JPH06140721A - 半導体多層反射膜 - Google Patents

半導体多層反射膜

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JPH06140721A
JPH06140721A JP64491A JP64491A JPH06140721A JP H06140721 A JPH06140721 A JP H06140721A JP 64491 A JP64491 A JP 64491A JP 64491 A JP64491 A JP 64491A JP H06140721 A JPH06140721 A JP H06140721A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 面発光レーザなどに用いられる半導体多層反
射膜は、2種類の屈折率の大きく異なる物質を用いる
が、バンドの不連続によりスパイクが生じ、キャリヤ走
行の障壁となり高抵抗になる。本発明の目的はこのスパ
イクの幅を狭め、トンネル電流を増加させて反射膜のヘ
テロ接合部の抵抗を減らすことにある。 【構成】 半導体多層反射膜14部分のn型部ではワイ
ドギャップ半導体3のバイアス電圧の−側のヘテロ界面
から0〜100A入ったところに、p型では+側のヘテ
ロ界面から0〜100A入ったところにそれぞれ20A
程度の幅でδ関数的に高濃度ドーピング領域11を形成
する。 【効果】 高濃度ドーピング領域の形成によりスパイク
の幅を減らすことができる。又、部分的に高濃度にする
ことにより、結晶性への悪影響を低減でき高品質で抵抗
の小さい半導体多層反射膜が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は抵抗の小さい半導体多層
反射膜に関する。
【0002】
【従来の技術】並列光情報処理、並列光通信に適した発
光デバイスの1つとして面型に並列可能な垂直共振器型
面発光レーザがある。一般的な垂直共振器型面発光レー
ザの断面図を図5に示す。n型GaAs基板1の上へ順
に、n型半導体多層反射膜13、を形成する。その上に
n型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層4、i−In0.2
Ga0.8 As活性層5、p型Al0.3 Ga0.7 Asクラ
ッド層6、p形半導体多層反射膜14を順次成長する。
その後上部にAu電極9を、下部に光を取り出すための
窓をあけたAuGeNi電極10を形成して、円筒状に
エッチングを行う。電流は反射膜13と14、クラッド
層4と6を介して流れ、活性層5に注入される。
【0003】このような垂直共振器型レーザは水平共振
器型レーザと異なり、活性層が薄いため、光を増幅発振
させるためには反射層の反射率を高精度で高める必要が
ある。そのため屈折率差の大きい2種類の物質、例えば
GaAsとAlAsを媒質内波長の4分の1の厚さで交
互に成長させたものが半導体多層反射膜13と14とし
て用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したような構造の
半導体多層反射膜では、屈折率差の大きい物質を交互に
積み上げる必要があったために、バンドギャップの大き
く異なる物質を選ぶ必要があった。しかし、バンドギャ
ップの異なる物質を交互に成長させた場合、ヘテロ界面
でのバンドの不連続により、バンドにスパイクが生じ、
キャリヤーに対する障壁となる。そのため半導体多層膜
部分での電気抵抗が非常に高くなり、電流注入が困難で
ある。
【0005】このときのn−GaAs、n−AlAs半
導体多層膜部分におけるバンド図(バイアス電圧=O
V)を図3に示す。フェルミレベル18は半導体内で一
定であるので、ヘテロ接合部分で伝導帯15にスパイク
19が生じる。これにバイアス電圧(右側を+とする)
を印加した時のバンド図を図4に示す。ここではワイド
ギャップ半導体(AlAs)に対してナローギャップ半
導体(GaAs)が−側にある部分のヘテロ界面で逆バ
イアスとなり、そこでのスパイク17が大きくなってし
まう。このスパイクが電子に対する障壁となり、抵抗値
が上昇する。順バイアス側でもスパイク20が残るがそ
れは逆バイアス側に較べて非常に小さい。スパイクの高
さは主としてGaAsとAlAs電子親和力の差、そし
て、バイアス電圧Vの大きさで決まる。スパイクの幅は
ドーピング濃度と両側の半導体の誘電率εに依存する。
全体に1.5×1017cm-3のドーピングを施したと
き、バイアス電圧がOVのときのスパイク幅は約200
A(オングストローム)である。
【0006】またp型半導体多層膜部においても同様の
ことが言え、バイアス電圧を印加したときにスパイクが
生じるのはワイドギャップ半導体部分の+側でナローギ
ャップ半導体と接合している部分である。
【0007】そこでバンドスパイクを制御して抵抗を低
減させるには、多層膜部に高濃度ドーピングを行い、ト
ンネル電流の増加を図ることが有効である。しかし、結
晶成長時に高濃度ドーピングを行うには、結晶性、表面
モホロジーの問題があって、濃度に限界があり、特にバ
ルクのAlAsについては高濃度ドーピングは難しく、
n型で5×1017cm-3程度が限界であった。
【0008】また、抵抗を下げる別の方法として、ヘテ
ロ界面の組成の変化をグレーディッドにしてバンドのス
パイクを減らし、抵抗を下げる方法も考えられる。しか
し、成長時にグレーディッド層を作製するためには成長
温度を非常に小さいサイクルで変えなければならず、工
程の大幅な増加を招いたり、歩留りが低下するという問
題があった。
【0009】本発明の目的は従来のかかる問題点を解決
し、低抵抗で反射率の大きい半導体多層反射膜を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体多層反射
膜は、屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる同一
導電型の2種類の半導体を、媒質内波長の4分の1の厚
さで交互に形成した半導体多層膜と、該半導体多層膜に
バイアス電圧印加する電極部とを備え、前記導電型がn
型の場合は前記半導体のワイドバンドギャップ半導体の
中のバイアス電圧の−側のヘテロ界面近傍に、前記導電
型がp型の場合は前記半導体のワイドギャップ半導体の
中のバイアス電圧の+側のヘテロ界面近傍に、数原子層
程度の幅のδ関数的な高濃度不純物ドーピング領域を有
することを特徴とする。
【0011】あるいは、垂直キャビティ型の面発光半導
体レーザや面発光型LEDあるいはスーパーラディアン
トLEDなどの面発光素子の半導体多層反射膜であっ
て、屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる同一導
電型の2種類の半導体を媒質内波長の4分の1の厚さで
交互に形成した、活性層をはさむ一対の半導体多層膜
と、該半導体多層膜にバイアス電圧印加する電極部とを
備え、前記一対の半導体多層膜は導電型が異なり、導電
型がn型の半導体多層膜のワイドバンドギャップ半導体
の中のバイアス電圧の−側のヘテロ界面近傍に、または
前記導電型がp型の半導体多層膜のワイドギャップ半導
体の中のバイアス電圧の+側のヘテロ界面近傍に、また
はその両方に、数原子層程度の幅のδ関数的な高濃度不
純物ドーピング領域を有することを特徴とする。
【0012】
【作用】本発明の半導体多層反射膜によれば、ヘテロ界
面の近傍で高濃度ドーピングすることにより、キャリヤ
を供給し、スパイクの幅を減らすことが出来る。さら
に、δ関数的に狭い幅で高濃度ドーピングを行うので結
晶性の劣化を小さくすることができる。しかも膜厚を制
御すれば光学的反射率の劣化は招かない。これにより低
抵抗で高反射率の半導体多層反射膜が得られる。
【0013】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を説明するた
めに本発明の半導体多層反射膜を適用した面発光レーザ
の断面図である。
【0014】この面発光レーザの製作方法を以下に述べ
る。n型GaAs基板1上にn型多層反射膜13として
n−GaAs2、n−AlAs3を交互に20層積層す
る。その際、n−AlAs内の下部(バイアス電圧の−
側)のn−GaAsとの界面から20Aの部分に、1×
1013cm-2の濃度でδ関数的に原子層数層程度の幅
(ここでは20A)のn型高濃度ドーピング領域11を
形成する。n型多層反射膜13の上に位相制御層として
n型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層4を成長する。さ
らに活性層として、100Aの厚さでi−In0.2 Ga
0.8 As層5を成長させる。その後さらに位相制御層と
してp型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層6を成長し、
その上に、p型半導体多層反射膜14としてp−AlA
s7、p−GaAs8を交互に15層積層する。その
際、p−AlAs内の上部(バイアス電圧の+側)の界
面から20Aの部分に、1×1013cm-2の濃度でδ関
数的に、p型高濃度ドーピング領域12を20Aの幅で
形成する。以上の結晶成長は分子線エピタキシー(MB
E)法を用いて行った。上部にAu電極9、下部に光を
とり出すための窓をあけたAuGeNi電極10を形成
する。こうして本実施例の素子が完成した。
【0015】このような構造におけるn型半導体多層反
射膜部分でのエネルギーバンド図の、バイアスを印加し
ない場合を図2(a)に、バイアスを印加した場合を図
2(b)に示す。n型高濃度不純物ドーピング領域11
を形成したため、伝導帯15上のスパイク16の幅を非
常に狭く、ほぼ20Aに小さくすることが出来る。その
結果、δ関数的高濃度ドーピングをしない場合のスパイ
ク17(図4)に較べてトンネル電流が増えて抵抗が低
減し、電流注入が容易になる。
【0016】本実施例では高濃度ドーピング領域をヘテ
ロ界面から20Aの所に入れたが、0〜100Aの範囲
であれば、従来より抵抗が低減できる。更に本実施例で
は高濃度ドーピング領域をp、n両側の反射膜に入れた
が一方の反射膜だけでも効果がある。また、反射膜の全
体に入れたが、一部分に入れただけでも抵抗の低減の効
果はある。
【0017】上記実施例において半導体多層膜は面発光
レーザにおける反射膜としたがこれに限らず他の電流注
入を要する素子の半導体多層反射膜にも本発明は適用で
きる。例えば、反射膜の反射率を変えてスーパーラディ
アント型LEDとした面発光素子や、反射膜を光のとり
出し面と反対側に形成して光のとり出し効率を上げた面
発光LED、更にpnpn型面発光素子やスイッチング
素子にも適用できる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば光
学的特性の劣化を招くことなく、多層反射膜部分の直列
抵抗の低減をはかることができ、例えば低い電圧で駆動
可能な面発光レーザ等の面型光素子に有用な半導体多層
反射膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例を示すための面発光レーザの
断面図である。
【図2】本発明の1実施例の多層膜におけるエネルギー
バンド図である。
【図3】通常のGaAs、AlAs多層膜部分でのバン
ド図である。
【図4】図3の多層膜にバイアス電圧を印加したときの
バンド図である。
【図5】従来の面発光レーザの断面図である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板 2 n−GaAs 3 n−AlAs 4 n型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層 5 In0.2 Ga0.8 As活性層 6 p型Al0.3 Ga0.7 Asクラッド層 7 p−AlAs 8 p−GaAs 9 Au電極 10 AuGeNi電極 11 n型高濃度ドーピング領域 12 p型高濃度ドーピング領域 13 n型半導体多層反射膜 14 p型半導体多層反射膜 15 伝導帯 16 n型高濃度ドーピングを行ったときのスパイク 17 通常のヘテロ接合における逆バイアス側スパイク 18 フェルミレベル 19 通常のヘテロ接合におけるバイアスが0のときの
スパイク 20 通常のヘテロ接合における順バイアス側スパイク 21 価電子帯

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 屈折率とバンドギャップエネルギーが異
    なる同一導電型の2種類の半導体を、媒質内波長の4分
    の1の厚さで交互に形成した半導体多層膜と、該半導体
    多層膜にバイアス電圧印加する電極部とを備え、前記導
    電型がn型の場合は前記半導体のワイドバンドギャップ
    半導体の中のバイアス電圧の−(マイナス)側のヘテロ
    界面近傍に、前記導電型がp型の場合は前記半導体のワ
    イドギャップ半導体の中のバイアス電圧の+(プラス)
    側のヘテロ界面近傍に、数原子層程度の幅のδ(デル
    タ)関数的な高濃度不純物ドーピング領域を有すること
    を特徴とする半導体多層反射膜。
  2. 【請求項2】 面発光素子の半導体多層反射膜であっ
    て、屈折率とバンドギャップエネルギーが異なる同一導
    電型の2種類の半導体を媒質内波長の4分の1の厚さで
    交互に形成した、活性層をはさむ一対の半導体多層膜
    と、該半導体多層膜にバイアス電圧印加する電極部とを
    備え、前記一対の半導体多層膜は導電型が異なり、導電
    型がn型の半導体多層膜のワイドバンドギャップ半導体
    の中のバイアス電圧の−側のヘテロ界面近傍に、または
    前記導電型がp型の半導体多層膜のワイドギャップ半導
    体の中のバイアス電圧の+側のヘテロ界面近傍に、また
    はその両方に、数原子層程度の幅のδ関数的な高濃度不
    純物ドーピング領域を有すること特徴とする半導体多層
    反射膜。
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