JPS61190980A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPS61190980A JPS61190980A JP60029305A JP2930585A JPS61190980A JP S61190980 A JPS61190980 A JP S61190980A JP 60029305 A JP60029305 A JP 60029305A JP 2930585 A JP2930585 A JP 2930585A JP S61190980 A JPS61190980 A JP S61190980A
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D62/8162—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices having quantum effects only in the vertical direction, i.e. layered structures having quantum effects solely resulting from vertical potential variation
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は積層構造を有する半導体装置に関する。
従来、半導体を積層して作る半導体装置において、ヘテ
ロ界面の質を向上させて、良好な特性を得るために、超
格子のバッファ層を挿入することが行なわれている。
ロ界面の質を向上させて、良好な特性を得るために、超
格子のバッファ層を挿入することが行なわれている。
第９図は、ヘテロ接合バイポーラ型トランジスタに超格
子バッファ層７．８を設けた半導体装置の従来例を示す
図である。この半導体装置は。
子バッファ層７．８を設けた半導体装置の従来例を示す
図である。この半導体装置は。
基板ｌ、電極形成層２、コレクタ層３、ベース層４、エ
ミツタ層５、電極形成層６に超格子バッファ層７，８を
設けてヘテロ界面の算を改善を計っている。この構成に
より、超格子バッファ層７．８の超格子構造の周期をベ
ース層４に近づくにつれて短くなるようにして傾斜接合
の効果をもたせ、階段接合の場合に発生するエネルギ・
バンドのノツチにおける電子のトラップによる電流利得
の減少を防ぐことができる。
ミツタ層５、電極形成層６に超格子バッファ層７，８を
設けてヘテロ界面の算を改善を計っている。この構成に
より、超格子バッファ層７．８の超格子構造の周期をベ
ース層４に近づくにつれて短くなるようにして傾斜接合
の効果をもたせ、階段接合の場合に発生するエネルギ・
バンドのノツチにおける電子のトラップによる電流利得
の減少を防ぐことができる。
また第１θ図に示す、従来の半導体レーザ装置の断面図
において、基板２１の上にｎ−ＧａＡｓ電極形成層２２
を形成し、さらにその上にｎ−ＡＪｚ Ｑａｌ−ｒ Ａ
ｓのクラッド層２３． ＧａＡｓの活性層２４、ｐ−Ａ
ｉｘＧａＩ−ｚ Ａｓのクラッド層２５．ｐ−ＧａＡｓ
の電極形成層２６により構成されているが、前述の場合
と同様に活性層の質を改善して、低電流駆動を行なうた
めにクラッド層２３と活性層２４の間に超格子バッファ
層を設けることが行なわれてきた。
において、基板２１の上にｎ−ＧａＡｓ電極形成層２２
を形成し、さらにその上にｎ−ＡＪｚ Ｑａｌ−ｒ Ａ
ｓのクラッド層２３． ＧａＡｓの活性層２４、ｐ−Ａ
ｉｘＧａＩ−ｚ Ａｓのクラッド層２５．ｐ−ＧａＡｓ
の電極形成層２６により構成されているが、前述の場合
と同様に活性層の質を改善して、低電流駆動を行なうた
めにクラッド層２３と活性層２４の間に超格子バッファ
層を設けることが行なわれてきた。
しかし、ヘテロ界面を普通の傾斜接合にする等の設計の
自由度を増し、ヘテロ界面の改善と、ノツチによる電子
のトラップの防止とを、それぞれ独立°に最適化するこ
とを可能とするために、必らずしも超格子バッファ層７
．８を界面に設けずにコレクタ層３（クラッド層２３）
又はエミツタ層５（クラッド層２５）の途中に設ける場
合がある。
自由度を増し、ヘテロ界面の改善と、ノツチによる電子
のトラップの防止とを、それぞれ独立°に最適化するこ
とを可能とするために、必らずしも超格子バッファ層７
．８を界面に設けずにコレクタ層３（クラッド層２３）
又はエミツタ層５（クラッド層２５）の途中に設ける場
合がある。
ところが超格子バッファ層７，８をコレクタＲ３（クラ
ッド層２３）又はエミツタ層５（クラッド層２５）の途
中に設けると、バッファ層７．８の中の低いエネルギ準
位への電子の落込み、バッファ層７．８での電子の反射
の原因によりそこで電圧降下がおこり、素子に余分な電
圧をかけなければならないという問題点があった。
ッド層２３）又はエミツタ層５（クラッド層２５）の途
中に設けると、バッファ層７．８の中の低いエネルギ準
位への電子の落込み、バッファ層７．８での電子の反射
の原因によりそこで電圧降下がおこり、素子に余分な電
圧をかけなければならないという問題点があった。
本発明の目的は、超格子バッファ層を、コレクタ層（−
クラッド層）やエミツタ層（他クラッド層）の途中に設
ける場合について、そこに起る電圧降下を低減すること
により、外部から印加する電圧を有効に利用できるよう
にする半導体装置を得ることである。
クラッド層）やエミツタ層（他クラッド層）の途中に設
ける場合について、そこに起る電圧降下を低減すること
により、外部から印加する電圧を有効に利用できるよう
にする半導体装置を得ることである。
第１の発明による半導体装置は、少なくとも一つの半導
体層（ポテンシャルが■。）の中に超格子バッファ層（
量子井戸部分のポテンシャルがＶｗ、障壁部分のポテン
シャルがＶａ）を有し、そのボテシャルがＶｗ ＜Ｖ（
、＜ＶＢを満たすことを特徴とする。
体層（ポテンシャルが■。）の中に超格子バッファ層（
量子井戸部分のポテンシャルがＶｗ、障壁部分のポテン
シャルがＶａ）を有し、そのボテシャルがＶｗ ＜Ｖ（
、＜ＶＢを満たすことを特徴とする。
第ふの発明による半導体装置は、活性層を狭むクラッド
層（ポテンシャルがＶＯ）を含む半導レーザ構造を有す
る半導体装置にして、少なくとも一つのクラッド層の中
に超格子バッファ層（量子井戸部分のポテンシャルがＶ
ｗ、障壁部分のポテンシャルがｖ［１）を有し、これら
ポテンシャルがＶ ｗ ＜ Ｖ ６ ＜ Ｖ Ｂである
ことを特徴とする。
層（ポテンシャルがＶＯ）を含む半導レーザ構造を有す
る半導体装置にして、少なくとも一つのクラッド層の中
に超格子バッファ層（量子井戸部分のポテンシャルがＶ
ｗ、障壁部分のポテンシャルがｖ［１）を有し、これら
ポテンシャルがＶ ｗ ＜ Ｖ ６ ＜ Ｖ Ｂである
ことを特徴とする。
図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明の第１の実施例のへテロ接合バイポー
ラ型トランジスタの断面図である。
ラ型トランジスタの断面図である。
木実施例においては、ＧａＡｓ基板１の上にｎ ＋−Ｇ
ａｐｓ層２を、約０．５μｓエピタキシヤル成長させ、
それからｎ −Ａｌｚ Ｇａｌ−ｚ Ａｓコレクタ層３
を約０，２騨成長上させる０次にｎ −ＧａＡｓ （Ｌ
ｗ Ａ） ／ ｎ−Ｍｚ Ｇａ、−ｚ Ａｓ （Ｌｓ
Ａ）がＮ周期の超格子バッファ層７を成長させ、再びｎ
−ＡｎｘＧａ、−ｘＡＳ：ルクタ層３′を約０．２μ
ｓ成長させる。その上に、ｐ−ＧａＡｓベース層４を約
０．２ｇ成長させ、ｎ −Ａｊ！χＧａｌ−ｒ ＡＳエ
ミッタ層５を約０．４μｓ成長させ、最後に、ｎ”−Ｇ
ａＡｓ電極形成層６を約０．１μｓ成長させて構成され
ている。ここで、χ、Ｘは、それぞれコレクタ３．３′
のＭとＧａとの混晶比、並びに超格子７７７７層７の障
壁部分のＭとＧａとの混晶比であり、Ｌｗ 、ＬＢは超
格子バッファ層７の超格子構造のそれぞれ量子井戸部分
および障壁の幅である。
ａｐｓ層２を、約０．５μｓエピタキシヤル成長させ、
それからｎ −Ａｌｚ Ｇａｌ−ｚ Ａｓコレクタ層３
を約０，２騨成長上させる０次にｎ −ＧａＡｓ （Ｌ
ｗ Ａ） ／ ｎ−Ｍｚ Ｇａ、−ｚ Ａｓ （Ｌｓ
Ａ）がＮ周期の超格子バッファ層７を成長させ、再びｎ
−ＡｎｘＧａ、−ｘＡＳ：ルクタ層３′を約０．２μ
ｓ成長させる。その上に、ｐ−ＧａＡｓベース層４を約
０．２ｇ成長させ、ｎ −Ａｊ！χＧａｌ−ｒ ＡＳエ
ミッタ層５を約０．４μｓ成長させ、最後に、ｎ”−Ｇ
ａＡｓ電極形成層６を約０．１μｓ成長させて構成され
ている。ここで、χ、Ｘは、それぞれコレクタ３．３′
のＭとＧａとの混晶比、並びに超格子７７７７層７の障
壁部分のＭとＧａとの混晶比であり、Ｌｗ 、ＬＢは超
格子バッファ層７の超格子構造のそれぞれ量子井戸部分
および障壁の幅である。
第２図は、第１図に示す実施例の構造における伝導帯の
エネルギーバンド図である。エニ−２夕層５から注入さ
れた電子がベース層４を通ってコレクタＭ３′に達し、
超格子バッファ層７を通ってコレクタ層３に流れようと
するとき、超格子バッファ層７を設けたために、次の二
つの原因、すなわち、 原因（ア）超格子バッファ層７の中でのコレクタ層３′
より低いエネルギ準位への電子の落込み、 原因（イ）コレクタ層３′と超格子バッファ層７の境界
での電子の反射により、一般に は超格子バッファ層７の部分で大きな 電圧降下が起るという問題点を生じ る。
エネルギーバンド図である。エニ−２夕層５から注入さ
れた電子がベース層４を通ってコレクタＭ３′に達し、
超格子バッファ層７を通ってコレクタ層３に流れようと
するとき、超格子バッファ層７を設けたために、次の二
つの原因、すなわち、 原因（ア）超格子バッファ層７の中でのコレクタ層３′
より低いエネルギ準位への電子の落込み、 原因（イ）コレクタ層３′と超格子バッファ層７の境界
での電子の反射により、一般に は超格子バッファ層７の部分で大きな 電圧降下が起るという問題点を生じ る。
そこで、本発明によれば、まず原因（ア）を除去するた
めに、Ｘ〉χととり、かつ、量子井戸の幅Ｌｗを数十へ
の小さな値にとる。コレクタ層の３や３′の部分のポテ
ンシャルは約１００・χ ｍｅＶであり超格子バッファ
層７の内部の障壁部分（ＡＮ ｘＧａｌ−ｘＡｓ部分）
のポテンシャルは約１００ ＊ Ｘ ｍｅＶであるから
、Ｘ〉工ととることは、超格子バッファ層７の障壁部分
のポテンシャルを、コレクタ層３．３′のポテンシャル
より高くすることを意味する。これにより、超格子バッ
ファ層７の超格子系の基底エネルギ準位が、コレクタ層
３の部分のポテンシャルより低くなるのを防ぐ可能性が
生じる。具体的には、ポテンシャルの差 １００ｘ層ｅ
Ｖ−１００−！ ■ｅＶが、数十■ｅＶ〜数百■ｅＶに
なるようにし、かつ量子井戸の幅Ｌｗを数十へにとれば
よい。
めに、Ｘ〉χととり、かつ、量子井戸の幅Ｌｗを数十へ
の小さな値にとる。コレクタ層の３や３′の部分のポテ
ンシャルは約１００・χ ｍｅＶであり超格子バッファ
層７の内部の障壁部分（ＡＮ ｘＧａｌ−ｘＡｓ部分）
のポテンシャルは約１００ ＊ Ｘ ｍｅＶであるから
、Ｘ〉工ととることは、超格子バッファ層７の障壁部分
のポテンシャルを、コレクタ層３．３′のポテンシャル
より高くすることを意味する。これにより、超格子バッ
ファ層７の超格子系の基底エネルギ準位が、コレクタ層
３の部分のポテンシャルより低くなるのを防ぐ可能性が
生じる。具体的には、ポテンシャルの差 １００ｘ層ｅ
Ｖ−１００−！ ■ｅＶが、数十■ｅＶ〜数百■ｅＶに
なるようにし、かつ量子井戸の幅Ｌｗを数十へにとれば
よい。
次に前述の原因（イ）を除去するためには、超格子バッ
ファ層７の超格子系の基底サブバンドのバンド幅が、数
＋ｍｅＶ程度以上の広さになるように設計すればよい、
そのためには、量子井戸の幅ＬＢをｌＴｈ十Ａ−数百Ａ
程度にとればよい、これらのパラメーター、ｘ、Ｘ、Ｌ
ｗ、ＬＢの値を詳細に設計するには、クローニツヒ・ベ
ニ−（Ｋｒｏｎｉｇ−Ｐｅｎｎｅマ）の模型を用いて、
超格子系のサブバンド構造を計算する。したがって、原
因（ア）と（イ）を除去するために満たすべき条件は、
上述したように、 （Ａ）超格子系の基底エネルギ準位
が両側のコレクタ層のポテンシャルとほぼ一致する、（
Ｂ）超格子系の基底サブバンドのバンド幅が、十分広く
、一方のコレクタ層３から入射した電子が、容易に超格
子バッファＮ７を透過して、反対側のコレクタ層３に抜
けられる、の二条性である。
ファ層７の超格子系の基底サブバンドのバンド幅が、数
＋ｍｅＶ程度以上の広さになるように設計すればよい、
そのためには、量子井戸の幅ＬＢをｌＴｈ十Ａ−数百Ａ
程度にとればよい、これらのパラメーター、ｘ、Ｘ、Ｌ
ｗ、ＬＢの値を詳細に設計するには、クローニツヒ・ベ
ニ−（Ｋｒｏｎｉｇ−Ｐｅｎｎｅマ）の模型を用いて、
超格子系のサブバンド構造を計算する。したがって、原
因（ア）と（イ）を除去するために満たすべき条件は、
上述したように、 （Ａ）超格子系の基底エネルギ準位
が両側のコレクタ層のポテンシャルとほぼ一致する、（
Ｂ）超格子系の基底サブバンドのバンド幅が、十分広く
、一方のコレクタ層３から入射した電子が、容易に超格
子バッファＮ７を透過して、反対側のコレクタ層３に抜
けられる、の二条性である。
実際の、超格子バッファ層７の周期は、クローニツヒ・
ベニ−の模型のように無限に続くわけではないが、数周
期以上であれば、はとんど上述の計算の仕方で良い結果
が得られる。
ベニ−の模型のように無限に続くわけではないが、数周
期以上であれば、はとんど上述の計算の仕方で良い結果
が得られる。
−例として、 ｘ ＝０．２７．Ｘ ＝０．５．Ｌｗ
＝２ＯＡ 。
＝２ＯＡ 。
Ｌａ ＝５ＯＡと選ぶと、超格子系の基底エネルギ準位
は、ＧａＡｓの伝導帯の底から＋２７３ ｍｅＶのとこ
ろにできるが、これはコレクタ層３．３′のポテンシャ
ルとほぼ一致するので原因（ア）が除去できる。
は、ＧａＡｓの伝導帯の底から＋２７３ ｍｅＶのとこ
ろにできるが、これはコレクタ層３．３′のポテンシャ
ルとほぼ一致するので原因（ア）が除去できる。
また、超格子系において、２７３＋ｓｅＶ〜３０１ｓｅ
Ｖの範囲に基底サブバンドが形成されるので、このエネ
ルギ範囲にコレクタ層３′から入射する電子の反射率が
著しく低くなり、原因（イ）も除去できる。実際、第２
図のようにＮ＝４周期のバッファ層について反射率を計
算すると、２７？、 ２８Ｊ ２９Ｂ＋ｓｅＶにおい
てほとんど０になるような、振動的振るまいをすること
がわかる０以上のようにして決定された値を用いて、低
電圧・低電流で作動するという良好な結果が得られた。
Ｖの範囲に基底サブバンドが形成されるので、このエネ
ルギ範囲にコレクタ層３′から入射する電子の反射率が
著しく低くなり、原因（イ）も除去できる。実際、第２
図のようにＮ＝４周期のバッファ層について反射率を計
算すると、２７？、 ２８Ｊ ２９Ｂ＋ｓｅＶにおい
てほとんど０になるような、振動的振るまいをすること
がわかる０以上のようにして決定された値を用いて、低
電圧・低電流で作動するという良好な結果が得られた。
第３図は、第１図の構造に対する伝導帯のエネルギ・バ
ンドの部分図であり、図示するように、ベース４のまわ
りに、Ｍｚ’Ｇａｌ−ｚ’Ａｓ （０≦ｉ≦工）の傾斜
接合層９１ｇを設けても、以下で説明する超格子バッフ
ァ層の設計については全く同様に行なうことができる。
ンドの部分図であり、図示するように、ベース４のまわ
りに、Ｍｚ’Ｇａｌ−ｚ’Ａｓ （０≦ｉ≦工）の傾斜
接合層９１ｇを設けても、以下で説明する超格子バッフ
ァ層の設計については全く同様に行なうことができる。
さらに、前述の条件（Ｂ）は、主として基底サブバント
を介して電子が透過する場合について述べであるが、こ
れは、他のサブバンドを介して透過しても、同様の効果
が得られる。従って、クラブト３′のポテンシャルから
、上方数＋ｍｅＶ以内に、数十層ｅＶ程度の幅をもつサ
ブバンドが、少なくともひと、つ含まれればよい、この
ように、わるい条件のもとで設計することもできる。
を介して電子が透過する場合について述べであるが、こ
れは、他のサブバンドを介して透過しても、同様の効果
が得られる。従って、クラブト３′のポテンシャルから
、上方数＋ｍｅＶ以内に、数十層ｅＶ程度の幅をもつサ
ブバンドが、少なくともひと、つ含まれればよい、この
ように、わるい条件のもとで設計することもできる。
超格子バッファ層に用いる半導体を、クラッド層や活性
層の半導体と異なるものにしても電圧降下に関しては、
本発明と同様に設計できる。その場合、井戸部分のポテ
ンシャルを、クラッド層のポテンシャルよりは低いが、
活性層のポテンシャルより高く設計して、さらに効率的
な構造にすることができる。
層の半導体と異なるものにしても電圧降下に関しては、
本発明と同様に設計できる。その場合、井戸部分のポテ
ンシャルを、クラッド層のポテンシャルよりは低いが、
活性層のポテンシャルより高く設計して、さらに効率的
な構造にすることができる。
第４図は、第２の実施例の断面図である。これはＧａＡ
ｓ ／ Ａｌｌ ＧａＡｓの垂直モードのメサ型電界効
果トランジスタであり、ｎ＋ −Ｇａｐｓ基板１２の上
に。
ｓ ／ Ａｌｌ ＧａＡｓの垂直モードのメサ型電界効
果トランジスタであり、ｎ＋ −Ｇａｐｓ基板１２の上
に。
約 １．５μｓのｎ −Ｍｚ Ｇａｔ−ｘ Ａｊドレイ
ン層１３をエピタキシャル成長させ、次にｎ −ＧａＡ
ｓ／ ｎ −Ａ１１ｚ Ｇａ１−ｘＡｓの超格子バッフ
ァ層１７を成長させ、再び約 １．５ｇａｃ７） ｎ
−Ｍｚ Ｇａ１−２ Ａｓ１９４７層１３′を成長させ
る。そして、ｐ−ＧａＡｓゲート層１４． ｎ−Ａｊ！
ｘＧａ、−、Ａｓエミツタ層１５を順に成長させ、約２
．５−の溝をエツチングで作り、シリコンをイオン注入
して層１Ｂを形成する。それから、Ｍのゲート電極１Ｂ
、 ＡｕＧｅ／Ａｕのドレイン電極１１とソース電極！
９を取りつける。この構造においても、超格子バッファ
層１７はドレイン歴１３′とゲート層１４のへテロ界面
の質を改善するために挿入したわけであるが、混晶比χ
やＸ、または、超格子の諸パラメーターは、前述のへテ
ロ接合バイポーラ型トランジスタの実施例と全く同様に
設計でき、例えば、前と同じに、ｘ ＝０．２７． Ｘ
＝０．５．Ｌｗ ＝２ＯＡ 、 Ｌａ −５ＯＡ 、
Ｎ＝４周期ととって良い結果が得られた。
ン層１３をエピタキシャル成長させ、次にｎ −ＧａＡ
ｓ／ ｎ −Ａ１１ｚ Ｇａ１−ｘＡｓの超格子バッフ
ァ層１７を成長させ、再び約 １．５ｇａｃ７） ｎ
−Ｍｚ Ｇａ１−２ Ａｓ１９４７層１３′を成長させ
る。そして、ｐ−ＧａＡｓゲート層１４． ｎ−Ａｊ！
ｘＧａ、−、Ａｓエミツタ層１５を順に成長させ、約２
．５−の溝をエツチングで作り、シリコンをイオン注入
して層１Ｂを形成する。それから、Ｍのゲート電極１Ｂ
、 ＡｕＧｅ／Ａｕのドレイン電極１１とソース電極！
９を取りつける。この構造においても、超格子バッファ
層１７はドレイン歴１３′とゲート層１４のへテロ界面
の質を改善するために挿入したわけであるが、混晶比χ
やＸ、または、超格子の諸パラメーターは、前述のへテ
ロ接合バイポーラ型トランジスタの実施例と全く同様に
設計でき、例えば、前と同じに、ｘ ＝０．２７． Ｘ
＝０．５．Ｌｗ ＝２ＯＡ 、 Ｌａ −５ＯＡ 、
Ｎ＝４周期ととって良い結果が得られた。
第５図は本発明の第３の実施例を示す断面図である。
木実施例は、ＧａＡｓ／ＡＪＧａＡｇ系の半導体レーザ
装置テ、ＧａＡｇ基板２１の上にｎ −ＧａＡｓ電極形
成層２２をエピタキシャル成長させ、それからｎ −Ａ
ｊＩＧａｌ−ｘＡｓのクラッド層２３を、約０．５μｓ
に成長させる０次にｎ −ＧａＡｓ （Ｌｗ人） ／
ｎ −ＭＸ Ｇａ１− ｘ Ａｓ（Ｌｏ Ａ）がＮ周期
の超格子バッファ層２７を成長させ、再びｎ −Ａｌｌ
−１０ａＩ−ｚ Ａｓのクラッド２３′を約０．５−成
長させる。その上にＧａＡｓの活性層２４を約０．ＩＪ
ＪＪｌ成長させ、ｐ −Ａｉｒ：Ｇａ１− ｚ Ａｓの
クラッド層２５を約１鱗成長させ、最後にｐ −ＧａＡ
ｓの電極形成層２６を成長させる。諸パラメーターの値
は、例えば以下の計算で示された値工＝０．２７．
Ｘ＝０．５゜Ｌｗ ＝２ＯＡ 、 Ｌｅ −５ＯＡ 、
Ｎ＝ ４周期にとると、良い結果が得られた。
装置テ、ＧａＡｇ基板２１の上にｎ −ＧａＡｓ電極形
成層２２をエピタキシャル成長させ、それからｎ −Ａ
ｊＩＧａｌ−ｘＡｓのクラッド層２３を、約０．５μｓ
に成長させる０次にｎ −ＧａＡｓ （Ｌｗ人） ／
ｎ −ＭＸ Ｇａ１− ｘ Ａｓ（Ｌｏ Ａ）がＮ周期
の超格子バッファ層２７を成長させ、再びｎ −Ａｌｌ
−１０ａＩ−ｚ Ａｓのクラッド２３′を約０．５−成
長させる。その上にＧａＡｓの活性層２４を約０．ＩＪ
ＪＪｌ成長させ、ｐ −Ａｉｒ：Ｇａ１− ｚ Ａｓの
クラッド層２５を約１鱗成長させ、最後にｐ −ＧａＡ
ｓの電極形成層２６を成長させる。諸パラメーターの値
は、例えば以下の計算で示された値工＝０．２７．
Ｘ＝０．５゜Ｌｗ ＝２ＯＡ 、 Ｌｅ −５ＯＡ 、
Ｎ＝ ４周期にとると、良い結果が得られた。
第６図は、第５図の構造に対する伝導帯のエネルギーバ
ンドの部分図であり、超格子バッファ層２７における電
圧降下の原因、またこれを除去するための条件も、第１
の実施例（第２図）の場合と全く同様である。
ンドの部分図であり、超格子バッファ層２７における電
圧降下の原因、またこれを除去するための条件も、第１
の実施例（第２図）の場合と全く同様である。
また、第７図は第６図に示す第３の実施例の伝導帯のエ
ネルギ・バンドの部分図であるが、活性層２４の付近は
図示するように傾斜構造としても良いことも第１の実施
例（第３図）の場合と同様である。
ネルギ・バンドの部分図であるが、活性層２４の付近は
図示するように傾斜構造としても良いことも第１の実施
例（第３図）の場合と同様である。
第８図は、本発明による第４の実施例の断面図である。
この実施例は、活性層３４．３４”の層面に垂直方向に
発光する面発光レーザ装置であるが、その構成はＧａＡ
ｓ基板３１ノ上に、 ｎ−ＧａＡｓ１！極層３２、ｎ
−Ａｌ１ ｘ Ｇａ ！−ｘ Ａｓクラッド層３３、Ｇ
ａＡｓ活性層３４、ｐ−Ａｉｚ Ｇａ１− ｚ Ａｓク
ラッド３５． ｐ” −ＡＪｌｚ Ｇａ１− ｚ Ａ
ｓ層３８、ｎ −Ｍｚ Ｇａ、−ｘＡｓクラッド層３３
” 、 ＧａＡｓ活性層３４ ′、 ｐ −Ｎｌｚ
Ｇａ１− ｒ Ａｓクラッド層３５′、ｐ−ＧａＡｓ
電極層３６′を順にエピタキシャル成長させることによ
って形成される。この構造でクラッド５３３、３３’
、 ３５．３５′およびＰ ” ＩＵｚ Ｇａ１−
ｒ Ａｓ層３８のうちの少なくとも一ケ所に第５図の場
合と同様に、超格子バッファ層を設けて、活性層３４゜
３４′の質を改善することができるが、その際、本発明
を用いて、電圧降下を回避することができる０面発光レ
ーザーの場合には、活性層３４．３４′を図示するよう
に複数層重ねることがあるが、その場合、印加電圧が活
性層の数に比例して高くなってしまうので、と特に本発
明は有効である。
発光する面発光レーザ装置であるが、その構成はＧａＡ
ｓ基板３１ノ上に、 ｎ−ＧａＡｓ１！極層３２、ｎ
−Ａｌ１ ｘ Ｇａ ！−ｘ Ａｓクラッド層３３、Ｇ
ａＡｓ活性層３４、ｐ−Ａｉｚ Ｇａ１− ｚ Ａｓク
ラッド３５． ｐ” −ＡＪｌｚ Ｇａ１− ｚ Ａ
ｓ層３８、ｎ −Ｍｚ Ｇａ、−ｘＡｓクラッド層３３
” 、 ＧａＡｓ活性層３４ ′、 ｐ −Ｎｌｚ
Ｇａ１− ｒ Ａｓクラッド層３５′、ｐ−ＧａＡｓ
電極層３６′を順にエピタキシャル成長させることによ
って形成される。この構造でクラッド５３３、３３’
、 ３５．３５′およびＰ ” ＩＵｚ Ｇａ１−
ｒ Ａｓ層３８のうちの少なくとも一ケ所に第５図の場
合と同様に、超格子バッファ層を設けて、活性層３４゜
３４′の質を改善することができるが、その際、本発明
を用いて、電圧降下を回避することができる０面発光レ
ーザーの場合には、活性層３４．３４′を図示するよう
に複数層重ねることがあるが、その場合、印加電圧が活
性層の数に比例して高くなってしまうので、と特に本発
明は有効である。
本発明の実施態様が数多く考えられ、これについて次番
表記述する。
表記述する。
以上の実施例においては、超格子バッファ層をｎ−Ａｌ
ｌＩＧａｘ−ｘＡｓのコレクタ層の間に設けたが、本発
明はこれに限定されるものでなく、例えばエミツタ層の
ような他の層の中に設けてもよい。
ｌＩＧａｘ−ｘＡｓのコレクタ層の間に設けたが、本発
明はこれに限定されるものでなく、例えばエミツタ層の
ような他の層の中に設けてもよい。
複数個の超格子バッファ層を設けた場合、本発明はより
有効であり、その際超格子バッファ層の設計は、個々の
超格子バッファ層について前述と全く同様に行なうこと
ができる。
有効であり、その際超格子バッファ層の設計は、個々の
超格子バッファ層について前述と全く同様に行なうこと
ができる。
超格子バッファ層の内部で混晶比Ｘ、障壁の幅Ｌ［Ｉ量
子井戸の幅Ｌａ等を一部変化することにより、さらに効
率のよい構造とすることが可能である。
子井戸の幅Ｌａ等を一部変化することにより、さらに効
率のよい構造とすることが可能である。
ＧａＡｓ／ ｆｉｄｌＧａＡｓ系に限らず、ＧａＡｓ／
Ａｌ２ＧａＩｎ Ｐ系等の他の材料を用いた半導体装
置でも本発明は有効である。
Ａｌ２ＧａＩｎ Ｐ系等の他の材料を用いた半導体装
置でも本発明は有効である。
前述の実施例においてはへテロ接合バイポーラ型トラン
ジスタ及び半導体レーザーとしたが１本発明はこれに限
定されるものでなく、半導体を積層して形成する装置で
層を貫く方向に電流を流す半導体装置に本発明を適用す
ることができる。
ジスタ及び半導体レーザーとしたが１本発明はこれに限
定されるものでなく、半導体を積層して形成する装置で
層を貫く方向に電流を流す半導体装置に本発明を適用す
ることができる。
本発明を適用すれば、クラッド層のポテンシャルからＬ
方数十ｌｌ１ｅｖ以内に、超格子バッファ層の少くとも
一つのサブバンドを含むというゆるい条件で良好な結果
を示す半導体装置を得ることができる。
方数十ｌｌ１ｅｖ以内に、超格子バッファ層の少くとも
一つのサブバンドを含むというゆるい条件で良好な結果
を示す半導体装置を得ることができる。
以上説明したように、超格子バッファ層（電子または正
孔に対するポテンシャルが、量子井戸部分でＶｗ、障壁
部へでＶａ）をポテンシャルがｖＯのクラッド層に挿入
する場合において、ＶｗくＶｏくＶｏを満たすようにす
ることを基本にして、諸パラメーターを適切に選ぶこと
により、超格子バッファ層での電圧降下を大幅に低減す
ることができる。
孔に対するポテンシャルが、量子井戸部分でＶｗ、障壁
部へでＶａ）をポテンシャルがｖＯのクラッド層に挿入
する場合において、ＶｗくＶｏくＶｏを満たすようにす
ることを基本にして、諸パラメーターを適切に選ぶこと
により、超格子バッファ層での電圧降下を大幅に低減す
ることができる。
これにより、クラッド層中に任意の場所に電圧降Ｆなし
に超格子バッファ層を設けることが可能になり、より活
性層の質を改善し、より低電流・低電圧駆動のレーザー
装置ができるようになった。また、任意の場所にバッフ
ァ層を設けることができることから、レーザー設計の自
由度も増す。これらのことは、特に、面発光レーザーの
場合に有効である。
に超格子バッファ層を設けることが可能になり、より活
性層の質を改善し、より低電流・低電圧駆動のレーザー
装置ができるようになった。また、任意の場所にバッフ
ァ層を設けることができることから、レーザー設計の自
由度も増す。これらのことは、特に、面発光レーザーの
場合に有効である。
ざらに、活性層の間近に超格子バッファ層を設ける場合
にも、（Ａ）超格子系の基底エネルギ準位が両側のクラ
ッド層のポテンシャルとほぼ一致し、かつ、（Ｂ）超格
子系の基底サブバンドのバンド幅が十分広く、一方のク
ラッド層から入射した電子が容易にな超格子バッファ層
を透過して反対側のクラッド層に抜けることがてきるよ
うにすれば、単に電圧降下の低減にとどまらず、同時に
。
にも、（Ａ）超格子系の基底エネルギ準位が両側のクラ
ッド層のポテンシャルとほぼ一致し、かつ、（Ｂ）超格
子系の基底サブバンドのバンド幅が十分広く、一方のク
ラッド層から入射した電子が容易にな超格子バッファ層
を透過して反対側のクラッド層に抜けることがてきるよ
うにすれば、単に電圧降下の低減にとどまらず、同時に
。
活性層からバッファ層への電子のしみ出しを押さえるこ
とができる。
とができる。
第１図は、本発明の一実施例を示す断面図、第２図は、
第１図の実施例のエネルギ・バンド図。 第３図は第２図のベース層付近を傾斜接合構造としたエ
ネルギ・バンド部分図、第４図、第５図、第８図は他の
実施例の断面図、第６図、第７図は他の実施例の伝導帯
エネルギ・バンド図、第９図、第１θ図は従来例の断面
図である。 １ 、 １１．２１．３１−−− ＧａＡｓ基板。 ２ 、１２．２２．３２−一−ｎ −ＧａＡｓ電極。 ３ 、 ３ ’ 、 １３． １３′、 ２３．２
３’、’３３． ３３’−ｍ−コレクタ層（クラッド層
） ４ 、１４．２４．３４−−一ベース層（活性層）、５
、 ＋５．２５．３５．３５ ′ −−−エミッタ層（クラ−２ド層） ７ 、１７．２７一−−超格子バツフアＭ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図
第１図の実施例のエネルギ・バンド図。 第３図は第２図のベース層付近を傾斜接合構造としたエ
ネルギ・バンド部分図、第４図、第５図、第８図は他の
実施例の断面図、第６図、第７図は他の実施例の伝導帯
エネルギ・バンド図、第９図、第１θ図は従来例の断面
図である。 １ 、 １１．２１．３１−−− ＧａＡｓ基板。 ２ 、１２．２２．３２−一−ｎ −ＧａＡｓ電極。 ３ 、 ３ ’ 、 １３． １３′、 ２３．２
３’、’３３． ３３’−ｍ−コレクタ層（クラッド層
） ４ 、１４．２４．３４−−一ベース層（活性層）、５
、 ＋５．２５．３５．３５ ′ −−−エミッタ層（クラ−２ド層） ７ 、１７．２７一−−超格子バツフアＭ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図
Claims (2)
- （１）半導体を積層して形成され、該積層を貫く方向に
電流を流す半導体装置において、少なくとも一つの半導
体層の中に、量子井戸部分のポテンシャルが前記半導体
層のポテンシャルよりも小さく、かつ障壁部分のポテン
シャルが前記半導体層のポテンシャルよりも大きい超格
子バッファ層を備えたことを特徴とする半導体装置。 - （２）活性層を狭むクラッド層を含む半導体レーザ構造
を有する半導体装置において、少なくとも一つの前記ク
ラッド層の中に、量子井戸部分のポテンシャルが前記ク
ラッド層のポテンシャルよりも小さく、かつ障壁部分の
ポテンシャルが前記クラッド層のポテンシャルよりも大
きい超格子バッファ層を備えたことを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60029305A JPS61190980A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体装置 |
| US06/828,254 US4796067A (en) | 1985-02-19 | 1986-02-11 | Semiconductor device having a superlattice structure |
| DE19863605130 DE3605130A1 (de) | 1985-02-19 | 1986-02-18 | Halbleitervorrichtung mit uebergitterstruktur |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60029305A JPS61190980A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61190980A true JPS61190980A (ja) | 1986-08-25 |
Family
ID=12272507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60029305A Pending JPS61190980A (ja) | 1985-02-19 | 1985-02-19 | 半導体装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4796067A (ja) |
| JP (1) | JPS61190980A (ja) |
| DE (1) | DE3605130A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63129685A (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPH0388369A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-12 | Yokogawa Electric Corp | ヘテロ構造半導体装置 |
| JP2008047940A (ja) * | 2007-10-29 | 2008-02-28 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2593966B1 (fr) * | 1986-02-04 | 1988-09-09 | Ankri David | Structure semi-conductrice monolithique d'un transistor bipolaire a heterojonction et d'un laser |
| JPH0666519B2 (ja) * | 1986-08-14 | 1994-08-24 | 東京工業大学長 | 超格子構造体 |
| JP2543551B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1996-10-16 | キヤノン株式会社 | 半導体レ―ザ― |
| US4930132A (en) * | 1987-12-28 | 1990-05-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Second harmonic wave generating device having active layer and second harmonic wave generating layer on same substrate |
| US5146295A (en) * | 1988-03-29 | 1992-09-08 | Omron Tateisi Electronic Co. | Semiconductor light emitting device having a superlattice buffer layer |
| EP0360011B1 (de) * | 1988-09-22 | 1994-02-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Abstimmbarer DFB-Laser |
| US5021360A (en) * | 1989-09-25 | 1991-06-04 | Gte Laboratories Incorporated | Method of farbicating highly lattice mismatched quantum well structures |
| US5013918A (en) * | 1990-04-02 | 1991-05-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Multicolor infrared photodetector |
| US5289018A (en) * | 1990-08-14 | 1994-02-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Light emitting device utilizing cavity quantum electrodynamics |
| JPH06260493A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| FR2713788B1 (fr) * | 1993-12-09 | 1996-03-01 | France Telecom | Opérateur optique à hétérostructure à puits quantiques. |
| US20060208265A1 (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-21 | Hitachi Cable, Ltd. | Light emitting diode and light emitting diode array |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6028292A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ素子 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4528464A (en) * | 1983-02-28 | 1985-07-09 | At&T Bell Laboratories | Degenerate four-wave mixer using multiple quantum well structures |
| US4525687A (en) * | 1983-02-28 | 1985-06-25 | At&T Bell Laboratories | High speed light modulator using multiple quantum well structures |
| NL8304008A (nl) * | 1983-11-22 | 1985-06-17 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. |
-
1985
- 1985-02-19 JP JP60029305A patent/JPS61190980A/ja active Pending
-
1986
- 1986-02-11 US US06/828,254 patent/US4796067A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-02-18 DE DE19863605130 patent/DE3605130A1/de active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6028292A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ素子 |
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| JPH0388369A (ja) * | 1989-08-31 | 1991-04-12 | Yokogawa Electric Corp | ヘテロ構造半導体装置 |
| JP2008047940A (ja) * | 2007-10-29 | 2008-02-28 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3605130C2 (ja) | 1991-09-05 |
| DE3605130A1 (de) | 1986-08-21 |
| US4796067A (en) | 1989-01-03 |
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