JPH0439988A - 半導体発光装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は半導体レーザとして用いられる半導体発光装置
に関するものである。

従来の技術 従来、半導体レーザの材料としては（ＡｌｘＱａ　１−
ｘ　）　ｏ、ｓ　Ｉ　ｎ　ｏ、ｓ　Ｐ　が知られている
が、この材料で半導体レーザを作る場合、Ｑ　ａ　Ａ　
Ｓを基板として用い、この基板の表面に前記材料をエピ
タキシャル成長させている。例えば、（Ａｌ　ｘ　Ｇａ
　ｌ−ｘ　）ｏ、ｓ　Ｉｎｏ、ｓは、窒化物を除けば、
ｉ−ｖ族中では最大のバンドギャップを有しているので
、赤色領域で発振する半導体レーザとして用いられてい
る。

そして、化合物半導体をエピタキシャル成長させる基板
としては、ＧａＡｓ、　ＩｎＰ、　Ｇａｐ、　Ｇａｒｂ
。

Ｓｉ、Ｑｅが用いられているけれども、（ＡＩＸＱａｌ
−ｘ）ｙ　　Ｉｎｘ−ｙ　　Ｐ系の材料を成長させる場
合、格子定数を整合させるという要請から、ＧａＡｓ　
ｊ。

か基板に使用できないとされていた。このように、Ｑ　
ａ　Ａ　ｓ基板に（Ａｌｘ　Ｇａ１−ｘ）ｙ　　Ｉｎｘ
　−Ｙ　Ｐを成長させた場合、バンドギャップの最も小
さいものはＱａｏ、ｓ　Ｉｎｏ、ｓＰの１．９１ｅＶで
あり、最も大きいものはＡＩｏ、ｓ　Ｉｎｏ、ｓＰの２
．３５ｅＶｆある。

ところで、最近では、半導体レーザの発振波長を短波長
化する要求があるけれども、発振波長を短波長化するに
は、発光部である活性層のバンドギャップエネルギーを
大きくする必要がある。また、レーザ発振をさせるため
には、活性層の材料が直接遷移型のものでなければなら
ず、しかも光と注入電流を狭い領域に閉じ込めるために
、ヘテロ構造とする必要がある。また、活性層と隣合う
クラッド層は、活性層よシもバンドギャップエネルギー
が０．２５ｅＶよりも大きくなければならない。

前述したような理由から、ＧａＡｓを基板に用いた半導
体発光装置において、発振波長を短波長化する場合、活
性層、クラッド層のそれぞれのアルミ組成を増やし、バ
ンドギャップエネルギーを大きくしている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このようにアルミ組成を増やしてバンド
ギャップエネルギーを大きくしたとしても、バンドギャ
ップエネルギーはＡｌｏ、ｓ　Ｉｎｏ、ｓ　Ｐの場合で
最大の２．３５ｅＶＬかなく、この場合の活性層のバン
ドギャップエネルギーは２．１０ｅＶといった値であり
、この場合の発振波長は５９０１ｍである。

前述したように、アルミ組成を増加させて短波長化を図
ることはできるが、その場合には、動作時に酸化が起こ
り、特性の劣化が顕著になり、当然ではあるが、製品の
信頼性が問題となる課題がある。

本発明の課題は、前述したような従来の半導体発光装置
の発振波長の短縮化上の問題に鑑み、動作によって酸化
が起きずらく、信頼性の高い半導体発光装置を製造する
ことができる製造方法を得るにある。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するため、本発明では、Ｓ目−ＸＧｅｘ
　（Ｑ≦ｘ≦１）単結晶からなる基板上に化合物半導体
層を形成する。

作　　　　用 本発明によれば、５１１−ｘＧｅＸ（ｏ≦ｘ≦１）基板
の組成Ｘの値を選ぶことによって、ＧａＡｓに比べて基
板結晶の格子定数を小さな値にし、これによっｌ、（Ａ
ｌｘ　Ｇａｔ−ｘ）ｙ　　Ｉｎｔ−ｙ　Ｐ（Ｑ≦ｘ、　
Ｙ≦１）系化合物半導体を材料とする半導体レーザの短
波長化を図ることができる。

実施例 第１図を用いて本発明の実施例の詳細を説明する。

本発明の詳細な説明に先立ち、第２図に示した従来のＱ
ａＡｓ基板の半導体レーザを比較例として説明する。即
ち、第２図の半導体レーザは、電極１１、その上にＧａ
Ａｓ基板１２、ｎ型緩衝層１３、ｎ型ＧａＩｎＰ層１４
、ｎ型ＡＩＧａＩｎＰクラッド層１５、活性層１６、ｐ
型ＡＩＧａＩｎＰ　’ｙ　ラノＦ層１７、ｐ型ＧａＩｎ
Ｐ層１８、絶縁層１９及び電極２０　を形成することに
より構成されている。ＧａＡｓ基板１２のエピタキシャ
ル成長面は（００１）面である。この例の活性層の組成
はＱａｏ、ｓ　Ｉｎｏ、ｓ　Ｐであり、その場合発振波
長は６５０ｎｍになる。

これに対して、基板にＳｉｘ　−ｘ　Ｇｅｘを用いると
、５ｉｔ−ｘＱｅｘ基板に格子整合する三元系半導体Ｇ
ａＩｎＰの組成はＧａの多い組成となる。即ち、第３図
はこの関係を示し、右方程（格子定数大）Ｉｎの組成が
大で、左方程（格子定数小）　Ｇａ組成が犬であり、格
子定数の小さな５ｉＧｅに対応してＧａの組成が犬とな
る。

この場合の直接遷移型のバンドギャップエネルギーは、
２．２５ｅＶまで大きくなる。この時の活性層に用いら
れるＱａｘ　　Ｉｎ−ｘＰ、並びに、クラッド層に用い
られるＡｌｘ　　Ｉｎ１−ｘＰの組成はＸｏ、７４であ
り、これに適合する基板に用いられるＳｉ１−ｘ　（）
ｅｘの組成はＸ＝０．５７である。しかしながら、この
組成では、活性層とクランド層のバンドギャップエネル
ギーの差がｏ、１ｓｅＶＬがなく、光と注入電流を閉じ
込めるには不十分である。

第１図は本発明の実施例であり、図中、符号１は電極、
２はｎ型５ｉＧｅ基板、３は成長緩衝層、４はｎ型Ｇａ
Ｉｎｐ層、５はｎ型クラッド層、６は活性層、７はｐ型
クラッド層、８はｐ型ＧａＩｎＰ層、９は絶縁層、１０
は電極である。即ち、この実施例では、基板として格子
定数がＱ、５ｎｍのＳ　ｉ　１−ｘ　Ｇｅｘ　（ｘ　＝
　０．７５　）を用い、成長緩衝層としてＣ）ａＡｓ　
ｔ−ｘ　Ｐｘ　（ｘ　＝　０．２５　）を用いている。

また、前記活性層６には前記基板２と格子整合したＧａ
ｏ、６４Ｉｎｏ、ａ６Ｐを、前記クラッド層７にはＡＩ
ｏ、６４　Ｉｎｏ、ａｓ　Ｐをそれぞれ用いである。

したがって、このような構成によると、活性層６とクラ
ッド層７のバンドギャップエネルギーの差が０．２５ｅ
Ｖとなり、活性層にアルミを用いないで、５９０ｎｍと
いった値の短い発振波長を得ることができる。

発明の効果 以上のように本発明は、５ｉｉ−Ｇｅｘ（Ｑ≦ｘ≦１）
基板を用いることによって、ＡＩＧａＩｎＰ系半導体レ
ーザにおいて、活性層にアルミを用いることなく、短波
長での発振を実現でき、その結果、動作時の酸化による
性能劣化が少なく信頼性の高い半導体発光装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による半導体発光装置の断面図
、第２図はＧａＡＳ基板を用いた従来の半導体発光装置
の断面図、第３図は（Ａｌ　ｘ　Ｇａ　１−Ｘ）ＹＪｎ
ｌ−ｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）系の格子定数トハンドギャ
ップエネルギーの関係を示す図である。 １・・・電極、２・・・ｎ型５ＩＧｅ基板、３・・成長
緩衝層、４　・−ｎ型ＱａＩｎＰ層、５−ｎ型ＡＩＩｎ
Ｐクラッド層、６−ＧａＩｎＰ活性層、　７　・ｆｌ型
ＡＩＩｎＰクラッド層、８・・・ｐ型ＧａＩｎＰ層、　
９．１０　・・・電極。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ＿ｘＧｅ＿１＿−＿ｘ（０≦ｘ≦１）単結晶
   を基板として用い、前記基板の上に化合物半導体結晶層
   を形成してなることを特徴とする半導体発光装置。
2. （２）基板と化合物半導体層の間にＧａＡｓ＿１＿−＿
   ｘＰ＿ｘ（０≦ｘ≦１）からなる成長緩衝層を形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
3. （３）化合物半導体層が、基板に格子整合した（Ａｌ＿
   ｘＧａ＿１＿−＿ｘ）＿ｙＩｎ＿１＿−＿ｙｐ（０≦ｘ
   、ｙ≦１）からなる層であることを特徴とする請求項１
   もしくは２記載の半導体発光装置。
4. （４）化合物半導体層が基板に格子整合したＧａ＿ｙＩ
   ｎ＿１＿−＿ｙｐ（０≦ｙ≦１）からなる活性層及びＡ
   ｌ＿ｙＩｎ＿１＿−＿ｙｐからなるクラッド層であるこ
   とを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の半導体
   発光装置。