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JPS6255985A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

Semiconductor light emitting element

Info

Publication number
JPS6255985A
JPS6255985A JP60197013A JP19701385A JPS6255985A JP S6255985 A JPS6255985 A JP S6255985A JP 60197013 A JP60197013 A JP 60197013A JP 19701385 A JP19701385 A JP 19701385A JP S6255985 A JPS6255985 A JP S6255985A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
active layer
type
compound semiconductor
refractive index
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.)
Granted
Application number
JP60197013A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0440872B2 (en
Inventor
Isao Hino
日野 功
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC 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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP60197013A priority Critical patent/JPS6255985A/en
Publication of JPS6255985A publication Critical patent/JPS6255985A/en
Publication of JPH0440872B2 publication Critical patent/JPH0440872B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce the adverse influence of a lattice mismatch to the quality of a crystal without loss of low threshold laser function and to readily form a light emitting element by forming a 2-element or 3-element compound semiconductor between an active layer and a clad layer. CONSTITUTION:An undoped Ga0.5In0.5P active layer 104, and clad layers 102, 106 such as n-type (Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P, P-type (Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P are formed on an n-type GaAs substrate 101. Guide layers 103, 105 such as n-type Al0.5Ga0.5 As, p-type Al0.3Ga0.5As lattice-matched to a substrate 1 are formed of 2-element or 3-element compound semiconductor having Ga and A as III group elements and larger energy gap and smaller refractive index than the layer 104. Accordingly, the adverse influence of lattice mismatch to the crystal is prevented without loss of the low threshold laser function, the light is emitted over a wide wavelength range to enhance the performance, function and reliability and the formation is ready due to simple multilayer structure.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、発光あるいはレーザ発揚する半導体発光素子
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor light emitting device that emits light or emits laser light.

(従来技術とその問題点) 多元混晶化合物半導体はその構成元素の組み合わせによ
り広い範囲でエネルギーギャップおよび屈折率を変えら
れる。この性質を利用して多元混晶化合物の半導体層を
複数層積層してダブルへテロ構造を形成し、高効率の発
光ダイオードやレーザダイオードが製作されている。し
かるに特性が優れ、信頼性の高いこれらの半導体発光素
子を得るためには各半導体層の格子定数を基板の値と一
致させるか極めて近い値にさせる必要がある。従来広く
用いられているAI!xGa、−xAs(Q≦X≦1)
系化合物牛導体は、アルミニウム組成Xに依らず格子定
数はほぼ一定である。このため、AI!xGat−xA
s系では前述のダブルへテロ構造を構成する場合、格子
定数一致の条件を常に満足したまま各層のアルミニウム
組成を設定することができる。また、半導体発光素子の
クラッド層と活性層との間に光導波のための層(光導波
層とよぶ)を挾んだり、或いは光導波層内のアルミニウ
ム組成を層面と垂直方向に連続的に変えても格子定数不
一致の問題は生じない。
(Prior art and its problems) A multi-component mixed crystal compound semiconductor can change its energy gap and refractive index over a wide range depending on the combination of its constituent elements. Taking advantage of this property, high-efficiency light emitting diodes and laser diodes are manufactured by laminating multiple semiconductor layers of multi-component mixed crystal compounds to form a double heterostructure. However, in order to obtain these semiconductor light emitting devices with excellent characteristics and high reliability, it is necessary to make the lattice constant of each semiconductor layer match or be extremely close to the value of the substrate. AI that has been widely used in the past! xGa, -xAs (Q≦X≦1)
The lattice constant of the based compound conductor is almost constant regardless of the aluminum composition X. For this reason, AI! xGat-xA
In the case of the s-system, when forming the double heterostructure described above, the aluminum composition of each layer can be set while always satisfying the condition of lattice constant matching. In addition, a layer for optical waveguide (called an optical waveguide layer) is sandwiched between the cladding layer and the active layer of a semiconductor light emitting device, or the aluminum composition in the optical waveguide layer is changed continuously in the direction perpendicular to the layer surface. Even if the change is made, the problem of lattice constant mismatch does not occur.

ところが近年、AI!xGas−xAs系で得られるよ
りも広い波長範囲(可視光或から赤外或)の発光或いは
レーザ発掘が要求され、他の構成元素から成る化合物半
導体が発光素子を製作するのに用いられるようになった
。可視光域では(A l x G a s −x )6
,5I no−s P系、GaxInl−x PyAs
 I−y系などの化合物半導体が、また赤外域ではGa
xIn s −x AsySbl−y系、GaxIrz
−xPykss−y系などの化合物半導体(いずれのx
、yまO< x≦1.0<y≦lの値をとる)が用いら
れている。基板用半導体としてはGaAs、Garb、
InPなどが用いられ、これら基根上に気相成長法(有
機全域熱分解法(MOVPB)、−・ロダン輸送法(1
−ITVPR))、液相成長法(LPE)、或いは分子
線法(MBE)等によシ、ダブルへテロ構造が形成され
ている。このとき基板と格子整合するように多元混晶の
各組成を精密に制御しなければならない。
However, in recent years, AI! Emission or laser excavation in a wider wavelength range (from visible light to infrared) than that obtained with the xGas-xAs system is required, and compound semiconductors made of other constituent elements are being used to fabricate light-emitting devices. became. In the visible light range (A l x Gas -x)6
, 5I no-s P system, GaxInl-x PyAs
Compound semiconductors such as I-y, and Ga in the infrared region.
xIns-x AsySbl-y system, GaxIrz
-xPykss-y compound semiconductors (any x
, ymaO<x≦1.0<y≦l) is used. Semiconductors for substrates include GaAs, Garb,
InP, etc. are used, and vapor phase growth methods (organic bulk pyrolysis (MOVPB), - Rodan transport method (1
-ITVPR)), liquid phase epitaxy (LPE), molecular beam method (MBE), etc., the double heterostructure is formed. At this time, each composition of the multi-component mixed crystal must be precisely controlled to achieve lattice matching with the substrate.

第3図に(A / X G a t−り04 I n+
1.S P系を用いGa、)4 I n04 Pを活性
層とするダブルへテロ構造レーザダイオードの従来例を
示す(アプライド・フィジクスーレターズ(Appl 
−Phys−Let t−)第43巻pp987−98
9(1983)。n型G a A s基板501上に例
えばMOCVD法により、n型Aj6.3 Ga(1,
7)(、−5In64Pクラツド層5021アンドープ
Ga6.5 I ”0.S P活性層503、p型(A
I!o、sG ao、? ) 6.5 I n9.5 
Pクラッド/* 504、オーミックコンタクト用p型
G a A s層505を順次形成し、さらにストライ
プ状開口509をもつSin、膜506上にA u /
 Z nなどのp型用1に507を、基板501の裏面
にA u G e などのn型用電極508をそれぞれ
形成したものである。、これは、通常のダブルへテロ構
造であるが、このような比較的簡単な構造のものでもA
I!GaInP系で実現することはA j G a A
 s系に比べて非常に困難である。その理由を以下に述
べる。A / G a A s系ではアルばニウム(A
Iりとガリウム(Ga)の組成比によらずいずれの組成
でもGaAs基板とほぼ格子整合するが、A I G 
a I n P系ではAIとGaのモル分率の和とイン
ジウム(In)のモル分率の比を約1 : IK保たな
いと大きな格子不整合を生じる。格子不整合が生ずると
結晶性が劣化し、従って素子特性が劣化することになる
。このようにAIGaInP系では多層構造にした場合
、きらには組成を成長時に連続的に変化させる場合には
、格子照合条件を保ったまま組成を変化させることは非
常に困難となる。
In Figure 3 (A /
1. A conventional example of a double heterostructure laser diode using S P system with Ga, )4 I n04 P as the active layer is shown (Applied Physics Letters).
-Phys-Let t-) Volume 43 pp987-98
9 (1983). On the n-type GaAs substrate 501, for example, an n-type Aj6.3 Ga(1,
7) (, -5In64P cladding layer 5021 undoped Ga6.5I''0.SP active layer 503, p-type (A
I! o,sG ao,? ) 6.5 I n9.5
A P cladding/* 504 and a p-type GaAs layer 505 for ohmic contact are sequentially formed, and then A u /
An electrode 507 for p-type such as Zn is formed on the back surface of the substrate 501, and an electrode 508 for n-type such as AuGe is formed on the back surface of the substrate 501. , this is a normal double heterostructure, but even with such a relatively simple structure, A
I! What can be achieved with the GaInP system is A j G a A
This is extremely difficult compared to the s-series. The reason for this is explained below. In the A/G a As system, aluminum (A
Regardless of the composition ratio of I and gallium (Ga), any composition is almost lattice matched to the GaAs substrate, but A I G
In the a I n P system, a large lattice mismatch occurs unless the ratio of the sum of the mole fractions of AI and Ga to the mole fraction of indium (In) is maintained at about 1:IK. When lattice mismatch occurs, crystallinity deteriorates, and therefore device characteristics deteriorate. In this way, when the AIGaInP system has a multilayer structure and the composition is continuously changed during growth, it is extremely difficult to change the composition while maintaining the lattice matching conditions.

第4図fa)は、AI!GaAs系で実現された傾斜屈
折率分離光導波へテロ構造(GRIN−8CH)レーヂ
アプライド−フィツクス・レターズ(Appl・Phy
s−Let、t−)第40巻ppzx7−219(19
82))の断面図である。基板面に垂直方向のエネルギ
ーバンド、および屈折率のダイヤグラムを第4図(b)
Figure 4 fa) shows AI! Gradient refractive index separated optical waveguide heterostructure (GRIN-8CH) realized in GaAs system Radiation Applied Fixtures Letters (Appl・Phy
s-Let, t-) Volume 40 ppzx7-219 (19
82)) is a cross-sectional view. Figure 4(b) shows a diagram of the energy band perpendicular to the substrate surface and the refractive index.
.

(C)に併せて示す。nfiGaAs基板521上にn
型A/6.5Ga、、、Asクラッド層522、クラッ
ド層522から活性層524に向かってA/組成を0.
4から連続的に0.2まで減らしたn型Al!GaAs
グレーディッド層523、アンドーグ活性層524、活
性層524からクラッド層526に向かってAI!組成
を0.2から連続的K O,4まで増やしたp型A I
 G a A sグレーティラド層525、p型A10
.5Ga6.5 Asクラッド4526、オーミックコ
ンタクト用p型GaAs層527を順次形成したのち、
ストライプ状開口531をもつsio、膜528上にA
 u / Z nなどのp型用を極529を、基板52
1の裏面にA u G eなどのn型用電極530をそ
れぞれ形成したものである。活性N524の厚みを50
0A以下にすることと、A/組成の傾斜をもつグレーデ
ィッド層523および525をもっことにより、従来の
ダブルへテロ構造と較べて、そのレーザ発振閾値を大幅
に低減することができるが、発揚可能な波長範囲が0.
7〜0.87μmに限られるという欠点がある。これ以
外の可視域、赤外域の波長範囲の発振を得るにはAI!
GaAs糸を用いたのではためでAI!GaInP六〇
aInAsSb系などA、gGaAs系以外の材料を用
いなければならない。ところがこれらの材料は基板と格
子整合するためには組成の厳しい制御が必要となり、高
機能、高性能化のだめの複雑な多層構造をとることが非
猟に困難であった。
It is also shown in (C). nfiGaAs substrate 521
Type A/6.5Ga, , As cladding layer 522, A/composition of 0.5Ga, As from cladding layer 522 to active layer 524.
N-type Al continuously reduced from 4 to 0.2! GaAs
AI! from the graded layer 523, the undoped active layer 524, and the active layer 524 to the cladding layer 526! p-type A I with increasing composition from 0.2 to continuous K O,4
G a As gray T-rad layer 525, p-type A10
.. After sequentially forming a 5Ga6.5As cladding 4526 and a p-type GaAs layer 527 for ohmic contact,
sio with striped openings 531, A on the membrane 528.
For p-type such as U/Zn, connect the pole 529 to the substrate 52.
An n-type electrode 530 such as AuGe is formed on the back surface of each of the two electrodes. The thickness of active N524 is 50
By setting the value to 0 A or less and having graded layers 523 and 525 with A/composition gradients, the laser oscillation threshold can be significantly lowered compared to the conventional double heterostructure. The possible wavelength range is 0.
There is a drawback that the thickness is limited to 7 to 0.87 μm. To obtain oscillations in the visible and infrared wavelength ranges, use AI!
AI using GaAs thread! A material other than A, gGaAs type, such as GaInP60aInAsSb type, must be used. However, these materials require strict control of their composition in order to achieve lattice matching with the substrate, making it extremely difficult to form complex multilayer structures that require high functionality and performance.

(発明の目的) 本発明の目的は、このような従来の欠点を除去し、広い
波長範囲にわたって発光し、高性能、高機能、高信頼性
を有する半導体発光素子を提供することにある。
(Objective of the Invention) An object of the present invention is to eliminate such conventional drawbacks, to provide a semiconductor light emitting device that emits light over a wide wavelength range, and has high performance, high functionality, and high reliability.

(発明の構成) 本発明によれば、ガリウムおよびアルミニウムののうち
一方或いはその両方を用族元素としてもつ二元或いは三
元m−v化合物半導体基板上に、多元化合物半導体より
成る活性層と、この活性層の上下両面に設けられた活性
層よりも大きなエネルギーギャップと小さな屈折率をも
つ多元化合物半導体より成るクラッド層とを有する半導
体発光素子において、活性層と一方のクラッド層或いは
両方のクラッド層との間にガリウムおよびアルミニウム
のうち一方或いはその両方を用族元素としてもちかつ活
性層よりも大きなエネルギーギャップと小さな屈折率を
もつ二元或いは三元化合物半導体層をもつ構造をそなえ
た半導体発光素子が得られる。さらに活性層とクラッド
層との間に形成された化合物半導体層のアルミニウム組
成が、活性層に接する側からクラッド層に接する側に向
かって大きくなる前述の半導体発光素子が得られる。
(Structure of the Invention) According to the present invention, an active layer made of a multi-component compound semiconductor is provided on a binary or ternary m-v compound semiconductor substrate having one or both of gallium and aluminum as group elements; In a semiconductor light emitting device having cladding layers made of a multi-component compound semiconductor having a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer provided on both the upper and lower surfaces of the active layer, the active layer and one cladding layer or both cladding layers A semiconductor light emitting device having a structure including a binary or ternary compound semiconductor layer having one or both of gallium and aluminum as a group element and having a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer. is obtained. Furthermore, the aforementioned semiconductor light emitting device is obtained in which the aluminum composition of the compound semiconductor layer formed between the active layer and the cladding layer increases from the side in contact with the active layer to the side in contact with the cladding layer.

(実施例) 以下1図面を用いて本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be described in detail below using one drawing.

本発明のM−41の実施例を第1図に示す。第1図(a
>は第1の実施例の模式図、第1図(blは第1の実施
例のエネルギーバンドダイヤグラム、第1図IC)は第
1の実施例の屈折率ダイヤグラムをそれぞれ示す。第1
図(al 、 (bl 、 (C)で共通する部分は同
じ番号を附した。本実施例は波長0.65μmで発振す
る赤色可視光半導体レーザの構造を示しており、その形
成法は次のとおシである。n型GaAs基板101上に
エピタキシャル成長法によシ厚さ1.0μmのn型(A
la、s G 3o、r ) o、s I no、 i
 Pクラッド層102゜厚さ0.4μmのn型Al!6
.50a(1,5Asガイド層103、厚さ0.0:(
μmのアンドープGa6,5 In6.5 P活性層1
04、厚さ0.4μmのp型Al!o、s Ga□、5
 Asガイド層105、厚さ1.0μmのp型(k16
.s Ga(、,7)o、5In(1,5Pクラッド層
106、厚さl、93mのp型GaAs層107を順次
成長する。エピタキシャル成長法としてはMOVPE法
、MBE法等のいずれでもよい。さらにストライブ状開
口(幅lOμm)−G a A s基板101上にA 
u / G e合金によるn電極1)0を形成て完成す
る。活性層104にはストライプ状に電流が注入され励
起されて効率よい発振が可能となる。成長層方向の距離
Xに対するエネルギバンドダイヤグラムおよび屈折率ダ
イヤグラムを第1図(bl 、 (c)にそれぞれ示す
。注入されたキャリアは第1図(b)に示されているよ
うに、最もエネルギーギャップの小さなG a6.5 
I no、S P活性層104に閉じこめられレーザ発
振に寄与する。本実施例は、活性層でのキャリア密度を
高め、レーザ発振閾電流値を下げるために活性層104
の厚さは0.03μmと薄くしであるので、光は活性層
104のみに閉じこめられず光のガイド量103゜10
5中にも拡がる。屈折率のダイヤグラム第1図(C)で
わかるように、ガイド層103,105および活性層1
04の屈折率はクラッド層102,106のそれよりも
大きいので、レーザ発振光は活性層104および光のガ
イド層103.105に閉じ込められる。光および注入
キャリアの閉じ込めを十分に行なうには、そのために必
要な屈折率差、エネルギーギャップ差をもつクラッド層
で活性層を挾まねばならない。その役割を担うのが(A
lo、5Ga0,7 )(、,5I no、Is Pク
ラッド層102および106である。諒1図(b)およ
び(C1に示されているように、エネルギーギャップは
活性層104、ガイド層103および105、クラッド
層102および106の順に大きくなり、屈折率はこの
順番で小さくなっている。A 71 G a A s系
では、G a I n Pに対して、充分なエネルギー
ギャップ差および屈折率差をとることができないので、
クラッド層としてはAlGa工nPを用いる必要がある
。ところがガイド層に対してはA I G a A s
系でも、本実施例の如く適当なAI組成のものを用いれ
ば、その効果を十分果たすことができる。ガイド層とし
て適当な組成のAlGaInP系を用いることもできる
が、この場合、基板と格子整合を保つ組成にする必要が
あシ、結晶成長の際の困難度、素子にした場合の信頼性
維持の困難さが憎すことになり、素子歩留りも低下する
。そこで本実施例の如く、組成の如何に拘わらず基板と
格子整合するA I G a A sを用いることによ
りこれらの不都合は解消され、しかも所望の素子特性を
得ることができる。
An embodiment of M-41 of the present invention is shown in FIG. Figure 1 (a
> is a schematic diagram of the first embodiment, and FIG. 1 (bl is an energy band diagram of the first embodiment, and FIG. 1 IC) is a refractive index diagram of the first embodiment. 1st
Common parts in Figures (al, bl, and (C) are given the same numbers. This example shows the structure of a red visible light semiconductor laser that oscillates at a wavelength of 0.65 μm, and its formation method is as follows. A 1.0 μm thick n-type (A
la, s G 3o, r ) o, s I no, i
P cladding layer 102゜thickness 0.4μm n-type Al! 6
.. 50a (1,5As guide layer 103, thickness 0.0: (
μm undoped Ga6,5 In6.5 P active layer 1
04, p-type Al with a thickness of 0.4 μm! o,sGa□,5
As guide layer 105, p-type (k16
.. s Ga(,,7)o,5In(1,5P cladding layer 106 and a p-type GaAs layer 107 with a thickness of 1 and 93 m are successively grown. The epitaxial growth method may be either MOVPE, MBE, etc. Striped opening (width lOμm) - A on the Ga As substrate 101
Complete by forming n electrode 1)0 by u/G e alloy. Current is injected into the active layer 104 in a stripe pattern and excited, allowing efficient oscillation. The energy band diagram and refractive index diagram with respect to the distance small Ga a6.5
I no and S P are confined in the active layer 104 and contribute to laser oscillation. In this embodiment, the active layer 104 is designed to increase the carrier density in the active layer and lower the laser oscillation threshold current value.
Since the thickness of the active layer 104 is as thin as 0.03 μm, the light is not confined only in the active layer 104, and the amount of light guided is 103°10.
It also spreads during the 5th. As can be seen in the refractive index diagram FIG. 1(C), the guide layers 103, 105 and the active layer 1
Since the refractive index of 04 is larger than that of the cladding layers 102 and 106, the laser oscillation light is confined in the active layer 104 and the light guide layers 103 and 105. In order to sufficiently confine light and injected carriers, the active layer must be sandwiched between cladding layers having the necessary refractive index difference and energy gap difference. The person who plays this role is (A
lo, 5Ga0,7) (, 5I no, Is P cladding layers 102 and 106. As shown in Figure 1(b) and (C1), the energy gap is 105, cladding layers 102 and 106, and the refractive index decreases in this order.In the A 71 Ga As system, there is a sufficient energy gap difference and refractive index difference with respect to Ga In P. Since it is not possible to take
It is necessary to use AlGa-nP as the cladding layer. However, for the guide layer, A I G a A s
The effect can be fully achieved by using a system with an appropriate AI composition as in this example. It is also possible to use an AlGaInP system with an appropriate composition as the guide layer, but in this case, it is necessary to maintain a lattice match with the substrate, and the degree of difficulty during crystal growth and reliability maintenance when used as a device are important. The difficulty becomes a problem, and the device yield also decreases. Therefore, by using AIGaAs, which has lattice matching with the substrate regardless of its composition, as in this embodiment, these disadvantages can be solved and desired device characteristics can be obtained.

本発明の第2の実施例を第2図に示す。第2図(a)は
第2の実施例の模式図、第2図(b)は第2の実施例の
エネルギーバンドダイヤグラム、第2図(C)は第2の
実施例の屈折率ダイヤグラムをそれぞれ示す。第2図(
a) 、 (b) 、 (C)で共通する部分は同じ番
号を附した。本実施例は波長0.636nmで発振する
低発振閾値赤色可視光半導体レーザの構造を示しておシ
、その形成法を次に説明する。エピタキシャル結晶成長
法としては、MBE法又はMOVPE法を用いる。まず
n型G a A s基板201上に厚さ1、 O、!1
 mのn型(A16.e G ao、4 )o、s I
 no、5 Pクラッド層202を成長する。この上に
成長方向に連続的にA1組成が0.7から05に減少す
るAlxGax−xAsグレーディッド層203を04
μm成長する。
A second embodiment of the invention is shown in FIG. FIG. 2(a) is a schematic diagram of the second embodiment, FIG. 2(b) is an energy band diagram of the second embodiment, and FIG. 2(C) is a refractive index diagram of the second embodiment. Each is shown below. Figure 2 (
Common parts in a), (b), and (C) are given the same numbers. This example shows the structure of a low oscillation threshold red visible light semiconductor laser that oscillates at a wavelength of 0.636 nm, and a method for forming the same will be described next. As the epitaxial crystal growth method, MBE method or MOVPE method is used. First, a layer with a thickness of 1,0,! is formed on an n-type GaAs substrate 201. 1
m n-type (A16.e Gao, 4) o, s I
No. 5P cladding layer 202 is grown. On top of this, an AlxGax-xAs graded layer 203 whose Al composition decreases continuously from 0.7 to 0.05 in the growth direction is formed.
Grows by μm.

続いて厚さ0.01μmのアンドープ(Alo、IOa
O,9)o、sIn、JP活性層204を成長し、その
上に成長方向に連続的にA1組成が0.5から07に増
加するkl xGa 1− 、Asグレーディッド20
5を0.4 μm成長する。さらにその上に厚さ1.0
μmのp型(Alo、s Ga6.4 )o、s I 
no、S PクラッドN206、厚さ1.0μmのp型
G a A s層207を順次成長する。
Next, undoped (Alo, IOa) with a thickness of 0.01 μm
O, 9) o, sIn, JP active layer 204 is grown, and a kl x Ga 1-, As graded 20 is grown thereon, with the A1 composition increasing continuously from 0.5 to 0.07 in the growth direction.
5 to a thickness of 0.4 μm. Furthermore, the thickness is 1.0
μm p-type (Alo, s Ga6.4 ) o, s I
No. S P cladding N206 and a p-type GaAs layer 207 with a thickness of 1.0 μm are sequentially grown.

続いてストライプ状開口(I唱10μm)21)をもつ
Si偽絶縁膜208上にA u / Z n合金にょる
n電極209およびn−GaAs基板201上にA u
 / G e合金によるn電極210を形成する。
Subsequently, an n-electrode 209 made of an Au/Zn alloy is formed on a Si pseudo-insulating film 208 having striped openings (10 μm) 21), and an Au-electrode 209 is formed on an n-GaAs substrate 201.
/ An n-electrode 210 made of Ge alloy is formed.

成長層方向の距Mixに対するエネルギーバンドダイヤ
グラムおよび屈折率ダイヤグラムを第2図(b)。
FIG. 2(b) shows an energy band diagram and a refractive index diagram for the distance Mix in the growth layer direction.

(C)にそれぞれ示す。注入されたキャリアは第2図(
b)で示されているように最もエネルギーギャップの小
さい(Alo、t GaO,s)o、s In6.B 
P活性層204に閉じ込められレーザ発振に寄与す′る
。本実施例では、活性層を厚さ0.01μmとごく薄く
し、前記第1の実施例よりもキャリア密度を高め、また
量子井戸効果を生ぜしめて発振閾値の低下をはかっであ
る。このとき、注入キャリアを効率よく活性層204に
集め、かつ光をクラッド層202,206゜の間に閉じ
込めるためにグレーディッド層203゜205を設けで
ある。第2図(b)に示したように注入キャリアはブレ
ラディラド層203,205につくられた電界によシ活
性層204に集められ、第2図(C)に示したような屈
折率分布によシ光は活性層204を中心にしてグレーデ
ィッド層203゜205に亘って閉じ込められる。この
場合、グレーディッド層203,205には、組成を連
続的に変化させることが要求される。屈折率、エネルギ
ーギャップの値の観点からは、AlGaInP系でも満
足されるのであるが、レーザ素子とする場合には、基板
と格子整合を保つ必要がある。A I G aInPの
ように一般に組成を変えると格子定数の変わる材料で、
格子定数を一定に保ちながら組成を変えることは非常に
困難である。ところが本実施例のようにAlGaAs系
の材料をグレーディッド層として用いると、連続的に組
成を変えても格子定数はG a A sのそれとほぼ一
致している。またA I G a A Sは、AlGa
1nP系のレーザに対しても、本実施例のようにエネル
ギーギャップの値や屈折率に対しての要請を満足する組
成を得ることができる。このようにして製作した素子は
従来のダブルへテロ構造素子と較べて発振閾値を大幅に
低減することができた。これは従来AlGaAs系で得
らhている0RIN−8CHレーザと同様の効果が本実
施例の構造を以てしても得られていることを意味してい
る。第1および第2の実施例で挙げた化合物組成2層厚
、導伝型などのパラメータは、ここで述べた値に限定さ
ハるものではない。
Each is shown in (C). The injected carriers are shown in Figure 2 (
As shown in b), (Alo, t GaO, s) o, s In6. B
It is confined in the P active layer 204 and contributes to laser oscillation. In this embodiment, the active layer is made extremely thin with a thickness of 0.01 μm, the carrier density is increased compared to the first embodiment, and a quantum well effect is produced to lower the oscillation threshold. At this time, graded layers 203° and 205 are provided to efficiently collect injected carriers in the active layer 204 and to confine light between the cladding layers 202 and 206°. As shown in FIG. 2(b), the injected carriers are collected in the active layer 204 by the electric field created in the brella dirad layers 203 and 205, and the refractive index distribution is as shown in FIG. 2(c). The light is confined around the active layer 204 and across the graded layers 203 to 205. In this case, the graded layers 203 and 205 are required to have their compositions continuously changed. From the viewpoint of refractive index and energy gap values, AlGaInP systems are also satisfactory, but when used as a laser device, it is necessary to maintain lattice matching with the substrate. Generally, materials such as A I G aInP whose lattice constant changes when the composition is changed,
It is extremely difficult to change the composition while keeping the lattice constant constant. However, when an AlGaAs-based material is used as the graded layer as in this embodiment, the lattice constant almost matches that of GaAs even if the composition is continuously changed. Also, A I G a A S is AlGa
Even for a 1nP laser, it is possible to obtain a composition that satisfies the requirements for the energy gap value and refractive index as in this embodiment. The device manufactured in this manner was able to significantly reduce the oscillation threshold compared to the conventional double heterostructure device. This means that the same effect as that of the conventional 0RIN-8CH laser obtained with the AlGaAs system can be obtained with the structure of this embodiment. The parameters such as the compound composition, double layer thickness, conductivity type, etc. mentioned in the first and second examples are not limited to the values described here.

また本発明は他の化合物の組み合わせにも適用できる。The present invention is also applicable to combinations of other compounds.

−例としてn型Garb基板上に1μm厚さのn型Al
o、s G ao、5S b 、 0.4 tt m厚
さのn型14.1xGai−xsbグレーディッド層(
X:0.4→0.2)、0.01μm厚さのアンドープ
Ga。、4 I n。、6 As0,5Sbo、s s
 0.4βm厚さのp型A l x()a s−x S
 bグレーディッド層(x : o、2→0.4)、1
μm厚さのp型klo、s GaO,5S bクラッド
層を順に形成した多層構造により波長2.5μmの赤外
発光の半導体レーザが得られる。
- For example, 1 μm thick n-type Al on n-type Garb substrate
o, s Gao, 5S b, 0.4 tt m thick n-type 14.1x Gai-xsb graded layer (
X: 0.4→0.2), 0.01 μm thick undoped Ga. , 4 I n. ,6 As0,5Sbo,s s
0.4βm thick p-type Al x()a s-x S
b graded layer (x: o, 2→0.4), 1
A semiconductor laser that emits infrared light at a wavelength of 2.5 μm is obtained by a multilayer structure in which p-type klo, s GaO, and 5S b cladding layers of μm thickness are sequentially formed.

(発明の効果) 以上述べたように、本発明によれば、光およびキャリア
の閉じ込めについては従来ある光ガイド層つきレーザ或
いは傾斜屈折率分離光4波へテロ構造(GRIN−8C
H)などの低閾値化レーザの機能を全く損わず、格子不
整合が結晶の品質に及ぼす悪影響を大きく軽減し、裏作
を容易とした半導体発光素子を提供することができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, light and carrier confinement can be achieved using a conventional laser with a light guide layer or a gradient refractive index separated light 4-wave heterostructure (GRIN-8C).
It is possible to provide a semiconductor light-emitting device that does not impair the function of a low-threshold laser such as H), greatly reduces the adverse effects of lattice mismatch on crystal quality, and is easy to manufacture.

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

第1図(a) 、 (b) 、 (dはそれぞれ本発明
の第1の実施例の構造、エネルギーバンドダイヤグラム
、屈折率ダイヤグラムを示す図、第2図(a) 、 (
b) 、 (C)はそれぞれ第2の実施例の構造、エネ
ルギダイヤグラム、屈折率ダイヤグラムを示す図、第3
図は従来例を示す概略構造図、第4図(a) 、 (b
) 、 (clけそれぞれ他の従来例の断面図、エネル
ギダイヤグラム、屈折率ダイクグラムを示す。 101.201.501,521.−−・n−()aA
s基板、102 、502=”・n  (Alo、s 
Ga0.7)0.8 In(、,5Pクラッド層、10
3 ・・・・・・n−Alo4 Ga、、5 Asガイ
ド層、104,503−・−・−アンドープGa0,5
 In、、5F活性層、105 ・・・−p−Al、、
50a64 Asガイド層、106t504”””p 
 (AJo、5Gao、y)o、s In。、5Pクラ
ッド層、202−− n−(Alo、s GaQ、4)
0.5InO,SPクラッド層、203 、523−・
” n AlxGat−xisグレーディッド層、20
4・・・・・・アンドープ(Alo、tGao、9)6
.5 I n6.BP活性層、205,525・−・−
・−p−klxGa 1−xAsAs−ディッド層、2
06−−−−・−p−(Alo、6G ao、4)o、
s I no、5Pクラッド層、522・・・−−−n
−A10.5 ()a6,5 Asクラッド層、524
・・・・・・アンドープGaAs活性層、526 ・−
” p Alo、s Ga(、,5Asクラッド層、1
07,207,505,527・・・−・−p−GaA
s層、108,208.’506,528−・・5iO
z膜、109,209,507,529・・・・・・p
電極、1)0,210,508,53(1・・・=n電
極、1)1.21),509,531・・・・・・スト
ライブ状開口0 代理人 弁理士  内 原   晋 エネルv°− 屈析卑 CC) 第 1 ■ エ ヨト ン1. −q”  − <C> 第2 図
Figures 1 (a), (b), (d are diagrams showing the structure, energy band diagram, and refractive index diagram of the first embodiment of the present invention, respectively, Figure 2 (a), (d)
b) and (C) are diagrams showing the structure, energy diagram, and refractive index diagram of the second embodiment, and the third diagram, respectively.
The figure is a schematic structural diagram showing a conventional example.
), (cl shows the cross-sectional view, energy diagram, and refractive index dichogram of other conventional examples. 101.201.501,521.--n-()aA
s substrate, 102, 502="・n (Alo, s
Ga0.7)0.8 In(,,5P cladding layer, 10
3...n-Alo4 Ga,, 5 As guide layer, 104,503--...-Undoped Ga0,5
In, 5F active layer, 105...-p-Al, ,
50a64 As guide layer, 106t504"""p
(AJo, 5Gao, y) o, s In. , 5P cladding layer, 202-- n-(Alo, s GaQ, 4)
0.5InO, SP cladding layer, 203, 523-.
” n AlxGat-xis graded layer, 20
4...Undoped (Alo, tGao, 9) 6
.. 5 I n6. BP active layer, 205,525...
・-p-klxGa 1-xAsAs-did layer, 2
06----・-p-(Alo, 6G ao, 4)o,
s I no, 5P cladding layer, 522...---n
-A10.5 ()a6,5 As cladding layer, 524
...Undoped GaAs active layer, 526 ・-
” p Alo, s Ga(,,5As cladding layer, 1
07,207,505,527...--p-GaA
s layer, 108,208. '506,528-...5iO
z film, 109,209,507,529...p
Electrode, 1) 0,210,508,53 (1...=n electrode, 1) 1.21),509,531...Stripe opening 0 Agent Patent attorney Susumu Uchihara Enel v 1. −q” − <C> Figure 2

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ガリウムおよびアルミニウムのうちその一方或い
はその両方をIII族元素としてもつ二元或いは三元III−
V化合物半導体基板上に、多元化合物半導体より成る活
性層と、該活性層の上下両面に設けられた活性層よりも
大きなエネルギーギャップと小さな屈折率をもつ多元化
合物半導体より成るクラッド層とを有する半導体発光素
子において、前記活性層と一方のクラッド層或いは両方
のクラッド層との間にガリウムおよびアルミニウムのう
ち一方或いはその両方をIII族元素としてもちかつ前記
活性層よりも大きなエネルギーギャップと小さな屈折率
をもつ二元或いは三元化合物半導体層を設けたことを特
徴とする半導体発光素子。
(1) Binary or ternary III- element containing one or both of gallium and aluminum as Group III elements
A semiconductor having, on a V compound semiconductor substrate, an active layer made of a multi-component compound semiconductor, and cladding layers made of a multi-component compound semiconductor having a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer provided on both upper and lower surfaces of the active layer. In the light emitting device, the active layer and one or both cladding layers contain one or both of gallium and aluminum as a group III element, and have a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer. 1. A semiconductor light emitting device comprising a binary or ternary compound semiconductor layer.
(2)活性層とクラッド層との間に形成された化合物半
導体層中のアルミニウム組成が、活性層に接する側から
クラッド層に接する側に向かって大きくされていること
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の半導体発
光素子。
(2) A patent claim characterized in that the aluminum composition in the compound semiconductor layer formed between the active layer and the cladding layer increases from the side in contact with the active layer to the side in contact with the cladding layer. A semiconductor light emitting device according to range (1).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5012476A (en) * 1987-06-02 1991-04-30 Thomson-Csf Device of semiconductor materials formed on a substrate having a different lattice parameter and application to a laser

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS574189A (en) * 1980-06-10 1982-01-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor laser device

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