JPH01264287A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPH01264287A
JPH01264287A JP9251088A JP9251088A JPH01264287A JP H01264287 A JPH01264287 A JP H01264287A JP 9251088 A JP9251088 A JP 9251088A JP 9251088 A JP9251088 A JP 9251088A JP H01264287 A JPH01264287 A JP H01264287A
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JP
Japan
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layer
barrier layer
light emitting
barrier
band width
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JP9251088A
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English (en)
Inventor
Masato Kondo
真人 近藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体発光装置に係り、特に可視光レーザに関゛シ。
発光効率の向上と閾値電流密度の低下を目的とし。
〔1〕一導電型の第1クラッド13.一導電型の第1バ
リア層4.活性層51反対導電型の第2バリアM64反
対導電型の第2クラッド層7がこの順に積層された積層
構造を含み、該第1バリア層の禁制帯幅は該第1クラッ
ド層の禁制帯幅より大きく、該第2バリア層の禁制帯幅
は該第2クラッド層の禁制帯幅より大きい半導体発光装
置、及び〔2〕第1クラフトN3及び第1バリアN4を
一導電型のInGaP 、活性層5をGaAsP 、第
2バリアN6及び第2クラッドM7を反対導電型のIn
GaPとする前記〔1〕記載の半導体発光装置により構
成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体発光装置に係り、特に可視光半導体レー
ザに関する。
近年、光ディスクやコンパクトディスクの記録読み取り
、レーザプリンタ、PO5(Ui売時点情報管理)用ス
キャナ、光計測、プラスチックファイバ伝送等の光源と
して、可視光領域で発振する半導体レーザへの要求が高
まっている。かかる要求に対して発光効率がよく闇値電
流密度の低い可視光半導体レーザを開発する必要がある
〔従来の技術〕
従来、可視光半導体レーザ用の材料として一般的に使用
されているものはm−v族化合物半導体のAIGaIn
P四元系材料である。この系を用いる半導体レーザにお
いてはr GaAsを基板とし、 GaAsと格子整合
するAlGa1nP及びA11nPを、それぞれ活性層
及びクラッド層とすることにより、理論的には波長58
0n+w  (黄色)程度まで短波長化が可能である。
しかし、実際には短波長化にともない。
AlGa1nP活性層中のAt含有量が多(なり1次の
ような問題が生じる。
(a)プロセスの途中でAIが酸化して、結晶品質が低
下する。
(b)At含有量の増加に伴い、 AlGa1nP活性
層が間接遷移型半導体領域に近づく。
(c)At含有量の増加に伴い、 AlGa1nP活性
層とAIInPクラッド層の禁制帯幅の差が小さくなる
そのため9発光効率が低下し、閾直流電流密度が増加す
るという問題があった。
これらの問題点を除くため、 AIを含まない系を使用
する短波長レーザが提案されている。
第3図にAIを含まな、い系を使用する従来の半導体発
光装置の断面構造を示す。第3図において。
1は半導体基板、2はバッファ層、3は第1クラツド層
、5は活性層、7は第2クラフト層、8は絶縁層、9及
び10は電極を表す。
半導体基板1としてGaAs、第1クラッド層3として
InGaP *活性層5としてGaAsP +第2クラ
ッドN7としてInGaPを用いる。バッファ層2は。
GaAs基板1と、それより格子定数の小さいInGa
P第1クラフト層3との間に生じる格子不整合を緩和し
、かつそれによって生じた転位が成長方向に伝搬するの
を防ぐために設けられたもので。
In、lGa、XPの組成をステップ状に変化させて格
子定数が平均的にGaAs基板1からInGaP第1ク
ラッド層3へ移るよう形成された歪超格子であり、格子
定数の違いによる歪みはそこで吸収される。
かかる構造により、A1を含まない混晶系で波長650
nmの発光を実現している。
しかし、従来のInGaP第1クラフト層/GaAsP
活性層/InGaP第2クラッド層なる組合わせのダブ
ルへテロ接合レーザでは、各層間の格子整合をとるよう
に組成が制限されるため、第1及び第2クラッド層と活
性層の禁制帯幅の差が0.3 eV程度となり、それ以
前のAIを含むA11nP第1クラッド層/AlGa1
nP活性層/AIInP第2クラフト層なる組合わせの
ダブルへテロ接合レーザにくらべて禁制帯幅の差が小さ
かった。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、 AIを含まない系を使用する従来の半導体発
光装置ではレーザ発振時に注入されたキャリヤが活性層
からクラッド層へオーバーフローして発光に有効に働か
ず2発光効率を低下させ、闇値電流密度を増加させると
いった問題があった。
本発明は活性層とクラッド層の禁制帯幅の差が小さいこ
とに起因するキャリヤのオーバーフローを抑え1発光効
率を上げ閾値電流密度を下げることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明の半導体発光装置である。第1図におい
て、1は半導体基板、2はバッファ層。
3は第1クラツド層、4は第1バリア層、5は活性層、
6は第2バリア層、7は第2クラッド層。
8は絶縁層、9及びlOは電極を表す。
〔1〕一導電型の第1クラツド層3.一導電型の第1バ
リア層4.活性層59反対導電型の第2バリア層61反
対導電型の第2クラッド層7がこの順に積層された積層
構造を含み、該第1バリア層の禁制帯幅は該第1クラフ
ト層の禁制帯幅より大きく、該第2バリア層の禁制帯幅
は該第2クラフト層の禁制帯幅より大きい半導体発光装
置、及び〔2〕第1クラッド層3及び第1バリア層4を
一導電型のInGaP 、活性層5をGaAsP 、第
2バリア層6及び第2クラフト層7を反対導電型のIn
GaPとする前記〔1〕記載の半導体発光装置により上
記課題は解決される。
〔作用〕
活性層5に注入されたキャリヤを第1クラフト層3及び
第2クラッド層7ヘオーバーフローさせないために該活
性層と該クラフト層の間に該クラッド層の禁制帯幅より
も大きい禁制帯幅を持つ層をバリア層として挿入する。
該バリア層として、該クラフト層と該活性層の両者に格
子整合し且つ禁制帯幅の大きいAIGaInP四元系の
層を挿入することができればよいのであるが1通常用い
る液相成長法や有機金属気相成長(MOCVD)法で成
長する際、 AIが酸化して良質のAIGaInPを成
長するのが難しい。
本発明はIr+GaPクラフト層とGaAsP活性層の
間に該クラフト層よりも格子定数が小さく該クラッド層
よりも禁制帯幅の大きいInGaPバリア層を挿入する
ことによりキャリヤの該クラッド層へのオーバーフロー
を防ぐ。
第2図に第1クラフト層3から第2クラッド層7に至る
エネルギー帯と格子定数の推移を示す。
第2図において、Eはエネルギー、3,4,5゜6.7
はそれぞれ、第1クラツド層3.第1バリア層4.活性
層5.第2バリア層6.第2クランド層7の部分の禁制
帯、Ec、EF、Evはそれぞれ、伝導帯下端のエネル
ギー、フェルミエネルギー、価電子帯上端のエネルギー
を表し、aは格子定数、 (Δa / a )は格子不
整合度を表す。
第2図に見るように第1バリア層4があるために、活性
層5に注入されるホールが第1クラフト層3にオーバー
フローすることが阻止され、一方。
第2バリア層6があるために、活性層5に注入される電
子が第2クラッド層7にオーバーフローすることが阻止
される。
第1バリア層4の格子定数は第1クラッド層3及び活性
層5の格子定数と異なり、また、第2バリア層6の格子
定数は第2クラフトN7及び活性N5の格子定数と異な
るので格子不整合によるミスフィツト転位が発生する可
能性があるが、格子不整合度(Δa / a )と該バ
リア層の厚さを適当に選ぶことによりミスフィツト転位
の発生を防ぐようにする。
かくして第1クラッド層3及び活性N5と格子整合した
第1バリア層4と、第2クラッド層7及び活性N5と格
子整合した第2バリアN6は活性層5中に注入されたキ
ャリヤが第1クラッド層3及び第2クラフト層7ヘオー
バーフローしようとする時それを阻止する壁として働き
2発光効率の低下を防ぎ、閾値電流密度を下げる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例について説明する。
Stをドープした(100) GaAs基板1上に有機
金属気相成長法により第1図に示す構造のバッファ層2
から第2クラフト層7までの層を積層する。
°各層の材料、膜厚、ドーパント、キャリヤ濃度。
格子定数(d)、禁制帯幅(Eg )を下に示す。
符号         材料   膜厚1、半導体基板
   GaAs     3509m2、バッファ層 
  In、 Ga、XP  6B00人(超格子構造)
  (x =0.23〜0.55)(17層、各400
人) 3、第1クラッド層 InXGa、、P(x=0.28
)  1.5μ曙 4、第1バリア層 −InxGa、P (x=0.15)  400人 5、活性層     GaAsx P 、−x(x −
0,58)  0.2 pta6o第2バリア層  I
nXGa、P (x=o、15)  400人 7、第2クラツドii  Inx Ga=、P(x=0
.28)  1.5μ隋 符号      ドーパント キャリヤ濃度(am −
3) 1、半導体基板   Si   (n)IXIO”2、
バッファ層   −(n) 3、第1クラフト層 Si   (n)5xlO”4、
第1バリア層  Si   (n)5xlQ”5、活性
層         (n)IXIO”6、第2バリア
層  Zn   (p)5X10”7、第2クラッド層
 Zn   (p)5X10”符号        格
子定数 禁制帯幅d (人)   Eg  (eV) 1、半導体基板   5.6533   1.422、
バッファ層   5.6816〜5.54593、第1
クラッド層 5.56B5   2,224、第1バリ
ア層  5.5120   2.475、活性層   
  5.5685   1.946、第2バリア層  
5.5120   2.477、第2クラフト層 5.
5685   2.22バッファ層2はInGaP /
InGaPの歪超格子で。
平均の格子定数がGaAs基板1側から第1クラッド層
3側へ徐々にマイナス側へずれるように各層の組成をス
テップ状に変化させる。
第2クラッド層7までの積層構造を形成した後。
第2クラッド層7の上を絶縁層8で覆い、電極部に窓開
けして電極9を形成する。半導体基板1の下にもう一方
の電極10を形成する。
かかる構造の半導体発光装置の発振波長は639nmで
あった。活性層5と第1バリア層4.及び活性層5と第
2バリア層6の禁制帯幅の差はどちらも530 meV
であり、−この値は従来の第1バリア層4及び第2バリ
ア層6のない場合の活性層5と第1クラツド層3.及び
活性層5と第2クラッド層7の禁制帯幅の差(280m
eV)と比較して250meVはど大きい。それゆえ、
活性層5から第1クラッド層3及び第2クラッド層7へ
のキャリヤのオーバーフローは阻止されて9発光効率が
向上し闇値電流密度が低下する。
〔発明の効果〕
以上説明した様に1本発明によれば、キャリヤのオーバ
ーフローを抑えて発光効率を上げ、閾値電流密度を下げ
て特性のよい可視光レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体発光装置の断面構造。 第2図はエネルギー帯と格子定数。 第3図は従来の半導体発光装置の断面構造である。図に
おいて。 1は半導体基板。 2はバッファ層。 3は第1クラッド層。 4は第1バリア層。 5は活性層。 6は第2バリア層。 7は第2クラッド層。 8は絶縁層。 9及び10は電極 /1極 升・灸B月の′″?専イ!−溌ヲ1蓼j」の餌向屓片造
1、半 1 は エネルA゛′−光ヒ字・δ−子足裏丸 事 2 ■

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔1〕一導電型の第1クラッド層(3)、一導電型の第
    1バリア層(4)、活性層(5)、反対導電型の第2バ
    リア層(6)、反対導電型の第2クラッド層(7)がこ
    の順に積層された積層構造を含み、該第1バリア層の禁
    制帯幅は該第1クラッド層の禁制帯幅より大きく、該第
    2バリア層の禁制帯幅は該第2クラッド層の禁制帯幅よ
    り大きいことを特徴とする半導体発光装置。 〔2〕第1クラッド層(3)及び第1バリア層(4)を
    一導電型のInGaP、活性層(5)をGaAsP、第
    2バリア層(6)及び第2クラッド層(7)を反対導電
    型のInGaPとすることを特徴とする請求項1記載の
    半導体発光装置。
JP9251088A 1988-04-14 1988-04-14 半導体発光装置 Pending JPH01264287A (ja)

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