JPH0266986A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH0266986A
JPH0266986A JP63219359A JP21935988A JPH0266986A JP H0266986 A JPH0266986 A JP H0266986A JP 63219359 A JP63219359 A JP 63219359A JP 21935988 A JP21935988 A JP 21935988A JP H0266986 A JPH0266986 A JP H0266986A
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JP
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layer
inp
quantum well
light emitting
well structure
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JP63219359A
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Taku Matsumoto
卓 松本
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • 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
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体レーザおよび半導体発光ダイオード等半
導体発光素子の構造に関する。
（従来の技術） 情報伝送の高度化に伴い、光通信を目的とする半導体レ
ーザおよび半導体発光ダイオード等半導体発光素子にお
いて高速応答の重要性が急速に増大している。
従来の半導体発光ダイオードにおいては高速応答を実現
するために活性層に高濃度のＰ型ドーピングを行ない、
キャリアライフタイムを短縮していた。（ジャナルオブ
ライトウェーブテクノロジー（Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ｌ
ｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、　Ｖｏｌ
、　ＬＴ−３゜（１９８５）Ｐ１２１７−１２２２）。
さらに、ドーピングに伴って非発光再結合中心が発光層
に導入されると発光出力が低下してしまう問題点を解決
するために活性層に多重量子井戸構造を用い、さらに不
純物の変調ドーピングを行なうことにより発光層（井戸
層）と不純物ドープ層（障壁層）とを空間的に分離し、
発光出力低下を避けながら応答の高速化を計る試みがな
されている。（応用物理Ｖｏ１．５７１９８８　ｐ２１
６）一方半導体レーザにおいても直接変調における高速
化を目的として量子井戸構造及び変調ｐドープ構造の導
入が検討されている。（第１０回アイトリプルイー半導
体レーザコンファレンス予＋Ｋ　（Ｐｒｏｃ、　１０ｔ
ｈＩＥＥＥ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａ５ｅｒ
　’Ｃｏｎｇ、　）＋　Ｋａｎａｚａｗａ。
１９８６、　Ｍ−６） （発明が解決しようとする課題） 上述した不純物を変調ドーピングした多重量子井戸構造
の活性層を有する半導体発光素子においては、変調ドー
ピングした不純物が結晶成長中に拡散してしまい、所望
のドーピング構造を形成出来ないという問題点があった
。特にｐ型不純物の変調ドーピングにおいてはＩＩＬＶ
族化合物半導体にとって比較的拡散定数の小さいｐ型不
純物であるベリリウム（Ｂｅ）を用いることのできるＭ
ＢＥ法を除けばＭＯＣＶＤ法やＶＰＥ法に於いてはｐ型
変調ドープ構造を作ることは実際上不可能であったジャ
パニズジャーナルオブアプライドフィジクス（Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ）Ｖｏｌ、２３１９８４Ｌ７８５）。この
ため障壁層にのみ不純物をドーピングしても発光層（井
戸層）に不純物が拡散してしまい、非発光再結合中心と
なって発光出力を低下させるという問題点を生じていた
。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、半導体基板上に不純物を変調ドーピン
グした多重量子井戸構造を有する活性層を備えた半導体
発光素子において、多重量子井戸構造の障壁層中の一原
子面に不純物をドーピングされた活性層を有することを
特徴とする半導体発光素子が得られる。
（作用） 本発明では不純物が障壁中の一原子面にドーピングされ
るために極めて急峻なドーピング構造となる。
本発明者の実験によれば、ハイドライド気相成長法によ
りｐ−−ＩｎＰ成長層（Ｉ　Ｘ　１０１１０ｌ７”）中
にＺｎをプレーナドープしＣ−■測定によりキャリア濃
度を測定すると、第５図の様な急峻なプロファイルが得
られている。ハイドライド気相成長法では不純物を意図
的にドープしない場合成長層はｎ−となるがそれではＣ
−■測定できないのでプレーナドープ部分以外をわざと
Ｉ　Ｘ　１０１７ｃｍ−３のｐ−としている。なおＣ−
■測定のキャリア濃度測定の最大限界値は４Ｘ１０１９
ｃｍ−３であり、本プレーナドーピングにより極めて高
い濃度の不純物が極めて急峻にドーピングされているこ
とがわかる。
半導体発光素子に一般的に用いられるダブルへテロ接合
の活性層にプレーナドーピングを適用した場合、プレー
ナドーピングされた不純物は障壁層内に留まり、発光層
（井戸層）への不純物の拡散は極めて少なく、このため
ドーピングに伴って形成される非発光再結合中心の影響
を直接的には受けず、本発明を用いた半導体発光素子に
おいては高発光出力が得られる。
また半導体発光ダイオードにおいて電流注入による少数
キャリアは効率良く井戸層に集められるので井戸層内の
キャリア密度は増加し、応答の高速化が可能となる。
また半導体レーザにおいては ｇ−Ｄ（ＥＸｆｃ　ｆｖ）”Ｄ（Ｅ）（ｆｃ（１−ｆｖ
）　ｆＪｌ　　ｆｃ））（）同第−項＝誘導放出項 （）内第二項＝誘導吸収項 利得：ｇ、フェルミデイラック関数：ｆｙ、ｆ（。
状態密度関数：Ｄ（Ｅ） 上式で決まる誘導吸収項が高濃度ドーピングのため小さ
くなり、小さな注入密度で利得が得られ、高速動作が可
能となる。さらにスペクトル幅、チャーピング量を決定
するαパラメータの低減も可能となる。
（実施例１） 次に本発明を半導体発光ダイオードに適用した実施例に
ついて図面を参照して説明する。第１図は本発明を１．
３μｍ帯面発光型半導体発光ダイオードに適用した場合
の構造断面図である。
ｎ型ＩｎＰ基板１１上にｎ型ＩｎＰクラッド層１２、Ｚ
ｎをプレーナドーピングしたＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸構造を有する厚さ０．４５ｐｍの活性層１３
、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコン
タクト層１５が順に積層されている。成長方法は多成長
室法ハイドライド気相成長法を用い、多重量子井戸構造
中の障壁層であるノンドープＩｎＰ層を成長中にＩｎＣ
ｌの供給を停止し、ＰＨ３とジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を
５秒間供給している。成長温度は６００°Ｃである。
次に活性層１３を貫く円形状の溝１６を形成し、電流狭
窄を行なっている。
第２図にＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰプレーナドープ多重量
子井戸構造活性層１３の構造断面図を示す。ＩｎＰ障壁
層２１中にＺｎプレーナドーピング層２２が形成され、
障壁層厚２００人、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２３厚１００
人となっており、１５層積層されている。
本構造はＳＩＭＳ分析によりＺｎのピークが明瞭に観測
され、ＺｎはＩｎＧａＡｓＰ井戸層中にはほとんど拡散
していないことが確認された。本半導体発光ダイオード
の特性を測定したところ光出力の立ち上がり時間、立ち
下がり時間とも太幅に短縮され、従来のＺｎを均一ドー
ピングしたＩｎＧａＡｓＰを活性層とする半導体発光ダ
イオードに比べて約４０％短縮化が可能となり、光出力
は約５０％増加した。
（実施例２） 次に本発明を半導体レーザに適用した実施例について図
面を参照して説明する。第３図は本発明を１．３μｍ帯
半導体レーザに適用した場合の構造断面図である。ｎ型
ＩｎＰ基板１１上にｎ型ＩｎＰクラッド層１２、Ｍｇを
プレーナドーピングしたＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量
子井戸構造を有する厚さ０．１ｐｍの活性層１３、ｐ型
ＩｎＰクラッド層１４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層１５が順に積層されている。成長方法は有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）成長室法を用い、多重量子井戸
構造中の障壁層であるノンドープＩｎＰ層を成長中にジ
エチルインジウム（ＤＥＩｎ）の供給を停止し、Ｐ馬と
シクロペンタジェニルマグネシウム ＜　Ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ　Ｍａｇｎｅｓ
ｉｕｍ：　Ｍｇ（Ｃ５Ｈ５）２＞を５秒間供給している
。成長温度は６００°Ｃである。
次に活性層１３を約２μｍストライプ残してメサエッチ
ングし、両脇を高抵抗Ｆｅドープ丁ｎＰ電流ブロッキン
グ層２４で埋め込まれている。
第４図にＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰプレーナドープ多重量
子井戸構造活性層１３の構造断面図を示す。ＩｎＰ障壁
層２１中にＭｇプレーナドーピング層：２５が形成され
、障壁層厚１００人となっており、１０層積層されてい
る。
本構造はＳＩＭＳ分析によりＭｇのピークが明瞭に観測
され、ＭｇはＩｎＧａＡｓＰ井戸層中にはほとんど拡散
していないことが確認された。本半導体レーザの特性を
測定したところ、発振閾値電流は１５ｍＡと低く、１０
ｍＷ出力時において１５ＧＨｚ動作と高速動作が可能な
ことが確認された。また高速変調時のチャーピングも従
来の多重量子井戸型半導体レーザの半分以下と良好な特
性を示した。
（発明の効果） 本発明による半導体発光素子は、多重量子井戸構造の障
壁層中の一原子面に不純物がドーピングされているため
に急峻なドーピングプロファイルを有し、不純物ドープ
層が発光層から完全に空間的に分離されているので高速
応答が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を半導体発光ダイオードに適用した際の
構造断面図。第２図は第１図の活性層領域の拡大図。第
３図は本発明を半導体レーザに適用した際の構造断面図
。第４図は第３図の活性層領域の拡大図を示す。第５図
はＺｎをＩｎＰ中にプレーナドープし、Ｃ−■測定でキ
ャリア濃度プロファイルを測定した結果を示す図。 １１：ｎ型ＩｎＰ基板　　　　２１：ＩｎＰ障壁層１２
：ｎ型ＩｎＰクラ／ド層 １３：ＺｎをプレーナドーピングしたＩｎＰ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層 １４：ｐ型ＩｎＰクラッド層 １５：ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１６：電流狭窄
用溝　　　１７：５１０２膜１８：ｐ型電極　　　　　
１９：ｎ型電極２２：Ｚｎプレーナドーピング層 ２３　：ＩｎＧａＡｓＰ井戸層 ２４：電流プロキング層 ２５：Ｍｇプレーナドープ層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　半導体基板上に不純物を変調ドーピングした多重量子
    井戸構造を有する活性層を備えた半導体発光素子におい
    て、多重量子井戸構造の障壁層中の一原子面に不純物を
    ドーピングされた活性層を有することを特徴とする半導
    体発光素子。
JP63219359A 1988-08-31 1988-08-31 半導体発光素子 Pending JPH0266986A (ja)

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JP63219359A JPH0266986A (ja) 1988-08-31 1988-08-31 半導体発光素子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04137779A (ja) * 1990-09-28 1992-05-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ装置およびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04137779A (ja) * 1990-09-28 1992-05-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ装置およびその製造方法

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