JPS5871679A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPS5871679A JPS5871679A JP16949881A JP16949881A JPS5871679A JP S5871679 A JPS5871679 A JP S5871679A JP 16949881 A JP16949881 A JP 16949881A JP 16949881 A JP16949881 A JP 16949881A JP S5871679 A JPS5871679 A JP S5871679A
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
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- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2211—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on II-VI materials
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- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/3235—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
- H01S5/32391—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers based on In(Ga)(As)P
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はへテロ接合発光素子における注入電流の狭搾に
関するものである。
関するものである。
異種材料からなるヘテロ接合管含む半導体素子はトラン
ジスタ、太陽電池１発光素子等各方面に広く用いられて
いるが、このうち発光素子としてｈａ−ｖ族のヘテｑ接
合、特［ＧａＡｓと（ＡＩＧａ）Ａｓ。
ジスタ、太陽電池１発光素子等各方面に広く用いられて
いるが、このうち発光素子としてｈａ−ｖ族のヘテｑ接
合、特［ＧａＡｓと（ＡＩＧａ）Ａｓ。
ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰのへテロ接合が研究が進み、実
用化開発も盛ん（行なわれている６発光素子の特性とし
て、発光の効率は最４重要なものであｐ１発光効率を上
げるための結晶成長、構造の工夫が種々なされている。
用化開発も盛ん（行なわれている６発光素子の特性とし
て、発光の効率は最４重要なものであｐ１発光効率を上
げるための結晶成長、構造の工夫が種々なされている。
またｓ’１ｉｔｃ発光素子を光フアイバー通信の光源と
して用いる場合忙は発光源が点光源（近い程７アイパー
との結合効率が高くなるため発光領域を活性層面内の一
部の領域に限定することが行われる。このため和は通常
素子表面に絶縁膜をつけその一部に電流注入用の窓をあ
けるか、Ｔｏるい１ｊｐ−ｎ接合を利用して注入電流を
一部の領域に限定することが行われている・また長短離
党ファイバー通信の光源として重要なヘテロ接合の半導
体レーザにおいても、しきい値電流密度を下げ、発振の
効″４を上げるために上述した如き電流注入領域を限ら
れた領域特にストライプ状の領域に限定する方法がとら
れている。しかしながら、上述した発光素子においては
活性層上のへテロ接合層で表面より注入された電流が広
がる。それに伴い発光領域が意図した大きさよりも広が
ってしまい利用し得る光が減少する欠点がある・半導体
レーザの場合には発振光の径よりも活性層内での電流注
入中がかなり大きくなって結果的に注入された電流のう
ち発振に寄与する電流の割合が小さくなる。このためし
きい値電流密ｆが高くなり、微分効率が小さくなる欠点
【生じること（なる。
して用いる場合忙は発光源が点光源（近い程７アイパー
との結合効率が高くなるため発光領域を活性層面内の一
部の領域に限定することが行われる。このため和は通常
素子表面に絶縁膜をつけその一部に電流注入用の窓をあ
けるか、Ｔｏるい１ｊｐ−ｎ接合を利用して注入電流を
一部の領域に限定することが行われている・また長短離
党ファイバー通信の光源として重要なヘテロ接合の半導
体レーザにおいても、しきい値電流密度を下げ、発振の
効″４を上げるために上述した如き電流注入領域を限ら
れた領域特にストライプ状の領域に限定する方法がとら
れている。しかしながら、上述した発光素子においては
活性層上のへテロ接合層で表面より注入された電流が広
がる。それに伴い発光領域が意図した大きさよりも広が
ってしまい利用し得る光が減少する欠点がある・半導体
レーザの場合には発振光の径よりも活性層内での電流注
入中がかなり大きくなって結果的に注入された電流のう
ち発振に寄与する電流の割合が小さくなる。このためし
きい値電流密ｆが高くなり、微分効率が小さくなる欠点
【生じること（なる。
この様子を二重へテロ接合構造の半導体レーザについて
図面によって詳しく説明する。
図面によって詳しく説明する。
第１図は従来知られている二重へテロ接合半導体レーザ
の断面図である。
の断面図である。
＠１図の半導体レーザはｎＷ！半導体基板１上にｎ型半
導体層２．活性層３ｐ型半導体層４％ ｉｌ！半導体
層５會エビタキ７１ル成長によって連続的に成長ざぜて
Ｉ１ｍ！＃Ｐ導体層５０表面よりｐｍ半導体層４に先端
が到達するまでの不純物拡散を選択的（行い、電流注入
のためのｐ＋領域ｔ６０様に形成し、オーきツク電１ｉ
７．＄１ｐｌ！１１．及びｎｌｌ匈にそれぞれつけたも
のである。このＷＥ１図の半導体レーザにおいては電極
７より注入された電流は表面のｎ型半導体層Ｓにおいて
はｐ−ｎ接合が存在するため不純物拡散領域にのみ限定
されるがｐｆｆｌ半導体層４においては全体がｐ型であ
るためＫは拡散層を通った後１図中９で示す如ぐ全体に
広がってしまう、従って活性層３における電流の広が９
の横巾は、注入ストライプ領域の横巾に比べるとかなり
広い−のになる。この活性層における電流の広がり巾は
ｐｌｉｈＰ導体層４の比抵抗、厚み、拡散領域の欅さ、
注入電流密度によって決定されるがおよそ第２図に示し
たような自線１０［な９、これは利得の分布に対応して
いる。−万注入電流を増やすと利得は増大していくが発
振する定めには内部損失と共振器損失の和以上の利得Ｇ
ｍが必要である。第２図のうちＧｍ以上の利得を持つと
ころＡ −Ａ’ で発振が生じることになり、それ以
外のところの注入電流は発振には寄与しないことになる
。従って電流の横方向の広がりが大きい種発振には寄与
しない無駄な電流が多くなり、発振のしきい値電流密度
が上昇することになる。
導体層２．活性層３ｐ型半導体層４％ ｉｌ！半導体
層５會エビタキ７１ル成長によって連続的に成長ざぜて
Ｉ１ｍ！＃Ｐ導体層５０表面よりｐｍ半導体層４に先端
が到達するまでの不純物拡散を選択的（行い、電流注入
のためのｐ＋領域ｔ６０様に形成し、オーきツク電１ｉ
７．＄１ｐｌ！１１．及びｎｌｌ匈にそれぞれつけたも
のである。このＷＥ１図の半導体レーザにおいては電極
７より注入された電流は表面のｎ型半導体層Ｓにおいて
はｐ−ｎ接合が存在するため不純物拡散領域にのみ限定
されるがｐｆｆｌ半導体層４においては全体がｐ型であ
るためＫは拡散層を通った後１図中９で示す如ぐ全体に
広がってしまう、従って活性層３における電流の広が９
の横巾は、注入ストライプ領域の横巾に比べるとかなり
広い−のになる。この活性層における電流の広がり巾は
ｐｌｉｈＰ導体層４の比抵抗、厚み、拡散領域の欅さ、
注入電流密度によって決定されるがおよそ第２図に示し
たような自線１０［な９、これは利得の分布に対応して
いる。−万注入電流を増やすと利得は増大していくが発
振する定めには内部損失と共振器損失の和以上の利得Ｇ
ｍが必要である。第２図のうちＧｍ以上の利得を持つと
ころＡ −Ａ’ で発振が生じることになり、それ以
外のところの注入電流は発振には寄与しないことになる
。従って電流の横方向の広がりが大きい種発振には寄与
しない無駄な電流が多くなり、発振のしきい値電流密度
が上昇することになる。
本発明は活性層の上の半導体層のストライプ外領域上に
高抵抗硫化カドミウム層を設けることＫよってストライ
プ外領域のシート抵抗を大きくして。
高抵抗硫化カドミウム層を設けることＫよってストライ
プ外領域のシート抵抗を大きくして。
上述した半導体レーザにおける無効な電流成分を減らす
べくなされたものである。
べくなされたものである。
本発明によりなる半導体発光素子の構造の骨子は次の通
りである。
りである。
活性層となる＃！１の半導体層の両側に、これより禁制
帯幅が大きくかつ屈折率の小さな第２．＠３の半導体層
を設ける。この＄１１３の半導体層に凸領域を設ける。
帯幅が大きくかつ屈折率の小さな第２．＠３の半導体層
を設ける。この＄１１３の半導体層に凸領域を設ける。
この凸領域の外側の第３層の厚みを極力薄くする０次に
、その凸領域の外の薄い部分に比抵抗の大きいＩ−■化
合物半導体、伺えば硫化カドミウム、金つけるものであ
る。こうすることによって凸部以外では抵抗値がきわめ
て高くなるため電流は凸ａに集中して流れることになる
０発光素子としては発光ダイオード等積々あるが、ここ
では半導体レーザを代表例としてｌ！３図全参照しなが
ら本発明の基本原理を詳細に説明する。第３図は本発明
よりなる半導体レーザの代表例で、へ１１開共振器面に
平行な断面を示す本のである。１１は基板結晶で、この
上に以下の層が順次積層される。１２は基板と同じ導電
型の第２の半導体層、１３は活性層、１４は基板と反対
の導電型を有する第３の半導体層であり。
、その凸領域の外の薄い部分に比抵抗の大きいＩ−■化
合物半導体、伺えば硫化カドミウム、金つけるものであ
る。こうすることによって凸部以外では抵抗値がきわめ
て高くなるため電流は凸ａに集中して流れることになる
０発光素子としては発光ダイオード等積々あるが、ここ
では半導体レーザを代表例としてｌ！３図全参照しなが
ら本発明の基本原理を詳細に説明する。第３図は本発明
よりなる半導体レーザの代表例で、へ１１開共振器面に
平行な断面を示す本のである。１１は基板結晶で、この
上に以下の層が順次積層される。１２は基板と同じ導電
型の第２の半導体層、１３は活性層、１４は基板と反対
の導電型を有する第３の半導体層であり。
図の如く凸部を有している。レーザ発振の生ずる活性層
１３を、該活性層よりも禁制帯幅が大きく、屈折率の小
さな第２．＠３の半導体層ではさむことによって、キ〒
リアと光子を活性層中に高密度で閉じ込めるいわゆる二
重へテロ構造となっている− １５Ｆｉ高抵抗硫化カド
ｔウムで、１６ｉｊ’［極である、第３の半導体層１４
の凸部領域の外の層の厚みｈを十分薄（して訃（、こう
することによって電極１６より層１４に注入された電流
は凸領域外では抵抗が大きいので凸領域にのみ集中する
ことになり、かくして発振しきい値電流密度の低い半導
体レーザが得られる。
１３を、該活性層よりも禁制帯幅が大きく、屈折率の小
さな第２．＠３の半導体層ではさむことによって、キ〒
リアと光子を活性層中に高密度で閉じ込めるいわゆる二
重へテロ構造となっている− １５Ｆｉ高抵抗硫化カド
ｔウムで、１６ｉｊ’［極である、第３の半導体層１４
の凸部領域の外の層の厚みｈを十分薄（して訃（、こう
することによって電極１６より層１４に注入された電流
は凸領域外では抵抗が大きいので凸領域にのみ集中する
ことになり、かくして発振しきい値電流密度の低い半導
体レーザが得られる。
第３図の構造において電流狭窄する方法とじては既忙１
５の領域をプロトン照射によって高抵抗化する亀の、及
び領域１５とストライプ領域１７の導電型を逆和してｐ
−ｎ逆バイアス接合を設けることによって電流の閉じ
込める構造が提案されている。しかしながらプロトン照
射による場合は、欠陥を導入することになり、特性及び
発光素子の動作向合を劣化させる原因管発生させること
になる。またストライプ領域１７とその外側の領域さの
導電型を逆にする場合は動作電圧を上げると、ｐ−ｎ接
合を越えて電流が流れてし１うため、電流閉じ込めの効
果がなくなるという欠点がある。
５の領域をプロトン照射によって高抵抗化する亀の、及
び領域１５とストライプ領域１７の導電型を逆和してｐ
−ｎ逆バイアス接合を設けることによって電流の閉じ
込める構造が提案されている。しかしながらプロトン照
射による場合は、欠陥を導入することになり、特性及び
発光素子の動作向合を劣化させる原因管発生させること
になる。またストライプ領域１７とその外側の領域さの
導電型を逆にする場合は動作電圧を上げると、ｐ−ｎ接
合を越えて電流が流れてし１うため、電流閉じ込めの効
果がなくなるという欠点がある。
その他第４図の断面構造において活性層１３の上下に高
抵抗層１８、ｌｅｔつけて電流狭窄をする構造も提案さ
れている。この提案においては高抵抗４１１１．１９の
材料は例も限定されていない。′ｉａ４図の構造を実現
するためには下側の高抵抗層１８上にさらに１ｔＩ２の
半導体層１２をエピタキシャル成長する必ｇ！がらり、
このためＩｃは第２の半導体層１２と高抵抗＠１８との
格子整合がとルている必要がある。従って高抵抗層１８
の材料は基板１１半導体層１２％１３．１４と同種類で
なければならない。基板、及び活性層と同種類の材料で
しか龜エビタキ７．ル成長によって高抵抗層を作製する
ことは実現困難な場合が多い１例えばＩ ｎｐ／Ｉ ｎ
ＧａＡｓＰ系材料においてＶｉＩｎｐ、 ＩｎＧａＡｓ
Ｐのエピタキシャル高抵抗層が実現で１！ないため、第
４図の構造の発光素子を作摂することは出来ない自 ［Ｌ第４図の構造から、第３図の構造の素子において領
域１５ｔＩＩＩｌｉ抵抗層にすることに容易に考えられ
るが、上述した如く、基板、活性層、導波層を構成する
材料と同種の高抵抗材料を用いて第４図の構造を実現す
ることは困難である。
抵抗層１８、ｌｅｔつけて電流狭窄をする構造も提案さ
れている。この提案においては高抵抗４１１１．１９の
材料は例も限定されていない。′ｉａ４図の構造を実現
するためには下側の高抵抗層１８上にさらに１ｔＩ２の
半導体層１２をエピタキシャル成長する必ｇ！がらり、
このためＩｃは第２の半導体層１２と高抵抗＠１８との
格子整合がとルている必要がある。従って高抵抗層１８
の材料は基板１１半導体層１２％１３．１４と同種類で
なければならない。基板、及び活性層と同種類の材料で
しか龜エビタキ７．ル成長によって高抵抗層を作製する
ことは実現困難な場合が多い１例えばＩ ｎｐ／Ｉ ｎ
ＧａＡｓＰ系材料においてＶｉＩｎｐ、 ＩｎＧａＡｓ
Ｐのエピタキシャル高抵抗層が実現で１！ないため、第
４図の構造の発光素子を作摂することは出来ない自 ［Ｌ第４図の構造から、第３図の構造の素子において領
域１５ｔＩＩＩｌｉ抵抗層にすることに容易に考えられ
るが、上述した如く、基板、活性層、導波層を構成する
材料と同種の高抵抗材料を用いて第４図の構造を実現す
ることは困難である。
その他１層ｌ５ＯＮ分１８７−ｆ）・−２のエフな絶縁
体膜を用いること４既に提案されている。しかしながら
Ｔｈ Ｊ、Ｏｉ−のような絶縁体膜を用いた場合は、
電気抵抗は高いが熱伝導率が小さいために活性層の熱が
層１５ｔ−通して逃げにくいという欠点がある。
体膜を用いること４既に提案されている。しかしながら
Ｔｈ Ｊ、Ｏｉ−のような絶縁体膜を用いた場合は、
電気抵抗は高いが熱伝導率が小さいために活性層の熱が
層１５ｔ−通して逃げにくいという欠点がある。
不発明において＃″を第３図の層１５の材料として１−
ＶＴ化合物管用いて上述した如き欠点のない電流狭窄機
構金有する半導体発光素子金溝成する、次ＶＣ，特に電
ＲＰ！窄層さして硫化カドミウム？用いる効果を以下に
詳しく述べる。
ＶＴ化合物管用いて上述した如き欠点のない電流狭窄機
構金有する半導体発光素子金溝成する、次ＶＣ，特に電
ＲＰ！窄層さして硫化カドミウム？用いる効果を以下に
詳しく述べる。
（１１硫化カドミウムは高抵抗、かつ絶縁破壊電圧の大
きい厚Ｍ（厚み数μｆＸ）？比較的容易に半導体基板上
に形成することができる。例えば比抵抗的１０５〜１０
１００−１で、厚み数μｍの硫化カドミウム膜は例えば
スパッタリングによって厚みの均一性良く作製すること
ができる。
きい厚Ｍ（厚み数μｆＸ）？比較的容易に半導体基板上
に形成することができる。例えば比抵抗的１０５〜１０
１００−１で、厚み数μｍの硫化カドミウム膜は例えば
スパッタリングによって厚みの均一性良く作製すること
ができる。
ま几、この膜の絶縁破壊電界強度は約１０５Ｖ１０ｎあ
り１例えば厚みを２μｍとすると絶縁破１電圧は２０Ｖ
となり１通常の半導体レーザの使用電圧が３■以丁であ
るので、十分に使用できるものである。
り１例えば厚みを２μｍとすると絶縁破１電圧は２０Ｖ
となり１通常の半導体レーザの使用電圧が３■以丁であ
るので、十分に使用できるものである。
（４硫化カドミウム属は半導体基板に密着性良くつける
ことが可能である。従って作製された素子の信頼度が高
い。
ことが可能である。従って作製された素子の信頼度が高
い。
（３） 硫化力）”ｔ ウムＭＦｉ耐酸性が強いため
に零囲気の影智によって素子の＠！Ｍａｔ損うことはな
い。
に零囲気の影智によって素子の＠！Ｍａｔ損うことはな
い。
（４］ 熱膨張率が通常発光集子として用いられるＧ
ａＡｓ −（ＡＪＧａ）Ａｓ、 ＩｎＰ−Ｉｎ（）ａＡ
ｓＰ材料と同Ｎ［の値である。このため膜形成時に＃Ｐ
導体基板の温度を上げて、膜形底抜室温に戻しても半導
体基板と膜との関Ｋｇ張係数の違いによる歪が入ること
はない。
ａＡｓ −（ＡＪＧａ）Ａｓ、 ＩｎＰ−Ｉｎ（）ａＡ
ｓＰ材料と同Ｎ［の値である。このため膜形成時に＃Ｐ
導体基板の温度を上げて、膜形底抜室温に戻しても半導
体基板と膜との関Ｋｇ張係数の違いによる歪が入ること
はない。
（５）“ モード制御が可能である。即ち屈折率が上述
した１うな発光素子材料よりも小さいので。
した１うな発光素子材料よりも小さいので。
Ｎ３図の構造において凸部と凸部とでは光の分布が異な
るため、実効的屈折率の差が生じるーこのため（発振光
の横モードｔｉ制御することができる。
るため、実効的屈折率の差が生じるーこのため（発振光
の横モードｔｉ制御することができる。
以上（η〜（５）の性質を同＃に保有する材ａは他には
ない０例えば誘電体材料については、高抵抗ではあるが
、厚み２〜３μ輌の膜を作製すると。
ない０例えば誘電体材料については、高抵抗ではあるが
、厚み２〜３μ輌の膜を作製すると。
膜厚の均一性が悪くなるか、あるいは膜中（歪が発生し
、ｇがＭＱされるという欠点がある。また上述したよう
に熱伝導度が小さい定めに活性層で発生しｔ熱の放散が
内輪になる。他の半導体材料を用いる場合は熱伝導率、
熱膨張率については適当な材料を選択することは可能で
あるが、高抵抗を得ることが困難であったり、半導体層
１４との密着性が悪いという欠点を持つ・ 以上説明したように本発明は第３図に例を示した如く、
活性層上の半導体層に凸部領域管形成し、諌凸部領斌に
隣接して高抵抗硫化カドミウム層を設けて、確実な電流
狭窄機構を導入することによって、高発振効率、高発光
効率、低しきい値電流密度等の優れた特性を有する半導
体発光素子を提供するものである。
、ｇがＭＱされるという欠点がある。また上述したよう
に熱伝導度が小さい定めに活性層で発生しｔ熱の放散が
内輪になる。他の半導体材料を用いる場合は熱伝導率、
熱膨張率については適当な材料を選択することは可能で
あるが、高抵抗を得ることが困難であったり、半導体層
１４との密着性が悪いという欠点を持つ・ 以上説明したように本発明は第３図に例を示した如く、
活性層上の半導体層に凸部領域管形成し、諌凸部領斌に
隣接して高抵抗硫化カドミウム層を設けて、確実な電流
狭窄機構を導入することによって、高発振効率、高発光
効率、低しきい値電流密度等の優れた特性を有する半導
体発光素子を提供するものである。
以下本発明全実施例に従って図面を参照しながら、詳＋
１ｌｌｌＫ説明する。
１ｌｌｌＫ説明する。
第５図は不発明をＩｎＧａＡｉＰ／ＩｏＰダブルへテロ
接合手導体レーずに適用した場合ｏｇ４についての′素
子断面図である。第４１１Ｏ構造を素子作製の順序に従
ってａｍすると壜ずキャリア＃［１〜２Ｘ１０”ａｍ−
’の８ｎドーグｎ１ｌＩｎＰ基板２０上にｏｍＩｎＰ層
２１（厚み４μｍ＊ ８ｎドープ、キャリア濃度１〜３
８１０ ｃｍ ） 、 ＩｎＧａＡｉＰ活性層２２
（Ｎみ０．２ｐｍ、波ｆｉ１３ａｓｍノンドープ）、Ｐ
＃！ＩｎＰ層２３（厚み３Ｊ１１１１＆Ｚ１１ドープ、
キャリアＭｌ！（１〜３×１０ ３ ）ｂ ｍＷ
’１ｓＧａＡｓＰ層２４（厚み１μｍ層液４１． Ｉ
Ｊｌｌｌ、ノンドープ）【順次液相エピタキシアル法に
より成長さぜる０次ＫＪＯＪｔ［ｔ”用いて１通常のフ
ォトレジスト伝に１リストライプ状のマスクをＩａＧａ
ＡｓＰ最上層２４上に形成しｈ Ｈｚ ８０４＠ Ｈｔ
０２Ｈ２０温合液で４２２ ｔ−）１０１． ｉ（、Ｐ
Ｏ４混合液あるいは）１ｃ１．Ｈ，Ｏ混合液でＰ型Ｉ口
Ｐ層２３ｔメサエッチングする。このときメサ２８の巾
は１〜３μ哨とし、メサの横にＰｆｉＩａＰ層２３［一
層重３．１〜α２μ網程度残す０次に高抵抗硫化カド建
９ム膜２５をアルゴン零囲気中のスパッタリング法によ
って１ｉ２ＢＤ上につけて第５図の如（メサ２８【覆う
１次にｇｌＱ２−ｒスフ【除去しｂ ｆｎＧｍＡｓＰ層
２２を露出させる１次に饗２４にＺｎ、Ｃａ九は不純物
拡散を行いｒ 層とする６次Ｋｎｌ！ＩｎＰ基板２ｏｔ
研磨に約１００＃−の厚みにしてムｕ−Ｇｅ２６を蒸着
し、Ｐ＋１１１ｎＧａＡｓＰ層２４にはムａ−Ｚｎ２７
を蒸着して合金化することによりオーミック電極を形成
し。
接合手導体レーずに適用した場合ｏｇ４についての′素
子断面図である。第４１１Ｏ構造を素子作製の順序に従
ってａｍすると壜ずキャリア＃［１〜２Ｘ１０”ａｍ−
’の８ｎドーグｎ１ｌＩｎＰ基板２０上にｏｍＩｎＰ層
２１（厚み４μｍ＊ ８ｎドープ、キャリア濃度１〜３
８１０ ｃｍ ） 、 ＩｎＧａＡｉＰ活性層２２
（Ｎみ０．２ｐｍ、波ｆｉ１３ａｓｍノンドープ）、Ｐ
＃！ＩｎＰ層２３（厚み３Ｊ１１１１＆Ｚ１１ドープ、
キャリアＭｌ！（１〜３×１０ ３ ）ｂ ｍＷ
’１ｓＧａＡｓＰ層２４（厚み１μｍ層液４１． Ｉ
Ｊｌｌｌ、ノンドープ）【順次液相エピタキシアル法に
より成長さぜる０次ＫＪＯＪｔ［ｔ”用いて１通常のフ
ォトレジスト伝に１リストライプ状のマスクをＩａＧａ
ＡｓＰ最上層２４上に形成しｈ Ｈｚ ８０４＠ Ｈｔ
０２Ｈ２０温合液で４２２ ｔ−）１０１． ｉ（、Ｐ
Ｏ４混合液あるいは）１ｃ１．Ｈ，Ｏ混合液でＰ型Ｉ口
Ｐ層２３ｔメサエッチングする。このときメサ２８の巾
は１〜３μ哨とし、メサの横にＰｆｉＩａＰ層２３［一
層重３．１〜α２μ網程度残す０次に高抵抗硫化カド建
９ム膜２５をアルゴン零囲気中のスパッタリング法によ
って１ｉ２ＢＤ上につけて第５図の如（メサ２８【覆う
１次にｇｌＱ２−ｒスフ【除去しｂ ｆｎＧｍＡｓＰ層
２２を露出させる１次に饗２４にＺｎ、Ｃａ九は不純物
拡散を行いｒ 層とする６次Ｋｎｌ！ＩｎＰ基板２ｏｔ
研磨に約１００＃−の厚みにしてムｕ−Ｇｅ２６を蒸着
し、Ｐ＋１１１ｎＧａＡｓＰ層２４にはムａ−Ｚｎ２７
を蒸着して合金化することによりオーミック電極を形成
し。
さらくへ１４ｍＫＸＤ共振器面を構成して素子化する。
この場合、硫化カドミウムの比抵抗はｌＯｓ−１０１０
Ω−１であり、かつメサ横のＰ型ＩｎＰ層２３はきわめ
て薄いので、メサ領域２８外に電流はほとんど流れない
、加えて、この場合はＩｎＰと硫化カドミウムの格子定
数が近いので、Ｐ型ＩｏＰ層２３及びＩｎＧａＡｍＰ層
２４の接着性が良いという利点がある。この利点は素子
作製上の容易さ、及び素子の信頼性を高めることになる
。実際に製作した半導体レーザのしきい値電流は共振器
長２００ｊｍの場合３０〜５０ｍＡで、硫化カドミウム
高抵抗電流狭窄層を用いない通常の二重へテロ接合Ｉｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ牛導体レーザのしきい値電流に比べ
て約牛分の値になる。またこのときメサ部分で＃′１Ｉ
ｎＰ／ＩａＧａＡｓＰ／ＩｏＰ（）ｌＩＩ導波路構造、
メサ外部では硫化カドンウＡ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｍＰ
／ＩａＰの４層導波路構造となるため、メサ部分とメサ
外部とては光の分布が異なる。この友めメサ部とメサ外
部とに実効的な屈折率の差がつくことになる。従って、
この実効的な屈折率の差によって光はメサ部分２８に閉
じこめられ１発振横姿態の￥Ａ御が可能に麦る。この実
施例においては上述した実効的な屈折率差は約２Ｘ１０
−’であり、横姿態制御には十分な値である。実際に実
施例では横基本姿履で発振する。第５図の実施例におい
てＦｉＰ型ＩｎＰ層２１４ｆエツチングする際にエツチ
ング速度を精を嵐（制御する必要があるため、使用でき
るエツチング液及び条件が制御されるという欠点がある
。
Ω−１であり、かつメサ横のＰ型ＩｎＰ層２３はきわめ
て薄いので、メサ領域２８外に電流はほとんど流れない
、加えて、この場合はＩｎＰと硫化カドミウムの格子定
数が近いので、Ｐ型ＩｏＰ層２３及びＩｎＧａＡｍＰ層
２４の接着性が良いという利点がある。この利点は素子
作製上の容易さ、及び素子の信頼性を高めることになる
。実際に製作した半導体レーザのしきい値電流は共振器
長２００ｊｍの場合３０〜５０ｍＡで、硫化カドミウム
高抵抗電流狭窄層を用いない通常の二重へテロ接合Ｉｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ牛導体レーザのしきい値電流に比べ
て約牛分の値になる。またこのときメサ部分で＃′１Ｉ
ｎＰ／ＩａＧａＡｓＰ／ＩｏＰ（）ｌＩＩ導波路構造、
メサ外部では硫化カドンウＡ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｍＰ
／ＩａＰの４層導波路構造となるため、メサ部分とメサ
外部とては光の分布が異なる。この友めメサ部とメサ外
部とに実効的な屈折率の差がつくことになる。従って、
この実効的な屈折率の差によって光はメサ部分２８に閉
じこめられ１発振横姿態の￥Ａ御が可能に麦る。この実
施例においては上述した実効的な屈折率差は約２Ｘ１０
−’であり、横姿態制御には十分な値である。実際に実
施例では横基本姿履で発振する。第５図の実施例におい
てＦｉＰ型ＩｎＰ層２１４ｆエツチングする際にエツチ
ング速度を精を嵐（制御する必要があるため、使用でき
るエツチング液及び条件が制御されるという欠点がある
。
この欠点は第６図に素子断面構造を示した第２の実施例
において解決される― 第２の実施例は第５図に素子断面形状を示した第１の実
施例に比べるとＩｎＧａＡｓＰ活性層２２上にＩ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐの４元導波路層２９ｔ−設けたもの
で６９、第６図のＰ型１ｎＧａｋｍＰ層の厚みはα２μ
町波長は１．１μ哨としである。この場合はＨＣｌ、Ｈ
，ＰＯ４混合液、）Ｔｅ１． ）Ｔ、Ｏｆｉ合液はＴｎ
Ｐのみをエツチングし、 ＩｎＧａＡｓＰけエツチン
グしないので必然的に所望の形状が作智できることにな
る。素子としての特性は第５図に示した実施例の場合と
ほぼ同一である。
において解決される― 第２の実施例は第５図に素子断面形状を示した第１の実
施例に比べるとＩｎＧａＡｓＰ活性層２２上にＩ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐの４元導波路層２９ｔ−設けたもの
で６９、第６図のＰ型１ｎＧａｋｍＰ層の厚みはα２μ
町波長は１．１μ哨としである。この場合はＨＣｌ、Ｈ
，ＰＯ４混合液、）Ｔｅ１． ）Ｔ、Ｏｆｉ合液はＴｎ
Ｐのみをエツチングし、 ＩｎＧａＡｓＰけエツチン
グしないので必然的に所望の形状が作智できることにな
る。素子としての特性は第５図に示した実施例の場合と
ほぼ同一である。
以上はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＦ半導体レーザについての
実施例でちるが％ （ＡＩＧａ）Ａｓ二重へテロ接合レ
ーザにも適用できる。この場合は第５図において２０を
ｎｆｉＧａＡｉ層、２１ ′ｔｎ型（ＡＩＧａ）Ａｓ
Ｎ、 ２ ｔｔＧａＡｓ活性層、２３９Ｐ型（人Ｉ Ｇ
ａ ）ム５ｌ１２４ｔＰ＋型ＧａＡｓ層とすることにな
Ｌ高抵抗硫化カドミウム層２５をつけた場合の効果は第
５図における実施例の場合と同様である。
実施例でちるが％ （ＡＩＧａ）Ａｓ二重へテロ接合レ
ーザにも適用できる。この場合は第５図において２０を
ｎｆｉＧａＡｉ層、２１ ′ｔｎ型（ＡＩＧａ）Ａｓ
Ｎ、 ２ ｔｔＧａＡｓ活性層、２３９Ｐ型（人Ｉ Ｇ
ａ ）ム５ｌ１２４ｔＰ＋型ＧａＡｓ層とすることにな
Ｌ高抵抗硫化カドミウム層２５をつけた場合の効果は第
５図における実施例の場合と同様である。
ま７ｔ！！５図、及び第６図の半導体レーずにおいては
例えば８ｉ０２のような絶縁体で第５図あるいはｓＩ６
図の電流■止層２５ｆｅ構成した場合忙比べると熱放散
が嵐％Ａ九め、ｍ性層で発生じた熱が逃＃ｆａ＜、連続
発振させ易いという利点がある。
例えば８ｉ０２のような絶縁体で第５図あるいはｓＩ６
図の電流■止層２５ｆｅ構成した場合忙比べると熱放散
が嵐％Ａ九め、ｍ性層で発生じた熱が逃＃ｆａ＜、連続
発振させ易いという利点がある。
＊７ｔｂ上述した実施列においては活性層と高抵抗硫化
カド電つム層と０間ＩＣは半導体層′にはさんだが、活
性層の上に直接高抵抗硫化カド（ラム膜ｔつけても良い
、＠７図の実施例においてはメサ領域外のＩｎ０ａＡｉ
Ｐ活性層２２の上に直接高抵抗硫化カドミウム門２５が
ついており、この場合はＰ型ＩｎＰｆｆｌｉＣおけるＴ
４流の横流れは完全になくなり、このため発振のしきい
値電流は一層下がる。
カド電つム層と０間ＩＣは半導体層′にはさんだが、活
性層の上に直接高抵抗硫化カド（ラム膜ｔつけても良い
、＠７図の実施例においてはメサ領域外のＩｎ０ａＡｉ
Ｐ活性層２２の上に直接高抵抗硫化カドミウム門２５が
ついており、この場合はＰ型ＩｎＰｆｆｌｉＣおけるＴ
４流の横流れは完全になくなり、このため発振のしきい
値電流は一層下がる。
なお、前記実施例における導′ＩＩＬ型を全て反対の導
電襲に変えても良いことは当然である。
電襲に変えても良いことは当然である。
また、前記実施ｆｉｈ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰａ （
ムＩＧａ）Ａｍ二重へテロ！１合半導体レーザについて
説明したか。
ムＩＧａ）Ａｍ二重へテロ！１合半導体レーザについて
説明したか。
これ等以外の材料１例えばＧａＡｓ８ｂ／ムｌＧｍＡｓ
８ｂｂＩａＧａＡｓ／ＩｎＧａＰについても適用でき、
ることは言うまでもない。
８ｂｂＩａＧａＡｓ／ＩｎＧａＰについても適用でき、
ることは言うまでもない。
また上記実施例において高比抵抗硫化カドイウムＯ代り
Ｆｃｂｔｌｔ述し几硫化カドｆウムと同様な性質を有す
る−の亜鉛、カドイウムの厘族元票、及びセレン、テル
ル、ｉＩ黄の■族元素から成る高地１１技のセレン化亜
鉛、テルル化亜鉛、硫化亜鉛。
Ｆｃｂｔｌｔ述し几硫化カドｆウムと同様な性質を有す
る−の亜鉛、カドイウムの厘族元票、及びセレン、テル
ル、ｉＩ黄の■族元素から成る高地１１技のセレン化亜
鉛、テルル化亜鉛、硫化亜鉛。
セレン化カドイウム、テルル化カドンウ＾の如暑２元滉
晶、あるいは３元混晶を用いても同等な効果が得られる
。
晶、あるいは３元混晶を用いても同等な効果が得られる
。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、二重へテ
ロ接合層において、活性層上に形成したメサ型導波路層
をメサ外部の層厚を薄くして、高抵抗硫化カドミウム等
の高抵抗ｌ−肩族滉晶によって覆う丸めに、注入電流は
横流れを生ぜず、メサ部に大部分が集中して流れる。こ
の結＾、発振に使われる無効な電流成分が減少し１発振
のしきい値電流書度が減少することに＆る・しか本メ伊
部とそれ以外の部分とでは実効的な屈折率に差が生じる
ため発振機姿態の制御屯可能である。
ロ接合層において、活性層上に形成したメサ型導波路層
をメサ外部の層厚を薄くして、高抵抗硫化カドミウム等
の高抵抗ｌ−肩族滉晶によって覆う丸めに、注入電流は
横流れを生ぜず、メサ部に大部分が集中して流れる。こ
の結＾、発振に使われる無効な電流成分が減少し１発振
のしきい値電流書度が減少することに＆る・しか本メ伊
部とそれ以外の部分とでは実効的な屈折率に差が生じる
ため発振機姿態の制御屯可能である。
かくして本発明によれば、従来困難であった注入電流Ｏ
狭窄によって、しきい値電流密度を大巾に低減した半導
体レーザのような、すぐれた特性を有する半導体発光素
子全容Ｓに実現できることになりその効果は大である。
狭窄によって、しきい値電流密度を大巾に低減した半導
体レーザのような、すぐれた特性を有する半導体発光素
子全容Ｓに実現できることになりその効果は大である。
５１１１図は従来のプレーナストライプ型二重ヘテロ接
合半導体レーザの部分断面図、第２図はｌ８１図の半導
体レーザの活性層における光の横万崗の分布を示す図で
ある。第３図は本発明の詳細な説明するための二重へテ
ロ接合半導体レーずＯ部分断面図、第４！Ｉ２は従来の
電流狭窄型半導体レーザの構造を示す断面図、第５図は
本発明の一実施例、を示す半導体レーザの部分断面図、
＠６Ｗｉ及び第７図は不発明の別の実施例會示す生部４
レーザＯ部分断面図でらる・ 図において ト］型半導体基板、 ２−ａｌｌ半導体層
、３−・活性層、・４・−Ｐ型半導体層、５−・ｎ型半
導体層、６−Ｐ＋拡散領域、７−Ｐ型オー建ツク電極、
１ｍ−ｎ型オーミック電極、９−電流−１０−・・活性
層における電流Ｏ広が９分布、１１−基鈑、１２−・導
波路層、１３−活性層、１４−凸領域を有する導波路層
、１５−高抵抗硫化カド電つム層１６−・電極、１７−
ストライプ領域、１８、ＩＳ−高抵抗層、２０・−ａ型
ＩｎＰ基板、 ２１−ｎｌ！ＩｎＰ層、２２−・・エロ
ＧａＡｓＰｆｆｒ性層、２３−Ｐ型ＩｎＰ層＊ ！４
・−Ｐ”ｆｌＩｍＧａＡｍＰ 層。 ２Ｆｉ−・・高抵抗硫化カドミウム層、２６＝ｎ型Ａｕ
−Ｇｅ電極、２７−Ｐ型Ａａ−Ｚｎ電極、２８・７・メ
サ領域、２９ ・Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰｊｌｉｌｅ昆１図 第２図 第３図 第 ４ 図 ｖＪＳ図 ３９０− ｗＪ６図 第７図
合半導体レーザの部分断面図、第２図はｌ８１図の半導
体レーザの活性層における光の横万崗の分布を示す図で
ある。第３図は本発明の詳細な説明するための二重へテ
ロ接合半導体レーずＯ部分断面図、第４！Ｉ２は従来の
電流狭窄型半導体レーザの構造を示す断面図、第５図は
本発明の一実施例、を示す半導体レーザの部分断面図、
＠６Ｗｉ及び第７図は不発明の別の実施例會示す生部４
レーザＯ部分断面図でらる・ 図において ト］型半導体基板、 ２−ａｌｌ半導体層
、３−・活性層、・４・−Ｐ型半導体層、５−・ｎ型半
導体層、６−Ｐ＋拡散領域、７−Ｐ型オー建ツク電極、
１ｍ−ｎ型オーミック電極、９−電流−１０−・・活性
層における電流Ｏ広が９分布、１１−基鈑、１２−・導
波路層、１３−活性層、１４−凸領域を有する導波路層
、１５−高抵抗硫化カド電つム層１６−・電極、１７−
ストライプ領域、１８、ＩＳ−高抵抗層、２０・−ａ型
ＩｎＰ基板、 ２１−ｎｌ！ＩｎＰ層、２２−・・エロ
ＧａＡｓＰｆｆｒ性層、２３−Ｐ型ＩｎＰ層＊ ！４
・−Ｐ”ｆｌＩｍＧａＡｍＰ 層。 ２Ｆｉ−・・高抵抗硫化カドミウム層、２６＝ｎ型Ａｕ
−Ｇｅ電極、２７−Ｐ型Ａａ−Ｚｎ電極、２８・７・メ
サ領域、２９ ・Ｐ型ＩｎＧａＡｓＰｊｌｉｌｅ昆１図 第２図 第３図 第 ４ 図 ｖＪＳ図 ３９０− ｗＪ６図 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、活性層となるａｌｌの半導体層を該第１の半導体層
より禁制帯間隔が大きく、かつ屈折率の小さな第２およ
び第３の半導体層で直ｗＩはさんでなるか、もしくは前
記活性層と前記ｌ！３の半導体層と０間に前記活性層よ
り本禁制帯間隔が大きく、かつ屈折率の小さ１ｋｊｌ！
４の半導体層會少なくとも１ｌｌＦｉさんでなる半導体
発光素子において、前記ｊＩＩＩ３０半導体層に断面が
凸状になる領域を設け、皺曲領域外の前記第３の半導体
層を一部残すか、Ｔｏるいは前記第４の半導体層が露出
する迄前記凸領域外の前記第３の半導体層をすべて除去
し、かつ前記凸領域の外側Ｋ”ｌ族元素と■族元素とか
ら成る高比抵抗を有する混晶半導体【設けて成ること全
特徴とする注入型半導体発光素子。 ２．１１ＩＩ許請求の範ｉｉｌ第１項記職の注入型半導
体発光素子において■族元素と■族元素とから成る高比
抵抗混晶半導体として硫化カドミウム管用いること１０
徴とする半導体発光素子・
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16949881A JPS5871679A (ja) | 1981-10-23 | 1981-10-23 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16949881A JPS5871679A (ja) | 1981-10-23 | 1981-10-23 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5871679A true JPS5871679A (ja) | 1983-04-28 |
Family
ID=15887631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16949881A Pending JPS5871679A (ja) | 1981-10-23 | 1981-10-23 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5871679A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2606223A1 (fr) * | 1986-10-29 | 1988-05-06 | Seiko Epson Corp | Laser a semiconducteur et son procede de fabrication |
| EP0385388A2 (en) * | 1989-02-28 | 1990-09-05 | Omron Corporation | Ridge-waveguide semiconductor laser |
-
1981
- 1981-10-23 JP JP16949881A patent/JPS5871679A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN=1979 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2606223A1 (fr) * | 1986-10-29 | 1988-05-06 | Seiko Epson Corp | Laser a semiconducteur et son procede de fabrication |
| EP0385388A2 (en) * | 1989-02-28 | 1990-09-05 | Omron Corporation | Ridge-waveguide semiconductor laser |
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