JPH0758822B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPH0758822B2 JPH0758822B2 JP26806586A JP26806586A JPH0758822B2 JP H0758822 B2 JPH0758822 B2 JP H0758822B2 JP 26806586 A JP26806586 A JP 26806586A JP 26806586 A JP26806586 A JP 26806586A JP H0758822 B2 JPH0758822 B2 JP H0758822B2
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- JP
- Japan
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- layer
- deep
- emitting device
- type inp
- level
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 この発明は、半導体装置の半絶縁性半導体層を、 深いアクセプタ準位を形成する不純物と深いドナー準位
を形成する不純物とがドープされて、自由電子が該アク
セプタ準位に捕獲され、正孔が該ドナー準位に捕獲され
る構造とすることにより、 電子と正孔が同時に注入される場合にも、十分な電流阻
止効果を確保するものである。
を形成する不純物とがドープされて、自由電子が該アク
セプタ準位に捕獲され、正孔が該ドナー準位に捕獲され
る構造とすることにより、 電子と正孔が同時に注入される場合にも、十分な電流阻
止効果を確保するものである。
本発明は半導体発光装置にかかり、特にその半絶縁性半
導体層の電流阻止効果を電子及び正孔が同時に注入され
る場合にも確保する改善に関する。
導体層の電流阻止効果を電子及び正孔が同時に注入され
る場合にも確保する改善に関する。
例えば半導体レーザの電流狭窄層などについて、半絶縁
性半導体層を半導体装置に利用する機運が高まっている
が、従来知られている半絶縁性半導体層では後述の如く
その効果が不十分であり改善が必要である。
性半導体層を半導体装置に利用する機運が高まっている
が、従来知られている半絶縁性半導体層では後述の如く
その効果が不十分であり改善が必要である。
〔従来の技術〕 例えば石英系ファイバによる光通信に用いる波長1.3μ
ｍ帯域、1.55μｍ帯域等に適する半導体レーザの一例と
して、第３図に示すVSB（Ｖ−grooved Substrate Burie
d doublehetero−structure）レーザが知られている。
ｍ帯域、1.55μｍ帯域等に適する半導体レーザの一例と
して、第３図に示すVSB（Ｖ−grooved Substrate Burie
d doublehetero−structure）レーザが知られている。
同図において、21はｎ型インジウム燐（InP）基板、22
はｐ型InP層、23はｎ型InP閉じ込め層、23aはｎ型InP
層、24はインジウムガリウム砒素燐（InGaAsP）活性
層、24aはInGaAsP層、25はｐ型InP閉じ込め層、26はｐ
型InGaAsP層、27は二酸化シリコン（SiO2）等の絶縁
層、28、29は電極である。
はｐ型InP層、23はｎ型InP閉じ込め層、23aはｎ型InP
層、24はインジウムガリウム砒素燐（InGaAsP）活性
層、24aはInGaAsP層、25はｐ型InP閉じ込め層、26はｐ
型InGaAsP層、27は二酸化シリコン（SiO2）等の絶縁
層、28、29は電極である。
このVSBレーザのInGaAsP活性層24に正孔をｐ型InP閉じ
込め層25から、電子をｎ型InP閉じ込め層23から注入し
て発光再結合を行わせるが、この際に活性層24をバイパ
スする漏れ電流は発光再結合に関与しない無効成分とな
る。
込め層25から、電子をｎ型InP閉じ込め層23から注入し
て発光再結合を行わせるが、この際に活性層24をバイパ
スする漏れ電流は発光再結合に関与しない無効成分とな
る。
本従来例では、経路がｐ型InP閉じ込め層25−ｐ型InP層
22−ｎ型InP基板21の漏れ電流Iaをｐ型InP層22/n型InP
基板21間とｐ型InP閉じ込め層25/InGaAsP活性層24間と
のビルトインポテンシャル差により抑制し、またストラ
イプ溝外のｐ型InP層25−ｎ型InP層23a−ｐ型InP層22−
ｎ型InP基板21の漏れ電流Ibをｎ型InP層23a/p型InP層22
間のpn逆接合により抑制するがその効果は不十分で、電
流Ibの経路が電流Iaをゲート電流とするサイリスタとし
て動作する場合もある。
22−ｎ型InP基板21の漏れ電流Iaをｐ型InP層22/n型InP
基板21間とｐ型InP閉じ込め層25/InGaAsP活性層24間と
のビルトインポテンシャル差により抑制し、またストラ
イプ溝外のｐ型InP層25−ｎ型InP層23a−ｐ型InP層22−
ｎ型InP基板21の漏れ電流Ibをｎ型InP層23a/p型InP層22
間のpn逆接合により抑制するがその効果は不十分で、電
流Ibの経路が電流Iaをゲート電流とするサイリスタとし
て動作する場合もある。
この様な無効電流はVSB以外のレーザでも同様に問題と
なっており、電流狭窄層、前記VSBレーザではｐ型InP層
22を半絶縁性化することが試みられている。
なっており、電流狭窄層、前記VSBレーザではｐ型InP層
22を半絶縁性化することが試みられている。
従来知られている半絶縁性InP層は、例えばノンドープ
ではｎ型となるInP層に深いアクセプタ準位を形成する
鉄（Fe）をドープしており、伝導帯にある自由電子がこ
の深いアクセプタ準位に捕獲されて抵抗率ρ≧106Ωcm
が得られている。またガリウム砒素（GaAs）層にチタン
（Ti）をドープして正孔を捕獲する深いドナー準位を形
成する半絶縁性化も知られている。
ではｎ型となるInP層に深いアクセプタ準位を形成する
鉄（Fe）をドープしており、伝導帯にある自由電子がこ
の深いアクセプタ準位に捕獲されて抵抗率ρ≧106Ωcm
が得られている。またガリウム砒素（GaAs）層にチタン
（Ti）をドープして正孔を捕獲する深いドナー準位を形
成する半絶縁性化も知られている。
上述の如く従来知られている半絶縁性半導体層は、自由
電子を捕獲する深いアクセプタ準位を備えるか、正孔を
捕獲する深いドナー準位を備えるかの何れかである。
電子を捕獲する深いアクセプタ準位を備えるか、正孔を
捕獲する深いドナー準位を備えるかの何れかである。
従って例えばレーザの電流狭窄層は活性層に注入する電
子と正孔の双方のバイパスを阻止することが必要である
のに対して、例えばFeドープInP層では正孔阻止機能が
なく、Tiをドープした場合には自由電子阻止機能がない
ために、電流阻止機能が不十分であり改善が必要であ
る。
子と正孔の双方のバイパスを阻止することが必要である
のに対して、例えばFeドープInP層では正孔阻止機能が
なく、Tiをドープした場合には自由電子阻止機能がない
ために、電流阻止機能が不十分であり改善が必要であ
る。
前記問題点は、ｐ型閉じ込め層とｎ型閉じ込め層との間
に設けられた活性層に対して注入される電流を狭窄する
電流狭窄層を有する半導体発光装置において、前記電流
狭窄層が、深いアクセプタ準位を形成する不純物と、深
いドナー準位を形成する不純物とが添加されたInP材料
によって構成されてなる本発明の半導体発光装置によっ
て解決される。
に設けられた活性層に対して注入される電流を狭窄する
電流狭窄層を有する半導体発光装置において、前記電流
狭窄層が、深いアクセプタ準位を形成する不純物と、深
いドナー準位を形成する不純物とが添加されたInP材料
によって構成されてなる本発明の半導体発光装置によっ
て解決される。
なお前記半絶縁性半導体層をIII−Ｖ族化合物半導体で
形成する場合には、前記アクセプタ不純物として例えば
Fe、前記ドナー不純物として例えばTiを用いることがで
きる。
形成する場合には、前記アクセプタ不純物として例えば
Fe、前記ドナー不純物として例えばTiを用いることがで
きる。
本発明による半絶縁性半導体層は、自由電子に対して捕
獲準位として作用する深いアクセプタ準位と、正孔に対
して捕獲準位として作用する深いドナー準位とを備え
て、電子と正孔の双方に対して十分な電流阻止機能を確
保する。
獲準位として作用する深いアクセプタ準位と、正孔に対
して捕獲準位として作用する深いドナー準位とを備え
て、電子と正孔の双方に対して十分な電流阻止機能を確
保する。
第１図はこの半絶縁性（SI）半導体層によるP+−SI−n+
構造のバンドダイアグラムを示し、ECは伝導帯端、EVは
価電子帯端、EFはフェルミ準位、EAは深いアクセプタ準
位、EDは深いドナー準位であり、例えばInPについて、E
C−EV間のエネルギー差すなわちバンドギャップは約1.3
5eV、伝導帯端ECとFeによるアクセプタ準位EAとのエネ
ルギー差、及びECとTiによるドナー準位EDとのエネルギ
ー差は何れも約0.6eVで、EC−EVの中央近傍にある。
構造のバンドダイアグラムを示し、ECは伝導帯端、EVは
価電子帯端、EFはフェルミ準位、EAは深いアクセプタ準
位、EDは深いドナー準位であり、例えばInPについて、E
C−EV間のエネルギー差すなわちバンドギャップは約1.3
5eV、伝導帯端ECとFeによるアクセプタ準位EAとのエネ
ルギー差、及びECとTiによるドナー準位EDとのエネルギ
ー差は何れも約0.6eVで、EC−EVの中央近傍にある。
同図（ａ）はバイアスを印加しない熱平衡状態を示し、
深いアクセプタ準位EAは殆どが正孔（○で表す）によっ
て占有され、深いドナー準位EDは殆どが電子（●で表
す）によって占有されている。
深いアクセプタ準位EAは殆どが正孔（○で表す）によっ
て占有され、深いドナー準位EDは殆どが電子（●で表
す）によって占有されている。
このダイオードに順バイアス電圧を印加すれば同図
（ｂ）に示す様に、SI層に電子がn+層側から、正孔がp+
層側から注入される。しかしながら注入された電子は深
いアクセプタ準位EAに捕獲され、また正孔は深いドナー
準位EDに捕獲されて、電子はn+−SI界面近傍に、正孔は
p+−SI界面近傍には存在するが、何れもSI層内を流れて
反対界面に達することがない完全な電流阻止効果が得ら
れる。
（ｂ）に示す様に、SI層に電子がn+層側から、正孔がp+
層側から注入される。しかしながら注入された電子は深
いアクセプタ準位EAに捕獲され、また正孔は深いドナー
準位EDに捕獲されて、電子はn+−SI界面近傍に、正孔は
p+−SI界面近傍には存在するが、何れもSI層内を流れて
反対界面に達することがない完全な電流阻止効果が得ら
れる。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第２図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の実施例を示す工程順
模式側断面図である。
模式側断面図である。
第２図（ａ）参照：例えば錫（Sn）をドープしたn+型In
P基板１の（100）面上に、本発明による半絶縁性InP層
２を例えば液相エピタキシャル成長法により厚さ１μｍ
に成長する。本実施例の成長溶液は、InにInP単結晶、F
e（99.99％、パウダー）及びTi（99.9％、ペレット）を
溶解したもので、成長温度は800〜900℃である。
P基板１の（100）面上に、本発明による半絶縁性InP層
２を例えば液相エピタキシャル成長法により厚さ１μｍ
に成長する。本実施例の成長溶液は、InにInP単結晶、F
e（99.99％、パウダー）及びTi（99.9％、ペレット）を
溶解したもので、成長温度は800〜900℃である。
第２図（ｂ）参照：この半絶縁性InP層２上に、例えばS
iO2等によりその開口の長辺がInP結晶の＜011＞方向に
長く幅が1.5μｍ程度のマスク10を設けて、塩酸（HCl）
等による異方性エッチング処理を行い、n+型InP基板１
に達する深さにストライプ状の溝を形成する。この溝の
断面はＶ字状でその斜面は（111）Ｂ面となる。
iO2等によりその開口の長辺がInP結晶の＜011＞方向に
長く幅が1.5μｍ程度のマスク10を設けて、塩酸（HCl）
等による異方性エッチング処理を行い、n+型InP基板１
に達する深さにストライプ状の溝を形成する。この溝の
断面はＶ字状でその斜面は（111）Ｂ面となる。
第２図（ｃ）参照：従来技術により、このストライプ溝
内にｎ型InP閉じ込め層３、ノンドープのInGaAsP活性層
４、ｐ型閉じ込め層５を順次成長し、閉じ込め層５を溝
外に拡げ、連続してp+型InGaAsP層６を成長する。なお
閉じ込め層３、活性層４と同時に溝外にｎ型InP層3a、I
nGaAsP層4aがそれぞれ成長する。
内にｎ型InP閉じ込め層３、ノンドープのInGaAsP活性層
４、ｐ型閉じ込め層５を順次成長し、閉じ込め層５を溝
外に拡げ、連続してp+型InGaAsP層６を成長する。なお
閉じ込め層３、活性層４と同時に溝外にｎ型InP層3a、I
nGaAsP層4aがそれぞれ成長する。
この半導体基体上に、例えばSiO2等の絶縁層７、金／亜
鉛／金（Au/Zn/Au）等のｐ側電極８、金ゲルマニウム／
金（AuGe/Au）等のｎ側電極９を設け、劈開による共振
器の反射面の形成などを行って本実施例のレーザ素子が
完成する。
鉛／金（Au/Zn/Au）等のｐ側電極８、金ゲルマニウム／
金（AuGe/Au）等のｎ側電極９を設け、劈開による共振
器の反射面の形成などを行って本実施例のレーザ素子が
完成する。
本実施例では本発明による半絶縁性半導体層２により、
電子及び正孔の双方について前記従来例に見られる漏れ
電流Ia、Ibが阻止され、例えば閾値電流が相当する前記
従来例の15〜20mA程度に比較して、本実施例では10mA程
度に減少し顕著な改善が実証されている。
電子及び正孔の双方について前記従来例に見られる漏れ
電流Ia、Ibが阻止され、例えば閾値電流が相当する前記
従来例の15〜20mA程度に比較して、本実施例では10mA程
度に減少し顕著な改善が実証されている。
以上の説明は、VSBレーザを例として採用したが、他の
構造の半導体レーザ，発光ダイオードについても、本発
明を採用することで、上記効果を得ることが可能であ
る。
構造の半導体レーザ，発光ダイオードについても、本発
明を採用することで、上記効果を得ることが可能であ
る。
〔発明の効果〕 以上説明した如く本発明によれば、半絶縁性半導体層に
より電子と正孔が共に捕獲されて十分な電流阻止機能が
確保され、半導体発光装置の特性改善に大きく寄与す
る。
より電子と正孔が共に捕獲されて十分な電流阻止機能が
確保され、半導体発光装置の特性改善に大きく寄与す
る。
第１図は本発明によるp+−SI−n+構造のバンドダイアグ
ラム、 第２図は実施例の工程順模式側断面図、 第３図は従来例の模式側断面図である。 図において、 １はn+型InP基板、 ２は本発明による半絶縁性InP層、 ３はｎ型InP閉じ込め層、3aはｎ型InP層、 ４はInGaAsP活性層、4aはInGaAsP層、 ５はｐ型閉じ込め層、 ６はp+型InGaAsP層、 ７は絶縁層、８、９は電極、 10はマスクを示す。
ラム、 第２図は実施例の工程順模式側断面図、 第３図は従来例の模式側断面図である。 図において、 １はn+型InP基板、 ２は本発明による半絶縁性InP層、 ３はｎ型InP閉じ込め層、3aはｎ型InP層、 ４はInGaAsP活性層、4aはInGaAsP層、 ５はｐ型閉じ込め層、 ６はp+型InGaAsP層、 ７は絶縁層、８、９は電極、 10はマスクを示す。
Claims (2)
- 【請求項１】ｐ型閉じ込め層とｎ型閉じ込め層との間に
設けられた活性層に対して注入される電流を狭窄する電
流狭窄層を有する半導体発光装置において、 前記電流狭窄層が、深いアクセプタ準位を形成する不純
物と、深いドナー準位を形成する不純物とが添加された
InP材料によって構成されてなることを特徴とする半導
体発光装置。 - 【請求項２】前記深いアクセプタ準位を形成する不純物
が鉄（Fe）であり、前記深いドナー準位を形成する不純
物がチタン（Ti）であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26806586A JPH0758822B2 (ja) | 1986-11-11 | 1986-11-11 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26806586A JPH0758822B2 (ja) | 1986-11-11 | 1986-11-11 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63122189A JPS63122189A (ja) | 1988-05-26 |
| JPH0758822B2 true JPH0758822B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=17453399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26806586A Expired - Lifetime JPH0758822B2 (ja) | 1986-11-11 | 1986-11-11 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758822B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9287459B2 (en) * | 2014-02-14 | 2016-03-15 | Epistar Corporation | Light-emitting device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60153562U (ja) * | 1983-11-07 | 1985-10-12 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニ− | 半導体デバイス |
-
1986
- 1986-11-11 JP JP26806586A patent/JPH0758822B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63122189A (ja) | 1988-05-26 |
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