JPH04263483A - 歪量子井戸半導体構造 - Google Patents
歪量子井戸半導体構造Info
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- JPH04263483A JPH04263483A JP2423191A JP2423191A JPH04263483A JP H04263483 A JPH04263483 A JP H04263483A JP 2423191 A JP2423191 A JP 2423191A JP 2423191 A JP2423191 A JP 2423191A JP H04263483 A JPH04263483 A JP H04263483A
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- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
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- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は歪量子井戸半導体構造に
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】量子井戸半導体レーザは、通常のバルク
の活性層を有する半導体レーザに比べて利得スペクトル
が急峻になることから、発振しきい値の低減や高速変調
特性の改善が期待され、光通信等における高性能光源と
して有望視されている。その性能をさらに高める方法と
して近年歪量子井戸半導体レーザが提案され、注目を集
めている。
の活性層を有する半導体レーザに比べて利得スペクトル
が急峻になることから、発振しきい値の低減や高速変調
特性の改善が期待され、光通信等における高性能光源と
して有望視されている。その性能をさらに高める方法と
して近年歪量子井戸半導体レーザが提案され、注目を集
めている。
【０００３】この歪量子井戸レーザでは、格子定数の大
きな半導体材料を量子井戸（ウエル）層に用いることに
よって、ウエル部分に２軸性の圧縮応力を加えてウエル
内で価電子帯のバンド構造を変形させることができる。 それによって価電子帯内の状態密度が小さくなり、少な
いキャリア密度で反転分布が生じ、従ってより一層の低
しきい値化などの素子特性の改善が期待できる。ところ
がウエルに大きく歪を加えた、ウエル数の多い（例えば
７層以上の）歪多重量子井戸レーザでは、発振しきい値
の上昇や微分量子効率の低下などの問題が生じている。 これは、ウエルと基板の格子定数の差が大きくかつウエ
ル数が多い歪多重量子井戸構造では、内部応力がウエル
とバリヤ層の界面で急激に変化し、これによって多くの
格子欠陥が発生するためと考えられる。
きな半導体材料を量子井戸（ウエル）層に用いることに
よって、ウエル部分に２軸性の圧縮応力を加えてウエル
内で価電子帯のバンド構造を変形させることができる。 それによって価電子帯内の状態密度が小さくなり、少な
いキャリア密度で反転分布が生じ、従ってより一層の低
しきい値化などの素子特性の改善が期待できる。ところ
がウエルに大きく歪を加えた、ウエル数の多い（例えば
７層以上の）歪多重量子井戸レーザでは、発振しきい値
の上昇や微分量子効率の低下などの問題が生じている。 これは、ウエルと基板の格子定数の差が大きくかつウエ
ル数が多い歪多重量子井戸構造では、内部応力がウエル
とバリヤ層の界面で急激に変化し、これによって多くの
格子欠陥が発生するためと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はこのよ
うな従来型の歪多重量子井戸構造の欠点を除去せしめて
、格子欠陥がほとんど無く良好な結晶性を有する歪多重
量子井戸構造を提供することにある。またそれを例えば
半導体レーザの活性層として用いることによって、発振
しきい値が低くかつ微分量子効率の高い優れた特性の歪
多重量子井戸半導体レーザを提供することにある。
うな従来型の歪多重量子井戸構造の欠点を除去せしめて
、格子欠陥がほとんど無く良好な結晶性を有する歪多重
量子井戸構造を提供することにある。またそれを例えば
半導体レーザの活性層として用いることによって、発振
しきい値が低くかつ微分量子効率の高い優れた特性の歪
多重量子井戸半導体レーザを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の歪量子井戸半導
体構造は歪多重量子井戸構造において、バリヤ層とウエ
ル層の間にその構成材料の組成を変化させることにより
、格子定数は連続的に、バンドギャップはステップ状に
変化する中間層を設けることを特徴とする。
体構造は歪多重量子井戸構造において、バリヤ層とウエ
ル層の間にその構成材料の組成を変化させることにより
、格子定数は連続的に、バンドギャップはステップ状に
変化する中間層を設けることを特徴とする。
【０００６】あるいは、歪多重量子井戸構造において、
各々のウエルの格子定数と基板の格子定数の差が、多重
量子井戸構造の中央部分に近いウエルほど大きくなるこ
とを特徴とする。
各々のウエルの格子定数と基板の格子定数の差が、多重
量子井戸構造の中央部分に近いウエルほど大きくなるこ
とを特徴とする。
【０００７】
【作用】図３を用いて本発明の原理を説明する。図３は
量子井戸構造のバンドダイアグラム、格子定数、内部応
力の分布を示すものである。
量子井戸構造のバンドダイアグラム、格子定数、内部応
力の分布を示すものである。
【０００８】従来の歪量子井戸構造では、図３（ａ）に
示すようにウエル層とバリヤ層の界面で組成が急峻に切
り替わるため、この界面でバンドギャップ・エネルギー
および格子定数が急峻に変化する。このような構造では
ウエル層とバリヤ層の界面で内部応力が急激に変化する
ため、転位などの格子欠陥が生じ易くなる。
示すようにウエル層とバリヤ層の界面で組成が急峻に切
り替わるため、この界面でバンドギャップ・エネルギー
および格子定数が急峻に変化する。このような構造では
ウエル層とバリヤ層の界面で内部応力が急激に変化する
ため、転位などの格子欠陥が生じ易くなる。
【０００９】一方、本発明によるチャープド・ストレイ
ン量子井戸構造では図３（ｂ）に示す様に、ウエル層か
らバリヤ層にかけて界面の組成が徐々に変化するような
中間層を導入することによって、バンドギャップ・エネ
ルギーはステップ状に、格子定数は徐々に変化するヘテ
ロ界面を実現できる。このようなヘテロ界面においては
、歪による内部応力は界面から垂直方向の広い範囲にわ
たって分散するため、内部応力の導入による格子欠陥の
発生はかなり少なくすることができる。量子井戸ポテン
シャルに関しては界面で急峻に変化するため、理想的な
量子井戸構造が実現できる。実際には格子定数の変化は
原子層のオーダーでステップ状になるが、電子およびホ
ールの波動関数の拡がりはこれに比べて一桁以上大きい
ので、連続的な組成の変化を感じることができる。
ン量子井戸構造では図３（ｂ）に示す様に、ウエル層か
らバリヤ層にかけて界面の組成が徐々に変化するような
中間層を導入することによって、バンドギャップ・エネ
ルギーはステップ状に、格子定数は徐々に変化するヘテ
ロ界面を実現できる。このようなヘテロ界面においては
、歪による内部応力は界面から垂直方向の広い範囲にわ
たって分散するため、内部応力の導入による格子欠陥の
発生はかなり少なくすることができる。量子井戸ポテン
シャルに関しては界面で急峻に変化するため、理想的な
量子井戸構造が実現できる。実際には格子定数の変化は
原子層のオーダーでステップ状になるが、電子およびホ
ールの波動関数の拡がりはこれに比べて一桁以上大きい
ので、連続的な組成の変化を感じることができる。
【００１０】
【実施例】図１および図２を用いて本発明の実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１１】図１は１つのウエル内に本発明のチャープ
ド・ストレイン構造を適用した場合の量子井戸のバンド
ダイアグラムと界面での歪の大きさの分布と組成の分布
を示す。
ド・ストレイン構造を適用した場合の量子井戸のバンド
ダイアグラムと界面での歪の大きさの分布と組成の分布
を示す。
【００１２】作製方法はまずｎ−ＩｎＰ基板上にＭＯＶ
ＰＥ法によりｎ−ＩｎＰバッファ層を０．５μｍ，１．
３μｍバンドギャップ波長組成のＩｎ０．７２Ｇａ０．
２８Ａｓ０．６ Ｐ０．４ バリア層を０．１μｍ成長
し、次に２０秒間の間にトリメチルインジウム（ＴＭＩ
ｎ）とＰＨ３ の流量を徐々に増やしつつ逆にトリエチ
ルガリウム（ＴＥＧａ）とＡｓＨ３ の流量を徐々に減
少させることによってＩｎ０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ０
．５５Ｐ０．４５の組成まで連続的に変化させ、厚さ３
０Ａ（オングストローム）の片方のチャープド・ストレ
イン・バリヤ構造を形成する。次にＰＨ３ の流量をゼ
ロにしてステップ状にＴＭＩｎを減少ＴＥＧａを増加さ
せて厚さ３０Ａの歪Ｉｎ０．８ Ｇａ０．２ Ａｓウエ
ル層の成長を３０秒間行う。この場合ウエルのＩｎＡｓ
組成は８０％にしている。次に再びＰＨ３ を流しなが
らステップ状にＴＭＩｎを増加ＴＥＧａを減少させてＩ
ｎ０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ０．５５Ｐ０．４５の組成
から成長を開始し、その後ＴＭＩｎとＰＨ３ の流量を
徐々に減少しつつ逆にＴＥＧａとＡｓＨ３ を増加させ
てＩｎ０．７２Ｇａ０．２８Ａｓ０．６ Ｐ０．４ の
組成まで成長し、もう片方の厚さ３０Ａのチャープド・
ストレイン・バリヤ構造を形成する。 このウエルとバリヤの成長を４回繰り返して４層のチャ
ープド・ステレイン多重量子井戸構造を作製する。その
上にさらにｐ−ＩｎＰクラッド層を約１μｍ成長する。
ＰＥ法によりｎ−ＩｎＰバッファ層を０．５μｍ，１．
３μｍバンドギャップ波長組成のＩｎ０．７２Ｇａ０．
２８Ａｓ０．６ Ｐ０．４ バリア層を０．１μｍ成長
し、次に２０秒間の間にトリメチルインジウム（ＴＭＩ
ｎ）とＰＨ３ の流量を徐々に増やしつつ逆にトリエチ
ルガリウム（ＴＥＧａ）とＡｓＨ３ の流量を徐々に減
少させることによってＩｎ０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ０
．５５Ｐ０．４５の組成まで連続的に変化させ、厚さ３
０Ａ（オングストローム）の片方のチャープド・ストレ
イン・バリヤ構造を形成する。次にＰＨ３ の流量をゼ
ロにしてステップ状にＴＭＩｎを減少ＴＥＧａを増加さ
せて厚さ３０Ａの歪Ｉｎ０．８ Ｇａ０．２ Ａｓウエ
ル層の成長を３０秒間行う。この場合ウエルのＩｎＡｓ
組成は８０％にしている。次に再びＰＨ３ を流しなが
らステップ状にＴＭＩｎを増加ＴＥＧａを減少させてＩ
ｎ０．９ Ｇａ０．１ Ａｓ０．５５Ｐ０．４５の組成
から成長を開始し、その後ＴＭＩｎとＰＨ３ の流量を
徐々に減少しつつ逆にＴＥＧａとＡｓＨ３ を増加させ
てＩｎ０．７２Ｇａ０．２８Ａｓ０．６ Ｐ０．４ の
組成まで成長し、もう片方の厚さ３０Ａのチャープド・
ストレイン・バリヤ構造を形成する。 このウエルとバリヤの成長を４回繰り返して４層のチャ
ープド・ステレイン多重量子井戸構造を作製する。その
上にさらにｐ−ＩｎＰクラッド層を約１μｍ成長する。
【００１３】このようにして作製したチャプド・ストレ
イン多重量子井戸構造のウエハをＤＣ−ＰＢＨ構造に埋
め込み、ｐ側，ｎ側に電極を蒸着して半導体レーザを作
製する。
イン多重量子井戸構造のウエハをＤＣ−ＰＢＨ構造に埋
め込み、ｐ側，ｎ側に電極を蒸着して半導体レーザを作
製する。
【００１４】このレーザを評価したところ、発振しきい
値Ｉｔｈ＝１０ｍＡ，微分効率ηｄ＝０．２５Ｗ／Ａ，
最大光出力Ｐｍａｘ＝２５０ｍＷ程度の良好な静特性を
示し、従来のＩｎＡｓ組成８０％のウエルを有する歪Ｍ
ＱＷレーザの微分効率が高々０．１５Ｗ／Ａ，最大光出
力２００ｍＷ留まりであったのに比べると大きな改善が
得られていることになる。この実施例ではウエルのＩｎ
Ａｓ組成を８０％としたが、さらに大きなＩｎＡｓ組成
を有する歪ウエルの場合には、その改善効果はより大き
なものとなる。
値Ｉｔｈ＝１０ｍＡ，微分効率ηｄ＝０．２５Ｗ／Ａ，
最大光出力Ｐｍａｘ＝２５０ｍＷ程度の良好な静特性を
示し、従来のＩｎＡｓ組成８０％のウエルを有する歪Ｍ
ＱＷレーザの微分効率が高々０．１５Ｗ／Ａ，最大光出
力２００ｍＷ留まりであったのに比べると大きな改善が
得られていることになる。この実施例ではウエルのＩｎ
Ａｓ組成を８０％としたが、さらに大きなＩｎＡｓ組成
を有する歪ウエルの場合には、その改善効果はより大き
なものとなる。
【００１５】一方、図２に本発明の第２の実施例を示す
。これは従来の歪多重量子井戸構造において中央に近い
ウエル程基板との格子定数の差（従って歪）を大きくす
るものである。しかしながらバンドギャップ・エネルギ
ーはどのウエルに対しても同一となるようウエルの組成
を決めるため、ウエルの組成は中央から外側にいくに従
ってＩｎ０．８ Ｇａ０．２ ＡＳ０．８ Ｐ０．２
，Ｉｎ０．６ Ｇａ０．３ Ａｓ０．９ Ｐ０．１ ，
Ｉｎ０．６ Ｇａ０．４ Ａｓと変化させる。
。これは従来の歪多重量子井戸構造において中央に近い
ウエル程基板との格子定数の差（従って歪）を大きくす
るものである。しかしながらバンドギャップ・エネルギ
ーはどのウエルに対しても同一となるようウエルの組成
を決めるため、ウエルの組成は中央から外側にいくに従
ってＩｎ０．８ Ｇａ０．２ ＡＳ０．８ Ｐ０．２
，Ｉｎ０．６ Ｇａ０．３ Ａｓ０．９ Ｐ０．１ ，
Ｉｎ０．６ Ｇａ０．４ Ａｓと変化させる。
【００１６】この構造に対しても同様に埋め込み型の半
導体レーザを作製したところ、中央のウエルのＩｎＡｓ
組成が８０％の５ウエル歪量子井戸レーザで、微分効率
０．２６Ｗ／Ａ，最大光出力２００ｍＷ以上の良好な結
果が得られている。
導体レーザを作製したところ、中央のウエルのＩｎＡｓ
組成が８０％の５ウエル歪量子井戸レーザで、微分効率
０．２６Ｗ／Ａ，最大光出力２００ｍＷ以上の良好な結
果が得られている。
【００１７】また上に述べた実施例以外の材料系、例え
ばＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓＳｂ系の量子井戸レー
ザにも本発明は適用できる。またレーザ以外にも電子デ
バイス等へも応用できる。
ばＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓＳｂ系の量子井戸レー
ザにも本発明は適用できる。またレーザ以外にも電子デ
バイス等へも応用できる。
【００１８】
【発明の効果】本発明のチャープド・ストレイン量子井
戸レーザは、現在問題となっている大きなウエル内歪を
有する歪ＭＱＷレーザや、多層の歪ＭＱＷレーザの微分
利得および効率の改善に関して一つの打開策を与えるこ
とができ、幹線系光通信での大容量直接検波系およびコ
ヒーレント検波系の高性能光源として大きな期待が待て
る。
戸レーザは、現在問題となっている大きなウエル内歪を
有する歪ＭＱＷレーザや、多層の歪ＭＱＷレーザの微分
利得および効率の改善に関して一つの打開策を与えるこ
とができ、幹線系光通信での大容量直接検波系およびコ
ヒーレント検波系の高性能光源として大きな期待が待て
る。
【００１９】本発明の歪量子井戸構造は、歪が緩和され
、格子欠陥を少なくできるので、半導体レーザ、発光ダ
イオード、光変調器をはじめ、ＦＥＴ、共鳴トンネルダ
イオード等の電子デバイスにも最適である。
、格子欠陥を少なくできるので、半導体レーザ、発光ダ
イオード、光変調器をはじめ、ＦＥＴ、共鳴トンネルダ
イオード等の電子デバイスにも最適である。
【図１】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図２】本発明の別の実施例を説明するための図である
。
。
【図３】本発明の原理で説明するための図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 歪量子井戸構造において、バリヤ層と
ウエル層の間にその構成材料の組成を変化させることに
より、格子定数は連続的に、バンドギャップはステップ
状に変化する中間層を設けることを特徴とする歪量子井
戸半導体構造。 - 【請求項２】 歪多重量子井戸構造において、各々の
ウエル層の格子定数と基板の格子定数の差が、多重量子
井戸構造の中央部分に近いウエル層ほど大きくなること
を特徴とする歪量子井戸半導体構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2423191A JPH04263483A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 歪量子井戸半導体構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2423191A JPH04263483A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 歪量子井戸半導体構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04263483A true JPH04263483A (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=12132488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2423191A Pending JPH04263483A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 歪量子井戸半導体構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04263483A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06350198A (ja) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
| JPH08102566A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Nec Corp | 量子井戸構造光半導体装置及びその製造方法 |
| JP7038913B1 (ja) * | 2020-12-23 | 2022-03-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP2423191A patent/JPH04263483A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06350198A (ja) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
| JPH08102566A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Nec Corp | 量子井戸構造光半導体装置及びその製造方法 |
| JP7038913B1 (ja) * | 2020-12-23 | 2022-03-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置 |
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