JPH0513809A - 半導体発光素子 - Google Patents
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体発光素子にお
いて電子のオーバーフローを抑制し、発光効率・光飽和
特性の改善を図る。 【構成】 ｎ−ＩｎＰ半導体基板１０上に、ｎ−ＩｎＰ
第１のクラッド層１１と、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａ
Ａｓを含む発光層１２と、ｐ−Ｉｎ1 - x Ａｌx Ａｓ
（Ｘ＝０．４８〜１．００）歪バリア層１３と、ｐ−Ｉ
ｎＰ第２のクラッド層１４が積層された構造を有する。 【効果】 発光層１２と第２のクラッド層１４の間に、
ｐ−Ｉｎ1 - xＡｌx Ａｓの歪バリア層１４を設けるこ
とによって、発光層と歪バリア層間の伝導帯のヘテロ障
壁を大きくできる。従って発光層１２に注入された電子
が、第２のクラッド層１４に漏れることなく正孔と発光
再結合するため、発光効率が高く、光出力が高出力まで
飽和しないＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を発光層とする半導体発
光素子が得られる。
いて電子のオーバーフローを抑制し、発光効率・光飽和
特性の改善を図る。 【構成】 ｎ−ＩｎＰ半導体基板１０上に、ｎ−ＩｎＰ
第１のクラッド層１１と、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａ
Ａｓを含む発光層１２と、ｐ−Ｉｎ1 - x Ａｌx Ａｓ
（Ｘ＝０．４８〜１．００）歪バリア層１３と、ｐ−Ｉ
ｎＰ第２のクラッド層１４が積層された構造を有する。 【効果】 発光層１２と第２のクラッド層１４の間に、
ｐ−Ｉｎ1 - xＡｌx Ａｓの歪バリア層１４を設けるこ
とによって、発光層と歪バリア層間の伝導帯のヘテロ障
壁を大きくできる。従って発光層１２に注入された電子
が、第２のクラッド層１４に漏れることなく正孔と発光
再結合するため、発光効率が高く、光出力が高出力まで
飽和しないＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を発光層とする半導体発
光素子が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムの主構
成要素となる半導体発光素子に関する。
成要素となる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信技術の進歩にともない、その適用
分野は基幹伝送系から、加入者系・ＬＡＮ・データリン
ク等のシステムへ急速に広がりつつある。このような光
システムの高度化に対応するためには、光素子のより高
性能化が不可欠である。これまでに低損失光ファイバ通
信用光源として、Ｉｎx Ｇａ1 - x Ａｓy Ｐ1 - y ／Ｉ
ｎＰダブルヘテロ構造の発光素子が実用化されている。
分野は基幹伝送系から、加入者系・ＬＡＮ・データリン
ク等のシステムへ急速に広がりつつある。このような光
システムの高度化に対応するためには、光素子のより高
性能化が不可欠である。これまでに低損失光ファイバ通
信用光源として、Ｉｎx Ｇａ1 - x Ａｓy Ｐ1 - y ／Ｉ
ｎＰダブルヘテロ構造の発光素子が実用化されている。
【０００３】しかしながら、波長１μｍ帯のｐ−ＩｎＰ
／Ｉｎx Ｇａ1 - x Ａｓy Ｐ1 - y ／ｎ−ＩｎＰダブル
ヘテロ構造を有する通常の発光素子に関しては、例えば
米津による半導体素子光学 −発光・受光素子− 工学
図書株式会社刊、１３１頁から１３４頁に詳しく記載さ
れているように、波長０．８μｍ帯のＧａＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系と比べて発光効率が低い、光出力が低出力で飽
和するなどの問題が生じていた。
／Ｉｎx Ｇａ1 - x Ａｓy Ｐ1 - y ／ｎ−ＩｎＰダブル
ヘテロ構造を有する通常の発光素子に関しては、例えば
米津による半導体素子光学 −発光・受光素子− 工学
図書株式会社刊、１３１頁から１３４頁に詳しく記載さ
れているように、波長０．８μｍ帯のＧａＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓ系と比べて発光効率が低い、光出力が低出力で飽
和するなどの問題が生じていた。
【０００４】発光効率の低下、及び光出力の飽和の原因
の一つは、クラッド層へのキャリアの漏れ過程・オージ
ェ過程等によって発光層に注入された電子・正孔が発光
に寄与することなく再結合してしまうことにある。Ｉｎ
x Ｇａ1 - x Ａｓy Ｐ1 - y ／ＩｎＰ系においては、伝
導帯のバンド不連続量ΔＥｃと価電子帯のバンド不連続
量ΔＥｖの比（いわゆるバンドオフセット比）がΔＥｃ
／ΔＥｖ＝０．２２／０．３８と小さいため、ＩｎＧａ
ＡｓＰ発光層に注入された電子はヘテロ障壁を越えてｐ
形のＩｎＰクラッド層に漏れやすい。特に、ＩｎＧａＡ
ｓＰ系はオージェ再結合過程によって発光層中に運動エ
ネルギーの高い電子が生成されやすいため、電子のｐ形
ＩｎＰクラッド層への漏れはさらに加速される。
の一つは、クラッド層へのキャリアの漏れ過程・オージ
ェ過程等によって発光層に注入された電子・正孔が発光
に寄与することなく再結合してしまうことにある。Ｉｎ
x Ｇａ1 - x Ａｓy Ｐ1 - y ／ＩｎＰ系においては、伝
導帯のバンド不連続量ΔＥｃと価電子帯のバンド不連続
量ΔＥｖの比（いわゆるバンドオフセット比）がΔＥｃ
／ΔＥｖ＝０．２２／０．３８と小さいため、ＩｎＧａ
ＡｓＰ発光層に注入された電子はヘテロ障壁を越えてｐ
形のＩｎＰクラッド層に漏れやすい。特に、ＩｎＧａＡ
ｓＰ系はオージェ再結合過程によって発光層中に運動エ
ネルギーの高い電子が生成されやすいため、電子のｐ形
ＩｎＰクラッド層への漏れはさらに加速される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の原因を除去し、発光効率が高く光出力が高出力まで飽
和しないＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓを発光層とす
る半導体発光素子を提供することにある。
の原因を除去し、発光効率が高く光出力が高出力まで飽
和しないＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓを発光層とす
る半導体発光素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明の半導体発光素子は、ｎ形のＩｎＰ半導体基
板上に、ｎ形のＩｎＰの第１のクラッド層と、ＩｎＧａ
ＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓを少なくとも含む発光層と、ｐ
形のＩｎ1 - x Ａｌx Ａｓ（Ｘ＝０．４８〜１．００）
からなる歪バリア層と、ｐ形のＩｎＰの第２のクラッド
層が、順次積層された構造を有することを特徴とする。
めに本発明の半導体発光素子は、ｎ形のＩｎＰ半導体基
板上に、ｎ形のＩｎＰの第１のクラッド層と、ＩｎＧａ
ＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓを少なくとも含む発光層と、ｐ
形のＩｎ1 - x Ａｌx Ａｓ（Ｘ＝０．４８〜１．００）
からなる歪バリア層と、ｐ形のＩｎＰの第２のクラッド
層が、順次積層された構造を有することを特徴とする。
【０００７】
【作用】Ｉｎ1 - x Ａｌx Ａｓ／ＩｎＧａＡｓＰ系は、
ＩｎＰ格子整合がとれているｘ＝０．４８の場合、バン
ドオフセット比がΔＥｃ／ΔＥｖ＝０．５０／０．２２
と伝導帯に大きなバンド不連続を有する材料系である。
さらにこの材料系は、ＩｎＡｌＡｓの組成ｘを０．４８
から１まで変化させ歪を導入することによって、バンド
オフセット比を高め伝導帯の不連続量をさらに拡大でき
るという特徴を持っている。本発明では、従来例である
Ｉｎx Ｇａ1 - x Ａｓy Ｐ1 - y ／ＩｎＰダブルヘテロ
構造におけるＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を含む発光層とｐ形の
ＩｎＰからなるクラッド層の間に、ｐ形のＩｎ1 - x Ａ
ｌx Ａｓ（Ｘ＝０．４８〜１．００）からなる歪バリア
層を設けることによって、図２に示すバンド図ように電
流注入時において、発光層と歪バリア層間の伝導帯のヘ
テロ障壁を大きくすることが可能となる。
ＩｎＰ格子整合がとれているｘ＝０．４８の場合、バン
ドオフセット比がΔＥｃ／ΔＥｖ＝０．５０／０．２２
と伝導帯に大きなバンド不連続を有する材料系である。
さらにこの材料系は、ＩｎＡｌＡｓの組成ｘを０．４８
から１まで変化させ歪を導入することによって、バンド
オフセット比を高め伝導帯の不連続量をさらに拡大でき
るという特徴を持っている。本発明では、従来例である
Ｉｎx Ｇａ1 - x Ａｓy Ｐ1 - y ／ＩｎＰダブルヘテロ
構造におけるＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を含む発光層とｐ形の
ＩｎＰからなるクラッド層の間に、ｐ形のＩｎ1 - x Ａ
ｌx Ａｓ（Ｘ＝０．４８〜１．００）からなる歪バリア
層を設けることによって、図２に示すバンド図ように電
流注入時において、発光層と歪バリア層間の伝導帯のヘ
テロ障壁を大きくすることが可能となる。
【０００８】この大きな伝導帯のヘテロ障壁によって、
発光層に注入された電子が第２のクラッド層へ漏れにく
くなる。特にオージェ過程によって生じた高い運動エネ
ルギーの電子に対してこの効果は著しい。従って、本発
明の採用により、発光層に注入された電子が、第２のク
ラッド層に漏れることなく正孔と発光再結合するため、
発光効率が高く、光出力が高出力まで飽和しないＩｎＧ
ａＡｓ（Ｐ）を発光層とする半導体発光素子が得られ
る。
発光層に注入された電子が第２のクラッド層へ漏れにく
くなる。特にオージェ過程によって生じた高い運動エネ
ルギーの電子に対してこの効果は著しい。従って、本発
明の採用により、発光層に注入された電子が、第２のク
ラッド層に漏れることなく正孔と発光再結合するため、
発光効率が高く、光出力が高出力まで飽和しないＩｎＧ
ａＡｓ（Ｐ）を発光層とする半導体発光素子が得られ
る。
【０００９】
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
【００１０】図１は本発明の実施例を示す半導体発光素
子（発光ダイオード）の構造図、図２はその実施例の発
光時におけるバンド構造図である。
子（発光ダイオード）の構造図、図２はその実施例の発
光時におけるバンド構造図である。
【００１１】先ず、厚さ３５０μｍのｎ−ＩｎＰ半導体
基板１０上に、気相成長法または分子線成長法などによ
りｎ−ＩｎＰ第１のクラッド層１１（厚さ１μｍ、キャ
リア濃度２×１０1 7 ｃｍ- 3 ）、ＩｎＰと格子整合す
るバンドギャップ波長が１．３μｍのｐ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ発光層１２（厚さ０．５μｍ、キャリア濃度２×１０
1 7 ｃｍ- 3 ）、ｐ−Ｉｎ1 - x Ａｌx Ａｓ（Ｘ＝０．
５４）歪バリア層１３（厚さ０．０２μｍ、キャリア濃
度５×１０1 7 ｃｍ- 3 ）、ｐ−ＩｎＰ第２のクラッド
層１４（厚さ１μｍ、キャリア濃度５×１０1 7 ｃｍ
- 3 ）、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５を順次成
長する。次に、誘電体をマスク１６としたＣｄ又はＺｎ
の選択不純物拡散法により、高いｐ形不純物濃度を有す
るコンタクト領域１７を形成した後、ＡｕＺｎのｐ電極
１８を形成する。半導体基板１０の裏面を１００μｍ程
度の厚さになるまで研磨した後、裏面側に誘電体よりな
る無反射膜１９とｎ電極２０を形成し、図１に示した本
実施例の素子が完成する。
基板１０上に、気相成長法または分子線成長法などによ
りｎ−ＩｎＰ第１のクラッド層１１（厚さ１μｍ、キャ
リア濃度２×１０1 7 ｃｍ- 3 ）、ＩｎＰと格子整合す
るバンドギャップ波長が１．３μｍのｐ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ発光層１２（厚さ０．５μｍ、キャリア濃度２×１０
1 7 ｃｍ- 3 ）、ｐ−Ｉｎ1 - x Ａｌx Ａｓ（Ｘ＝０．
５４）歪バリア層１３（厚さ０．０２μｍ、キャリア濃
度５×１０1 7 ｃｍ- 3 ）、ｐ−ＩｎＰ第２のクラッド
層１４（厚さ１μｍ、キャリア濃度５×１０1 7 ｃｍ
- 3 ）、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１５を順次成
長する。次に、誘電体をマスク１６としたＣｄ又はＺｎ
の選択不純物拡散法により、高いｐ形不純物濃度を有す
るコンタクト領域１７を形成した後、ＡｕＺｎのｐ電極
１８を形成する。半導体基板１０の裏面を１００μｍ程
度の厚さになるまで研磨した後、裏面側に誘電体よりな
る無反射膜１９とｎ電極２０を形成し、図１に示した本
実施例の素子が完成する。
【００１２】このようにＩｎＧａＡｓＰ発光層とｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層の間に、ｐ−Ｉｎ1- x Ａｌx Ａｓ（Ｘ
＝０．４８〜１．００）からなる歪バリア層を設けるこ
とによって、図２に示すように電流注入時において、発
光層と歪バリア層間の伝導帯のヘテロ障壁を大きくする
ことが可能となる。この大きな伝導帯のヘテロ障壁によ
って、発光層に注入された電子が第２クラッド層へ漏れ
にくくなる。その結果、発光層に注入された電子が、第
２のクラッド層に漏れることなく正孔と発光再結合する
ため、発光効率が高く、光出力が高出力まで飽和しない
ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を発光層とする半導体光素子が得ら
れる。
ｎＰクラッド層の間に、ｐ−Ｉｎ1- x Ａｌx Ａｓ（Ｘ
＝０．４８〜１．００）からなる歪バリア層を設けるこ
とによって、図２に示すように電流注入時において、発
光層と歪バリア層間の伝導帯のヘテロ障壁を大きくする
ことが可能となる。この大きな伝導帯のヘテロ障壁によ
って、発光層に注入された電子が第２クラッド層へ漏れ
にくくなる。その結果、発光層に注入された電子が、第
２のクラッド層に漏れることなく正孔と発光再結合する
ため、発光効率が高く、光出力が高出力まで飽和しない
ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を発光層とする半導体光素子が得ら
れる。
【００１３】尚、上記実施例に於いては寸法例も示した
が、結晶成長や混晶化及びエッチングの様子は成長法・
条件などで大幅に変化するからそれらと共に適切な寸法
を採用すべきことは言うまでもない。電極金属・誘電体
の種類に関して制限はない。歪バリア層に関しては、良
質な結晶成長が可能となる臨界膜厚の範囲内であれば組
成ｘを０．４８から１の範囲で任意に選択可能であり、
又発光層に関しては、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓ
であれば制限はなく、さらに量子井戸構造でも良いこと
は改めて詳細に説明するまでもなく明らかなことであ
る。
が、結晶成長や混晶化及びエッチングの様子は成長法・
条件などで大幅に変化するからそれらと共に適切な寸法
を採用すべきことは言うまでもない。電極金属・誘電体
の種類に関して制限はない。歪バリア層に関しては、良
質な結晶成長が可能となる臨界膜厚の範囲内であれば組
成ｘを０．４８から１の範囲で任意に選択可能であり、
又発光層に関しては、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｓ
であれば制限はなく、さらに量子井戸構造でも良いこと
は改めて詳細に説明するまでもなく明らかなことであ
る。
【００１４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓの発光層とｐ−
ＩｎＰクラッド層の間に、ｐ−Ｉｎ1 - x Ａｌx Ａｓ
（Ｘ＝０．４８〜１．００）からなる歪バリア層を設け
ることによって、図２に示すバンド図ように電流注入時
において、発光層と歪バリア層間の伝導帯のヘテロ障壁
を大きくすることが可能となる。この大きな伝導帯のヘ
テロ障壁によって、発光層から第２のクラッド層への電
子の漏れを抑制することが出来る。その結果、発光層に
注入された電子は、第２のクラッド層に漏れることなく
正孔と発光再結合するため、発光効率が高く、光出力が
高出力まで飽和しないＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を発光層とす
る半導体光素子が得られる。
ればＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓの発光層とｐ−
ＩｎＰクラッド層の間に、ｐ−Ｉｎ1 - x Ａｌx Ａｓ
（Ｘ＝０．４８〜１．００）からなる歪バリア層を設け
ることによって、図２に示すバンド図ように電流注入時
において、発光層と歪バリア層間の伝導帯のヘテロ障壁
を大きくすることが可能となる。この大きな伝導帯のヘ
テロ障壁によって、発光層から第２のクラッド層への電
子の漏れを抑制することが出来る。その結果、発光層に
注入された電子は、第２のクラッド層に漏れることなく
正孔と発光再結合するため、発光効率が高く、光出力が
高出力まで飽和しないＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を発光層とす
る半導体光素子が得られる。
【図１】本発明の一実施例を示す半導体発光素子の構造
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例の素子の発光時におけるバン
ド構造図である。
ド構造図である。
１０ ｎ−ＩｎＰ半導体基板 １１ ｎ−ＩｎＰ第１のクラッド層 １２ ＩｎＧａＡｓＰ発光層 １３ ｐ−Ｉｎ1 - x Ａｌx Ａｓ（Ｘ＝０．５４）歪バ
リア層 １４ ｐ−ＩｎＰ第２のクラッド層 １５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １６ マスク １７ コンタクト領域 １８ ｐ電極 １９ 無反射膜 ２０ ｎ電極
リア層 １４ ｐ−ＩｎＰ第２のクラッド層 １５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １６ マスク １７ コンタクト領域 １８ ｐ電極 １９ 無反射膜 ２０ ｎ電極
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ｎ形のＩｎＰ半導体基板上に、ｎ形のＩ
ｎＰの第１のクラッド層と、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧ
ａＡｓを少なくとも含む発光層と、ｐ形のＩｎ1 - x Ａ
ｌx Ａｓ（Ｘ＝０．４８〜１．００）からなる歪バリア
層と、ｐ形のＩｎＰの第２のクラッド層が、順次積層さ
れた構造を有する半導体発光素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16306191A JPH0513809A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 半導体発光素子 |
| EP92110732A EP0521395A1 (en) | 1991-07-03 | 1992-06-25 | Light emitting device for achieving high luminous efficiency and high saturation level of light output |
| US08/140,816 US5329135A (en) | 1991-07-03 | 1993-10-21 | Light emitting device for achieving high luminous efficiency and high saturation level of light output |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16306191A JPH0513809A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513809A true JPH0513809A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=15766438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16306191A Pending JPH0513809A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 半導体発光素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5329135A (ja) |
| EP (1) | EP0521395A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0513809A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001068790A (ja) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Canon Inc | 半導体レーザ構造 |
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|---|---|---|---|---|
| JP3135960B2 (ja) * | 1991-12-20 | 2001-02-19 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ装置 |
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| JP3698402B2 (ja) * | 1998-11-30 | 2005-09-21 | シャープ株式会社 | 発光ダイオード |
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| EP1195864A3 (en) * | 2000-10-04 | 2004-11-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| US7042921B2 (en) * | 2003-07-11 | 2006-05-09 | Emcore Corporation | Complex coupled single mode laser with dual active region |
| JP2009076640A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Fujifilm Corp | 半導体発光素子 |
Citations (3)
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| JPS58222577A (ja) * | 1982-06-18 | 1983-12-24 | Nec Corp | 発光素子 |
| JPS62122190A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-03 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| JPH0384969A (ja) * | 1989-08-28 | 1991-04-10 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
Family Cites Families (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6055678A (ja) * | 1983-09-06 | 1985-03-30 | Nec Corp | 発光ダイオ−ド |
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| GB2226698B (en) * | 1988-11-15 | 1992-05-20 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd | A light emitting semiconductor device |
| CA2055208C (en) * | 1990-11-09 | 2000-07-04 | Michinori Irikawa | A quatum barrier semiconductor optical device |
-
1991
- 1991-07-03 JP JP16306191A patent/JPH0513809A/ja active Pending
-
1992
- 1992-06-25 EP EP92110732A patent/EP0521395A1/en not_active Ceased
-
1993
- 1993-10-21 US US08/140,816 patent/US5329135A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5329135A (en) | 1994-07-12 |
| EP0521395A1 (en) | 1993-01-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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