JPH05299781A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents

Semiconductor light-emitting device

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JPH05299781A
JPH05299781A JP10679292A JP10679292A JPH05299781A JP H05299781 A JPH05299781 A JP H05299781A JP 10679292 A JP10679292 A JP 10679292A JP 10679292 A JP10679292 A JP 10679292A JP H05299781 A JPH05299781 A JP H05299781A
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gaas
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昌宏 細田
Atsuisa Tsunoda
篤勇 角田
Kentaro Tani
健太郎 谷
Yasuo Suga
康夫 菅
向星 ▲高▼橋
Kousei Takahashi
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device which is capable of reducing a drive current without increasing a drive voltage and being manufactured with a minimum process. CONSTITUTION:Amphoteric impurities are doped on a semiconductor layer formed on both sides of a mesa stripe section of a p-type clad layer 4. As a crystal surface of a mixed crystal differs on the side surfaces 10 of a mesa stripe section and other surfaces 11 excluding the mesa stripe section in the p-type clad layer, semiconductor laminated layers 6 and 7 formed on the p-type clad layer 4 are turned into p-type semiconductor layers 6a and 7b on the both side surfaces and n-type semiconductor layers 6a and 7a on the surfaces except for the mesa stripe section by impurities. Therefore, the width of the bottom of the mesa stripe section is limited by the n type semiconductor layers 6a and 7a so that a current injection width may be narrowed. Although this reduction in the current injection width reduces the injection current as well, an opening area in the upper part of the mesa stripe section is widened substantially. It is, therefore, possible to prevent an increase in the drive voltage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子に関
し、特にGaAs基板に格子整合するAlGaInP系
混晶からなる半導体レーザ素子等に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a semiconductor laser device or the like made of an AlGaInP mixed crystal lattice-matched with a GaAs substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体発光素子は、情報記録再生
装置の光源をはじめとして光通信や光計測制御等の分野
において幅広く利用されている。光ディスク、ビデオデ
ィスク等の情報記録再生装置においては、その光源の発
振波長が短く光スポットが小さく絞れるほど、高密度に
記録することができるので好ましい。GaAs基板に格
子整合するAlGaInP混晶を用いた半導体レーザ素
子は、波長600nm帯の短波長の可視光が得られるた
め上記光源として特に注目されている。GaAs基板に
格子整合する該混晶としては、(AlyGa1-yxIn
1-xP(yは0以上1以下であり、xはほぼ0.5であ
る)が挙げられる。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor light emitting devices have been widely used in the fields of optical communication, optical measurement control, etc., including light sources of information recording / reproducing devices. In an information recording / reproducing apparatus such as an optical disk and a video disk, it is preferable that the oscillation wavelength of the light source is short and the light spot is narrowed down because high-density recording can be performed. A semiconductor laser device using an AlGaInP mixed crystal lattice-matched with a GaAs substrate is particularly attracting attention as the above-mentioned light source because it can obtain visible light having a short wavelength of 600 nm band. The該混crystal lattice-matched to GaAs substrate, (Al y Ga 1-y ) x In
1-x P (y is 0 or more and 1 or less, and x is approximately 0.5).

【0003】これまでAlGaInP系の混晶を用いた
半導体発光素子として様々な構造のものが提案されてい
る。図3は、このようなAlGaInP系の半導体レー
ザ素子の一例を示した要部断面図である。図3に示す半
導体レーザ素子は、SBR(Serectively Buried Ridge
Waveguide)構造とよばれ、以下に説明するように、有
機金属気相成長(MOCVD)法によって3回の結晶成
長工程により作製される。
Hitherto, various structures of semiconductor light emitting devices using AlGaInP mixed crystals have been proposed. FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of such an AlGaInP-based semiconductor laser device. The semiconductor laser device shown in FIG. 3 is an SBR (Serectively Buried Ridge).
This is called a “waveguide” structure, and is formed by three crystal growth steps by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method as described below.

【0004】まず、第1回目の成長工程にて、n型Ga
As基板31上に、減圧MOCVD法によってn型Al
GaInPクラッド層(以下、n型クラッド層という)
32、GaInP活性層33、p型AlGaInPクラ
ッド(以下、p型クラッド層という)層34、p型Ga
InP中間層35、p型GaAs層36が順次成長され
る。
First, in the first growth step, n-type Ga is used.
N-type Al is formed on the As substrate 31 by the low pressure MOCVD method.
GaInP clad layer (hereinafter referred to as n-type clad layer)
32, GaInP active layer 33, p-type AlGaInP clad (hereinafter referred to as p-type clad layer) layer 34, p-type Ga
The InP intermediate layer 35 and the p-type GaAs layer 36 are sequentially grown.

【0005】第1回目の成長工程終了後、p型GaIn
P中間層35、p型GaAs層36およびp型クラッド
34は、適当なエッチング法によってエッチングされ、
メサ状のストライプ部が形成される。
After completion of the first growth step, p-type GaIn
The P intermediate layer 35, the p-type GaAs layer 36, and the p-type cladding 34 are etched by an appropriate etching method,
A mesa-shaped stripe portion is formed.

【0006】次いで第2回目の成長工程で、上記メサス
トライプ部の上面以外の部分にn型GaAs電流阻止層
37が選択的に成長される。さらに、第3回目の成長工
程で、上記メサストライプ部の上面を含む全面にp型G
aAsコンタクト層38が積層形成され、その後、基板
31側とコンタクト層38側にそれぞれ電極(図示せ
ず)が形成されてダブルヘテロ型半導体レーザ素子が作
製される。
Then, in the second growth step, the n-type GaAs current blocking layer 37 is selectively grown on the portion other than the upper surface of the mesa stripe portion. Further, in the third growth step, p-type G is formed on the entire surface including the upper surface of the mesa stripe portion.
The aAs contact layer 38 is laminated and formed, and then electrodes (not shown) are formed on the substrate 31 side and the contact layer 38 side, respectively, to fabricate a double hetero type semiconductor laser device.

【0007】この構造においては、p型クラッド層3
4、n型GaAs電流阻止層37およびp型GaAsコ
ンタクト層38の接合部分がpnp構造となるためこの
部分では電流が流れず、活性層33への電流注入領域は
上記メサストライプ部のみに限定される。n型GaAs
電流阻止層37は光吸収層としても機能し、これにより
光導波路が形成されている。
In this structure, the p-type cladding layer 3
4. Since the junction portion of the n-type GaAs current blocking layer 37 and the p-type GaAs contact layer 38 has a pnp structure, no current flows in this portion, and the current injection region to the active layer 33 is limited to only the mesa stripe portion. It n-type GaAs
The current blocking layer 37 also functions as a light absorption layer, thereby forming an optical waveguide.

【0008】また、中間層35を構成するGaInP
は、p型クラッド層34の価電子帯エネルギーとp型G
aAs層36の価電子帯エネルギーの中間の値の価電子
帯エネルギーを有する。したがって、このp型GaIn
P中間層35が存在することにより、正孔の注入に対す
る障壁として作用するp型クラッド層34とp型GaA
s層36との間の価電子帯側のバンド構造の不連続性が
低減されるので、この部分では電流が流れやすくなる。
上記中間層35は、GaInP以外でも、その価電子帯
エネルギーが、p型クラッド層34を形成するAlGa
InPの価電子帯エネルギーとp型GaAs層36を形
成するGaAsの価電子帯エネルギーの間の値を有する
混晶、すなわちAlGaAsやp型クラッド層34を形
成するAlGaInPよりもAl混晶比の低いAlGa
InPで形成されてもよい。
In addition, GaInP forming the intermediate layer 35
Is the valence band energy of the p-type cladding layer 34 and the p-type G
The valence band energy has an intermediate value between the valence band energies of the aAs layer 36. Therefore, this p-type GaIn
The presence of the P intermediate layer 35 causes the p-type cladding layer 34 and the p-type GaA that act as a barrier against the injection of holes.
Since the discontinuity of the band structure on the valence band side with the s layer 36 is reduced, current easily flows in this portion.
Other than GaInP, the intermediate layer 35 has a valence band energy of AlGa forming the p-type cladding layer 34.
A mixed crystal having a value between the valence band energy of InP and the valence band energy of GaAs forming the p-type GaAs layer 36, that is, Al mixed crystal ratio lower than that of AlGaAs or AlGaInP forming the p-type cladding layer 34. AlGa
It may be formed of InP.

【0009】ところで、半導体レーザ素子の高機能化の
一つとして素子の駆動電流を低減することが挙げられ
る。この駆動電流の低減化により、消費電力が抑制され
るので、特にシステムの携帯化などに非常に有効であ
る。図3に示した半導体レーザ素子において駆動電流の
低減化を図る一つの方法としては、例えば上記メサスト
ライプ部の幅を狭くすることが挙げられる。
By the way, as one of the highly functional semiconductor laser devices, there is a reduction in the drive current of the device. This reduction of the drive current suppresses power consumption, which is very effective especially for making the system portable. One method for reducing the drive current in the semiconductor laser device shown in FIG. 3 is to reduce the width of the mesa stripe portion.

【0010】しかしながら、メサストライプ部の幅を狭
くしようとすると、p型GaAsコンタクト層38に対
するメサストライプ部の開口面積が極端に狭くなるため
にこの部分での抵抗が大きくなり、素子の駆動電圧が増
大するという欠点があった。また、メサストライプ部の
幅が狭くなると、メサエッチング、選択成長の加工が困
難になり、精度よく製品を製造することが難しくなるた
め、歩留りが低下するという欠点があった。
However, if an attempt is made to reduce the width of the mesa stripe portion, the opening area of the mesa stripe portion with respect to the p-type GaAs contact layer 38 becomes extremely narrow, so that the resistance in this portion becomes large and the driving voltage of the element is increased. It had the drawback of increasing. Further, when the width of the mesa stripe portion is narrowed, it becomes difficult to process the mesa etching and the selective growth, and it becomes difficult to manufacture a product with high accuracy, so that there is a drawback that the yield is reduced.

【0011】これらの欠点を解決するために、例えば、
特開平4−10685号公報に開示される構造の半導体
レーザ素子が提案されている。図4にこの半導体レーザ
素子の要部構造を示す。この半導体レーザ素子において
は、図3に示した半導体レーザと同様に、n型GaAs
基板41上に、n型AlGaInPクラッド層(以下、
n型クラッド層という)42、GaInP活性層43、
メサストライプ部が形成されたp型AlGaInP層
(以下、p型クラッド層という)44、p型GaInP
中間層45およびp型GaAs層46が積層形成されて
いる。上記p型クラッド層44のメサストライプ部の上
面以外には、第2回目の成長工程によって、p型GaI
nP層411、p型GaAs層412、n型GaAs電
流阻止層47が積層形成されている。その後、さらに第
3回目の成長工程で、上記メサストライプ部の上部を含
む全面にp型GaAsコンタクト層48が積層形成さ
れ、基板41側とコンタクト層48側にそれぞれ電極
(図示せず)が形成されてダブルヘテロ型半導体レーザ
素子が作製される。この半導体レーザにおいては、メサ
ストライプ部の両側面を覆ったp型GaInP層411
およびp型GaAs層412にも電流が流れることがで
きるのでコンタクト層48に対応するメサストライプ部
の実質的な開口面積が大きくなり、抵抗の増大を抑制す
ることができる。
In order to solve these drawbacks, for example,
A semiconductor laser device having the structure disclosed in JP-A-4-10685 has been proposed. FIG. 4 shows the main structure of this semiconductor laser device. In this semiconductor laser device, as in the semiconductor laser shown in FIG.
On the substrate 41, an n-type AlGaInP clad layer (hereinafter,
42, a GaInP active layer 43,
A p-type AlGaInP layer (hereinafter referred to as a p-type clad layer) 44 having a mesa stripe portion, p-type GaInP
The intermediate layer 45 and the p-type GaAs layer 46 are laminated and formed. Except for the upper surface of the mesa stripe portion of the p-type cladding layer 44, p-type GaI was formed by the second growth step.
An nP layer 411, a p-type GaAs layer 412, and an n-type GaAs current blocking layer 47 are laminated and formed. After that, in the third growth step, a p-type GaAs contact layer 48 is formed on the entire surface including the upper portion of the mesa stripe portion, and electrodes (not shown) are formed on the substrate 41 side and the contact layer 48 side, respectively. Thus, a double hetero type semiconductor laser device is manufactured. In this semiconductor laser, the p-type GaInP layer 411 covering both side surfaces of the mesa stripe portion is formed.
Since a current can also flow in the p-type GaAs layer 412, the substantial opening area of the mesa stripe portion corresponding to the contact layer 48 is increased, and the increase in resistance can be suppressed.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図4に示した
半導体レーザ素子では、p型GaInP層411および
p型GaAs層412が上記メサストライプ部の傾斜し
た側面だけでなく、p型クラッド層44のメサストライ
プ部以外の平坦な面413上にも積層されているため、
これらp型GaInP層411、p型GaAs層412
において、メサストライプ部の側面を覆っている傾斜部
分だけでなく平坦な部分にまで電流が広がってしまい、
活性層43への電流の注入幅が広くなりすぎるという問
題がある。これを解決するためには、第2回目の結晶成
長工程にてp型GaAs層412まで積層形成した後、
p型クラッド層44の上記平坦な面413上のp型Ga
InP層411、p型GaAs層412を除去し、第3
回目の成長工程でn型GaAs電流阻止層47を積層
し、その後第4回目の結晶工程でコンタクト層48を形
成すればよい。しかし、この場合は上記のように結晶の
成長工程が4回必要となるため、製造工程が複雑になる
という欠点がある。
However, in the semiconductor laser device shown in FIG. 4, the p-type GaInP layer 411 and the p-type GaAs layer 412 are formed not only on the inclined side surface of the mesa stripe portion but also on the p-type cladding layer 44. Since it is also laminated on the flat surface 413 other than the mesa stripe portion of,
These p-type GaInP layer 411 and p-type GaAs layer 412
At, the current spreads not only to the inclined part covering the side surface of the mesa stripe part but also to the flat part,
There is a problem that the width of current injection into the active layer 43 becomes too wide. In order to solve this, after the p-type GaAs layer 412 is laminated and formed in the second crystal growth step,
p-type Ga on the flat surface 413 of the p-type cladding layer 44
The InP layer 411 and the p-type GaAs layer 412 are removed, and the third
The n-type GaAs current blocking layer 47 may be laminated in the growth step of the fourth time, and then the contact layer 48 may be formed in the fourth crystal step. However, in this case, since the crystal growth process is required four times as described above, there is a drawback that the manufacturing process becomes complicated.

【0013】本発明は、上記欠点を解決しようとするも
のであり、駆動電圧を増大することなく駆動電流が低減
され、しかも少ない工程で製造することができる半導体
発光素子を提供することを目的とする。
The present invention is intended to solve the above-mentioned drawbacks, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device in which the driving current is reduced without increasing the driving voltage and which can be manufactured in a small number of steps. To do.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、n型GaAs基板上に、該基板に格子整合するAl
GaInP系混晶を用いて形成したダブルヘテロ型積層
構造を有する半導体発光素子であって、n型(Alt
1-tsIn1-sP(tは0より大で1以下であり、s
は0より大で1未満である)からなるクラッド層、(A
uGa1-uvIn1-vP(uは0以上1未満であり、v
は0より大で1未満である)からなる活性層、およびメ
サストライプ部を有するp型(AltGa1-tsIn1-s
Pからなるクラッド層がこの順に積層形成され、該p型
(AltGa1-tsIn1-sPクラッド層のメサストライ
プ部の両側に、両性不純物がドーピングされたAlGa
As層および、該p型(AltGa1-tsIn1-sPクラ
ッド層よりもAl混晶比が小さく、かつ両性不純物がド
ーピングされた(AlpGa1-pqIn1-qP(pは0以
上1未満であり、qは0より大で1未満である)層のう
ち少なくとも一方の層が積層形成されており、そのこと
により上記目的が達成される。
A semiconductor light emitting device of the present invention comprises an n-type GaAs substrate on which Al is lattice-matched.
What is claimed is: 1. A semiconductor light emitting device having a double hetero-type laminated structure formed by using a GaInP-based mixed crystal, comprising n-type (Al t G
a 1-t ) s In 1-s P (t is greater than 0 and 1 or less, s
Is greater than 0 and less than 1), (A
l u Ga 1-u) v In 1-v P (u is 0 to less than 1, v
Is greater than 0 and less than 1), and a p-type (Al t Ga 1-t ) s In 1-s having a mesa stripe portion.
A cladding layer made of P is laminated in this order, and an AlGa doped with amphoteric impurities is formed on both sides of the mesa stripe portion of the p-type (Al t Ga 1-t ) s In 1-s P cladding layer.
As layer and, the p-type (Al t Ga 1-t) s In 1-s P cladding layer smaller Al mole fraction than, and amphoteric impurity-doped (Al p Ga 1-p) q In 1 At least one layer of -q P (p is 0 or more and less than 1 and q is more than 0 and less than 1) is laminated, and thereby the above object is achieved.

【0015】[0015]

【作用】本発明にあっては、p型クラッド層のメサスト
ライプ部の両側に形成された半導体層に両性不純物がド
ーピングされている。p型クラッド層においては、該メ
サストライプ部の側面と該メサストライプ部以外の面で
は混晶の結晶面が異なるため、該p型クラッド層上に積
層形成された半導体層は、該両性不純物によって該側面
上ではp型半導体層となり、メサストライプ部以外の面
ではn型半導体層となる。よって、メサストライプ部底
部の幅はn型半導体層によって制限されて電流注入幅が
狭くなるので注入電流は低減されるが、メサストライプ
部の上部の実質的な開口面積は広がるので駆動電圧は増
大しない。
In the present invention, the semiconductor layers formed on both sides of the mesa stripe portion of the p-type cladding layer are doped with amphoteric impurities. In the p-type cladding layer, the crystal plane of the mixed crystal is different between the side surface of the mesa stripe portion and the surface other than the mesa stripe portion, so that the semiconductor layer laminated on the p-type cladding layer is affected by the amphoteric impurity. A p-type semiconductor layer is formed on the side surface, and an n-type semiconductor layer is formed on the surface other than the mesa stripe portion. Therefore, the width of the bottom of the mesa stripe portion is limited by the n-type semiconductor layer and the current injection width is narrowed, so that the injection current is reduced, but the substantial opening area of the upper portion of the mesa stripe portion is widened and the drive voltage is increased. do not do.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1は本発明の第1実施例の要部を示する
模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of a first embodiment of the present invention.

【0018】n型GaAs基板1上には、第1回目の結
晶成長工程において減圧MOCVD法によって積層され
たn型(AltGa1-tsIn1-sP(tは0より大で1
以下であり、sは0より大で1未満である)クラッド層
(以下、n型クラッド層という)2、ノンドープ(Al
uGa1-uvIn1-vP(uは0以上1未満であり、vは
0より大で1未満である)活性層3、p型(AltGa
1-tsIn1-sPクラッド層(以下、p型クラッド層と
いう)4、およびp型GaInP中間層5がこの順序で
形成されている。n型GaAs基板1の上面9はGaA
s結晶の(100)面である。
On the n-type GaAs substrate 1, n-type (Al t Ga 1-t ) s In 1-s P (t is larger than 0) stacked by the low pressure MOCVD method in the first crystal growth step. 1
Below, s is greater than 0 and less than 1) clad layer (hereinafter referred to as n-type clad layer) 2, undoped (Al
u Ga 1-u ) v In 1-v P (u is 0 or more and less than 1 and v is greater than 0 and less than 1) active layer 3, p-type (Al t Ga)
A 1-t ) s In 1-s P clad layer (hereinafter referred to as a p-type clad layer) 4 and a p-type GaInP intermediate layer 5 are formed in this order. The upper surface 9 of the n-type GaAs substrate 1 is GaA.
It is the (100) plane of s crystal.

【0019】上記中間層5は、p型クラッド層4の上に
積層形成された後に、p型クラッド層4とともにフォト
リソグラフ法とウェットエッチングによりエッチングさ
れ、メサストライプが形成される。このとき、メサスト
ライプ部の側面10には混晶の(111)面が現れてお
り、上記p型クラッド層4におけるメサストライプ部以
外の平坦な面11には該混晶の(100)面が現れてい
る。
The intermediate layer 5 is laminated on the p-type cladding layer 4 and then etched together with the p-type cladding layer 4 by photolithography and wet etching to form a mesa stripe. At this time, the mixed crystal (111) plane appears on the side surface 10 of the mesa stripe portion, and the mixed crystal (100) plane is present on the flat surface 11 of the p-type cladding layer 4 other than the mesa stripe portion. Is appearing.

【0020】上記p型クラッド層4には、そのメサスト
ライプ部の上面を除いて、第2回目の成長工程において
MBE(分子線エピタキシ)法によって積層されたAl
GaAs層6およびGaAs層7が形成されており、こ
れら2層には両性不純物がドーピングされている。その
ため、AlGaAs層6およびGaAs層7は、メサス
トライプ部の傾斜した側面10上に積層された部分、す
なわち図1中示した破線より内側の部分においては、p
型AlGaAs層6b、p型GaAs層7bとなり、p
型クラッド層4における上記平坦な面11上に積層され
た部分、すなわち該破線より外側の部分においては、n
型AlGaAs層6a、n型GaAs層7aとなる。
On the p-type clad layer 4, except for the upper surface of the mesa stripe portion, Al laminated by MBE (Molecular Beam Epitaxy) method in the second growth step.
A GaAs layer 6 and a GaAs layer 7 are formed, and these two layers are doped with amphoteric impurities. Therefore, the AlGaAs layer 6 and the GaAs layer 7 are p at the portion stacked on the inclined side surface 10 of the mesa stripe portion, that is, at the portion inside the broken line shown in FIG.
Type AlGaAs layer 6b and p type GaAs layer 7b,
In the portion of the mold cladding layer 4 stacked on the flat surface 11, that is, the portion outside the broken line, n
Type AlGaAs layer 6a and n type GaAs layer 7a.

【0021】さらに上記構成の上に、第3回目の結晶成
長工程においてMOCVD法により積層されたp型Ga
Asコンタクト層8が形成されている。
Further, on the above structure, a p-type Ga layer is formed by MOCVD in the third crystal growth step.
The As contact layer 8 is formed.

【0022】上述のように基板1上にn型クラッド層2
からコンタクト層8が形成された後、通常の方法により
基板側1およびコンタクト層8側にそれぞれ電極(図示
せず)が形成され、半導体発光素子が作製される。
As described above, the n-type cladding layer 2 is formed on the substrate 1.
After the contact layer 8 is formed, the electrodes (not shown) are respectively formed on the substrate side 1 and the contact layer 8 side by a usual method, and the semiconductor light emitting device is manufactured.

【0023】上記両性不純物は、積層する結晶面の面方
位によって不純物原子が占有する格子位置が異なるた
め、アクセプタまたはドナーとなり得る不純物である。
このような両性不純物としてはIV族元素があげられ、第
1実施例と後述の第2実施例ではSiを用いた。IV族原
子は、通常III-V族半導体にドナーとしてドーピングさ
れるが、本発明においては、上記メサストライプ部の側
面10が(m11)面であるため、V族原子の付着係数
が低くIV族原子がIII−V族半導体においてV族原子の
格子位置に取り込まれるようになる。よって該側面10
上に積層した部分においては、該両性不純物はアクセプ
タとして作用し、この部分に成長した結晶はp型結晶と
なる。また、p型クラッド層4の上記平坦な面11は
(100)面であるため、III族原子の格子位置に両性
不純物が取り込まれ、両性不純物はドナーとして作用す
るため、平坦な面11上に成長した部分はn型結晶とな
る。MBE法を用いた場合は、特にこの不純物が両性不
純物として有効に作用するため好適である。
The above-mentioned amphoteric impurity is an impurity that can serve as an acceptor or a donor because the lattice positions occupied by the impurity atoms differ depending on the plane orientation of the crystal planes to be stacked.
Examples of such amphoteric impurities include Group IV elements, and Si is used in the first embodiment and the second embodiment described later. A group IV atom is usually doped as a donor in a group III-V semiconductor, but in the present invention, since the side surface 10 of the mesa stripe portion is a (m11) plane, the group V atom has a low sticking coefficient and a group IV atom. Atoms become incorporated into the lattice position of the group V atom in the group III-V semiconductor. Therefore, the side surface 10
In the portion laminated on the top, the amphoteric impurity acts as an acceptor, and the crystal grown in this portion becomes a p-type crystal. Further, since the flat surface 11 of the p-type cladding layer 4 is the (100) plane, amphoteric impurities are taken into the lattice position of the group III atom, and the amphoteric impurity acts as a donor, so that the flat surface 11 is formed on the flat surface 11. The grown portion becomes an n-type crystal. The use of the MBE method is particularly preferable because this impurity effectively acts as an amphoteric impurity.

【0024】基板上に積層形成する各層の組成は、それ
ぞれ基板と格子整合するように設定されており、そのた
め、n型クラッド層2、活性層3およびp型クラッド層
4を形成するAlGaInPの上記混晶比s、vはほぼ
0.5であることが好ましい。第1実施例では基板1か
らコンタクト層8を以下の混晶を用いて形成した。
The composition of each layer laminated on the substrate is set so as to be lattice-matched with the substrate. Therefore, the AlGaInP forming the n-type clad layer 2, the active layer 3 and the p-type clad layer 4 is formed as described above. The mixed crystal ratios s and v are preferably about 0.5. In the first embodiment, the contact layer 8 was formed from the substrate 1 using the following mixed crystal.

【0025】基板1:GaAs(Si:2×1018cm
-3)、n型クラッド層2:n型(Al0.7Ga0.30.5
In0.5P(Se:1×1018cm-3)、活性層3:ノ
ンドープGa0.5In0.5P、p型クラッド層4:p型
(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(Zn:6×1017
-3)、中間層5:p型Ga0.5In0.5P(Zn:1×
1018cm-3)、AlGaAs層6:Al0.5Ga0.5
s(Si:1×1018cm-3)、GaAs層7:GaA
s(Si:2×1018cm-3)、コンタクト層8:Ga
As(Zn:2×1018cm-3)。
Substrate 1: GaAs (Si: 2 × 10 18 cm
-3 ), n-type cladding layer 2: n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5
In 0.5 P (Se: 1 × 10 18 cm −3 ), active layer 3: non-doped Ga 0.5 In 0.5 P, p-type clad layer 4: p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (Zn: 6 × 10 5). 17 c
m −3 ), intermediate layer 5: p-type Ga 0.5 In 0.5 P (Zn: 1 ×
10 18 cm -3 ), AlGaAs layer 6: Al 0.5 Ga 0.5 A
s (Si: 1 × 10 18 cm -3 ), GaAs layer 7: GaA
s (Si: 2 × 10 18 cm −3 ), contact layer 8: Ga
As (Zn: 2 × 10 18 cm −3 ).

【0026】第1実施例において、上記n型AlGaA
s層6aおよびn型GaAs層7aは電流阻止層として
働く。注入電流は、コンタクト層8から中間層5、p型
クラッド層4を通る経路以外に、コンタクト層8からp
型GaAs層7b、p型AlGaAs層6b、p型クラ
ッド層4を通る経路で流れ、活性層3に注入される。そ
のため、活性層3への電流の注入幅(メサストライプ部
底部の幅)が狭いので駆動電流の低減が図れ、かつコン
タクト層8に対するメサストライプ部の開口面積が大き
くなるので、駆動電圧の増大を抑制することができる。
In the first embodiment, the n-type AlGaA is used.
The s layer 6a and the n-type GaAs layer 7a function as a current blocking layer. The injection current flows from the contact layer 8 to the p-type clad layer 4 as well as from the contact layer 8 to the p-type cladding layer 4.
The GaAs layer 7 b, the p-type AlGaAs layer 6 b, and the p-type clad layer 4 flow through the path and are injected into the active layer 3. Therefore, the width of injection of the current into the active layer 3 (width of the bottom of the mesa stripe portion) is narrow, so that the drive current can be reduced, and the opening area of the mesa stripe portion with respect to the contact layer 8 is increased, so that the drive voltage is increased. Can be suppressed.

【0027】また、AlGaAs層6はその価電子帯エ
ネルギーがp型クラッド層4の価電子帯エネルギーとp
型GaAsコンタクト層8の価電子帯エネルギーとの中
間の値であるので、p型クラッド層4とp型GaAsコ
ンタクト層8の間のバンド構造の不連続性が緩和され
る。これにより、この部分においては電流が流れやすく
なる。
The valence band energy of the AlGaAs layer 6 is equal to the valence band energy of the p-type cladding layer 4 and p.
Since it is an intermediate value with the valence band energy of the type GaAs contact layer 8, the discontinuity of the band structure between the p-type cladding layer 4 and the p-type GaAs contact layer 8 is relaxed. As a result, current easily flows in this portion.

【0028】図2は本発明の第2実施例を示す縦断面図
である。第2実施例においては、結晶成長はMBE法の
みによって行った。
FIG. 2 is a vertical sectional view showing a second embodiment of the present invention. In the second example, crystal growth was performed only by the MBE method.

【0029】n型GaAs基板21上には、第1実施例
と同様に、n型クラッド層22、ノンドープ活性層2
3、メサストライプ部を有するp型クラッド層24、お
よびp型の中間層25が積層形成されており、さらに該
中間層25の上にp型GaAs層29が積層形成されて
いる。上記メサストライプ部の側面212には混晶の
(111)面が現れており、上記p型クラッド層24に
おけるメサストライプ部以外の平坦な面213には該混
晶の(100)面が現れている。
On the n-type GaAs substrate 21, the n-type clad layer 22 and the non-doped active layer 2 are formed as in the first embodiment.
3, a p-type clad layer 24 having a mesa stripe portion, and a p-type intermediate layer 25 are laminated, and a p-type GaAs layer 29 is laminated on the intermediate layer 25. A mixed crystal (111) plane appears on the side surface 212 of the mesa stripe portion, and a (100) plane of the mixed crystal appears on a flat surface 213 of the p-type cladding layer 24 other than the mesa stripe portion. There is.

【0030】上記メサストライプ部の上面を除いた領域
には、Al混晶比がp型クラッド層24より小さい(A
pGa1-pqIn1-qP(pは0以上1未満であり、q
は0より大で1未満である)層210、AlGaAs層
26およびGaAs層27が積層形成されており、これ
ら3層には両性不純物がドーピングされている。よっ
て、第1実施例と同様に、図2中示した破線より内側の
部分においては、該3層は、それぞれp型(AlpGa
1-pqIn1-qP層210b、p型AlGaAs層26
b、およびp型GaAs層27bとなり、該破線より外
側の部分においては、それぞれn型(AlpGa1-pq
In1-qP層210a、n型AlGaAs層6a、およ
びn型GaAs層7aとなる。
In the region except the upper surface of the mesa stripe portion, the Al mixed crystal ratio is smaller than that of the p-type cladding layer 24 (A
l p Ga 1-p ) q In 1-q P (p is 0 or more and less than 1, and q
Layer 210, AlGaAs layer 26 and GaAs layer 27 are laminated, and these three layers are doped with amphoteric impurities. Therefore, as in the first embodiment, in the portion inside the broken line shown in FIG. 2, the three layers are p-type (Al p Ga).
1-p ) q In 1-q P layer 210b, p-type AlGaAs layer 26
b and p-type GaAs layer 27b, and n-type (Al p Ga 1 -p ) q is formed in the portions outside the broken line.
It becomes the In 1-q P layer 210a, the n-type AlGaAs layer 6a, and the n-type GaAs layer 7a.

【0031】さらに上記構成の上に、第3回目の結晶成
長工程においてMOCVD法によりp型GaAsコンタ
クト層28が形成され、その後、通常の方法により基板
側21およびコンタクト層28側にそれぞれ電極(図示
せず)が形成され、半導体発光素子が作製される。
Further, on the above structure, a p-type GaAs contact layer 28 is formed by MOCVD in the third crystal growth step, and thereafter, electrodes (FIG. (Not shown) is formed, and a semiconductor light emitting device is manufactured.

【0032】第2実施例では、基板21からコンタクト
層28を以下の混晶を用いて形成した。尚、(Alp
1-pqIn1-qP層210においても、基板21と格
子整合させるため、混晶比qはほぼ0.5であることが
好ましい。
In the second embodiment, the contact layer 28 was formed from the substrate 21 using the following mixed crystal. In addition, (Al p G
In the a 1-p ) q In 1-q P layer 210 as well, the mixed crystal ratio q is preferably about 0.5 in order to make the lattice match with the substrate 21.

【0033】基板21:GaAs(Si:2×1018
-3)、n型クラッド層22:n型(Al0.7Ga0.3
0.5In0.5P(Si:1×1018cm-3)、活性層2
3:ノンドープGa0.5In0.5P、p型クラッド層2
4:p型(Al0.7Ga0.30.5In0.5P(Be:1×
1018cm-3)、中間層25:p型Ga0.5In0.5
(Be:1×1018cm-3)、p型GaAs層29:G
aAs(Be:1×1018cm-3)、(AlpGa1-p
qIn1-qP層210:Ga0.6InP0.4(Si:1×1
18cm-3)、AlGaAs層26:Al0.5Ga0.5
s(Si:1×1018cm-3)、GaAs層27:Ga
As(Si:2×1018cm-3)、コンタクト層28:
GaAs(Be:2×1018cm-3)。
Substrate 21: GaAs (Si: 2 × 10 18 c
m −3 ), n-type cladding layer 22: n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ).
0.5 In 0.5 P (Si: 1 × 10 18 cm -3 ), active layer 2
3: Non-doped Ga 0.5 In 0.5 P, p-type cladding layer 2
4: p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P (Be: 1 ×
10 18 cm -3 ), the intermediate layer 25: p-type Ga 0.5 In 0.5 P
(Be: 1 × 10 18 cm −3 ), p-type GaAs layer 29: G
aAs (Be: 1 × 10 18 cm −3 ), (Al p Ga 1 -p ).
q In 1-q P layer 210: Ga 0.6 InP 0.4 (Si: 1 × 1
0 18 cm -3 ), AlGaAs layer 26: Al 0.5 Ga 0.5 A
s (Si: 1 × 10 18 cm -3 ), GaAs layer 27: Ga
As (Si: 2 × 10 18 cm −3 ), contact layer 28:
GaAs (Be: 2 × 10 18 cm −3 ).

【0034】第2実施例の半導体発光素子において、上
記n型(AlpGa1-pqIn1-qP層210a、n型A
lGaAs層26aおよびn型GaAs層27aは電流
阻止層として働く。注入電流は、コンタクト層28から
p型GaAs層29、中間層25、p型クラッド層24
を通る経路以外に、コンタクト層28からp型GaAs
層27b、p型AlGaAs層26b、p型(Alp
1-pqIn1-qP層210b、p型クラッド層24を
通る経路で流れ、活性層33に注入される。第2実施例
においても、活性層23への電流の注入幅が狭いので駆
動電流の低減が図れ、かつコンタクト層28に対するメ
サストライプ部の開口面積が大きくなるので、駆動電圧
の増大が抑制される。
In the semiconductor light emitting device of the second embodiment, the n-type (Al p Ga 1-p ) q In 1-q P layer 210a, the n-type A
The lGaAs layer 26a and the n-type GaAs layer 27a function as a current blocking layer. The injected current is from the contact layer 28 to the p-type GaAs layer 29, the intermediate layer 25, and the p-type cladding layer 24.
From the contact layer 28 to p-type GaAs
Layer 27b, p-type AlGaAs layer 26b, p-type (Al p G
a 1-p ) q In 1-q P layer 210 b and the p-type clad layer 24, and is injected into the active layer 33. Also in the second embodiment, the injection width of the current to the active layer 23 is narrow, so that the drive current can be reduced, and the opening area of the mesa stripe portion with respect to the contact layer 28 is increased, so that the increase of the drive voltage is suppressed. ..

【0035】第2実施例においては、p型AlGaAs
層26aの価電子帯エネルギーとp型クラッド層24の
価電子帯エネルギーとの中間の値の価電子帯エネルギー
を有するp型(AlpGa1-pqIn1-qP層210bが
存在することにより、p型クラッド層24とp型GaA
sコンタクト層28の間のバンド構造の不連続性が第1
実施例よりさらに緩和されるので、この部分においてさ
らに電流が流れやすくなる。
In the second embodiment, p-type AlGaAs is used.
There is a p-type (Al p Ga 1-p ) q In 1-q P layer 210b having a valence band energy intermediate between the valence band energy of the layer 26a and the valence band energy of the p-type cladding layer 24. The p-type cladding layer 24 and the p-type GaA
The discontinuity of the band structure between the s contact layers 28 is the first.
Since it is further relaxed as compared with the embodiment, the current can flow more easily in this portion.

【0036】また、第2実施例においては、コンタクト
層28を省略し、p型GaAs層29およびp型GaA
s層27bに直接電極を形成することも可能である。こ
の場合は、第3回目の成長工程を省略することができる
ので、工程数をさらに少なくすることができる。
Further, in the second embodiment, the contact layer 28 is omitted and the p-type GaAs layer 29 and p-type GaA are used.
It is also possible to directly form the electrode on the s layer 27b. In this case, since the third growth step can be omitted, the number of steps can be further reduced.

【0037】また、本発明は、量子井戸構造、光ガイド
層を有する構造、結晶性改善のためのバッファ層を有す
る構造等の構造を有する半導体発光素子においても適用
することができる。
The present invention can also be applied to a semiconductor light emitting device having a structure such as a quantum well structure, a structure having an optical guide layer, and a structure having a buffer layer for improving crystallinity.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、半導体発光素子の駆動
電圧を増大させることなく、その駆動電流の低減化を図
ることができる。
According to the present invention, the drive current of the semiconductor light emitting element can be reduced without increasing the drive voltage thereof.

【0039】本発明の半導体発光素子は、特別の装置を
備えることなく、容易にかつ3回以下の結晶成長工程で
作製することができる。
The semiconductor light emitting device of the present invention can be easily manufactured by a crystal growth step of three times or less without providing a special device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の半導体レーザ装置の要部を示す縦断面図
である。
FIG. 3 is a vertical sectional view showing a main part of a conventional semiconductor laser device.

【図4】従来の別の半導体レーザ装置の要部を示す縦断
面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a main part of another conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型GaAs基板 2 n型(AltGa1-tsIn1-sPクラッド層 3 (AluGa1-uvIn1-vP活性層 4 p型(AltGa1-tsIn1-sPクラッド層 6 AlGaAs層 10 メサストライプ部側面 21 n型GaAs基板 22 n型(AltGa1-tsIn1-sPクラッド層 23 (AluGa1-uvIn1-vP活性層 24 p型(AltGa1-tsIn1-sPクラッド層 26 AlGaAs層 210 (AlpGa1-pqIn1-qP層 212 メサストライプ部側面1 n-type GaAs substrate 2 n-type (Al t Ga 1-t ) s In 1-s P clad layer 3 (Al u Ga 1-u ) v In 1-v P active layer 4 p-type (Al t Ga 1- t ) s In 1-s P clad layer 6 AlGaAs layer 10 side surface of mesa stripe 21 n-type GaAs substrate 22 n-type (Al t Ga 1-t ) s In 1-s P clad layer 23 (Al u Ga 1-u ) V In 1-v P active layer 24 p-type (Al t Ga 1-t ) s In 1-s P clad layer 26 AlGaAs layer 210 (Al p Ga 1-p ) q In 1-q P layer 212 mesa stripe Part side

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅 康夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 ▲高▼橋 向星 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasuo Suga 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Inventor ▲ Takahashi Musei 22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka No.22 Sharp Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】n型GaAs基板上に、該基板に格子整合
するAlGaInP系混晶を用いて形成したダブルヘテ
ロ型積層構造を有する半導体発光素子であって、n型
(AltGa1-tsIn1-sP(tは0より大で1以下で
あり、sは0より大で1未満である)からなるクラッド
層、(AluGa1-uvIn1-vP(uは0以上1未満で
あり、vは0より大で1未満である)からなる活性層、
およびメサストライプ部を有するp型(AltGa1-t
sIn1-sPからなるクラッド層がこの順に積層形成さ
れ、該p型(AltGa1-tsIn1-sPクラッド層のメ
サストライプ部の両側に、両性不純物がドーピングされ
たAlGaAs層および、該p型(AltGa1-ts
1-sPクラッド層よりもAl混晶比が小さく、かつ両
性不純物がドーピングされた(AlpGa1-pqIn1-q
P(pは0以上1未満であり、qは0より大で1未満で
ある)層のうち少なくとも一方の層が積層形成された半
導体発光素子。
1. A semiconductor light emitting device having a double hetero-type laminated structure formed on an n-type GaAs substrate by using an AlGaInP-based mixed crystal lattice-matched to the substrate, which is an n-type (Al t Ga 1-t ) S In 1-s P (t is greater than 0 and less than or equal to 1 and s is greater than 0 and less than 1), (Al u Ga 1-u ) v In 1-v P ( u is 0 or more and less than 1 and v is more than 0 and less than 1),
And p-type (Al t Ga 1-t ) having a mesa stripe portion
A cladding layer made of s In 1-s P was formed in this order, and amphoteric impurities were doped on both sides of the mesa stripe portion of the p-type (Al t Ga 1-t ) s In 1-s P cladding layer. AlGaAs layer and the p-type (Al t Ga 1-t ) s I
The Al mixed crystal ratio is smaller than that of the n 1-s P clad layer and is doped with amphoteric impurities (Al p Ga 1-p ) q In 1-q
A semiconductor light-emitting device in which at least one layer of P (p is 0 or more and less than 1 and q is more than 0 and less than 1) layers is laminated.
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