JPH0440872B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0440872B2 JPH0440872B2 JP60197013A JP19701385A JPH0440872B2 JP H0440872 B2 JPH0440872 B2 JP H0440872B2 JP 60197013 A JP60197013 A JP 60197013A JP 19701385 A JP19701385 A JP 19701385A JP H0440872 B2 JPH0440872 B2 JP H0440872B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- active layer
- semiconductor
- refractive index
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、発光あるいはレーザ発振する半導体
発光素子に関する。
発光素子に関する。
（従来技術とその問題点）
多元混晶化合物半導体はその構成元素の組み合
わせにより広い範囲でエネルギーギヤツプおよび
屈折率を変えられる。この性質を利用して多元混
晶化合物の半導体層を複数層積層してダブルヘテ
ロ構造を形成し、高効率の発光ダイオードやレー
ザダイオードが製作されている。しかるに特性が
優れ、信頼性の高いこれらの半導体発光素子を得
るためには各半導体層の格子定数を基板の値と一
致させるか極めて近い値にさせる必要がある。従
来広く用いられているAlxGa1-xAs（０ｘ１）
系化合物半導体は、アルミニウム組成ｘに依らず
格子定数はほぼ一定である。このため、Alx
Ga1-xAs系では前述のダブルヘテロ構造を構成す
る場合、格子定数一致の条件を常に満足したまま
各層のアルミニウム組成を設定することができ
る。また、半導体発光素子のクラツド層と活性層
との間に光導波のための層（光導波層とよぶ）を
挟んだり、或いは光導波層内のアルミニウム組成
を層面と垂直方向に連続的に変えても格子定数不
一致の問題は生じない。さらに一般に族がアル
ミニウムとガリウムから成りＶ族の元素の種類及
びＶ族元素の組成比が一定であれば、その化合物
の格子定数は族のアルミニウム組成に依存しな
いので、格子定数不一致の問題は生じない。
わせにより広い範囲でエネルギーギヤツプおよび
屈折率を変えられる。この性質を利用して多元混
晶化合物の半導体層を複数層積層してダブルヘテ
ロ構造を形成し、高効率の発光ダイオードやレー
ザダイオードが製作されている。しかるに特性が
優れ、信頼性の高いこれらの半導体発光素子を得
るためには各半導体層の格子定数を基板の値と一
致させるか極めて近い値にさせる必要がある。従
来広く用いられているAlxGa1-xAs（０ｘ１）
系化合物半導体は、アルミニウム組成ｘに依らず
格子定数はほぼ一定である。このため、Alx
Ga1-xAs系では前述のダブルヘテロ構造を構成す
る場合、格子定数一致の条件を常に満足したまま
各層のアルミニウム組成を設定することができ
る。また、半導体発光素子のクラツド層と活性層
との間に光導波のための層（光導波層とよぶ）を
挟んだり、或いは光導波層内のアルミニウム組成
を層面と垂直方向に連続的に変えても格子定数不
一致の問題は生じない。さらに一般に族がアル
ミニウムとガリウムから成りＶ族の元素の種類及
びＶ族元素の組成比が一定であれば、その化合物
の格子定数は族のアルミニウム組成に依存しな
いので、格子定数不一致の問題は生じない。
ところが近年、AlxGa1-xAs系で得られるより
も広い波長範囲（可視光或から赤外或）の発光或
いはレーザ発振が要求され、他の構成元素から成
る化合物半導体は発光素子を製作するのに用いら
れるようになつた。可視光域では（AlxGa1-x）0.5
In0.5Ｐ系、GaXIn1-xPyAs1-y系などの化合物半導
体が、また赤外域ではGaxIn1-xAsySb1-y系、Gax
In1-xPyAs1-y系などの化合物半導体（いずれの
ｘ，ｙま０ｘ１，０ｙ１の値をとる）が
用いられている。基板用半導体としてはGaAs，
GaSb，InPなどが用いられ、これら基板上に気
相成長法（有機金属熱分解法（MOVPE）、ハロ
ゲン輸送法（HTVPE））、液相成長法（LPE）、
或いは分子線法（MBE）等により、ダブルヘテ
ロ構造が形成されている。一般にこれらの多元混
晶は構成元素に組成に依存して格子定数は異なつ
た値をとる。したがつて基板の格子定数と同じ格
子定数値をとる、つまり格子整合させるには多元
混晶の各組成を精密に制御しなければならない。
も広い波長範囲（可視光或から赤外或）の発光或
いはレーザ発振が要求され、他の構成元素から成
る化合物半導体は発光素子を製作するのに用いら
れるようになつた。可視光域では（AlxGa1-x）0.5
In0.5Ｐ系、GaXIn1-xPyAs1-y系などの化合物半導
体が、また赤外域ではGaxIn1-xAsySb1-y系、Gax
In1-xPyAs1-y系などの化合物半導体（いずれの
ｘ，ｙま０ｘ１，０ｙ１の値をとる）が
用いられている。基板用半導体としてはGaAs，
GaSb，InPなどが用いられ、これら基板上に気
相成長法（有機金属熱分解法（MOVPE）、ハロ
ゲン輸送法（HTVPE））、液相成長法（LPE）、
或いは分子線法（MBE）等により、ダブルヘテ
ロ構造が形成されている。一般にこれらの多元混
晶は構成元素に組成に依存して格子定数は異なつ
た値をとる。したがつて基板の格子定数と同じ格
子定数値をとる、つまり格子整合させるには多元
混晶の各組成を精密に制御しなければならない。
第３図に（AlxGa1-x）0.5In0.5Ｐ系を用いGa0.5
In0.5Ｐを活性層とするダブルヘテロ構造レーザダ
イオードの従来例を示す（アプライド・フイジク
ス・レターズ（Appl−Phys−Lett−）第43巻
pp987−989（1983）。ｎ型GaAs基板５０１上に例
えばMOCVD法により、ｎ型Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Ｐ
クラツド層５０２、アンドープGa0.5In0.5Ｐ活性
層５０３、ｐ型（Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Ｐクラツド層
５０４、オーミツクコンタクト用ｐ型GaAs層５
０５を順次形成し、さらにストライプ状開口５０
９をもつSiO2膜５０６上にAu／Znなどのｐ型用
電極５０７を、基板５０１の裏面にAuGeなどの
ｎ型用電極５０８をそれぞれ形成したものであ
る。これは、通常のダブルヘテロ構造であるが、
このような比較的簡単な構造のものでも
AlGaInP系で実現することはAlGaAs系に比べて
非常に困難である。その理由を以下に述べる。
AlGaAs系ではアルミニウム（Al）とガリウム
（Ga）の組成比によらずいずれの組成でもGaAs
基板とほぼ格子整合するが、AlGaInP系ではAl
とGaのモル分率の和とインジウム（In）のモル
分率の比を約１：１に保たないと大きな格子不整
合を生じる。格子不整合が生じると結晶性が劣化
し、従つて素子特性が劣化することになる。この
ようにAlGaInP系では多層構造にした場合、さ
らには組成を成長時に連続的に変化させる場合に
は、格子整合条件を保つたまま組成を変化させる
ことは非常に困難となる。
In0.5Ｐを活性層とするダブルヘテロ構造レーザダ
イオードの従来例を示す（アプライド・フイジク
ス・レターズ（Appl−Phys−Lett−）第43巻
pp987−989（1983）。ｎ型GaAs基板５０１上に例
えばMOCVD法により、ｎ型Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Ｐ
クラツド層５０２、アンドープGa0.5In0.5Ｐ活性
層５０３、ｐ型（Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Ｐクラツド層
５０４、オーミツクコンタクト用ｐ型GaAs層５
０５を順次形成し、さらにストライプ状開口５０
９をもつSiO2膜５０６上にAu／Znなどのｐ型用
電極５０７を、基板５０１の裏面にAuGeなどの
ｎ型用電極５０８をそれぞれ形成したものであ
る。これは、通常のダブルヘテロ構造であるが、
このような比較的簡単な構造のものでも
AlGaInP系で実現することはAlGaAs系に比べて
非常に困難である。その理由を以下に述べる。
AlGaAs系ではアルミニウム（Al）とガリウム
（Ga）の組成比によらずいずれの組成でもGaAs
基板とほぼ格子整合するが、AlGaInP系ではAl
とGaのモル分率の和とインジウム（In）のモル
分率の比を約１：１に保たないと大きな格子不整
合を生じる。格子不整合が生じると結晶性が劣化
し、従つて素子特性が劣化することになる。この
ようにAlGaInP系では多層構造にした場合、さ
らには組成を成長時に連続的に変化させる場合に
は、格子整合条件を保つたまま組成を変化させる
ことは非常に困難となる。
第４図ａは、AlGaAs系で実現された傾斜屈折
率分離光導波ヘテロ構造（GRIN−SCH）レーザ
（アプライド・フイジクス・レターズ（Appl−
Phys−Lett−）第40巻pp217−219（1982））の断
面図である。基板面に垂直方向のエネルギーバン
ド、および屈折率のダイヤグラムを第４図ｂ，ｃ
に併せて示す。ｎ型GaAs基板５２１上にｎ型
Al0.5Ga0.5Asクラツド層５２２、クラツド層５２
２から活性層５２４に向かつてAl組成を0.4から
連続的に0.2まで減らしたｎ型AlGaAsグレーデイ
ツド層５２３、アンドープ活性層５２４、活性層
５２４からクラツド層５２６に向かつてAl組成
を0.2から連続的に0.4まで増やしたｐ型AlGaAs
グレーデイツド層５２５、ｐ型Al0.5Ga0.5Asクラ
ツド層５２６、オーミツクコンタクト用ｐ型
GaAs層５２７を順次形成したのち、ストライプ
状開口５３１をもつSiO2膜５２８上にAu／Znな
どのｐ型用電極５２９を、基板５２１の裏面に
AuGeなどのｎ型用電極５３０をそれぞれ形成し
たものである。活性層５２４の厚みを500Å以下
にすることと、Al組成の傾斜をもつグレーデイ
ツド層５２３および５２５をもつことにより、従
来のダブルヘテロ構造と較べて、そのレーザ発振
閾値を大幅に低減することができるが、発振可能
な波長範囲が0.7〜0.87μmに限られるという欠点
がある。これ以外の可視域、赤外域の波長範囲の
発振を得るにはAlGaAs系を用いたのではだめで
AlGaInP系、GaInAsSb系などAlGaAs系以外の
材料を用いなければならない。ところがこれらの
材料は基板と格子整合するためには組成の厳しい
制御が必要となり、高機能、高性能化のための複
雑な多層構造をとることが非常に困難であつた。
率分離光導波ヘテロ構造（GRIN−SCH）レーザ
（アプライド・フイジクス・レターズ（Appl−
Phys−Lett−）第40巻pp217−219（1982））の断
面図である。基板面に垂直方向のエネルギーバン
ド、および屈折率のダイヤグラムを第４図ｂ，ｃ
に併せて示す。ｎ型GaAs基板５２１上にｎ型
Al0.5Ga0.5Asクラツド層５２２、クラツド層５２
２から活性層５２４に向かつてAl組成を0.4から
連続的に0.2まで減らしたｎ型AlGaAsグレーデイ
ツド層５２３、アンドープ活性層５２４、活性層
５２４からクラツド層５２６に向かつてAl組成
を0.2から連続的に0.4まで増やしたｐ型AlGaAs
グレーデイツド層５２５、ｐ型Al0.5Ga0.5Asクラ
ツド層５２６、オーミツクコンタクト用ｐ型
GaAs層５２７を順次形成したのち、ストライプ
状開口５３１をもつSiO2膜５２８上にAu／Znな
どのｐ型用電極５２９を、基板５２１の裏面に
AuGeなどのｎ型用電極５３０をそれぞれ形成し
たものである。活性層５２４の厚みを500Å以下
にすることと、Al組成の傾斜をもつグレーデイ
ツド層５２３および５２５をもつことにより、従
来のダブルヘテロ構造と較べて、そのレーザ発振
閾値を大幅に低減することができるが、発振可能
な波長範囲が0.7〜0.87μmに限られるという欠点
がある。これ以外の可視域、赤外域の波長範囲の
発振を得るにはAlGaAs系を用いたのではだめで
AlGaInP系、GaInAsSb系などAlGaAs系以外の
材料を用いなければならない。ところがこれらの
材料は基板と格子整合するためには組成の厳しい
制御が必要となり、高機能、高性能化のための複
雑な多層構造をとることが非常に困難であつた。
（発生の目的）
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
し、広い波長範囲にわたつて発光し、高性能、高
機能、高信頼性を有する半導体発光素子を提供す
ることにある。
し、広い波長範囲にわたつて発光し、高性能、高
機能、高信頼性を有する半導体発光素子を提供す
ることにある。
（発明の構成）
本発明によれば、ガリウムおよびアルミニウム
のうち一方或いはその両方を族元素としてもつ
二元或いは三元−Ｖ化合物半導体基板上に、多
元化合物半導体より成る活性層と、この活性層の
上下両面に設けられた活性層よりも大きなエネル
ギーギヤツプと小さな屈折率をもつ多元化合物半
導体より成るクラツド層とを有する半導体発光素
子において、活性層と一方のクラツド層或いは両
方のクラツド層との間にガリウムおよびアルミニ
ウムのうち一方或いはその両方を族元素とし、
前記半導体基板のＶ族元素と同じ種類でかつ同じ
組成のものをＶ族元素として有し、かつ前記活性
層よりも大きなエネルギーギヤツプと小さな屈折
率をもつ二元或いは三元化合物半導体層をもつ構
造をそなえた半導体発光素子が得られる。さらに
活性層とクラツド層との間に形成された化合物半
導体層のアルミニウム組成が、活性層に接する側
からクラツド層に接する側に向かつて大きくなる
前述の半導体発光素子が得られる。
のうち一方或いはその両方を族元素としてもつ
二元或いは三元−Ｖ化合物半導体基板上に、多
元化合物半導体より成る活性層と、この活性層の
上下両面に設けられた活性層よりも大きなエネル
ギーギヤツプと小さな屈折率をもつ多元化合物半
導体より成るクラツド層とを有する半導体発光素
子において、活性層と一方のクラツド層或いは両
方のクラツド層との間にガリウムおよびアルミニ
ウムのうち一方或いはその両方を族元素とし、
前記半導体基板のＶ族元素と同じ種類でかつ同じ
組成のものをＶ族元素として有し、かつ前記活性
層よりも大きなエネルギーギヤツプと小さな屈折
率をもつ二元或いは三元化合物半導体層をもつ構
造をそなえた半導体発光素子が得られる。さらに
活性層とクラツド層との間に形成された化合物半
導体層のアルミニウム組成が、活性層に接する側
からクラツド層に接する側に向かつて大きくなる
前述の半導体発光素子が得られる。
（実施例）
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
本発明の第１の実施例を第１図に示す。第１図ａ
は第１の実施例の模式図、第１図ｂは第１の実施
例のエネルギーバンドダイヤグラム、第１図ｃは
第１の実施例の屈折率ダイヤグラムをそれぞれ示
す。第１図ａ，ｂ，ｃで共通する部分は同じ番号
を附した。本実施例は波長0.65μmで発振する赤
色可視光半導体レーザの構造を示しており、その
形成法は次のとおりである。ｎ型GaAs基板１０
１上にエピタキシヤル成長法により厚さ1.0μmの
ｎ型（Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Ｐクラツド層１０２、厚
さ0.4μmのｎ型Al0.5Ga0.5Asガイド層１０３、厚
さ0.03μmのアンドープGa0.5In0.5Ｐ活性層１０４、
厚さ0.4μmのｐ型Al0.5Ga0.5Asガイド層１０５、
厚さ0.1μmのｐ型（Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Ｐクラツド
層１０６、厚さ1.0μmのｐ型GaAs層１０７を順
次成長する。エピタキシヤル成長法としては
MOVPE法、MBE法等のいずれでもよい。さら
にストライプ状開口（幅10μm）１１１をもつ
SiO2絶縁膜１０８を設け、その上にAu／Zn合金
によるｐ電極１０９を形成し、ｎ−GaAs基板１
０１上にAu／Ge合金によるｎ電極１１０を形成
て完成する。活性層１０４にはストライプ状に電
流が注入され励起されて効率よい発振が可能とな
る。成長層方向の距離ｘに対するエネルギバンド
ダイヤグラムおよび屈折率ダイヤグラムを第１図
ｂ，ｃにそれぞれ示す。注入されたキヤリアは第
１図ｂに示されているように、最もエネルギーギ
ヤツプの小さなGa0.5In0.5Ｐ活性層１０４に閉じ
こめられレーザ発振に寄与する。本実施例は、活
性層でのキヤリア密度を高め、レーザ発振閾電流
値を下げるために活性層１０４の厚さは0.03μm
と薄くしてあるので、光は活性層１０４のみに閉
じこめられず光のガイド量１０３，１０５中にも
拡がる。屈折率のダイヤグラム第１図ｃでわかる
ように、ガイド層１０３，１０５および活性層１
０４の屈折率はクラツド層１０２，１０６のそれ
よりも大きいので、レーザ発振光は活性層１０４
および光のガイド層１０３，１０５に閉じ込めら
れる。光および注入キヤリアの閉じ込めを十分に
行なうには、そのために必要な屈折率差、エネル
ギーギヤツプ差をもつクラツド層で活性層を挾ま
ねばならない。その役割を担うのが（Al0.3Ga0.7）
0.5In0.5Ｐクラツド層１０２および１０６である。
第１図ｂおよびｃに示されているように、エネル
ギーギヤツプは活性層１０４，ガイド層１０３お
よび１０５、クラツド層１０２および１０６の順
に大きくなり、屈折率はこの順番で小さくなつて
いる。AlGaAs系では、GaInPに対して、充分な
エネルギーギヤツプ差および屈折率差をとること
ができないので、クラツド層としてはAlGaInP
を用いる必要がある。ところがガイド層に対して
はAlGaAs系でも、本実施例の如く適当なAl組成
のものを用いれば、その効果を十分果たすことが
できる。ガイド層として適当な組成の（Alx
Ga1-x）yIn1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を用
いることもできるが、この場合ｙの値（即ち、In
の組成比１−ｙ）により格子定数が異なるため、
基板と格子整合させるにはｙの値を精密に制御す
る必要があり、結晶成長の際の困難度、素子にし
た場合の信頼性維持の困難さが増すことになり、
素子歩留りも低下する。そこで本実施例の如く、
組成の如何に拘わらず基板と格子整合する
AlGaAsを用いることによりこれらの不都合は解
消され、しかも所望の素子特性を得ることができ
る。
本発明の第１の実施例を第１図に示す。第１図ａ
は第１の実施例の模式図、第１図ｂは第１の実施
例のエネルギーバンドダイヤグラム、第１図ｃは
第１の実施例の屈折率ダイヤグラムをそれぞれ示
す。第１図ａ，ｂ，ｃで共通する部分は同じ番号
を附した。本実施例は波長0.65μmで発振する赤
色可視光半導体レーザの構造を示しており、その
形成法は次のとおりである。ｎ型GaAs基板１０
１上にエピタキシヤル成長法により厚さ1.0μmの
ｎ型（Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Ｐクラツド層１０２、厚
さ0.4μmのｎ型Al0.5Ga0.5Asガイド層１０３、厚
さ0.03μmのアンドープGa0.5In0.5Ｐ活性層１０４、
厚さ0.4μmのｐ型Al0.5Ga0.5Asガイド層１０５、
厚さ0.1μmのｐ型（Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Ｐクラツド
層１０６、厚さ1.0μmのｐ型GaAs層１０７を順
次成長する。エピタキシヤル成長法としては
MOVPE法、MBE法等のいずれでもよい。さら
にストライプ状開口（幅10μm）１１１をもつ
SiO2絶縁膜１０８を設け、その上にAu／Zn合金
によるｐ電極１０９を形成し、ｎ−GaAs基板１
０１上にAu／Ge合金によるｎ電極１１０を形成
て完成する。活性層１０４にはストライプ状に電
流が注入され励起されて効率よい発振が可能とな
る。成長層方向の距離ｘに対するエネルギバンド
ダイヤグラムおよび屈折率ダイヤグラムを第１図
ｂ，ｃにそれぞれ示す。注入されたキヤリアは第
１図ｂに示されているように、最もエネルギーギ
ヤツプの小さなGa0.5In0.5Ｐ活性層１０４に閉じ
こめられレーザ発振に寄与する。本実施例は、活
性層でのキヤリア密度を高め、レーザ発振閾電流
値を下げるために活性層１０４の厚さは0.03μm
と薄くしてあるので、光は活性層１０４のみに閉
じこめられず光のガイド量１０３，１０５中にも
拡がる。屈折率のダイヤグラム第１図ｃでわかる
ように、ガイド層１０３，１０５および活性層１
０４の屈折率はクラツド層１０２，１０６のそれ
よりも大きいので、レーザ発振光は活性層１０４
および光のガイド層１０３，１０５に閉じ込めら
れる。光および注入キヤリアの閉じ込めを十分に
行なうには、そのために必要な屈折率差、エネル
ギーギヤツプ差をもつクラツド層で活性層を挾ま
ねばならない。その役割を担うのが（Al0.3Ga0.7）
0.5In0.5Ｐクラツド層１０２および１０６である。
第１図ｂおよびｃに示されているように、エネル
ギーギヤツプは活性層１０４，ガイド層１０３お
よび１０５、クラツド層１０２および１０６の順
に大きくなり、屈折率はこの順番で小さくなつて
いる。AlGaAs系では、GaInPに対して、充分な
エネルギーギヤツプ差および屈折率差をとること
ができないので、クラツド層としてはAlGaInP
を用いる必要がある。ところがガイド層に対して
はAlGaAs系でも、本実施例の如く適当なAl組成
のものを用いれば、その効果を十分果たすことが
できる。ガイド層として適当な組成の（Alx
Ga1-x）yIn1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を用
いることもできるが、この場合ｙの値（即ち、In
の組成比１−ｙ）により格子定数が異なるため、
基板と格子整合させるにはｙの値を精密に制御す
る必要があり、結晶成長の際の困難度、素子にし
た場合の信頼性維持の困難さが増すことになり、
素子歩留りも低下する。そこで本実施例の如く、
組成の如何に拘わらず基板と格子整合する
AlGaAsを用いることによりこれらの不都合は解
消され、しかも所望の素子特性を得ることができ
る。
本発明の第２の実施例を第２図に示す。第２図
ａは第２の実施例の模式図、第２図ｂは第２の実
施例のエネルギーバンドダイヤグラム、第２図ｃ
は第２の実施例の屈折率ダイヤグラムをそれぞれ
示す。第２図ａ，ｂ，ｃで共通する部分は同じ番
号を附した。本実施例は波長0.636nmで発振する
低発振閾値赤色可視光半導体レーザの構造を示し
ており、その形成法を次に説明する。エピタキシ
ヤル結晶成長法としては、MBE法又はMOVPE
法を用いる。まずｎ型GaAs基板２０１上に厚さ
1.0μmのｎ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラツド層２
０２を成長する。この上に成長方向に連続的に
Al組成が0.7から0.5に減少するAlxGa1-xAsグレ
ーデイツド層２０３を0.4μm成長する。続いて厚
さ0.01μmのアンドープ（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Ｐ活性
層２０４を成長し、その上に成長方向に連続的に
Al組成が0.5から0.7に増加するAlxGa1-xAsグレ
ーデイツド２０５を0.4μm成長する。さらにその
上に厚さ1.0μmのｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラ
ツド層２０６、厚さ1.0μmのｐ型GaAs層２０７
を順次成長する。続いてストライプ状開口（幅
10μm）２１１をもつSiO2絶縁膜２０８上にAu／
Zn合金によるｐ電極２０９およびｎ−GaAs基板
２０１上にAu／Ge合金によるｎ電極２１０を形
成する。成長層方向の距離ｘに対するエネルギー
バンドダイヤグラムおよび屈折率ダイヤグラムを
第２図ｂ，ｃにそれぞれ示す。注入されたキヤリ
アは第２図ｂで示されているように最もエネルギ
ーギヤツプの小さい（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Ｐ活性層
２０４に閉じ込められレーザ発振に寄与する。本
実施例では、活性層を厚さ0.01μmとごく薄くし、
前記第１の実施例よりもキヤリア密度を高め、ま
た量子井戸効果を生ぜしめて発振閾値の低下をは
かつてある。このとき、注入キヤリアを効率よく
活性層２０４に集め、かつ光をクラツド層２０
２，２０６、の間に閉じ込めるためにグレーデイ
ツド層２０３，２０５を設けてある。第２図ｂに
示したように注入キヤリアはグレツデイツド層２
０３，２０５につくられた電界により活性層２０
４に集められ、第２図ｃに示したような屈折率分
布により光は活性層２０４を中心にしてグレーデ
イツド層２０３，２０５に亘つて閉じ込められ
る。この場合、グレーデイツド層２０３，２０５
には、組成を連続的に変化させることが要求され
る。屈折率、エネルギーギヤツプの値の観点から
は、AlGaInP系でも満足されるのであるが、レ
ーザ素子とする場合には、基板と格子整合を保つ
必要がある。AlGaInPのように一般に組成を変
えると格子定数の変わる材料で、格子定数を一定
に保ちながら組成を変えることは非常に困難であ
る。ところが本実施例のようにAlGaAs系の材料
をグレーデイツド層として用いると、連続的に形
成を変えても格子定数はGaAsのそれとほぼ一致
している。またAlGaAsは、AlGaInP系のレーザ
に対しても、本実施例のようにエネルギーギヤツ
プの値や屈折率に対しての要請を満足する組成を
得ることができる。このようにして製作した素子
は従来のダブルヘテロ構造素子と較べて発振閾値
を大幅に低減することができた。これは従来
AlGaAs系で得られているGRIN−SCHレーザと
同様の効果が本実施例の構造を以てしても得られ
ていることを意味している。第１および第２の実
施例で挙げた化合物組成、層厚 導伝型などのパ
ラメータは、ここで述べた値に限定されるもので
はない。また本発明は他の化合物の組み合わせに
も適用できる。一例としてｎ型GaSb基板上に
1μm厚さのｎ型Al0.5Ga0.5Sb，0.4μm厚さのｎ型
AlxGa1-xSbグレーデイツド層（ｘ：0.4→0.2）、
0.01μm厚さのアンドープGa0.4In0.6As0.5Sb0.5、
0.4μm厚さのｐ型AlxGa1-xSbグレーデイツド層
（ｘ：0.2→0.4）、1μm厚さのｐ型Al0.5Ga0.5Sbグラ
ツド層を順に形成した多層構造により波長2.5μm
の赤外発光の半導体レーザが得られる。
ａは第２の実施例の模式図、第２図ｂは第２の実
施例のエネルギーバンドダイヤグラム、第２図ｃ
は第２の実施例の屈折率ダイヤグラムをそれぞれ
示す。第２図ａ，ｂ，ｃで共通する部分は同じ番
号を附した。本実施例は波長0.636nmで発振する
低発振閾値赤色可視光半導体レーザの構造を示し
ており、その形成法を次に説明する。エピタキシ
ヤル結晶成長法としては、MBE法又はMOVPE
法を用いる。まずｎ型GaAs基板２０１上に厚さ
1.0μmのｎ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラツド層２
０２を成長する。この上に成長方向に連続的に
Al組成が0.7から0.5に減少するAlxGa1-xAsグレ
ーデイツド層２０３を0.4μm成長する。続いて厚
さ0.01μmのアンドープ（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Ｐ活性
層２０４を成長し、その上に成長方向に連続的に
Al組成が0.5から0.7に増加するAlxGa1-xAsグレ
ーデイツド２０５を0.4μm成長する。さらにその
上に厚さ1.0μmのｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラ
ツド層２０６、厚さ1.0μmのｐ型GaAs層２０７
を順次成長する。続いてストライプ状開口（幅
10μm）２１１をもつSiO2絶縁膜２０８上にAu／
Zn合金によるｐ電極２０９およびｎ−GaAs基板
２０１上にAu／Ge合金によるｎ電極２１０を形
成する。成長層方向の距離ｘに対するエネルギー
バンドダイヤグラムおよび屈折率ダイヤグラムを
第２図ｂ，ｃにそれぞれ示す。注入されたキヤリ
アは第２図ｂで示されているように最もエネルギ
ーギヤツプの小さい（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Ｐ活性層
２０４に閉じ込められレーザ発振に寄与する。本
実施例では、活性層を厚さ0.01μmとごく薄くし、
前記第１の実施例よりもキヤリア密度を高め、ま
た量子井戸効果を生ぜしめて発振閾値の低下をは
かつてある。このとき、注入キヤリアを効率よく
活性層２０４に集め、かつ光をクラツド層２０
２，２０６、の間に閉じ込めるためにグレーデイ
ツド層２０３，２０５を設けてある。第２図ｂに
示したように注入キヤリアはグレツデイツド層２
０３，２０５につくられた電界により活性層２０
４に集められ、第２図ｃに示したような屈折率分
布により光は活性層２０４を中心にしてグレーデ
イツド層２０３，２０５に亘つて閉じ込められ
る。この場合、グレーデイツド層２０３，２０５
には、組成を連続的に変化させることが要求され
る。屈折率、エネルギーギヤツプの値の観点から
は、AlGaInP系でも満足されるのであるが、レ
ーザ素子とする場合には、基板と格子整合を保つ
必要がある。AlGaInPのように一般に組成を変
えると格子定数の変わる材料で、格子定数を一定
に保ちながら組成を変えることは非常に困難であ
る。ところが本実施例のようにAlGaAs系の材料
をグレーデイツド層として用いると、連続的に形
成を変えても格子定数はGaAsのそれとほぼ一致
している。またAlGaAsは、AlGaInP系のレーザ
に対しても、本実施例のようにエネルギーギヤツ
プの値や屈折率に対しての要請を満足する組成を
得ることができる。このようにして製作した素子
は従来のダブルヘテロ構造素子と較べて発振閾値
を大幅に低減することができた。これは従来
AlGaAs系で得られているGRIN−SCHレーザと
同様の効果が本実施例の構造を以てしても得られ
ていることを意味している。第１および第２の実
施例で挙げた化合物組成、層厚 導伝型などのパ
ラメータは、ここで述べた値に限定されるもので
はない。また本発明は他の化合物の組み合わせに
も適用できる。一例としてｎ型GaSb基板上に
1μm厚さのｎ型Al0.5Ga0.5Sb，0.4μm厚さのｎ型
AlxGa1-xSbグレーデイツド層（ｘ：0.4→0.2）、
0.01μm厚さのアンドープGa0.4In0.6As0.5Sb0.5、
0.4μm厚さのｐ型AlxGa1-xSbグレーデイツド層
（ｘ：0.2→0.4）、1μm厚さのｐ型Al0.5Ga0.5Sbグラ
ツド層を順に形成した多層構造により波長2.5μm
の赤外発光の半導体レーザが得られる。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明によれば、光および
キヤリアの閉じ込めについては従来ある光ガイド
層つきレーザ或いは傾斜屈折率分離光導波ヘテロ
構造（GRIN−SCH）などの低閾値化レーザの機
能を全く損わず、格子不整合が結晶の品質に及ぼ
す悪影響を大きく軽減し、製作を容易とした半導
体発光素子を提供することができる。
キヤリアの閉じ込めについては従来ある光ガイド
層つきレーザ或いは傾斜屈折率分離光導波ヘテロ
構造（GRIN−SCH）などの低閾値化レーザの機
能を全く損わず、格子不整合が結晶の品質に及ぼ
す悪影響を大きく軽減し、製作を容易とした半導
体発光素子を提供することができる。
第１図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ本発明の第１の実
施例の構造、エネルギーバンドダイヤグラム、屈
折率ダイヤグラムを示す図、第２図ａ，ｂ，ｃは
それぞれ第２の実施例の構造、エネルギダイヤグ
ラム、屈折率ダイヤグラムを示す図、第３図は従
来例を示す概略構造図、第４図ａ，ｂ，ｃはそれ
ぞれ他の従来例の断面図、エネルギダイヤグラ
ム、屈折率ダイクグラムを示す。 １０１，２０１，５０１，５２１……ｎ−
GaAs基板、１０２，５０２……ｎ−（Al0.3Ga0.7）
0.5In0.5Ｐクラツド層、１０３……ｎ−Al0.5Ga0.5
Asガイド層、１０４，５０３……アンドープ
Ga0.5In0.5Ｐ活性層、１０５……ｐ−Al0.5Ga0.5As
ガイド層、１０６，５０４……ｐ−（Al0.3Ga0.7）0.
５In0.5Ｐクラツド層、２０２……ｎ−（Al0.6Ga0.4）
0.5In0.5Ｐクラツド層、２０３，５２３……ｎ−
AlxGa1-xAsグレーデイツド層、２０４……アン
ドープ（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Ｐ活性層、２０５，５
２５……ｐ−AlxGa1-xAsグレーデイツド層、２
０６……ｐ−（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラツド層、
５２２……ｎ−Al0.5Ga0.5Asクラツド層、５２４
……アンドープGaAs活性層、５２６……ｐ−
Al0.5Ga0.5Asクラツド層、１０７，２０７，５０
５，５２７……ｐ−GaAs層、１０８，２０８，
５０６，５２８……SiO2膜、１０９，２０９，
５０７，５２９……ｐ電極、１１０，２１０，５
０８，５３０……ｎ電極、１１１，２１１，５０
９，５３１……ストライプ状開口。
施例の構造、エネルギーバンドダイヤグラム、屈
折率ダイヤグラムを示す図、第２図ａ，ｂ，ｃは
それぞれ第２の実施例の構造、エネルギダイヤグ
ラム、屈折率ダイヤグラムを示す図、第３図は従
来例を示す概略構造図、第４図ａ，ｂ，ｃはそれ
ぞれ他の従来例の断面図、エネルギダイヤグラ
ム、屈折率ダイクグラムを示す。 １０１，２０１，５０１，５２１……ｎ−
GaAs基板、１０２，５０２……ｎ−（Al0.3Ga0.7）
0.5In0.5Ｐクラツド層、１０３……ｎ−Al0.5Ga0.5
Asガイド層、１０４，５０３……アンドープ
Ga0.5In0.5Ｐ活性層、１０５……ｐ−Al0.5Ga0.5As
ガイド層、１０６，５０４……ｐ−（Al0.3Ga0.7）0.
５In0.5Ｐクラツド層、２０２……ｎ−（Al0.6Ga0.4）
0.5In0.5Ｐクラツド層、２０３，５２３……ｎ−
AlxGa1-xAsグレーデイツド層、２０４……アン
ドープ（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Ｐ活性層、２０５，５
２５……ｐ−AlxGa1-xAsグレーデイツド層、２
０６……ｐ−（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラツド層、
５２２……ｎ−Al0.5Ga0.5Asクラツド層、５２４
……アンドープGaAs活性層、５２６……ｐ−
Al0.5Ga0.5Asクラツド層、１０７，２０７，５０
５，５２７……ｐ−GaAs層、１０８，２０８，
５０６，５２８……SiO2膜、１０９，２０９，
５０７，５２９……ｐ電極、１１０，２１０，５
０８，５３０……ｎ電極、１１１，２１１，５０
９，５３１……ストライプ状開口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガリウムおよびアルミニウムのうちその一方
或いはその両方を族元素としてもつ二元或いは
三元−Ｖ化合物半導体基板上に、多元化合物半
導体より成る活性層と、該活性層の上下両面に設
けられた活性層よりも大きなエネルギーギヤツプ
と小さな屈折率をもつ多元化合物半導体より成る
クラツド層とを有する半導体発光素子において、
前記活性層と一方のクラツド層或いは両方のクラ
ツド層との間にガリウムおよびアルミニウムのう
ち一方或いはその両方を族元素とし、前記半導
体基板のＶ族元素と同じ種類でかつ同じ組成のも
のをＶ族元素として有し、かつ前記活性層よりも
大きなエネルギーギヤツプと小さな屈折率をもつ
二元或いは三元化合物半導体層を設けたことを特
徴とする半導体発光素子。 ２ 活性層とクラツド層との間に形成された化合
物半導体層中のアルミニウム組成が、活性層に接
する側からクラツド層に接する側に向かつて大き
くなつてい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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60197013A JPS6255985A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60197013A JPS6255985A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6255985A JPS6255985A (ja) | 1987-03-11 |
| JPH0440872B2 true JPH0440872B2 (ja) | 1992-07-06 |
Family
ID=16367330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60197013A Granted JPS6255985A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6255985A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2616272B1 (fr) * | 1987-06-02 | 1990-10-26 | Thomson Csf | Dispositif en materiaux semiconducteurs realise sur un substrat de parametre de maille different, application a un laser et procede de realisation |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS574189A (en) * | 1980-06-10 | 1982-01-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor laser device |
-
1985
- 1985-09-05 JP JP60197013A patent/JPS6255985A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6255985A (ja) | 1987-03-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0661782B1 (en) | A semiconductor laser | |
| US4750183A (en) | Semiconductor laser device | |
| JPH0418476B2 (ja) | ||
| EP0989643B1 (en) | Semiconductor light-emitting device and manufacturing method for the same | |
| US5042049A (en) | Semiconductor optical device | |
| JP2558768B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| US5355384A (en) | Semiconductor laser element | |
| JPH0732285B2 (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
| US4916708A (en) | Semiconductor light-emitting devices | |
| JP4045639B2 (ja) | 半導体レーザおよび半導体発光素子 | |
| US5574741A (en) | Semiconductor laser with superlattice cladding layer | |
| US4761790A (en) | Optical semiconductor device | |
| JP5381692B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2721185B2 (ja) | リブ導波路型発光半導体装置 | |
| JPH0654821B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH04350988A (ja) | 量子井戸構造発光素子 | |
| JP2001144375A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH0440872B2 (ja) | ||
| JP2748570B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| US5608751A (en) | Laser diode and process for producing the same | |
| JP4154757B2 (ja) | ＡｌＧａＡｓ層の成長方法および半導体レーザの製造方法 | |
| JP3033333B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH0669589A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH01184972A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| WO1990004275A1 (en) | Semiconductor light-emitting devices |