JPS6252984A - 自己整合電流狭窄型半導体発光素子 - Google Patents

自己整合電流狭窄型半導体発光素子

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JPS6252984A
JPS6252984A JP60192013A JP19201385A JPS6252984A JP S6252984 A JPS6252984 A JP S6252984A JP 60192013 A JP60192013 A JP 60192013A JP 19201385 A JP19201385 A JP 19201385A JP S6252984 A JPS6252984 A JP S6252984A
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JP
Japan
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type
light emitting
cladding layer
layer
width
Prior art date
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Pending
Application number
JP60192013A
Other languages
English (en)
Inventor
Motoyuki Yamamoto
山本 基幸
Yasuhiko Tsuburai
粒来 保彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、内部電流狭窄ダブルヘテロ型半導体発光素子
に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
半導体発光素子は光通信光源として、又コンパクトディ
スク等高密度情報処理装置用光源として注目されている
。ところでこれらの目的に供する発光素子としては発光
ダイオードとレーザダイオードがある。いずれのダイオ
ードも駆動電流の低減化と発光した光を収束するために
、電流狭帯構造を採用している。第3因vcit流狭櫂
型レーザを示し従来技術の問題点を指摘する。
第3図で、31.39はn形及びp形オーミック電極、
32はキャリア濃度n=2X10  口 のn形GaA
s、33はn=lX1OC1n  のn形GaossA
A!oAsA8光閉じ込め層(クラッド層)、34はア
ンドープGaAs活性層、35はp=2XlOCrrL
 のp形GaopsAloA5ABクラッド層36はn
=5X10  (m  のn形GaAa [流狭々層、
37はp=2X1018cm−3のp形Gao、5sA
A!oAsAsクラッド層、38はp=sxio  c
’mのp形GaAsオーミック層である。この型のレー
ザを裏作するためには次のようにする。即ち、まず最初
ICn形GaAs基板32上に33〜36の各層をMO
CVD (有機金属気相成長)法により連続成長する。
その後、この基板上にホトリックラフ技術によりホトレ
ジストをストライプ状に現像する。選択性の強いエツチ
ング液により電流狭91’!36とp形りラッグ層37
の途中までエツチング処理する。その後再度(4)圃装
置でp形りラッド層37及びp形オーミック層38を順
次成長する。n、p形オーミック電極31.39を蒸着
し、熱処理を行なうことにより内部電流狭ダ凰レーザが
製作される。
この構造のレーザの製作上の問題点をしては、まずrs
 tにレーザの横モードを単一化するためにストライプ
幅をその底面で約1〜1.5μmとする必要がある。し
かし現在のホトリソグラフ技術と湿式エツチング技術で
は再現性は乏しい。又次に菫rD装置で再度37.38
を成長する際にp形りラッド層35のドーパントである
亜鉛の蒸気圧が高いため、クラッド層35より結晶外へ
蒸着し、キャリア濃度が低下し高抵抗化する弊害がある
またp形GaAA!Asクラッド層35のAlAs組成
が高いため、そのストライプ加工した表面が容易に酸化
し、多数の界面単位を生成させレーザ特性を劣化させる
等の問題点があった。これは従来のMOCvD装置で作
成する内部電流狭窄型発光素子共通の課題題でめった。
〔発明の目的〕
本発明は上述した発光素子の特性向上と量産性向上を計
る目的でなされたものである。
〔発明の概要〕
本発明の半導体レーザはGaAs基板上に凹部を設けた
該基板上に連続的にn形りラッド層、活性層、p形りラ
ッド層及びオーミック層を成長する。この時凹部をスト
ライプ状にエツチングするが、ストライプ幅の精度を特
に注意することはいらない。
単一な横モードにするには、あらかじめストライプ幅と
その深場を測定しておき、n形りラッド層の成長厚みで
単−横モードが成立つように制御する。MOCVD法に
よる成長厚みの制御性は士≦loXであるので充分可能
である。
次に活性層を成長させるが活性層の位置は凹部の中にあ
るようにする。そうすると次にp −GaA1!Asク
ラッド層を成長するとp−クラッド層中の亜鉛は四面よ
りも凹部の側面の(111)面の方向への拡散速度が速
いためpn接合位置はaCIJ面ではp−クラッド層と
活性層の界面にあり、(111)面では基板側のn−ク
ラッド内に生成される。このp−クラッド層内にn−ク
ラッド層と同じ組成でキャリア一度も同じ層を少なくと
も一層以上成長させる。
そうするとa〜面上のn −GaAlAsクラッドはp
形に反転しないが、凹部のn −GaAlAsクラッド
はp転する。この現象によって凹部以外は複数のp/n
接合が出来、凹部はただ1ケのp / n接合が出来る
ことにより電圧を印加すると凹部にのみ電流が集中する
ことになり横モードが制御される。
又ただ一度の成長で全ての層を結晶成長するため発光特
性に影響を与える結晶欠陥や、深い界面準位が生成され
ないため高効率の半導体発光素子が製作出来た。
〔発明の効果〕
以上詳述したように発光領域を精密に制御出来ることに
より横モード単一な発光素子が量産性良く製作出来た。
又従来オに造の発光素子と比較して高効率な素子が製作
出来た。
〔発明の実施例〕 本発明の一実施例を第1図及び第2図に示す。
この図に基づき説明する。n形GaAa (キャリア濃
度n==2X1018cIIL−3,St )’−7’
 ) M板12 ヲホ) !jゾグラフィによりホトレ
ジストの1部を幅2μmで除去する。このストライプの
方向は<011>とする。
選択性の強いエツチング液として、リン酸(20Vol
 To ) %過酸化水素水(20Vol%)、メチル
アルコール(60Vol%)の混合液を使用してGaA
s基板12をエツチングすると、第1図のストライプ1
9が作成出来る。この時、ストライプの底面及び斜面の
面方位はα(至)、 (111)面となる。このストラ
イプの深さを1ttrnとした。ストライプ幅は3.5
μmとなった。この基板上に有機金属熱分解法によりG
aAs、Gao、5Alo4As結晶を成長させた。結
晶成長条件は成長温度775’C,V/rI比(水素化
アルミン/トリメチルガリウム+トリメチルアルミニウ
ム)〜20、成長速度= 0.2〜0.311m/mi
 n、全水素ガス流量=101/minである。
n −Ga□、6AlO,4As (Se ドープn=
lX10  cm  )クラッド層13を1.5 μm
 、 n −Gao、5sAloo5As (アンドー
プy1−IQcm)活性層14を0.2μm 、 p 
−GaO,6Al+)、4As (Znドープ# P 
= I X I Q]8Crn−3クラツト@15を0
.4 am 、 n−Gao6Alo、4As (Se
ドープn=lXl0  cm  )クラッド層16を0
.6 μm + p−Gao、osAlo4As(Zn
ドーグp=4X10  cm  )クラッド1117を
0.5 μm 、 p−GaAs(Znドープp = 
5 x 1018cIn−3)オーミック層を4μm成
長した。第1図はこれら成長層断面の模式1′4である
。第2図でpn接合の位置を23で示す。図から判るよ
うにA部分ではp/n接合が2個生成し、B部分では1
個である。
この成因は0ω面よりも(111)面でのZnの拡散が
速く、且つSeの取込まれ率が低いことによる。電極2
2及び21にそれぞれ正、負電圧を?JOえるとA部分
の方がしきい値電圧が低いため、主に電流はB部分(溝
部の0IXI面>vC集中して流れる°。その結果、発
光もB部分のみ発光する。溝の斜面(111)面では基
板側のp−Gao、aAeo、4Asの中VCpH接合
が出来るが、B部分に比べて接合電位差が大きいため無
視出来る位しか電流は流れなかった。
この結果をへき開により共撮器を作成し、半導体レーザ
を作成した。その結果、発撮しきい値電流はlOmAと
活性層埋め込みレーザと同等の値が得られた。又外部微
分1子効率も40係(片面)と良好であった。寿命も5
0°C,gmWでの試験の結県1006時間での劣化率
は5%以下と充分実用1て耐え得ることが判った。
この構造の横モード制御は発光領域の幅dによって制御
出来るが、幅dは基板のストライプ底部の幅Wと基板側
n −Ga o、5A10.4A8クラッド層13 の
厚みl′及び角度θによって決まる。角度θは経験的に
ストライプ幅によらず一定でθ=470である。
発光領域の幅dはd=W−21Aan47°の関係があ
る。
あらかじめストライプ底部の幅Wを測定しておけど、単
−横モード発振のレーザはクラッド層13の成長厚みl
によって制御出来る。有機金属熱分解結晶成長方法では
膜厚の制御はく±IOAであるので、充分再現性良く製
作出来た。又活性領域を量子井戸型としポテンシャル井
戸のGaAsを10OAを3層積層させた結果発振波長
は780nmであり1発振しきい値電流は5mAであっ
た。これは斜面ではZnがクラッド層13の中まで拡散
されたことにより超格子構造が破壊された( AlがG
ILo、6AlO,4As 、1中からGaAs層へ拡
散する)ことにより、AlAs組成がB部分より27チ
高くなり、光の閉じ込めが強くなった結果である。
〔発明の他の実施例〕
本発明はGa O,95Alo、o sAs 、Ga 
o、aA/ 0.4A8ダブルヘテロ接合発光素子につ
いて説明したが、これらの結晶のAlAsの組成は適宜
デバイス目的によって変更出来ることは勿論であるし、
又■−v族結晶1般についても適用出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の詳細な説明するための構成
断面1s?I、g3図は従来例を説明するための図であ
る。 12 ・−n−GaAs基板(キャリアit、n=2X
1018cm  3i  ドープ) 13− n −Ga O,Q 6Alo4As (Se
  ドーグ、n=1×1017Crn−3)クラッド層 14−・−n−Gao9sAlo、osAs(アンドー
プ、 n:lX10”閏 )活性層又はn−GaAs基
板−Ga□、6Alo、4As 超格子活性層 15−・・p−Gao、5Alo4As (Znドープ
、 p:lX10’8cm−3)クラッド層 16− n−Gao、5Alo、4As (Se ドー
プ、 n= I X 1017z−3)クラッド層 17− p−Gao、5Alo、+As(Znドープ、
 p=4x1018cm−3)クラッド層 18 ・・・p−GaAs (Znドープp=5x I
 Q18c+n−3)オーミック層 19・・・ストライプ 21・・・n側電極 22・・
・p@電極23・・・p / n接合 (外 ℃

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一部に凹部を設けたIII−V族半導体基板上に光
    閉じ込め層、発光層を有するダブルヘテロ構造を成長さ
    せ、続いて互いに異なる導電型の光閉じ込め層を少なく
    とも一層以上繰返し連続成長させることにより凹部分の
    みが単一のpn接合を有するようにし、且つ発光領域が
    凹部内にあることを特徴とする自己整合電流狭窄型半導
    体発光素子。
  2. (2)発光領域を量子井戸型にしたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の自己整合電流狭窄型半導体発
    光素子。
  3. (3)半導体基板の面方位が(100)面で凹部側面が
    (1@1@@1@)面にしてなることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の自己整合電流狭窄型半導体発光
    素子。
JP60192013A 1985-09-02 1985-09-02 自己整合電流狭窄型半導体発光素子 Pending JPS6252984A (ja)

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JP60192013A JPS6252984A (ja) 1985-09-02 1985-09-02 自己整合電流狭窄型半導体発光素子

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JPS6252984A true JPS6252984A (ja) 1987-03-07

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ID=16284150

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JP60192013A Pending JPS6252984A (ja) 1985-09-02 1985-09-02 自己整合電流狭窄型半導体発光素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6448486A (en) * 1987-08-19 1989-02-22 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device
US5010556A (en) * 1986-05-14 1991-04-23 Omron Tateisi Electronics Co. A stripe-shaped heterojunction laser with unique current confinement
US5289483A (en) * 1991-05-16 1994-02-22 U.S. Philips Corp. Semiconductor device having a mesa and method of manufacturing same

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JPS6448486A (en) * 1987-08-19 1989-02-22 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor laser device
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