JPH04367286A - Semiconductor light-emitting element - Google Patents

Semiconductor light-emitting element

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Publication number
JPH04367286A
JPH04367286A JP3169432A JP16943291A JPH04367286A JP H04367286 A JPH04367286 A JP H04367286A JP 3169432 A JP3169432 A JP 3169432A JP 16943291 A JP16943291 A JP 16943291A JP H04367286 A JPH04367286 A JP H04367286A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
type
layer
carrier concentration
mixed crystal
Prior art date
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Pending
Application number
JP3169432A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhisa Matsumoto
和久 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP3169432A priority Critical patent/JPH04367286A/en
Publication of JPH04367286A publication Critical patent/JPH04367286A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a double heterotype light-emitting element formed into such a structure that the element has an AlGaAs clad layer, uses an AlGaAs or GaAs layer as an active layer and has a high-speed responsivity while maintaining high light output. CONSTITUTION:The thickness of an AlGaAs or GaAs active layer is formed in a thickness of 0.5mum or thinner. A carrier concentration P2 of the P-type active layer is made higher (n1<P2) than a carrier concentration (n1) of an n-type clad layer. The carrier concentration P2 of the P-type active layer is set in a concentration of 5X10<17>cm<-3> to 3X10<18>cm<-3>.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、AlGaAs系のダ
ブルヘテロ構造を持つ発光ダイオ−ドの改良に関する。 特に高速度応答が可能であって且つ光出力の大きい発光
素子を提供する事が目的である。 【0002】 【従来の技術】AlGaAs系の発光素子は最も古くか
ら実用化されたものである。最初のダブルヘテロ半導体
レ−ザはGaAs活性層を、AlGaAsのn型、p型
クラッド層で挟んだ構造を持つ。半導体発光素子には他
にも多様な混晶半導体を用いたものがあるが、AlGa
As系は最も実績があり用途も広い。 【0003】ここで問題にするのはレ−ザではなく発光
ダイオ−ドである。レ−ザの場合は横方向にキャリヤと
電流と光とを集中させなければならないからストライプ
構造とする必要がある。そして両端面を共振器として利
用し、端面発光型である。発光ダイオ−ドの場合は、キ
ャリヤ、電流を横方向に閉じ込める必要性がそれほど大
きくないのでストライプ構造にはならない。ダブルヘテ
ロ型にすると、厚み方向にキャリヤと光を閉じ込める事
で発光効率が高まるので特に高出力を要求される発光ダ
イオ−ドの場合はダブルヘテロ型にする事が多い。 【0004】AlGaAs混晶は、Alx Ga1−x
 Asというように詳しく書く事もあるが混晶比xを省
略して前者のように略記することもある。AlAsとG
aAsの格子定数が近似しているから、GaAs基板の
上へ、任意の混晶比のAlGaAs混晶薄膜を液相エピ
タキシ−、分子線エピタキシ−、有機金属熱分解法(M
OCVD)などによってエピタキシャル成長させる事が
できる。基本となるダブルヘテロ構造は薄い活性層をn
型クラッド層と、p型のクラッド層で挟んだものである
。活性層のバンドギャップがクラッド層のバンドギャッ
プより狭いという事と、活性層の屈折率がクラッド層の
屈折率より大きいという事が要求される。 【0005】前者はキャリヤの閉じ込めのための条件で
ある。後者は光の閉じ込めの条件である。Alx Ga
1−x As混晶はxが増加するに従ってバンドギャッ
プが増加し屈折率が減少する。従って活性層をGaAs
とした場合、クラッド層をAlGaAsとすれば上記の
条件は自動的に満足される。それ故半導体レ−ザでも発
光ダイオ−ドでも、活性層をGaAs、クラッド層をx
の小さいAlGaAsとする事が最も多い。又活性層は
格子欠陥が少ない事が望ましいので、多くの場合ノンド
−プとする。或は低濃度のp型にする。 【0006】しかし、活性層をGaAsとすると発光波
長が決まってしまう。発光波長を変えようとすると、活
性層自体もAly Ga1−y Asというような混晶
にしなければならなくなる。このような場合であっても
クラッドの混晶比をxとして、これよりも活性層の混晶
比yが小さい(y<x)ようにすれば、前述のバンドギ
ャップ、屈折率の条件を満足させる事ができる。またエ
ピタキシャル成長層間の格子整合の問題も困難を引き起
こさない。 【0007】このような発光素子は高輝度である事が第
1に要求される。AlGaAsを活性層とする発光ダイ
オ−ドについては例えば特開昭64−36089に述べ
られている。これは、活性層をノンド−プとする。既に
述べたように活性層は格子欠陥などが少ない事が望まし
くキャリヤの散乱が少ない方が良いので一般にノンド−
プである事が多い。これも従来の思想に沿うものである
。この発光素子は、AlGaAs活性層を混晶比のより
高いp型AlGaAs、n型AlGaAsクラッド層で
挟んだものである。クラッド層のキャリヤ濃度をp1、
n1 とした時、p1 <n1 であり1×1017c
m−3<n1 <5×1017cm−3、5×1016
cm−3<p1 <3×1017cm−3というふうに
クラッド層のキャリヤ濃度を設定している。n型クラッ
ドのキャリヤ濃度n1 の方がp型クラッドのキャリヤ
濃度p1より大きいのは、Znの拡散によってサイリス
タ構造が発生しないためである。 【0008】液相エピタキシ−によってp型基板の上に
p型クラッド層、活性層と積層する。p型のド−パント
としてZnを使う。Znは高温では特に拡散係数が大き
い。液相エピタキシ−を連続して行いn型クラッド層や
n型コンタクト層を成長させる。n型ド−パントは例え
ばTe、Siなどを使う。液相エピタキシ−は700℃
〜800℃の高温で行うから、この間にZnが活性層や
n型クラッド層へ進入する。これがn型クラッド層の上
方にp型反転層を作ることがある。もしそうなればpn
pn構造のサイリスタができてしまう。これを避ける為
、n型クラッドを高濃度ド−ピングしてp1 <n1 
としている。こうすると反転層ができない。また、n1
 、p1 の範囲については実験結果によるものであっ
て輝度を高くするために選ばれたようである。根拠につ
いては明確でない。活性層はノンド−プであるが、Zn
の拡散のためp型になっている。もちろん活性層のp型
キャリヤ濃度p2 はp1 よりも低い。p2 <p1
 <n1 である。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】従来発光ダイオ−ドは
、デイスプレイやプリンタの点光源、車両のランプなど
光源として用いられる事が多かったので高輝度である事
が強く要求された。しかし、発光ダイオ−ドは信号伝送
用にも使用される事がある。特に近年デ−タリンク、空
間伝送用などに高速応答性能が要求される用途分野が拡
大してきた。従来の高輝度LEDは、高速応答性という
点では必ずしも満足すべきものではなかった。高出力で
あってしかも高速応答性を有する発光素子(LED)を
提供する事が本発明の目的である。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、p型GaAs基板或はp型Alx1Ga1−x1A
s基板と、該基板上にエピタキシャル成長させたp型A
lx2Ga1−x2As混晶クラッド層と、該p型クラ
ッド層の上にエピタキシャル成長させたp型Alx3G
a1−x3As混晶活性層と、該活性層の上にエピタキ
シャル成長させたn型Alx4Ga1−x4As混晶ク
ラッド層とを含むダブルヘテロ構造の発光素子であって
、活性層の厚さgが0.5μm以下であり、p型活性層
のキャリア濃度p2 が5×1017cm−3≦  p
2 ≦3×1018cm−3の範囲にあり、かつn型ク
ラッド層のキャリア濃度n1 よりもp型活性層のキャ
リア濃度p2 を大きく(p2 >n1)した事を特徴
とする。 【0011】 【作用】図1に本発明が対象とする半導体発光素子の概
略図を示す。これは下から順にGaAs基板又はAlG
aAs成長膜、p型クラッド層(AlGaAs)、活性
層(AlGaAs又はGaAs)、n型クラッド層(A
lGaAs)よりなる。これは基本形である。n型クラ
ッド層のさらに上へGaAsのより高ド−プのn型コン
タクト層を設けこの上にAuGeNin側オ−ミック電
極を付ける。GaAs基板の下にはp側オ−ミック電極
を付ける。 【0012】まず活性層の厚みであるが、これは光出力
と応答時間に重大な影響のある事が分かった。図2は本
発明者が活性層厚みを変えて光出力の変動を測定した結
果を示すグラフである。横軸は活性層厚み、縦軸は光出
力の相対値である。活性層が薄いほど光出力が大きくな
る。1μmを越えると、0.5μmの場合の70%程度
以下に下降してしまう。 【0013】活性層の厚みと応答時間についても調べた
。図3はその結果を示す。横軸は活性層厚み、縦軸は応
答時間である。応答時間を短くし高速応答させるために
は活性層が薄い方が良い。活性層が厚くなるに従って応
答時間が増加してゆくのが分かる。このような理由で本
発明では活性層厚みを0.5μm以下としている。しか
し従来から0.5μm以下の厚みの活性層を有する発光
ダイオ−ドは幾つもあり、これのみが新規な特徴という
訳ではない。 【0014】活性層のキャリヤ濃度も応答時間に影響す
るという事が分かった。既に述べたように従来活性層は
ノンド−プである事が多かった。キャリヤは外部から印
加された電流の作用により、p型層からは正孔が、n型
層からは電子が活性層に注入されるのであるから、活性
層自体は固有のキャリヤを必要としないのである。電気
抵抗が上がってはいけないのであるが、活性層は薄いの
で、ここがノンド−プであっても全体としての抵抗は殆
ど上がらない。また不純物をド−プした事による欠陥な
どによる散乱の増える事が却って危惧される。こういう
訳で、従来は活性層はノンド−プであったのである。た
とえノンド−プであっても、p型層からZnが拡散する
ので、活性層はp型になっている。 【0015】本発明者は、活性層のキャリヤ濃度が素子
の応答時間に対してどのような影響を持つのかという疑
問を持った。活性層のキャリヤ濃度が高いと応答速度が
速くなるという報告がある(NEC  Researc
h & Development No.51,p.6
9(1978) )が、しかしどの程度の濃度であれば
良いのかという事は明らかでない。そこでキャリヤ濃度
の異なる活性層を有する発光ダイオ−ドを幾つも作って
応答特性を調べた。その結果次のような事が分かった。 活性層のキャリヤ濃度が高くなるほど応答時間が短くな
る。つまり高速応答になる。この理由は必ずしも明白で
ないが、活性層に不純物が増えると、これらにトラップ
されて、不純物レベルと伝導帯との遷移が起こり易くな
りこれがバンド間遷移を誘起するので応答速度が速くな
るのではないかと考えられる。アクセプタと伝導帯間の
遷移による発光は、バンド間遷移の光より波長が少し短
くなる訳であるがこれはあまり重要な事ではない。 【0016】しかし、活性層のキャリヤ濃度をあまり高
くし過ぎると、結晶の性質が低下し、欠陥も増加するの
で光出力が低下する。光出力と応答速度の双方の性能を
高く保つことのできる活性層のキャリア濃度は5×10
17cm−3〜3×1018cm−3である事が分かっ
た。これはかなり高いド−ピング量である。前記の特開
昭64−36089は活性層がノンド−プで、クラッド
層のキャリヤを規定していたのであるが、本発明の値よ
り一桁低い値である。 【0017】活性層を成長させた後、高温状態で、引き
続いてn型クラッド層を成長させる。この間に活性層や
p型クラッドの不純物が熱拡散しn型クラッドへ進入す
る。p型不純物といてZnを使う事が多いが、Znは特
に拡散し易い。またn型クラッドからn型不純物が活性
層へ拡散するという事がある。 【0018】p型領域からn型領域のp型不純物(Zn
)の拡散はよく知られており、これによってサイリスタ
構造が寄生的に発生する事がある。これを防ぐために前
記の特開昭64−36089はp1 <n1 としてい
る。つまりp型クラッドのキャリヤ濃度をn型クラッド
のキャリヤ濃度より低くしておけばZnの拡散があって
もn型のキャリヤが優越するので反転層ができない。 【0019】本発明はこのような現象を問題にするので
はなく、n型クラッド(n1 )から活性層(p2 )
への反対方向の拡散を問題にする。もしもn1 >p2
 であればn型不純物の拡散が旺盛に起こると活性層の
ド−パントが打ち消されてしまって、p型キャリヤを実
効的に喪失してしまう。反対にn1 <p2 であれば
,いくら拡散が起こっても全ての活性層のド−パントが
打ち消されるという事はない。それ故本発明ではn1 
<p2 というように活性層のp型ド−パント濃度を高
くするのである。 この点が極めて特異な本発明の特徴である。本発明を特
徴付ける条件を略記すると、 である。 【0020】 【実施例】液相エピタキシ−によって,AlGaAs混
晶発光ダイオ−ドを、GaAs基板上に、パラメ−タを
変えて5種類製作した。そしてそれぞれの試料について
光出力と応答時間とを測定した。p型クラッド層の混晶
比(AlxGa1−x Asのx)は0.35〜0.1
であり、n型クラッド層の混晶比も同様に0.35〜0
.1である。活性層もAlGaAs混晶であるから混晶
比は0.07である。混晶比が低いので活性層のバンド
ギャップが、クラッド層のバンドギャップよりも狭くな
る。 屈折率についても活性層がクラッド層より高くなる。発
光波長は830nmである。p型のド−パントはZn、
n型のド−パントはTeを用いた。 【0021】活性層の厚みgは、0.3〜0.8μmの
範囲で変化させた。活性層のキャリヤ濃度p2 は3×
1017cm−3〜4×1018cm−3の間で変動さ
せた。n型クラッド層のキャリヤ濃度nは2×1017
cm−3〜9×1017cm−3の間で変動させた。素
子の概要を一覧表にすると次のようである。       成長方法    :  液相エピタキシャ
ル法      発光波長    :  830nm 
                         
                    材料   
     :  p型クラッド層  x=0.35〜0
.1                       
                         
    (Alx Ga1−x As)       
                         
  活性層  x=0.07            
          n型クラッド層  x=0.35
〜0.1      ド−パント  :  p型   
   Zn                    
                         
             n型      Te  
                         
         【0022】5種類の試料について
パラメ−タと、光出力、応答時間についての測定結果な
どを表1に示す。■は本発明の実施例であって、■〜■
は比較例である。 【0023】 【表1】 【0024】光出力、応答時間は本発明の実施例につい
ての結果を1としてそれに対する相対値によって示して
いる。光出力は大きいほど良く、応答時間は短いほど良
い。比較例■は活性層の厚さが0.8μmでg≦0.5
μmという条件を満足していない。これは光出力が小さ
く、応答時間も長くなって望ましくない。比較例■と実
施例■とは活性層の厚さが違うだけであるから、活性層
の厚みが光出力、応答時間に対して強い影響を及ぼすと
いう事がよく分かる。 【0025】比較例■は活性層は薄いのであるが、活性
層のキャリヤ濃度p2 が本発明で規定する範囲(1×
1017cm−3〜3×1018cm−3)より低い。 n1 <p2 という条件は満足されている。この素子
は光出力が1.2となってより高輝度になるが、応答速
度は著しく低下している。ド−ピング濃度が低く従来の
発光ダイオ−ドに最も近い比較例である。比較例■は反
対に活性層のキャリヤ濃度を大きくしたものである。こ
れは応答時間が短縮されていてこの点では優れている。 しかし反面光出力が弱い、という欠点がある。 【0026】比較例■はn1 >p2 となっており、
本発明のn1 <p2 という条件を満たしていないも
のである。これは応答時間が1.8倍になり応答特性が
悪い。 光出力の方は1.1倍になって高輝度という点では優れ
ている。このように本発明の光素子は、光出力の点でも
応答時間の点でも優れたものである。 【0027】 【発明の効果】本発明の発光素子は、p型活性層のド−
パント濃度を高くし(p2 >n1 )ているので、光
出力をある程度高く保った状態で応答時間を短くする事
ができる。高速応答性のある発光素子とする事ができる
ので、デ−タリンク、空間伝送用の発光素子などに最適
である。
Description: FIELD OF THE INVENTION This invention relates to an improvement in an AlGaAs double heterostructure light emitting diode. In particular, the purpose is to provide a light-emitting element that is capable of high-speed response and has a large optical output. 2. Description of the Related Art AlGaAs light emitting devices have been in practical use for the longest time. The first double hetero semiconductor laser had a structure in which a GaAs active layer was sandwiched between AlGaAs n-type and p-type cladding layers. There are other semiconductor light emitting devices that use various other mixed crystal semiconductors, but AlGa
The As type has the most proven track record and has a wide range of uses. The problem here is not with lasers but with light emitting diodes. In the case of a laser, it is necessary to have a striped structure because carriers, current, and light must be concentrated in the lateral direction. It is an edge-emitting type, using both end faces as resonators. In the case of a light emitting diode, there is no great need to confine carriers and current in the lateral direction, so a stripe structure is not formed. A double hetero type increases luminous efficiency by confining carriers and light in the thickness direction, so a double hetero type is often used especially for light emitting diodes that require high output. [0004] AlGaAs mixed crystal is Alx Ga1-x
Sometimes it is written in detail, such as As, but sometimes it is abbreviated as the former, omitting the mixed crystal ratio x. AlAs and G
Since the lattice constants of aAs are similar, an AlGaAs mixed crystal thin film of any mixed crystal ratio can be deposited on a GaAs substrate by liquid phase epitaxy, molecular beam epitaxy, or metal-organic pyrolysis method (M
It can be epitaxially grown by OCVD) or the like. The basic double heterostructure consists of a thin active layer
It is sandwiched between a type cladding layer and a p-type cladding layer. It is required that the bandgap of the active layer be narrower than that of the cladding layer, and that the refractive index of the active layer be greater than the refractive index of the cladding layer. The former is a condition for carrier confinement. The latter is a condition for light confinement. AlxGa
In the 1-x As mixed crystal, as x increases, the band gap increases and the refractive index decreases. Therefore, the active layer is made of GaAs.
In this case, the above conditions are automatically satisfied if the cladding layer is made of AlGaAs. Therefore, in both semiconductor lasers and light emitting diodes, the active layer is GaAs and the cladding layer is
It is most often made of AlGaAs, which has a small . Furthermore, since it is desirable that the active layer has few lattice defects, it is often made non-doped. Or use low concentration p-type. However, when the active layer is made of GaAs, the emission wavelength is determined. In order to change the emission wavelength, the active layer itself must be made of a mixed crystal such as Aly Ga1-y As. Even in such a case, if the mixed crystal ratio of the cladding is set to x and the mixed crystal ratio of the active layer is made smaller than this (y<x), the band gap and refractive index conditions described above can be satisfied. I can do it. Nor does the problem of lattice matching between epitaxially grown layers pose any difficulties. [0007] The first requirement of such a light emitting element is that it has high brightness. A light emitting diode having an active layer of AlGaAs is described, for example, in JP-A-64-36089. This makes the active layer non-doped. As already mentioned, it is desirable for the active layer to have few lattice defects, and it is better to have less carrier scattering, so it is generally a non-doped active layer.
It is often This is also in line with conventional thinking. This light emitting device has an AlGaAs active layer sandwiched between p-type AlGaAs and n-type AlGaAs cladding layers having a higher mixed crystal ratio. The carrier concentration of the cladding layer is p1,
When n1, p1 < n1 and 1×1017c
m-3<n1<5×1017 cm-3, 5×1016
The carrier concentration of the cladding layer is set as cm-3<p1<3×1017 cm-3. The reason why the carrier concentration n1 of the n-type cladding is greater than the carrier concentration p1 of the p-type cladding is that a thyristor structure is not generated due to the diffusion of Zn. A p-type cladding layer and an active layer are laminated on a p-type substrate by liquid phase epitaxy. Zn is used as a p-type dopant. Zn has a particularly large diffusion coefficient at high temperatures. Liquid phase epitaxy is continuously performed to grow an n-type cladding layer and an n-type contact layer. For example, Te, Si, etc. are used as the n-type dopant. Liquid phase epitaxy is 700℃
Since the process is carried out at a high temperature of ~800°C, Zn enters the active layer and the n-type cladding layer during this time. This may create a p-type inversion layer above the n-type cladding layer. If that happens pn
This results in a thyristor with a pn structure. To avoid this, the n-type cladding is heavily doped so that p1 < n1
It is said that This creates an inversion layer. Also, n1
, p1 is based on experimental results and seems to have been selected to increase the brightness. The basis is not clear. Although the active layer is non-doped, Zn
Due to the diffusion of , it becomes p-type. Of course, the p-type carrier concentration p2 in the active layer is lower than p1. p2 < p1
<n1. [0009] In the past, light emitting diodes were often used as light sources such as point light sources for displays and printers, and vehicle lamps, and therefore were strongly required to have high brightness. However, light emitting diodes may also be used for signal transmission. Particularly in recent years, the field of application that requires high-speed response performance has expanded, such as for data links and spatial transmission. Conventional high-intensity LEDs have not always been satisfactory in terms of high-speed response. It is an object of the present invention to provide a light emitting device (LED) having high output and high speed response. Means for Solving the Problems The semiconductor light emitting device of the present invention uses a p-type GaAs substrate or a p-type Alx1Ga1-x1A substrate.
s substrate and p-type A epitaxially grown on the substrate.
lx2Ga1-x2As mixed crystal cladding layer and p-type Alx3G epitaxially grown on the p-type cladding layer.
A light emitting device with a double heterostructure including an a1-x3As mixed crystal active layer and an n-type Alx4Ga1-x4As mixed crystal cladding layer epitaxially grown on the active layer, the active layer having a thickness g of 0.5 μm. and the carrier concentration p2 of the p-type active layer is 5×1017 cm-3≦ p
2 ≦3×10 18 cm −3 and is characterized in that the carrier concentration p2 of the p-type active layer is larger than the carrier concentration n1 of the n-type cladding layer (p2 > n1). [Operation] FIG. 1 shows a schematic diagram of a semiconductor light emitting device to which the present invention is directed. This is a GaAs substrate or an AlG substrate in order from the bottom.
aAs grown film, p-type cladding layer (AlGaAs), active layer (AlGaAs or GaAs), n-type cladding layer (A
1GaAs). This is the basic form. Further above the n-type cladding layer, a highly doped n-type contact layer of GaAs is provided, and an AuGeNin side ohmic electrode is attached thereon. A p-side ohmic electrode is attached below the GaAs substrate. First, the thickness of the active layer has been found to have a significant effect on optical output and response time. FIG. 2 is a graph showing the results of the inventor's measurement of variations in optical output by varying the thickness of the active layer. The horizontal axis is the active layer thickness, and the vertical axis is the relative value of optical output. The thinner the active layer, the greater the light output. If it exceeds 1 μm, it will drop to about 70% or less of the value in the case of 0.5 μm. The thickness of the active layer and response time were also investigated. Figure 3 shows the results. The horizontal axis is the active layer thickness, and the vertical axis is the response time. In order to shorten the response time and achieve high-speed response, it is better for the active layer to be thinner. It can be seen that the response time increases as the active layer becomes thicker. For this reason, in the present invention, the active layer thickness is set to 0.5 μm or less. However, there have been a number of light emitting diodes that have active layers with a thickness of 0.5 μm or less, and this is not the only new feature. It has been found that the carrier concentration in the active layer also affects the response time. As already mentioned, conventional active layers have often been non-doped. Because carriers are injected into the active layer by the action of an externally applied current, holes are injected from the p-type layer and electrons from the n-type layer, so the active layer itself does not require its own carriers. be. The electrical resistance must not increase, but since the active layer is thin, the overall resistance hardly increases even if it is non-doped. Furthermore, there is a fear that scattering due to defects caused by doping with impurities will increase. For this reason, the active layer has conventionally been non-doped. Even if it is non-doped, the active layer becomes p-type because Zn diffuses from the p-type layer. The inventor of the present invention wondered what effect the carrier concentration in the active layer would have on the response time of the device. There is a report that the higher the carrier concentration in the active layer, the faster the response speed (NEC Research
h & Development No. 51, p. 6
9 (1978)), but it is not clear what concentration should be used. Therefore, we fabricated a number of light emitting diodes having active layers with different carrier concentrations and investigated their response characteristics. As a result, we found the following. The higher the carrier concentration in the active layer, the shorter the response time. In other words, it provides a fast response. The reason for this is not necessarily clear, but as impurities increase in the active layer, they become trapped, making it easier for transitions between the impurity level and the conduction band to occur, which induces interband transitions, which increases the response speed. I think so. The light emitted by the transition between the acceptor and the conduction band has a slightly shorter wavelength than the light from the interband transition, but this is not very important. However, if the carrier concentration in the active layer is made too high, the crystal properties deteriorate and the number of defects increases, resulting in a decrease in optical output. The carrier concentration of the active layer is 5×10, which can maintain high performance in both optical output and response speed.
It was found to be 17 cm-3 to 3 x 1018 cm-3. This is a fairly high doping level. In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-36089, the active layer is non-doped and the carriers in the cladding layer are defined, but the value is one order of magnitude lower than the value of the present invention. After growing the active layer, an n-type cladding layer is subsequently grown at a high temperature. During this time, impurities in the active layer and the p-type cladding are thermally diffused and enter the n-type cladding. Zn is often used as a p-type impurity, and Zn is particularly easy to diffuse. Furthermore, n-type impurities may diffuse from the n-type cladding into the active layer. P-type impurity (Zn) from the p-type region to the n-type region
) diffusion is well known and can lead to the parasitic generation of thyristor structures. In order to prevent this, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-36089 sets p1 < n1. In other words, if the carrier concentration in the p-type cladding is made lower than the carrier concentration in the n-type cladding, even if Zn is diffused, n-type carriers will be dominant and no inversion layer will be formed. The present invention does not take such a phenomenon into consideration, but instead transforms the active layer (p2) from the n-type cladding (n1) to the active layer (p2).
The problem is diffusion in the opposite direction. If n1 > p2
If the n-type impurity diffuses vigorously, the dopant in the active layer is canceled out, and p-type carriers are effectively lost. On the other hand, if n1 <p2, no matter how much diffusion occurs, all the dopants in the active layer will not be canceled out. Therefore, in the present invention, n1
The p-type dopant concentration in the active layer is increased so that <p2. This point is a very unique feature of the present invention. The conditions characterizing the present invention can be abbreviated as follows. EXAMPLE Five types of AlGaAs mixed crystal light emitting diodes were fabricated by liquid phase epitaxy on a GaAs substrate with different parameters. The light output and response time of each sample were then measured. The mixed crystal ratio of the p-type cladding layer (x of AlxGa1-x As) is 0.35 to 0.1
Similarly, the mixed crystal ratio of the n-type cladding layer is 0.35 to 0.
.. It is 1. Since the active layer is also made of AlGaAs mixed crystal, the mixed crystal ratio is 0.07. Since the mixed crystal ratio is low, the bandgap of the active layer is narrower than that of the cladding layer. The refractive index of the active layer is also higher than that of the cladding layer. The emission wavelength is 830 nm. The p-type dopant is Zn,
Te was used as the n-type dopant. The thickness g of the active layer was varied within the range of 0.3 to 0.8 μm. The carrier concentration p2 in the active layer is 3×
It was varied between 1017 cm-3 and 4×1018 cm-3. The carrier concentration n of the n-type cladding layer is 2×1017
It was varied between cm-3 and 9 x 1017 cm-3. A summary of the elements is listed below. Growth method: Liquid phase epitaxial method Emission wavelength: 830nm

material
: p-type cladding layer x=0.35~0
.. 1

(Alx Ga1-x As)

Active layer x=0.07
N-type cladding layer x=0.35
~0.1 Dopant: p type
Zn

n-type Te

Table 1 shows the parameters, light output, response time, and other measurement results for the five types of samples. ■ is an example of the present invention, and ■~■
is a comparative example. [0023] The optical output and response time are shown as relative values with respect to the results for the embodiments of the present invention as 1. The higher the light output, the better, and the shorter the response time, the better. Comparative example ■ has an active layer thickness of 0.8 μm and g≦0.5.
The condition of μm is not satisfied. This is undesirable because the optical output is low and the response time is long. Since Comparative Example (2) and Example (2) differ only in the thickness of the active layer, it is clear that the thickness of the active layer has a strong influence on the optical output and response time. Comparative Example (3) has a thin active layer, but the carrier concentration p2 of the active layer is within the range defined by the present invention (1×
1017 cm-3 to 3 x 1018 cm-3). The condition n1 < p2 is satisfied. Although this element has an optical output of 1.2 and higher brightness, the response speed is significantly lower. This is a comparative example that has a low doping concentration and is closest to a conventional light emitting diode. In Comparative Example (2), on the contrary, the carrier concentration in the active layer was increased. This is excellent in that it shortens response time. However, the drawback is that the light output is weak. Comparative example ■ has n1 > p2,
This does not satisfy the condition n1 < p2 of the present invention. This increases the response time by 1.8 times, resulting in poor response characteristics. The light output is 1.1 times higher and is superior in terms of high brightness. As described above, the optical device of the present invention is excellent in both optical output and response time. Effects of the Invention The light emitting device of the present invention has a p-type active layer doped with
Since the punt concentration is made high (p2 > n1), the response time can be shortened while keeping the optical output high to some extent. Since it can be made into a light-emitting element with high-speed response, it is ideal for light-emitting elements for data links, spatial transmission, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の発光素子の概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light emitting device of the present invention.

【図2】AlGaAs発光素子の活性層の厚みと光出力
の測定結果を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing measurement results of the active layer thickness and optical output of an AlGaAs light emitting device.

【図3】AlGaAs発光素子の活性層の厚みと応答時
間の測定結果を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing measurement results of the active layer thickness and response time of an AlGaAs light emitting device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  p型GaAs基板或はp型Alx1G
a1−x1As基板と、該基板上にエピタキシャル成長
させたp型Alx2Ga1−x2As混晶クラッド層と
、該p型クラッド層の上にエピタキシャル成長させたp
型Alx3Ga1−x3As混晶活性層と、該活性層の
上にエピタキシャル成長させたn型Alx4Ga1−x
4As混晶クラッド層とを含むダブルヘテロ構造の発光
素子であって、活性層の厚さgが0.5μm以下であり
、p型活性層のキャリア濃度p2 が 5×1017cm−3≦  p2 ≦3×1018cm
−3の範囲にあり、かつn型クラッド層のキャリア濃度
n1 よりもp型活性層のキャリア濃度p2 を大きく
(p2 >n1)した事を特徴とする半導体発光素子。
[Claim 1] P-type GaAs substrate or p-type Alx1G
an a1-x1As substrate, a p-type Alx2Ga1-x2As mixed crystal cladding layer epitaxially grown on the substrate, and a p-type Alx2Ga1-x2As mixed crystal cladding layer epitaxially grown on the p-type cladding layer.
type Alx3Ga1-x3As mixed crystal active layer and n-type Alx4Ga1-x epitaxially grown on the active layer.
4As mixed crystal cladding layer, the thickness g of the active layer is 0.5 μm or less, and the carrier concentration p2 of the p-type active layer is 5×1017 cm-3≦p2≦3. ×1018cm
-3, and has a carrier concentration p2 of a p-type active layer larger than a carrier concentration n1 of an n-type cladding layer (p2 > n1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6388274B1 (en) 1999-06-18 2002-05-14 Showa Denko Kabushiki Kaisha Epitaxial wafer for infrared light-emitting device and light-emitting device using the same

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