JP2001085797A - 半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミニウムを含まない活性領域を有する半
導体デバイスを提供する。 【解決手段】 本発明の半導体デバイスは、アルミニウ
ムを含まない活性領域を有する半導体デバイスであっ
て、活性領域は、１つ以上の量子井戸層と、１つ以上の
バリア層と、を含み、量子井戸層とバリア層とは交互に
配置され、１つ以上のバリア層が歪層であって、デバイ
スは、第１クラッド層と、第１クラッド層と第１クラッ
ド層に最近接の量子井戸層との間に配置されたアルミニ
ウムを含まない領域または層と、をさらに含む。
導体デバイスを提供する。 【解決手段】 本発明の半導体デバイスは、アルミニウ
ムを含まない活性領域を有する半導体デバイスであっ
て、活性領域は、１つ以上の量子井戸層と、１つ以上の
バリア層と、を含み、量子井戸層とバリア層とは交互に
配置され、１つ以上のバリア層が歪層であって、デバイ
スは、第１クラッド層と、第１クラッド層と第１クラッ
ド層に最近接の量子井戸層との間に配置されたアルミニ
ウムを含まない領域または層と、をさらに含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイス、お
よび特に限定的でないが半導体レーザデバイスまたは発
光ダイオードのような６３０ｎｍから６８０ｎｍの波長
領域で可視光線を発光する半導体デバイスに関する。そ
のデバイスは、エッジ発光または表面発光型式である。
よび特に限定的でないが半導体レーザデバイスまたは発
光ダイオードのような６３０ｎｍから６８０ｎｍの波長
領域で可視光線を発光する半導体デバイスに関する。そ
のデバイスは、エッジ発光または表面発光型式である。
【０００２】
【従来の技術】（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ材料系から製造
され、６３０ｎｍから６８０ｎｍの波長領域で可視光線
を発光するレーザデバイスまたはレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）は、さらに産業用および家電製品の重要なデバイス
となっている。例えば、デジタルビデオディスク（ＤＶ
Ｄ）システムは、６０℃の温度で３０ｍＷが可能な６３
５ｎｍから６５０ｎｍの波長のＬＤを使用すると予測さ
れている。次世代の半導体レーザは、より高い動作温度
（例えば７０℃）に至るまでさらに大きな最大出力を必
要とする。
され、６３０ｎｍから６８０ｎｍの波長領域で可視光線
を発光するレーザデバイスまたはレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）は、さらに産業用および家電製品の重要なデバイス
となっている。例えば、デジタルビデオディスク（ＤＶ
Ｄ）システムは、６０℃の温度で３０ｍＷが可能な６３
５ｎｍから６５０ｎｍの波長のＬＤを使用すると予測さ
れている。次世代の半導体レーザは、より高い動作温度
（例えば７０℃）に至るまでさらに大きな最大出力を必
要とする。
【０００３】（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ系は、ｘとｙを０
と１との間の数として、一般式（ＡｌXＧａ1-X）1-yＩ
ｎyＰを有する化合物群を意味する。この半導体システ
ム特有の利点の１つは、インジウムの混晶比ｙが０．４
８に等しい場合、ＧａＡｓ基板と格子整合することであ
る。
と１との間の数として、一般式（ＡｌXＧａ1-X）1-yＩ
ｎyＰを有する化合物群を意味する。この半導体システ
ム特有の利点の１つは、インジウムの混晶比ｙが０．４
８に等しい場合、ＧａＡｓ基板と格子整合することであ
る。
【０００４】現在の（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐレーザダイ
オードの主な限界は、特定の最高動作温度において、長
期間（または、十分な低しきい値電流を有する）の動作
が不可能なことである。一般的に、このことはデバイス
の活性領域から周囲の光ガイド領域または層、続いてｐ
型クラッド領域への電子の漏れによって発生すると信じ
られている。
オードの主な限界は、特定の最高動作温度において、長
期間（または、十分な低しきい値電流を有する）の動作
が不可能なことである。一般的に、このことはデバイス
の活性領域から周囲の光ガイド領域または層、続いてｐ
型クラッド領域への電子の漏れによって発生すると信じ
られている。
【０００５】６３０〜６８０ｎｍの光を生成するために
意図された分離閉じ込め型レーザ構造の一般的構造は、
ここで図１ａ、図１ｂ、および図１ｃを参照して記述さ
れる。
意図された分離閉じ込め型レーザ構造の一般的構造は、
ここで図１ａ、図１ｂ、および図１ｃを参照して記述さ
れる。
【０００６】図１ａは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ系で製
造された分離閉じ込め型レーザ構造の模式的バンド構造
である。それは、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）0.52Ｉｎ
0.48Ｐクラッド領域１、（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0.52Ｉｎ
0.48Ｐ光ガイド領域２、４、（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0.52
Ｉｎ0.48Ｐ光ガイド領域内に配置されたＧａＩｎＰ量子
井戸活性領域３、およびｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）0.52
Ｉｎ0.48Ｐクラッド領域５からなる。ｐ型コンタクト層
（図１ａに示されず）は、ｐ型クラッド領域５上に提供
され得、ｎ型コンタクト層（図示せず）はｎ型クラッド
領域１上に提供され得る。レーザダイオードの量子井戸
活性領域３におけるレーザ活性を起こす光学遷移は、Ｇ
ａＩｎＰ量子井戸活性領域内のΓバンドにおける電子に
よって起こる。
造された分離閉じ込め型レーザ構造の模式的バンド構造
である。それは、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）0.52Ｉｎ
0.48Ｐクラッド領域１、（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0.52Ｉｎ
0.48Ｐ光ガイド領域２、４、（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0.52
Ｉｎ0.48Ｐ光ガイド領域内に配置されたＧａＩｎＰ量子
井戸活性領域３、およびｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）0.52
Ｉｎ0.48Ｐクラッド領域５からなる。ｐ型コンタクト層
（図１ａに示されず）は、ｐ型クラッド領域５上に提供
され得、ｎ型コンタクト層（図示せず）はｎ型クラッド
領域１上に提供され得る。レーザダイオードの量子井戸
活性領域３におけるレーザ活性を起こす光学遷移は、Ｇ
ａＩｎＰ量子井戸活性領域内のΓバンドにおける電子に
よって起こる。
【０００７】本明細書中で使用されるΓバンドおよびＸ
バンドという用語は、ブリユアンゾーンでの対称点を参
照し、固体物理学では標準的な用語である（例えば、
Ｒ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ｓ」，（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｐｒｅｓｓ，１９７８）を参照されたい）。Γミニマム
およびＸミニマムという用語は、ΓバンドおよびＸバン
ドそれぞれの最小エネルギーレベルを参照する。
バンドという用語は、ブリユアンゾーンでの対称点を参
照し、固体物理学では標準的な用語である（例えば、
Ｒ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ｓ」，（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｐｒｅｓｓ，１９７８）を参照されたい）。Γミニマム
およびＸミニマムという用語は、ΓバンドおよびＸバン
ドそれぞれの最小エネルギーレベルを参照する。
【０００８】（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐの伝導帯における
最小エネルギーは、アルミニウム混晶比の関数である。
約０．５５のアルミニウム混晶比においてΓバンドミニ
マムからＸバンドミニマムのクロスオーバが存在する。
最小エネルギーは、アルミニウム混晶比の関数である。
約０．５５のアルミニウム混晶比においてΓバンドミニ
マムからＸバンドミニマムのクロスオーバが存在する。
【０００９】光ガイド領域におけるΓ電子を閉じ込める
ための有効なポテンシャル障壁が十分に提供される場
合、クラッド領域１、５のアルミニウム混晶比は、０．
７である必要はない。図１ｂは、図１ａと同様なレーザ
構造を示すが、クラッド領域１、５は、光ガイド領域
２、４におけるΓ電子を制限するポテンシャル障壁を増
大するために、（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐで
はなくてＡｌＩｎＰの構造から形成される。
ための有効なポテンシャル障壁が十分に提供される場
合、クラッド領域１、５のアルミニウム混晶比は、０．
７である必要はない。図１ｂは、図１ａと同様なレーザ
構造を示すが、クラッド領域１、５は、光ガイド領域
２、４におけるΓ電子を制限するポテンシャル障壁を増
大するために、（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐで
はなくてＡｌＩｎＰの構造から形成される。
【００１０】図１ａおよび図１ｂに示されるレーザ構造
において、活性領域３は単一ＧａＩｎＰ量子井戸層であ
る。あるいは活性領域がバリア層によって分離される２
つ以上の量子井戸層を含むことが可能である。
において、活性領域３は単一ＧａＩｎＰ量子井戸層であ
る。あるいは活性領域がバリア層によって分離される２
つ以上の量子井戸層を含むことが可能である。
【００１１】図１ｃは、複数の量子井戸層を含む活性領
域を有する（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＰレーザデバイスのΓ
伝導帯および価電子帯を示す。図１ｃに示される実施形
態において、活性領域３は、バリア層３ｂによって分離
される量子井戸層の各隣接する対を有する３つのＧａＩ
ｎＰ量子井戸層３ａを含む。バリア層３ｂは、（Ａｌ
0.3Ｇａ 0.7）0.52Ｉｎ0.48Ｐまたは（Ａｌ0.5Ｇａ
0.5）0.52Ｉｎ0.48Ｐのような、量子井戸層３ａを形成
するために使用される材料よりも高いΓバンドを有する
材料から形成される。図１ｃに示されるレーザにおい
て、バリア層３ｂは、光ガイド領域２、４のために使用
される材料と同じ（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0.52Ｉｎ0 .48Ｐ
から形成される。
域を有する（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＰレーザデバイスのΓ
伝導帯および価電子帯を示す。図１ｃに示される実施形
態において、活性領域３は、バリア層３ｂによって分離
される量子井戸層の各隣接する対を有する３つのＧａＩ
ｎＰ量子井戸層３ａを含む。バリア層３ｂは、（Ａｌ
0.3Ｇａ 0.7）0.52Ｉｎ0.48Ｐまたは（Ａｌ0.5Ｇａ
0.5）0.52Ｉｎ0.48Ｐのような、量子井戸層３ａを形成
するために使用される材料よりも高いΓバンドを有する
材料から形成される。図１ｃに示されるレーザにおい
て、バリア層３ｂは、光ガイド領域２、４のために使用
される材料と同じ（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0.52Ｉｎ0 .48Ｐ
から形成される。
【００１２】半導体レーザの劣化は、商用デバイスを開
発する場合に主要な問題となっている。約０．８５μｍ
のレーザ波長を有するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザ
は、１９７０年代初めて開発されたが、これらレーザの
初期の実施例は使用中急速に劣化し、その結果短い寿命
を有し商品利用するには不適当であった。これらのレー
ザに関連する重要な劣化問題を克服するためにかなりの
時間を要したが、現在では長寿命ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓレーザが市販されている。Ｍ．Ｆｕｋｕｄａは、「Ｒ
ｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏ
ｎ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ
ａｎｄ ＬＥＤ」 ＩＳＢＮ０−８９００６−４６５
−２において１０，０００時間以上の寿命を有するＡｌ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザが、市販されていると報告し
ている。
発する場合に主要な問題となっている。約０．８５μｍ
のレーザ波長を有するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザ
は、１９７０年代初めて開発されたが、これらレーザの
初期の実施例は使用中急速に劣化し、その結果短い寿命
を有し商品利用するには不適当であった。これらのレー
ザに関連する重要な劣化問題を克服するためにかなりの
時間を要したが、現在では長寿命ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓレーザが市販されている。Ｍ．Ｆｕｋｕｄａは、「Ｒ
ｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏ
ｎ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒｓ
ａｎｄ ＬＥＤ」 ＩＳＢＮ０−８９００６−４６５
−２において１０，０００時間以上の寿命を有するＡｌ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザが、市販されていると報告し
ている。
【００１３】（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐレーザが商業的に
成功するためには、これらのレーザがＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓレーザに匹敵する寿命を有することが必要であ
る。
成功するためには、これらのレーザがＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓレーザに匹敵する寿命を有することが必要であ
る。
【００１４】現在では、約６５０ｎｍの波長で可視スペ
クトルにおいて動作するワイドバンドギャップリン化物
レーザは、深刻な劣化問題を示す。低出力リン化物レー
ザの寿命が、商業目的を満足する約１０，０００時間で
あるにもかかわらず、高出力リン化物レーザの典型的寿
命は、商業的に受け入れられない約５，０００時間ほど
である。さらに、これらの寿命を得るためにレーザをア
ニールすることが必要であり、アニールされないレーザ
は、かなりの短寿命である。
クトルにおいて動作するワイドバンドギャップリン化物
レーザは、深刻な劣化問題を示す。低出力リン化物レー
ザの寿命が、商業目的を満足する約１０，０００時間で
あるにもかかわらず、高出力リン化物レーザの典型的寿
命は、商業的に受け入れられない約５，０００時間ほど
である。さらに、これらの寿命を得るためにレーザをア
ニールすることが必要であり、アニールされないレーザ
は、かなりの短寿命である。
【００１５】劣化問題は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）
を利用して製造されたレーザに対して特に深刻な問題と
なる。現在では、ＭＢＥによって成長するリン化物レー
ザ構造は、信頼性を改善するため、およびレーザ動作の
ためのしきい値を減少させるために熱的にアニールしな
ければならない。アニール処理は材料内にいくつかの非
放発光性再結合中心を除去（または少なくとも移動）す
ることが仮定される。しかし、アニール工程を実施する
ことは望ましくない。ｐ型クラッド領域のための通常の
ｐ型ドーパントはベリリウムであり、ベリリウムをドー
プしたレーザデバイスがアニールされた場合、ベリリウ
ムは、ｐ型クラッド領域から活性領域に拡散し得る。そ
のような拡散はレーザデバイスの性能を劣化させ、製造
過程の歩留まりも低下させる。
を利用して製造されたレーザに対して特に深刻な問題と
なる。現在では、ＭＢＥによって成長するリン化物レー
ザ構造は、信頼性を改善するため、およびレーザ動作の
ためのしきい値を減少させるために熱的にアニールしな
ければならない。アニール処理は材料内にいくつかの非
放発光性再結合中心を除去（または少なくとも移動）す
ることが仮定される。しかし、アニール工程を実施する
ことは望ましくない。ｐ型クラッド領域のための通常の
ｐ型ドーパントはベリリウムであり、ベリリウムをドー
プしたレーザデバイスがアニールされた場合、ベリリウ
ムは、ｐ型クラッド領域から活性領域に拡散し得る。そ
のような拡散はレーザデバイスの性能を劣化させ、製造
過程の歩留まりも低下させる。
【００１６】リン化物レーザの劣化の考えられ得る１つ
の理由として、その劣化は、活性領域の酸素による汚染
である。アルミニウムを含むリン化物材料の酸素による
汚染は、アルミニウムと酸素の高反応性のため、容易に
起こり得る。酸素は、非放射性欠陥を活性層に導入し、
このためレーザ発振のためのしきい値を増大させる。
の理由として、その劣化は、活性領域の酸素による汚染
である。アルミニウムを含むリン化物材料の酸素による
汚染は、アルミニウムと酸素の高反応性のため、容易に
起こり得る。酸素は、非放射性欠陥を活性層に導入し、
このためレーザ発振のためのしきい値を増大させる。
【００１７】酸素とアルミニウムを含む化合物との高反
応性のため、酸素はアルミニウムを含む合金において質
の悪い汚染物質である。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ半導体
構造の成長において、エピタキシャル成長過程の間、酸
素原子が、界面に移動およびその界面でトラップされる
のに十分に移動可能なことが知られている。ＧａＡｓお
よびＡｌＧａＡｓにおいて酸素は非放射性中心を形成
し、酸素の存在は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザの性
能および信頼性を減少させる傾向がある。Ｎ．Ｃｈａｎ
ｄらは、「Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ」
Ｖｏｌ１０（２），ｐ８０７，１９９２において０．３
またはそれ以上のアルミニウム混晶比を有するＡｌＧａ
Ａｓ層は、少なくとも典型的に酸素原子密度１０17ｃｍ
-3を有すると報告している。対照的にＧａＡｓにおい
て、通常は、酸素濃度は小さすぎて検出できない。
応性のため、酸素はアルミニウムを含む合金において質
の悪い汚染物質である。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ半導体
構造の成長において、エピタキシャル成長過程の間、酸
素原子が、界面に移動およびその界面でトラップされる
のに十分に移動可能なことが知られている。ＧａＡｓお
よびＡｌＧａＡｓにおいて酸素は非放射性中心を形成
し、酸素の存在は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓレーザの性
能および信頼性を減少させる傾向がある。Ｎ．Ｃｈａｎ
ｄらは、「Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ」
Ｖｏｌ１０（２），ｐ８０７，１９９２において０．３
またはそれ以上のアルミニウム混晶比を有するＡｌＧａ
Ａｓ層は、少なくとも典型的に酸素原子密度１０17ｃｍ
-3を有すると報告している。対照的にＧａＡｓにおい
て、通常は、酸素濃度は小さすぎて検出できない。
【００１８】Ｃｈａｎｄらは、酸素がＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ界面で蓄積する傾向があり、そのためデバイスの
活性領域において「酸素スパイク」を発生させることを
示している。彼らはまた、ベリリウムをドープしたクラ
ッド層は、シリコンをドープしたクラッド領域よりも大
きな酸素濃度を有することを示している。
ａＡｓ界面で蓄積する傾向があり、そのためデバイスの
活性領域において「酸素スパイク」を発生させることを
示している。彼らはまた、ベリリウムをドープしたクラ
ッド層は、シリコンをドープしたクラッド領域よりも大
きな酸素濃度を有することを示している。
【００１９】図３（ａ）は、図１ｃのレーザの酸素濃度
を示す。そのレーザのバンド構造は、図３（ｂ）におい
て繰り返される。それにより酸素濃度は、デバイスの層
に都合よく関連付けられる。
を示す。そのレーザのバンド構造は、図３（ｂ）におい
て繰り返される。それにより酸素濃度は、デバイスの層
に都合よく関連付けられる。
【００２０】図１ｃのレーザは、ゼロでないアルミニウ
ム含量を有する（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐから主に構成さ
れるため、バックグラウンド酸素濃度は約１０17ｃｍ-3
であると予想される。この構造の成長において、酸素
は、四元層とＧａＩｎＰ量子井戸層３ａとの間の界面ま
で移動する。このため各界面の領域において局在化され
た高酸素濃度、または「スパイク」を発生させる。酸素
濃度におけるこれらのスパイクは、活性層における酸素
濃度を増加させ、量子井戸活性層において非放射性トラ
ップの形成に至る。上述のようにこれらのトラップは、
レーザの性能および信頼性を劣化させる。
ム含量を有する（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐから主に構成さ
れるため、バックグラウンド酸素濃度は約１０17ｃｍ-3
であると予想される。この構造の成長において、酸素
は、四元層とＧａＩｎＰ量子井戸層３ａとの間の界面ま
で移動する。このため各界面の領域において局在化され
た高酸素濃度、または「スパイク」を発生させる。酸素
濃度におけるこれらのスパイクは、活性層における酸素
濃度を増加させ、量子井戸活性層において非放射性トラ
ップの形成に至る。上述のようにこれらのトラップは、
レーザの性能および信頼性を劣化させる。
【００２１】図４は、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ系で製造
される従来のレーザ構造のための酸素濃度を示す。酸素
濃度は、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）によって測
定される。図４は、異なるスキャン速度で実施された２
つの測定の結果を示す。
される従来のレーザ構造のための酸素濃度を示す。酸素
濃度は、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）によって測
定される。図４は、異なるスキャン速度で実施された２
つの測定の結果を示す。
【００２２】測定した試料は、（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）
0.52Ｉｎ0.48Ｐバリア層間に挟まれた３つのＧａＩｎＰ
量子井戸層を含む活性領域、（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0.52
Ｉｎ0.4 8Ｐ導波路領域、および（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）
0.52Ｉｎ0.48Ｐクラッド領域を有する。ＧａＩｎＰ量子
井戸層（アルミニウムを含まない）において１０15ｃｍ
-3と同程度に低い酸素濃度と比較して、クラッド領域お
よび導波路領域は、ＳＩＭＳによって測定された約１０
17ｃｍ-3の酸素濃度をそれぞれ有する。それゆえバリア
層および量子井戸層の間のそれぞれの界面の酸素濃度中
に鋭いスパイクがある（ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓの場合
にも似たような形態である）。ＳＩＭＳ機器は、そのよ
うな鋭い特徴を分解し得ず、そのため、実際図４は３つ
の量子井戸に亘る酸素レベルのたたみ込みを示す。酸素
濃度において観測される単一スパイクは測定技術による
アーチファクトである。
0.52Ｉｎ0.48Ｐバリア層間に挟まれた３つのＧａＩｎＰ
量子井戸層を含む活性領域、（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0.52
Ｉｎ0.4 8Ｐ導波路領域、および（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）
0.52Ｉｎ0.48Ｐクラッド領域を有する。ＧａＩｎＰ量子
井戸層（アルミニウムを含まない）において１０15ｃｍ
-3と同程度に低い酸素濃度と比較して、クラッド領域お
よび導波路領域は、ＳＩＭＳによって測定された約１０
17ｃｍ-3の酸素濃度をそれぞれ有する。それゆえバリア
層および量子井戸層の間のそれぞれの界面の酸素濃度中
に鋭いスパイクがある（ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓの場合
にも似たような形態である）。ＳＩＭＳ機器は、そのよ
うな鋭い特徴を分解し得ず、そのため、実際図４は３つ
の量子井戸に亘る酸素レベルのたたみ込みを示す。酸素
濃度において観測される単一スパイクは測定技術による
アーチファクトである。
【００２３】（Ａｌ0.7Ｇａ 0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐクラ
ッド層および（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0. 52Ｉｎ0.48Ｐ光ガ
イド領域は、約１０17ｃｍ-3の酸素濃度が測定される。
活性領域における酸素濃度は、この値よりも相当大きい
（上記のように、図４の単一酸素スパイクは測定技術に
よるアーチファクトである）。
ッド層および（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）0. 52Ｉｎ0.48Ｐ光ガ
イド領域は、約１０17ｃｍ-3の酸素濃度が測定される。
活性領域における酸素濃度は、この値よりも相当大きい
（上記のように、図４の単一酸素スパイクは測定技術に
よるアーチファクトである）。
【００２４】２．６〜２．８μｍの深さの領域はＧａＩ
ｎＰ層であり、そこでは予測されるように、低酸素濃度
として観測される。２．８〜３．０μｍの深さで発生す
る酸素スパイクは、エピタキシャル層構造と基板との間
の界面に存在し、エピタキシャル成長工程前に基板から
完全に除去されていない酸素に起因する。
ｎＰ層であり、そこでは予測されるように、低酸素濃度
として観測される。２．８〜３．０μｍの深さで発生す
る酸素スパイクは、エピタキシャル層構造と基板との間
の界面に存在し、エピタキシャル成長工程前に基板から
完全に除去されていない酸素に起因する。
【００２５】アルミニウムを含まない活性領域を有する
半導体レーザデバイスを製造するために多くの試みが行
われた。Ａ．Ａｌ−Ｍｕｈａｎｎａらは、「Ａｐｐｌｉ
ｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．７２
Ｎｏ．６ ｐａｇｅｓ．６４１〜６４２（１９９８）に
おいて、ＩｎＧａＡｓＰ活性層を有するＩｎＧａＡｌＰ
系におけるレーザデバイスを提案した。このレーザは、
７３０ｎｍの波長を有する光を発光する。彼らはこのレ
ーザが改善された効率を有することを報告し、アルミニ
ウムを含まない活性領域の使用に起因するとした。
半導体レーザデバイスを製造するために多くの試みが行
われた。Ａ．Ａｌ−Ｍｕｈａｎｎａらは、「Ａｐｐｌｉ
ｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．７２
Ｎｏ．６ ｐａｇｅｓ．６４１〜６４２（１９９８）に
おいて、ＩｎＧａＡｓＰ活性層を有するＩｎＧａＡｌＰ
系におけるレーザデバイスを提案した。このレーザは、
７３０ｎｍの波長を有する光を発光する。彼らはこのレ
ーザが改善された効率を有することを報告し、アルミニ
ウムを含まない活性領域の使用に起因するとした。
【００２６】Ｗａｄｅらは、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．７０、Ｎｏ．２、
ｐａｇｅｓ．１４９〜１５１（１９９７）において、８
３０ｎｍの発光、およびアルミニウムを含まない活性領
域を有するレーザについて報告した。このデバイスもま
た、活性領域としてＩｎＧａＡｓＰ層を利用し、この層
は、ＩｎＧａＰ光ガイド領域内に配置される。Ｗａｄｅ
らは、レーザの信頼性を改善し、その改善は、アルミニ
ウムを含まない活性領域の使用に起因すると報告した。
彼らは改善されたＣＯＤ（カタストロフィックオプティ
カルミラーダメージ）（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ ｏ
ｐｔｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒ ｄａｍａｇｅ）電力密度
レベルについても報告した。
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．７０、Ｎｏ．２、
ｐａｇｅｓ．１４９〜１５１（１９９７）において、８
３０ｎｍの発光、およびアルミニウムを含まない活性領
域を有するレーザについて報告した。このデバイスもま
た、活性領域としてＩｎＧａＡｓＰ層を利用し、この層
は、ＩｎＧａＰ光ガイド領域内に配置される。Ｗａｄｅ
らは、レーザの信頼性を改善し、その改善は、アルミニ
ウムを含まない活性領域の使用に起因すると報告した。
彼らは改善されたＣＯＤ（カタストロフィックオプティ
カルミラーダメージ）（ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ ｏ
ｐｔｉｃａｌ ｍｉｒｒｏｒ ｄａｍａｇｅ）電力密度
レベルについても報告した。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層を利用するアプローチは、６３０ｎｍ〜６８０
ｎｍの波長において発光するレーザデバイスを得るため
に使用できない。なぜならＩｎＧａＡｓＰのバンドギャ
ップが、この波長領域において発光するには小さすぎる
ためである。これは、（窒化物を除いた）全てのＩＩＩ
−Ｖ半導体の場合にあてはまる。
Ｐ活性層を利用するアプローチは、６３０ｎｍ〜６８０
ｎｍの波長において発光するレーザデバイスを得るため
に使用できない。なぜならＩｎＧａＡｓＰのバンドギャ
ップが、この波長領域において発光するには小さすぎる
ためである。これは、（窒化物を除いた）全てのＩＩＩ
−Ｖ半導体の場合にあてはまる。
【００２８】ＥＰ−Ａ−０４７６６８９は、６３０ｎｍ
〜６８０ｎｍの領域において発光するレーザデバイスを
開示し、その中で、活性領域は、ＡｌＧａＩｎＰ層から
形成される。バリア層は引張り応力を受けて歪み、量子
井戸層は圧縮応力を受けて歪み、異なる歪は、バリア層
および量子井戸層における異なるバンド構造を引き起こ
す。アルミニウムのないことがレーザ発光波長を増加さ
せるが、この文献は、同様のアプローチがＧａＩｎＰ層
から形成される活性領域とともに使用され得ることを示
唆する。
〜６８０ｎｍの領域において発光するレーザデバイスを
開示し、その中で、活性領域は、ＡｌＧａＩｎＰ層から
形成される。バリア層は引張り応力を受けて歪み、量子
井戸層は圧縮応力を受けて歪み、異なる歪は、バリア層
および量子井戸層における異なるバンド構造を引き起こ
す。アルミニウムのないことがレーザ発光波長を増加さ
せるが、この文献は、同様のアプローチがＧａＩｎＰ層
から形成される活性領域とともに使用され得ることを示
唆する。
【００２９】ＥＰ−Ａ−０４７６６８９で示されるその
レーザは、活性領域に隣接したＡｌＧａＩｎＰ導波路を
有する。アルミニウムを含むため、酸素汚染は導波路に
おいて起こり、酸素濃度におけるスパイクは、活性領域
と導波路との界面で発生する。
レーザは、活性領域に隣接したＡｌＧａＩｎＰ導波路を
有する。アルミニウムを含むため、酸素汚染は導波路に
おいて起こり、酸素濃度におけるスパイクは、活性領域
と導波路との界面で発生する。
【００３０】ＵＳ−Ａ−５３３１６５６は、５５０ｎｍ
〜５９０ｎｍの波長領域において発光するＧａＩｎＰレ
ーザを開示する。その活性領域は、窒素をドープしたＧ
ａＩｎＰから共に形成される量子井戸層およびバリア層
を含む。しかし、実際には窒素ドープすることは実際困
難である。さらに、窒素を多量にドープすることは、バ
ンドギャップを相当減少させるのに対して、窒素を少量
にドープすることは、相当合金組成を変化させず、相当
な歪を引き起こさない。
〜５９０ｎｍの波長領域において発光するＧａＩｎＰレ
ーザを開示する。その活性領域は、窒素をドープしたＧ
ａＩｎＰから共に形成される量子井戸層およびバリア層
を含む。しかし、実際には窒素ドープすることは実際困
難である。さらに、窒素を多量にドープすることは、バ
ンドギャップを相当減少させるのに対して、窒素を少量
にドープすることは、相当合金組成を変化させず、相当
な歪を引き起こさない。
【００３１】活性領域内で量子井戸層およびバリア層が
逆方向に歪んだ活性領域を有するレーザは、ＵＳ−Ａ−
５９０３５８７、ＪＰ−Ａ−１１１４５５４９、および
ＵＳ−Ａ−５８４１１５２にも開示されている。しかし
これらの文献は、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長領域に
おいて発光する（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐレーザに関連し
ない。ＪＰ−Ａ−１１１４５５４９は、ＭＱＷ層内に量
子井戸層およびバリア層が共にＩｎＧａＡｓＰ層である
ＭＱＷ層を開示する。ＵＳ−Ａ−５９０３５８７に開示
されたそのレーザは、０．９８から１．０２μｍまでの
領域において発光し、ＧａＡｓＰから形成されるバリア
層、およびＧａＩｎＡｓから形成される量子井戸構造を
含む活性領域を有する。ＵＳ−Ａ−５８４１８５２は、
１．３μｍの波長を有する光を発光するレーザを開示
し、さらにバリア層は、ＩｎＧａＡｓＰであり、量子井
戸層は、ＩｎＧａＡｓである。
逆方向に歪んだ活性領域を有するレーザは、ＵＳ−Ａ−
５９０３５８７、ＪＰ−Ａ−１１１４５５４９、および
ＵＳ−Ａ−５８４１１５２にも開示されている。しかし
これらの文献は、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長領域に
おいて発光する（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐレーザに関連し
ない。ＪＰ−Ａ−１１１４５５４９は、ＭＱＷ層内に量
子井戸層およびバリア層が共にＩｎＧａＡｓＰ層である
ＭＱＷ層を開示する。ＵＳ−Ａ−５９０３５８７に開示
されたそのレーザは、０．９８から１．０２μｍまでの
領域において発光し、ＧａＡｓＰから形成されるバリア
層、およびＧａＩｎＡｓから形成される量子井戸構造を
含む活性領域を有する。ＵＳ−Ａ−５８４１８５２は、
１．３μｍの波長を有する光を発光するレーザを開示
し、さらにバリア層は、ＩｎＧａＡｓＰであり、量子井
戸層は、ＩｎＧａＡｓである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
は、アルミニウムを含まない活性領域を有する半導体デ
バイスであって、該活性領域は、１つ以上の量子井戸層
と、１つ以上のバリア層と、を含み、該量子井戸層と該
バリア層とは交互に配置され、該１つ以上のバリア層が
歪層であって、該デバイスは、第１クラッド層と、該第
１クラッド層と該第１クラッド層に最近接の該量子井戸
層との間に配置されたアルミニウムを含まない領域また
は層と、をさらに含む。
は、アルミニウムを含まない活性領域を有する半導体デ
バイスであって、該活性領域は、１つ以上の量子井戸層
と、１つ以上のバリア層と、を含み、該量子井戸層と該
バリア層とは交互に配置され、該１つ以上のバリア層が
歪層であって、該デバイスは、第１クラッド層と、該第
１クラッド層と該第１クラッド層に最近接の該量子井戸
層との間に配置されたアルミニウムを含まない領域また
は層と、をさらに含む。
【００３３】本発明のデバイスは、前記アルミニウムを
含まない領域または層と前記第１クラッド層との間に光
ガイド領域または層をさらに含んでもよい。
含まない領域または層と前記第１クラッド層との間に光
ガイド領域または層をさらに含んでもよい。
【００３４】本発明の半導体デバイスは、アルミニウム
を含まない活性領域を有する半導体デバイスであって、
該活性領域は、１つ以上の量子井戸層と、１つ以上のバ
リア層と、を含み、該量子井戸層と該バリア層とは交互
に配置され、該１つ以上のバリア層が歪層であって、該
デバイスは、使用時において、６３０から６８０ｎｍの
範囲の波長を有する光を発光する。
を含まない活性領域を有する半導体デバイスであって、
該活性領域は、１つ以上の量子井戸層と、１つ以上のバ
リア層と、を含み、該量子井戸層と該バリア層とは交互
に配置され、該１つ以上のバリア層が歪層であって、該
デバイスは、使用時において、６３０から６８０ｎｍの
範囲の波長を有する光を発光する。
【００３５】本発明のデバイスは、前記活性領域の両端
に光ガイド領域または層をさらに含んでもよい。
に光ガイド領域または層をさらに含んでもよい。
【００３６】本発明のデバイスは、第１のクラッド層
と、該第１のクラッド層と該第１のクラッド層に最近接
の前記量子井戸層との間に配置されたアルミニウムを含
まない領域または層と、をさらに含んでもよい。
と、該第１のクラッド層と該第１のクラッド層に最近接
の前記量子井戸層との間に配置されたアルミニウムを含
まない領域または層と、をさらに含んでもよい。
【００３７】本発明のデバイスは、前記１つ以上のバリ
ア層が引張り歪層であってもよい。
ア層が引張り歪層であってもよい。
【００３８】本発明のデバイスは、前記１つ以上のバリ
ア層と前記１つ以上の量子井戸層間の格子不整合が小さ
くてもよい。
ア層と前記１つ以上の量子井戸層間の格子不整合が小さ
くてもよい。
【００３９】本発明のデバイスは、前記１つ以上の量子
井戸層が前記第１クラッド層と格子整合されてもよい。
井戸層が前記第１クラッド層と格子整合されてもよい。
【００４０】本発明のデバイスは、前記１つ以上の量子
井戸層が圧縮歪層であってもよい。
井戸層が圧縮歪層であってもよい。
【００４１】本発明のデバイスは、前記１つ以上のバリ
ア層がインジウムを含んでもよい。
ア層がインジウムを含んでもよい。
【００４２】本発明のデバイスは、前記アルミニウムを
含まない領域または層が歪層であってもよい。
含まない領域または層が歪層であってもよい。
【００４３】本発明のデバイスは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉ
ｎ）Ｐ材料系において作製されてもよい。
ｎ）Ｐ材料系において作製されてもよい。
【００４４】本発明のデバイスは、前記１つ以上の量子
井戸層がＧａxＩｎ1-xＰ層であり、前記１つ以上のバリ
ア層がＧａyＩｎ1-yＰ層であり、ここでｙ＞ｘであって
もよい。
井戸層がＧａxＩｎ1-xＰ層であり、前記１つ以上のバリ
ア層がＧａyＩｎ1-yＰ層であり、ここでｙ＞ｘであって
もよい。
【００４５】本発明のデバイスは、前記１つ以上の活性
層がＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層であり、前記１つ以上のバリ
ア層がＧａ0.61Ｉｎ0.39Ｐ層であってもよい。
層がＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層であり、前記１つ以上のバリ
ア層がＧａ0.61Ｉｎ0.39Ｐ層であってもよい。
【００４６】本発明のデバイスは、前記１つ以上の活性
層がＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層であり、前記バリア層または
各バリア層がＧａ0.71Ｉｎ0.29Ｐ層であってもよい。
層がＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層であり、前記バリア層または
各バリア層がＧａ0.71Ｉｎ0.29Ｐ層であってもよい。
【００４７】本発明のデバイスは、前記１つ以上の活性
層がＧａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ層であってもよい。
層がＧａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ層であってもよい。
【００４８】本発明のデバイスは、前記デバイスがレー
ザであってもよい。
ザであってもよい。
【００４９】本発明のデバイスは、前記デバイスが発光
ダイオードであってもよい。
ダイオードであってもよい。
【００５０】本発明の第１の局面は、アルミニウムを含
まない活性領域を有する半導体デバイスを提供し、活性
層は、交互に配置される複数の量子井戸層および複数の
バリア層を含み、そのバリア層または各バリア層は歪層
であって、そのデバイスは第１のクラッド層、および第
１のクラッド層と最も接近した量子井戸層との間に配置
されたアルミニウムを含まない領域または層と、をさら
に含む。
まない活性領域を有する半導体デバイスを提供し、活性
層は、交互に配置される複数の量子井戸層および複数の
バリア層を含み、そのバリア層または各バリア層は歪層
であって、そのデバイスは第１のクラッド層、および第
１のクラッド層と最も接近した量子井戸層との間に配置
されたアルミニウムを含まない領域または層と、をさら
に含む。
【００５１】本明細書中で使用する「アルミニウムを含
まない領域または層」という用語は、意図的成分として
アルミニウムを含まない領域または層として使用され
る。
まない領域または層」という用語は、意図的成分として
アルミニウムを含まない領域または層として使用され
る。
【００５２】半導体材料の層を歪ませることは、材料の
バンドギャップを増加させ得る。バリア層として歪層の
使用はバリア層を提供し、または意図的にバリア層にア
ルミニウムを導入する必要性なく、隣接している量子井
戸層間にΓ電子の輸送に対して有効な障壁を提供するた
めに必要なΓバンドエネルギーを有する層を提供する。
従って、本発明は、アルミニウムを含まない活性領域を
有するデバイスの提供を可能にする。
バンドギャップを増加させ得る。バリア層として歪層の
使用はバリア層を提供し、または意図的にバリア層にア
ルミニウムを導入する必要性なく、隣接している量子井
戸層間にΓ電子の輸送に対して有効な障壁を提供するた
めに必要なΓバンドエネルギーを有する層を提供する。
従って、本発明は、アルミニウムを含まない活性領域を
有するデバイスの提供を可能にする。
【００５３】さらに酸素は、成長過程の間第１のクラッ
ド層との界面に蓄積され、結果として高酸素濃度領域と
なる。第１のクラッド層と第１のクラッド層に最も接近
した量子井戸層との間のアルミニウムを含まない領域ま
たは層を提供することは、高酸素濃度の領域から活性領
域の間隔をあけ、デバイスの動作特性に関して、高酸素
濃度の領域の影響を減少させる。
ド層との界面に蓄積され、結果として高酸素濃度領域と
なる。第１のクラッド層と第１のクラッド層に最も接近
した量子井戸層との間のアルミニウムを含まない領域ま
たは層を提供することは、高酸素濃度の領域から活性領
域の間隔をあけ、デバイスの動作特性に関して、高酸素
濃度の領域の影響を減少させる。
【００５４】本発明の第２の局面は、アルミニウムを含
まない活性領域を有する半導体デバイス、複数の量子井
戸層および複数のバリア層を含んでいる活性層、交互に
配置される量子井戸層およびバリア層、を提供し、その
バリア層または各バリア層は、歪層であり、デバイス
は、使用時に６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの領域における波
長を有する光を発光する。
まない活性領域を有する半導体デバイス、複数の量子井
戸層および複数のバリア層を含んでいる活性層、交互に
配置される量子井戸層およびバリア層、を提供し、その
バリア層または各バリア層は、歪層であり、デバイス
は、使用時に６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの領域における波
長を有する光を発光する。
【００５５】上述のように、バリア層として歪層の使用
は、アルミニウムをバリア層に意図的に導入する必要性
を回避する。従って本発明は、アルミニウムを含まない
活性領域を有するデバイスを可能にし、それにより可視
スペクトルの６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長領域におい
て発光し得る。例えば、アルミニウムをレーザデバイス
の活性領域に導入する必要性を回避することによって、
活性領域の酸素汚染のためのデバイスの劣化が減少さ
れ、従ってデバイスの寿命が増加する。
は、アルミニウムをバリア層に意図的に導入する必要性
を回避する。従って本発明は、アルミニウムを含まない
活性領域を有するデバイスを可能にし、それにより可視
スペクトルの６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長領域におい
て発光し得る。例えば、アルミニウムをレーザデバイス
の活性領域に導入する必要性を回避することによって、
活性領域の酸素汚染のためのデバイスの劣化が減少さ
れ、従ってデバイスの寿命が増加する。
【００５６】本発明の第２の局面によるデバイスは、第
１のクラッド層および、第１のクラッド層と第１のクラ
ッド層に最近接した量子井戸層との間に配置されたアル
ミニウムを含まないスペーサ層と、をさらに含む。
１のクラッド層および、第１のクラッド層と第１のクラ
ッド層に最近接した量子井戸層との間に配置されたアル
ミニウムを含まないスペーサ層と、をさらに含む。
【００５７】本発明の第１の局面によるデバイスは、光
の使用時に、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの領域の波長を有
する光を発光し得る。
の使用時に、６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの領域の波長を有
する光を発光し得る。
【００５８】本発明のいずれか一方の局面によるデバイ
スは、光の使用時に、６３５ｎｍ〜６５０ｎｍの波長領
域で発光し得る。
スは、光の使用時に、６３５ｎｍ〜６５０ｎｍの波長領
域で発光し得る。
【００５９】バリア層または各バリア層は、引張り歪層
であり得る。
であり得る。
【００６０】バリア層または各バリア層と、量子井戸層
または各量子井戸層との間の格子不整合は小さくあり得
る。これによりバリア層の臨界厚さを増加させる。
または各量子井戸層との間の格子不整合は小さくあり得
る。これによりバリア層の臨界厚さを増加させる。
【００６１】量子井戸層または各量子井戸層は、クラッ
ド層と格子整合であり得る。あるいは、量子井戸層また
は各量子井戸層は、圧縮歪層であり得る。このことは量
子井戸層または各量子井戸層として圧縮歪層、およびバ
リア層または各バリア層として引張り歪層を使用するこ
とによって、圧縮歪活性領域を補償とする歪を有するデ
バイスが生成されることを可能にする。
ド層と格子整合であり得る。あるいは、量子井戸層また
は各量子井戸層は、圧縮歪層であり得る。このことは量
子井戸層または各量子井戸層として圧縮歪層、およびバ
リア層または各バリア層として引張り歪層を使用するこ
とによって、圧縮歪活性領域を補償とする歪を有するデ
バイスが生成されることを可能にする。
【００６２】バリア層または各バリア層はインジウムを
含み得る。バリア層にインジウムを導入することは、バ
リア層における歪を減少させ、バリア層の臨界厚さを増
加させる。
含み得る。バリア層にインジウムを導入することは、バ
リア層における歪を減少させ、バリア層の臨界厚さを増
加させる。
【００６３】アルミニウムを含まない領域または層は、
歪層であり得る。
歪層であり得る。
【００６４】そのデバイスは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ
材料系において作製され得る。これは、例えば、６３０
ｎｍ〜６８０ｎｍの領域において発光するデバイス、お
よびアルミニウムを含まない活性層を有するデバイスが
生産されることを可能にする。
材料系において作製され得る。これは、例えば、６３０
ｎｍ〜６８０ｎｍの領域において発光するデバイス、お
よびアルミニウムを含まない活性層を有するデバイスが
生産されることを可能にする。
【００６５】活性層または各活性層は、ＧａxＩｎ1-xＰ
層であり、バリア層または各バリア層ＧａyＩｎ1-yＰ層
であり、ここでｙ＞ｘであり得る。例えば、活性層また
は各活性層は、Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層であり得、バリア
層または各バリア層は、Ｇａ 0.61Ｉｎ0.39Ｐ層であり
得、あるいは活性層または各活性層はＧａ0.52Ｉｎ0.48
Ｐ層であり得、バリア層または各バリア層は、Ｇａ0.71
Ｉｎ0.29Ｐ層であり得る。Ｇａ0.61Ｉｎ0.39ＰおよびＧ
ａ0.71Ｉｎ0.29Ｐの引張り歪層は、それぞれ（Ａｌ0.3
Ｇａ 0.7）0.52Ｉｎ0.48Ｐおよび（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）
0.52Ｉｎ0.48Ｐとほとんど同じバンドギャップを有し、
よってバンドギャッププロフィールに相当影響されずに
これら材料を置換するために使用され得る。
層であり、バリア層または各バリア層ＧａyＩｎ1-yＰ層
であり、ここでｙ＞ｘであり得る。例えば、活性層また
は各活性層は、Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層であり得、バリア
層または各バリア層は、Ｇａ 0.61Ｉｎ0.39Ｐ層であり
得、あるいは活性層または各活性層はＧａ0.52Ｉｎ0.48
Ｐ層であり得、バリア層または各バリア層は、Ｇａ0.71
Ｉｎ0.29Ｐ層であり得る。Ｇａ0.61Ｉｎ0.39ＰおよびＧ
ａ0.71Ｉｎ0.29Ｐの引張り歪層は、それぞれ（Ａｌ0.3
Ｇａ 0.7）0.52Ｉｎ0.48Ｐおよび（Ａｌ0.5Ｇａ 0.5）
0.52Ｉｎ0.48Ｐとほとんど同じバンドギャップを有し、
よってバンドギャッププロフィールに相当影響されずに
これら材料を置換するために使用され得る。
【００６６】あるいは、活性層または各活性層はＧａ
0.43Ｉｎ0.57Ｐ層であり得る。この材料はＧａＡｓより
も小さな格子定数を有し、ＧａＡｓ格子整合である層上
に成長した場合、圧縮歪層を形成する。
0.43Ｉｎ0.57Ｐ層であり得る。この材料はＧａＡｓより
も小さな格子定数を有し、ＧａＡｓ格子整合である層上
に成長した場合、圧縮歪層を形成する。
【００６７】そのデバイスはレーザデバイスであり得
る。あるいは、そのデバイスは発光ダイオードであり得
る。
る。あるいは、そのデバイスは発光ダイオードであり得
る。
【００６８】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施態様は、添付
図面を参照し、例示的な実施例によって記述される。
図面を参照し、例示的な実施例によって記述される。
【００６９】図５（ａ）は、本発明の実施態様による６
３０〜６８０ｎｍ波長領域において発光するためのレー
ザデバイスのΓ導電バンド（上側トレース）、および価
電子帯（ＶＢ）（下側トレース）を示す。上述の従来技
術のレーザデバイスの場合、そのレーザデバイスは、ｎ
型クラッド領域１１、光ガイド領域１２、１４、光ガイ
ド領域内に配置された活性領域１３、およびｐ型クラッ
ド領域１５を有する。図５（ａ）の実施態様において、
本発明のレーザデバイスは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ系
において作成される。ｎ型およびｐ型クラッド層１１、
１５は、（Ａｌ 0.7Ｇａ 0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐから形成
され、光ガイド領域１２、１４は（Ａｌ0 .5Ｇａ 0.5）
0.52Ｉｎ0.48Ｐから形成され、クラッド層および光ガイ
ド領域は、ＧａＡｓ基板（図５（ａ）に示されず）と格
子整合する。
３０〜６８０ｎｍ波長領域において発光するためのレー
ザデバイスのΓ導電バンド（上側トレース）、および価
電子帯（ＶＢ）（下側トレース）を示す。上述の従来技
術のレーザデバイスの場合、そのレーザデバイスは、ｎ
型クラッド領域１１、光ガイド領域１２、１４、光ガイ
ド領域内に配置された活性領域１３、およびｐ型クラッ
ド領域１５を有する。図５（ａ）の実施態様において、
本発明のレーザデバイスは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ系
において作成される。ｎ型およびｐ型クラッド層１１、
１５は、（Ａｌ 0.7Ｇａ 0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐから形成
され、光ガイド領域１２、１４は（Ａｌ0 .5Ｇａ 0.5）
0.52Ｉｎ0.48Ｐから形成され、クラッド層および光ガイ
ド領域は、ＧａＡｓ基板（図５（ａ）に示されず）と格
子整合する。
【００７０】活性領域１３は、バリア層１３ｂによって
分離される複数の量子井戸層１３ａを含む。図１ｃに示
される従来技術のレーザデバイスと対比して、量子井戸
層１３ａおよびバリア層１３ｂの両方は、ＧａxＩｎ1-x
Ｐから形成される。バリア層も量子井戸層もＡｌを含ま
ず、そのため活性領域の酸素濃度は、相当減少する。活
性領域は、いかなるアルミニウム含有合金を含まないた
めに、活性領域の酸素不純物濃度は、１０16ｃｍ-3より
低いと予想される。
分離される複数の量子井戸層１３ａを含む。図１ｃに示
される従来技術のレーザデバイスと対比して、量子井戸
層１３ａおよびバリア層１３ｂの両方は、ＧａxＩｎ1-x
Ｐから形成される。バリア層も量子井戸層もＡｌを含ま
ず、そのため活性領域の酸素濃度は、相当減少する。活
性領域は、いかなるアルミニウム含有合金を含まないた
めに、活性領域の酸素不純物濃度は、１０16ｃｍ-3より
低いと予想される。
【００７１】ＧａＰは、それぞれ２．９ｅＶ、２．３ｅ
ＶのΓ−Γ、Γ−Ｘバンドギャップを有する間接半導体
である。その格子定数は５．４５１Åである。ＩｎＰ
は、それぞれ１．４ｅＶおよび２．３ｅＶのΓ−Γおよ
びΓ−Ｘバンドギャップを有する直接バンドギャップ材
料である。その格子定数は、５．８５Åである。Ｇａx
Ｉｎ1-xＰにおけるインジウム濃度増加するにつれて、
格子定数も増加する。Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐは、５．６５
３Åの格子定数を有し、ＧａＡｓに格子整合する。Ｇａ
xＩｎ1-xＰのインジウム混晶比が増加するにつれ、その
バンドギャップは減少する。図２は、７７Ｋでの直接ギ
ャップＥｇΓと間接ギャップＥｇXのＧａxＩｎ1-xＰの
組成に関する依存性を示す。７７Ｋにおいて、電気リフ
レクタンス（黒丸）、波長変調反射（白丸）、および吸
収測定（三角形）（Ｌａｎｄｏｌｔ−Ｂｏｒｎｓｔｅｉ
ｎ，Ｖｏｌ１７，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）か
ら得られる実験値を示す。
ＶのΓ−Γ、Γ−Ｘバンドギャップを有する間接半導体
である。その格子定数は５．４５１Åである。ＩｎＰ
は、それぞれ１．４ｅＶおよび２．３ｅＶのΓ−Γおよ
びΓ−Ｘバンドギャップを有する直接バンドギャップ材
料である。その格子定数は、５．８５Åである。Ｇａx
Ｉｎ1-xＰにおけるインジウム濃度増加するにつれて、
格子定数も増加する。Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐは、５．６５
３Åの格子定数を有し、ＧａＡｓに格子整合する。Ｇａ
xＩｎ1-xＰのインジウム混晶比が増加するにつれ、その
バンドギャップは減少する。図２は、７７Ｋでの直接ギ
ャップＥｇΓと間接ギャップＥｇXのＧａxＩｎ1-xＰの
組成に関する依存性を示す。７７Ｋにおいて、電気リフ
レクタンス（黒丸）、波長変調反射（白丸）、および吸
収測定（三角形）（Ｌａｎｄｏｌｔ−Ｂｏｒｎｓｔｅｉ
ｎ，Ｖｏｌ１７，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）か
ら得られる実験値を示す。
【００７２】引張り歪または圧縮歪をＧａＰおよびＧａ
ＩｎＰ層に適用することにより、バルク材料に対して予
想された値から材料のバンドギャップを変化させる。Ｇ
ａＰ薄層は、ＧａＡｓに対して３．７％の格子不整合を
有する。ＧａＰ薄層はＧａＡｓ上、またはＧａＡｓと格
子整合性のある層上で成長される場合、引張り歪の状態
となる。この引張り歪により、Γ−Γバンドギャップを
バルクＧａＰのバンドギャップから０．１４４ｅＶ減少
させて、約２．７５６ｅＶのΓ−Γバンドギャップをあ
たえる。その引張り歪により、Γ−Ｘバンドギャップ
は、約２．３０ｅＶまでわずかに増加する。
ＩｎＰ層に適用することにより、バルク材料に対して予
想された値から材料のバンドギャップを変化させる。Ｇ
ａＰ薄層は、ＧａＡｓに対して３．７％の格子不整合を
有する。ＧａＰ薄層はＧａＡｓ上、またはＧａＡｓと格
子整合性のある層上で成長される場合、引張り歪の状態
となる。この引張り歪により、Γ−Γバンドギャップを
バルクＧａＰのバンドギャップから０．１４４ｅＶ減少
させて、約２．７５６ｅＶのΓ−Γバンドギャップをあ
たえる。その引張り歪により、Γ−Ｘバンドギャップ
は、約２．３０ｅＶまでわずかに増加する。
【００７３】従って、ＧａxＩｎ1-xＰ層のインジウム混
晶比を変化させることは、層のバンドギャップを変化さ
せることであると分かる。従って、インジウム混晶比を
適切に選択することによって、ほぼ同じバンドギャップ
を有するＧａxＩｎ1-xＰの歪層によって、合金を含むア
ルミニウム含有合金の層を置換することが可能である。
例えば、引張り歪ＧａＰ層のΓ−ΓおよびΓ−Ｘバンド
ギャップの値は、ＡｌＩｎＰのバンドギャップに極めて
類似している。さらなる実施例の場合、０．５３から
０．７５（すなわち、インジウム混晶比は０．４７から
０．２５までの範囲にある）の範囲内のガリウム混晶比
を有するＧａＩｎＰ材料は、０．１＜ｘ＜０．５の範囲
の、（ＡｌxＧａ1-x）0.52Ｉｎ0.48Ｐと等価なバンドギ
ャップを有する。
晶比を変化させることは、層のバンドギャップを変化さ
せることであると分かる。従って、インジウム混晶比を
適切に選択することによって、ほぼ同じバンドギャップ
を有するＧａxＩｎ1-xＰの歪層によって、合金を含むア
ルミニウム含有合金の層を置換することが可能である。
例えば、引張り歪ＧａＰ層のΓ−ΓおよびΓ−Ｘバンド
ギャップの値は、ＡｌＩｎＰのバンドギャップに極めて
類似している。さらなる実施例の場合、０．５３から
０．７５（すなわち、インジウム混晶比は０．４７から
０．２５までの範囲にある）の範囲内のガリウム混晶比
を有するＧａＩｎＰ材料は、０．１＜ｘ＜０．５の範囲
の、（ＡｌxＧａ1-x）0.52Ｉｎ0.48Ｐと等価なバンドギ
ャップを有する。
【００７４】図５（ａ）の実施態様において、量子井戸
層１３ａは、Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐから形成され、そのた
めこれらの層は、クラッド層１１、１５および光ガイド
領域１２、１４と格子整合する。この材料は、約２．０
ｅＶのΓ−Γバンドギャップを有する。
層１３ａは、Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐから形成され、そのた
めこれらの層は、クラッド層１１、１５および光ガイド
領域１２、１４と格子整合する。この材料は、約２．０
ｅＶのΓ−Γバンドギャップを有する。
【００７５】図５（ａ）のレーザのバリア層１３ｂはＧ
ａ0.61Ｉｎ0.39Ｐから形成される。これは、５．６１７
Åの格子定数を有し、Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ活性層１３ａ
に関して約０．６％格子不整合を有する。概して、この
ような格子不整合を有する２つの半導体材料間の界面に
おいて転位が発生する。これらの転位によりレーザデバ
イスの特性が劣化するので、この場合、望ましくない。
ａ0.61Ｉｎ0.39Ｐから形成される。これは、５．６１７
Åの格子定数を有し、Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ活性層１３ａ
に関して約０．６％格子不整合を有する。概して、この
ような格子不整合を有する２つの半導体材料間の界面に
おいて転位が発生する。これらの転位によりレーザデバ
イスの特性が劣化するので、この場合、望ましくない。
【００７６】下部層と成長するエピタキシャル層との間
の格子不整合が十分に小さい場合、堆積されるエピタキ
シャル層の第１原子層は、下部層の格子定数に整合する
ように歪み、その結果、コヒーレント界面が形成される
ことは周知である。しかし、成長中のエピタキシャル層
の厚さが増加するにつれて、臨界厚さが、導入されるミ
スフィット転位に対してエネルギー的に有利になる点に
到達するまで一様歪エネルギーは、増加する。この臨界
厚さの存在は、Ｊ．Ｈ．Ｖａｎ ｄｅｒ Ｍｅｒｗｅ
が、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ」 Ｖｏｌ．３４，ｐ１２３（１９６２）に最
初に開示された。本発明において、バリア層は、量子井
戸層と格子整合でない場合、バリア層の厚さは、転位の
発生を妨ぐために臨界厚さよりも小さいことが好まし
い。この場合、バリア層は歪んだ状態にある。
の格子不整合が十分に小さい場合、堆積されるエピタキ
シャル層の第１原子層は、下部層の格子定数に整合する
ように歪み、その結果、コヒーレント界面が形成される
ことは周知である。しかし、成長中のエピタキシャル層
の厚さが増加するにつれて、臨界厚さが、導入されるミ
スフィット転位に対してエネルギー的に有利になる点に
到達するまで一様歪エネルギーは、増加する。この臨界
厚さの存在は、Ｊ．Ｈ．Ｖａｎ ｄｅｒ Ｍｅｒｗｅ
が、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ」 Ｖｏｌ．３４，ｐ１２３（１９６２）に最
初に開示された。本発明において、バリア層は、量子井
戸層と格子整合でない場合、バリア層の厚さは、転位の
発生を妨ぐために臨界厚さよりも小さいことが好まし
い。この場合、バリア層は歪んだ状態にある。
【００７７】Ｇａ0.61Ｉｎ0.39Ｐ層が、ＧａＡｓに格子
整合するＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層上に成長する場合、バリ
ア層は、量子井戸層よりも小さい格子定数を有するため
引張り歪の状態にある。
整合するＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ層上に成長する場合、バリ
ア層は、量子井戸層よりも小さい格子定数を有するため
引張り歪の状態にある。
【００７８】「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．７４、Ｎｏ．３、ｐ．３２２〜３
２４（１９８５）を参照すると、０．６％の格子不整合
の場合、ミスフィット転位が発生する点での臨界厚さは
９０Åであると見積られる。図５（ａ）のように、Ｇａ
0.61Ｉｎ0.39Ｐ層がバリア層として使用される場合、各
バリア層の厚さは、好適には９０Åまたはそれ以下であ
る。
ｔｔｅｒｓ」Ｖｏｌ．７４、Ｎｏ．３、ｐ．３２２〜３
２４（１９８５）を参照すると、０．６％の格子不整合
の場合、ミスフィット転位が発生する点での臨界厚さは
９０Åであると見積られる。図５（ａ）のように、Ｇａ
0.61Ｉｎ0.39Ｐ層がバリア層として使用される場合、各
バリア層の厚さは、好適には９０Åまたはそれ以下であ
る。
【００７９】図５（ａ）のレーザにおいてバリア層１３
ｂとして使用される引張り歪Ｇａ0. 61Ｉｎ0.39Ｐ層は、
（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.52Ｉｎ0.48Ｐ層の層と同じバンド
ギャップを有する。従って、図１ｃにおいて示されるタ
イプのレーザに使用される（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.52Ｉｎ
0.48Ｐバリア層３ｂは、図５（ａ）のレーザデバイスの
引張り歪Ｇａ0.61Ｉｎ0.39Ｐバリア層１３ｂによって置
換され得る。これによってアルミニウムを含まない活性
領域の生成を可能にする。
ｂとして使用される引張り歪Ｇａ0. 61Ｉｎ0.39Ｐ層は、
（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.52Ｉｎ0.48Ｐ層の層と同じバンド
ギャップを有する。従って、図１ｃにおいて示されるタ
イプのレーザに使用される（Ａｌ0.3Ｇａ0.7）0.52Ｉｎ
0.48Ｐバリア層３ｂは、図５（ａ）のレーザデバイスの
引張り歪Ｇａ0.61Ｉｎ0.39Ｐバリア層１３ｂによって置
換され得る。これによってアルミニウムを含まない活性
領域の生成を可能にする。
【００８０】本発明は、バリア層１３ｂとしてＧａ0.61
Ｉｎ0.39Ｐの使用に限定されない。量子井戸層がＧａ
0.52Ｉｎ0.48Ｐから形成される場合、バリア層１３ｂ
は、約０．５３〜０．７５までの範囲のガリウム混晶比
を有するＧａＩｎＰの歪層から形成され得る。この範囲
内の組成を有する引張り歪バリア層は、量子井戸を生成
するために格子整合したＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐのバンドギ
ャップよりも十分大きいバンドギャップを有する。（上
述のように、０．５３〜０．７５の範囲内のガリウム混
晶比ＧａＩｎＰ材料は、０．１＜ｘ＜０．５の範囲の
（ＡｌxＧａ1-x）0.52Ｉｎ0.48Ｐと等価なバンドギャッ
プを有する。）例えば、Ｇａ0.71Ｉｎ0.29Ｐ歪層は、約
２．３ｅＶのΓ−Γバンドギャップを有し、その値は
（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.52Ｉｎ0.48Ｐとほぼ同等のバンド
ギャップである。従って、Ｇａ0.71Ｉｎ0.29Ｐの歪層
は、図１ｃのレーザの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.52Ｉｎ0.48
Ｐバリア層の代わりに使用され得、これはアルミニウム
を含まない活性領域が活性領域のバンドギャッププロフ
ィールを相当変更することなく生成するのを可能にす
る。Ｇａ0.71Ｉｎ0.29Ｐは、５．５７７Åの格子定数を
有し、従ってＧａ0.71Ｉｎ0.29Ｐ層はＧａＡｓと格子整
合する層上に成長され、約４２Åの臨界厚さを有する。
従って転位の生成を妨げるために、バリア層１３ｂの厚
さは好適には、４２Å未満である。
Ｉｎ0.39Ｐの使用に限定されない。量子井戸層がＧａ
0.52Ｉｎ0.48Ｐから形成される場合、バリア層１３ｂ
は、約０．５３〜０．７５までの範囲のガリウム混晶比
を有するＧａＩｎＰの歪層から形成され得る。この範囲
内の組成を有する引張り歪バリア層は、量子井戸を生成
するために格子整合したＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐのバンドギ
ャップよりも十分大きいバンドギャップを有する。（上
述のように、０．５３〜０．７５の範囲内のガリウム混
晶比ＧａＩｎＰ材料は、０．１＜ｘ＜０．５の範囲の
（ＡｌxＧａ1-x）0.52Ｉｎ0.48Ｐと等価なバンドギャッ
プを有する。）例えば、Ｇａ0.71Ｉｎ0.29Ｐ歪層は、約
２．３ｅＶのΓ−Γバンドギャップを有し、その値は
（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.52Ｉｎ0.48Ｐとほぼ同等のバンド
ギャップである。従って、Ｇａ0.71Ｉｎ0.29Ｐの歪層
は、図１ｃのレーザの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.52Ｉｎ0.48
Ｐバリア層の代わりに使用され得、これはアルミニウム
を含まない活性領域が活性領域のバンドギャッププロフ
ィールを相当変更することなく生成するのを可能にす
る。Ｇａ0.71Ｉｎ0.29Ｐは、５．５７７Åの格子定数を
有し、従ってＧａ0.71Ｉｎ0.29Ｐ層はＧａＡｓと格子整
合する層上に成長され、約４２Åの臨界厚さを有する。
従って転位の生成を妨げるために、バリア層１３ｂの厚
さは好適には、４２Å未満である。
【００８１】上述のように、本発明のレーザは、６３０
〜６８０ｎｍの波長領域において発光する。量子井戸層
１３ａの固定したガリウム／インジウム比に対して、活
性領域のバンドギャップおよびレーザの放射波長は、量
子井戸層１３ａの厚さを変更すること、従って活性領域
１３の全厚さを変更すること、によって調整され得る。
従って量子井戸層の厚さを変更することによって、本発
明のレーザの放射波長は、６３０〜６８０ｎｍの範囲に
おける選択された波長に調整され得、特に６３５〜６５
０ｎｍの範囲における波長に調整され得る。例として、
６５０ｎｍの発光波長を得るために、図５（ａ）の実施
態様においてＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ量子井戸層１３ａは、
約１０ｎｍの厚さをそれぞれ有する。さらなる例とし
て、図６（ａ）の実施態様において、量子井戸層は、６
５０ｎｍの発光波長を得るために約６０ｎｍの厚さをそ
れぞれ有するべきである。
〜６８０ｎｍの波長領域において発光する。量子井戸層
１３ａの固定したガリウム／インジウム比に対して、活
性領域のバンドギャップおよびレーザの放射波長は、量
子井戸層１３ａの厚さを変更すること、従って活性領域
１３の全厚さを変更すること、によって調整され得る。
従って量子井戸層の厚さを変更することによって、本発
明のレーザの放射波長は、６３０〜６８０ｎｍの範囲に
おける選択された波長に調整され得、特に６３５〜６５
０ｎｍの範囲における波長に調整され得る。例として、
６５０ｎｍの発光波長を得るために、図５（ａ）の実施
態様においてＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ量子井戸層１３ａは、
約１０ｎｍの厚さをそれぞれ有する。さらなる例とし
て、図６（ａ）の実施態様において、量子井戸層は、６
５０ｎｍの発光波長を得るために約６０ｎｍの厚さをそ
れぞれ有するべきである。
【００８２】厚いバリア層が望まれる場合、活性層とほ
ぼ格子整合したＧａＩｎＰ層を使用することが必要であ
り、そのため臨界厚さは大きい。Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ活
性層の場合、引張り歪Ｇａ0.55Ｉｎ0.45Ｐの層を使用す
ることにより、約３００Åのバリア層の臨界厚さを与え
る。この材料の引張り歪層は、約２．７５ｅＶのΓ−Γ
バンドギャップを有する。
ぼ格子整合したＧａＩｎＰ層を使用することが必要であ
り、そのため臨界厚さは大きい。Ｇａ0.52Ｉｎ0.48Ｐ活
性層の場合、引張り歪Ｇａ0.55Ｉｎ0.45Ｐの層を使用す
ることにより、約３００Åのバリア層の臨界厚さを与え
る。この材料の引張り歪層は、約２．７５ｅＶのΓ−Γ
バンドギャップを有する。
【００８３】図５（ａ）に示されたレーザの活性領域１
３はアルミニウムを含まず、従って低酸素濃度を有する
が、光ガイド領域１２と活性領域１３との間の界面にお
いて、必ず高酸素濃度となる。これは上述したように成
長過程の間、酸素が界面に蓄積する傾向があるためであ
る。
３はアルミニウムを含まず、従って低酸素濃度を有する
が、光ガイド領域１２と活性領域１３との間の界面にお
いて、必ず高酸素濃度となる。これは上述したように成
長過程の間、酸素が界面に蓄積する傾向があるためであ
る。
【００８４】レーザの特性に関してこの酸素のスパイク
の効果を最小化するために、活性領域のｎ側上の外側の
大部分の量子井戸層と光ガイド層のｎ側部１２との間に
アルミニウムを含まないスペーサ層を設けることが好ま
しい。図５（ａ）に示されるレーザデバイスは、アルミ
ニウムを含まないスペーサ層１３ｃを提供する。図５
（ａ）に示される実施態様において、アルミニウムを含
まない領域がＧａ0.61Ｉｎ0.39Ｐから生成され、この層
は、引張り歪層の状態にある。スペーサ領域は、Ｇａ
0.61Ｉｎ0.39Ｐに限定されず、ＧａyＩｎ1-yＰから形成
されてもよい（０．５≦ｙ≦０．６５）。活性領域のｐ
側上の最外の大部分の量子井戸層と光ガイド層のｐ側部
１４との間にある第２のアルミニウムを含まないスペー
サ層１３ｄを設けることもまた可能である。
の効果を最小化するために、活性領域のｎ側上の外側の
大部分の量子井戸層と光ガイド層のｎ側部１２との間に
アルミニウムを含まないスペーサ層を設けることが好ま
しい。図５（ａ）に示されるレーザデバイスは、アルミ
ニウムを含まないスペーサ層１３ｃを提供する。図５
（ａ）に示される実施態様において、アルミニウムを含
まない領域がＧａ0.61Ｉｎ0.39Ｐから生成され、この層
は、引張り歪層の状態にある。スペーサ領域は、Ｇａ
0.61Ｉｎ0.39Ｐに限定されず、ＧａyＩｎ1-yＰから形成
されてもよい（０．５≦ｙ≦０．６５）。活性領域のｐ
側上の最外の大部分の量子井戸層と光ガイド層のｐ側部
１４との間にある第２のアルミニウムを含まないスペー
サ層１３ｄを設けることもまた可能である。
【００８５】量子井戸層１３ａが基板と格子整合するた
め、図５（ａ）に示されたレーザデバイスにおける量子
井戸層１３ａは、わずかに歪んでいる。しかし、引張り
歪バリア層１３ｂの使用により、量子井戸層に不注意に
も歪を導入し得、従って活性領域内に正味の歪を生成す
る可能性がある。活性領域が歪むことが時には望まれる
が（例えば、しきい値電流を減少させるため）、クラッ
ド層および光ガイド層に関して圧縮歪である材料の量子
井戸層を生成することによって、活性領域において提供
される相当な歪を妨げることが可能である。圧縮歪を量
子井戸層１３ａに導入するために、量子井戸層のガリウ
ム混晶比を０．５２以下に単に減少させることが必要で
あり、そのため量子井戸層の格子定数をＧａＡｓの格子
定数よりも大きくさせる。
め、図５（ａ）に示されたレーザデバイスにおける量子
井戸層１３ａは、わずかに歪んでいる。しかし、引張り
歪バリア層１３ｂの使用により、量子井戸層に不注意に
も歪を導入し得、従って活性領域内に正味の歪を生成す
る可能性がある。活性領域が歪むことが時には望まれる
が（例えば、しきい値電流を減少させるため）、クラッ
ド層および光ガイド層に関して圧縮歪である材料の量子
井戸層を生成することによって、活性領域において提供
される相当な歪を妨げることが可能である。圧縮歪を量
子井戸層１３ａに導入するために、量子井戸層のガリウ
ム混晶比を０．５２以下に単に減少させることが必要で
あり、そのため量子井戸層の格子定数をＧａＡｓの格子
定数よりも大きくさせる。
【００８６】図６（ａ）は、本発明のレーザデバイス実
施態様を示し、そのレーザデバイス内の量子井戸層１３
ａは圧縮歪層であり、バリア層は引張り歪層である。こ
の実施態様において、また基板（図示せず）はＧａＡｓ
であり、量子井戸層１３ａは、Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐの層
であり、バリア層は、Ｇａ0.61Ｉｎ0.39Ｐの層である。
この実施態様において、正味の歪を有さない歪圧縮活性
領域が生成される。Ｔ．Ｋａｔｓｕｙａｍａらは「Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」 Ｖｏｌ．２
６．Ｎｏ，１７．ｐ１３７５〜１３７７（１９９０）に
おいて、歪圧縮活性層の使用は、レーザデバイスのしき
い値を低下させる。
施態様を示し、そのレーザデバイス内の量子井戸層１３
ａは圧縮歪層であり、バリア層は引張り歪層である。こ
の実施態様において、また基板（図示せず）はＧａＡｓ
であり、量子井戸層１３ａは、Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐの層
であり、バリア層は、Ｇａ0.61Ｉｎ0.39Ｐの層である。
この実施態様において、正味の歪を有さない歪圧縮活性
領域が生成される。Ｔ．Ｋａｔｓｕｙａｍａらは「Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」 Ｖｏｌ．２
６．Ｎｏ，１７．ｐ１３７５〜１３７７（１９９０）に
おいて、歪圧縮活性層の使用は、レーザデバイスのしき
い値を低下させる。
【００８７】図６（ｂ）は、図６（ａ）のレーザの酸素
濃度を示す。この場合もやはり活性領域の酸素濃度は約
１０16ｃｍ-3と極端に低いことが分かる。光ガイド領域
１２を有する界面での酸素プロフィールにおける「スパ
イク」が存在するが、レーザ特性に関するこのスパイク
の効果は、図５（ａ）の実施態様のようにアルミニウム
を含まないスペーサ層１３ｃ、１３ｄを提供することに
よってこの場合もやはり最小化され得る。
濃度を示す。この場合もやはり活性領域の酸素濃度は約
１０16ｃｍ-3と極端に低いことが分かる。光ガイド領域
１２を有する界面での酸素プロフィールにおける「スパ
イク」が存在するが、レーザ特性に関するこのスパイク
の効果は、図５（ａ）の実施態様のようにアルミニウム
を含まないスペーサ層１３ｃ、１３ｄを提供することに
よってこの場合もやはり最小化され得る。
【００８８】図７は、二次イオン質量分析計（ＳＩＭ
Ｓ）によって測定されたアンドープドＧａＩｎＰの酸素
濃度を示す。これは、この材料の酸素濃度が測定装置の
検出限界（約１×１０16ｃｍ-3）またはそれ以下である
ことを示す。アンドープドＧａＩｎＰの酸素濃度は、約
１０15ｃｍ-3であると予想される（約０．１μｍ未満の
深さでの酸素濃度のピークは、サンプルの表面の酸素汚
染から部分的に生じ、エッチング中のＳＩＭＳ機器の
「沈殿物」から部分的に生じる）。
Ｓ）によって測定されたアンドープドＧａＩｎＰの酸素
濃度を示す。これは、この材料の酸素濃度が測定装置の
検出限界（約１×１０16ｃｍ-3）またはそれ以下である
ことを示す。アンドープドＧａＩｎＰの酸素濃度は、約
１０15ｃｍ-3であると予想される（約０．１μｍ未満の
深さでの酸素濃度のピークは、サンプルの表面の酸素汚
染から部分的に生じ、エッチング中のＳＩＭＳ機器の
「沈殿物」から部分的に生じる）。
【００８９】対照的に、ＡｌＧａＩｎＰの酸素濃度は図
８に示される。これは、１μｍの厚さのＡｌＧａＩｎＰ
層、ＧａＩｎＰ層、および基板からなるサンプルに対す
る酸素濃度を示す。約１μｍの深さまで拡がるＡｌＧａ
ＩｎＰ層は、約１×１０17ｃｍ-3の酸素濃度を有する。
約１μｍから１．６μｍの深さまで拡がるＧａＩｎＰ層
の酸素濃度は、図７のように測定装置の検出限界（約１
×１０16ｃｍ-3）またはそれ以下である（約１．６μｍ
から１．８μｍまでの深さでの酸素濃度のピークは、エ
ピタキシャル層と基板との間の界面にあり、エピタキシ
ャル成長プロセスの前に基板の表面から完全に除去され
ていない酸素のためである）。
８に示される。これは、１μｍの厚さのＡｌＧａＩｎＰ
層、ＧａＩｎＰ層、および基板からなるサンプルに対す
る酸素濃度を示す。約１μｍの深さまで拡がるＡｌＧａ
ＩｎＰ層は、約１×１０17ｃｍ-3の酸素濃度を有する。
約１μｍから１．６μｍの深さまで拡がるＧａＩｎＰ層
の酸素濃度は、図７のように測定装置の検出限界（約１
×１０16ｃｍ-3）またはそれ以下である（約１．６μｍ
から１．８μｍまでの深さでの酸素濃度のピークは、エ
ピタキシャル層と基板との間の界面にあり、エピタキシ
ャル成長プロセスの前に基板の表面から完全に除去され
ていない酸素のためである）。
【００９０】図８は、２つの名目上同一のＡｌＧａＩｎ
Ｐサンプルの、ＳＩＭＳの結果を示す。それらのサンプ
ルは、数年離して成長させ、酸素不純物濃度は、時間の
関数として変化しないことが分かる。
Ｐサンプルの、ＳＩＭＳの結果を示す。それらのサンプ
ルは、数年離して成長させ、酸素不純物濃度は、時間の
関数として変化しないことが分かる。
【００９１】本発明は、レーザデバイスを参照して上述
してきた。しかし、本発明は、レーザデバイスで使用す
ることに限定されず、例えば発光ダイオードのような他
の半導体デバイスに適用され得る。
してきた。しかし、本発明は、レーザデバイスで使用す
ることに限定されず、例えば発光ダイオードのような他
の半導体デバイスに適用され得る。
【００９２】（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ半導体レーザデバ
イスは、ｎ型とｐ型クラッド層との間に配置された光領
域を有する。量子井戸活性層、および量子井戸層と共に
交互に配置されるバリア層を含む活性領域は、光ガイド
領域内に提供される。ＩｎxＧａ1-xＰの歪層は、バリア
層として使用される。従って、活性領域はアルミニウム
を含まず、これにより活性領域における酸素不純物濃度
を減少させ、従ってレーザの性能および信頼性を改良す
る。
イスは、ｎ型とｐ型クラッド層との間に配置された光領
域を有する。量子井戸活性層、および量子井戸層と共に
交互に配置されるバリア層を含む活性領域は、光ガイド
領域内に提供される。ＩｎxＧａ1-xＰの歪層は、バリア
層として使用される。従って、活性領域はアルミニウム
を含まず、これにより活性領域における酸素不純物濃度
を減少させ、従ってレーザの性能および信頼性を改良す
る。
【００９３】アルミニウムを含まないスペーサ層は、ク
ラッド層の１つとそのクラッド層に最近接して配置され
る量子井戸活性層との間に提供される。
ラッド層の１つとそのクラッド層に最近接して配置され
る量子井戸活性層との間に提供される。
【００９４】本発明は、例えばＬＥＤのような他の半導
体デバイスに適用されてもよい。
体デバイスに適用されてもよい。
【００９５】
【発明の効果】本発明によれば、第１のクラッド層と、
第１のクラッド層と最近接した量子井戸層との間に配置
されたアルミニウムを含まないスペーサ層を含むことに
よってアルミニウムを含まない活性領域を有するデバイ
スを可能にし、可視スペクトルの６３０ｎｍ〜６８０ｎ
ｍの波長領域において発光し得る。例えば、アルミニウ
ムをレーザデバイスの活性領域導入する必要性を回避す
ることによって、活性領域の酸素混入のためのデバイス
の劣化が減少され、従ってデバイスの寿命が増加する。
第１のクラッド層と最近接した量子井戸層との間に配置
されたアルミニウムを含まないスペーサ層を含むことに
よってアルミニウムを含まない活性領域を有するデバイ
スを可能にし、可視スペクトルの６３０ｎｍ〜６８０ｎ
ｍの波長領域において発光し得る。例えば、アルミニウ
ムをレーザデバイスの活性領域導入する必要性を回避す
ることによって、活性領域の酸素混入のためのデバイス
の劣化が減少され、従ってデバイスの寿命が増加する。
【図１ａ】従来の（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐレーザデバイ
スの模式的バンドギャップ図である。
スの模式的バンドギャップ図である。
【図１ｂ】別の従来の（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐレーザデ
バイスの模式的バンドギャップ図である。
バイスの模式的バンドギャップ図である。
【図１ｃ】従来の（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐレーザ内で、
活性領域が量子井戸層の複数を含む従来の（Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ）Ｐレーザの模式的バンドギャップ図である。
活性領域が量子井戸層の複数を含む従来の（Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ）Ｐレーザの模式的バンドギャップ図である。
【図２】Ｉｎの濃度の関数としてＧａＩｎＰのバンドエ
ネルギーを示す図である。
ネルギーを示す図である。
【図３】（ａ）は、その構造の酸素濃度とともに図１ｃ
において示されるレーザの伝導帯および価電子帯の概略
図であり、（ｂ）は、その構造の酸素濃度とともに図１
ｃにおいて示されるレーザの伝導帯および価電子帯の概
略図である。
において示されるレーザの伝導帯および価電子帯の概略
図であり、（ｂ）は、その構造の酸素濃度とともに図１
ｃにおいて示されるレーザの伝導帯および価電子帯の概
略図である。
【図４】従来のＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰレーザ構造
の酸素濃度を示す図である。
の酸素濃度を示す図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施態様によるレーザデバ
イスの模式的バンドギャップ図であり、（ｂ）は、
（ａ）のレーザデバイスの酸素濃度を示す図である。
イスの模式的バンドギャップ図であり、（ｂ）は、
（ａ）のレーザデバイスの酸素濃度を示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第２の実施態様によるレー
ザデバイスの模式的バンドギャップ図であり、（ｂ）
は、（ａ）のレーザの酸素濃度を示す図である。
ザデバイスの模式的バンドギャップ図であり、（ｂ）
は、（ａ）のレーザの酸素濃度を示す図である。
【図７】アンドープドＧａＩｎＰの酸素濃度を示す図で
ある。
ある。
【図８】ベリリウムをドープした（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）
0.52Ｉｎ0.48における酸素濃度を示す図である。
0.52Ｉｎ0.48における酸素濃度を示す図である。
１１ ｎ−クラッド領域 １２ 光ガイド領域 １３ 活性領域１３ １３ａ 量子井戸層 １３ｂ バリア層 １３ｃ スペーサ層 １３ｄ スペーサ層 １４ 光ガイド領域 １５ ｐ−クラッド領域
Claims (18)
- 【請求項１】 アルミニウムを含まない活性領域を有す
る半導体デバイスであって、該活性領域は、１つ以上の
量子井戸層と、１つ以上のバリア層と、を含み、該量子
井戸層と該バリア層とは交互に配置され、 該１つ以上のバリア層が歪層であって、該デバイスは、
第１クラッド層と、該第１クラッド層と該第１クラッド
層に最近接の該量子井戸層との間に配置されたアルミニ
ウムを含まない領域または層と、をさらに含む、半導体
デバイス。 - 【請求項２】 前記アルミニウムを含まない領域または
層と前記第１クラッド層との間に光ガイド領域または層
をさらに含む、請求項１に記載の半導体デバイス。 - 【請求項３】 アルミニウムを含まない活性領域を有す
る半導体デバイスであって、該活性領域は、１つ以上の
量子井戸層と、１つ以上のバリア層と、を含み、該量子
井戸層と該バリア層とは交互に配置され、 該１つ以上のバリア層が歪層であって、該デバイスは、
使用時において、６３０から６８０ｎｍの範囲の波長を
有する光を発光する、半導体デバイス。 - 【請求項４】 前記活性領域の両端に光ガイド領域また
は層をさらに含む、請求項３に記載の半導体デバイス。 - 【請求項５】 第１クラッド層と、該第１クラッド層と
該第１クラッド層に最近接の前記量子井戸層との間に配
置されたアルミニウムを含まない領域または層と、をさ
らに含む、請求項３に記載のデバイス。 - 【請求項６】 前記１つ以上のバリア層が引張り歪層で
ある、請求項１〜５のいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項７】 前記１つ以上のバリア層と前記１つ以上
の量子井戸層間の臨界厚さ以内の格子不整合である、請
求項１から５のいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項８】 前記１つ以上の量子井戸層が前記第１ク
ラッド層と格子整合される、請求項１から７のいずれか
に記載のデバイス。 - 【請求項９】 前記１つ以上の量子井戸層が圧縮歪層で
ある、請求項１から７のいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項１０】 前記１つ以上のバリア層がインジウム
を含む、請求項１〜９のいずれかに請求項に記載のデバ
イス。 - 【請求項１１】 前記アルミニウムを含まない領域また
は層が歪層である、請求項３〜５のいずれかに記載のデ
バイス。 - 【請求項１２】 （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ材料系におい
て作製される、請求項１〜１１のいずれかに記載のデバ
イス。 - 【請求項１３】 前記１つ以上の量子井戸層がＧａxＩ
ｎ1-xＰ層であり、前記１つ以上のバリア層がＧａyＩｎ
1-yＰ層であり、ここでｙ＞ｘである、請求項１２に記
載のデバイス。 - 【請求項１４】 前記１つ以上の活性層がＧａ0.52Ｉｎ
0.48Ｐ層であり、前記１つ以上のバリア層がＧａ0.61Ｉ
ｎ0.39Ｐ層である、請求項１２にまたは１３に記載のデ
バイス。 - 【請求項１５】 前記１つ以上の活性層がＧａ0.52Ｉｎ
0.48Ｐ層であり、前記バリア層または各バリア層がＧａ
0.71Ｉｎ0.29Ｐ層である、請求項１２に記載のデバイ
ス。 - 【請求項１６】 前記１つ以上の活性層がＧａ0.43Ｉｎ
0.57Ｐ層である、請求項１２に記載のデバイス。 - 【請求項１７】 前記デバイスがレーザである、請求項
１〜１６のいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項１８】 前記デバイスが発光ダイオードであ
る、請求項１から１６のいずれかに記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9920496A GB2353899A (en) | 1999-09-01 | 1999-09-01 | A quantum well semiconductor device with strained barrier layer |
| GB9920496.8 | 1999-09-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001085797A true JP2001085797A (ja) | 2001-03-30 |
Family
ID=10860044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000235021A Withdrawn JP2001085797A (ja) | 1999-09-01 | 2000-08-02 | 半導体デバイス |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6486491B1 (ja) |
| EP (1) | EP1081817B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001085797A (ja) |
| KR (1) | KR100385039B1 (ja) |
| GB (1) | GB2353899A (ja) |
| TW (1) | TW454234B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2011058682A1 (ja) * | 2009-11-12 | 2011-05-19 | パナソニック株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2013219323A (ja) * | 2012-03-13 | 2013-10-24 | Ricoh Co Ltd | 半導体積層体及び面発光レーザ素子 |
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| GB2344932A (en) * | 1998-12-15 | 2000-06-21 | Sharp Kk | Semiconductor Laser with gamma and X electron barriers |
| EP1257025A3 (en) * | 2001-04-18 | 2005-04-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Surface emitting semiconductor laser device |
| US6711195B2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-03-23 | Agilent Technologies, Inc. | Long-wavelength photonic device with GaAsSb quantum-well layer |
| US6768753B2 (en) * | 2002-05-22 | 2004-07-27 | Spectra Physics | Reliable diode laser stack |
| US7064881B2 (en) * | 2003-05-30 | 2006-06-20 | Sarnoff Corporation | InP-based phase modulators and methods for making and using same |
| US7781777B2 (en) * | 2004-03-08 | 2010-08-24 | Showa Denko K.K. | Pn junction type group III nitride semiconductor light-emitting device |
| JP2010239098A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-10-21 | Showa Denko Kk | 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置 |
| JP5906001B2 (ja) * | 2009-03-10 | 2016-04-20 | 昭和電工株式会社 | 発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ |
| JP5684501B2 (ja) | 2010-07-06 | 2015-03-11 | 昭和電工株式会社 | 発光ダイオード用エピタキシャルウェーハ |
| JP5593163B2 (ja) * | 2010-08-18 | 2014-09-17 | 昭和電工株式会社 | 発光ダイオード及び発光ダイオードランプ |
| CN102299223A (zh) * | 2011-09-19 | 2011-12-28 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延结构及其制造方法 |
| DE102011115312B4 (de) * | 2011-09-29 | 2022-03-10 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Halbleiterschichtenfolge, optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge |
| TWI488294B (zh) * | 2012-03-21 | 2015-06-11 | 國立中山大學 | 場控型全光波長轉換器 |
| TWI742714B (zh) * | 2019-06-11 | 2021-10-11 | 全新光電科技股份有限公司 | 半導體雷射二極體 |
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| US5276698A (en) * | 1990-09-20 | 1994-01-04 | Sumitomo Electric Ind., Ltd. | Semiconductor laser having an optical waveguide layer including an AlGaInP active layer |
| JPH0653602A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JPH06164064A (ja) * | 1992-11-19 | 1994-06-10 | Mitsubishi Electric Corp | 可視光半導体レーザ |
| JP3362356B2 (ja) * | 1993-03-23 | 2003-01-07 | 富士通株式会社 | 光半導体装置 |
| JPH0774431A (ja) | 1993-06-23 | 1995-03-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光素子 |
| JPH07122813A (ja) | 1993-10-27 | 1995-05-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザの製造方法 |
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| JPH11112079A (ja) * | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Mitsubishi Electric Corp | 応力補償型半導体レーザ |
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-
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- 1999-09-01 GB GB9920496A patent/GB2353899A/en not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-08-02 JP JP2000235021A patent/JP2001085797A/ja not_active Withdrawn
- 2000-08-04 US US09/633,355 patent/US6486491B1/en not_active Expired - Fee Related
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- 2000-08-22 EP EP00307200A patent/EP1081817B1/en not_active Expired - Lifetime
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