JPH09181390A - Semiconductor device - Google Patents
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- JPH09181390A JPH09181390A JP35161895A JP35161895A JPH09181390A JP H09181390 A JPH09181390 A JP H09181390A JP 35161895 A JP35161895 A JP 35161895A JP 35161895 A JP35161895 A JP 35161895A JP H09181390 A JPH09181390 A JP H09181390A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半絶縁性化合物半導
体電流狭窄層を有する、特性の良い化合物半導体装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound semiconductor device having a semi-insulating compound semiconductor current confinement layer and good characteristics.
【0002】[0002]
【従来の技術】化合物半導体装置において半絶縁電流狭
窄構造は素子容量を低減させるので高速素子特性を得る
上で不可欠である。しかし、従来の構造では半絶縁性電
流狭窄層内のドーパント(たとえばFe)と活性層近傍
のp型ドーピング層のドーパント(たとえばZn等のp
型不純物)の相互拡散に起因する活性層の品質の劣化が
生じる。図1は従来構造における上記相互拡散による活
性層の品質劣化機構を説明する図であり、半絶縁電流狭
窄層を有する光素子構造の活性層周辺の断面図(コンタ
クト層等の活性層から離れた部分は図示しない。)を示
すものである。10はn−InP基板、11はアンドー
プInGaAsP活性層、12はp型(Zn)ドーピン
グInP、13はFeドープ半絶縁InP電流狭窄層、
14はFe、15はZn、16は結晶成長時のドーピン
グ条件から推定される活性層近傍におけるZnのドーピ
ング分布、17はSIMS測定により得られた実際のZ
nの濃度分布である。2. Description of the Related Art In a compound semiconductor device, a semi-insulating current constriction structure reduces the device capacitance and is therefore essential for obtaining high speed device characteristics. However, in the conventional structure, the dopant in the semi-insulating current confinement layer (for example, Fe) and the dopant in the p-type doping layer near the active layer (for example, p of Zn or the like) are used.
The quality of the active layer deteriorates due to the mutual diffusion of (type impurities). FIG. 1 is a view for explaining the quality deterioration mechanism of the active layer due to the above-mentioned mutual diffusion in the conventional structure, and is a cross-sectional view of the periphery of the active layer of the optical element structure having the semi-insulating current confinement layer (away from the active layer such as the contact layer). The parts are not shown). 10 is an n-InP substrate, 11 is an undoped InGaAsP active layer, 12 is p-type (Zn) -doped InP, 13 is Fe-doped semi-insulating InP current constriction layer,
14 is Fe, 15 is Zn, 16 is the Zn doping distribution in the vicinity of the active layer estimated from the doping conditions during crystal growth, and 17 is the actual Z obtained by SIMS measurement.
It is a concentration distribution of n.
【0003】この構造において、半絶縁性電流狭窄層1
3のドーパンFe14とp型ドーピング層内のp型ドー
ピング層ドーパントZn15とが相互拡散を起こし格子
間位置のZnが増加する。すなわち、半絶縁層内のFe
14がp型ドーピング層内に拡散して格子位置を占有し
て、その結果格子位置のZn15が格子間位置に移動す
る。引き続き、格子間位置に移動したZn15が活性層
11に拡散して活性層の品質を劣化させていた。素子の
高性能化を行うためには、高品質な活性層が必要となる
が、上記のような活性層内への不純物の拡散があると、
目標とするような性能のデバイスを製作することができ
なくなり、デバイスの性能劣化、信頼性劣化、歩留まり
低下に直結することになるので問題になっていた。In this structure, the semi-insulating current confinement layer 1
Dopan Fe14 of No. 3 and the p-type doping layer dopant Zn15 in the p-type doping layer cause mutual diffusion, and Zn in the interstitial position increases. That is, Fe in the semi-insulating layer
14 diffuses into the p-type doping layer and occupies the lattice position, and as a result, the Zn15 at the lattice position moves to the interstitial position. Subsequently, Zn15 moved to the interstitial position diffused into the active layer 11 and deteriorated the quality of the active layer. In order to improve the performance of the device, a high quality active layer is required. However, if there is diffusion of impurities into the active layer as described above,
It has become a problem because it becomes impossible to manufacture a device having a performance as intended, which directly leads to performance deterioration, reliability deterioration, and yield reduction of the device.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はこれら
の問題点を解決して高性能の化合物半導体装置を提供す
ることである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these problems and provide a high performance compound semiconductor device.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
p型ドーピング層とアンドープ活性層の間にp型ドーピ
ング層のキャリア濃度以上の濃度でn型ドーピングが施
された層を有することを特徴とする。換言すれば本発明
はn型の導電型を有する第1の半導体層と、伝導帯と価
電子帯の間の最も低い遷移エネルギーが該第1の半導体
層に比して小さい半導体単層又は量子井戸から成る発光
層を含む活性層と、伝導帯と価電子帯の間の最も低い遷
移エネルギーが該発光層より大きくp型の導電型を有す
る第2の半導体層から成る積層構造を備え、該積層構造
からなるメサ構造が半絶縁性半導体によって埋め込まれ
ている半導体装置において、該第2の半導体層と該活性
層の間に導電型がn型でn型不純物濃度が該第2の半導
体層のp型不純物濃度より高い半導体単層又は半導体積
層を有することを特徴とするものである。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
It is characterized in that it has a layer which is n-type doped at a concentration higher than the carrier concentration of the p-type doping layer between the p-type doping layer and the undoped active layer. In other words, the present invention relates to a first semiconductor layer having an n-type conductivity type and a semiconductor single layer or quantum layer having a lowest transition energy between the conduction band and the valence band smaller than that of the first semiconductor layer. A laminated structure comprising an active layer including a light emitting layer formed of a well, and a second semiconductor layer having a p-type conductivity type having a lowest transition energy between the conduction band and the valence band higher than that of the light emitting layer, In a semiconductor device in which a mesa structure having a laminated structure is embedded with a semi-insulating semiconductor, a conductivity type is n-type and an n-type impurity concentration is the second semiconductor layer between the second semiconductor layer and the active layer. The present invention is characterized by having a semiconductor single layer or a semiconductor laminated layer having a p-type impurity concentration higher than the above.
【0006】すなわち、電流狭窄のためにFeまたはC
rなどをドープしたInP又はFeとTiを同時にドー
プしたInPなどの半絶縁性化合物半導体を用いた、p
型ドーピング層とn型ドーピング層の間にドーピングを
施さない(アンドープ)活性層を有する化合物半導体装
置において、p型ドーピング層とアンドープ活性層の境
界のアンドープ活性層側にp型ドーピング層のキャリア
濃度以上の濃度でn型ドーピング層を挿入すること、あ
るいは、上記境界のp型ドーピング層側の1部分に該n
型ドーピングを施すことにより、FeまたはCrなどの
半絶縁性半導体のドーピング不純物、あるいはZn等の
p型不純物などの不純物の拡散による活性層の劣化を抑
制するものである。That is, Fe or C due to current confinement
Using a semi-insulating compound semiconductor such as InP doped with r or the like or InP doped with Fe and Ti at the same time, p
In a compound semiconductor device having an undoped (undoped) active layer between a p-type doped layer and an n-type doped layer, the carrier concentration of the p-type doped layer on the undoped active layer side of the boundary between the p-type doped layer and the undoped active layer Insert the n-type doping layer at the above concentration, or insert the n-type doping layer at a portion of the boundary on the p-type doping layer side.
By performing the type doping, deterioration of the active layer due to diffusion of a doping impurity of a semi-insulating semiconductor such as Fe or Cr or an impurity such as a p-type impurity such as Zn is suppressed.
【0007】従来の素子構造ではp型ドーピング層にア
ンドープ活性層が隣接しており上記n型ドーピングがp
型ドーピング層と該活性層との間に施されることはな
く、本発明による素子構造とは異なる。また、従来の素
子構造において活性層へのキャリアの注入の向上による
しきい値電流密度の低減を目的として活性層内の障壁層
および多重量子構造周辺にp型ドーピング層のキャリア
濃度以上のn型ドーピング(1×1018/cm3 、1×
1019/cm3 以下)を施す構造もある。(阿部他:1
994年、第41回春季応物学会、30p−K−4)。
この構造は、p型ドーピング層とn型ドーピング層の間
にアンドープ層を持つ。つまり、p型ドーピング層とn
型ドーピング層が隣接することはなく、本発明による構
造とは異なる。In the conventional device structure, the p-type doping layer is adjacent to the undoped active layer, and the n-type doping is p-type.
It is not applied between the type doping layer and the active layer, which is different from the device structure according to the present invention. In addition, in the conventional device structure, for the purpose of reducing the threshold current density by improving the injection of carriers into the active layer, an n-type layer having a carrier concentration higher than that of the p-type doping layer is formed around the barrier layer in the active layer and the multiple quantum structure. Doping (1 × 10 18 / cm 3 , 1 ×
10 19 / cm 3 or less) is also available. (Abe et al .: 1
1994, 41st Spring Biological Society, 30p-K-4).
This structure has an undoped layer between a p-type doped layer and an n-type doped layer. That is, p-type doping layer and n
The type doping layers are not adjacent, which is different from the structure according to the present invention.
【0008】この構造では、活性層つまり発光層に高濃
度にドーピングをするので、自由キャリアー吸収損失が
大きくなり、共振器損失が増大するという欠点がある。
従って、共振器損失の増大による発振しき値の増加が懸
念される。また、発光層にドーピングされていると電界
の印可が不可能になるので、発光素子を電界制御素子
(例えば、多重量井戸に電界を印可して可飽和吸体とし
て利用する場合)として利用することができず、発光層
と電界制御素子の同一基板上への集積化が容易でなくな
る。In this structure, since the active layer, that is, the light emitting layer is doped at a high concentration, there is a drawback that free carrier absorption loss becomes large and resonator loss increases.
Therefore, there is a concern about an increase in the oscillation threshold value due to an increase in resonator loss. Further, since it is impossible to apply an electric field when the light emitting layer is doped, the light emitting element is used as an electric field control element (for example, when an electric field is applied to a multi-weight well to be used as a saturable absorber). Therefore, it becomes difficult to integrate the light emitting layer and the electric field control element on the same substrate.
【0009】本発明によれば、半絶縁性電流狭窄層のド
ーパンFeまたはCrなどがp型ドーピング層内へ拡散
して格子位置を占有するため、格子位置から格子間位置
に拡散したp型ドーピング層のドーパントZn等のp型
不純物は、n型ドーピング層内では、n型ドーパント
(Siなど)と結合して複合体(Zn−Siなど)を形
成して拡散しにくくなる。そこで、該Zn等のp型不純
物すべての拡散を抑制するためにはp型ドーピング層の
キャリア濃度以上の濃度のSiなどのn型不純物が必要
となる(たとえば、C.Blaauw他:Journal of Electroni
c Materials,Vol.21,No.2,(1991)p.173)。したがって、
p型ドーピング層/活性層間のp型不純物のキャリア濃
度以上の濃度をもつn型ドーピング層によりp型ドーパ
ントZn等のp型不純物の活性層への拡散は抑制され
る。すなわち、p型ドーパントZn等のp型不純物の活
性層内への拡散が防がれるので活性層の品質劣化を抑制
することができる。また、発光層の主要部分にドーピン
グする必要もないので、自由キャリヤー吸収による共振
器損失の増大や電界制御素子の集積化の困難性等の問題
が生じない。According to the present invention, since Dopan Fe or Cr of the semi-insulating current confinement layer diffuses into the p-type doping layer and occupies the lattice position, the p-type doping diffused from the lattice position to the interstitial position. In the n-type doping layer, p-type impurities such as the layer dopant Zn combine with the n-type dopant (Si or the like) to form a complex (Zn-Si or the like), which makes it difficult to diffuse. Therefore, in order to suppress the diffusion of all the p-type impurities such as Zn, an n-type impurity such as Si having a concentration higher than the carrier concentration of the p-type doping layer is required (for example, C. Blaauw et al .: Journal of Electroni
c Materials, Vol.21, No.2, (1991) p.173). Therefore,
Diffusion of p-type impurities such as p-type dopant Zn into the active layer is suppressed by the n-type doping layer having a concentration of carrier concentration of p-type impurities between the p-type doping layer / active layer. That is, diffusion of p-type impurities such as the p-type dopant Zn into the active layer is prevented, so that deterioration of the quality of the active layer can be suppressed. Further, since it is not necessary to dope the main part of the light emitting layer, problems such as increase of resonator loss due to free carrier absorption and difficulty of integration of the electric field control element do not occur.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明は、n型の導電型を有する
第1の半導体層と、伝導帯と価電子帯の間の最も低い遷
移エネルギーが該第1の半導体層に比して小さい半導体
単層又は量子井戸から成る発光層を含む活性層と、伝導
帯と価電子帯の間の最も低い遷移エネルギーが該発光層
より大きくp型の導電型を有する第2の半導体層から成
る積層構造を備え、該積層構造からなるメサ構造が半絶
縁性半導体によって埋め込まれている半導体装置におい
て、該第2の半導体層と該活性層の間に導電型がn型で
n型不純物濃度が該第2の半導体層のp型不純物濃度よ
り高い半導体単層又は半導体積層を有することを特徴と
する半導体装置を特徴とする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, the first semiconductor layer having an n-type conductivity type and the lowest transition energy between the conduction band and the valence band are smaller than those of the first semiconductor layer. A stack of an active layer including a semiconductor single layer or a light emitting layer formed of a quantum well, and a second semiconductor layer having a p-type conductivity with the lowest transition energy between the conduction band and the valence band being larger than that of the light emitting layer. In a semiconductor device having a structure, in which a mesa structure having the laminated structure is embedded with a semi-insulating semiconductor, a conductivity type is n-type and an n-type impurity concentration is between the second semiconductor layer and the active layer. A semiconductor device having a semiconductor single layer or a semiconductor stack having a p-type impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer.
【0011】[0011]
(実施例1)図2は本発明の第一の実施例を説明する図
であって、光半導体素子の活性層周辺の断面図(コンタ
クト層等の活性層から離れた部分は図示しない。)を示
す。20はn−InP基板、21は発光波長が1.5μ
mであるアンドープ活性層、22はp型(Zn)ドーピ
ングInP、23はFeドープ半絶縁InP電流狭窄
層、24はn型(Si)ドーピングInGaAsP四元
混晶層(組成波長1.1μm、層厚10nm)、25は
結晶成長時のドーピング条件から推定されるp型ドーパ
ントZnのドーピング分布、26はn型ドーパントSi
のドーピング分布を示す。27はSIMS測定により得
られた実際のZnの濃度分布である。活性層21はIn
GaAsP四元混晶層(組成波長1.1μm、層厚10
0nm)、6層のInGaAsP四元混晶量子井戸層
(層厚60nm)、5層のInGaAsP四元混晶障壁
層(組成波長1.1μm、層厚20nm)、InGaA
sP四元混晶層(組成波長1.1μm、層厚100n
m)からなる。Znのドーピング濃度は1×1018/c
m3 、Siのドーピング濃度は1.5×1018/cm3
である。Znの濃度分布27より、従来構造で観測され
たZnの活性層21への拡散は本発明による構造では観
測されない。このように、p型ドーピング層とアンドー
プ活性層の間にn型(Si)ドーピング層(1.5×1
018/cm3 )を挿入することによりZnの活性層への
拡散が抑制されていることがわかる。(Embodiment 1) FIG. 2 is a view for explaining the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the periphery of an active layer of an optical semiconductor element (a portion such as a contact layer apart from the active layer is not shown). Indicates. 20 is an n-InP substrate, 21 is an emission wavelength of 1.5 μm.
m is an undoped active layer, 22 is p-type (Zn) -doped InP, 23 is Fe-doped semi-insulating InP current confinement layer, 24 is n-type (Si) -doped InGaAsP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength 1.1 μm, layer Thickness 10 nm), 25 is the doping distribution of the p-type dopant Zn estimated from the doping conditions during crystal growth, and 26 is the n-type dopant Si.
The doping distribution of is shown. 27 is the actual Zn concentration distribution obtained by SIMS measurement. The active layer 21 is In
GaAsP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength 1.1 μm, layer thickness 10
0 nm), 6 layers of InGaAsP quaternary mixed crystal quantum well layer (layer thickness 60 nm), 5 layers of InGaAsP quaternary mixed crystal barrier layer (composition wavelength 1.1 μm, layer thickness 20 nm), InGaA
sP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength 1.1 μm, layer thickness 100 n
m). Zn doping concentration is 1 × 10 18 / c
The doping concentration of m 3 and Si is 1.5 × 10 18 / cm 3
It is. From the Zn concentration distribution 27, the diffusion of Zn into the active layer 21 observed in the conventional structure is not observed in the structure according to the present invention. As described above, the n-type (Si) doping layer (1.5 × 1) is formed between the p-type doping layer and the undoped active layer.
It is understood that the diffusion of Zn into the active layer is suppressed by inserting 0 18 / cm 3 ).
【0012】図3は上記構造を有するFeドープ電流狭
窄層を有する1.5μm帯半導体レーザの電流・光出力
特性であり31は従来構造によるもの(破線)、32は
本発明によるもの(実線)である。従来構造によるもの
ではZnの活性層内への拡散により活性層品質が劣化す
るためしきい値電流の増大、効率の低下が生じる。一
方、本発明による構造ではZnの活性層内への拡散が抑
制され活性層品質が維持されるため素子特性の向上(し
きい値電流の低減、効率の向上)が達成される。FIG. 3 shows the current / light output characteristics of a 1.5 μm band semiconductor laser having the Fe-doped current confinement layer having the above structure. Reference numeral 31 indicates the conventional structure (broken line), and 32 indicates the present invention (solid line). Is. With the conventional structure, the quality of the active layer is deteriorated due to the diffusion of Zn into the active layer, which causes an increase in threshold current and a decrease in efficiency. On the other hand, in the structure according to the present invention, diffusion of Zn into the active layer is suppressed and the quality of the active layer is maintained, so that improvement in device characteristics (reduction in threshold current, improvement in efficiency) is achieved.
【0013】図4は上記構造を有する光変調器の光吸収
スペクトルの電界印加による変化を示す。41は従来構
造(点線)、42は本発明によるもの(実線)である。
従来構造におけるスペクトルでは、Znの活性層内への
拡散により活性層品質が劣化するため、電界印加による
吸収端の波長シフトが観察されない。一方、本発明によ
る構造におけるスペクトルでは、Znの活性層内への拡
散が防止され活性層品質が維持されるため、電界印加に
よる吸収端の波長シフトが観測される。FIG. 4 shows changes in the optical absorption spectrum of the optical modulator having the above structure due to the application of an electric field. Reference numeral 41 is a conventional structure (dotted line), and 42 is according to the present invention (solid line).
In the spectrum in the conventional structure, the wavelength shift at the absorption edge due to the application of the electric field is not observed because the quality of the active layer deteriorates due to the diffusion of Zn into the active layer. On the other hand, in the spectrum of the structure according to the present invention, since the diffusion of Zn into the active layer is prevented and the quality of the active layer is maintained, the wavelength shift of the absorption edge due to the application of the electric field is observed.
【0014】図5は本発明の第二の実施例を説明する図
であって、光半導体素子の活性層周辺の断面図(コンタ
クト層等の活性層から離れた部分は図示しない。)を示
す。50はn−InP基板、51は発光波長が1.5μ
mであるアンドープ活性層、52はp型(Zn)ドーピ
ングInP、53はFeドープ半絶縁InP電流狭窄
層、54はn型(Si)ドーピングInP(層厚3n
m)およびInGaAsP四元混晶層(組成波長1.1
μm、層厚7nm)、55は結晶成長時のドーピング条
件から推定されるp型ドーパントZnのドーピング分布
(点線)、56はn型ドーパントSiのドーピング分布
(実線)を示す。57はSIMS測定により得られた実
際のZnの濃度分布である。活性層51はInGaAs
P四元混晶層(組成波長1.1μm、層厚100n
m)、6層のInGaAsP四元混晶量子井戸層(層厚
60nm)、5層のInGaAsP四元混晶障壁層(組
成波長1.1μm、層厚20nm)、InGaAsP四
元混晶層(組成波長1.1μm、層厚100nm)から
なる。Znのドーピング濃度は1×1018/cm3 、S
iのドーピング濃度は1.5×1018/cm3 である。
55,56からわかるように、p型ドーピング層/活性
層間のn型ドーピングはp型(Zn)ドーピングInP
側3nmの領域に、InGaAsP四元混晶層(組成波
長1.1μm)側7nmの領域に施されている。Znの
濃度分布57より、従来構造で観測されたZnの活性層
51への拡散は本発明による構造では観測されない。こ
のように、p型ドーピング層とアンドープ活性層の間に
n型(Si)ドーピング層(1.5×1018/cm3 )
を挿入することによりZnの活性層への拡散が抑制され
ていることがわかる。本実施例による構造においても第
一の実施例で得られた効果が得られる。FIG. 5 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention, showing a cross-sectional view of the periphery of the active layer of an optical semiconductor device (a portion such as a contact layer apart from the active layer is not shown). . 50 is an n-InP substrate, 51 is an emission wavelength of 1.5 μm.
m is an undoped active layer, 52 is p-type (Zn) -doped InP, 53 is Fe-doped semi-insulating InP current confinement layer, 54 is n-type (Si) -doped InP (layer thickness 3n).
m) and an InGaAsP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength: 1.1)
μm, layer thickness 7 nm), 55 shows the doping distribution of the p-type dopant Zn (dotted line) estimated from the doping conditions during crystal growth, and 56 shows the doping distribution of the n-type dopant Si (solid line). 57 is the actual Zn concentration distribution obtained by SIMS measurement. The active layer 51 is InGaAs
P quaternary mixed crystal layer (composition wavelength 1.1 μm, layer thickness 100 n
m), 6 layers of InGaAsP quaternary mixed crystal quantum well layer (layer thickness 60 nm), 5 layers of InGaAsP quaternary mixed crystal barrier layer (composition wavelength 1.1 μm, layer thickness 20 nm), InGaAsP quaternary mixed crystal layer (composition) The wavelength is 1.1 μm and the layer thickness is 100 nm). Zn doping concentration is 1 × 10 18 / cm 3 , S
The doping concentration of i is 1.5 × 10 18 / cm 3 .
As can be seen from 55 and 56, the n-type doping between the p-type doping layer / active layer is p-type (Zn) doping InP.
The region of 3 nm on the side is applied to the region of 7 nm on the side of the InGaAsP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength: 1.1 μm). From the Zn concentration distribution 57, the diffusion of Zn into the active layer 51 observed in the conventional structure is not observed in the structure according to the present invention. As described above, an n-type (Si) doping layer (1.5 × 10 18 / cm 3 ) is formed between the p-type doping layer and the undoped active layer.
It is understood that the diffusion of Zn into the active layer is suppressed by inserting the. In the structure according to this embodiment, the effect obtained in the first embodiment can be obtained.
【0015】図6は本発明の第三の実施例を説明する図
であって、光半導体素子の活性層周辺の断面図(コンタ
クト層等の活性層から離れた部分は図示しない。)を示
す。60はn−InP基板、61は発光波長が1.5μ
mであるアンドープ活性層、62はp型(Zn)ドーピ
ングInP、63はFeドープ半絶縁InP電流狭窄
層、64はn型(Si)ドーピングが施されたp型ドー
ピングInP(層厚10nm)、65は結晶成長時のド
ーピング条件から推定されるp型ドーパントZnのドー
ピング分布(点線)、66はn型ドーパントSiのドー
ピング分布(実線)を示す。67はSIMS測定により
得られた実際のZnの濃度分布である。活性層61はI
nGaAsP四元混晶層(組成波長1.1μm、層厚1
00nm)、6層のInGaAsP四元混晶量子井戸層
(層厚60nm)、5層のInGaAsP四元混晶障壁
層(組成波長1.1μm、層厚20nm)、InGaA
sP四元混晶層(組成波長1.1μm、層厚100n
m)からなる。Znのドーピング濃度は1×1018/c
m3 、Siのドーピング濃度は1.5×1018/cm3
てある。Siのドーピング分布66からわかるように、
n型ドーピングはp型ドーピングInP62/活性層6
1境界のp型ドーピングInP62側の領域に施されて
いる。この場合、この領域の電気的性質はp型ドーパン
トZnとn型ドーパントSiの間で電荷補償がされてp
型またはn型の1×1016/cm3 以下のキャリア濃度
を示すが、10nmの薄い領域なので素子特性に大きな
影響を与えることはない。Znの濃度分布67より、従
来構造で観測されたZnの活性層61への拡散は本発明
による構造では観測されない。このように、p型ドーピ
ング層とアンドープ活性層の間にn型(Si)ドーピン
グ層(1.5×1018/cm3 )を挿入することにより
Znの活性層への拡散が抑制されていることがわかる。
本実施例による構造においても第一の実施例で得られた
効果が得られる。FIG. 6 is a diagram for explaining the third embodiment of the present invention, showing a cross-sectional view of the periphery of the active layer of an optical semiconductor element (a portion such as a contact layer apart from the active layer is not shown). . 60 is an n-InP substrate, 61 is an emission wavelength of 1.5 μm.
m is an undoped active layer, 62 is p-type (Zn) -doped InP, 63 is Fe-doped semi-insulating InP current confinement layer, 64 is n-type (Si) -doped p-type doped InP (layer thickness 10 nm), Reference numeral 65 shows a doping distribution of the p-type dopant Zn (dotted line) estimated from the doping conditions during crystal growth, and 66 shows a doping distribution of the n-type dopant Si (solid line). 67 is an actual Zn concentration distribution obtained by SIMS measurement. The active layer 61 is I
nGaAsP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength 1.1 μm, layer thickness 1
00 nm), 6 layers of InGaAsP quaternary mixed crystal quantum well layer (layer thickness 60 nm), 5 layers of InGaAsP quaternary mixed crystal barrier layer (composition wavelength 1.1 μm, layer thickness 20 nm), InGaA
sP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength 1.1 μm, layer thickness 100 n
m). Zn doping concentration is 1 × 10 18 / c
The doping concentration of m 3 and Si is 1.5 × 10 18 / cm 3
It is. As can be seen from the Si doping distribution 66,
n-type doping is p-type doping InP62 / active layer 6
It is applied to the region on the p-type doping InP 62 side of the 1 boundary. In this case, the electrical properties of this region are p-type due to charge compensation between the p-type dopant Zn and the n-type dopant Si.
Type or n type shows a carrier concentration of 1 × 10 16 / cm 3 or less, but since it is a thin region of 10 nm, it does not significantly affect the device characteristics. From the Zn concentration distribution 67, the diffusion of Zn into the active layer 61 observed in the conventional structure is not observed in the structure according to the present invention. As described above, the diffusion of Zn into the active layer is suppressed by inserting the n-type (Si) doping layer (1.5 × 10 18 / cm 3 ) between the p-type doping layer and the undoped active layer. I understand.
In the structure according to this embodiment, the effect obtained in the first embodiment can be obtained.
【0016】なお、本実施例では1.5μm波長帯の場
合で説明したが、1.3μmなどの他の波長帯を有する
素子構造についても可能である。また、活性層には6層
の井戸層と5層の障壁層を有する多重量子井戸構造を用
いたが井戸層数、障壁層数に限りはなく、また多重量子
構造をもたないダブルヘテロ構造(たとえば活性層が単
一の組成のInGaAsP四元混晶層からなるダブルヘ
テロ構造)を用いてもかまわない。また、化合物半導体
としてIII-V族化合物半導体であるInP、InGaA
sPの場合で説明したが、その他のIII-V族化合物半導
体であるGaAs、InGaAs、AlAs、AlGa
As、AlInGaAs、AlGaInPなど、II-VI
族化合物半導体であるZnS、CdSe、ZnSSeな
どの場合でも可能である。また、p型不純物にはZnの
他にCd、Mg、Be、Cなど、n型不純物にはSi、
Sn、S、Seなどを用いても同様の効果が得られる。
また、半絶縁性化合物半導体にはFeドープの他にCr
ドープまたはTiとFeの同時ドープが施されていても
よい。Although the present embodiment has been described in the case of the wavelength band of 1.5 μm, an element structure having another wavelength band of 1.3 μm or the like is also possible. The active layer has a multi-quantum well structure having six well layers and five barrier layers, but the number of well layers and barrier layers is not limited, and the double hetero structure does not have a multi-quantum structure. (For example, the active layer may be a double heterostructure composed of a single composition InGaAsP quaternary mixed crystal layer). In addition, InP and InGaA, which are III-V group compound semiconductors, are used as compound semiconductors.
As described in the case of sP, other III-V group compound semiconductors such as GaAs, InGaAs, AlAs, and AlGa.
II-VI such as As, AlInGaAs, AlGaInP, etc.
It is also possible in the case of ZnS, CdSe, ZnSSe, etc., which are group compound semiconductors. In addition to Zn for the p-type impurities, Cd, Mg, Be, C, etc., and Si for the n-type impurities.
The same effect can be obtained by using Sn, S, Se or the like.
In addition to the Fe-doped semi-insulating compound semiconductor, Cr
It may be doped or simultaneously doped with Ti and Fe.
【0017】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による素子
構造を用いれば、不純物の拡散の影響を受けない高品質
の活性層が得られるから、高性能の素子を歩留まり良く
製造することができる。As described above, by using the device structure according to the present invention, a high-quality active layer that is not affected by the diffusion of impurities can be obtained, so that a high-performance device can be manufactured with a high yield. .
【図1】従来構造における上記相互拡散による活性層の
品質劣化機構を説明する図であり、半絶縁電流狭窄層を
有する光素子構造を示すものである。FIG. 1 is a diagram for explaining a quality deterioration mechanism of an active layer due to the above-mentioned mutual diffusion in a conventional structure, and shows an optical element structure having a semi-insulating current confining layer.
【図2】本発明の第一実施例を説明する図であって、光
半導体素子の活性層周辺の断面図(コンタクト層等の活
性層から離れた部分は図示しない。)を示す。FIG. 2 is a diagram for explaining the first embodiment of the present invention, showing a cross-sectional view of the periphery of an active layer of an optical semiconductor element (a portion such as a contact layer apart from the active layer is not shown).
【図3】上記構造を有するFeドープ電流狭窄層を有す
る1.5μm帯半導体レーザの電流・光出力特性であり
31は従来構造によるもの(点線)、32は本発明によ
るもの(実線)である。3A and 3B show current / light output characteristics of a 1.5 μm band semiconductor laser having an Fe-doped current confinement layer having the above structure, where 31 is the conventional structure (dotted line) and 32 is the present invention (solid line). .
【図4】上記構造を有する光変調器の光吸収スペクトル
を示す。41は従来構造、42は本発明によるものであ
る。FIG. 4 shows an optical absorption spectrum of the optical modulator having the above structure. 41 is a conventional structure and 42 is according to the present invention.
【図5】本発明の第二の実施例を説明する図であって、
光半導体素子の活性層周辺の断面図(コンタクト層等の
活性層から離れた部分は図示しない。)を示す。FIG. 5 is a diagram illustrating a second embodiment of the present invention,
A cross-sectional view of the periphery of the active layer of the optical semiconductor element (a portion away from the active layer such as a contact layer is not shown) is shown.
【図6】本発明の第三の実施例を説明する図であって、
光半導体素子の活性層周辺の断面図(コンタクト層等の
活性層から離れた部分は図示しない。)を示す。FIG. 6 is a diagram illustrating a third embodiment of the present invention,
A cross-sectional view of the periphery of the active layer of the optical semiconductor element (a portion away from the active layer such as a contact layer is not shown) is shown.
10 n−InP基板 11 アンドープInGaAsP活性層 12 p型(Zn)ドーピングInP 13 Feドープ半絶縁InP電流狭窄層 14 Fe 15 Zn 16 結晶成長時のドーピング条件から推定される活
性層近傍におけるZnのドーピング分布 17 SIMS測定により得られた実際のZnの濃度
分布 20 n−InP基板 21 発光波長から1.5μmであるアンドープ活性
層 22 p型(Zn)ドーピングInP 23 Feドープ半絶縁InP電流狭窄層 24 n型(Si)ドーピングInGaAsP四元混
晶層(組成波長1.1μm、層厚10nm) 25 結晶成長時のドーピング条件から推定されるp
型ドーパントZnのドーピング分布 26 n型ドーパントSiのドーピング分布を示す。
27はSIMS測定により得られた実際のZnの濃度分
布 50 n−InP基板 51 発光波長が1.5μmであるアンドープ活性層 52 p型(Zn)ドーピングInP 53 Feドープ半絶縁InP電流狭窄層 54 n型(Si)ドーピングInP(層厚3nm)
およびInGaAsP四元混晶層(組成波長1.1μ
m、層厚7nm) 55 結晶成長時のドーピング条件から推定されるp
型ドーパントZnのドーピング分布(点線) 56 n型ドーパントSiのドーピング分布(実線) 57 SIMS測定により得られた実際のZnの濃度
分布 60 n−InP基板 61 発光波長が1.5μmであるアンドープ活性層 62 p型(Zn)ドーピングInP 63 Feドープ半絶縁InP電流狭窄層 64 n型(Si)ドーピングが施されたp型ドーピ
ングInP(層厚10nm) 65 結晶成長時のドーピング条件から推定されるp
型ドーパントZnのドーピング分布(点線) 66 n型ドーパントSiのドーピング分布(実線) 67 SIMS測定により得られた実際のZnの濃度
分布10 n-InP substrate 11 undoped InGaAsP active layer 12 p-type (Zn) -doped InP 13 Fe-doped semi-insulating InP current confinement layer 14 Fe 15 Zn 16 Zn doping distribution in the vicinity of the active layer estimated from doping conditions during crystal growth 17 Actual Zn concentration distribution obtained by SIMS measurement 20 n-InP substrate 21 Undoped active layer that is 1.5 μm from emission wavelength 22 p-type (Zn) -doped InP 23 Fe-doped semi-insulating InP current confinement layer 24 n-type (Si) -doped InGaAsP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength: 1.1 μm, layer thickness: 10 nm) 25 p estimated from doping conditions during crystal growth
Doping Distribution of Type Dopant Zn 26 shows the doping distribution of n-type dopant Si.
27 is an actual Zn concentration distribution obtained by SIMS measurement 50 n-InP substrate 51 Undoped active layer with an emission wavelength of 1.5 μm 52 p-type (Zn) -doped InP 53 Fe-doped semi-insulating InP current confinement layer 54 n Type (Si) doping InP (layer thickness 3 nm)
And InGaAsP quaternary mixed crystal layer (composition wavelength: 1.1μ
m, layer thickness 7 nm) 55 p estimated from doping conditions during crystal growth
Type dopant Zn doping distribution (dotted line) 56 n-type dopant Si doping distribution (solid line) 57 actual Zn concentration distribution obtained by SIMS measurement 60 n-InP substrate 61 undoped active layer with emission wavelength of 1.5 μm 62 p-type (Zn) -doped InP 63 Fe-doped semi-insulating InP current confinement layer 64 n-type (Si) -doped p-type doped InP (layer thickness 10 nm) 65 p estimated from doping conditions during crystal growth
Type dopant Zn doping distribution (dotted line) 66 n-type dopant Si doping distribution (solid line) 67 Actual Zn concentration distribution obtained by SIMS measurement
Claims (1)
と、伝導帯と価電子帯の間の最も低い遷移エネルギーが
該第1の半導体層に比して小さい半導体単層又は量子井
戸から成る発光層を含む活性層と、伝導帯と価電子帯の
間の最も低い遷移エネルギーが該発光層より大きくp型
の導電型を有する第2の半導体層から成る積層構造を備
え、該積層構造からなるメサ構造が半絶縁性半導体によ
って埋め込まれている半導体装置において、該第2の半
導体層と該活性層の間に導電型がn型でn型不純物濃度
が該第2の半導体層のp型不純物濃度より高い半導体単
層又は半導体積層を有することを特徴とする半導体装
置。1. A first semiconductor layer having an n-type conductivity type, and a semiconductor single layer or quantum well having a lowest transition energy between a conduction band and a valence band smaller than that of the first semiconductor layer. And a second semiconductor layer having a p-type conductivity type having a lowest transition energy between the conduction band and the valence band which is higher than that of the light emitting layer. In a semiconductor device in which a mesa structure having a structure is embedded with a semi-insulating semiconductor, a conductivity type is n-type and an n-type impurity concentration of the second semiconductor layer is between the second semiconductor layer and the active layer. A semiconductor device having a semiconductor single layer or a semiconductor stacked layer having a p-type impurity concentration higher than that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35161895A JPH09181390A (en) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35161895A JPH09181390A (en) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09181390A true JPH09181390A (en) | 1997-07-11 |
Family
ID=18418486
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35161895A Pending JPH09181390A (en) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09181390A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6704337B2 (en) | 1997-09-02 | 2004-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Wavelength-variable semiconductor laser, optical integrated device utilizing the same, and production method thereof |
-
1995
- 1995-12-25 JP JP35161895A patent/JPH09181390A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6704337B2 (en) | 1997-09-02 | 2004-03-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Wavelength-variable semiconductor laser, optical integrated device utilizing the same, and production method thereof |
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