JPH0821757B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPH0821757B2 JPH0821757B2 JP31203286A JP31203286A JPH0821757B2 JP H0821757 B2 JPH0821757 B2 JP H0821757B2 JP 31203286 A JP31203286 A JP 31203286A JP 31203286 A JP31203286 A JP 31203286A JP H0821757 B2 JPH0821757 B2 JP H0821757B2
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- emitting device
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体発光装置に関し、特に可視光半導体レ
ーザに代表されるInGaAlP系の発光素子を安価に提供で
きる構造を提供するものである。
ーザに代表されるInGaAlP系の発光素子を安価に提供で
きる構造を提供するものである。
従来の技術 従来半導体レーザはAlGaAs,あるいはInGaAsP系のもの
が使われており、基板としてはGaAsあるいはInPが使わ
れている。半導体レーザは高電流注入で高光電界となる
ため、高い電気→光変換効率が必要であり、不純物，や
欠陥の少ない良質の薄膜多層エピタキシャル成長技術が
必要である。従って、基板結晶としては欠陥の少ない結
晶性の良いものが必要であり、さらに、その上に成長さ
せる層の格子不整合は10-3以下とする必要があった。と
ころが結晶成長技術の進歩によって、最近Si基板上に格
子定数の不整を緩和するバッファ層を介してGaAs単結晶
が得られるようになり、AlGaAsレーザの発振が確認でき
るところまでに至ってきた。Si上のGaAs層のエピタキシ
ャル成長においてバッファ層として試みられたものとし
て代表的に低温成長GaAs層,GaP,GaAsなどの超格子層な
どを挙げることができる（エレクトロニクス レターズ
（Electronics Letters）20.No.22.916.（1984））。
が使われており、基板としてはGaAsあるいはInPが使わ
れている。半導体レーザは高電流注入で高光電界となる
ため、高い電気→光変換効率が必要であり、不純物，や
欠陥の少ない良質の薄膜多層エピタキシャル成長技術が
必要である。従って、基板結晶としては欠陥の少ない結
晶性の良いものが必要であり、さらに、その上に成長さ
せる層の格子不整合は10-3以下とする必要があった。と
ころが結晶成長技術の進歩によって、最近Si基板上に格
子定数の不整を緩和するバッファ層を介してGaAs単結晶
が得られるようになり、AlGaAsレーザの発振が確認でき
るところまでに至ってきた。Si上のGaAs層のエピタキシ
ャル成長においてバッファ層として試みられたものとし
て代表的に低温成長GaAs層,GaP,GaAsなどの超格子層な
どを挙げることができる（エレクトロニクス レターズ
（Electronics Letters）20.No.22.916.（1984））。
発明が解決しようとする問題点 しかし、このようにして得られたGaAs結晶も結晶欠陥
が多く、また、格子不整や膨脹係数の差による格子状模
様が発生したり、良質の成長膜を得るところまでには至
っていない。
が多く、また、格子不整や膨脹係数の差による格子状模
様が発生したり、良質の成長膜を得るところまでには至
っていない。
そこで、本発明はSi基板に良質の結晶成長膜を得る方
法を提供するものであり、さらに、この良質な結晶層構
造を用いて半導体レーザ，や発光ダイオードを提供する
ものである。
法を提供するものであり、さらに、この良質な結晶層構
造を用いて半導体レーザ，や発光ダイオードを提供する
ものである。
問題点を解決するための手段 本発明はSi基体上にInxGa1-xP層を介在させることに
よってInGaP,InGaAlP,InGaAsPなどの良好な結晶膜を得
ることができるようにしたものである。すなわち、Si基
体上にInxGa1-xP（０ｘ１）を含む第１の層を有
し、この第１の層上にAlGaInP,InGaPあるいはInGaAsP層
を発光のキャリア再結合活性領域とする第２の層を有す
ることを特徴とする半導体発光装置であり、さらに、In
xGa1-xP第１層を組成ｘを順次変化させた組成勾配を有
する層とするかまたはInxGa1-xP,InyGa(1-y)P（０ｙ
1,y≠ｘ）なる複数組成の多重積層によって構成する
ことによって、その層上に形成される発光領域の結晶性
を改良し、良好な発光装置を得ようとするものである。
よってInGaP,InGaAlP,InGaAsPなどの良好な結晶膜を得
ることができるようにしたものである。すなわち、Si基
体上にInxGa1-xP（０ｘ１）を含む第１の層を有
し、この第１の層上にAlGaInP,InGaPあるいはInGaAsP層
を発光のキャリア再結合活性領域とする第２の層を有す
ることを特徴とする半導体発光装置であり、さらに、In
xGa1-xP第１層を組成ｘを順次変化させた組成勾配を有
する層とするかまたはInxGa1-xP,InyGa(1-y)P（０ｙ
1,y≠ｘ）なる複数組成の多重積層によって構成する
ことによって、その層上に形成される発光領域の結晶性
を改良し、良好な発光装置を得ようとするものである。
このような層の形成を有機金属を用いる成長法や、塩
化物による方法、MBE法などの気相成長法によって行な
うものである。
化物による方法、MBE法などの気相成長法によって行な
うものである。
作用 本発明はSi単結晶とInGaP,AlGaInP,InGaAsPなどの異
種物質の積層成長であり、なおかつ、格子定数が大きく
異なり、熱膨脹係数が異なる物質の積層単結晶成長を、
結晶性の良い状態で行なうことができるものである。
種物質の積層成長であり、なおかつ、格子定数が大きく
異なり、熱膨脹係数が異なる物質の積層単結晶成長を、
結晶性の良い状態で行なうことができるものである。
この方法として、Si上にInGaPという格子緩和層を形
成することによって、その上の成長層の結晶性を改良し
たものであり、さらに発光装置へ適用したものである。
成することによって、その上の成長層の結晶性を改良し
たものであり、さらに発光装置へ適用したものである。
実 施 例 本発明の半導体発光素子の実施例の断面構造を第１図
に示す。図において、１はｎ型Si基体、２はｎ型GaP組
成から順次InP組成を増加させていきｎ型InxGa1-xPのグ
レーデット層（格子緩和層）、３と５はｎ型およびｐ型
AlGaInPクラッド層、４はInxGa1-xP活性層、６はｐ型Al
GaInP埋込み層、７はｎ型AlGaInP埋込み層である。８お
よび９はｐ型,n型の電極である。
に示す。図において、１はｎ型Si基体、２はｎ型GaP組
成から順次InP組成を増加させていきｎ型InxGa1-xPのグ
レーデット層（格子緩和層）、３と５はｎ型およびｐ型
AlGaInPクラッド層、４はInxGa1-xP活性層、６はｐ型Al
GaInP埋込み層、７はｎ型AlGaInP埋込み層である。８お
よび９はｐ型,n型の電極である。
８および９電極に印加される順方向バイアスによって
電流は3,4,5の層を通して流れ活性領域４において電子
と正孔は再結合し発光する。発光した光は一部が、活性
領域に比べて低屈折率の3,5,6,7層でとじ込められて、
第１図断面構造に対して垂直な方向に出射する。
電流は3,4,5の層を通して流れ活性領域４において電子
と正孔は再結合し発光する。発光した光は一部が、活性
領域に比べて低屈折率の3,5,6,7層でとじ込められて、
第１図断面構造に対して垂直な方向に出射する。
この実施例における構造の各組成を第２図に示す。第
２図はInP−GaP−InAs−GaAs4元系の状態図およびAlP−
InP−GaP3元系の状態図を示し、実施例における格子定
数の一定な組成をＣ−Ｂ−Ａ−Ｄ−Ｅで示す。
２図はInP−GaP−InAs−GaAs4元系の状態図およびAlP−
InP−GaP3元系の状態図を示し、実施例における格子定
数の一定な組成をＣ−Ｂ−Ａ−Ｄ−Ｅで示す。
本素子は（100）Si基体上に有機金属気相成長法にて
エピタキシャル成長によって成長される。まずSi基体上
に、構成されるグレーデット層２は第２図において、Ga
P組成より組成Ａ点に向けて順次組成をずらして行った
ものであり、３および５の組成はＡ点と格子定数の一致
したＢ点組成のものである。さらに４はＡ点の組成をも
つInGaAs層である。6,7層はＢ点、あるいはＣ点組成のA
lGaInPあるいはAlInP層である。このような構成にする
ことによって中心波長が620nmの値をもつ発光素子を受
ることができた。さらに、本素子の再端面を劈開にて共
振器を構成すると半導体レーザを得ることができる。
エピタキシャル成長によって成長される。まずSi基体上
に、構成されるグレーデット層２は第２図において、Ga
P組成より組成Ａ点に向けて順次組成をずらして行った
ものであり、３および５の組成はＡ点と格子定数の一致
したＢ点組成のものである。さらに４はＡ点の組成をも
つInGaAs層である。6,7層はＢ点、あるいはＣ点組成のA
lGaInPあるいはAlInP層である。このような構成にする
ことによって中心波長が620nmの値をもつ発光素子を受
ることができた。さらに、本素子の再端面を劈開にて共
振器を構成すると半導体レーザを得ることができる。
活性層をＢ点組成とし、3,5,6,7層をＣ点とするとさ
らに短波長の光を得ることができる。
らに短波長の光を得ることができる。
第２の実施例として第１の実施例と同様な構成におい
てInGaAsP系発光素子およびレーザを得ることができ
る。１としてのSi基体上にInGaPのグレーデッド層を形
成して格子定数の不整合を緩和することは同一である
が、３の活性領域として第２図におけるＤ点組成としク
ラッド層3,5をＡ点組成とする。このようにすることに
よってInGaAsP活性層においても600nm程度の波長の光を
得ることができる。
てInGaAsP系発光素子およびレーザを得ることができ
る。１としてのSi基体上にInGaPのグレーデッド層を形
成して格子定数の不整合を緩和することは同一である
が、３の活性領域として第２図におけるＤ点組成としク
ラッド層3,5をＡ点組成とする。このようにすることに
よってInGaAsP活性層においても600nm程度の波長の光を
得ることができる。
Si基板上の各エピタキシャル層の格子定数変化を第３
図に示す。以上の例は２層を組成を順次InP側にずらす
ことによって格子定数を変化させたものであるがグレー
デッドな変化のかわりにGaP,InGaP組成あるいは組成の
違うInGaPの超格子によってもその上に良質のエピタキ
シャル膜を得ることができる。
図に示す。以上の例は２層を組成を順次InP側にずらす
ことによって格子定数を変化させたものであるがグレー
デッドな変化のかわりにGaP,InGaP組成あるいは組成の
違うInGaPの超格子によってもその上に良質のエピタキ
シャル膜を得ることができる。
第４図に第１図における２の格子緩和層を超格子構造
とした例を示す。Si基体１上にGaP層11を約50Å形成
し、その上に第２図におけるＡ点組成のInGaP層12を約5
0Å形成する。さらに、この上に同様なくり返して各10
層を形成する。このように格子緩和層２を形成した上
に、第１図と同様に3,4,5層をエピタキシャル成長さ
せ、レーザを構成する。超格子構造を有する格子緩和層
上の結晶においても良好な単結晶エピタキシャル膜を形
成することが可能であり、レーザ発振が実現される。
とした例を示す。Si基体１上にGaP層11を約50Å形成
し、その上に第２図におけるＡ点組成のInGaP層12を約5
0Å形成する。さらに、この上に同様なくり返して各10
層を形成する。このように格子緩和層２を形成した上
に、第１図と同様に3,4,5層をエピタキシャル成長さ
せ、レーザを構成する。超格子構造を有する格子緩和層
上の結晶においても良好な単結晶エピタキシャル膜を形
成することが可能であり、レーザ発振が実現される。
また、緩和用格子としてGaP/InGaPだけでなく、GaPを
第１層とし、InGaPの組成の違うものの超格子において
も同様な良質の膜を得ることができる。
第１層とし、InGaPの組成の違うものの超格子において
も同様な良質の膜を得ることができる。
以上は半導体レーザで実施例を説明したが発光ダイオ
ードに適用できることは言うまでもない。
ードに適用できることは言うまでもない。
発明の効果 以上のように本発明によれば、InP−GaP系格子緩和層
を採用し、グレーデッドな組成変化を持たす、あるいは
超格子構造とすることによって、Si基体上に良好なエピ
タキシャル層を形成することが可能となった。このよう
にInP−GaP系の格子緩和層の導入によって、 （１） As系を導入することなしに、AlP−GaP−InP系
の良好なエピタキシャル層を形成することが可能とな
る。
を採用し、グレーデッドな組成変化を持たす、あるいは
超格子構造とすることによって、Si基体上に良好なエピ
タキシャル層を形成することが可能となった。このよう
にInP−GaP系の格子緩和層の導入によって、 （１） As系を導入することなしに、AlP−GaP−InP系
の良好なエピタキシャル層を形成することが可能とな
る。
成長における制御成分の減少であり、成長条件が簡単
になる。
になる。
（２） Si基体上にSiと格子定数の異なる広い組成範囲
のAlGaInP,InGaP,InGaAsP層を成長させることが可能と
なる。
のAlGaInP,InGaP,InGaAsP層を成長させることが可能と
なる。
（３） Si基体上にInGaP,AlGaInP,InGaAsPを活性層と
する発光ダイオードおよび半導体レーザを構成すること
が可能となる。
する発光ダイオードおよび半導体レーザを構成すること
が可能となる。
第１図は本発明の実施例における発光装置の断面図、第
２図はInGaAsPおよびAlGaInP系相図、第３図は各成長層
とその格子定数変化を示す特性図、第４図は本発明の他
の実施例の超格子型格子緩和層の断面図である。 １……Si基体、２……ｎ型InGaPグレーデッド層、４…
…InGaP活性層、8,9……電極。
２図はInGaAsPおよびAlGaInP系相図、第３図は各成長層
とその格子定数変化を示す特性図、第４図は本発明の他
の実施例の超格子型格子緩和層の断面図である。 １……Si基体、２……ｎ型InGaPグレーデッド層、４…
…InGaP活性層、8,9……電極。
フロントページの続き (72)発明者 雄谷 順 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 宇野 智昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山本 博昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−155781（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】Si基体上にInXGa1-XP（０≦ｘ≦１）を含
む第１の層を有し、前記第１の層上にAlGaInP層,InGaP
層，あるいはInGaAsP層を発光のキャリア再結合活性領
域とする第２の層を有してなる半導体発光装置であっ
て、 前記InXGa1-XPを含む第１の層は、組成ｘを順次変化さ
せた組成勾配を有する層であるか、あるいはInXGa
1-XP、InYGa1-YP（０≦ｙ≦1,y≠ｘ）なる複数の組成の
多重積層によって構成された層である半導体発光装置。 - 【請求項２】InXGa1-XP層は、各元素を含む気相より成
長させた層で構成した特許請求の範囲第１項に記載の半
導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31203286A JPH0821757B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31203286A JPH0821757B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63164384A JPS63164384A (ja) | 1988-07-07 |
| JPH0821757B2 true JPH0821757B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=18024398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31203286A Expired - Fee Related JPH0821757B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821757B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05347431A (ja) * | 1992-06-15 | 1993-12-27 | Sharp Corp | 半導体素子用基板および半導体素子 |
| JP2001127339A (ja) * | 1999-10-25 | 2001-05-11 | Kyocera Corp | 半導体発光素子 |
| KR100631968B1 (ko) * | 2005-02-28 | 2006-10-11 | 삼성전기주식회사 | 파장변환형 발광장치 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0758808B2 (ja) * | 1986-12-19 | 1995-06-21 | 日本電信電話株式会社 | 発光素子 |
-
1986
- 1986-12-26 JP JP31203286A patent/JPH0821757B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63164384A (ja) | 1988-07-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |