JPH07147454A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
- Publication number
- JPH07147454A JPH07147454A JP29630793A JP29630793A JPH07147454A JP H07147454 A JPH07147454 A JP H07147454A JP 29630793 A JP29630793 A JP 29630793A JP 29630793 A JP29630793 A JP 29630793A JP H07147454 A JPH07147454 A JP H07147454A
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- Japan
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- quantum well
- strain
- strained
- layer
- strained quantum
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Abstract
(57)【要約】
【目的】歪量子井戸の歪量を均一化し、半導体素子の低
しきい値化など、特性改善を図る。 【構成】歪多重量子井戸活性層１０を構成する歪量子井
戸４，５，６，７，８の歪の無い状態でのｎ−ＩｎＰ基
板１との格子定数差が、ｎ−ＩｎＰ基板１または、ｐ−
ＩｎＰクラッド層１２に最も近接した歪量子井戸４，８
に比べ、内部に位置する歪量子井戸５，６，７の方を大
きくする。 【効果】多重歪量子井戸の内部に位置する歪量子井戸の
歪の緩和を補償できるため、臨界膜厚の範囲で、歪量を
最大にできる。
しきい値化など、特性改善を図る。 【構成】歪多重量子井戸活性層１０を構成する歪量子井
戸４，５，６，７，８の歪の無い状態でのｎ−ＩｎＰ基
板１との格子定数差が、ｎ−ＩｎＰ基板１または、ｐ−
ＩｎＰクラッド層１２に最も近接した歪量子井戸４，８
に比べ、内部に位置する歪量子井戸５，６，７の方を大
きくする。 【効果】多重歪量子井戸の内部に位置する歪量子井戸の
歪の緩和を補償できるため、臨界膜厚の範囲で、歪量を
最大にできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多重歪量子井戸構造を
有する半導体レーザや、その他の半導体素子に関する。
有する半導体レーザや、その他の半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザの活性層を量子井戸
構造にすることにより、バルクの活性層に比べて低しき
い値，狭スペクトル線幅，高出力など多くの特性の改善
がなされている。また、最近ではこの量子井戸に基板の
格子定数と異なる材料を用いて量子井戸を歪ませるこ
と、すなわち、歪量子井戸を導入することにより、これ
らの特性がさらに改善されることが、理論的にも実験的
にも示されている。圧縮歪により低しきい値，狭スペク
トル線幅の特性が得られた量子井戸レーザの一例とし
て、エレクトロニクス レターズ(Electron.Lett.)２
７，１６２８(１９９１)が挙げられる。
構造にすることにより、バルクの活性層に比べて低しき
い値，狭スペクトル線幅，高出力など多くの特性の改善
がなされている。また、最近ではこの量子井戸に基板の
格子定数と異なる材料を用いて量子井戸を歪ませるこ
と、すなわち、歪量子井戸を導入することにより、これ
らの特性がさらに改善されることが、理論的にも実験的
にも示されている。圧縮歪により低しきい値，狭スペク
トル線幅の特性が得られた量子井戸レーザの一例とし
て、エレクトロニクス レターズ(Electron.Lett.)２
７，１６２８(１９９１)が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記特性改善は歪によ
って量子井戸層のバンド構造が変化することに起因して
いる。具体的にいえば、歪応力により、量子井戸を形成
する半導体結晶の価電子帯におけるヘビーホールとライ
トホールの分離の増大や、ホール有効質量の減少等のバ
ンド構造変化が生じた結果として、微分利得向上，オー
ジェ再結合や価電子帯間吸収による損失低減等の効果が
得られたためと考えられている。
って量子井戸層のバンド構造が変化することに起因して
いる。具体的にいえば、歪応力により、量子井戸を形成
する半導体結晶の価電子帯におけるヘビーホールとライ
トホールの分離の増大や、ホール有効質量の減少等のバ
ンド構造変化が生じた結果として、微分利得向上，オー
ジェ再結合や価電子帯間吸収による損失低減等の効果が
得られたためと考えられている。
【０００４】しかし、このような歪の効果を得るには、
１％以上の大きな歪量が必要である。歪量の増加に伴い
臨界膜厚が減少するため、結晶成長の制御性や、デバイ
ス設計の面で実用的な量子井戸幅の制約により、歪量は
制限される。また、多重歪量子井戸を、格子定数差がｆ
で、膜厚がｈ1，ｈ2、剛性率がＧ1 ，Ｇ2 、格子定数が
ａ1，ａ2の２種の薄膜が交互に積層された歪超格子と考
えると、この歪超格子の界面に平行な方向の格子定数ａ
は、数１，数２で与えられ、歪超格子の格子定数ａは、
ａ1とａ2の中間の値を取る。
１％以上の大きな歪量が必要である。歪量の増加に伴い
臨界膜厚が減少するため、結晶成長の制御性や、デバイ
ス設計の面で実用的な量子井戸幅の制約により、歪量は
制限される。また、多重歪量子井戸を、格子定数差がｆ
で、膜厚がｈ1，ｈ2、剛性率がＧ1 ，Ｇ2 、格子定数が
ａ1，ａ2の２種の薄膜が交互に積層された歪超格子と考
えると、この歪超格子の界面に平行な方向の格子定数ａ
は、数１，数２で与えられ、歪超格子の格子定数ａは、
ａ1とａ2の中間の値を取る。
【０００５】
【数１】
【０００６】
【数２】
【０００７】従って、格子定数がａ1のバリア層と、格
子定数がａ2の井戸層から成る多重歪量子井戸が、バリ
ア層と同じ格子定数ａ1 の基板とクラッド層で挟まれた
構造において、井戸層の歪量は、基板あるいはクラッド
層と接する外側の井戸層では、｜ａ2−ａ1｜／ａ1であ
るが、多重歪量子井戸の中央では、｜ａ2−ａ｜／ａと
なり、外側の井戸層に比べ小さくなる。つまり、この多
重歪量子井戸全体の歪量は、中央部に位置する量子井戸
層の歪量の緩和によって、格子定数差から予測される歪
量｜ａ2−ａ1｜／ａ1 より小さくなり、また、各井戸層
の歪量も不均一である。このため、発光スペクトル幅が
拡がるだけでなく、予測される歪の効果が十分に得られ
ないという問題があった。
子定数がａ2の井戸層から成る多重歪量子井戸が、バリ
ア層と同じ格子定数ａ1 の基板とクラッド層で挟まれた
構造において、井戸層の歪量は、基板あるいはクラッド
層と接する外側の井戸層では、｜ａ2−ａ1｜／ａ1であ
るが、多重歪量子井戸の中央では、｜ａ2−ａ｜／ａと
なり、外側の井戸層に比べ小さくなる。つまり、この多
重歪量子井戸全体の歪量は、中央部に位置する量子井戸
層の歪量の緩和によって、格子定数差から予測される歪
量｜ａ2−ａ1｜／ａ1 より小さくなり、また、各井戸層
の歪量も不均一である。このため、発光スペクトル幅が
拡がるだけでなく、予測される歪の効果が十分に得られ
ないという問題があった。
【０００８】本発明の目的は、多重歪量子井戸の各歪量
を均一にすることにより、臨界膜厚を一定に保ったま
ま、多重歪量子井戸の歪量を増加させ、多重歪量子井戸
を備えた半導体レーザや、受光素子などの半導体デバイ
スの特性の向上を図ることにある。
を均一にすることにより、臨界膜厚を一定に保ったま
ま、多重歪量子井戸の歪量を増加させ、多重歪量子井戸
を備えた半導体レーザや、受光素子などの半導体デバイ
スの特性の向上を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明は基板との格子定数差に関して、基板に最も
近接した井戸層よりも、これより基板から離れた井戸層
の方を大きくすることにより、各井戸層の歪量が一定に
なるような多重歪量子井戸構造とする。また、上記のよ
うに、クラッド層の格子定数が基板と同じ場合は、基板
との格子定数差は、クラッド層に最も近接した井戸層よ
りも、これよりクラッド層から離れた井戸層の方を大き
くとる。つまり、多重歪量子井戸の中央部の井戸層の方
を、外側の井戸層よりも、基板との格子定数差を大きく
することにより、各井戸層の歪量を均一化する。
に、本発明は基板との格子定数差に関して、基板に最も
近接した井戸層よりも、これより基板から離れた井戸層
の方を大きくすることにより、各井戸層の歪量が一定に
なるような多重歪量子井戸構造とする。また、上記のよ
うに、クラッド層の格子定数が基板と同じ場合は、基板
との格子定数差は、クラッド層に最も近接した井戸層よ
りも、これよりクラッド層から離れた井戸層の方を大き
くとる。つまり、多重歪量子井戸の中央部の井戸層の方
を、外側の井戸層よりも、基板との格子定数差を大きく
することにより、各井戸層の歪量を均一化する。
【００１０】以上のように各井戸層の格子定数を変える
ことは、ＩｎＧａＡｓＰ系などの混晶半導体では、組成
を変えることによって行うが、この時、各井戸層の発光
遷移波長が等しくなるような組成とする。
ことは、ＩｎＧａＡｓＰ系などの混晶半導体では、組成
を変えることによって行うが、この時、各井戸層の発光
遷移波長が等しくなるような組成とする。
【００１１】
【作用】本発明によれば、多重歪量子井戸の各井戸層の
歪量が均一であるので、基板との格子定数差が一定の井
戸層から成る従来の多重歪量子井戸におけるような、中
央部の量子井戸の歪量の低下がない。このため、従来よ
り、多重歪量子井戸全体の歪量を大きくすることが可能
である。
歪量が均一であるので、基板との格子定数差が一定の井
戸層から成る従来の多重歪量子井戸におけるような、中
央部の量子井戸の歪量の低下がない。このため、従来よ
り、多重歪量子井戸全体の歪量を大きくすることが可能
である。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の実施例を示す発振波長１.
３μｍ 帯半導体レーザの断面図である。本発明の特徴
は、ｎ−ＩｎＰ基板１上に形成された多重歪量子井戸活
性層１０の構造にある。多重歪量子井戸活性層１０は、
ｎ−ＩｎＰ基板１に最も近接した第一のＩｎＧａＡｓＰ
歪量子井戸４から、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２に最も近
接した第五のＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸８までの５個の
圧縮歪量子井戸（層厚はそれぞれ６ｎｍ）と、層厚１０
ｎｍ，組成波長１.１μｍ のＩｎＧａＡｓＰ障壁層９
が、交互に積層された構造になっている。なお、ＩｎＧ
ａＡｓＰ障壁層９は、ｎ−ＩｎＰ基板１と、格子整合し
ている。
３μｍ 帯半導体レーザの断面図である。本発明の特徴
は、ｎ−ＩｎＰ基板１上に形成された多重歪量子井戸活
性層１０の構造にある。多重歪量子井戸活性層１０は、
ｎ−ＩｎＰ基板１に最も近接した第一のＩｎＧａＡｓＰ
歪量子井戸４から、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２に最も近
接した第五のＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸８までの５個の
圧縮歪量子井戸（層厚はそれぞれ６ｎｍ）と、層厚１０
ｎｍ，組成波長１.１μｍ のＩｎＧａＡｓＰ障壁層９
が、交互に積層された構造になっている。なお、ＩｎＧ
ａＡｓＰ障壁層９は、ｎ−ＩｎＰ基板１と、格子整合し
ている。
【００１３】上記５個の歪量子井戸は、圧縮歪であるた
め、ｎ−ＩｎＰ基板１より、格子定数が大きく、その格
子定数差は、第一及び第五の歪量子井戸４及び８が１.
５％，第二及び第四の歪量子井戸５及び７が１.８％，
第三の歪量子井戸６が２.１％としている。このように
活性層の中央部に位置する歪量子井戸５及び６及び７
を、ｎ−ＩｎＰ基板１または、ｐ−ＩｎＰクラッド層１
２に近接する歪量子井戸４及び８より格子定数差を大き
くすることにより、各歪量子井戸の歪量が約１.５％に
均一化させている。
め、ｎ−ＩｎＰ基板１より、格子定数が大きく、その格
子定数差は、第一及び第五の歪量子井戸４及び８が１.
５％，第二及び第四の歪量子井戸５及び７が１.８％，
第三の歪量子井戸６が２.１％としている。このように
活性層の中央部に位置する歪量子井戸５及び６及び７
を、ｎ−ＩｎＰ基板１または、ｐ−ＩｎＰクラッド層１
２に近接する歪量子井戸４及び８より格子定数差を大き
くすることにより、各歪量子井戸の歪量が約１.５％に
均一化させている。
【００１４】以上の特徴を有する半導体レーザの発振し
きい電流密度を測定したところ、格子定数差がすべて
１.５％ の５個の歪量子井戸を有する半導体レーザに比
べ、３０％程度低減されていることが判明し、本発明の
有効性を確認した。
きい電流密度を測定したところ、格子定数差がすべて
１.５％ の５個の歪量子井戸を有する半導体レーザに比
べ、３０％程度低減されていることが判明し、本発明の
有効性を確認した。
【００１５】この実施例では、各歪量子井戸の格子定数
差分布が、図２に示すように、活性層１０の中央に近い
ところに位置する歪量子井戸に向かって、段々に大きく
なっているが、図３に示すように、活性層の中央部に位
置する歪量子井戸５及び６及び７が一定であってもよ
い。また、いずれの実施例においても、各歪量子井戸の
発光遷移波長が１.３μｍ になるように、組成を設定し
ている。
差分布が、図２に示すように、活性層１０の中央に近い
ところに位置する歪量子井戸に向かって、段々に大きく
なっているが、図３に示すように、活性層の中央部に位
置する歪量子井戸５及び６及び７が一定であってもよ
い。また、いずれの実施例においても、各歪量子井戸の
発光遷移波長が１.３μｍ になるように、組成を設定し
ている。
【００１６】以上、圧縮歪を有するＩｎＰ系多重量子井
戸半導体レーザの例について説明してきたが、引張り歪
の場合でも、またＧａＡｓ系などの材料系が異なる半導
体素子についても、本発明を適用することが可能であ
る。
戸半導体レーザの例について説明してきたが、引張り歪
の場合でも、またＧａＡｓ系などの材料系が異なる半導
体素子についても、本発明を適用することが可能であ
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、多重歪量子井戸の歪量
を各量子井戸の臨界膜厚の範囲内で最大限にできる。こ
のため、歪の効果を利用する半導体素子の特性改善，特
に半導体レーザの低しきい値化，狭スペクトル線幅化，
高出力化に大きな効果がある。
を各量子井戸の臨界膜厚の範囲内で最大限にできる。こ
のため、歪の効果を利用する半導体素子の特性改善，特
に半導体レーザの低しきい値化，狭スペクトル線幅化，
高出力化に大きな効果がある。
【図１】本発明の実施例を示す半導体素子の断面図。
【図２】本発明の実施例の素子における量子井戸を形成
する各層の格子定数の配列を示すグラフ。
する各層の格子定数の配列を示すグラフ。
【図３】本発明の他の実施例の素子における量子井戸を
形成する各層の格子定数の配列を示すグラフ。
形成する各層の格子定数の配列を示すグラフ。
１…ｎ−ＩｎＰ基板、２…ｎ−ＩｎＰバッファ層、３…
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、４…第一のＩｎＧａＡｓ
Ｐ歪量子井戸層、５…第二のＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸
層、６…第三のＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸層、７…第四
のInGaAsP 歪量子井戸層、８…第五のＩｎＧａＡｓＰ歪
量子井戸層、９…ＩｎＧａＡｓＰ障壁層、１０…多重歪
量子井戸活性層、１１…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、
１２…ｐ−ＩｎＰクラッド層、１３…ｎ電極、１４…ｐ
電極。
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、４…第一のＩｎＧａＡｓ
Ｐ歪量子井戸層、５…第二のＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸
層、６…第三のＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸層、７…第四
のInGaAsP 歪量子井戸層、８…第五のＩｎＧａＡｓＰ歪
量子井戸層、９…ＩｎＧａＡｓＰ障壁層、１０…多重歪
量子井戸活性層、１１…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層、
１２…ｐ−ＩｎＰクラッド層、１３…ｎ電極、１４…ｐ
電極。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上に複数の歪量子井戸とバリア
層が交互に積層された多重歪量子井戸構造を有し、前記
多重量子井戸構造の上に積層されたクラッド層を有する
半導体素子において、前記歪量子井戸の歪のない状態で
の前記半導体基板との格子定数差が、前記半導体基板ま
たは、前記クラッド層に最も近接した量子井戸に比べ、
前記半導体基板または、前記クラッド層から離れた所に
位置する量子井戸ほど、大きいことを特徴とする半導体
素子。 - 【請求項２】請求項１において、前記各歪量子井戸にお
ける発光遷移波長が全てほぼ同一である半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29630793A JPH07147454A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29630793A JPH07147454A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07147454A true JPH07147454A (ja) | 1995-06-06 |
Family
ID=17831858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29630793A Pending JPH07147454A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07147454A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7119378B2 (en) | 2000-07-07 | 2006-10-10 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7358522B2 (en) | 2001-11-05 | 2008-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| KR20190009794A (ko) | 2016-06-30 | 2019-01-29 | 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 반도체 광디바이스의 제조 방법 및 반도체 광디바이스 |
| KR20190089915A (ko) | 2016-12-20 | 2019-07-31 | 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
| KR20200127252A (ko) | 2018-04-19 | 2020-11-10 | 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| DE112019006575T5 (de) | 2019-01-07 | 2021-09-30 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Lichtemittierendes Halbleiterelement und Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements |
| JP7038913B1 (ja) * | 2020-12-23 | 2022-03-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| US11637220B1 (en) | 2018-04-19 | 2023-04-25 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting element |
-
1993
- 1993-11-26 JP JP29630793A patent/JPH07147454A/ja active Pending
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7119378B2 (en) | 2000-07-07 | 2006-10-10 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7646009B2 (en) | 2000-07-07 | 2010-01-12 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7750337B2 (en) | 2000-07-07 | 2010-07-06 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US8309948B2 (en) | 2000-07-07 | 2012-11-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US8698126B2 (en) | 2000-07-07 | 2014-04-15 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US9130121B2 (en) | 2000-07-07 | 2015-09-08 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US9444011B2 (en) | 2000-07-07 | 2016-09-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7358522B2 (en) | 2001-11-05 | 2008-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| US7667226B2 (en) | 2001-11-05 | 2010-02-23 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| DE112017003307T5 (de) | 2016-06-30 | 2019-04-04 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd | Verfahren zur Herstellung einer optischen Halbleitervorrichtung und optische Halbleitervorrichtung |
| KR20190009794A (ko) | 2016-06-30 | 2019-01-29 | 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 반도체 광디바이스의 제조 방법 및 반도체 광디바이스 |
| US11417793B2 (en) | 2016-06-30 | 2022-08-16 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor optical device and semiconductor optical device |
| US11205739B2 (en) | 2016-12-20 | 2021-12-21 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same |
| KR20190089915A (ko) | 2016-12-20 | 2019-07-31 | 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
| DE112017006428T5 (de) | 2016-12-20 | 2019-09-05 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| US11637220B1 (en) | 2018-04-19 | 2023-04-25 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting element |
| US11515448B2 (en) | 2018-04-19 | 2022-11-29 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting element and method of manufacturing the same |
| KR20200127252A (ko) | 2018-04-19 | 2020-11-10 | 도와 일렉트로닉스 가부시키가이샤 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| DE112019002037B4 (de) | 2018-04-19 | 2024-05-08 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Lichtemittierende Halbleiterelemente und Verfahren zu deren Herstellung |
| DE112019006575T5 (de) | 2019-01-07 | 2021-09-30 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Lichtemittierendes Halbleiterelement und Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements |
| US11888090B2 (en) | 2019-01-07 | 2024-01-30 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting element and method of producing semiconductor light-emitting element |
| DE112019006575B4 (de) | 2019-01-07 | 2024-08-22 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Lichtemittierendes Halbleiterelement und Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements |
| JP7038913B1 (ja) * | 2020-12-23 | 2022-03-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
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