JPS6144479A

JPS6144479A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPS6144479A
Application number: JP59166129A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okuda; 奥田　寛
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1984-08-08
Filing date: 1984-08-08
Publication date: 1986-03-04

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】Ｌ１孟盈μ」ユ互本発明は、発光ダイオードなどの半導体発光素子に関す
るものである。なお、ここで、発光ダイオードは、いわ
ゆるＬＥＤだけでなく、半導体レーザ（ＬＤ）を含む概
念として使用する。

従来の技術現在、波長が１μｍ以上の長波長半導体発光素子が、光
通信用に広く使用されている。第１図は、そのような長
波長半導体発光素子の１つであるＩｎＧａＡｓ　Ｐ　／
　Ｉｎ　Ｐ発光ダイオードチップの断面構造を示すもの
である。

図示のＩｎＧａＡｓ　Ｐ　／　Ｉｎ　Ｐ発光ダイオード
は、ｎ−１ｎ　Ｐ基板１０を有し、第１図の断面図を基
準にして見れば、そのｎ−１ｎＰ基板１０の下面上に、
ｎ−１ｎＰクラッド層１２が形成され、そして、そのロ
ーＩｎＰクラッド層１２の下面上にＩｎＧａＡｓ　Ｐ活
性層１４が形成され、更に、その１ｎＧａＡｓＰ活性層
Ａｓ下面上にｐ−１ｎＰクラッド層１６が形成されてい
る。そして、そのｐ−１ｎＰクラッド層１６下面上に、
ｐ−１ｎＧａＡｓ　Ｐコンタクト層１８が形成され、そ
のｐ−１ｎＧａＡＳ　Ｐコンタクト層１８の下面上には
、開口部を有するＳ＋Ｌのような絶縁層２０が形成され
、その下には、絶縁層２０の開口部に位置してｐ−１ｎ
ＧａＡｓ　Ｐコンタクト層１８の下面に接触している突
起２２を有するＰ型側電極２４が形成されている。一方
、ｎ−１ｎＰ基板１０の上面上には、Ｐ型側電極２４の
突起２２に対応する位置に窓２６を有するＮ型側電極２
８が形成されている。

そして、Ｐ型側電極２４とＮ型側電極２８との間に電圧
を印加することにより、Ｐ型側電極２４の突起２２とＮ
型側電極２８の窓２６とによって画定される柱状体と交
叉する活性層１４の中の部分すなわち発光領域３０から
光が発せられ、その光は窓２６を介して外へ出力される
。

以上のような発光ダイオードにあって、従来、その活性
層は、不純物が全くドープされていないか、または、Ｚ
ｎＳＣｄ５ＭｇなどのＰ型不純物がドープされていた。

発明が解決しようとする問題点以上のような従来の発光ダイオードは、例えば活性層に
ＺｎをドープしたＩｎＧａＡｓ　Ｐ　／　Ｉｎ　Ｐ発光
ダイオードの光出力対電流値を示す第２図のグラフから
れかるように、光出力が、駆動電流の増加に伴い飽和す
る傾向があった。そのため、光出力対電流値の関係が非
線形となっており、駆動電流に対して光出力が歪み、ア
ナログ伝送が困難であった。

また、第２図のグラフから明らかなように、７０ｍＡを
越える高駆動電流域においては、駆動電流を変調しても
、それに見合った大きさで光出力を変調することができ
なかった。

そこで、本発明は、光出力対電流値の関係が線形であり
、高駆動電流域においても、駆動電流に見合った大きさ
で光出力を大きく変調することができる半導体発光素子
を提供せんとするものである。

問題点を解決するための手段本発明の発明者は、種々研究したところ、上記した問題
点の原因は、従来の半導体発光素子においては、不純物
が全くドープされていないか、または、ＺｎＳＣｄ５Ｍ
ｇなどのＰ型不純物がドープされていた活性層において
、非発光再結合過程であるオージェ再結合過程が駆動電
流の増加に対し顕著に増加するために、駆動電流の増大
に比例しては光出力が増大しないことにあることをつき
とめた。

そして、本発明の発明者は、そのようなオージェ再結合
過程を抑制する手段を種々研究した結果、発光領域に非
発光センターとなる材料を添加することにより、非発光
センターを介しての再結合過程がオージェ再結合過程を
抑制することを発見した。

本発明は、かかる事実に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明によるならば、半導体活性層を有する
長波長半導体発光素子において、前記半導体活性層中の
少なくとも発光領域に、非発光センターを介しての再結
合過程がオージェ再結合過程より優勢になるように、非
発光センターとなる材料が添加されていることを特徴と
する半導体発光素子が提供される。

その非発光センターとなる材料は、遷移金属材料が好ま
しく、例えば、ＦｅまたはＣｕが使用される。

そして、その遷移金属材料は、１０１６ｃ＋ｃ３以上の
濃度に活性層に添加されることが好ましい。

廊月以上のような本発明による半導体発光素子においては、
非発光センターを介しての再結合過程がオージェ再結合
過程より優勢になるように、非発光センターとなる材料
が添加されることにより、駆動電流が増大してもオージ
ェ再結合過程はさほど顕著には増大しない。一方、非発
光センターを介しての再結合過程が優勢になると、光出
力は従来の半導体発光素子に比較して低下する。しかし
、総体的には、光出力対電流値の関係は、相当高い駆動
電流値まで、直線的になる。

かくして、駆動電流に比例した光出力が得られ、駆動電
流に対して歪の少ないアナログ伝送が可能となり、また
、高駆動電流域においては、駆動電流を変調しても、そ
れに見合った大きさで光出力を大きく変調することがで
きる。

実施例以下添付図面を参照して本発明による半導体発光素子の
実施例を説明する。

実施例１本発明に従って、活性層１４にＦｅをｌＱ１６ｃｍ−３
の濃度にドープしたこと以外全く第１図に示すＩｎＧａ
Ａｓ　Ｐ／ＩｎＰ発光ダイオードと同一のＩｎＧａＡｓ
　Ｐ　／　Ｉｎ　Ｐ発光ダイオードをつくった。

この濃度にＦｅをドープしたことにより、オージェ再結
合過程に比較して、非発光センターを介しての再結合過
程が優勢になる。この非発光センターを介しての再結合
過程は、光出力の発生に寄与しないが、はぼ電流量に比
例しており、一方、非発光センターを介しての再結合過
程が発生する分だけ、オージェ再結合過程が減少するた
め、オージェ再結合過程による駆動電流に対する非線形
特性の影響が削減される。

その結果を第３図に示す。第３図のグラフかられかるよ
うに、本実施例のＩｎＧａＡｓ　Ｐ　／　Ｉｎ　Ｐ発光
ダイオードは、光出力が従来に比較して多少低下するが
、総体的には、光出力対電流値特性は、１００ｍ八前後
まで線形であった。

従、って、この発光ダイオードをアナログ電流信号で駆
動することにより、歪の少ないアナログ光伝送をするこ
とができる。

また、高電流域において光出力が飽和せず、光出力対電
流値特性が、１００ｍＡ前後まで線形であるので、第３
図のグラフに示すように、従来の発光ダイオードに比較
して高電流域における変調電流でも、光出力を大きく変
調することができる。

なお、活性層にドープするＦｅの量を多くしたところ、
光出力対電流値特性はほぼ線形であったが、ドープ量の
増加に伴い光出力が徐々に低下した。

更に、活性層１４にＦｅを１０１６ｃｍ−３以上の濃度
にドープした結果、発光ダイオードの逆耐圧特性が向上
した。その結果を第４図のグラフに示す。第４図におい
て、点線は、活性層にＺｎがドープされた従来の発光ダ
イオードの特性を示し、実線は、本実施例の特性を示す
。

第４図から、本発明による発光ダイオードが、従来の発
光ダイオードに比較して、著しく逆耐圧特性が同上して
いることがわかろう。

その理由は次の如くと考えられる。すなわち、従来の発
光ダイオードの活性層は、全く不純物がドープされてい
ないか、または、Ｐ型不純物、例えばＺｎ、　Ｃｄ、　
Ｍｇなどがドープされているため、活性層内のキャリア
が多く、逆耐圧が１ｖ以下であった。しかし、本実施例
のように、活性層にＦｅをドープした場合、Ｆｅは遷移
金属のため、アクセプタとしてもドナーとしても機能せ
ず、活性層を更にＰ＋またはＮ＋にはせず、その結果、
逆耐圧は数ｖ以上となる。

実施例２本発明に従って、活性層１４にＣｕを１０１６ｃｍ−３
の濃度にドープしたこと以外全く第１図に示す１ｎＧａ
Ａｓ　Ｐ／ＩｎＰ発光ダイオードと同一のＩｎＧａＡｓ
　Ｐ　／　Ｉｎ　Ｐ発光ダイオードをつくった。

この場合も、実施例１とほぼ同様な、光出力対電流値特
性並びに逆耐圧特性が得られた。

また、活性層にドープするＣｕＯ量を多くしたところ、
この実施例の場合も、光出力対電流値特性はほぼ線形で
あったが、ドープ量の増加に伴い光出力が徐々に低下し
た。

実施例３〜１０ＧａＡＩＩｎＡｓ系、Ｉｎ　ＰＡｓＳｂ系、ＧａＡ１１
ｎＳｂ系、またはＧａＡｓＩｎＳｂ系の発光ダイオード
の活性層に、本発明に従って、ＦｅおよびＣｕをそれぞ
れ１０１６　ｃｍ−１１以上の濃度にドープした発光ダ
イオードをつくった。

この場合も、線形特性を示す範囲に多少の相違があった
が、実施例１とほぼ同様な、光出力対電流値特性が得ら
れた。また、逆耐圧特性も、それぞれの従来の発光ダイ
オードに比較して向上した。

以上、本発明の詳細な説明したが、本発明による半導体
発光素子は、上記した発光ダイオードに限らず、ＩｎＧ
ａＳｂ　Ｐ系、ＧａＡｓＡｌＳｂ系の発光ダイオードな
どにも適用できることは明らかであろう。

更に、活性層に添加するドープ材料は、活性層のＰ形ま
たはＮ形を更に強めてＰゝまたはＮ１にすることなく、
非発光センターを介しての再結合過程をもたらすことが
できるならば、ＦｅまたはＣｕ以外の遷移金属材料やほ
かの材料を使用しても、同様の効果が期待される。

また、上記実施例では、活性層全体にＦｅまたはＣｕの
遷移金属材料をドープしたが、その添加材料が効果を発
揮するのは、活性層の中の発光領域である。従って、上
記したドープ材料を活性層全体に添加する必要はなく、
活性層の中の発光領域のみに添加するようにしてもよい
。

発明の効果以上述べたように、本発明によるならば、半導体発光素
子は、従来の半導体発光素子に比較して、高電流値まで
光出力対電流値特性が線形に維持でき、駆動電流に対し
て光出力が歪むことなく、アナログ光伝送ができる。

また、高駆動電流域においては、駆動電流を変調しても
、それに見合った大きな変調光出力が得られる。

更に、従来の半導体発光素子に比較して、大きな逆耐圧
が得れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、１ｎＧａ八ｓＰへＩｎＰ発光ダイオードチッ
プの断面構造を示すものである。第２図は、従来のＩｎＧａＡｓ　Ｐ　／　Ｉｎ　Ｐ発光
ダイオードの光出力対電流値特性を示すグラフである。第３図は、本発明によるＩｎＧａＡｓ　Ｐ　／　Ｉｎ　
Ｐ発光ダイオードの光出力対電流値特性を示すグラフで
ある。第４図は、本発明によるＩｎＧａＡｓ　Ｐ　／　Ｉｎ　
Ｐ発光ダイオードの電流−電圧特性を示すグラフである
。〔主な参照番号〕

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体活性層を有する長波長半導体発光素子にし
て、前記半導体活性層中の少なくとも発光領域に、非発
光センターを介しての再結合過程がオージェ再結合過程
より優勢になるように、非発光センターとなる材料が添
加されていることを特徴とする半導体発光素子。
（２）非発光センターとなる前記材料は、遷移金属材料
であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
の半導体発光素子。
（３）前記遷移金属材料は、ＦｅまたはＣｕであること
を特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の半導体発
光素子。
（４）前記遷移金属材料は、１０＾１＾６ｃｍ＾−＾３
以上の濃度に前記活性層に添加されていることを特徴と
する特許請求の範囲第（３）項記載の半導体発光素子。
（５）半導体発光素子は、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＧａＡｌ
ＩｎＡｓ系、ＩｎＰＡｓＳｂ系、ＧａＡｌＩｎＳｂ系、
またはＧａＡｓＩｎＳｂ系の発光ダイオードであること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項から第４項まで
のいずれかに記載の半導体発光素子。