FR2721439A1 - Optical semiconductor elements and methods of manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un élément semi-conducteur optique. Cet élément est caractérisé en ce qu'il comprend une première couche semi-conductrice (3) ayant une énergie de la bande interdite; une seconde couche semi-conductrice (5) ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la première couche (3) et au moins une troisième couche semi-conductrice (8) ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la première couche semi-conductrice (3) et comprenant une contrainte disposée entre les première et seconde couches semi-conductrices (3, 5). L'invention trouve application par exemple pour une photodiode à avalanche.The present invention relates to an optical semiconductor element. This element is characterized in that it comprises a first semiconductor layer (3) having an energy of the forbidden band; a second semiconductor layer (5) having a bandgap energy smaller than that of the first layer (3) and at least one third semiconductor layer (8) having a bandgap energy smaller than that of the first semiconductor layer (3) and comprising a stress disposed between the first and second semiconductor layers (3, 5). The invention finds application, for example, for an avalanche photodiode.
Description
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La présente invention concerne des éléments semi- The present invention relates to semi-
conducteurs optiques et des procédés de fabrication de ces éléments, tels qu'une photodiode à avalanche ayant une bonne caractéristique de réponse en fréquence, une cellule solaire ayant une bonne efficacité de conversion d'énergie, un élément laser à semi- conducteur et une diode à émission de lumière qui peuvent fonctionner à une faible tension et un élément laser à semi-conducteur et une diode à émission de lumière ayant une efficacité d'émission de lumière élevée et optical conductors and methods for manufacturing such elements, such as an avalanche photodiode having a good frequency response characteristic, a solar cell having good energy conversion efficiency, a semiconductor laser element and a diode with light emission which can operate at a low voltage and a semiconductor laser element and a light-emitting diode having a high light emission efficiency and
une puissance lumineuse maximum élevée. a high maximum light output.
Une photodiode à avalanche est utilisée pour détecter de la lumière faible. La figure 14 est une vue en coupe d'une photodiode à avalanche de l'art antérieur. Dans cette figure, le chiffre de référence 1 désigne une électrode de côté à couche du type p en Ti/Au, le chiffre 2 désigne une couche en InP du type p. le chiffre 3 désigne une couche de multiplication en InP du type n, le chiffre 4 désigne une couche d'empêchement d'accumulation en InGaAsP du type n, le chiffre 5 désigne une couche d'absorption de lumière en InGaAs du type n, le chiffre 6 désigne un substrat en InP du type n et le chiffre 7 désigne une électrode de côté à couche An avalanche photodiode is used to detect weak light. Fig. 14 is a sectional view of an avalanche photodiode of the prior art. In this figure, the reference numeral 1 designates a p-type Ti / Au-layer side electrode, the number 2 denotes a p-type InP layer. 3 denotes an n-type InP multiplication layer, the number 4 denotes an n-type InGaAsP accumulation prevention layer, the numeral 5 designates an n-type InGaAs light absorption layer; Figure 6 denotes an n-type InP substrate and the number 7 designates a layer-side electrode.
du type n en AuGe/Au.of type n in AuGe / Au.
Une description du fonctionnement est donnée. A description of the operation is given.
En figure 14, de la lumière ayant une longueur d'onde de 1,3 à 1,6 pm et frappant une surface de réception de lumière, par exemple, une surface avant de la couche 2 en InP du type p sur laquelle sont disposées les électrodes latérales à couche du type p, pénètre successivement à travers la couche 2 en InP du type p, la couche 3 de multiplication en InP du type n et la couche 4 d'empêchement d'accumulation en InGaAsP du type n. Ensuite, elle est absorbée dans la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n, de la sorte des paires d'un électron et d'un trou positif sont produites dans celle-ci. A cause de l'absorption de la lumière ayant la longueur d'onde ci- dessus décrite, InGaAs ayant une énergie de la bande interdite Eg plus petite que celle de InP est utilisé comme couche d'absorption de In FIG. 14, light having a wavelength of 1.3 to 1.6 μm and striking a light-receiving surface, for example, a front surface of the p-type InP layer 2 on which are arranged the p-type side electrodes penetrate successively through the p-type InP layer 2, the n-type InP multiplication layer 3 and the n-type InGaAsP accumulation prevention layer 4. Then, it is absorbed into the n-type InGaAs light absorbing layer 5, so that pairs of one electron and a positive hole are produced therein. Due to the absorption of light having the above-described wavelength, InGaAs having a lower band gap energy Eg than InP is used as the absorption layer of
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lumière. En supposant que la constante de Planck soit h, une énergie de photon de fréquence v est hv. Afin d'absorber cette lumière pour produire des paires de l'électron et du trou positif, il est nécessaire de satisfaire la relation de Eg < hv. Pour la longueur d'onde ci-dessus décrite, cette relation est satisfaite par InGaAs, et non par InP. La couche 2 en InP du type p et la couche de multiplication 3 en InP du type n réalisent une jonction pn et une tension de polarisation inverse est appliquée entre l'électrode latérale 1 à couche du type p et l'électrode latérale 7 à couche du type n de sorte que la couche de multiplication 3 en InP du type n, la couche 4 d'empêchement d'accumulation en InGaAsP du type n et la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n sont appauvries en charges électriques. Les trous positifs et les électrons produits traversent respectivement la couche de multiplication 3 en InP du type n et le substrat 6 en InP du type n. Les trous positifs qui atteignent la couche de multiplication 3 en InP du type n sont de plus accélérés par le champ électrique, de la sorte l'avalanche est provoquée à cause de l'ionisation de collision, produisant de la sorte de nombreuses nouvelles paires d'un électron et d'un trou positif. De cette manière, une photodiode à avalanche peut multiplier pour détecter des light. Assuming that the Planck constant is h, a photon energy of frequency v is hv. In order to absorb this light to produce pairs of the electron and the positive hole, it is necessary to satisfy the relation of Eg <hv. For the wavelength described above, this relationship is satisfied by InGaAs, and not by InP. The p-type InP layer 2 and the n-type InP multiplication layer 3 provide a pn junction and a reverse bias voltage is applied between the p-type layered side electrode 1 and the layered side electrode 7 type n such that the n-type InP multiplication layer 3, the n-type InGaAsP accumulation prevention layer 4 and the n-type InGaAs light absorption layer 5 are depleted in electric charges . The positive holes and the electrons produced cross respectively the n-type InP multiplication layer 3 and the n-type InP substrate 6. The positive holes that reach the N-type InP multiplication layer 3 are further accelerated by the electric field, so the avalanche is caused by collision ionization, producing many new pairs of an electron and a positive hole. In this way, an avalanche photodiode can multiply to detect
signaux de lumière incidents.incident light signals.
La figure 15(a) est un diagramme de bande d'énergie illustrant la circulation des électrons et des trous positifs Figure 15 (a) is an energy band diagram illustrating the flow of electrons and positive holes
lorsque la couche d'empêchement d'accumulation 4 est absente. when the accumulation preventing layer 4 is absent.
Puisque la couche de multiplication 3 en InP du type n et la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n ont des énergies de la bande interdite différentes, il existe un décalage des bandes entre bandes de valence des couches, formant de la sorte une différence de potentiel. Bien que les trous positifs produits dus à l'absorption de lumière circulent de la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n à la couche de multiplication 3 en InP du type n, la différence de potentiel empêche les trous positifs de Since the n-type InP multiplication layer 3 and the n-type InGaAs 5 light absorption layer have different band gap energies, there is a band gap between valence bands of the layers, forming so a potential difference. Although the positive holes produced due to light absorption flow from the n-type InGaAs light absorbing layer 5 to the n-type InP multiplication layer 3, the potential difference prevents the positive holes from
circuler, de la sorte les trous positifs sont ici accumulés. circulate, so positive holes are accumulated here.
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Dans un circuit équivalent de la photodiode à avalanche, l'accumulation des trous positifs est d'une nature représentée par une capacité parasite, de la sorte une caractéristique de réponse en fréquence est abaissée. Afin d'améliorer ce problème, la couche d'empêchement d'accumulation 4 en InGaAsP du type n ayant une énergie de la bande interdite intermédiaire de celles de la couche de multiplication 3 en InP du type n et de la couche In an equivalent circuit of the avalanche photodiode, the accumulation of the positive holes is of a nature represented by parasitic capacitance, so a frequency response characteristic is lowered. In order to ameliorate this problem, the n-type InGaAsP accumulation prevention layer 4 having a bandgap energy intermediate to that of the n-type InP and layer 3 multiplication layer 3
d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n est prévue. n-type InGaAs light absorption device 5 is provided.
Comme représenté à la figure 15(b), bien qu'il y ait des différences de potentiel augmentent par deux, chaque décalage de bande est plus petit que celui lorsque la couche d'empêchement d'accumulation 4 est absente. De ce fait, l'accumulation de trous positifs est atténuée, améliorant de la sorte la caractéristique de réponse en fréquence. Dans ce cas, la couche d'empêchement d'accumulation 4 concorde en As shown in FIG. 15 (b), although there are potential differences increase by two, each band offset is smaller than that when the accumulation preventing layer 4 is absent. As a result, the accumulation of positive holes is attenuated, thereby improving the frequency response characteristic. In this case, the accumulation prevention layer 4 is in agreement with
réseau cristallin avec les autres couches. crystal lattice with the other layers.
Il est bien connu qu'une cellule solaire à base de GaAs a une efficacité de conversion d'énergie de lumière en électricité supérieure à celle d'une cellule solaire à base de Si et elle peut avoir sa structure mince. La figure 16 est une vue en coupe illustrant une cellule solaire à base de GaAs de l'art antérieur. Dans cette figure, le nombre de référence 20 désigne une électrode latérale à couche de type p, le nombre 21 désigne une couche de fenêtre en AlGaAs du type p, le nombre 22 désigne une couche d'absorption de lumière en GaAs du type, le nombre 23 désigne un substrat en GaAs du type n et le nombre 24 désigne une électrode latérale à couche du type n. Initialement, une lumière incidente sur une surface avant de la couche de fenêtre 21 en AlGaAs du type p est absorbée dans la couche d'absorption de lumière 22 en GaAs du type p et le substrat 23 en GaAs du type n, de la sorte des paires d'un électron et d'un trou positif sont produites dans ceux-ci. Puisque la couche d'absorption de lumière du type p et le substrat du type n réalisent une jonction pn et une couche appauvrie en charges électriques 26 est produite à cause de la jonction pn, les trous positifs It is well known that a GaAs-based solar cell has a higher efficiency of converting light energy into electricity than an Si-based solar cell and can have a thin structure. Fig. 16 is a sectional view illustrating a GaAs-based solar cell of the prior art. In this figure, the reference number 20 denotes a p-type layer-side electrode, the number 21 denotes a p-type AlGaAs window layer, the number 22 denotes a GaAs light absorption layer of the type, number 23 denotes an n-type GaAs substrate and the number 24 denotes an n-type layer side electrode. Initially, incident light on a front surface of the p-type AlGaAs window layer 21 is absorbed into the p-type GaAs light absorption layer 22 and the n-type GaAs substrate 23, so pairs of an electron and a positive hole are produced in these. Since the p-type light absorption layer and the n-type substrate make a pn junction and an electric charge depleted layer 26 is produced because of the pn junction, the positive holes
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circulent vers la couche d'absorption de lumière 22 et les électrons circulent vers le substrat 23 par le champ électrique dans la couche appauvrie en charges électriques 26. De ce fait, une différence de potentiel électrique est produite entre les électrodes latérales 20 à couche du type p et l'électrode latérale 24 à couche du type n. De plus, puisque la couche de fenêtre 21 en AlGaAs a une énergie de la bande interdite plus grande que celle de GaAs, il y a une différence de potentiel dans une bande de conduction, de la sorte une recombinaison de surface, qui est provoquée par le fait qu'une partie des électrons produits à la couche d'absorption de lumière 22 en GaAs du type p est diffusée à une surface de lumière incidente, par exemple, une surface avant de la couche de fenêtre 21 en AlGaAs, est supprimée, améliorant de la sorte l'efficacité de conversion. Alors que dans une bande de valence une encoche, par exemple, une vallée de potentiel de bord de la bande, est formée à l'interface entre la couche d'absorption de lumière 22 et la couche de fenêtre 21 en AlGaAs. Cette encoche provoque l'accumulation de trous positifs et la recombinaison des trous positifs et des électrons à une région entourant l'encoche empêche l'amélioration d'efficacité de conversion d'énergie. De plus, dans la bande de valence, une barrière de potentiel est formée à l'opposé de l'encoche. Cette barrière empêche les trous positifs de circuler de la couche d'absorption de lumière 22 vers la couche de fenêtre 21 en AlGaAs. La demande de brevet japonais publiée No Sho 62-200784 décrit un élément laser à semi-conducteur comprenant la même structure qu'une couche d'empêchement d'accumulation d'une photodiode à avalanche. La figure 17 est une vue en coupe de cet élément laser à semi-conducteur. Dans cette figure, le nombre de référence 30 désigne une électrode latérale à couche du type n, le nombre 31 désigne un substrat en GaAs du type n ayant une énergie de la bande interdite de 1,42 eV, le nombre 32 désigne une couche de bande interdite intermédiaire en In0,5(Gal-xAlx)0,5P du type n ayant celle de 2,1 eV, le circulate to the light absorbing layer 22 and the electrons flow to the substrate 23 by the electric field in the electrically depleted layer 26. As a result, an electrical potential difference is produced between the side electrodes 20 of the type p and the n-type side electrode 24. In addition, since the AlGaAs window layer 21 has a larger bandgap energy than GaAs, there is a potential difference in a conduction band, so a surface recombination, which is caused by the fact that a portion of the electrons produced at the p-type GaAs light absorption layer 22 is scattered at an incident light surface, for example, a front surface of the AlGaAs window layer 21, is suppressed, thereby improving the conversion efficiency. While in a valence band a notch, for example, an edge potential valley of the strip, is formed at the interface between the light absorbing layer 22 and the AlGaAs window layer 21. This notch causes the accumulation of positive holes and the recombination of positive holes and electrons at a region surrounding the notch prevents the improvement of energy conversion efficiency. In addition, in the valence band, a potential barrier is formed opposite the notch. This barrier prevents positive holes from flowing from the light absorbing layer 22 to the AlGaAs window layer 21. Japanese Patent Application Publication No. Sho 62-200784 discloses a semiconductor laser element comprising the same structure as an avalanche photodiode accumulation preventing layer. Figure 17 is a sectional view of this semiconductor laser element. In this figure, the reference number denotes an n-type layer-side electrode, the number 31 denotes an n-type GaAs substrate having a band gap energy of 1.42 eV, the number 32 denotes a layer of intermediate band gap in In0.5 (Gal-xAlx) 0.5P of the type n having that of 2.1 eV, the
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nombre 33 désigne une couche de placage en In0,5(Ga1_ yAly)0,5P du type n ayant celle de 2,35 eV, le nombre 34 désigne une couche active en In0o, 5(GalzAlz)0,5P ayant celle de 2,0 eV, le nombre 35 désigne une couche de placage en In0,5(GalyAly)0,5P du type p ayant celle de 2,35 eV, le nombre 36 désigne une couche de bande interdite intermédiaire en In0,5(Gal-xAlx)o,5P du type p ayant celle de 2,1 eV, le nombre 37 désigne une couche de contact d'électrode en GaAs du type p ayant celle de 1,42 eV, le nombre 38 désigne un film en SiO2 et le nombre 39 désigne une électrode latérale à couche du type p. Comme décrit ci- dessus, même lorsqu'un élément laser à semi-conducteur a une différence grande dans une énergie de la bande interdite entre la couche de placage du type p et la couche de contact d'électrode 37 du type p, une encoche formée dans une bande de valence entre la couche de placage 35 et la couche de contact d'électrode 37 est divisée en deux, à cause de la couche de bande interdite intermédiaire 36 du type p entre ces couches. De ce fait, number 33 denotes a n-type In0.5 (Ga1-yAly) 0.5P cladding layer having that of 2.35 eV, the number 34 denotes an active layer of In0 0, (GalzAlz) 0.5P having that of 2 , 0 eV, the number 35 denotes a p-type 0.55 InO 0.5 (GalyAly) plating layer having that of 2.35 eV, the number 36 denoting an In0.5 intermediate band gap layer (Gal- xAlx) o, 5P of the type p having that of 2.1 eV, the number 37 designates a p-type GaAs electrode contact layer having that of 1.42 eV, the number 38 denoting an SiO2 film and the number 39 designates a p-type layered side electrode. As described above, even when a semiconductor laser element has a large difference in a gap energy between the p-type cladding layer and the p-type electrode contact layer 37, a notch formed in a valence band between the plating layer 35 and the electrode contact layer 37 is halved, because of the p-type intermediate gap layer 36 between these layers. Thereby,
l'empilement de trous positifs à cette région est réduit. the stacking of positive holes in this region is reduced.
Cependant, puisque la hauteur d'une barrière de potentiel formée à l'opposé de l'encoche est également divisée en deux, However, since the height of a potential barrier formed opposite the notch is also divided in two,
plus de trous positifs passent la barrière facilement. more positive holes pass the barrier easily.
Egalement, la couche de bande interdite intermédiaire 32 du type n a les mêmes effets pour les électrons que la couche de bande interdite intermédiaire 36 du type p en a pour les trous positifs. En conséquence, une tension de polarisation nécessaire aux trous positifs pour circuler de la couche de contact d'électrode vers la couche de placage et aux électrons pour circuler du substrat à la couche de placage est réduite, résultant en élément laser à semi-conducteur qui peut fonctionner à une tension basse. Egalement dans ce cas, les couches de bande interdite intermédiaires concordent en Also, the n-type intermediate bandgap 32 has the same effect for electrons as the p-type intermediate bandgap 36 for positive holes. As a result, a bias voltage required for the positive holes to flow from the electrode contact layer to the plating layer and the electrons to flow from the substrate to the plating layer is reduced, resulting in a semiconductor laser element which can operate at a low voltage. Also in this case, the intermediate bandgap layers agree in
réseau cristallin avec les autres couches. crystal lattice with the other layers.
De plus, IEEE Conference Digest of 13th International Semiconductor Laser de A. Takemoto et al, "Improvement of High Power/High Temperature Operation of Long Wavelength Laser Diodes by Band Discontinuity Reduction Laser," D-7, pp. In addition, IEEE Conference Digest of the 13th International Semiconductor Laser by A. Takemoto et al, "Improvement of High Power / High Temperature Operation of Long Wavelength Laser Diodes by Band Discontinuity Reduction Laser," D-7, pp.
6 27214396 2721439
48, 1992 décrit un élément laser à semi-conducteur utilisant la même structure que la couche de bande interdite intermédiaire ci-dessus décrite pour circulation de trous positifs et d'électrons d'une couche de placage à une couche active. En figure 18, le nombre de référence 40 désigne une électrode latérale à couche du type n, le nombre 41 désigne une couche de placage en InP du type n, le nombre 42 désigne une couche de blocage en InP du type n, le nombre 43 désigne une couche de blocage en InP du type p, le nombre 44 désigne une couche de placage en InP du type p (couche tampon), le nombre 45 désigne un substrat en InP du type p, le nombre 46 désigne une électrode latérale à couche du type p, le nombre 47 désigne une couche de réduction de discontinuité de bande en In0,82Ga0,18Aso0,42PO,58, et le nombre 48 désigne une couche active en In0,65Ga0o,35Aso079P0,21. Dans cet élément laser à semi-conducteur, en appliquant une tension de polarisation directe entre les électrodes latérales à couches du type p et du type n, des électrons et des trous positifs sont injectés dans la couche active 48 à partir respectivement des couches de placage 41 et 44 du type n et 48, 1992 discloses a semiconductor laser element using the same structure as the intermediate band gap layer described above for positive hole and electron circulation of an active layer plating layer. In FIG. 18, the reference number 40 denotes an n-type layer-side electrode, the number 41 denotes an n-type InP cladding layer, the number 42 denotes an n-type InP cladding layer, the number 43 being denotes a p-type InP blocking layer, the number 44 denotes a p-type InP clad layer (buffer layer), the number 45 denotes a p-type InP substrate, the number 46 denotes a layered side electrode of the p type, the number 47 denotes a band gap reduction layer in In0.82Ga0.18Aso0.42PO, 58, and the number 48 is an In0.65Ga0o active layer, Aso079P0.21. In this semiconductor laser element, by applying a direct bias voltage between the p-type and n-type layer side electrodes, electrons and positive holes are injected into the active layer 48 from the plating layers, respectively. 41 and 44 of type n and
du type p, de sorte qu'une oscillation laser se produit. of the p type, so that a laser oscillation occurs.
Lorsque les couches de réduction de discontinuité de bande 47 en InGaSP sont absentes, puisque la couche active en InGAsP 48 a une énergie de la bande interdite plus petite que celles des couches de placage 41 et 44 en InP, des encoches et des barrières de potentiel sont formées entre la couche active et les couches de placage, à cause d'une discontinuité de bande dans les bandes de conduction et de valence. La figure 19(a) est un diagramme de bande d'énergie illustrant la circulation de trous positifs de la couche de placage du type p à la couche active, qui montre que les trous positifs sont accumulés à l'encoche. De plus, la barrière de potentiel empêche la circulation des trous positifs. De façon identique, ceci se produit pour la circulation d'électrons de la couche de placage 41 du type n à la couche active 48. En particulier, à cause de l'accumulation des trous positifs à l'encoche, il est susceptible de se produire une absorption When the InGaSP band discontinuity reduction layers 47 are absent, since the InGAsP active layer 48 has a lower band gap energy than the InP veneer layers 41 and 44, notches and potential barriers are formed between the active layer and the plating layers, due to a band gap in the conduction and valence bands. Figure 19 (a) is an energy band diagram illustrating the flow of positive holes from the p-type plating layer to the active layer, which shows that the positive holes are accumulated at the notch. In addition, the potential barrier prevents the flow of positive holes. Identically, this occurs for the electron flow of the veneer layer 41 n-type to the active layer 48. In particular, because of the accumulation of positive holes at the notch, it is likely to produce an absorption
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de bande d'inter valence et une recombinaison Auger à une région entourant l'encoche qui n'ont aucune contribution à l'émission de lumière. En conséquence, une efficacité d'émission de lumière et une puissance de lumière maximum sont abaissées. De ce fait, afin d'empêcher ces phénomènes, les couches de réduction de discontinuité de bande 47 en InGaAsP sont disposées entre la couche active 48 et les couches de placage 41 et 44, chaque couche 47 ayant une énergie de la bande interdite de 1,08 eV intermédiaire de celles de 0,8 eV de la couche active 48 et de 1,35 eV des couches de placage 41 et 44. La figure 19(b) est un diagramme de bande d'énergie illustrant la circulation de trous positifs de la couche de placage 44 du type p à la couche active 48 lorsque les couches de réduction de discontinuité de bande 47 sont présentes. Par le fait qu'il y a des encoches augmentant à deux, l'accumulation de trous positifs à chaque encoche est réduite. De plus, la hauteur de chaque barrière de potentiel devient faible, de la sorte les trous positifs passent facilement. Egalement, dans la circulation d'électrons de la couche de placage 41 du type n à la couche active 48, les mêmes effets que décrits ci-dessus sont obtenus. En conséquence, une efficacité d'émission de lumière et une puissance de lumière maximum sont améliorées. Dans ce cas, les couches de réduction de discontinuité de bande 47 Interval band and Auger recombination at a region surrounding the notch that have no contribution to light emission. As a result, light emission efficiency and maximum light power are lowered. Therefore, in order to prevent these phenomena, the InGaAsP band discontinuity reduction layers 47 are arranged between the active layer 48 and the plating layers 41 and 44, each layer 47 having a bandgap energy of 1. , 08 eV intermediate to those of 0.8 eV of the active layer 48 and 1.35 eV of the plating layers 41 and 44. Figure 19 (b) is an energy band diagram illustrating the flow of positive holes from the p-type plating layer 44 to the active layer 48 when the tape discontinuity reduction layers 47 are present. Because there are notches increasing to two, the accumulation of positive holes at each notch is reduced. In addition, the height of each potential barrier becomes low, so positive holes pass easily. Also, in the electron flow of the n-type cladding layer 41 to the active layer 48, the same effects as described above are obtained. As a result, light emission efficiency and maximum light power are improved. In this case, the tape discontinuity reduction layers 47
concordent en réseau cristallin avec les autres couches. match in lattice with the other layers.
Dans la cellule solaire de base en GaAs de l'art antérieur, la couche dans la bande de valence formée à l'interface entre la couche de fenêtre en AlGaAs et la couche en GaAs provoque l'accumulation de trous positifs et la barrière de potentiel perturbe la circulation des trous positifs, ce qui empêche l'amélioration d'une efficacité de In the GaAs base solar cell of the prior art, the layer in the valence band formed at the interface between the AlGaAs window layer and the GaAs layer causes the accumulation of positive holes and the potential barrier. disrupts the flow of positive holes, which prevents the improvement of efficiency of
conversion d'énergie.energy conversion.
Cependant, la couche d'empêchement d'accmulation de la photodiode à avalanche et la couche d'intervalle de bande intermédiaire et la couche de réduction de discontinuité de bande d'éléments laser à semi- conducteur sont efficaces pour améliorer le décalage de bande, l'encoche et la hauteur de la However, the avalanche photodiode acceleration prevention layer and the intermediate band gap layer and the semiconductor laser element band gap reduction layer are effective for improving the band offset, the notch and the height of the
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barrière de potentiel, de la sorte la circulation des trous positifs est rendue facile ainsi que l'accumulation de trous positifs est atténuée. Cependant, le décalage de bande, l'encoche et la barrière de potentiel dans la bande de valence ne disparaissent pas mais sont seulement divisés en deux. De ce fait, il subsiste le décalage de bande de la barrière de potentiel et certains trous positifs sont potential barrier, so the circulation of positive holes is made easy as well as the accumulation of positive holes is attenuated. However, the band gap, the notch and the potential barrier in the valence band do not disappear but are only divided in two. As a result, the band gap of the potential barrier remains and some positive holes are
accumulés à l'encoche.accumulated at the notch.
Un objet de la présente invention est de réaliser un élément semiconducteur optique ayant une bonne An object of the present invention is to provide an optical semiconductor element having good
caractéristique de réponse en fréquence, un élément semi- characteristic of frequency response, a semi-
conducteur optique ayant une bonne efficacité de conversion d'énergie, un élément semi-conducteur optique ayant une fiabilité élevée, qui peuvent fonctionner à faible tension, et un élément semi-conducteur optique ayant une efficacité d'émission de lumière élevée et une puissance de lumière maximum élevée, en réduisant l'accumulation de trous positifs et abaissant la hauteur d'une barrière de potentiel utilisant optical conductor having good energy conversion efficiency, an optical semiconductor element having a high reliability, which can operate at low voltage, and an optical semiconductor element having a high light emission efficiency and a power of high maximum light, reducing the accumulation of positive holes and lowering the height of a potential barrier using
une couche contrainte ou en extension. a layer constrained or in extension.
D'autres objets et avantages de la présente invention Other Objects and Advantages of the Present Invention
deviendront apparents à partir de la description détaillée will become apparent from the detailed description
donnée ci-après; on doit comprendre, cependant, que la given below; it must be understood, however, that the
description détaillée et un mode de réalisation spécifique detailed description and a specific embodiment
sont donnés seulement à titre d'illustration, puisque divers changements et modifications dans la portée de l'invention deviendront apparents à ceux de l'art à partir de cette are given by way of illustration only, since various changes and modifications in the scope of the invention will become apparent to those of the art from this point of view.
description détaillée.detailed description.
Selon un premier aspect de la présente invention, un élément semiconducteur optique comprend une première couche semi-conductrice, une seconde couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la première couche semi-conductrice, et une ou plus troisième couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande According to a first aspect of the present invention, an optical semiconductor element comprises a first semiconductor layer, a second semiconductor layer having a band gap energy smaller than that of the first semiconductor layer, and one or more third semiconductor layer having a band energy
interdite plus petite que celle de la première couche semi- smaller than that of the first semi-
conductrice et comprenant une contrainte, disposée entre les première et seconde couches semi-conductrice. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans conductive and comprising a constraint, disposed between the first and second semiconductor layers. As a result, the state density of the third semiconductor layer in
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une bande de valence est rendue plus petite que celle de la seconde couche semi-conductrice dans celle-ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une différence de potentiel et à une encoche dans la bande de valence formée à l'interface entre les première et troisième couches semi- conductrices sont réduites. Selon un second aspect de la présente invention, un élément semi-conducteur optique comprend une première couche semi-conductrice, une seconde couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la première couche semi-conductrice, et une ou plus troisième couche semi- conductrice ayant une énergie de la bande a valence band is made smaller than that of the second semiconductor layer therein, so the accumulation of positive holes and a height of a potential barrier at a potential difference and a notch in the valence band formed at the interface between the first and third semiconductor layers are reduced. According to a second aspect of the present invention, an optical semiconductor element comprises a first semiconductor layer, a second semiconductor layer having a forbidden band energy smaller than that of the first semiconductor layer, and a or more third semiconductor layer having a band energy
interdite plus petite que celle de la première couche semi- smaller than that of the first semi-
conductrice et plus grande que celle de la seconde couche semiconductrice et comprenant une contrainte, disposée entre les première et seconde couches semi-conductrices. De ce conductive and larger than that of the second semiconductor layer and comprising a stress disposed between the first and second semiconductor layers. From this
fait, la densité d'état de la troisième couche semi- In fact, the density of state of the third semi-
conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la seconde couche semi-conductrice dans celle-ci et un décalage de bande dans la bande de valence entre les première et troisième couches semi-conductrices est rendue plus petite que celui entre les première et seconde couches semi-conductrices, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel au décalage de bande et à une encoche dans la bande de valence conductive in a valence band is made smaller than that of the second semiconductor layer therein and a band gap in the valence band between the first and third semiconductor layers is made smaller than that between the first and second semiconductor layers, thereby accumulating positive holes and a potential barrier height at the band gap and a notch in the valence band
formée entre les première et troisième couches semi- formed between the first and third semi-
conductrices sont réduites.conductors are reduced.
Selon un troisième aspect de la présente invention, une photodiode à avalanche comprend une couche de multiplication, une couche d'absorption de lumière ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de multiplication et une troisième couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de multiplication et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de multiplication et la couche d'absorption de lumière. De ce fait, la densité d'état de la According to a third aspect of the present invention, an avalanche photodiode comprises a multiplication layer, a light absorption layer having a band gap energy smaller than that of the multiplication layer and a third semiconductor layer having a band gap energy smaller than that of the multiplication layer and comprising a constraint disposed between the multiplication layer and the light absorption layer. As a result, the state density of the
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troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche d'absorption de lumière dans celle-ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs à un décalage de bande dans la bande de valence, formée à l'interface entre la couche de multiplication et la troisième couche semi-conductrice, est réduite. En conséquence, une capacité parasite due à l'accumulation de trous positifs est réduite, améliorant de la sorte une third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the light absorbing layer therein, thereby accumulating positive holes at a band gap in the valence band, formed at the interface between the multiplication layer and the third semiconductor layer is reduced. As a result, parasitic capacitance due to the accumulation of positive holes is reduced, thereby improving a
caractéristique de réponse en fréquence. Frequency response characteristic.
Selon un quatrième aspect de la présente invention, une photodiode à avalanche comprend une couche de multiplication comprenant InP, une couche d'absorption de lumière comprenant InGaAs ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de multiplication et une troisième couche semi-conductrice comprenant InGaAsP ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de multiplication et comprenant une contrainte disposée entre la couche de multiplication et la couche d'absorption de lumière. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche d'absorption de lumière dans celle-ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs à un décalage de bande dans la bande de valence, formée à l'interface entre la couche de multiplication et la troisième couche semi-conductrice, est réduite. En conséquence, une capacité parasite due à l'accumulation de trous positifs est réduite, améliorant de la sorte une caractéristique de According to a fourth aspect of the present invention, an avalanche photodiode comprises a multiplication layer comprising InP, a light absorbing layer comprising InGaAs having a band gap energy smaller than that of the multiplication layer and a third layer. semiconductor device comprising InGaAsP having a band gap energy smaller than that of the multiplication layer and comprising a constraint disposed between the multiplication layer and the light absorption layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the light absorption layer therein, so the accumulation of positive holes at a band gap in the valence band formed at the interface between the multiplication layer and the third semiconductor layer is reduced. As a result, a parasitic capacitance due to the accumulation of positive holes is reduced, thereby improving a characteristic of
réponse en fréquence.frequency response.
Selon un cinquième aspect de la présente invention, une photodiode à avalanche comprend une couche de multiplication, une couche d'absorption de lumière ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de multiplication et une troisième couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de multiplication et plus grande que celle de la couche d'absorption de lumière et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de multiplication et la couche il 2721439 d'absorption de lumière. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi- conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche d'absorption de lumière dans celle-ci et un décalage de bande dans la bande de valence entre la couche de multiplication et la troisième couche semi-conductrice est rendu plus petit que celui entre la couche de multiplication et la couche d'absorption de lumière, de la sorte l'accumulation de trous positifs au décalage de bande dans la bande de valence formée à l'interface entre la couche de multiplication et la troisième couche semi-conductrice est réduite. En conséquence, une capacité parasite due à l'accumulation de trous positifs est réduite, améliorant de la sorte une caractéristique de According to a fifth aspect of the present invention, an avalanche photodiode comprises a multiplication layer, a light absorption layer having a band gap energy smaller than that of the multiplication layer and a third semiconductor layer having a band gap energy smaller than that of the multiplication layer and greater than that of the light absorbing layer and comprising a constraint, disposed between the multiplication layer and the light absorption layer 2721439. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the light absorption layer therein and a band gap in the valence band between the multiplication layer and the third semiconductor layer is made smaller than that between the multiplication layer and the light absorption layer, thereby accumulating positive band gap holes in the formed valence band at the interface between the multiplication layer and the third semiconductor layer is reduced. As a result, a parasitic capacitance due to the accumulation of positive holes is reduced, thereby improving a characteristic of
réponse en fréquence.frequency response.
Selon un sixième aspect de la présente invention, une cellule solaire comprend une couche de fenêtre, une couche d'absorption de lumière ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de fenêtre et une troisième couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de fenêtre et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de fenêtre et la couche d'absorption de lumière. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche d'absorption de lumière dans celle- ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche dans la bande de valence, formée à l'interface entre la couche de fenêtre et la troisième couche semi-conductrice, sont réduites. En conséquence, une recombinaison à la région à laquelle les trous positifs sont accumulés est supprimée, réduisant de la sorte la perte de trous positifs et d'électrons produits à cause de l'absorption de lumière et facilitant la circulation des trous positifs de la couche d'absorption de lumière à la couche de fenêtre. En conséquence, une efficacité de According to a sixth aspect of the present invention, a solar cell comprises a window layer, a light absorption layer having a lower band gap energy than that of the window layer and a third semiconductor layer having a energy of the band gap smaller than that of the window layer and including a stress, disposed between the window layer and the light absorption layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the light absorption layer therein, so the accumulation of positive holes and a height of a potential barrier at a notch in the valence band, formed at the interface between the window layer and the third semiconductor layer, are reduced. As a result, recombination at the region where the positive holes are accumulated is suppressed, thereby reducing the loss of positive holes and electrons produced due to light absorption and facilitating the flow of positive holes in the layer. light absorption at the window layer. As a result, an efficiency of
conversion d'énergie de lumière en électricité est améliorée. conversion of light energy into electricity is improved.
12 272143912 2721439
Selon un septième aspect de la présente invention, une cellule solaire comprend une couche de fenêtre comprenant AlGaAs, une couche d'absorption de lumière comprenant GaAs ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de fenêtre et une troisième couche semiconductrice comprenant InGaAsP ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de fenêtre et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de fenêtre et la couche d'absorption de lumière. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche d'absorption de lumière dans celle-ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche dans la bande de valence, formée à l'interface entre la couche de fenêtre et la troisième couche semi-conductrice, sont réduites. En conséquence, une recombinaison à la région à laquelle les trous positifs sont accumulés est supprimée, réduisant de la sorte la perte de trous positifs et d'électrons produits à cause d'absorption de lumière et facilitant la circulation de trous positifs de la couche d'absorption de lumière à la couche de fenêtre. En conséquence, une efficacité de According to a seventh aspect of the present invention, a solar cell comprises a window layer comprising AlGaAs, a light absorbing layer comprising GaAs having a lower band gap energy than that of the window layer and a third semiconductor layer. comprising InGaAsP having a band gap energy that is smaller than that of the window layer and includes a stress, disposed between the window layer and the light absorption layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the light absorption layer therein, so the accumulation of positive holes and a height of a potential barrier at a notch in the valence band, formed at the interface between the window layer and the third semiconductor layer, are reduced. As a result, recombination at the region at which the positive holes are accumulated is suppressed, thereby reducing the loss of positive holes and electrons produced due to light absorption and facilitating the flow of positive holes in the d-layer. absorption of light at the window layer. As a result, an efficiency of
conversion d'énergie de lumière en électricité est améliorée. conversion of light energy into electricity is improved.
Selon un huitième aspect de la présente invention, une cellule solaire comprend une couche de fenêtre, une couche d'absorption de lumière ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de la fenêtre et une troisième couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de fenêtre et plus grande que celle de la couche d'absorption de lumière et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de fenêtre et la couche d'absorption de lumière. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche d'absorption de lumière dans celle-ci et un décalage de bande dans la bande de valence formé à l'interface entre la couche de fenêtre et la troisième couche semi-conductrice According to an eighth aspect of the present invention, a solar cell comprises a window layer, a light absorption layer having a band gap energy smaller than that of the window layer and a third semiconductor layer having a band gap energy smaller than that of the window layer and greater than that of the light absorption layer and comprising a stress disposed between the window layer and the light absorption layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the light absorption layer therein and a band gap in the valence band formed at the interface between the window layer and the third semiconductor layer
13 272143913 2721439
est rendu plus petit que celui entre la couche de fenêtre et la couche d'absorption de lumière, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche sont réduites. En conséquence, une recombinaison à la région à laquelle les trous positifs sont accumulés est supprimée, réduisant de la sorte la perte de trous positifs et d'électrons produits à cause de l'absorption de lumière et facilitant la circulation de trous positifs de la couche d'absorption de lumière à la couche de fenêtre. En conséquence, une efficacité de conversion is made smaller than that between the window layer and the light absorption layer, so the accumulation of positive holes and a height of a potential barrier at a notch are reduced. As a result, recombination at the region where the positive holes are accumulated is suppressed, thereby reducing the loss of positive holes and electrons produced due to light absorption and facilitating the flow of positive holes in the layer. light absorption at the window layer. As a result, conversion efficiency
d'énergie de lumière en électricité est améliorée. Light energy in electricity is improved.
Selon un neuvième aspect de la présente invention, un élément laser à semi-conducteur comprend une couche de placage du type p, une couche de contact d'électrode du type p ayant une énergie de la bande interdite plus petite que According to a ninth aspect of the present invention, a semiconductor laser element comprises a p-type plating layer, a p-type electrode contact layer having a smaller gap energy than
celle de la couche de placage et une troisième couche semi- that of the veneer layer and a third semi-layer
conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de placage et la couche de contact d'électrode. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche de contact d'électrode du type p dans celle-ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche dans la bande de valence, formée à l'interface entre la couche de placage du type p et la troisième couche semi- conductrice, sont réduites. En conséquence, la circulation de trous positifs à cette région est facilitée. En conséquence, une tension de polarisation nécessaire aux trous positifs pour circuler de la couche de contact d'électrode vers la couche deplacage est réduite, obtenant de la sorte un élément laser à semi-conducteur ayant conductor having a band gap energy that is smaller than that of the plating layer and includes a stress, disposed between the plating layer and the electrode contact layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the p-type electrode contact layer therein, so the accumulation of Positive holes and a height of a potential barrier at a notch in the valence band, formed at the interface between the p-type plating layer and the third semiconductor layer, are reduced. As a result, the circulation of positive holes in this area is facilitated. As a result, a bias voltage required for the positive holes to flow from the electrode contact layer to the lay layer is reduced, thereby obtaining a semiconductor laser element having
une stabilité élevée, qui peut fonctionner à faible tension. high stability, which can operate at low voltage.
Selon un dizième aspect de la présente invention, un élément laser à semi-conducteur comprend une couche de placage du type p comprenant InGaAlP du type p, une couche de contact d'électrode du type p comprenant GaAs du type p ayant According to a tenth aspect of the present invention, a semiconductor laser element comprises a p-type p-type p-type p-layer, a p-type p-type p-type p-electrode contact layer having
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une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et une troisième couche semi-conductrice comprenant InGaAsP du type p ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de placage et la couche de contact d'électrode. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche de contact d'électrode du type p dans celle-ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche de la bande de valence formée à l'interface entre la couche de placage du type p et la troisième couche semi-conductrice, sont réduites. En conséquence, la circulation de trous positifs à cette région est facilitée. En conséquence, une tension de polarisation nécessaire aux trous positifs pour circuler de la couche de contact d'électrode vers la couche de placage est réduite, obtenant de la sorte un élément laser à semi-conducteur ayant a band gap energy smaller than that of the plating layer and a third p-type InGaAsP semiconductor layer having a band gap energy that is smaller than that of the plating layer and includes a constraint, disposed between the plating layer and the electrode contact layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the p-type electrode contact layer therein, so the accumulation of Positive holes and a height of a potential barrier at a notch of the valence band formed at the interface between the p-type cladding layer and the third semiconductor layer, are reduced. As a result, the circulation of positive holes in this area is facilitated. As a result, a bias voltage required for the positive holes to flow from the electrode contact layer to the plating layer is reduced, thereby obtaining a semiconductor laser element having
une stabilité élevée qui peut fonctionner à faible tension. high stability that can operate at low voltage.
Selon un onzième aspect de la présente invention, un élément laser à semi-conducteur comprend une couche de placage du type p, une couche de contact d'électrode du type p ayant une énergie de la bande interdite plus petite que According to an eleventh aspect of the present invention, a semiconductor laser element comprises a p-type plating layer, a p-type electrode contact layer having a smaller gap energy than
celle de la couche de placage et une troisième couche semi- that of the veneer layer and a third semi-layer
conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et plus grande que celle de la couche de contact d'électrode et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de placage et la couche de contact d'électrode. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche de contact d'électrode du type p dans celle-ci et un décalage de bande dans la bande de valence entre la couche de placage et la troisième couche semi- conductrice est rendu plus petit que celui entre la couche de placage et la couche de contact d'électrode, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche dans la conductor having a band gap energy smaller than that of the plating layer and greater than that of the electrode contact layer and comprising a stress, disposed between the plating layer and the electrode contact layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the p-type electrode contact layer therein and a band offset in the band of valence between the plating layer and the third semiconductor layer is made smaller than that between the plating layer and the electrode contact layer, so the accumulation of positive holes and a height of a barrier of potential at a notch in the
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bande de valence, formée à l'interface entre la couche de placage du type p et la troisième couche semi-conductrice, sont réduites. En conséquence, la circulation de trous positifs à cette région est facilitée. En conséquence, une tension de polarisation nécessaire aux trous positifs pour circuler de la couche de contact d'électrode vers la couche de placage est réduite, obtenant de la sorte un élément laser à semi-conducteur ayant une stabilité élevée, qui peut valence band, formed at the interface between the p-type plating layer and the third semiconductor layer, are reduced. As a result, the circulation of positive holes in this area is facilitated. Accordingly, a bias voltage required for the positive holes to flow from the electrode contact layer to the plating layer is reduced, thereby obtaining a semiconductor laser element having a high stability, which can
fonctionner à faible tension.operate at low voltage.
Selon un douzième aspect de la présente invention, un élément laser à semi-conducteur comprend une couche de placage du type p, une couche active ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et une troisième couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de placage et la couche active. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche active dans celle-ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche dans la bande de valence, formée à l'interface entre According to a twelfth aspect of the present invention, a semiconductor laser element comprises a p-type cladding layer, an active layer having a lower band gap energy than that of the cladding layer, and a third semiconductor layer. conductor having a band gap energy smaller than that of the cladding layer and comprising a stress, disposed between the cladding layer and the active layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the active layer therein, so the accumulation of positive holes and a height of a potential barrier at a notch in the valence band, formed at the interface between
la couche de placage du type p et la troisième couche semi- the p-type cladding layer and the third half-layer
conductrice, sont réduites. En conséquence, la circulation de trous positifs à cette région est facilitée et l'absorption de bande d'inter valence et la recombinaison Auger qui n'ont aucune contribution à l'émission de lumière, provoquées à cause de l'accumulation de trous positifs à l'encoche, sont supprimées, améliorant de la sorte une efficacité d'émission conductive, are reduced. As a result, the circulation of positive holes to this region is facilitated and inter valence band absorption and Auger recombination that have no contribution to light emission, caused by the accumulation of positive holes. at the notch, are suppressed, thereby improving transmission efficiency
de lumière et une puissance de lumière maximum. of light and maximum light power.
Selon un treizième aspect de la présente invention, un élément laser à semi-conducteur comprend une couche de placage du type p comprenant InP du type, une couche active comprenant InGaAsP ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et une troisième couche semi-conductrice comprenant InGaAsP ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la According to a thirteenth aspect of the present invention, a semiconductor laser element comprises a p-type plating layer including InP of the type, an active layer comprising InGaAsP having a forbidden band energy that is smaller than that of the plating layer. and a third semiconductor layer comprising InGaAsP having a band gap energy smaller than that of the
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couche de placage et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de placage et la couche active. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche active dans celle-ci, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche dans la bande de valence, formée à l'interface entre la couche de placage du type p et la troisième couche semiconductrice, sont réduites. En conséquence, la circulation de trous positifs à cette région est facilitée et l'absorption de bande intervalence et la recombinaison Auger qui n'ont aucune contribution d'émission de lumière, provoquées à cause de l'accumulation de trous positifs à l'encoche, sont supprimées, améliorant de la sorte une efficacité d'émission de lumière et une puissance de lumière maximum. Selon un quatorzième aspect de la présente invention, un élément laser à semi-conducteur comprend une couche de placage du type p, une couche active ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et une troisième couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite que celle de la couche de placage et plus grande que celle de la couche active et comprenant une contrainte, disposée entre la couche de placage et la couche active. De ce fait, la densité d'état de la troisième couche semi-conductrice dans une bande de valence est rendue plus petite que celle de la couche active dans celle- ci et un décalage de bande dans la bande de valence entre la couche de placage et la troisième couche semi-conductrice est rendu plus petit que celui entre la couche de placage et la couche active, de la sorte l'accumulation de trous positifs et une hauteur d'une barrière de potentiel à une encoche dans la bande de valence, formée à l'interface entre la couche de placage du type p et la troisième couche semiconductrice, sont réduites. En conséquence, la circulation de trous positifs à cette région est facilitée et l'absorption de bande d'inter valence et la plating layer and comprising a stress disposed between the plating layer and the active layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the active layer therein, so the accumulation of positive holes and a height of a potential barrier at a notch in the valence band, formed at the interface between the p-type cladding layer and the third semiconductor layer, are reduced. As a result, the circulation of positive holes to this region is facilitated and the intervalence band absorption and Auger recombination that have no contribution of light emission, caused due to the accumulation of positive holes at the notch are suppressed, thereby improving light emission efficiency and maximum light power. According to a fourteenth aspect of the present invention, a semiconductor laser element comprises a p-type cladding layer, an active layer having a lower band gap energy than that of the cladding layer, and a third semiconductor layer. conductor having a band gap energy smaller than that of the plating layer and greater than that of the active layer and comprising a stress, disposed between the plating layer and the active layer. As a result, the state density of the third semiconductor layer in a valence band is made smaller than that of the active layer therein and a band gap in the valence band between the cladding layer. and the third semiconductor layer is made smaller than that between the plating layer and the active layer, so the accumulation of positive holes and a height of a potential barrier at a notch in the valence band, formed at the interface between the p-type cladding layer and the third semiconductor layer, are reduced. As a result, the circulation of positive holes to this region is facilitated and the absorption of inter valence band and the
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recombinaison Auger qui n'ont aucune contribution à l'émission de lumière, provoquées à cause de l'accumulation de trous positifs à l'encoche, sont supprimées, améliorant de la sorte une efficacité d'émission de lumière et une puissance de lumière maximum. Selon un quinzième aspect de la présente invention, un procédé de fabrication d'une photodiode à avalanche comprend former une couche d'absorption de lumière en InGaAs du type n sur un substrat en InP du type n par croissance épitaxiale, former une couche contrainte en InGaAsP du type n sur la couche d'absorption de lumière par croissance épitaxiale, former une couche de multiplication en InP ayant une énergie de la bande interdite plus grande que celles de la couche d'absorption de lumière et la couche contrainte sur la couche contrainte par croissance épitaxiale et former une couche en InP du type p sur la couche de multiplication par croissance épitaxiale. Selon un seizième aspect de la présente invention, dans le procédé de fabrication ci- dessus décrit de la photodiode à avalanche, la couche contrainte en InGaAsP du type n a une énergie de la bande interdite plus grande que celle de la Auger recombination that have no contribution to light emission, caused due to the accumulation of positive holes at the notch, are suppressed, thereby improving light emission efficiency and maximum light power . According to a fifteenth aspect of the present invention, a method of fabricating an avalanche photodiode comprises forming an n-type InGaAs light absorption layer on an n-type InP substrate by epitaxial growth, forming a strained layer. N-type InGaAsP on the epitaxial growth light absorption layer, forming an InP multiplication layer having a higher bandgap energy than the light absorption layer and the stress layer on the constrained layer by epitaxial growth and form a p-type InP layer on the epitaxial growth multiplication layer. According to a sixteenth aspect of the present invention, in the above-described fabrication method of the avalanche photodiode, the n-type InGaAsP-stressed layer has a greater forbidden band energy than the
couche d'absorption de lumière en InGaAs du type n. n-type InGaAs light absorption layer.
Selon un dix-septième aspect de la présente invention, un procédé de fabrication d'une cellule solaire comprend former une couche d'absorption de lumière en GaAs du type p sur un substrat en GaAs du type n par croissance épitaxiale, former une couche contrainte en InGaAsP du type p sur la couche d'absorption de lumière par croissance épitaxiale et former une couche de fenêtre en AlGaAs du type p ayant une énergie de la bande interdite plus grande que celles de la couche d'absorption de lumière et la couche contrainte sur la According to a seventeenth aspect of the present invention, a method of manufacturing a solar cell comprises forming a p-type GaAs light absorption layer on an n-type GaAs substrate by epitaxial growth, forming a constrained layer. in p-type InGaAsP on the epitaxially grown light absorption layer and forming a p-type AlGaAs window layer having a greater forbidden band energy than those of the light absorption layer and the constrained layer on the
couche contrainte par croissance épitaxiale. layer constrained by epitaxial growth.
Selon un dix-huitième aspect de la présente invention, dans le procédé de fabrication ci-dessus décrit de la cellule solaire, la couche contrainte en InGaAsP du type p a une énergie de la bande interdite plus grande que celle de la couche d'absorption de lumière en GaAs du type p. According to an eighteenth aspect of the present invention, in the above-described manufacturing method of the solar cell, the pa-type InGaAsP-stressed layer has a greater forbidden band energy than that of the absorption layer. GaAs light of the p type.
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Selon un dix-neuvième aspect de la présente invention, According to a nineteenth aspect of the present invention,
un procédé de fabrication d'un élément laser à semi- a method of manufacturing a semiconductor laser element
conducteur comprend former une couche de bande interdite intermédiaire en InGaAlP du type n ayant une énergie de la bande interdite supérieure à celle d'un substrat en GaAs du type n sur le substrat par croissance épitaxiale, former une couche de placage en InGaAlP du type n ayant une énergie de la bande interdite supérieure à celle de la couche de bande interdite intermédiaire sur la couche de bande interdite intermédiaire par croissance épitaxiale, former une couche active en InGaAlP et une couche de placage en InGaAlP du type p successivement sur la couche de placage du type n par croissance épitaxiale, former une couche contrainte en InGaAsP du type p ayant une énergie de la bande interdite inférieure à celle de la couche de placage du type p sur la couche de placage du type p par croissance épitaxiale, et former une couche de contact d'électrode en GaAs du type p ayant une énergie de la bande interdite inférieure à celle de la couche de placage du type p sur la couche contrainte par conductor comprises forming an n-type InGaAlP intermediate band gap layer having a band gap energy greater than that of an n-type GaAs substrate on the substrate by epitaxial growth, forming an n-type InGaAlP cladding layer. having an energy of the forbidden band greater than that of the intermediate bandgap layer on the intermediate bandgap layer by epitaxial growth, forming an InGaAlP active layer and a p-type InGaAlP veneer layer successively on the veneer layer of type n by epitaxial growth, forming a p-type InGaAsP-constrained layer having a lower band gap energy than that of the p-type plating layer on the p-type plating layer by epitaxial growth, and forming a layer of p-type GaAs electrode contact having a lower band gap energy than that of the p-type cladding layer on the layer constrained by
croissance épitaxiale.epitaxial growth.
Selon un vingtième aspect de la présente invention, dans le procédé de fabrication ci-dessus décrit de l'élément laser à semi-conducteur, la couche de contact d'électrode en GaAs du type p a une énergie de la bande interdite inférieure à celle de la couche contrainte en InGaAsP du type p. Selon un vingt-et-unième aspect de la présente invention, un procédé de fabrication d'un élément laser à semi- conducteur comprend former une couche de placage en InP du type p (couche tampon) sur un substrat en InP du type p par croissance épitaxiale, former une couche contrainte en InGaAsP ayant une énergie de la bande interdite inférieure à celle de la couche de placage du type p sur la couche de placage par croissance épitaxiale, former une couche active en InGaAsP ayant une énergie de la bande interdite inférieure à celle de la couche de placage du type p sur la couche contrainte par croissance épitaxiale, former une couche de réduction de discontinuité de bande en InGaAsP ayant une According to a twentieth aspect of the present invention, in the above-described fabrication method of the semiconductor laser element, the pa-type GaAs electrode contact layer has a band gap energy of less than that of the p-type InGaAsP-stressed layer. According to a twenty-first aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor laser element comprises forming a p-type InP clad layer (buffer layer) on a p-type InP substrate by epitaxial growth, forming an InGaAsP-stressed layer having a lower band gap energy than that of the p-type cladding layer on the epitaxial growth plating layer, forming an InGaAsP active layer having a lower band gap energy to that of the p-type plating layer on the epitaxially grown layer, forming an InGaAsP band discontinuity reduction layer having a
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énergie de la bande interdite supérieure à celle de la couche active sur la couche active par croissance épitaxiale et former une couche de placage en InP du type n ayant une énergie de la bande interdite supérieure à celle de la couche de réduction de discontinuité de bande sur la couche de réduction de discontinuité de bande par croissance épitaxiale. Selon un vingt-deuxième aspect de la présente invention, dans le procédé de fabrication ci-dessus décrit de l'élément laser à semi-conducteur, la couche active en InGaAsP a une énergie de la bande interdite inférieure à energy of the forbidden band greater than that of the active layer on the active layer by epitaxial growth and to form an n-type InP veneer layer having a band gap energy greater than that of the band gap reduction layer on the band gap reduction layer by epitaxial growth. According to a twenty-second aspect of the present invention, in the above-described fabrication method of the semiconductor laser element, the InGaAsP active layer has a band gap energy of less than
celle de la couche contrainte en InGaAsP. that of the InGaAsP-stressed layer.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci The invention will be better understood and other purposes, features, details and advantages thereof
apparaîtront plus clairement dans la description explicative will appear more clearly in the explanatory description
qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'une photodiode à avalanche selon un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est un diagramme de bande d'énergie pour expliquer la circulation de trous positifs et d'électrons entre une couche de multiplication et une couche d'absorption de lumière dans la photodiode à avalanche représentée à la figure 1; - les figures 3(a)-3(c) sont des vues en coupe illustrant des étapes de procédé dans un procédé de fabrication de la photodiode à avalanche représentée en figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe d'une cellule solaire à base de GaAs selon un second mode de réalisation de la présente invention; - les figures 5(a)-5- (c) sont des vues en coupe illustrant des étapes de procédé dans un procédé de which will follow made with reference to the accompanying schematic drawings given solely by way of example illustrating several embodiments of the invention and in which: - Figure 1 is a sectional view of an avalanche photodiode according to a first embodiment of embodiment of the present invention; FIG. 2 is an energy band diagram for explaining the flow of positive holes and electrons between a multiplication layer and a light absorption layer in the avalanche photodiode shown in FIG. 1; FIGS. 3 (a) -3 (c) are sectional views illustrating process steps in a method of manufacturing the avalanche photodiode shown in FIG. 1; FIG. 4 is a sectional view of a GaAs-based solar cell according to a second embodiment of the present invention; FIGS. 5 (a) -5- (c) are sectional views illustrating process steps in a method of
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fabrication de la cellule solaire à base de GaAs représentée en figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe d'un élément laser à semi-conducteur comprenant une couche contrainte entre une couche de placage du type p et une couche de contact d'électrode du type p selon un troisième mode de réalisation de la présente invention; - les figures 7(a)-7(d) sont des vues en coupe illustrant des étapes de procédé dans un procédé de fabrication de l'élément laser à semi-conducteur représenté en figure 6; la figure 8 est une vue en coupe d'un élément laser à semi-conducteur comprenant une couche contrainte entre une couche de placage du type p et une couche active selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention; - la figure 9 est un diagramme de bande d'énergie pour expliquer la circulation de trous positifs entre la couche de placage du type p et la couche active dans l'élément laser à semi- conducteur représenté en figure 8; - les figures 10(a)-lO(f) sont des vues en coupe illustrant des étapes de procédé dans un procédé de fabrication de l'élément laser à semi-conducteur représenté en figure 8; - la figure 11(a) est un diagramme de bande d'énergie pour expliquer la circulation de trous positifs à l'interface entre des couches semi-conductrices ayant des énergies de bande interdite différentes, qui sont appauvries en charges électriques sur la totalité, les figures 11(b) et 11(c) représentent une distribution d'énergie du nombre de trous positifs et la densité d'état en figure 11(c) est réduite par rapport à celle en figure 11(b); - la figure 12(a) est un diagramme de bande d'énergie pour expliquer des couches semiconductrices du type p ayant des énergies de la bande interdite différentes, o seulement une portion d'une encoche est appauvrie en charges électriques. Les figures 12(b) et 12(c) sont des diagrammes de bande agrandis de seulement la portion comprenant manufacture of the GaAs-based solar cell shown in FIG. 4; FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser element comprising a layer stressed between a p-type plating layer and a p-type electrode contact layer according to a third embodiment of the present invention. invention; Figs. 7 (a) -7 (d) are sectional views illustrating process steps in a method of manufacturing the semiconductor laser element shown in Fig. 6; Fig. 8 is a sectional view of a semiconductor laser element comprising a layer constrained between a p-type plating layer and an active layer according to a fourth embodiment of the present invention; Fig. 9 is an energy band diagram for explaining the flow of positive holes between the p-type cladding layer and the active layer in the semiconductor laser element shown in Fig. 8; Figs. 10 (a) -10 (f) are sectional views illustrating process steps in a method of manufacturing the semiconductor laser element shown in Fig. 8; FIG. 11 (a) is an energy band diagram for explaining the flow of positive holes at the interface between semiconductor layers having different band gap energies, which are depleted in electrical charges on the whole, Figs. 11 (b) and 11 (c) show an energy distribution of the number of positive holes and the state density in Fig. 11 (c) is reduced compared to that in Fig. 11 (b); Fig. 12 (a) is an energy band diagram for explaining p-type semiconductor layers having different bandgap energies, where only a portion of a slot is depleted in electric charges. Figures 12 (b) and 12 (c) are enlarged strip diagrams of only the portion comprising
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l'encoche dans une bande de valence représentée en figure 12(a) et l'accumulation de trous positifs en figure 12(c) est réduite par rapport à celle en figure 12(b); - les figures 13(a) et 13(b) sont des diagrammes de bande d'énergie illustrant schématiquement un semi- conducteur de composé du groupe général III-V et un semi-conducteur de composé du groupe III-V comprenant une contrainte de compression, respectivement; - la figure 14 est une vue en coupe d'une photodiode à avalanche de l'art antérieur; les figures 15(a) et 15(b) sont des diagrammes de bande d'énergie pour expliquer la circulation de trous positifs et d'électrons dans une photodiode à avalanche de l'art antérieur lorsqu'une couche d'empêchement d'accumulation est absente et lorsque la couche est présente, respectivement; - la figure 16 est une vue en coupe d'une cellule solaire à base de GaAs de l'art antérieur; - la figure 17 est une vue en coupe d'un élément laser à semi-conducteur de l'art antérieur comprenant une couche de la bande interdite intermédiaire entre une couche de placage et une couche de contact d'électrode; - la figure 18 est une vue en coupe d'un élément laser à semi-conducteur de l'art antérieur comprenant des couches de réduction de discontinuité de bande entre des couches de placage et une couche active; et - la figure 19(a) est un diagramme de bande d'énergie pour expliquer la circulation de trous positifs entre les couches de placage et la couche active lorsque les couches de réduction de discontinuité de bande sont absentes et la figure 19(b) est un diagramme de bande d'énergie pour expliquer la circulation de trous positifs entre les couches the notch in a valence band shown in Fig. 12 (a) and the accumulation of positive holes in Fig. 12 (c) is reduced compared to that in Fig. 12 (b); FIGS. 13 (a) and 13 (b) are energy band diagrams schematically illustrating a compound semiconductor of the general group III-V and a group III-V compound semiconductor comprising a constraint of compression, respectively; FIG. 14 is a sectional view of an avalanche photodiode of the prior art; FIGS. 15 (a) and 15 (b) are energy band diagrams for explaining the flow of positive holes and electrons in an avalanche photodiode of the prior art when an accumulation prevention layer is absent and when the layer is present, respectively; FIG. 16 is a sectional view of a GaAs-based solar cell of the prior art; FIG. 17 is a sectional view of a prior art semiconductor laser element comprising a layer of the intermediate band gap between a plating layer and an electrode contact layer; Fig. 18 is a sectional view of a prior art semiconductor laser element including band gap reduction layers between plating layers and an active layer; and Fig. 19 (a) is an energy band diagram for explaining the flow of positive holes between the plating layers and the active layer when the band gap reduction layers are absent and Fig. 19 (b). is an energy band diagram to explain the flow of positive holes between layers
de placage et la couche active dans l'élément laser à semi- plating and the active layer in the semiconductor laser element.
conducteur de l'art antérieur représenté en figure 18. conductor of the prior art shown in FIG.
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PREMIER MODE DE REALISATIONFIRST EMBODIMENT
Une description est donnée d'une photodiode à avalanche A description is given of an avalanche photodiode
selon un premier mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 est une vue en coupe illustrant cette photodiode à avalanche. Dans la figure, le chiffre de référence 1 désigne des électrodes latérales en Ti/Au à couche du type p, le chiffre de référence 2 désigne une couche en InP du type p ayant une épaisseur de 0, 25 à 1,0 Mm, le chiffre de référence 3 désigne une couche de multiplication en InP du type n ayant une épaisseur de 0,6 pm, le chiffre 8 désigne une couche contrainte en In0, 82Ga0,18As0,7P0,3 du type n ayant une épaisseur de 2 à 10 nm, le chiffre 5 désigne une couche d'absorption de lumière en Ino,53Ga0,47As du type n ayant une épaisseur de 1,8 à 2,8 pm, le chiffre 6 désigne un substrat en InP du type n et le chiffre 7 désigne une électrode latérale en AuGe/Au à couche du type n. Bien que la couche contrainte 8 en InGaAsP du type n ait une énergie de la bande interdite de 0,75 eV égale à celle de la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n, elle a une constante de réseau cristallin supérieure à celle de la couche d'absorption de lumière de 1 %. De ce fait, une contrainte de compression est utilisée dans la couche contrainte. A cause de cette contrainte, la masse effective des trous positifs est d'environ un tiers de la according to a first embodiment of the present invention. Figure 1 is a sectional view illustrating this avalanche photodiode. In the figure, reference numeral 1 denotes p-type layered Ti / Au side electrodes, reference numeral 2 denotes a p-type InP layer having a thickness of 0.25 to 1.0 Mm, the reference numeral 3 denotes an n-type InP multiplication layer having a thickness of 0.6 μm, the number 8 denotes an n-type In0.82Ga0.18As0.7P0.3 stressed layer having a thickness of 2 to 10 μm. nm, the numeral 5 designates a n-type Ino light-absorbing layer 53Ga0.47As having a thickness of 1.8 to 2.8 μm, the number 6 denotes an n-type InP substrate and the number 7 denotes a n-type AuGe / Au side electrode. Although the n-type InGaAsP constrained layer 8 has a 0.75 eV band gap energy equal to that of the n-type InGaAs light absorption layer 5, it has a crystal lattice constant greater than that of the light absorption layer of 1%. As a result, a compression constraint is used in the stressed layer. Because of this constraint, the effective mass of the positive holes is about a third of the
masse effective lorsque la couche n'a aucune contrainte. effective mass when the layer has no stress.
Ce qui suit est le fonctionnement de la présente invention. The following is the operation of the present invention.
Lorsque des trous positifs circulent d'une couche semi- When positive holes flow from a semi-
conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite dans une couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus grande, il existe une différence de potentiel causée par un décalage de bande dans une bande de valence à l'interface entre ces couches, de la sorte des In the case of a conductor having a smaller bandgap energy in a semiconductor layer having a larger forbidden band energy, there is a potential difference caused by a band gap in a valence band at the interface between these layers. , so
trous positifs sont accumulés au côté de la couche semi- positive holes are accumulated at the side of the semi-
conductrice ayant l'énergie de la bande interdite plus petite. Ces couches sont appauvries en charges électriques conductive having the energy of the smaller bandgap. These layers are depleted in electrical charges
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sur la totalité. La figure 11(a) est un diagramme de bande d'énergie d'une couche de multiplication et d'une couche d'absorption de lumière inclues dans une photodiode à on the whole. Fig. 11 (a) is an energy band diagram of a multiplication layer and a light absorption layer included in a photodiode at
avalanche, chaque couche ayant une structure comme décrit ci- avalanche, each layer having a structure as described above.
dessus. Dans cette figure, le caractère de référence Ev désigne une énergie de la couche semi-conductrice ayant l'énergie de la bande interdite plus petite dans le bord de bande de valence, c'est-à-dire, l'énergie la plus basse en regardant à partir du côté des trous positifs et le caractère above. In this figure, the reference character Ev denotes an energy of the semiconductor layer having the energy of the smaller bandgap in the valence band edge, i.e., the lowest energy looking from the side of the positive holes and the character
AEv désigne le décalage de bande dans la bande de valence. AEv denotes the band shift in the valence band.
Les trous positifs ayant une énergie supérieure à Ev + AEv sont diffusés et envoyés vers la couche semi-conductrice ayant l'énergie de la bande interdite plus grande à une vitesse fixe. Cependant, les trous positifs ayant une énergie inférieure à Ev + AEv sont accumulés à la différence de potentiel. De ce fait, afin de supprimer l'accumulation de trous positifs, il est nécessaire de réduire les trous positifs ayant une énergie inférieure à Ev + AEv. De plus, lorsque la température ambiante T est d'environ 27 C (300 K), l'énergie thermique kBT (kB: constante de Boltzmann, T: la température absolue) est d'environ 0,026 eV. Si AEv est presque la même que cette énergie thermique ou est plus petite que celle-ci, des trous positifs peuvent passer facilement à travers la différence de potentiel et quelques trous positifs peuvent y être accumulés. En conséquence, dans la présente invention, l'énergie thermique kBT doit être beaucoup plus petite que AEv, c'est-à-dire, la relation de Positive holes having an energy greater than Ev + AEv are scattered and sent to the semiconductor layer having the higher bandgap energy at a fixed rate. However, positive holes having an energy lower than Ev + AEv are accumulated at the potential difference. Therefore, in order to suppress the accumulation of positive holes, it is necessary to reduce the positive holes having an energy lower than Ev + AEv. In addition, when the ambient temperature T is about 27 C (300 K), the thermal energy kBT (kB: Boltzmann constant, T: the absolute temperature) is about 0.026 eV. If AEv is almost the same as or smaller than this thermal energy, positive holes can easily pass through the potential difference and some positive holes can be accumulated there. Accordingly, in the present invention, the thermal energy kBT must be much smaller than AEv, i.e.
AEv >> à kBT doit être satisfaite. AEv >> to kBT must be satisfied.
Pour simplifier la discussion, l'influence de l'énergie thermique est ignorée en considérant ce qui précède. Plus particulièrement, on suppose que kBT = 0, si l'accumulation de trous positifs est accomplie et la circulation de trous positifs atteint un état stationnaire, on suppose que le niveau de quasi-Fermi de trous positifs arrive à une position ayant une énergie un peu supérieure à Ev + AEv (ici, une énergie plus élevée est donnée aux trous positifs à une position plus proche du bas à la figure). Cependant, les To simplify the discussion, the influence of thermal energy is ignored by considering the above. More particularly, assume that kBT = 0, if the positive hole accumulation is accomplished and the positive hole flow reaches a stationary state, it is assumed that the quasi-Fermi level of positive holes arrives at a position having a positive energy. little higher than Ev + AEv (here, higher energy is given to the positive holes at a position closer to the bottom in the figure). However,
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niveaux d'énergie en dessous du niveau de quasi-Fermi sont remplis de trous positifs. De ce fait, le nombre de trous positifs accumulés peut être approximé à un nombre obtenu en intégrant la fonction de densité d'état de Ev à Ev + AEv, et on peut supposer que la réduction en densité d'état est efficace pour supprimer l'accumulation de trous positifs. La fonction de densité d'état ici est une fonction représentant la densité de niveau d'énergie, c'est-à-dire, la densité Energy levels below the level of near-Fermi are filled with positive holes. As a result, the number of accumulated positive holes can be approximated to a number obtained by integrating the state density function from Ev to Ev + AEv, and it can be assumed that the state density reduction is effective in suppressing the state density. 'accumulation of positive holes. The state density function here is a function representing the energy level density, i.e., the density
d'état en une fonction d'énergie.state into an energy function.
Il est réellement nécessaire de considérer également l'énergie thermique. Dans ce cas, la distribution d'énergie du nombre de trous positifs est comme représenté en figure 11(b). Dans cette figure, une fonction de densité d'état est désignée par 10, une région o des trous positifs qui sont accumulés est désignée par 11 et une région produite par le fait que des trous positifs sont diffusés et écoulés est désignée par 12. Le produit de la fonction de densité d'état et de la fonction de distribution de Fermi présente la distribution d'énergie du nombre de trous positifs. La surface de la région 11 représente le nombre total de trous positifs qui sont accumulés. La figure 11(c) représente la distribution d'énergie du nombre de trous positifs lorsque la It is really necessary to also consider thermal energy. In this case, the energy distribution of the number of positive holes is as shown in FIG. 11 (b). In this figure, a state density function is designated 10, a region where positive holes that are accumulated is designated 11, and a region produced by the fact that positive holes are scattered and elapsed is designated by 12. Fermi's product of state density function and distribution function presents the energy distribution of the number of positive holes. The area of region 11 represents the total number of positive holes that are accumulated. Figure 11 (c) shows the energy distribution of the number of positive holes when the
densité d'état est réduite par rapport à la figure 11(b). state density is reduced compared to Figure 11 (b).
Dans ces figures, la distribution du nombre de trous positifs est écartée de la distribution de densité d'état au voisinage In these figures, the distribution of the number of positive holes is discarded from the state density distribution in the vicinity
de l'énergie Ev + AEv affectée par la distribution de Fermi. Ev + AEv energy affected by the Fermi distribution.
Plus particulièrement, elle est provoquée par le fait que kBT X 0. Alors que ceci est un écart à partir de l'approximation ci-dessus décrite, la largeur de la région d'énergie dans laquelle l'écart est produit est d'envirion 2kBT, qui est relativement petit en comparaison à AEv. Parce que si la circulation des trous positifs est déterminée, les positions du niveau de quasi-Fermi sont respectivement déterminées afin de réaliser celles-ci, le nombre de trous positifs qui sont diffusés et en circulation, c'est-à-dire, la surface de la région 12 devient le même aux deux figures 11(b) et 11(c) dans l'état stationnaire o la circulation de More particularly, it is caused by the fact that kBT X 0. While this is a deviation from the approximation described above, the width of the energy region in which the deviation is produced is from 2kBT, which is relatively small compared to AEv. Because if the circulation of the positive holes is determined, the positions of the level of quasi-Fermi are respectively determined in order to realize them, the number of positive holes which are diffused and in circulation, that is to say, the the surface of region 12 becomes the same in both Figures 11 (b) and 11 (c) in the stationary state where the circulation of
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trous positifs est constante. Cependant, puisqu'on pense que les deux positions du niveau de quasi-Fermi sont au voisinage du point (d'une ligne en pointillés à la figure) de l'énergie Ev + AEv, le nombre de trous positifs qui sont accumulés, c'est-à-dire, la surface de la région 11 est clairement petit en figure 11(c) o la densité d'état est réduite. De ce fait, comme cela est supposé à partir de la discussion d'approximation décrite ci-dessus, on exige seulement de réduire la densité d'état dans la bande de valence de la couche semi-conductrice qui a une énergie de la bande positive holes is constant. However, since it is thought that the two positions of the quasi-Fermi level are in the vicinity of the point (of a dotted line in the figure) of the energy Ev + AEv, the number of positive holes that are accumulated, c that is, the area of region 11 is clearly small in Fig. 11 (c) where the density of state is reduced. Therefore, as assumed from the discussion of approximation described above, it is only necessary to reduce the state density in the valence band of the semiconductor layer that has a band energy.
interdite plus petite que l'autre des deux couches semi- forbidden smaller than the other of the two semi-
conductrices adjacentes ayant une différence de potentiel adjacent conductors having a potential difference
pour supprimer l'accumulation de trous positifs. to suppress the accumulation of positive holes.
La discussion ci-dessus concerne la circulation de trous positifs dans un cas o la couche semi-conductrice est appauvrie en charges électroniques sur la totalité comme dans The above discussion concerns the flow of positive holes in a case where the semiconductor layer is depleted in electronic charges on the whole as in
une photodiode à avalanche. Dans ce qui suit, une description an avalanche photodiode. In what follows, a description
est donnée d'un cas o la couche semi-conductrice n'est pas en totalité appauvrie en charges électriques. Dans ce cas, cependant, seulement des portions de la barrière de potentiel adjacentes à une encoche sont appauvries en charges électroniques comme décrit comme suit. Dans de tels cas, la jonction entre une couche de fenêtre et une couche d'absorption de lumière dans une cellule solaire, la jonction entre une couche de contact d'électrode du type p et une couche de placage du type p et la jonction entre une couche de placage du type p et une couche active dans un élément is given a case where the semiconductor layer is not totally depleted in electrical charges. In this case, however, only portions of the potential barrier adjacent to a slot are depleted in electronic charges as described below. In such cases, the junction between a window layer and a light absorption layer in a solar cell, the junction between a p-type electrode contact layer and a p-type cladding layer and the junction between a p-type plating layer and an active layer in an element
laser à semi-conducteur sont élevées. Dans les exemples ci- Semiconductor lasers are high. In the examples below
dessus, les couches ayant une énergie de la bande interdite plus grande sont toutes des couches semi-conductrices du type p alors que les couches ayant une énergie de la bande interdite plus petite comprennent une couche semi-conductrice n'ayant aucune impureté comme une couche active dans un above, the layers having a higher forbidden band energy are all p-type semiconductor layers while the layers having a smaller bandgap energy comprise a semiconductor layer having no impurity as a layer active in a
élément laser à semi-conducteur et des couches semi- semiconductor laser element and semiconductor layers
conductrices du type p. Comme décrit comme suit, la concentration en accepteurs dans la couche semi-conductrice ayant l'énergie de la bande interdite plus petite n'affecte conductors of the type p. As described below, the acceptor concentration in the semiconductor layer having the lower bandgap energy does not affect
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pas de façon significative les trous positifs qui sont excessivement accumulés à l'encoche et la hauteur de la barrière de potentiel, de sorte qu'il n'apparait aucune not significantly the positive holes that are excessively accumulated at the notch and the height of the potential barrier, so that it does not appear any
différence significative indifféremment que la couche semi- significant difference regardless of whether the semi-
conductrice soit une couche de type p ou une couche semi- conductrice ne comprenant aucune impureté. Aussi, une conductive either a p-type layer or a semiconductor layer comprising no impurity. Also, a
description est donnée de la jonction entre deux couches description is given of the junction between two layers
semi-conductrices du type p ayant des énergies de la bande interdite différentes. Le diagramme de bande d'énergie dans ce cas est représenté en figure 12(a). Le caractère de p-type semiconductors having different bandgap energies. The energy band diagram in this case is shown in Figure 12 (a). The character of
référence Ef dans cette figure représente l'énergie de Fermi. reference Ef in this figure represents the Fermi energy.
Dans cette figure, une encoche est produite dans la bande de valence. Une portion comprenant l'encoche est agrandie et est représentée en figure 12(b). Des trous positifs sont accumulés à des niveaux à partir du fond de l'encoche au voisinage du niveau de Fermi. Des accepteurs qui sont ionisés de la même quantité que la quantité de charge totale des trous positifs qui sont excessivement accumulés parmi ces trous positifs sont présents à la portion de la barrière de potentiel afin de satisfaire la condition de fournir un état électriquement neutre. Les "trous positifs excessivement accumulés" signifient des trous positifs qui sont accumulés excédant la quantité pour neutraliser les accepteurs existants à la portion de l'encoche. La portion de la barrière de potentiel dans laquelle existe les accepteurs ionisés ci- dessus décrits forme une couche dans laquelle des charges électriques sont appauvries et son épaisseur est Xd à la figure. Le caractère de référence Eb dans la figure désigne une hauteur d'une barrière de potentiel qui est In this figure, a notch is produced in the valence band. A portion comprising the notch is enlarged and is shown in Figure 12 (b). Positive holes are accumulated at levels from the bottom of the notch near the Fermi level. Acceptors that are ionized by the same amount as the total charge amount of positive holes that are excessively accumulated among these positive holes are present at the portion of the potential barrier to satisfy the requirement of providing an electrically neutral state. "Excessively accumulated positive holes" means positive holes that are accumulated exceeding the amount to neutralize existing acceptors at the portion of the notch. The portion of the potential barrier in which the ionized acceptors described above form a layer in which electrical charges are depleted and its thickness is Xd in the figure. The reference character Eb in the figure denotes a height of a potential barrier which is
formée par la couche appauvrie en charges électroniques. formed by the layer depleted in electronic charges.
Le total de trous positifs qui sont excessivement accumulés est déterminé selon l'énergie de décalage de bande The total of positive holes that are excessively accumulated is determined according to the band offset energy
AEv, la concentration d'accepteurs de la couche semi- AEv, the concentration of acceptors of the semi-
conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus grande et la densité d'état de trous positifs de la couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite. Lorsque AEv est diminué en conservant la conductive having a greater bandgap energy and the positive hole state density of the semiconductor layer having a smaller bandgap energy. When AEv is decreased by keeping the
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concentration d'accepteurs de la couche semi-conductrice ayant l'énergie de la bande interdite plus grande et la concentration of acceptors of the semiconductor layer having the greater band gap energy and the
densité d'état de trous positifs de la couche semi- conductrice ayant l'énergie de la bande interdite plus petite constante, positive hole state density of the semiconductor layer having the energy of the constant smaller band gap,
l'encoche change évidemment plus profondément et le nombre de trous positifs qui sont excessivement accumulés est diminué, de la sorte la hauteur de la barrière de the notch obviously changes more deeply and the number of positive holes that are excessively accumulated is decreased, so the height of the barrier of
potentiel Eb est de ce fait diminuée. Eb potential is thereby diminished.
Par ailleurs, en supposant que la concentration d'accepteurs de la couche semi-conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus grande et AEv soient constantes, afin de diminuer le nombre total de trous positifs qui sont accumulés excessivement, il est nécessaire de diminuer la On the other hand, assuming that the concentration of acceptors of the semiconductor layer having a higher energy of the forbidden band and AEv are constant, in order to decrease the total number of positive holes which are accumulated excessively, it is necessary to decrease the
densité d'état de trous positifs de la couche semi- positive hole state density of the semi-
conductrice ayant une énergie de la bande interdite plus petite. Si le nombre de trous positifs qui sont excessivement accumulés pouvait être diminué, la quantité de charge électronique des accepteurs ionisés à la portion de la barrière de potentiel diminue également de la même quantité que celle de la quantité de charge électronique diminuée de trous positifs à cause de la condition de fournir un état électriquement neutre. Lorsqu'on suppose que la quantité de charges électroniques des accepteurs ionisés a la distribution de concentration d'accepteurs uniforme, puisqu'elle est proportionnelle à Xd et Eb est proportionnelle à un carré de Xd, Eb diminue en proportion au carré du nombre de trous positifs qui sont excessivement accumulés. De ce fait, le diagramme de bande change de la figure 12(b) à la figure 12(c). Dans ce cas, AEv ne change pas. Puisque la barrière de potentiel sert comme barrière contre la circulation de trous positifs, la réduction dans la hauteur Eb atténue la circulation de trous positifs. De ce fait, la réduction dans la densité d'état de trous positifs dans la bande de valence de la couche semi-conductrice ayant l'énergie de la bande interdite plus petite supprime l'accumulation de trous positifs à l'encoche et réduit conductor having a lower bandgap energy. If the number of positive holes that are excessively accumulated could be decreased, the amount of electronic charge of the ionized acceptors at the portion of the potential barrier also decreases by the same amount as the amount of electronic charge decreased by positive holes due to of the condition of providing an electrically neutral state. Assuming that the amount of electronic charges of the ionized acceptors has the uniform acceptor concentration distribution, since it is proportional to Xd and Eb is proportional to a square of Xd, Eb decreases in proportion to the square of the number of holes positives that are excessively accumulated. As a result, the band diagram changes from Figure 12 (b) to Figure 12 (c). In this case, AEv does not change. Since the potential barrier serves as a barrier against the flow of positive holes, the reduction in height Eb attenuates the flow of positive holes. As a result, the reduction in the state density of positive holes in the valence band of the semiconductor layer having the lower band gap energy suppresses the accumulation of positive holes at the notch and reduces
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également la hauteur de la barrière de potentiel, atténuant also the height of the potential barrier, attenuating
de la sorte la circulation de trous positifs à cette région. in this way the circulation of positive holes to this region.
Il est possible de réduire la densité d'état de trous It is possible to reduce the hole state density
positifs en réduisant la masse effective des trous positifs. positive by reducing the effective mass of the positive holes.
Cependant, afin de réduire la masse effective des trous positifs, il est nécessaire de changer la structure de bande However, in order to reduce the effective mass of the positive holes, it is necessary to change the band structure
d'énergie de la bande de valence.of energy of the valence band.
Dans un cas o sur un semi-conducteur une couche semi- In a case where on a semiconductor a semi-
conductrice ayant une constante de réseau cristallin qui est différente de celle du semi-conducteur est réalisée par croissance épitaxiale, si l'épaisseur du film est inférieure à l'épaisseur critique du film, il est possible d'introduire une contrainte de réseau cristallin dans la couche sans conductive having a crystal lattice constant which is different from that of the semiconductor is made by epitaxial growth, if the thickness of the film is less than the critical thickness of the film, it is possible to introduce a crystal lattice stress in the layer without
produire de délocalisation désadaptée dans cette couche. produce misalignment offshoring in this layer.
L'introduction de cette contrainte peut réaliser le changement ci-dessus décrit de la structure de bande The introduction of this constraint can achieve the above-described change in the band structure
d'énergie. Une description de cela est donnée dans ce qui energy. A description of this is given in what
suit. La figure 13(a) représente schématiquement un diagramme de bande d'énergie d'un semi-conducteur de composé du groupe follows. Figure 13 (a) schematically shows an energy band diagram of a group compound semiconductor
III-V qui est généralement utilisé dans un élément semi- III-V which is generally used in a semi-
conducteur optique. Comme bande de valence, il existe une bande de trous lourds et une bande de trous légers. Dans cette figure, l'ordonnée représente l'énergie E et l'abscisse représente le nombre d'ondes k et le point de k = 0 est sur l'axe E. Au voisinage de k = 0, la différentiation à deux étapes de E par k est en proportion au nombre inverse de la masse effective. En d'autres termes, comme la courbure de ces optical conductor. As valence band, there is a band of heavy holes and a strip of light holes. In this figure, the ordinate represents the energy E and the abscissa represents the number of waves k and the point of k = 0 is on the axis E. In the neighborhood of k = 0, the two-step differentiation of E by k is in proportion to the inverse number of the effective mass. In other words, like the curvature of these
courbes est plus grande, la masse effective du semi- curves is greater, the effective mass of the semi-
conducteur est plus petite.driver is smaller.
Lorsqu'une contrainte de compression est introduite dans ce semiconducteur, son diagramme de bande d'énergie change à celui comme représenté en figure 13(b). Comme on le voit dans cette figure, la bande de trous lourds est dégénérée pour être partagée en trois et la bande de trous When a compression stress is introduced into this semiconductor, its energy band diagram changes to that as shown in Fig. 13 (b). As seen in this figure, the heavy hole band is degenerate to be split into three and the hole band
légers a une énergie plus faible que les énergies de celle- light energy has a lower energy than the energies of that
ci. De plus, la courbure en haut de la bande de trous lourds this. In addition, the curvature at the top of the band of heavy holes
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ayant l'énergie la plus élevée (au voisinage de k = 0), laquelle bande contribue principalement au déplacement de trous positifs à la bande de valence, est plus grande que celle dans un cas n'ayant aucune contrainte représentée en figure 13(a). Ceci représente que la masse effective de trous positifs à la bande de valence est réduite par introduction having the highest energy (in the vicinity of k = 0), which band contributes mainly to the displacement of positive holes at the valence band, is larger than that in a case with no constraint shown in Fig. 13 (a ). This represents that the effective mass of valence band positive holes is reduced by introduction
de la déformation sous pression.deformation under pressure.
Puisque le niveau d'énergie de la bande de trous légers ayant à l'origine une masse effective petite de trous positifs est supérieur à celui de la bande de trous lourds, la masse effective de trous positifs à la bande de valence est réduite lorsqu'une charge ou contrainte de traction est introduite, de façon similaire comme lorsqu'une déformation Since the energy level of the light hole band initially having a small effective mass of positive holes is greater than that of the heavy hole band, the effective mass of valence band positive holes is reduced when a load or tensile stress is introduced, similarly as when deformation
sous pression est introduite.under pressure is introduced.
Comme décrit ci-dessus, l'introduction de contrainte, charge ou déformation dans une couche semi-conductrice réduit la masse effective de trous positifs à la bande de valence, As described above, the introduction of stress, charge or strain in a semiconductor layer reduces the effective mass of positive valence band holes,
réalisant de la sorte une réduction dans sa densité d'état. thus realizing a reduction in its density of state.
Une description est donnée du fonctionnement. A description is given of the operation.
En figure 1, de la lumière ayant une longueur d'onde de 1,3 à 1,6 pm et frappant une surface de réception de lumière, par exemple, une surface avant de la couche 2 en InP du type p sur laquelle sont disposées les électrodes latérales 1 de la couche du type p, pénètre à travers la couche 2 en InP du type p, la couche de multiplication 3 en InP du type n et la In FIG. 1, light having a wavelength of 1.3 to 1.6 μm and striking a light-receiving surface, for example, a front surface of the p-type InP layer 2 on which are arranged the side electrodes 1 of the p-type layer, penetrate through the p-type InP layer 2, the n-type InP multiplication layer 3 and the
couche déformée 8 en InGaAsP du type n, successivement. deformed layer 8 in n-type InGaAsP, successively.
Ensuite, elle est absorbée dans la couche d'absorption de lumière 5, de la sorte des paires d'un électron et d'un trou positif sont produites dans celle-ci. La couche 2 en InP du type p et la couche de multiplication 3 en InP du type n réalisent une jonction pn. Une tension de polarisation inverse est appliquée entre l'électrode latérale 1 à couche du type p et l'électrode latérale 7 à couche du type n et la couche de multiplication 3 en InP du type n, la couche déformée 8 en InGaAsP du type n et la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n sont appauvries en charges électriques. Les trous positifs et les électrons produits Then, it is absorbed into the light absorbing layer 5, so that pairs of an electron and a positive hole are produced therein. The p-type InP layer 2 and the n-type InP multiplication layer 3 provide a pn junction. A reverse bias voltage is applied between the p-type layered side electrode 1 and the n-type side electrode 7 and the n-type InP multiplication layer 3, the n-type InGaAsP deformed layer 8 and the n-type InGaAs light absorption layer 5 are depleted of electrical charges. Positive holes and electrons produced
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* traversent respectivement la couche de multiplication 3 en InP du type n et le substrat 6 en InP du type n. Les trous positifs qui atteignent la couche de multiplication 3 en InP du type n sont de plus accélérés par le champ électrique, de la sorte l'avalanche est provoquée à cause de l'ionisation de collisition, produisant de la sorte de nombreuses nouvelles paires d'un électron et d'un trou positif. La figure 2 est un diagramme de bande d'énergie illustrant le déplacement des électrons et des trous positifs. Puisque la couche de multiplication 3 en InP du type n et la couche contrainte ou déformée 8 en InGaAsP du type n ont des énergies de la bande interdite différentes respectivement de 1,35 eV et 0,75 eV, il existe un décalage de bande entre bandes de valence des couches, formant de la sorte une différence de potentiel. Les trous positifs produits à cause de l'absorption de lumière se déplacent de la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du* Cross respectively the n-type InP multiplication layer 3 and n-type InP substrate 6. The positive holes that reach the n-type InP multiplication layer 3 are further accelerated by the electric field, so the avalanche is caused by collisition ionization, thereby producing many new pairs of dots. an electron and a positive hole. Figure 2 is an energy band diagram illustrating the displacement of electrons and positive holes. Since the n-type InP multiplication layer 3 and the n-type InGaAsP constrained or deformed layer 8 have different band gap energies of 1.35 eV and 0.75 eV, respectively, there is a band gap between valence bands of the layers, thereby forming a potential difference. Positive holes produced due to light absorption move from the InGaAs light absorbing layer 5 to
type n vers la couche de multiplication 3 en InP du type n. type n to the n-type InP multiplication layer 3.
Comme décrit ci-dessus, puisque dans la couche contrainte 8 en InGaAsP du type n disposée entre les couches la masse effective des trous positifs est rendue plus petite à cause de la contrainte, sa densité d'état est abaissée. De ce fait, les trous positifs accumulés aux différences de potentiels sont d'avantage réduits en comparaison à un cas o une couche As described above, since in the n-type InGaAsP constrained layer 8 disposed between the layers the effective mass of the positive holes is made smaller due to stress, its density of state is lowered. As a result, the accumulated positive holes at the potential differences are advantageously reduced compared to a case where a layer
d'empêchement d'accumulation de l'art antérieur est utilisée. Preventing accumulation of the prior art is used.
En conséquence, une capacité parasite due à l'accumulation de As a result, parasitic capacitance due to the accumulation of
trous positifs est réduite.positive holes is reduced.
Une description est donnée d'un procédé de fabrication A description is given of a manufacturing process
de la photodiode à avalanche.of the avalanche photodiode.
Comme représenté en figure 3(a), la couche d'absorption de lumière 5 en In0o,53Ga0,47As du type n, la couche contrainte 8 In0,82Ga0,18As0,7P0,3 du type n, la couche de multiplication en InP du type n et la couche 2 en InP du type p sont successivement réalisées par croissance épitaxiale par une épitaxie à phase vapeur ou une épitaxie à phase liquide sur le substrat 6 en InP du type n. Ensuite, après formation d'un motif du résist 9 sur la surface de la couche épitaxiale, Ti (0,05 pm d'épaisseur)/Au (0,2 pm d'épaisseur) As shown in FIG. 3 (a), the n-type In00, 53Ga0,47As light absorbing layer 5, the n-type In0,82Ga0,18As0,7P0,3 constrained layer 8, the InP multiplication layer. the n-type and the p-type InP layer 2 are successively epitaxially grown by vapor phase epitaxy or liquid phase epitaxy on the n-type InP substrate 6. Then, after forming a pattern of the resist 9 on the surface of the epitaxial layer, Ti (0.05 μm thick) / Au (0.2 μm thick)
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pour servir comme électrodes latérales à couche du type p est to serve as side electrodes to p-type layer is
évaporé sur toute la surface avant de celle-ci (figure 3(b)). evaporated over the entire front surface thereof (Figure 3 (b)).
De plus, le résist est retiré, de la sorte les électrodes latérales 1 à couche du type p sont formées aux portions prescrites. Ensuite, après que la surface arrière du substrat en InP du type n soit redressée, meulée ou rectifiée à une épaisseur d'environ 150 Mm, l'électrode latérale 7 à couche du type n en AuGe (0,08 Mm d'épaisseur)/Au (0,15 Mm d'épaisseur) est formée par évaporation sur la surface In addition, the resist is removed, whereby the p-type side electrodes 1 are formed at the prescribed portions. Then, after the rear surface of the n-type InP substrate is rectified, ground or ground to a thickness of about 150 Mm, the n-type AuGe-type side electrode 7 (0.08 Mm thick) / Au (0.15 Mm thick) is formed by evaporation on the surface
arrière meulée du substrat (figure 3(c)). ground back of the substrate (Figure 3 (c)).
Dans ce premier mode de réalisation de la présente invention, bien qu'une énergie de la bande interdite de la couche contrainte 8 en InGaAsP du type n soit égale à celle de la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n, elle peut être aussi grande que l'énergie thermique d'environ 0,03 eV à température ambiante. Bien qu'il y ait un décalage de bande entre la couche d'absorption de lumière 5 et la couche contrainte 8 dû à cette différence dans l'énergie de la bande interdite, les trous positifs passent à travers elle facilement comme décrit ci-dessus. De plus, puisqu'un décalage de bande entre la couche contrainte 8 en InGaAsP du type n et la couche de multiplication 3 en InP du type n est plus petit que le décalage de bande entre la couche de multiplication 3 et la couche d'absorption de lumière 5, il In this first embodiment of the present invention, although an energy of the forbidden band of the n-type InGaAsP constrained layer 8 is equal to that of the n-type InGaAs light absorption layer 5, can be as large as the thermal energy of about 0.03 eV at room temperature. Although there is a band gap between the light absorption layer 5 and the stress layer 8 due to this difference in band gap energy, the positive holes pass through it easily as described above. . Moreover, since a band gap between the n-type InGaAsP constrained layer 8 and the n-type InP multiplication layer 3 is smaller than the band gap between the multiplication layer 3 and the absorption layer of light 5 he
est efficace pour réduire les trous positifs accumulés. is effective in reducing accumulated positive holes.
Dans la photodiode à avalanche selon le premier mode de réalisation de l'invention, puisque la couche de contrainte 8 en InGaAsP du type n est prévue entre la couche de multiplidcation 3 en InP du type n et la couche d'absorption de lumière 5 en InGaAs du type n, l'accumulation des trous positifs à la région entre les couches est réduite. En conséquence, une capacité parasite due à l'accumulation de trous positifs est supprimée, de la sorte une caractéristique de réponse en fréquence est d'avantage améliorée en comparaison à un cas o la couche d'empêchement In the avalanche photodiode according to the first embodiment of the invention, since the n-type InGaAsP strain layer 8 is provided between the n-type InP multiplication layer 3 and the light absorption layer 5 in InGaAs of the n type, the accumulation of positive holes at the region between the layers is reduced. As a result, a parasitic capacitance due to the accumulation of positive holes is suppressed, so a frequency response characteristic is further improved compared to a case where the prevention layer
d'accumulation de l'art antérieur est utilisée. accumulation of the prior art is used.
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Deuxième mode de réalisationSecond embodiment
Une description est donnée d'une cellule solaire à base A description is given of a solar cell based
de GaAs selon un second mode de réalisation de la présente invention. La figure 4 est une vue en coupe illustrant cette cellule solaire à base de GaAs. Dans cette figure, le nombre de référence 20 désigne des électrodes latérales à couche du type p, le nombre 21 désigne une couche de fenêtre en A0lo,8Ga0,2As du type p ayant une épaisseur de 0,5 à 1,0 Mm, le nombre 25 désigne une couche contrainte en In0,38Ga0,62As0,51P0,49 du type p ayant une épaisseur de 2 à nm, le nombre 22 désigne une couche d'absorption de lumière en GaAs du type p ayant une épaisseur de 0,5 à 5,0 pm GaAs according to a second embodiment of the present invention. Figure 4 is a sectional view illustrating this GaAs-based solar cell. In this figure, the reference numeral 20 denotes p-type layer side electrodes, the number 21 denotes a p-type A0lo 8Ga0.2As window layer having a thickness of 0.5 to 1.0 μm. number 25 denotes a p-type In0.38Ga0.62As0.51P0.49 stressed layer having a thickness of 2 to nm, the number 22 denotes a p-type GaAs light absorption layer having a thickness of 0.5 at 5.0 pm
et le nombre 23 désigne un substrat en GaAs du type n. and the number 23 denotes an n-type GaAs substrate.
Une description est donnée du fonctionnement. A description is given of the operation.
Initialement, de la lumière incidente sur une surface avant de la couche de fenêtre 21 en AlGaAs du type p est absorbée dans la couche d'absorption de lumière 22 en GaAs du type p et le substrat 23 en GaAs du type n, de la sorte des paires d'un électron et d'un trou positif sont produites dans celles-ci. Puisque la couche d'absorption de lumière du type p et le substrat du type n réalisent une jonction pn et une couche appauvrie en charges électriques 26 est produite à cause de la jonction pn, les trous positifs se déplacent vers la couche d'absorption de lumière 22 et les électrons se déplacent vers le substrat 23 par le champ électrique dans la couche appauvrie en charges électriques 26, de la sorte une différence de potentiel électrique est produite entre l'électrode latérale 20 à couche du type p et l'électrode latérale 24 à couche du type n. De plus, puisque la couche de fenêtre 21 en AlGaAs a une énergie de la bande interdite supérieure à celles de la couche contrainte 25 en InGaAsP du type p et la couche d'absorption de lumière 22 en GaAs du type p, il existe une différence de potentiel dans une bande de conduction, de sorte qu'une recombinaison de surface, qui est provoquée par la partie des électrons produits dans la couche d'absorption de lumière 22 qui sont diffusés à une Initially, incident light on a front surface of the p-type AlGaAs window layer 21 is absorbed into the p-type GaAs light absorption layer 22 and the n-type GaAs substrate 23, so pairs of an electron and a positive hole are produced therein. Since the p-type light absorption layer and the n-type substrate make a pn junction and an electric charge depleted layer 26 is produced because of the pn junction, the positive holes move towards the absorption layer of the p-junction. light 22 and the electrons move towards the substrate 23 by the electric field in the electrically depleted layer 26, so an electric potential difference is produced between the p-type side electrode 20 and the side electrode 20 24 with n-type layer. Moreover, since the AlGaAs window layer 21 has a higher band gap energy than the p-type InGaAsP-stressed layer and the p-type GaAs light absorption layer 22, there is a difference. of potential in a conduction band, so that a surface recombination, which is caused by the part of the electrons produced in the light absorption layer 22 which are scattered at a
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surface de lumière incidente, par exemple, une surface avant de la couche de fenêtre 21 en AlGaAs, est supprimée, améliorant de la sorte l'efficacité de conversion. Cependant, dans une bande de valence, la couche contrainte 25 en InGaAsP ayant une énergie de la bande interdite de 1,42 eV égale à celle de GaAs et une constante de réseau cristallin supérieure à celles de GaAs et AlGaAs de 1 % est présente. De ce fait, comme cela a été décrit en utilisant la figure 12, les trous positifs accumulés à l'encoche formée à l'interface entre la couche de fenêtre 21 en AlGaAs et la couche contrainte 25 en InGaAsP sont réduits et la hauteur de la barrière de potentiel est abaissée en comparaison à un cas o la cellule solaire de base en GaAs de l'art antérieur est utilisée, réduisant de la sorte la recombinaison à une région entourant l'encoche et réalisant la circulation des trous incident light surface, for example, a front surface of the AlGaAs window layer 21 is suppressed, thereby improving the conversion efficiency. However, in a valence band, the InGaAsP-stressed layer having a gap energy of 1.42 eV equal to that of GaAs and a crystal lattice constant greater than that of GaAs and AlGaAs of 1% is present. Therefore, as has been described using FIG. 12, the positive holes accumulated at the notch formed at the interface between the AlGaAs window layer 21 and the InGaAsP-stressed layer are reduced and the height of the The potential barrier is lowered in comparison with a case where the prior art GaAs base solar cell is used, thereby reducing recombination to a region surrounding the notch and realizing the circulation of the holes.
positifs plus facile.positive easier.
Une description est donnée d'un procédé de fabrication A description is given of a manufacturing process
de la cellule solaire de base en GaAs. of the basic GaAs solar cell.
Comme représenté en figure 5(a), la couche d'absorption de lumière 22 en GaAs du type p, la couche contrainte 25 en In0,38Ga0,62As0o,51P0,49 du type p et la couche de fenêtre 21 en Alo,8Gao,2As du type p sont successivement réalisées par croissance épitaxiale par une épitaxie à phase vapeur ou une épitaxie à phase liquide sur le substrat 23 en GaAs du type n. Ensuite, après formation d'un motif du résist 26 sur la surface de la couche épitaxiale, Ti (0,05 im d'épaisseur)/Au (0,2 pm d'épaisseur) pour servir comme électrodes latérales à couche du type p est évaporé sur toute la surface avant de celle-ci (figure 5(b)). De plus, le résist est retiré, de la sorte les électrodes latérales 20 à couche du type p sont formées aux portions prescrites. Ensuite, après que la surface arrière du substrat 23 en GaAs du type n soit meulée ou rectifiée à une épaisseur d'environ 150 pm, l'électrode latérale 24 à couche du type n en AuGe (0,08 pm d'épaisseur)/Au (0,15 Mm d'épaisseur) est formée par évaporation sur la surface arrière rectifiée du substrat As shown in FIG. 5 (a), the p-type GaAs light absorption layer 22, the p-type In0.38Ga0.62As0o, 51P0.49-constrained layer, and the Alo, 8Gao window layer 21. P-type 2As are successively epitaxially grown by vapor phase epitaxy or liquid phase epitaxy on the n-type GaAs substrate 23. Then, after forming a pattern of the resist 26 on the surface of the epitaxial layer, Ti (0.05 μm thick) / Au (0.2 μm thick) to serve as p-type side electrodes is evaporated over the entire front surface thereof (Figure 5 (b)). In addition, the resist is removed, so the p-type side electrodes 20 are formed at the prescribed portions. Then, after the rear surface of the n-type GaAs substrate 23 is ground or ground to a thickness of about 150 μm, the AuGe n type layer side electrode 24 (0.08 μm thick) / Au (0.15 Mm thick) is formed by evaporation on the rectified rear surface of the substrate
(figure 5(c)).(Figure 5 (c)).
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Dans ce second mode de réalisation de la présente invention, bien qu'une énergie de la bande interdite de la couche contrainte 25 en InGaAsP du type p soit égale à celle de la couche d'absorption de lumière 22 en GaAs du type p, elle peut être aussi grande que l'énergie thermique d'environ 0,03 eV à température ambiante. La hauteur d'une barrière de potentiel qui est réalisée par un décalage de bande entre la couche d'absorption de lumière 22 et la couche contrainte 25 dû à cette différence dans l'énergie de la bande interdite est plus petite que le décalage de bande. De ce fait, les trous positifs passent à travers elle facilement comme décrit ci-dessus. De plus, puisqu'un décalage de bande entre la couche contrainte 25 en InGaAsP du type p et la couche de fenêtre 21 en AlGaAs du type p est plus petit que le décalage de bande entre la couche de fenêtre 21 et la couche d'absorption de lumière 22, il est efficace pour réduire les trous positifs accumulés à l'encoche et abaisser la hauteur In this second embodiment of the present invention, although a band gap energy of the p-type InGaAsP layer is equal to that of the p-type GaAs light absorption layer 22, can be as large as the thermal energy of about 0.03 eV at room temperature. The height of a potential barrier which is realized by a band gap between the light absorption layer 22 and the stress layer 25 due to this difference in the energy of the band gap is smaller than the band offset. . As a result, the positive holes pass through it easily as described above. In addition, since a band gap between the p-type InGaAsP-stressed layer and the p-type AlGaAs window layer 21 is smaller than the band gap between the window layer 21 and the absorption layer of light 22, it is effective for reducing the positive holes accumulated at the notch and lowering the height
de la barrière de potentiel.of the potential barrier.
Dans la cellule solaire selon le second mode de réalisation de l'invention, puisque la couche contrainte 25 en InGaAsP du type p est prévue entre la couche de fenêtre 21 en AlGaAs du type p et la couche d'absorption de lumière 22 en GaAs du type p, l'accumulation de trous positifs à une région entre les couches est d'avantage réduite. En conséquence, une recombinaison à cette région est supprimée, de la sorte la perte de trous positifs et d'électrons produits due à l'absorption de lumière est réduite et la circulation de trous positifs de la couche d'absorption de lumière 22 à la couche de fenêtre 21 est rendue plus facile, améliorant de la sorte une efficacité de conversion d'énergie In the solar cell according to the second embodiment of the invention, since the p-type InGaAsP-stressed layer is provided between the p-type AlGaAs window layer 21 and the GaAs light absorption layer 22 of the type p, the accumulation of positive holes at a region between the layers is of reduced advantage. As a result, recombination at this region is suppressed, so the loss of positive holes and electrons produced due to light absorption is reduced and the positive hole circulation of the light absorbing layer 22 at the window layer 21 is made easier, thereby improving energy conversion efficiency
de lumière en électricité.light in electricity.
Troisième mode de réalisationThird embodiment
Une description est donnée d'un élément laser à semi- A description is given of a half laser element
conducteur selon un troisième mode de réalisation de la conductor according to a third embodiment of the
présente invention.present invention.
La figure 6 est une vue en coupe illustrant cet élément laser à semiconducteur. Dans cette figure, le nombre de Fig. 6 is a sectional view illustrating this semiconductor laser element. In this figure, the number of
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référence 30 désigne une électrode latérale à couche du type n en AuGe/Au, le nombre 31 désigne un substrat en GaAs du type n ayant une épaisseur de 70 Mm, le nombre 32 désigne une couche de la bande interdite intermédiaire en In0,5(GalxAlx)0,5P du type n ayant une épaisseur de 0,2 mm, le nombre 33 désigne une couche de placage en Ino,5(GalyAly)0,S5P du type n ayant une épaisseur de 1,5 pm, le nombre 34 désigne une couche active en InO,5(GalzAlz)0,5P ayant une épaisseur de 0,1 pm, le nombre 35 désigne une couche de placage en Ino,5(GalyAly)0,5P du type p ayant une épaisseur de 1,5 pm, le nombre 306 désigne une couche contrainte en In0,38Ga0o,62As0,51P0,49 du type p ayant une épaisseur de 2 à 10 nm, le nombre 37 désigne une couche de contact d'électrode en GaAs du type p ayant une épaisseur de 0,2 pm, le nombre 38 désigne un film en SiO2 et le nombre 39 désigne une électrode latérale en Ti/Au à couche du type p. reference 30 denotes an AuGe / Au type n-type side electrode, the number 31 denotes an n-type GaAs substrate having a thickness of 70 μm, the number 32 denotes a layer of the intermediate band gap at In0.5 ( GalxAlx) n-type 0.5P having a thickness of 0.2 mm, the number 33 denotes an n-type Ino plating layer (GalyAly) 0, S5P having a thickness of 1.5 μm, the number 34 denotes a 0.5P active layer of InO, (GalzAlz) having a thickness of 0.1 μm, the number 35 denotes a p-type Ino, 5 (GalyAly) 0.5P plating having a thickness of 1, The number 306 denotes a p-type In0.38Ga0o-constrained layer, 62As0.51P0.49 of type p having a thickness of 2 to 10 nm, the number 37 denotes a p-type GaAs electrode contact layer having a thickness of 0.2 μm, the number 38 designates an SiO2 film and the number 39 designates a p-type layer-type Ti / Au lateral electrode.
Une description est donnée du fonctionnement. A description is given of the operation.
Le substrat 31 en GaAs du type n, la couche de la bande interdite intermédiaire 32 en InGaAlP du type n, la couche de placage 33 en InGaAlP du type n, la couche active 34 en InGaAlP, la couche de placage 35 en InGaAsP du type p, la couche contrainte 306 en InGaAsP du type p et la couche de contact d'électrode 37 en GaAs du type p ont des énergies de la bande interdite respectivement de 1,42 eV, 2,1 eV, 2,35 eV, 2,0 eV, 2,35 eV, 1,42 eV et 1,42 eV. L'énergie de la bande interdite de la couche de bande interdite intermédiaire 32 est intermédiaire de celles du substrat 31 en GaAs et de la couche de placage 33. De plus, ces trois couches The n-type GaAs substrate 31, the n-type InGaAlP intermediate band gap layer 32, the n-type InGaAlP cladding layer 33, the InGaAlP active layer 34, the InGaAsP cladding layer 35 of the type p, the p-type InGaAsP stress layer 306 and the p-type GaAs electrode contact layer 37 have band gap energies respectively of 1.42 eV, 2.1 eV, 2.35 eV, 2 , 0 eV, 2.35 eV, 1.42 eV and 1.42 eV. The energy of the forbidden band of the intermediate bandgap layer 32 is intermediate to that of the GaAs substrate 31 and the veneer layer 33. In addition, these three layers
concordent en réseau cristallin les unes avec les autres. match in a crystal lattice with each other.
Comme décrit ci-dessus, la couche de la bande interdite intermédiaire 32 en InGaAlP sert à réduire les trous positifs accumulés à une région entre le substrat 31 en GaAs et la couche de placage 33 et rend la circulation des électrons plus facile. Bien que la couche de contrainte 306 en InGaAsP ait l'énergie de la bande interdite égale à celle de la couche de contact d'électrode 37, elle a une constante de réseau cristallin supérieure à celles de la couche de contact As described above, the layer of the InGaAlP intermediate band gap 32 serves to reduce the positive holes accumulated at a region between the GaAs substrate 31 and the plating layer 33 and makes the flow of electrons easier. Although the InGaAsP stress layer 30 has the band gap energy equal to that of the electrode contact layer 37, it has a crystal lattice constant greater than that of the contact layer.
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d'électrode 37 et la couche de placage 35 de 1 %, c'est-à- electrode 37 and the plating layer 35 of 1%, i.e.
dire, la déforamtion sous pression est utilisée dans la couche contrainte. Comme cela a été décrit en utilisant la figure 12, même lorsqu'un élément laser à semi-conducteur a une différence importante dans une énergie de la bande interdite entre la couche de placage 35 du type p et la couche de contact d'électrode 37 du type p, à cause de la couche contrainte 306 entre ces couches, les trous positifs accumulés à l'encoche dans la bande de valence formée à l'interface entre les couches sont réduits et la hauteur de la barrière de potentiel est abaissée en comparaison à un cas o la couche de la bande interdite intermédiaire 36 est utilisée dans l'art antérieur. En conséquence, la circulation In other words, deforamtion under pressure is used in the strained layer. As has been described using FIG. 12, even when a semiconductor laser element has a significant difference in a gap energy between the p-type clad layer and the electrode contact layer 37 of the p type, because of the stress layer 306 between these layers, the positive holes accumulated at the notch in the valence band formed at the interface between the layers are reduced and the height of the potential barrier is lowered by comparison to a case where the layer of the intermediate band gap 36 is used in the prior art. As a result, traffic
des trous positifs à cette région est rendue plus facile. Positive holes in this area are made easier.
Une description est donnée d'un procédé de fabrication A description is given of a manufacturing process
de l'élément laser à semi-conducteur. of the semiconductor laser element.
Comme représenté en figure 7(a), la couche de la bande interdite intermédiaire 32 en In0,5(Gal-xAlx)0,5P du type n, la couche de placage 33 en Ino,5(GalyAly)0,5P du type n, la couche active 34 en Ino, 5(GalzAlz)0,5P, la couche de placage en Ino,5(GalyAly)0,5P du type p, la couche contrainte 306 en In0O38Ga0,62As0,51P0,49 du type p et la couche de contact d'électrode 37 en GaAs du type p sont successivement réalisées par croissance épitaxiale par une épitaxie à phase vapeur ou une épitaxie à phase liquide sur le substrat 31 en GaAs du type n. Ensuite, le film 38 en SiO2 ayant une épaisseur de 0,2 im est déposé sur la surface avant de la couche épitaxiale par procédé de dépôt chimique en phase vapeur activé au plasma ou procédé CVD activé au plasma, et As shown in FIG. 7 (a), the layer of the n-type 0.5 P-In0.5 (Gal-xAlx) intermediate band 32, the Ino layer 5 (GalyAly) 0.5 P of the type n, the active layer 34 in Ino, 5 (GalzAlz) 0.5P, the p-type Ino, 5 (GalyAly) 0.5P cladding layer, the p-type In0O38Ga0.62As0.51P0.49 stressed layer 306; and the p-type GaAs electrode contact layer 37 are successively epitaxially grown by vapor phase epitaxy or liquid phase epitaxy on the n-type GaAs substrate 31. Then, the SiO 2 film 38 having a thickness of 0.2 μm is deposited on the front surface of the epitaxial layer by plasma-enhanced chemical vapor deposition or plasma-enhanced CVD method, and
ensuite, après formation d'un motif du résist 310 sur celui- then, after formation of a resist pattern 310 on that
ci, le film en SiO2 sur une région d'induction de courant est attaqué pour être retiré en utilisant un acide hydrofluorique tampon (figure 7(b)). Ensuite, après retrait du motif du résist 310, Ti (0,05 pm d'épaisseur)/Au (0,3 Mm d'épaisseur) 39 pour servir comme électrode latérale à couche du type p est évaporé sur toute la surface avant de celle-ci (figure 7(c)). Ensuite, après que la surface arrière du substrat en Here, the SiO 2 film on a current induction region is etched to be removed using a buffered hydrofluoric acid (Figure 7 (b)). Then, after removing the pattern of the resist 310, Ti (0.05 μm thick) / Au (0.3 μm thick) 39 to serve as the p-type layer side electrode is evaporated over the entire surface before this one (Figure 7 (c)). Then, after the back surface of the substrate
37 272143937 2721439
GaAs du type n soit meulée ou rectifiée à une épaisseur d'environ 70 pm, l'électrode latérale 30 à couche du type n en AuGe (0,08 pm d'épaisseur)/Au (0,15 pm d'épaisseur) est formée par évaporation sur la surface arrière rectifiée du substrat (figure 7(d)). Dans ce troisième mode de réalisation de la présente invention, bien qu'une énergie de la bande interdite de la couche contrainte 306 en InGaAsP du type p soit égale à celle de la couche de contact d'électrode 37 en GaAs du type p, elle peut être aussi grande que l'énergie thermique d'environ 0,03 eV à température ambiante. La hauteur de la barrière de potentiel qui est provoquée par un décalage de bande entre la couche de contact d'électrode 37 et la couche contrainte 306 dû à cette différence dans l'énergie de la bande interdite est plus petite que le décalage de bande. De ce fait, les trous positifs passent à travers elles facilement comme décrit ci-dessus. De plus, puisqu'un décalage de bande entre la couche contrainte 306 en InGaAlP du type p et la couche de placage 35 en InGaAlP du type p est plus petit que le décalage de bande entre la couche de placage 35 et la couche de contact d'électrode 37, il est efficace pour réduire les trous positifs accumulés à l'encoche et abaisser la hauteur N-type GaAs are ground or ground at a thickness of about 70 μm, the Au-type layer electrode (0.08 μm thick) / Au (0.15 μm thick) is formed by evaporation on the rectified rear surface of the substrate (Fig. 7 (d)). In this third embodiment of the present invention, although an energy of the band gap of the p-type InGaAsP stress layer 306 is equal to that of the p-type GaAs electrode contact layer 37, can be as large as the thermal energy of about 0.03 eV at room temperature. The height of the potential barrier that is caused by a band gap between the electrode contact layer 37 and the stress layer 306 due to this difference in band gap energy is smaller than the band gap. As a result, the positive holes pass through them easily as described above. In addition, since a band gap between the p-type InGaAlP stress layer 30 and the p-type InGaAlP cladding layer is smaller than the band gap between the cladding layer 35 and the contact layer of electrode 37, it is effective for reducing the positive holes accumulated at the notch and lowering the height
de la barrière de potentiel.of the potential barrier.
Dans l'élément laser à semi-conducteur selon le troisième mode de réalisation de l'invention, puisque la couche contrainte 306 en InGaAsP du type p est prévue entre la couche de placage 35 en InGaAlP du type p et la couche de contact d'électrode 37 en GaAs du type p, l'accumulation des trous positifs à une région entre les couches est davantage réduite en comparaison à un cas o la couche de la bande interdite intermédiaire 36 en InGaAlP du type p est utilisée dans l'art antérieur. De ce fait, la hauteur de la barrière de potentiel à l'encoche dans la bande de valence est abaissée et la circulation des trous positifs à cette région est rendue plus facile. En conséquence, une tension de polarisation nécessaire aux trous positifs pour circuler de la couche de contact d'électrode 37 à la couche de placage 35 In the semiconductor laser element according to the third embodiment of the invention, since the p-type InGaAsP stressed layer 306 is provided between the p-type InGaAlP cladding layer and the n-type cladding layer. p-type GaAs electrode 37, the accumulation of positive holes at a region between the layers is further reduced compared to a case where the layer of the p-type InGaAlP intermediate band gap 36 is used in the prior art. As a result, the height of the potential barrier at the notch in the valence band is lowered and the circulation of the positive holes in this region is made easier. Accordingly, a bias voltage required for the positive holes to flow from the electrode contact layer 37 to the plating layer 35
38 272143938 2721439
est réduite, résultant en un élément laser à semi-conducteur qui peut fonctionner à une tension plus basse que lorsque la couche de la bande interdite intermédiaire 36 en InGaAlP du type p est utilisée. De plus, sa fiabilité est de ce fait améliorée. Quatrième mode de réalisation is reduced, resulting in a semiconductor laser element that can operate at a lower voltage than when the p-type InGaAlP intermediate band gap layer 36 is used. In addition, its reliability is thereby improved. Fourth embodiment
Une description est donnée d'un élément laser à semi- A description is given of a half laser element
conducteur selon un quatrième mode de réalisation de la driver according to a fourth embodiment of the
présente invention.present invention.
La figure 8 est une vue en coupe illustrant cet élément laser à semiconducteur. Dans cette figure, le nombre de référence 40 désigne une électrode latérale en AuGe/Au à couche du type n, le nombre 41 désigne une couche de placage en InP du type n, le nombre 42 désigne une couche de blocage en InP du type n, le nombre 43 désigne une couche de blocage en InP du type p, le nombre 44 désigne une couche de placage en InP du type p (couche tampon), le nombre 45 désigne un substrat en InP du type p, le nombre 46 désigne une électrode latérale en Ti/Au à couche du type p, le nombre 47 désigne une couche de réduction de discontinuité de bande en In0,82Ga0,18As0,42P0,58 ayant une épaisseur de 10 nm, le nombre 48 désigne une couche active en In0,65Ga0,35As0,79P0,21 ayant une épaisseur de 0,13 Mm et le nombre 49 désigne une couche contrainte en Fig. 8 is a sectional view illustrating this semiconductor laser element. In this figure, the reference number 40 designates an n-type layered AuGe / Au lateral electrode, the number 41 denotes an n-type InP cladding layer, the number 42 denotes an n-type InP cladding layer. , the number 43 designates a p-type InP blocking layer, the number 44 denotes a p-type InP veneer layer (buffer layer), the number 45 designates a p-type InP substrate, the number 46 designates a p-type layer-type Ti / Au lateral electrode, the number 47 designates a band gap reduction layer in In0.82Ga0.18As0.42P0.58 having a thickness of 10 nm, the number 48 denotes an active layer in In0 , 65Ga0.35As0.79P0.21 having a thickness of 0.13 Mm and the number 49 designates a layer stressed in
In0,87Ga0,13As0,61P0,39 ayant une épaisseur de 2 à 10 nm. In0,87Ga0,13As0,61P0,39 having a thickness of 2 to 10 nm.
Une description est donnée du fonctionnement. A description is given of the operation.
En appliquant en direct une tension de polarisation entre les électrodes latérales 40 et 46 à couches du type n et p, des électrons et des trous positifs sont injectés dans la couche active 48 à partir respectivement des couches de placage 41 et 44 du type n et du type p, de la sorte une oscillation laser se produit. Comme décrit ci-dessus, la couche de réduction de discontinuité de bande 47 en InGaAsP a une énergie de la bande interdite de 1,08 eV intermédiaire de celles de 0,8 eV de la couche active 48 et de 1,35 eV de la couche de placage 41. Cependant, puisque la constante de réseau cristallin est égale à celles de ces couches, il est By directly applying a bias voltage between the n and p-type side electrodes 40 and 46, electrons and positive holes are injected into the active layer 48 from the n-type cladding layers 41 and 44 respectively. of the p type, so a laser oscillation occurs. As described above, the InGaAsP band discontinuity reduction layer 47 has a band gap energy of 1.08 eV intermediate that of 0.8 eV of the active layer 48 and 1.35 eV of the veneer layer 41. However, since the crystal lattice constant is equal to those of these layers, it is
39 272143939 2721439
facile d'injecter les électrons à partir de la couche de placage 41 du type n dans la couche active 48. Cependant, la figure 9 est un diagramme de bande d'énergie illustrant la circulation des trous positifs de la couche de placage 44 du type p à la couche active 48. Puisque la couche contrainte 49 en InGaAsP ayant une énergie de la bande interdite de 0,8 eV égale à celle de la couche active 48 et une constante de réseau cristallin supérieure à celles de la couche active 48 et de la couche de placage 44 de 1 % est formée entre la couche active 48 et la couche de placage 44, les trous positifs accumulés à l'encoche sont réduits et la hauteur de la barrière de potentiel est abaissée en comparaison à un cas o la couche de réduction de discontinuité de bande 47 est utilisée dans l'art antérieur. En conséquence, l'absorption de bande inter valence et la recombinaison Auger qui n'ont aucune contribution à l'émission de lumière, provoquées à cause de l'accumulation des trous positifs à l'encoche, sont supprimées. De plus, l'injection des trous positifs de la couche de placage 44 en InP du type p dans la couche active It is easy to inject the electrons from the n-type cladding layer 41 into the active layer 48. However, FIG. 9 is an energy band diagram illustrating the circulation of the positive holes of the cladding layer 44 of the type p to the active layer 48. Since the InGaAsP stressed layer 49 has a band gap energy of 0.8 eV equal to that of the active layer 48 and a crystal lattice constant greater than that of the active layer 48 and the plating layer 44 of 1% is formed between the active layer 48 and the plating layer 44, the positive holes accumulated at the notch are reduced and the height of the potential barrier is lowered compared to a case where the layer A method of reducing band discontinuity 47 is used in the prior art. As a result, inter valence band absorption and Auger recombination that have no contribution to light emission, caused by the accumulation of positive holes at the notch, are suppressed. In addition, injection of the positive holes from the p-type InP plating layer 44 into the active layer
48 en InGaAsP est rendue plus facile. 48 in InGaAsP is made easier.
Une description est donnée d'un procédé de fabrication A description is given of a manufacturing process
de l'élément laser à semi-conducteur. of the semiconductor laser element.
Comme représenté en figure 10(a), la couche de placage 44 en InP du type p (couche tampon), la couche contrainte 49 en In0,87Ga0,13As0,61P0, 39, la couche active 48 en In0,65Gao,35Aso,79PO,21, la couche de réduction de discontinuité de bande 47 en In0,82Ga0, 18As0,42P0,58 et la couche de placage 41 en InP du type n sont successivement réalisées par croissance épitaxiale par un dépôt chimique en phase vapeur organique et métallique sur le substrat 45 en InP du type p. Ensuite, après qu'un film 401 en SiO2 ayant une épaisseur de 0,1 pm soit déposé sur la surface avant de la couche épitaxiale par un procédé CVD activé au plasma, un motif du résist 402 est formé sur une région à bande et le film en SiO2 est attaqué en utilisant le motif du résist comme masque, suivi du retrait du film en SiO2 sur une région exceptée la région à bande (figure 10(b)). De plus, après As represented in FIG. 10 (a), the p-type InP cladding layer 44 (buffer layer), the strained layer 49 in In0.87Ga0.13As0.61P0, 39, the active layer 48 in In0.65Gao, 35Aso, 79PO, 21, the band gap discontinuity reduction layer 47 in In0.82Ga0, 18As0.42P0.58 and the n-type InP veneer layer 41 are successively epitaxially grown by organic and metal vapor phase chemical deposition. on the p-type InP substrate 45. Then, after a SiO2 film 401 having a thickness of 0.1 μm is deposited on the front surface of the epitaxial layer by a plasma-activated CVD method, a resist pattern 402 is formed on a band region and the SiO2 film is etched using the pattern of the resist as a mask, followed by removal of the SiO 2 film on a region except the band region (Fig. 10 (b)). In addition, after
2721439 retrait du motif du résist, la couche épitaxiale est attaquée pour être2721439 removal of the resist pattern, the epitaxial layer is attacked to be
retirée afin de former une structure mesa, en utilisant le film en SiO2 restant sur la région à bande comme masque (figure 10(c)). Ensuite, les couches 43 en InP du type p, les couches 42 en InP du type n et les couches 43 en InP du type p sont successivement réalisées par croissance épitaxiale par une croissance à phase liquide et sur les régions à l'excepté la région à bande pour former des couches de blocage (figure 10(d)). Après attaque du film en SiO2, la couche de placage 41 en InP du type n est réalisée par croissance épitaxiale sur toute la surface avant de celle-ci (figure 10(e)). Subséquemment, l'électrode latérale 40 à couche du type n en AuGe (0,08 pm d'épaisseur)/Au (0,15 Mm d'épaisseur) est évaporée sur la couche épitaxiale, et ensuite, la surface arrière du substrat en InP du type p est meulée, rectifiée à une épaisseur d'environ 100 pm et l'électrode latérale 46 à couche du type p en Ti (0,05 pm d'épaisseur)/Au (0,2 pm d'épaisseur) est évaporée sur toute removed to form a mesa structure, using the SiO 2 film remaining on the band region as a mask (Fig. 10 (c)). Next, the p-type InP layers 43, the n-type InP layers 42 and the p-type InP layers 43 are successively carried out by epitaxial growth by liquid phase growth and on regions with the exception of the region. to tape to form blocking layers (Fig. 10 (d)). After etching of the SiO 2 film, the n-type InP plating layer 41 is epitaxially grown over the entire front surface thereof (Fig. 10 (e)). Subsequently, the Au-type (0.08 μm thick) / Au n-type side electrode 40 (0.15 μm thick) is evaporated on the epitaxial layer, and then the back surface of the substrate. P-type InP is ground, rectified to a thickness of about 100 μm and the p-type (0.05 μm thick) / Au type side electrode 46 (0.2 μm thick) is evaporated on any
la surface arrière du substrat 10(f)). the rear surface of the substrate 10 (f)).
Dans ce quatrième mode de réalisation de la présente invention, bien qu'une énergie de la bande interdite de la couche contrainte 49 en InGaASP soit égale à celle de la couche active 48 en InGaAsP, elle peut être aussi grande que In this fourth embodiment of the present invention, although a bandgap energy of the InGaASP strained layer 49 is equal to that of the InGaAsP active layer 48, it can be as large as
l'énergie thermique d'environ 0,03 eV à température ambiante. thermal energy of about 0.03 eV at room temperature.
La hauteur de la barrière de potentiel qui est provoquée par un décalage de bande entre la couche contrainte 49 et la couche active 48 dû à cette différence dans l'énergie d'intervalle de bande est plus petite que le décalage de bande. De ce fait, les trous positifs passent à travers elle facilement comme décrit ci-dessus. De plus, puisqu'un décalage de bande entre la couche contrainte 49 en InGasP et la couche de placage 44 en InP du type p est plus petit que le décalage de bande entre la couche de placage 44 et la couche active 48, cela est efficace pour réduire les trous positifs accumulés à l'encoche et abaisser la hauteur de la The height of the potential barrier that is caused by a band gap between the strained layer 49 and the active layer 48 due to this difference in the band gap energy is smaller than the band gap. As a result, the positive holes pass through it easily as described above. In addition, since a band gap between the InGasP stressed layer 49 and the p-type InP clad layer 44 is smaller than the band gap between the cladding layer 44 and the active layer 48, this is effective to reduce the positive holes accumulated at the notch and lower the height of the
barrière de potentiel.potential barrier.
4 1 27214394 1 2721439
Dans l'élément laser à semi-conducteur selon le quatrième mode de réalisation de l'invention, puisque la couche contrainte 49 en InGaAsP est prévue entre la couche de placage 44 en InP du type p et la couche active 48 en InGaAsP, l'accumulation des trous positifs à une région entre les couches est davantage réduite et la hauteur de la In the semiconductor laser element according to the fourth embodiment of the invention, since the InGaAsP stressed layer 49 is provided between the p-type InP plating layer 44 and the InGaAsP active layer 48, accumulation of positive holes at a region between the layers is further reduced and the height of the
barrière de potentiel dans celle-ci est d'avantage abaissée. Potential barrier in this one is advantageously lowered.
De ce fait, l'absorption de bande d'inter valence et la recombinaison Auger à la région qui n'ont aucune contribution à l'émission de lumière sont supprimées. De plus, l'injection des trous positifs de la couche de placage 44 en InP du type p dans la couche active 48 en InGaAsP est rendue plus facile, résultant en un élément laser à semi- conducteur ayant une efficacité d'émission de lumière plus élevée et une puissance lumineuse maximale plus élevée que lorsque la couche de réduction de discontinuité de bande 47 dans l'art antérieur As a result, inter valence band absorption and Auger recombination to the region that have no contribution to light emission are suppressed. In addition, the injection of the positive holes from the p-type InP plating layer 44 into the InGaAsP active layer 48 is made easier, resulting in a semiconductor laser element having a higher light emission efficiency. high and a higher maximum luminous power than when the band discontinuity reduction layer 47 in the prior art
est utilisée.is used.
42 272143942 2721439
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