JP2933163B2 - 可視光発光素子 - Google Patents
可視光発光素子Info
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- JP2933163B2 JP2933163B2 JP11474988A JP11474988A JP2933163B2 JP 2933163 B2 JP2933163 B2 JP 2933163B2 JP 11474988 A JP11474988 A JP 11474988A JP 11474988 A JP11474988 A JP 11474988A JP 2933163 B2 JP2933163 B2 JP 2933163B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、InAlGaP系の半導体レーザに係わり、特
に有機金属を用いた化学気相成長法（以下MOCVD法と略
記する）による製造に適した可視発光素子に関する。
に有機金属を用いた化学気相成長法（以下MOCVD法と略
記する）による製造に適した可視発光素子に関する。
（従来の技術） 近年、組成と膜厚の制御性と大面積に互る均一性の優
れたMOCVD法を利用して作成した半導体レーザが注目さ
れており、これらの方法によって作成した単一の基本横
モードを有する種々の構造の半導体レーザが報告されて
いる。MOCVD法を利用した代表的なレーザ構造として
は、第３図に示すような、例えばGaAlAsを材料として用
いたものがある。これは溝を形成したダブルヘテロウェ
ハ上にGaAlAsを再成長するものである。32はｎ−GaAs基
板,33はｎ−GaAlAsクラッド層,34はGaAs活性層,35はｐ
−GaAlAsクラッド層,36はｎ−GaAs電流阻止層,37はＰ−
GaAsコンタクト層,31,38は電極である。最近の技術動向
として光通信用長波長レーザや、光記録用短波長レーザ
に使用する半導体レーザとしてより長波長化や短波長化
が可能なInGaAsP,InGaAlAs,InGaAlP等が注目されてい
る。中でもＶ族元素が一種類で構成されているInGaAlP
は、気相成長法に適したものである。この場合、活性層
を構成するIn0.5Ga0.5Ｐは、レーザの発振波長を決定す
る上でエネルギーギャップを制御することは重要であ
る。従来GaxIn1-xP（０≦ｘ≦１）のエネルギーギャッ
プはIII族元素のGaおよびInの比Ｘによって決まってお
り、GaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Ｐ結晶のエネル
ギーギャップは、1.90eVであった。
れたMOCVD法を利用して作成した半導体レーザが注目さ
れており、これらの方法によって作成した単一の基本横
モードを有する種々の構造の半導体レーザが報告されて
いる。MOCVD法を利用した代表的なレーザ構造として
は、第３図に示すような、例えばGaAlAsを材料として用
いたものがある。これは溝を形成したダブルヘテロウェ
ハ上にGaAlAsを再成長するものである。32はｎ−GaAs基
板,33はｎ−GaAlAsクラッド層,34はGaAs活性層,35はｐ
−GaAlAsクラッド層,36はｎ−GaAs電流阻止層,37はＰ−
GaAsコンタクト層,31,38は電極である。最近の技術動向
として光通信用長波長レーザや、光記録用短波長レーザ
に使用する半導体レーザとしてより長波長化や短波長化
が可能なInGaAsP,InGaAlAs,InGaAlP等が注目されてい
る。中でもＶ族元素が一種類で構成されているInGaAlP
は、気相成長法に適したものである。この場合、活性層
を構成するIn0.5Ga0.5Ｐは、レーザの発振波長を決定す
る上でエネルギーギャップを制御することは重要であ
る。従来GaxIn1-xP（０≦ｘ≦１）のエネルギーギャッ
プはIII族元素のGaおよびInの比Ｘによって決まってお
り、GaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Ｐ結晶のエネル
ギーギャップは、1.90eVであった。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、基板をGaAsとした半導体レーザの発
振波長を変化させたい場合には、GaxIn1-xPのGa組成比
Ｘを変化させてGaxIn1-xPのエネルギーギャップを変化
させていた。ところが、Ga組成比Ｘの変化に伴い、GaxI
n1-xPの格子定数が変化し、GaAs基板とGaxIn1-xPの間に
格子のずれが生じる。このような格子のずれを有する半
導体結晶をレーザ素子化した場合、レーザ素子の信頼性
が著しく低下していた。しかし、これまでGaAs基板に格
子整合したまま、GaとInの固相組成比を一定に保ちGaxI
n1-xP結晶のエネルギーギャップを変化させる方法は提
供されていなかった。
振波長を変化させたい場合には、GaxIn1-xPのGa組成比
Ｘを変化させてGaxIn1-xPのエネルギーギャップを変化
させていた。ところが、Ga組成比Ｘの変化に伴い、GaxI
n1-xPの格子定数が変化し、GaAs基板とGaxIn1-xPの間に
格子のずれが生じる。このような格子のずれを有する半
導体結晶をレーザ素子化した場合、レーザ素子の信頼性
が著しく低下していた。しかし、これまでGaAs基板に格
子整合したまま、GaとInの固相組成比を一定に保ちGaxI
n1-xP結晶のエネルギーギャップを変化させる方法は提
供されていなかった。
しかしIn0.5Ga0.5Ｐについてその原子構造とバンドギ
ャップの関係を調べたところ、原子構造について電子線
回折像でみて第１図に示されるような、秩序構造を持つ
ことが示唆されるエクストラスポット及び散漫散乱が出
た場合、その膜のバンドギャップは1.85eVから1.90eVに
変化しうることがわかった。
ャップの関係を調べたところ、原子構造について電子線
回折像でみて第１図に示されるような、秩序構造を持つ
ことが示唆されるエクストラスポット及び散漫散乱が出
た場合、その膜のバンドギャップは1.85eVから1.90eVに
変化しうることがわかった。
本発明の目的は上記の問題を解決した、Ga組成比を0.
5に固定したIn0.5Ga0.5Ｐ結晶において、秩序構造を有
する膜を用いることにより、そのバンドギャップに幅を
持たせ、制御できる活性層を持つ半導体レーザを提供す
ることにある。
5に固定したIn0.5Ga0.5Ｐ結晶において、秩序構造を有
する膜を用いることにより、そのバンドギャップに幅を
持たせ、制御できる活性層を持つ半導体レーザを提供す
ることにある。
（課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、InGaP活性層において、Ｎ型でかつ
超格子構造を有するInGaPを用いることによりバンドギ
ャップエネルギーを1.90eVから1.85eVまで変化させるこ
とのできる活性層を持つ半導体レーザーを実現させるこ
とにある。
超格子構造を有するInGaPを用いることによりバンドギ
ャップエネルギーを1.90eVから1.85eVまで変化させるこ
とのできる活性層を持つ半導体レーザーを実現させるこ
とにある。
（作用） 本発明によれば、InGaP活性層において、Ｎ型でバン
ドギャップを1.90eVから1.85eVと変化させることのでき
る膜を活性層に用いることが可能となり、従って、結晶
性を損わずにInGaAlP系の半導体レーザの特性として発
振波長の制御が図れた。
ドギャップを1.90eVから1.85eVと変化させることのでき
る膜を活性層に用いることが可能となり、従って、結晶
性を損わずにInGaAlP系の半導体レーザの特性として発
振波長の制御が図れた。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略構造の
断面図は第３図と同様である。ここでｎ−GaAs基板32上
には、ｎ−InGaAlPクラッド層33,InGaP活性層44,及びｐ
−InGaAlPクラッド層35からなるダブルヘテロ接合部が
形成されている。ここで活性層を形成するときにその成
膜条件としてV/III比を100〜200に、ドーピング量をキ
ャリア濃度として１×1015cm-3以下にした場合、第５図
に示すように800℃以下の成長温度のとき、秩序構造を
有した膜が形成され、そのため例えば、この成長条件で
成長温度を変化させたバンドギャップエネルギー値は第
４図のように変化しうる。また、二結晶Ｘ線回折法によ
り求めた、上記のGa0.5In0.5ＰのGaとInの組成はGaAs基
板に格子整合するものから0.15％以内のずれであり、そ
のずれは小さいものであり、また、そのInGaPの電気
的、光学的性質はそこなわれなかった。そして700℃と7
90℃で成長したInGaPを活性層に用いたレーザの発振波
長はそれぞれ6900Å,6700Åで室温CW発振が達せられ
た。またその他の実施例として、半導体レーザに限ら
ず、その他III−Ｖ族材料系において、超格子構造を有
する材料において適用しうるものである。そのときのバ
ンドギャップの制御は、それぞれ成膜条件により規定さ
れるものである。
断面図は第３図と同様である。ここでｎ−GaAs基板32上
には、ｎ−InGaAlPクラッド層33,InGaP活性層44,及びｐ
−InGaAlPクラッド層35からなるダブルヘテロ接合部が
形成されている。ここで活性層を形成するときにその成
膜条件としてV/III比を100〜200に、ドーピング量をキ
ャリア濃度として１×1015cm-3以下にした場合、第５図
に示すように800℃以下の成長温度のとき、秩序構造を
有した膜が形成され、そのため例えば、この成長条件で
成長温度を変化させたバンドギャップエネルギー値は第
４図のように変化しうる。また、二結晶Ｘ線回折法によ
り求めた、上記のGa0.5In0.5ＰのGaとInの組成はGaAs基
板に格子整合するものから0.15％以内のずれであり、そ
のずれは小さいものであり、また、そのInGaPの電気
的、光学的性質はそこなわれなかった。そして700℃と7
90℃で成長したInGaPを活性層に用いたレーザの発振波
長はそれぞれ6900Å,6700Åで室温CW発振が達せられ
た。またその他の実施例として、半導体レーザに限ら
ず、その他III−Ｖ族材料系において、超格子構造を有
する材料において適用しうるものである。そのときのバ
ンドギャップの制御は、それぞれ成膜条件により規定さ
れるものである。
以上、詳述したように、本発明によればＮ型のInGaP
活性層のバンドギャップを変化させることのできる秩序
構造を有した活性層を用いることにより、発振波長をIn
GaPの組成と変化させることなく制御できる。
活性層のバンドギャップを変化させることのできる秩序
構造を有した活性層を用いることにより、発振波長をIn
GaPの組成と変化させることなく制御できる。
第１図は、本発明の一実施例に係わる半導体レーザの素
子構造中、Ｎ型InGaP活性層の電子線回折像を示す図、
第２図は、従来のＮ型InGaP活性層の電子線回折像を示
す図、第３図は、半導体レーザの素子構造を示す断面
図、第４図は、InGaPのバンドギャップの成長温度依存
性をあらわす図、第５図は、秩序構造のあらわれ方の成
長温度依存性である。 11……電子線回折像にあらわれたエキストラスポット及
び散漫散乱， 31,38……電極,32……GaAs基板， 33……ｎ型クラッド層,34,44……活性層， 35……Ｐ型クラッド層,36……電流阻止層， 37……コンタクト層。
子構造中、Ｎ型InGaP活性層の電子線回折像を示す図、
第２図は、従来のＮ型InGaP活性層の電子線回折像を示
す図、第３図は、半導体レーザの素子構造を示す断面
図、第４図は、InGaPのバンドギャップの成長温度依存
性をあらわす図、第５図は、秩序構造のあらわれ方の成
長温度依存性である。 11……電子線回折像にあらわれたエキストラスポット及
び散漫散乱， 31,38……電極,32……GaAs基板， 33……ｎ型クラッド層,34,44……活性層， 35……Ｐ型クラッド層,36……電流阻止層， 37……コンタクト層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−187992（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−286480（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．50 （11），16Ｍｏｒｄｎ．1987，ｐｐ. 673−676 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｒｙｓｔａ ｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．77，Ｓｅｐ ｔｅｍｂｅｒ 1986，ｐｐ．367−373 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 - 3/19
Claims (1)
- 【請求項１】構成材料としてIn1-x（Ga1-yAly）xP（０
≦x,y≦１）からなる可視光発光素子において、活性層
がＮ型の秩序構造を有し、そのキャリア濃度が１×1015
cm-3以下であり、その成長条件として、V/III比が100〜
200で、成長温度が800℃未満で作製したことを特徴とす
る可視光発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11474988A JP2933163B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | 可視光発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11474988A JP2933163B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | 可視光発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01286481A JPH01286481A (ja) | 1989-11-17 |
| JP2933163B2 true JP2933163B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=14645714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11474988A Expired - Lifetime JP2933163B2 (ja) | 1988-05-13 | 1988-05-13 | 可視光発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2933163B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6381886A (ja) * | 1986-09-25 | 1988-04-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
-
1988
- 1988-05-13 JP JP11474988A patent/JP2933163B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５０（１１），１６Ｍｏｒｄｎ．１９８７，ｐｐ．６７３−６７６ |
| Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．７７，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９８６，ｐｐ．３６７−３７３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01286481A (ja) | 1989-11-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |