JPS6251283A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPS6251283A JPS6251283A JP60191720A JP19172085A JPS6251283A JP S6251283 A JPS6251283 A JP S6251283A JP 60191720 A JP60191720 A JP 60191720A JP 19172085 A JP19172085 A JP 19172085A JP S6251283 A JPS6251283 A JP S6251283A
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- Japan
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- layer
- semiconductor
- light emitting
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-
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- 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、特に半導体レーザーに関わ
る。
る。
本発明は、活性層に光及びキャリアの閉じ込めを行うク
ラッド層を、特定した超格子構造としてその伝導異方性
によって電流通路の狭窄効果を奏せしめる。
ラッド層を、特定した超格子構造としてその伝導異方性
によって電流通路の狭窄効果を奏せしめる。
化合物半導体レーザーの基本的構造は、基板上に第１の
クラッド層、活性層、第２のクラッド層、キャップ層が
順盗エピタキシャル成長されて成る。
クラッド層、活性層、第２のクラッド層、キャップ層が
順盗エピタキシャル成長されて成る。
第１及び第２のクラッド層は活性層に比し、エネルギー
バンドギャップが大で、屈折率が小なる半導体層によっ
て構成して活性層に光及びキャリアの閉じ込めを行うも
のであるが、更にキャップ層上と基板の裏面とに設けら
れな対の電極間の電流の通路を狭窄して活性層に注入す
る電流を集中させるための電流狭窄手段が設けられる。
バンドギャップが大で、屈折率が小なる半導体層によっ
て構成して活性層に光及びキャリアの閉じ込めを行うも
のであるが、更にキャップ層上と基板の裏面とに設けら
れな対の電極間の電流の通路を狭窄して活性層に注入す
る電流を集中させるための電流狭窄手段が設けられる。
この電流狭窄手段としては、電流集中を行わしめるスト
ライプ状の中央部を残し、その両側に、キャップ層側か
ら第２のクラッド層に至る深さに、或いは第２のクラッ
ド層中に埋込まれるように、例えば選択的イオン注入或
いはメサエッチングとエピタキシーとの組合せ作業によ
って高抵抗領域若しくはこの第２のクラッド層とは異る
導電型の電流阻止領域を設ける方法がとられる。しかし
ながら、このような電流狭窄手段を特別に設けることは
その製造工程が著しく繁雑となると共に目的とする特性
のものを均一に、しかも歩留り良く得ることが離しいな
どの問題がある。
ライプ状の中央部を残し、その両側に、キャップ層側か
ら第２のクラッド層に至る深さに、或いは第２のクラッ
ド層中に埋込まれるように、例えば選択的イオン注入或
いはメサエッチングとエピタキシーとの組合せ作業によ
って高抵抗領域若しくはこの第２のクラッド層とは異る
導電型の電流阻止領域を設ける方法がとられる。しかし
ながら、このような電流狭窄手段を特別に設けることは
その製造工程が著しく繁雑となると共に目的とする特性
のものを均一に、しかも歩留り良く得ることが離しいな
どの問題がある。
一方、本出願人は、８原子層以下の極薄の互いに異る複
数種の半導体構成物質層が交互にエピタキシャル成長さ
れて成る超格子構造の半導体層が、その極薄の半導体物
質層を横切る方向に関して高い電子移動度を示し得るこ
とを見出した。この現象に基いてなされた半導体装置に
ついては、特願昭６０−５２９７３号の出願において提
案したところである。
数種の半導体構成物質層が交互にエピタキシャル成長さ
れて成る超格子構造の半導体層が、その極薄の半導体物
質層を横切る方向に関して高い電子移動度を示し得るこ
とを見出した。この現象に基いてなされた半導体装置に
ついては、特願昭６０−５２９７３号の出願において提
案したところである。
本発明は上述したような電流狭窄領域などの特別の手段
を設けることなく電流通路を規定することができ、高い
効率の半導体レーザー、すなわち半導体発光装置を提供
するものである。
を設けることなく電流通路を規定することができ、高い
効率の半導体レーザー、すなわち半導体発光装置を提供
するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、第１図に示すように１の導電型例え
ばｎ型の化合物半導体基板（１）の１主面に図示しない
が必要に応じてバッファ層を形成し、これの上に基板（
］）と、同導電型の第１のクラッド層（２）、活性層（
３）、他の導電型の第２のクラッドＮ（４）、これと同
導電型のキャップ層（５）とが順次ＭＯＣＶｒｌ（Ｍｅ
ｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖｅｐ
ｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 、。
ばｎ型の化合物半導体基板（１）の１主面に図示しない
が必要に応じてバッファ層を形成し、これの上に基板（
］）と、同導電型の第１のクラッド層（２）、活性層（
３）、他の導電型の第２のクラッドＮ（４）、これと同
導電型のキャップ層（５）とが順次ＭＯＣＶｒｌ（Ｍｅ
ｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖｅｐ
ｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） 、。
或いはＭＢＥ （Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｉｌｅａｍ
Ｈｐｉｔａｘｙ）による連続的エピタキシーによって
形成する。
Ｈｐｉｔａｘｙ）による連続的エピタキシーによって
形成する。
そして、キャップＮ（５）上に、絶縁層（６）を形成し
、この絶縁層（６）に穿設したストライプ状の窓（６ａ
）を通じて一方の電極（７）をキャップ層（５）に、窓
（６ａ）の内形状に応じたストライプ状に局部的にオー
ミックに被着する。（８）は基板（］）の他の面に形成
された他方の電極を示す。
、この絶縁層（６）に穿設したストライプ状の窓（６ａ
）を通じて一方の電極（７）をキャップ層（５）に、窓
（６ａ）の内形状に応じたストライプ状に局部的にオー
ミックに被着する。（８）は基板（］）の他の面に形成
された他方の電極を示す。
本発明においては、特に第１及び第２のクラッドＮ（２
）、 ｆ４を及びギャップ（５）を、第２図に示すよう
に、夫々異る複数種の半導体構成物質より成り夫々分数
を含む８原子層以下の極薄の半導体物質層Ｌ１．Ｌ２
、Ｌ３ ・・・が交互に繰返し重ねられた複数の周期
数Ｍをもって形成する。すなわち、各層Ｌｔ 、 Ｌ２
、 Ｌ３ ・・・によるヘテロ接合面が活性層（
３）のほぼ面方向に沿うようにする。各層ＬＸ、Ｌ２．
Ｌ３ ・・・は、単体物質、或いは２元または３元混
晶の低元素数混晶によって構成し得る。
）、 ｆ４を及びギャップ（５）を、第２図に示すよう
に、夫々異る複数種の半導体構成物質より成り夫々分数
を含む８原子層以下の極薄の半導体物質層Ｌ１．Ｌ２
、Ｌ３ ・・・が交互に繰返し重ねられた複数の周期
数Ｍをもって形成する。すなわち、各層Ｌｔ 、 Ｌ２
、 Ｌ３ ・・・によるヘテロ接合面が活性層（
３）のほぼ面方向に沿うようにする。各層ＬＸ、Ｌ２．
Ｌ３ ・・・は、単体物質、或いは２元または３元混
晶の低元素数混晶によって構成し得る。
上述した構成によれば、クラッド層（２）及び（４）を
８原子以下の各半導体物質層Ｌ１＋’ Ｌ２ 、Ｌ３
・・・より成る極薄超格子構造としたことによって両電
極（７）及び（８）の、絶縁層（６）の窓（６ａ）を通
じて対向する部分にのみ主として電流の通路を形成する
ことができる。これは、極薄超格子構造の単導体層にお
ける伝導異方性による。すなわち、この極薄超格子構造
の半導体層の面方向、すなわちヘテロ接合面に平行な方
向に関するキャリアの移動度は、各半導体物質ｍＬ１．
Ｌ２ 、Ｌ３ ・・・の厚さが電子のドブロイ波長に比
して充分小さいので半導体物質層Ｌ１ 、Ｔ−２，Ｌ３
・・・全体の組成による混晶における移動度となり、
特にこれが多元になるにつれ、そのディスオーダリング
散乱による移動度の低下によって低い移動度を示す。
８原子以下の各半導体物質層Ｌ１＋’ Ｌ２ 、Ｌ３
・・・より成る極薄超格子構造としたことによって両電
極（７）及び（８）の、絶縁層（６）の窓（６ａ）を通
じて対向する部分にのみ主として電流の通路を形成する
ことができる。これは、極薄超格子構造の単導体層にお
ける伝導異方性による。すなわち、この極薄超格子構造
の半導体層の面方向、すなわちヘテロ接合面に平行な方
向に関するキャリアの移動度は、各半導体物質ｍＬ１．
Ｌ２ 、Ｌ３ ・・・の厚さが電子のドブロイ波長に比
して充分小さいので半導体物質層Ｌ１ 、Ｔ−２，Ｌ３
・・・全体の組成による混晶における移動度となり、
特にこれが多元になるにつれ、そのディスオーダリング
散乱による移動度の低下によって低い移動度を示す。
これに比し、ヘテロ接合面を横切る方向に関しては、先
記特願昭６０−５２９７３号において説明しているよう
に各半導体物質ＩＬｔ 、Ｌ２ 、Ｌ３ ・・・に電
子の非局在、ＬＯフォノンの局在により電子がＬＯフォ
ノンと散乱し合わないことによって高い移動度を示す。
記特願昭６０−５２９７３号において説明しているよう
に各半導体物質ＩＬｔ 、Ｌ２ 、Ｌ３ ・・・に電
子の非局在、ＬＯフォノンの局在により電子がＬＯフォ
ノンと散乱し合わないことによって高い移動度を示す。
したがってキャップ層（５）に対する電極（７）の直接
的被着部の直下においてのみ、電流の通路を制限的に形
成し得る。つまり、超格子構造の半導体層におけるその
極薄半導体構成物質層Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３ ・・・の面
に沿う方向（以下横方向という）の電子移動度をμｍと
し、これと直交する方向（以下縦方向という）の電子移
動度をμＶとすると、μＨ（μＶとなる。一方、電流Ｉ
は、 Ｉ＝ｅρＶ ； ｅρμＥ ・・・・・（１）（ρはキャ
リアすなわち電子の密度、■はキャリア速度、μは移動
度、Ｅは電場）で与えられるので、横方向の電流をＩＮ
とし、縦方向の電流をＴＶとすると、 ＴＨ＜Ｉｖ ・・・・・（２）となり、
結果的に横方向への電流の広がりが抑制され電流通路は
電極（７）のキャップＮ（５）への直接的被着部の直下
、すなわち両電極（７）及び（８）の対向部間に電流通
路が限定されて電流の狭窄効果が得られる。
的被着部の直下においてのみ、電流の通路を制限的に形
成し得る。つまり、超格子構造の半導体層におけるその
極薄半導体構成物質層Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３ ・・・の面
に沿う方向（以下横方向という）の電子移動度をμｍと
し、これと直交する方向（以下縦方向という）の電子移
動度をμＶとすると、μＨ（μＶとなる。一方、電流Ｉ
は、 Ｉ＝ｅρＶ ； ｅρμＥ ・・・・・（１）（ρはキャ
リアすなわち電子の密度、■はキャリア速度、μは移動
度、Ｅは電場）で与えられるので、横方向の電流をＩＮ
とし、縦方向の電流をＴＶとすると、 ＴＨ＜Ｉｖ ・・・・・（２）となり、
結果的に横方向への電流の広がりが抑制され電流通路は
電極（７）のキャップＮ（５）への直接的被着部の直下
、すなわち両電極（７）及び（８）の対向部間に電流通
路が限定されて電流の狭窄効果が得られる。
第１図で説明した構成において、第１及び第２クラッド
層（２）及び（４）を夫々ｎ型及びｐ型の不純物がドー
プされたＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層による（＾ＩＡｓ）ｎ
（ＧａＡｓ）１ｙ１より成り各層を１〜６原子層すな
わちｎ、ｍを共に１〜６とした極薄半導体構成物質層よ
り成る超格子構造とした。
層（２）及び（４）を夫々ｎ型及びｐ型の不純物がドー
プされたＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層による（＾ＩＡｓ）ｎ
（ＧａＡｓ）１ｙ１より成り各層を１〜６原子層すな
わちｎ、ｍを共に１〜６とした極薄半導体構成物質層よ
り成る超格子構造とした。
上述した例では、活性層（３）を挟んで配置された第１
及び第２のクラッド層（２）及び（４）の双方を超格子
構造とした場合であるが、キャップ層（５）側の第２の
クラッド層（４）のみを上述した超格子構造とする場合
においても、この層（４）において横方向の電流の広が
りが抑制されるので電流狭窄効果を奏せしめ得る。
及び第２のクラッド層（２）及び（４）の双方を超格子
構造とした場合であるが、キャップ層（５）側の第２の
クラッド層（４）のみを上述した超格子構造とする場合
においても、この層（４）において横方向の電流の広が
りが抑制されるので電流狭窄効果を奏せしめ得る。
上述したように本発明においては、少くとも一方のり３
７１層に、特゛に８原子以下の極薄半導体構成物質層の
積層による超格子構造による半導体層を用いるものであ
るが、今、（八ＩＡｓ）ｎ （ＧａＡｓ）ｍ構造の半導
体層についてｎ＝ｍとしてこれを変えた場合のエネルギ
ーギャップを測定した結果を第３図に示す。同図におい
て黒丸印は測定値をプロットしたものである。同図中、
破線曲線はクローニッヒ・ベニ−（Ｋｒｏｎｉｇ−Ｐｅ
ｎｎｅｙ ）の理論に基く計算によって得たエネルギー
ギャップを示したもので、この破線曲線と比較して明ら
かなように、ｎ＝ｍく８でクローニッヒ・ベニ−のモデ
ルと一致せず小さいバンドギャップとなっている。つま
り８原子層以下、特に１〜３原子層の所では電子（電荷
粒子）は局在しないで積層方向（縦方向）に伝導できる
ことが分る。
７１層に、特゛に８原子以下の極薄半導体構成物質層の
積層による超格子構造による半導体層を用いるものであ
るが、今、（八ＩＡｓ）ｎ （ＧａＡｓ）ｍ構造の半導
体層についてｎ＝ｍとしてこれを変えた場合のエネルギ
ーギャップを測定した結果を第３図に示す。同図におい
て黒丸印は測定値をプロットしたものである。同図中、
破線曲線はクローニッヒ・ベニ−（Ｋｒｏｎｉｇ−Ｐｅ
ｎｎｅｙ ）の理論に基く計算によって得たエネルギー
ギャップを示したもので、この破線曲線と比較して明ら
かなように、ｎ＝ｍく８でクローニッヒ・ベニ−のモデ
ルと一致せず小さいバンドギャップとなっている。つま
り８原子層以下、特に１〜３原子層の所では電子（電荷
粒子）は局在しないで積層方向（縦方向）に伝導できる
ことが分る。
上述したように本発明においては、少（とも一方のクラ
ッド層を８原子層以下の極薄の半導体構成物質層による
超格子構造として横方向に比し高い縦方向の移動度によ
り電流通路の制限を行うものであり、この超格子構造は
ＭＯＣＶＤ 、 Ｍ Ｂ Ｅによって、層（２）〜（５
）に関して一連の作業で形成できるので従来のように電
流狭窄手段を特別に設ける必要がなくなる。これによっ
て繁雑な製造工程を経る必要がなく、また歩留りの向上
がばかられる。
ッド層を８原子層以下の極薄の半導体構成物質層による
超格子構造として横方向に比し高い縦方向の移動度によ
り電流通路の制限を行うものであり、この超格子構造は
ＭＯＣＶＤ 、 Ｍ Ｂ Ｅによって、層（２）〜（５
）に関して一連の作業で形成できるので従来のように電
流狭窄手段を特別に設ける必要がなくなる。これによっ
て繁雑な製造工程を経る必要がなく、また歩留りの向上
がばかられる。
また上述したように本発明においては、クラッド層を超
格子構造としたのみで電極被着面積下にのみ電流通路を
制限するので電極被着面積の選定によって面発光レーザ
ーを得ることもできる。
格子構造としたのみで電極被着面積下にのみ電流通路を
制限するので電極被着面積の選定によって面発光レーザ
ーを得ることもできる。
また、本発明によれば、超格子構造としたことにより、
発光部からの発熱を有効に放散できレーザー発振の安定
化、長寿命化がはかられる。すなわち超格子構造におい
ては熱伝導に影響するＬＡ（Ｌｏｎｇ’ｉ ｔｕｄｉｎ
ａｌ Ａｃａｕｓｔｉｃ ）フォノンの縦方向の伝搬
が”良好に行ねれることによって良好な熱伝導が得られ
ることから特に活性層に接するクラッド層がこの良熱伝
導性め超格子構造によることから動作部の熱を効率良く
放散できる。
発光部からの発熱を有効に放散できレーザー発振の安定
化、長寿命化がはかられる。すなわち超格子構造におい
ては熱伝導に影響するＬＡ（Ｌｏｎｇ’ｉ ｔｕｄｉｎ
ａｌ Ａｃａｕｓｔｉｃ ）フォノンの縦方向の伝搬
が”良好に行ねれることによって良好な熱伝導が得られ
ることから特に活性層に接するクラッド層がこの良熱伝
導性め超格子構造によることから動作部の熱を効率良く
放散できる。
第１図は本発明による半導体発光装置の一例の路線的拡
大断面図、第２図はその超格子構造の半導体層の説明図
、第３図は超格子構造の半導体構成物質層の厚さとエネ
ルギーギャップとの関係の測定値を示す図である。 （１）は基板、（２）及び（４）は第１及び第２のクラ
ッド層、（３）は活性層、（５）はキャンプ層、（７）
及び（８）は電極である。 牛導体４Ｆ−尤装置の浮斥面謹 第１図 Σ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝）っ
第門口期μ１ ｉ ７う、７ド眉
１−、ヨ。。。 ２（４）、” ハ（・ｍ） 第３図 第２図
大断面図、第２図はその超格子構造の半導体層の説明図
、第３図は超格子構造の半導体構成物質層の厚さとエネ
ルギーギャップとの関係の測定値を示す図である。 （１）は基板、（２）及び（４）は第１及び第２のクラ
ッド層、（３）は活性層、（５）はキャンプ層、（７）
及び（８）は電極である。 牛導体４Ｆ−尤装置の浮斥面謹 第１図 Σ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝）っ
第門口期μ１ ｉ ７う、７ド眉
１−、ヨ。。。 ２（４）、” ハ（・ｍ） 第３図 第２図
Claims (1)
- 活性層を挟んでこれに隣接するクラッド層を、夫々８原
子層以下の異る複数種の半導体構成物質層が交互にエピ
タキシャル成長された超格子構造の半導体層によって構
成し、該超格子構造の伝導異方性と発光動作領域に対応
して局部的に設けられた電極との共働によって上記発光
動作領域に電流狭窄効果を得るようにしたことを特徴と
する半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19172085A JP2593845B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19172085A JP2593845B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6251283A true JPS6251283A (ja) | 1987-03-05 |
| JP2593845B2 JP2593845B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=16279355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19172085A Expired - Lifetime JP2593845B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2593845B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02125670A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-14 | Nec Corp | 発光素子 |
| US5073893A (en) * | 1989-06-29 | 1991-12-17 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor structure and semiconductor laser device |
| US5088099A (en) * | 1990-12-20 | 1992-02-11 | At&T Bell Laboratories | Apparatus comprising a laser adapted for emission of single mode radiation having low transverse divergence |
| US5132750A (en) * | 1989-11-22 | 1992-07-21 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Light-emitting diode having light reflecting layer |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60130878A (ja) * | 1983-12-19 | 1985-07-12 | Nec Corp | 超格子半導体レ−ザ |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP19172085A patent/JP2593845B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60130878A (ja) * | 1983-12-19 | 1985-07-12 | Nec Corp | 超格子半導体レ−ザ |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2593845B2 (ja) | 1997-03-26 |
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