JP3135109B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
などの半導体発光素子に関し、特に、短波長化・高出力
化した場合にも高い信頼性が得られ、光磁気ディスクや
光ディスク等の光情報処理システムに好適に用いること
ができるAlGaInP系の半導体発光素子に関する。
などの半導体発光素子に関し、特に、短波長化・高出力
化した場合にも高い信頼性が得られ、光磁気ディスクや
光ディスク等の光情報処理システムに好適に用いること
ができるAlGaInP系の半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、AlGaInP系の半導体レーザ
素子は、光磁気ディスクや光ディスク等の光情報処理シ
ステムにおいて、記録用および読み出し用光源として使
用され始めている。
素子は、光磁気ディスクや光ディスク等の光情報処理シ
ステムにおいて、記録用および読み出し用光源として使
用され始めている。
【0003】このような光情報システム用の光源として
半導体レーザ素子を使用する場合、情報を高密度化する
ためには発振波長の短波長化が必要であり、情報書き換
えを高速化するためにはレーザ発振の高出力化が必要で
ある。特に、AlGaInP系の半導体レーザ素子を短
波長化または高出力化するためには、電子のオーバーフ
ローを制御することが重要である。
半導体レーザ素子を使用する場合、情報を高密度化する
ためには発振波長の短波長化が必要であり、情報書き換
えを高速化するためにはレーザ発振の高出力化が必要で
ある。特に、AlGaInP系の半導体レーザ素子を短
波長化または高出力化するためには、電子のオーバーフ
ローを制御することが重要である。
【0004】図4は、従来のAlGaInP系半導体レ
ーザ素子の構造を示す断面図である。この半導体レーザ
素子は、n型GaAs基板111上に、n型AlGaI
nPクラッド層112、アンドープGaInP活性層1
13、p型AlGaInP下部クラッド層114、p型
GaInPエッチングストップ層115、p型AlGa
InP上部クラッド層116、p型GaInP中間バン
ドギャップ層117およびp型GaAsコンタクト層1
18が第1回目の成長により順次積層されている。p型
AlGaInP上部クラッド層116、p型GaInP
中間バンドギャップ層117およびp型GaAsコンタ
クト層118は、フォトリソグラフィーにより周辺部が
除去されてストライプ状のリッジ部130となってお
り、それを埋め込むように第2回目の成長によりn型G
aAs電流ブロック層120が形成されている。
ーザ素子の構造を示す断面図である。この半導体レーザ
素子は、n型GaAs基板111上に、n型AlGaI
nPクラッド層112、アンドープGaInP活性層1
13、p型AlGaInP下部クラッド層114、p型
GaInPエッチングストップ層115、p型AlGa
InP上部クラッド層116、p型GaInP中間バン
ドギャップ層117およびp型GaAsコンタクト層1
18が第1回目の成長により順次積層されている。p型
AlGaInP上部クラッド層116、p型GaInP
中間バンドギャップ層117およびp型GaAsコンタ
クト層118は、フォトリソグラフィーにより周辺部が
除去されてストライプ状のリッジ部130となってお
り、それを埋め込むように第2回目の成長によりn型G
aAs電流ブロック層120が形成されている。
【0005】このような半導体レーザ素子構造の製造に
おいて、各半導体層の成長は、分子線エピタキシー(M
BE)法または有機金属気相成長(MOCVD)法等に
より行われる。また、電子のオーバーフローの制御は、
p型クラッド層のドーピング濃度を高めて活性層の電子
に対するバリア効果を高めることにより行われる。
おいて、各半導体層の成長は、分子線エピタキシー(M
BE)法または有機金属気相成長(MOCVD)法等に
より行われる。また、電子のオーバーフローの制御は、
p型クラッド層のドーピング濃度を高めて活性層の電子
に対するバリア効果を高めることにより行われる。
【0006】ところで、AlGaInP系の半導体レー
ザ素子の製造に広く用いられているMOCVD法では、
p型クラッド層のドーパントとしてZnが一般的に用い
られる。このため、特開平4−74487号公報におい
て指摘されているように、活性層へのZnの拡散が問題
となる。また、特開平4−317385号公報において
指摘されているように、電流ブロック層形成のための第
2回目の成長、または必要に応じてその後に行われる第
3回目の成長によりGaInP活性層中にZnのパイル
アップが生じるので、発振閾値電流の増加や温度特性の
悪化などのレーザ特性の劣化を引き起こすという問題も
ある。これらの問題は、全て、電子のオーバーフローを
防止するためにZnを高密度にドーピングしたことによ
り、Znの拡散が生じることが原因である。
ザ素子の製造に広く用いられているMOCVD法では、
p型クラッド層のドーパントとしてZnが一般的に用い
られる。このため、特開平4−74487号公報におい
て指摘されているように、活性層へのZnの拡散が問題
となる。また、特開平4−317385号公報において
指摘されているように、電流ブロック層形成のための第
2回目の成長、または必要に応じてその後に行われる第
3回目の成長によりGaInP活性層中にZnのパイル
アップが生じるので、発振閾値電流の増加や温度特性の
悪化などのレーザ特性の劣化を引き起こすという問題も
ある。これらの問題は、全て、電子のオーバーフローを
防止するためにZnを高密度にドーピングしたことによ
り、Znの拡散が生じることが原因である。
【0007】これを防ぐため、p型クラッド層のドーパ
ントとしてBeを用いるという方法が考えられる。例え
ば、M.Ilegems:J.Appl.Phys.,
48,1278(1977)に記載されているように、
MBE法によりGaAsにBeをドーピングした場合、
偏析や変則的な拡散などの問題が無く、高密度のドーピ
ングが可能であることが知られている。このようなBe
のドーピング特性は、AlGaInPに対してもほぼ同
様である。
ントとしてBeを用いるという方法が考えられる。例え
ば、M.Ilegems:J.Appl.Phys.,
48,1278(1977)に記載されているように、
MBE法によりGaAsにBeをドーピングした場合、
偏析や変則的な拡散などの問題が無く、高密度のドーピ
ングが可能であることが知られている。このようなBe
のドーピング特性は、AlGaInPに対してもほぼ同
様である。
【0008】図5に、我々がMBE法により作製した素
子について、Be濃度プロファイルをSIMS分析法
(二次イオン質量分析法)により分析した結果を示す。
試料は、Beを1×1018cm-3ドープしたp型AlG
aInP層に隣接して、ノンドープのGaInP層10
00オングストロームおよびn型AlGaInP層を積
層したものである。p型ドーパントとしてZnを用いた
場合に比べて、Beの濃度プロファイルは急峻に変化し
ており、成長時の拡散は殆ど問題無い程度である。
子について、Be濃度プロファイルをSIMS分析法
(二次イオン質量分析法)により分析した結果を示す。
試料は、Beを1×1018cm-3ドープしたp型AlG
aInP層に隣接して、ノンドープのGaInP層10
00オングストロームおよびn型AlGaInP層を積
層したものである。p型ドーパントとしてZnを用いた
場合に比べて、Beの濃度プロファイルは急峻に変化し
ており、成長時の拡散は殆ど問題無い程度である。
【0009】また、図6に、第2回目の成長後、活性層
近傍のBeプロファイルをCV法(容量−電圧法)によ
り分析した結果を示す。試料は、Beを1×1018cm
-3ドープしたp型AlGaInP層に隣接して、ノンド
ープのGaInP層を積層したものである。p型ドーパ
ントとしてZnを用いた場合のようなGaInP層中の
Beのパイルアップは見られない。
近傍のBeプロファイルをCV法(容量−電圧法)によ
り分析した結果を示す。試料は、Beを1×1018cm
-3ドープしたp型AlGaInP層に隣接して、ノンド
ープのGaInP層を積層したものである。p型ドーパ
ントとしてZnを用いた場合のようなGaInP層中の
Beのパイルアップは見られない。
【0010】従って、Beをp型ドーパントとしてMB
E法により成長を行うことにより、p型クラッド層に高
密度のドーピングを行っても、活性層へのBeの拡散や
パイルアップが生じず、発振閾値電流が低く良好な温度
特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
E法により成長を行うことにより、p型クラッド層に高
密度のドーピングを行っても、活性層へのBeの拡散や
パイルアップが生じず、発振閾値電流が低く良好な温度
特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0011】一方、AlGaInP活性層を有するダブ
ルヘテロ構造を備えた半導体レーザ素子の発光効率を高
めるために、例えば特開平6−302852号公報に
は、活性層の残留不純物、例えば酸素(O)およびSi
の濃度を5×1016cm-3以下としたものが開示されて
いる。また、この活性層としては、通常のAlGaIn
P層以外に多重量子井戸層構造を有するものについても
開示されている。しかし、この公報では、残留不純物O
およびSiの濃度と発光効率との関係についての開示に
終始し、p型AlGaInP層のドーパントについては
開示されていない。
ルヘテロ構造を備えた半導体レーザ素子の発光効率を高
めるために、例えば特開平6−302852号公報に
は、活性層の残留不純物、例えば酸素(O)およびSi
の濃度を5×1016cm-3以下としたものが開示されて
いる。また、この活性層としては、通常のAlGaIn
P層以外に多重量子井戸層構造を有するものについても
開示されている。しかし、この公報では、残留不純物O
およびSiの濃度と発光効率との関係についての開示に
終始し、p型AlGaInP層のドーパントについては
開示されていない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、Beを
p型ドーパントとしてMBE法により成長を行うことに
より、p型クラッド層に高密度のドーピングを行って電
子のオーバーフローを制御すると共に、低い閾値電流や
良好な高温特性等、優れた素子特性を得ることができ
る。しかし、この素子に対して光出力一定の信頼性試験
を行った場合、駆動電流が徐々に上昇して素子特性が劣
化するという問題がある。これは、発光状態における活
性層近傍の温度上昇および非発光再結合のエネルギーに
より、p型ドーパントであるBeが徐々に拡散して半導
体レーザ素子特性に悪影響を及ぼすためである。
p型ドーパントとしてMBE法により成長を行うことに
より、p型クラッド層に高密度のドーピングを行って電
子のオーバーフローを制御すると共に、低い閾値電流や
良好な高温特性等、優れた素子特性を得ることができ
る。しかし、この素子に対して光出力一定の信頼性試験
を行った場合、駆動電流が徐々に上昇して素子特性が劣
化するという問題がある。これは、発光状態における活
性層近傍の温度上昇および非発光再結合のエネルギーに
より、p型ドーパントであるBeが徐々に拡散して半導
体レーザ素子特性に悪影響を及ぼすためである。
【0013】本発明は、従来技術の課題を解決すべくな
されたものであり、p型ドーパントを高濃度にドーピン
グすることにより電子のオーバーフローを制御して優れ
た素子特性が得られると共に、動作時におけるp型ドー
パントの拡散を抑制して高出力動作時・高温動作時にも
高い信頼性を得ることができる半導体発光素子を提供す
ることを目的とする。
されたものであり、p型ドーパントを高濃度にドーピン
グすることにより電子のオーバーフローを制御して優れ
た素子特性が得られると共に、動作時におけるp型ドー
パントの拡散を抑制して高出力動作時・高温動作時にも
高い信頼性を得ることができる半導体発光素子を提供す
ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、GaInPまたはAlGaInPからなる活性層を
間に挟んで、該活性層よりもバンドギャップが大きいp
型AlGaInPクラッド層およびn型AlGaInP
クラッド層が積層されたダブルヘテロ接合構造を有する
半導体発光素子であって、該p型クラッド層のドーパン
トがBeであり、該p型クラッド層および該活性層にS
iがドーピングされており、そのことにより上記目的が
達成される。
は、GaInPまたはAlGaInPからなる活性層を
間に挟んで、該活性層よりもバンドギャップが大きいp
型AlGaInPクラッド層およびn型AlGaInP
クラッド層が積層されたダブルヘテロ接合構造を有する
半導体発光素子であって、該p型クラッド層のドーパン
トがBeであり、該p型クラッド層および該活性層にS
iがドーピングされており、そのことにより上記目的が
達成される。
【0015】前記活性層と前記n型クラッド層との間
に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層にもSiがド
ーピングされていてもよく、前記活性層と前記p型クラ
ッド層との間に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層
にもSiがドーピングされていてもよい。
に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層にもSiがド
ーピングされていてもよく、前記活性層と前記p型クラ
ッド層との間に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層
にもSiがドーピングされていてもよい。
【0016】前記活性層が、多重量子井戸構造からなっ
ていてもよい。
ていてもよい。
【0017】以下、本発明の作用について説明する。
【0018】本発明にあっては、通常はn型ドーパント
をドーピングしない層であるn型クラッド層以外の層
(活性層およびp型クラッド層)にSiをドーピングし
ている。p型ドーパントであるBeは電子を捕獲して負
の電荷を有し、n型ドーパントであるSiは電子を放出
して正の電荷を有しているため、互いに反対の電荷を有
するBeおよびSiが引き合う。従って、Beがドープ
されているp型クラッド層およびBeの拡散が予想され
る活性層にSiをドーピングすることにより、p型ドー
パントであるBeを高濃度にドーピングしてもBeの拡
散が抑制され、また、動作時におけるBeの拡散も抑制
することができる。
をドーピングしない層であるn型クラッド層以外の層
(活性層およびp型クラッド層)にSiをドーピングし
ている。p型ドーパントであるBeは電子を捕獲して負
の電荷を有し、n型ドーパントであるSiは電子を放出
して正の電荷を有しているため、互いに反対の電荷を有
するBeおよびSiが引き合う。従って、Beがドープ
されているp型クラッド層およびBeの拡散が予想され
る活性層にSiをドーピングすることにより、p型ドー
パントであるBeを高濃度にドーピングしてもBeの拡
散が抑制され、また、動作時におけるBeの拡散も抑制
することができる。
【0019】ダブルヘテロ接合構造には、活性層への光
閉じ込め係数を増加させるための光ガイド層を付加して
もよい。光ガイド層は、活性層とn型クラッド層との
間、または活性層とp型クラッド層との間、あるいはそ
の両方に付加することができる。その場合には、光ガイ
ド層にもSiをドーピングしてBeの拡散を抑制する。
活性層は、閾値電流密度を低下するため、量子井戸構造
としてもよい。その場合には、量子井戸層および量子障
壁層にもSiをドーピングしてBeの拡散を抑制する。
閉じ込め係数を増加させるための光ガイド層を付加して
もよい。光ガイド層は、活性層とn型クラッド層との
間、または活性層とp型クラッド層との間、あるいはそ
の両方に付加することができる。その場合には、光ガイ
ド層にもSiをドーピングしてBeの拡散を抑制する。
活性層は、閾値電流密度を低下するため、量子井戸構造
としてもよい。その場合には、量子井戸層および量子障
壁層にもSiをドーピングしてBeの拡散を抑制する。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
て、図面を参照しながら説明する。
【0021】図1(d)に、本発明の一実施形態である
屈折率導波路型半導体レーザ素子の断面図を示す。
屈折率導波路型半導体レーザ素子の断面図を示す。
【0022】この半導体レーザ素子は、n型GaAs基
板11上に、n型AlGaInPクラッド層12、Al
GaInP光ガイド層43、多重量子井戸活性層41、
AlGaInP光ガイド層42、p型AlGaInP下
部クラッド層14、p型GaInPエッチングストップ
層15、p型AlGaInP上部クラッド層16、p型
GaInP中間バンドギャップ層17およびp型GaA
sコンタクト層18が積層されている。p型AlGaI
nP上部クラッド層16、p型GaInP中間バンドギ
ャップ層17およびp型GaAsコンタクト層18は、
ストライプ状のメサ部31となっており、それを埋め込
むようにn型GaAs電流ブロック層20が形成されて
いる。
板11上に、n型AlGaInPクラッド層12、Al
GaInP光ガイド層43、多重量子井戸活性層41、
AlGaInP光ガイド層42、p型AlGaInP下
部クラッド層14、p型GaInPエッチングストップ
層15、p型AlGaInP上部クラッド層16、p型
GaInP中間バンドギャップ層17およびp型GaA
sコンタクト層18が積層されている。p型AlGaI
nP上部クラッド層16、p型GaInP中間バンドギ
ャップ層17およびp型GaAsコンタクト層18は、
ストライプ状のメサ部31となっており、それを埋め込
むようにn型GaAs電流ブロック層20が形成されて
いる。
【0023】この半導体レーザ素子の製造は、例えば、
以下のようにして行われる。
以下のようにして行われる。
【0024】まず、n型GaAs基板11上に、n型A
lGaInPクラッド層12、AlGaInP光ガイド
層43、多重量子井戸活性層41、AlGaInP光ガ
イド層42、p型AlGaInP下部クラッド層14、
p型GaInPエッチングストップ層15、p型AlG
aInP上部クラッド層16、p型GaInP中間バン
ドギャップ層17およびp型GaAsコンタクト層18
を、第1回目のMBEにより順次積層する。
lGaInPクラッド層12、AlGaInP光ガイド
層43、多重量子井戸活性層41、AlGaInP光ガ
イド層42、p型AlGaInP下部クラッド層14、
p型GaInPエッチングストップ層15、p型AlG
aInP上部クラッド層16、p型GaInP中間バン
ドギャップ層17およびp型GaAsコンタクト層18
を、第1回目のMBEにより順次積層する。
【0025】活性層41は多重量子井戸構造となってお
り、ここでは、図2に示すように、GaInP井戸層4
5を7層、AlGaInP障壁層46を6層積層した。
n型AlGaInPクラッド層12、p型AlGaIn
Pクラッド層14、16は、(AlyGa1-y)xIn1-x
P(x=0.5、y=0.7)を形成した。
り、ここでは、図2に示すように、GaInP井戸層4
5を7層、AlGaInP障壁層46を6層積層した。
n型AlGaInPクラッド層12、p型AlGaIn
Pクラッド層14、16は、(AlyGa1-y)xIn1-x
P(x=0.5、y=0.7)を形成した。
【0026】また、各半導体層のドーピングは、n型ク
ラッド層12にはSiを、p型クラッド層14、16に
はBeを従来と同様にドーピングし、さらに、AlGa
InP光ガイド層43、多重量子井戸活性層41、Al
GaInP光ガイド層42、p型AlGaInP下部ク
ラッド層14およびp型AlGaInP上部クラッド層
16にSiをドーピングする。この場合、AlGaIn
P光ガイド層43、多重量子井戸活性層41、AlGa
InP光ガイド層42、p型AlGaInP下部クラッ
ド層14およびp型AlGaInP上部クラッド層16
のSi濃度を同一にすると、AlGaInP光ガイド層
43以降の成長工程で、MBE装置におけるSiのるつ
ぼ温度を同一にすることができ、成長工程が簡便にな
る。
ラッド層12にはSiを、p型クラッド層14、16に
はBeを従来と同様にドーピングし、さらに、AlGa
InP光ガイド層43、多重量子井戸活性層41、Al
GaInP光ガイド層42、p型AlGaInP下部ク
ラッド層14およびp型AlGaInP上部クラッド層
16にSiをドーピングする。この場合、AlGaIn
P光ガイド層43、多重量子井戸活性層41、AlGa
InP光ガイド層42、p型AlGaInP下部クラッ
ド層14およびp型AlGaInP上部クラッド層16
のSi濃度を同一にすると、AlGaInP光ガイド層
43以降の成長工程で、MBE装置におけるSiのるつ
ぼ温度を同一にすることができ、成長工程が簡便にな
る。
【0027】尚、活性層41、p型クラッド層14、1
6および光ガイド層43、42へのSiのドーピング量
は、多すぎると活性層では発光効率の減少を引き起こ
し、p型クラッド層ではp型ドーパントと補償して実効
的なホール濃度を下げてしまう。図2に示した活性層と
同様の構造の素子を用いてフォトルミネッセンスの強度
を測定したところ、Si濃度は5×1017cm-3以下、
好ましくは1×1017cm-3以下で強度が殆ど低下しな
かった。また、この程度の濃度ならば、p型クラッド層
での補償は少なく、半導体レーザ素子特性に悪影響を及
ぼさないと考えられる。一方、p型クラッド層のBe濃
度は、オーバーフロー制御のためには高密度であるのが
望ましく、例えば、8×1017cm-3から2×1018c
m-3程度である。ここでは、n型AlGaInPクラッ
ド層12にはSiを1×1018cm-3、AlGaInP
光ガイド層43にはSiを1×1017cm-3、多重量子
井戸活性層41には井戸層45および障壁層46共にS
iを1×1017cm-3、AlGaInP光ガイド層42
にはSiを1×1017cm-3、p型AlGaInP下部
クラッド層14およびp型AlGaInP上部クラッド
層16にはSiを1×1017cm-3とBeを1×1018
cm-3とをドーピングした。
6および光ガイド層43、42へのSiのドーピング量
は、多すぎると活性層では発光効率の減少を引き起こ
し、p型クラッド層ではp型ドーパントと補償して実効
的なホール濃度を下げてしまう。図2に示した活性層と
同様の構造の素子を用いてフォトルミネッセンスの強度
を測定したところ、Si濃度は5×1017cm-3以下、
好ましくは1×1017cm-3以下で強度が殆ど低下しな
かった。また、この程度の濃度ならば、p型クラッド層
での補償は少なく、半導体レーザ素子特性に悪影響を及
ぼさないと考えられる。一方、p型クラッド層のBe濃
度は、オーバーフロー制御のためには高密度であるのが
望ましく、例えば、8×1017cm-3から2×1018c
m-3程度である。ここでは、n型AlGaInPクラッ
ド層12にはSiを1×1018cm-3、AlGaInP
光ガイド層43にはSiを1×1017cm-3、多重量子
井戸活性層41には井戸層45および障壁層46共にS
iを1×1017cm-3、AlGaInP光ガイド層42
にはSiを1×1017cm-3、p型AlGaInP下部
クラッド層14およびp型AlGaInP上部クラッド
層16にはSiを1×1017cm-3とBeを1×1018
cm-3とをドーピングした。
【0028】次に、この上にAl2O3膜を蒸着し、フォ
トリソグラフィーによりストライプ状にパターン加工し
て、マスク層19を形成する。これをマスクとして湿式
エッチングを行って、コンタクト層18、中間バンドギ
ャップ層17およびp型上部クラッド層16の内、マス
ク層19の両外側に相当する部分を除去する。これによ
り、図1(a)に示すように、マスク層19の直下にメ
サ部31が形成される。尚、p型AlGaInPクラッ
ド層16を除去する際には、p型GaInPエッチング
ストップ層15との選択エッチングを行って、エッチン
グを確実に停止させることができる。
トリソグラフィーによりストライプ状にパターン加工し
て、マスク層19を形成する。これをマスクとして湿式
エッチングを行って、コンタクト層18、中間バンドギ
ャップ層17およびp型上部クラッド層16の内、マス
ク層19の両外側に相当する部分を除去する。これによ
り、図1(a)に示すように、マスク層19の直下にメ
サ部31が形成される。尚、p型AlGaInPクラッ
ド層16を除去する際には、p型GaInPエッチング
ストップ層15との選択エッチングを行って、エッチン
グを確実に停止させることができる。
【0029】その後、第2回目のMBE法によりメサ部
31の両側にn型GaAs電流ブロック層20を断面凸
状に成長する。この時、Al2O3膜19上にはn型Ga
As多結晶21が形成される。
31の両側にn型GaAs電流ブロック層20を断面凸
状に成長する。この時、Al2O3膜19上にはn型Ga
As多結晶21が形成される。
【0030】次に、図1(b)に示すように、この上に
フォトレジスト32を塗布し、フォトリソグラフィーに
よりn型GaAs多結晶21部分に開口23を設けて、
n型GaAs多結晶21を露出させる。
フォトレジスト32を塗布し、フォトリソグラフィーに
よりn型GaAs多結晶21部分に開口23を設けて、
n型GaAs多結晶21を露出させる。
【0031】続いて、図1(c)に示すように、硫酸系
エッチング液を用いて、Al2O3膜19に対してn型G
aAs多結晶21を選択エッチングして除去し、さらに
フォトレジスト32をアッシングにより除去する。
エッチング液を用いて、Al2O3膜19に対してn型G
aAs多結晶21を選択エッチングして除去し、さらに
フォトレジスト32をアッシングにより除去する。
【0032】その後、図1(d)に示すように、フッ酸
系エッチング液を用いて、Al2O3膜19をエッチング
して除去する。さらに、コンタクト層18の表面、基板
11の裏面に各々電極(図示せず)を形成して、半導体
レーザ素子を完成する。
系エッチング液を用いて、Al2O3膜19をエッチング
して除去する。さらに、コンタクト層18の表面、基板
11の裏面に各々電極(図示せず)を形成して、半導体
レーザ素子を完成する。
【0033】このようにして得られる半導体レーザ素子
と、比較用として作製した従来の半導体レーザ素子とに
対して信頼性試験を行った。尚、従来の半導体レーザ素
子は、比較のため、光ガイド層43、42、多重量子井
戸活性層41、p型クラッド層14、16にSiドーピ
ングを行わなかった以外は、図1(d)の本発明の半導
体レーザ素子と同様に作製した。図3(a)は図1
(d)に示した本発明の半導体レーザ素子の信頼性試験
の結果であり、図3(b)は従来の半導体レーザ素子の
信頼性試験の結果である。図3(a)および(b)に示
すように、本発明の半導体レーザ素子は駆動電流の増加
が無く、長寿命の素子とすることができた。本発明の半
導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子との違いは、
光ガイド層43、42、多重量子井戸活性層41、p型
クラッド層14、16へのSiドーピングの有無だけで
あるので、SiドーピングによるBeの拡散防止により
素子の長寿命化が実現できたと考えられる。
と、比較用として作製した従来の半導体レーザ素子とに
対して信頼性試験を行った。尚、従来の半導体レーザ素
子は、比較のため、光ガイド層43、42、多重量子井
戸活性層41、p型クラッド層14、16にSiドーピ
ングを行わなかった以外は、図1(d)の本発明の半導
体レーザ素子と同様に作製した。図3(a)は図1
(d)に示した本発明の半導体レーザ素子の信頼性試験
の結果であり、図3(b)は従来の半導体レーザ素子の
信頼性試験の結果である。図3(a)および(b)に示
すように、本発明の半導体レーザ素子は駆動電流の増加
が無く、長寿命の素子とすることができた。本発明の半
導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子との違いは、
光ガイド層43、42、多重量子井戸活性層41、p型
クラッド層14、16へのSiドーピングの有無だけで
あるので、SiドーピングによるBeの拡散防止により
素子の長寿命化が実現できたと考えられる。
【0034】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明の特徴は、通常はn型ドーパントをドーピン
グしない領域である活性層、光ガイド層およびp型クラ
ッド層にn型ドーパントであるSiをドーピングして、
p型ドーパントであるBeの拡散を防ぐことであり、上
述の説明に示したものに限られない。
が、本発明の特徴は、通常はn型ドーパントをドーピン
グしない領域である活性層、光ガイド層およびp型クラ
ッド層にn型ドーパントであるSiをドーピングして、
p型ドーパントであるBeの拡散を防ぐことであり、上
述の説明に示したものに限られない。
【0035】例えば、上述の説明では、活性層とn型ク
ラッド層との間、および活性層とp型クラッド層との間
の両方に光ガイド層を形成して光の閉じ込め係数を向上
させたが、いずれか一方に設けた場合にも適用でき、ま
た、まったく設けない場合にも適用可能である。
ラッド層との間、および活性層とp型クラッド層との間
の両方に光ガイド層を形成して光の閉じ込め係数を向上
させたが、いずれか一方に設けた場合にも適用でき、ま
た、まったく設けない場合にも適用可能である。
【0036】また、活性層は多重量子井戸構造として閾
値電流密度の低減を図ったが、単一量子井戸構造または
通常のダブルヘテロ構造でもよい。
値電流密度の低減を図ったが、単一量子井戸構造または
通常のダブルヘテロ構造でもよい。
【0037】さらに、上部クラッド層16、中間バンド
ギャップ17およびコンタクト層18からなるメサ部3
1を電流ブロック層20で埋め込んだ屈折率導波型半導
体レーザ素子としたが、少なくともGaInPまたはA
lGaInPからなる活性層を間に挟んで、活性層より
もバンドギャップが大きいp型AlGaInPクラッド
層およびn型AlGaInPクラッド層が積層されたダ
ブルヘテロ接合構造を有していれば、他の構造でもよ
く、また、p型クラッド層、活性層およびn型クラッド
層の積層順が逆でもよい。
ギャップ17およびコンタクト層18からなるメサ部3
1を電流ブロック層20で埋め込んだ屈折率導波型半導
体レーザ素子としたが、少なくともGaInPまたはA
lGaInPからなる活性層を間に挟んで、活性層より
もバンドギャップが大きいp型AlGaInPクラッド
層およびn型AlGaInPクラッド層が積層されたダ
ブルヘテロ接合構造を有していれば、他の構造でもよ
く、また、p型クラッド層、活性層およびn型クラッド
層の積層順が逆でもよい。
【0038】また、素子構造の成長方法はMBE法によ
り行ったが、n型ドーパントとしてSiをドーピングで
きる方法であればいずれの方法を用いてもよく、ガスソ
ースMBE法やCBE(ケミカルビームエピタキシー)
法等を用いてもよい。
り行ったが、n型ドーパントとしてSiをドーピングで
きる方法であればいずれの方法を用いてもよく、ガスソ
ースMBE法やCBE(ケミカルビームエピタキシー)
法等を用いてもよい。
【0039】また、本発明は、上述した半導体レーザ素
子に限らず、レーザ光以外の光を発する半導体発光素子
一般に適用できる。
子に限らず、レーザ光以外の光を発する半導体発光素子
一般に適用できる。
【0040】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、活性層、n型クラッド層およびp型クラッド
層からなるダブルヘテロ構造を有し、p型クラッド層の
ドーパントがBeである半導体発光素子において、活性
層およびp型クラッド層にSiをドーピングすることに
より、p型ドーパントであるBeの拡散を防ぐことがで
きる。p型ドーパントを高濃度にドーピングして短波長
化および高出力化を図っても、半導体発光素子特性の劣
化が生じず、また、高温動作および高出力動作時の信頼
性の低下も生じない。従って、低い発振閾値電流、良好
な温度特性および高い信頼性を同時に実現することがで
きる。
によれば、活性層、n型クラッド層およびp型クラッド
層からなるダブルヘテロ構造を有し、p型クラッド層の
ドーパントがBeである半導体発光素子において、活性
層およびp型クラッド層にSiをドーピングすることに
より、p型ドーパントであるBeの拡散を防ぐことがで
きる。p型ドーパントを高濃度にドーピングして短波長
化および高出力化を図っても、半導体発光素子特性の劣
化が生じず、また、高温動作および高出力動作時の信頼
性の低下も生じない。従って、低い発振閾値電流、良好
な温度特性および高い信頼性を同時に実現することがで
きる。
【0041】また、活性層とn型クラッド層との間、ま
たは活性層とp型クラッド層との間、あるいはその両方
に光ガイド層を設けて、活性層への光閉じ込め係数を増
加させることができる。その場合、光ガイド層にSiを
ドーピングすることにより、p型ドーパントの拡散を抑
制して、低い発振閾値電流、良好な温度特性および高い
信頼性を同時に実現することができる。
たは活性層とp型クラッド層との間、あるいはその両方
に光ガイド層を設けて、活性層への光閉じ込め係数を増
加させることができる。その場合、光ガイド層にSiを
ドーピングすることにより、p型ドーパントの拡散を抑
制して、低い発振閾値電流、良好な温度特性および高い
信頼性を同時に実現することができる。
【0042】さらに、活性層は、量子井戸構造として、
閾値電流密度を低下させることができる。その場合、量
子井戸層および量子障壁層にもSiをドーピングするこ
とにより、p型ドーパントの拡散を抑制して、低い発振
閾値電流、良好な温度特性および高い信頼性を同時に実
現することができる。
閾値電流密度を低下させることができる。その場合、量
子井戸層および量子障壁層にもSiをドーピングするこ
とにより、p型ドーパントの拡散を抑制して、低い発振
閾値電流、良好な温度特性および高い信頼性を同時に実
現することができる。
【0043】このように優れた特性を有する本発明の半
導体発光素子を、光情報処理システム等の記録用および
読み出し用光源として用いることにより、情報の高密度
化および書き換えの高速化を実現することができる。
導体発光素子を、光情報処理システム等の記録用および
読み出し用光源として用いることにより、情報の高密度
化および書き換えの高速化を実現することができる。
【図1】(a)〜(d)は、本発明の一実施形態である
半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図2】図1(d)の半導体レーザ素子の活性層の構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図3】(a)は図1(d)の半導体レーザ素子の信頼
性試験の結果を示すグラフであり、(b)は従来の半導
体レーザ素子の信頼性試験の結果を示すグラフである。
性試験の結果を示すグラフであり、(b)は従来の半導
体レーザ素子の信頼性試験の結果を示すグラフである。
【図4】従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【図5】第1回目の成長後のBeプロファイルをSIM
S解析により分析した結果を示すグラフである。
S解析により分析した結果を示すグラフである。
【図6】第2回目の成長後のBeプロファイルをCV法
により分析した結果を示すグラフである。
により分析した結果を示すグラフである。
11 n型GaAs基板 12 n型AlGaInPクラッド層 14 p型AlGaInP下部クラッド層 15 p型GaInPエッチングストップ層 16 p型AlGaInP上部クラッド層 17 p型GaInP中間バンドギャップ層 18 p型GaAsコンタクト層 19 Al2O3膜 20 n型GaAs電流ブロック層 21 n型GaAs多結晶 23 開口 31 メサ部 32 フォトレジスト 41 多重量子井戸活性層 42、43 AlGaInP光ガイド層 45 GaInP井戸層 46 障壁層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−232512(JP,A) 特開 平4−283979(JP,A) 特開 昭58−53827(JP,A) 特開 平5−7049(JP,A) J.Appl.Phys.72[10 ](1992)p.4648−4654 J.Appl.Phys.48[3 ](1977)p.1278−1287 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/203 H01L 33/00 JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)
Claims (4)
- 【請求項1】 GaInPまたはAlGaInPからな
る活性層を間に挟んで、該活性層よりもバンドギャップ
が大きいp型AlGaInPクラッド層およびn型Al
GaInPクラッド層が積層されたダブルヘテロ接合構
造を有する半導体発光素子であって、 該p型クラッド層のドーパントがBeであり、該p型ク
ラッド層および該活性層にSiがドーピングされている
半導体発光素子。 - 【請求項2】 前記活性層と前記n型クラッド層との間
に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層にもSiがド
ーピングされている請求項1に記載の半導体発光素子。 - 【請求項3】 前記活性層と前記p型クラッド層との間
に、光ガイド層が設けられ、該光ガイド層にもSiがド
ーピングされている請求項1または2に記載の半導体発
光素子。 - 【請求項4】 前記活性層が、多重量子井戸構造からな
る請求項1、2または3に記載の半導体発光素子。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25518295A JP3135109B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | 半導体発光素子 |
KR1019960043414A KR100247166B1 (ko) | 1995-10-02 | 1996-09-25 | 반도체 발광 장치 |
US08/724,215 US5789773A (en) | 1995-10-02 | 1996-10-01 | Semiconductor light-emitting device |
DE69635180T DE69635180T2 (de) | 1995-10-02 | 1996-10-02 | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung |
EP96307218A EP0767502B1 (en) | 1995-10-02 | 1996-10-02 | Semiconductor light-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25518295A JP3135109B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0997948A JPH0997948A (ja) | 1997-04-08 |
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Family
ID=17275183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25518295A Expired - Fee Related JP3135109B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | 半導体発光素子 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5789773A (ja) |
EP (1) | EP0767502B1 (ja) |
JP (1) | JP3135109B2 (ja) |
KR (1) | KR100247166B1 (ja) |
DE (1) | DE69635180T2 (ja) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2930031B2 (ja) * | 1996-09-26 | 1999-08-03 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
JPH10214993A (ja) * | 1997-01-29 | 1998-08-11 | Hitachi Cable Ltd | エピタキシャルウエハおよびその製造方法並びに発光ダイオード |
JP4062648B2 (ja) * | 1998-12-25 | 2008-03-19 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
JP3763459B2 (ja) | 2001-06-26 | 2006-04-05 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
JP4027126B2 (ja) | 2002-03-08 | 2007-12-26 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
DE10261676A1 (de) * | 2002-12-31 | 2004-07-22 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Leuchtdioden-Chip mit strahlungsdurchlässiger elektrischer Stromaufweitungsschicht |
JP2006128405A (ja) * | 2004-10-28 | 2006-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2006269568A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
KR101261214B1 (ko) | 2006-05-18 | 2013-05-06 | 서울옵토디바이스주식회사 | 발광 다이오드 제조방법 |
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