JP2001291932A - 半導体装置及び半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体装置及び半導体レーザ装置Info
- Publication number
- JP2001291932A JP2001291932A JP2000278638A JP2000278638A JP2001291932A JP 2001291932 A JP2001291932 A JP 2001291932A JP 2000278638 A JP2000278638 A JP 2000278638A JP 2000278638 A JP2000278638 A JP 2000278638A JP 2001291932 A JP2001291932 A JP 2001291932A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- lattice constant
- substrate
- semiconductor material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 215
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 105
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 80
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 15
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 82
- 239000010408 film Substances 0.000 description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 25
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 21
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 18
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 102100033040 Carbonic anhydrase 12 Human genes 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100240461 Dictyostelium discoideum ngap gene Proteins 0.000 description 1
- 101000867855 Homo sapiens Carbonic anhydrase 12 Proteins 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- KQVKHIMKILIWAB-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethylethanamine;trimethylindigane Chemical compound C[In](C)C.CCN(C)C KQVKHIMKILIWAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/15—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
- H01L29/151—Compositional structures
- H01L29/152—Compositional structures with quantum effects only in vertical direction, i.e. layered structures with quantum effects solely resulting from vertical potential variation
- H01L29/155—Comprising only semiconductor materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02387—Group 13/15 materials
- H01L21/02395—Arsenides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02461—Phosphides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02463—Arsenides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02513—Microstructure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/02546—Arsenides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
- H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18341—Intra-cavity contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3201—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures incorporating bulkstrain effects, e.g. strain compensation, strain related to polarisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
有する半導体装置を提供する。 【解決手段】 基板が、第1の半導体材料が表出した主
表面を有する。基板の主表面上に微細構造体が配置され
ている。微細構造体は、第1の半導体材料の格子定数と
は異なる格子定数を有する第2の半導体材料からなり、
凹凸を有する上面を画定する。微細構造体の上に歪層が
配置されている。歪層は、第1の半導体材料の格子定数
とは異なる格子定数を有する第3の半導体材料からな
る。
Description
導体レーザ装置に関し、特に半導体表面を有する基板上
に、その半導体表面の格子定数とは異なる格子定数を有
する半導体材料からなる歪層が配置されている半導体装
置に関する。
線エピタキシ(MBE)に代表される半導体結晶成長法
の進歩により、基板に格子定数が一致せず、歪を持った
半導体層の成長が可能になった。この歪層を利用して、
半導体装置の性能向上が図られてきた。
る歪層に導入できる歪量あるいは歪層の厚さには臨界値
がある。この臨界値は、それぞれ臨界歪及び臨界膜厚と
呼ばれる。これは、結晶の種類によって決まる弾性限界
を歪応力が上回った場合にミスフィット(結晶)転位が
発生し、半導体装置の性能に悪影響を与えるためであ
る。半導体装置の作製直後にミスフィット転位がない場
合でも、長期間の使用による熱履歴等によってミスフィ
ット転位が発生する場合が想定される。半導体装置の信
頼性を高めるために、臨界歪及び臨界膜厚に対して十分
なマージンを確保しておく必要がある。
歪量子井戸半導体レーザ装置や高電子移動度トランジス
タ(HEMT)等の自由な設計が制約される。傾斜基板
を用いることで歪層内の空格子の発生を抑制する技術
が、例えば特開平7−312461号公報に開示されて
いるが、その効果は十分とはいえない。
AsP系歪量子井戸を用いた半導体レーザ装置には、格
子定数の制約から通常InP基板が用いられる。GaA
s基板を用いると、より高い温度特性が期待されるが、
要求されるInGaAsP歪層の歪量が臨界値を超え
る。このため、InGaAsP系半導体レーザ装置にG
aAs基板を用いることは困難である。
ア層としてIn0.12Ga0.88N及びIn0.03Ga0.97N
が用いられ、光閉じ込め層としてGaNが用いられる青
色半導体レーザ装置においては、これらの材料に格子整
合する適当な基板がないため、歪層の採用が避けられな
い。このため、臨界歪により設計上の制約を受ける。
を作製可能な構造を有する半導体装置を提供することで
ある。
と、第1の半導体材料が表出した主表面を有する基板
と、前記基板の主表面上に配置され、前記第1の半導体
材料の格子定数とは異なる格子定数を有する第2の半導
体材料からなり、凹凸を有する上面を画定する微細構造
体と、前記微細構造体の上に配置され、前記第1の半導
体材料の格子定数とは異なる格子定数を有する第3の半
導体材料からなる歪層とを有する半導体装置が提供され
る。
ているため、歪層を、その臨界膜厚を超えて成長させる
ことができる。これは、微細構造体により、歪層内の歪
応力のベクトルの向きにばらつきが生ずるためと考えら
れる。
形成され、上面の格子定数が面内で均一ではない下地基
板と、前記下地基板の表面上に形成され、半導体材料か
らなり、歪を内在する歪層とを有する半導体装置が提供
される。
はないため、歪層内の歪応力のベクトルの向きにばらつ
きが生ずる。このため、歪層が滑りにくくなり、臨界膜
厚を超えて歪層を成長させることが可能になる。
半導体材料で形成された基板と、前記基板の上に配置さ
れ、上面の格子定数を面内で不均一にする微細構造体
と、前記微細構造体の上に配置され、半導体材料からな
り、歪を内在する歪活性層と、前記歪層の上に形成さ
れ、前記基板の格子定数と等しい格子定数を有し、前記
第1導電型とは逆の第2導電型の半導体材料で形成され
たクラッド層と、前記基板と前記クラッド層との間に電
流を流すための電極とを有する半導体レーザ装置が提供
される。
層を臨界膜厚よりも厚くすることができる。歪活性層が
厚くなると、発光波長は長くなる。これにより、発光波
長の選択の自由度が高まる。
の半導体材料が表出した主表面を有する基板と、前記基
板の主表面上に配置され、前記第1の半導体材料の格子
定数とは1%以内で格子整合する格子定数を有し、In
を含む第2の半導体材料からなる下地層と、前記下地層
の上に配置され、下地となる半導体材料の格子定数とは
異なる格子定数を有する第3の半導体材料からなる歪半
導体層とを有する半導体装置が提供される。
の上に臨界膜厚を越えた半導体膜をミスフィット転位を
生じることなく成長させ得る。
なる結晶層を成長した場合、歪によりミスフィット転位
が生じる臨界膜厚hcとして、一般にマシューズ・ブレ
イクスリー(J.W Matthews & A.E.
Blakeslee,J.Crystal Growt
h Vol27,p.118,1974)によって導き
出された次の式が用いられる。
ルの大きさ、λは転位の滑り方向と成長面の角度、αは
バーガースベクトルと転位線の角度である。
axAs層の臨界膜厚を組成xに対して計算した結果を
示す(A.Okamoto et al,JJAP,V
ol26,p,539,1987)。組成xが大きくな
るにつれ、臨界膜厚hcは小さくなる。たとえば、組成
xが0.3以上であれば、臨界膜厚hcは約10nm以
下となる。
導体装置の構造及び製造方法について説明する。
の透過型電子顕微鏡(TEM)写真をスケッチした図で
ある。GaAs基板10の主表面上に厚さ0.5μmの
GaAsバッファ層1が形成されている。当然、バッフ
ァ層1は、基板10と格子整合している。なお、GaA
sバッファ層1が、その上の各層よりも十分厚いため、
TEM写真ではGaAs基板10は観察されない。
GaAsからなる微細構造体2が形成されている。微細
構造体2は、離散的に分布する複数の島状領域2aを含
んで構成される。図1では、島状領域2aが配置されて
いる領域のGaAsバッファ層1の表面が窪んでいるよ
うに見えるが、結晶の歪場の広がりが観察されているた
めである。半導体層を組成で区分した場合には、GaA
sバッファ層1の表面は平坦である。
島状領域2aの大きさにはばらつきがあるが、最も大き
なもので約50nmであり、平均は約20nmである。
GaAsバッファ層1の表面のうち島状領域2aの配置
されていない領域は、数原子層程度のInGaAsの薄
い層で覆われている。島状領域2aの内部においては、
GaAsバッファ層1の表面から遠ざかるに従って、歪
が徐々に緩和されていると思われる。
面から上面に近づくに従って、GaAsの格子定数から
InGaAsの格子定数に徐々に近づいていると考えら
れる。また、島状領域2a以外の薄い層の内部において
は、歪がほとんど緩和されていないと考えられる。すな
わち、薄い層の面内方向の格子定数は、GaAsバッフ
ァ層1の格子定数とほぼ等しいと考えられる。したがっ
て、微細構造体2の上に成長する膜の臨界膜厚は、微細
構造体2の格子定数を基準として定めるべきであるが、
近似的にバッファ層を基準としてもよいであろう。
さ40nmのスペーサ層3とInxGa1-xAsからなる
歪層4とが、交互に積層されている。歪層4の組成比及
び層数を変えて、複数の試料を作製した。スペーサ層3
の表面は、ほぼ本来のGaAsの格子定数を有すると考
えられる。歪層4は、下地となるスペーサ層に対して大
きな格子不整を有する。
層3、及びInGaAs歪層4は、有機金属気相エピタ
キシ(MOVPE)により成長させた。成長温度は52
5℃であり、In原料としてトリメチルインジウム(T
MI)、Ga原料としてトリエチルガリウム(TE
G)、As原料としてアルシン(AsH3)を用いた。
ラスタノフ(Stranski-Krastanov)モードを利用したM
OVPEにより形成される。本実施例のように、微細構
造体2が化合物半導体で形成されている場合には、一方
の族の原料を先に少量供給し、その後に、他方の族の原
料を供給する方法によっても、形成することができる。
一方の族の原料が基板面上にドロップレットを形成し、
これが面内不均一の原因になるためである。以下、実施
例による半導体装置の作製に用いた微細構造体2の成長
方法について簡単に説明する。
してトリメチルインジウムジメチルエチルアミンアダク
ト(TMIDMEA)、Ga原料としてTEG、As原
料としてAsH3を用いた。TMIDMEA、AsH3、
TEG、及びAsH3をこの順番に供給する手順を1サ
イクルとし、12サイクルを実施することにより微細構
造体2を形成した。基板表面のうち島状領域2aが被覆
する領域の面積は、全体の1%以上であった。
1-xAs層の膜厚とフォトルミネッセンス波長との関係
及び臨界膜厚を、InxGa1-xAs層の組成比ごとに示
す。横軸はInxGa1-xAs層の膜厚を単位「nm」で
表し、縦軸はフォトルミネッセンス波長を単位「μm」
で表す。図中の4本の曲線は、それぞれInの組成比x
が0.3、0.4、0.5、及び0.6の場合のフォト
ルミネッセンス波長と膜厚との関係の計算結果を示す。
示す実施例の半導体装置のInGaAs歪層のInの組
成比xを種々異ならせて作製した4つの試料に対応す
る。黒丸記号は、4つの試料のフォトルミネッセンス波
長と当該試料のIn組成比に対応する位置にプロットさ
れている。なお、フォトルミネッセンス波長は、試料温
度を77Kとして測定した。黒丸記号の横軸上の位置か
ら、各試料のInGaAs層の厚さを知ることができ
る。
GaAs層を直接成長させる場合の理論上の臨界膜厚を
示す。なお、理論上の臨界膜厚として、マシューズ・ブ
レークスリーによる式を用いた(J.W.Matthews and A.
E.Blackeslee, J. Cryst. Growth vol.27, p.118, 197
4)。
とすることにより、GaAs基板上に、計算により求め
られる臨界膜厚よりも厚いInGaAs層を形成できる
ことがわかる。臨界膜厚以下の膜厚のInGaAs層で
は実現できないような長波長の発光が観測されている。
ることにより、臨界膜厚以上の歪層を成長させることが
できる理由は、以下のように考えられる。
s歪層を直接成長させる場合を考える。歪層内の、基板
面に平行な方向の結晶歪が、基板からの貫通転位を引っ
張る。歪応力が転位線の張力を超えると、歪層の一部が
基板面方向に滑る。歪層が滑ることによって転位線の長
さが伸び、歪エネルギが解放される。
微細構造体2により、面内方向に関して不均一な歪場が
誘起されると考えられる。この不均一な歪場が、貫通転
位にかかる歪応力の向きにばらつきを生じさせる。例え
ば、歪応力のベクトルは、図1に示す島状領域2aを中
心として面内に放射状に広がるか、または島状領域2a
に向かうように集中するであろう。このため、GaAs
基板上に歪層を直接成長させる場合に比べて、歪応力の
大きさが同じでも、歪層を面方向に滑らせる力が小さく
なる。このため、歪層が、面方向に滑りにくい。
導体装置の構造を採用することにより、臨界歪以上の歪
を有する歪層、もしくは臨界膜厚以上の厚さの歪層を形
成することが可能になる。また、歪層の歪量または膜厚
が臨界値以下の場合には、上記実施例の構造を採用する
ことにより、歪層の結晶学的安定性を高めることができ
る。これにより、半導体装置の信頼性を高めることが可
能になる。
aAs歪層を形成する場合を例にとって説明した。歪層
が滑りにくくなる上述の原理は、半導体材料や薄膜の成
長方法に依存しない。このため、他の材料を用いる場合
にも、基板表面と歪層との間に微細構造体を配置するこ
とにより、上記実施例の場合と同様の効果が得られるで
あろう。
に、微細構造体2と歪層4との間にスペーサ層3を配し
たが、微細構造体2の上に歪層4を直接成長させてもよ
いであろう。
例による半導体装置の構造を適用した半導体レーザ装置
について説明する。
斜視図を示す。n型GaAs基板20の表面上に厚さ1
μmのn型AlGaAs(クラッド)層21、GaAs
光ガイド層22、微細構造体23、活性層24、GaA
s光ガイド層25、厚さ1μmのp型AlGaAs(ク
ラッド)層26、及び厚さ0.5μmのp型GaAs層
27がこの順番に積層されている。微細構造体23は、
図1に示す実施例の微細構造体2と同様の構成を有す
る。活性層24は、InGaAsからなる歪層で構成さ
れる。なお、図1に示した実施例の場合のように、微細
構造体23と活性層24との間にGaAsスペーサ層を
配置してもよい。これらの半導体層は、MOVPEもし
くはMBE等で形成される。
e/Auの2層構造を有するn側電極29が形成されて
いる。p型GaAs層27の上面の帯状領域の上に、T
i/Pt/Auの3層構造を有するp側電極28が形成
されている。
向電圧を印加し、発振条件が満たされると、活性層24
内でレーザ発振が起こる。図2を参照して説明したよう
に、本実施例による構造を採用することにより、臨界膜
厚で制約される発振波長よりも長波長の半導体レーザ装
置を得ることができる。
成を適用した面出射型半導体レーザ装置の断面図を示
す。n型GaAs基板40の主表面上に、n型ミラー層
41が形成されている。n型ミラー層41は、n型のI
nGaAs層41aとn型のGaAs層41bとが交互
に複数層積層された積層構造を有する。
2、微細構造体43,活性層44、及びGaAs層45
が形成されている。微細構造体43は、図1に示した実
施例による微細構造体2と同様の構成である。活性層4
4は、InGaAsからなる歪層である。なお、図1に
示した実施例の場合のように、微細構造体43と活性層
44との間にGaAsスペーサ層を配置してもよい。
が形成されている。p型ミラー層46は、p型のInG
aAs層46aとp型のGaAs層46bとが交互に複
数層積層された積層構造を有する。p型ミラー層46の
一部の領域上に、i型ミラー層47が形成されている。
i型ミラー層47は、ノンドープのInGaAs層47
aとノンドープのGaAs層47bとが交互に複数層積
層された積層構造を有する。
(MOVPE)もしくは分子線エピタキシ(MBE)等
で形成される。i型ミラー層47は、全面にInGaA
s層47aとGaAs層47bとを成長させた後、この
積層構造をパターニングすることにより形成される。ミ
ラー層47のエッチングは、例えば塩素ガスを用いた反
応性イオンビームエッチングにより行われる。
を画定する。p型ミラー層46及びi型ミラー層47
が、光共振器の他方の端を画定する。ミラー層の各構成
層は、たとえばλ/4の光路長を構成する。
ー層47を取り囲む領域上に、p側電極48が形成され
ている。n型GaAs基板40の裏面のうちp側電極4
8に対応する領域上に、n側電極49が形成されてい
る。
向電圧を印加し、発振条件が満たされると、光共振器内
でレーザ発振が起こる。図2を参照して説明したよう
に、上記実施例による構造を採用することにより、臨界
膜厚で制約される発振波長よりも長波長の面出射型半導
体レーザ装置を得ることができる。
例による半導体装置について説明する。
面図を示す。GaAs基板10の表面上に、GaAsバ
ッファ層1が形成され、その上にInGaAsからなる
厚さ約7nmの微細構造体7が形成されている。微細構
造体7の上に、GaAsスペーサ層3及びInGaAs
歪層4が形成されている。
上面のほぼ全領域を覆う第1の領域7aと、基板面内に
関して第1の領域7a内に点在する第2の領域7bを含
んで構成される。第1の領域7aのIn組成比は、第2
の領域7bのIn組成比よりも小さい。すなわち、第1
の領域7a内の歪は小さく、第2の領域7b内の歪は大
きい。第2の領域7bの面方向の大きさは、約10nm
程度である。このような微細構造が形成されるのは、組
成比が均一で全面に歪が生じているInGaAs歪層よ
りも、歪が局在化された微細構造体7の方が、全体の歪
エネルギが低いためと考えられる。
特開平8−88345号公報(米国特許5,608,2
29号公報)に詳しく説明されている。以下、特開平8
−88345号公報に説明されている成長方法を簡単に
説明する。
A、トリメチルガリウム(TMG)、及びAsH3を順
番に供給する。この3種類のガスを1回ずつ供給する手
順を1サイクルとし、12サイクルを実施する。このよ
うにして、微細構造体7が形成される。
の上面との格子定数は、等しくないと考えられる。すな
わち、微細構造体7の上面の格子定数は、面内方向に関
して均一ではない。また、GaAs基板1及びGaAs
スペーサ層3の格子定数は、第2の領域7bの無歪時の
格子定数よりも第1の領域7aの無歪時の格子定数に近
いと考えられる。なお、第1の領域7aのIn組成比が
十分小さい場合には、第1の領域7aの無歪時の格子定
数が、GaAs基板1及びGaAsスペーサ層3の格子
定数にほぼ等しくなるであろう。
7と歪層4との間にGaAsスペーサ層3を配置した
が、微細構造体7の上に歪層4を直接形成してもよい。
不整合の結晶層を成長する前に、表面に凹凸または格子
定数の異なる領域を有する下地層を成長した。このよう
な下地層を成長するためには、基板と格子定数の異なる
半導体層を用いた。
地層として基板と格子定数の異なる層を必ずしも用いな
くても、臨界膜厚を越える結晶層を成長する事ができる
ことを見出した。すなわち、下地層としてInを含む半
導体層を成長すると、その上に臨界膜厚を越えた結晶層
をミスフィット転位を生じることなく成長できることが
判った。
実験に用いたサンプルの積層構造を示す。積層のエピタ
キシャル成長は、MOVPEを用い、成長温度670℃
で行なった。GaAs基板10の上に、TEGとAsH
3をソースガスとして用い、GaAsバッファ層1を厚
さ約0.5μm成長し、その上にTMI、TEG、PH
3をソースガスとして用い、GaAsに格子整合するI
nGaP層50を厚さ約1.0μm成長した。
に、TEG、AsH3をソースガスとして用い、厚さ約
40nm程度のGaAsスペーサ層を成長した後、TM
I、TMG、AsH3をソースガスとして用い、InG
aAs量子井戸層4を成長し、さらにその上に厚さ約4
0nm程度のGaAsスペーサ層3を積層した。InG
aAs量子井戸層4の組成xおよび厚さを変化させ、い
くつかのサンプルを作成した。
トルミネッセンスによる発光波長を示す。横軸はInx
Ga1-xAs量子井戸層4の膜厚を単位nmで示し、縦
軸はホトルミネッセンスの発光波長を単位μmで示す。
測定において、サンプルは77Kに保持した。黒四角が
測定点を示す。実線は、理論計算によって予測される発
光波長を示す。
えたサンプルが成長し、理論計算とほぼ一致する発光波
長を示している。すなわち、臨界膜厚をはるかに越えた
膜厚の結晶層が成長していることが分かる。組成x=
0.6の層を厚さ約7nm形成することにより波長1.
3μmの発光が得られるであろう。この現象がどのよう
な理由により生じるものか未だ確定はできないが、以下
のように考える事ができる。
を有する。すなわち、Inを含んだ半導体層を結晶成長
すると、結晶の成長面にはInが偏析するであろう。こ
の偏析するInは、微細な組成不均一を生じることが考
えられる。表面にIn組成の不均一が形成された場合、
In組成の不均一に伴って不均一な歪場が誘起される。
引っ張り、滑りを生じさせようとする際、不均一な歪場
が貫通転位に係る歪応力の向きを変える。このため、同
じ歪応力が生じても、界面に平行な方向の歪ベクトルの
大きさは小さくなり、臨界歪を越えていても結晶転位が
発生しにくくなると考えられる。
不均一を形成させるために格子不整合の成長層を用いな
くても、Inを含む下地層を成長させることにより、そ
の上に臨界膜厚を越えた膜厚の結晶層を成長できること
が期待される。
型半導体レーザの構成を示す。図8(A)において、n
型GaAs基板60の上に、必要に応じてGaAsバッ
ファ層61を成長し、その上にGaAsに格子整合する
組成のn型InGaP下地層62を例えば厚さ約1.0
μm成長する。バッファ層61、下地層62は、共に基
板60と格子整合した層であり、成長膜厚は自由に選択
する事が出来る。
層63、InGaAs歪活性層64、上側GaAsスペ
ーサ層63を成長する。歪活性層64は、上述の実験か
ら明らかなように、臨界膜厚を越えた厚さに選択する事
が出来る。歪活性層64両側のスペーサ層63は、光ガ
イド層としての役割を果たす。
板と格子整合する組成のp型InGaP層66を例えば
厚さ約1.0μm成長する。さらに、p型InGaP層
66の上に、p型GaAs層67を厚さ約0.5μm成
長する。n型InGaP層62とp型InGaP層66
は、クラッド層として機能する。p型GaAs層67は
コンタクト層として機能する。
2等のマスクを形成し、ストライプを形成するためのエ
ッチングを行なう。エッチング後マスクは除去する。n
型GaAs基板60上にn側電極68を形成し、p型G
aAs層67の上にp側電極69を形成する。なお、電
極の構造は前述の実施例と同様である。
As層64で活性層を形成した。複数の活性層を形成
し、多重量子井戸構造とする事も出来る。
合の構成を概略的に示す。GaAsスペーサ層63の上
に、InGaAs歪活性層64を形成し、スペーサ層6
3と歪活性層64の対を複数対形成した後、最上の歪活
性層64の上にさらにスペーサ層63を形成する。この
ような構成とする事により、複数の活性層を含む多重量
子井戸構造を形成することができる。
略的に示す。n型GaAs基板70の上に、n型GaA
s層71aとGaAsと格子整合する組成のn型InG
aP層71bの交互積層からなる下部ミラー構造71を
形成する。なお、下部ミラー構造71を構成する各層の
厚さは、目的とする発光波長のλ/4光学長とする。
スペーサ層73、InGaAs歪活性層74、上側Ga
Asスペーサ層73を積層し、活性層とその両側を挟む
光ガイド層を構成する。上側スペーサ層73の上に、p
型ミラー構造76を形成する。p型ミラー構造76は、
例えば先ずAlを含む半導体層75を成長し、その上に
InGaP層76aとp型GaAs層76bの交互積層
を成長することによって形成する。
造77を成長する。i型ミラー構造77は、i型InG
aP層77aとi型GaAs層77bの交互積層で形成
する。p型ミラー構造76とi型ミラー構造77とが上
部ミラー構造を構成する。
事により、Alを含む層75を外周から酸化させ、酸化
アルミニュームを形成する。この酸化アルミニュームが
電流狭窄層となる。i型ミラー構造をエッチングし、そ
の周辺にp型ミラー構造を露出する。p型ミラー構造の
上に、p側電極79を形成する。又、基板70の周辺部
にn側電極78を形成する。活性層74で発光した光
は、下部ミラーと上部ミラーの間を往復し、例えば上面
及び下面から出射する。
る場合を説明したが、歪半導体層としてはInGaAs
P層、InGaN層、InGaAsSb層等を用いるこ
とが出来るであろう。4元化合物として記載した組成
は、複数のIII族元素または複数のV族元素の一部を
省略した3元化合物を含むものとする。
を用いる場合を説明したが、基板と1%以内で格子整合
するAlGaInP層、AlGaInAs層、AlGa
InN層、InGaAsP層等を用いることが出来るで
あろう。
が1%以内であれば良好に行なう事が出来る。格子整合
する系として説明した材料の組み合わせは、1%以内で
格子整合する系に置き換えてもよいであろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
主表面を有する基板と、前記基板の主表面上に配置さ
れ、前記第1の半導体材料の格子定数とは異なる格子定
数を有する第2の半導体材料からなり、凹凸を有する上
面を画定する微細構造体と、前記微細構造体の上に配置
され、下地の格子定数とは異なる格子定数を有する第3
の半導体材料からなる歪層とを有する半導体装置。
記歪層との間に配置され、前記第1の半導体材料の格子
定数と等しい格子定数を有する第4の半導体材料からな
るスペーサ層を有する付記1に記載の半導体装置。
の主表面上に離散的に分布する島状領域を含み、該島状
領域内において、前記基板の主表面から遠ざかるに従っ
て格子歪が緩和されている付記1または2に記載の半導
体装置。
て、前記島状領域の占める割合が1%以上である付記3
に記載の半導体装置。
の半導体材料からなる基板上に前記第3の半導体材料か
らなる層を直接成長させたときに成長し得る臨界膜厚よ
りも厚い付記1〜4のいずれかに記載の半導体装置。
の格子定数が面内で均一ではない下地基板と、前記下地
基板の表面上に形成され、半導体材料からなり、歪を内
在する歪層とを有する半導体装置。
の格子定数を有する第1の領域と、該第1の領域内に点
在し、該第1の格子定数とは異なる第2の格子定数を有
する第2の領域とを含む付記6に記載の半導体装置。
と前記歪層との間に、第3の格子定数を有する半導体材
料で形成されたスペーサ層が配置されており、該第3の
格子定数が前記第1の格子定数と等しいか、または前記
第2の格子定数よりも前記第1の格子定数に近い付記7
に記載の半導体装置。
成された基板と、前記基板の上に配置され、上面の格子
定数を面内で不均一にする微細構造体と、前記微細構造
体の上に配置され、半導体材料からなり、歪を内在する
歪活性層と、前記歪層の上に形成され、前記基板の格子
定数と等しい格子定数を有し、前記第1導電型とは逆の
第2導電型の半導体材料で形成されたクラッド層と、前
記基板と前記クラッド層との間に電流を流すための電極
とを有する半導体レーザ装置。
た主表面を有する基板と、前記基板の主表面上に配置さ
れ、前記第1の半導体材料の格子定数とは1%以内で格
子整合する格子定数を有し、Inを含む第2の半導体材
料からなる下地層と、前記下地層の上に配置され、下地
となる半導体材料の格子定数とは異なる格子定数を有す
る第3の半導体材料からなる歪半導体層とを有する半導
体装置。
ズ・ブレークスリーの式で決定される臨界膜厚を越えて
いる付記10記載の半導体装置。
歪半導体層との間に配置され、前記第2の半導体材料の
格子定数と1%以内で格子整合する格子定数を有する第
4の半導体材料からなるスペーサ層を有する付記10ま
たは11に記載の半導体装置。
ィット転位が1013/cm2以下である付記10〜12
のいずれか1項記載の半導体装置。
AsP、InGaN、InGaAsSbのいずれかで形
成されている付記10〜13のいずれか1項に記載の半
導体装置。
P、AlGaInAs,AlGaInN,InGaAs
Pのいずれかで形成されている付記10〜14のいずれ
か1項記載の半導体装置。
材料が表出した主表面を有する基板と、前記基板の主表
面上に配置され、前記第1の半導体材料の格子定数とは
1%以内で格子整合する格子定数を有し、Inを含む第
1導電型の第2の半導体層を含む下地層と、前記下地層
の上に形成され、前記第2の半導体層の格子定数と1%
以内で格子整合する格子定数を有する下側スペーサ層
と、前記下側スペーサ層の上に配置され、前記第1、第
2の半導体層の格子定数とは異なる格子定数とマシュー
ズ・ブレークスリーの式で決定される臨界膜厚を越える
膜厚とを有する第3の半導体層を含む歪半導体層と、前
記歪半導体層の上に形成され、前記第2の半導体層の格
子定数と1%以内で格子整合する格子定数を有する上側
スペーサ層と、前記上側スペーサ層の上に形成され、前
記第1の半導体層の格子定数とは1%以内で格子整合す
る格子定数を有し、第1導電型とは逆の第2導電型の第
4の半導体層を含む中間層と、前記中間層と前記基板と
の間に電流を流すための電極とを有する半導体レーザ装
置。
層が、前記歪半導体層に対して光ガイド層を構成し、前
記歪半導体層が活性層を構成し、前記下地層と前記中間
層とがクラッド層を構成する付記16記載の半導体レー
ザ装置。
導体層と該第2の半導体層とは屈折率の異なる第5の半
導体層との交互積層を含み、下部ミラー構造を構成し、
前記中間層が前記第4の半導体層と該第4の半導体層と
は屈折率の異なる第6の半導体層との交互積層を含み、
上部ミラー構造を構成し、面発光型レーザ装置を構成す
る付記16記載の半導体レーザ装置。
3の半導体層と該第3の半導体層とは格子定数の異なる
第7の半導体層との交互積層を含み、多重量子井戸構造
を構成する付記16〜18のいずれか1項記載の半導体
レーザ装置。
形成された基板と、前記基板の上に配置され、上面の格
子定数が面内で不均一であるか、Inを含み、第1導電
型を有する下地層と、前記下地層の上に配置され、半導
体材料からなり、歪を内在する歪活性層と、前記歪活性
層の上に形成され、前記基板の格子定数と1%以内で格
子整合する格子定数を有し、前記第1導電型とは逆の第
2導電型の半導体材料で形成されたクラッド層と、前記
基板と前記クラッド層との間に電流を流すための電極と
を有する半導体レーザ装置。
下地基板と歪層との間に、微細構造体またはInを含む
半導体層が配置されている。この微細構造体またはIn
を含む半導体層を配置すると、下地基板上に歪層を直接
成長させる場合に比べて、より厚い歪層を成長させるこ
とができる。これにより、歪層を用いた半導体装置の設
計の自由度を高めることができる。また、より信頼性の
高い半導体装置を得ることができる。
をスケッチした図である。
膜厚との関係、及び臨界膜厚を示すグラフである。
出射型半導体レーザ装置の斜視図である。
射型半導体レーザ装置の斜視図である。
された臨界膜厚を組成xの関数として示すグラフであ
る。
および実験結果を計算値と共に示すグラフである。
及び断面図である。
ある。
きさ、λは転位の滑り方向と成長面の角度、αはバーガ
ースベクトルと転位線の角度である。
面から上面に近づくに従って、GaAsの格子定数から
InGaAsの格子定数に徐々に近づいていると考えら
れる。また、島状領域2a以外の薄い層の内部において
は、歪がほとんど緩和されていないと考えられる。すな
わち、薄い層の面内方向の格子定数は、GaAsバッフ
ァ層1の格子定数とほぼ等しいと考えられる。したがっ
て、微細構造体2の上に成長する膜の臨界膜厚は、微細
構造体2の格子定数を基準として定めるべきであるが、
近似的にバッファ層を基準としてもよいであろう。基板
の主表面内において、島状領域の占める割合が1%以上
であることが好ましいと考えられる。
は1013/cm2以下であることが好ましい。なお、歪
活性層としてInGaP層を用いる場合を説明したが、
歪半導体層としてはInGaAsP層、InGaN層、
InGaAsSb層等を用いることが出来るであろう。
4元化合物として記載した組成は、複数のIII族元素
または複数のV族元素の一部を省略した3元化合物を含
むものとする。
が1%以内であれば良好に行なう事が出来る。格子整合
する系として説明した材料の組み合わせは、1%以内で
格子整合する系に置き換えてもよいであろう。このよう
な格子定数を等価な格子定数と呼ぶことがある。
記歪層との間に配置され、前記第1の半導体材料の格子
定数と等価な格子定数を有する第4の半導体材料からな
るスペーサ層を有する付記1に記載の半導体装置。
成された基板と、前記基板の上に配置され、上面の格子
定数を面内で不均一にする微細構造体と、前記微細構造
体の上に配置され、半導体材料からなり、歪を内在する
歪活性層と、前記歪層の上に形成され、前記基板の格子
定数と等価な格子定数を有し、前記第1導電型とは逆の
第2導電型の半導体材料で形成されたクラッド層と、前
記基板と前記クラッド層との間に電流を流すための電極
とを有する半導体レーザ装置。
Claims (10)
- 【請求項1】 第1の半導体材料が表出した主表面を有
する基板と、 前記基板の主表面上に配置され、前記第1の半導体材料
の格子定数とは異なる格子定数を有する第2の半導体材
料からなり、凹凸を有する上面を画定する微細構造体
と、 前記微細構造体の上に配置され、下地の格子定数とは異
なる格子定数を有する第3の半導体材料からなる歪層と
を有する半導体装置。 - 【請求項2】 前記微細構造体が、前記基板の主表面上
に離散的に分布する島状領域を含み、該島状領域内にお
いて、前記基板の主表面から遠ざかるに従って格子歪が
緩和されており、前記基板の主表面内において、前記島
状領域の占める割合が1%以上である請求項1に記載の
半導体装置。 - 【請求項3】 前記歪層の厚さが、前記第1の半導体材
料からなる基板上に前記第3の半導体材料からなる層を
直接成長させたときに成長し得る臨界膜厚よりも厚い請
求項1または2記載の半導体装置。 - 【請求項4】 半導体材料で形成され、上面の格子定数
が面内で均一ではない下地基板と、 前記下地基板の表面上に形成され、半導体材料からな
り、歪を内在する歪層とを有する半導体装置。 - 【請求項5】 第1導電型の半導体材料で形成された基
板と、 前記基板の上に配置され、上面の格子定数を面内で不均
一にする微細構造体と、 前記微細構造体の上に配置され、半導体材料からなり、
歪を内在する歪活性層と、 前記歪層の上に形成され、前記基板の格子定数と等しい
格子定数を有し、前記第1導電型とは逆の第2導電型の
半導体材料で形成されたクラッド層と、 前記基板と前記クラッド層との間に電流を流すための電
極とを有する半導体レーザ装置。 - 【請求項6】 第1の半導体材料が表出した主表面を有
する基板と、 前記基板の主表面上に配置され、前記第1の半導体材料
の格子定数とは1%以内で格子整合する格子定数を有
し、Inを含む第2の半導体材料からなる下地層と、 前記下地層の上に配置され、下地となる半導体材料の格
子定数とは異なる格子定数を有する第3の半導体材料か
らなる歪半導体層とを有する半導体装置。 - 【請求項7】 前記歪層の膜厚はマシューズ・ブレーク
スリーの式で決定される臨界膜厚を越えている請求項6
記載の半導体装置。 - 【請求項8】 第1導電型の第1の半導体材料が表出し
た主表面を有する基板と、 前記基板の主表面上に配置され、前記第1の半導体材料
の格子定数とは1%以内で格子整合する格子定数を有
し、Inを含む第1導電型の第2の半導体層を含む下地
層と、 前記下地層の上に形成され、前記第2の半導体層の格子
定数と1%以内で格子整合する格子定数を有する下側ス
ペーサ層と、 前記下側スペーサ層の上に配置され、前記第1、第2の
半導体層の格子定数とは異なる格子定数とマシューズ・
ブレークスリーの式で決定される臨界膜厚を越える膜厚
とを有する第3の半導体層を含む歪半導体層と、 前記歪半導体層の上に形成され、前記第2の半導体層の
格子定数と1%以内で格子整合する格子定数を有する上
側スペーサ層と、 前記上側スペーサ層の上に形成され、前記第1の半導体
層の格子定数とは1%以内で格子整合する格子定数を有
し、第1導電型とは逆の第2導電型の第4の半導体層を
含む中間層と、 前記中間層と前記基板との間に電流を流すための電極と
を有する半導体レーザ装置。 - 【請求項9】 前記下地層が前記第2の半導体層と該第
2の半導体層とは屈折率の異なる第5の半導体層との交
互積層を含み、下部ミラー構造を構成し、前記中間層が
前記第4の半導体層と該第4の半導体層とは屈折率の異
なる第6の半導体層との交互積層を含み、上部ミラー構
造を構成し、面発光型レーザ装置を構成する請求項8記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項10】 第1導電型の半導体材料で形成された
基板と、 前記基板の上に配置され、上面の格子定数が面内で不均
一であるか、Inを含み、第1導電型を有する下地層
と、 前記下地層の上に配置され、半導体材料からなり、歪を
内在する歪活性層と、 前記歪活性層の上に形成され、前記基板の格子定数と1
%以内で格子整合する格子定数を有し、前記第1導電型
とは逆の第2導電型の半導体材料で形成されたクラッド
層と、 前記基板と前記クラッド層との間に電流を流すための電
極とを有する半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000278638A JP3869641B2 (ja) | 2000-01-31 | 2000-09-13 | 半導体装置及び半導体レーザ装置 |
US09/756,294 US6639254B2 (en) | 2000-01-31 | 2001-01-09 | Epitaxial layer capable of exceeding critical thickness |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000021684 | 2000-01-31 | ||
JP2000-21684 | 2000-01-31 | ||
JP2000278638A JP3869641B2 (ja) | 2000-01-31 | 2000-09-13 | 半導体装置及び半導体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001291932A true JP2001291932A (ja) | 2001-10-19 |
JP3869641B2 JP3869641B2 (ja) | 2007-01-17 |
Family
ID=26584470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000278638A Expired - Lifetime JP3869641B2 (ja) | 2000-01-31 | 2000-09-13 | 半導体装置及び半導体レーザ装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6639254B2 (ja) |
JP (1) | JP3869641B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101171324B1 (ko) | 2005-04-12 | 2012-08-10 | 서울옵토디바이스주식회사 | 질화물 반도체 발광소자용 버퍼층을 형성하는 방법 및그것에 의해 형성된 버퍼층 |
JP2013524513A (ja) * | 2010-03-29 | 2013-06-17 | ソイテック | Iii−v半導体構造およびiii−v半導体構造を形成する方法 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2328641A1 (en) * | 2000-12-15 | 2002-06-15 | Nortel Networks Limited | Confinement layer of buried heterostructure semiconductor laser |
JP4717319B2 (ja) * | 2002-12-25 | 2011-07-06 | 住友化学株式会社 | 化合物半導体エピタキシャル基板 |
JP2006202845A (ja) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Sony Corp | 半導体発光装置 |
JP2022035660A (ja) * | 2020-08-21 | 2022-03-04 | 住友電気工業株式会社 | 量子カスケードレーザ |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3468866B2 (ja) * | 1994-09-16 | 2003-11-17 | 富士通株式会社 | 3次元量子閉じ込めを利用した半導体装置 |
US5751753A (en) * | 1995-07-24 | 1998-05-12 | Fujitsu Limited | Semiconductor laser with lattice mismatch |
-
2000
- 2000-09-13 JP JP2000278638A patent/JP3869641B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-01-09 US US09/756,294 patent/US6639254B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101171324B1 (ko) | 2005-04-12 | 2012-08-10 | 서울옵토디바이스주식회사 | 질화물 반도체 발광소자용 버퍼층을 형성하는 방법 및그것에 의해 형성된 버퍼층 |
JP2013524513A (ja) * | 2010-03-29 | 2013-06-17 | ソイテック | Iii−v半導体構造およびiii−v半導体構造を形成する方法 |
US9012919B2 (en) | 2010-03-29 | 2015-04-21 | Soitec | III-V semiconductor structures and methods for forming the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6639254B2 (en) | 2003-10-28 |
US20010011733A1 (en) | 2001-08-09 |
JP3869641B2 (ja) | 2007-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2014003329A (ja) | 応力低減電子ブロッキング層を有する窒化ガリウム・ベース半導体デバイス | |
US7683392B2 (en) | Semiconductor device with anisotropy-relaxed quantum dots | |
JP4554526B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2006310534A (ja) | 半導体積層構造および半導体光素子 | |
JPH07193333A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP7302832B2 (ja) | レーザーダイオード | |
JP2011003661A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
EP1081817A2 (en) | A semiconductor device | |
JPH09139543A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
WO2020145025A1 (ja) | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 | |
JP3794530B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
JP2001291932A (ja) | 半導体装置及び半導体レーザ装置 | |
JP3768790B2 (ja) | 量子ドット構造体及びそれを有する半導体デバイス装置 | |
JP5026115B2 (ja) | 量子井戸構造、半導体レーザ、分光計測装置及び量子井戸構造の製造方法 | |
JP2007258269A (ja) | 半導体光素子 | |
JP2009028797A (ja) | ナノ構造およびナノ構造の作製方法 | |
JP2010118454A (ja) | 半導体レーザ | |
JPH1187764A (ja) | 半導体発光装置とその製造方法 | |
JP4086465B2 (ja) | 量子ドット構造体及びその形成方法、並びに該量子ドット構造体を有する半導体デバイス装置 | |
JPH0541560A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
JP2007250896A (ja) | 半導体光素子 | |
JP6158591B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JP4671702B2 (ja) | Iii族窒化物半導体レーザ装置 | |
JP2917974B2 (ja) | 結晶成長方法及び半導体レーザの製造方法 | |
JP2967719B2 (ja) | 半導体結晶成長方法および半導体素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040324 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060529 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060606 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060807 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060919 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061013 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3869641 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131020 Year of fee payment: 7 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |