JPH10209571A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH10209571A JPH10209571A JP9008191A JP819197A JPH10209571A JP H10209571 A JPH10209571 A JP H10209571A JP 9008191 A JP9008191 A JP 9008191A JP 819197 A JP819197 A JP 819197A JP H10209571 A JPH10209571 A JP H10209571A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体発光素子の活性層からクラッド層に電
子がオーバーフローする電子のオーバーフロー問題を解
決する。 【解決手段】 ６５０ｎｍ帯（可視光）及び１３００ｎ
ｍ帯（赤外光）の半導体レーザの活性層１３にＡlＧaＩ
nＮＰ混晶を使用する。Ｎの比率は、６５０ｎｍ帯レー
ザでは３％以下、１３００ｎｍ帯レーザでは５〜１０％
とする。Ｎの比率を変化させると、伝導帯のバンドの不
連続エネルギー量ΔＥcが大きくなり、電子障壁が大き
くなることで、活性層１３からｐクラッド層１２、１４
への電子のオーバーフローが抑制される。
子がオーバーフローする電子のオーバーフロー問題を解
決する。 【解決手段】 ６５０ｎｍ帯（可視光）及び１３００ｎ
ｍ帯（赤外光）の半導体レーザの活性層１３にＡlＧaＩ
nＮＰ混晶を使用する。Ｎの比率は、６５０ｎｍ帯レー
ザでは３％以下、１３００ｎｍ帯レーザでは５〜１０％
とする。Ｎの比率を変化させると、伝導帯のバンドの不
連続エネルギー量ΔＥcが大きくなり、電子障壁が大き
くなることで、活性層１３からｐクラッド層１２、１４
への電子のオーバーフローが抑制される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
関し、特に、６００ｎｍ帯で発振する可視光半導体発光
素子、及び、１３００ｎｍ帯で発振する赤外光半導体発
光素子の改良に関する。
関し、特に、６００ｎｍ帯で発振する可視光半導体発光
素子、及び、１３００ｎｍ帯で発振する赤外光半導体発
光素子の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】大容量光ディスク光源や計測用光源とし
て、６００ｎｍ帯で発振する可視光半導体レーザの開発
が進んでいる。この分野では、集光スポットのサイズ低
減及び視感度向上のために、より短い波長で発振するレ
ーザの出現が望まれている。６００ｎｍ帯の可視光レー
ザは、一般に、ＧaＡs基板上の活性層としてＧaＩnＰ系
の材料を用いて製造されており、活性層のＧaＩnＰに伸
張歪を導入して用い、或いは、Ａｌを添加してＡlＧaＩ
nＰ活性層として用い、更には、これら物質を量子井戸
構造に形成するなどして、より短波長で発振するレーザ
素子が得られている。
て、６００ｎｍ帯で発振する可視光半導体レーザの開発
が進んでいる。この分野では、集光スポットのサイズ低
減及び視感度向上のために、より短い波長で発振するレ
ーザの出現が望まれている。６００ｎｍ帯の可視光レー
ザは、一般に、ＧaＡs基板上の活性層としてＧaＩnＰ系
の材料を用いて製造されており、活性層のＧaＩnＰに伸
張歪を導入して用い、或いは、Ａｌを添加してＡlＧaＩ
nＰ活性層として用い、更には、これら物質を量子井戸
構造に形成するなどして、より短波長で発振するレーザ
素子が得られている。
【０００３】一般的にＡlＧaＩnＰ系の可視光半導体レ
ーザでは、活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバ
ーフロー（以下、単に、電子のオーバーフローとも呼
ぶ）が問題となっている。つまり、この系で一般にクラ
ッド層として用いられるＡlＧaＩnＰでは、Ａl組成が増
すほどバンドギャップが大きくなるが、（Ａｌ0.7Ｇa0.
3）0.5Ｉn0.5Ｐが直接遷移と間接遷移の境界であるよう
に、或る限度以上にＡl組成を増加させると活性層内に
電子を閉じ込めることが出来ず、ｐクラッド層に電子が
オーバーフローすることである。このため、Ａlの組成
を増すことには限界がある。
ーザでは、活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバ
ーフロー（以下、単に、電子のオーバーフローとも呼
ぶ）が問題となっている。つまり、この系で一般にクラ
ッド層として用いられるＡlＧaＩnＰでは、Ａl組成が増
すほどバンドギャップが大きくなるが、（Ａｌ0.7Ｇa0.
3）0.5Ｉn0.5Ｐが直接遷移と間接遷移の境界であるよう
に、或る限度以上にＡl組成を増加させると活性層内に
電子を閉じ込めることが出来ず、ｐクラッド層に電子が
オーバーフローすることである。このため、Ａlの組成
を増すことには限界がある。
【０００４】発振波長がより短波長化し、活性層のバン
ドギャップが大きくなればなるほど、前記電子のオーバ
ーフロー問題は無視できなくなる。電子に対する等価的
な障壁の高さは、ｐクラッド層のドーパント濃度にも依
存し、ドーパントが多いほど、障壁が等価的に大きくな
ることが知られている。このため、ｐクラッド層のドー
ピング濃度を高くすることが試みられている。
ドギャップが大きくなればなるほど、前記電子のオーバ
ーフロー問題は無視できなくなる。電子に対する等価的
な障壁の高さは、ｐクラッド層のドーパント濃度にも依
存し、ドーパントが多いほど、障壁が等価的に大きくな
ることが知られている。このため、ｐクラッド層のドー
ピング濃度を高くすることが試みられている。
【０００５】電子のオーバーフロー問題に関しては、上
記試みとは別に、活性層とｐクラッド層との間に非常に
薄い多層膜を挿入し、この多層膜中での電子の干渉効果
を利用して、等価的に障壁高さを大きくしようとする、
いわゆる多重量子障壁（ＭＱＢ）を用いることも提案さ
れている。
記試みとは別に、活性層とｐクラッド層との間に非常に
薄い多層膜を挿入し、この多層膜中での電子の干渉効果
を利用して、等価的に障壁高さを大きくしようとする、
いわゆる多重量子障壁（ＭＱＢ）を用いることも提案さ
れている。
【０００６】次に、１３００ｎｍ帯で発振する赤外光半
導体レーザに目を向けてみると、この波長帯のレーザ
は、一般に光加入者系で用いられるため、低コストのモ
ジュール開発が特に要請されている。そのため、コスト
が高い温調機能を発光モジュールから省く試みがある。
しかし、温調機能を省いたときには、高温環境下でのレ
ーザ特性の劣化原因として、６００ｎｍ帯の可視光レー
ザと同様な電子のオーバーフロー問題が発生することが
知られている。この問題を解決する方法として、最近、
例えば「Japanese Journal of Applied Physics」,Vol.
35,pp.1273-1275(1996)に記載されているように、ＧaＡ
s基板上に格子整合したＧaＩnＮＡsを活性層として用い
る、１．３μｍ帯の赤外光レーザが提案されている。
導体レーザに目を向けてみると、この波長帯のレーザ
は、一般に光加入者系で用いられるため、低コストのモ
ジュール開発が特に要請されている。そのため、コスト
が高い温調機能を発光モジュールから省く試みがある。
しかし、温調機能を省いたときには、高温環境下でのレ
ーザ特性の劣化原因として、６００ｎｍ帯の可視光レー
ザと同様な電子のオーバーフロー問題が発生することが
知られている。この問題を解決する方法として、最近、
例えば「Japanese Journal of Applied Physics」,Vol.
35,pp.1273-1275(1996)に記載されているように、ＧaＡ
s基板上に格子整合したＧaＩnＮＡsを活性層として用い
る、１．３μｍ帯の赤外光レーザが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】６００ｎｍ帯の可視レ
ーザでは、ＡlＧaＩnＰは、ｐ型ドーパントを高濃度に
ドープすることが非常に難しく、せいぜい１×１０18ｃ
ｍ-3程度にとどまってしまう。このため、ｐクラッド層
のドーピング濃度を高くして、等価的に障壁の高さを高
くすることにはやはり限界がある。また、多重量子障壁
は、理論的には非常に大きな効果をもたらすことが期待
されているものの、設計通りの超薄膜多層構造を得るこ
とが実際的に困難などの理由により、現状では理論通り
の効果が得られていない。つまり、従来技術の範囲で
は、ＡlＧaＩnＰ系のレーザ構造に存在する電子のオー
バーフロー問題は十分には解決されていなかった。
ーザでは、ＡlＧaＩnＰは、ｐ型ドーパントを高濃度に
ドープすることが非常に難しく、せいぜい１×１０18ｃ
ｍ-3程度にとどまってしまう。このため、ｐクラッド層
のドーピング濃度を高くして、等価的に障壁の高さを高
くすることにはやはり限界がある。また、多重量子障壁
は、理論的には非常に大きな効果をもたらすことが期待
されているものの、設計通りの超薄膜多層構造を得るこ
とが実際的に困難などの理由により、現状では理論通り
の効果が得られていない。つまり、従来技術の範囲で
は、ＡlＧaＩnＰ系のレーザ構造に存在する電子のオー
バーフロー問題は十分には解決されていなかった。
【０００８】また、１３００ｎｍ帯の赤外レーザでは、
本来はＧaＡs基板に格子整合しないＧaＩnＡsにＮを添
加することにより格子整合を図るものであるから、Ｇa
Ａsへの格子整合条件とバンドギャップとを決めると、
その組成が一義的に定まってしまい、活性層の設計に関
して自由度が低いという問題があった。
本来はＧaＡs基板に格子整合しないＧaＩnＡsにＮを添
加することにより格子整合を図るものであるから、Ｇa
Ａsへの格子整合条件とバンドギャップとを決めると、
その組成が一義的に定まってしまい、活性層の設計に関
して自由度が低いという問題があった。
【０００９】本発明は、上記に鑑み、６００ｎｍ帯及び
１３００ｎｍ帯の各半導体発光素子において、活性層か
らｐ型クラッド層に電子がオーバーフローする問題を解
決することを目的とする。
１３００ｎｍ帯の各半導体発光素子において、活性層か
らｐ型クラッド層に電子がオーバーフローする問題を解
決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体発光素子は、活性層がＡlＧaＩnＮ
Ｐ混晶を含むことを特徴とする。
に、本発明の半導体発光素子は、活性層がＡlＧaＩnＮ
Ｐ混晶を含むことを特徴とする。
【００１１】ここで、発振波長が６００ｎｍ帯（６００
〜６８０ｎｍ）の半導体発光素子に本発明を適用する場
合には、ＡlＧaＩnＮＰ混晶におけるＮの比率を３％以
下とすることが好ましい。また、発振波長が１３００ｎ
ｍ帯（１２８０〜１３４０ｎｍ）の発光素子に本発明を
適用する場合には、Ｎの比率を５％〜１０％以下とする
ことが好ましい。
〜６８０ｎｍ）の半導体発光素子に本発明を適用する場
合には、ＡlＧaＩnＮＰ混晶におけるＮの比率を３％以
下とすることが好ましい。また、発振波長が１３００ｎ
ｍ帯（１２８０〜１３４０ｎｍ）の発光素子に本発明を
適用する場合には、Ｎの比率を５％〜１０％以下とする
ことが好ましい。
【００１２】以下、図面を参照し、本発明の原理を更に
詳細に説明する。まず、（ＡlzＧa1 -z）xＩn1-xＮvＰ
1-vと表わされる混晶系において、ＧaＡsに格子整合
し、かつバンドギャップ波長が６５０ｎｍ（ＧaＩnＰの
バンドギャップ波長）となる条件を満たす（ｘ、ｚ、
ｖ）の組を計算により求めた。図１は、上記条件を満た
す、Ｎ組成ｖとＡl＋Ｇaの組成ｘ（破線）及びＡlの組
成ｚ（実線）との関係を示したグラフである。同図に示
すように、Ａｌ組成ｚを増やすと、バンドギャップを一
定とする条件からはＮ組成ｖを増やす必要があり、Ｎ組
成ｖを増やすと格子整合条件からＡl＋Ｇaの組成ｘを減
らす必要がある。このときのＡｌ組成ｚに対するＡlＧa
ＩnＮＰ混晶のバンド位置をプロットしたものが図２で
ある。同図の実線は伝導帯のバンド位置を、破線は価電
子帯のバンド位置を夫々示す。
詳細に説明する。まず、（ＡlzＧa1 -z）xＩn1-xＮvＰ
1-vと表わされる混晶系において、ＧaＡsに格子整合
し、かつバンドギャップ波長が６５０ｎｍ（ＧaＩnＰの
バンドギャップ波長）となる条件を満たす（ｘ、ｚ、
ｖ）の組を計算により求めた。図１は、上記条件を満た
す、Ｎ組成ｖとＡl＋Ｇaの組成ｘ（破線）及びＡlの組
成ｚ（実線）との関係を示したグラフである。同図に示
すように、Ａｌ組成ｚを増やすと、バンドギャップを一
定とする条件からはＮ組成ｖを増やす必要があり、Ｎ組
成ｖを増やすと格子整合条件からＡl＋Ｇaの組成ｘを減
らす必要がある。このときのＡｌ組成ｚに対するＡlＧa
ＩnＮＰ混晶のバンド位置をプロットしたものが図２で
ある。同図の実線は伝導帯のバンド位置を、破線は価電
子帯のバンド位置を夫々示す。
【００１３】図２を参照すると、ＡlＧaＩnＰにＮを微
量添加することによって、格子整合条件及びバンドギャ
ップ一定の条件を満足しつつ、バンドの相対位置をほぼ
線形に変化させ得ることが判る。つまり、図に例示した
（Ａl0.7Ｇa0.3）ＩnＰの伝導帯及び価電子帯のバンド
位置（１．６５ｅＶ及び−０．２５ｅＶ）を考慮する
と、従来のＧaＩnＰ活性層では、伝導帯の不連続エネル
ギー量ΔＥcが約２５０ｍｅＶ、価電子帯の不連続エネ
ルギー量ΔＥvが約１５０ｍｅＶと夫々一定であるのと
は異なり、本発明に従ってＡlＧaＩnＮＰ活性層を用い
ることにより、発振波長が６００ｎｍ帯の半導体レーザ
において、伝導帯の不連続エネルギー量ΔＥcを２５０
ｍｅＶから５５０ｍｅＶまで任意に変化させることが可
能である。つまり、電子に対するｐクラッド障壁の高さ
は飛躍的に大きくなり、電子のオーバーフロー問題を抑
制することができる。
量添加することによって、格子整合条件及びバンドギャ
ップ一定の条件を満足しつつ、バンドの相対位置をほぼ
線形に変化させ得ることが判る。つまり、図に例示した
（Ａl0.7Ｇa0.3）ＩnＰの伝導帯及び価電子帯のバンド
位置（１．６５ｅＶ及び−０．２５ｅＶ）を考慮する
と、従来のＧaＩnＰ活性層では、伝導帯の不連続エネル
ギー量ΔＥcが約２５０ｍｅＶ、価電子帯の不連続エネ
ルギー量ΔＥvが約１５０ｍｅＶと夫々一定であるのと
は異なり、本発明に従ってＡlＧaＩnＮＰ活性層を用い
ることにより、発振波長が６００ｎｍ帯の半導体レーザ
において、伝導帯の不連続エネルギー量ΔＥcを２５０
ｍｅＶから５５０ｍｅＶまで任意に変化させることが可
能である。つまり、電子に対するｐクラッド障壁の高さ
は飛躍的に大きくなり、電子のオーバーフロー問題を抑
制することができる。
【００１４】ここで、あまり多くのＮを添加すると、バ
ンドギャップが小さくなり過ぎ、特に可視光半導体レー
ザの活性層には適さなくなる。従って、６５０ｎｍ帯の
発光素子では、ＡlＧaＩnＰに添加するＮの量は、図２
からも理解できるように、３％以下が望ましい。
ンドギャップが小さくなり過ぎ、特に可視光半導体レー
ザの活性層には適さなくなる。従って、６５０ｎｍ帯の
発光素子では、ＡlＧaＩnＰに添加するＮの量は、図２
からも理解できるように、３％以下が望ましい。
【００１５】一方１３００ｎｍ帯のレーザでは、活性層
としてＡlＧaＩnＰにＮを添加したＡlＧaＩnＮＰを用い
ることにより、活性層の設計における自由度を高めるこ
とが出来る。（ＡlzＧa1-z）xＩn1-xＮvＰ1-vと表わさ
れる混晶系において、ＧaＡsに格子整合し、かつバンド
ギャップ波長が１３１０ｎｍとなる条件を満たす（ｘ、
ｚ、ｖ）の組を計算により求めた。図３は、上記条件を
満たす、Ｎ組成ｖとＡl＋Ｇaの組成ｘ（破線）及びＡl
組成ｚ（実線）との関係を示したグラフである。
としてＡlＧaＩnＰにＮを添加したＡlＧaＩnＮＰを用い
ることにより、活性層の設計における自由度を高めるこ
とが出来る。（ＡlzＧa1-z）xＩn1-xＮvＰ1-vと表わさ
れる混晶系において、ＧaＡsに格子整合し、かつバンド
ギャップ波長が１３１０ｎｍとなる条件を満たす（ｘ、
ｚ、ｖ）の組を計算により求めた。図３は、上記条件を
満たす、Ｎ組成ｖとＡl＋Ｇaの組成ｘ（破線）及びＡl
組成ｚ（実線）との関係を示したグラフである。
【００１６】Ａl組成ｚを増やすと、バンドギャップ一
定の条件からはＮ組成ｖを増やす必要があり、Ｎ組成ｖ
を増やすと格子整合条件からＡl＋Ｇaの組成ｘを減らす
必要がある。このときのＡｌ組成ｚに対するＡlＧaＩn
ＮＰ混晶のバンド位置をプロットしたものが図４であ
る。同図の実線は伝導帯のバンド位置を、破線は価電子
帯のバンド位置を夫々示す。同図を参照すると、ＡlＧa
ＩnＰにＮを微量添加することによって、１３００ｎｍ
帯の半導体レーザにおいて、格子整合条件及びバンドギ
ャップ一定の条件を満足しつつ、バンドの相対位置をほ
ぼ線形に変化させ得ることが判る。
定の条件からはＮ組成ｖを増やす必要があり、Ｎ組成ｖ
を増やすと格子整合条件からＡl＋Ｇaの組成ｘを減らす
必要がある。このときのＡｌ組成ｚに対するＡlＧaＩn
ＮＰ混晶のバンド位置をプロットしたものが図４であ
る。同図の実線は伝導帯のバンド位置を、破線は価電子
帯のバンド位置を夫々示す。同図を参照すると、ＡlＧa
ＩnＰにＮを微量添加することによって、１３００ｎｍ
帯の半導体レーザにおいて、格子整合条件及びバンドギ
ャップ一定の条件を満足しつつ、バンドの相対位置をほ
ぼ線形に変化させ得ることが判る。
【００１７】従来技術では、本来はＧaＡs基板に格子整
合しないＧaＩnＡsにＮを添加することにより格子整合
させるものであり、ＧaＡsへの格子整合条件とバンドギ
ャップを決めると組成が一義的に定まってしまう。この
従来技術では、伝導帯の不連続エネルギー量ΔＥcが大
きくなるようなバンド配置が偶然に得られたにすぎな
い。一方、本発明では、上述したように格子整合条件及
びバンドギャップ一定の条件を満足し、更にそれに加え
て、バンド配置を任意に調整し得るため、設計の自由度
が大幅に向上する。１３１０ｎｍ帯の発振波長を得るに
は、ＡlＧaＩnＰに添加するＮの量は、図４からも理解
できるように、６％以上９％以下が望ましい。
合しないＧaＩnＡsにＮを添加することにより格子整合
させるものであり、ＧaＡsへの格子整合条件とバンドギ
ャップを決めると組成が一義的に定まってしまう。この
従来技術では、伝導帯の不連続エネルギー量ΔＥcが大
きくなるようなバンド配置が偶然に得られたにすぎな
い。一方、本発明では、上述したように格子整合条件及
びバンドギャップ一定の条件を満足し、更にそれに加え
て、バンド配置を任意に調整し得るため、設計の自由度
が大幅に向上する。１３１０ｎｍ帯の発振波長を得るに
は、ＡlＧaＩnＰに添加するＮの量は、図４からも理解
できるように、６％以上９％以下が望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】図５は、本発明の一実施形態例で
ある、ＧaＡs基板上に作製したＡlＧaＩnＮＰ系の半導
体レーザの断面図である。この半導体レーザは以下のよ
うにして得られる。まず、ｎ型ＧaＡs（ｎ−ＧaＡs、以
下同様）基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−Ｇa
Ａsバッファ層１１、ｎ−（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ
下部クラッド層１２、ＡlＧaＩnＮＰ活性層１３、ｐ−
（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ第１上部クラッド層１
４、ｐ−ＧaＩnＰエッチストップ層１５、ｐ−（Ａl0.7
Ｇa0 .3）0.5Ｉn0.5Ｐ第２上部クラッド層１６、ｐ−Ｇa
ＩnＰ中間層１７を順次に成長形成する。
ある、ＧaＡs基板上に作製したＡlＧaＩnＮＰ系の半導
体レーザの断面図である。この半導体レーザは以下のよ
うにして得られる。まず、ｎ型ＧaＡs（ｎ−ＧaＡs、以
下同様）基板１０上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−Ｇa
Ａsバッファ層１１、ｎ−（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ
下部クラッド層１２、ＡlＧaＩnＮＰ活性層１３、ｐ−
（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ第１上部クラッド層１
４、ｐ−ＧaＩnＰエッチストップ層１５、ｐ−（Ａl0.7
Ｇa0 .3）0.5Ｉn0.5Ｐ第２上部クラッド層１６、ｐ−Ｇa
ＩnＰ中間層１７を順次に成長形成する。
【００１９】上記で形成した積層上に、図示しない絶縁
膜（例えばＳiＮ）を堆積し、フォトリソグラフィ及び
化学エッチング法を採用して、第２上部クラッド層１６
及びｐ−ＧaＩnＰ中間層１７をメサ構造に形成する。Ｓ
iＮ絶縁膜を残したまま、２回目のＭＯＣＶＤ成長によ
りｎ−ＧaＡs電流阻止層１８を成膜し、メサ構造の両側
部を埋め込む。ＳiＮ絶縁膜を除去し、３回目のＭＯＣ
ＶＤ成長により、ｐ−ＧaＡsコンタクト層１９を全面に
成長し、更に、上部電極２０及び下部電極２１を夫々形
成することで、図５に示す発光素子が得られる。
膜（例えばＳiＮ）を堆積し、フォトリソグラフィ及び
化学エッチング法を採用して、第２上部クラッド層１６
及びｐ−ＧaＩnＰ中間層１７をメサ構造に形成する。Ｓ
iＮ絶縁膜を残したまま、２回目のＭＯＣＶＤ成長によ
りｎ−ＧaＡs電流阻止層１８を成膜し、メサ構造の両側
部を埋め込む。ＳiＮ絶縁膜を除去し、３回目のＭＯＣ
ＶＤ成長により、ｐ−ＧaＡsコンタクト層１９を全面に
成長し、更に、上部電極２０及び下部電極２１を夫々形
成することで、図５に示す発光素子が得られる。
【００２０】上記実施形態例の半導体発光素子の作製方
法及び素子の構造自体は従来とほぼ同じであるが、活性
層としてＡlＧaＩnＮＰを用いたことが従来とは異なっ
ている。比較のため、上記実施形態例の構造と同様な構
造を有し、活性層のＮの割合が０％（つまり、従来技術
のＧaＩnＰ活性層）のもの（比較例１）、０．７％のも
の（実施例１）、及び、１．６％のもの（比較例２）を
夫々試作した。素子のしきい値電流は、Ｎの添加量が０
％のもので約４５ｍＡ、０．７％のもので約４５ｍＡ、
１．６％のもので約６０ｍＡであった。
法及び素子の構造自体は従来とほぼ同じであるが、活性
層としてＡlＧaＩnＮＰを用いたことが従来とは異なっ
ている。比較のため、上記実施形態例の構造と同様な構
造を有し、活性層のＮの割合が０％（つまり、従来技術
のＧaＩnＰ活性層）のもの（比較例１）、０．７％のも
の（実施例１）、及び、１．６％のもの（比較例２）を
夫々試作した。素子のしきい値電流は、Ｎの添加量が０
％のもので約４５ｍＡ、０．７％のもので約４５ｍＡ、
１．６％のもので約６０ｍＡであった。
【００２１】Ｎの添加量が１．６％のもの（比較例２）
は、図２から理解できるように、価電子帯での不連続エ
ネルギー量ΔＥvがほとんど０であり、正孔に対する閉
じ込めが弱くなってしまったことから、しきい値の上昇
が生じたものと考えられる。なお、発振波長はいずれも
６５２ｎｍであった。次に、しきい値電流の温度依存性
を測定し、特性温度Ｔ0を求めた。
は、図２から理解できるように、価電子帯での不連続エ
ネルギー量ΔＥvがほとんど０であり、正孔に対する閉
じ込めが弱くなってしまったことから、しきい値の上昇
が生じたものと考えられる。なお、発振波長はいずれも
６５２ｎｍであった。次に、しきい値電流の温度依存性
を測定し、特性温度Ｔ0を求めた。
【００２２】特性温度Ｔ0は、Ｎの添加量が０％のもの
（比較例１）で約６０Ｋ、０．７％のもの（実施例１）
で約１２０Ｋ、１．６％のもの（比較例２）で約１５０
Ｋであった。このことから、本発明に従ってＮを添加し
たＡlＧaＩnＮＰ活性層を用いることにより、６００ｎ
ｍ帯の半導体レーザにおいて、活性層からｐクラッド層
への電子のオーバーフローが抑制され、レーザの温度特
性が著しく改善されることが判明した。
（比較例１）で約６０Ｋ、０．７％のもの（実施例１）
で約１２０Ｋ、１．６％のもの（比較例２）で約１５０
Ｋであった。このことから、本発明に従ってＮを添加し
たＡlＧaＩnＮＰ活性層を用いることにより、６００ｎ
ｍ帯の半導体レーザにおいて、活性層からｐクラッド層
への電子のオーバーフローが抑制され、レーザの温度特
性が著しく改善されることが判明した。
【００２３】図６は、本発明の第２の実施形態例の半導
体レーザである、ＧaＡs基板上に作製したＡlＧaＩnＮ
Ｐ系の半導体レーザの断面図である。同図の半導体レー
ザは、図５の半導体レーザと同様に作製されるが、Ａl
0.5Ｉn0.5Ｐをクラッド層３２、３４、３６に用いた
点、及び、Ｎを約６％添加したＡlＧaＩnＮＰを活性層
３３に用いた点において、先の実施形態例とは異なる。
体レーザである、ＧaＡs基板上に作製したＡlＧaＩnＮ
Ｐ系の半導体レーザの断面図である。同図の半導体レー
ザは、図５の半導体レーザと同様に作製されるが、Ａl
0.5Ｉn0.5Ｐをクラッド層３２、３４、３６に用いた
点、及び、Ｎを約６％添加したＡlＧaＩnＮＰを活性層
３３に用いた点において、先の実施形態例とは異なる。
【００２４】本実施形態例の半導体レーザ（実施例２）
を実際に作製して、その発振波長を測定したところ、１
３１０ｎｍであった。次に、しきい値電流の温度依存性
を測定し、特性温度Ｔ0を求めた。測定された特性温度
Ｔ0は、約１８０Ｋであった。比較のため、発振波長１
３１０ｎｍのレーザで一般的に用いられている、ＩnＰ
基板上のＧaＩnＡsＰ系半導体レー（比較例３）の特性
温度を測定したところ、その特性温度Ｔ0は８０Ｋであ
った。このことから、本発明に従ってＮを添加したＡl
ＧaＩnＮＰ活性層を用いることにより、１３００ｎｍ帯
の半導体レーザにおいて、活性層からｐクラッド層への
電子のオーバーフローが抑制され、レーザの温度特性が
著しく改善される旨が確認された。
を実際に作製して、その発振波長を測定したところ、１
３１０ｎｍであった。次に、しきい値電流の温度依存性
を測定し、特性温度Ｔ0を求めた。測定された特性温度
Ｔ0は、約１８０Ｋであった。比較のため、発振波長１
３１０ｎｍのレーザで一般的に用いられている、ＩnＰ
基板上のＧaＩnＡsＰ系半導体レー（比較例３）の特性
温度を測定したところ、その特性温度Ｔ0は８０Ｋであ
った。このことから、本発明に従ってＮを添加したＡl
ＧaＩnＮＰ活性層を用いることにより、１３００ｎｍ帯
の半導体レーザにおいて、活性層からｐクラッド層への
電子のオーバーフローが抑制され、レーザの温度特性が
著しく改善される旨が確認された。
【００２５】なお、上記の各実施形態例では、活性層を
バルク構造としたもので説明したが、いわゆる量子井戸
構造を採用し、ＡlＧaＩnＮＰを量子井戸層として用い
ても本発明の効果は同様に得られる。
バルク構造としたもので説明したが、いわゆる量子井戸
構造を採用し、ＡlＧaＩnＮＰを量子井戸層として用い
ても本発明の効果は同様に得られる。
【００２６】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の半導体発光素子は、上記実
施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実
施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した半導体
発光素子も、本発明の範囲に含まれる。
づいて説明したが、本発明の半導体発光素子は、上記実
施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実
施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した半導体
発光素子も、本発明の範囲に含まれる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体発
光素子によると、活性層がＡlＧaＩnＮＰ混晶を含む構
成を採用したことにより、Ｎの組成を制御することで伝
導帯の不連続エネルギー量ΔＥcを大きくでき、活性層
からｐクラッド層への電子のオーバーフローを抑制する
ことができ、温度特性の良好な発光素子が得られる効果
がある。
光素子によると、活性層がＡlＧaＩnＮＰ混晶を含む構
成を採用したことにより、Ｎの組成を制御することで伝
導帯の不連続エネルギー量ΔＥcを大きくでき、活性層
からｐクラッド層への電子のオーバーフローを抑制する
ことができ、温度特性の良好な発光素子が得られる効果
がある。
【図１】ＧaＡsに格子整合し、バンドギャップがＧaＩn
Ｐのバンドギャップに等しいという条件を満たすときの
ＡlＧaＩnＰに添加するＮの割合と、Ａl＋Ｇa組成ｘ及
びＡl組成ｚとの関係を示すグラフ。
Ｐのバンドギャップに等しいという条件を満たすときの
ＡlＧaＩnＰに添加するＮの割合と、Ａl＋Ｇa組成ｘ及
びＡl組成ｚとの関係を示すグラフ。
【図２】図１と同じ条件下でのＡlＧaＩnＰに添加する
Ｎの割合と、その混晶のバンド位置との関係を示すグラ
フ。
Ｎの割合と、その混晶のバンド位置との関係を示すグラ
フ。
【図３】ＧaＡsに格子整合し、バンドギャップが１３１
０ｎｍに等しいという条件を満たすときのＡlＧaＩnＰ
に添加するＮの割合と、Ａl＋Ｇa組成ｘ及びＡl組成ｚ
との関係を示すグラフ。
０ｎｍに等しいという条件を満たすときのＡlＧaＩnＰ
に添加するＮの割合と、Ａl＋Ｇa組成ｘ及びＡl組成ｚ
との関係を示すグラフ。
【図４】図３と同じ条件下でのＡlＧaＩnＰに添加する
Ｎの割合と、その混晶のバンド位置との関係を示すグラ
フ。
Ｎの割合と、その混晶のバンド位置との関係を示すグラ
フ。
【図５】本発明の第１の実施形態例の、ＧaＡs基板上に
作製したＡlＧaＩnＮＰ系６００ｎｍ帯レーザの断面
図。
作製したＡlＧaＩnＮＰ系６００ｎｍ帯レーザの断面
図。
【図６】本発明の第２の実施形態例の、ＧaＡs基板上に
作製したＡlＧaＩnＮＰ系１３００ｎｍ帯レーザの断面
図。
作製したＡlＧaＩnＮＰ系１３００ｎｍ帯レーザの断面
図。
１０、３０ ｎ−ＧaＡs基板 １１、３１ ｎ−ＧaＡsバッファ層 １２ ｎ−（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ下部クラッド
層 １３、３３ ＡlＧaＩnＮＰ活性層 １４ ｐ−（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ第１上部クラ
ッド層 １５、３５ ｐ−ＧaＩnＰエッチストップ層 １６ ｐ−（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ第２上部クラ
ッド層 １７、３７ ｐ−ＧaＩnＰ中間層１７ １８、３８ ｎ−ＧaＡs電流阻止層１８ １９、３９ ｐ−ＧaＡsコンタクト層 ２０、４０ 上部電極 ２１、４１ 下部電極２１ ３２ ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ下部クラッド層 ３４ ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ上部第１上部クラッド層 ３６ ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ上部第２上部クラッド層
層 １３、３３ ＡlＧaＩnＮＰ活性層 １４ ｐ−（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ第１上部クラ
ッド層 １５、３５ ｐ−ＧaＩnＰエッチストップ層 １６ ｐ−（Ａl0.7Ｇa0.3）0.5Ｉn0.5Ｐ第２上部クラ
ッド層 １７、３７ ｐ−ＧaＩnＰ中間層１７ １８、３８ ｎ−ＧaＡs電流阻止層１８ １９、３９ ｐ−ＧaＡsコンタクト層 ２０、４０ 上部電極 ２１、４１ 下部電極２１ ３２ ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ下部クラッド層 ３４ ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ上部第１上部クラッド層 ３６ ｎ−Ａl0.5Ｉn0.5Ｐ上部第２上部クラッド層
Claims (3)
- 【請求項１】 活性層がＡlＧaＩnＮＰ混晶を含むこと
を特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 発振波長が６００〜６８０ｎｍであり、
かつＮの比率が３％以下であることを特徴とする、請求
項１に記載の発光素子。 - 【請求項３】 発振波長が１２８０〜１３４０ｎｍであ
り、かつＮの比率が５％以上１０％以下であることを特
徴とする、請求項１に記載の発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9008191A JPH10209571A (ja) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9008191A JPH10209571A (ja) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209571A true JPH10209571A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=11686402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9008191A Pending JPH10209571A (ja) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10209571A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6884291B1 (en) * | 1998-04-13 | 2005-04-26 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US7198972B2 (en) | 1998-04-13 | 2007-04-03 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US7384479B2 (en) | 1998-04-13 | 2008-06-10 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength |
-
1997
- 1997-01-21 JP JP9008191A patent/JPH10209571A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6884291B1 (en) * | 1998-04-13 | 2005-04-26 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US7198972B2 (en) | 1998-04-13 | 2007-04-03 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US7384479B2 (en) | 1998-04-13 | 2008-06-10 | Ricoh Company, Ltd. | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength |
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