JPH02106082A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH02106082A JPH02106082A JP63259067A JP25906788A JPH02106082A JP H02106082 A JPH02106082 A JP H02106082A JP 63259067 A JP63259067 A JP 63259067A JP 25906788 A JP25906788 A JP 25906788A JP H02106082 A JPH02106082 A JP H02106082A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は高い発光効率を有する発光ダイオードあるいは
半導体レーザ等の半導体発光素子、特に分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）法あるいは有機金属気層成長（ＭＯ−ＣＶ
Ｄ）法によって半導体混晶基板に高い発光効率の発光層
を容易に形成可能な半導体発光素子に関するものである
。
半導体レーザ等の半導体発光素子、特に分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）法あるいは有機金属気層成長（ＭＯ−ＣＶ
Ｄ）法によって半導体混晶基板に高い発光効率の発光層
を容易に形成可能な半導体発光素子に関するものである
。
［従来の技術］
近年における光通信技術と光情報処理技術は各種の技術
分野において中心的な役割を果たすようになってきてお
り、光ファイバを用いたデジタル光通信はデータ通信密
度の飛躍的な増大を可能とし、また光ディスク、レーザ
プリンタ等として広範囲に実用化されている光情報処理
分野においてもその応用分野を著しく拡大している。
分野において中心的な役割を果たすようになってきてお
り、光ファイバを用いたデジタル光通信はデータ通信密
度の飛躍的な増大を可能とし、また光ディスク、レーザ
プリンタ等として広範囲に実用化されている光情報処理
分野においてもその応用分野を著しく拡大している。
このような光技術における主導的な役割を果たすのが発
光源としての発光ダイオードあるいは半導体レーザであ
る。
光源としての発光ダイオードあるいは半導体レーザであ
る。
特に、レーザ技術は近年の光技術におけるあらゆる分野
の発展を促す重要な役割を果たしており、このようなレ
ーザ発振器の中でも気体レーザや固体レーザに代わる近
年の半導体レーザは供給電流の変化のみでレーザ光の出
力を精密に制御し、かつ小型堅牢であり、長寿命な特性
から他の気体レーザあるいは固体レーザでは実現できな
かった応用分野を開くために極めて有益である。
の発展を促す重要な役割を果たしており、このようなレ
ーザ発振器の中でも気体レーザや固体レーザに代わる近
年の半導体レーザは供給電流の変化のみでレーザ光の出
力を精密に制御し、かつ小型堅牢であり、長寿命な特性
から他の気体レーザあるいは固体レーザでは実現できな
かった応用分野を開くために極めて有益である。
このような発光ダイオードあるいは半導体レーザで代表
される半導体発光素子は、従来の半導体材料としてのシ
リコン半導体結晶から近年の半導体混晶材料の導入によ
って新たな局面を展開している。
される半導体発光素子は、従来の半導体材料としてのシ
リコン半導体結晶から近年の半導体混晶材料の導入によ
って新たな局面を展開している。
特に、半導体レーザにおいては、半導体混晶Ａｊ！Ｇａ
Ａｓの導入によってその進歩が著しく促進された。
Ａｓの導入によってその進歩が著しく促進された。
周知の如く、半導体発光素子における一般的な発光原理
は注入励起により行われ、基板内に設けられたｐｎ接合
に順方向に電流を流すことでｐｎ接合近傍の領域を励起
して再結合発光を行い、この発光をそのまま用いれば発
光ダイオードとして、またこれをレーザ発振させれば半
導体レーザとして用いることができる。
は注入励起により行われ、基板内に設けられたｐｎ接合
に順方向に電流を流すことでｐｎ接合近傍の領域を励起
して再結合発光を行い、この発光をそのまま用いれば発
光ダイオードとして、またこれをレーザ発振させれば半
導体レーザとして用いることができる。
従って、高い発光効率の半導体発光素子を得るためには
、前述した基板内におけるｐｎ接合発光領域を如何に製
造するかが極めて重要な問題となる。
、前述した基板内におけるｐｎ接合発光領域を如何に製
造するかが極めて重要な問題となる。
従来において、このような基板に設けられるｐｎ接合の
発光領域はエピタキシャル°成長あるいは化′学気相蒸
着法によって行われており、以下に、半導体レーザを例
に従来の技術を説明する。
発光領域はエピタキシャル°成長あるいは化′学気相蒸
着法によって行われており、以下に、半導体レーザを例
に従来の技術を説明する。
第３図には従来における一般的なダブルへテロ接合レー
ザの構造が示されており、Ｇａ Ａｓ半導体混晶からな
る基板１０にクラツド層１２２発光層（活性層）１４．
クラッド層１６．キャップ層１８が形成され、基板側お
よびキャップ側にそれぞれ設けられた電極２０．２２か
ら半導体レーザに電流を供給することにより、両クラッ
ド層１２゜１６でサンドイッチされた発光層１４へ注入
励起された電子および正孔にて発光作用が行われる。
ザの構造が示されており、Ｇａ Ａｓ半導体混晶からな
る基板１０にクラツド層１２２発光層（活性層）１４．
クラッド層１６．キャップ層１８が形成され、基板側お
よびキャップ側にそれぞれ設けられた電極２０．２２か
ら半導体レーザに電流を供給することにより、両クラッ
ド層１２゜１６でサンドイッチされた発光層１４へ注入
励起された電子および正孔にて発光作用が行われる。
周知のごとく、前記クラッド層１２．１６によってサン
ドイッチされた発光層１４はダブルへテロ接合を形成し
ている。
ドイッチされた発光層１４はダブルへテロ接合を形成し
ている。
半導体レーザとして用いる場合、前記発光層１４は電子
および正孔からなる注入キャリアを発光素子のバンドギ
ャップによって閉じ込め、この注入キャリアの閉じ込め
効果によってず菫かな電流で光の増幅、発振に必要な高
い利得を発光層１４内で与えることができる。
および正孔からなる注入キャリアを発光素子のバンドギ
ャップによって閉じ込め、この注入キャリアの閉じ込め
効果によってず菫かな電流で光の増幅、発振に必要な高
い利得を発光層１４内で与えることができる。
また、発光層１４は、光学的にその両側のクラッド１２
．１６と組成の違いによる異なる屈折率を保持し、この
為に、光は屈折率の高い発光層１４内に閉じ込められる
いわゆる光閉じ込め効果を果たし、この結果、光の強い
増幅作用を与えることが可能となる。
．１６と組成の違いによる異なる屈折率を保持し、この
為に、光は屈折率の高い発光層１４内に閉じ込められる
いわゆる光閉じ込め効果を果たし、この結果、光の強い
増幅作用を与えることが可能となる。
このようにして、従来のダブルへテロ接合半導体レーザ
は前述した注入キャリア閉じ込め効果及び光閉じ込め効
果にて高い発光効率を得ているが、近年の単結晶成長技
術の進歩は更にこのような発光層に改良を与えている。
は前述した注入キャリア閉じ込め効果及び光閉じ込め効
果にて高い発光効率を得ているが、近年の単結晶成長技
術の進歩は更にこのような発光層に改良を与えている。
すなわち、近年の分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法あるい
は有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法等を用いれば、
１０Å以下の極めて薄いエピタキシャル成長層を可能と
している。
は有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法等を用いれば、
１０Å以下の極めて薄いエピタキシャル成長層を可能と
している。
従って、従来の液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法で
は、製作が困難であった極薄膜を用いた成長層にて前述
した発光層を得ることが可能となり、この結果、量子効
果を利用した半導体発光素子の改善を可能としている。
は、製作が困難であった極薄膜を用いた成長層にて前述
した発光層を得ることが可能となり、この結果、量子効
果を利用した半導体発光素子の改善を可能としている。
前記量子効果を利用する代表例として量子井戸（Ｑｕａ
ｎｔｕａ＋ Ｗｅｌｌ）レーザが知られており、第４図
には、この量子井戸レーザの発光領域が示されている。
ｎｔｕａ＋ Ｗｅｌｌ）レーザが知られており、第４図
には、この量子井戸レーザの発光領域が示されている。
第４図において、発光領域１４はその拡大図から明らか
な如く、発光層３０とこれに隣接した光閉じ込め層３２
．３４からなり、前記発光層３０は１００〜２００人の
層厚を有し、隣接する光閉じ込め層３２．３４と共に活
性領域を形成する。
な如く、発光層３０とこれに隣接した光閉じ込め層３２
．３４からなり、前記発光層３０は１００〜２００人の
層厚を有し、隣接する光閉じ込め層３２．３４と共に活
性領域を形成する。
このように、極薄い発光層３０を形成すると、この発光
層３０は量子井戸となり、この発光層３０中に量子化閉
じ込め効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆ’ｌｎｅｍａｎ
ｔ ｆＥｒｌ’ｃｃｔ）を生じさせ、従来は発光層内に
おいて３次元的に自由な運動をしていたキャリアは、こ
の量子井戸では発光層３０の層厚がキャリアの運動を規
制するまで薄くなっているので、２次元方向にしか動く
ことができず、実質的に、第４図の矢印１００で示ずご
とく、レーザの発振方向を含む平面にしか移動すること
ができず、層厚方向の動きが規制されてしまう。
層３０は量子井戸となり、この発光層３０中に量子化閉
じ込め効果（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｎｆ’ｌｎｅｍａｎ
ｔ ｆＥｒｌ’ｃｃｔ）を生じさせ、従来は発光層内に
おいて３次元的に自由な運動をしていたキャリアは、こ
の量子井戸では発光層３０の層厚がキャリアの運動を規
制するまで薄くなっているので、２次元方向にしか動く
ことができず、実質的に、第４図の矢印１００で示ずご
とく、レーザの発振方向を含む平面にしか移動すること
ができず、層厚方向の動きが規制されてしまう。
従って、この量子化閉じ込め効果により、発光効率を著
しく改善することができ、また、この結果、しきい値電
流の低減、過渡応答特性の改潜等の利点が得られる。
しく改善することができ、また、この結果、しきい値電
流の低減、過渡応答特性の改潜等の利点が得られる。
このような量子井戸レーザに関しては、下記文献に詳述
されている。
されている。
Ｎ、 Ｔ、 Ｔｓａｎｇ ”Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒｓ ａｎｄ Ｓｅｍｌｍｃｔａｌｓ ｖｏｌ、２
４．Ｃｈａｐ、７．ｃｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｒ，に、νＩ
Ｉ １ａｒｄｓｏｎａｎｄ Ａ、Ｃ，Ｂｅｅｒ （
Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ） １９８７゜第４図
において、注入キャリア自体は発光層３０内に量子化閉
じ込めされ、前述した高い効率の発光作用を行うが、一
方において、この発光はそれ自体の波長が発光層３０の
厚みより大きいために、光そのものは発光層３０からは
みだし、この第４図における発光レベル特性１０２を閉
じ込めるために、前記隣接する光閉じ込め層３２．３４
が設けられている。
ｏｒｓ ａｎｄ Ｓｅｍｌｍｃｔａｌｓ ｖｏｌ、２
４．Ｃｈａｐ、７．ｃｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｒ，に、νＩ
Ｉ １ａｒｄｓｏｎａｎｄ Ａ、Ｃ，Ｂｅｅｒ （
Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ） １９８７゜第４図
において、注入キャリア自体は発光層３０内に量子化閉
じ込めされ、前述した高い効率の発光作用を行うが、一
方において、この発光はそれ自体の波長が発光層３０の
厚みより大きいために、光そのものは発光層３０からは
みだし、この第４図における発光レベル特性１０２を閉
じ込めるために、前記隣接する光閉じ込め層３２．３４
が設けられている。
以上の結果、発光層３０に量子化閉じ込めされたキャリ
アからの発光は、特性１０２で示されるごとく、はぼ光
閉じ込め層３２．３４内に閉じ込められ、これによって
、半導体レーザあるいは発光ダイオードによる効率の高
い発光作用が得られる。
アからの発光は、特性１０２で示されるごとく、はぼ光
閉じ込め層３２．３４内に閉じ込められ、これによって
、半導体レーザあるいは発光ダイオードによる効率の高
い発光作用が得られる。
第４図の符号１０４にて示される特性は、ＧａＡｓ半導
体混晶基板を用いた場合で発光領域近傍におけるアルミ
組成分布を示す。
体混晶基板を用いた場合で発光領域近傍におけるアルミ
組成分布を示す。
図から明らかな如く、前記光閉じ込め層３２゜３４は少
なくともその一部に傾斜組成層を有し、これによって、
発光領域周囲のクラッド層１２゜１６と発光層３０との
間が連続的な組成変化として接続される。
なくともその一部に傾斜組成層を有し、これによって、
発光領域周囲のクラッド層１２゜１６と発光層３０との
間が連続的な組成変化として接続される。
前述した傾斜組成層を含んだ量子井戸レーザの従来装置
としてはＧａＡｓ系ＧＲＩＮ−８ＣＨ（Ｇｒａｄｅｄ
Ｉｎｄｅｘ ５ｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎ１’ｉｎｅｍｏ
ｎｔ ） レーザが公知である。
としてはＧａＡｓ系ＧＲＩＮ−８ＣＨ（Ｇｒａｄｅｄ
Ｉｎｄｅｘ ５ｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎ１’ｉｎｅｍｏ
ｎｔ ） レーザが公知である。
第５図にはこの従来におけるＧａＡｓ半導体レーザの発
光領域におけるＡ、９混晶比分布の設計の一例が示され
ており、これは第４図の分布と同一であり、単に９０度
回転して示したものである。
光領域におけるＡ、９混晶比分布の設計の一例が示され
ており、これは第４図の分布と同一であり、単に９０度
回転して示したものである。
また、図において、横軸は半導体混晶の厚み方向を示し
、縦軸は前述したアルミ混晶比分布であるが、実際上は
、この縦軸分布特性はバンドギャップそのものと極めて
一致している。
、縦軸は前述したアルミ混晶比分布であるが、実際上は
、この縦軸分布特性はバンドギャップそのものと極めて
一致している。
以下にこの傾斜組成層を含んだ発光領域の具体的な製造
方法を従来の分子線エピタキシ（ＭＢＣ）法にて説明す
る。
方法を従来の分子線エピタキシ（ＭＢＣ）法にて説明す
る。
半導体混晶基板としてｎ−ＧａＡｓを用いたとき、クラ
ッド層２０１にはｎ Ａ ｊ！ ｏ 、 ５Ｇ ａ
ｏ 、 ５Ａｓ層が成長される。周知のごとく、前記分
子線エピタキシ法によれば、真空容器内に加熱状態にお
かれたＧａ Ａｓ基板に同じ真空容器中に設けられたＡ
ｊ！、Ｇａ、Ａｓ金属セルの加熱によって、基板上への
蒸着を所定の混合比で行い、この混合比を制御するため
に、各金属の加熱状態が適当な制御例えばＰＩＤ制御に
よって行われている。
ッド層２０１にはｎ Ａ ｊ！ ｏ 、 ５Ｇ ａ
ｏ 、 ５Ａｓ層が成長される。周知のごとく、前記分
子線エピタキシ法によれば、真空容器内に加熱状態にお
かれたＧａ Ａｓ基板に同じ真空容器中に設けられたＡ
ｊ！、Ｇａ、Ａｓ金属セルの加熱によって、基板上への
蒸着を所定の混合比で行い、この混合比を制御するため
に、各金属の加熱状態が適当な制御例えばＰＩＤ制御に
よって行われている。
前述したクラッド層１２の成長に引き続いて、以下順次
傾斜組成層からなる光閉じ込め層３２゜発光層３０．光
閉じ込め層３４．そしてクラッド層１６が成長形成され
、勿論、半導体レーザとして用いる場合、これに図示し
てはいないが、キャップ層が連続的に成長形成されるこ
とは勿論である。
傾斜組成層からなる光閉じ込め層３２゜発光層３０．光
閉じ込め層３４．そしてクラッド層１６が成長形成され
、勿論、半導体レーザとして用いる場合、これに図示し
てはいないが、キャップ層が連続的に成長形成されるこ
とは勿論である。
前記傾斜組成層を含む光閉じ込め層３２は前記クラッド
層１２を成長した後に８１セルシヤツタを閉じるととも
に、傾斜組成層の成長に従って、徐々にＡｉミセル度を
下げてアンドープＧＲＩＮ傾斜組成領域を成長させて行
う。
層１２を成長した後に８１セルシヤツタを閉じるととも
に、傾斜組成層の成長に従って、徐々にＡｉミセル度を
下げてアンドープＧＲＩＮ傾斜組成領域を成長させて行
う。
次に、量子井戸である発光層３０を得るため、Ａ１セル
シャッタを閉じ、アンドープＧａＡｓ量子井戸層を成長
させ得る。
シャッタを閉じ、アンドープＧａＡｓ量子井戸層を成長
させ得る。
光閉じ込め層３４は、再びＡＪ！シャルシャッタを開く
とともに、Ａ！セルの温度を徐々に上昇することによっ
てアンドープＧＲＩＮ領域を成長させる。
とともに、Ａ！セルの温度を徐々に上昇することによっ
てアンドープＧＲＩＮ領域を成長させる。
更に、クラッド層１６は、Ｂｅセルシャッタを開いてｐ
−Ａ１ Ｇａ Ａｓを成長させる。
−Ａ１ Ｇａ Ａｓを成長させる。
０．５ ０．５
従って、前述した成長過程において、各セルシャッタの
開閉とＡＪｌセル温度の制御によって分子線エピタキシ
法により容易に所望の成長層を得ることができる。
開閉とＡＪｌセル温度の制御によって分子線エピタキシ
法により容易に所望の成長層を得ることができる。
［発明が解決しようとする課題］
以上のようにして、従来のＧａ Ａｓ基板に対する発光
領域の成長が可能であるが、前述したＡｌ１組成分布は
実際上各種の要因によって第４図の理想分布特性からず
れが生じてしまうという問題があった。
領域の成長が可能であるが、前述したＡｌ１組成分布は
実際上各種の要因によって第４図の理想分布特性からず
れが生じてしまうという問題があった。
このような誤差要因は、主として、各金属セルの熱容量
に起因し、ＰＩＤ制御によって温度変化制御を行った場
合においても、前記熱容量による制御の時間遅れが生じ
、第５図の鎖線で示されるごとく、傾斜組成領域の成長
開始部３２ａ、３４ａにおいては、所望の特性から遅れ
たずれが生じるという問題があった。
に起因し、ＰＩＤ制御によって温度変化制御を行った場
合においても、前記熱容量による制御の時間遅れが生じ
、第５図の鎖線で示されるごとく、傾斜組成領域の成長
開始部３２ａ、３４ａにおいては、所望の特性から遅れ
たずれが生じるという問題があった。
また、傾斜組成領域の終端では、温度上昇の場合のオー
バーシュートあるいは温度下降の場合のアンダーシュー
トが生じ、図においては、光閉じ込め層３４からクラッ
ド層１６へ移行した直後にＡｉミセル度のオーバーシュ
ートのために鎖線３４ｂで示されるずれが生じる。
バーシュートあるいは温度下降の場合のアンダーシュー
トが生じ、図においては、光閉じ込め層３４からクラッ
ド層１６へ移行した直後にＡｉミセル度のオーバーシュ
ートのために鎖線３４ｂで示されるずれが生じる。
これらのずれは、いずれもＡＪ２混晶比にスパイクノイ
ズ特性を与え、アルミ組成分布あるいはバンドギャップ
特性が第５図の理想的な実線から実際の鎖線特性に変化
してしまうという問題がある。
ズ特性を与え、アルミ組成分布あるいはバンドギャップ
特性が第５図の理想的な実線から実際の鎖線特性に変化
してしまうという問題がある。
前記傾斜組成の終端は、光閉じ込め層３２においても生
じる筈であるが、実際上は、発光層３０を形成する量子
井戸を作る際には、Ａｉミセルシャッタ完全に閉じて量
子化井戸成長に移行するので、前述したオーバーシュー
トは生じていない。
じる筈であるが、実際上は、発光層３０を形成する量子
井戸を作る際には、Ａｉミセルシャッタ完全に閉じて量
子化井戸成長に移行するので、前述したオーバーシュー
トは生じていない。
従って、図示した従来例とは異なり、ＧＲＩＮ領域から
一定のＡ、ｉ！混晶比例えば、Ａｊ！、２Ｇａ。２ＡＳ
の発光層を成長しようとすると、この成長開始部分にＡ
Ｊｌ混晶比のデイツプが形成されてしまうこととなる。
一定のＡ、ｉ！混晶比例えば、Ａｊ！、２Ｇａ。２ＡＳ
の発光層を成長しようとすると、この成長開始部分にＡ
Ｊｌ混晶比のデイツプが形成されてしまうこととなる。
以上のように、従来のＧａ Ａｓ基板による半導体発光
素子に、傾斜組成層を持った発光領域を成長させると、
組成変化の滑らかでない部分において組成が予期した値
からずれることが理解される。
素子に、傾斜組成層を持った発光領域を成長させると、
組成変化の滑らかでない部分において組成が予期した値
からずれることが理解される。
そして、このような組成のずれは、半導体混晶において
、格子乗数の変化を生じさせるという問題があった。
、格子乗数の変化を生じさせるという問題があった。
しかしながら、従来の一般的な半導体レーザはその素材
となる半導体混晶がＧａ Ａｓ混晶からなり、このＧａ
Ａｓはその組成中のＡｓに対するＡノ、又はＧａの比
率を変化させることによって所望のバンドギャップを得
ており、前記第５図に示されるごときＡＪ１組成比率が
低下するとバンドギャップも低い値となるように制御さ
れている。そして、このＧａ Ａｓは、前記混合比を変
化するＡＪｌＡｓとＧａ Ａｓとの格子定数が近似して
おり、この為に、第５図の鎖線のごとく、所望の傾斜組
成が得られた場合においても、その熱容量によるずれに
て生じる変動も、前述したごとく、Ｇａ ＡｓからＡｊ
！Ａｓに至る全てのＡ１組成比の変化幅において、格子
定数がほぼ一定であることから、基板と各成長層との格
子整合が比較的層れに＜＜、第５図鎖線の変動あるいは
ずれが生じた場合においても格子定数が変化することが
なく、実用上のレベルではある程度使用可能であった。
となる半導体混晶がＧａ Ａｓ混晶からなり、このＧａ
Ａｓはその組成中のＡｓに対するＡノ、又はＧａの比
率を変化させることによって所望のバンドギャップを得
ており、前記第５図に示されるごときＡＪ１組成比率が
低下するとバンドギャップも低い値となるように制御さ
れている。そして、このＧａ Ａｓは、前記混合比を変
化するＡＪｌＡｓとＧａ Ａｓとの格子定数が近似して
おり、この為に、第５図の鎖線のごとく、所望の傾斜組
成が得られた場合においても、その熱容量によるずれに
て生じる変動も、前述したごとく、Ｇａ ＡｓからＡｊ
！Ａｓに至る全てのＡ１組成比の変化幅において、格子
定数がほぼ一定であることから、基板と各成長層との格
子整合が比較的層れに＜＜、第５図鎖線の変動あるいは
ずれが生じた場合においても格子定数が変化することが
なく、実用上のレベルではある程度使用可能であった。
しかしながら、一般の混晶半導体においては、組成変化
によって格子定数に変化が生じるので、前述したＧａ
Ａｓのような特殊な混晶素材しか半導体発光素子に用い
ることができないという問題があった。
によって格子定数に変化が生じるので、前述したＧａ
Ａｓのような特殊な混晶素材しか半導体発光素子に用い
ることができないという問題があった。
勿論、このＡｊ！ＧａＡｓにおいてさえ、前述した熱容
量による所望の分布特性からのずれはできるだけ除去さ
れることが望ましい。
量による所望の分布特性からのずれはできるだけ除去さ
れることが望ましい。
一般の混晶半導体において、基板との間あるいは成長層
内部において前述した組成のずれが生じると、これは層
内部において歪みを発生し、この結果、格子不整合によ
る欠陥が生じたり、あるいは歪みのある格子の場合、こ
の歪みエネルギー力と電流及び発光エネルギーとが重畳
して発光素子自体を急速に劣化させるという問題があっ
た。
内部において前述した組成のずれが生じると、これは層
内部において歪みを発生し、この結果、格子不整合によ
る欠陥が生じたり、あるいは歪みのある格子の場合、こ
の歪みエネルギー力と電流及び発光エネルギーとが重畳
して発光素子自体を急速に劣化させるという問題があっ
た。
通常、このような格子不整合を例えば０．１％以下に押
さえるために、成長層での組成のずれは１％程度に許容
しなければならず、このような微少な許容値内で組成を
コントロールすることは極めて困難であった。
さえるために、成長層での組成のずれは１％程度に許容
しなければならず、このような微少な許容値内で組成を
コントロールすることは極めて困難であった。
一般の半導体混晶において、前述した格子乗数を組成変
化に対しても安定に保つためには、組成比を特定の比率
に保てばよいことが知られており、例えばＧａＡｓ基板
に格子整合する（Ａｌｌ Ｇａ） Ｉｎ
Ｐを考える場合、（Ａｌｌ Ｇ１−ｘ Ｏ，５０，
５ｘ ａｌ−ｘ）とＩｎとの比率を１＝１に保てば、組成変化
によっても格子定数が変化しない積層構造を得ることが
可能である。同様に、例えばＩｎＰ２！板に（Ａ、ｅＧ
ａ ） Ｉｎ Ａｓを格子ｘ
１−ｘ Ｏ，４８０，５２整合する場合にも、この
ＡｌｌとＧａの和とＩｎとの組成比を０．４８：０．５
２に保つことによって前述した一定の格子乗数を得るこ
とが可能となる。
化に対しても安定に保つためには、組成比を特定の比率
に保てばよいことが知られており、例えばＧａＡｓ基板
に格子整合する（Ａｌｌ Ｇａ） Ｉｎ
Ｐを考える場合、（Ａｌｌ Ｇ１−ｘ Ｏ，５０，
５ｘ ａｌ−ｘ）とＩｎとの比率を１＝１に保てば、組成変化
によっても格子定数が変化しない積層構造を得ることが
可能である。同様に、例えばＩｎＰ２！板に（Ａ、ｅＧ
ａ ） Ｉｎ Ａｓを格子ｘ
１−ｘ Ｏ，４８０，５２整合する場合にも、この
ＡｌｌとＧａの和とＩｎとの組成比を０．４８：０．５
２に保つことによって前述した一定の格子乗数を得るこ
とが可能となる。
しかしながら、所望の傾斜素材特性を得るために、Ａｌ
とＧａとの組成比即ちｘ：１−ｘそしてこれらの和とＩ
ｎとの組成比ｙ：１−Ｙの両者を精密に制御しながら発
光領域を成長させることは極めて困難であり、前述した
ごとく、このような精密な制御に更に熱容量による第７
図で示したごときずれが生じる場合には側底良好な組成
分布を得ることは不可能であった。従って、例えば第５
図の実線で示される理想的分布特性を得るための精密な
制御を行おうとしても、格子不整合が局部的に生じるこ
とを防止できず、格子欠陥などによる素子特性及び信頼
性の低下を招くという問題があった。
とＧａとの組成比即ちｘ：１−ｘそしてこれらの和とＩ
ｎとの組成比ｙ：１−Ｙの両者を精密に制御しながら発
光領域を成長させることは極めて困難であり、前述した
ごとく、このような精密な制御に更に熱容量による第７
図で示したごときずれが生じる場合には側底良好な組成
分布を得ることは不可能であった。従って、例えば第５
図の実線で示される理想的分布特性を得るための精密な
制御を行おうとしても、格子不整合が局部的に生じるこ
とを防止できず、格子欠陥などによる素子特性及び信頼
性の低下を招くという問題があった。
上記従来の説明は、分子線エピタキシ法にて生長させた
従来のＧＲＩＮ−ＳＣＨ半導体レーザを示すが、他の例
えば有機金属多層成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法やその他の気
相成長法によって発光領域を成長させる場合においても
同様にマスフローコントローラ等によるガスの流量を変
化させてＧＲＩＮ領域を形成する際に設定流量と実際の
基板上のガス流量との間に応答の遅れが存在し、第５図
のごとき組成ずれが生じることを避けられなかった。
従来のＧＲＩＮ−ＳＣＨ半導体レーザを示すが、他の例
えば有機金属多層成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法やその他の気
相成長法によって発光領域を成長させる場合においても
同様にマスフローコントローラ等によるガスの流量を変
化させてＧＲＩＮ領域を形成する際に設定流量と実際の
基板上のガス流量との間に応答の遅れが存在し、第５図
のごとき組成ずれが生じることを避けられなかった。
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、傾斜組成領域を含む発光領域を持った半導体
発光素子において、傾斜組成領域及びその近傍の領域に
おける格子不整合を低減し、素子の特性及び信頼性を著
しく向上させることのできる改良された半導体発光素子
を提供することにある。
の目的は、傾斜組成領域を含む発光領域を持った半導体
発光素子において、傾斜組成領域及びその近傍の領域に
おける格子不整合を低減し、素子の特性及び信頼性を著
しく向上させることのできる改良された半導体発光素子
を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するために、本発明は、発光層に隣接し
て設けられ傾斜組成層を少なくともその一部に含む光閉
じ込め層が設けられている半導体発光素子において、前
記傾斜組成層の少なくとも一方の端縁に組成変化の厚み
に対する１次微分が連続的に変化する橋渡し層を設けた
ことを特徴とする。
て設けられ傾斜組成層を少なくともその一部に含む光閉
じ込め層が設けられている半導体発光素子において、前
記傾斜組成層の少なくとも一方の端縁に組成変化の厚み
に対する１次微分が連続的に変化する橋渡し層を設けた
ことを特徴とする。
［作用］
従って本発明によれば、傾斜組成層と他の層との組成変
化が極めて滑らかとなり、従来のように急激に変化する
部分がなくなるために、気相成長をするときの金属セル
の熱容量その他が存在する場合においても、この連続的
緩やかな組成変化により、従来のようなオーバーシュー
ト、アンダーシュート或いはデイツプなどを生じること
がなく、ＰＩＤ制御などによる組成のコントロールが極
めて容易になるという利点がある。
化が極めて滑らかとなり、従来のように急激に変化する
部分がなくなるために、気相成長をするときの金属セル
の熱容量その他が存在する場合においても、この連続的
緩やかな組成変化により、従来のようなオーバーシュー
ト、アンダーシュート或いはデイツプなどを生じること
がなく、ＰＩＤ制御などによる組成のコントロールが極
めて容易になるという利点がある。
従って、本発明によれば、金属セルの熱容量などによっ
て支配される不安定要因を確実に除去して、所望の組成
分布を正確にコントロールして、従来の単なるＡｌｌＧ
ａＡｓのみでなく、多種類の半導体混晶を発光素子に用
いることができるという利点がある。
て支配される不安定要因を確実に除去して、所望の組成
分布を正確にコントロールして、従来の単なるＡｌｌＧ
ａＡｓのみでなく、多種類の半導体混晶を発光素子に用
いることができるという利点がある。
［実施例］
以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。
第１図には本発明の第１実施例として示されたＡｊ！Ｇ
ａ１ｎＰ系半導体レーザの発光領域近傍の断面及びＡ１
組成分布を示す。
ａ１ｎＰ系半導体レーザの発光領域近傍の断面及びＡ１
組成分布を示す。
図において、ｎ−ＧａＡｓ基板（Ｓｉ−ＩＸＩ０１８ｃ
ｍ−３ドープ）５０上にはｎ−ＧａＡｓバッファ層（Ｓ
ｉ −１ｘ １０１８ｃｍ−３，厚さ０．３ μｍ）
５２が従来と同様の気相成長法によって形成されている
。
ｍ−３ドープ）５０上にはｎ−ＧａＡｓバッファ層（Ｓ
ｉ −１ｘ １０１８ｃｍ−３，厚さ０．３ μｍ）
５２が従来と同様の気相成長法によって形成されている
。
更に、このバッファ層５２の上には、
ｎ−（Ａ、ｅ Ｇａ ） Ｉｎ Ｐ（
ＳｌＯ，６０，４０，５０，５ −Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ１１ μｍ） クラブ）’ＪＷ
５４カ設けられ、引き続いてこのクラッド層５４の上に
後に詳述する発光領域５６が形成され、更にこの上にｐ
（ＡＪ２ Ｇａ ） Ｉｎ Ｐ（ＢＯ
，６０，４０，５０，５ θ＝ ５ Ｘ １０１７ｃｍ−”、 ０．８ μｍ）ク
ラッド層５８が形成され、前述の従来装置と同様に、両
クラッド層５４．５８と発光領域５６とによってダブル
へテロ接合が形成されている。
ＳｌＯ，６０，４０，５０，５ −Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ１１ μｍ） クラブ）’ＪＷ
５４カ設けられ、引き続いてこのクラッド層５４の上に
後に詳述する発光領域５６が形成され、更にこの上にｐ
（ＡＪ２ Ｇａ ） Ｉｎ Ｐ（ＢＯ
，６０，４０，５０，５ θ＝ ５ Ｘ １０１７ｃｍ−”、 ０．８ μｍ）ク
ラッド層５８が形成され、前述の従来装置と同様に、両
クラッド層５４．５８と発光領域５６とによってダブル
へテロ接合が形成されている。
更に、前記ｐ−クラッド層５８の上には、ｐ−Ｇａ
Ｉｎ Ｐ層６０ （Ｂｅ−ＩＸＩＯ１８０，５０
，５ ｃａｂ−３，０，１μｍ）及びｐ−ＧａＡｓキャップ層
６２ （Ｂｅ−５Ｘ１０１８ｃＩＢ−３，０，１μｍ）
が気相成長法によって形成されている。
Ｉｎ Ｐ層６０ （Ｂｅ−ＩＸＩＯ１８０，５０
，５ ｃａｂ−３，０，１μｍ）及びｐ−ＧａＡｓキャップ層
６２ （Ｂｅ−５Ｘ１０１８ｃＩＢ−３，０，１μｍ）
が気相成長法によって形成されている。
前述した発光領域５６は、従来と同様にその中央部にア
ンドープＧａ Ｉｎ Ｐｊｌ子井戸層０．５
０．５ （１５０人）からなる発光層（活性層）７０を含み、ま
たその両側に従来と同様のアンドープ（Ａｊ！ Ｇａ
） Ｉｎ Ｐ ＧＲＩＮ光ｘ １
−Ｘ Ｏ，５０，５ 閉じ込め層（０，２μｍ）７２．７４が設けられており
、これらの両光閉じ込め層７２．７４は共に傾斜組成層
を含み、実施例によれば、これらの傾斜組成層は符号７
６．７８にて示されている。
ンドープＧａ Ｉｎ Ｐｊｌ子井戸層０．５
０．５ （１５０人）からなる発光層（活性層）７０を含み、ま
たその両側に従来と同様のアンドープ（Ａｊ！ Ｇａ
） Ｉｎ Ｐ ＧＲＩＮ光ｘ １
−Ｘ Ｏ，５０，５ 閉じ込め層（０，２μｍ）７２．７４が設けられており
、これらの両光閉じ込め層７２．７４は共に傾斜組成層
を含み、実施例によれば、これらの傾斜組成層は符号７
６．７８にて示されている。
本発明において特徴的なことは、前記発光層７０に隣接
する光閉じ込め層７２あるいは７４の傾斜組成層７６あ
るいは７８に対して、その少なくとも一方の端縁には組
成変化の厚みに対する一次微分が連続的に変化する橋渡
し層を設けたことにあり、実施例において、この橋渡し
層は前記両傾斜組成層７６．７８の両端に設けられ、傾
斜組成層７６に対しては符号８０．８２で、また傾斜組
成層７８に対しては符号８４．８６にて橋渡し層が示さ
れている。
する光閉じ込め層７２あるいは７４の傾斜組成層７６あ
るいは７８に対して、その少なくとも一方の端縁には組
成変化の厚みに対する一次微分が連続的に変化する橋渡
し層を設けたことにあり、実施例において、この橋渡し
層は前記両傾斜組成層７６．７８の両端に設けられ、傾
斜組成層７６に対しては符号８０．８２で、また傾斜組
成層７８に対しては符号８４．８６にて橋渡し層が示さ
れている。
従って、この橋渡し層８０，８２，８４．８６によって
従来の急激な組成変化時に生じる組成の乱れを確実に除
去することが可能となる。
従来の急激な組成変化時に生じる組成の乱れを確実に除
去することが可能となる。
以下に、発光領域の気相成長作用を詳細に説明する。
クラッド層５４の成長後、気相成長装置における真空容
器内のＳｔセルのシャッタが閉じられ、Ａノセルの温度
をＰＩＤ制御によって低下させると同時にＧａセルの温
度を上昇させ、これによってＩｎに対するＡ！とＧａと
の合成の組成比を一定に保ったまま前記Ａ１とＧａ内で
の互いの組成比を変化させて光閉じ込め層７２を形成す
る。
器内のＳｔセルのシャッタが閉じられ、Ａノセルの温度
をＰＩＤ制御によって低下させると同時にＧａセルの温
度を上昇させ、これによってＩｎに対するＡ！とＧａと
の合成の組成比を一定に保ったまま前記Ａ１とＧａ内で
の互いの組成比を変化させて光閉じ込め層７２を形成す
る。
従って、このような組成比の関係を保つことにより、光
閉じ込め層７２内での格子をＧ ａ Ａ ｓ基板と格子
整合するようにその格子定数を一定に保つことができる
。
閉じ込め層７２内での格子をＧ ａ Ａ ｓ基板と格子
整合するようにその格子定数を一定に保つことができる
。
前述したように、本発明によれば、光閉じ込め層７２の
成長開始端縁には、橋渡し層８０が存在しており、この
橋渡し層８０では、Ａ１組成比の変化率、すなわち−次
微分が０から始まり傾斜領域層７６の一定値に至るよう
にこの変化率、すなわち−次微分が連続するような変化
を与えており、これによって、初期に定めた設定特性通
りのセル温度を通常のＰＩＤ制御等によって容易に得る
ことが可能となる。
成長開始端縁には、橋渡し層８０が存在しており、この
橋渡し層８０では、Ａ１組成比の変化率、すなわち−次
微分が０から始まり傾斜領域層７６の一定値に至るよう
にこの変化率、すなわち−次微分が連続するような変化
を与えており、これによって、初期に定めた設定特性通
りのセル温度を通常のＰＩＤ制御等によって容易に得る
ことが可能となる。
従って、従来の第５図で説明したごとき、傾斜組成開始
時における組成のずれを生じることなく設計通りの組成
比変化を得ることが可能となる。
時における組成のずれを生じることなく設計通りの組成
比変化を得ることが可能となる。
実施例において、傾斜組成層７６は一定の変化率を有し
、このような特性を実現するためには、単にＡ１組成を
リニヤに変えるのみで行われ、ＰＩＤ制御は極めて容易
である。
、このような特性を実現するためには、単にＡ１組成を
リニヤに変えるのみで行われ、ＰＩＤ制御は極めて容易
である。
また、実施例では、傾斜組成層７６の終端にも橋渡し層
８２が設けられており、前記始端の橋渡し層８０と同一
の原理でこれを逆極性にした組成変化特性がこの橋渡し
層３２に与えられており、徐々に組成変化率をＯに戻し
、この終端における急激な変化率の変化を除去している
。
８２が設けられており、前記始端の橋渡し層８０と同一
の原理でこれを逆極性にした組成変化特性がこの橋渡し
層３２に与えられており、徐々に組成変化率をＯに戻し
、この終端における急激な変化率の変化を除去している
。
同様に、ｐ側における傾斜組成層７８においても、この
両端に橋渡し層８４．８６が設けられており、これらの
橋渡し層８４．８６では傾斜組成層７８の両端での厚み
に対する一次微分が連続的に変化する特性に設定されて
おり、従来のずれを防止できる。すなわち、従来の組成
変化が急激な個所に生じていたＡ１セル温度のオーバー
シュート及びＧａセル温度のアンダーシュートを確実に
防止することが可能となる。従来と同様に、実施例では
、量子井戸からなる発光層７０は光閉じ込め層７２の成
長後にＡｌとＣａのセルシャッターを閉じてこのＣａセ
ルとは別個に設けられたＧａセルのシャッターを開いて
Ｇａ Ｉｎ ＰｆｆｉＯ，５０，５ 子井戸を発光層７０として成長するので、従来の第５図
でも示した如く、この部分での組成ずれが起こり難く、
実際上傾斜組成層７６の終端にある橋渡し層８２は省略
可能であるが、一方において、発光層７０の反対側にあ
る光閉じ込め層７４に対しては傾斜組成層７Ｂの始端に
橋渡し層８４が不可欠であるため、光閉じ込め層７２．
７４の発光層７０に対する対称性を満足するためには前
記橋渡し層８２を設けることが好ましい。
両端に橋渡し層８４．８６が設けられており、これらの
橋渡し層８４．８６では傾斜組成層７８の両端での厚み
に対する一次微分が連続的に変化する特性に設定されて
おり、従来のずれを防止できる。すなわち、従来の組成
変化が急激な個所に生じていたＡ１セル温度のオーバー
シュート及びＧａセル温度のアンダーシュートを確実に
防止することが可能となる。従来と同様に、実施例では
、量子井戸からなる発光層７０は光閉じ込め層７２の成
長後にＡｌとＣａのセルシャッターを閉じてこのＣａセ
ルとは別個に設けられたＧａセルのシャッターを開いて
Ｇａ Ｉｎ ＰｆｆｉＯ，５０，５ 子井戸を発光層７０として成長するので、従来の第５図
でも示した如く、この部分での組成ずれが起こり難く、
実際上傾斜組成層７６の終端にある橋渡し層８２は省略
可能であるが、一方において、発光層７０の反対側にあ
る光閉じ込め層７４に対しては傾斜組成層７Ｂの始端に
橋渡し層８４が不可欠であるため、光閉じ込め層７２．
７４の発光層７０に対する対称性を満足するためには前
記橋渡し層８２を設けることが好ましい。
更に、この橋渡し１層８２がないと、発光層７０を成長
させる際に光閉じ込め層７２の成長に用いたＡ、ｉ！及
びＧａセルの変動が停止するために一定時間を必要とす
ることから量子井戸からなる発光層７０の厚みが薄くか
つ成長時間が短い場合には光閉じ込め層７４の成長が完
了するまでにＡ、！！及びＧａセルの変動を除去するこ
とができない場合があり、このよ・）な不安定要素を除
去するためにも橋渡し層８２はこれを設けることが好適
であり、量子井戸の厚みを極めて薄くするために好適で
ある。
させる際に光閉じ込め層７２の成長に用いたＡ、ｉ！及
びＧａセルの変動が停止するために一定時間を必要とす
ることから量子井戸からなる発光層７０の厚みが薄くか
つ成長時間が短い場合には光閉じ込め層７４の成長が完
了するまでにＡ、！！及びＧａセルの変動を除去するこ
とができない場合があり、このよ・）な不安定要素を除
去するためにも橋渡し層８２はこれを設けることが好適
であり、量子井戸の厚みを極めて薄くするために好適で
ある。
以−１ニのようにして、本実施例によれば、発光層７０
に隣接してその両側に光閉じ込め層７２，７４が設けら
れ、これらの傾斜組成層７６．７８の両端に橋渡し層８
０，８２，８４．８６を設けることによって組成ずれの
ない極めて安定した発光領域を得ることがｉ１Ｊ能とな
る。
に隣接してその両側に光閉じ込め層７２，７４が設けら
れ、これらの傾斜組成層７６．７８の両端に橋渡し層８
０，８２，８４．８６を設けることによって組成ずれの
ない極めて安定した発光領域を得ることがｉ１Ｊ能とな
る。
図において、詳細には示していないが、このような半導
体レーザを完成するために、ウェハのｐ−ｃａＡｓ層に
にはブラスマＣＶ Ｄ法によりＳＩＮ 膜を約０．３μ
ｒｎ形成後、フォー・リングラフィを用いた幅１０μｍ
のストライブ状にＳｊＮ 膜を除去する。そして、ｐ
側電極としてＡＵＺＩＴ／Ａｕをｐ−ＧａＡｓ層６２１
−に蒸着アロイしてオーミック電極を形成する。同様に
、ＧａＡｓ基板裏面にはｎ側電極としてＡｕ Ｇａ ／
Ｎｌ ／Ａｕを形成する。
体レーザを完成するために、ウェハのｐ−ｃａＡｓ層に
にはブラスマＣＶ Ｄ法によりＳＩＮ 膜を約０．３μ
ｒｎ形成後、フォー・リングラフィを用いた幅１０μｍ
のストライブ状にＳｊＮ 膜を除去する。そして、ｐ
側電極としてＡＵＺＩＴ／Ａｕをｐ−ＧａＡｓ層６２１
−に蒸着アロイしてオーミック電極を形成する。同様に
、ＧａＡｓ基板裏面にはｎ側電極としてＡｕ Ｇａ ／
Ｎｌ ／Ａｕを形成する。
そして、このようにして形成された半導体のレーザ取出
し側面にはへき！５／１により共振器を形成し、スクラ
イブによりチップに分割し°Ｃ所望の半導体レーザ索子
を得ることが可能となる。
し側面にはへき！５／１により共振器を形成し、スクラ
イブによりチップに分割し°Ｃ所望の半導体レーザ索子
を得ることが可能となる。
以上の実施例は、本発明に係る半導体発光素子を半導体
レーザとして用いた例を示すが、このような基板」二に
発光領域を発光層とこれに隣接する傾斜組成層として形
成する場合、本発明に係る橋渡し層は発光ダイオード素
子に対してもキャリア供給層として極めてＨ効である。
レーザとして用いた例を示すが、このような基板」二に
発光領域を発光層とこれに隣接する傾斜組成層として形
成する場合、本発明に係る橋渡し層は発光ダイオード素
子に対してもキャリア供給層として極めてＨ効である。
第２図には本発明の第２実施例が示されており、前述し
た第１実施例と同様にＡ、ｌＧａＩｎ Ａｓ系半導体レ
ーザの発光領域近傍におけるＡ１組成分布が示されてい
る。’：ｊｉ２実施例では、桟板２５０としてｎ−１ｎ
Ｐｎ−１ｎＰＪＪｔ１２（Ｓ−ＩＸＩＯ１８が用いられ
、この基板２５０上に ｎ−Ｇａ Ｉｏ、４７ ｎ Ｏ，５３Ａｓバッファ層２５２ （Ｓ−ＩＸＩＯ１
８ｃ＋ｎ−ａ＋ ０．５μｍ）を成長し、更にこの上に
ｎ−（ＡＪ！ Ｇａ ） Ｉｎ Ａｓ
クラッド０．０ ０．４ ０．４７ ０．
５３層２５４ （Ｓ＝ Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−”、
１．５ μｔｎ）が成長している。
た第１実施例と同様にＡ、ｌＧａＩｎ Ａｓ系半導体レ
ーザの発光領域近傍におけるＡ１組成分布が示されてい
る。’：ｊｉ２実施例では、桟板２５０としてｎ−１ｎ
Ｐｎ−１ｎＰＪＪｔ１２（Ｓ−ＩＸＩＯ１８が用いられ
、この基板２５０上に ｎ−Ｇａ Ｉｏ、４７ ｎ Ｏ，５３Ａｓバッファ層２５２ （Ｓ−ＩＸＩＯ１
８ｃ＋ｎ−ａ＋ ０．５μｍ）を成長し、更にこの上に
ｎ−（ＡＪ！ Ｇａ ） Ｉｎ Ａｓ
クラッド０．０ ０．４ ０．４７ ０．
５３層２５４ （Ｓ＝ Ｉ Ｘ １０１８ｃｍ−”、
１．５ μｔｎ）が成長している。
そして、このクラッド層２５４には発光領域２５６がそ
の上に成長形成され、更にＩ） Ａｊ！ｏ、ｅＧａ
） Ｉｎ Ａｓクラッド層２５８０．４
０．４７ ０．５３ （Ｚｎ−ＩＸＩＯ１８ｅａ＋六 １．５μｍ）が引き続
き成長形成されている。そして、このクラッド層２５８
には更にｐ Ｇｎ Ｉｎ Ａｓキーｔ”ｙプ０
．４７ ０．５３ 層２６０ （Ｚｎ−４Ｘ １０１８ｃｍ’、 ０．３
μｍ）が有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法にて連続
的に成長されている。
の上に成長形成され、更にＩ） Ａｊ！ｏ、ｅＧａ
） Ｉｎ Ａｓクラッド層２５８０．４
０．４７ ０．５３ （Ｚｎ−ＩＸＩＯ１８ｅａ＋六 １．５μｍ）が引き続
き成長形成されている。そして、このクラッド層２５８
には更にｐ Ｇｎ Ｉｎ Ａｓキーｔ”ｙプ０
．４７ ０．５３ 層２６０ （Ｚｎ−４Ｘ １０１８ｃｍ’、 ０．３
μｍ）が有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法にて連続
的に成長されている。
前記発光領域２５６は第１実施例と同様に、先閉じ込め
層２７２，２７４によってサンドイッチされた発光層２
７０を含み、第２実施例の発光層２７０はアンドープＧ
ａ ｉｎ Ａｓ量子井０．４７ ０．５３ 戸層（１５０人）からなる。また光閉じ込め層２７２は
アンドープ（Ａ、ｅＧａ ） Ｉｎｘ
ｌ−ｘ Ｏ，４７ ，５３ＡＳ ＧＲＩ Ｎ層２９０ （０，２μｍ）及
びアンドープ（Ａｊ！ Ｇａ ） Ｉｎ
ＡＳＯ，２０，８０，４７０，５３ 層２９２（０，１μｍ）を含み、同様に、光閉じ込め層
２７４は、アンドープ（Ａｌｌ Ｇａ ）０．
２ ０．８ ０．４７ ” ０．５３”８層２９４（０，１μｍ）及
びアンドープ（Ａｌｌ Ｇａ ） Ｉｎ
Ａｓ ＧＸ ｌ−Ｘ Ｏ，４７０，
５３ ＲＩＮ層２９６ （０，２μｍ）から形成されている。
層２７２，２７４によってサンドイッチされた発光層２
７０を含み、第２実施例の発光層２７０はアンドープＧ
ａ ｉｎ Ａｓ量子井０．４７ ０．５３ 戸層（１５０人）からなる。また光閉じ込め層２７２は
アンドープ（Ａ、ｅＧａ ） Ｉｎｘ
ｌ−ｘ Ｏ，４７ ，５３ＡＳ ＧＲＩ Ｎ層２９０ （０，２μｍ）及
びアンドープ（Ａｊ！ Ｇａ ） Ｉｎ
ＡＳＯ，２０，８０，４７０，５３ 層２９２（０，１μｍ）を含み、同様に、光閉じ込め層
２７４は、アンドープ（Ａｌｌ Ｇａ ）０．
２ ０．８ ０．４７ ” ０．５３”８層２９４（０，１μｍ）及
びアンドープ（Ａｌｌ Ｇａ ） Ｉｎ
Ａｓ ＧＸ ｌ−Ｘ Ｏ，４７０，
５３ ＲＩＮ層２９６ （０，２μｍ）から形成されている。
従って、第２実施例によれば、光閉じ込め層２７２．２
７４がその一部にのみ傾斜組成領域２９０及び２９６を
有していることが理解され、このように光閉じ込め層内
での傾斜組成層の割合及びその傾斜自体は本発明におい
て任意に選択可能である。
７４がその一部にのみ傾斜組成領域２９０及び２９６を
有していることが理解され、このように光閉じ込め層内
での傾斜組成層の割合及びその傾斜自体は本発明におい
て任意に選択可能である。
本実施例において特徴的なことは、前記両ＧＲＩＮ層２
９０，２９６が、第２図において、実際の傾斜組成層２
７６及び２７８を含み、その両端に第１実施例と同様に
橋渡し層２８０，２８２゜２８４．２８６が形成されＣ
いろことである。
９０，２９６が、第２図において、実際の傾斜組成層２
７６及び２７８を含み、その両端に第１実施例と同様に
橋渡し層２８０，２８２゜２８４．２８６が形成されＣ
いろことである。
この結果、前記各橋渡し層２８０，２８２，２８４．２
８６が組成変化の厚みに対する一次微分を連続的に変化
する特性にされていることから、ＧＲＩＮ層２９０，２
９６において、その始端と終端の組成変化が０から徐々
に変化し、組成変化率に飛びが生じない組成分子１」°
となっていることが理解される。
８６が組成変化の厚みに対する一次微分を連続的に変化
する特性にされていることから、ＧＲＩＮ層２９０，２
９６において、その始端と終端の組成変化が０から徐々
に変化し、組成変化率に飛びが生じない組成分子１」°
となっていることが理解される。
前述した如く、Ｍ Ｏ−ＣＶ Ｄ法などの気相成長法に
おいても、ガスの流れに伴っ°Ｃ様々な遅れがあり、通
常の単なるＧＲＩＮ領域では組成変化率に飛びがあると
き、個々のガス流量を設定通りに変化させることは困難
であるが、本実施例のように、傾斜組成層２７６．２７
８の両端に橋渡し層２８０．２８２，２８４，２８６を
設けることによって組成変化率が連続的に変化し、設計
通りの組成変化を通常のＰＩＤ制御などによって極めて
容易に実現することが可能となる。
おいても、ガスの流れに伴っ°Ｃ様々な遅れがあり、通
常の単なるＧＲＩＮ領域では組成変化率に飛びがあると
き、個々のガス流量を設定通りに変化させることは困難
であるが、本実施例のように、傾斜組成層２７６．２７
８の両端に橋渡し層２８０．２８２，２８４，２８６を
設けることによって組成変化率が連続的に変化し、設計
通りの組成変化を通常のＰＩＤ制御などによって極めて
容易に実現することが可能となる。
前述した各実施例においては、組成変化に倶される元素
以外の？＋４成元素の組成比が常に一定とされているが
、実際−Ｌｌこれらの一定組成とされた元素比率も変化
させることが好ましい場合がある。
以外の？＋４成元素の組成比が常に一定とされているが
、実際−Ｌｌこれらの一定組成とされた元素比率も変化
させることが好ましい場合がある。
例えば、ＡｌｌＧａ Ｉｎ Ａｓの場合、厳密ニハ、Ｉ
ｎＰに格子整合する組成はＧａ ＩｎＯ，４７０，
５３ Ａｓ及びＡｊｊ Ｉｎ Ａｓであるため、Ａ１
０．４８ ０．５２ Ｇａ １口Ａｓにおいて、Ｇ ＋１に対するＡｌｌの組
成比が大きくなるほどＩｎの組成比をわずかに下げたほ
うが良い。この場合、例えばＡ、１ＪＧａ ＩｎＡｓ中
のＡｌｌＧａＡｓの成長速度を一定に保ちながら、Ａ
Ｊ 、！： Ｇ ａの組成比を変え、Ａ１組成の増加に
伴ってＩｎＡｓの成長速度をわずかに下げて格子定数を
一定に保つことが可能である。
ｎＰに格子整合する組成はＧａ ＩｎＯ，４７０，
５３ Ａｓ及びＡｊｊ Ｉｎ Ａｓであるため、Ａ１
０．４８ ０．５２ Ｇａ １口Ａｓにおいて、Ｇ ＋１に対するＡｌｌの組
成比が大きくなるほどＩｎの組成比をわずかに下げたほ
うが良い。この場合、例えばＡ、１ＪＧａ ＩｎＡｓ中
のＡｌｌＧａＡｓの成長速度を一定に保ちながら、Ａ
Ｊ 、！： Ｇ ａの組成比を変え、Ａ１組成の増加に
伴ってＩｎＡｓの成長速度をわずかに下げて格子定数を
一定に保つことが可能である。
また、以にの各実施例においては、半導体レーザについ
て説明しているが、同一あるいは同様の層構造を用いて
高発光効率の発光ダイオードを製作することも可能であ
る。
て説明しているが、同一あるいは同様の層構造を用いて
高発光効率の発光ダイオードを製作することも可能であ
る。
また、前述した半導体混晶はＡｌｌＧａ１ｎＰ及びＡｌ
ｌＧａ Ｉｎ Ａｓ系で説明しているが、勿論、これ以
外に、本発明で用いられる半導体混晶は、Ｇａ Ｉ＋Ｉ
Ｐ Ａｓ あるいはＡｌｌＧａｘ
１−ｘｙ １−ｙ ｘｌ−ｘ
Ａｓ Ｓｂ として示すことが可能である。
ｌＧａ Ｉｎ Ａｓ系で説明しているが、勿論、これ以
外に、本発明で用いられる半導体混晶は、Ｇａ Ｉ＋Ｉ
Ｐ Ａｓ あるいはＡｌｌＧａｘ
１−ｘｙ １−ｙ ｘｌ−ｘ
Ａｓ Ｓｂ として示すことが可能である。
ｙ
これらの半導体混晶において、添字で示した組成比Ｘと
ｙを連動して変化さゼることによって格子定数を一定に
保つことができ、基板と成長相関あるいは成長層間内部
においても、格子定数の差による歪みを生じさせること
がない。
ｙを連動して変化さゼることによって格子定数を一定に
保つことができ、基板と成長相関あるいは成長層間内部
においても、格子定数の差による歪みを生じさせること
がない。
本発明において、半導体混晶の好適な例として、（Ａｌ
ｌ Ｇａ ＞ Ｉｎ Ｐ、 （Ａｌｌ
ＧａＸ １−ｘｙ １−ｙ ｘ
） Ｉｎ Ａｓ、Ｇｌ Ｉｎ Ｐ Ａ
ｓ１−ｘ ｙ ｌ−ｙ Ｘ
Ｉ−Ｘ ｙｘ−７・Ａ −ｆ！ Ｇ ａ Ａ
ｂ Ｓ ｂ （０≦Ｘ≦ｘ ｌ−ｘ ｙ
Ｉ−ｙ ｌ、０≦ｙ≦１）のいずれかとすることが可能である。
ｌ Ｇａ ＞ Ｉｎ Ｐ、 （Ａｌｌ
ＧａＸ １−ｘｙ １−ｙ ｘ
） Ｉｎ Ａｓ、Ｇｌ Ｉｎ Ｐ Ａ
ｓ１−ｘ ｙ ｌ−ｙ Ｘ
Ｉ−Ｘ ｙｘ−７・Ａ −ｆ！ Ｇ ａ Ａ
ｂ Ｓ ｂ （０≦Ｘ≦ｘ ｌ−ｘ ｙ
Ｉ−ｙ ｌ、０≦ｙ≦１）のいずれかとすることが可能である。
更に、前述した実施例では、基板に半導体層を成長する
方法として、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）及び有機金
属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）が用いられているが、これ
らの成長法に限られることなく、例えば、その中間的な
ＣＢ Ｅ （ＣｈｅｍｉｃａｌＢｅａｍ Ｅｐｌｔａｘ
）あるいはＧ Ｓ Ｍ Ｂ Ｅ （Ｇａｓ Ｓｏｕｒｃ
ｅＭｏｌｃｃｕｌｏｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ ）
を用いることができ、あるいは半導体との特性に応じＣ
￥ ｒＥ （ＶａｐｏｒＰｂａｓｃ Ｅｐｌｔａｘｙ
）等を用いることも可能である。
方法として、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）及び有機金
属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）が用いられているが、これ
らの成長法に限られることなく、例えば、その中間的な
ＣＢ Ｅ （ＣｈｅｍｉｃａｌＢｅａｍ Ｅｐｌｔａｘ
）あるいはＧ Ｓ Ｍ Ｂ Ｅ （Ｇａｓ Ｓｏｕｒｃ
ｅＭｏｌｃｃｕｌｏｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ ）
を用いることができ、あるいは半導体との特性に応じＣ
￥ ｒＥ （ＶａｐｏｒＰｂａｓｃ Ｅｐｌｔａｘｙ
）等を用いることも可能である。
更に、本発明における発光層は、単一量子井戸以外にも
多重量子井戸すなわち発光領域内に極薄部の量子井戸が
複数条並列配置された井戸構造やあるいは通常の比較的
厚めの発光層を用いることも可能である。
多重量子井戸すなわち発光領域内に極薄部の量子井戸が
複数条並列配置された井戸構造やあるいは通常の比較的
厚めの発光層を用いることも可能である。
［発明の効果］
以−Ｌ説明したように、本発明によれば、傾斜組成層が
発光層に隣接し、た半導体発光素子において、傾斜組成
層の端縁における格子定数の変化を抑制して歪みのない
半導体層を成長形成することが可能であり、格子定数の
変動に伴う格子結果の発生あるいは内在歪みを著しく抑
制し、発光素子の特性を改善すると共にその信頼性を著
しく向上することが可能となる。
発光層に隣接し、た半導体発光素子において、傾斜組成
層の端縁における格子定数の変化を抑制して歪みのない
半導体層を成長形成することが可能であり、格子定数の
変動に伴う格子結果の発生あるいは内在歪みを著しく抑
制し、発光素子の特性を改善すると共にその信頼性を著
しく向上することが可能となる。
従って、本発明によれば、従来の半導体素材として一般
的であったＡｊｉＧａＡｓ系の素子特性を改善できると
共に、このような一般的なＡＪ！ＧａＡｓ系に匹敵する
高性能な半導体発光素子をＡ１Ｇａ ＩｎＰ、ＡＪ！Ｇ
ａ ＩｎＡｓ、Ｇａ ＩｎＡｓＰ等の半導体混晶を用い
た素子にて実現できるという利点がある。
的であったＡｊｉＧａＡｓ系の素子特性を改善できると
共に、このような一般的なＡＪ！ＧａＡｓ系に匹敵する
高性能な半導体発光素子をＡ１Ｇａ ＩｎＰ、ＡＪ！Ｇ
ａ ＩｎＡｓ、Ｇａ ＩｎＡｓＰ等の半導体混晶を用い
た素子にて実現できるという利点がある。
第１図は本発明に係る半導体発光素子が半導体レーザと
して形成されたＡＪＧａ Ｉ ｎＰ系の半導体混晶から
成る発光領域近傍の断面及びＡＪ！組成分布を示す説明
図、 第２図は本発明の第２実施例に係る半導体レーザであっ
て、ＡｌＧａ Ｉ ｎＡｓ系半導体混晶を用いた発光領
域近傍のｌｅ組成分布を示す説明図、第３図は従来にお
けるダブルへキサ接合を持った半導体レーザの層構造を
示す説明図、第４図は従来における発光層が量子化井戸
で形成された半導体レーザの層構造及び組成分布を示す
説明図、 第５図は第・１図に示した従来の量子化井戸発光層の組
成及び組成ずれを示す説明図である。 ５０．２５０ ・・・ 半導体基板 ５２．６０，２５２，２６０ ・・・ バッファ層５
４．５８，２５４，２５８ ・・・ クラッド層５６
．２５６ ・・・ 発光領域 ７０．２７０ ・・・ 発光層
して形成されたＡＪＧａ Ｉ ｎＰ系の半導体混晶から
成る発光領域近傍の断面及びＡＪ！組成分布を示す説明
図、 第２図は本発明の第２実施例に係る半導体レーザであっ
て、ＡｌＧａ Ｉ ｎＡｓ系半導体混晶を用いた発光領
域近傍のｌｅ組成分布を示す説明図、第３図は従来にお
けるダブルへキサ接合を持った半導体レーザの層構造を
示す説明図、第４図は従来における発光層が量子化井戸
で形成された半導体レーザの層構造及び組成分布を示す
説明図、 第５図は第・１図に示した従来の量子化井戸発光層の組
成及び組成ずれを示す説明図である。 ５０．２５０ ・・・ 半導体基板 ５２．６０，２５２，２６０ ・・・ バッファ層５
４．５８，２５４，２５８ ・・・ クラッド層５６
．２５６ ・・・ 発光領域 ７０．２７０ ・・・ 発光層
Claims (1)
- （１）半導体混晶からなる基板にｐｎ接合を含む発光層
が設けられ、前記発光層にはこれに隣接して傾斜組成層
を含む光閉じ込め層が設けられている半導体発光素子に
おいて、 前記傾斜組成層の少なくとも一方の端縁には組成変化の
厚みに対する一次微分が連続的に変化する橋渡し層を設
けたことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63259067A JPH02106082A (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 半導体発光素子 |
| PCT/US1989/004377 WO1990004275A1 (en) | 1988-10-14 | 1989-10-10 | Semiconductor light-emitting devices |
| EP19890912535 EP0396704A1 (en) | 1988-10-14 | 1989-10-10 | Semiconductor light-emitting devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63259067A JPH02106082A (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02106082A true JPH02106082A (ja) | 1990-04-18 |
Family
ID=17328863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63259067A Pending JPH02106082A (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | 半導体発光素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0396704A1 (ja) |
| JP (1) | JPH02106082A (ja) |
| WO (1) | WO1990004275A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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- 1989-10-10 EP EP19890912535 patent/EP0396704A1/en not_active Ceased
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0396704A1 (en) | 1990-11-14 |
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