JPH07263804A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPH07263804A JPH07263804A JP6048494A JP4849494A JPH07263804A JP H07263804 A JPH07263804 A JP H07263804A JP 6048494 A JP6048494 A JP 6048494A JP 4849494 A JP4849494 A JP 4849494A JP H07263804 A JPH07263804 A JP H07263804A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- emitting device
- semiconductor
- semiconductor light
- 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.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】キャリア及び光を活性層に閉じ込める効果を高
めることにより発光効率の向上を図った半導体発光装置
に関し、クラッド層のバンドギャップをワイド化するこ
とにより、発光効率の向上を図る。 【構成】III-Ｖ族化合物の半導体基板１１上に前記半導
体基板１１の格子定数と異なる格子定数を有するInAlP
からなる半導体層１２が形成されてなる。
めることにより発光効率の向上を図った半導体発光装置
に関し、クラッド層のバンドギャップをワイド化するこ
とにより、発光効率の向上を図る。 【構成】III-Ｖ族化合物の半導体基板１１上に前記半導
体基板１１の格子定数と異なる格子定数を有するInAlP
からなる半導体層１２が形成されてなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置に関
し、より詳しくは、キャリア及び光を活性層に閉じ込め
る効果を高めることにより発光効率の向上を図った半導
体発光装置に関する。
し、より詳しくは、キャリア及び光を活性層に閉じ込め
る効果を高めることにより発光効率の向上を図った半導
体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信技術の進展に伴って、もっ
ぱら光通信の幹線系で使用されてきた半導体発光装置が
各家庭などの加入者系にも適用されようとしている。そ
こでは従来以上に低消費電力で動作する半導体発光装置
の提供が望まれている。よく知られているように、発光
効率を低下させる原因の一つとして半導体発光装置の活
性層に注入された電流がクラッド層に漏れてしまうこと
が挙げられる。このキャリアオーバフローを抑制するに
はクラッド層のバンドギャップをより大きくすることが
最も有効である。
ぱら光通信の幹線系で使用されてきた半導体発光装置が
各家庭などの加入者系にも適用されようとしている。そ
こでは従来以上に低消費電力で動作する半導体発光装置
の提供が望まれている。よく知られているように、発光
効率を低下させる原因の一つとして半導体発光装置の活
性層に注入された電流がクラッド層に漏れてしまうこと
が挙げられる。このキャリアオーバフローを抑制するに
はクラッド層のバンドギャップをより大きくすることが
最も有効である。
【０００３】図６は、従来例の光通信で用いられる発光
波長１μｍ帯を有する半導体発光装置について示す断面
図である。図中、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、ｎ−ＩｎＰか
らなるクラッド層２と、n-InGaAsP からなる光閉じ込め
層３と、ノンドープInGaAsP からなる活性層４と、p-In
GaAsP からなる光閉じ込め層５と、ｐ−ＩｎＰからなる
クラッド層６と、p-InGaAsP からなるコンタクト層７と
が順に形成されている。活性層４はノンドープInGaAsP
からなる量子井戸層とバリア層が交互に数層形成された
量子井戸構造を有している。
波長１μｍ帯を有する半導体発光装置について示す断面
図である。図中、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、ｎ−ＩｎＰか
らなるクラッド層２と、n-InGaAsP からなる光閉じ込め
層３と、ノンドープInGaAsP からなる活性層４と、p-In
GaAsP からなる光閉じ込め層５と、ｐ−ＩｎＰからなる
クラッド層６と、p-InGaAsP からなるコンタクト層７と
が順に形成されている。活性層４はノンドープInGaAsP
からなる量子井戸層とバリア層が交互に数層形成された
量子井戸構造を有している。
【０００４】図７に上記の構造に対応するバンド構造図
を示す。ここで、活性層４として量子井戸構造を用いて
いるのは、発光の閾値電流を低くし、かつ発光効率を高
めるためである。また、活性層４として量子井戸構造を
用いた場合、量子井戸構造だけでは、活性層４への光の
閉じ込めが小さすぎるので、活性層４の両側に屈折率の
大きい光閉じ込め層３，５を設けている。
を示す。ここで、活性層４として量子井戸構造を用いて
いるのは、発光の閾値電流を低くし、かつ発光効率を高
めるためである。また、活性層４として量子井戸構造を
用いた場合、量子井戸構造だけでは、活性層４への光の
閉じ込めが小さすぎるので、活性層４の両側に屈折率の
大きい光閉じ込め層３，５を設けている。
【０００５】更に、クラッド層２，６は光閉じ込め層
３，５とのバンド不連続によって活性層４に向けて注入
されたキャリアの光閉じ込め層３，５内への閉じ込めも
同時に実現する。
３，５とのバンド不連続によって活性層４に向けて注入
されたキャリアの光閉じ込め層３，５内への閉じ込めも
同時に実現する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の半導体
発光装置ではなお発光効率が不十分であり、発光効率の
更なる向上が望まれている。ところで、現在、容易に入
手可能な化合物半導体基板は、ＧａＡｓやＩｎＰ等の２
元系III-Ｖ族の化合物半導体結晶に限られる。その結
果、クラッド層３，５の材料は通常極めて限られたもの
になる。これは、結晶欠陥の発生を抑制するため、クラ
ッド層３，５の格子定数と基板１のそれとを整合する必
要があるからである。
発光装置ではなお発光効率が不十分であり、発光効率の
更なる向上が望まれている。ところで、現在、容易に入
手可能な化合物半導体基板は、ＧａＡｓやＩｎＰ等の２
元系III-Ｖ族の化合物半導体結晶に限られる。その結
果、クラッド層３，５の材料は通常極めて限られたもの
になる。これは、結晶欠陥の発生を抑制するため、クラ
ッド層３，５の格子定数と基板１のそれとを整合する必
要があるからである。
【０００７】例えば、発光波長１μｍ帯の半導体発光装
置では、ＩｎＰ基板１に対して、クラッド層３，５はＩ
ｎＰ、或いはＩｎＰと格子定数が等しい組成のInAlAsに
限られる。これでも、なおバンドギャップのワイド化は
不十分である。ＧａＡｓ基板を用いた場合には、ＩｎＧ
ａＰやＡｌＧａＡｓなどのワイドバンドギャップを有す
る材料でクラッド層２，６を形成することができるが、
発光波長が１．３μｍや１．５５μｍを有する活性層を
形成する材料が現状では存在しない。
置では、ＩｎＰ基板１に対して、クラッド層３，５はＩ
ｎＰ、或いはＩｎＰと格子定数が等しい組成のInAlAsに
限られる。これでも、なおバンドギャップのワイド化は
不十分である。ＧａＡｓ基板を用いた場合には、ＩｎＧ
ａＰやＡｌＧａＡｓなどのワイドバンドギャップを有す
る材料でクラッド層２，６を形成することができるが、
発光波長が１．３μｍや１．５５μｍを有する活性層を
形成する材料が現状では存在しない。
【０００８】本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創
作されたものであり、クラッド層のバンドギャップをワ
イド化することにより、発光効率の向上を図ることがで
きる長波長帯の半導体発光装置を提供することを目的と
するものである。
作されたものであり、クラッド層のバンドギャップをワ
イド化することにより、発光効率の向上を図ることがで
きる長波長帯の半導体発光装置を提供することを目的と
するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、II
I-Ｖ族化合物の半導体基板上に前記半導体基板の格子定
数と異なる格子定数を有するInAlP からなる半導体層が
形成されていることを特徴とする半導体発光装置によっ
て達成され、第２に、前記半導体基板は（００１）面を
有することを特徴とする第１の発明に記載の半導体発光
装置によって達成され、第３に、前記半導体基板はＩｎ
Ｐ基板であることを特徴とする第１又は第２の発明に記
載の半導体発光装置によって達成され、第４に、前記半
導体層はバッファ層であり、前記バッファ層上には前記
バッファ層と格子整合されたクラッド層が形成され、前
記クラッド層上に光閉じ込め層及び活性層が形成されて
いることを特徴とする第１，第２又は第３の発明に記載
の半導体発光装置によって達成され、第５に、前記半導
体層はクラッド層であり、前記クラッド層上には前記ク
ラッド層と格子整合された光閉じ込め層が形成され、前
記光閉じ込め層上には活性層が形成されていることを特
徴とする第１，第２，第３又は第４の発明に記載の半導
体発光装置によって達成される。
I-Ｖ族化合物の半導体基板上に前記半導体基板の格子定
数と異なる格子定数を有するInAlP からなる半導体層が
形成されていることを特徴とする半導体発光装置によっ
て達成され、第２に、前記半導体基板は（００１）面を
有することを特徴とする第１の発明に記載の半導体発光
装置によって達成され、第３に、前記半導体基板はＩｎ
Ｐ基板であることを特徴とする第１又は第２の発明に記
載の半導体発光装置によって達成され、第４に、前記半
導体層はバッファ層であり、前記バッファ層上には前記
バッファ層と格子整合されたクラッド層が形成され、前
記クラッド層上に光閉じ込め層及び活性層が形成されて
いることを特徴とする第１，第２又は第３の発明に記載
の半導体発光装置によって達成され、第５に、前記半導
体層はクラッド層であり、前記クラッド層上には前記ク
ラッド層と格子整合された光閉じ込め層が形成され、前
記光閉じ込め層上には活性層が形成されていることを特
徴とする第１，第２，第３又は第４の発明に記載の半導
体発光装置によって達成される。
【００１０】
【作用】ＧａＡｓやＩｎＰ等の２元系III-Ｖ族の化合物
半導体結晶に格子整合する結晶は種類が限られるため、
バンドギャップの十分なワイド化を図れないという事情
を考慮すると、化合物半導体基板の上にその基板と格子
定数の異なるIII-Ｖ族の化合物半導体層を成長すること
により、クラッド層のワイドギャップ化を実現する必要
がある。特に、ＩｎＰ基板に対して格子定数が小さくな
るようにすると、結晶材料の選択幅が広がるので好まし
い。一方、ＧａＡｓ基板に対しては格子定数が大きくな
るようにすると、結晶材料の選択幅が広がるので好まし
い。
半導体結晶に格子整合する結晶は種類が限られるため、
バンドギャップの十分なワイド化を図れないという事情
を考慮すると、化合物半導体基板の上にその基板と格子
定数の異なるIII-Ｖ族の化合物半導体層を成長すること
により、クラッド層のワイドギャップ化を実現する必要
がある。特に、ＩｎＰ基板に対して格子定数が小さくな
るようにすると、結晶材料の選択幅が広がるので好まし
い。一方、ＧａＡｓ基板に対しては格子定数が大きくな
るようにすると、結晶材料の選択幅が広がるので好まし
い。
【００１１】例えば、格子不整合による歪みエネルギが
十分に解放される程度に厚く、ＩｎＰ基板の上にInGaP
結晶を形成する。或いは、このようなInGaP 結晶と格子
定数がほぼ等しくなくような組成を有するInAlAs結晶を
ＩｎＰ基板の上に形成する。InGaP 結晶や、InGaP 結晶
と格子定数がほぼ等しくなくような組成を有するInAlAs
結晶やInAlP 結晶等は、ＩｎＰやＩｎＰと格子定数がほ
ぼ等しくなくような組成を有するInAlAs結晶等と比較し
てバンドギャップが大きいため、それらの結晶を用いる
ことはキャリアのオーバフローの抑制のために有効であ
る。しかし、もともと格子不整合であるため、できるだ
け結晶不整合の影響を回避できるような結晶材料を選択
する必要がある。
十分に解放される程度に厚く、ＩｎＰ基板の上にInGaP
結晶を形成する。或いは、このようなInGaP 結晶と格子
定数がほぼ等しくなくような組成を有するInAlAs結晶を
ＩｎＰ基板の上に形成する。InGaP 結晶や、InGaP 結晶
と格子定数がほぼ等しくなくような組成を有するInAlAs
結晶やInAlP 結晶等は、ＩｎＰやＩｎＰと格子定数がほ
ぼ等しくなくような組成を有するInAlAs結晶等と比較し
てバンドギャップが大きいため、それらの結晶を用いる
ことはキャリアのオーバフローの抑制のために有効であ
る。しかし、もともと格子不整合であるため、できるだ
け結晶不整合の影響を回避できるような結晶材料を選択
する必要がある。
【００１２】本願発明者は、クラッド層をワイドギャッ
プ化するため、ＩｎＰ基板上のクラッド層又はバッファ
層として使用できる可能性がある材料として、ＩｎＰ基
板の格子定数よりも凡そ０．９％小さい格子定数を有す
るInAlAs，InAlP ，InGaP ，InGaAsの計４種類の典型的
な３元結晶を選んだ。そして、これらをＩｎＰ基板上に
形成して、ＩｎＰ基板からの格子定数の変換を試みた。
プ化するため、ＩｎＰ基板上のクラッド層又はバッファ
層として使用できる可能性がある材料として、ＩｎＰ基
板の格子定数よりも凡そ０．９％小さい格子定数を有す
るInAlAs，InAlP ，InGaP ，InGaAsの計４種類の典型的
な３元結晶を選んだ。そして、これらをＩｎＰ基板上に
形成して、ＩｎＰ基板からの格子定数の変換を試みた。
【００１３】結晶の良否は、ＩｎＰ基板上に形成された
結晶表面の凹凸の様子により判定した。その凹凸は段差
計で測定した。なお、凹凸の状態を結晶の良否判定の基
準にしたのは、次の理由による。即ち、結晶表面に凹凸
が存在することにより、その上に形成された活性層は凸
部付近で膜厚が薄くなり、発光を起こさなくなる。この
ような半導体発光装置は結果的に効率の低下を来すため
である。
結晶表面の凹凸の様子により判定した。その凹凸は段差
計で測定した。なお、凹凸の状態を結晶の良否判定の基
準にしたのは、次の理由による。即ち、結晶表面に凹凸
が存在することにより、その上に形成された活性層は凸
部付近で膜厚が薄くなり、発光を起こさなくなる。この
ような半導体発光装置は結果的に効率の低下を来すため
である。
【００１４】その調査結果によれば、調査範囲の結晶表
面の凹凸の高さの平均値はＰ系の材料で低く、また、調
査範囲の結晶表面全体にわたって最大となる凹凸の高さ
はＡｌ系の材料で低くなった。特に、InGaP 結晶やInAl
P 結晶が優れている。また、InGaP 結晶に比較してInAl
P 結晶の方がバンドギャップが広い。従って、キャリア
の閉じ込め効果をも考慮して総合的に判断すると、InAl
P を主成分とする結晶材料がＩｎＰ基板からの結晶変換
材料に適しているといえる。
面の凹凸の高さの平均値はＰ系の材料で低く、また、調
査範囲の結晶表面全体にわたって最大となる凹凸の高さ
はＡｌ系の材料で低くなった。特に、InGaP 結晶やInAl
P 結晶が優れている。また、InGaP 結晶に比較してInAl
P 結晶の方がバンドギャップが広い。従って、キャリア
の閉じ込め効果をも考慮して総合的に判断すると、InAl
P を主成分とする結晶材料がＩｎＰ基板からの結晶変換
材料に適しているといえる。
【００１５】本発明の半導体発光装置によれば、ＩｎＰ
基板上にＩｎＰと格子定数が小さくなるような組成のIn
AlP 層を形成しているので、バンドギャップの大きいも
のから小さいものまで、InAlP 層と格子整合する結晶材
料の選択の幅が広がる。このため、クラッド層のバンド
ギャップに対して小さいバンドギャップの光閉じ込め層
或いは活性層を選択することができるので、キャリアの
クラッド層への漏洩を抑制することができる。
基板上にＩｎＰと格子定数が小さくなるような組成のIn
AlP 層を形成しているので、バンドギャップの大きいも
のから小さいものまで、InAlP 層と格子整合する結晶材
料の選択の幅が広がる。このため、クラッド層のバンド
ギャップに対して小さいバンドギャップの光閉じ込め層
或いは活性層を選択することができるので、キャリアの
クラッド層への漏洩を抑制することができる。
【００１６】また、InAlP 層を用いているので、実験結
果より格子不整合転移に起因する結晶表面の凹凸の発生
を最もよく抑制することができる。従って、この上に成
長した活性層の膜厚は均一になるため、活性層全体にわ
たって均一な発光が起こる。以上により、キャリア閉じ
込めの効果と活性層全体が発光に寄与するという発光の
均一性の効果の両方により半導体発光装置の高効率化を
図ることができる。
果より格子不整合転移に起因する結晶表面の凹凸の発生
を最もよく抑制することができる。従って、この上に成
長した活性層の膜厚は均一になるため、活性層全体にわ
たって均一な発光が起こる。以上により、キャリア閉じ
込めの効果と活性層全体が発光に寄与するという発光の
均一性の効果の両方により半導体発光装置の高効率化を
図ることができる。
【００１７】
（１）第１の実施例に係る格子定数の変換実験及びその
結果についての説明 以下、ＩｎＰ基板上に形成したInAlAs層，InAlP 層，In
GaP 層，InGaAs層について、格子定数の変換実験及びそ
の結果について説明する。 （Ａ）実験試料の作成 実験に用いた試料は次のようにして作成した。
結果についての説明 以下、ＩｎＰ基板上に形成したInAlAs層，InAlP 層，In
GaP 層，InGaAs層について、格子定数の変換実験及びそ
の結果について説明する。 （Ａ）実験試料の作成 実験に用いた試料は次のようにして作成した。
【００１８】ＩｎＰ基板上に形成する格子定数変換層と
して、ＩｎＰ基板の格子定数よりも０．９％小さい格子
定数を有するInAlAs，InAlP ，InGaP ，InGaAsの計４種
類の典型的な３元結晶を選んだ。上記の結晶を、（００
１）面方位を有するＩｎＰ基板上に、有機金属化学気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成して、ＩｎＰ基板か
らの格子定数の変換を試みた。各結晶の膜厚はすべて
１．５μｍとした。
して、ＩｎＰ基板の格子定数よりも０．９％小さい格子
定数を有するInAlAs，InAlP ，InGaP ，InGaAsの計４種
類の典型的な３元結晶を選んだ。上記の結晶を、（００
１）面方位を有するＩｎＰ基板上に、有機金属化学気相
成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成して、ＩｎＰ基板か
らの格子定数の変換を試みた。各結晶の膜厚はすべて
１．５μｍとした。
【００１９】以下、形成した結晶の特性について示す。 InAlAs：組成In0.39Al0.61As，エネルギギャップ１．
７１ｅＶ InAlP ：組成In0.87Al0.13P ，エネルギギャップ１．
６４ｅＶ InGaP ：組成In0.87Ga0.13P ，エネルギギャップ１．
４７ｅＶ InGaAs：組成In0.4Ga0.6As，エネルギギャップ０．９
ｅＶ なお、ＩｎＰ基板のエネルギギャップは凡そ１．３５ｅ
Ｖである。
７１ｅＶ InAlP ：組成In0.87Al0.13P ，エネルギギャップ１．
６４ｅＶ InGaP ：組成In0.87Ga0.13P ，エネルギギャップ１．
４７ｅＶ InGaAs：組成In0.4Ga0.6As，エネルギギャップ０．９
ｅＶ なお、ＩｎＰ基板のエネルギギャップは凡そ１．３５ｅ
Ｖである。
【００２０】また、InGaAs層を実際の半導体発光装置に
適用する場合にはInGaAs層は単に格子定数の変換のため
のバッファ層として用いられ、クラッド層としてInGaAs
層の上にInGaAs層と格子定数が等しいInAlAs層，InAlP
層，InGaP 層を設ける必要がある。 （Ｂ）実験方法 形成された各結晶について、段差計を用いて結晶表面を
〔１-1０〕方向及び〔１１０〕方向にそれぞれ５００μ
ｍの範囲で走査し、結晶表面の凹凸の高さを測定した。
適用する場合にはInGaAs層は単に格子定数の変換のため
のバッファ層として用いられ、クラッド層としてInGaAs
層の上にInGaAs層と格子定数が等しいInAlAs層，InAlP
層，InGaP 層を設ける必要がある。 （Ｂ）実験方法 形成された各結晶について、段差計を用いて結晶表面を
〔１-1０〕方向及び〔１１０〕方向にそれぞれ５００μ
ｍの範囲で走査し、結晶表面の凹凸の高さを測定した。
【００２１】（Ｃ）実験結果 図４，図５はＩｎＡｌＰについてのラフネス（凹凸の高
さ）の調査結果を示す特性図である。図４は〔１-1０〕
方向に走査した場合の結果、図５は〔１１０〕方向に走
査した場合の結果について示す。ともに縦軸は高さ
（Å）を表し、横軸は結晶表面の特定の場所からの距離
（μｍ）を表す。
さ）の調査結果を示す特性図である。図４は〔１-1０〕
方向に走査した場合の結果、図５は〔１１０〕方向に走
査した場合の結果について示す。ともに縦軸は高さ
（Å）を表し、横軸は結晶表面の特定の場所からの距離
（μｍ）を表す。
【００２２】また、図３は、４種類全ての試料の凹凸の
高さを調査した結果についてまとめた特性図である。縦
軸は凹凸の高さ（ｎｍ）を表し、横軸は結晶の種類を表
す。図３中、黒丸印は走査範囲での結晶表面の凹凸の底
から頂上までの最大の高さを示す。黒三角印は走査範囲
での結晶表面の凹凸の高さの平均値を示す。結果によれ
ば、走査範囲の結晶表面にわたる凹凸の高さの平均値は
Ｐ系の材料で低く、また、走査範囲にわたって最大とな
る凹凸の高さはＡｌ系の材料で低くなった。特に、InGa
P 結晶やInAlP 結晶が優れている。
高さを調査した結果についてまとめた特性図である。縦
軸は凹凸の高さ（ｎｍ）を表し、横軸は結晶の種類を表
す。図３中、黒丸印は走査範囲での結晶表面の凹凸の底
から頂上までの最大の高さを示す。黒三角印は走査範囲
での結晶表面の凹凸の高さの平均値を示す。結果によれ
ば、走査範囲の結晶表面にわたる凹凸の高さの平均値は
Ｐ系の材料で低く、また、走査範囲にわたって最大とな
る凹凸の高さはＡｌ系の材料で低くなった。特に、InGa
P 結晶やInAlP 結晶が優れている。
【００２３】以上により、ＩｎＰ基板に対して、InGaP
結晶やInAlP 結晶を用いるとよいが、バンドギャップの
広さの点からは、InGaP 結晶に比較してInAlP 結晶の方
がバンドギャップが広い。従って、キャリアの閉じ込め
効果をも考慮して総合的に判断すると、InAlP を主成分
とする結晶材料がＩｎＰ基板からの結晶変換材料に適し
ているといえる。
結晶やInAlP 結晶を用いるとよいが、バンドギャップの
広さの点からは、InGaP 結晶に比較してInAlP 結晶の方
がバンドギャップが広い。従って、キャリアの閉じ込め
効果をも考慮して総合的に判断すると、InAlP を主成分
とする結晶材料がＩｎＰ基板からの結晶変換材料に適し
ているといえる。
【００２４】（２）第２の実施例に係る半導体レーザへ
の適用についての説明 図１は、本発明の第２の実施例に係る半導体レーザの構
成について示す側面図である。図１は、本発明の第２の
実施例に係る発光波長１．３μｍ帯を有する半導体発光
装置について示す断面図である。
の適用についての説明 図１は、本発明の第２の実施例に係る半導体レーザの構
成について示す側面図である。図１は、本発明の第２の
実施例に係る発光波長１．３μｍ帯を有する半導体発光
装置について示す断面図である。
【００２５】図中、１１は（００１）面方位を有するｎ
−ＩｎＰ基板である。（００１）面を用いたのは〔１１
０〕及び〔１-1０〕方向への直交する２方向の劈開が可
能であるためである。１２はｎ−ＩｎＰ基板１１上に形
成された膜厚約2.5 μｍのｎ−InAlP 膜からなるクラッ
ド層で、ｎ−ＩｎＰ基板１１の格子定数に対して凡そ
０．９％小さい格子定数を有する。クラッド層１２は次
の２層からなる。即ち、下の層12ａはＡｌの含有量が漸
増しているグレーディッド層で、ＩｎＰ基板１１から徐
々にＡｌの含有量を増大させ、膜厚約1.5 μｍで所望の
格子定数となるような組成としている。更に、その上に
は所望の格子定数となるような均一の組成で膜厚約１μ
ｍのｎ−InAlP 膜12ｂが積層されている。このようにす
るのは、格子定数を徐々に変換することにより、特定の
位置での格子不整合転位の集中的な発生を抑制し、平坦
な表面を得るためである。
−ＩｎＰ基板である。（００１）面を用いたのは〔１１
０〕及び〔１-1０〕方向への直交する２方向の劈開が可
能であるためである。１２はｎ−ＩｎＰ基板１１上に形
成された膜厚約2.5 μｍのｎ−InAlP 膜からなるクラッ
ド層で、ｎ−ＩｎＰ基板１１の格子定数に対して凡そ
０．９％小さい格子定数を有する。クラッド層１２は次
の２層からなる。即ち、下の層12ａはＡｌの含有量が漸
増しているグレーディッド層で、ＩｎＰ基板１１から徐
々にＡｌの含有量を増大させ、膜厚約1.5 μｍで所望の
格子定数となるような組成としている。更に、その上に
は所望の格子定数となるような均一の組成で膜厚約１μ
ｍのｎ−InAlP 膜12ｂが積層されている。このようにす
るのは、格子定数を徐々に変換することにより、特定の
位置での格子不整合転位の集中的な発生を抑制し、平坦
な表面を得るためである。
【００２６】１３はクラッド層１２のInAlP に格子整合
され、クラッド層１２上に形成された膜厚約1000Åのn-
InGaAsP からなる光閉じ込め層である。光閉じ込め層１
３のバンドギャップは１．１３ｅＶである。１４は光閉
じ込め層１３上に形成された活性層で、膜厚約１００Å
のノンドープのＩｎ組成０．３を有するInGaAsからなる
量子井戸層14ａ，14ｃ，14ｄと膜厚約１００Åのノンド
ープのInGaAsP からなるバリア層14ｂ，14ｅが交互に数
層形成されている。バリア層14ｂ，14ｅのバンドギャッ
プは例えば、１．１３ｅＶで、量子井戸層14ａ，14ｃ，
14ｄのバンドギャップは０．９３ｅＶとなっている。
され、クラッド層１２上に形成された膜厚約1000Åのn-
InGaAsP からなる光閉じ込め層である。光閉じ込め層１
３のバンドギャップは１．１３ｅＶである。１４は光閉
じ込め層１３上に形成された活性層で、膜厚約１００Å
のノンドープのＩｎ組成０．３を有するInGaAsからなる
量子井戸層14ａ，14ｃ，14ｄと膜厚約１００Åのノンド
ープのInGaAsP からなるバリア層14ｂ，14ｅが交互に数
層形成されている。バリア層14ｂ，14ｅのバンドギャッ
プは例えば、１．１３ｅＶで、量子井戸層14ａ，14ｃ，
14ｄのバンドギャップは０．９３ｅＶとなっている。
【００２７】１５は活性層１４上に形成された膜厚約10
00Åのp-InGaAsP からなる光閉じ込め層、１６は光閉じ
込め層１５上に形成された膜厚約１．５μｍのｐ−InAl
P からなるクラッド層で、ｎ−InAlP 膜12ｂと同一組成
となっている。１７はクラッド層１６のInAlP に格子整
合され、クラッド層１６上に形成された膜厚約3000Åの
p-InGaAsP からなるコンタクト層である。
00Åのp-InGaAsP からなる光閉じ込め層、１６は光閉じ
込め層１５上に形成された膜厚約１．５μｍのｐ−InAl
P からなるクラッド層で、ｎ−InAlP 膜12ｂと同一組成
となっている。１７はクラッド層１６のInAlP に格子整
合され、クラッド層１６上に形成された膜厚約3000Åの
p-InGaAsP からなるコンタクト層である。
【００２８】次に、上記の半導体レーザを作成する方法
について説明する。まず、（００１）面方位を有するｎ
−ＩｎＰ基板１１をＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内に保持
してチャンバ内を減圧する。次いで、ｎ−ＩｎＰ基板１
１を加熱し、温度６５０℃に保持する。次に、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ），トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡｌ）及びホスフィン（ＰＨ3 ）をチャンバ内に
導入し、ガス圧力を約０．１気圧に保持する。
について説明する。まず、（００１）面方位を有するｎ
−ＩｎＰ基板１１をＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内に保持
してチャンバ内を減圧する。次いで、ｎ−ＩｎＰ基板１
１を加熱し、温度６５０℃に保持する。次に、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ），トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡｌ）及びホスフィン（ＰＨ3 ）をチャンバ内に
導入し、ガス圧力を約０．１気圧に保持する。
【００２９】このとき、各ガスの導入は次のように行う
ことが好ましい。即ち、最初にＴＭＩｎ，ＰＨ3 のみを
導入し、次第にＴＭＡｌの添加両を増していく。最終的
に所定の組成のn-Inx Aly P z が得られるようにする。
これにより、格子定数がＩｎＰのものから次第にInx Al
y P z に変化するグレーディッド層12ａが形成される。
このグレーディッド層12ａは表面の凹凸を抑制するため
に極めて有効である。このグレーディッド層12ａの厚さ
により結晶欠陥転位の発生状態が決まる。この場合膜厚
１．５μｍ以上必要である。これにより、ＩｎＰとInx
Aly P z の間の格子不整合に起因する歪みエネルギはほ
ぼ格子不整合転位によって解放され格子定数の変換は終
了する。
ことが好ましい。即ち、最初にＴＭＩｎ，ＰＨ3 のみを
導入し、次第にＴＭＡｌの添加両を増していく。最終的
に所定の組成のn-Inx Aly P z が得られるようにする。
これにより、格子定数がＩｎＰのものから次第にInx Al
y P z に変化するグレーディッド層12ａが形成される。
このグレーディッド層12ａは表面の凹凸を抑制するため
に極めて有効である。このグレーディッド層12ａの厚さ
により結晶欠陥転位の発生状態が決まる。この場合膜厚
１．５μｍ以上必要である。これにより、ＩｎＰとInx
Aly P z の間の格子不整合に起因する歪みエネルギはほ
ぼ格子不整合転位によって解放され格子定数の変換は終
了する。
【００３０】続いて、最終的な所定の組成のn-Inx Aly
P z が得られるように添加量を保持して、均一組成層12
ｂを約１μｍ形成する。以上により、クラッド層１２が
形成される。次に、クラッド層１２上にn-InGaAsP から
なる光閉じ込め層１３を形成し、続いて膜厚約１００Å
のノンドープのInGaAsからなる量子井戸層14ａ，14ｃ，
14ｄと膜厚約１００ÅのノンドープのInGaAsP からなる
バリア層14ｂ，14ｅを交互に数層形成し、歪み量子井戸
構造の活性層１４を形成する。
P z が得られるように添加量を保持して、均一組成層12
ｂを約１μｍ形成する。以上により、クラッド層１２が
形成される。次に、クラッド層１２上にn-InGaAsP から
なる光閉じ込め層１３を形成し、続いて膜厚約１００Å
のノンドープのInGaAsからなる量子井戸層14ａ，14ｃ，
14ｄと膜厚約１００ÅのノンドープのInGaAsP からなる
バリア層14ｂ，14ｅを交互に数層形成し、歪み量子井戸
構造の活性層１４を形成する。
【００３１】次いで、活性層１４上にp-InGaAsP からな
る光閉じ込め層１５を形成する。続いて、p-InAlP から
なる膜厚約１．５μｍの均一組成層16ｂで構成されるク
ラッド層１６を形成する。次に、p-InGaAsP からなるコ
ンタクト層１７を形成すると、発光波長約１．３μｍを
有する光通信用の半導体レーザが完成する。図２にエネ
ルギバンド図を示す。図２によれば、ＩｎＰ基板１１か
ら所定の組成のｎ−InAlP 膜12ｂに至るまで徐々にＡｌ
の含有量が増大していることにより、バンドギャップは
ＩｎＰ基板１１から単調に増加してInAlP からなる均一
組成層12ｂに連続的に繋がる。これにより、均一組成の
場合にｎ−ＩｎＰ基板１１とクラッド層１２の界面に集
中して発生する転位をグレーディッド層12ａ内に分散で
き、表面凹凸を減少させる効果がある。
る光閉じ込め層１５を形成する。続いて、p-InAlP から
なる膜厚約１．５μｍの均一組成層16ｂで構成されるク
ラッド層１６を形成する。次に、p-InGaAsP からなるコ
ンタクト層１７を形成すると、発光波長約１．３μｍを
有する光通信用の半導体レーザが完成する。図２にエネ
ルギバンド図を示す。図２によれば、ＩｎＰ基板１１か
ら所定の組成のｎ−InAlP 膜12ｂに至るまで徐々にＡｌ
の含有量が増大していることにより、バンドギャップは
ＩｎＰ基板１１から単調に増加してInAlP からなる均一
組成層12ｂに連続的に繋がる。これにより、均一組成の
場合にｎ−ＩｎＰ基板１１とクラッド層１２の界面に集
中して発生する転位をグレーディッド層12ａ内に分散で
き、表面凹凸を減少させる効果がある。
【００３２】また、クラッド層１２，１６のバンドギャ
ップは約１．６４ｅｖとなっており、格子整合系の場合
と比較して凡そ０．３ｅＶ大きくなっている。更に、ク
ラッド層１２，１６のバンドギャップは光閉じ込め層１
３，１５のバンドギャップと比べて約０．５ｅＶ大き
い。格子整合系の場合と比較して凡そ０．３ｅＶ大きい
ポテンシャル障壁が得られる。これにより、キャリアが
有効に活性層１４に閉じ込められ、クラッド層１２，１
６へのキャリアの漏洩が大幅に減少する。
ップは約１．６４ｅｖとなっており、格子整合系の場合
と比較して凡そ０．３ｅＶ大きくなっている。更に、ク
ラッド層１２，１６のバンドギャップは光閉じ込め層１
３，１５のバンドギャップと比べて約０．５ｅＶ大き
い。格子整合系の場合と比較して凡そ０．３ｅＶ大きい
ポテンシャル障壁が得られる。これにより、キャリアが
有効に活性層１４に閉じ込められ、クラッド層１２，１
６へのキャリアの漏洩が大幅に減少する。
【００３３】以上のように、本発明の実施例に係る半導
体レーザによれば、ＩｎＰ基板１１上にＩｎＰと格子定
数が小さくなるような組成のInAlP からなるクラッド層
１２を形成しているので、バンドギャップの大きいもの
から小さいものまで、クラッド層１２と格子整合する結
晶材料の選択の幅が広がる。このため、クラッド層１
２，１６のバンドギャップに対して小さいバンドギャッ
プの光閉じ込め層１３，１５或いは活性層１４を選択す
ることができるので、キャリアのクラッド層１２，１６
への漏洩を抑制することができる。
体レーザによれば、ＩｎＰ基板１１上にＩｎＰと格子定
数が小さくなるような組成のInAlP からなるクラッド層
１２を形成しているので、バンドギャップの大きいもの
から小さいものまで、クラッド層１２と格子整合する結
晶材料の選択の幅が広がる。このため、クラッド層１
２，１６のバンドギャップに対して小さいバンドギャッ
プの光閉じ込め層１３，１５或いは活性層１４を選択す
ることができるので、キャリアのクラッド層１２，１６
への漏洩を抑制することができる。
【００３４】また、InAlP からなるクラッド層１２，１
６を用いているので、実験結果より格子不整合転移に起
因する結晶表面の凹凸の発生を最もよく抑制することが
できる。従って、この上に成長した活性層１４の膜厚は
均一になるため、活性層１４全体にわたって均一な発光
が起こる。以上により、キャリア閉じ込めの効果と活性
層１４全体が発光に寄与するという発光の均一性の効果
の両方により半導体発光装置の高効率化を図ることがで
きる。
６を用いているので、実験結果より格子不整合転移に起
因する結晶表面の凹凸の発生を最もよく抑制することが
できる。従って、この上に成長した活性層１４の膜厚は
均一になるため、活性層１４全体にわたって均一な発光
が起こる。以上により、キャリア閉じ込めの効果と活性
層１４全体が発光に寄与するという発光の均一性の効果
の両方により半導体発光装置の高効率化を図ることがで
きる。
【００３５】なお、上記ではＩｎＰ基板１１上のInAlP
からなる半導体層をクラッド層１２として用いている
が、単に格子定数の変換のためのバッファ層として用い
ることもできる。この場合、バッファ層上にクラッド層
／光閉じ込め層／活性層／光閉じ込め層／クラッド層／
コンタクト層を順に積層して半導体発光装置を作成する
ことができる。例えば、クラッド層としてInAlP に格子
整合するInAlAsなどがある。
からなる半導体層をクラッド層１２として用いている
が、単に格子定数の変換のためのバッファ層として用い
ることもできる。この場合、バッファ層上にクラッド層
／光閉じ込め層／活性層／光閉じ込め層／クラッド層／
コンタクト層を順に積層して半導体発光装置を作成する
ことができる。例えば、クラッド層としてInAlP に格子
整合するInAlAsなどがある。
【００３６】これにより、更に多様な結晶材料を選択す
ることができ、多様な用途に応じた半導体発光装置を作
成することができる。
ることができ、多様な用途に応じた半導体発光装置を作
成することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体発光装置
においては、III-V 族化合物半導体基板上に半導体基板
の格子定数と異なる格子定数を有するInAlP からなる半
導体層を形成している。このため、半導体層上に形成す
る結晶の選択の幅が広がり、半導体層のバッドギャップ
に対して小さいバンドギャップの光閉じ込め層或いは活
性層を選択することができるので、キャリアのクラッド
層への漏洩を抑制することができる。
においては、III-V 族化合物半導体基板上に半導体基板
の格子定数と異なる格子定数を有するInAlP からなる半
導体層を形成している。このため、半導体層上に形成す
る結晶の選択の幅が広がり、半導体層のバッドギャップ
に対して小さいバンドギャップの光閉じ込め層或いは活
性層を選択することができるので、キャリアのクラッド
層への漏洩を抑制することができる。
【００３８】また、InAlP からなる半導体層を用いるこ
とにより、格子不整合転移に起因する結晶表面の凹凸の
発生を最もよく抑制することができる。従って、この上
に成長した活性層の膜厚は均一になるため、活性層全体
にわたって発光が起こる。これにより、半導体発光装置
の発光効率の向上を図ることができる。
とにより、格子不整合転移に起因する結晶表面の凹凸の
発生を最もよく抑制することができる。従って、この上
に成長した活性層の膜厚は均一になるため、活性層全体
にわたって発光が起こる。これにより、半導体発光装置
の発光効率の向上を図ることができる。
【図１】本発明の実施例に係る半導体発光装置について
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体発光装置のエネル
ギバンド構造を示すエネルギバンド図である。
ギバンド構造を示すエネルギバンド図である。
【図３】本発明の実施例に係る格子定数変換層の表面の
ラフネスの調査結果について示す特性図（その１）であ
る。
ラフネスの調査結果について示す特性図（その１）であ
る。
【図４】本発明の実施例に係る格子定数変換層表面のラ
フネスの調査結果について示す特性図（その２）であ
る。
フネスの調査結果について示す特性図（その２）であ
る。
【図５】本発明の実施例に係る格子定数変換層表面のラ
フネスの調査結果について示す特性図（その３）であ
る。
フネスの調査結果について示す特性図（その３）であ
る。
【図６】従来例に係る半導体発光装置について示す断面
図である。
図である。
【図７】従来例に係る半導体発光装置のエネルギバンド
構造を示すエネルギバンド図である。
構造を示すエネルギバンド図である。
１１ ｎ−ＩｎＰ基板、 １２ クラッド層（n-InAlP 膜）、 12ａ グレーディッド層、 12ｂ 均一組成層、 １３ 光閉じ込め層（n-InGaAsP 膜）、 １４ 活性層（InGaAsP 膜）、 14ａ，14ｃ，14ｅ 量子井戸層、 14ｂ，14ｄ バリア層、 １５ 光閉じ込め層（p-InGaAsP 膜）、 １６ クラッド層（p-InAlP 膜）、 １７ コンタクト層（p-InGaAsP 膜）。
Claims (5)
- 【請求項１】 III-Ｖ族化合物の半導体基板上に前記半
導体基板の格子定数と異なる格子定数を有するInAlP か
らなる半導体層が形成されていることを特徴とする半導
体発光装置。 - 【請求項２】 前記半導体基板は（００１）面を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】 前記半導体基板はＩｎＰ基板であること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体発光装
置。 - 【請求項４】 前記半導体層はバッファ層であり、前記
バッファ層上には前記バッファ層と格子整合されたクラ
ッド層が形成され、前記クラッド層上には光閉じ込め層
及び活性層が形成されていることを特徴とする請求項
１，請求項２又は請求項３記載の半導体発光装置。 - 【請求項５】 前記半導体層はクラッド層であり、前記
クラッド層上には前記クラッド層と格子整合された光閉
じ込め層が形成され、前記光閉じ込め層上には活性層が
形成されていることを特徴とする請求項１，請求項２，
請求項３又は請求項４記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6048494A JPH07263804A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6048494A JPH07263804A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263804A true JPH07263804A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=12804943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6048494A Withdrawn JPH07263804A (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07263804A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923688A (en) * | 1996-09-02 | 1999-07-13 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
| JP2019004036A (ja) * | 2017-06-14 | 2019-01-10 | 日本オクラロ株式会社 | 光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュール |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP6048494A patent/JPH07263804A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5923688A (en) * | 1996-09-02 | 1999-07-13 | Nec Corporation | Semiconductor laser |
| JP2019004036A (ja) * | 2017-06-14 | 2019-01-10 | 日本オクラロ株式会社 | 光半導体素子、光サブアセンブリ、及び光モジュール |
| US10312665B2 (en) | 2017-06-14 | 2019-06-04 | Oclaro Japan, Inc. | Optical semiconductor device, optical subassembly, and optical module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6207973B1 (en) | Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures | |
| US5866440A (en) | Method of making compound semiconductor light emitting device having evaporation preventing layer Alx Ga.sub.(1-x) N | |
| JPH07240372A (ja) | エピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| US4050964A (en) | Growing smooth epitaxial layers on misoriented substrates | |
| US5311533A (en) | Index-guided laser array with select current paths defined by migration-enhanced dopant incorporation and dopant diffusion | |
| EP0403153B1 (en) | A method for forming a heteroepitaxial structure | |
| JP4795747B2 (ja) | 量子ドット光半導体素子の製造方法 | |
| US7782919B2 (en) | Buried semiconductor laser and method for manufacturing the same | |
| CN114600325B (zh) | 制造具有多个量子井的半导体结构 | |
| JPH07254750A (ja) | 半導体レーザ | |
| JP2009141032A (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 | |
| US5246878A (en) | Capping layer preventing deleterious effects of As--P exchange | |
| JP2000022180A (ja) | ノンアロイコンタクト用の半導体層を備えた導波路型光検出器 | |
| US7615791B2 (en) | Semiconductor optical device | |
| CN121192513B (zh) | 大尺寸InP基半导体激光器外延结构及其制备方法 | |
| JPH09232691A (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH0214591A (ja) | 埋め込み型半導体レーザ素子 | |
| JP3022351B2 (ja) | 光半導体装置及びその製造方法 | |
| JPH09260787A (ja) | ＩｎＰ系半導体素子 | |
| JPH10242563A (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| JP2967719B2 (ja) | 半導体結晶成長方法および半導体素子 | |
| JP3156682B2 (ja) | 半導体素子及びその製造方法 | |
| US20240006856A1 (en) | Semiconductor Structure and Semiconductor Device | |
| JPWO2004112208A1 (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH07249822A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |