JPH0233990A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0233990A JPH0233990A JP63184159A JP18415988A JPH0233990A JP H0233990 A JPH0233990 A JP H0233990A JP 63184159 A JP63184159 A JP 63184159A JP 18415988 A JP18415988 A JP 18415988A JP H0233990 A JPH0233990 A JP H0233990A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分舒〕
本発明は半導体発光素子に関する。
近年の半導体レーザの発達には目ざましいものがあり、
中でも厚さ１００人前後の薄膜半導体層を活性層とする
量子井戸構造半導体レーザは通常のバルク活性層（単層
薄膜から成る活性層の意）を有するものと比べて閾値電
流の低減や温度特性の改善が期待されることから活発に
研究開発が行なわれている。量子井戸構造半導体レーザ
は特にＡｌＧａＡｓ系において優れた特性のものが報告
されているが、光フアイバ通信などに適したＩｎＧａＡ
ｓＰ系においてもいくつかの特性改善が報告されるよう
になってきた。
中でも厚さ１００人前後の薄膜半導体層を活性層とする
量子井戸構造半導体レーザは通常のバルク活性層（単層
薄膜から成る活性層の意）を有するものと比べて閾値電
流の低減や温度特性の改善が期待されることから活発に
研究開発が行なわれている。量子井戸構造半導体レーザ
は特にＡｌＧａＡｓ系において優れた特性のものが報告
されているが、光フアイバ通信などに適したＩｎＧａＡ
ｓＰ系においてもいくつかの特性改善が報告されるよう
になってきた。
半導体レーザを構成するダブルへテロ構造結晶において
活性層に隣接し゛たクラッド層にドーピングした不純物
が活性層に拡散すると、ｐｎ接合の位置かへテロ接合部
からずれたり、活性層内に不純物準位が形成され活性層
の発光効率が減少したり、ヘテロ界面の不純物濃度が異
常に増加したりして、ダブルへテロ構造結晶の光学的特
性および半導体レーザの特性が劣化する。ドーピングに
用いられる不純物の中でもｐ型ドーパントであるＺｎは
特に拡散係数が高く、高温で行なわれる結晶成長中に容
易に拡散する。このため他の不純物を使用することが望
ましいが、ｐ型ドーパントとしては他に適当なものがな
いのが現状である。玉子井戸構造半導体レーザにおいて
は活性層ヲ形成する半導体層が通常１００Å以下と極め
て薄く、また井戸と障壁とのへテロ界面の数が多いため
に不純物の影響を特に受けやすい、そのため例えばＩｎ
ＧａＡｓＰ系量子井戸構造半導体レーザの場合には、量
子井戸活性層とρ型１ｎＰクラッド層との間にクラッド
層と同じ組成である薄いノンドープのＩｎＰ拡散防止層
を導入してＺｎの活性層内への拡散を抑制する方法が収
られていた。第２図にＩ ｎ Ｐ拡散防止層を用いたＩ
ｎＧａＡｓＰ系量子井戸構造半導体レーザの断面図を示
す、ｎ型ＩｎＰ基板１の上にｎ型ＩｎＰバッファ層２、
ＩｎＧａＡｓバリア層およびＩ ｎＧａＡｓ量子井戸層
からなる量子井戸活性層３．ＩｎＰ拡散防止層６、およ
びｐ型ＩｎＰクラッド層５を積層している。ＩｎＰ拡散
防止層６は意図的にはドーピングしていない、またｎ型
不純物には拡散係数の低いＳｉを用いているのでｎ側に
は拡散防止層を設けていない。
活性層に隣接し゛たクラッド層にドーピングした不純物
が活性層に拡散すると、ｐｎ接合の位置かへテロ接合部
からずれたり、活性層内に不純物準位が形成され活性層
の発光効率が減少したり、ヘテロ界面の不純物濃度が異
常に増加したりして、ダブルへテロ構造結晶の光学的特
性および半導体レーザの特性が劣化する。ドーピングに
用いられる不純物の中でもｐ型ドーパントであるＺｎは
特に拡散係数が高く、高温で行なわれる結晶成長中に容
易に拡散する。このため他の不純物を使用することが望
ましいが、ｐ型ドーパントとしては他に適当なものがな
いのが現状である。玉子井戸構造半導体レーザにおいて
は活性層ヲ形成する半導体層が通常１００Å以下と極め
て薄く、また井戸と障壁とのへテロ界面の数が多いため
に不純物の影響を特に受けやすい、そのため例えばＩｎ
ＧａＡｓＰ系量子井戸構造半導体レーザの場合には、量
子井戸活性層とρ型１ｎＰクラッド層との間にクラッド
層と同じ組成である薄いノンドープのＩｎＰ拡散防止層
を導入してＺｎの活性層内への拡散を抑制する方法が収
られていた。第２図にＩ ｎ Ｐ拡散防止層を用いたＩ
ｎＧａＡｓＰ系量子井戸構造半導体レーザの断面図を示
す、ｎ型ＩｎＰ基板１の上にｎ型ＩｎＰバッファ層２、
ＩｎＧａＡｓバリア層およびＩ ｎＧａＡｓ量子井戸層
からなる量子井戸活性層３．ＩｎＰ拡散防止層６、およ
びｐ型ＩｎＰクラッド層５を積層している。ＩｎＰ拡散
防止層６は意図的にはドーピングしていない、またｎ型
不純物には拡散係数の低いＳｉを用いているのでｎ側に
は拡散防止層を設けていない。
しかしながらこのような従来技術においては、ＩｎＰそ
のものには不純物の拡散を阻止する能力が必ずしも十分
でないため、拡散防止層にある程度の厚さが必要になる
。ところが厚すぎるとｐｎ接合の位置が活性層から離れ
て注入キャリアが良好に活性層に注入されなくなり、逆
に薄すぎると不純物が活性層まで拡散してしまうという
問題があり、拡散防止層の層厚の制御がむずかしい、厚
さの最適値としては数百人程度が採用されているが、不
純物の拡散によるｐｎ接合のだれなどによって期待され
るほどの特性がながなが実現されていない。
のものには不純物の拡散を阻止する能力が必ずしも十分
でないため、拡散防止層にある程度の厚さが必要になる
。ところが厚すぎるとｐｎ接合の位置が活性層から離れ
て注入キャリアが良好に活性層に注入されなくなり、逆
に薄すぎると不純物が活性層まで拡散してしまうという
問題があり、拡散防止層の層厚の制御がむずかしい、厚
さの最適値としては数百人程度が採用されているが、不
純物の拡散によるｐｎ接合のだれなどによって期待され
るほどの特性がながなが実現されていない。
本発明はこのような問題点を解決することを目的として
いる。
いる。
本発明の半導体発光素子は、半導体基板上に互いに導電
型の異なるクラッド層によってはさまれた活性層を有す
る半導体発光素子において、前記クラッド層の少なくと
も一方と前記活性層との間にそれらいずれとも組成の異
なる拡散防止層を形成したことを特徴するものである。
型の異なるクラッド層によってはさまれた活性層を有す
る半導体発光素子において、前記クラッド層の少なくと
も一方と前記活性層との間にそれらいずれとも組成の異
なる拡散防止層を形成したことを特徴するものである。
本願の発明者らは拡散防止層としてＩｎＰクラッド層と
Ｉ ｎＧａＡｓ量子井戸層の中間の組成である１、３μ
ｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層を用いることにより上述の問
題点を解決し、急峻なｐｎ接合が形成でき、優れた特性
の量子井戸レーザを実現できることを見出した。これは
ＩｎＧａＡｓＰ層においては不純物の拡散速度がＩｎＰ
層に比べて小さく、そのためにわずかな厚さで活性層へ
の不純物の拡散を素子でき、かつその時のキャリア濃度
の勾配が大きくなるためである。
Ｉ ｎＧａＡｓ量子井戸層の中間の組成である１、３μ
ｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層を用いることにより上述の問
題点を解決し、急峻なｐｎ接合が形成でき、優れた特性
の量子井戸レーザを実現できることを見出した。これは
ＩｎＧａＡｓＰ層においては不純物の拡散速度がＩｎＰ
層に比べて小さく、そのためにわずかな厚さで活性層へ
の不純物の拡散を素子でき、かつその時のキャリア濃度
の勾配が大きくなるためである。
以下図面を用いて本発明をより詳細に説明する。第１図
は本発明の一実施例であるＩ ｎＧａＡｓＰ系量子井戸
レーザ構造に用いるダブルへテロ構造結晶の断面図であ
る。結晶成長は有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）に
よって行なった。用いた原料はトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ） 、アルシン（ＡＳＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３
）である、まずｎ型ＩｎＰ基板１上にＳｉドープｎ型■
ｎＰバッファ層２ （ｎ〜３Ｘ １０” ｃｍ−３、ｑ
さ０．５μｍ）、波長１．１５μｍ５μｍ組成ドープＩ
ｎＧ、ａＡＳバリア層（厚さ１５０人）およびノンドー
プＩ ｎＧａＡｓ１子井戸層（厚さ７５人）４層からな
る量子井戸活性層３、波長１．３μｍ組成でノンドープ
のＩｎＧａＡｓＰ、拡散防止１４（厚さ３００人）、Ｚ
ｎドープｐ型ＩｎＰクラッド層５（ｐ〜５Ｘ１０１７Ω
−３、厚さ１゜０ ）ｔ ｍ ）を順次積層した。この
ような半導体ウェハ（第１図）をメサエッチング工程等
を経てＤＣ−ＰＢ）（構造を作成して特性を評価しな。
は本発明の一実施例であるＩ ｎＧａＡｓＰ系量子井戸
レーザ構造に用いるダブルへテロ構造結晶の断面図であ
る。結晶成長は有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）に
よって行なった。用いた原料はトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ） 、アルシン（ＡＳＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３
）である、まずｎ型ＩｎＰ基板１上にＳｉドープｎ型■
ｎＰバッファ層２ （ｎ〜３Ｘ １０” ｃｍ−３、ｑ
さ０．５μｍ）、波長１．１５μｍ５μｍ組成ドープＩ
ｎＧ、ａＡＳバリア層（厚さ１５０人）およびノンドー
プＩ ｎＧａＡｓ１子井戸層（厚さ７５人）４層からな
る量子井戸活性層３、波長１．３μｍ組成でノンドープ
のＩｎＧａＡｓＰ、拡散防止１４（厚さ３００人）、Ｚ
ｎドープｐ型ＩｎＰクラッド層５（ｐ〜５Ｘ１０１７Ω
−３、厚さ１゜０ ）ｔ ｍ ）を順次積層した。この
ような半導体ウェハ（第１図）をメサエッチング工程等
を経てＤＣ−ＰＢ）（構造を作成して特性を評価しな。
その結果、発振閾値電流、特性温度Ｔｏ、閾値の２倍に
おけるば＠振動周波数はそれぞれ１０ｍＡ、１１０に、
８ＧＨｚとＩｎＰ拡散防止層を用いた場合と比べていず
れも２０〜４０％の改善が計られた。このような改善は
Ｚｎの活性層への拡散が有効に抑制され、良好なヘテロ
界面を有する量子井戸構造がなんら損なわれることがな
かったことによる、このことはＳＩＭＳ分析によるＺｎ
の分布によっても確認された。また量子井戸レーザは一
般に光閉じ込め係数が小さく、そのため閾値電流が増加
することが懸念されるが、本実、施例の拡散防止層は光
導波層としても働くので、光閉じ込め係数を増加させる
効果も有する。
おけるば＠振動周波数はそれぞれ１０ｍＡ、１１０に、
８ＧＨｚとＩｎＰ拡散防止層を用いた場合と比べていず
れも２０〜４０％の改善が計られた。このような改善は
Ｚｎの活性層への拡散が有効に抑制され、良好なヘテロ
界面を有する量子井戸構造がなんら損なわれることがな
かったことによる、このことはＳＩＭＳ分析によるＺｎ
の分布によっても確認された。また量子井戸レーザは一
般に光閉じ込め係数が小さく、そのため閾値電流が増加
することが懸念されるが、本実、施例の拡散防止層は光
導波層としても働くので、光閉じ込め係数を増加させる
効果も有する。
なお、本実施例においてはＩｎＧａＡｓＰ系の量子井戸
構造半導体レーザを例に示したが、もちろん用いる材料
系はこれに限るものではない、また構造も量子井戸構造
に限らず、通常のバルク活性層にも効果がある。さらに
量子細線構造や、量子箱構造においてより有効である。
構造半導体レーザを例に示したが、もちろん用いる材料
系はこれに限るものではない、また構造も量子井戸構造
に限らず、通常のバルク活性層にも効果がある。さらに
量子細線構造や、量子箱構造においてより有効である。
もちろん半導体レーザに限ることなく、発光ダイオード
に用いてもなんら差しつかえない。
に用いてもなんら差しつかえない。
また、実施例ではストライプ構造はＤＣ−ＰＢＨ構造を
採用したが、従来から用いられている他のストライプ構
造としても本発明は何らさしつかえない。
採用したが、従来から用いられている他のストライプ構
造としても本発明は何らさしつかえない。
本発明の特徴は半導体発光素子において活性層およびク
ラッド層の間にそれらと組成の異なるスペーサ層（拡散
防止層）を形成してクラッド層から活性層へ不純物が拡
散するのを防止したことである。これによって、従来例
の場合と比べて十分に急峻なｐｎ接合が形成できるとと
もに活性層への不純物拡散を良好に抑制でき、特性が大
幅に向上した半導体発光素子を実現することができた。
ラッド層の間にそれらと組成の異なるスペーサ層（拡散
防止層）を形成してクラッド層から活性層へ不純物が拡
散するのを防止したことである。これによって、従来例
の場合と比べて十分に急峻なｐｎ接合が形成できるとと
もに活性層への不純物拡散を良好に抑制でき、特性が大
幅に向上した半導体発光素子を実現することができた。
第１図は本発明の一実施例であるＩ ｎＧａＡｓＰ系多
重景子井戸構造半導体レーザの構造を示す断面図である
。 また第２図は従来例であるＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井
戸構造半導体レーザの構造を示す断面図である。 図中で、 １・・・ｎ型ＩｎＰ基板、２・・・ｎ型１ｎＰバッファ
層、３・・・量子井戸活性層、４・・・Ｉ ｎＧａＡｓ
Ｐ拡散防止層、５・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層、６・・
・ＩｎＰ拡散防止層 である。
重景子井戸構造半導体レーザの構造を示す断面図である
。 また第２図は従来例であるＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井
戸構造半導体レーザの構造を示す断面図である。 図中で、 １・・・ｎ型ＩｎＰ基板、２・・・ｎ型１ｎＰバッファ
層、３・・・量子井戸活性層、４・・・Ｉ ｎＧａＡｓ
Ｐ拡散防止層、５・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層、６・・
・ＩｎＰ拡散防止層 である。
Claims (1)
- （１）互いに導電型の異なるクラッド層によって活性層
をはさんだ積層構造を少なくとも有する半導体発光素子
において、前記クラッド層の少なくとも一方と前記活性
層との間にそれらのいずれとも組成の異なる拡散防止層
を形成したことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63184159A JPH0233990A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63184159A JPH0233990A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0233990A true JPH0233990A (ja) | 1990-02-05 |
Family
ID=16148397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63184159A Pending JPH0233990A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0233990A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4119921A1 (de) * | 1990-06-18 | 1992-01-23 | Mitsubishi Electric Corp | Halbleiterlaser zur erzeugung sichtbaren lichts |
| JPH05291686A (ja) * | 1992-04-14 | 1993-11-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ |
| EP1024566A2 (en) * | 1999-01-29 | 2000-08-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| KR100790718B1 (ko) * | 2007-11-05 | 2008-01-02 | 삼성전기주식회사 | 고출력 반도체 레이저소자 |
| CN104576856A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-04-29 | 天津三安光电有限公司 | 带有掺杂的多层量子阱多元化合物半导体高效率发光组件 |
| CN113394314A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-09-14 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | 半导体发光元件 |
-
1988
- 1988-07-22 JP JP63184159A patent/JPH0233990A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4119921A1 (de) * | 1990-06-18 | 1992-01-23 | Mitsubishi Electric Corp | Halbleiterlaser zur erzeugung sichtbaren lichts |
| US5177757A (en) * | 1990-06-18 | 1993-01-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser producing visible light |
| DE4119921C2 (de) * | 1990-06-18 | 1996-12-12 | Mitsubishi Electric Corp | Halbleiterlaser zur Erzeugung sichtbaren Lichts |
| JPH05291686A (ja) * | 1992-04-14 | 1993-11-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ |
| EP1024566A2 (en) * | 1999-01-29 | 2000-08-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| EP1024566A3 (en) * | 1999-01-29 | 2001-01-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| US6798808B1 (en) | 1999-01-29 | 2004-09-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| KR100790718B1 (ko) * | 2007-11-05 | 2008-01-02 | 삼성전기주식회사 | 고출력 반도체 레이저소자 |
| CN104576856A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-04-29 | 天津三安光电有限公司 | 带有掺杂的多层量子阱多元化合物半导体高效率发光组件 |
| CN113394314A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-09-14 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | 半导体发光元件 |
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