JPS60260181A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPS60260181A JPS60260181A JP11601984A JP11601984A JPS60260181A JP S60260181 A JPS60260181 A JP S60260181A JP 11601984 A JP11601984 A JP 11601984A JP 11601984 A JP11601984 A JP 11601984A JP S60260181 A JPS60260181 A JP S60260181A
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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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
- H01S5/22—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
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- H—ELECTRICITY
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
-
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体発光装置、特に波長帯域が０．９乃至１
．７μｍ程度の半導体レーザの特性ン向上するための構
造の改良に関する。
．７μｍ程度の半導体レーザの特性ン向上するための構
造の改良に関する。
光を情報信号の媒体とする光通信システムは情報化社会
７担う主要な柱であり、半導体発光装置はこのシステム
の光源として最も重要な役割ン果良しでいる。
７担う主要な柱であり、半導体発光装置はこのシステム
の光源として最も重要な役割ン果良しでいる。
石英系ファイバによる伝送に適する波長１．１乃至１．
７μｍ程度の帯域の光源として、主としてインジウムガ
リウム砒素燐（Ｉｎ ｔ −ｘ Ｇａｘ ＡｓｙＰｌ−
ｙ）−インジウムｌｊｌ！（ＩｎＰ）系半導体レーザの
開発が進められているが、光通信システムに寄せられる
期待に応え、その社会的責任ン完うするためには、半導
体発光装置の閾値電流、１子効率等の特性の一層の改善
が要望されている。
７μｍ程度の帯域の光源として、主としてインジウムガ
リウム砒素燐（Ｉｎ ｔ −ｘ Ｇａｘ ＡｓｙＰｌ−
ｙ）−インジウムｌｊｌ！（ＩｎＰ）系半導体レーザの
開発が進められているが、光通信システムに寄せられる
期待に応え、その社会的責任ン完うするためには、半導
体発光装置の閾値電流、１子効率等の特性の一層の改善
が要望されている。
従来知られているＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ系半導体レー
ザの例１第２図に示す。
ザの例１第２図に示す。
同図（ａｌにおいて、１１はｎ型ＩｎＰ基板、１２はｎ
型ＩｎＰ閉じ込め層、１３はＩｎＧａ Ａｓ Ｐ又はＩ
ｎＧａＡＳ活性層、１５はｐ型ＩｎＰ閉じ込め層、１６
はｐＷＩｎＧａＡｓＰコンタクト１層、１７はｐ型Ｉｎ
Ｐ層、１８はｎ型ＩｎＰ層、１９はｐ側電極、２０はｎ
側電極欠示し、また同図（ｂｌは発光領域すなわち活性
層１３とこれｔ狭む閉じ込め層１２及び１５とのエネル
ギーバンドダイヤグラム７示す。
型ＩｎＰ閉じ込め層、１３はＩｎＧａ Ａｓ Ｐ又はＩ
ｎＧａＡＳ活性層、１５はｐ型ＩｎＰ閉じ込め層、１６
はｐＷＩｎＧａＡｓＰコンタクト１層、１７はｐ型Ｉｎ
Ｐ層、１８はｎ型ＩｎＰ層、１９はｐ側電極、２０はｎ
側電極欠示し、また同図（ｂｌは発光領域すなわち活性
層１３とこれｔ狭む閉じ込め層１２及び１５とのエネル
ギーバンドダイヤグラム７示す。
この活性層１３と閉じ込め層１２及び１５とからなるダ
ブルへテロ接合構造に、順方向すなわちｐ側を高電位と
するバイアス電圧乞印加すれば、電子はｎ型閉じ込め層
１２がら活性層１３に注入されてｎ型閉じ込め層１５と
の間の伝導帯底のエネルギー準位差ΔＥｃに阻止され、
正孔はｎ型閉じ込め層１５から活性層１３に注入されて
ｎ型閉じ込め層１２との間の価′１子帯上端のエネルギ
ー準位差ΔＥＶに阻止されるため、活性層１３に電子と
正孔とが閉じ込められてここで発光再結合を生じ光出力
が得られる。
ブルへテロ接合構造に、順方向すなわちｐ側を高電位と
するバイアス電圧乞印加すれば、電子はｎ型閉じ込め層
１２がら活性層１３に注入されてｎ型閉じ込め層１５と
の間の伝導帯底のエネルギー準位差ΔＥｃに阻止され、
正孔はｎ型閉じ込め層１５から活性層１３に注入されて
ｎ型閉じ込め層１２との間の価′１子帯上端のエネルギ
ー準位差ΔＥＶに阻止されるため、活性層１３に電子と
正孔とが閉じ込められてここで発光再結合を生じ光出力
が得られる。
上述の従来例において、活性層１３がＩｎ０．５３Ｇａ
’０．４７ Ａｓである場合に、Ｉｎ Ｐ閉じ込め層
１２及び１５−との間の伝導帯底のエネルギー準位差Ｊ
ｃ”＝ ０．２ ｅＶ、価電子帯上端すエネルギー準位
差ΔＥＶ”＝０．５ｅＶであり、活性層１３がＩｎ ｉ
−ｘ Ｇａｘ ＡｓｙＰｉ−ｙ（ｙ＼Ｄである場合に
はΔＥｃ及びΔＥＶはこれより小さくなる。
’０．４７ Ａｓである場合に、Ｉｎ Ｐ閉じ込め層
１２及び１５−との間の伝導帯底のエネルギー準位差Ｊ
ｃ”＝ ０．２ ｅＶ、価電子帯上端すエネルギー準位
差ΔＥＶ”＝０．５ｅＶであり、活性層１３がＩｎ ｉ
−ｘ Ｇａｘ ＡｓｙＰｉ−ｙ（ｙ＼Ｄである場合に
はΔＥｃ及びΔＥＶはこれより小さくなる。
本従来例においてはこの様に伝導帯底のエネルギー準位
差ΔＥｃが小さいために、電子に対する閉じ込め効果が
充分に得られていない。
差ΔＥｃが小さいために、電子に対する閉じ込め効果が
充分に得られていない。
まに前記従来例と同様の構造で、活性層１３の厚さン世
子論的寸法まで薄＜シタ量子井戸半導体レーザが知られ
ている。この様に活性層１３の厚さをキャリアのド・ブ
ロイ波長程度以下とすれば、波動性の効果によって厚さ
方向の運動が量子化されに２次元状態となり、この２次
元状態ではエネルギーは離散値ンとり状態密度は階段状
となる。
子論的寸法まで薄＜シタ量子井戸半導体レーザが知られ
ている。この様に活性層１３の厚さをキャリアのド・ブ
ロイ波長程度以下とすれば、波動性の効果によって厚さ
方向の運動が量子化されに２次元状態となり、この２次
元状態ではエネルギーは離散値ンとり状態密度は階段状
となる。
そのエネルギー準位は量子化されない３次元自由キャリ
アより大きくなるが、特に質量の小さい電子のエネルギ
ー準位が大きく離散する。
アより大きくなるが、特に質量の小さい電子のエネルギ
ー準位が大きく離散する。
しかしながらｎ型閉じ込め層１５がＩｎＰである進
場合には、その活性層１３との間のΔＥｃが前述の如く
約０．２ｅＶであるために、量子化された電子の閉じ込
め乞効果的に行なうことが困難である。
約０．２ｅＶであるために、量子化された電子の閉じ込
め乞効果的に行なうことが困難である。
この問題点に対処するためにｐ型の閉じ込め層ＹＩｎＰ
に代えて、ＩｎＰ単結晶に格子鷲合するインジウムアル
ミニウム砒素（Ｉｎ０．５２Ａ１０．４８Ａｓ）によっ
て形成すれば、Ｉｎ ０．５３ＧａＯ，４７Ａｓ活性層
との間のΔＥｃ′ｆｉ！：約０．５ ｅＶまで大きくな
し得るが、未だ充分ではなく更に大きくすることが望ま
しい。
に代えて、ＩｎＰ単結晶に格子鷲合するインジウムアル
ミニウム砒素（Ｉｎ０．５２Ａ１０．４８Ａｓ）によっ
て形成すれば、Ｉｎ ０．５３ＧａＯ，４７Ａｓ活性層
との間のΔＥｃ′ｆｉ！：約０．５ ｅＶまで大きくな
し得るが、未だ充分ではなく更に大きくすることが望ま
しい。
〔発明が解決しようとする問題点３
以上説明した如（、ＩｎＰ基板に格子整合す袢導体発光
装置の電子に対する閉じ込め効果が従来不充分であって
、活性層とｐ型の閉じ込め層との間の伝導帯底のエネル
ギー準位差ΔＥｃＹ更に大きくすることが必要とされて
いる。
装置の電子に対する閉じ込め効果が従来不充分であって
、活性層とｐ型の閉じ込め層との間の伝導帯底のエネル
ギー準位差ΔＥｃＹ更に大きくすることが必要とされて
いる。
前記の問題点は、インジウム燐化合物半導体基板と、該
基板に格子整合する発光領域とを備えて、導電型がｐ型
の閉じ込め層がインジウムガリウムアルミニウム砒素化
合物半導体よりなり、かつ伝導帯底のエネルギー準位の
該発光領域との差が該発光領域に向って増加する歪み超
格子構造ン有する本発明による半導体発光装置により解
決される。
基板に格子整合する発光領域とを備えて、導電型がｐ型
の閉じ込め層がインジウムガリウムアルミニウム砒素化
合物半導体よりなり、かつ伝導帯底のエネルギー準位の
該発光領域との差が該発光領域に向って増加する歪み超
格子構造ン有する本発明による半導体発光装置により解
決される。
本発明は、ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎ０．５３Ｇａ
０．４７Ａｓ等よりなる発光領域すなわち活性層に対し
て、これに格子整合する半導体材料では得られない大き
いΔＥｃの値を格子不整合のｎ型閉じ込め層によって実
現し、格子不整合によって結晶性が損なわれないために
、該閉じ込めＲを活性層側の接合界面から遠ざかるに従
って格子不整合が減小する歪み超格子構造とする。
０．４７Ａｓ等よりなる発光領域すなわち活性層に対し
て、これに格子整合する半導体材料では得られない大き
いΔＥｃの値を格子不整合のｎ型閉じ込め層によって実
現し、格子不整合によって結晶性が損なわれないために
、該閉じ込めＲを活性層側の接合界面から遠ざかるに従
って格子不整合が減小する歪み超格子構造とする。
この本発明の閉じ込め層乞実現する半導体材料としては
、インジウムガリウムアルミニウム砒素（Ｉｎｌ −ｘ
−ｙ Ｇａｘ ＡＡｙＡｓ ）化合物ン用いることがで
きる。ＩｎＧａＡｌＡｓ化合物半導体はその組成によっ
ては工ｎＰ基板上にエビタギ＆＞ヤル成長スルコトも可
能であるが（中部及び秋田＋ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｃｒ
ｙｓ−ｔａ、ｌＧｒｏｗｔｈ ５４（１９Ｌ１）２３２
−２３８）、本発明の閉じ込め層の活性層側の界面では
、後に実施例に示す如く、エネルギーバンドギャップが
大きい格子不整合の組成とし、組成ン次第に変化させて
格子定数がＩｎＰに合致するに到る歪み超格子構造を形
成する。
、インジウムガリウムアルミニウム砒素（Ｉｎｌ −ｘ
−ｙ Ｇａｘ ＡＡｙＡｓ ）化合物ン用いることがで
きる。ＩｎＧａＡｌＡｓ化合物半導体はその組成によっ
ては工ｎＰ基板上にエビタギ＆＞ヤル成長スルコトも可
能であるが（中部及び秋田＋ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｃｒ
ｙｓ−ｔａ、ｌＧｒｏｗｔｈ ５４（１９Ｌ１）２３２
−２３８）、本発明の閉じ込め層の活性層側の界面では
、後に実施例に示す如く、エネルギーバンドギャップが
大きい格子不整合の組成とし、組成ン次第に変化させて
格子定数がＩｎＰに合致するに到る歪み超格子構造を形
成する。
なお上述の本発明による閉じ込め層は、活性層から′電
子カー流出しようとする側、すなわち導′ｒ１型がｐ型
の閉じ込め閥に適用する。
子カー流出しようとする側、すなわち導′ｒ１型がｐ型
の閉じ込め閥に適用する。
服、正本発明χ実施例により具体的に説明する。
第１図（ａｌは本発明の実施例ビ示す断面図、同図（ｂ
）はそのエネルギーバンドダイヤグラムである。
）はそのエネルギーバンドダイヤグラムである。
図において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＰ閉じ
込め層、３はＩｎ０．５３ Ｇａ０．４７ Ａｓ活性層
、４は後にその詳ａ’ｖ説明するＩｎｔ−ｘ−ｙ Ｇａ
ｘＡＡｙ Ａｓよりなるｐ型の歪み超格子構造、５はｐ
型Ｉｎ ０．５２ＡＩ０．４８Ａｓ層、６はｐ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ：］ンタクト層、７はｐ型ＩｎＰ層、８はｎ型
ＩｎＰ層、９はｐ側電極、１０はｎ側電極７示す。
込め層、３はＩｎ０．５３ Ｇａ０．４７ Ａｓ活性層
、４は後にその詳ａ’ｖ説明するＩｎｔ−ｘ−ｙ Ｇａ
ｘＡＡｙ Ａｓよりなるｐ型の歪み超格子構造、５はｐ
型Ｉｎ ０．５２ＡＩ０．４８Ａｓ層、６はｐ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ：］ンタクト層、７はｐ型ＩｎＰ層、８はｎ型
ＩｎＰ層、９はｐ側電極、１０はｎ側電極７示す。
本実施例では、ｐｆｆｌの歪み超格子構造４とｐ型Ｉｎ
ＡＪＡｓ層５とがｐ型の閉じ込め層を構成する。
ＡＪＡｓ層５とがｐ型の閉じ込め層を構成する。
その他の部分においては前記従来例と同等である。
本実施例の歪み超格子構造４は組成の異なる複数のＩｎ
１−ｘ−ｙ ＧａｘＡＩｙ Ａｓ層７１！−積層した構
造をもち、例えば活性層３側から順に下記の層４ａ乃至
４Ｃからなる。
１−ｘ−ｙ ＧａｘＡＩｙ Ａｓ層７１！−積層した構
造をもち、例えば活性層３側から順に下記の層４ａ乃至
４Ｃからなる。
４ａ； ｘ＝０．２０． ｙ＝０．４７４ｂ； ｘ＝０
．１４． ｙ＝０．４７４ｃ； ｘ＝０．０７． ｙ＝
＝０．４７ただし各層の厚さは約２０ ｎｍとしてＩｎ
０．５３Ｇａ Ｏ，４７Ａｓ活性層３上に順次成長して
いる。
．１４． ｙ＝０．４７４ｃ； ｘ＝０．０７． ｙ＝
＝０．４７ただし各層の厚さは約２０ ｎｍとしてＩｎ
０．５３Ｇａ Ｏ，４７Ａｓ活性層３上に順次成長して
いる。
前ｔ）ｄＩｎＯ，３３ＧａＯ，２０ＡｌＯ，４７Ａｓ層
４ａはＩｎＯ，５３Ｇａ０．４７Ａｓ活性層３との間の
伝導帯底のエネルギ準位差ΔＥｃが約０．８ｅＶとなり
、従来知られているＩ ｎ Ｏ，５２ＡＡ！ ０．４８
Ａｓ閉じ込め層の約０．５ｅＶより大きい値が実現され
ている。
４ａはＩｎＯ，５３Ｇａ０．４７Ａｓ活性層３との間の
伝導帯底のエネルギ準位差ΔＥｃが約０．８ｅＶとなり
、従来知られているＩ ｎ Ｏ，５２ＡＡ！ ０．４８
Ａｓ閉じ込め層の約０．５ｅＶより大きい値が実現され
ている。
層４ｂ乃至４ｃは層４ａとＩｎＰとの中間の格子定数を
もち、この歪み超格子構造４χ介ｌ−てＩｎＰに格子整
合するｐ型Ｉ＋ｉ０．５２ ＡｌＯ，４８Ａｓ層５につ
なぐことによって、先ｌこ述べた如く結晶性か損なわれ
ることなく半導体基体乞形成することができる。
もち、この歪み超格子構造４χ介ｌ−てＩｎＰに格子整
合するｐ型Ｉ＋ｉ０．５２ ＡｌＯ，４８Ａｓ層５につ
なぐことによって、先ｌこ述べた如く結晶性か損なわれ
ることなく半導体基体乞形成することができる。
本発明によりΔＥｃＹ増大することの効果は、活性層３
内で電子エネルギー準位が大きく離数する棗子月戸半導
体レーザで最も顕著であるが、活性層３の厚さか量子、
論的寸法より厚い通常の半導体発光装置についても大き
い効果か得られる。この場合には目的とする波長帯域に
従って例えば石１−ｘ ＧａｘＡｓｙ ＰＩ−ｔの組成
が選択される。
内で電子エネルギー準位が大きく離数する棗子月戸半導
体レーザで最も顕著であるが、活性層３の厚さか量子、
論的寸法より厚い通常の半導体発光装置についても大き
い効果か得られる。この場合には目的とする波長帯域に
従って例えば石１−ｘ ＧａｘＡｓｙ ＰＩ−ｔの組成
が選択される。
更に活性層３はＩｎＧａＡｓ乃ｆｆ１ＩｎＧａＡｓＰに
限らず、ＩｎＰに格子整合可能な他の化合物半導体、例
えばＩｎＡＡＡｓ 、 ＩｎＧａ ＡｌＡｓ等であって
もよい。
限らず、ＩｎＰに格子整合可能な他の化合物半導体、例
えばＩｎＡＡＡｓ 、 ＩｎＧａ ＡｌＡｓ等であって
もよい。
以上説明した如く本発明によれば、ＩｎＰ基板馨用いる
半導体発光装置の電子の閉じ込め効果ケ大きく改善する
ことかでき、閾値電流の低減、量子効率等の特性が向上
する。その結果石英系ファイバで伝送する光通信システ
ム等の進展に寄与することができる。
半導体発光装置の電子の閉じ込め効果ケ大きく改善する
ことかでき、閾値電流の低減、量子効率等の特性が向上
する。その結果石英系ファイバで伝送する光通信システ
ム等の進展に寄与することができる。
第１図ｆａ）は本発明の実施例の断面図、第１図ｆｂｌ
はそのエネルギーバンドダイヤグラム、第２図（ａｌは
従来例の断面図、 第２図（ｂｌはその工不ルギーバンドダイヤグラムケ示
す。 図において、 １はｎｇＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＰ閉じ込め層、３は
ＩｎＧａＡｓ活性層、４はｐ型歪み超格子構造、ＰＷＩ
ｎＰ層、８はｎ型１１１Ｐ／ＦＬ９はｐ側電極、１０は
ｎ側電極ン示す。 寮ｌ 凹 ２ ３ ４ 事 ２ｆｒ
はそのエネルギーバンドダイヤグラム、第２図（ａｌは
従来例の断面図、 第２図（ｂｌはその工不ルギーバンドダイヤグラムケ示
す。 図において、 １はｎｇＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＰ閉じ込め層、３は
ＩｎＧａＡｓ活性層、４はｐ型歪み超格子構造、ＰＷＩ
ｎＰ層、８はｎ型１１１Ｐ／ＦＬ９はｐ側電極、１０は
ｎ側電極ン示す。 寮ｌ 凹 ２ ３ ４ 事 ２ｆｒ
Claims (1)
- インジウム燐化合物半導体基板と、該基板に格子整合す
−る発光領域とン備えて、導電型がｐ型の閉じ込め層が
インジウムガリウムアルミニウム砒素化合物半導体より
なり、かつ伝導帯底のエネルギー準位の該発光領域との
差が該発光領域に向って増加する歪み超格子構造７有す
ることを特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11601984A JPS60260181A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11601984A JPS60260181A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60260181A true JPS60260181A (ja) | 1985-12-23 |
| JPH0523074B2 JPH0523074B2 (ja) | 1993-03-31 |
Family
ID=14676780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11601984A Granted JPS60260181A (ja) | 1984-06-06 | 1984-06-06 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60260181A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62291190A (ja) * | 1986-06-11 | 1987-12-17 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| JPS6323384A (ja) * | 1986-07-16 | 1988-01-30 | Sony Corp | ダブルヘテロ接合型半導体レ−ザ |
| JPS6327804A (ja) * | 1986-07-22 | 1988-02-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置 |
| JPS6414137A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-18 | Dainippon Ink & Chemicals | Electrically conductive concrete |
| JPH01217984A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-08-31 | Toshiba Corp | 半導体レーザ素子 |
| JPH01217986A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-08-31 | Toshiba Corp | 半導体レーザ素子 |
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