することができる
ので、工程数をさらに少なくすることができる。
【００３７】また、本発明は、量子井戸構造、光ガイド
層を有する構造、結晶性改善のためのバッファ層を有す
る構造等の構造を有する半導体発光素子においても適用
することができる。
層を有する構造、結晶性改善のためのバッファ層を有す
る構造等の構造を有する半導体発光素子においても適用
することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、半導体発光素子の駆動
電圧を増大させることなく、その駆動電流の低減化を図
ることができる。
電圧を増大させることなく、その駆動電流の低減化を図
ることができる。
【００３９】本発明の半導体発光素子は、特別の装置を
備えることなく、容易にかつ３回以下の結晶成長工程で
作製することができる。
備えることなく、容易にかつ３回以下の結晶成長工程で
作製することができる。
【図１】本発明の第１実施例を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す模式図である。
【図３】従来の半導体レーザ装置の要部を示す縦断面図
である。
である。
【図４】従来の別の半導体レーザ装置の要部を示す縦断
面図である。
面図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層 ３ （ＡｌuＧａ1-u）vＩｎ1-vＰ活性層 ４ ｐ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層 ６ ＡｌＧａＡｓ層 １０ メサストライプ部側面 ２１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層 ２３ （ＡｌuＧａ1-u）vＩｎ1-vＰ活性層 ２４ ｐ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層 ２６ ＡｌＧａＡｓ層 ２１０ （ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ層 ２１２ メサストライプ部側面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅 康夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 ▲高▼橋 向星 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−227090（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−206679（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01L 33/00
Claims (1)
- 【請求項１】ｎ型ＧａＡｓ基板上に、該基板に格子整合
するＡｌＧａＩｎＰ系混晶を用いて形成したダブルヘテ
ロ型積層構造を有する半導体発光素子であって、 ｎ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰ（ｔは０より大で１以
下であり、ｓは０より大で１未満である）からなるクラ
ッド層と、 （ＡｌuＧａ1-u）vＩｎ1-vＰ（ｕは０以上１未満であ
り、ｖは０より大で１未満である）からなる活性層と、 メサストライプ部を有し、該メサストライプ部の両側面
を含む第１の表面と、該メサストライプ部の該側面以外
の表面を含む第２の表面と、を有するｐ型（ＡｌtＧａ
1-t）sＩｎ1-sＰからなるクラッド層と、 がこの順に積層形成され、 該ｐ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩｎ1-sＰクラッド層の該メサ
ストライプ部の両側面に、両性不純物がドーピングされ
たＡｌＧａＡｓ層および、該ｐ型（ＡｌtＧａ1-t）sＩ
ｎ1-sＰクラッド層よりもＡｌ混晶比が小さく、かつ両
性不純物がドーピングされた（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-q
Ｐ（ｐは０以上１未満であり、ｑは０より大で１未満で
ある）層のうち少なくとも一方を含む第１の半導体層が
積層形成されており、 該第１の半導体層は、該第１の表面上における部分の導
電型と、該第２の表面上における部分の導電型とが異な
る、 半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10679292A JP2862726B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10679292A JP2862726B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299781A JPH05299781A (ja) | 1993-11-12 |
| JP2862726B2 true JP2862726B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=14442749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10679292A Expired - Fee Related JP2862726B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2862726B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003060306A (ja) | 2001-08-13 | 2003-02-28 | Rohm Co Ltd | リッジ型半導体レーザ素子 |
| JP4830356B2 (ja) * | 2005-06-08 | 2011-12-07 | ソニー株式会社 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2792169B2 (ja) * | 1990-01-08 | 1998-08-27 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザー |
| JP2792177B2 (ja) * | 1990-01-31 | 1998-08-27 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
-
1992
- 1992-04-24 JP JP10679292A patent/JP2862726B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05299781A (ja) | 1993-11-12 |
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