JP2002532908A - 光半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
活性領域、および活性領域の一方の側に配置されたpドープクラッディング領域を含む光半導体デバイス。電子反射バリアが、Γ電子およびX電子の両方を反射する活性領域のp側に提供され、電子反射バリアが、pドープクラッディング領域よりも大きなポテンシャルバリアをΓ電子に提供する。また、本発明の光半導体デバイスは、光導波領域と、少なくとも1つのエネルギー井戸を有する活性領域であって、該光導波領域内に配置された活性領域と、該光導波領域の両側に配置されたnドープクラッディング領域およびpドープクラッディング領域と、を含み、Γ電子を反射する電子反射層が該活性領域のp側に設けられ、該光導波領域のΓ伝導帯が、該電子反射層のX伝導帯と実質的に縮退する。
Description
【0001】 (技術分野) 本発明は、光半導体デバイスに関し、特には、波長範囲630nm〜680n
mの可視光を発する半導体レーザデバイスに関するが、これに限定されない。レ
ーザデバイスは、端面発光型(edge−emitting)、または面発光型
であり得る。
mの可視光を発する半導体レーザデバイスに関するが、これに限定されない。レ
ーザデバイスは、端面発光型(edge−emitting)、または面発光型
であり得る。
【0002】 (背景技術) 630nm〜680nmの波長範囲の可視光を発する、(Al,Ga,In)
P材料系で製造されるレーザデバイスまたはレーザダイオード(LD)が、ます
ます、産業機器および民生機器の重要な構成部分になってきている。例えば、デ
ジタルビデオディスク(DVD)システムでは、最大60℃の温度で最大30m
Wの出力を出すことができる635nm〜650nmの波長のLDを用いること
が予想される。次世代の半導体レーザは、さらに高い(例えば、70℃)動作温
度までかつさらに大きな最大出力を必要とする。
P材料系で製造されるレーザデバイスまたはレーザダイオード(LD)が、ます
ます、産業機器および民生機器の重要な構成部分になってきている。例えば、デ
ジタルビデオディスク(DVD)システムでは、最大60℃の温度で最大30m
Wの出力を出すことができる635nm〜650nmの波長のLDを用いること
が予想される。次世代の半導体レーザは、さらに高い(例えば、70℃)動作温
度までかつさらに大きな最大出力を必要とする。
【0003】 (Al,Ga,In)P系は、一般式(AlxGa1-x)1-yInyPを有する化
合物の族を意味し、ここで、xおよびyの両方が0と1の間である。この半導体
系に特有の利点の1つは、インジウムのモル分率yが0.48と等しい場合に、
GaAs基板と格子整合することである。
合物の族を意味し、ここで、xおよびyの両方が0と1の間である。この半導体
系に特有の利点の1つは、インジウムのモル分率yが0.48と等しい場合に、
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制約は、特定の最大動
作温度で、長時間(または十分に低い閾値電流で)動作することができないこと
である。これは、電子がデバイスの活性領域から周囲の光導波領域へと漏れ、引
き続いてp型クラッディング領域へと漏れることによって生じると一般に考えら
れている。
作温度で、長時間(または十分に低い閾値電流で)動作することができないこと
である。これは、電子がデバイスの活性領域から周囲の光導波領域へと漏れ、引
き続いてp型クラッディング領域へと漏れることによって生じると一般に考えら
れている。
【0005】 レーザデバイスの1つのタイプは、分離閉じ込め型ヘテロ構造レーザである。
次に、630〜680nmで光を発生するように意図された分離閉じ込め型レー
ザ構造の一般的な構造を、図1および2を参照して述べる。
次に、630〜680nmで光を発生するように意図された分離閉じ込め型レー
ザ構造の一般的な構造を、図1および2を参照して述べる。
【0006】 図1の曲線(a)は、四元合金のアルミニウムモル分率の関数として、(Al x Ga1-x)0.52In0.48PとGa0.52In0.48PとのΓ伝導帯エネルギーの差を
示す。図1の曲線(b)および(c)は、それぞれ、X伝導帯エネルギーおよび
Γ価電子帯エネルギーの差を示す。図1は、(Al,Ga)InPおよびGaI
nPのバンドギャップ差が、伝導帯オフセットと価電子帯オフセット間で70:
30の比率で分かれることを仮定している。
示す。図1の曲線(b)および(c)は、それぞれ、X伝導帯エネルギーおよび
Γ価電子帯エネルギーの差を示す。図1は、(Al,Ga)InPおよびGaI
nPのバンドギャップ差が、伝導帯オフセットと価電子帯オフセット間で70:
30の比率で分かれることを仮定している。
【0007】 (Al,Ga,In)Pの伝導帯内の極小エネルギーが、アルミニウム含有率
の関数であることが分かる。約0.55のアルミニウム濃度で、Γバンド極小(
Γ−band minimum)からXバンド極小のクロスオーバーが存在する
。
の関数であることが分かる。約0.55のアルミニウム濃度で、Γバンド極小(
Γ−band minimum)からXバンド極小のクロスオーバーが存在する
。
【0008】 本明細書中で用いられるΓバンドおよびXバンドなる用語は、ブリュアンゾー
ン内の対称点を指し、固体物理学では標準的な用語である(例えば、R.A.S
mithの「Semiconductors」,(Cambridge Uni
versity Press,1978)を参照)。Γ極小およびX極小なる用
語は、それぞれ、ΓバンドおよびXバンドの極小エネルギーレベルを指す。
ン内の対称点を指し、固体物理学では標準的な用語である(例えば、R.A.S
mithの「Semiconductors」,(Cambridge Uni
versity Press,1978)を参照)。Γ極小およびX極小なる用
語は、それぞれ、ΓバンドおよびXバンドの極小エネルギーレベルを指す。
【0009】 図2は、(Al,Ga,In)P系で製造される分離閉じ込め型レーザ構造の
概略バンド構造である。これは、nドープ(Al0.7Ga0.3)In0.48Pクラッ
ディング領域1、(Al0.5Ga0.5)0.52In0.48P光導波領域2および4、(
Al0.5Ga0.5)0.52In0.48P光導波領域内に配置されたGaInP量子井戸
活性領域3、ならびにpドープ(Al0.7Ga0.3)0.52In0.48Pクラッディン
グ領域から成る。レーザダイオードの量子井戸活性領域3内でレーザ作用を引き
起こす光学遷移は、GaInP量子井戸活性領域内のΓ電子から始まる。
概略バンド構造である。これは、nドープ(Al0.7Ga0.3)In0.48Pクラッ
ディング領域1、(Al0.5Ga0.5)0.52In0.48P光導波領域2および4、(
Al0.5Ga0.5)0.52In0.48P光導波領域内に配置されたGaInP量子井戸
活性領域3、ならびにpドープ(Al0.7Ga0.3)0.52In0.48Pクラッディン
グ領域から成る。レーザダイオードの量子井戸活性領域3内でレーザ作用を引き
起こす光学遷移は、GaInP量子井戸活性領域内のΓ電子から始まる。
【0010】 電子漏れ電流は、図2の右側のポテンシャルバリアを乗り越え、pドープクラ
ッディング領域5に入るために十分な熱エネルギーを有する一部の電子から成る
。Γ電子が、pドープクラッディング領域との界面で、約90meVに過ぎない
ポテンシャルバリアによって、光導波領域(導波路領域)内に閉じ込められるこ
とが分かる。この比較的に小さなバリアの高さにより、相当な部分の電子の漏洩
が発生する。さらに、価電子帯内の正孔が、約50meVのポテンシャルバリア
によってのみ閉じ込められ、この低いバリアの高さもまた、著しいキャリアーを
漏洩させる。さらにまた、pクラッディング領域5内のX伝導帯が、導波路領域
2、4内のΓ伝導帯よりも50meV程度低く、これにより、電子が導波路領域
2、4からpドープクラッディング領域内のX状態を通って漏洩することが可能
になる。よって、図2に示すレーザは、高い漏れ電流を有し、高温では性能が低
い。
ッディング領域5に入るために十分な熱エネルギーを有する一部の電子から成る
。Γ電子が、pドープクラッディング領域との界面で、約90meVに過ぎない
ポテンシャルバリアによって、光導波領域(導波路領域)内に閉じ込められるこ
とが分かる。この比較的に小さなバリアの高さにより、相当な部分の電子の漏洩
が発生する。さらに、価電子帯内の正孔が、約50meVのポテンシャルバリア
によってのみ閉じ込められ、この低いバリアの高さもまた、著しいキャリアーを
漏洩させる。さらにまた、pクラッディング領域5内のX伝導帯が、導波路領域
2、4内のΓ伝導帯よりも50meV程度低く、これにより、電子が導波路領域
2、4からpドープクラッディング領域内のX状態を通って漏洩することが可能
になる。よって、図2に示すレーザは、高い漏れ電流を有し、高温では性能が低
い。
【0011】 P.M.Smowtonらの「Applied Physics Lette
rs」Vol.67、1265〜1267ページ(1995年)は、電子に関す
る重要な漏れの機構が、バリアによって分離されるか、または(AlyGa1-y) 0.51 In0.49Pの光導波領域(ここで、yは0.3、0.4、および0.5とさ
まざまである)に置かれ、p側にZnをドーピングし、n側にSiをドーピング
した(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49Pクラッディング領域でクラッディングさ
れた2つのGa0.41In0.59P量子井戸を有する分離閉じ込め型ヘテロ構造レー
ザのp側の導波路領域およびクラッディング領域内に、伝導帯の間接Xバレーを
介することができることを示す。しかしながら、この機構を介する電子の損失に
よって生じる問題を緩和する提案はなされていない。
rs」Vol.67、1265〜1267ページ(1995年)は、電子に関す
る重要な漏れの機構が、バリアによって分離されるか、または(AlyGa1-y) 0.51 In0.49Pの光導波領域(ここで、yは0.3、0.4、および0.5とさ
まざまである)に置かれ、p側にZnをドーピングし、n側にSiをドーピング
した(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49Pクラッディング領域でクラッディングさ
れた2つのGa0.41In0.59P量子井戸を有する分離閉じ込め型ヘテロ構造レー
ザのp側の導波路領域およびクラッディング領域内に、伝導帯の間接Xバレーを
介することができることを示す。しかしながら、この機構を介する電子の損失に
よって生じる問題を緩和する提案はなされていない。
【0012】 (Al,Ga,In)P系で製造されるレーザデバイスの温度性能を改善する
提案が数多く存在する。
提案が数多く存在する。
【0013】 T.Takagiらの「IEEE Journal of Quantum
Electronics」Vol.27、No.6、1511(1991年)は
、クラッディング領域内に多重量子井戸バリアを導入することを提案している。
Electronics」Vol.27、No.6、1511(1991年)は
、クラッディング領域内に多重量子井戸バリアを導入することを提案している。
【0014】 英国特許出願番号第9526631.8号において、SCHレーザダイオード
のpドープクラッディング領域内のδドープp型層の挿入が、ヘテロ構造のp側
でバンドベンディング(band bending)を増加させる効果があり、
それによって、電子の熱的漏れに対して与えられるポテンシャルバリアを増加さ
せることが提案されている。
のpドープクラッディング領域内のδドープp型層の挿入が、ヘテロ構造のp側
でバンドベンディング(band bending)を増加させる効果があり、
それによって、電子の熱的漏れに対して与えられるポテンシャルバリアを増加さ
せることが提案されている。
【0015】 G.Hatakoshiらの「IEEE Journal of Quant
um Electronics」Vol.27、1476ページ(1991年)
は、導波路領域とpドープクラッディング領域の間のポテンシャルバリアを増加
するために、pドープクラッディング領域のドーピングレベルを増加することを
提案している。英国特許出願番号第9626644.0号は、X電子のpドープ
クラッディング領域への漏洩を防ぐために、電子反射層を組み込んだ半導体レー
ザを開示している。英国特許出願番号第9626657.2号は、X電子を捕獲
して、活性領域内のΓ閉じ込めエネルギーレベルに移動するための電子捕獲層の
使用を開示している。しかしながら、(Al,Ga,In)Pレーザデバイスの
温度特性を改善するこれらの案の効果は、現在のところ不明である。
um Electronics」Vol.27、1476ページ(1991年)
は、導波路領域とpドープクラッディング領域の間のポテンシャルバリアを増加
するために、pドープクラッディング領域のドーピングレベルを増加することを
提案している。英国特許出願番号第9626644.0号は、X電子のpドープ
クラッディング領域への漏洩を防ぐために、電子反射層を組み込んだ半導体レー
ザを開示している。英国特許出願番号第9626657.2号は、X電子を捕獲
して、活性領域内のΓ閉じ込めエネルギーレベルに移動するための電子捕獲層の
使用を開示している。しかしながら、(Al,Ga,In)Pレーザデバイスの
温度特性を改善するこれらの案の効果は、現在のところ不明である。
【0016】 多重量子井戸バリア(MQB)の動作の原則は、MQBをSCHレーザデバイ
スのp型クラッディング領域に組み込むことである。MQBは、例えば、((A
l,Ga,In)Pレーザに関しては)(In,Ga)Pおよび(Al,Ga,
In)Pの交互になった非常に薄い層から成る。SCH構造から漏洩するために
十分な熱エネルギーを有する電子は、MQBの界面のそれぞれで、量子力学的に
反射される。層厚がλ/4の厚さに選択され、ここで、λが電子波長である場合
、エネルギーバンドは、電子が1の確率で反射されるように設計することができ
る。ほぼ1の電子の反射率を、古典力学的なバリアの高さよりも十分に上に井戸
が存在するように設計することができる。理論上、MQBは、実効バリアの高さ
を、古典力学的なバリアの高さと比較して、最大2倍にまで増加することができ
る。
スのp型クラッディング領域に組み込むことである。MQBは、例えば、((A
l,Ga,In)Pレーザに関しては)(In,Ga)Pおよび(Al,Ga,
In)Pの交互になった非常に薄い層から成る。SCH構造から漏洩するために
十分な熱エネルギーを有する電子は、MQBの界面のそれぞれで、量子力学的に
反射される。層厚がλ/4の厚さに選択され、ここで、λが電子波長である場合
、エネルギーバンドは、電子が1の確率で反射されるように設計することができ
る。ほぼ1の電子の反射率を、古典力学的なバリアの高さよりも十分に上に井戸
が存在するように設計することができる。理論上、MQBは、実効バリアの高さ
を、古典力学的なバリアの高さと比較して、最大2倍にまで増加することができ
る。
【0017】 K.Kishinoらの「Applied Physics Letters
」Vol.58、1822〜1824ページ(1991年)、およびH.Ham
adaらの「Electronics Letters」Vol.28、183
4〜1836ページ(1992年)は、短波長レーザの閾値電流の温度依存性が
、そのような反射体の使用により改善されることを示すための証拠を提供してい
る。しかしながら、反射体の有効性は、通常、バリアの高さの向上の直接的な計
測からではなく、LDの動作特性から推測される。それゆえ、単にさらに良好な
プロセス、またはさらに良好な材質に起因して生じ得る、なんらかの利点と比較
して、MQBの使用からどのような利点が発生するかを正確に量ることは困難で
ある。さらに、MQBの有効性が、電子のコヒーレンス長が長い場合にのみ実現
されることに留意されたい。例えば、界面散乱等のこのコヒーレンスを損なうも
のはいずれも、反射率特性を著しく減少させる。
」Vol.58、1822〜1824ページ(1991年)、およびH.Ham
adaらの「Electronics Letters」Vol.28、183
4〜1836ページ(1992年)は、短波長レーザの閾値電流の温度依存性が
、そのような反射体の使用により改善されることを示すための証拠を提供してい
る。しかしながら、反射体の有効性は、通常、バリアの高さの向上の直接的な計
測からではなく、LDの動作特性から推測される。それゆえ、単にさらに良好な
プロセス、またはさらに良好な材質に起因して生じ得る、なんらかの利点と比較
して、MQBの使用からどのような利点が発生するかを正確に量ることは困難で
ある。さらに、MQBの有効性が、電子のコヒーレンス長が長い場合にのみ実現
されることに留意されたい。例えば、界面散乱等のこのコヒーレンスを損なうも
のはいずれも、反射率特性を著しく減少させる。
【0018】 pドープクラッディング層のドーピングレベルを増加させることにより、導波
路領域4とpドープクラッディング領域5の間のポテンシャルバリアが増加する
。しかしながら、(Al,Ga,In)Pクラッディング領域または(Al,I
n)Pクラッディング領域に組み込まれることができるpドーピングの量には現
実的な限界がある。これは、約2×1018cm-3の最大不純物濃度をZnまたは
Mgのいずれかを用いて達成することができる、MOCVD成長材料の場合に特
に当てはまる。この一例が、D.P.Bourらの「IEEE Journal
of Quantum Electronics」Vol.30、593〜6
06ページ(1994年)であげられている。しかしながら、この技術を用いて
ドーパント濃度をさらに増加することにより、デバイスの活性領域へのドーパン
トの拡散を引き起こし、性能を低下させる。
路領域4とpドープクラッディング領域5の間のポテンシャルバリアが増加する
。しかしながら、(Al,Ga,In)Pクラッディング領域または(Al,I
n)Pクラッディング領域に組み込まれることができるpドーピングの量には現
実的な限界がある。これは、約2×1018cm-3の最大不純物濃度をZnまたは
Mgのいずれかを用いて達成することができる、MOCVD成長材料の場合に特
に当てはまる。この一例が、D.P.Bourらの「IEEE Journal
of Quantum Electronics」Vol.30、593〜6
06ページ(1994年)であげられている。しかしながら、この技術を用いて
ドーパント濃度をさらに増加することにより、デバイスの活性領域へのドーパン
トの拡散を引き起こし、性能を低下させる。
【0019】 導波路領域4とpドープクラッディング領域5の間のポテンシャルバリアを増
加させるために、クラッディング層5のアルミニウム含有量を増加することが可
能であり、これによって、Γ電子および価電子帯正孔閉じ込めを増加する。この
アプローチを図3に示す。これは、図2に示すものと同様のSCHレーザ構造を
示すが、クラッディング領域1、5がAlInPから形成されている。光導波領
域4とpドープクラッディング領域5の間のポテンシャルバリアは、ここでは2
50meVであり、価電子帯正孔を閉じ込めるポテンシャルバリアは、ここでは
100meVである。よって、図3に示すレーザ構造は、図2に示す構造と比較
して、改善されたキャリアー閉じ込めを有する。
加させるために、クラッディング層5のアルミニウム含有量を増加することが可
能であり、これによって、Γ電子および価電子帯正孔閉じ込めを増加する。この
アプローチを図3に示す。これは、図2に示すものと同様のSCHレーザ構造を
示すが、クラッディング領域1、5がAlInPから形成されている。光導波領
域4とpドープクラッディング領域5の間のポテンシャルバリアは、ここでは2
50meVであり、価電子帯正孔を閉じ込めるポテンシャルバリアは、ここでは
100meVである。よって、図3に示すレーザ構造は、図2に示す構造と比較
して、改善されたキャリアー閉じ込めを有する。
【0020】 しかしながら、クラッディング層1、5のアルミニウム含有量を増加すること
により、pドープクラッディング領域5内のXバンド状態を介するキャリアーの
漏洩を防げない。
により、pドープクラッディング領域5内のXバンド状態を介するキャリアーの
漏洩を防げない。
【0021】 (発明の開示) 本発明の第1の形態は、活性領域、および活性領域の一方の側に配置されたp
ドープクラッディング領域を含む光半導体デバイスを提供し、電子反射バリアが
、Γ電子およびX電子を反射する活性領域のp側に提供され、電子反射バリアは
、pドープクラッディング領域よりも大きなポテンシャルバリアをΓ電子に提供
する。
ドープクラッディング領域を含む光半導体デバイスを提供し、電子反射バリアが
、Γ電子およびX電子を反射する活性領域のp側に提供され、電子反射バリアは
、pドープクラッディング領域よりも大きなポテンシャルバリアをΓ電子に提供
する。
【0022】 S.J.Changらの「IEEE Photonics Technolo
gy Letters」Vol.10、No.5、651ページ(1998年)
は、642nmの発光波長を有する(Al,Ga,In)Pレーザダイオードを
記載している。このレーザダイオードは、Γ電子にバリアを導入する3倍の引張
り歪みバリアクラッディング層を設ける。改善された温度依存性が観察される。
しかしながら、引張り歪反射層は、X電子にはいずれのバリアも提供しない。そ
れとは逆に、X電子を捕らえるための量子井戸の導入をもたらす。よって、pド
ープクラッディング領域内のXバンド状態を介する著しいキャリアー損失が、こ
の構造でもなお発生する。
gy Letters」Vol.10、No.5、651ページ(1998年)
は、642nmの発光波長を有する(Al,Ga,In)Pレーザダイオードを
記載している。このレーザダイオードは、Γ電子にバリアを導入する3倍の引張
り歪みバリアクラッディング層を設ける。改善された温度依存性が観察される。
しかしながら、引張り歪反射層は、X電子にはいずれのバリアも提供しない。そ
れとは逆に、X電子を捕らえるための量子井戸の導入をもたらす。よって、pド
ープクラッディング領域内のXバンド状態を介する著しいキャリアー損失が、こ
の構造でもなお発生する。
【0023】 米国特許第5 509 024号が、トンネルバリア層を有するレーザダイオ
ードを開示している。AlAsバリア層が、光導波領域とpドープクラッディン
グ領域の間に導入され、Γ電子に対するバリアとして作用する。
ードを開示している。AlAsバリア層が、光導波領域とpドープクラッディン
グ領域の間に導入され、Γ電子に対するバリアとして作用する。
【0024】 米国特許第5 509 024号は、pドープクラッディング領域内のX状態
を介するキャリアー損失の問題には対処していない。この特許は、(Al0.5G
a0.5)0.52In0.48P光導波領域と(Al0.7Ga0.3)0.52In0.48Pクラッ
ディング領域の間にAlAsバリア層を置くことを提案している。この特許の時
代には、(Al,Ga,In)P系内のバンドオフセットまたはΓ−X直接−間
接バンドギャップ切換え(Γ−X direct−indirect band
gap changeover)のいずれも十分に確立されていなかった。Γ−
X直接−間接バンドギャップ切換えに関する近年の実験的証明に鑑みて、米国特
許第5 509 024で提案された構造が、X電子に対する0.32eVのト
ラッピング量子井戸を導入していることが分かる。よって、この特許で提案され
た案が、約0.58eVのポテンシャルバリアを、Γ電子に導入する一方で、p
ドープクラッディング領域内のX状態を介するキャリアー損失の問題には対処し
ない。実際、0.32eV量子井戸をX電子に導入することにより、この問題を
さらに悪化させる。
を介するキャリアー損失の問題には対処していない。この特許は、(Al0.5G
a0.5)0.52In0.48P光導波領域と(Al0.7Ga0.3)0.52In0.48Pクラッ
ディング領域の間にAlAsバリア層を置くことを提案している。この特許の時
代には、(Al,Ga,In)P系内のバンドオフセットまたはΓ−X直接−間
接バンドギャップ切換え(Γ−X direct−indirect band
gap changeover)のいずれも十分に確立されていなかった。Γ−
X直接−間接バンドギャップ切換えに関する近年の実験的証明に鑑みて、米国特
許第5 509 024で提案された構造が、X電子に対する0.32eVのト
ラッピング量子井戸を導入していることが分かる。よって、この特許で提案され
た案が、約0.58eVのポテンシャルバリアを、Γ電子に導入する一方で、p
ドープクラッディング領域内のX状態を介するキャリアー損失の問題には対処し
ない。実際、0.32eV量子井戸をX電子に導入することにより、この問題を
さらに悪化させる。
【0025】 しかしながら、上記の従来技術とは対照的に、本発明は、Γ電子およびX電子
の両方の漏れを防ぐバリアを提供する。電子反射バリアがΓ電子と同様にX電子
も反射するので、pドープクラッディング領域のX状態を介するキャリアー損失
の問題は防がれるか、または少なくとも著しく低減される。
の両方の漏れを防ぐバリアを提供する。電子反射バリアがΓ電子と同様にX電子
も反射するので、pドープクラッディング領域のX状態を介するキャリアー損失
の問題は防がれるか、または少なくとも著しく低減される。
【0026】 電子反射バリアは、Γ電子を反射する第1の電子反射層、およびX電子を反射
する第2の電子反射層を含み得る。これは、Γ電子およびX電子の両方に対する
バリアを提供する簡便な方法である。
する第2の電子反射層を含み得る。これは、Γ電子およびX電子の両方に対する
バリアを提供する簡便な方法である。
【0027】 電子反射層のうちの少なくとも1つは、歪み層であり得る。いくつかの場合に
おいて、歪み半導体層は、バルク半導体材料の禁制帯よりも大きな禁制帯を有し
、そのような歪み層を電子反射層として用いることにより、電子および正孔の漏
れに対するポテンシャルバリアを増加させる。
おいて、歪み半導体層は、バルク半導体材料の禁制帯よりも大きな禁制帯を有し
、そのような歪み層を電子反射層として用いることにより、電子および正孔の漏
れに対するポテンシャルバリアを増加させる。
【0028】 電子反射層の一方が圧縮歪みの状態にあり得、電子反射層の一方が引張り歪み
の状態にあり得る。よって、この2つの電子反射層は、歪み補償型バリアを形成
する。歪み補償型バリアは、層に欠陥を生じることなく、個々の層の臨界厚の合
計よりも厚くできることが報告されている。これは、歪み補償型電子反射バリア
を、欠陥を生じることなく、さらに厚くすることができ、かつ厚めのバリアがさ
らに多くの電子を活性領域に反射して戻すことによって、電子の閉じ込めを改善
することを意味する。
の状態にあり得る。よって、この2つの電子反射層は、歪み補償型バリアを形成
する。歪み補償型バリアは、層に欠陥を生じることなく、個々の層の臨界厚の合
計よりも厚くできることが報告されている。これは、歪み補償型電子反射バリア
を、欠陥を生じることなく、さらに厚くすることができ、かつ厚めのバリアがさ
らに多くの電子を活性領域に反射して戻すことによって、電子の閉じ込めを改善
することを意味する。
【0029】 このデバイスは発光ダイオードであり得るか、またはレーザデバイスであり得
る。レーザデバイスは、光導波領域および、光導波領域内に配置された活性領域
を含む、分離閉じ込め型ヘテロ構造レーザデバイスであり得る。Γ電子を反射す
る層は、光導波領域とX電子を反射する層の間に配置され得る。光導波領域のΓ
伝導帯は、Γ電子を反射する層のX伝導帯と実質的に縮退し得る。これにより、
Γ電子を反射する層が、X電子に対する量子井戸を生成しないことを確実にする
。
る。レーザデバイスは、光導波領域および、光導波領域内に配置された活性領域
を含む、分離閉じ込め型ヘテロ構造レーザデバイスであり得る。Γ電子を反射す
る層は、光導波領域とX電子を反射する層の間に配置され得る。光導波領域のΓ
伝導帯は、Γ電子を反射する層のX伝導帯と実質的に縮退し得る。これにより、
Γ電子を反射する層が、X電子に対する量子井戸を生成しないことを確実にする
。
【0030】 あるいは、Γ電子を反射する層は、X電子を反射する層とpドープクラッディ
ング領域の間に配置され得る。この構成においては、Γ電子を反射する層に達す
るX電子がほとんどないために、Γ電子を反射する層内のX電子に対する量子井
戸の形成が、重大な問題を生じない。それゆえ、この構成によって、光導波領域
の材料選択をより広くすることが可能である。
ング領域の間に配置され得る。この構成においては、Γ電子を反射する層に達す
るX電子がほとんどないために、Γ電子を反射する層内のX電子に対する量子井
戸の形成が、重大な問題を生じない。それゆえ、この構成によって、光導波領域
の材料選択をより広くすることが可能である。
【0031】 電子反射バリアは、Γ電子を反射する複数の第1の電子反射層、およびX電子
を反射する複数の第2の電子反射層を含み得る。電子反射バリアは、超格子構造
であり得る。これは、電子バリアが歪み補償型であるために可能である。
を反射する複数の第2の電子反射層を含み得る。電子反射バリアは、超格子構造
であり得る。これは、電子バリアが歪み補償型であるために可能である。
【0032】 このデバイスは、(Al,Ga,In)P系で製造され得、Γ電子を反射する
層またはその層のそれぞれが、AlPまたはGaPであり得、X電子を反射する
層またはその層のそれぞれは、InPであり得る。これにより、(Al,Ga,
In)Pレーザ内の漏れ電流を低減する簡便な方法が提供される。
層またはその層のそれぞれが、AlPまたはGaPであり得、X電子を反射する
層またはその層のそれぞれは、InPであり得る。これにより、(Al,Ga,
In)Pレーザ内の漏れ電流を低減する簡便な方法が提供される。
【0033】 Γ電子を反射する層はAlPであり得、光導波領域は、(Al0.3Ga0.7)0. 52 In0.48Pであり得る。Γ電子を反射する層が、光導波領域とX電子を反射す
る層の間に配置される場合に好ましいので、これにより、光導波領域のΓ伝導帯
は、Γ電子を反射する層のX伝導帯と実質的に縮退する。
る層の間に配置される場合に好ましいので、これにより、光導波領域のΓ伝導帯
は、Γ電子を反射する層のX伝導帯と実質的に縮退する。
【0034】 電子反射層のそれぞれの厚さは、16Å以下であり得る。この厚さは、歪み層
内のミスフィット転位の形成がエネルギー学的に有利になる臨界厚よりも薄い。
内のミスフィット転位の形成がエネルギー学的に有利になる臨界厚よりも薄い。
【0035】 電子反射層のうちの少なくとも1つが、pドープされ得る。電子反射層が大量
にpドープされる場合、バンドベンディングが発生し、これによって、pクラッ
ディング領域への電子伝達に対するポテンシャルバリアの高さが増加する。pド
ーピングはまた、光導波領域への正孔伝達に対するバリアの高さを低減する。
にpドープされる場合、バンドベンディングが発生し、これによって、pクラッ
ディング領域への電子伝達に対するポテンシャルバリアの高さが増加する。pド
ーピングはまた、光導波領域への正孔伝達に対するバリアの高さを低減する。
【0036】 第1の電子反射層、または第1の電子反射層のうちの少なくとも1つ(1より
も多い場合)が、インジウムを含有し得る。インジウムをAlPまたはGaP歪
み層に導入することにより、層内の歪みを低減し、それによって、層の臨界厚を
増加する。それゆえ、Γ電子を反射する層をさらに厚くすることができ、これに
よって、電子が層をトンネリングする可能性を低減する。
も多い場合)が、インジウムを含有し得る。インジウムをAlPまたはGaP歪
み層に導入することにより、層内の歪みを低減し、それによって、層の臨界厚を
増加する。それゆえ、Γ電子を反射する層をさらに厚くすることができ、これに
よって、電子が層をトンネリングする可能性を低減する。
【0037】 電子反射バリアは、光導波領域とpドープクラッディング領域の間に配置され
得る。
得る。
【0038】 本発明の第2の形態は、光導波領域、その光導波領域内に配置された少なくと
も1つのエネルギー井戸を有する活性領域、および光導波領域の両側に配置され
たnドープクラッディング領域およびpドープクラッディング領域を含む光半導
体デバイスを提供し、Γ電子を反射する電子反射層が、活性領域のp側に配置さ
れ、光導波領域のΓ伝導帯が、電子反射層のX伝導帯と実質的に縮退する。
も1つのエネルギー井戸を有する活性領域、および光導波領域の両側に配置され
たnドープクラッディング領域およびpドープクラッディング領域を含む光半導
体デバイスを提供し、Γ電子を反射する電子反射層が、活性領域のp側に配置さ
れ、光導波領域のΓ伝導帯が、電子反射層のX伝導帯と実質的に縮退する。
【0039】 本発明のこの局面は、S.J.Changら、および米国特許第5 509
024号に記載のレーザを参照して上記で概説した問題に対処する。この局面に
おいて、電子反射層のX伝導帯が、光導波領域のΓ伝導帯と実質的に縮退するよ
うに選択される。これによって、Γ電子を反射する層内のX電子に対する量子井
戸の形成を防ぐ。例えば、これは、光導波路領域の組成を適切に選択することに
より行うことができる。
024号に記載のレーザを参照して上記で概説した問題に対処する。この局面に
おいて、電子反射層のX伝導帯が、光導波領域のΓ伝導帯と実質的に縮退するよ
うに選択される。これによって、Γ電子を反射する層内のX電子に対する量子井
戸の形成を防ぐ。例えば、これは、光導波路領域の組成を適切に選択することに
より行うことができる。
【0040】 WO 97/40560は、(Al,Ga,In)P発光ダイオードを開示し
ている。AlPバリア層が、LEDの活性領域とp型クラッディング領域の間に
配置される。しかしながら、このバリア層がΓ電子の閉じ込めを増加する一方で
、量子井戸がX伝導帯内で生成される。この量子井戸の深さは、先に説明したと
おり、約0.4eVであり、この量子井戸の導入により、LEDのpドープクラ
ッディング領域内のX状態を介する電子の損失の問題がさらに悪化する。
ている。AlPバリア層が、LEDの活性領域とp型クラッディング領域の間に
配置される。しかしながら、このバリア層がΓ電子の閉じ込めを増加する一方で
、量子井戸がX伝導帯内で生成される。この量子井戸の深さは、先に説明したと
おり、約0.4eVであり、この量子井戸の導入により、LEDのpドープクラ
ッディング領域内のX状態を介する電子の損失の問題がさらに悪化する。
【0041】 光導波領域は、(Al0.3Ga0.7)0.52In0.48Pから形成され得、電子反射
層はAlPから形成され得る。これは、本発明の第2の局面を(Al,Ga,I
n)P系内で実施する簡便な方法である。
層はAlPから形成され得る。これは、本発明の第2の局面を(Al,Ga,I
n)P系内で実施する簡便な方法である。
【0042】 電子反射層は、pドープされ得る。
【0043】 電子反射層は、光導波領域とpドープクラッディング領域の間に配置され得る
。
。
【0044】 このデバイスは、分離閉じ込め型ヘテロ構造レーザデバイスであり得る。
【0045】 (発明を実施するための最良の形態) 次に、添付の図面を参照する例示的な実施例を介して、本発明の好適な実施形
態を詳述する。
態を詳述する。
【0046】 図4は、本発明の第1の実施形態のバンド構造の部分的な概略図である。これ
は、SCHレーザデバイスの光導波領域10(または導波路領域)、およびpド
ープクラッディング領域11のバンド構造を示す。光導波領域10は、p型クラ
ッディング領域11とn型クラッディング領域(図4には示さず)の間に配置さ
れる。レーザ発振を提供する少なくとも1つのエネルギー井戸を有する活性領域
(図示せず)が、光導波領域10内に配置される。
は、SCHレーザデバイスの光導波領域10(または導波路領域)、およびpド
ープクラッディング領域11のバンド構造を示す。光導波領域10は、p型クラ
ッディング領域11とn型クラッディング領域(図4には示さず)の間に配置さ
れる。レーザ発振を提供する少なくとも1つのエネルギー井戸を有する活性領域
(図示せず)が、光導波領域10内に配置される。
【0047】 図4の実施形態は、(Al,Ga,In)P系で製造される。光導波領域10
は、(Al0.3Ga0.7)0.52In0.48Pから形成される。クラッディング領域は
、(AlxGa1-x)0.52In0.48Pから形成され、ここで、0.5<x≦1.0
である。図4の実施形態において、クラッディング層11がAl0.52In0.48P
から形成されるように、xが1であるように選択され、図4に示すバンドエネル
ギーは、Al0.52In0.48Pのp型クラッディング領域に関する。AlPで形成
される電子反射層12が、光導波領域10とpドープクラッディング領域11の
間に配置される。
は、(Al0.3Ga0.7)0.52In0.48Pから形成される。クラッディング領域は
、(AlxGa1-x)0.52In0.48Pから形成され、ここで、0.5<x≦1.0
である。図4の実施形態において、クラッディング層11がAl0.52In0.48P
から形成されるように、xが1であるように選択され、図4に示すバンドエネル
ギーは、Al0.52In0.48Pのp型クラッディング領域に関する。AlPで形成
される電子反射層12が、光導波領域10とpドープクラッディング領域11の
間に配置される。
【0048】 AlPの格子定数が5.467Åである一方で、光導波領域10の格子定数は
5.653Åとなる。(上記のとおり、0.48のインジウムモル分率を有する
(Al,Ga,In)Pは、GaAsと格子整合するので、光導波領域の格子定
数は、GaAsの格子定数と等しくなる。)クラッディング領域が0.48のイ
ンジウムモル分率を有するので、クラッディング領域11の格子定数も5.65
3Åになる。よって、電子反射層12と光導波領域10の間の格子不整合は、約
3.4%である。
5.653Åとなる。(上記のとおり、0.48のインジウムモル分率を有する
(Al,Ga,In)Pは、GaAsと格子整合するので、光導波領域の格子定
数は、GaAsの格子定数と等しくなる。)クラッディング領域が0.48のイ
ンジウムモル分率を有するので、クラッディング領域11の格子定数も5.65
3Åになる。よって、電子反射層12と光導波領域10の間の格子不整合は、約
3.4%である。
【0049】 一般に、転位は、3.4%の格子不整合を有する2つの半導体材料の界面で発
生する。これは、転位および欠陥がレーザデバイスの特性をさらに悪化させるた
めに、本件では望ましくない。
生する。これは、転位および欠陥がレーザデバイスの特性をさらに悪化させるた
めに、本件では望ましくない。
【0050】 下側の層と成長エピタキシ層の間の格子不整合が十分に小さい場合、堆積され
る第1の原子層は、コヒーレント界面が形成されるように、下側の層の格子定数
と整合するように歪むことは周知である。しかしながら、成長エピタキシ層の厚
さが増加する際に、臨界厚が、導入されるミスフィット転位に対してエネルギー
学的に好ましい点に達するまで、均一な歪みエネルギーが増加する。この臨界厚
の存在は、J.H.Van der Merweの「Journal of A
pllied Physics」Vol.34、123ページ(1962年)で
最初に開示された。転位の発生を防ぐためには、電子反射層12の厚さが、臨界
厚よりも薄いことが好ましい。この場合、電子反射層は歪み状態である。本実施
形態においては、AlPが導波路領域10よりも低い格子定数を有するため、引
張り歪みの状態となる。
る第1の原子層は、コヒーレント界面が形成されるように、下側の層の格子定数
と整合するように歪むことは周知である。しかしながら、成長エピタキシ層の厚
さが増加する際に、臨界厚が、導入されるミスフィット転位に対してエネルギー
学的に好ましい点に達するまで、均一な歪みエネルギーが増加する。この臨界厚
の存在は、J.H.Van der Merweの「Journal of A
pllied Physics」Vol.34、123ページ(1962年)で
最初に開示された。転位の発生を防ぐためには、電子反射層12の厚さが、臨界
厚よりも薄いことが好ましい。この場合、電子反射層は歪み状態である。本実施
形態においては、AlPが導波路領域10よりも低い格子定数を有するため、引
張り歪みの状態となる。
【0051】 3.4%の格子不整合に対して、ミスフィット転位が発生する臨界厚は、16
Åと推定される(R.Peopleらの「Applied Physics L
etters」Vol.47、No.3、322〜324ページ(1985年)
を参照)。図4の実施形態においては、それゆえ、電子反射層12の厚さは、好
ましくは16Å以下である。
Åと推定される(R.Peopleらの「Applied Physics L
etters」Vol.47、No.3、322〜324ページ(1985年)
を参照)。図4の実施形態においては、それゆえ、電子反射層12の厚さは、好
ましくは16Å以下である。
【0052】 バルクAlPにおいて、Γ−Γバンドギャップが3.6eVであり、Γ−Xバ
ンドギャップが2.5eVである。しかしながら、図4の実施形態において、A
lP層12は、引張り歪みの状態にあり、これによって、3.6eVのバルク値
からバンドギャップを低減する。バンドギャップは、軽い正孔に対しては3.2
95eVに、重い正孔価電子帯に対しては3.5eVに低減される。歪み層のバ
ンドギャップの低減は、例えば、Chin−Yu Yehらの「Physica
l Review B」Vol.50、No.4、2715〜2718ページ(
1994年)に記載されている。70:30のバンドオフセットを仮定すると、
AlP電子反射層は、それゆえ、pドープクラッディング領域11へのΓ電子の
伝達に対して、0.801eVのバリアを導入する(この計算には軽い正孔のバ
ンドギャップを用いる)。光導波領域10内のXバンドは、Γバンドより0.1
5eV高いので、光導波領域内のほとんどの電子がΓバンド内にある。このΓ電
子は、電子反射層12によって、活性領域に反射されて戻る。矩形のバリアを通
る電子移動の単純な計算は、Γ電子の約6%のみが、16Åの厚さを有する0.
801eVのポテンシャルバリアを通って移動されることを示す(この計算は、
Γ電子の実効質量がm0=0.15であると仮定している)。実際には、図4の
電子反射層を通る電子移動は、おそらく、電子反射層と隣接する厚いpドープク
ラッディング領域11の存在により、6%よりも小さい。pドープクラッディン
グ領域11は、(AlxGa1-x)0.52In0.48Pから形成され、ここで、0.5
<x≦1.0であり、最大2.7eVまでのΓ−Γバンドギャップを有する。A
lP層を通る移動は、クラッディング領域のΓバンドと縮退するエネルギーで約
13%に増加される。
ンドギャップが2.5eVである。しかしながら、図4の実施形態において、A
lP層12は、引張り歪みの状態にあり、これによって、3.6eVのバルク値
からバンドギャップを低減する。バンドギャップは、軽い正孔に対しては3.2
95eVに、重い正孔価電子帯に対しては3.5eVに低減される。歪み層のバ
ンドギャップの低減は、例えば、Chin−Yu Yehらの「Physica
l Review B」Vol.50、No.4、2715〜2718ページ(
1994年)に記載されている。70:30のバンドオフセットを仮定すると、
AlP電子反射層は、それゆえ、pドープクラッディング領域11へのΓ電子の
伝達に対して、0.801eVのバリアを導入する(この計算には軽い正孔のバ
ンドギャップを用いる)。光導波領域10内のXバンドは、Γバンドより0.1
5eV高いので、光導波領域内のほとんどの電子がΓバンド内にある。このΓ電
子は、電子反射層12によって、活性領域に反射されて戻る。矩形のバリアを通
る電子移動の単純な計算は、Γ電子の約6%のみが、16Åの厚さを有する0.
801eVのポテンシャルバリアを通って移動されることを示す(この計算は、
Γ電子の実効質量がm0=0.15であると仮定している)。実際には、図4の
電子反射層を通る電子移動は、おそらく、電子反射層と隣接する厚いpドープク
ラッディング領域11の存在により、6%よりも小さい。pドープクラッディン
グ領域11は、(AlxGa1-x)0.52In0.48Pから形成され、ここで、0.5
<x≦1.0であり、最大2.7eVまでのΓ−Γバンドギャップを有する。A
lP層を通る移動は、クラッディング領域のΓバンドと縮退するエネルギーで約
13%に増加される。
【0053】 軽い正孔は、層が引張り歪みの状態にあるので、AlP層12内の重い正孔価
電子帯と比較して、エネルギーが低減される。伝導帯−軽い正孔のバンドギャッ
プは、3.294eVであり、これによって、軽い正孔に対する0.178eV
のポテンシャルバリアが得られる。正孔が、このバリアを通って光導波領域10
へとトンネリングする確率は約26%である。
電子帯と比較して、エネルギーが低減される。伝導帯−軽い正孔のバンドギャッ
プは、3.294eVであり、これによって、軽い正孔に対する0.178eV
のポテンシャルバリアが得られる。正孔が、このバリアを通って光導波領域10
へとトンネリングする確率は約26%である。
【0054】 AlP層12内の伝導帯−重い正孔のバンドギャップは、3.497eVであ
り、重い正孔に対して0.239eVのバリアが生成される(重い正孔バリアは
図4には示していない)。
り、重い正孔に対して0.239eVのバリアが生成される(重い正孔バリアは
図4には示していない)。
【0055】 (AlP内のΓ−Γバンドギャップの値は、Chin−Yu Yehらによっ
て示唆されたように、上記で得られた値よりも大きく(4.4eV)なり得、圧
縮歪み層のバンドオフセットは、M.D.Dawsonらの「Applied
Physics Letters」、Vol.64(7)、892ページ(19
94年)によって示唆されるように、70:30ではなく、85:15であり得
ることに留意されたい。これらの効果は共に、図4に設定されたポテンシャルバ
リアを増加する傾向にある。) 図4に示す実施形態において、光導波路領域内のアルミニウム濃度は、光導波
領域10のΓバンドがAlP層12のXバンドと縮退するように選択されている
。これによって、AlP層でのX電子に対する量子井戸の形成を防ぎ、それによ
って、Changら、および米国特許第5 509 024号によって提案され
たデバイスと関連する上記問題を克服する。
て示唆されたように、上記で得られた値よりも大きく(4.4eV)なり得、圧
縮歪み層のバンドオフセットは、M.D.Dawsonらの「Applied
Physics Letters」、Vol.64(7)、892ページ(19
94年)によって示唆されるように、70:30ではなく、85:15であり得
ることに留意されたい。これらの効果は共に、図4に設定されたポテンシャルバ
リアを増加する傾向にある。) 図4に示す実施形態において、光導波路領域内のアルミニウム濃度は、光導波
領域10のΓバンドがAlP層12のXバンドと縮退するように選択されている
。これによって、AlP層でのX電子に対する量子井戸の形成を防ぎ、それによ
って、Changら、および米国特許第5 509 024号によって提案され
たデバイスと関連する上記問題を克服する。
【0056】 さらに、AlInPクラッディング領域に関して、図4のpドープクラッディ
ング領域11のXバンドは、AlP層12のXバンドよりも0.06eV高い(
クラッディング領域がさらに低いアルミニウムモル分率を有する場合、Xバンド
ポテンシャルはさらに低くなる)。よって、pドープクラッディング領域に伝達
するためには、光導波領域10のわずかのX電子は、0.06eVのポテンシャ
ルバリアに直面し、これによって、導波路領域内にX電子を閉じ込める傾向にあ
る。よって、図4に示す構造が、Γ電子およびX電子の両方に対するバリアを提
供することが分かる。AlP層12は、p型クラッディング層11よりも大きな
ポテンシャルバリアをΓ電子に提供する。
ング領域11のXバンドは、AlP層12のXバンドよりも0.06eV高い(
クラッディング領域がさらに低いアルミニウムモル分率を有する場合、Xバンド
ポテンシャルはさらに低くなる)。よって、pドープクラッディング領域に伝達
するためには、光導波領域10のわずかのX電子は、0.06eVのポテンシャ
ルバリアに直面し、これによって、導波路領域内にX電子を閉じ込める傾向にあ
る。よって、図4に示す構造が、Γ電子およびX電子の両方に対するバリアを提
供することが分かる。AlP層12は、p型クラッディング層11よりも大きな
ポテンシャルバリアをΓ電子に提供する。
【0057】 対照的に、図3に示す従来構造において、pドープクラッディング領域のX伝
導帯は、光導波領域のXバンドよりも低い。それゆえ、従来構造において、X電
子が光導波領域からクラッディング領域へと通過することを防ぐポテンシャルバ
リアは存在しない。
導帯は、光導波領域のXバンドよりも低い。それゆえ、従来構造において、X電
子が光導波領域からクラッディング領域へと通過することを防ぐポテンシャルバ
リアは存在しない。
【0058】 本発明のさらなる実施形態を図5に示す。この図もまた、GaAsと格子整合
する(Al,Ga,In)P系で製造されるSCHレーザデバイスのバンドギャ
ップ構造を示す。p型クラッディング領域11は、(AlxGa1-x)0.52In0. 48 Pから形成され、ここで、0.5<x≦1.0であり、好ましくは、0.7<
x≦1.0である。図5に示す実施形態において、xは1.0となるように選択
され、図5および9に示すバンドエネルギーは、Al0.52In0.48Pクラッディ
ング層に関連する。レーザデバイスの活性領域16およびn型クラッディング領
域17を図5に概略的に示す。活性領域16およびn型クラッディング領域17
の正確な性質および組成は本発明には関係なく、さらには説明しない。
する(Al,Ga,In)P系で製造されるSCHレーザデバイスのバンドギャ
ップ構造を示す。p型クラッディング領域11は、(AlxGa1-x)0.52In0. 48 Pから形成され、ここで、0.5<x≦1.0であり、好ましくは、0.7<
x≦1.0である。図5に示す実施形態において、xは1.0となるように選択
され、図5および9に示すバンドエネルギーは、Al0.52In0.48Pクラッディ
ング層に関連する。レーザデバイスの活性領域16およびn型クラッディング領
域17を図5に概略的に示す。活性領域16およびn型クラッディング領域17
の正確な性質および組成は本発明には関係なく、さらには説明しない。
【0059】 本実施形態において、歪み補償型バリア層14が、導波路領域とpドープクラ
ッディング領域の界面に位置する。この歪み補償型バリア層は、AlP層12お
よびInP層13から成る。バリア層14は、Γ電子およびX電子の両方に対す
るポテンシャルバリアを提供する。
ッディング領域の界面に位置する。この歪み補償型バリア層は、AlP層12お
よびInP層13から成る。バリア層14は、Γ電子およびX電子の両方に対す
るポテンシャルバリアを提供する。
【0060】 AlP層12およびInP層13は共に、ミスフィット転位の発生を防ぐため
に、臨界厚よりも薄い厚さを有するように選択される。それゆえ、AlP層12
およびInP層13は共に、歪み状態にある。図4に関連して上述したとおり、
格子定数が、(GaAsと格子整合であり、そのために5.653Åの格子定数
を有する)光導波領域10の格子定数よりも約3.4%低いので、AlP層12
は引張り歪みの状態にある。しかしながら、InP層は、格子定数が光導波領域
10の格子定数よりも約3.8%大きいので、圧縮歪みの状態にある。
に、臨界厚よりも薄い厚さを有するように選択される。それゆえ、AlP層12
およびInP層13は共に、歪み状態にある。図4に関連して上述したとおり、
格子定数が、(GaAsと格子整合であり、そのために5.653Åの格子定数
を有する)光導波領域10の格子定数よりも約3.4%低いので、AlP層12
は引張り歪みの状態にある。しかしながら、InP層は、格子定数が光導波領域
10の格子定数よりも約3.8%大きいので、圧縮歪みの状態にある。
【0061】 圧縮歪みの状態にある層の場合、Γバンドギャップが増加する一方で、Xバン
ドギャップは減少する。価電子帯縮退が***し、重い正孔バンドが、軽い正孔バ
ンドよりも低いエネルギーとなる。
ドギャップは減少する。価電子帯縮退が***し、重い正孔バンドが、軽い正孔バ
ンドよりも低いエネルギーとなる。
【0062】 図4を参照して上述したとおり、AlP層12は、光導波領域10のΓ電子に
、0.801eVのポテンシャルバリアを提供する。
、0.801eVのポテンシャルバリアを提供する。
【0063】 InP層の厚さは、InP層の第1の閉じ込め状態がpドープクラッディング
領域11のXバンドより上にあり、かつAlP層12のXバンドよりも上にある
ように選択される。よって、InP層は、AlP層を通過しようとする電子に対
して、さらなる電子反射層として作用する。これは、光導波領域10のX電子に
、0.275eVのポテンシャルバリアを提供する。よって、InP層13は、
光導波領域10からクラッディング領域11内のX状態を介する電子の損失を防
ぐ。
領域11のXバンドより上にあり、かつAlP層12のXバンドよりも上にある
ように選択される。よって、InP層は、AlP層を通過しようとする電子に対
して、さらなる電子反射層として作用する。これは、光導波領域10のX電子に
、0.275eVのポテンシャルバリアを提供する。よって、InP層13は、
光導波領域10からクラッディング領域11内のX状態を介する電子の損失を防
ぐ。
【0064】 X電子に対する量子井戸がAlP層12内に設けられることを防ぐために、光
導波領域10のアルミニウム含有量は、光導波領域10のΓバンドがAlP層の
Xバンドと縮退するように選択されることが好ましい。これを達成するために、
光導波領域は、好ましくは、(Al0.3Ga0.7)0.52In0.48Pから形成される
。
導波領域10のアルミニウム含有量は、光導波領域10のΓバンドがAlP層の
Xバンドと縮退するように選択されることが好ましい。これを達成するために、
光導波領域は、好ましくは、(Al0.3Ga0.7)0.52In0.48Pから形成される
。
【0065】 図9は、図5の構造の光導波領域およびp型クラッディング領域の伝導帯を示
す。
す。
【0066】 エネルギーE0を有する、すなわち、光導波領域10の伝導帯エネルギーであ
るΓ電子は、16Åの厚さを有する0.801eVのポテンシャルバリアに直面
する。図4を参照して上述したとおり、(実効質量がm0=0.15と仮定する
と)約6%のΓ電子のみが、そのようなバリアを通って移動される。(現実には
、厚いpドープクラッディング領域11が存在するため、光導波領域の伝導帯エ
ネルギーではΓ電子の損失はほとんどない。) エネルギーE0を有するX電子は、InP層14によって提供される0.27
5eVのポテンシャルバリアと直面する。実効質量がm0=0.45と仮定する
と、エネルギーE0を有する約6%のX電子が、このバリアを通って移動される
。
るΓ電子は、16Åの厚さを有する0.801eVのポテンシャルバリアに直面
する。図4を参照して上述したとおり、(実効質量がm0=0.15と仮定する
と)約6%のΓ電子のみが、そのようなバリアを通って移動される。(現実には
、厚いpドープクラッディング領域11が存在するため、光導波領域の伝導帯エ
ネルギーではΓ電子の損失はほとんどない。) エネルギーE0を有するX電子は、InP層14によって提供される0.27
5eVのポテンシャルバリアと直面する。実効質量がm0=0.45と仮定する
と、エネルギーE0を有する約6%のX電子が、このバリアを通って移動される
。
【0067】 図9に示すエネルギーE1は、p型クラッディング領域11のΓバンドと等し
い。例えば、図2に示すような従来のSCHレーザ構造において、エネルギーE 1 を有する光導波領域の電子は閉じ込められない。これらの電子が光導波領域1
0からp型クラッディング領域11に伝送される確率は1であり、これらの電子
は失われる。しかしながら、本発明において、E1のエネルギーを有するΓ電子
は、AlP層12のために、0.526eVのポテンシャルバリアに直面する。
エネルギーE1でΓ電子の約87%が、AlP層12によって、反射されて導波
路領域10に戻り、13%の電子のみが、光導波領域10からp型クラッディン
グ領域11へと漏洩する。この改善された閉じ込めによって、レーザダイオード
の効率および高温動作が改善される。
い。例えば、図2に示すような従来のSCHレーザ構造において、エネルギーE 1 を有する光導波領域の電子は閉じ込められない。これらの電子が光導波領域1
0からp型クラッディング領域11に伝送される確率は1であり、これらの電子
は失われる。しかしながら、本発明において、E1のエネルギーを有するΓ電子
は、AlP層12のために、0.526eVのポテンシャルバリアに直面する。
エネルギーE1でΓ電子の約87%が、AlP層12によって、反射されて導波
路領域10に戻り、13%の電子のみが、光導波領域10からp型クラッディン
グ領域11へと漏洩する。この改善された閉じ込めによって、レーザダイオード
の効率および高温動作が改善される。
【0068】 本発明のさらなる利点は、引張り歪み状態にある1つの層、および圧縮歪み状
態にある1つの層から形成されるので、バリア層14が歪み補償型であることで
ある。バリア層14が歪み補償型であるので、2以上のバリア層を提供すること
により、光導波領域10の電子の閉じ込めをさらに改善することが可能である。
AlP/InP超格子バリア層を提供することも可能である。図10は、図5の
実施形態の変形例を示し、ここでは、バリア層14が2つのAlP層12、およ
び2つのInP層13から形成されており、図11は、図5の別の改変例を示し
、ここでは、バリア層14が4つのAlP層12および4つのInP層13の超
格子である。
態にある1つの層から形成されるので、バリア層14が歪み補償型であることで
ある。バリア層14が歪み補償型であるので、2以上のバリア層を提供すること
により、光導波領域10の電子の閉じ込めをさらに改善することが可能である。
AlP/InP超格子バリア層を提供することも可能である。図10は、図5の
実施形態の変形例を示し、ここでは、バリア層14が2つのAlP層12、およ
び2つのInP層13から形成されており、図11は、図5の別の改変例を示し
、ここでは、バリア層14が4つのAlP層12および4つのInP層13の超
格子である。
【0069】 歪み補償型バリア層14の使用には、さらに考え得る利点が存在する。上述の
とおり、歪み層は、それを越えるとミスフィット転位が発生する、臨界厚を有す
る。しかしながら、歪み補償型バリア層が、層に欠陥をもたらすことなく、各個
別の層の臨界厚の合計よりも厚くできることが報告されている。すなわち、転位
を形成させることなく、AlPの臨界厚、およびInPの臨界厚の組み合わせよ
りも厚い、歪み補償型AlP/InPバリア層を成長させることが可能であり得
る。さらに厚い電子反射バリアを、欠陥をもたらすことなく成長させることがで
きる場合、より多くの電子を反射して光導波領域に戻し、それによって、電子の
閉じ込めを改善する。
とおり、歪み層は、それを越えるとミスフィット転位が発生する、臨界厚を有す
る。しかしながら、歪み補償型バリア層が、層に欠陥をもたらすことなく、各個
別の層の臨界厚の合計よりも厚くできることが報告されている。すなわち、転位
を形成させることなく、AlPの臨界厚、およびInPの臨界厚の組み合わせよ
りも厚い、歪み補償型AlP/InPバリア層を成長させることが可能であり得
る。さらに厚い電子反射バリアを、欠陥をもたらすことなく成長させることがで
きる場合、より多くの電子を反射して光導波領域に戻し、それによって、電子の
閉じ込めを改善する。
【0070】 本発明のさらなる実施形態を図6に示す。これは、InP層13が光導波領域
10とAlP層12の間に位置することを除いて、大体において、図5の実施形
態と同様である。図4および5の実施形態と同様に、原則として、p型クラッデ
ィング層が、0.5<x≦1.0である(AlxGa1-x)0.52In0.48Pであり
得るが、図6に示すバンドエネルギーは、Al0.52In0.48Pのp型クラッディ
ング層に関する。活性領域およびn型クラッディング領域は、図6には示さない
。
10とAlP層12の間に位置することを除いて、大体において、図5の実施形
態と同様である。図4および5の実施形態と同様に、原則として、p型クラッデ
ィング層が、0.5<x≦1.0である(AlxGa1-x)0.52In0.48Pであり
得るが、図6に示すバンドエネルギーは、Al0.52In0.48Pのp型クラッディ
ング層に関する。活性領域およびn型クラッディング領域は、図6には示さない
。
【0071】 本実施形態において、InP層13は、第1の閉じ込め準位がΓバンド内に形
成されるポテンシャル井戸の上に位置するように、十分に薄くされる。
成されるポテンシャル井戸の上に位置するように、十分に薄くされる。
【0072】 本実施形態において、光導波路領域10のX電子は、InP層によって提供さ
れる0.275eVのポテンシャルバリアと直面する。図9に関連して上述した
とおり、約6%のX電子のみが、そのようなバリアを通って移動される。結果と
して、AlP層12のX電子に対する量子井戸の形成されるだろうことはさほど
重要ではない。よって、Γバンドが、AlP層12のXバンドと縮退するように
、光導波領域10の組成を選択する必要はない。これによって、LDの構造設計
の自由度がより高まる。特に、光導波路領域10のアルミニウム含有率を、最大
約0.5のX値にまで増加することができる。
れる0.275eVのポテンシャルバリアと直面する。図9に関連して上述した
とおり、約6%のX電子のみが、そのようなバリアを通って移動される。結果と
して、AlP層12のX電子に対する量子井戸の形成されるだろうことはさほど
重要ではない。よって、Γバンドが、AlP層12のXバンドと縮退するように
、光導波領域10の組成を選択する必要はない。これによって、LDの構造設計
の自由度がより高まる。特に、光導波路領域10のアルミニウム含有率を、最大
約0.5のX値にまで増加することができる。
【0073】 図6に示す実施形態において、光導波路領域10は、(Al0.4Ga0.6)0.52 In0.48Pから形成される。結果として、Γ電子に対するポテンシャルバリアは
0.75eVである。
0.75eVである。
【0074】 図6の実施形態のさらなる利点は、正孔を捕らえる可能性があるバリア層14
のpドープクラッディング領域側に量子井戸が存在しないことである。AlP層
12よって提供されるポテンシャルバリア上に注入される正孔は、InP層13
によって形成される量子井戸を「通り越え」、光導波領域10に入る可能性があ
る。
のpドープクラッディング領域側に量子井戸が存在しないことである。AlP層
12よって提供されるポテンシャルバリア上に注入される正孔は、InP層13
によって形成される量子井戸を「通り越え」、光導波領域10に入る可能性があ
る。
【0075】 本発明のさらなる実施形態を図7に示す。これは、図5のAlP層12がGa
P層15と置き換えられていることを除いて、大体において、図5の実施形態と
同様である。本実施形態のバリア層14は、GaP層15およびInP層13か
ら形成される。図7に示すバンドエネルギーは、Al0.52In0.48Pのp型クラ
ッディング領域11に関する。しかしながら、原則として、p型クラッディング
領域は、(AlxGa1-x)0.52In0.48P層から形成することができ、ここで、
0.5<x≦1.0である。活性領域およびn型クラッディング領域は、図7に
は示していない。
P層15と置き換えられていることを除いて、大体において、図5の実施形態と
同様である。本実施形態のバリア層14は、GaP層15およびInP層13か
ら形成される。図7に示すバンドエネルギーは、Al0.52In0.48Pのp型クラ
ッディング領域11に関する。しかしながら、原則として、p型クラッディング
領域は、(AlxGa1-x)0.52In0.48P層から形成することができ、ここで、
0.5<x≦1.0である。活性領域およびn型クラッディング領域は、図7に
は示していない。
【0076】 バルクGaPは、2.9eVのΓ−Γバンドギャップ、および2.3eVのΓ
−Xバンドギャップを有する。GaPは、5.451eVの格子定数を有し、G
aAsと比較して、約3.7%の格子不整合を与える。よって、図8のGaP層
15は、引張り歪みの状態となる。この引張り歪みは、GaP層15のΓ−Γバ
ンドギャップをバルクGaPの値よりも低く低減するが、Γ−Xバンドギャップ
は増加させる。
−Xバンドギャップを有する。GaPは、5.451eVの格子定数を有し、G
aAsと比較して、約3.7%の格子不整合を与える。よって、図8のGaP層
15は、引張り歪みの状態となる。この引張り歪みは、GaP層15のΓ−Γバ
ンドギャップをバルクGaPの値よりも低く低減するが、Γ−Xバンドギャップ
は増加させる。
【0077】 前述の実施形態と同様に、GaP層15の厚さは、ミスフィット転位が発生す
る臨界厚よりも薄くなければならない。この臨界厚も、約16Åである。
る臨界厚よりも薄くなければならない。この臨界厚も、約16Åである。
【0078】 AlPの代わりにGaPを使用することの利点は、価電子帯内の正孔がさらに
低いポテンシャルバリアと直面することである。図7は、図5および6の0.1
78eVと比較して、正孔に対するポテンシャルバリアが0.124eVである
ことを示す。16Åの厚さを有する0.124eVのバリアに対する正孔移動の
確率は、約33%である。
低いポテンシャルバリアと直面することである。図7は、図5および6の0.1
78eVと比較して、正孔に対するポテンシャルバリアが0.124eVである
ことを示す。16Åの厚さを有する0.124eVのバリアに対する正孔移動の
確率は、約33%である。
【0079】 図7の構造の1つの考え得る欠点は、光導波領域10のΓ電子に対するポテン
シャルバリアが、図5よりも低いことである。図7に示すとおり、GaP層が用
いられる場合、AlP層に対する0.801eVと比較して、Γ電子に対するポ
テンシャルバリアは0.465eVである。実効質量がm0=0.15と仮定す
ると、16Åの厚さを有する0.465eVのポテンシャルバリアは、約11%
の移動確率をもたらす。しかしながら、上述のとおり、Γ電子がpドープクラッ
ディング領域へ移動される確率は、バリア層14に隣接する最大2.7eVのΓ
−Γバンドギャップを備えた厚い(AlGa)InP層が存在するため、おそら
くこの計算値よりも著しく低いであろう。
シャルバリアが、図5よりも低いことである。図7に示すとおり、GaP層が用
いられる場合、AlP層に対する0.801eVと比較して、Γ電子に対するポ
テンシャルバリアは0.465eVである。実効質量がm0=0.15と仮定す
ると、16Åの厚さを有する0.465eVのポテンシャルバリアは、約11%
の移動確率をもたらす。しかしながら、上述のとおり、Γ電子がpドープクラッ
ディング領域へ移動される確率は、バリア層14に隣接する最大2.7eVのΓ
−Γバンドギャップを備えた厚い(AlGa)InP層が存在するため、おそら
くこの計算値よりも著しく低いであろう。
【0080】 エネルギーがクラッディング領域11のΓバンドと縮退する導波路領域10の
電子が、バリア層14を通過してクラッディング領域11に行く確率は、約18
%である。
電子が、バリア層14を通過してクラッディング領域11に行く確率は、約18
%である。
【0081】 本実施形態において、X電子を捕らえる量子井戸の形成を防ぐために、Γバン
ドがGaP層のXバンドと縮退するように、光導波領域10のアルミニウム組成
を選択することが好ましい。図7の実施形態において、これは、光導波領域10
のアルミニウムモル分率xが、x=0.4となるように選択することによって行
われる。
ドがGaP層のXバンドと縮退するように、光導波領域10のアルミニウム組成
を選択することが好ましい。図7の実施形態において、これは、光導波領域10
のアルミニウムモル分率xが、x=0.4となるように選択することによって行
われる。
【0082】 本発明のさらなる実施形態を図8に示す。これは、図7のものと同様であるが
、InP層13が、GaP層15と光導波領域10の間に置かれる。よって、本
実施形態は、図6の実施形態と対応するが、図6のAlP層12がGaP層15
と置き換えられている。図7に示すバンドエネルギーは、Al0.52In0.48Pの
p型クラッディング領域11に関する。しかしながら、原則として、このp型ク
ラッディング領域は、(AlxGa1-x)0.52In0.48P層で形成することができ
、ここで、0.5<x≦1.0である。活性領域およびn型クラッディング領域
は、図8には示さない。
、InP層13が、GaP層15と光導波領域10の間に置かれる。よって、本
実施形態は、図6の実施形態と対応するが、図6のAlP層12がGaP層15
と置き換えられている。図7に示すバンドエネルギーは、Al0.52In0.48Pの
p型クラッディング領域11に関する。しかしながら、原則として、このp型ク
ラッディング領域は、(AlxGa1-x)0.52In0.48P層で形成することができ
、ここで、0.5<x≦1.0である。活性領域およびn型クラッディング領域
は、図8には示さない。
【0083】 図6を参照して上述した理由のとおり、光導波領域10のΓバンドがGaP層
15のXバンドと縮退する必要はない。これは、光導波領域のアルミニウム含有
率が、図7の実施形態の光導波領域10のアルミニウム濃度よりもさらに自由に
選択することができることを意味する。図8の実施形態において、光導波領域は
、(Al0.4Ga0.6)0.52In0.48Pから形成される。この組成を有する光導波
領域10に関して、大半の電子がΓバンド内に位置し、pドープクラッディング
領域11への移動に対する0.465eVのポテンシャルバリアに直面する。光
導波領域10のX電子は、InP層が存在するため、0.29eVのポテンシャ
ルバリアと直面する。正孔注入に対する価電子帯内のポテンシャルバリアは、0
.124eVである。図6の実施形態と同様に、GaP層15によって形成され
るポテンシャルバリアを乗り越えた正孔は、導波路領域10中に流れ込む可能性
があり、よって、InP層13によって形成される価電子帯内の量子井戸を「通
り越え」る。
15のXバンドと縮退する必要はない。これは、光導波領域のアルミニウム含有
率が、図7の実施形態の光導波領域10のアルミニウム濃度よりもさらに自由に
選択することができることを意味する。図8の実施形態において、光導波領域は
、(Al0.4Ga0.6)0.52In0.48Pから形成される。この組成を有する光導波
領域10に関して、大半の電子がΓバンド内に位置し、pドープクラッディング
領域11への移動に対する0.465eVのポテンシャルバリアに直面する。光
導波領域10のX電子は、InP層が存在するため、0.29eVのポテンシャ
ルバリアと直面する。正孔注入に対する価電子帯内のポテンシャルバリアは、0
.124eVである。図6の実施形態と同様に、GaP層15によって形成され
るポテンシャルバリアを乗り越えた正孔は、導波路領域10中に流れ込む可能性
があり、よって、InP層13によって形成される価電子帯内の量子井戸を「通
り越え」る。
【0084】 上述の実施形態において、電子反射層12、13、および15は、ドープされ
ていない。しかしながら、これらの層は、大量にpドープすることが可能である
。電子反射層をドープすることによりバンドベンディングが生じ、このバンドベ
ンディングにより、光導波領域10からp型クラッディング領域11への電子伝
達に対するポテンシャルバリアの高さが増加する。バリア層にp型をドープする
ことによっても、光導波領域への正孔輸送に対するバリアの高さを低減する。
ていない。しかしながら、これらの層は、大量にpドープすることが可能である
。電子反射層をドープすることによりバンドベンディングが生じ、このバンドベ
ンディングにより、光導波領域10からp型クラッディング領域11への電子伝
達に対するポテンシャルバリアの高さが増加する。バリア層にp型をドープする
ことによっても、光導波領域への正孔輸送に対するバリアの高さを低減する。
【0085】 本発明は、(Al,Ga,In)P合金系に関して記載している。しかしなが
ら、本発明は、この特定の合金系に限定されない。半導体物理学および電子材料
の分野の当業者は、本発明が、図1に示すものと同様の伝導帯依存性を有する成
分の任意のヘテロ構造レーザデバイスに適用できることを容易に理解する。
ら、本発明は、この特定の合金系に限定されない。半導体物理学および電子材料
の分野の当業者は、本発明が、図1に示すものと同様の伝導帯依存性を有する成
分の任意のヘテロ構造レーザデバイスに適用できることを容易に理解する。
【0086】 上記の実施形態において、電子反射層12、13、および15は、光導波領域
10とpドープクラッディング領域11の界面に配置されていた。しかしながら
、電子反射層が、光導波領域とpドープクラッディング領域の界面に正確に配置
されることが必要不可欠ではない。原則として、電子反射層は、光導波領域10
内(光導波領域のp側)に配置され得る。さらに、電子反射バリア層は、原則と
して、光導波領域との界面の近くで、pドープクラッディング領域内に配置され
得る。しかしながら、一旦電子がpドープクラッディング領域に入ると、たとえ
、クラッディング領域内のΓバンドにポテンシャルバリアが存在しても、クラッ
ディング領域内のX状態を介して電子損失が発生し得るので、これはそれほど好
ましいことではない。
10とpドープクラッディング領域11の界面に配置されていた。しかしながら
、電子反射層が、光導波領域とpドープクラッディング領域の界面に正確に配置
されることが必要不可欠ではない。原則として、電子反射層は、光導波領域10
内(光導波領域のp側)に配置され得る。さらに、電子反射バリア層は、原則と
して、光導波領域との界面の近くで、pドープクラッディング領域内に配置され
得る。しかしながら、一旦電子がpドープクラッディング領域に入ると、たとえ
、クラッディング領域内のΓバンドにポテンシャルバリアが存在しても、クラッ
ディング領域内のX状態を介して電子損失が発生し得るので、これはそれほど好
ましいことではない。
【0087】 本発明は、SCHレーザデバイスに関して上述したが、本発明はSCHレーザ
デバイスに限定されず、他の光半導体デバイスにも適用することができる。例え
ば、垂直共振器レーザデバイス等の他のレーザデバイス、または共振空洞LED
等の発光ダイオードに適用することができる (産業上の利用可能性) 上記で明示した本発明に従って、本発明は、Γ電子およびX電子の両方の漏れ
を防ぐバリアを提供する。電子反射バリアがΓ電子と同様にX電子も反射するた
め、pドープクラッディング領域内のX状態を介するキャリアー損失の問題は防
がれるか、または少なくとも著しく軽減される。
デバイスに限定されず、他の光半導体デバイスにも適用することができる。例え
ば、垂直共振器レーザデバイス等の他のレーザデバイス、または共振空洞LED
等の発光ダイオードに適用することができる (産業上の利用可能性) 上記で明示した本発明に従って、本発明は、Γ電子およびX電子の両方の漏れ
を防ぐバリアを提供する。電子反射バリアがΓ電子と同様にX電子も反射するた
め、pドープクラッディング領域内のX状態を介するキャリアー損失の問題は防
がれるか、または少なくとも著しく軽減される。
【0088】 上記で明示した本発明に従って、電子反射層のX伝導帯は、光導波領域のΓ伝
導帯と実質的に縮退するように選択される。これによって、Γ電子を反射する層
内のX電子に対する量子井戸の形成を防ぐ。例えば、これは、光導波路領域の組
成を適切に選択することにより行うことができる。
導帯と実質的に縮退するように選択される。これによって、Γ電子を反射する層
内のX電子に対する量子井戸の形成を防ぐ。例えば、これは、光導波路領域の組
成を適切に選択することにより行うことができる。
【図1】 図1は、四元合金のアルミニウムモル分率の関数として、(Ga,In)P/
(Al,Ga,In)Pヘテロバリアの高さの変化を示す。
(Al,Ga,In)Pヘテロバリアの高さの変化を示す。
【図2】 図2は、(Al,Ga,In)P系で製造された分離閉じ込め型ヘテロ構造半
導体レーザの概略バンド構造図である。
導体レーザの概略バンド構造図である。
【図3】 図3は、図2に示すものと同様であるが、クラッディング層が(Al,In)
Pで形成される、SCHレーザの概略バンド構造図である。
Pで形成される、SCHレーザの概略バンド構造図である。
【図4】 図4は、本発明の第1の実施形態によるSCHレーザの部分的な概略バンド図
である。
である。
【図5】 図5は、本発明のさらなる実施形態による電子反射バリア層を含むSCHレー
ザデバイスの光導波領域、およびp型クラッディング領域のバンド構造の概略図
である。
ザデバイスの光導波領域、およびp型クラッディング領域のバンド構造の概略図
である。
【図6】 図6は、図5の実施形態の改変例のバンド構造を示す。
【図7】 図7は、図5のさらなる改変例の概略バンド構造図を示す。
【図8】 図8は、図6の改変例の概略バンド構造を示す。
【図9】 図9は、図5の伝導帯の部分図を示す。
【図10】 図10は、本発明の別の実施形態の部分的な概略バンド構造を示す。
【図11】 図11は、本発明の別の実施形態の部分的な概略バンド構造を示す。
Claims (28)
- 【請求項1】 光半導体デバイスであって、 活性領域と、 該活性領域の一方の側に配置されたpドープクラッディング領域と、 を含み、 電子反射バリアが、Γ電子およびX電子の両方を反射する該活性領域のp側に
設けられ、該電子反射バリアが、該pドープクラッディング領域よりも大きなポ
テンシャルバリアをΓ電子に提供する、光半導体デバイス。 - 【請求項2】 前記電子反射バリアが、Γ電子を反射する第1の電子反射層
と、X電子を反射する第2の電子反射層を含む、請求項1に記載のデバイス。 - 【請求項3】 前記電子反射層のうちの少なくとも1つが歪み層である、請
求項1に記載のデバイス。 - 【請求項4】 前記電子反射層の一方が圧縮歪みの状態にあり、該電子反射
層の他方が引張り歪み状態にある、請求項3に記載のデバイス。 - 【請求項5】 前記デバイスが発光ダイオードである、請求項1に記載のデ
バイス。 - 【請求項6】 前記デバイスがレーザデバイスである、請求項1に記載のデ
バイス。 - 【請求項7】 前記デバイスが、光導波領域を含む分離閉じ込め型ヘテロ構
造レーザデバイスであって、前記活性領域は該光導波領域内に配置される、請求
項6に記載のデバイス。 - 【請求項8】 前記Γ電子を反射する層が、前記光導波領域と前記X電子を
反射する層との間に配置される、請求項7に記載のデバイス。 - 【請求項9】 前記光導波領域のΓ伝導帯が、前記Γ電子を反射する層のX
伝導帯と実質的に縮退する、請求項8に記載のデバイス。 - 【請求項10】 前記Γ電子を反射する層が、前記X電子を反射する層と前
記pドープクラッディング領域との間に配置される、請求項2に記載のデバイス
。 - 【請求項11】 前記電子反射バリアは、Γ電子を反射する複数の第1の電
子反射層と、X電子を反射する複数の第2の電子反射層を含む、請求項1に記載
のデバイス。 - 【請求項12】 前記電子反射バリアが超格子構造である、請求項11に記
載のデバイス。 - 【請求項13】 前記デバイスが(Al,Ga,In)P系で製造され、前
記Γ電子を反射する層がAlPおよびGaPから成る群より選択される材料から
作成され、前記X電子を反射する層がInPから作成される、請求項2に記載の
デバイス。 - 【請求項14】 前記デバイスが(Al,Ga,In)P系で製造され、Γ
電子を反射する各層がAlPおよびGaPから成る群より選択される材料から作
成され、X電子を反射する各層がInPから作成される、請求項11に記載のデ
バイス。 - 【請求項15】 前記Γ電子を反射する層がAlPであり、前記光導波領域
が(Al0.3Ga0.7)0.52In0.48Pである、請求項9に記載のデバイス。 - 【請求項16】 前記電子反射層のそれぞれの厚さが16Å以下である、請
求項13に記載のデバイス。 - 【請求項17】 前記電子反射層のうちの少なくとも1つがpドープされる
、請求項1に記載のデバイス。 - 【請求項18】 前記第1の電子反射層がインジウムを含む、請求項13に
記載のデバイス。 - 【請求項19】 前記電子反射バリアが、前記光導波領域と前記pドープク
ラッディング領域との間に配置される、請求項7に記載のデバイス。 - 【請求項20】 光半導体デバイスであって、 光導波領域と、 少なくとも1つのポテンシャル井戸を有する活性領域であって、該光導波領域
内に配置された活性領域と、 該光導波領域の両側に配置されたnドープクラッディング領域およびpドープ
クラッディング領域と、 を含み、 Γ電子を反射する電子反射層が該活性領域のp側に設けられ、 該光導波領域のΓ伝導帯が、該電子反射層のX伝導帯と実質的に縮退する、光
半導体デバイス。 - 【請求項21】 前記光導波領域が(Al0.3Ga0.7)0.52In0.48Pから
形成され、前記電子反射層がAlPから形成される、請求項20に記載のデバイ
ス。 - 【請求項22】 前記電子反射層がpドープされる、請求項20に記載のデ
バイス。 - 【請求項23】 前記電子反射層が、前記光導波領域と前記pドープクラッ
ディング領域との間に配置される、請求項20に記載のデバイス。 - 【請求項24】 前記デバイスが分離閉じ込め型ヘテロ構造レーザデバイス
である、請求項20に記載のデバイス。 - 【請求項25】 光半導体デバイスであって、 活性領域と、 該活性領域の一方の側に配置されたpドープクラッディング領域と、 を含み、 少なくとも1つの電子反射層がΓ電子を反射する該活性領域のp側に設けられ
る、光半導体デバイス。 - 【請求項26】 前記少なくとも1つの電子反射層が燐系で製造される、請
求項25に記載のデバイス。 - 【請求項27】 前記少なくとも1つの電子反射層が、Γ電子およびX電子
の両方を反射する前記活性領域のp側に設けられ、該少なくとも1つの電子反射
層が、前記pドープクラッディング領域よりも大きなポテンシャルバリアをΓ電
子に提供する、請求項26に記載のデバイス。 - 【請求項28】 前記活性領域が少なくとも1つのポテンシャル井戸を有し
、かつ光導波領域内に配置され、 nドープクラッディング領域およびpドープクラッディング領域が該光導波領
域の両側に配置され、 該光導波領域のΓ伝導帯が、該少なくとも1つの電子反射層のX伝導帯と実質
的に縮退する、請求項26に記載のデバイス。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070306 |