JPH0712101B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
- Publication number
- JPH0712101B2 JPH0712101B2 JP60065636A JP6563685A JPH0712101B2 JP H0712101 B2 JPH0712101 B2 JP H0712101B2 JP 60065636 A JP60065636 A JP 60065636A JP 6563685 A JP6563685 A JP 6563685A JP H0712101 B2 JPH0712101 B2 JP H0712101B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- quantum well
- semiconductor
- gaas
- confinement
- 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.)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 この発明は量子井戸レーザにおいて、 量子井戸層に不純物のアトミックプレーンドーピングに
よる高濃度のキャリア散乱中心を形成することにより、 キャリアの注入効率を向上するようにしたものである。
よる高濃度のキャリア散乱中心を形成することにより、 キャリアの注入効率を向上するようにしたものである。
本発明は半導体発光装置、特に量子井戸半導体レーザの
閾値電流を低減し、効率を向上する構造の改善に関す
る。
閾値電流を低減し、効率を向上する構造の改善に関す
る。
光を情報信号の媒体とする光通信その他のシステムの高
度化、多様化が推進されており、その光源として重要な
役割を果たしている半導体発光装置特にレーザについ
て、その効率などの特性の一層の向上が強く要望されて
いる。
度化、多様化が推進されており、その光源として重要な
役割を果たしている半導体発光装置特にレーザについ
て、その効率などの特性の一層の向上が強く要望されて
いる。
従来行われている半導体レーザの多くは、目的とする光
の波長に対応するエネルギーバンドキャップを有する活
性層をストライプ状とし、これをエネルギーバンドキャ
ップが大きく、屈折率が小さい半導体層で挟んでキャリ
ア及び光を閉じ込め共振器を構成して、活性層に注入さ
れたキャリアを励起しレーザ発振を行わせている。
の波長に対応するエネルギーバンドキャップを有する活
性層をストライプ状とし、これをエネルギーバンドキャ
ップが大きく、屈折率が小さい半導体層で挟んでキャリ
ア及び光を閉じ込め共振器を構成して、活性層に注入さ
れたキャリアを励起しレーザ発振を行わせている。
半導体レーザの活性層の厚さをキャリアのドゥ・ブロー
イー波長程度以下とし量子井戸形ポテンシャルを形成す
れば、その厚さ方向のキャリアの運動が量子化されて2
次元状態となり、そのエネルギー準位が階段状となって
発振に関与するエネルギー準位のキャリアの状態密度が
著しく増加し、発振閾値電流密度が大幅に低減する。
イー波長程度以下とし量子井戸形ポテンシャルを形成す
れば、その厚さ方向のキャリアの運動が量子化されて2
次元状態となり、そのエネルギー準位が階段状となって
発振に関与するエネルギー準位のキャリアの状態密度が
著しく増加し、発振閾値電流密度が大幅に低減する。
このキャリアのドゥ・ブローイー波長は例えば砒化ガリ
ウム(GaAs)では30nm程度であり、キャリア特に電子の
エネルギー準位を十分に離散するために、量子井戸層の
厚さはしばしば10nm程度以下とされる。
ウム(GaAs)では30nm程度であり、キャリア特に電子の
エネルギー準位を十分に離散するために、量子井戸層の
厚さはしばしば10nm程度以下とされる。
第2図(a)は量子井戸半導体レーザの従来例を示す模
式側断面図、同図(b)はそのエネルギー・バンドダイ
アグラムであり、その対応を同一符号によって示す。
式側断面図、同図(b)はそのエネルギー・バンドダイ
アグラムであり、その対応を同一符号によって示す。
本従来例において、21はn型GaAs半導体基板、22はn型
GaAsバッファ層、23は砒化アルミニウムガリウム(AlGa
As)閉じ込め層、24はGaAsよりなる量子井戸層、25はp
型AlGaAs閉じ込め層、26はp型GaAsコンタクト層であ
り、これらの各半導体層をエピタキシャル成長した後
に、ストライプ領域の両側の半導体層に例えば亜鉛(Z
n)等の不純物を拡散させることによって、p型AlGaAs
閉じ込め層25に含まれるアルミニウム(Al)原子のGaAs
量子井戸層24への拡散などの半導体層相互間の拡散を行
わせて量子井戸構造を破壊し、閉じ込め領域27を形成し
ている。なお、30は絶縁膜、31はp側電極、32はn側電
極である。
GaAsバッファ層、23は砒化アルミニウムガリウム(AlGa
As)閉じ込め層、24はGaAsよりなる量子井戸層、25はp
型AlGaAs閉じ込め層、26はp型GaAsコンタクト層であ
り、これらの各半導体層をエピタキシャル成長した後
に、ストライプ領域の両側の半導体層に例えば亜鉛(Z
n)等の不純物を拡散させることによって、p型AlGaAs
閉じ込め層25に含まれるアルミニウム(Al)原子のGaAs
量子井戸層24への拡散などの半導体層相互間の拡散を行
わせて量子井戸構造を破壊し、閉じ込め領域27を形成し
ている。なお、30は絶縁膜、31はp側電極、32はn側電
極である。
本従来例のGaAs量子井戸層24へのキャリア注入は、活性
層が量子化されていない通常のダブルヘテロ半導体レー
ザと同様に、正孔はp側電極31からp型コンタクト層2
6、p型AlGaAs閉じ込め層25を経て、また電子はn側電
極32からn型半導体基板21、n型バッファ層22、n型Al
GaAs閉じ込め層23を経て行われている。
層が量子化されていない通常のダブルヘテロ半導体レー
ザと同様に、正孔はp側電極31からp型コンタクト層2
6、p型AlGaAs閉じ込め層25を経て、また電子はn側電
極32からn型半導体基板21、n型バッファ層22、n型Al
GaAs閉じ込め層23を経て行われている。
この様な積層された閉じ込め層から活性層へのキャリア
注入では、活性層が薄くなるに伴ってその通過確率が増
加し注入効率が低下する。
注入では、活性層が薄くなるに伴ってその通過確率が増
加し注入効率が低下する。
特に活性層が量子論的厚さの量子井戸レーザでは注入効
率の低下が極めて大きく、例えばGRIN-SCH(GRaded INd
ex waveguide Separate Confinement Heterostructur
e)構造など、量子井戸層との界面近傍で閉じ込め層の
バリア高さに勾配を与える構造が提案されているが、満
足できる注入効率に達せずその改善が強く要望されてい
る。
率の低下が極めて大きく、例えばGRIN-SCH(GRaded INd
ex waveguide Separate Confinement Heterostructur
e)構造など、量子井戸層との界面近傍で閉じ込め層の
バリア高さに勾配を与える構造が提案されているが、満
足できる注入効率に達せずその改善が強く要望されてい
る。
前記問題点は,量子井戸層を活性層に有する半導体発光
装置において,不純物をアトミックプレーンドーピング
した層を該量子井戸層の中に有する本発明による半導体
発光装置により解決される。
装置において,不純物をアトミックプレーンドーピング
した層を該量子井戸層の中に有する本発明による半導体
発光装置により解決される。
本発明においては、不純物イオンによるクローン散乱に
よりキャリアの量子井戸層通過確率を減少させ、注入効
率を向上する。
よりキャリアの量子井戸層通過確率を減少させ、注入効
率を向上する。
しかしながら、従来普通に行われている半導体に不純物
を3次元的に混在させるドーピング方法では、例えばGa
As半導体にシリンコン(Si)をドープする場合の最高濃
度が5×1018cm-3程度に止まり、しかも量子井戸層の閉
じ込め層とのヘテロ接合界面までドープされるならば、
閉じ込め層において自由キャリアによる光の吸収が増加
して効果が減殺される。
を3次元的に混在させるドーピング方法では、例えばGa
As半導体にシリンコン(Si)をドープする場合の最高濃
度が5×1018cm-3程度に止まり、しかも量子井戸層の閉
じ込め層とのヘテロ接合界面までドープされるならば、
閉じ込め層において自由キャリアによる光の吸収が増加
して効果が減殺される。
これに対して、半導体層に2次元的に不純物を導入する
アトミックプレーンドーピングによれば1×1019cm-3程
度以上の高濃度が得られ、しかも不純物イオンを量子井
戸層のヘテロ接合界面から離隔し閉じ込め層における光
の吸収損失を抑制することが可能となる。
アトミックプレーンドーピングによれば1×1019cm-3程
度以上の高濃度が得られ、しかも不純物イオンを量子井
戸層のヘテロ接合界面から離隔し閉じ込め層における光
の吸収損失を抑制することが可能となる。
この様に量子井戸層へのキャリアの注入効率が増大して
発光再結合が十分に行われ、光の吸収損失は抑制され
て、閾値電流の低減、発光効率の向上が達成される。
発光再結合が十分に行われ、光の吸収損失は抑制され
て、閾値電流の低減、発光効率の向上が達成される。
なお量子井戸層が単一でなく、複数の量子井戸層がバリ
ア層を介して設けられている多重量子井戸レーザにおい
ては、本発明による不純物の導入を選択した量子井戸層
に限って実施することも可能である。
ア層を介して設けられている多重量子井戸レーザにおい
ては、本発明による不純物の導入を選択した量子井戸層
に限って実施することも可能である。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図(a)は本発明をGaAs/AlGaAs系半導体材料から
なるGRIN-SCH構造の量子井戸レーザに適用した実施例を
示す模式側断面図、同図(b)はその活性領域近傍のエ
ネルギーバンドダイアグラムであり、その対応を同一符
号によって示す。
なるGRIN-SCH構造の量子井戸レーザに適用した実施例を
示す模式側断面図、同図(b)はその活性領域近傍のエ
ネルギーバンドダイアグラムであり、その対応を同一符
号によって示す。
本実施例では不純物濃度が例えば2×1018cm-3程度のn
型GaAs半導体基板1上に、分子線エピタキシャル成長方
法により下記の半導体層を順次成長しており、活性層4
以外の各半導体層の不純物ドーピングは通常の3次元的
なドーピングで、ドナー不純物にSi、アクセプタ不純物
にベリリウム(Be)等を用いている。
型GaAs半導体基板1上に、分子線エピタキシャル成長方
法により下記の半導体層を順次成長しており、活性層4
以外の各半導体層の不純物ドーピングは通常の3次元的
なドーピングで、ドナー不純物にSi、アクセプタ不純物
にベリリウム(Be)等を用いている。
なお、基板1側のn型閉じ込め層3にはAlの組成比X=
0.7の領域3a上に活性層4との界面に向かってX=0.7か
らX=0.18までグレーディングされた領域3bが設けら
れ、活性層4上のp型閉じ込め層5には同様のグレーデ
ィング領域5bが設けられてGRIN-SCH構造が形成されてい
る。
0.7の領域3a上に活性層4との界面に向かってX=0.7か
らX=0.18までグレーディングされた領域3bが設けら
れ、活性層4上のp型閉じ込め層5には同様のグレーデ
ィング領域5bが設けられてGRIN-SCH構造が形成されてい
る。
活性層4の成長は、n型閉じ込め層3のグレーディング
領域3b上にAs、Gaビームにより厚さ3nmのGaAs層4aを成
長した後に、Gaビームを止めSiビームを入射して面濃度
約6×1012cm-2のSiのアトミックプレーンドーピング4b
を行ってSiビームを止め、再びGaAs層4cを厚さ3nmに成
長している。
領域3b上にAs、Gaビームにより厚さ3nmのGaAs層4aを成
長した後に、Gaビームを止めSiビームを入射して面濃度
約6×1012cm-2のSiのアトミックプレーンドーピング4b
を行ってSiビームを止め、再びGaAs層4cを厚さ3nmに成
長している。
この様にして第1図(b)に見られる如く、活性層4は
閉じ込め層3、5間に挟まれて幅(厚さ)6nmの量子井
戸構造を構成し、その不純物濃度は1×1019cm-3に達し
ている。
閉じ込め層3、5間に挟まれて幅(厚さ)6nmの量子井
戸構造を構成し、その不純物濃度は1×1019cm-3に達し
ている。
この半導体基体にZn拡散により半導体層間でAl原子等の
相互拡散を行わせて閉じ込め領域7を形成し、絶縁膜1
0、p側電極11、n側電極12を配設し、劈開等の工程を
経て本実施例のレーザ素子が完成する。
相互拡散を行わせて閉じ込め領域7を形成し、絶縁膜1
0、p側電極11、n側電極12を配設し、劈開等の工程を
経て本実施例のレーザ素子が完成する。
以上説明した実施例と、これと同等の構造で活性層にド
ーピングを行わない比較試料とについて閾値電流を比較
測定し、本実施例では比較試料に対して約10〜20%の電
流密度の低減が確認された。
ーピングを行わない比較試料とについて閾値電流を比較
測定し、本実施例では比較試料に対して約10〜20%の電
流密度の低減が確認された。
本実施例ではアトミックプレーンドーピングを1層とし
ているが、例えば1〜2nm程度の間隔で複数回のアトミ
ックプレーンドーピングを行うことにより不純物濃度を
更に高めることも可能である。
ているが、例えば1〜2nm程度の間隔で複数回のアトミ
ックプレーンドーピングを行うことにより不純物濃度を
更に高めることも可能である。
以上の説明では活性領域が単一の量子井戸層で構成され
ているが、バリア層を挟んで複数の量子井戸層を設けた
多重量子井戸レーザについても本発明を適用して、同様
の効果を得ることができる。この場合に必ずしも総ての
量子井戸層にアトミックプレーンドーピングを行わず、
光吸収効果を考慮して一部の量子井戸層のみにアトミッ
クプレーンドーピングを行ってもよい。
ているが、バリア層を挟んで複数の量子井戸層を設けた
多重量子井戸レーザについても本発明を適用して、同様
の効果を得ることができる。この場合に必ずしも総ての
量子井戸層にアトミックプレーンドーピングを行わず、
光吸収効果を考慮して一部の量子井戸層のみにアトミッ
クプレーンドーピングを行ってもよい。
また以上の説明ではGaAs/AlGaAs系半導体を用いている
が、インジウム燐/インジウムガリウム砒素(燐)(In
P/InGaAs(P))系など他の半導体材料を用いた量子井
戸半導体レーザに本発明を適用して同様の効果を収める
ことができる。
が、インジウム燐/インジウムガリウム砒素(燐)(In
P/InGaAs(P))系など他の半導体材料を用いた量子井
戸半導体レーザに本発明を適用して同様の効果を収める
ことができる。
以上説明した如く本発明によれば、量子井戸活性層への
キャリアの注入効率が増大し、発光再結合が十分に行わ
れて、閾値電流の低減、発光効率の向上が達成される。
キャリアの注入効率が増大し、発光再結合が十分に行わ
れて、閾値電流の低減、発光効率の向上が達成される。
第1図(a)は本発明による量子井戸レーザの実施例を
示す模式側断面図、 第1図(b)はその活性領域近傍のエネルギーバンドダ
イアグラム、 第2図(a)は従来例を示す模式側断面図、 第2図(b)はその活性領域近傍のエネルギーバンドダ
イアグラムである。 図において、 1はn型GaAs基板、2はn型GaAsバッファ層、3はn型
AlGaAs閉じ込め層、4はGaAs量子井戸活性層、4a及び4c
はノンドープのGaAs層、4bはSiアトミックプレーンドー
ピング層、5はp型AlGaAs閉じ込め層、6はp型GaAsコ
ンタクト層、7は閉じ込め領域、10は絶縁膜、11はp側
電極、12はn側電極を示す。
示す模式側断面図、 第1図(b)はその活性領域近傍のエネルギーバンドダ
イアグラム、 第2図(a)は従来例を示す模式側断面図、 第2図(b)はその活性領域近傍のエネルギーバンドダ
イアグラムである。 図において、 1はn型GaAs基板、2はn型GaAsバッファ層、3はn型
AlGaAs閉じ込め層、4はGaAs量子井戸活性層、4a及び4c
はノンドープのGaAs層、4bはSiアトミックプレーンドー
ピング層、5はp型AlGaAs閉じ込め層、6はp型GaAsコ
ンタクト層、7は閉じ込め領域、10は絶縁膜、11はp側
電極、12はn側電極を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】量子井戸層を活性層に有する半導体発光装
置において, 不純物をアトミックプレーンドーピングした層を該量子
井戸層の中に有することを特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60065636A JPH0712101B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60065636A JPH0712101B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61224482A JPS61224482A (ja) | 1986-10-06 |
JPH0712101B2 true JPH0712101B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=13292707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60065636A Expired - Lifetime JPH0712101B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0712101B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6262578A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-19 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
JP2679974B2 (ja) * | 1986-04-23 | 1997-11-19 | 株式会社日立製作所 | 半導体レーザ装置 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5915388B2 (ja) * | 1977-02-02 | 1984-04-09 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
JPS5826539Y2 (ja) * | 1981-07-16 | 1983-06-08 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レ−ザ |
-
1985
- 1985-03-29 JP JP60065636A patent/JPH0712101B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61224482A (ja) | 1986-10-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |