JPH06196821A - Surface emitting type optical semiconductor device - Google Patents

Surface emitting type optical semiconductor device

Info

Publication number
JPH06196821A
JPH06196821A JP34730292A JP34730292A JPH06196821A JP H06196821 A JPH06196821 A JP H06196821A JP 34730292 A JP34730292 A JP 34730292A JP 34730292 A JP34730292 A JP 34730292A JP H06196821 A JPH06196821 A JP H06196821A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
active layer
ingap
bragg reflection
reflection layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34730292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukie Nishikawa
幸江 西川
Kazuhiko Itaya
和彦 板谷
Hideto Sugawara
秀人 菅原
Minoru Watanabe
実 渡邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP34730292A priority Critical patent/JPH06196821A/en
Publication of JPH06196821A publication Critical patent/JPH06196821A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a surface emitting type optical semiconductor device with a Brag reflecting layer having a high reflectivity to the light emission of an active layer. CONSTITUTION:An undoped In0.5Ga0.5P active layer 5 having the order structure of a group III element in the direction <111>, Brag reflecting layers 3 being formed in a region on the reverse side to the optical extracting surface of the undoped In0.5Ga0.5P active layer 5 and having no order structure of the group III element in the direction <111> and the laminated films of an N-type In0.5Ga0.5P layer and an n-type In0.5A0.5P layer are provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、InGaAlP系の混
晶半導体又はInGaAsP系の混晶半導体を用いた面
発光型光半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface emitting optical semiconductor device using an InGaAlP mixed crystal semiconductor or an InGaAsP mixed crystal semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時、InGaAlP系の半導体材料を
用いた0.6μm帯の赤色レーザ光を出射できる半導体
レーザ装置が製品化され、光ディスク装置,レーザビー
ムプリンタ,バーコードリーダ等の光源として期待され
ている。上記半導体レーザ装置は端面発光型であるた
め、高集積化が難しいなどの問題を持っている。
2. Description of the Related Art Recently, a semiconductor laser device which emits a red laser beam of 0.6 μm band using an InGaAlP-based semiconductor material has been commercialized and is expected as a light source for an optical disc device, a laser beam printer, a bar code reader and the like. Has been done. Since the semiconductor laser device is an edge emitting type, it has a problem that it is difficult to achieve high integration.

【0003】そこで、基板表面と垂直方向にレーザ共振
器を有する、いわゆる、面発光型レーザ装置が提案され
ている。面発光型レーザ装置は、レーザチップの二次元
的な集積化が可能であるため、高集積化に有利な構造と
なっている。また、ビーム特性、縦モード特性も端面発
光型のものに比べて優れている。
Therefore, a so-called surface emitting laser device having a laser resonator in a direction perpendicular to the surface of the substrate has been proposed. The surface-emitting type laser device has a structure advantageous for high integration because the laser chips can be two-dimensionally integrated. Also, the beam characteristics and the longitudinal mode characteristics are superior to those of the edge emitting type.

【0004】このような面発光型レーザ装置では、半導
体材料からなるブラッグ反射層を活性層に対して光取り
出し面と反対側の領域に形成する必要がある。一方、光
取り出し面側には、半導体材料からなるブラッグ反射層
または誘電体材料からなる多層膜を形成する必要があ
る。
In such a surface emitting laser device, it is necessary to form a Bragg reflection layer made of a semiconductor material in a region opposite to the light extraction surface with respect to the active layer. On the other hand, it is necessary to form a Bragg reflection layer made of a semiconductor material or a multilayer film made of a dielectric material on the light extraction surface side.

【0005】しかしながら、活性層とブラッグ反射層と
を同じ条件で成長形成すると共に、活性層としてInG
aPの混晶半導体層を用い、ブラッグ反射層としてIn
GaPの混晶半導体とInAlPの混晶半導体との積層
膜を用いたInGaAlP系の面発光型半導体レーザ装
置では、活性層の発光がブラッグ反射層で吸収され、活
性層の発光に対するブラッグ反射層の反射率を90%以
上にできなかった。このため、レーザ発振が困難とな
り、また、連続レーザ発振が起きても、素子の信頼性が
著しく損なわれるという問題があった。
However, the active layer and the Bragg reflection layer are grown and formed under the same conditions, and InG is used as the active layer.
A mixed crystal semiconductor layer of aP is used, and In is used as a Bragg reflection layer.
In an InGaAlP-based surface emitting semiconductor laser device using a laminated film of a mixed crystal semiconductor of GaP and a mixed crystal semiconductor of InAlP, the light emission of the active layer is absorbed by the Bragg reflection layer, and the Bragg reflection layer of the active layer emits light. The reflectance could not be increased to 90% or more. Therefore, there is a problem that laser oscillation becomes difficult and the reliability of the device is significantly impaired even if continuous laser oscillation occurs.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のI
nGaAlP系の面発光型半導体レーザにおいては、ブ
ラッグ反射層の活性層の発光に対する反射率が低く、こ
のため、レーザ発振が困難で、また、連続レーザ発振が
起きても、素子の信頼性が劣化するという問題があっ
た。
As described above, the conventional I
In the nGaAlP-based surface-emitting type semiconductor laser, the reflectance of the Bragg reflection layer with respect to the light emission of the active layer is low, which makes laser oscillation difficult, and the reliability of the element deteriorates even when continuous laser oscillation occurs. There was a problem of doing.

【0007】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であり、その目的とするところは、活性層の発光に対す
る反射率が高いブラッグ反射層を有する面発光型光半導
体装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface-emitting type optical semiconductor device having a Bragg reflection layer having a high reflectance for light emitted from the active layer. is there.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の面発光型光半導体装置(請求項1)は、
InGaP又はInGaAsの混晶半導体からなり、<
111>方向に秩序構造が形成された活性層と、InG
aP又はInGaAsの混晶半導体からなる第1の半導
体層とInGaAlP又はInGaAsPの混晶半導体
からなる第2の半導体層とを交互に積層してなり、前記
活性層の光取り出し面と反対側の領域に設けられ、<1
11>方向に秩序構造が形成されていない光反射層とを
備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a surface-emitting type optical semiconductor device of the present invention (claim 1) comprises:
Made of a mixed crystal semiconductor of InGaP or InGaAs,
An active layer in which an ordered structure is formed in the 111> direction, and InG
A region formed by alternately stacking a first semiconductor layer made of a mixed crystal semiconductor of aP or InGaAs and a second semiconductor layer made of a mixed crystal semiconductor of InGaAlP or InGaAsP, the region opposite to the light extraction surface of the active layer. <1
And a light reflection layer in which an ordered structure is not formed in the 11> direction.

【0009】ここで、<111>方向の秩序構造とは次
に述べるような状態を表す。
Here, the ordered structure in the <111> direction means the following state.

【0010】InGaAlPにおいては、4つの方向
(<1-111>,<11-11>,<111-1>,<1-1
-1-1>)にInが多い面とGa(Al)が多い面が
交互に形成される場合がある。ここで、-1の添字は結晶
学で通常用いられる指数上の負記号(−)を示してい
る。この4つの面の関係は、図12に示したようになっ
ている。<1-111>方向は、(1-111)面に対して
垂直な方向である。このような4つの方向に形成された
構造をここでは<111>方向の秩序構造として定義
し、以下に用いる。<111>方向の秩序構造は結晶全
体に形成されるのではなく、結晶中にドメインとして存
在する。
In InGaAlP, four directions (<1 -1 11>, <11 -1 1>, <111 -1 >, <1 -1) are used.
In 1 −1 1 −1 >), the In-rich surface and the Ga (Al) -rich surface may be alternately formed. Here, the subscript of -1 indicates a negative sign (-) on the exponent usually used in crystallography. The relationship between these four surfaces is as shown in FIG. The <1 −1 11> direction is a direction perpendicular to the (1 −1 11) plane. The structure formed in such four directions is defined here as an ordered structure in the <111> direction, and will be used below. The ordered structure in the <111> direction is not formed in the entire crystal but exists as a domain in the crystal.

【0011】また、本発明の他の面発光型光半導体装置
(請求項2)は、InGaP又はInGaAsの混晶半
導体からなる活性層と、InGaP又はInGaAsの
混晶半導体からなる第1の半導体層とInGaAlP又
はInGaAsPの混晶半導体からなる第2の半導体層
とを交互に積層してなり、前記活性層の光取り出し面と
反対側の領域に設けられ、且つ前記第1の半導体層の格
子定数が前記活性層の格子定数より小さい光反射層とを
備えたことを特徴とする。
Further, another surface emitting type optical semiconductor device of the present invention (claim 2) is an active layer made of a mixed crystal semiconductor of InGaP or InGaAs and a first semiconductor layer made of a mixed crystal semiconductor of InGaP or InGaAs. And a second semiconductor layer made of a mixed crystal semiconductor of InGaAlP or InGaAsP are alternately laminated, are provided in a region opposite to the light extraction surface of the active layer, and have a lattice constant of the first semiconductor layer. And a light reflection layer having a lattice constant smaller than that of the active layer.

【0012】[0012]

【作用】InGaAlP系の混晶半導体材料またはIn
GaAsP系の混晶半導体材料からなる半導体層におい
て、<111>方向にIII 族元素の秩序構造がある半導
体層の方が、<111>方向にIII 族元素の秩序構造が
ない半導体層に比べて、バンドギャップエネルギーが小
さくなる。
Function: InGaAlP-based mixed crystal semiconductor material or In
In the semiconductor layer made of a GaAsP-based mixed crystal semiconductor material, the semiconductor layer having the ordered structure of the group III element in the <111> direction is better than the semiconductor layer having no ordered structure of the group III element in the <111> direction. , The band gap energy becomes smaller.

【0013】したがって、本発明(請求項1)によれ
ば、光反射層のバンドギャップエネルギーが活性層のそ
れより大きくなるため、活性層の発光が光反射層で吸収
されず、光反射層での反射率が従来より高くなる。この
結果、素子劣化を招くこと無く連続レーザ発振を行なう
ことが可能となる。
Therefore, according to the present invention (Claim 1), the band gap energy of the light reflection layer is larger than that of the active layer, so that the light emission of the active layer is not absorbed by the light reflection layer and the light reflection layer is not absorbed. Has a higher reflectance than before. As a result, continuous laser oscillation can be performed without causing element deterioration.

【0014】また、InGaAlP系の混晶半導体材料
またはInGaAsP系の混晶半導体材料からなる半導
体層において、下地との不整合率がゼロの半導体層の方
が、下地との不整合率が負の半導体層に比べて、バンド
ギャップエネルギーが小さくなる。
In a semiconductor layer made of an InGaAlP-based mixed crystal semiconductor material or an InGaAsP-based mixed crystal semiconductor material, a semiconductor layer having a zero mismatch rate with the underlayer has a negative mismatch rate with the underlayer. The band gap energy is smaller than that of the semiconductor layer.

【0015】したがって、本発明(請求項2)によれ
ば、光反射層のバンドギャップエネルギーが活性層のそ
れより大きくなるため、活性層の発光が光反射層で吸収
されず、光反射層での反射率が従来より高くなる。この
結果、素子劣化を招くこと無く連続レーザ発振を行なう
ことが可能となる。
Therefore, according to the present invention (claim 2), since the band gap energy of the light reflection layer is larger than that of the active layer, the light emission of the active layer is not absorbed by the light reflection layer and the light reflection layer is not absorbed. Has a higher reflectance than before. As a result, continuous laser oscillation can be performed without causing element deterioration.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
Embodiments will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1は、本発明の第1の実施例に係る面発
光型半導体レーザ装置の概略構成を示す素子断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of an element showing a schematic structure of a surface emitting semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.

【0018】図中、2はn型GaAs基板を示してお
り、このn型GaAs基板2上には、30層のn型In
0.5 Ga0.5 P層とn型In0.5 Al0.5 P層との対か
らなり、n型In0.5 Ga0.5 P層では、 III族元が<
111>方向に規則的に配置されていないブラッグ反射
層3が設けられている。上記n型In0.5 Ga0.5 P層
およびn型In0.5 Al0.5 P層の両半導体層には、3
〜5×1017[cm-3]程度の量のシリコンがドープされ
ている。
In the figure, 2 indicates an n-type GaAs substrate, and 30 layers of n-type In are provided on the n-type GaAs substrate 2.
0.5 Ga 0.5 a P layer and the n-type an In 0.5 Al 0.5 pairs of P layer, the n-type an In 0.5 Ga 0.5 P layer, III group source <
The Bragg reflection layer 3 which is not regularly arranged in the 111> direction is provided. The semiconductor layers of the n-type In 0.5 Ga 0.5 P layer and the n-type In 0.5 Al 0.5 P layer each have 3
The silicon is doped in an amount of about 5 × 10 17 [cm −3 ].

【0019】ブラッグ反射層3上には、厚さ0.6[μ
m]程度のn型In0.5 (Ga0.3Al0.7 0.5 Pク
ラッド層4,<111>方向にInおよびGaが規則的
に配置された秩序構造を有する厚さ2.0[μm]程度
のアンドープIn0.5 Ga0. 5 P活性層5,そして、中
央部が円柱状(直径20[μm]程度)に突出したp型
In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッド層6が順
次設けられており、これら3つの半導体層4,5,6に
よってダブルヘテロ構造が形成されている。
A thickness of 0.6 [μ is formed on the Bragg reflection layer 3.
m type] n-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 4, having an ordered structure in which In and Ga are regularly arranged in the <111> direction, and undoped with a thickness of about 2.0 μm in 0.5 Ga 0. 5 P active layer 5, and has a central portion p-type in 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7) that protrudes in a cylindrical shape (diameter of about 20 [μm]) 0.5 P with the cladding layer 6 is sequentially provided A double hetero structure is formed by these three semiconductor layers 4, 5, and 6.

【0020】上記n型In0.5 (Ga0.3 Al0.7
0.5 Pクラッド層4には、3〜5×1017[cm-3]程度
の量のシリコンがドープされており、また、上記p型I
0.5(Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッド層6には、
3〜5×1017[cm-3]程度の量のZnがドープされて
いる。
The above n-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 )
The 0.5 P clad layer 4 is doped with silicon in an amount of about 3 to 5 × 10 17 [cm −3 ] and the p-type I
The n 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 6 contains
Zn is doped in an amount of about 3 to 5 × 10 17 [cm −3 ].

【0021】上記p型In0.5 (Ga0.3 Al0.7
0.5 Pクラッド層6の側部には、5×1018[cm-3]程
度のシリコンがドープされたn型GaAs電流狭窄層8
が設けられており、このn型GaAs電流狭窄層8の底
部は、3〜5×1017[cm-3]程度の量のZnがドープ
されたp型In0.5 Ga0.5 Pエッチングストップ層7
を介してp型In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラ
ッド層6にコンタクトしている。
The above p-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 )
An n-type GaAs current confinement layer 8 doped with about 5 × 10 18 [cm −3 ] of silicon is provided on the side of the 0.5 P clad layer 6.
The bottom of the n-type GaAs current confinement layer 8 is provided with a p-type In 0.5 Ga 0.5 P etching stop layer 7 doped with Zn in an amount of about 3 to 5 × 10 17 [cm −3 ].
Through the p-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 6.

【0022】また、p型In0.5 (Ga0.3 Al0.7
0.5 Pクラッド層6上には、Si膜とSiO2 膜との積
層構造を有する誘電体膜12が設けられ、この誘電体膜
12の側部は、開口径10[μm]のリング状のp型I
0.5 Ga0.5 P通電容易層9およびp+ 型GaAsコ
ンタクト層10で覆われている。
In addition, p-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 )
A dielectric film 12 having a laminated structure of a Si film and a SiO 2 film is provided on the 0.5 P clad layer 6, and a side portion of the dielectric film 12 has a ring-shaped p-shape with an opening diameter of 10 μm. Type I
It is covered with an n 0.5 Ga 0.5 P easy-current-carrying layer 9 and ap + -type GaAs contact layer 10.

【0023】上記p型In0.5 Ga0.5 P通電容易層9
には、2×1018[cm-3]程度の量のZnがドープさ
れ、また、上記p+ 型GaAsコンタクト層10には、
5×1018[cm-3]程度の量のZnがドープされてい
る。
The p-type In 0.5 Ga 0.5 P easy-to-carry layer 9
Is doped with Zn in an amount of about 2 × 10 18 [cm −3 ], and the p + -type GaAs contact layer 10 is
Zn is doped in an amount of about 5 × 10 18 [cm −3 ].

【0024】そして、p+ 型GaAsコンタクト層10
およびn型GaAs電流狭窄層8の上面には、開口径1
0[μm]程度のp側電極11が被着されており、一
方、n型GaAs基板2の下面には、n側電極1が被着
されている。
Then, the p + type GaAs contact layer 10
And an opening diameter of 1 is formed on the upper surface of the n-type GaAs current confinement layer 8.
A p-side electrode 11 of about 0 [μm] is deposited, while an n-side electrode 1 is deposited on the lower surface of the n-type GaAs substrate 2.

【0025】このように構成された面発光型半導体レー
ザ装置によれば、<111>方向に秩序構造を有さない
ブラッグ反射層3のバンドギャップエネルギーのほう
が、<111>方向に秩序構造を有するアンドープIn
0.5 Ga0.5 P活性層5のそれより大きいので、アンド
ープIn0.5 Ga0.5 P活性層5の発光がブラッグ反射
層3により吸収され難くなる。このため、ブラッグ反射
層3での光吸収ロスが低減し、しきい値電流等のレーザ
特性が改善され、信頼性の高い面発光型半導体レーザ装
置が得られる。
According to the surface-emitting type semiconductor laser device thus configured, the bandgap energy of the Bragg reflection layer 3 having no ordered structure in the <111> direction has an ordered structure in the <111> direction. Undoped In
Is greater than that of 0.5 Ga 0.5 P active layer 5, emission of undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 5 is not easily absorbed by the Bragg reflection layer 3. Therefore, the light absorption loss in the Bragg reflection layer 3 is reduced, the laser characteristics such as the threshold current are improved, and a highly reliable surface-emitting type semiconductor laser device can be obtained.

【0026】次に上記秩序構造の有無の違いによるバン
ドギャップエネルギーの変化について説明する。
Next, the change in bandgap energy due to the presence or absence of the ordered structure will be described.

【0027】本発明者等の実験によれば、GaAs基板
に格子整合した<111>方向に秩序構造が形成されて
いないInGaPのバンドギャップエネルギーは1.9
1eVであった。一方、<111>方向に秩序構造が形
成されたInGaPの中で、バンドギャップエネルギー
が一番小さいものは1.85eVであった。
According to the experiments by the present inventors, the band gap energy of InGaP in which the ordered structure is not formed in the <111> direction lattice-matched with the GaAs substrate is 1.9.
It was 1 eV. On the other hand, in InGaP having an ordered structure formed in the <111> direction, the one having the smallest band gap energy was 1.85 eV.

【0028】図2は、これらInGaPの吸収スペクト
ルを示す図である。この図から秩序構造を有するInG
aPでは1.85eVのエネルギーで、秩序構造を有し
ないInGaPでは1.91eVのエネルギーで各々バ
ンドが見られ、これはバンドギャップエネルギーと対応
している。
FIG. 2 is a diagram showing absorption spectra of these InGaP. From this figure, InG having an ordered structure
Bands are observed at an energy of 1.85 eV for aP and at an energy of 1.91 eV for InGaP having no ordered structure, which corresponds to the band gap energy.

【0029】したがって、アンドープIn0.5 Ga0.5
P活性層に秩序構造が有り、InGaP/InAlPブ
ラッグ反射層に秩序構造が無い場合には、InGaP/
InAlPブラッグ反射層における光吸収ロスがほとん
ど無く、90%以上の高い反射率を実現できることが分
かった。
Therefore, undoped In 0.5 Ga 0.5
If the P active layer has an ordered structure and the InGaP / InAlP Bragg reflection layer does not have an ordered structure, InGaP /
It was found that there is almost no light absorption loss in the InAlP Bragg reflection layer and a high reflectance of 90% or more can be realized.

【0030】また、本発明者等の実験によれば、アンド
ープIn0.5 Ga0.5 P活性層とInGaP/InAl
Pブラッグ反射層との両層に秩序構造が有る場合には、
アンドープIn0.5 Ga0.5 P活性層の発光(1.85
eV)に対し、InGaP/InAlPブラッグ反射層
の吸収係数が、図2に示すように、102 〜103 cm
-2という大きな光吸収ロスが生じることが分かった。こ
のため、反射率を90%以上にすることができないこと
が分かった。
According to experiments conducted by the present inventors, an undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer and an InGaP / InAl layer were formed.
When both the P Bragg reflection layer and the layer have an ordered structure,
Light emission of the undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer (1.85
eV), the absorption coefficient of the InGaP / InAlP Bragg reflection layer is 10 2 to 10 3 cm as shown in FIG.
It turned out that a large light absorption loss of -2 occurs. Therefore, it was found that the reflectance cannot be 90% or more.

【0031】また、アンドープIn0.5 Ga0.5 P活性
層とInGaP/InAlPブラッグ反射層との両層に
秩序構造が無い場合も、両層に秩序構造が有る場合と同
様に、InGaP/InAlPブラッグ反射層での大き
な光吸収ロスが生じ、高い反射率が得られなかった。
Also, when both the undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer and the InGaP / InAlP Bragg reflective layer do not have an ordered structure, the InGaP / InAlP Bragg reflective layer has the same structure as when both layers have an ordered structure. However, a large loss of light absorption was generated in the sample, and a high reflectance could not be obtained.

【0032】なお、活性層としてInGaPの混晶半導
体を用いた場合、光吸収ロスを小さくするために、ブラ
ッグ反射層としてIn0.5 (Ga0.9 Al0.1 0.5
薄膜とInAlP薄膜との多層膜を用いることも考えら
れるが、この場合、下記の如き問題がある。
When a mixed crystal semiconductor of InGaP is used as the active layer, In 0.5 (Ga 0.9 Al 0.1 ) 0.5 P is used as the Bragg reflection layer in order to reduce the light absorption loss.
It is possible to use a multilayer film of a thin film and an InAlP thin film, but in this case, there are the following problems.

【0033】すなわち、減圧有機金属気相成長法(減圧
MOCVD法)により形成する場合、In0.5 (Ga
0.9 Al0.1 0.5 P層のようにAlの組成比が0.1
と小さいと、組成の制御が難しいという問題がある。こ
れはAl原料の供給量は、通常、マスフローコントロー
ラにより制御しているが、この場合、供給量が少なくな
ると、安定した量のAl原料の供給が困難になるからで
ある。
That is, when the low pressure metal organic chemical vapor deposition method (low pressure MOCVD method) is used, In 0.5 (Ga
0.9 Al 0.1 ) 0.5 P layer has an Al composition ratio of 0.1
If it is too small, it is difficult to control the composition. This is because the supply amount of the Al raw material is usually controlled by the mass flow controller, but in this case, if the supply amount is small, it becomes difficult to supply a stable amount of the Al raw material.

【0034】実際に、30層のIn0.5 (Ga0.9 Al
0.1 0.5 P薄膜とInAlP薄膜との対からなるブラ
ッグ反射層を減圧MOCVD法により作成してみたとこ
ろ、組成の制御性が悪いために、その表面は劣化してい
た。また、反射率も低くかった。
In fact, 30 layers of In 0.5 (Ga 0.9 Al)
When a Bragg reflection layer consisting of a pair of 0.1 ) 0.5 P thin film and InAlP thin film was formed by the low pressure MOCVD method, its surface was deteriorated due to poor composition controllability. Also, the reflectance was low.

【0035】本実施例のように、ブラッグ反射層として
In0.5 Ga0.5 P薄膜とIn0.5Al0.5 P薄膜との
積層膜を用いれば、このような問題は生じないし、しか
も、In0.5 (Ga0.9 Al0.1 0.5 P薄膜とInA
lP薄膜との積層膜を用いた場合に比べて、アンドープ
In0.5 Ga0.5 P活性層との屈折率差が大きくなるた
め、高反射率の実現が可能となる。一般に、InGaA
lP系材料の場合、屈折率差を取ることが難しく、In
GaAlPとInAlPとの組み合わせ以外のものと比
べても、本実施例で採用したInGaPとInAlPと
の組み合わせは高反射率の点で有利である。
If a laminated film of In 0.5 Ga 0.5 P thin film and In 0.5 Al 0.5 P thin film is used as the Bragg reflection layer as in this embodiment, such a problem does not occur, and In 0.5 (Ga 0.9) Al 0.1 ) 0.5 P thin film and InA
Compared with the case of using a laminated film with a 1P thin film, the refractive index difference with the undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer becomes large, so that high reflectance can be realized. In general, InGaA
In the case of the 1P-based material, it is difficult to obtain the difference in refractive index, and In
The combination of InGaP and InAlP used in the present embodiment is advantageous in terms of high reflectance even when compared with a combination other than the combination of GaAlP and InAlP.

【0036】次に上記の如き秩序構造を有するアンドー
プIn0.5 Ga0.5 P活性層5と、秩序構造を有さない
ブラッグ反射層3とを作成する方法について説明する。
Next, a method for forming the undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 5 having the above ordered structure and the Bragg reflection layer 3 having no ordered structure will be described.

【0037】図3は、GaAs基板に格子整合したアン
ドープInGaPを減圧MOCVD法により成長形成す
る際の基板温度(Ts )とエネルギーバンドギャップ
(Eg)との関係を示す図である。ここで、 III族元素
原料の供給量に対するV族元素原料の供給量の比(V/
III比)は400、成長速度は3μm/hとした。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the substrate temperature (T s ) and the energy band gap (E g ) when the undoped InGaP lattice-matched to the GaAs substrate is grown and formed by the low pressure MOCVD method. Here, the ratio of the supply amount of the group V element raw material to the supply amount of the group III element raw material (V /
III ratio) was 400, and the growth rate was 3 μm / h.

【0038】Eg はTs =690℃のときに1.85e
Vという低い最小値をとり、Ts ≧750℃では1.9
1eVとなり一定値となった。Eg が1.91eVを示
したInGaPでは<111>方向に秩序構造が形成さ
れていなかったが、その他のものでは秩序構造が形成さ
れていた。
E g is 1.85e when T s = 690 ° C.
It has a low minimum value of V and is 1.9 when T s ≧ 750 ° C.
It became 1 eV and became a constant value. InGaP having an E g of 1.91 eV did not have an ordered structure formed in the <111> direction, but in others, an ordered structure was formed.

【0039】このような事実から、図1の面発光型半導
体レーザ装置を製造するために、以下のようにMOCV
D成長条件を定めた。
From the above facts, in order to manufacture the surface-emitting type semiconductor laser device of FIG.
D growth conditions were defined.

【0040】すなわち、ブラッグ反射層3を成長すると
きの基板温度を750℃とし、その後、基板温度を69
0℃まで下げて、n型In0.5 (Ga0.3 Al0.7
0.5 Pクラッド層4,アンドープIn0.5 Ga0.5 P活
性層5をこの順で減圧MOCVD法により形成した。
That is, the substrate temperature when growing the Bragg reflection layer 3 is 750 ° C., and then the substrate temperature is 69.
N-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 )
The 0.5 P cladding layer 4 and the undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 5 were formed in this order by the low pressure MOCVD method.

【0041】ブラッグ反射層3におけるInGaPおよ
び活性層5のInGaPのエネルギーギャップはそれぞ
れ1.91eV,1.85eVであり、活性層5には<
111>方向の秩序構造が形成されていたが、ブラッグ
反射層3には秩序構造が形成されていないことを確認し
た。
The energy gaps of InGaP in the Bragg reflection layer 3 and InGaP in the active layer 5 are 1.91 eV and 1.85 eV, respectively.
Although an ordered structure in the 111> direction was formed, it was confirmed that the Bragg reflection layer 3 did not have an ordered structure.

【0042】また、ブラッグ反射層3における光吸収ロ
スがほとんど無く、反射率が99.5%という高い値が
得られた。また、このようにして得られた面発光型半導
体レーザ装置のしきい値電流は低く、そして、寿命試験
においても顕著な劣化は見られなかった。
Further, there was almost no light absorption loss in the Bragg reflection layer 3, and the reflectance was as high as 99.5%. Further, the threshold current of the surface-emitting type semiconductor laser device thus obtained was low, and no remarkable deterioration was observed in the life test.

【0043】これに対し、従来のように、基板温度を6
90℃に設定してブラッグ反射層と活性層とをMOCV
D成長した場合には、両層に<111>方向の秩序構造
が形成され、そして、バンドギャップエネルギーは両層
とも1.85eVで等しかった。この場合、ブラッグ反
射層における光吸収ロスが大きく、反射率は90%以下
であった。このため、この条件で成長形成した面発光型
半導体レーザ装置では、レーザ発振が得られなかった。
On the other hand, as in the conventional case, the substrate temperature is set to 6
MOCV is applied to the Bragg reflection layer and the active layer at 90 ° C.
When D-grown, a <111> -oriented ordered structure was formed in both layers, and the band gap energy was equal to 1.85 eV in both layers. In this case, the light absorption loss in the Bragg reflection layer was large, and the reflectance was 90% or less. For this reason, laser oscillation was not obtained in the surface-emitting type semiconductor laser device grown and formed under these conditions.

【0044】また、基板温度を750℃に設定してブラ
ッグ反射層と活性層との両層をMOCVD法により形成
した場合には、両層とも<111>方向の秩序構造が形
成されず、バンドギャップエネルギーは両層とも1.9
1eVで等しかった。この場合も、ブラッグ反射層にお
ける光吸収ロスが大きく、レーザ発振は得られなかっ
た。
When both the Bragg reflection layer and the active layer are formed by MOCVD with the substrate temperature set to 750 ° C., neither of the layers has an ordered structure in the <111> direction, and the band is not formed. The gap energy is 1.9 for both layers.
It was equal at 1 eV. Also in this case, the optical absorption loss in the Bragg reflection layer was large, and laser oscillation could not be obtained.

【0045】次に基板温度を制御する代わりに、他のパ
ラメータを制御することにより、秩序構造を有する活性
層および秩序構造を有さないブラッグ反射層の作成する
方法について説明する。
Next, a method of forming an active layer having an ordered structure and a Bragg reflection layer having no ordered structure by controlling other parameters instead of controlling the substrate temperature will be described.

【0046】本発明者等の実験によりInGaPのバン
ドギャップエネルギーとV/III比と成長速度との間には
ある関係があることが明らかになった。図4,図5はそ
の実験結果を示す図で、図4は、V/III比とバンドギャ
ップエネルギーEg との関係を示す図であり、図5は、
成長速度とバンドギャップエネルギーEg との関係を示
す図である。
Experiments by the present inventors have revealed that there is a certain relationship between the band gap energy of InGaP, the V / III ratio, and the growth rate. 4 and 5 are diagrams showing the experimental results, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the V / III ratio and the band gap energy E g , and FIG.
Is a diagram showing the relationship between the growth rate and the band gap energy E g.

【0047】図4には、基板温度Ts=690,73
0,750℃における、EgとV/III比との関係が示さ
れているが、どのTsにおいても、V/III比が200以
上になると急激にEgが小さくなっていることが分か
る。これはV/III比が200以上になると<111>方
向の秩序構造が形成され易くなるためだと考えられる。
In FIG. 4, the substrate temperature Ts = 690, 73
The relationship between Eg and the V / III ratio at 0,750 ° C. is shown, but it can be seen that at any Ts, the Eg sharply decreases when the V / III ratio becomes 200 or more. It is considered that this is because when the V / III ratio is 200 or more, an ordered structure in the <111> direction is easily formed.

【0048】図4に示したような関係に基づき、ブラッ
グ反射層を成長形成する際のV/III比を100とし、ま
た、活性層を成長形成する際のV/III比を400とした
ところ、ブラッグ反射層における光吸収ロスを低減で
き、高い反射率を得ることができた。
Based on the relationship shown in FIG. 4, the V / III ratio when the Bragg reflection layer is grown and formed is 100, and the V / III ratio when the active layer is grown and formed is 400. The light absorption loss in the Bragg reflection layer can be reduced, and a high reflectance can be obtained.

【0049】また、図5から成長速度が2[μm/h]
以上になると急激にEgは小さくなることが分かる。こ
の事実に基づき、ブラッグ反射層を成長形成する際の成
長速度を1.5[μm/h]とし、活性層を成長形成す
る際の成長速度を3[μm/h]としたところ、この場
合も、ブラッグ反射層の吸収のロスを低減でき、高い反
射率を得ることができた。
From FIG. 5, the growth rate is 2 [μm / h].
It can be seen that Eg sharply decreases when the above is reached. Based on this fact, the growth rate when the Bragg reflection layer is grown and formed is 1.5 [μm / h], and the growth rate when the active layer is grown and formed is 3 [μm / h]. Also, the absorption loss of the Bragg reflection layer could be reduced and a high reflectance could be obtained.

【0050】図6は、本発明の第2の実施例に係る面発
光型LED装置の概略構成を示す素子断面図である。
FIG. 6 is an element cross-sectional view showing a schematic structure of a surface emitting LED device according to the second embodiment of the present invention.

【0051】図中、22はn型GaAs基板を示してお
り、このn型GaAs基板22上には、3〜5×1017
[cm-3]程度の量のシリコンがドープされたIn0.5
0. 5 P層およびn型In0.5 Al0.5 P層の30対か
ら構成されるブラッグ反射層23が設けられている。こ
のブラッグ反射層23にはIII 族元素の<111>方向
の秩序構造が形成されていない。
In the figure, reference numeral 22 denotes an n-type GaAs substrate, and 3-5 × 10 17 is provided on the n-type GaAs substrate 22.
In 0.5 G doped with silicon in an amount of about [cm −3 ].
a 0. 5 P layer and the n-type an In 0.5 Al 0.5 comprised 30 pairs of the P layer Bragg reflection layer 23 is provided. The Bragg reflection layer 23 does not have an ordered structure of group III elements in the <111> direction.

【0052】ブラッグ反射層23上には、3〜5×10
17[cm-3]程度の量のシリコンがドープされたn型In
0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッド層24,アン
ドープIn0.5 Ga0.5 P活性層25が順次設けられて
いる。アンドープIn0.5 Ga0.5 P活性層25には<
111>方向の秩序構造が形成されている。
On the Bragg reflection layer 23, 3 to 5 × 10
N-type In doped with silicon in an amount of about 17 [cm −3 ]
A 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P clad layer 24 and an undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 25 are sequentially provided. In the undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 25,
An ordered structure of 111> direction is formed.

【0053】アンドープIn0.5 Ga0.5 P活性層25
上には、3〜5×1017[cm-3]程度の量のZnがドー
プされたp型In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラ
ッド層26,2×1018[cm-3]程度の量のZnがドー
プされた電流拡散層27が順次形成されている。そし
て、電流拡散層27の上面には直径100μm程度のp
側電極28が被着されており、n型GaAs基板22の
下面にはn側電極21が被着されている。
Undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 25
The p-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer 26, which is doped with Zn in an amount of about 3 to 5 × 10 17 [cm −3 ], has a thickness of about 2 × 10 18 [cm −3 ]. The current diffusion layer 27 doped with Zn in the amount of is sequentially formed. Then, on the upper surface of the current diffusion layer 27, p having a diameter of about 100 μm is formed.
The side electrode 28 is deposited, and the n-side electrode 21 is deposited on the lower surface of the n-type GaAs substrate 22.

【0054】先に述べたような事実にもとづき、図6の
係るLED装置をMOCVD法により作成する場合の成
長条件を以下のように定めた。
Based on the facts described above, the growth conditions when the LED device according to FIG. 6 is produced by the MOCVD method are set as follows.

【0055】すなわち、基板温度を750℃に設定して
ブラッグ反射層23を成長形成した後、基板温度を69
0℃まで下げて、n型In0.5 (Ga0.3 Al0.7
0.5 Pクラッド層24,アンドープIn0.5 Ga0.5
活性層25をこの順で成長形成した。
That is, after the substrate temperature is set to 750 ° C. and the Bragg reflection layer 23 is grown and formed, the substrate temperature is set to 69.
N-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 )
0.5 P cladding layer 24, undoped In 0.5 Ga 0.5 P
The active layer 25 was grown and formed in this order.

【0056】このとき、ブラッグ反射層23のInGa
Pおよび活性層のInGaPのエネルギーバンドギャッ
プはそれぞれ1.91eV,1.85eVであり、アン
ドープIn0.5 Ga0.5 P活性層25には<111>方
向の秩序構造が形成されいたが、ブラッグ反射層23に
は形成されていなかった。この場合、ブラッグ反射層2
3において高い反射率が得られ、このような面発光型L
ED装置の外部量子効率は、3%と非常に高いものであ
った。
At this time, InGa of the Bragg reflection layer 23
The energy band gaps of P and InGaP of the active layer are 1.91 eV and 1.85 eV, respectively, and the undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 25 had an ordered structure in the <111> direction. Had not formed. In this case, the Bragg reflection layer 2
3, a high reflectance is obtained, and such a surface emitting type L
The external quantum efficiency of the ED device was as high as 3%.

【0057】一方、従来のようにブラッグ反射層と活性
層を同じ成長条件で作成した場合には、ブラッグ反射層
の反射率が低いために、LED装置の外部量子効率は
1.5%以下と低いものであった。
On the other hand, when the Bragg reflection layer and the active layer are formed under the same growth condition as in the conventional case, the external quantum efficiency of the LED device is 1.5% or less because the reflectance of the Bragg reflection layer is low. It was low.

【0058】かくして本実施例によれば、ブラッグ反射
層23のバンドギャップエネルギーがアンドープIn
0.5 Ga0.5 P活性層25のそれより大きくなるので、
ブラッグ反射層23での光吸収ロスを十分に小さくで
き、もって、しきい値電流等の素子特性が改善され、信
頼性の高い面発光型LED装置が得られる。
Thus, according to this embodiment, the bandgap energy of the Bragg reflection layer 23 is undoped In.
Since it is larger than that of 0.5 Ga 0.5 P active layer 25,
The light absorption loss in the Bragg reflection layer 23 can be made sufficiently small, so that the device characteristics such as the threshold current are improved, and a highly reliable surface emitting LED device can be obtained.

【0059】なお、先の実施例と同様にV/III 比や成
長速度を制御することでも、<111>方向の秩序構造
を有するアンドープIn0.5 Ga0.5 P活性層25と、
<111>方向の秩序構造を有さないブラッグ反射層と
を形成でき同様の効果が得られる。
By controlling the V / III ratio and the growth rate as in the previous embodiment, the undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 25 having an ordered structure in the <111> direction,
A Bragg reflection layer having no ordered structure in the <111> direction can be formed, and the same effect can be obtained.

【0060】また、上記第1,第2の実施例では、活性
層およびブラッグ反射層を形成する材料としてInGa
AlPの混晶半導体を用いたが、要は<111>方向の
秩序構造に有無によりバンドギャップエネルギーが異な
る半導体材料を用いれば良い。このような半導体材料と
しては、例えば、InGaAsPの混晶半導体(InG
aAs,GaAsPを含む)を挙げることができる。
In the first and second embodiments, InGa is used as the material for forming the active layer and the Bragg reflection layer.
Although a mixed crystal semiconductor of AlP was used, the point is to use a semiconductor material having a band gap energy different depending on the presence or absence of an ordered structure in the <111> direction. As such a semiconductor material, for example, a mixed crystal semiconductor of InGaAsP (InG
(including aAs and GaAsP).

【0061】更にまた、上記第1,第2の実施例では、
MOCVD法を用いた場合について説明したが、分子線
エピタキシー法(MBE法)の場合でも同様に<111
>方向に秩序構造を有する活性層と<111>方向に秩
序構造を有さないブラッグ反射層を形成でき同様な効果
が得られる。
Furthermore, in the above first and second embodiments,
Although the case of using the MOCVD method has been described, the same applies to the case of the molecular beam epitaxy method (MBE method) <111.
An active layer having an ordered structure in the> direction and a Bragg reflection layer having no ordered structure in the <111> direction can be formed, and similar effects can be obtained.

【0062】図7は、本発明の第3の実施例に係る面発
光型半導体レーザ装置の概略構成を示す素子断面図。
FIG. 7 is an element sectional view showing a schematic structure of a surface emitting semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.

【0063】なお、図1の面発光型半導体レーザ装置と
対応する部分には図1と同一符号を付してあり、詳細な
説明は省略する。
The parts corresponding to those of the surface-emitting type semiconductor laser device of FIG. 1 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.

【0064】本実施例の面発光型半導体レーザ装置が先
の実施例のそれと異なる第1の点は、<111>方向の
秩序構造の有無の違いにより、活性層のバンドギャップ
エネルギーをブラッグ反射層のそれより小さくするので
はなく、アンドープInGaP活性層5aの格子定数を
ブラッグ反射層3aを構成するn型InGaPのそれよ
り大きくすることにより、アンドープInGaP活性層
5aのバンドギャップエネルギーをブラッグ反射層3a
のそれより小さくしたことにある。
The first difference between the surface-emitting type semiconductor laser device of this embodiment and that of the previous embodiment is that the bandgap energy of the active layer is changed by the presence or absence of the ordered structure in the <111> direction. However, the band gap energy of the undoped InGaP active layer 5a is made smaller than that of the n-type InGaP constituting the Bragg reflective layer 3a by making the lattice constant of the undoped InGaP active layer 5a larger than that of the n-type InGaP active layer 5a.
It is smaller than that.

【0065】また、先の実施例のそれと異なる第2の点
は、ブラッグ反射層3aを構成するn型InAlPの格
子定数がアンドープInGaP活性層5aのそれより大
きくなっていることである。
The second point different from that of the previous embodiment is that the lattice constant of the n-type InAlP forming the Bragg reflection layer 3a is larger than that of the undoped InGaP active layer 5a.

【0066】なお、本実施例のブラッグ反射層3aは、
30個のn型InGaP層とInAlP層との対で構成
されている。
The Bragg reflection layer 3a of this embodiment is
It is composed of a pair of 30 n-type InGaP layers and InAlP layers.

【0067】以下、これらの点について説明する。Hereinafter, these points will be described.

【0068】In1-y Gay P(0<y<1)の格子定
数およびバンドギャップエネルギーは混晶組成比yによ
り決まる。GaAs基板上に成長形成したIn1-y Ga
y P層の厚さがGaAs基板の厚さに比べて十分に薄
く、かつIn1-y Gay P層がGaAs基板上にコヒー
レントに成長している場合には、In1-y Gay P層の
格子定数は次のようになる。
[0068] lattice constant and band gap energy of In 1-y Ga y P ( 0 <y <1) is determined by the mixed crystal composition ratio y. In 1-y Ga grown and formed on a GaAs substrate
If the thickness of the y P layer is sufficiently thinner than the thickness of the GaAs substrate, and In 1-y Ga y P layer is grown coherently on a GaAs substrate, In 1-y Ga y P The lattice constants of the layers are as follows.

【0069】すなわち、GaAs基板に平行方向のIn
1-y Gay P層の格子定数はGaAs基板の格子定数a
0 と等しい値になり、GaAs基板に垂直方向のIn
1-y Gay Pの格子定数av はGaAs基板の格子定数
0 と異なる値になる。
That is, In parallel to the GaAs substrate
1-y Ga y P lattice constant of the layer lattice constant of the GaAs substrate a
The value is equal to 0, and In in the direction perpendicular to the GaAs substrate
1-y Ga y lattice constant a v of P becomes a value different from the lattice constant a 0 of the GaAs substrate.

【0070】このとき、GaAs基板に対するIn1-y
Gay P層の格子不整合率(△a)は次のように定義さ
れる。
At this time, In 1-y for the GaAs substrate
The lattice mismatch rate (Δa) of the Ga y P layer is defined as follows.

【0071】 △a=(av −a0 )/a0 ×100(%) In1-y Gay P層は混晶組成比yの値が0.5程度で
GaAs基板に格子整合する。しかし、混晶組成比yの
値がこの格子整合条件からずれと、In1-y Gay P層
はGaAs基板上で圧縮応力または引っ張り応力を受け
る。In1-y Gay P層のバンドギャップエネルギーは
混晶組成比yおよび上記応力によって変化する。
[0071] △ a = (a v -a 0 ) / a 0 × 100 (%) In 1-y Ga y P layer value of a mixed crystal composition ratio y is lattice-matched to GaAs substrate at about 0.5. However, the value of the mixed crystal composition ratio y is the offset from the lattice matching condition, an In 1-y Ga y P layer is subjected to compressive stress or tensile stress on the GaAs substrate. Band gap energy of an In 1-y Ga y P layer varies with the mixed crystal composition ratios y and the stress.

【0072】図8に、GaAs基板上に成長した<11
1>方向の秩序構造のないIn1-yGay Pの格子不整
合率とエネルギーバンドギャップEg との関係を示す。
格子不整合率が0%の場合のIn1-y Gay P層のEg
は1.91eVである。また、格子不整合率が負の場
合、例えば、−1%の場合には、Eg=1.98eVで
ある。一方、格子不整合率が正の場合、例えば、+1%
の場合には、Eg=1.84eVとなる。すなわち、±
1%の不整合率の変化に対してEgが±70meV変化
する。
FIG. 8 shows <11 grown on a GaAs substrate.
1> shows the relationship between the non-directional ordered structure In 1-y Ga y P lattice mismatch ratio and the energy band gap E g.
Eg of In 1-y Ga y P layer when the lattice mismatch ratio of 0%
Is 1.91 eV. When the lattice mismatch rate is negative, for example, -1%, Eg = 1.98 eV. On the other hand, when the lattice mismatch rate is positive, for example, + 1%
In this case, Eg = 1.84 eV. That is, ±
The Eg changes by ± 70 meV with respect to the change of the mismatch rate of 1%.

【0073】図9に、格子不整合率が0%のInGaP
層の吸収スペクトル並びに格子不整合率が−1%のIn
GaP層のそれを示す。この図から格子不整合率が0%
の場合には1.91eVにバンド端が見られ、格子不整
合率が−1%の場合には1.98eVにバンド端が見ら
れることが分かり、これらはそれぞれバンドギャップエ
ネルギーに対応している。
FIG. 9 shows InGaP having a lattice mismatch of 0%.
In with a layer absorption spectrum and a lattice mismatch of -1%
This is shown for the GaP layer. From this figure, the lattice mismatch rate is 0%
In the case of, the band edge was found at 1.91 eV, and when the lattice mismatch rate was -1%, the band edge was found at 1.98 eV, which correspond to the band gap energies, respectively. .

【0074】このため、本実施例のように、ブラッグ反
射層3aのn型InGaP格子定数が、アンドープIn
GaP活性層5aのそれより小さい場合、換言すれば、
ブラッグ反射層3aのn型InGaPの格子不整合率
が、アンドープInGaP活性層5aのそれより大きい
場合には、ブラッグ反射層のバンドギャップエネルギー
がInGaP活性層のそれより大きなり、ブラッグ反射
層3aにおける光吸収ロスがほとんどなく高い反射率が
得られる。
Therefore, as in this embodiment, the n-type InGaP lattice constant of the Bragg reflection layer 3a is undoped In.
If it is smaller than that of the GaP active layer 5a, in other words,
When the lattice mismatch rate of the n-type InGaP of the Bragg reflection layer 3a is larger than that of the undoped InGaP active layer 5a, the bandgap energy of the Bragg reflection layer is larger than that of the InGaP active layer, and the Bragg reflection layer 3a has a larger band gap energy. High reflectance can be obtained with almost no light absorption loss.

【0075】これに対して、従来のように、InGaP
活性層の格子定数とブラッグ反射層のInGaPの格子
定数とが等しい場合には、InGaP活性層の発光
(1.91eV)に対し、ブラッグ反射層において10
2 〜103 [cm-2]という非常に大きな光吸収ロスを生
じる。このため、反射率を90%以上にできず、この条
件で成長形成した面発光型半導体レーザ装置では、良好
なレーザ発振が得られなかった。
On the other hand, as in the conventional case, InGaP
When the lattice constant of the active layer is equal to the InGaP lattice constant of the Bragg reflection layer, the light emission of the InGaP active layer (1.91 eV) is 10 in the Bragg reflection layer.
A very large light absorption loss of 2 to 10 3 [cm -2 ] occurs. For this reason, the reflectance could not be 90% or more, and favorable laser oscillation could not be obtained in the surface emitting semiconductor laser device grown and formed under these conditions.

【0076】ところで、格子不整合率を持つ層をある厚
さ以上に成長すると、ミスフィット転位等の欠陥が発生
する。欠陥が発生せずにコヒーレントに成長する厚さ
は、一般に臨界膜厚と呼ばれる。
By the way, when a layer having a lattice mismatch ratio is grown to a certain thickness or more, defects such as misfit dislocations occur. The thickness that grows coherently without causing defects is generally called the critical thickness.

【0077】図10に、InGaP層の格子不整合率と
臨界膜厚との関係を示す。この図から、例えば、格子不
整合率が1%のとき、60nmまではInGaP層がコ
ヒーレントに成長することが分かる。しかし、それ以上
の厚さになるとミスフィット転位が発生する。ミスフィ
ット転位が存在すると、デバイスの信頼性は著しく低下
するため、面発光型半導体レーザ装置に用いられるブラ
ッグ反射層における格子不整合率は、図10に示したよ
うな関係をもとに決定する必要がある。
FIG. 10 shows the relationship between the lattice mismatch rate of the InGaP layer and the critical film thickness. From this figure, it can be seen that, for example, when the lattice mismatch rate is 1%, the InGaP layer grows coherently up to 60 nm. However, misfit dislocations occur when the thickness exceeds this. The presence of misfit dislocations significantly lowers the reliability of the device. Therefore, the lattice mismatch ratio in the Bragg reflection layer used in the surface emitting semiconductor laser device is determined based on the relationship shown in FIG. There is a need.

【0078】例えば、アンドープInGaP活性層5a
の格子定数がn型GaAs基板2のそれと等しく、エネ
ルギーギャップが1.91eVのとき、ブラッグ反射層
3aのInGaP層の厚さは、発光波長と屈折率との関
係から約48nmとなる。図10からブラッグ反射層3
aのInGaPの格子不整合率を−1%とする。このと
きのバンドギャップエネルギーは1.98eVとなる。
For example, the undoped InGaP active layer 5a
When the lattice constant of is equal to that of the n-type GaAs substrate 2 and the energy gap is 1.91 eV, the thickness of the InGaP layer of the Bragg reflection layer 3a is about 48 nm due to the relationship between the emission wavelength and the refractive index. Bragg reflection layer 3 from FIG.
The lattice mismatch rate of InGaP of a is -1%. The bandgap energy at this time is 1.98 eV.

【0079】また、ブラッグ反射層を構成するInGa
P層の格子定数がInGaP活性層の格子定数より小さ
い場合には、ブラッグ反射層のInGaP層には応力が
加わる。ブラッグ反射層のInAlP層の格子定数を活
性層のInGaPの格子定数より大きくすることによ
り、この応力を緩和することができるすなわち、ブラッ
グ反射層を構成する2つの層のうち、InGaP層の格
子定数をInGaP活性層の格子定数より小さくし、ブ
ラッグ反射層を構成する他方のInAlPの格子定数を
InGaP活性層の格子定数より大きくすると、ブラッ
グ反射層の平均格子定数をInGaP活性層の格子定数
と等しくすることができるため、ブラッグ反射層に作用
する応力は全体として小さくなる。
InGa constituting the Bragg reflection layer
When the lattice constant of the P layer is smaller than that of the InGaP active layer, stress is applied to the InGaP layer of the Bragg reflection layer. This stress can be relaxed by making the lattice constant of the InAlP layer of the Bragg reflection layer larger than the lattice constant of InGaP of the active layer. That is, of the two layers forming the Bragg reflection layer, the lattice constant of the InGaP layer. Is smaller than the lattice constant of the InGaP active layer and the lattice constant of the other InAlP forming the Bragg reflective layer is larger than the lattice constant of the InGaP active layer, the average lattice constant of the Bragg reflective layer is made equal to the lattice constant of the InGaP active layer. Therefore, the stress acting on the Bragg reflection layer is reduced as a whole.

【0080】例えば、アンドープInGaP活性層5a
の格子不整合率がゼロで、ブラッグ反射層3aのInG
aP層の格子不整合率が−1%の場合には、ブラッグ反
射層3aのInAlP層の格子不整合率が1%とすれ
ば、平均格子定数がゼロとなり、ブラッグ反射層3aに
おける応力が全体として緩和される。このように格子定
数の小さい層と大きい層とを交互に積層することは、応
力の緩和に効果的であり、面発光型半導体レーザ装置の
信頼性の向上につながる。
For example, the undoped InGaP active layer 5a
Has a zero lattice mismatch, and the InG of the Bragg reflection layer 3a is
When the lattice mismatch rate of the aP layer is -1% and the lattice mismatch rate of the InAlP layer of the Bragg reflection layer 3a is 1%, the average lattice constant becomes zero, and the stress in the Bragg reflection layer 3a is entirely reduced. Will be relaxed. By alternately laminating layers having a small lattice constant and layers having a large lattice constant in this way, it is effective in alleviating stress and leads to improvement in reliability of the surface-emitting type semiconductor laser device.

【0081】以上述べたように、アンドープInGaP
活性層5aならびにブラッグ反射層3aを構成するn型
InGaP層およびn型InAlP層の格子定数を選ぶ
ことにより、ブラッグ反射層3aに作用する応力を小さ
くできると共に、アンドープInGaP活性層5aの発
光に対するブラッグ反射層3aでの光吸収ロスが十分に
低減でき、反射率が99.5%と高い値が得られた。ま
た、しきい値電流も小さく、寿命試験においても高い信
頼性が得られた。
As described above, undoped InGaP
By selecting the lattice constants of the n-type InGaP layer and the n-type InAlP layer forming the active layer 5a and the Bragg reflection layer 3a, the stress acting on the Bragg reflection layer 3a can be reduced, and the Bragg for the light emission of the undoped InGaP active layer 5a can be reduced. The light absorption loss in the reflective layer 3a was sufficiently reduced, and the reflectance was as high as 99.5%. Also, the threshold current was small, and high reliability was obtained in the life test.

【0082】図11は、本発明の第4の実施例に係る面
発光型LED装置の概略構成を示す素子断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of an element showing a schematic structure of a surface emitting LED device according to the fourth embodiment of the present invention.

【0083】なお、図6の面発光型LED装置と対応す
る部分には図1と同一符号を付してあり、詳細な説明は
省略する。
The parts corresponding to those of the surface emitting LED device of FIG. 6 are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.

【0084】本実施例の面発光型LED装置が図7のそ
れと異なる点は、第1の実施例の面発光型半導体レーザ
装置と第3の実施例の面発光型半導体レーザ装置との関
係と同じである。
The surface emitting LED device of this embodiment is different from that of FIG. 7 in the relationship between the surface emitting semiconductor laser device of the first embodiment and the surface emitting semiconductor laser device of the third embodiment. Is the same.

【0085】すなわち、アンドープInGaP活性層1
5aの格子定数をブラッグ反射層13aのn型InGa
Pそれより大きくすることにより、アンドープInGa
P活性層25aのバンドギャップエネルギーをブラッグ
反射層23aのそれより小さくし、また、ブラッグ反射
層23aのn型InAlPの格子定数をアンドープIn
GaP活性層25aのそれ以上の大きさにし、ブラッグ
反射層23aに作用する応力を緩和していることにあ
る。
That is, the undoped InGaP active layer 1
The lattice constant of 5a corresponds to the n-type InGa of the Bragg reflection layer 13a.
P by making it larger than that, undoped InGa
The band gap energy of the P active layer 25a is made smaller than that of the Bragg reflection layer 23a, and the lattice constant of n-type InAlP of the Bragg reflection layer 23a is undoped In.
The size of the GaP active layer 25a is made larger than that of the GaP active layer 25a so as to relax the stress acting on the Bragg reflection layer 23a.

【0086】先に述べたような事実に基づき、本実施例
ではブラッグ反射層23aの格子定数を次のように定め
た。
Based on the facts described above, the lattice constant of the Bragg reflection layer 23a is set as follows in this embodiment.

【0087】すなわち、ブラッグ反射層23aのInG
aPの格子不整合率を−1%,InAlPの格子不整合
率は+1%とした。
That is, InG of the Bragg reflection layer 23a
The lattice mismatch rate of aP was -1%, and the lattice mismatch rate of InAlP was + 1%.

【0088】この場合、ブラッグ反射層23aにおいて
高い反射率が得られ、このLED装置の外部量子効率
は、3%と非常に高いものであった。
In this case, a high reflectance was obtained in the Bragg reflection layer 23a, and the external quantum efficiency of this LED device was as high as 3%.

【0089】一方、従来のように、ブラッグ反射層のI
nGaPとInGaP活性層の格子定数が等しい場合、
換言すれば、格子不整合率がゼロの場合、InGaP活
性層の発光に対するブラッグ反射層の反射率が低く、L
ED装置の外部量子効率は1.5%以下と低いものであ
った。
On the other hand, as in the conventional case, I of the Bragg reflection layer is used.
When the nGaP and InGaP active layers have the same lattice constant,
In other words, when the lattice mismatch ratio is zero, the reflectance of the Bragg reflection layer with respect to the light emission of the InGaP active layer is low, and L
The external quantum efficiency of the ED device was as low as 1.5% or less.

【0090】なお、上記第3,第4の実施例では、活性
層およびブラッグ反射層の半導体材料としてInGaA
lPの混晶半導体を用いたが、その代わりに、InGa
AsPの混晶半導体(InGaAs,GaAsPを含
む)を用いても同様な効果が得られる。
In the above third and fourth embodiments, InGaA is used as the semiconductor material of the active layer and the Bragg reflection layer.
A mixed crystal semiconductor of 1P was used, but instead of InGa
The same effect can be obtained by using a mixed crystal semiconductor of AsP (including InGaAs and GaAsP).

【0091】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、上記実施例では、面発光型光
半導体装置として半導体レーザ装置およびLED装置の
場合について説明したが、本発明は他の光半導体装置に
適用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, although the semiconductor laser device and the LED device have been described as the surface-emission type optical semiconductor device in the above embodiments, the present invention can be applied to other optical semiconductor devices.

【0092】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、活
性層の発光に対する光反射層の反射率を高めることがで
き、もって、しきい値電流等の素子特性が改善された面
発光型光半導体装置が得られる。
As described in detail above, according to the present invention, the reflectance of the light reflection layer with respect to the light emission of the active layer can be increased, and thus the surface emission with improved device characteristics such as threshold current. Type optical semiconductor device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る面発光型半導体レ
ーザ装置の概略構成を示す素子断面図。
FIG. 1 is an element sectional view showing a schematic configuration of a surface-emitting type semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】InGaPの吸収スペクトルを示す図。FIG. 2 is a diagram showing an absorption spectrum of InGaP.

【図3】基板温度とエネルギーバンドギャップとの関係
を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a substrate temperature and an energy band gap.

【図4】V/III比とバンドギャップエネルギーとの関係
を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between V / III ratio and bandgap energy.

【図5】成長速度とバンドギャップエネルギーとの関係
を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between growth rate and band gap energy.

【図6】本発明の第2の実施例に係る面発光型LED装
置の概略構成を示す素子断面図。
FIG. 6 is an element cross-sectional view showing a schematic configuration of a surface emitting LED device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例に係る面発光型半導体レ
ーザ装置の概略構成を示す素子断面図。
FIG. 7 is an element sectional view showing a schematic configuration of a surface emitting semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】格子不整合率とエネルギーバンドギャップとの
関係を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a lattice mismatch rate and an energy band gap.

【図9】格子不整合率の違いによる吸収スペクトルの変
化を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a change in absorption spectrum due to a difference in lattice mismatch rate.

【図10】格子不整合率と臨界膜厚との関係を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a lattice mismatch rate and a critical film thickness.

【図11】本発明の第4の実施例に係る面発光型LED
装置の概略構成を示す素子断面図。
FIG. 11 is a surface emitting LED according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an element cross-sectional view showing a schematic configuration of the device.

【図12】<111>方向の秩序構造を説明するための
図。
FIG. 12 is a diagram for explaining an ordered structure in the <111> direction.

【符号の説明】 1…n側電極 2…n型GaAs基板 3,3a…ブラッグ反射層 4…n型In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッド
層 5,5a…アンドープIn0.5 Ga0.5 P活性層 6…p型In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッド
層 7…p型In0.5 Ga0.5 Pエッチングストップ層 8…n型GaAs電流狭窄層 9…p型In0.5 Ga0.5 P通電容易層 10…p+ 型GaAsコンタクト層 11…p側電極 12…誘電体膜 21…n側電極 22…n型GaAs基板 23,23a…ブラッグ反射層 24…n型In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッ
ド層 25…アンドープIn0.5 Ga0.5 P活性層 26…p型In0.5 (Ga0.3 Al0.7 0.5 Pクラッ
ド 27…電流拡散層 28…p側電極
[Description of Reference Signs] 1 ... n-side electrode 2 ... n-type GaAs substrate 3, 3a ... Bragg reflection layer 4 ... n-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P clad layer 5, 5a ... undoped In 0.5 Ga 0.5 P active Layer 6 ... p-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P clad layer 7 ... p-type In 0.5 Ga 0.5 P etching stop layer 8 ... n-type GaAs current constriction layer 9 ... p-type In 0.5 Ga 0.5 P easy conduction layer 10 ... p + type GaAs contact layer 11 ... p-side electrode 12 ... dielectric film 21 ... n-side electrode 22 ... n-type GaAs substrate 23, 23a ... Bragg reflection layer 24 ... n-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P clad layer 25 ... undoped In 0.5 Ga 0.5 P active layer 26 ... p-type In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7) 0.5 P cladding 27 ... current diffusion layer 28 ... p-side electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 実 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Minoru Watanabe 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Stock Company Toshiba Horikawa-cho Factory

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】InGaP又はInGaAsの混晶半導体
からなり、<111>方向に秩序構造が形成された活性
層と、 InGaP又はInGaAsの混晶半導体からなる第1
の半導体層とInGaAlP又はInGaAsPの混晶
半導体からなる第2の半導体層とを交互に積層してな
り、前記活性層の光取り出し面と反対側の領域に設けら
れ、<111>方向に秩序構造が形成されていない光反
射層とを具備してなることを特徴とする面発光型光半導
体装置。
1. A first active layer made of a mixed crystal semiconductor of InGaP or InGaAs and having an ordered structure in the <111> direction, and a mixed crystal semiconductor of InGaP or InGaAs.
Semiconductor layers and second semiconductor layers made of a mixed crystal semiconductor of InGaAlP or InGaAsP are alternately laminated, and are provided in a region opposite to the light extraction surface of the active layer, and have an ordered structure in the <111> direction. A surface-emitting type optical semiconductor device comprising: a light-reflecting layer not formed with.
【請求項2】InGaP又はInGaAsの混晶半導体
からなる活性層と、 InGaP又はInGaAsの混晶半導体からなる第1
の半導体層とInGaAlP又はInGaAsPの混晶
半導体からなる第2の半導体層とを交互に積層してな
り、前記活性層の光取り出し面と反対側の領域に設けら
れ、且つ前記第1の半導体層の格子定数が前記活性層の
格子定数より小さい光反射層とを具備してなることを特
徴とする面発光型光半導体装置。
2. An active layer made of a mixed crystal semiconductor of InGaP or InGaAs and a first layer made of a mixed crystal semiconductor of InGaP or InGaAs.
And a second semiconductor layer made of a mixed crystal semiconductor of InGaAlP or InGaAsP are alternately laminated, and the first semiconductor layer is provided in a region opposite to the light extraction surface of the active layer. And a light reflection layer having a lattice constant smaller than that of the active layer.
JP34730292A 1992-12-25 1992-12-25 Surface emitting type optical semiconductor device Pending JPH06196821A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34730292A JPH06196821A (en) 1992-12-25 1992-12-25 Surface emitting type optical semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34730292A JPH06196821A (en) 1992-12-25 1992-12-25 Surface emitting type optical semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06196821A true JPH06196821A (en) 1994-07-15

Family

ID=18389297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34730292A Pending JPH06196821A (en) 1992-12-25 1992-12-25 Surface emitting type optical semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06196821A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008243954A (en) * 2007-03-26 2008-10-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Surface-emitting semiconductor optical device
US8472492B2 (en) 2009-03-27 2013-06-25 Furukawa Electric Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser element, vertical cavity surface emitting laser array element, vertical cavity surface emitting laser device, light source device, and optical module

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008243954A (en) * 2007-03-26 2008-10-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Surface-emitting semiconductor optical device
US8472492B2 (en) 2009-03-27 2013-06-25 Furukawa Electric Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser element, vertical cavity surface emitting laser array element, vertical cavity surface emitting laser device, light source device, and optical module
US8619831B2 (en) 2009-03-27 2013-12-31 Furukawa Electric Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser element, vertical cavity surface emitting laser array element, vertical cavity surface emitting laser device, light source device, and optical module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6002700A (en) Optical semiconductor device having a multilayer reflection structure
US5926493A (en) Optical semiconductor device with diffraction grating structure
US6207973B1 (en) Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures
EP0661782B1 (en) A semiconductor laser
JPH0750448A (en) Semiconductor laser and manufacture thereof
EP0378919B1 (en) High band-gap opto-electronic device and method for making same
JPH05145178A (en) Strained quantum well semiconductor laser element
JP2003258384A (en) LONG-WAVELENGTH PHOTONICS DEVICE INCLUDING GaAsSb QUANTUM WELL LAYER
KR20020059663A (en) LONG WAVELENGTH PSEUDOMORPHIC InGaNPAsSb TYPE-I AND TYPE-II ACTIVE LAYERS FOR THE GAAS MATERIAL SYSTEM
Honda et al. Threshold estimation of GaN-based surface emitting lasers operating in ultraviolet spectral region
JPH0722713A (en) Light emitting semiconductor diode and manufacture thereof
US5521934A (en) Materials for II-VI lasers
JPH088485A (en) Vcsel with cavity region not containing aluminum
US6859474B1 (en) Long wavelength pseudomorphic InGaNPAsSb type-I and type-II active layers for the gaas material system
JP4162165B2 (en) Quantum well structure optical semiconductor device
US6008067A (en) Fabrication of visible wavelength vertical cavity surface emitting laser
JP2000022282A (en) Surface light-emitting-type light-emitting device and its manufacture
JPH06196821A (en) Surface emitting type optical semiconductor device
JPH06268327A (en) Semiconductor light emitting element
JP3123030B2 (en) Long wavelength surface emitting semiconductor laser
JPH0794822A (en) Semiconductor light emitting element
JP2526277B2 (en) Semiconductor laser
JPH0697598A (en) Semiconductor light-emitting device
JPH07321409A (en) Semiconductor laser element
JP2860217B2 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same