JPH05343734A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05343734A
JPH05343734A JP15057692A JP15057692A JPH05343734A JP H05343734 A JPH05343734 A JP H05343734A JP 15057692 A JP15057692 A JP 15057692A JP 15057692 A JP15057692 A JP 15057692A JP H05343734 A JPH05343734 A JP H05343734A
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JP
Japan
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layer
impurity
light emitting
doped
adjacent
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Pending
Application number
JP15057692A
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English (en)
Inventor
Satoshi Aramaki
聡 荒巻
Hajime Momoi
元 桃井
Akira Noda
朗 野田
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Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MQW構造を有する発光素子において、フォ
トルミネッセンスのスペクトル分布のブロード化を防止
し、発光効率を向上させる。 【構成】 複数の薄膜エピタキシャル層が交互に積層さ
れてなる多層エピタキシャル結晶構造(MQW構造)と
これに接する不純物(例えばZn)を含む半導体層とを
有する半導体装置において、上記薄膜エピタキシャル層
には、予め上記半導体層の不純物と同一の元素(Zn)
を不純物として導入しておくようにした。 【効果】 多層エピタキシャル結晶構造とこれに隣接し
た層との間の不純物濃度勾配が小さくなり、これによっ
て拡散による格子間への不純物の侵入量も少なくなって
フォトルミネッセンスのスペクトル分布のブロード化を
防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体多層エピタキシ
ャル結晶構造に関し、特にZnドーピング層に接したM
QW構造(多重量子井戸構造)に利用して効果的な技術
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、複数のポテンシャルの井戸層と障
壁層が交互に積層されてなるMQW構造のヘテロ接合層
を有する発光素子が提案されている(特開平3−857
74号)。MQW構造は、例えばレーザーダイオードに
適用した場合、その量子効果によって、低しきい値発
振、高速動作、安定した温度特性等が期待できる。とこ
ろで、従来、MQW構造はドーパントにより破壊される
おそれがあるため、アンドープ構造とされていた(ただ
し、MOCVD成長ではアンドープ層はn型を呈す
る)。一方、MQW構造を半導体デバイスに使用する場
合、pn接合が不可欠であるので、MQW構造を挾むよ
うな形でp型エピタキシャル層とn型エピタキシャル層
が形成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、MQW構造
に隣接したp型エピタキシャル層をMOCVD法により
Zn(亜鉛)をドーパントとして形成した場合、成長中
にMQW構造にZnが拡散してしまう。そのため、MQ
W構造を活性層に利用したレーザーダイオードや発光ダ
イオードでは、フォトルミネッセンスのスペクトル分布
が、図3に示すように、ショルダーピーク(SP)を有
する形状となる(以下、これをブロード化と称する)。
その結果、発光効率が大幅に低下するという問題点があ
ることが分かった。
【0004】なお、上記の問題に対する対策として、M
QW構造部とZnドープp型エピタキシャル層との間に
アンドープ層を入れる方法も考えられるが、完全にZn
の拡散の影響を排除することはできないことが明らかに
なった。本発明は、上記の問題点に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、MQW構造を有する発
光素子において、フォトルミネッセンスのスペクトル分
布のブロード化を防止し、発光効率を向上させることに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、MQW構
造を有する発光素子において、MQW構造へのZnの拡
散によりフォトルミネッセンスのスペクトル分布がブロ
ード化する原因はMQW構造の格子間へのZnの侵入が
原因ではないかと考えた。そこで、予め成長中にZnを
MQW構造にドーピングさせておく試みを行なった。そ
の結果、図2に示すように、フォトルミネッセンスのス
ペクトル分布が急峻な発光素子が得られることを見出し
た。
【0006】この発明は、上記知見に基づいてなされた
もので、不純物(例えばZn)を含む半導体層とこれに
隣接して複数の薄膜エピタキシャル層が交互に積層され
てなる多層エピタキシャル結晶構造とを有する半導体装
置において、上記薄膜エピタキシャル層には、予め上記
半導体層の不純物と同一の元素を不純物として導入して
おくことを提案するものである。ここで、多層エピタキ
シャル結晶構造(MQW構造)部への不純物(Zn)の
ドープ量の上限は飽和濃度(3×1018cm-3)までとす
る。飽和状態になるとそれ以上の不純物(Zn)は格子
位置ではなく格子間に入ってしまうためである。一方、
多層エピタキシャル結晶構造部への不純物(Zn)のド
ープ量の下限は、隣接する半導体層(p型活性層)の濃
度と同程度とする。
【0007】
【作用】上記した手段によれば、発光素子に適用した場
合、多層エピタキシャル結晶構造とこれに隣接した層と
の間の不純物濃度勾配が小さくなり、これによって拡散
による格子間への不純物の侵入量も少なくなってフォト
ルミネッセンスのスペクトル分布のブロード化を防止す
ることができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明を発光ダイオードに適用した場
合について説明する。Sドープn型InP基板1上に
は、Sドープn型InPバッファ層2、Znドープp型
GaInAsP層3a(多層エピタキシャル結晶構造に
接する不純物を含む半導体層)とSドープn型GaIn
AsP層3bとによりMQW構造部3c(多層エピタキ
シャル結晶構造)が挾まれてなる活性層3、Znドープ
p型InPクラッド層4、Znドープp型GaInAs
Pコンタクト層5が、順に積層されている。上記各層
は、特に限定されるものではないが、原料ガスとしてト
リメチルインジウム、トリエチルガリウム、PH3(ホ
スフィン)、AsH3(アルシン)、H2S(流下水素)
およびジエチル亜鉛を用いて、MOCVD法により成長
温度600〜700℃、成長圧力50〜100torr
の条件下で、エピタキシャル成長される。
【0009】上記MQW構造部3cは右側に拡大して示
すように、ZnドープGa0.15In0.85As0.330.67
からなる厚み8nmのバリア層31と、Znドープp型
Ga0.31In0.69As0.660.34からなる厚み8nmの
ウェル層32とが交互に積層されている。なお、活性層
3のZnドープp型GaInAsP層3aとSドープn
型GaInAsP層3bのIII族とV族の比は、バリア
層31と同一である。キャリア濃度はZnドープ・バリ
ア層31、Znドープp型ウェル層32とも6〜8×1
18cm-3である。
【0010】また、n型InP基板1のキャリア濃度は
2×1018cm-3以上、n型InPバッファ層2のキャリ
ア濃度は6〜8×1018cm-3で厚みは0.2μm、活性
層となるSドープn型GaInAsP層3bのキャリア
濃度は6〜8×1018cm-3で厚みは0.2μm、p型G
aInAsP層3aのキャリア濃度は6〜8×1018cm
-3で厚みは0.3μm、p型InPクラッド層4のキャ
リア濃度は6〜8×1018cm-3で厚みは0.7μm、p
型GaInAsPコンタクト層5のキャリア濃度は1〜
2×1018cm-3で厚みは0.01μmである。図2に上
記実施例のMQW構造を有する発光ダイオードの低温
(4K)で測定したフォトルミネッセンス分布を示す。
同図より、本実施例に従えば、フォトルミネッセンス分
布に、図1に示されているようなショルダーピーク(S
P)が現われないことが分かる。
【0011】なお、上記実施例では、MQW構造を有す
る発光ダイオードを例にとって説明したが、この発明
は、レーザーダイオードや受光素子、HEMT、HBT
等量子井戸構造の半導体多層膜さらには屈折率の異なる
半導体層を交互に積層してなる反射用多層膜等、Znド
ープ層とこれに隣接した多層膜を有する半導体デバイス
に適用することができる。また、上記実施例ではエピタ
キシャル成長にMOCVD法を適用しているが、エピタ
キシャル成長はこれに限定されるものでなく、MBE
(分子線エピタキシャル)法など他の成長方法を使用し
てもよい。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、複数
の薄膜エピタキシャル層が交互に積層されてなる多層エ
ピタキシャル結晶構造(MQW構造)とこれに接する不
純物(例えばZn)を含む半導体層とを有する半導体装
置において、上記薄膜エピタキシャル層には、予め上記
半導体層の不純物と同一の元素(Zn)を不純物として
導入しておくようにしたので、発光素子に適用した場合
には、多層エピタキシャル結晶構造とこれに隣接した層
との間の不純物濃度勾配が小さくなり、これによって拡
散による格子間への不純物の侵入量も少なくなってフォ
トルミネッセンスのスペクトル分布のブロード化を防止
し、発光効率を向上させることができるという効果があ
る。
【0013】なお、上記実施例では、Znドープ層とこ
れに隣接したMQW構造を有する発光ダイオードを例に
とって説明したが、この発明はそれに限定されるもので
なく、例えばMg(マグネシウム)その他拡散速度の比
較的速い元素をドーパントとして含む半導体層とこれに
隣接した多層エピタキシャル結晶構造を有する半導体デ
バイスに広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を発光ダイオードに適用した場合のエピ
タキシャル結晶構造を示す断面図である。
【図2】本発明を適用したMQW構造を活性層に有する
発光ダイオードにおけるフォトルミネッセンスのスペク
トル分布を示すグラフである。
【図3】MQW構造を活性層に利用した従来の発光ダイ
オードにおけるフォトルミネッセンスのスペクトル分布
を示すグラフである。
【符号の説明】
1 n型InP基板 2 Sドープn型InPバッファ層 3 活性層 4 Znドープp型InPクラッド層 5 Znドープp型GaInAsPコンタクト層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年9月22日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】
【実施例】以下、本発明を発光ダイオードに適用した場
合について説明する。Sドープn型InP基板1上に
は、Sドープn型InPバッファ層2、Znドープp型
GaInAsP層3a(多層エピタキシャル結晶構造に
接する不純物を含む半導体層)とSドープn型GaIn
AsP層3bとによりMQW構造部3c(多層エピタキ
シャル結晶構造)が挾まれてなる活性層3、Znドープ
p型InPクラッド層4、Znドープp型GaInAs
Pコンタクト層5が、順に積層されている。上記各層
は、特に限定されるものではないが、原料ガスとしてト
リメチルインジウム、トリエチルガリウム、PH(ホ
スフィン)、AsH(アルシン)、HS(硫化
素)およびジエチル亜鉛を用いて、MOCVD法により
成長温度600〜700℃、成長圧力50〜100to
rrの条件下で、エピタキシャル成長される。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の薄膜エピタキシャル層が交互に積
    層されてなる多層エピタキシャル結晶構造とこれに接す
    る不純物を含む半導体層とを有する半導体装置におい
    て、上記薄膜エピタキシャル層には、予め上記半導体層
    の不純物と同一の元素が不純物として導入されているこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記多層エピタキシャル結晶構造は、複
    数の井戸層と障壁層が交互に積層されてなるMQW構造
    であり、上記不純物は亜鉛であることを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置。
JP15057692A 1992-06-10 1992-06-10 半導体装置 Pending JPH05343734A (ja)

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JP15057692A JPH05343734A (ja) 1992-06-10 1992-06-10 半導体装置

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JP15057692A JPH05343734A (ja) 1992-06-10 1992-06-10 半導体装置

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JP15057692A Pending JPH05343734A (ja) 1992-06-10 1992-06-10 半導体装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019093056A1 (ja) * 2017-11-09 2019-05-16 信越半導体株式会社 半導体型蛍光体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019093056A1 (ja) * 2017-11-09 2019-05-16 信越半導体株式会社 半導体型蛍光体
JP2019085519A (ja) * 2017-11-09 2019-06-06 信越半導体株式会社 半導体型蛍光体
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