JPS6284584A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JPS6284584A JPS6284584A JP22548685A JP22548685A JPS6284584A JP S6284584 A JPS6284584 A JP S6284584A JP 22548685 A JP22548685 A JP 22548685A JP 22548685 A JP22548685 A JP 22548685A JP S6284584 A JPS6284584 A JP S6284584A
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- Japan
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- inp
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- buried
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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】
［４既要コ
埋め込み型半導体発光素子において、Ｆｅを添加した高
抵抗のＩｎＧａＡｓ、 ＩｎＧａＡｓ Ｐ 、 Ｉｎ
Ｐからなる３層を順に積層した埋め込み層を設けること
で、高効率の半導体発光素子を得る。
抵抗のＩｎＧａＡｓ、 ＩｎＧａＡｓ Ｐ 、 Ｉｎ
Ｐからなる３層を順に積層した埋め込み層を設けること
で、高効率の半導体発光素子を得る。
［産業上の利用分野］
本発明は半導体発光素子に係り、特に、その埋め込み層
の構造に関する。
の構造に関する。
ＡｌＧａＡｓなどの半導体レーザは光通信用の光源とし
て重要なものであるが、その半導体レーザ素子として、
両側に閉じ込み層（埋め込み層）を設け、局所的な活性
領域からレーザ発振をおこなう埋め込み型構造が知られ
ている。
て重要なものであるが、その半導体レーザ素子として、
両側に閉じ込み層（埋め込み層）を設け、局所的な活性
領域からレーザ発振をおこなう埋め込み型構造が知られ
ている。
しかし、このような埋め込み層を有する半導体発光素子
は、埋め込み層による悪影響がないような構造が要望さ
れている。
は、埋め込み層による悪影響がないような構造が要望さ
れている。
［従来の技術］
さて、現在、石英系光ファイバの損失、波長分散が最小
になる波長１．ｃ７ｍ帯での光通信システムの光源とし
て、ＩｎＰを基板としＩｎＧａＡｓ Ｐを活性層。
になる波長１．ｃ７ｍ帯での光通信システムの光源とし
て、ＩｎＰを基板としＩｎＧａＡｓ Ｐを活性層。
ＩｎＰをクラッド層とした２重異種接合（ダブルへテロ
：ＤＨ）構造のレーザが最有力である。
：ＤＨ）構造のレーザが最有力である。
この材料系を用いたレーザで最も一般的な構造は、第３
図の断面図に示すように、メサ形に形成された発光領域
の両側をｐ型、ｎ型のＩｎＰ層で埋めた埋め込み型レー
ザであり、第３図において、１はｎ−１ｎＰ基板、２は
ｎ−１ｎＰバツフア層、３はｎ −１ｎＧａＡｓ Ｐ活
性層、４はｐ−１ｎＰクラツド層。
図の断面図に示すように、メサ形に形成された発光領域
の両側をｐ型、ｎ型のＩｎＰ層で埋めた埋め込み型レー
ザであり、第３図において、１はｎ−１ｎＰ基板、２は
ｎ−１ｎＰバツフア層、３はｎ −１ｎＧａＡｓ Ｐ活
性層、４はｐ−１ｎＰクラツド層。
５はｐ −ＩｎＧａＡｓ Ｐキャップ層、６は絶縁膜、
７は＋電極、８は一電極で、９が埋め込み層で−ある。
７は＋電極、８は一電極で、９が埋め込み層で−ある。
且つ、埋め込み層９はｐ−ＩｎＰ埋め込み層９１とｎ−
ＩｎＰ埋め込み層９２から構成された多層構造となって
いる。
ＩｎＰ埋め込み層９２から構成された多層構造となって
いる。
この構造の長所は、第１にＩｎＧａＡｓ Ｐ活性層の両
側がＩｎＧａＡｓ Ｐよりも屈折率の小さいＩｎＰであ
るため、光の横方向の閉じ込めが可能なこと、第２に発
光領域の両側がｐ、’ｎ−ＩｎＰ多層構造であるため、
この部分に存在するｐｎ逆接合により活性層を迂回して
流れる電流を抑制できることである。
側がＩｎＧａＡｓ Ｐよりも屈折率の小さいＩｎＰであ
るため、光の横方向の閉じ込めが可能なこと、第２に発
光領域の両側がｐ、’ｎ−ＩｎＰ多層構造であるため、
この部分に存在するｐｎ逆接合により活性層を迂回して
流れる電流を抑制できることである。
このレーザ素子の形成には、ｎ−１ｎＰ基板１上に上記
のバッファ層２よりキャップ層５までの層を液相エピタ
キシャル成長し、次に、中央表面にマスクを設けてエツ
チングする。かくして、埋め込み層形成部分をエツチン
グ除去した後、その埋め込み層形成部分に、ｐ−ＩｎＰ
埋め込み層９１とｎ−ＩｎＰ埋め込み層９２を再び液相
エピタキシャル成長する。
のバッファ層２よりキャップ層５までの層を液相エピタ
キシャル成長し、次に、中央表面にマスクを設けてエツ
チングする。かくして、埋め込み層形成部分をエツチン
グ除去した後、その埋め込み層形成部分に、ｐ−ＩｎＰ
埋め込み層９１とｎ−ＩｎＰ埋め込み層９２を再び液相
エピタキシャル成長する。
［発明が解決しようとする問題点］
しかし、上記の埋め込み層をちょうど中央の活性層を含
む各層（バッファ層２よりキャップ層５まで）に具合良
（ｐｎ逆接合させることは大変難しく、逆接合がずれて
形成される場合が多い。
む各層（バッファ層２よりキャップ層５まで）に具合良
（ｐｎ逆接合させることは大変難しく、逆接合がずれて
形成される場合が多い。
そうすると、このレーザ素子を高い電流で駆動した場合
に、ｐ−ＩｎＰクラッド層４の電位が上昇し、それによ
って矢印Ａ（第３図参照）に示したリーク電流が流れ始
め、更に、これが引金になって矢印Ｂに示したｐｎｐｎ
サイリスク構造のリーク電流が流れ始める。そのため、
レーザの効率。
に、ｐ−ＩｎＰクラッド層４の電位が上昇し、それによ
って矢印Ａ（第３図参照）に示したリーク電流が流れ始
め、更に、これが引金になって矢印Ｂに示したｐｎｐｎ
サイリスク構造のリーク電流が流れ始める。そのため、
レーザの効率。
出力が劣化すると云う問題がある。
従って、逆接合の必要をなくするように、高抵抗層を形
成して、それを埋め込み層とすることが望ましく、それ
には、例えば、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法
）やＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）のようなエピ
タキシャル成長法で形成する方法がある。しかし、その
方法だと、酸素などが混入して高抵抗になるものの、こ
のような成長法は選択性がなく、マスク上にもエピタキ
シャル成長して、後の処理工程が非常に厄介になる。
成して、それを埋め込み層とすることが望ましく、それ
には、例えば、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法
）やＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）のようなエピ
タキシャル成長法で形成する方法がある。しかし、その
方法だと、酸素などが混入して高抵抗になるものの、こ
のような成長法は選択性がなく、マスク上にもエピタキ
シャル成長して、後の処理工程が非常に厄介になる。
本発明は、このような問題点を解消させるための発光素
子を提案するものである。
子を提案するものである。
［問題点を解決するための手段］
その目的は、Ｆｅを添加した高抵抗のＩｎＧａＡｓ、
ＩｎＧａＡｓ Ｐ 、 Ｉｎ Ｐからなる３層を順次に
積層した埋め込み層を設けた半導体発光素子によって達
成される。
ＩｎＧａＡｓ Ｐ 、 Ｉｎ Ｐからなる３層を順次に
積層した埋め込み層を設けた半導体発光素子によって達
成される。
［作用］
即ち、本発明は、埋め込み層にＦｅを添加した高抵抗の
ｎ −ＩｎＧａＡｓ層を形成する。そうすると、高電流
駆動時、リーク電流が阻止される。
ｎ −ＩｎＧａＡｓ層を形成する。そうすると、高電流
駆動時、リーク電流が阻止される。
更に、ｎ −１ｎＧａＡｓ Ｐ層をｎ −１ｎＧａＡｓ
とｎ −１ｎＰとの間に介在させて、形成時のアンチメ
ルトバック層とする。
とｎ −１ｎＰとの間に介在させて、形成時のアンチメ
ルトバック層とする。
さて、高電流駆動時における効率、出力の劣化を抑制す
るためには、埋め込み層に抵抗率が非常に高く、且つ、
屈曲率がＩｎＧａＡｓ Ｐ活性層よりも小さい半導体層
、例えばＩｎＰやＩｎＡｌＡｓを用いればよい。しかし
、現在では、通常の液相成長法でＩｎＰやＩｎＡｌＡｓ
の高抵抗エピタキシャル薄膜を成長することは極めて至
難である。
るためには、埋め込み層に抵抗率が非常に高く、且つ、
屈曲率がＩｎＧａＡｓ Ｐ活性層よりも小さい半導体層
、例えばＩｎＰやＩｎＡｌＡｓを用いればよい。しかし
、現在では、通常の液相成長法でＩｎＰやＩｎＡｌＡｓ
の高抵抗エピタキシャル薄膜を成長することは極めて至
難である。
ところが、液相成長法による高抵抗のＩｎＧａＡｓ層の
成長はＦｅ （鉄）の添加により容易に、しかも、再現
性良く形成できることが明らかになってきた。
成長はＦｅ （鉄）の添加により容易に、しかも、再現
性良く形成できることが明らかになってきた。
本発明はこれに着目したもので、埋め込み層にＦｅ添加
の高抵抗のＩｎＧａＡｓ層を挟み、且つ、光の横方向閉
じ込めを可能にす不ため（ＩｎＧａＡｓ層の屈曲率はＩ
ｎＰ層より大きいから、埋め込み層全体にＩｎＧａＡｓ
層を使えば、横方向閉じ込めが実現されない）、ＩｎＧ
ａＡｓ Ｐ活性層の両側がＩｎＰ層になるように、高抵
抗ｎ −ＩｎＧａＡｓ層の上にｎ −１ｎＧａＡｓ Ｐ
アンチメルトバック層を介してｎ−１ｎＰ層を成長する
ようにしたものである。
の高抵抗のＩｎＧａＡｓ層を挟み、且つ、光の横方向閉
じ込めを可能にす不ため（ＩｎＧａＡｓ層の屈曲率はＩ
ｎＰ層より大きいから、埋め込み層全体にＩｎＧａＡｓ
層を使えば、横方向閉じ込めが実現されない）、ＩｎＧ
ａＡｓ Ｐ活性層の両側がＩｎＰ層になるように、高抵
抗ｎ −ＩｎＧａＡｓ層の上にｎ −１ｎＧａＡｓ Ｐ
アンチメルトバック層を介してｎ−１ｎＰ層を成長する
ようにしたものである。
［実施例］
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第１図は本発明にがかる一実施例の半導体レーザの断面
図を示している。図中の１０はＦｅを添加したｎ −１
ｎＧａＡｓ （高抵抗層）、１１はｎ −１ｎＧａＡｓ
Ｐ （アンチメルトバック層）、１２はｎ−１ｎＰで
、その他の第３図と同一部材には同一記号が付しである
。
図を示している。図中の１０はＦｅを添加したｎ −１
ｎＧａＡｓ （高抵抗層）、１１はｎ −１ｎＧａＡｓ
Ｐ （アンチメルトバック層）、１２はｎ−１ｎＰで
、その他の第３図と同一部材には同一記号が付しである
。
このような半導体レーザ素子の製造方法を説明すると、
第２図（ａ）〜（ｄｌにその形成工程順断面図を示して
いる。
第２図（ａ）〜（ｄｌにその形成工程順断面図を示して
いる。
まず、第２図（ａ）に示すように、Ｓｎを添加した（１
００）面のｎ−１ｎＰ基板１上に、Ｓｎ添加のｎ−Ｉｎ
Ｐバンファ層２．無添加のｎ −Ｉｎ Ｇａ ＡｓＰ活
性層３、Ｃｄ添加のｐ−１ｎＰクラッド層４．Ｚｎ添加
のｎ−Ｉｎ Ｇａ ＡｓＰキャップ層５を順次に液相エ
ピタキシャル成長法で成長する。各層の膜厚は基板１側
からそれぞれ１μｍ、０．１５μｍ、１μｍ、０．２μ
ｍ程度である。また、液相成長の成長開始温度は５８５
℃、冷却速度０．７℃／分でおこなう。
００）面のｎ−１ｎＰ基板１上に、Ｓｎ添加のｎ−Ｉｎ
Ｐバンファ層２．無添加のｎ −Ｉｎ Ｇａ ＡｓＰ活
性層３、Ｃｄ添加のｐ−１ｎＰクラッド層４．Ｚｎ添加
のｎ−Ｉｎ Ｇａ ＡｓＰキャップ層５を順次に液相エ
ピタキシャル成長法で成長する。各層の膜厚は基板１側
からそれぞれ１μｍ、０．１５μｍ、１μｍ、０．２μ
ｍ程度である。また、液相成長の成長開始温度は５８５
℃、冷却速度０．７℃／分でおこなう。
次いで、第２図（ｂ）に示すように、その表面にプラズ
マ気相成長法によって酸化シリコン（Ｓｉ Ｏ２）膜１
３を膜厚２０００人程度に堆積し、フォトリソグラフィ
法を用いてエツチングして、（１１０）方向に沿った幅
３μｍ程度の帯状の５ｉ０２膜１３を残存させる。次い
で、同図（Ｃ）に示すように、５ｉ０２膜１３をマスク
にして、露出した半導体層をエツチングし、図示のよう
な逆メサ状に形成する。エツチング液は０．１％Ｂｒを
含むメタノール液である。
マ気相成長法によって酸化シリコン（Ｓｉ Ｏ２）膜１
３を膜厚２０００人程度に堆積し、フォトリソグラフィ
法を用いてエツチングして、（１１０）方向に沿った幅
３μｍ程度の帯状の５ｉ０２膜１３を残存させる。次い
で、同図（Ｃ）に示すように、５ｉ０２膜１３をマスク
にして、露出した半導体層をエツチングし、図示のよう
な逆メサ状に形成する。エツチング液は０．１％Ｂｒを
含むメタノール液である。
次いで、第２図（ｄ）に示すように、選択的な液相エピ
タキシャル成長法によってメサ状の両側に、ｎ −Ｉｎ
Ｇａ Ａｓ１Ｏ＋ ｎ −ＩｎＧａＡｓＰ１１＋
ｎ −ＩｎＰ１２からなる埋め込み層を形成する。そ
れには、第１層目に成長開始温度６５０℃でＦｅを添加
したＩｎ Ｇａ Ａｓ層１０をＩｎＧａＡｓ Ｐ活性層
３のすぐ下側まで成長する。
タキシャル成長法によってメサ状の両側に、ｎ −Ｉｎ
Ｇａ Ａｓ１Ｏ＋ ｎ −ＩｎＧａＡｓＰ１１＋
ｎ −ＩｎＰ１２からなる埋め込み層を形成する。そ
れには、第１層目に成長開始温度６５０℃でＦｅを添加
したＩｎ Ｇａ Ａｓ層１０をＩｎＧａＡｓ Ｐ活性層
３のすぐ下側まで成長する。
この時の成長メルト中のＦｅの組成比は約０．０３ａｔ
ｍ％である。このＦｅの添加量でＩｎＧａＡｓは、はぼ
真性半導体に近い状態、即ち、電子濃度は約６×１ｏ
’／ｃＪ程度となり、抵抗率も４Ｘ１０３Ω口位にな
る。尚、高抵抗のＩｎＧａＡｓ１Ｏを組成ＩｎＪ１ａａ
Ｊｓとしているのは、組成Ｉｎ Ｇａ Ａｓの格子定数
がＩｎＰのそｏ、５３ ｏ、４マ れにほぼ一致するからである。
ｍ％である。このＦｅの添加量でＩｎＧａＡｓは、はぼ
真性半導体に近い状態、即ち、電子濃度は約６×１ｏ
’／ｃＪ程度となり、抵抗率も４Ｘ１０３Ω口位にな
る。尚、高抵抗のＩｎＧａＡｓ１Ｏを組成ＩｎＪ１ａａ
Ｊｓとしているのは、組成Ｉｎ Ｇａ Ａｓの格子定数
がＩｎＰのそｏ、５３ ｏ、４マ れにほぼ一致するからである。
次に、第２層目としてｎ −１ｎＧａＡｓ Ｐアンチメ
ルトバック層１１を０．１μｍ程度成長する。これは、
（１００）面のｎ −１ｎＧａＡｓ層ｌｏ上にｎ Ｉ
ｎＰ層１２を直接成長しようとすると、ＩｎＧａＡｓ層
１ｏがＩｎＰ溶液にメルトバックされてしまうので、こ
れを防止するためである。次に、第３層目としてｎ −
ＩｎＰ層１２をメサ側面が埋没するまで成長する。
ルトバック層１１を０．１μｍ程度成長する。これは、
（１００）面のｎ −１ｎＧａＡｓ層ｌｏ上にｎ Ｉ
ｎＰ層１２を直接成長しようとすると、ＩｎＧａＡｓ層
１ｏがＩｎＰ溶液にメルトバックされてしまうので、こ
れを防止するためである。次に、第３層目としてｎ −
ＩｎＰ層１２をメサ側面が埋没するまで成長する。
次いで、５ｉ０２膜１３からなるマスクを除去して、第
１図に示すように、プラズマ気相成長法にて絶縁膜６を
堆積し、これにストライプ状の窓を開けて、Ｔｉ／Ｐｔ
／Ａｕからなる十電極７を形成し、更に、裏面にＡｕＳ
ｎからなる一電極８を形成する。
１図に示すように、プラズマ気相成長法にて絶縁膜６を
堆積し、これにストライプ状の窓を開けて、Ｔｉ／Ｐｔ
／Ａｕからなる十電極７を形成し、更に、裏面にＡｕＳ
ｎからなる一電極８を形成する。
このように形成すれば、埋み込み層に高抵抗層が介在す
るので、レーザ素子を高電流で駆動しても、リーク電流
の増加が起こらず、効率、出力の劣化を抑制することが
できる。
るので、レーザ素子を高電流で駆動しても、リーク電流
の増加が起こらず、効率、出力の劣化を抑制することが
できる。
［発明の効果］
以上の説明から明らかなように、本発明によれば埋め込
み層からのリーク電流が抑制されて、埋め込み型半導体
レーザの性能が向上する顕著な効果が得られるものであ
る。
み層からのリーク電流が抑制されて、埋め込み型半導体
レーザの性能が向上する顕著な効果が得られるものであ
る。
第１図は本発明を適用した半導体レーザの断面図、第２
図（ａ）〜（ｄ）はその形成工程順断面図、第３図は従
来の半導体レーザの断面図である。 図において、 １はｎ −１ｎＰ基板、 ２はｎ−１ｎＰバッファ層
３はＩｎＧａＡｓ Ｐ活性層、 ４はｐ−１ｎＰクラッ
ド層５はｐ −１ｎＧａＡｓ Ｐキャラ−プ層、６は絶
縁膜、 ７．８は電極、９は埋め込み層、 １０はＦｅを添加した高抵抗なｎ −１ｎ Ｇａ Ａｓ
層、１１はｎ −ｒｎＧａＡｓ Ｐ層、 １２はｎ
ｆｎＰ。 季４と８月＋＝Ｍ・Ｓ３’Ｆ＊＋＋、＊ｉｓｌｆｒｍ［
！１１１１ 図 牟杷明１：か）１脣八゛工穆）慎到１１図第 ２図 ａＩ ２ 図 従来の牛↓仔シ３：、１町面図 ｔｓ ３ 図
図（ａ）〜（ｄ）はその形成工程順断面図、第３図は従
来の半導体レーザの断面図である。 図において、 １はｎ −１ｎＰ基板、 ２はｎ−１ｎＰバッファ層
３はＩｎＧａＡｓ Ｐ活性層、 ４はｐ−１ｎＰクラッ
ド層５はｐ −１ｎＧａＡｓ Ｐキャラ−プ層、６は絶
縁膜、 ７．８は電極、９は埋め込み層、 １０はＦｅを添加した高抵抗なｎ −１ｎ Ｇａ Ａｓ
層、１１はｎ −ｒｎＧａＡｓ Ｐ層、 １２はｎ
ｆｎＰ。 季４と８月＋＝Ｍ・Ｓ３’Ｆ＊＋＋、＊ｉｓｌｆｒｍ［
！１１１１ 図 牟杷明１：か）１脣八゛工穆）慎到１１図第 ２図 ａＩ ２ 図 従来の牛↓仔シ３：、１町面図 ｔｓ ３ 図
Claims (1)
- ＩｎＰ基板上にストライプ状の活性層が設けられ、該活
性層の両側に埋め込み層が設けられた半導体発光素子に
おいて、Ｆｅを添加した高抵抗ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａ
ＡｓＰ、ＩｎＰを順に積層した層を含むことを特徴とす
る半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22548685A JPS6284584A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22548685A JPS6284584A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6284584A true JPS6284584A (ja) | 1987-04-18 |
Family
ID=16830078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22548685A Pending JPS6284584A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6284584A (ja) |
-
1985
- 1985-10-08 JP JP22548685A patent/JPS6284584A/ja active Pending
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