JP2001094219A - 半導体発光デバイス - Google Patents
半導体発光デバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 この発明は、境界面における歪み量の絶対値
を低減し、半導体特性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 ＧａＡｓ半導体基板１上に形成された井
戸層４１と障壁層４３の積層構造からなる多重量子井戸
層で活性層４が構成され、上記活性層４は２種類の相反
する歪みを有し、全体的な歪み量を相殺した半導体レー
ザ装置において、活性層４は引っ張り歪みを有するＧａ
ＩｎＰ層４１と圧縮歪みを有するＡｌＧａＩｎＰ層４３
との間に無歪みのＡｌＧａＩｎＰ層４２が挿入されてい
る。
を低減し、半導体特性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 ＧａＡｓ半導体基板１上に形成された井
戸層４１と障壁層４３の積層構造からなる多重量子井戸
層で活性層４が構成され、上記活性層４は２種類の相反
する歪みを有し、全体的な歪み量を相殺した半導体レー
ザ装置において、活性層４は引っ張り歪みを有するＧａ
ＩｎＰ層４１と圧縮歪みを有するＡｌＧａＩｎＰ層４３
との間に無歪みのＡｌＧａＩｎＰ層４２が挿入されてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、歪み補償型多重量子
井戸構造からなる活性層を有する半導体レーザ装置など
の半導体発光デバイスに関する。
井戸構造からなる活性層を有する半導体レーザ装置など
の半導体発光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスク等の記録、読み取りなどの光
源として、可視光領域の波長で発振する半導体レーザ装
置への要求が高まっている。この種の半導体レーザ装置
としては、ＧａＡｓ基板上に多重量子井戸構造の活性層
を有する半導体レーザ装置がある。
源として、可視光領域の波長で発振する半導体レーザ装
置への要求が高まっている。この種の半導体レーザ装置
としては、ＧａＡｓ基板上に多重量子井戸構造の活性層
を有する半導体レーザ装置がある。
【０００３】かかる多重量子井戸構造を活性層とする半
導体レーザ装置において、井戸層と障壁層に逆方向の歪
みを加え、活性層全体の歪みを緩和して、バンドギャッ
プを大きくし、しきい値電流、動作電流の低減等レーザ
特性を改善したものがある。
導体レーザ装置において、井戸層と障壁層に逆方向の歪
みを加え、活性層全体の歪みを緩和して、バンドギャッ
プを大きくし、しきい値電流、動作電流の低減等レーザ
特性を改善したものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構造では、相反する歪みを有する層が近接することに
より、両者の境界面においては歪み量の絶対値が大きく
なり、転移などの格子欠陥を引き起こす。このため、結
晶構造が劣悪になり、半導体デバイスの性能が著しく悪
くなるという問題があった。
た構造では、相反する歪みを有する層が近接することに
より、両者の境界面においては歪み量の絶対値が大きく
なり、転移などの格子欠陥を引き起こす。このため、結
晶構造が劣悪になり、半導体デバイスの性能が著しく悪
くなるという問題があった。
【０００５】この発明は、上述した従来の問題点を解消
するためになされたものにして、境界面における歪み量
の絶対値を低減し、半導体特性を向上させることを目的
とする。
するためになされたものにして、境界面における歪み量
の絶対値を低減し、半導体特性を向上させることを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、半導体基板
上に形成された井戸層と障壁層の積層構造からなる多重
量子井戸層で活性層が構成され、上記活性層は２種類の
相反する歪みを有し、全体的な歪み量を相殺した半導体
発光デバイスにおいて、活性層を構成する相反する歪み
を有する層の間に無歪みの層が挿入されていることを特
徴とする。
上に形成された井戸層と障壁層の積層構造からなる多重
量子井戸層で活性層が構成され、上記活性層は２種類の
相反する歪みを有し、全体的な歪み量を相殺した半導体
発光デバイスにおいて、活性層を構成する相反する歪み
を有する層の間に無歪みの層が挿入されていることを特
徴とする。
【０００７】また、この発明は、前記半導体基板として
ＧａＡｓ基板を用い、前記活性層の井戸層はＧａＩｎＰ
層、障壁層はＡｌＧａＩｎＰ層からなり、両者の間に無
歪みのＡｌＧａＩｎＰ層が挿入されていることを特徴と
する。
ＧａＡｓ基板を用い、前記活性層の井戸層はＧａＩｎＰ
層、障壁層はＡｌＧａＩｎＰ層からなり、両者の間に無
歪みのＡｌＧａＩｎＰ層が挿入されていることを特徴と
する。
【０００８】上記したように、相反する歪みを有する層
の中間に、無歪みの層を挿入することにより、境界面の
歪みの絶対量が緩和され、全体的な歪み量も緩和する。
の中間に、無歪みの層を挿入することにより、境界面の
歪みの絶対量が緩和され、全体的な歪み量も緩和する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き、図面を参照して説明する。
き、図面を参照して説明する。
【００１０】図１は、この発明の実施の形態にかかる半
導体レーザ装置の断面図、図２は同活性層部分の断面図
である。
導体レーザ装置の断面図、図２は同活性層部分の断面図
である。
【００１１】この実施の形態の素子構造は、埋め込みリ
ッジ構造であり、結晶面の面方位が（１００）面から
［０１１］方向へ９°オフしたｎ型ＧａＡｓ基板１上に
膜厚０．３μｍのｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層
２、膜厚０．８ミクロンのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5
Ｉｎ0.5Ｐからなるクラッド層３を順次ＭＯＣＶＤ法等
により成長させる。そして、この発明の特徴とする歪み
補償型多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層４がＭＯ
ＣＶＤ法統により形成される。この活性層４は、井戸層
は、引っ張り歪みを有するＧａＩｎＰ層４１、障壁層は
圧縮歪みを有するＡｌＧａＩｎＰ層４３からなり、両者
の間に無歪みのＡｌＧａＩｎＰ層４２が設けられてい
る。
ッジ構造であり、結晶面の面方位が（１００）面から
［０１１］方向へ９°オフしたｎ型ＧａＡｓ基板１上に
膜厚０．３μｍのｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層
２、膜厚０．８ミクロンのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5
Ｉｎ0.5Ｐからなるクラッド層３を順次ＭＯＣＶＤ法等
により成長させる。そして、この発明の特徴とする歪み
補償型多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層４がＭＯ
ＣＶＤ法統により形成される。この活性層４は、井戸層
は、引っ張り歪みを有するＧａＩｎＰ層４１、障壁層は
圧縮歪みを有するＡｌＧａＩｎＰ層４３からなり、両者
の間に無歪みのＡｌＧａＩｎＰ層４２が設けられてい
る。
【００１２】この実施の形態において、活性層４は、歪
み量が−１．３％、膜厚１１０オングストロームのＧａ
ＩｎＰからなる井戸層４１と、歪み量が＋０．５％、膜
厚５０オングストロームの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）ＩｎＰか
らなる障壁層４３と、その間に挿入される無歪みの、膜
厚２０オングストロームの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）ＩｎＰか
らなる無歪み層４２をペアとする３ペアで構成されてい
る。
み量が−１．３％、膜厚１１０オングストロームのＧａ
ＩｎＰからなる井戸層４１と、歪み量が＋０．５％、膜
厚５０オングストロームの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）ＩｎＰか
らなる障壁層４３と、その間に挿入される無歪みの、膜
厚２０オングストロームの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）ＩｎＰか
らなる無歪み層４２をペアとする３ペアで構成されてい
る。
【００１３】なお、無歪み層４２は、井戸層４１と障壁
層４３との歪みの影響をなくし、バンドギャップに影響
を及ぼさない範囲で薄く形成するとよい。活性層４の作
成は、Ｉｎ、Ｐの流量を一定にし、ＧａＩｎＰ、（Ａｌ
0.5Ｇａ0.5）ＩｎＰの無歪み層における各流量を基準に
して、ＧａＩｎＰ引っ張り歪み層Ｇａの流量を僅かに増
大させて結晶成長を行う。（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）ＩｎＰ圧
縮歪み層は、ＡｌとＧａの流量をわずかに減少させて結
晶成長を行う。
層４３との歪みの影響をなくし、バンドギャップに影響
を及ぼさない範囲で薄く形成するとよい。活性層４の作
成は、Ｉｎ、Ｐの流量を一定にし、ＧａＩｎＰ、（Ａｌ
0.5Ｇａ0.5）ＩｎＰの無歪み層における各流量を基準に
して、ＧａＩｎＰ引っ張り歪み層Ｇａの流量を僅かに増
大させて結晶成長を行う。（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）ＩｎＰ圧
縮歪み層は、ＡｌとＧａの流量をわずかに減少させて結
晶成長を行う。
【００１４】この活性層４の上に膜厚１．２ミクロンの
ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）ＩｎＰからなるクラッド層５が
ＭＯＣＶＤ法等により形成される。
ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）ＩｎＰからなるクラッド層５が
ＭＯＣＶＤ法等により形成される。
【００１５】このクラッド層５はメサエッチング等によ
り幅５ミクロンの凸部が形成され、凸部の上面部をのぞ
いて、クラッド層５上に膜厚０．８ミクロンのｎ型Ｇａ
Ａｓからなるブロック層６が形成される。また、その凸
部には膜厚０．３μｍのｐ型ＧａＩｎＰからなるコンタ
クト層７が形成され、その全面に膜厚４μｍのｐ型Ｇａ
Ａｓからなるキャップ層８が形成される。そして、この
キャップ層８上にｐ型電極９、ｎ型ＧａＡｓ基板１の下
面にｎ型電極１０が形成されている。
り幅５ミクロンの凸部が形成され、凸部の上面部をのぞ
いて、クラッド層５上に膜厚０．８ミクロンのｎ型Ｇａ
Ａｓからなるブロック層６が形成される。また、その凸
部には膜厚０．３μｍのｐ型ＧａＩｎＰからなるコンタ
クト層７が形成され、その全面に膜厚４μｍのｐ型Ｇａ
Ａｓからなるキャップ層８が形成される。そして、この
キャップ層８上にｐ型電極９、ｎ型ＧａＡｓ基板１の下
面にｎ型電極１０が形成されている。
【００１６】上記した構造を基本として、歪み量を変化
させて、しきい値電流を測定した。比較のために無歪み
層を設けていない以外は、この発明と同じ構成の素子を
用意し、しきい値を測定した。
させて、しきい値電流を測定した。比較のために無歪み
層を設けていない以外は、この発明と同じ構成の素子を
用意し、しきい値を測定した。
【００１７】図３は、井戸層４１の歪み量を−１．１％
に固定し、障壁層４３の歪み量を変化させてしきい値電
流を測定した結果を示す。図３から明らかなように、従
来構造よりこの発明にかかる素子の方がしきい値電流が
小さくなっている。そして、従来構造では、しきい値電
流が逆に大きくなる歪み量を＋０．７％の場合に、この
発明では最もしきい値電流が小さくなる。
に固定し、障壁層４３の歪み量を変化させてしきい値電
流を測定した結果を示す。図３から明らかなように、従
来構造よりこの発明にかかる素子の方がしきい値電流が
小さくなっている。そして、従来構造では、しきい値電
流が逆に大きくなる歪み量を＋０．７％の場合に、この
発明では最もしきい値電流が小さくなる。
【００１８】図４は、障壁層４３の歪み量を＋０．５％
と固定し、井戸層４１の歪み量を変化させてしきい値電
流を測定した結果を示す。図４から明らかなように、従
来構造よりこの発明にかかる素子がしきい値電流が小さ
くなっており、従来構造より多く歪みをかけた−１．３
％で最もしきい値電流が小さくなる。また、図３に示す
ように、この発明の構造において、障壁層４３の歪み量
を変化させた場合に、一番しきい値電流が小さくなった
障壁層４３の歪み量を＋０．７％で固定し、井戸層４１
の歪み量を変化させてしきい値電流を測定した結果も図
４に示している。図４において、白四角が障壁層４３の
歪み量を＋０．７％で固定した場合である。この場合に
おいても、しきい値電流がより小さくなることがわか
る。
と固定し、井戸層４１の歪み量を変化させてしきい値電
流を測定した結果を示す。図４から明らかなように、従
来構造よりこの発明にかかる素子がしきい値電流が小さ
くなっており、従来構造より多く歪みをかけた−１．３
％で最もしきい値電流が小さくなる。また、図３に示す
ように、この発明の構造において、障壁層４３の歪み量
を変化させた場合に、一番しきい値電流が小さくなった
障壁層４３の歪み量を＋０．７％で固定し、井戸層４１
の歪み量を変化させてしきい値電流を測定した結果も図
４に示している。図４において、白四角が障壁層４３の
歪み量を＋０．７％で固定した場合である。この場合に
おいても、しきい値電流がより小さくなることがわか
る。
【００１９】上記したように、この発明の構造では、障
壁層４３や井戸層４１により多くの歪みをかけても格子
欠陥が起きにくく、このためバンドギャップがより大き
くとれ、しきい値電流を低減することができる。
壁層４３や井戸層４１により多くの歪みをかけても格子
欠陥が起きにくく、このためバンドギャップがより大き
くとれ、しきい値電流を低減することができる。
【００２０】次に、この発明による素子の基本特性を調
べた結果を図５及び図６に示す。活性層４の構造は図２
に示した構造であり、障壁層４３の歪み量が０．５％、
井戸層４１の歪み量が−１．３％、それぞれの膜厚が５
０オングストロームと１１０オングストロームである。
また、井戸数は上記の通り３である。
べた結果を図５及び図６に示す。活性層４の構造は図２
に示した構造であり、障壁層４３の歪み量が０．５％、
井戸層４１の歪み量が−１．３％、それぞれの膜厚が５
０オングストロームと１１０オングストロームである。
また、井戸数は上記の通り３である。
【００２１】図５は、電流−光出力特性であり、この図
よりこの発明の素子がキンクの無い特性が得られている
ことがわかる。図６は遠視野像であり、この図より、こ
の発明の素子が単峰性のパターン基本横モードで発振し
ていることがわかる。
よりこの発明の素子がキンクの無い特性が得られている
ことがわかる。図６は遠視野像であり、この図より、こ
の発明の素子が単峰性のパターン基本横モードで発振し
ていることがわかる。
【００２２】また、井戸層が圧縮歪みを有するＧａＩｎ
Ｐ層であり、障壁層が引張り歪みを有するＡｌＧａＩｎ
Ｐ層である場合においても、両者の間に無歪みのＡｌＧ
ａＩｎＰ層を挿入することにより、同様の効果が得られ
る。
Ｐ層であり、障壁層が引張り歪みを有するＡｌＧａＩｎ
Ｐ層である場合においても、両者の間に無歪みのＡｌＧ
ａＩｎＰ層を挿入することにより、同様の効果が得られ
る。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、より多くの歪みをかけても格子欠陥が起こりにくく
なり、バンドギャップを大きくとれ、しきい値電流の小
さい素子を提供することができる。
ば、より多くの歪みをかけても格子欠陥が起こりにくく
なり、バンドギャップを大きくとれ、しきい値電流の小
さい素子を提供することができる。
【図１】この発明の実施の形態にかかる半導体レーザ装
置の断面図である。
置の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかる半導体レーザ装
置の活性層部分の断面図である。
置の活性層部分の断面図である。
【図３】井戸層の歪み量を一定にし、障壁層の歪みを変
化させた場合の歪み量としきい値電流の関係を測定した
図である。
化させた場合の歪み量としきい値電流の関係を測定した
図である。
【図４】障壁層の歪み量を一定にし、井戸層の歪みを変
化させた場合の歪み量としきい値電流の関係を測定した
図である
化させた場合の歪み量としきい値電流の関係を測定した
図である
【図５】この発明における半導体レーザ装置の電流−光
出力特性を示す図である。
出力特性を示す図である。
【図６】この発明における半導体レーザ装置の遠視野像
を示す図である。
を示す図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板１ ２ バッファ層 ３ クラッド層 ４ 活性層 ４１ 井戸層 ４２ 無歪み層 ４３ 障壁層 ５ クラッド層 ６ ブロック層 ７ コンタクト層 ８ キャップ層 ９ ｐ型電極 １０ ｎ型電極
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された井戸層と障壁
層の積層構造からなる多重量子井戸層で活性層が構成さ
れ、上記活性層は２種類の相反する歪みを有し、全体的
な歪み量を相殺した半導体発光デバイスにおいて、活性
層を構成する相反する歪みを有する層の間に無歪みの層
が挿入されていることを特徴とする半導体発光デバイ
ス。 - 【請求項２】 前記半導体基板としてＧａＡｓ基板を用
い、前記活性層の井戸層はＧａＩｎＰ層、障壁層はＡｌ
ＧａＩｎＰ層からなり、両者の間に無歪みのＡｌＧａＩ
ｎＰ層が挿入されていることを特徴とする請求項１に記
載の半導体発光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26908799A JP2001094219A (ja) | 1999-09-22 | 1999-09-22 | 半導体発光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26908799A JP2001094219A (ja) | 1999-09-22 | 1999-09-22 | 半導体発光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001094219A true JP2001094219A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=17467497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26908799A Pending JP2001094219A (ja) | 1999-09-22 | 1999-09-22 | 半導体発光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001094219A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100780212B1 (ko) | 2006-03-30 | 2007-11-27 | 삼성전기주식회사 | 질화물 반도체 소자 |
| 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 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05259571A (ja) * | 1992-03-12 | 1993-10-08 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | ひずみ超格子を有する半導体デバイス |
| JPH05267773A (ja) * | 1992-03-18 | 1993-10-15 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JPH07235730A (ja) * | 1994-02-22 | 1995-09-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 歪多重量子井戸構造およびその製造方法ならびに半導体レーザ |
| JPH08181385A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JPH08316588A (ja) * | 1995-05-23 | 1996-11-29 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 歪量子井戸構造を有する半導体光素子 |
| JPH09246654A (ja) * | 1996-03-01 | 1997-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| JPH10270787A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Nec Corp | 多重量子井戸構造光半導体装置およびその製造方法 |
| JPH10270791A (ja) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Hitachi Ltd | 光情報処理装置およびこれに適した半導体発光装置 |
| JPH10290049A (ja) * | 1997-04-15 | 1998-10-27 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
-
1999
- 1999-09-22 JP JP26908799A patent/JP2001094219A/ja active Pending
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| 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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