JPH08125285A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
Semiconductor light-emitting deviceInfo
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- JPH08125285A JPH08125285A JP22530695A JP22530695A JPH08125285A JP H08125285 A JPH08125285 A JP H08125285A JP 22530695 A JP22530695 A JP 22530695A JP 22530695 A JP22530695 A JP 22530695A JP H08125285 A JPH08125285 A JP H08125285A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、AlGaInP系
及びAlGaAsP系半導体材料を用いた半導体発光装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device using AlGaInP-based and AlGaAsP-based semiconductor materials.
【0002】[0002]
【従来の技術】AlGaInP系半導体材料を用いた従
来の半導体レーザダイオード(LD)一例としては、図
2に模型的に示すような構造のものがある。すなわち図
2において、201は、n型GaAs基板、202は、
基板201上に形成されたn型AlGaInPからなる
クラッド層である。203は、AlGaInPからなる
活性層である。204は、p型AlGaInPからなる
クラッド層である。すなわち、AlGaInP活性層2
03のエネルギーギャップが、AlGaInPクラッド
層202及び204のエネルギーギャップより小さくな
るよう混晶比が設定されており、ダブルヘテロ構造をな
している。206はコンタクト層である。2. Description of the Related Art As an example of a conventional semiconductor laser diode (LD) using an AlGaInP-based semiconductor material, there is a structure as schematically shown in FIG. That is, in FIG. 2, 201 is an n-type GaAs substrate, and 202 is
It is a clad layer made of n-type AlGaInP formed on the substrate 201. 203 is an active layer made of AlGaInP. Reference numeral 204 is a cladding layer made of p-type AlGaInP. That is, the AlGaInP active layer 2
The mixed crystal ratio is set so that the energy gap of 03 is smaller than the energy gap of the AlGaInP cladding layers 202 and 204, thus forming a double hetero structure. 206 is a contact layer.
【0003】205はGaAsからなる電流ブロック層
である。電流ブロック層205は、レーザー発振に必要
な電流密度を得るために、いわゆる、電流狭窄を行う目
的で設けられる。205は、層204を選択エッチング
してリッジを形成した後、SiNxなどのアモルファス
膜を用いて選択成長させることによって形成する。Reference numeral 205 is a current blocking layer made of GaAs. The current blocking layer 205 is provided for the purpose of so-called current constriction in order to obtain a current density required for laser oscillation. The layer 205 is formed by selectively etching the layer 204 to form a ridge, and then selectively growing the layer 204 using an amorphous film such as SiNx.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】AlGaInP又はA
lInP(以下あわせてAlGaInP系化合物とい
う。)はAlGaAsP又はAlGaAs(以下あわせ
てAlGaAsP系化合物という。)と比較して、抵抗
率が高い、熱抵抗が大きい等の欠点も有しており、この
ことが素子の動作電圧を高くする、発熱を大きくするな
どといた問題点が生じており、素子の特性や信頼性の向
上において大きな課題となっている。特に、半導体レー
ザのように、電流狭窄が行なわれたり、発光密度が高く
なる場合には、上記の問題点はますます深刻になる。Problems to be Solved by the Invention AlGaInP or A
In comparison with AlGaAsP or AlGaAs (hereinafter collectively referred to as AlGaAsP-based compound), lInP (hereinafter collectively referred to as AlGaInP-based compound) has drawbacks such as high resistivity and large thermal resistance. However, there are problems such as increasing the operating voltage of the element and increasing heat generation, which is a major problem in improving the characteristics and reliability of the element. In particular, when the current is constricted or the emission density is increased like the semiconductor laser, the above problems become more serious.
【0005】また、p型AlGaInP系化合物のクラ
ッド層のドーパントとして、一般的に亜鉛(Zn)が用
いられているが、Znの活性化率が低いために抵抗率を
下げるためには高濃度ドーピングを行う必要がある。し
かしながら、この場合活性化しなかったZnが成長中に
AlGaInP系化合物結晶中を速い速度で拡散してい
き、pn接合位置が発光層よりもn側に大きくずれたり
することがある。この場合、電流電圧特性に異常をもた
らしたり、レーザーのしきい値電流を増加させたりす
る。このようなp型AlGaInP系化合物層からのZ
n拡散は、p型AlGaInP系化合物層の層厚の増加
に伴って、顕著になる。また、レーザーのように発光層
の厚みが比較的薄い場合には、Zn拡散による電流電圧
特性の異常が生じやすくなる。n型AlGaInP系化
合物層には、拡散係数の小さいSiが有効である。Further, zinc (Zn) is generally used as a dopant for the cladding layer of a p-type AlGaInP-based compound, but since the activation rate of Zn is low, high-concentration doping is used to reduce the resistivity. Need to do. However, in this case, Zn that has not been activated may diffuse in the AlGaInP-based compound crystal at a high speed during the growth, and the pn junction position may be largely displaced to the n side from the light emitting layer. In this case, the current-voltage characteristics may be abnormal, or the threshold current of the laser may be increased. Z from such a p-type AlGaInP-based compound layer
The n diffusion becomes remarkable as the layer thickness of the p-type AlGaInP-based compound layer increases. Further, when the thickness of the light emitting layer is comparatively thin like a laser, the current-voltage characteristics are likely to be abnormal due to Zn diffusion. Si having a small diffusion coefficient is effective for the n-type AlGaInP-based compound layer.
【0006】通常ダブルヘテロ構造を用いた場合、活性
層へのキャリア及び光の閉じ込めを充分に行うために、
クラッド層の膜厚として1〜2μm程度は必要となる。
有機金属気相成長法でAlGaInP系化合物を成長す
るとき、 III族原料となる有機金属とV族原料となるP
H3 との供給モル比(V/ III)を非常に大きくする必
要がある。このために、成長速度を余り大きく取れな
い、成長原料コストがAlGaAs系化合物などに比べ
てかなり高くなるといった問題が生じている。特に多数
枚同時成長可能な量産用の大型装置においてはこれ以外
に除害等の点でますます深刻となる。Usually, when a double hetero structure is used, in order to sufficiently confine carriers and light in the active layer,
The film thickness of the clad layer is required to be about 1 to 2 μm.
When an AlGaInP-based compound is grown by metalorganic vapor phase epitaxy, an organic metal as a group III source and a P as a group V source are used.
It is necessary to make the supply molar ratio (V / III) with H 3 very large. For this reason, there are problems that the growth rate cannot be increased so much and that the cost of the growth raw material becomes considerably higher than that of the AlGaAs compound. Especially in the case of a large-scale apparatus for mass production, where a large number of wafers can be grown simultaneously, other problems such as harm removal become more serious.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、A
lGaInP又はGaInPからなる活性層を有する半
導体発光装置において、発光素子の素子特性を劣化させ
ない程度にZnドープのp型AlGaInP系化合物ク
ラッド層の厚みを薄くして活性層及びn側クラッドへの
Zn拡散を少なくさせることに想到し、ただし、活性層
上下のAlGaInP系化合物クラッド層の膜厚を薄く
すると、キャリア及び光の閉じ込めが不十分となり、素
子特性を劣化させてしまうので、不足分をほぼ同じバン
ドギャップと屈折率を持つAlGaAsP系化合物で代
用ができることを見出した。また、n型AlGaAsP
系化合物は同程度のキャリア濃度を有するAlGaIn
P系化合物よりもZn拡散が起こりにくいために、n型
AlGaInP系化合物クラッドの層厚も薄い方がZn
拡散によるpn接合位置のシフトを防ぐことにも有効で
あること、さらに、AlGaInP系化合物クラッド層
の薄膜化は動作電圧の低減、熱抵抗の低減にも有効であ
ること、量産化の観点からも、成長時間、原料コスト及
び除害等の点で、AlGaInP系化合物層を極力薄く
し、AlGaAsP系化合物を多く用いる方が有効であ
ること等を見出し、本発明に到達した。すなわち、本発
明の要旨は、第1導電型のAlGaAsP又はAlGa
Asからなる第1クラッド層と、該第1クラッド層に隣
接して、第1導電型のAlGaInP又はAlInPか
らなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層と、該第2
のクラッド層に隣接して、第1又は第2導電型のAlG
aInP又はGaInPからなる厚さ0.1μm未満の
活性層と、該活性層に隣接して、第2導電型のAlGa
InP又はAlInPから成る厚さ0.5μm以下の第
3クラッド層と、該第3クラッド層に隣接して、第2導
電型のAlGaAsP又はAlGaAsからなる第4ク
ラッド層を具備し、且つ該活性層への電流を狭窄するた
めの電流阻止層を有することを特徴とする半導体発光装
置に存する。Means for Solving the Problems Therefore, the present inventors have proposed A
In a semiconductor light emitting device having an active layer made of 1GaInP or GaInP, the Zn-doped p-type AlGaInP-based compound clad layer is thinned to the extent that the device characteristics of the light emitting device are not deteriorated, and Zn is diffused into the active layer and the n-side clad. However, if the thickness of the AlGaInP-based compound clad layers above and below the active layer is reduced, carriers and light will not be confined sufficiently and the device characteristics will be deteriorated. It was found that an AlGaAsP compound having a band gap and a refractive index can be used as a substitute. In addition, n-type AlGaAsP
AlGaIn having similar carrier concentration
Since Zn diffusion is less likely to occur than that of a P-based compound, the thinner the n-type AlGaInP-based compound clad is Zn.
From the viewpoint of mass production, it is also effective to prevent the shift of the pn junction position due to diffusion, and that the thinning of the AlGaInP-based compound cladding layer is also effective to reduce the operating voltage and thermal resistance. The inventors have found that it is more effective to make the AlGaInP-based compound layer as thin as possible and use a large amount of AlGaAsP-based compound from the viewpoints of growth time, raw material cost, detoxification, etc., and arrived at the present invention. That is, the gist of the present invention is the first conductivity type AlGaAsP or AlGa.
A first clad layer made of As, a second clad layer made of AlGaInP or AlInP of a first conductivity type and having a thickness of 0.5 μm or less, which is adjacent to the first clad layer;
Adjacent to the clad layer of AlG of the first or second conductivity type
An active layer made of aInP or GaInP and having a thickness of less than 0.1 μm, and a second conductivity type AlGa adjacent to the active layer.
The active layer comprises a third clad layer made of InP or AlInP and having a thickness of 0.5 μm or less, and a fourth clad layer made of AlGaAsP or AlGaAs of the second conductivity type, which is adjacent to the third clad layer. The semiconductor light emitting device is characterized by having a current blocking layer for confining a current to the semiconductor light emitting device.
【0008】以下本発明をより詳細に説明する。本発明
の半導体発光装置は、第1導電型のAlGaAsP系化
合物からなる第1クラッド層と、該第1クラッド層に隣
接して、第1導電型のAlGaInP系化合物からなる
厚さ0.5μm以下の第2クラッド層と、該第2のクラ
ッド層に隣接して、第1又は第2導電型のAlGaIn
P又はGaInPからなる厚さ0.1μm未満の活性層
と、該活性層に隣接して、第2導電型のAlGaInP
系化合物から成る厚さ0.5μm以下の第3クラッド層
と、該第3クラッド層に隣接して、第2導電型のAlG
aAsP系化合物からなる第4クラッド層を具備し、且
つ該活性層への電流を狭窄するための電流阻止層を有す
ることを特徴としている。なお、本発明の半導体発光装
置の各層中の構成元素の含有割合は、基板および各層間
の格子整合を考慮して決定すればよい。以下に、本発明
の発光装置をレーザダイオードとして実現した態様の一
例である、図1の素子を用いて説明する。The present invention will be described in more detail below. The semiconductor light emitting device of the present invention comprises a first clad layer made of a first conductivity type AlGaAsP compound, and a thickness of 0.5 μm or less made of a first conductivity type AlGaInP compound adjacent to the first clad layer. Of the second clad layer and adjacent to the second clad layer, the first or second conductivity type AlGaIn
An active layer of P or GaInP having a thickness of less than 0.1 μm and a second conductivity type AlGaInP adjacent to the active layer.
A third clad layer having a thickness of 0.5 μm or less, which is made of a system-based compound, and a second conductivity type AlG adjacent to the third clad layer.
It is characterized in that it has a fourth cladding layer made of an aAsP-based compound, and has a current blocking layer for confining the current to the active layer. The content ratio of the constituent elements in each layer of the semiconductor light emitting device of the present invention may be determined in consideration of the lattice matching between the substrate and each layer. The element of FIG. 1, which is an example of a mode in which the light emitting device of the present invention is realized as a laser diode, will be described below.
【0009】図1は本発明の半導体装置の一例であり、
実施例にて製造した装置の説明図である。本発明の装置
を製造する際には、通常単結晶基板上に構成される。そ
してこの基板101としては、特に限定されないが、通
常GaAs基板が用いられる。基板上には、通常基板の
欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込まないために2μ
m以下程度のバッファ層102を用いることが好まし
い。そしてこのバッファ層上に本発明の第1,第2クラ
ッド層、活性層、第3,第4クラッド層がこの順に積層
され、そして活性層への電流を狭窄し、活性層での電流
密度を向上させるための電流阻止層を設けてある。第1
クラッド層103としては、第1導電型のAlGaAs
P系化合物であって、その厚さは通常0.3〜3μmが
好ましい。そしてより好ましい第1クラッド層の厚さは
下限として0.5μm以上であり、上限として1.5μ
mである。そしてそのキャリア濃度としては、1×10
17cm-3〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、特に好
ましくは、下限として2×1017cm-3、上限として2
×1018cm-3の範囲である。FIG. 1 shows an example of the semiconductor device of the present invention.
It is explanatory drawing of the apparatus manufactured in the Example. When manufacturing the device of the present invention, it is usually constructed on a single crystal substrate. The substrate 101 is not particularly limited, but a GaAs substrate is usually used. On the substrate, 2μ is used to prevent the defects of the substrate from being introduced into the epitaxial growth layer.
It is preferable to use the buffer layer 102 having a thickness of about m or less. Then, the first and second clad layers, the active layer, and the third and fourth clad layers of the present invention are laminated in this order on this buffer layer, and the current to the active layer is constricted to reduce the current density in the active layer. A current blocking layer is provided for improvement. First
The clad layer 103 is made of AlGaAs of the first conductivity type.
It is a P-based compound, and its thickness is usually preferably 0.3 to 3 μm. And the more preferable thickness of the first cladding layer is 0.5 μm or more as a lower limit and 1.5 μm as an upper limit.
m. The carrier concentration is 1 × 10
The range of 17 cm −3 to 3 × 10 18 cm −3 is preferable, and particularly preferable is 2 × 10 17 cm −3 as the lower limit and 2 as the upper limit.
It is in the range of × 10 18 cm -3 .
【0010】そして第1クラッド層上に、第1導電型の
AlGaInP系化合物からなる厚さ0.5μm以下の
第2クラッド層104が積層されている。この層の厚さ
のより好ましい下限としては0.01μm以上であり、
上限としては0.3μmである。そしてそのキャリア濃
度としては、1×1017cm-3〜3×1018cm-3の範
囲が好ましく、特に好ましくは、下限として2×1017
cm-3、上限として2×1018cm-3の範囲である。A second clad layer 104 of a first conductivity type AlGaInP compound having a thickness of 0.5 μm or less is laminated on the first clad layer. The more preferable lower limit of the thickness of this layer is 0.01 μm or more,
The upper limit is 0.3 μm. The carrier concentration is preferably in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 3 × 10 18 cm −3 , particularly preferably 2 × 10 17 as the lower limit.
cm −3 , and the upper limit is in the range of 2 × 10 18 cm −3 .
【0011】この第2のクラッド層の上に第1又は第2
導電型のAlGaInP又はGaInPからなる厚さ
0.1μm未満の活性層105が積層される。活性層と
しては、量子井戸構造の活性層を用いてもよい。活性層
のキャリア濃度は特に限定されず、むしろ特に不純物ド
ープをすることなく、アンドープの状態(この場合でも
わずかに第1又は第2導電型になっている)であること
が、素子の性能の安定化の点からより好ましい。A first or second layer is formed on the second cladding layer.
An active layer 105 made of conductive type AlGaInP or GaInP and having a thickness of less than 0.1 μm is stacked. As the active layer, an active layer having a quantum well structure may be used. The carrier concentration of the active layer is not particularly limited, and rather, the fact that the active layer is in an undoped state (even in this case, it is slightly of the first or second conductivity type) does not affect the performance of the device. It is more preferable from the viewpoint of stabilization.
【0012】そしてかかる活性層の上に第2導電型のA
lGaInP系化合物から成る厚さ0.5μm以下の第
3クラッド層106が積層される。そしてそのキャリア
濃度としては、1×1017cm-3〜3×1018cm-3の
範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として2×10
17cm-3、上限として2×1018cm-3の範囲である。A second conductivity type A is formed on the active layer.
A third clad layer 106 made of a 1GaInP-based compound and having a thickness of 0.5 μm or less is laminated. The carrier concentration is preferably in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 3 × 10 18 cm −3 , and particularly preferably, the lower limit is 2 × 10 7.
The range is 17 cm -3 and the upper limit is 2 × 10 18 cm -3 .
【0013】さらにこの第3クラッド層の上に、第2導
電型のAlGaAsP系化合物からなる第4クラッド層
107を積層する。そしてその厚さとしては0.3〜3
μmの範囲が好ましく、そしてより好ましい範囲は、下
限として0.5μm、上限として1.5μmである。キ
ャリア濃度としては、1×1017cm-3〜3×1018c
m-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として2
×1017cm-3、上限として2×1018cm-3の範囲で
ある。Further, a fourth clad layer 107 made of a second conductivity type AlGaAsP-based compound is laminated on the third clad layer. And its thickness is 0.3-3
A range of μm is preferred, and a more preferred range is 0.5 μm as a lower limit and 1.5 μm as an upper limit. The carrier concentration is 1 × 10 17 cm −3 to 3 × 10 18 c
The range of m -3 is preferable, and the lower limit is particularly preferably 2
The range is × 10 17 cm -3 and the upper limit is 2 × 10 18 cm -3 .
【0014】本発明に用いられる電流阻止層108は、
活性層における電流密度を、素子に流す電流は変えずに
増加させること等の理由により設けられる層である。電
流阻止層の位置としては、特に限定されないが、平坦な
活性層や良質のエピタキシャル成長層が得られやすいた
め、活性層からみて、基板の反対側にあることが、MO
CVD法等の気相成長の場合好ましい。The current blocking layer 108 used in the present invention is
This layer is provided for the reason that the current density in the active layer is increased without changing the current flowing through the device. The position of the current blocking layer is not particularly limited. However, since it is easy to obtain a flat active layer or a high-quality epitaxial growth layer, it may be located on the opposite side of the substrate from the active layer.
It is preferable in the case of vapor phase growth such as the CVD method.
【0015】又、活性層の側面に存在させることは、電
流狭窄の点からは最良である。しかしながら活性層にダ
メージを与えやすいためより好ましくは、第3クラッド
層の直前又は第3クラッド層の一部に電流阻止層が広が
っている構造が好ましい。そして電流阻止層の導電型
は、高抵抗のアンドープ層であるか、又は隣接するクラ
ッド層と逆の導電型にすることが好ましい。また、あま
り薄いと電流阻止に支障を生じる可能性があるため、
0.1μm以上、より好ましくは0.5μm以上の厚さ
があることが好ましく、素子としてのサイズ等を勘案し
て、0.1〜3μm程度の範囲から選択すればよい。そ
してレーザ素子の特性向上のためには、該電流阻止層
が、AlGaAsP又はAlGaAsからなり、かつ該
電流阻止層の屈折率が、電流路となる該リッジ構造部分
の屈折率よりも小さいことがより好ましい。Further, the presence on the side surface of the active layer is the best from the viewpoint of current confinement. However, a structure in which the current blocking layer spreads immediately before the third cladding layer or in a part of the third cladding layer is more preferable because it is likely to damage the active layer. The conductivity type of the current blocking layer is preferably a high resistance undoped layer or the conductivity type opposite to that of the adjacent clad layer. Also, if it is too thin, it may interfere with current blocking,
The thickness is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and may be selected from the range of about 0.1 to 3 μm in consideration of the size as an element. In order to improve the characteristics of the laser device, it is more preferable that the current blocking layer is made of AlGaAsP or AlGaAs, and the refractive index of the current blocking layer is smaller than the refractive index of the ridge structure portion that serves as a current path. preferable.
【0016】上述のクラッド層等のドーパントの種類と
しては、p型の層がAlGaAsP系化合物層である場
合にはドーピング不純物として炭素が好ましく、p型の
層がAlGaInP系化合物である場合にはドーピング
不純物としてベリリウム及び/又はマグネシウムが好ま
しい。又n型ドーピング不純物としてはシリコンが好ま
しい。As the kind of dopant for the above-mentioned cladding layer, carbon is preferable as a doping impurity when the p-type layer is an AlGaAsP-based compound layer, and when the p-type layer is an AlGaInP-based compound, doping is performed. Beryllium and / or magnesium are preferred as impurities. Silicon is preferable as the n-type doping impurity.
【0017】これ以外の層としては、キャップ層10
9、コンタクト層110、保護層112等を常法に従っ
て作製すればよい。以下本発明を実施例を用いてより詳
細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、実
施例に限定されるものではない。As the other layers, the cap layer 10 is used.
9, the contact layer 110, the protective layer 112, etc. may be manufactured by a conventional method. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples as long as the gist thereof is not exceeded.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。本
実施例では、結晶成長法として、膜厚、組成の制御性及
び量産性に優れるMOVPE法を用いた。使用した原料
ガスはトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチル
ガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TM
I)、ホスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )で
あり、キャリアガスとして精製により高純度化された水
素(H2 )ガスを使用した。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below. In this embodiment, the MOVPE method, which is excellent in controllability of film thickness, composition and mass productivity, is used as the crystal growth method. The source gases used were trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TM).
I), phosphine (PH 3 ), and arsine (AsH 3 ), and hydrogen (H 2 ) gas highly purified by purification was used as a carrier gas.
【0019】図1に示すような本発明のレーザーダイオ
ードの製造に用いるエピタキシャルウェハを以下に述べ
る手順で製造した。まず、n型GaAs(100)基板
101上にn型GaAsバッファー層102(厚み0.
5μm)、n型Al0.7 Ga 0.3 As第1クラッド層1
03(厚み1.0μm)、n型(Al0.7 Ga0.3 )
0.5 In0.5 P第2クラッド層104(厚み0.2μ
m)、活性層105をGa 0.5 In0.5 P(0.06μ
m)、p型(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5 P第3ク
ラッド層106(厚み0.2μm)、p型Al0.7 Ga
0.3 Asクラッド層107(厚み1.0μm)、p型G
aAsキャップ層109(厚み0.2μm)を順次成長
させた(図3)。The laser diode of the present invention as shown in FIG.
The epitaxial wafers used for manufacturing
It was manufactured by the following procedure. First, n-type GaAs (100) substrate
N-type GaAs buffer layer 102 (thickness: 0.
5 μm), n-type Al0.7Ga 0.3As first clad layer 1
03 (thickness 1.0 μm), n-type (Al0.7Ga0.3)
0.5In0.5P second cladding layer 104 (thickness 0.2 μ
m), the active layer 105 is Ga 0.5In0.5P (0.06μ
m), p-type (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P third
Rad layer 106 (thickness 0.2 μm), p-type Al0.7Ga
0.3As clad layer 107 (thickness 1.0 μm), p-type G
Sequential growth of aAs cap layer 109 (thickness 0.2 μm)
(Fig. 3).
【0020】次に、リッジを形成するためにリッジを形
成する部分にSiNx膜111を形成した。続いて、第
4クラッド層107及びキャップ層109をエッチング
し、第3クラッド層106の表面でエッチングを停止さ
せた。その結果、図4に示すようなリッジが形成され
た。このときGaAsキャップ層及びAlGaAsクラ
ッド層のエッチングには、リン酸−過酸化水素系、酒石
酸−過酸化水素系などが用いられる。これらのエッチン
グでは、AlGaInPのエッチングレートはAlGa
Asに比べて非常に遅くなるため、制御性よくリッジ外
側の部分の層厚を決めることができる。Next, in order to form a ridge, a SiNx film 111 was formed in the portion where the ridge is to be formed. Subsequently, the fourth clad layer 107 and the cap layer 109 were etched, and the etching was stopped at the surface of the third clad layer 106. As a result, a ridge as shown in FIG. 4 was formed. At this time, phosphoric acid-hydrogen peroxide system, tartaric acid-hydrogen peroxide system, or the like is used for etching the GaAs cap layer and the AlGaAs cladding layer. In these etchings, the etching rate of AlGaInP is AlGa
Since it becomes much slower than As, the layer thickness of the portion outside the ridge can be determined with good controllability.
【0021】リッジが形成されたウェハをMOCVD装
置に設置して、図5に示すように、n型Al0.8 Ga
0.2 As層108を電流阻止層として、キャップ層10
9を含むリッジ部の側面及びエッチングされた層107
上にMOCVD法により0.8μm成長させる。さらに
電流阻止層108上に保護層としてn型GaAs層11
2を0.2μm成長させた。このとき、Al0.8 Ga
0.2 As層のSiNx膜上への多結晶の堆積を抑制する
迄に成長中に微量のHClガスを成長空間に導入した。The wafer on which the ridge was formed was placed in an MOCVD apparatus and, as shown in FIG. 5, n-type Al 0.8 Ga was used.
Using the 0.2 As layer 108 as a current blocking layer, the cap layer 10
Side of ridge including 9 and etched layer 107
0.8 μm is grown on top by MOCVD. Further, an n-type GaAs layer 11 is formed on the current blocking layer 108 as a protective layer.
2 was grown to 0.2 μm. At this time, Al 0.8 Ga
A small amount of HCl gas was introduced into the growth space during the growth until the deposition of polycrystal on the 0.2 As layer SiNx film was suppressed.
【0022】図1に示すようにSiNx膜111を除去
した後、p型GaAsコンタクト層110を2μm成長
させて本発明のエピタキシャルウェハの製造を終了し
た。得られたエピタキシャルウェハに電極を蒸着した
後、ダイシングし、劈開により、ファブリー・ペロー面
を形成してレーザダイオードを作成した。しきい値電流
は20mAと非常に低く、かつ面内での均一性も2イン
チウェハで±5%程度と非常に良好であった。さらに従
来のAlGaInPリッジに対してAlGaAsをリッ
ジに用いたことにより、素子抵抗も約半分に低減でき
た。As shown in FIG. 1, after removing the SiNx film 111, the p-type GaAs contact layer 110 was grown to a thickness of 2 μm, and the production of the epitaxial wafer of the present invention was completed. After vapor-depositing electrodes on the obtained epitaxial wafer, dicing was performed and a Fabry-Perot surface was formed by cleavage to form a laser diode. The threshold current was very low at 20 mA, and the in-plane uniformity was very good at about ± 5% for a 2-inch wafer. Further, by using AlGaAs for the ridge as compared with the conventional AlGaInP ridge, the device resistance can be reduced to about half.
【0023】上記実施例における結晶成長条件は、成長
温度650〜750℃、圧力102hPa、V/III 比
25〜50(AlGaAs)及び500〜750(Al
GaInP,GaInP)、成長速度1〜5μm/hr
(AlGaAs)及び0.5〜2μm/hr(AlGa
InP,GaInP)であった。上記実施例では基板側
をn型の基板を用いたが、p型基板を用いて上記の構造
の各層の導電型を反転させてエピタキシャルウェハを作
製させてもよい。また、結晶成長法はMOVPE法に限
定されるものではなく、MBE法、CBE法等の気相成
長法においても本発明は大いに有効である。The crystal growth conditions in the above embodiment are as follows: growth temperature 650 to 750 ° C., pressure 10 2 hPa, V / III ratio 25 to 50 (AlGaAs) and 500 to 750 (Al).
GaInP, GaInP), growth rate 1-5 μm / hr
(AlGaAs) and 0.5 to 2 μm / hr (AlGa
InP, GaInP). Although an n-type substrate is used on the substrate side in the above embodiments, a p-type substrate may be used to invert the conductivity type of each layer having the above structure to produce an epitaxial wafer. Further, the crystal growth method is not limited to the MOVPE method, and the present invention is also very effective in vapor phase growth methods such as the MBE method and the CBE method.
【0024】半導体レーザにおいては活性層の膜厚が比
較的薄いために(通常0.1μm以下)、亜鉛およびセ
レンのような拡散係数の大きい不純物をドーパントに用
いると、クラッド層のドーパントが、活性層を通りこし
て反対側の層へ拡散してしまい、レーザ特性を大きく劣
化させてしまったり、再現性を大きく損なうという問題
を生じ易かった。Zn拡散を抑制するための方法とし
て、n側クラッドのキャリア濃度を上げることを試みた
が、表面モホロジー不良や非発光センターの増大等の結
晶品質の劣化により、素子特性を悪化させてしまった。
そこで、本発明のようにAlGaInPクラッド層の厚
みを極力薄くすることにより、トータルの不純物拡散量
を低減させることができ、拡散を防止するための余分な
ドービングが不要になった。そのためにn型クラッド層
のキャリア濃度を1×1018cm-3以下に抑えることが
でき、結晶品質及び素子特性を向上できる。Since the thickness of the active layer is relatively thin in a semiconductor laser (usually 0.1 μm or less), if an impurity having a large diffusion coefficient such as zinc and selenium is used as a dopant, the dopant in the clad layer becomes active. Problems such as passing through the layer and diffusing to the layer on the opposite side, which greatly deteriorates the laser characteristics and greatly impairing reproducibility, are likely to occur. As a method for suppressing Zn diffusion, an attempt was made to increase the carrier concentration in the n-side cladding, but the device characteristics were deteriorated due to deterioration of crystal quality such as poor surface morphology and increase of non-radiative centers.
Therefore, as in the present invention, by making the thickness of the AlGaInP clad layer as thin as possible, the total amount of impurity diffusion can be reduced, and extra doving for preventing diffusion is unnecessary. Therefore, the carrier concentration of the n-type cladding layer can be suppressed to 1 × 10 18 cm −3 or less, and the crystal quality and device characteristics can be improved.
【0025】活性層を量子井戸構造等のような超薄膜に
すると、上述の不純物の拡散の抑制はますます必要とな
る。そこで本発明では、p型AlGaAsP系化合物ク
ラッド層のドーピング不純物として炭素を、p型AlG
aInP系化合物クラッド層のドーピング不純物として
ベリリウムあるいはマグネシウムを、n型AlGaAs
P系化合物クラッド層及びn型AlGaInP系化合物
クラッド層のドーピング不純物としてシリコンをそれぞ
れ用いることにより不純物拡散をさらに低減させ、素子
作製の歩留りや再現性を大きく向上させることができ
る。If the active layer is made of an ultra-thin film such as a quantum well structure, the above-mentioned suppression of the diffusion of impurities becomes more and more necessary. Therefore, in the present invention, carbon is used as a doping impurity of the p-type AlGaAsP-based compound clad layer, and p-type AlG
Beryllium or magnesium is used as a doping impurity for the aInP-based compound cladding layer, and n-type AlGaAs is used.
By using silicon as a doping impurity for the P-type compound clad layer and the n-type AlGaInP-type compound clad layer, the impurity diffusion can be further reduced, and the yield and reproducibility of device fabrication can be greatly improved.
【0026】又、AlGaAsP系化合物はAlGaI
nP系化合物と比較して、抵抗率が低い、熱抵抗が低い
等の利点も有しており、電流狭窄のために形成されるリ
ッジ部をAlGaAsP系化合物にすることにより、従
来の素子構造に比べて素子の動作電圧及び発熱を低減す
ることができた。このことにより、素子の特性や信頼性
の向上もはかることができた。The AlGaAsP-based compound is AlGaI.
Compared with nP-based compounds, it also has advantages such as low resistivity and low thermal resistance. By using an AlGaAsP-based compound for the ridge portion formed due to current constriction, conventional device structure can be obtained. In comparison, the operating voltage and heat generation of the device could be reduced. As a result, the characteristics and reliability of the device could be improved.
【0027】さらに、AlGaInP系化合物に特有な
原子配列の秩序化によるバンドギャップの減少の抑制、
すなわち発光波長の長波長化の抑制、あるいは表面モホ
ロジーの良化及び安定化に関しては面方位を(100)
から〔011〕方向に5〜25度傾斜させた第1導電型
のGaAs基板を用いることが有効である。また、発光
層のAl組成の低減化は、素子の信頼性、寿命の向上の
点で重要であるが、これは、GaAsP基板を用いるこ
とにより容易に達成することができる。このときは、格
子整合を取るためにAlGaAsPクラッドを用いれば
よい。Further, suppression of a decrease in bandgap due to ordering of atomic arrangement peculiar to AlGaInP compounds,
That is, to suppress the emission wavelength from becoming longer, or to improve and stabilize the surface morphology, the plane orientation should be (100).
It is effective to use a GaAs substrate of the first conductivity type that is tilted by 5 to 25 degrees in the [011] direction. Further, the reduction of the Al composition of the light emitting layer is important in terms of the reliability and life of the device, which can be easily achieved by using a GaAsP substrate. At this time, an AlGaAsP clad may be used to obtain lattice matching.
【0028】さらに、本発明により成長時間及び原料コ
ストの低減かつ除害等の装置への負担の軽減を大いには
かることができ、多数枚同時成長可能な大型の量産装置
による安定生産が可能となる。Further, according to the present invention, it is possible to greatly reduce the growth time and the cost of raw materials and to reduce the burden on the apparatus such as the removal of harm, and it becomes possible to perform stable production by a large-scale mass production apparatus capable of simultaneously growing a large number of sheets. .
【0029】[0029]
【発明の効果】本発明によれば、AlGaInP又はG
aInPからなる活性層を挟むクラッド層の構造を最適
化することにより、発光素子の特性及び信頼性を向上さ
せることができ、かつ原料コストの低減も可能となる。According to the present invention, AlGaInP or G
By optimizing the structure of the clad layers sandwiching the active layer made of aInP, the characteristics and reliability of the light emitting element can be improved and the raw material cost can be reduced.
【図1】図1は本発明の発光素子の一例を示す説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a light emitting device of the present invention.
【図2】図2は従来の発光素子の一例を示す説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a conventional light emitting element.
【図3】図3は本発明の発光素子の製造方法を説明する
ための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method for manufacturing a light emitting device according to the present invention.
【図4】図4は本発明の発光素子の製造方法を説明する
ための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method for manufacturing a light emitting device of the present invention.
【図5】図5は本発明の発光素子の製造方法を説明する
ための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a manufacturing method of the light emitting device of the present invention.
101 基板 102 バッファ層 103 第1クラッド層 104 第2クラッド層 105 活性層 106 第3クラッド層 107 第4クラッド層 108 電流阻止層 109 キャップ層 110 コンタクト層 111 SiNx膜 112 保護層 101 substrate 102 buffer layer 103 first clad layer 104 second clad layer 105 active layer 106 third clad layer 107 fourth clad layer 108 current blocking layer 109 cap layer 110 contact layer 111 SiNx film 112 protective layer
Claims (9)
aAsからなる第1クラッド層と、該第1クラッド層に
隣接して、第1導電型のAlGaInP又はAlInP
からなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層と、該第
2のクラッド層に隣接して、第1又は第2導電型のAl
GaInP又はGaInPからなる厚さ0.1μm未満
の活性層と、該活性層に隣接して、第2導電型のAlG
aInP又はAlInPから成る厚さ0.5μm以下の
第3クラッド層と、該第3クラッド層に隣接して、第2
導電型のAlGaAsP又はAlGaAsからなる第4
クラッド層を具備し、且つ該活性層への電流を狭窄する
ための電流阻止層を有することを特徴とする半導体発光
装置。1. A first conductivity type AlGaAsP or AlG
a first clad layer made of aAs, and a first conductivity type AlGaInP or AlInP adjacent to the first clad layer.
And a second clad layer having a thickness of 0.5 μm or less and adjacent to the second clad layer, and having a first or second conductivity type Al.
An active layer made of GaInP or GaInP and having a thickness of less than 0.1 μm, and a second conductivity type AlG adjacent to the active layer.
A third clad layer made of aInP or AlInP and having a thickness of 0.5 μm or less, and a second clad layer adjacent to the third clad layer.
Fourth type of conductivity type AlGaAsP or AlGaAs
A semiconductor light emitting device comprising a clad layer and a current blocking layer for confining a current to the active layer.
ド層が、AlGaAsP又はAlGaAsからなるリッ
ジ構造を有しており、該リッジ構造の左右に電流阻止層
を具備している請求項1記載の半導体発光装置。2. The first clad layer and / or the fourth clad layer has a ridge structure made of AlGaAsP or AlGaAs, and a current blocking layer is provided on the left and right sides of the ridge structure. Semiconductor light emitting device.
と逆導電型であるか又は高抵抗半導体である請求項1又
は2に記載の半導体発光装置。3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the current blocking layer has a conductivity type opposite to that of the clad layer in contact with the current blocking layer or a high resistance semiconductor.
リッジ側壁及びAlGaInP又はAlInPからなる
底面に接している請求項1乃至3のいずれかに記載の半
導体発光装置。4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the current blocking layer is in contact with a ridge sidewall made of AlGaAs and a bottom surface made of AlGaInP or AlInP.
lGaAsからなり、かつ該電流阻止層の屈折率が、電
流路となる該リッジ構造部分の屈折率よりも小さい請求
項1乃至4のいずれかに記載の半導体発光装置。5. The current blocking layer is AlGaAsP or A
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is made of 1 GaAs, and the refractive index of the current blocking layer is smaller than the refractive index of the ridge structure portion serving as a current path.
リア濃度が1×10 18cm-3以下である請求項1乃至5
のいずれかに記載の半導体発光装置。6. The cap of an n-type layer of the cladding layer.
Rear concentration is 1 × 10 18cm-3The following are claims 1 to 5.
The semiconductor light emitting device according to any one of 1.
ち、p型の層がAlGaAsP又はAlGaAs層であ
って、かつ該p型層がドーピング不純物として炭素を含
む請求項1乃至6のいずれか記載の半導体発光装置。7. The first clad layer and the fourth clad layer, wherein the p-type layer is an AlGaAsP or AlGaAs layer, and the p-type layer contains carbon as a doping impurity. The semiconductor light-emitting device described.
ち、p型の層がAlGaInP又はAlInPであっ
て、かつ該p型層がドーピング不純物としてベリリウム
及び/又はマグネシウムを含む請求項1乃至7のいずれ
か記載の半導体発光装置。8. The second clad layer and the third clad layer, wherein the p-type layer is AlGaInP or AlInP, and the p-type layer contains beryllium and / or magnesium as a doping impurity. 5. The semiconductor light emitting device according to any one of 1.
用いた請求項1乃至8のいずれか記載の半導体発光装
置。9. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein silicon is used as the n-type doping impurity.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP22530695A JPH08125285A (en) | 1994-09-01 | 1995-09-01 | Semiconductor light-emitting device |
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JP6-208672 | 1994-09-01 | ||
JP20867294 | 1994-09-01 | ||
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JP2005165917A Division JP2005260277A (en) | 1994-09-01 | 2005-06-06 | Semiconductor light-emitting device |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08125285A true JPH08125285A (en) | 1996-05-17 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100734638B1 (en) * | 1998-07-24 | 2007-07-02 | 필립스 루미리즈 라이팅 캄파니 엘엘씨 | AlGaInP LIGHT EMITTING DEVICES WITH THIN ACTIVE LAYERS |
JP2007288218A (en) * | 2007-07-06 | 2007-11-01 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser |
JP2019079911A (en) * | 2017-10-24 | 2019-05-23 | シャープ株式会社 | Semiconductor laser element |
-
1995
- 1995-09-01 JP JP22530695A patent/JPH08125285A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100734638B1 (en) * | 1998-07-24 | 2007-07-02 | 필립스 루미리즈 라이팅 캄파니 엘엘씨 | AlGaInP LIGHT EMITTING DEVICES WITH THIN ACTIVE LAYERS |
JP2007288218A (en) * | 2007-07-06 | 2007-11-01 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser |
JP2019079911A (en) * | 2017-10-24 | 2019-05-23 | シャープ株式会社 | Semiconductor laser element |
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