JPH0828545B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPH0828545B2 JPH0828545B2 JP22088486A JP22088486A JPH0828545B2 JP H0828545 B2 JPH0828545 B2 JP H0828545B2 JP 22088486 A JP22088486 A JP 22088486A JP 22088486 A JP22088486 A JP 22088486A JP H0828545 B2 JPH0828545 B2 JP H0828545B2
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- JP
- Japan
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- compound semiconductor
- energy band
- band gap
- semiconductor layer
- layer
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、半導体発光装置に於いて、ヘテロ界面にエ
ネルギ・バンド・ギャップ及び厚さが特定された化合物
半導体層を介挿することに依り、閾値電流密度を従来の
標準と比較して半減した。
ネルギ・バンド・ギャップ及び厚さが特定された化合物
半導体層を介挿することに依り、閾値電流密度を従来の
標準と比較して半減した。
本発明は、例えば半導体レーザのように、ヘテロ結合
を用いる半導体発光装置の改良に関する。
を用いる半導体発光装置の改良に関する。
前記ヘテロ接合を用いる半導体発光装置、例えば半導
体レーザは、光通信システムに於いて、キー・デバイス
として位置づけされ、甚だ重要な部品になっている。
体レーザは、光通信システムに於いて、キー・デバイス
として位置づけされ、甚だ重要な部品になっている。
現在、半導体レーザの作成に必要なヘテロ接合構造を
なす多層化合物半導体層は液相エピタキシャル成長（li
quid phase epitaxy:LPE）法にて形成されているが、近
年に於ける分子線エピタキシャル成長（molecular beam
epitaxy:MBE）法の急激な進歩に依り、所謂、量子井戸
半導体レーザが実現され、GaAs/AlGaAs系半導体レーザ
に於ける閾値電流密度が著しく改善されされた。
なす多層化合物半導体層は液相エピタキシャル成長（li
quid phase epitaxy:LPE）法にて形成されているが、近
年に於ける分子線エピタキシャル成長（molecular beam
epitaxy:MBE）法の急激な進歩に依り、所謂、量子井戸
半導体レーザが実現され、GaAs/AlGaAs系半導体レーザ
に於ける閾値電流密度が著しく改善されされた。
前記したように、GaAs/AlGaAs系量子井戸半導体レー
ザは実用化されたが、長波長帯の材料、例えばInGaAs/I
nAlAs系を用いた量子井戸半導体レーザに於いては、未
だ低閾値電流化が達成されていない。尚、長波長帯のレ
ーザ光は、それを伝播させる光伝送路として、著しく低
損失のものが存在するので好都合であることは良く知ら
れている。
ザは実用化されたが、長波長帯の材料、例えばInGaAs/I
nAlAs系を用いた量子井戸半導体レーザに於いては、未
だ低閾値電流化が達成されていない。尚、長波長帯のレ
ーザ光は、それを伝播させる光伝送路として、著しく低
損失のものが存在するので好都合であることは良く知ら
れている。
さて、長波長帯の半導体レーザが低閾値電流化されて
いない最大の理由としては、ヘテロ接合構造をなす多層
化合物半導体層に於ける光学的な品質の悪さを挙げるこ
とができる。
いない最大の理由としては、ヘテロ接合構造をなす多層
化合物半導体層に於ける光学的な品質の悪さを挙げるこ
とができる。
その原因としては、MBE法の場合、燐（Ｐ）を用いる
ことが困難であり、従って、長波長帯半導体レーザを作
成する為の材料としてはＰを含まないもの、例えばInGa
As/InAlAs系を用いるようにしている。
ことが困難であり、従って、長波長帯半導体レーザを作
成する為の材料としてはＰを含まないもの、例えばInGa
As/InAlAs系を用いるようにしている。
第２図は実験的に試作したInGaAs/InAlAs系半導体レ
ーザの層構成を説明する為の要部切断正面図を表してい
る。
ーザの層構成を説明する為の要部切断正面図を表してい
る。
図に於いて、１はn+型InP基板、２はｎ型InGaAsバッ
ファ層、３はｎ型InAlAsクラッド層、４はノン・ドープ
InGaAs活性層、５はｐ型InAlAsクラッド層をそれぞれ示
している。
ファ層、３はｎ型InAlAsクラッド層、４はノン・ドープ
InGaAs活性層、５はｐ型InAlAsクラッド層をそれぞれ示
している。
図示例に於ける各層の主要データを例示すると次の通
りである。
りである。
基板１ 不純物濃度:2×1018〔cm-3〕 バッファ層２ 厚さ:1〔μｍ〕 不純物濃度:2×1018〔cm-3〕 クラッド層３ 厚さ:1.5〔μｍ〕 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 活性層４ 厚さ:300〔Å〕 クラッド層５ 厚さ:1.5〔μｍ〕 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 ところが、ここで用いるInAlAsは母体構成元素にAlを
含んでいる為、結晶の品質は良くない。
含んでいる為、結晶の品質は良くない。
本発明者は、AlGaAsの場合、成長温度を従来に比較し
て約100〔℃〕程度高くすることで高品質化に成功した
が、InAlAsの場合には、Inの再蒸発の問題がある為、成
長温度をやたらに高くすることはできない。
て約100〔℃〕程度高くすることで高品質化に成功した
が、InAlAsの場合には、Inの再蒸発の問題がある為、成
長温度をやたらに高くすることはできない。
前記したように、InAlAsの品質が悪い場合、InGaAs/I
nAlAs系では次のような問題が起きる。
nAlAs系では次のような問題が起きる。
即ち、InAlAsはInGaAsに比較して大きなエネルギ・バ
ンド・ギャップを有している為、キャリヤ及び光を閉じ
込める役割を果たさなくてはならない。
ンド・ギャップを有している為、キャリヤ及び光を閉じ
込める役割を果たさなくてはならない。
ここで問題となるのは、InGaAsの品質は良好であるか
ら、その領域では発光再結合が盛んに行われるが、InAl
Asの品質は悪いので、そこに滲み出した少数キャリヤは
深いレベルなどのセンタを介して非発光再結合が行われ
ることである。
ら、その領域では発光再結合が盛んに行われるが、InAl
Asの品質は悪いので、そこに滲み出した少数キャリヤは
深いレベルなどのセンタを介して非発光再結合が行われ
ることである。
従って、低品質のInAlAsの存在は、全体として、注入
されたキャリヤに大きな損失を発生させ、半導体レーザ
の低閾値電流化を妨げているものである。
されたキャリヤに大きな損失を発生させ、半導体レーザ
の低閾値電流化を妨げているものである。
本発明は、前記エネルギ・バンド・ギャップが大きい
化合物半導体層側に滲み出した少数キャリヤの非発光再
結合を防止し、閾値電流を低減させた半導体発光装置を
提供するものである。
化合物半導体層側に滲み出した少数キャリヤの非発光再
結合を防止し、閾値電流を低減させた半導体発光装置を
提供するものである。
本発明に依る半導体発光装置に於いては、ヘテロ接合
を生成する為のエネルギ・バンド・ギャップ小なる化合
物半導体層（例えばノンドープInGaAs活性層４）及びそ
の化合物半導体層を表裏両面から挟みA1を含んだ２層の
エネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半導体層（例
えばｎ型InGaAsクラッド層３及びｐ型InAlAsクラッド層
５）が化合物半導体基板上に形成されてなる半導体発光
装置に於いて、前記２層のエネルギ・バンド・ギャップ
大なる化合物半導体層及び前記エネルギ・バンド・ギャ
ップ小なる化合物半導体層の間に前記エネルギ・バンド
・ギャップ大なる化合物半導体層に接してそれぞれ介挿
され、エネルギ・バンド・ギャップが前記エネルギ・バ
ンド・ギャップ大なる化合物半導体層に於けるそれと略
同じであり、且つ、非発光再結合中心となるトラップ・
センタが前記エネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物
半導体層に比較して少なく、格子定数が前記化合物半導
体基板と異なり、且つ、厚さが前記エネルギ・バンド・
ギャップ小なる化合物半導体層から前記エネルギ・バン
ド・ギャップ大なる化合物半導体層に滲み出す少数キャ
リヤの平均自由工程程度である化合物半導体層（例えば
ｎ型GaAs非発光再結合抑止層６及びｐ型GaAs非発光再結
合抑止層７）を有する構成になっている。
を生成する為のエネルギ・バンド・ギャップ小なる化合
物半導体層（例えばノンドープInGaAs活性層４）及びそ
の化合物半導体層を表裏両面から挟みA1を含んだ２層の
エネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半導体層（例
えばｎ型InGaAsクラッド層３及びｐ型InAlAsクラッド層
５）が化合物半導体基板上に形成されてなる半導体発光
装置に於いて、前記２層のエネルギ・バンド・ギャップ
大なる化合物半導体層及び前記エネルギ・バンド・ギャ
ップ小なる化合物半導体層の間に前記エネルギ・バンド
・ギャップ大なる化合物半導体層に接してそれぞれ介挿
され、エネルギ・バンド・ギャップが前記エネルギ・バ
ンド・ギャップ大なる化合物半導体層に於けるそれと略
同じであり、且つ、非発光再結合中心となるトラップ・
センタが前記エネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物
半導体層に比較して少なく、格子定数が前記化合物半導
体基板と異なり、且つ、厚さが前記エネルギ・バンド・
ギャップ小なる化合物半導体層から前記エネルギ・バン
ド・ギャップ大なる化合物半導体層に滲み出す少数キャ
リヤの平均自由工程程度である化合物半導体層（例えば
ｎ型GaAs非発光再結合抑止層６及びｐ型GaAs非発光再結
合抑止層７）を有する構成になっている。
前記手段を採ることに依り、ヘテロ接合を構成するエ
ネルギ・バンド・ギャップ小なる化合物半導体層側から
エネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半導体層側に
滲み出す少数キャリヤの非発光再結合は抑止されるの
で、注入キャリヤの損失は少なくなり、閾値電流密度は
従来の標準的な値に比較して半減する。
ネルギ・バンド・ギャップ小なる化合物半導体層側から
エネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半導体層側に
滲み出す少数キャリヤの非発光再結合は抑止されるの
で、注入キャリヤの損失は少なくなり、閾値電流密度は
従来の標準的な値に比較して半減する。
第１図は本発明一実施例の要部切断正面図を表し、第
２図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或い
は同じ意味を持つものとする。
２図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或い
は同じ意味を持つものとする。
図に於いて、６はｎ型GaAs非発光再結合抑止層、７は
ｐ型GaAs非発光再結合抑止層をそれぞれ示している。
ｐ型GaAs非発光再結合抑止層をそれぞれ示している。
各非発光再結合抑止層６及び７の主要データを例示す
ると次の通りである。
ると次の通りである。
非発光再結合抑止層６ 厚さ:30〔Å〕 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 非発光再結合抑止層７ 厚さ:30〔Å〕 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 本実施例に於いては、非発光再結合抑止層６及び７を
構成する化合物半導体として、クラッド層３及び５を構
成するInAlAsに於けるエネルギ・バンド・ギャップと略
同じそれを有し且つ深いレベルなどのセンタが少ないGa
Asを選択した。尚、非発光再結合抑止層６及び７として
GaAsを用いるのであれば、クラッド層にGaAsを用いるこ
とも考えられようが、これはInP基板１との格子整合が
採れないので不可能であり、実施例のように、GaAs非発
光再結合抑止層６及び７の厚さが30〔Å〕程度であれ
ば、そこには、所謂、歪が加わった状態であって、格子
不整合に依る転位は発生しない。
構成する化合物半導体として、クラッド層３及び５を構
成するInAlAsに於けるエネルギ・バンド・ギャップと略
同じそれを有し且つ深いレベルなどのセンタが少ないGa
Asを選択した。尚、非発光再結合抑止層６及び７として
GaAsを用いるのであれば、クラッド層にGaAsを用いるこ
とも考えられようが、これはInP基板１との格子整合が
採れないので不可能であり、実施例のように、GaAs非発
光再結合抑止層６及び７の厚さが30〔Å〕程度であれ
ば、そこには、所謂、歪が加わった状態であって、格子
不整合に依る転位は発生しない。
このGaAs非発光再結合抑止層６或いは７を成長させる
際の主な条件は、 成長温度:550〔℃〕 成長速度:1〔μm/時間〕 基板自転速度:10〔回転／分〕 であった。
際の主な条件は、 成長温度:550〔℃〕 成長速度:1〔μm/時間〕 基板自転速度:10〔回転／分〕 であった。
本発明に依る半導体発光装置に於いては、ヘテロ界面
にエネルギ・バンド・ギャップ及び厚さが特定された化
合物半導体層を介挿する構成になっている。
にエネルギ・バンド・ギャップ及び厚さが特定された化
合物半導体層を介挿する構成になっている。
このような構成を採ることに依り、ヘテロ接合を構成
するエネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半導体層
側からエネルギ・バンド・ギャップ小なる化合物半導体
層側に滲み出す少数キャリヤの非発光再結合は抑止され
るので、注入キャリヤの損失は少なくなり、閾値電流密
度は従来の標準的な値に比較して半減する。
するエネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半導体層
側からエネルギ・バンド・ギャップ小なる化合物半導体
層側に滲み出す少数キャリヤの非発光再結合は抑止され
るので、注入キャリヤの損失は少なくなり、閾値電流密
度は従来の標準的な値に比較して半減する。
第１図は本発明一実施例の要部切断正面図、第２図は従
来例の要部切断正面図をそれぞれ表している。 図に於いて、１はn+型InP基板、２はｎ型InGaAsバッフ
ァ層、３はｎ型InAlAsクラッド層、４はノン・ドープIn
GaAs活性層、５はｐ型InAlAsクラッド層、６はｎ型GaAs
非発光再結合抑止層、７はｐ型GaAs非発光再結合防止層
をそれぞれ示している。
来例の要部切断正面図をそれぞれ表している。 図に於いて、１はn+型InP基板、２はｎ型InGaAsバッフ
ァ層、３はｎ型InAlAsクラッド層、４はノン・ドープIn
GaAs活性層、５はｐ型InAlAsクラッド層、６はｎ型GaAs
非発光再結合抑止層、７はｐ型GaAs非発光再結合防止層
をそれぞれ示している。
Claims (1)
- 【請求項１】ヘテロ接合を生成する為のエネルギ・バン
ド・ギャップ小なる化合物半導体層及びその化合物半導
体層を表裏両面から挟みA1を含んだ２層のエネルギ・バ
ンド・ギャップ大なる化合物半導体層が化合物半導体基
板上に形成されてなる半導体発光装置に於いて、 前記２層のエネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半
導体層及び前記エネルギ・バンド・ギャップ小なる化合
物半導体層の間に前記エネルギ・バンド・ギャップ大な
る化合物半導体層に接してそれぞれ介挿され、 エネルギ・バンド・ギャップが前記エネルギ・バンド・
ギャップ大なる化合物半導体層に於けるそれと略同じで
あり、且つ、非発光再結合中心となるトラップ・センタ
が前記エネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半導体
層に比較して少なく、 格子定数が前記化合物半導体基板と異なり、且つ、厚さ
が前記エネルギ・バンド・ギャップ小なる化合物半導体
層から前記エネルギ・バンド・ギャップ大なる化合物半
導体層に滲み出す少数キャリヤの平均自由工程程度であ
る化合物半導体層 を有してなることを特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22088486A JPH0828545B2 (ja) | 1986-09-20 | 1986-09-20 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22088486A JPH0828545B2 (ja) | 1986-09-20 | 1986-09-20 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6377182A JPS6377182A (ja) | 1988-04-07 |
| JPH0828545B2 true JPH0828545B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=16758046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22088486A Expired - Lifetime JPH0828545B2 (ja) | 1986-09-20 | 1986-09-20 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828545B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59155978A (ja) * | 1983-02-25 | 1984-09-05 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| JPS59208888A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-11-27 | Nec Corp | 化合物半導体発光素子 |
-
1986
- 1986-09-20 JP JP22088486A patent/JPH0828545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6377182A (ja) | 1988-04-07 |
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