JPH05304332A - Optical semiconductor device - Google Patents

Optical semiconductor device

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JPH05304332A
JPH05304332A JP7970792A JP7970792A JPH05304332A JP H05304332 A JPH05304332 A JP H05304332A JP 7970792 A JP7970792 A JP 7970792A JP 7970792 A JP7970792 A JP 7970792A JP H05304332 A JPH05304332 A JP H05304332A
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JP
Japan
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layer
active layer
semiconductor device
semiconductor
optical semiconductor
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JP7970792A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Noguchi
英明 野口
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prolong service life by introducing at least one kind of impurities, selected from group III and V elements other than the main elements of group III and V constituting the active layer of a semiconductor layer, into the semiconductor layer having at least an active layer. CONSTITUTION:A first clad layer 12 composed at least of AlX1GaY1In1-X1-Y1P, an active layer 13 composed of AlX2GaY2In1-X2-Y2P, and a second clad layer 14 composed of AlX3GaY3In1-X3-Y3P are laminated sequentially, with lattice being matched, on a semiconductor substrate 11 composed of GaAs. At least one kind of element selected from B, N As, Sb is added, as impurities, to the semiconductor layer containing at least the active layer 13. Similarly, at least one kind of element selected from B, Al, N or Sb in case of InGaAs system while selected from B, In, N or P in case of A GaAsSb system is introduced, as impurities, into a semiconductor layer containing at least an active layer.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光半導体装置に関し、特
に寿命に関する特性劣化の少ない半導体レーザ装置及び
発光ダイオード(LED)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor laser device and a light emitting diode (LED) with little deterioration in characteristics relating to life.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光半導体装置の寿命に関する特性
劣化には主に次の3つのモードがある。
2. Description of the Related Art There are mainly the following three modes of deterioration of characteristics of a conventional optical semiconductor device.

【0003】(A)カタストロフィック・オプティカル
ダメージ(COD) (B)端面劣化 (C)ダークライン・ダークスポット劣化 このうち(A)と(B)は端面発光型の光半導体装置、
特に半導体レーザ装置特有のものであり、(C)は半導
体レーザ装置とLEDの双方に存在する経時点特性変動
モードである。これらの劣化モードのうち、カタストロ
フィクオプティカルダメージについてはウインドウスト
ライプ型構造が開発されている。また、端面劣化に関し
ては、端面保護膜形成により表面酸化を防止し、端面劣
化を防止する技術が開発されている。ダークライン及び
ダークスポット劣化については、結晶成長工程及びウェ
ハプロセスにおいて極力不要な不純物を導入しないよう
に注意が払われていた。そして、格子定数とバンドギャ
ップを制御するために構成される3族及び5族の主元素
以外の3族及び5族の元素は不純物として積極的には導
入されていない。すなわち、AlGaInP系光半導体
装置の場合にはAl,Ga,In,P以外の3族、5族
の元素は不純物として導入されていない。また同様にI
nGaAsP系光半導体装置の場合にはIn,Ga,A
s,P以外の3族及び5族、AlGaAsSb系半導体
装置の場合はAl,Ga,As,Sb以外の3A族及び
5A族,InGaAsSb系光半導体装置の場合にはI
n,Ga,As,Sb以外の3族及び5族、AlGaA
s系光半導体装置の場合には、Al,Ga,As以外の
3族及び5族の元素は積極的に不純物として導入されて
いない。
(A) Catastrophic optical damage (COD) (B) End surface deterioration (C) Dark line / dark spot deterioration Among these, (A) and (B) are end surface emitting type optical semiconductor devices,
Particularly, it is peculiar to the semiconductor laser device, and (C) is a time-dependent characteristic variation mode existing in both the semiconductor laser device and the LED. Among these deterioration modes, a window stripe type structure has been developed for catastrophic optical damage. Regarding end face deterioration, a technique has been developed to prevent end face deterioration by preventing surface oxidation by forming an end face protective film. Regarding the dark line and dark spot deterioration, care was taken not to introduce unnecessary impurities as much as possible in the crystal growth process and the wafer process. Further, elements of the groups 3 and 5 other than the main elements of the groups 3 and 5 configured to control the lattice constant and the band gap are not positively introduced as impurities. That is, in the case of the AlGaInP optical semiconductor device, elements of groups 3 and 5 other than Al, Ga, In, and P are not introduced as impurities. Similarly, I
In the case of an nGaAsP-based optical semiconductor device, In, Ga, A
Group 3 and 5 other than s and P, Al in the case of AlGaAsSb-based semiconductor devices, group 3A and 5A other than Ga, As, Sb, and I in the case of InGaAsSb-based optical semiconductor devices.
Groups 3 and 5 other than n, Ga, As, and Sb, AlGaA
In the case of the s-based optical semiconductor device, elements of groups 3 and 5 other than Al, Ga and As are not positively introduced as impurities.

【0004】従来の光半導体装置の長期信頼度評価結果
の例として、図7,図8,図9に各々、AlGaInP
系半導体レーザ装置、InGaAsP系半導体レーザ装
置、AlGaAs系半導体レーザ装置の寿命特性を示
す。ここで、寿命試験の条件は、AlGaInP系光半
導体装置では、周囲温度Ta=50℃,光出力P=5m
Wで通電が行なわれ、Ta=25℃、P=5mWの条件
で動作電流Iopの測定が行なわれた。同様にInGa
AsP系半導体装置の場合には、Ta=70℃、P=5
mWで通電が行なわれ、Iopの測定はTa=25℃、
P=5mWで行なわれた。AlGaAs系光半導体の場
合には、Ta=70℃、P=5mWで通電が行なわれ、
Iopの測定はTa=25℃、P=5mWで行なわれ
た。
As an example of the long-term reliability evaluation result of the conventional optical semiconductor device, AlGaInP is shown in FIGS. 7, 8 and 9, respectively.
2 shows life characteristics of a semiconductor laser device, an InGaAsP semiconductor laser device, and an AlGaAs semiconductor laser device. Here, the conditions of the life test are as follows: AlGaInP optical semiconductor device, ambient temperature Ta = 50 ° C., optical output P = 5 m
Energization was performed at W, and the operating current Iop was measured under the conditions of Ta = 25 ° C. and P = 5 mW. Similarly, InGa
In case of AsP semiconductor device, Ta = 70 ° C., P = 5
Power is supplied at mW, and Iop is measured at Ta = 25 ° C.
Performed at P = 5 mW. In the case of an AlGaAs optical semiconductor, energization is performed at Ta = 70 ° C. and P = 5 mW,
The Iop was measured at Ta = 25 ° C. and P = 5 mW.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光半導
体装置は、動作中に転位や結晶欠陥が結晶内を移動し、
その際に非発光再結合中心(いわゆるダークライン及び
ダークスポット)が増加し、その結果電気光学的特性に
経時的変動を有するという欠点を有していた。特にダー
クライン劣化のため寿命が短かく、長期信頼度が十分で
ないという欠点を有していた。また長期信頼度が実用上
問題のないレベルに達している場合においても、通電ス
クリーニング工程における歩留が低いかまたは不安定と
いう欠点を有していた。
In the conventional optical semiconductor device described above, dislocations and crystal defects move in the crystal during operation,
At that time, non-radiative recombination centers (so-called dark lines and dark spots) increase, and as a result, there is a drawback that the electro-optical characteristics have a variation with time. In particular, it has a short life due to deterioration of dark lines and has a drawback that long-term reliability is not sufficient. Further, even when the long-term reliability has reached a level at which there is no practical problem, there is a drawback that the yield in the energization screening step is low or unstable.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、少なくとも活性層を含む半導体層にこの活性層を構
成する3族及び5族の主元素以外の3族及び5族の元素
を不純物として少なくとも一種類以上導入された構成さ
れる。
In the optical semiconductor device of the present invention, a semiconductor layer including at least an active layer is doped with an element of a group 3 or 5 other than the main elements of the group 3 or 5 constituting the active layer. As at least one type is introduced.

【0007】すなわち、具体的には、AlGaInP系
の場合にはB,N,As,Sbのうち少なくとも1種類
の元素を少なくとも活性層を含む半導体層に導入されて
構成されている。同様にInGaAsP系の場合には、
B,Al,N,Sbのうち少なくとも1種類の元素を、
AlGaAsSb系の場合にはB,In,N,Pのうち
少なくとも一種類の元素を、InGaAsSb系の場合
にはB,Al,N,Pのうち少なくとも一種類の元素
を、AlGaAs系の場合には少なくともPを、各々少
なくとも活性層を含む半導体層に不純物として導入され
て構成される。
That is, specifically, in the case of AlGaInP system, at least one element of B, N, As, and Sb is introduced into a semiconductor layer including at least an active layer. Similarly, in the case of InGaAsP system,
At least one element selected from B, Al, N, and Sb
In the case of AlGaAsSb system, at least one kind of element of B, In, N, P, in InGaAsSb system, at least one kind of element of B, Al, N, P, and in case of AlGaAs system At least P is introduced as an impurity into a semiconductor layer including at least an active layer.

【0008】[0008]

【作用】まず最初に、本発明の原理を説明する。First, the principle of the present invention will be described.

【0009】従来の光半導体装置、例えば半導体レーザ
装置の特性劣化モードのうち最も寿命に影響を及ぼして
いるものの一つは、ダークライン劣化またはダークスポ
ット劣化である。また、従来の光半導体装置の製造及び
選別工程のうち最も歩留が低くかつ歩留が不安定な工程
の一つは選別スクリーニング工程であり、その原因はこ
のダークライン劣化及びダークスポット劣化である。す
なわち、このダークライン、ダークスポット劣化を抑制
すれば、製造選別工程の歩留は格段に向上、安定し、し
かも光半導体装置の寿命も格段に改善される。
Among the characteristic deterioration modes of conventional optical semiconductor devices, for example, semiconductor laser devices, dark line deterioration or dark spot deterioration is one that has the longest effect on life. Further, one of the processes having the lowest yield and unstable yield among the conventional manufacturing and sorting processes for optical semiconductor devices is the screening screening process, which is caused by the dark line deterioration and dark spot deterioration. .. That is, if the dark lines and dark spots are suppressed from being deteriorated, the yield of the manufacturing and sorting process is remarkably improved and stabilized, and the life of the optical semiconductor device is remarkably improved.

【0010】このダークライン、ダークスポット劣化
は、光半導体装置の動作中に結晶欠陥または転位が結晶
中を移動して、非発光再結合領域(いわゆる、ダークラ
インやダークスポット)が増加することにある。このこ
とは逆に結晶欠格や転位の動きを止めれば、非発光再結
合領域の増加を抑制できることを意味している。本発明
の主眼はまさにこの点にあり、半導体結晶中での結晶欠
陥や転位の動きに着目し、それらが動かないようなしく
みを半導体結晶中に導入することにある。
The deterioration of dark lines and dark spots is that crystal defects or dislocations move in the crystal during the operation of the optical semiconductor device to increase non-radiative recombination regions (so-called dark lines and dark spots). is there. This means that conversely, if the movement of crystal defects and dislocations is stopped, the increase of the non-radiative recombination region can be suppressed. The main point of the present invention is exactly at this point, and pays attention to the movement of crystal defects and dislocations in the semiconductor crystal, and introduces into the semiconductor crystal a mechanism that prevents them from moving.

【0011】ここで半導体結晶中の転位の動きについて
考えてみる。一般に、結晶内の転位に働く力ベクトルF
は、そのi方向成分をFiとすると、結晶内の応力テン
ソルahl,転位モーメントのテンソルdhlを用いて次式
のように書き表わされる。
Let us now consider the movement of dislocations in a semiconductor crystal. Generally, a force vector F acting on dislocations in the crystal
Is expressed as the following equation using the stress tensor a hl in the crystal and the tensor d hl of the dislocation moment, where i is the component in the i direction.

【0012】 [0012]

【0013】ここでXi は位置ベクトルのi方向成分を
表わしている。
Here, X i represents the i-direction component of the position vector.

【0014】(1)式はEquation (1) is

【0015】 [0015]

【0016】すなわち均一な応力場では転位に力が作用
しないことを示しており、転位に力が作用するのは
That is, it is shown that the force does not act on the dislocations in a uniform stress field, and the force acts on the dislocations.

【0017】 [0017]

【0018】すなわち局所応力場が存在する場合だけで
あることを意味している。転位と局所応力場との間には
Fi>0の場合斥力が働き、Fi<0の場合引力が働
く。
That is, it means only when the local stress field exists. When Fi> 0, a repulsive force acts between the dislocation and the local stress field, and when Fi <0, an attractive force acts.

【0019】次に局所応力場の影響により転位が動かな
いためには、 (A)転位と局所応力場との間に引力が働く。
Next, in order to prevent dislocations from moving due to the effect of the local stress field, (A) an attractive force acts between the dislocation and the local stress field.

【0020】(B)局所応力場自身が移動しない(また
は移動速度が極めて遅い)。
(B) The local stress field itself does not move (or the moving speed is extremely slow).

【0021】以上2つの条件を同時に満たすことが必要
である。この時転位は局所応力場によってピン止めされ
て動かないことが期待される。
It is necessary to satisfy the above two conditions at the same time. At this time, dislocations are expected to be pinned by the local stress field and not move.

【0022】さて、半導体結晶内に導入された不純物の
近傍には局所応力場が生じていることが知られている。
このことを前提として、転位と結晶内に導入された不純
物による局所応力場との相互作用について考えてみる。
結晶内に導入された不純物による局所応力場が
It is known that a local stress field is generated in the vicinity of impurities introduced into a semiconductor crystal.
Given this, let us consider the interaction between dislocations and the local stress field due to impurities introduced into the crystal.
The local stress field due to impurities introduced in the crystal

【0023】 [0023]

【0024】の場合、局所応力場と転位の位置関係によ
って、Fiは正にも負にもなり得る。すなわち、ある特
定局所応力場と転位との間には、同じ確率で斥力が働く
場合も引力が働く場合も存在する。このうち引力が働い
た場合には、転位はピン止めされ、一方斥力が働いた場
合には転位は移動する。この移動した転位も次に遭過す
る局所応力場との間に同じように同じ確率で引力と斥力
が働く場合がある。このことを繰り返すとしだいに転位
は結晶中に散在している局所応力場によってピン止めさ
れる。このことは
In the case of, Fi can be positive or negative depending on the positional relationship between the local stress field and the dislocation. That is, there is a case where a repulsive force or an attractive force acts at the same probability between a specific local stress field and a dislocation. Of these, when attractive force acts, the dislocation is pinned, while when repulsive force acts, the dislocation moves. In this dislocation that has moved, the attractive force and the repulsive force may act with the same probability in the same way as the local stress field that will be encountered next. As this is repeated, the dislocations are pinned by the local stress fields scattered in the crystal. This is

【0025】 [0025]

【0026】の場合も同様である。これに対し、局所応
力場がなく
The same applies to the case of. In contrast, there is no local stress field

【0027】 [0027]

【0028】の場合には、転位には力が働かず、転位は
それ自身の移動速度を変えることなく移動する。これら
のことは転位をピン止めするのに重要なのは局所応力場
テンソルの正負ではなく、局所応力場テンソルの絶対値
であることを意味している。
In the case of (1), no force acts on the dislocation, and the dislocation moves without changing its own moving speed. These means that what is important for pinning dislocations is not the positive or negative of the local stress field tensor, but the absolute value of the local stress field tensor.

【0029】同様に結晶中の点欠陥と局所応力場との相
互作用について考えると、空格子の場合には
Similarly, considering the interaction between the point defect in the crystal and the local stress field, in the case of a vacancy,

【0030】 [0030]

【0031】なる局所応力場との間で引力が働き、An attractive force acts between the local stress field and

【0032】 [0032]

【0033】なる局所応力場との間では斥力が働く。一
方、格子間欠陥に対しては
A repulsive force acts between the local stress field and On the other hand, for interstitial defects

【0034】 [0034]

【0035】なる局所応力場との間で引力が働き、An attractive force acts between the local stress field and

【0036】 [0036]

【0037】なる局所応力場との間では斥力が働く。半
導体結晶中にはショットキ(Shottky)欠陥だけ
でなくフレンケル(Frenkel)欠陥も存在してい
ることを考えると、空格子と格子間欠陥の双方ともピン
止めできることが望ましい。すなわち、
A repulsive force acts between the local stress field and Considering that not only Schottky defects but also Frenkel defects exist in the semiconductor crystal, it is desirable that both vacancy and interstitial defect can be pinned. That is,

【0038】 [0038]

【0039】なる局所応力場とAnd the local stress field

【0040】 [0040]

【0041】なる局所応力場の両方が存在するように、
2種類以上の不純物を半導体結晶中に導入することが望
ましい。
So that there are both local stress fields
It is desirable to introduce two or more kinds of impurities into the semiconductor crystal.

【0042】次に転位及び結晶欠陥のピン止めに効果の
ある不純物の条件について考えている。
Next, the conditions of impurities effective for pinning dislocations and crystal defects are considered.

【0043】まず、局所応力場が結晶中の不純物による
ものとして、その移動速度について考えてみる。結晶中
の不純物には大別して置換型不純物と格子間不純物があ
る。よく知られているように、置換型不純物と格子間不
純物とでは、一般に格子間不純物の方が拡散速度が大き
い。このことから置換型不純物による局所応力場の方
が、格子間不純物による局所応力場よりも移動速度が遅
い事が期待される。よって転位をピンとめするのに効果
のある局所応力場を生じる不純物として要求される第1
の条件は置換型不純物であることである。
First, let us consider the moving speed of the local stress field, assuming that the local stress field is due to impurities in the crystal. Impurities in crystals are roughly classified into substitutional impurities and interstitial impurities. As is well known, between substitutional impurities and interstitial impurities, interstitial impurities generally have a higher diffusion rate. From this, it is expected that the local stress field due to substitutional impurities will have a slower moving speed than the local stress field due to interstitial impurities. Therefore, the first is required as an impurity that produces a local stress field that is effective in pinning dislocations.
The condition is that it is a substitutional impurity.

【0044】次に不純物添加によって生じる半導体結晶
の電気的特性の変化による制約について考えてみる。一
般に半導体はドナー準位やアクセプター準位を形成する
不純物を導入し電気的特性を制御している。ここで転位
の移動をピン止めするために導入する不純物が、ドナー
準位やアクセプター準位を形成するようだと本来の電気
的特性に影響を及ばし、有益でない。よって転位の移動
を抑制するのに実用上有益な不純物の条件は、構成する
半導体結晶と同じ族に属する元素であることである。例
えば3−5族半導体の場合には3族または5族の元素が
半導体の電気的特性に影響を及ぼさず、転位の移動を抑
制するために導入する不純物として実用上有益である。
Next, let us consider the restriction due to the change in the electrical characteristics of the semiconductor crystal caused by the addition of impurities. In general, semiconductors control the electrical characteristics by introducing impurities that form a donor level or an acceptor level. Here, if the impurities introduced to pin the movement of dislocations seem to form a donor level or an acceptor level, the original electrical characteristics are affected, which is not useful. Therefore, the condition of an impurity that is practically useful for suppressing the movement of dislocations is that it is an element belonging to the same group as the constituent semiconductor crystal. For example, in the case of a Group 3-5 semiconductor, the Group 3 or Group 5 element does not affect the electrical characteristics of the semiconductor, and is practically useful as an impurity introduced to suppress the movement of dislocations.

【0045】次にこれら不純物が形成する局所応力場に
ついて考える。格子定数a0 の半導体結晶中に置換型不
純物を導入したとする。この時、この置換型不純物がこ
の不純物の位置を原点としてXi 方向に結晶中に隣接す
る元素と本来形成する格子定数をai とする。混晶型半
導体の場合このai は一つでなくいくつか存在する。a
i >a0 となるような位置に導入された不純物の場合、
この不純物の位置を原点として、Xi 方向に
Next, the local stress field formed by these impurities will be considered. It is assumed that a substitutional impurity is introduced into a semiconductor crystal having a lattice constant a 0 . At this time, the lattice constant originally formed by the substitutional impurity with the adjacent element in the crystal in the X i direction with respect to the origin of the impurity position is a i . In the case of a mixed crystal type semiconductor, there are some a i instead of one. a
In the case of an impurity introduced at a position such that i > a 0 ,
With the position of this impurity as the origin, in the X i direction

【0046】 [0046]

【0047】なる局所応力場が生じる。一方ai <a0
となるような位置に導入された不純物の場合、
A local stress field of On the other hand, a i <a 0
In the case of impurities introduced at the position where

【0048】 [0048]

【0049】なる局所応力場が生じる。そして(ai
0 )/a0 の大きさが
A local stress field of And (a i
The magnitude of a 0 ) / a 0 is

【0050】 [0050]

【0051】の大きさを決めている。The size of is determined.

【0052】以上の局所応力場の議論をもとに3−5族
の混晶半導体自体に存在する局所応力場について考えて
みる。
Based on the above discussion of the local stress field, let us consider the local stress field existing in the 3-5 group mixed crystal semiconductor itself.

【0053】表1は3−5族半導体の格子定数の一覧表
である。このうちaとcの値が記入されているものはウ
ルツァイト(WURZITE)型、その他はジンクブレ
ンド(ZINCBLENDE)型の結晶構造であること
を示している。
Table 1 is a list of lattice constants of 3-5 group semiconductors. Of these, those in which the values of a and c are entered indicate that they have a WURZITE crystal structure, and the others have a zinc blend (ZINCBLENDE) crystal structure.

【0054】[0054]

【表1】 [Table 1]

【0055】ここで、いくてかの3−5族混晶半導体レ
ーザ装置を例に結晶内の格子定数のゆらぎと、ダークラ
イン劣化との関係を議論してみる。
Here, the relationship between the fluctuation of the lattice constant in the crystal and the dark line deterioration will be discussed by taking some 3-5 group mixed crystal semiconductor laser devices as an example.

【0056】例としてGaAs基板上に結晶成長させた
AlGaAs系半導体レーザ装置と、GaAs基板上に
結晶成長させたAlGaInP系半導体レーザ装置と、
InP基板上に結晶成長させたInGaAsP系半導体
レーザ装置について比較する。まず、GaAs基板に結
晶成長したAlX Ga1-X Asの場合、結晶内で隣接す
る元素の組み合せはGaAsとAlAsである。GaA
sの格子定数aGaAsは0.5654nmであり、一方A
lAsの格子定数aAlAsは0.5662nmである。し
たがって、AlX Ga1-X As混晶内での格子定数のゆ
らぎは(aGaAs−aGaAs)/aGaAs=0%、(aAlAs
GaAs)/aGaAs=0.14%である。このことはAl
GaAs混晶自体に存在する局所応力場は非常に小さい
ことを意味している。
As an example, an AlGaAs-based semiconductor laser device crystal-grown on a GaAs substrate and an AlGaInP-based semiconductor laser device crystal-grown on a GaAs substrate,
An InGaAsP-based semiconductor laser device crystal-grown on an InP substrate will be compared. First, in the case of Al X Ga 1-X As crystal grown on a GaAs substrate, the combination of adjacent elements in the crystal is GaAs and AlAs. GaA
The lattice constant a of s GaAs is 0.5654 nm, while A
lattice constant a AlAs of lAs is 0.5662Nm. Therefore, the fluctuation of the lattice constant in the Al X Ga 1-X As mixed crystal is (a GaAs −a GaAs ) / a GaAs = 0%, (a AlAs
a GaAs ) / a GaAs = 0.14%. This is Al
This means that the local stress field existing in the GaAs mixed crystal itself is very small.

【0057】次にGaAsに格子整合したAlGaIn
P混晶の場合について考えてみる。今、このAlGaI
nPの格子定数aAlGaInP は0.5654nmである。
一方、結晶内で隣接する元素の組み合せは、AlP、G
aP、InPである。表1によると、これらの組み合せ
の半導体が本来形成しようとする格子定数は各々、a
AlP =0.546nm、aGaP =0.451nm、a
InP =0.5869nmである。これらと、GaAsと
格子整合したAlGaInP混晶との格子定数のちがい
(ai −aAlGaInP )/aAlGaInP は各々−3.4%,
−3.6%,+3.8%である。すなわち、AlGaI
nP混晶の場合には、結晶の平均的格子定数aAlGaInP
と隣接する元素の組み合せによる本来形成しようとする
格子定数aiとの間に−3.6〜+3.8%のちがいが
生じている。この格子定数のちがいによって、AlGa
InP混晶中には局所応力場が発生していると考えられ
る。
Next, AlGaIn lattice-matched to GaAs
Consider the case of P mixed crystal. Now this AlGaI
The lattice constant a AlGaInP of nP is 0.5654 nm.
On the other hand, the combination of adjacent elements in the crystal is AlP, G
aP and InP. According to Table 1, the lattice constants originally intended to be formed by these combinations of semiconductors are a
AlP = 0.546 nm, a GaP = 0.451 nm, a
InP = 0.5869 nm. The difference in lattice constant between these and the AlGaInP mixed crystal lattice-matched with GaAs (a i −a AlGaInP ) / a AlGaInP is −3.4%, respectively.
It is -3.6% and + 3.8%. That is, AlGaI
In the case of nP mixed crystal, the average lattice constant of the crystal a AlGaInP
There is a difference of −3.6 to + 3.8% between the lattice constant a i and the lattice constant a i originally formed by the combination of the adjacent elements. Due to this difference in lattice constant, AlGa
It is considered that a local stress field is generated in the InP mixed crystal.

【0058】さらに、InPに格子整合したInGaA
sP混晶の場合について同様に考えてみると、a
InGaAsP =0.5869nmに対し、aInP =0.58
69nm,aInAs=0.6058nm,aGaAs=0.5
654nm,aGaP =0.5451nmである。これら
の値より、(ai −aInGaAsP )/aInGaAsP は各々、
0%,+3.2%,−3.7%,−7.1%である。す
なわち、InGaAsP混晶の場合、結晶の平均的格子
定数aInGaAsP と隣接する元素の組み合せによる本来成
しようとする格子定数ai との間に−7.1〜+3.2
%のちがいがあり、結晶内に局所的にはAlGaInP
系より大きな局所応力場が存在していると考えられる。
Furthermore, InGaA lattice-matched to InP
Considering the case of sP mixed crystal in the same way, a
For InGaAsP = 0.5869 nm, a InP = 0.58
69 nm, a InAs = 0.6058 nm, a GaAs = 0.5
654 nm and a GaP = 0.5451 nm. From these values, (a i −a InGaAsP ) / a InGaAsP respectively,
It is 0%, + 3.2%, -3.7%, and -7.1%. That is, in the case of InGaAsP mixed crystal, -7.1~ between the lattice constant a i to be originally formed by the combination of the elements adjacent to the average lattice constant AInGaAs P crystals + 3.2
%, AlGaInP locally in the crystal
It is considered that there is a local stress field larger than the system.

【0059】今までの議論をもとに、AlGaAs混晶
とAlGaInP混晶とInGaAsP混晶を比較する
と、AlGaAs混晶中には局所応力場が少ないと考え
られるのに対し、AlGaInP混晶やInGaAsP
混晶中では、局所応力場が多く存在していると考えられ
る。したがって、AlGaAs混晶の方がAlGaIn
P混晶やInGaAsP混晶よりも転位や結晶欠陥が動
きやすく、ダークライン劣化による故障モードが発生し
やすいことが予想される。また実際、AlGaAs系半
導体レーザにおいてはダークライン劣化がよく発見され
るのに対し、AlGaInP系やInGaAsP系の半
導体レーザ素子でダークライン劣化が観察される例は比
較的稀である。
Comparing the AlGaAs mixed crystal, the AlGaInP mixed crystal, and the InGaAsP mixed crystal based on the above discussions, it is considered that the local stress field is small in the AlGaAs mixed crystal, whereas the AlGaInP mixed crystal and the InGaAsP mixed crystal are considered to be small.
It is considered that there are many local stress fields in the mixed crystal. Therefore, the AlGaAs mixed crystal is more AlGaIn
It is expected that dislocations and crystal defects are more likely to move than in P mixed crystal and InGaAsP mixed crystal, and a failure mode due to dark line deterioration is likely to occur. In fact, dark line deterioration is often found in AlGaAs-based semiconductor lasers, whereas dark line deterioration is relatively rare in AlGaInP-based or InGaAsP-based semiconductor laser devices.

【0060】格子定数a0 の半導体結晶中に置換型不純
物を導入した場合、この置換型不純物が、結晶中で隣接
する元素と本来形成する格子定数がai とする。上記I
nGaAsP系の場合のa0 とai の平均的な差は約3
%程度である。すなわち、最低3%程度の差があれば十
分転位や結晶欠陥の動きを抑制することができることを
意味している。次にa0 とai の差の上限を考えてみ
る。置換型固溶体におけるヒュームロザリー(Hume
−Rothery)の条件を考慮すると、2種類の結晶
の格子定数の差が15%程度以内のときには大きい固溶
度が得られるので、固溶度の低い不純物の場合には、2
5〜30%程度の格子定数の違いまで許容されると考え
られる。以上のことより、ダークライン劣化を結晶中に
導入する置換型不純物の条件として(ai −a0 )/a
0 が±3〜±30%であればいいと考えられる。なお、
この不純物の導入量は少なくとも基板半導体との格子不
整合を生じない範囲で可能である。
When a substitutional impurity is introduced into a semiconductor crystal having a lattice constant a 0 , the substitutional impurity is supposed to have a lattice constant a i originally formed with an adjacent element in the crystal. Above I
The average difference between a 0 and a i in the case of nGaAsP system is about 3
%. That is, it means that the movement of dislocations and crystal defects can be sufficiently suppressed if there is a difference of at least about 3%. Next, consider the upper limit of the difference between a 0 and a i . Hume Rosary in substitutional solid solution
-Rothery) condition, a large solid solubility can be obtained when the difference in lattice constant between the two types of crystals is within about 15%.
It is considered that a difference in lattice constant of about 5 to 30% is allowed. From the above, as the condition of the substitutional impurities for introducing the dark line deterioration into the crystal, (a i −a 0 ) / a
It is considered that 0 may be ± 3 to ± 30%. In addition,
The amount of this impurity introduced can be at least within a range that does not cause lattice mismatch with the substrate semiconductor.

【0061】以上の議論をもとに、ダークライン劣化を
抑制する不純物として次の組み合せが考えられる。すな
わちGaAsに格子整合したAlGaInP混晶の場合
には、B,N,As,Sb、InPに格子整合したIn
GaAsP混晶の場合には、B,Al,N,Sb、Ga
Sbに格子整合したAlGaAsSb混晶の場合には、
B,In,N,P、InAsに格子整合したInGaA
sSb混晶の場合には、B,Al,N,P、InPに格
子整合したAlGaAsSb混晶の場合には、B,I
n,N,P、GaSbに格子整合したGaInAsSb
混晶の場合には、B,Al,N,P、GaAs基板上に
成長されたAlGaAs混晶の場合には、In,Sb,
B,N,Pが考えられる。尚、これらの不純物のうち、
ウルツァイト(WURZITE)型のものについては、
上記混晶中に導入されさ場合5族の位置に置換されると
考え、ウルツァイト(WURZITE)型の格子定数a
に√2を乗じた値で比較した。
Based on the above discussion, the following combinations can be considered as impurities for suppressing dark line deterioration. That is, in the case of AlGaInP mixed crystal lattice-matched with GaAs, In lattice-matched with B, N, As, Sb, InP
In the case of GaAsP mixed crystal, B, Al, N, Sb, Ga
In the case of AlGaAsSb mixed crystal lattice-matched to Sb,
InGaA lattice-matched to B, In, N, P and InAs
In the case of sSb mixed crystal, B, I, in the case of AlGaAsSb mixed crystal lattice-matched to B, Al, N, P and InP.
GaInAsSb lattice-matched to n, N, P and GaSb
In the case of mixed crystal, B, Al, N, P, InGaAs in the case of AlGaAs mixed crystal grown on a GaAs substrate, In, Sb,
B, N, P are conceivable. Of these impurities,
For the WURZITE type,
It is considered that when it is introduced into the above mixed crystal, it is substituted at the position of Group 5, and the Wurzite type lattice constant a
Was compared with √2 for comparison.

【0062】[0062]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0063】図1は本発明の第1の実施例を示す斜視図
であり、AlGaInP系半導体レーザ装置に適用した
例である。図1に示すように、11はn型GaAsより
なる半導体基板、12はn型AlX1GaY1In1-X1-Y1
Pよりなる第1のクラッド層、13はAlX2GaY2In
1-X2-Y2 Pよりなる活性層、14はp型AlX3GaY3
1-X3-Y3 Pよりなる第2のクラッド層、15はp型G
aAsよりなるキャップ層、16はp型AlX3GaY3
1-X3-Y3 Pよりなる電流狭さくのための埋め込み層を
示しており、17,18は各々電極及び裏面電極、19
は端面劣化防止のため端面に形成された表面保護膜を示
している。ここで本発明において、特に重要なことは、
活性層13または活性層13とクラッド層12,14を
含む半導体層にB,N,As,Sbのうち少なくとも一
種類以上の元素を導入することであり、本実施例におい
ては、活性層13にSbが導入された。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention, which is an example applied to an AlGaInP semiconductor laser device. As shown in FIG. 1, 11 is a semiconductor substrate made of n-type GaAs, and 12 is n-type Al X1 Ga Y1 In 1-X1-Y1.
First clad layer made of P, 13 is Al X2 Ga Y2 In
1-X2-Y2 P active layer, 14 is p-type Al X3 Ga Y3 I
Second cladding layer made of n 1 -X3-Y3 P, 15 is p-type G
a cap layer made of aAs, 16 is p-type Al X3 Ga Y3 I
7 shows a buried layer made of n 1 -X3-Y3 P for current narrowing, where 17 and 18 are electrodes and back electrodes, and 19 respectively.
Indicates a surface protective film formed on the end surface to prevent deterioration of the end surface. Here, in the present invention, what is particularly important is
This is to introduce at least one element of B, N, As, and Sb into the active layer 13 or the semiconductor layer including the active layer 13 and the clad layers 12 and 14. In the present embodiment, the active layer 13 is Sb was introduced.

【0064】図2は、本実施例の寿命評価結果である。
寿命試験は、Ta=50℃、P=5mWで行なわれ、I
opの測定はTa=25℃,P=5mWで行なわれた。
ここでは劣化した素子がないばかりでなく、動作電流I
opの経時的な上昇もほとんど観察されない。
FIG. 2 shows the life evaluation results of this embodiment.
The life test is performed at Ta = 50 ° C. and P = 5 mW, and I
The measurement of op was performed at Ta = 25 ° C. and P = 5 mW.
Here, not only is there no deteriorated element, but the operating current I
Almost no increase in op with time is observed.

【0065】図3は本発明の第2の実施例を示す図であ
り、InGaAsP系半導体レーザ装置に適用した例で
ある。図3に示すように、31はn型InPよりなる半
導体基板、32はn型InPよりなる第1のクラッド
層、33はInX4Ga1-X4AsY41-Y4からなる活性
層、34はp型InPよりなる第2のクラッド層、35
はp型InX20 Ga1-X20 AsY20 1-Y20 からなるキ
ャップ層、36はp型InPよりなる電流狭さくのため
の埋め込み層を示しており、37,38は各々電極及び
裏面電極である。ここで、本発明において特に重要なこ
とは、活性層または活性層とクラッド層を含む半導体層
にB,Al,N,Sbのうち少なくとも一種類の元素を
導入することであり、この第2の実施例においては、活
性層33にSbが導入された。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, which is an example applied to an InGaAsP semiconductor laser device. As shown in FIG. 3, 31 is a semiconductor substrate made of n-type InP, 32 is a first clad layer made of n-type InP, 33 is an active layer made of In X4 Ga 1-X4 As Y4 P 1-Y4 , 34 Is a second cladding layer made of p-type InP, 35
Is a cap layer made of p-type In X20 Ga 1-X20 As Y20 P 1-Y20 , 36 is a buried layer made of p-type InP for current narrowing, and 37 and 38 are electrodes and back electrodes, respectively. .. Here, what is particularly important in the present invention is to introduce at least one element of B, Al, N and Sb into the active layer or the semiconductor layer including the active layer and the clad layer. In the example, Sb was introduced into the active layer 33.

【0066】図4は、第2の実施例の寿命評価結果であ
る。寿命試験は、Ta=70℃、P=5mWで通電が行
なわれ、Iopの測定はTa=25℃、P=5mWで行
なわれた。ここでは、従来のInGaAsP系半導体レ
ーザ装置では観察されていた動作電流Iopの経時的な
上昇もほとんど観察されない。
FIG. 4 shows a life evaluation result of the second embodiment. In the life test, energization was performed at Ta = 70 ° C. and P = 5 mW, and Iop measurement was performed at Ta = 25 ° C. and P = 5 mW. Here, the increase in operating current Iop with time, which has been observed in the conventional InGaAsP-based semiconductor laser device, is hardly observed.

【0067】図5は、本発明の第3の実施例を示す図で
あり、AlGaAs系半導体レーザ装置に適用した例で
ある。図5に示すように、51はn型GaAsよりなる
半導体基板、52はn型AlX17 Ga1-X17 Asからな
る第1のクラッド層、53はAlX18 Ga1-X18 Asか
らなる活性層、54はp型AlX19 Ga1-X19 Asから
なる第2のクラッド層、55はn型GaAsよりなるキ
ャップ層、56は電流狭さくのためのZn拡散領域、5
7の凸部は、第1のクラッド層に形成された光ガイド領
域を示しており、58,59は各々電極及び裏面電極、
60は端面劣化防止のため端面に形成された表面保護膜
を示している。ここで、活性層53には、不純物として
Pが導入されている。
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, which is an example applied to an AlGaAs semiconductor laser device. As shown in FIG. 5, 51 is a semiconductor substrate made of n-type GaAs, 52 is a first cladding layer made of n-type Al X17 Ga 1 -X17 As, 53 is an active layer made of Al X18 Ga 1 -X18 As, 54 is a second cladding layer made of p-type Al X19 Ga 1 -X19 As, 55 is a cap layer made of n-type GaAs, 56 is a Zn diffusion region for current narrowing, 5
The convex portion 7 indicates an optical guide region formed in the first cladding layer, 58 and 59 are electrodes and back electrodes, respectively.
Reference numeral 60 denotes a surface protective film formed on the end surface to prevent deterioration of the end surface. Here, P is introduced as an impurity into the active layer 53.

【0068】図6は第3の実施例の寿命評価結果であ
る。寿命試験はTa=70℃、P=5mWで通電が行な
われ、Iopの測定は、Ta=25℃、P=5mWの条
件で行なわれた。ここでは、AlGaAs系半導体レー
ザ装置で観察されていた動作電流値Iopの経時的な上
昇もほとんど観察されない。
FIG. 6 shows a life evaluation result of the third embodiment. The life test was conducted at Ta = 70 ° C. and P = 5 mW, and the Iop was measured at Ta = 25 ° C. and P = 5 mW. Here, almost no increase in the operating current value Iop observed with the AlGaAs semiconductor laser device with time is observed.

【0069】以上説明した効果は半導体レーザ装置ばか
りでなく、LED等、他の光半導体装置においても同様
に得られる。
The effects described above can be obtained not only in the semiconductor laser device but also in other optical semiconductor devices such as LEDs.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上説明したように本発明の光半導体装
置は下記1〜7項に記載された特徴を有している。すな
わち、 (1)GaAs基板に格子整合して構成されたAlGa
InP系光半導体装置において不純物としてB,N,A
s,Sbのうち少なくとも一種類または複数種類の元素
が、少なくとも活性層を含む半導体層に導入されたこと
を特徴とする光半導体装置。
As described above, the optical semiconductor device of the present invention has the features described in items 1 to 7 below. That is, (1) AlGa formed by lattice matching with a GaAs substrate
B, N, A as impurities in the InP optical semiconductor device
An optical semiconductor device, wherein at least one or a plurality of elements of s and Sb are introduced into a semiconductor layer including at least an active layer.

【0071】(2)InP基板に格子整合して構成され
たInGaAsP系光半導体装置において、不純物とし
て、B,Al,N,Sbのうち少なくとも一種類、また
複数種類の元素が、少なくとも活性層を含む半導体層に
導入されたことを特徴とする光半導体装置。
(2) In an InGaAsP-based optical semiconductor device which is lattice-matched to an InP substrate, at least one kind of B, Al, N, and Sb, or a plurality of kinds of elements as impurities, at least the active layer. An optical semiconductor device characterized by being introduced into a semiconductor layer including.

【0072】(3)GaSb基板に格子整合して構成さ
えたAlGaAsSb系光半導体装置において、不純物
としてB,In,N,Pのうち少なくとも一種類または
複数種類の元素が、少なくとも活性層を含む半導体層に
導入されたことを特徴とする光半導体装置。
(3) In an AlGaAsSb-based optical semiconductor device configured to be lattice-matched to a GaSb substrate, a semiconductor in which at least one element or a plurality of elements of B, In, N, and P as impurities contains at least an active layer. An optical semiconductor device characterized by being introduced into a layer.

【0073】(4)InAs基板に格子整合して構成さ
れたInGaAsSb系光半導体装置において、不純物
として、B,Al,N,Pのうち少なくとも一種類また
は複数種類の元素が少なくとも活性層を含む半導体層に
導入されたことを特徴とする光半導体装置。
(4) In an InGaAsSb-based optical semiconductor device configured to be lattice-matched to an InAs substrate, a semiconductor in which at least one element or a plurality of elements of B, Al, N, and P as an impurity includes at least an active layer. An optical semiconductor device characterized by being introduced into a layer.

【0074】(5)InP基板に格子整合して構成され
たAlGaAsSb系光半導体装置において、不純物と
してB,In,N,Pのうち少なくとも1種類または複
数種類の元素が、少なくとも活性層を含む半導体層に導
入されたことを特徴とする光半導体装置。
(5) In an AlGaAsSb-based optical semiconductor device configured to be lattice-matched to an InP substrate, a semiconductor in which at least one or more kinds of elements of B, In, N, and P as impurities contain at least an active layer. An optical semiconductor device characterized by being introduced into a layer.

【0075】(6)GaSb基板に格子整合して構成さ
れたGaInAsSb系光半導体装置において、不純物
としてB,Al,N,Pのうち少なくとも1種類または
複数種類の元素が、少なくとも活性層を含む半導体層に
導入されたことを特徴とする光半導体装置。
(6) In a GaInAsSb-based optical semiconductor device which is lattice-matched to a GaSb substrate, a semiconductor in which at least one or more elements of B, Al, N, and P as impurities contain at least an active layer. An optical semiconductor device characterized by being introduced into a layer.

【0076】(7)GaAs基板に格子整合して構成さ
れたAlGaAs系光半導体装置において、不純物とし
てB,In,N,P,Sbのうち少なくとも1種類また
は複数種類の元素が、少なくとも活性層を含む半導体装
置。
(7) In an AlGaAs optical semiconductor device configured to be lattice-matched with a GaAs substrate, at least one kind or more kinds of elements of B, In, N, P, and Sb as impurities are used in at least the active layer. Semiconductor device including.

【0077】以上1〜7項に記載した本発明の光半導体
装置では、結晶内に導入された局所応力場による影響
で、結晶内の転位や結晶欠陥の動きを抑制でき、この結
果、長い寿命を得ることができる。また寿命に関係する
スクリーニング工程を含む製造工程の歩留を改善する効
果もある。
In the optical semiconductor device of the present invention described in the above items 1 to 7, the movement of dislocations and crystal defects in the crystal can be suppressed by the influence of the local stress field introduced into the crystal, and as a result, the life is long. Can be obtained. It also has the effect of improving the yield of the manufacturing process including the screening process related to the life.

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

【図1】本発明の光半導体装置の第1の実施例の斜視図
を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a perspective view of a first embodiment of an optical semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の光半導体装置の第1の実施例の寿命評
価結果を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a life evaluation result of the first embodiment of the optical semiconductor device of the present invention.

【図3】本発明の光半導体装置の第2の実施例の斜視図
を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a perspective view of a second embodiment of an optical semiconductor device of the present invention.

【図4】本発明の光半導体装置の第2の実施例の寿命評
価結果を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a life evaluation result of a second embodiment of the optical semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の光半導体装置の第3の実施例の斜視図
を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a perspective view of a third embodiment of an optical semiconductor device of the present invention.

【図6】本発明の光半導体装置の第3の実施例の寿命評
価結果を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a life evaluation result of an optical semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図7】従来の光半導体装置(AlGaInP系半導体
レーザ装置)の寿命評価結果を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a life evaluation result of a conventional optical semiconductor device (AlGaInP-based semiconductor laser device).

【図8】従来の光半導体装置(InGaAsP系半導体
レーザ装置)の寿命評価結果を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a life evaluation result of a conventional optical semiconductor device (InGaAsP-based semiconductor laser device).

【図9】従来の光半導体装置(AlGaAs系半導体レ
ーザ装置)の寿命評価結果を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a life evaluation result of a conventional optical semiconductor device (AlGaAs semiconductor laser device).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 GaAsよりなる半導体基板 12 AlX1GaY1In1-X1-Y1 Pよりなる第1のク
ラッド層 13 AlX2GaY2In1-X2Y2Pよりなり、かつSb
が導入された活性層 14 AlX3GaY3In1-X3-Y3 Pよりなる第2のク
ラッド層 15 GaAsよりなるキャップ層 16 AlX3GaY31-X3-Y3 Pよりなる埋込み層 17,37,58 電極 18,38,59 裏面電極 19,60 表面保護膜 31 InPよりなる半導体基板 32 InPよりなる第1のクラッド層 33 InX4Ga1-X4AsY41-Y4からなり、Sbが
導入された活性層 34 InPよりなる第2のクラッド層 35 InX20 Ga1-X20 AsY20 1-Y20 からなる
キャップ層 36 InPよりなる埋め込み層 51 GaAsよりなる半導体基板 52 AlX17 Ga1-X17 Asよりなる第1のクラッ
ド層 53 AlX18 Ga1-X18 Asからなる活性層 54 AlX19 Ga1-X19 Asかななる第2のクラッ
ド層 55 GaAsよりなるキャップ層 56 Zn拡散領域 57 光ガイド領域
11 semiconductor substrate made of GaAs 12 first clad layer made of Al X1 Ga Y1 In 1-X1-Y1 P 13 made of Al X2 Ga Y2 In 1-X2Y2 P and Sb
Introduced active layer 14 Al X3 Ga Y3 In 1 -X3-Y3 P second cladding layer 15 GaAs cap layer 16 Al X3 Ga Y3 I 1 -X3 -Y3 P buried layer 17,37 , 58 electrode 18, 38, 59 back electrode 19, 60 surface protection film 31 semiconductor substrate made of InP 32 first clad layer made of InP 33 In X4 Ga 1-X4 As Y4 P 1-Y4 , Sb introduced have been the second cladding layer 35 made of the active layer 34 InP in X20 Ga 1-X20 As Y20 P 1-Y20 consisting cap layer 36 InP consisting of buried layer 51 semiconductor substrate 52 made of GaAs Al X17 Ga 1-X17 As cap layer 5 made of the first cladding layer 53 Al X18 Ga 1-X18 consisting As active layer 54 Al X19 Ga 1-X19 As kana comprising second cladding layer 55 GaAs made more Zn diffusion region 57 the light guide region

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 GaAsからなる半導体基板上に格子整
合して順次積層して設けた少なくともAlX1GaY1In
1-X1-Y1 Pからなる第1のグラッド層と、AlX2GaY2
In1-X2-Y2 Pからなる活性層と、AlX3GaY3In
1-X3-Y3 Pからなる第2のクラッド層とを有する光半導
体装置において、少なくとも前記活性層を含む半導体層
に、B,N,As,Sbのうち少なくとも1種類以上の
元素を不純物として含むことを特徴とする光半導体装
置。
1. At least Al X1 Ga Y1 In provided on a semiconductor substrate made of GaAs so as to be lattice-matched and sequentially laminated.
A first glad layer of 1-X1-Y1 P and Al X2 Ga Y2
An active layer of In 1-X2-Y 2 P, and Al X3 Ga Y3 In
In a photosemiconductor device having a second cladding layer made of 1-X3-Y3P, the semiconductor layer including at least the active layer contains at least one element of B, N, As, and Sb as an impurity. An optical semiconductor device characterized by the above.
【請求項2】 InPからなる半導体基板上に格子整合
して順次積層して設けた少なくともInPからなる第1
のクラッド層と、InX4Ga1-X4AsY41-Y4からなる
活性層とInPからなる第2のクラッド層とを有する光
半導体装置において、少なくとも前記活性層を含む半導
体層にB,Al,N,Sbのうち少なくとも1種類以上
の元素を不純物として含むことを特徴とする光半導体装
置。
2. A first substrate made of at least InP provided on a semiconductor substrate made of InP so as to be lattice-matched and sequentially laminated.
In the optical semiconductor device having the clad layer, the active layer made of In X4 Ga 1 -X4 As Y4 P 1 -Y4, and the second clad layer made of InP, at least the semiconductor layer containing the active layer has B, Al. , N, Sb containing at least one or more elements as impurities.
【請求項3】 GaSbからなる半導体基板上に格子整
合順次積層して設けた少なくともAlX5Ga1-X5AsY5
Sb1-Y5からなる第1のクラッド層とAlX6Ga1-X6
Y6Sb1-Y6かなる活性層とAlX7Ga1-X7AsY7Sb
1-Y7からなる第2のクラッド層とを有する光半導体装置
において、少なくとも前記活性層を含む半導体層にB,
In,N,Pのうち少なくとも1種類以上の元素を不純
物として含むことを特徴とする光半導体装置。
3. At least Al X5 Ga 1 -X5 As Y5 provided in a lattice-matched laminated order on a semiconductor substrate made of GaSb.
First clad layer made of Sb 1-Y5 and Al X6 Ga 1-X6 A
s Y6 Sb 1-Y6 active layer and Al X7 Ga 1-X7 As Y7 Sb
In a photosemiconductor device having a second clad layer made of 1-Y7 , at least the semiconductor layer including the active layer has B,
An optical semiconductor device comprising at least one element selected from In, N and P as an impurity.
【請求項4】 InAsからなる半導体基板上に格子整
合して順次積層して設けた少なくともInX8Ga1-X8
Y8Sb1-Y8からなる第1のクラッド層とInX9Ga
1-X9AsY9Sb1-Y9からなる活性層とInX10 Ga
1-X10 AsY10 Sb1-Y10 からなる第2のクラッド層と
を有する光半導体装置において、少なくとも前記活性層
を含む半導体層にB,Al,N,Pのうち少なくとも1
種類以上の元素を不純物として含むことを特徴とする光
半導体装置。
4. At least In X8 Ga 1 -X8 A provided on a semiconductor substrate made of InAs so as to be lattice-matched and sequentially laminated.
s Y8 Sb 1-Y8 first cladding layer and In X9 Ga
1-X9 As Y9 Sb 1-Y9 active layer and In X10 Ga
1-X10 As Y10 Sb 1-Y10 and a second clad layer, wherein the semiconductor layer including at least the active layer contains at least one of B, Al, N, and P.
An optical semiconductor device, which comprises more than one kind of element as an impurity.
【請求項5】 InPからなる半導体基板上に格子順次
積層して設けた、少なくともAlX11 Ga1-X11 As
Y11 Sb1-Y11 からなる第1のクラッド層とAlX12
1-X12 AsY12 Sb1-Y12 からなる活性層とAlX13
Ga1-X13 AsY13 Sb1-Y13 からなる第2のクラッド
層とを有する光半導体装置において、少なくとも前記活
性層を含む半導体層にB,In,N,Pのうち少なくと
も1種類以上の元素を不純物として含むことを特徴とす
る光半導体装置。
5. At least Al X11 Ga 1 -X11 As provided on a semiconductor substrate made of InP in a lattice-sequential manner.
First cladding layer composed of Y11 Sb1 -Y11 and Al X12 G
a 1-X12 As Y12 Sb 1-Y12 active layer and Al X13
In a photosemiconductor device having a second cladding layer made of Ga 1-X13 As Y13 Sb 1-Y13 , at least one element selected from B, In, N and P is added to the semiconductor layer including at least the active layer. An optical semiconductor device comprising an impurity.
【請求項6】 GaSbからなる半導体基板上に格子整
合して順次積層して設けた少なくともGaX14 In
1-X14 AsY14 Sb1-Y14 からなる第1のクラッド層
と、GaX15 In1-X15 AsY15 Sb1-Y15 からなる活
性層と、GaX16 In1-X16 AsY16 Sb1-Y16 からな
る第2のクラッど層とを有する光半導体装置において、
少なくとも前記活性層を含む半導体層にB,Al,N,
Pのうち少なくとも1種類以上の元素を不純物として含
まれることを特徴とする光半導体装置。
6. At least Ga X14 In provided on a semiconductor substrate made of GaSb in a lattice-matched manner and sequentially laminated.
1-X14 As Y14 Sb 1-Y14 first clad layer, Ga X15 In 1-X15 As Y15 Sb 1-Y15 active layer, Ga X16 In 1-X16 As Y16 Sb 1-Y16 In an optical semiconductor device having a second cladding layer,
The semiconductor layer including at least the active layer is provided with B, Al, N,
An optical semiconductor device comprising at least one element of P as impurities.
【請求項7】 GaAsからなる半導体基板上に格子整
合して順次積層して設けた少なくともAlX17 Ga
1-X17 Asからなる第1のクラッド層と、AlX18 Ga
1-X18 Asからなる活性層と、AlX19 Ga1-X19 As
からなる第2のクラッド層を有する光半導体装置におい
て、前記活性層を含む半導体層に少なくともPを不純物
として含むことを特徴とする光半導体装置。
7. A layer of at least Al X17 Ga formed on a semiconductor substrate made of GaAs in a lattice-matched manner and sequentially laminated.
1-X17 As first cladding layer and Al X18 Ga
1-X18 As active layer and Al X19 Ga 1-X19 As
An optical semiconductor device having a second cladding layer made of, wherein the semiconductor layer including the active layer contains at least P as an impurity.
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US7756178B2 (en) 2003-02-13 2010-07-13 Hamamatsu Photonics K.K. Quantum cascade laser

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