JPH07118571B2 - 半導体歪量子井戸構造 - Google Patents
半導体歪量子井戸構造Info
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- JPH07118571B2 JPH07118571B2 JP5024042A JP2404293A JPH07118571B2 JP H07118571 B2 JPH07118571 B2 JP H07118571B2 JP 5024042 A JP5024042 A JP 5024042A JP 2404293 A JP2404293 A JP 2404293A JP H07118571 B2 JPH07118571 B2 JP H07118571B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】半導体量子井戸構造は、半導体レ
ーザの活性層に、また受光器や光変調器の光吸収層に用
いられ、様々なデバイスの特性向上に有効であることが
実証されている。さらに、近年では量子井戸層に圧縮性
歪または引張性歪を加えた歪量子井戸構造により一層の
特性向上を目指した研究が盛んに行われ、一部では既に
その効果が実証されつつある。本発明は、このような半
導体歪量子井戸構造に関するものである。
ーザの活性層に、また受光器や光変調器の光吸収層に用
いられ、様々なデバイスの特性向上に有効であることが
実証されている。さらに、近年では量子井戸層に圧縮性
歪または引張性歪を加えた歪量子井戸構造により一層の
特性向上を目指した研究が盛んに行われ、一部では既に
その効果が実証されつつある。本発明は、このような半
導体歪量子井戸構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】基板結晶とは格子定数を異にする結晶層
を積層したときに結晶内に生ずる応力を格子歪と呼ぶ。
量子井戸構造における量子井戸層に格子歪があるとき、
その量子井戸構造を歪量子井戸構造を呼ぶ。
を積層したときに結晶内に生ずる応力を格子歪と呼ぶ。
量子井戸構造における量子井戸層に格子歪があるとき、
その量子井戸構造を歪量子井戸構造を呼ぶ。
【０００３】図３は従来の歪量子井戸構造を示す断面図
である。この例はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ系の歪量子井戸構造であり、例えば、Ｃ．Ｅ．Ｚａｈ
他Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，Ｌｅｔｔ．２７（１６），１４１
５（１９９１）に示されている。
である。この例はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ系の歪量子井戸構造であり、例えば、Ｃ．Ｅ．Ｚａｈ
他Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，Ｌｅｔｔ．２７（１６），１４１
５（１９９１）に示されている。
【０００４】この歪量子井戸構造はＩｎＰ基板１上に、
ＩｎＰバッファ層２、ＩｎＰ基板１に格子整合しバンド
ギャップ波長は１．１μｍで厚さ２０ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層３と、ＩｎＰ基板１より短い格子定数を持
つ厚さ１２．５ｎｍのＩｎ0. 3 Ｇａ0.7 Ａｓ歪量子井戸
層１４、ＩｎＰキャップ層６を積層したものである。歪
量子井戸層１４にはＩｎＰ基板１に平行な方向に１．６
％の引張性歪が加えられている。
ＩｎＰバッファ層２、ＩｎＰ基板１に格子整合しバンド
ギャップ波長は１．１μｍで厚さ２０ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層３と、ＩｎＰ基板１より短い格子定数を持
つ厚さ１２．５ｎｍのＩｎ0. 3 Ｇａ0.7 Ａｓ歪量子井戸
層１４、ＩｎＰキャップ層６を積層したものである。歪
量子井戸層１４にはＩｎＰ基板１に平行な方向に１．６
％の引張性歪が加えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】歪量子井戸構造に於い
ては、量子井戸層を構成する結晶が基板結量とは格子定
数を異にするため結晶の内部を格子歪と呼ばれる応力が
発生し、量子井戸層の厚さが臨界膜厚と呼ばれるある一
定の膜厚以上になると、この格子歪を緩和しようとして
結晶内に格子欠陥が発生してしまう。例えば、図３の従
来の歪量子井戸構造では、１．６％歪の場合の臨界膜厚
である１３ｎｍ以上に歪量子井戸層１４の層厚を厚くす
ると格子欠陥が発生し、図４に示すように温度７７Ｋで
のフォトルミネッセンススペクトルにはバンド端発光以
外に結晶欠陥に起因する深い準位からの発光が観測され
るようになる。そしてこのような格子欠陥はデバイスの
性能を著しく低下させてしまう。
ては、量子井戸層を構成する結晶が基板結量とは格子定
数を異にするため結晶の内部を格子歪と呼ばれる応力が
発生し、量子井戸層の厚さが臨界膜厚と呼ばれるある一
定の膜厚以上になると、この格子歪を緩和しようとして
結晶内に格子欠陥が発生してしまう。例えば、図３の従
来の歪量子井戸構造では、１．６％歪の場合の臨界膜厚
である１３ｎｍ以上に歪量子井戸層１４の層厚を厚くす
ると格子欠陥が発生し、図４に示すように温度７７Ｋで
のフォトルミネッセンススペクトルにはバンド端発光以
外に結晶欠陥に起因する深い準位からの発光が観測され
るようになる。そしてこのような格子欠陥はデバイスの
性能を著しく低下させてしまう。
【０００６】本発明の目的は、単一量子井戸当たりの層
厚が十分に厚く、かつ量子井戸の歪量が大きい領域でも
格子欠陥の少ない光学特性に優れた歪量子井戸構造を提
供することにある。
厚が十分に厚く、かつ量子井戸の歪量が大きい領域でも
格子欠陥の少ない光学特性に優れた歪量子井戸構造を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の歪量子井戸構造
においては、格子定数ａ1 を持つ半導体層からなる量子
井戸層中に、格子定数ａ2 をもつ半導体層からなる単一
または複数の超薄膜格子歪補償層が挿入され、前記半導
体基板の格子定数をａ0 とすると、ａ1 ＜ａ0≦ａ2 ま
たはａ1 ＞ａ0 ≧ａ2 である。超薄膜格子歪補償層は電
子及び正孔がトンネルできる程度の極めて薄い厚さであ
ることが望ましい。
においては、格子定数ａ1 を持つ半導体層からなる量子
井戸層中に、格子定数ａ2 をもつ半導体層からなる単一
または複数の超薄膜格子歪補償層が挿入され、前記半導
体基板の格子定数をａ0 とすると、ａ1 ＜ａ0≦ａ2 ま
たはａ1 ＞ａ0 ≧ａ2 である。超薄膜格子歪補償層は電
子及び正孔がトンネルできる程度の極めて薄い厚さであ
ることが望ましい。
【０００８】
【作用】本発明では、歪量子井戸構造を積層する場合、
半導体基板の格子定数をａ0 、歪量子井戸層の格子定数
をａ1 としたとき、ａ1 ＜ａ0 ≦ａ2 またはａ1 ＞ａ0
≧ａ2 である格子定数ａ2 を持つ格子歪補償層を歪量子
井戸層内に挿入している。このような本発明の構造によ
り、単一歪量子井戸層あたりの平均歪量を小さくし、ひ
いては前記臨界膜厚を増大させ、格子欠陥を発生させな
い単一量子井戸当たりの層厚を大きくしている。
半導体基板の格子定数をａ0 、歪量子井戸層の格子定数
をａ1 としたとき、ａ1 ＜ａ0 ≦ａ2 またはａ1 ＞ａ0
≧ａ2 である格子定数ａ2 を持つ格子歪補償層を歪量子
井戸層内に挿入している。このような本発明の構造によ
り、単一歪量子井戸層あたりの平均歪量を小さくし、ひ
いては前記臨界膜厚を増大させ、格子欠陥を発生させな
い単一量子井戸当たりの層厚を大きくしている。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例により得られる歪量
子井戸構造の断面図である。ここではＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡａＰ／ＩｎＰ系の歪量子井戸構造について説明
する。
子井戸構造の断面図である。ここではＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡａＰ／ＩｎＰ系の歪量子井戸構造について説明
する。
【００１０】本発明の構造は、ＩｎＰ基板１上の、Ｉｎ
Ｐバッファ層２、ＩｎＰ基板と同じ格子定数ａ0 を持つ
層厚２０ｎｍのバンドギャップ波長１．１μｍのＩｎＧ
ａＡｓＰバリア層３、ＩｎＰ基板より短い格子定数ａ1
を持つ層厚３ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ0.7 Ａｓ層からなる歪
量子井戸層４の５組とＩｎＰ基板よりも長い格子定数ａ
2 を持つ層厚０．６ｎｍのＩｎＡｓから成る格子歪補償
層５の４組とから成る合計層厚１７．４ｎｍの量子井戸
層１０、ＩｎＰキャップ層６から成っている。そしてＩ
ｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ歪量子井戸層４には１．６％の引張
性歪、格子歪補償層５には３．２％の圧縮性歪がそれぞ
れ加わっており、量子井戸層１０全体では平均で０．９
％の引張性歪が加わっていることになるが、このときの
臨界膜厚は２５ｎｍであるから量子井戸層１０に格子欠
陥が発生することはない。
Ｐバッファ層２、ＩｎＰ基板と同じ格子定数ａ0 を持つ
層厚２０ｎｍのバンドギャップ波長１．１μｍのＩｎＧ
ａＡｓＰバリア層３、ＩｎＰ基板より短い格子定数ａ1
を持つ層厚３ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ0.7 Ａｓ層からなる歪
量子井戸層４の５組とＩｎＰ基板よりも長い格子定数ａ
2 を持つ層厚０．６ｎｍのＩｎＡｓから成る格子歪補償
層５の４組とから成る合計層厚１７．４ｎｍの量子井戸
層１０、ＩｎＰキャップ層６から成っている。そしてＩ
ｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ歪量子井戸層４には１．６％の引張
性歪、格子歪補償層５には３．２％の圧縮性歪がそれぞ
れ加わっており、量子井戸層１０全体では平均で０．９
％の引張性歪が加わっていることになるが、このときの
臨界膜厚は２５ｎｍであるから量子井戸層１０に格子欠
陥が発生することはない。
【００１１】
【発明の効果】図２に、本発明によって得られた歪量子
井戸構造の温度７７Ｋでのフォトルミネッセンススペク
トルを示す。狭いスペクトル線幅のバンド端発光以外に
結晶欠陥に起因する深い準位からの発光は観測されず、
歪の緩和による結晶転位の発生が抑制されていることが
判る。このように本発明の構造を用いることにより、単
一量子井戸当たりの膜厚が大きくかつ格子欠陥のない光
学特性に優れた歪量子井戸構造を得ることができる。
井戸構造の温度７７Ｋでのフォトルミネッセンススペク
トルを示す。狭いスペクトル線幅のバンド端発光以外に
結晶欠陥に起因する深い準位からの発光は観測されず、
歪の緩和による結晶転位の発生が抑制されていることが
判る。このように本発明の構造を用いることにより、単
一量子井戸当たりの膜厚が大きくかつ格子欠陥のない光
学特性に優れた歪量子井戸構造を得ることができる。
【００１２】なお、実施例としてＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系の単一歪量子井戸構造を挙げて本発
明を説明したが、本発明が他の材料系に適用できること
や、多量歪量子井戸構造にも適用できることは言うまで
もない。
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系の単一歪量子井戸構造を挙げて本発
明を説明したが、本発明が他の材料系に適用できること
や、多量歪量子井戸構造にも適用できることは言うまで
もない。
【図１】本発明の一実施例である歪量子井戸構造の断面
図である。
図である。
【図２】図１の実施例の歪量子井戸構造からの発光スペ
クトルを示す図である。
クトルを示す図である。
【図３】従来技術の実施により得られる歪量子井戸構造
の断面図である。
の断面図である。
【図４】図３の歪量子井戸構造からの発光スペクトルを
示す図である。
示す図である。
１ ＩｎＰ基板 ２ ＩｎＰバッファ層 ３ ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ４，１４ Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ歪量子井戸層 ５ 格子歪補償層 ６，１０ ＩｎＰキャップ層
Claims (2)
- 【請求項１】 格子定数ａ0 の半導体基板上に形成され
た、格子定数ａ1 の歪量子井戸層と該歪量子井戸層より
もバンドギャップの大きいバリア層とからなる半導体歪
量子井戸構造に於いて、前記歪量子井戸層中に、格子定
数ａ2 をもつ半導体層からなる単一または複数の超薄膜
格子歪補償層が挿入され、ａ1 ＜ａ0≦ａ2 またはａ1
＞ａ0 ≧ａ2 であることを特徴とする半導体歪量子井戸
構造。 - 【請求項２】 前記超薄膜格子歪補償層は電子および正
孔がトンネルできる程度の薄い厚さであることを特徴と
する請求項１に記載の半導体歪量子井戸構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5024042A JPH07118571B2 (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 半導体歪量子井戸構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5024042A JPH07118571B2 (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 半導体歪量子井戸構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237042A JPH06237042A (ja) | 1994-08-23 |
| JPH07118571B2 true JPH07118571B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=12127437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5024042A Expired - Lifetime JPH07118571B2 (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | 半導体歪量子井戸構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07118571B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100657963B1 (ko) | 2005-06-28 | 2006-12-14 | 삼성전자주식회사 | 고출력 수직외부공진형 표면발광 레이저 |
| JP2008091962A (ja) * | 2007-12-28 | 2008-04-17 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JP6452651B2 (ja) | 2016-06-30 | 2019-01-16 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体光デバイスの製造方法および半導体光デバイス |
| JP6608352B2 (ja) | 2016-12-20 | 2019-11-20 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP6648329B2 (ja) | 2018-04-19 | 2020-02-14 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| WO2019203329A1 (ja) | 2018-04-19 | 2019-10-24 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2898643B2 (ja) * | 1988-11-11 | 1999-06-02 | 古河電気工業株式会社 | 量子井戸半導体レーザ素子 |
| JPH0321093A (ja) * | 1989-06-19 | 1991-01-29 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| JP2786276B2 (ja) * | 1989-11-27 | 1998-08-13 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
1993
- 1993-02-12 JP JP5024042A patent/JPH07118571B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06237042A (ja) | 1994-08-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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