JPS61224482A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPS61224482A
JPS61224482A JP6563685A JP6563685A JPS61224482A JP S61224482 A JPS61224482 A JP S61224482A JP 6563685 A JP6563685 A JP 6563685A JP 6563685 A JP6563685 A JP 6563685A JP S61224482 A JPS61224482 A JP S61224482A
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JP
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quantum well
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gaas
semiconductor
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Toshio Fujii
俊夫 藤井
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 1゛概要〕 この発明は量子井戸レーザにおいて、 量子井戸層に不純物のアトミックプレーンドーピングに
よる高濃度のキャリア散乱中心を形成することにより、 キャリアの注入効率を向上するようにしたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体発光装置、特に量子井戸半導体レーザの
闇値電流を低減し、効率を向上する構造の改善に関する
光を情報信号の媒体とする光通信その他のシステムの高
度化、多様化が推進されており、その光源として重要な
役割を果たしている半導体発光装置特にレーザについて
、その効率などの特性の一層の向上が強く要望されてい
る。
〔従来の技術〕
従来行われている半導体レーザの多くは、目的とする光
の波長に対応するエネルギーバンドギヤ      1
ンプを有する活性層をストライプ状とし、これをエネル
ギーバンドギャップが大きく、屈折率が小さい半導体層
で挟んでキャリア及び光を閉じ込め共振器を構成して、
活性層に注入されたキャリアを励起しレーザ発振を行わ
せている。
半導体レーザの活性層の厚さをキャリアのドウ・ブロー
イー波長程度以下とし量子井戸形ボテンシャルを形成す
れば、その厚さ方向のキャリアの運動が量子化されて2
次元状態となり、そのエネルギー準位が階段状となって
発振に関与するエネルギー準位のキャリアの状態密度が
著しく増加し、発振閾値電流密度が大幅に低減する。
このキャリアのドウ・ブローイー波長は例えば砒化ガリ
ウム(GaAs)では30腫程度であり、キャリア特に
電子のエネルギー準位を十分に離散するために、量子井
戸層の厚さはしばしば10nm程度以下とされる。
第2図(a)は量子井戸半導体レーザの従来例を示す模
式側断面図、同図(b)はそのエネルギーバンドダイア
ダラムであり、その対応を同一符号によって示す。
本従来例において、21はn型GaAs半導体基板、2
2はn型GaAsバッファ層、23は砒化アルミニウム
ガリウム(AIGaAs)閉じ込め層、24はGaAs
よりなる量子井戸層、25はp型AlGaAs閉じ込め
層、26はp型GaAsコンタクト層であり、これらの
各半導体層をエピタキシャル成長した後に、ストライプ
領域の両扉の半導体層に例えば亜鉛(Zn)等の不純物
を拡散させることによって、p型AlGaAs閉じ込め
層25に含まれるアルミニウム(AI)原子のGaAs
量子井戸層24への拡散などの半導体層相互間の拡散を
行わせて量子井戸構造を破壊し、閉じ込め領域27を形
成している。なお、30は絶縁膜、31はp側電極、3
2はn側電極である。
本従来例のGaAs量子井戸層24へのキャリア注入は
、活性層が量子化されていない通常のダブルへテロ半導
体レーザと同様に、正孔はp側電極31からp型コンタ
クト層26、p型AlGaAs閉じ込め層25を経て、
また電子はn側電極32からn型半導体基板21、n型
バッファ層22、n型AlGaAs閉じ込め層23を経
て行われている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この様な積層された閉じ込め層から活性層へのキャリア
注入では、活性層が薄くなるに伴ってその通過確率が増
加し注入効率が低下する。
特に活性層が量子論的厚さの量子井戸レーザでは注入効
率の低下が極めて大きく、例えばGRIN−SCH(G
Raded INdex waveguide 5ep
arate Confine−went Hetero
structure)構造など、量子井戸層との界面近
傍で閉じ込め層のバリア高さに勾配を与える構造が提案
されているが、満足できる注入効率に達せずその改善が
強く要望されている。
〔問題点を解決するための手段〕
前記問題点は、不純物がアトミックプレーンドーピング
された量子井戸層を活性領域に備えてなる本発明による
半導体発光装置により解°決される。
〔作 用〕
本発明においては、不純物イオンによるクーロン散乱に
よりキャリアの量子井戸層通過確率を減少させ、注入効
率を向上する。
しかしながら、従来普通に行われている半導体に不純物
を3次元的に混在させるドーピング方法では、例えばG
aAs半導体にシリコン(Si)をドープする場合の最
高濃度が5XIQ”ca+−’程度に止まり、しかも量
子井戸層の閉じ込め層とのへテロ接合界面までドープさ
れるならば、閉じ込め層において自由キャリアによる光
の吸収が増加して効果が減殺される。
これに対して、半導体層に2次元的に不純物を導入する
アトミックブレーンドーピングによればl XIQ”a
m−’程度以上の高濃度が得られ、しかも不純物イオン
を量子井戸層のへテロ接合界面から離隔し閉じ込め層に
おける光の吸収損失を抑制することが可能となる。
この様に量子井戸層へのキャリアの注入効率が増大して
発光再結合が十分に行われ、光の吸収損失は抑制されて
、閾値電流の低減、発光効率の向上が達成される。
なお量子井戸層が単一でなく、複数の量子井戸層がバリ
ア層を介して設けられている多重量子井戸レーザにおい
ては、本発明による不純物の導入を選択した量子井戸層
に限って実施することも可能である。
〔実施例〕 以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図(a)は本発明をGaAs / AlGaAs系
半導体材料からなるGRIN−SCH構造の量子井戸レ
ーザに適用した実施例を示す模式側断面図、同図(b)
はその活性領域近傍のエネルギーバンドダイアグラムで
あり、その対応を同一符号によって示す。
本実施例では不純物濃度が例えば2 XIO”am−”
程度のn型GaAs半導体基板1上に、分子線エピタキ
シャル成長方法により下記の半導体層を順次成長してお
り、活性層4以外の各半導体層の不純物ドーピングは通
常の3次元的なドーピングで、ドナー不純物にSi、ア
クセプタ不純物にベリリウム(Be)等を用いている。
なお、基板1側のn型閉じ込め層3にはAIの組成比X
・0.7の領域3a上に活性層4との界面に向かってX
=0.7からX=0.18までグレーディングされた領
域3bが設けられ、活性層4上のp型閉じ込め層5には
同様のグレーディング領域5bが設けられてGRIN−
3CH構造が形成されている。
6コンタクト層 GaAs     p−lXl019
5005閉じ込め層 5b     A16.rGao、3AS  p−1x
lO”   13004活性層 4c       GaAs    ノンドープ   
34b  Si−プレーンドーピング 6X10”am
−”  −4a       GaAs    ノンド
ープ   33閉じ込め層 3a     Alo、tGao、3AS  n−lX
l0”   13002バッファ層  GaAs   
 n−2X10”   3000活性層4の成長は、n
型閉じ込め層3のグレーディング領域3b上にAS% 
Gaビームによす厚す3層1mのGaAs層4aを成長
した後に、Gaビームを止めSiビームを入射して面濃
度約6 XIO”am−”のSiのアトミックプレーン
ドーピング4bを行ってSiビームを止め、再びGaA
s層4cを厚さ3amg成長している。
この様にして第1図中)に見られる如く、活性層4は閉
じ込め層3.5間に挟まれて幅(厚さ)6amの量子井
戸構造を構成し、その不純物濃度は1×10”cm−”
ニ達シテイル。
この半導体基体にZn拡散により半導体層間でA1原子
等の相互拡散を行わせて閉じ込め領域7を形成し、絶縁
膜10、p側電極11、n側電極12を配設し、襞間等
の工程を経て本実施例のレーザ素子が完成する。
以上説明した実施例と、これと同等の構造で活性層にド
ーピングを行わない比較試料とについて闇値電流を比較
測定し、本実施例では比較試料に対して約10〜20%
の電流密度の低減が確認された。
本実施例ではアトミックプレーンドーピングを1層とし
ているが、例えば1〜2nm程度の間隔で複数回のアト
ミックプレーンドーピングを行うことにより不純物濃度
を更に高めることも可能である。
以上の説明では活性領域が単一の量子井戸層で構成され
ているが、バリア層を挟んで複数の量子井戸層を設けた
多重量子井戸レーザについても本発明を適用して、同様
の効果を得ることができる。
この場合に必ずしも総ての量子井戸層にアトミックプレ
ーンドーピングを行わず、光吸収効果を考慮して一部の
量子井戸層のみにアトミックプレーンドーピングを行っ
てもよい。
また以上の説明ではにaA5/AlGaAs系半導体を
用いているが、インジウム燐/インジウムガリウム砒素
(#) (InP/ InGaAs(P))系など他の
半導体材料を用いた量子井戸半導体レーザに本発明を適
用して同様の効果を収めることができる。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明によれば、量子井戸活性層への
キャリアの注入効率が増大し、発光再結合が十分に行わ
れて、閾値電流の低減、発光効率の向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
第1図(alは本発明による量子井戸レーザの実施例を
示す模式側断面図、 第1図(b)はその活性領域近傍のエネルギーバンドダ
イアダラム、 第2図(a)は従来例を示す模式側断面図、第2図(b
)はその活性領域近傍のエネルギーバンドダイアダラム
である。 図において、 1はn型GaAs基板、 2はn型GaAsバッファ層、 3はn型AlGaAs閉じ込め層、 4はGaAs量子井戸活性層、 4a及び4CはノンドープのGaAs層、4bはStア
トミックプレーンドーピング層、5はp型AlGaAs
閉じ込め層、 6はp型GaAsコンタクト層、 7は閉じ込め領域、 10は絶縁膜、 11はp側電極、 12はn側電極を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  不純物がアトミックプレーンドーピング(4b)され
    た量子井戸層(4)を活性領域に備えてなることを特徴
    とする半導体発光装置。
JP60065636A 1985-03-29 1985-03-29 半導体発光装置 Expired - Lifetime JPH0712101B2 (ja)

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JP60065636A JPH0712101B2 (ja) 1985-03-29 1985-03-29 半導体発光装置

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JPS61224482A true JPS61224482A (ja) 1986-10-06
JPH0712101B2 JPH0712101B2 (ja) 1995-02-08

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6262578A (ja) * 1985-09-13 1987-03-19 Hitachi Ltd 半導体レ−ザ装置
JPS62249496A (ja) * 1986-04-23 1987-10-30 Hitachi Ltd 半導体レ−ザ装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5395571A (en) * 1977-02-02 1978-08-21 Hitachi Ltd Semiconductor device
JPS5735069U (ja) * 1981-07-16 1982-02-24

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