JPH0997948A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＡｌＧａＩｎＰ系半導体発光素子において、
電子のオーバーフローを制御すると共に、高出力動作時
・高温動作時にも高い信頼性を得る。 【解決手段】 ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからな
る活性層４１を間に挟んで、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１２およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、１
６が積層されている。活性層４１とｎ型クラッド層１２
との間、および活性層４１とｐ型クラッド層１４との間
には、光ガイド層４３、４２が設けられている。ｐ型ク
ラッド層１４、１６にはＢｅがドーピングされ、さら
に、活性層４１、ｐ型クラッド層１４、１６および光ガ
イド層４３、４２にはＳｉがドーピングされている。
電子のオーバーフローを制御すると共に、高出力動作時
・高温動作時にも高い信頼性を得る。 【解決手段】 ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからな
る活性層４１を間に挟んで、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１２およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、１
６が積層されている。活性層４１とｎ型クラッド層１２
との間、および活性層４１とｐ型クラッド層１４との間
には、光ガイド層４３、４２が設けられている。ｐ型ク
ラッド層１４、１６にはＢｅがドーピングされ、さら
に、活性層４１、ｐ型クラッド層１４、１６および光ガ
イド層４３、４２にはＳｉがドーピングされている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
などの半導体発光素子に関し、特に、短波長化・高出力
化した場合にも高い信頼性が得られ、光磁気ディスクや
光ディスク等の光情報処理システムに好適に用いること
ができるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子に関する。
などの半導体発光素子に関し、特に、短波長化・高出力
化した場合にも高い信頼性が得られ、光磁気ディスクや
光ディスク等の光情報処理システムに好適に用いること
ができるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ
素子は、光磁気ディスクや光ディスク等の光情報処理シ
ステムにおいて、記録用および読み出し用光源として使
用され始めている。
素子は、光磁気ディスクや光ディスク等の光情報処理シ
ステムにおいて、記録用および読み出し用光源として使
用され始めている。
【０００３】このような光情報システム用の光源として
半導体レーザ素子を使用する場合、情報を高密度化する
ためには発振波長の短波長化が必要であり、情報書き換
えを高速化するためにはレーザ発振の高出力化が必要で
ある。特に、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子を短
波長化または高出力化するためには、電子のオーバーフ
ローを制御することが重要である。
半導体レーザ素子を使用する場合、情報を高密度化する
ためには発振波長の短波長化が必要であり、情報書き換
えを高速化するためにはレーザ発振の高出力化が必要で
ある。特に、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子を短
波長化または高出力化するためには、電子のオーバーフ
ローを制御することが重要である。
【０００４】図４は、従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レ
ーザ素子の構造を示す断面図である。この半導体レーザ
素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１上に、ｎ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層１１２、アンドープＧａＩｎＰ活性層１
１３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１１４、ｐ型
ＧａＩｎＰエッチングストップ層１１５、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰ上部クラッド層１１６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間バン
ドギャップ層１１７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
１８が第１回目の成長により順次積層されている。ｐ型
ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１１６、ｐ型ＧａＩｎＰ
中間バンドギャップ層１１７およびｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層１１８は、フォトリソグラフィーにより周辺部が
除去されてストライプ状のリッジ部１３０となってお
り、それを埋め込むように第２回目の成長によりｎ型Ｇ
ａＡｓ電流ブロック層１２０が形成されている。
ーザ素子の構造を示す断面図である。この半導体レーザ
素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１上に、ｎ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層１１２、アンドープＧａＩｎＰ活性層１
１３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１１４、ｐ型
ＧａＩｎＰエッチングストップ層１１５、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰ上部クラッド層１１６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間バン
ドギャップ層１１７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
１８が第１回目の成長により順次積層されている。ｐ型
ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１１６、ｐ型ＧａＩｎＰ
中間バンドギャップ層１１７およびｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層１１８は、フォトリソグラフィーにより周辺部が
除去されてストライプ状のリッジ部１３０となってお
り、それを埋め込むように第２回目の成長によりｎ型Ｇ
ａＡｓ電流ブロック層１２０が形成されている。
【０００５】このような半導体レーザ素子構造の製造に
おいて、各半導体層の成長は、分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等に
より行われる。また、電子のオーバーフローの制御は、
ｐ型クラッド層のドーピング濃度を高めて活性層の電子
に対するバリア効果を高めることにより行われる。
おいて、各半導体層の成長は、分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）法または有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等に
より行われる。また、電子のオーバーフローの制御は、
ｐ型クラッド層のドーピング濃度を高めて活性層の電子
に対するバリア効果を高めることにより行われる。
【０００６】ところで、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レー
ザ素子の製造に広く用いられているＭＯＣＶＤ法では、
ｐ型クラッド層のドーパントとしてＺｎが一般的に用い
られる。このため、特開平４−７４４８７号公報におい
て指摘されているように、活性層へのＺｎの拡散が問題
となる。また、特開平４−３１７３８５号公報において
指摘されているように、電流ブロック層形成のための第
２回目の成長、または必要に応じてその後に行われる第
３回目の成長によりＧａＩｎＰ活性層中にＺｎのパイル
アップが生じるので、発振閾値電流の増加や温度特性の
悪化などのレーザ特性の劣化を引き起こすという問題も
ある。これらの問題は、全て、電子のオーバーフローを
防止するためにＺｎを高密度にドーピングしたことによ
り、Ｚｎの拡散が生じることが原因である。
ザ素子の製造に広く用いられているＭＯＣＶＤ法では、
ｐ型クラッド層のドーパントとしてＺｎが一般的に用い
られる。このため、特開平４−７４４８７号公報におい
て指摘されているように、活性層へのＺｎの拡散が問題
となる。また、特開平４−３１７３８５号公報において
指摘されているように、電流ブロック層形成のための第
２回目の成長、または必要に応じてその後に行われる第
３回目の成長によりＧａＩｎＰ活性層中にＺｎのパイル
アップが生じるので、発振閾値電流の増加や温度特性の
悪化などのレーザ特性の劣化を引き起こすという問題も
ある。これらの問題は、全て、電子のオーバーフローを
防止するためにＺｎを高密度にドーピングしたことによ
り、Ｚｎの拡散が生じることが原因である。
【０００７】これを防ぐため、ｐ型クラッド層のドーパ
ントとしてＢｅを用いるという方法が考えられる。例え
ば、Ｍ．Ｉｌｅｇｅｍｓ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
４８，１２７８（１９７７）に記載されているように、
ＭＢＥ法によりＧａＡｓにＢｅをドーピングした場合、
偏析や変則的な拡散などの問題が無く、高密度のドーピ
ングが可能であることが知られている。このようなＢｅ
のドーピング特性は、ＡｌＧａＩｎＰに対してもほぼ同
様である。
ントとしてＢｅを用いるという方法が考えられる。例え
ば、Ｍ．Ｉｌｅｇｅｍｓ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
４８，１２７８（１９７７）に記載されているように、
ＭＢＥ法によりＧａＡｓにＢｅをドーピングした場合、
偏析や変則的な拡散などの問題が無く、高密度のドーピ
ングが可能であることが知られている。このようなＢｅ
のドーピング特性は、ＡｌＧａＩｎＰに対してもほぼ同
様である。
【０００８】図５に、我々がＭＢＥ法により作製した素
子について、Ｂｅ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析法
（二次イオン質量分析法）により分析した結果を示す。
試料は、Ｂｅを１×１０18ｃｍ-3ドープしたｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ層に隣接して、ノンドープのＧａＩｎＰ層１０
００オングストロームおよびｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層を積
層したものである。ｐ型ドーパントとしてＺｎを用いた
場合に比べて、Ｂｅの濃度プロファイルは急峻に変化し
ており、成長時の拡散は殆ど問題無い程度である。
子について、Ｂｅ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析法
（二次イオン質量分析法）により分析した結果を示す。
試料は、Ｂｅを１×１０18ｃｍ-3ドープしたｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ層に隣接して、ノンドープのＧａＩｎＰ層１０
００オングストロームおよびｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層を積
層したものである。ｐ型ドーパントとしてＺｎを用いた
場合に比べて、Ｂｅの濃度プロファイルは急峻に変化し
ており、成長時の拡散は殆ど問題無い程度である。
【０００９】また、図６に、第２回目の成長後、活性層
近傍のＢｅプロファイルをＣＶ法（容量−電圧法）によ
り分析した結果を示す。試料は、Ｂｅを１×１０18ｃｍ
-3ドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層に隣接して、ノンド
ープのＧａＩｎＰ層を積層したものである。ｐ型ドーパ
ントとしてＺｎを用いた場合のようなＧａＩｎＰ層中の
Ｂｅのパイルアップは見られない。
近傍のＢｅプロファイルをＣＶ法（容量−電圧法）によ
り分析した結果を示す。試料は、Ｂｅを１×１０18ｃｍ
-3ドープしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層に隣接して、ノンド
ープのＧａＩｎＰ層を積層したものである。ｐ型ドーパ
ントとしてＺｎを用いた場合のようなＧａＩｎＰ層中の
Ｂｅのパイルアップは見られない。
【００１０】従って、Ｂｅをｐ型ドーパントとしてＭＢ
Ｅ法により成長を行うことにより、ｐ型クラッド層に高
密度のドーピングを行っても、活性層へのＢｅの拡散や
パイルアップが生じず、発振閾値電流が低く良好な温度
特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
Ｅ法により成長を行うことにより、ｐ型クラッド層に高
密度のドーピングを行っても、活性層へのＢｅの拡散や
パイルアップが生じず、発振閾値電流が低く良好な温度
特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１１】一方、ＡｌＧａＩｎＰ活性層を有するダブ
ルヘテロ構造を備えた半導体レーザ素子の発光効率を高
めるために、例えば特開平６−３０２８５２号公報に
は、活性層の残留不純物、例えば酸素（Ｏ）およびＳｉ
の濃度を５×１０16ｃｍ-3以下としたものが開示されて
いる。また、この活性層としては、通常のＡｌＧａＩｎ
Ｐ層以外に多重量子井戸層構造を有するものについても
開示されている。しかし、この公報では、残留不純物Ｏ
およびＳｉの濃度と発光効率との関係についての開示に
終始し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層のドーパントについては
開示されていない。
ルヘテロ構造を備えた半導体レーザ素子の発光効率を高
めるために、例えば特開平６−３０２８５２号公報に
は、活性層の残留不純物、例えば酸素（Ｏ）およびＳｉ
の濃度を５×１０16ｃｍ-3以下としたものが開示されて
いる。また、この活性層としては、通常のＡｌＧａＩｎ
Ｐ層以外に多重量子井戸層構造を有するものについても
開示されている。しかし、この公報では、残留不純物Ｏ
およびＳｉの濃度と発光効率との関係についての開示に
終始し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層のドーパントについては
開示されていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、Ｂｅを
ｐ型ドーパントとしてＭＢＥ法により成長を行うことに
より、ｐ型クラッド層に高密度のドーピングを行って電
子のオーバーフローを制御すると共に、低い閾値電流や
良好な高温特性等、優れた素子特性を得ることができ
る。しかし、この素子に対して光出力一定の信頼性試験
を行った場合、駆動電流が徐々に上昇して素子特性が劣
化するという問題がある。これは、発光状態における活
性層近傍の温度上昇および非発光再結合のエネルギーに
より、ｐ型ドーパントであるＢｅが徐々に拡散して半導
体レーザ素子特性に悪影響を及ぼすためである。
ｐ型ドーパントとしてＭＢＥ法により成長を行うことに
より、ｐ型クラッド層に高密度のドーピングを行って電
子のオーバーフローを制御すると共に、低い閾値電流や
良好な高温特性等、優れた素子特性を得ることができ
る。しかし、この素子に対して光出力一定の信頼性試験
を行った場合、駆動電流が徐々に上昇して素子特性が劣
化するという問題がある。これは、発光状態における活
性層近傍の温度上昇および非発光再結合のエネルギーに
より、ｐ型ドーパントであるＢｅが徐々に拡散して半導
体レーザ素子特性に悪影響を及ぼすためである。
【００１３】本発明は、従来技術の課題を解決すべくな
されたものであり、ｐ型ドーパントを高濃度にドーピン
グすることにより電子のオーバーフローを制御して優れ
た素子特性が得られると共に、動作時におけるｐ型ドー
パントの拡散を抑制して高出力動作時・高温動作時にも
高い信頼性を得ることができる半導体発光素子を提供す
ることを目的とする。
されたものであり、ｐ型ドーパントを高濃度にドーピン
グすることにより電子のオーバーフローを制御して優れ
た素子特性が得られると共に、動作時におけるｐ型ドー
パントの拡散を抑制して高出力動作時・高温動作時にも
高い信頼性を得ることができる半導体発光素子を提供す
ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層を
間に挟んで、該活性層よりもバンドギャップが大きいｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層およびｎ型ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層が積層されたダブルヘテロ接合構造を有する
半導体発光素子であって、該ｐ型クラッド層のドーパン
トがＢｅであり、該ｐ型クラッド層および該活性層にＳ
ｉがドーピングされており、そのことにより上記目的が
達成される。
は、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層を
間に挟んで、該活性層よりもバンドギャップが大きいｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層およびｎ型ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層が積層されたダブルヘテロ接合構造を有する
半導体発光素子であって、該ｐ型クラッド層のドーパン
トがＢｅであり、該ｐ型クラッド層および該活性層にＳ
ｉがドーピングされており、そのことにより上記目的が
達成される。
【００１５】前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間
に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層にもＳｉがド
ーピングされていてもよく、前記活性層と前記ｐ型クラ
ッド層との間に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層
にもＳｉがドーピングされていてもよい。
に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層にもＳｉがド
ーピングされていてもよく、前記活性層と前記ｐ型クラ
ッド層との間に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層
にもＳｉがドーピングされていてもよい。
【００１６】前記活性層が、多重量子井戸構造からなっ
ていてもよい。
ていてもよい。
【００１７】以下、本発明の作用について説明する。
【００１８】本発明にあっては、通常はｎ型ドーパント
をドーピングしない層であるｎ型クラッド層以外の層
（活性層およびｐ型クラッド層）にＳｉをドーピングし
ている。ｐ型ドーパントであるＢｅは電子を捕獲して負
の電荷を有し、ｎ型ドーパントであるＳｉは電子を放出
して正の電荷を有しているため、互いに反対の電荷を有
するＢｅおよびＳｉが引き合う。従って、Ｂｅがドープ
されているｐ型クラッド層およびＢｅの拡散が予想され
る活性層にＳｉをドーピングすることにより、ｐ型ドー
パントであるＢｅを高濃度にドーピングしてもＢｅの拡
散が抑制され、また、動作時におけるＢｅの拡散も抑制
することができる。
をドーピングしない層であるｎ型クラッド層以外の層
（活性層およびｐ型クラッド層）にＳｉをドーピングし
ている。ｐ型ドーパントであるＢｅは電子を捕獲して負
の電荷を有し、ｎ型ドーパントであるＳｉは電子を放出
して正の電荷を有しているため、互いに反対の電荷を有
するＢｅおよびＳｉが引き合う。従って、Ｂｅがドープ
されているｐ型クラッド層およびＢｅの拡散が予想され
る活性層にＳｉをドーピングすることにより、ｐ型ドー
パントであるＢｅを高濃度にドーピングしてもＢｅの拡
散が抑制され、また、動作時におけるＢｅの拡散も抑制
することができる。
【００１９】ダブルヘテロ接合構造には、活性層への光
閉じ込め係数を増加させるための光ガイド層を付加して
もよい。光ガイド層は、活性層とｎ型クラッド層との
間、または活性層とｐ型クラッド層との間、あるいはそ
の両方に付加することができる。その場合には、光ガイ
ド層にもＳｉをドーピングしてＢｅの拡散を抑制する。
活性層は、閾値電流密度を低下するため、量子井戸構造
としてもよい。その場合には、量子井戸層および量子障
壁層にもＳｉをドーピングしてＢｅの拡散を抑制する。
閉じ込め係数を増加させるための光ガイド層を付加して
もよい。光ガイド層は、活性層とｎ型クラッド層との
間、または活性層とｐ型クラッド層との間、あるいはそ
の両方に付加することができる。その場合には、光ガイ
ド層にもＳｉをドーピングしてＢｅの拡散を抑制する。
活性層は、閾値電流密度を低下するため、量子井戸構造
としてもよい。その場合には、量子井戸層および量子障
壁層にもＳｉをドーピングしてＢｅの拡散を抑制する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
て、図面を参照しながら説明する。
【００２１】図１（ｄ）に、本発明の一実施形態である
屈折率導波路型半導体レーザ素子の断面図を示す。
屈折率導波路型半導体レーザ素子の断面図を示す。
【００２２】この半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基
板１１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、Ａｌ
ＧａＩｎＰ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、
ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下
部クラッド層１４、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ
層１５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１６、ｐ型
ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層１７およびｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層１８が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層１６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間バンドギ
ャップ層１７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８は、
ストライプ状のメサ部３１となっており、それを埋め込
むようにｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２０が形成されて
いる。
板１１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、Ａｌ
ＧａＩｎＰ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、
ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下
部クラッド層１４、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ
層１５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１６、ｐ型
ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層１７およびｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層１８が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ上部クラッド層１６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間バンドギ
ャップ層１７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８は、
ストライプ状のメサ部３１となっており、それを埋め込
むようにｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２０が形成されて
いる。
【００２３】この半導体レーザ素子の製造は、例えば、
以下のようにして行われる。
以下のようにして行われる。
【００２４】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ型Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド
層４３、多重量子井戸活性層４１、ＡｌＧａＩｎＰ光ガ
イド層４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１４、
ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５、ｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ上部クラッド層１６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間バン
ドギャップ層１７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８
を、第１回目のＭＢＥにより順次積層する。
ｌＧａＩｎＰクラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド
層４３、多重量子井戸活性層４１、ＡｌＧａＩｎＰ光ガ
イド層４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層１４、
ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５、ｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ上部クラッド層１６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間バン
ドギャップ層１７およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８
を、第１回目のＭＢＥにより順次積層する。
【００２５】活性層４１は多重量子井戸構造となってお
り、ここでは、図２に示すように、ＧａＩｎＰ井戸層４
５を７層、ＡｌＧａＩｎＰ障壁層４６を６層積層した。
ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、ｐ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１４、１６は、（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ1-x
Ｐ（ｘ＝０．５、ｙ＝０．７）を形成した。
り、ここでは、図２に示すように、ＧａＩｎＰ井戸層４
５を７層、ＡｌＧａＩｎＰ障壁層４６を６層積層した。
ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、ｐ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１４、１６は、（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ1-x
Ｐ（ｘ＝０．５、ｙ＝０．７）を形成した。
【００２６】また、各半導体層のドーピングは、ｎ型ク
ラッド層１２にはＳｉを、ｐ型クラッド層１４、１６に
はＢｅを従来と同様にドーピングし、さらに、ＡｌＧａ
ＩｎＰ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、Ａｌ
ＧａＩｎＰ光ガイド層４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部ク
ラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
１６にＳｉをドーピングする。この場合、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、ＡｌＧａ
ＩｎＰ光ガイド層４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッ
ド層１４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１６
のＳｉ濃度を同一にすると、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層
４３以降の成長工程で、ＭＢＥ装置におけるＳｉのるつ
ぼ温度を同一にすることができ、成長工程が簡便にな
る。
ラッド層１２にはＳｉを、ｐ型クラッド層１４、１６に
はＢｅを従来と同様にドーピングし、さらに、ＡｌＧａ
ＩｎＰ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、Ａｌ
ＧａＩｎＰ光ガイド層４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部ク
ラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
１６にＳｉをドーピングする。この場合、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、ＡｌＧａ
ＩｎＰ光ガイド層４２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッ
ド層１４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層１６
のＳｉ濃度を同一にすると、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層
４３以降の成長工程で、ＭＢＥ装置におけるＳｉのるつ
ぼ温度を同一にすることができ、成長工程が簡便にな
る。
【００２７】尚、活性層４１、ｐ型クラッド層１４、１
６および光ガイド層４３、４２へのＳｉのドーピング量
は、多すぎると活性層では発光効率の減少を引き起こ
し、ｐ型クラッド層ではｐ型ドーパントと補償して実効
的なホール濃度を下げてしまう。図２に示した活性層と
同様の構造の素子を用いてフォトルミネッセンスの強度
を測定したところ、Ｓｉ濃度は５×１０17ｃｍ-3以下、
好ましくは１×１０17ｃｍ-3以下で強度が殆ど低下しな
かった。また、この程度の濃度ならば、ｐ型クラッド層
での補償は少なく、半導体レーザ素子特性に悪影響を及
ぼさないと考えられる。一方、ｐ型クラッド層のＢｅ濃
度は、オーバーフロー制御のためには高密度であるのが
望ましく、例えば、８×１０17ｃｍ-3から２×１０18ｃ
ｍ-3程度である。ここでは、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１２にはＳｉを１×１０18ｃｍ-3、ＡｌＧａＩｎＰ
光ガイド層４３にはＳｉを１×１０17ｃｍ-3、多重量子
井戸活性層４１には井戸層４５および障壁層４６共にＳ
ｉを１×１０17ｃｍ-3、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層４２
にはＳｉを１×１０17ｃｍ-3、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部
クラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層１６にはＳｉを１×１０17ｃｍ-3とＢｅを１×１０18
ｃｍ-3とをドーピングした。
６および光ガイド層４３、４２へのＳｉのドーピング量
は、多すぎると活性層では発光効率の減少を引き起こ
し、ｐ型クラッド層ではｐ型ドーパントと補償して実効
的なホール濃度を下げてしまう。図２に示した活性層と
同様の構造の素子を用いてフォトルミネッセンスの強度
を測定したところ、Ｓｉ濃度は５×１０17ｃｍ-3以下、
好ましくは１×１０17ｃｍ-3以下で強度が殆ど低下しな
かった。また、この程度の濃度ならば、ｐ型クラッド層
での補償は少なく、半導体レーザ素子特性に悪影響を及
ぼさないと考えられる。一方、ｐ型クラッド層のＢｅ濃
度は、オーバーフロー制御のためには高密度であるのが
望ましく、例えば、８×１０17ｃｍ-3から２×１０18ｃ
ｍ-3程度である。ここでは、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１２にはＳｉを１×１０18ｃｍ-3、ＡｌＧａＩｎＰ
光ガイド層４３にはＳｉを１×１０17ｃｍ-3、多重量子
井戸活性層４１には井戸層４５および障壁層４６共にＳ
ｉを１×１０17ｃｍ-3、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層４２
にはＳｉを１×１０17ｃｍ-3、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部
クラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド
層１６にはＳｉを１×１０17ｃｍ-3とＢｅを１×１０18
ｃｍ-3とをドーピングした。
【００２８】次に、この上にＡｌ2Ｏ3膜を蒸着し、フォ
トリソグラフィーによりストライプ状にパターン加工し
て、マスク層１９を形成する。これをマスクとして湿式
エッチングを行って、コンタクト層１８、中間バンドギ
ャップ層１７およびｐ型上部クラッド層１６の内、マス
ク層１９の両外側に相当する部分を除去する。これによ
り、図１（ａ）に示すように、マスク層１９の直下にメ
サ部３１が形成される。尚、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１６を除去する際には、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング
ストップ層１５との選択エッチングを行って、エッチン
グを確実に停止させることができる。
トリソグラフィーによりストライプ状にパターン加工し
て、マスク層１９を形成する。これをマスクとして湿式
エッチングを行って、コンタクト層１８、中間バンドギ
ャップ層１７およびｐ型上部クラッド層１６の内、マス
ク層１９の両外側に相当する部分を除去する。これによ
り、図１（ａ）に示すように、マスク層１９の直下にメ
サ部３１が形成される。尚、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１６を除去する際には、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング
ストップ層１５との選択エッチングを行って、エッチン
グを確実に停止させることができる。
【００２９】その後、第２回目のＭＢＥ法によりメサ部
３１の両側にｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２０を断面凸
状に成長する。この時、Ａｌ2Ｏ3膜１９上にはｎ型Ｇａ
Ａｓ多結晶２１が形成される。
３１の両側にｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２０を断面凸
状に成長する。この時、Ａｌ2Ｏ3膜１９上にはｎ型Ｇａ
Ａｓ多結晶２１が形成される。
【００３０】次に、図１（ｂ）に示すように、この上に
フォトレジスト３２を塗布し、フォトリソグラフィーに
よりｎ型ＧａＡｓ多結晶２１部分に開口２３を設けて、
ｎ型ＧａＡｓ多結晶２１を露出させる。
フォトレジスト３２を塗布し、フォトリソグラフィーに
よりｎ型ＧａＡｓ多結晶２１部分に開口２３を設けて、
ｎ型ＧａＡｓ多結晶２１を露出させる。
【００３１】続いて、図１（ｃ）に示すように、硫酸系
エッチング液を用いて、Ａｌ2Ｏ3膜１９に対してｎ型Ｇ
ａＡｓ多結晶２１を選択エッチングして除去し、さらに
フォトレジスト３２をアッシングにより除去する。
エッチング液を用いて、Ａｌ2Ｏ3膜１９に対してｎ型Ｇ
ａＡｓ多結晶２１を選択エッチングして除去し、さらに
フォトレジスト３２をアッシングにより除去する。
【００３２】その後、図１（ｄ）に示すように、フッ酸
系エッチング液を用いて、Ａｌ2Ｏ3膜１９をエッチング
して除去する。さらに、コンタクト層１８の表面、基板
１１の裏面に各々電極（図示せず）を形成して、半導体
レーザ素子を完成する。
系エッチング液を用いて、Ａｌ2Ｏ3膜１９をエッチング
して除去する。さらに、コンタクト層１８の表面、基板
１１の裏面に各々電極（図示せず）を形成して、半導体
レーザ素子を完成する。
【００３３】このようにして得られる半導体レーザ素子
と、比較用として作製した従来の半導体レーザ素子とに
対して信頼性試験を行った。尚、従来の半導体レーザ素
子は、比較のため、光ガイド層４３、４２、多重量子井
戸活性層４１、ｐ型クラッド層１４、１６にＳｉドーピ
ングを行わなかった以外は、図１（ｄ）の本発明の半導
体レーザ素子と同様に作製した。図３（ａ）は図１
（ｄ）に示した本発明の半導体レーザ素子の信頼性試験
の結果であり、図３（ｂ）は従来の半導体レーザ素子の
信頼性試験の結果である。図３（ａ）および（ｂ）に示
すように、本発明の半導体レーザ素子は駆動電流の増加
が無く、長寿命の素子とすることができた。本発明の半
導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子との違いは、
光ガイド層４３、４２、多重量子井戸活性層４１、ｐ型
クラッド層１４、１６へのＳｉドーピングの有無だけで
あるので、ＳｉドーピングによるＢｅの拡散防止により
素子の長寿命化が実現できたと考えられる。
と、比較用として作製した従来の半導体レーザ素子とに
対して信頼性試験を行った。尚、従来の半導体レーザ素
子は、比較のため、光ガイド層４３、４２、多重量子井
戸活性層４１、ｐ型クラッド層１４、１６にＳｉドーピ
ングを行わなかった以外は、図１（ｄ）の本発明の半導
体レーザ素子と同様に作製した。図３（ａ）は図１
（ｄ）に示した本発明の半導体レーザ素子の信頼性試験
の結果であり、図３（ｂ）は従来の半導体レーザ素子の
信頼性試験の結果である。図３（ａ）および（ｂ）に示
すように、本発明の半導体レーザ素子は駆動電流の増加
が無く、長寿命の素子とすることができた。本発明の半
導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子との違いは、
光ガイド層４３、４２、多重量子井戸活性層４１、ｐ型
クラッド層１４、１６へのＳｉドーピングの有無だけで
あるので、ＳｉドーピングによるＢｅの拡散防止により
素子の長寿命化が実現できたと考えられる。
【００３４】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明の特徴は、通常はｎ型ドーパントをドーピン
グしない領域である活性層、光ガイド層およびｐ型クラ
ッド層にｎ型ドーパントであるＳｉをドーピングして、
ｐ型ドーパントであるＢｅの拡散を防ぐことであり、上
述の説明に示したものに限られない。
が、本発明の特徴は、通常はｎ型ドーパントをドーピン
グしない領域である活性層、光ガイド層およびｐ型クラ
ッド層にｎ型ドーパントであるＳｉをドーピングして、
ｐ型ドーパントであるＢｅの拡散を防ぐことであり、上
述の説明に示したものに限られない。
【００３５】例えば、上述の説明では、活性層とｎ型ク
ラッド層との間、および活性層とｐ型クラッド層との間
の両方に光ガイド層を形成して光の閉じ込め係数を向上
させたが、いずれか一方に設けた場合にも適用でき、ま
た、まったく設けない場合にも適用可能である。
ラッド層との間、および活性層とｐ型クラッド層との間
の両方に光ガイド層を形成して光の閉じ込め係数を向上
させたが、いずれか一方に設けた場合にも適用でき、ま
た、まったく設けない場合にも適用可能である。
【００３６】また、活性層は多重量子井戸構造として閾
値電流密度の低減を図ったが、単一量子井戸構造または
通常のダブルヘテロ構造でもよい。
値電流密度の低減を図ったが、単一量子井戸構造または
通常のダブルヘテロ構造でもよい。
【００３７】さらに、上部クラッド層１６、中間バンド
ギャップ１７およびコンタクト層１８からなるメサ部３
１を電流ブロック層２０で埋め込んだ屈折率導波型半導
体レーザ素子としたが、少なくともＧａＩｎＰまたはＡ
ｌＧａＩｎＰからなる活性層を間に挟んで、活性層より
もバンドギャップが大きいｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層およびｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層が積層されたダ
ブルヘテロ接合構造を有していれば、他の構造でもよ
く、また、ｐ型クラッド層、活性層およびｎ型クラッド
層の積層順が逆でもよい。
ギャップ１７およびコンタクト層１８からなるメサ部３
１を電流ブロック層２０で埋め込んだ屈折率導波型半導
体レーザ素子としたが、少なくともＧａＩｎＰまたはＡ
ｌＧａＩｎＰからなる活性層を間に挟んで、活性層より
もバンドギャップが大きいｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層およびｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層が積層されたダ
ブルヘテロ接合構造を有していれば、他の構造でもよ
く、また、ｐ型クラッド層、活性層およびｎ型クラッド
層の積層順が逆でもよい。
【００３８】また、素子構造の成長方法はＭＢＥ法によ
り行ったが、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドーピングで
きる方法であればいずれの方法を用いてもよく、ガスソ
ースＭＢＥ法やＣＢＥ（ケミカルビームエピタキシー）
法等を用いてもよい。
り行ったが、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドーピングで
きる方法であればいずれの方法を用いてもよく、ガスソ
ースＭＢＥ法やＣＢＥ（ケミカルビームエピタキシー）
法等を用いてもよい。
【００３９】また、本発明は、上述した半導体レーザ素
子に限らず、レーザ光以外の光を発する半導体発光素子
一般に適用できる。
子に限らず、レーザ光以外の光を発する半導体発光素子
一般に適用できる。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、活性層、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド
層からなるダブルヘテロ構造を有し、ｐ型クラッド層の
ドーパントがＢｅである半導体発光素子において、活性
層およびｐ型クラッド層にＳｉをドーピングすることに
より、ｐ型ドーパントであるＢｅの拡散を防ぐことがで
きる。ｐ型ドーパントを高濃度にドーピングして短波長
化および高出力化を図っても、半導体発光素子特性の劣
化が生じず、また、高温動作および高出力動作時の信頼
性の低下も生じない。従って、低い発振閾値電流、良好
な温度特性および高い信頼性を同時に実現することがで
きる。
によれば、活性層、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド
層からなるダブルヘテロ構造を有し、ｐ型クラッド層の
ドーパントがＢｅである半導体発光素子において、活性
層およびｐ型クラッド層にＳｉをドーピングすることに
より、ｐ型ドーパントであるＢｅの拡散を防ぐことがで
きる。ｐ型ドーパントを高濃度にドーピングして短波長
化および高出力化を図っても、半導体発光素子特性の劣
化が生じず、また、高温動作および高出力動作時の信頼
性の低下も生じない。従って、低い発振閾値電流、良好
な温度特性および高い信頼性を同時に実現することがで
きる。
【００４１】また、活性層とｎ型クラッド層との間、ま
たは活性層とｐ型クラッド層との間、あるいはその両方
に光ガイド層を設けて、活性層への光閉じ込め係数を増
加させることができる。その場合、光ガイド層にＳｉを
ドーピングすることにより、ｐ型ドーパントの拡散を抑
制して、低い発振閾値電流、良好な温度特性および高い
信頼性を同時に実現することができる。
たは活性層とｐ型クラッド層との間、あるいはその両方
に光ガイド層を設けて、活性層への光閉じ込め係数を増
加させることができる。その場合、光ガイド層にＳｉを
ドーピングすることにより、ｐ型ドーパントの拡散を抑
制して、低い発振閾値電流、良好な温度特性および高い
信頼性を同時に実現することができる。
【００４２】さらに、活性層は、量子井戸構造として、
閾値電流密度を低下させることができる。その場合、量
子井戸層および量子障壁層にもＳｉをドーピングするこ
とにより、ｐ型ドーパントの拡散を抑制して、低い発振
閾値電流、良好な温度特性および高い信頼性を同時に実
現することができる。
閾値電流密度を低下させることができる。その場合、量
子井戸層および量子障壁層にもＳｉをドーピングするこ
とにより、ｐ型ドーパントの拡散を抑制して、低い発振
閾値電流、良好な温度特性および高い信頼性を同時に実
現することができる。
【００４３】このように優れた特性を有する本発明の半
導体発光素子を、光情報処理システム等の記録用および
読み出し用光源として用いることにより、情報の高密度
化および書き換えの高速化を実現することができる。
導体発光素子を、光情報処理システム等の記録用および
読み出し用光源として用いることにより、情報の高密度
化および書き換えの高速化を実現することができる。
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態である
半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図２】図１（ｄ）の半導体レーザ素子の活性層の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】（ａ）は図１（ｄ）の半導体レーザ素子の信頼
性試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は従来の半導
体レーザ素子の信頼性試験の結果を示すグラフである。
性試験の結果を示すグラフであり、（ｂ）は従来の半導
体レーザ素子の信頼性試験の結果を示すグラフである。
【図４】従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【図５】第１回目の成長後のＢｅプロファイルをＳＩＭ
Ｓ解析により分析した結果を示すグラフである。
Ｓ解析により分析した結果を示すグラフである。
【図６】第２回目の成長後のＢｅプロファイルをＣＶ法
により分析した結果を示すグラフである。
により分析した結果を示すグラフである。
１１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 １４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 １５ ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層 １６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 １７ ｐ型ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層 １８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 １９ Ａｌ2Ｏ3膜 ２０ ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層 ２１ ｎ型ＧａＡｓ多結晶 ２３ 開口 ３１ メサ部 ３２ フォトレジスト ４１ 多重量子井戸活性層 ４２、４３ ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層 ４５ ＧａＩｎＰ井戸層 ４６ 障壁層
Claims (4)
- 【請求項１】 ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからな
る活性層を間に挟んで、該活性層よりもバンドギャップ
が大きいｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層およびｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層が積層されたダブルヘテロ接合構
造を有する半導体発光素子であって、 該ｐ型クラッド層のドーパントがＢｅであり、該ｐ型ク
ラッド層および該活性層にＳｉがドーピングされている
半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記活性層と前記ｎ型クラッド層との間
に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層にもＳｉがド
ーピングされている請求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間
に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層にもＳｉがド
ーピングされている請求項１または２に記載の半導体発
光素子。 - 【請求項４】 前記活性層が、多重量子井戸構造からな
る請求項１、２または３に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25518295A JP3135109B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | 半導体発光素子 |
| KR1019960043414A KR100247166B1 (ko) | 1995-10-02 | 1996-09-25 | 반도체 발광 장치 |
| US08/724,215 US5789773A (en) | 1995-10-02 | 1996-10-01 | Semiconductor light-emitting device |
| EP96307218A EP0767502B1 (en) | 1995-10-02 | 1996-10-02 | Semiconductor light-emitting device |
| DE69635180T DE69635180T2 (de) | 1995-10-02 | 1996-10-02 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
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