JP2003258384A - ＧａＡｓＳｂ量子井戸層を含む長波長フォトニクスデバイス - Google Patents
ＧａＡｓＳｂ量子井戸層を含む長波長フォトニクスデバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低い閾値電流、安定した動作波長、高い量子効
率を有する長波長フォトニクスデバイスを提供する。 【解決手段】ｙ≧０であるＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＳｂの
量子井戸層材料から成る少なくとも１つの量子井戸層
（１１６）と、各々がガリウム及び燐を含有する障壁層
材料から成る対応する数の障壁層（１１４、１１８）と
を含み、障壁層材料が、量子井戸層材料の伝導帯エネル
ギーレベルよりも高い伝導帯エネルギーレベルと、量子
井戸層材料の価電子帯エネルギーレベルよりも低い価電
子帯エネルギーレベルとを持つことを特徴とする活性層
（１０６）を含む長波長フォトニクスデバイス（１０
０）を提供する。
率を有する長波長フォトニクスデバイスを提供する。 【解決手段】ｙ≧０であるＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＳｂの
量子井戸層材料から成る少なくとも１つの量子井戸層
（１１６）と、各々がガリウム及び燐を含有する障壁層
材料から成る対応する数の障壁層（１１４、１１８）と
を含み、障壁層材料が、量子井戸層材料の伝導帯エネル
ギーレベルよりも高い伝導帯エネルギーレベルと、量子
井戸層材料の価電子帯エネルギーレベルよりも低い価電
子帯エネルギーレベルとを持つことを特徴とする活性層
（１０６）を含む長波長フォトニクスデバイス（１０
０）を提供する。
Description
【０００１】
【従来の技術】フォトニクスデバイスは、例えば垂直共
振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）や端面発光レーザ（Ｅ
ＥＬ）、そして半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）といっ
た半導体レーザを含む。フォトニクスデバイスのアプリ
ケーションは多数あり、その中には光通信、光測定機器
及び光記憶装置も含まれている。
振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）や端面発光レーザ（Ｅ
ＥＬ）、そして半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）といっ
た半導体レーザを含む。フォトニクスデバイスのアプリ
ケーションは多数あり、その中には光通信、光測定機器
及び光記憶装置も含まれている。
【０００２】長波長赤外光を生成するフォトニクスデバ
イスは既存の光ファイバにおける波長範囲損失が相対的
に低いことから、光通信産業において注目を集めてい
る。約１．５〜１．６μｍの波長範囲にある波長は、一
般的に１．５５μｍ波長範囲に分類されているが、この
波長範囲で作動する半導体レーザや他の部品は比較的に
コストが安く、広く普及していることもあり、光通信ア
プリケーションに利用される代表的な波長範囲である。
しかしながら、光ファイバの光分散は、約１．２５μｍ
〜１．３５μｍの波長範囲（一般的に１．３μｍ波長範
囲と呼ばれる）で比較的小さくなる。この波長範囲で作
動するレーザはインジウム燐（ＩｎＰ）基板を使用した
ものであり、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板を使用した
レーザよりもかなり高価である為に、この波長範囲は光
通信においてはあまり一般的に使用されてはいない。更
に、ＩｎＰに適合する好適なミラー材料が無いことか
ら、この１．３μｍ波長範囲で作動するＶＣＳＥＬを作
ることは困難なのである。
イスは既存の光ファイバにおける波長範囲損失が相対的
に低いことから、光通信産業において注目を集めてい
る。約１．５〜１．６μｍの波長範囲にある波長は、一
般的に１．５５μｍ波長範囲に分類されているが、この
波長範囲で作動する半導体レーザや他の部品は比較的に
コストが安く、広く普及していることもあり、光通信ア
プリケーションに利用される代表的な波長範囲である。
しかしながら、光ファイバの光分散は、約１．２５μｍ
〜１．３５μｍの波長範囲（一般的に１．３μｍ波長範
囲と呼ばれる）で比較的小さくなる。この波長範囲で作
動するレーザはインジウム燐（ＩｎＰ）基板を使用した
ものであり、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板を使用した
レーザよりもかなり高価である為に、この波長範囲は光
通信においてはあまり一般的に使用されてはいない。更
に、ＩｎＰに適合する好適なミラー材料が無いことか
ら、この１．３μｍ波長範囲で作動するＶＣＳＥＬを作
ることは困難なのである。
【０００３】フォトニクスデバイスの活性層は、電子と
正孔の結合により光を生成する層である。均質な活性層
を持つフォトニクスデバイスを作成することも可能では
あるが、量子井戸を含む活性層を使用した場合、より低
い電流閾値、より高い効率及びより柔軟な発光波長選択
性をそのフォトニクスデバイスにもたらすことが出来
る。
正孔の結合により光を生成する層である。均質な活性層
を持つフォトニクスデバイスを作成することも可能では
あるが、量子井戸を含む活性層を使用した場合、より低
い電流閾値、より高い効率及びより柔軟な発光波長選択
性をそのフォトニクスデバイスにもたらすことが出来
る。
【０００４】量子井戸構造は、対応する数（ｎ＋１）の
障壁層に隔てられた、少なくとも１つ（ｎ）の量子井戸
層を含むものである。量子井戸層の各々の厚さは、約１
ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲である。通常、障壁層の厚さ
は、量子井戸層よりも大きい。量子井戸構造を構成する
層の半導体材料は、そのフォトニクスデバイスに望まれ
る発光波長によって異なる。障壁層の半導体材料は量子
井戸層の材料とは異なり、量子井戸層の材料よりも大き
いバンドギャップエネルギーと、より小さい屈折率を持
つものが使用される。
障壁層に隔てられた、少なくとも１つ（ｎ）の量子井戸
層を含むものである。量子井戸層の各々の厚さは、約１
ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲である。通常、障壁層の厚さ
は、量子井戸層よりも大きい。量子井戸構造を構成する
層の半導体材料は、そのフォトニクスデバイスに望まれ
る発光波長によって異なる。障壁層の半導体材料は量子
井戸層の材料とは異なり、量子井戸層の材料よりも大き
いバンドギャップエネルギーと、より小さい屈折率を持
つものが使用される。
【０００５】活性層は、２つのクラッド層間に挟まれた
量子井戸構造から構成される。通常、量子井戸構造を構
成する半導体材料にはドーピングは実施しない。クラッ
ド層の一方にｎ型のドーピングを実施し、他方のクラッ
ド層にはｐ型のドーピングを実施する。従って、活性層
はｐｉｎ構造を持つことになる。
量子井戸構造から構成される。通常、量子井戸構造を構
成する半導体材料にはドーピングは実施しない。クラッ
ド層の一方にｎ型のドーピングを実施し、他方のクラッ
ド層にはｐ型のドーピングを実施する。従って、活性層
はｐｉｎ構造を持つことになる。
【０００６】１．３μｍ波長の光を生成する為のＶＣＳ
ＥＬの活性領域として、ガリウム砒素アンチモン（Ｇａ
ＡｓＳｂ）の量子井戸層とガリウム砒素（ＧａＡｓ）の
障壁層を含む量子井戸構造が提案されている。図１は、
１つの量子井戸層を含む量子井戸構造を使用した活性層
１０の一例におけるエネルギーバンド図である。これ
は、バンドエネルギーを縦軸に、そして基板からの距離
を横軸にプロットしたものである。
ＥＬの活性領域として、ガリウム砒素アンチモン（Ｇａ
ＡｓＳｂ）の量子井戸層とガリウム砒素（ＧａＡｓ）の
障壁層を含む量子井戸構造が提案されている。図１は、
１つの量子井戸層を含む量子井戸構造を使用した活性層
１０の一例におけるエネルギーバンド図である。これ
は、バンドエネルギーを縦軸に、そして基板からの距離
を横軸にプロットしたものである。
【０００７】活性層１０は、基板側クラッド層１２と、
ＧａＡｓから成る基板側障壁層１４と、ＧａＡｓＳｂか
ら成る量子井戸層１６と、ＧａＡｓから成る遠隔側（基
板から離れた側の）障壁層１８と、そして遠隔側クラッ
ド層２０から構成されている。図１のエネルギーバンド
図は、ここで述べた各層の半導体材料の伝導帯２２及び
価電子帯２４のエネルギーを示したものである。
ＧａＡｓから成る基板側障壁層１４と、ＧａＡｓＳｂか
ら成る量子井戸層１６と、ＧａＡｓから成る遠隔側（基
板から離れた側の）障壁層１８と、そして遠隔側クラッ
ド層２０から構成されている。図１のエネルギーバンド
図は、ここで述べた各層の半導体材料の伝導帯２２及び
価電子帯２４のエネルギーを示したものである。
【０００８】ＧａＡｓから成る障壁層１４及び１８と、
ＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層１６を含む量子井戸構
造は、タイプIIのヘテロ構造として知られる構造を持っ
ている。タイプIIのヘテロ構造においては、量子井戸層
１６のＧａＡｓＳｂ価電子帯２４におけるエネルギー
は、障壁層１４、１８のＧａＡｓ価電子帯のエネルギー
よりも大きく、量子井戸層のＧａＡｓＳｂ伝導帯２２に
おけるエネルギーも障壁層のＧａＡｓ伝導帯のエネルギ
ーより大きい。
ＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層１６を含む量子井戸構
造は、タイプIIのヘテロ構造として知られる構造を持っ
ている。タイプIIのヘテロ構造においては、量子井戸層
１６のＧａＡｓＳｂ価電子帯２４におけるエネルギー
は、障壁層１４、１８のＧａＡｓ価電子帯のエネルギー
よりも大きく、量子井戸層のＧａＡｓＳｂ伝導帯２２に
おけるエネルギーも障壁層のＧａＡｓ伝導帯のエネルギ
ーより大きい。
【０００９】タイプIIのヘテロ構造を持つ量子井戸構造
におけるバンドエネルギー構成は、電子２６を障壁層１
４、１８の伝導帯２２へと閉じ込め、正孔２８を量子井
戸層１６の価電子帯２４へと閉じ込めるものである。こ
の結果、物理的に異なる層に閉じ込められたキャリア間
において、電子・正孔再結合プロセスが生じるものであ
り、これは、空間間接プロセスと呼ばれる。タイプIIの
ヘテロ構造を持つ量子井戸構造を利用した活性層は、量
子井戸層材料又は障壁層材料のいずれかのバンドギャッ
プエネルギーよりも充分低いエネルギーを持つ光子を放
出・吸収することが出来る。このような活性層を使用し
たフォトニクスデバイスは、量子井戸構造材料のバンド
ギャップエネルギーに対応する波長よりも相当に長い波
長で作動する。しかしながら、タイプIIのヘテロ構造を
持つ量子井戸構造を使用した活性層は、電子及び正孔の
波動関数のオーバーラップが低いことから、利得は相対
的に低い。
におけるバンドエネルギー構成は、電子２６を障壁層１
４、１８の伝導帯２２へと閉じ込め、正孔２８を量子井
戸層１６の価電子帯２４へと閉じ込めるものである。こ
の結果、物理的に異なる層に閉じ込められたキャリア間
において、電子・正孔再結合プロセスが生じるものであ
り、これは、空間間接プロセスと呼ばれる。タイプIIの
ヘテロ構造を持つ量子井戸構造を利用した活性層は、量
子井戸層材料又は障壁層材料のいずれかのバンドギャッ
プエネルギーよりも充分低いエネルギーを持つ光子を放
出・吸収することが出来る。このような活性層を使用し
たフォトニクスデバイスは、量子井戸構造材料のバンド
ギャップエネルギーに対応する波長よりも相当に長い波
長で作動する。しかしながら、タイプIIのヘテロ構造を
持つ量子井戸構造を使用した活性層は、電子及び正孔の
波動関数のオーバーラップが低いことから、利得は相対
的に低い。
【００１０】タイプIIのヘテロ構造を持つ量子井戸構造
を使用した活性層における他の欠点としては、このよう
な活性層を用いた端面発光レーザの場合、その閾電流密
度がデバイスの寸法に、そしてその動作波長が稼動電流
に依存するという点である。このような閾電流密度及び
動作波長の変動は、数百ＧＨｚのチャネル間隔により厳
しい波長安定性要件が課せられる光通信用レーザにおい
ては問題となり得るのである。
を使用した活性層における他の欠点としては、このよう
な活性層を用いた端面発光レーザの場合、その閾電流密
度がデバイスの寸法に、そしてその動作波長が稼動電流
に依存するという点である。このような閾電流密度及び
動作波長の変動は、数百ＧＨｚのチャネル間隔により厳
しい波長安定性要件が課せられる光通信用レーザにおい
ては問題となり得るのである。
【００１１】加えて、１．３μｍ光を生成する活性層の
場合、量子井戸層１６のＧａＡｓＳｂのアンチモン（Ｓ
ｂ）の組成が、約０．３５（即ちＧａＡｓ１−ｘＳｂｘ
においてｘ＝約０．３５）である。アンチモンの組成が
このような場合、ＧａＡｓＳｂは、その格子定数がＧａ
Ａｓよりも実質的に大きくなり、ＧａＡｓを成長させる
際に量子井戸層に相当の圧縮性歪力がかかることにな
る。従って、この歪力の弛緩により生じる欠陥が許容し
得ない程に高い密度とならないように１つ又は２つ以上
の量子井戸を持つ活性領域を作成することは、困難なの
である。ＧａＡｓの障壁層では、ＧａＡｓ基板上に形成
したＧａＡｓＳｂ量子井戸層の歪力を補償することは出
来ない。
場合、量子井戸層１６のＧａＡｓＳｂのアンチモン（Ｓ
ｂ）の組成が、約０．３５（即ちＧａＡｓ１−ｘＳｂｘ
においてｘ＝約０．３５）である。アンチモンの組成が
このような場合、ＧａＡｓＳｂは、その格子定数がＧａ
Ａｓよりも実質的に大きくなり、ＧａＡｓを成長させる
際に量子井戸層に相当の圧縮性歪力がかかることにな
る。従って、この歪力の弛緩により生じる欠陥が許容し
得ない程に高い密度とならないように１つ又は２つ以上
の量子井戸を持つ活性領域を作成することは、困難なの
である。ＧａＡｓの障壁層では、ＧａＡｓ基板上に形成
したＧａＡｓＳｂ量子井戸層の歪力を補償することは出
来ない。
【００１２】１．３μｍ光を生成するように構成された
ＶＣＳＥＬの活性領域として提案された他の量子井戸構
造は、ガリウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）量子井
戸層とアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）障壁
層とから成る。図２は、１つの量子井戸層を持つこのよ
うな量子井戸構造を採用した活性層例４０のエネルギー
バンド図である。これは、図１のエネルギーバンド図と
同様、バンドエネルギーを縦座標に、基板からの距離を
横座標にプロットしたものである。
ＶＣＳＥＬの活性領域として提案された他の量子井戸構
造は、ガリウム砒素アンチモン（ＧａＡｓＳｂ）量子井
戸層とアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）障壁
層とから成る。図２は、１つの量子井戸層を持つこのよ
うな量子井戸構造を採用した活性層例４０のエネルギー
バンド図である。これは、図１のエネルギーバンド図と
同様、バンドエネルギーを縦座標に、基板からの距離を
横座標にプロットしたものである。
【００１３】活性層４０は基板側クラッド層４２と、Ａ
ｌＧａＡｓ基板側障壁層４４と、ＧａＡｓＳｂ量子井戸
層４６と、ＡｌＧａＡｓ遠隔側障壁層４８と、そして遠
隔側クラッド層５０とから構成されている。エネルギー
バンド図は、上述した半導体材料の伝導帯２２及び価電
子帯２４のエネルギーを示している。
ｌＧａＡｓ基板側障壁層４４と、ＧａＡｓＳｂ量子井戸
層４６と、ＡｌＧａＡｓ遠隔側障壁層４８と、そして遠
隔側クラッド層５０とから構成されている。エネルギー
バンド図は、上述した半導体材料の伝導帯２２及び価電
子帯２４のエネルギーを示している。
【００１４】ＡｌＧａＡｓの障壁層４４及び４８と、Ｇ
ａＡｓＳｂ量子井戸層４６から成る活性層は、タイプＩ
として知られるヘテロ構造を持っている。ＧａＡｓＳｂ
及びＡｌＧａＡｓから成るタイプＩヘテロ構造において
は、ＧａＡｓＳｂ量子井戸層４６の価電子帯２４におけ
るエネルギーはＡｌＧａＡｓ障壁層４４、４８の価電子
帯のエネルギーよりも大きいが、しかし、ＧａＡｓＳｂ
量子井戸層の伝導帯２２におけるエネルギーはＡｌＧａ
Ａｓ障壁層の伝導帯におけるエネルギーよりも小さい。
ａＡｓＳｂ量子井戸層４６から成る活性層は、タイプＩ
として知られるヘテロ構造を持っている。ＧａＡｓＳｂ
及びＡｌＧａＡｓから成るタイプＩヘテロ構造において
は、ＧａＡｓＳｂ量子井戸層４６の価電子帯２４におけ
るエネルギーはＡｌＧａＡｓ障壁層４４、４８の価電子
帯のエネルギーよりも大きいが、しかし、ＧａＡｓＳｂ
量子井戸層の伝導帯２２におけるエネルギーはＡｌＧａ
Ａｓ障壁層の伝導帯におけるエネルギーよりも小さい。
【００１５】タイプＩヘテロ構造を持つ量子井戸構造に
おけるバンドエネルギー構成は、電子５６を量子井戸層
４６の伝導帯２２に閉じ込め、正孔５８を量子井戸層４
６の価電子帯２４に閉じ込めるものである。この結果、
電子・正孔の再結合プロセスは同じ層中に閉じ込められ
たキャリア間で生じるもので、この再結合プロセスは空
間直接型と呼ばれており、活性領域４０の利得は図１に
示した活性領域１０よりも実質的に高いものとなる。更
に、タイプＩヘテロ構造を持つ量子井戸構造の閾電流密
度及び動作波長のデバイス寸法及び稼動電流に対する依
存度はそれぞれに低い。
おけるバンドエネルギー構成は、電子５６を量子井戸層
４６の伝導帯２２に閉じ込め、正孔５８を量子井戸層４
６の価電子帯２４に閉じ込めるものである。この結果、
電子・正孔の再結合プロセスは同じ層中に閉じ込められ
たキャリア間で生じるもので、この再結合プロセスは空
間直接型と呼ばれており、活性領域４０の利得は図１に
示した活性領域１０よりも実質的に高いものとなる。更
に、タイプＩヘテロ構造を持つ量子井戸構造の閾電流密
度及び動作波長のデバイス寸法及び稼動電流に対する依
存度はそれぞれに低い。
【００１６】しかしながら、障壁層４４及び４８のＡｌ
ＧａＡｓ中のアルミニウムの反応性が高いことから、Ｇ
ａＡｓＳｂの成長要件に合致する良好な結晶品質、高い
光学品質及び稼動信頼性をもって活性層４０を成膜する
ことは困難である。
ＧａＡｓ中のアルミニウムの反応性が高いことから、Ｇ
ａＡｓＳｂの成長要件に合致する良好な結晶品質、高い
光学品質及び稼動信頼性をもって活性層４０を成膜する
ことは困難である。
【００１７】加えて、１．３μｍ光を生成する活性層の
場合、ＧａＡｓＳｂ量子井戸層４６は約０．３５のアン
チモン（Ｓｂ）組成（即ちＧａＡｓ１−ｘＳｂｘにおい
てｘ＝約０．３５）を含んでいる。量子井戸は、室温で
のヘテロ接合エネルギー障壁におけるキャリアリークを
減じる為に、少なくとも４〜５ｋＴ（ｋはボルツマン定
数、Ｔはケルヴィン温度）の電子閉じ込め効果を持って
いることが望ましい。ＧａＡｓＳｂ量子井戸層４６にお
けるＳｂ組成が約０．３５で所望の電子閉じ込め効果を
得る為には、ＡｌＧａＡｓ障壁層４４、４８において、
Ａｌ組成が約０．２５以上（即ちＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ
においてｚ≧０．２５）なければならない。
場合、ＧａＡｓＳｂ量子井戸層４６は約０．３５のアン
チモン（Ｓｂ）組成（即ちＧａＡｓ１−ｘＳｂｘにおい
てｘ＝約０．３５）を含んでいる。量子井戸は、室温で
のヘテロ接合エネルギー障壁におけるキャリアリークを
減じる為に、少なくとも４〜５ｋＴ（ｋはボルツマン定
数、Ｔはケルヴィン温度）の電子閉じ込め効果を持って
いることが望ましい。ＧａＡｓＳｂ量子井戸層４６にお
けるＳｂ組成が約０．３５で所望の電子閉じ込め効果を
得る為には、ＡｌＧａＡｓ障壁層４４、４８において、
Ａｌ組成が約０．２５以上（即ちＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ
においてｚ≧０．２５）なければならない。
【００１８】アンチモンはＧａＡｓＳｂと比べて低い平
衡蒸気圧を持ち、そしてＧａＡｓＳｂは低い融点、よっ
て低い熱力学的安定温度を持っている。この結果、Ｇａ
ＡｓＳｂ量子井戸層４６は、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＡｓ
が成膜される従来の温度よりも、約１００℃ほど低い温
度で成長させなければならないのである。更に、Ｇａ−
Ａｓ結合の熱力学的安定性は低く、Ｓｂ種は低い揮発性
を持っている。この結果、ＧａＡｓＳｂ量子井戸層は更
に非常に低いＶ／III率と低いＡｓ／Ｇａ比率でのエピ
タキシ成長により成膜されるのである。低いＡｓ過圧と
低い成長温度は、ＡｌＧａＡｓ障壁層の結晶品質を損な
うものである。これらの条件下においては、障壁層４
４、４８のアルミニウムの高い反応性により、ＭＯＣＶ
Ｄ先駆物質から炭素と酸素を取り込んだＡｌＧａＡｓ障
壁層が形成されるのである。これらの不純物は、非放射
性再結合中心として作用し、更にはこのフォトニクスデ
バイスの長期的信頼性を損なってしまうのである。障壁
層４４、４８のＡｌＧａＡｓ中に入り込んだ炭素は、バ
ックグラウンドのｐ型不純物レベルを高めてしまい、自
由キャリア吸収の増大を引き起こすことになる。この結
果、光学損失の増大と、これに対応した閾電流密度の増
大が生じるのである。
衡蒸気圧を持ち、そしてＧａＡｓＳｂは低い融点、よっ
て低い熱力学的安定温度を持っている。この結果、Ｇａ
ＡｓＳｂ量子井戸層４６は、ＡｌＧａＡｓ及びＧａＡｓ
が成膜される従来の温度よりも、約１００℃ほど低い温
度で成長させなければならないのである。更に、Ｇａ−
Ａｓ結合の熱力学的安定性は低く、Ｓｂ種は低い揮発性
を持っている。この結果、ＧａＡｓＳｂ量子井戸層は更
に非常に低いＶ／III率と低いＡｓ／Ｇａ比率でのエピ
タキシ成長により成膜されるのである。低いＡｓ過圧と
低い成長温度は、ＡｌＧａＡｓ障壁層の結晶品質を損な
うものである。これらの条件下においては、障壁層４
４、４８のアルミニウムの高い反応性により、ＭＯＣＶ
Ｄ先駆物質から炭素と酸素を取り込んだＡｌＧａＡｓ障
壁層が形成されるのである。これらの不純物は、非放射
性再結合中心として作用し、更にはこのフォトニクスデ
バイスの長期的信頼性を損なってしまうのである。障壁
層４４、４８のＡｌＧａＡｓ中に入り込んだ炭素は、バ
ックグラウンドのｐ型不純物レベルを高めてしまい、自
由キャリア吸収の増大を引き起こすことになる。この結
果、光学損失の増大と、これに対応した閾電流密度の増
大が生じるのである。
【００１９】最後に、ＡｌＧａＡｓは、実質的にＧａＡ
ｓと同じ格子定数を持っている為、ＡｌＧａＡｓ障壁層
はＧａＡｓＳｂ量子井戸層とＧａＡｓ基板との間の歪力
を補償する能力を持たない。このことから、許容範囲を
超えた高い欠陥密度を生じることなく量子井戸構造中に
設けることが出来る量子井戸層の数が制約される。
ｓと同じ格子定数を持っている為、ＡｌＧａＡｓ障壁層
はＧａＡｓＳｂ量子井戸層とＧａＡｓ基板との間の歪力
を補償する能力を持たない。このことから、許容範囲を
超えた高い欠陥密度を生じることなく量子井戸構造中に
設けることが出来る量子井戸層の数が制約される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】よって、低い閾値電
流、安定した動作波長、そして高い量子効率を提供する
長波長フォトニクスデバイスの活性領域が必要とされて
いるのである。より具体的には、高利得、高透光性、低
自由キャリア損失、低い非放射性再結合中心密度と、そ
してタイプＩヘテロ構造を併せ持つ活性領域が必要とさ
れているのである。活性層を構成する材料の伝導帯及び
価電子帯には、高電流駆動条件下におけるキャリアリー
クを防止するに充分な大きいずれがなければならない。
活性領域は１．３μｍ波長範囲の光を生成することが出
来、かつ実質的にＧａＡｓ基板に格子整合したものでな
ければならない。
流、安定した動作波長、そして高い量子効率を提供する
長波長フォトニクスデバイスの活性領域が必要とされて
いるのである。より具体的には、高利得、高透光性、低
自由キャリア損失、低い非放射性再結合中心密度と、そ
してタイプＩヘテロ構造を併せ持つ活性領域が必要とさ
れているのである。活性層を構成する材料の伝導帯及び
価電子帯には、高電流駆動条件下におけるキャリアリー
クを防止するに充分な大きいずれがなければならない。
活性領域は１．３μｍ波長範囲の光を生成することが出
来、かつ実質的にＧａＡｓ基板に格子整合したものでな
ければならない。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＩｎｙＧａ
１−ｙＡｓＳｂ（ここでｙ≧０）の量子井戸層材料から
成る量子井戸層を少なくとも１つ含み、更に対応する数
の、各々がガリウム及び燐を含む材料から成る障壁層を
含む長波長フォトニクスデバイスを提供するものであ
る。障壁層材料は、量子井戸層材料の伝導帯エネルギー
レベルよりも高い伝導帯エネルギーレベルと、量子井戸
層材料の価電子帯エネルギーレベルよりも低い価電子帯
エネルギーレベルを持っている。
１−ｙＡｓＳｂ（ここでｙ≧０）の量子井戸層材料から
成る量子井戸層を少なくとも１つ含み、更に対応する数
の、各々がガリウム及び燐を含む材料から成る障壁層を
含む長波長フォトニクスデバイスを提供するものであ
る。障壁層材料は、量子井戸層材料の伝導帯エネルギー
レベルよりも高い伝導帯エネルギーレベルと、量子井戸
層材料の価電子帯エネルギーレベルよりも低い価電子帯
エネルギーレベルを持っている。
【００２２】このようなバンドエネルギーレベル間の関
係とした結果、活性層は正孔と電子の両方が量子井戸層
中に閉じ込められ、正孔・電子間の再結合が空間直接的
に発生する、タイプＩのヘテロ構造を持つことになる。
この結果、フォトニクスデバイスは、高い利得と量子効
率、そして低い閾値電流を持つことになる。このフォト
ニクスデバイスは、温度や作動電流には実質的に依存し
ない波長において長波長光を生成するものである。更
に、燐を含む障壁層材料は量子井戸層の表面を損なう危
険を伴わずに高いＶ／III比率で成膜することが可能で
あり、従って量子井戸層と障壁層との間に、シャープで
輪郭のはっきりした界面を確実に作ることが出来る。最
後に、Ｉｎ及びＰを含む障壁層材料は、量子井戸層とＧ
ａＡｓ又はＩｎＰ基板との間の歪力を補償することが出
来る。これにより、複数の量子井戸層を含む量子井戸構
造の欠陥密度を低く抑えることが出来る。
係とした結果、活性層は正孔と電子の両方が量子井戸層
中に閉じ込められ、正孔・電子間の再結合が空間直接的
に発生する、タイプＩのヘテロ構造を持つことになる。
この結果、フォトニクスデバイスは、高い利得と量子効
率、そして低い閾値電流を持つことになる。このフォト
ニクスデバイスは、温度や作動電流には実質的に依存し
ない波長において長波長光を生成するものである。更
に、燐を含む障壁層材料は量子井戸層の表面を損なう危
険を伴わずに高いＶ／III比率で成膜することが可能で
あり、従って量子井戸層と障壁層との間に、シャープで
輪郭のはっきりした界面を確実に作ることが出来る。最
後に、Ｉｎ及びＰを含む障壁層材料は、量子井戸層とＧ
ａＡｓ又はＩｎＰ基板との間の歪力を補償することが出
来る。これにより、複数の量子井戸層を含む量子井戸構
造の欠陥密度を低く抑えることが出来る。
【００２３】以下の説明及び添付図を参照することによ
り、本発明の他のシステム、方法、特徴及び利点が当業
者に明らかとなる。本説明に含まれるこれらの更なるシ
ステム、方法、特徴及び利点の全ては本発明の範囲に含
まれるものであり、請求項により保護されるものであ
る。
り、本発明の他のシステム、方法、特徴及び利点が当業
者に明らかとなる。本説明に含まれるこれらの更なるシ
ステム、方法、特徴及び利点の全ては本発明の範囲に含
まれるものであり、請求項により保護されるものであ
る。
【００２４】本発明は、添付図の参照により、より容易
に理解することが出来る。図中の要素の寸法は必ずしも
相互に対応したものではなく、本発明の原理をより明確
に説明することに重点をおいて描いたものである。
に理解することが出来る。図中の要素の寸法は必ずしも
相互に対応したものではなく、本発明の原理をより明確
に説明することに重点をおいて描いたものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】添付図を参照しつつ本発明の説明
を以下に詳細に説明する。図中、複数の図を通じて同様
の符号は対応する要素を示すものである。
を以下に詳細に説明する。図中、複数の図を通じて同様
の符号は対応する要素を示すものである。
【００２６】図３（ａ）は、本発明に基づくフォトニク
スデバイスの一実施例１００の部分的な概略側面図であ
る。フォトニクスデバイス１００は、基板１０２及び活
性層１０４を含む。活性層は、基板側クラッド層１１２
と遠隔側クラッド層１２０と、これらに挟まれた量子井
戸構造１０６を含んでいる。量子井戸構造は、基板側障
壁層１１４と遠隔側障壁層１１８と、これらに挟まれた
量子井戸層１１６とを含む。
スデバイスの一実施例１００の部分的な概略側面図であ
る。フォトニクスデバイス１００は、基板１０２及び活
性層１０４を含む。活性層は、基板側クラッド層１１２
と遠隔側クラッド層１２０と、これらに挟まれた量子井
戸構造１０６を含んでいる。量子井戸構造は、基板側障
壁層１１４と遠隔側障壁層１１８と、これらに挟まれた
量子井戸層１１６とを含む。
【００２７】量子井戸構造１０６において、量子井戸層
１１６は、ガリウム砒素アンチモンを含む量子井戸層材
料の層である。量子井戸層は、約１ｎｍ〜１０ｎｍの範
囲の厚さを持つ。
１１６は、ガリウム砒素アンチモンを含む量子井戸層材
料の層である。量子井戸層は、約１ｎｍ〜１０ｎｍの範
囲の厚さを持つ。
【００２８】量子井戸層１１６の量子井戸層材料のガリ
ウム砒素アンチモンにおけるアンチモン組成（即ち、Ｇ
ａＡｓ１−ｘＳｂｘにおけるｘの値）は、所望の動作波
長に対応するバンドギャップエネルギーが得られるよう
に設定されている。アンチモン組成が０．３５である場
合、動作波長１．３μｍに対応する約０．９４ｅＶのバ
ンドギャップエネルギーが得られ、アンチモン組成が約
０．４９の場合は、動作波長１．５５μｍに対応する約
０．７８ｅＶのバンドギャップエネルギーが得られる。
約０．３５のアンチモンを含むＧａＡｓＳｂは、格子定
数が約０．５８０ｎｍであり、約０．４９のアンチモン
を含むＧａＡｓＳｂは、格子定数が約０．５８５ｎｍで
ある。動作波長１．３μｍ及び１．５５μｍに対応する
バンドギャップエネルギーをもたらす正確なアンチモン
組成は、更に量子井戸の幅にも依存する。
ウム砒素アンチモンにおけるアンチモン組成（即ち、Ｇ
ａＡｓ１−ｘＳｂｘにおけるｘの値）は、所望の動作波
長に対応するバンドギャップエネルギーが得られるよう
に設定されている。アンチモン組成が０．３５である場
合、動作波長１．３μｍに対応する約０．９４ｅＶのバ
ンドギャップエネルギーが得られ、アンチモン組成が約
０．４９の場合は、動作波長１．５５μｍに対応する約
０．７８ｅＶのバンドギャップエネルギーが得られる。
約０．３５のアンチモンを含むＧａＡｓＳｂは、格子定
数が約０．５８０ｎｍであり、約０．４９のアンチモン
を含むＧａＡｓＳｂは、格子定数が約０．５８５ｎｍで
ある。動作波長１．３μｍ及び１．５５μｍに対応する
バンドギャップエネルギーをもたらす正確なアンチモン
組成は、更に量子井戸の幅にも依存する。
【００２９】上述したものと異なる動作波長について
は、アンチモン組成ｘを適正な値に設定することにより
得ることが出来る。例えば、上述した１．３μｍ波長範
囲、或いは１．５５μｍ波長範囲のいずれかに動作波長
を設定する為には、上述した値とは異なるアンチモン組
成比を使用すれば良い。
は、アンチモン組成ｘを適正な値に設定することにより
得ることが出来る。例えば、上述した１．３μｍ波長範
囲、或いは１．５５μｍ波長範囲のいずれかに動作波長
を設定する為には、上述した値とは異なるアンチモン組
成比を使用すれば良い。
【００３０】量子井戸構造１０６における障壁層１１４
及び１１８は、各々に障壁層材料の層である。障壁層材
料は、ガリウム及び燐を含むIII−Ｖ族半導体である。
障壁層材料は、量子井戸層材料の伝導帯エネルギーレベ
ルよりも高い伝導帯エネルギーレベルを持ち、量子井戸
層材料の価電子帯エネルギーレベルよりも低い価電子帯
エネルギーレベルを持つ。障壁層の各々は、約１ｎｍ〜
４０ｎｍの範囲の厚さを持つ。
及び１１８は、各々に障壁層材料の層である。障壁層材
料は、ガリウム及び燐を含むIII−Ｖ族半導体である。
障壁層材料は、量子井戸層材料の伝導帯エネルギーレベ
ルよりも高い伝導帯エネルギーレベルを持ち、量子井戸
層材料の価電子帯エネルギーレベルよりも低い価電子帯
エネルギーレベルを持つ。障壁層の各々は、約１ｎｍ〜
４０ｎｍの範囲の厚さを持つ。
【００３１】基板側クラッド層１１２及び遠隔側クラッ
ド層１２０は、アルミニウム成分を、約０．２〜０．８
（即ち、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおいて、約０．２≦ｘ
≦約０．８）含むアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａ
Ａｓ）の層である。代表的なｘ値は約０．４である。ク
ラッド層の各々は、クラッド層材料中の量子井戸構造１
０６で生成される光の１波長分に対応する最低厚を持っ
ており、例えば、ｔｃをクラッド層の厚さ、λを量子井
戸構造中で生成される光の波長、そしてｎｃをクラッド
層のＡｌＧａＡｓの反射率とした場合、ｔｃ＝λ／ｎｃ
で表される。これらのクラッド層は、逆の導電型を持つ
ことになるようにドーピングされている。代表的には、
基板側クラッド層１１２はｎ型に、そして遠隔側クラッ
ド層１２０はｐ型にドーピングされるが、これらのクラ
ッド層は逆にドーピングしても良い。
ド層１２０は、アルミニウム成分を、約０．２〜０．８
（即ち、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓにおいて、約０．２≦ｘ
≦約０．８）含むアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａ
Ａｓ）の層である。代表的なｘ値は約０．４である。ク
ラッド層の各々は、クラッド層材料中の量子井戸構造１
０６で生成される光の１波長分に対応する最低厚を持っ
ており、例えば、ｔｃをクラッド層の厚さ、λを量子井
戸構造中で生成される光の波長、そしてｎｃをクラッド
層のＡｌＧａＡｓの反射率とした場合、ｔｃ＝λ／ｎｃ
で表される。これらのクラッド層は、逆の導電型を持つ
ことになるようにドーピングされている。代表的には、
基板側クラッド層１１２はｎ型に、そして遠隔側クラッ
ド層１２０はｐ型にドーピングされるが、これらのクラ
ッド層は逆にドーピングしても良い。
【００３２】図３（ｂ）は、障壁層材料と量子井戸層材
料の伝導帯エネルギーレベル間、そして障壁層材料と量
子井戸層材料の価電子帯エネルギーレベル間の上述した
関係を適用することが出来る活性層１０４のエネルギー
バンド図である。バンドエネルギーレベル間の関係をこ
のようにした結果、量子井戸構造１０６はタイプＩヘテ
ロ構造を持つことになる。正孔と電子はいずれも量子井
戸層１１６中に閉じ込められている為、正孔・電子間の
再結合は、空間直接的に生じる。この結果、フォトニク
スデバイス１００は、高利得、高量子効率、及び低閾電
流を持つに至り、更に温度や稼動電流には実質的に依存
しない波長の光を生成することが出来るようになるので
ある。これらの特性はフォトニクスデバイスにおいては
非常に望ましいものである。
料の伝導帯エネルギーレベル間、そして障壁層材料と量
子井戸層材料の価電子帯エネルギーレベル間の上述した
関係を適用することが出来る活性層１０４のエネルギー
バンド図である。バンドエネルギーレベル間の関係をこ
のようにした結果、量子井戸構造１０６はタイプＩヘテ
ロ構造を持つことになる。正孔と電子はいずれも量子井
戸層１１６中に閉じ込められている為、正孔・電子間の
再結合は、空間直接的に生じる。この結果、フォトニク
スデバイス１００は、高利得、高量子効率、及び低閾電
流を持つに至り、更に温度や稼動電流には実質的に依存
しない波長の光を生成することが出来るようになるので
ある。これらの特性はフォトニクスデバイスにおいては
非常に望ましいものである。
【００３３】図４は、インジウムガリウム燐を障壁層材
料に用いた場合の適性を示す図である。図４は、ＧａＡ
ｓＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎｙＧａ１−ｙＰ、及びＩｎｙＧ
ａ１ −ｙＰの極端な例（ｙ＝０（ＧａＰ）及びｙ＝１
（ＩｎＰ））における伝導帯及び価電子帯のエネルギー
レベルを示すエネルギーバンド図２００である。伝導帯
エネルギーレベル及び価電子帯エネルギーレベルが各材
料について示されている。各エネルギーバンドレベル付
近にある数値は、相対的なエネルギーバンドレベルを電
子ボルト（ｅＶ）で示したものである。各数値の前には
Ｃ又はＶの符号がついている。Ｃはその数値が伝導帯エ
ネルギーレベルであることを示し、Ｖはその数値が価電
子帯エネルギーレベルであることを示している。これら
の相対的なエネルギーバンドレベルは、アルミニウム砒
素（ＡｌＡｓ）の価電子帯のエネルギーバンドレベルを
基準レベルとして参照したものである。換言すれば、エ
ネルギーバンド図２００の縦座標におけるゼロが、Ａｌ
Ａｓの価電子帯のエネルギーバンドレベルに対応すると
いうことである。
料に用いた場合の適性を示す図である。図４は、ＧａＡ
ｓＳｂ、ＧａＡｓ、ＩｎｙＧａ１−ｙＰ、及びＩｎｙＧ
ａ１ −ｙＰの極端な例（ｙ＝０（ＧａＰ）及びｙ＝１
（ＩｎＰ））における伝導帯及び価電子帯のエネルギー
レベルを示すエネルギーバンド図２００である。伝導帯
エネルギーレベル及び価電子帯エネルギーレベルが各材
料について示されている。各エネルギーバンドレベル付
近にある数値は、相対的なエネルギーバンドレベルを電
子ボルト（ｅＶ）で示したものである。各数値の前には
Ｃ又はＶの符号がついている。Ｃはその数値が伝導帯エ
ネルギーレベルであることを示し、Ｖはその数値が価電
子帯エネルギーレベルであることを示している。これら
の相対的なエネルギーバンドレベルは、アルミニウム砒
素（ＡｌＡｓ）の価電子帯のエネルギーバンドレベルを
基準レベルとして参照したものである。換言すれば、エ
ネルギーバンド図２００の縦座標におけるゼロが、Ａｌ
Ａｓの価電子帯のエネルギーバンドレベルに対応すると
いうことである。
【００３４】エネルギーバンド図２００は、ｘ＝０．４
９である量子井戸層材料ＧａＡｓ１ −ｘＳｂｘの伝導帯
におけるエネルギーレベル２０２と、その価電子帯にお
けるエネルギーレベル２０４とを示している。このエネ
ルギーバンド図には更に、ＧａＡｓの伝導帯のエネルギ
ーレベル２０６と価電子帯のエネルギーレベル２０８も
参照基準として示されている。
９である量子井戸層材料ＧａＡｓ１ −ｘＳｂｘの伝導帯
におけるエネルギーレベル２０２と、その価電子帯にお
けるエネルギーレベル２０４とを示している。このエネ
ルギーバンド図には更に、ＧａＡｓの伝導帯のエネルギ
ーレベル２０６と価電子帯のエネルギーレベル２０８も
参照基準として示されている。
【００３５】図４に示したエネルギーレベルは、歪力を
与えられていない状態の材料のエネルギーバンドレベル
である点に留意が必要である。異なる格子定数を持つ材
料を隣接させて積層した場合は歪力がかかることにな
り、歪力がかかっていない状態にある材料のエネルギー
バンドレベルを変化させてしまうることになる。例え
ば、ＧａＡｓ上にＧａＡｓＳｂを成膜した場合、圧縮力
が生じてＧａＡｓＳｂの伝導帯のエネルギーレベルが増
大することになる。従って、図４に示した歪力のかかっ
ていないＧａＡｓＳｂのエネルギーバンドレベルはこの
材料がタイプＩのバンド構成を持つことを示してはいる
が、ＧａＡｓ上に成膜させたＧａＡｓＳｂは、図１に示
したタイプIIのバンド構成を持つことになるのである。
与えられていない状態の材料のエネルギーバンドレベル
である点に留意が必要である。異なる格子定数を持つ材
料を隣接させて積層した場合は歪力がかかることにな
り、歪力がかかっていない状態にある材料のエネルギー
バンドレベルを変化させてしまうることになる。例え
ば、ＧａＡｓ上にＧａＡｓＳｂを成膜した場合、圧縮力
が生じてＧａＡｓＳｂの伝導帯のエネルギーレベルが増
大することになる。従って、図４に示した歪力のかかっ
ていないＧａＡｓＳｂのエネルギーバンドレベルはこの
材料がタイプＩのバンド構成を持つことを示してはいる
が、ＧａＡｓ上に成膜させたＧａＡｓＳｂは、図１に示
したタイプIIのバンド構成を持つことになるのである。
【００３６】本発明者らは、量子井戸層材料ＧａＡｓ
１−ｘＳｂｘ（ｘ＝０．３５）の信頼に足るエネルギー
バンド情報（即ち、約１．３μｍで作動するフォトニク
スデバイスでの使用に適したＧａＡｓＳｂ構成）を得る
ことが出来なかった。しかしながら、図４の符号２１０
は、アンチモン成分が０．３５であるＧａＡｓＳｂにつ
いての最悪の伝導帯エネルギーレベルを示している。こ
の最悪の伝導帯エネルギーレベルは、伝導帯エネルギー
レベルを増大したことの全結果として、バンドギャップ
エネルギーが０．８ｅＶから０．９４ｅＶへと増大した
という仮定に基づくものである。
１−ｘＳｂｘ（ｘ＝０．３５）の信頼に足るエネルギー
バンド情報（即ち、約１．３μｍで作動するフォトニク
スデバイスでの使用に適したＧａＡｓＳｂ構成）を得る
ことが出来なかった。しかしながら、図４の符号２１０
は、アンチモン成分が０．３５であるＧａＡｓＳｂにつ
いての最悪の伝導帯エネルギーレベルを示している。こ
の最悪の伝導帯エネルギーレベルは、伝導帯エネルギー
レベルを増大したことの全結果として、バンドギャップ
エネルギーが０．８ｅＶから０．９４ｅＶへと増大した
という仮定に基づくものである。
【００３７】エネルギーバンド図２００は更に、ＩｎＧ
ａＰ及びその極端な例であるＧａＰ及びＩｎＰの伝導帯
及び価電子帯のエネルギーバンドレベルを示している。
上限及び下限閾値の間にあるインジウム成分ｙを持つＩ
ｎＧａＰは、障壁層１１４及び１１８を製作する障壁材
料として、潜在的に好適である。ＧａＰは約０．２９ｅ
Ｖの価電子帯エネルギーレベル２１２を持ち、ＩｎＰは
約０．２０ｅＶの価電子帯エネルギーレベル２１４を持
っている。従って、インジウム成分によらずＩｎＧａＰ
の価電子帯エネルギーレベルは、ＧａＡｓＳｂの価電子
帯エネルギーレベルよりも低くなる。この結果、あらゆ
るインジウム成分を持つＩｎＧａＰは、障壁層材料の価
電子帯エネルギーレベルが量子井戸層材料の価電子帯エ
ネルギーレベルよりも低くなければならないという、上
述した基準を満たすことになるのである。
ａＰ及びその極端な例であるＧａＰ及びＩｎＰの伝導帯
及び価電子帯のエネルギーバンドレベルを示している。
上限及び下限閾値の間にあるインジウム成分ｙを持つＩ
ｎＧａＰは、障壁層１１４及び１１８を製作する障壁材
料として、潜在的に好適である。ＧａＰは約０．２９ｅ
Ｖの価電子帯エネルギーレベル２１２を持ち、ＩｎＰは
約０．２０ｅＶの価電子帯エネルギーレベル２１４を持
っている。従って、インジウム成分によらずＩｎＧａＰ
の価電子帯エネルギーレベルは、ＧａＡｓＳｂの価電子
帯エネルギーレベルよりも低くなる。この結果、あらゆ
るインジウム成分を持つＩｎＧａＰは、障壁層材料の価
電子帯エネルギーレベルが量子井戸層材料の価電子帯エ
ネルギーレベルよりも低くなければならないという、上
述した基準を満たすことになるのである。
【００３８】ＧａＰの伝導帯エネルギーレベル２１６は
約２．５５ｅＶであり、ＩｎＰの伝導帯エネルギーレベ
ル２１８は約１．５２ｅＶである。従って、ＧａＰの伝
導帯エネルギーレベルは量子井戸層材料の伝導帯エネル
ギーレベル２０２又は２１０よりも高いということであ
り、ＩｎＰの伝導帯エネルギーレベルは量子井戸層材料
のそれよりも低いということである。よって、インジウ
ム成分が上限レベルよりも小さいＩｎＧａＰのみが量子
井戸層材料の伝導帯エネルギーレベルよりも高い伝導帯
エネルギーレベルを持つということであり、障壁層材料
の伝導帯エネルギーレベルは量子井戸層材料の伝導帯エ
ネルギーレベルよりも大きくなければならないという、
上述した基準を満たすことになる。Ｉｎ成分の上限閾値
レベルは、フォトニクスデバイス１００の動作波長に依
存し、より長い動作波長になるに従って大きくなる。上
限閾値レベルは、１．３μｍの動作波長においては約
０．７５であり、１．５５μｍの動作波長においては約
０．８５である。１．３μｍの波長範囲及び１．５５μ
ｍの波長範囲にある他の動作波長に対する上限閾値レベ
ルは、当業者には明らかである。
約２．５５ｅＶであり、ＩｎＰの伝導帯エネルギーレベ
ル２１８は約１．５２ｅＶである。従って、ＧａＰの伝
導帯エネルギーレベルは量子井戸層材料の伝導帯エネル
ギーレベル２０２又は２１０よりも高いということであ
り、ＩｎＰの伝導帯エネルギーレベルは量子井戸層材料
のそれよりも低いということである。よって、インジウ
ム成分が上限レベルよりも小さいＩｎＧａＰのみが量子
井戸層材料の伝導帯エネルギーレベルよりも高い伝導帯
エネルギーレベルを持つということであり、障壁層材料
の伝導帯エネルギーレベルは量子井戸層材料の伝導帯エ
ネルギーレベルよりも大きくなければならないという、
上述した基準を満たすことになる。Ｉｎ成分の上限閾値
レベルは、フォトニクスデバイス１００の動作波長に依
存し、より長い動作波長になるに従って大きくなる。上
限閾値レベルは、１．３μｍの動作波長においては約
０．７５であり、１．５５μｍの動作波長においては約
０．８５である。１．３μｍの波長範囲及び１．５５μ
ｍの波長範囲にある他の動作波長に対する上限閾値レベ
ルは、当業者には明らかである。
【００３９】電子及び正孔の間接再結合は、Ｉｎ成分が
下限閾値レベルよりも低いＧａＰ及びＩｎＧａＰにおい
て生じる。三元ＩｎＧａＰにおいては、下限閾値レベル
は約０．２５である。間接再結合は望ましくない為、障
壁層材料のＩｎＧａＰは上限閾値レベルと下限閾値レベ
ルの間のインジウム成分を持たせるべきである（即ち、
ＩｎｙＧａ１−ｙＰにおいて、約１．３μｍでは約０．
２５≦ｙ≦約０．７５、約１．５５μｍでは約０．２５
≦ｙ≦約０．８５）。
下限閾値レベルよりも低いＧａＰ及びＩｎＧａＰにおい
て生じる。三元ＩｎＧａＰにおいては、下限閾値レベル
は約０．２５である。間接再結合は望ましくない為、障
壁層材料のＩｎＧａＰは上限閾値レベルと下限閾値レベ
ルの間のインジウム成分を持たせるべきである（即ち、
ＩｎｙＧａ１−ｙＰにおいて、約１．３μｍでは約０．
２５≦ｙ≦約０．７５、約１．５５μｍでは約０．２５
≦ｙ≦約０．８５）。
【００４０】図４は、ＧａＰ及びＩｎＰの伝導帯エネル
ギーレベルの間にある伝導帯エネルギーレベル２２０
と、ＧａＰ及びＩｎＰの価電子帯エネルギーレベルの間
にある価電子帯エネルギーレベル２２２を持つＩｎｙＧ
ａ１−ｙＰの一例を示している。
ギーレベルの間にある伝導帯エネルギーレベル２２０
と、ＧａＰ及びＩｎＰの価電子帯エネルギーレベルの間
にある価電子帯エネルギーレベル２２２を持つＩｎｙＧ
ａ１−ｙＰの一例を示している。
【００４１】ＧａＰの格子定数は、ＧａＡｓＳｂ、Ｇａ
Ａｓ及びＩｎＰの格子定数よりも小さい。従って、第三
の閾値よりも小さいインジウム成分ｙを持つＩｎＧａＰ
は、基板材料がＧａＡｓ又はＩｎＰである場合におい
て、量子井戸層１１６と基板１０２間の歪力を補償する
ことが出来る。これにより、量子井戸構造１０６には許
容範囲内に収まる低い欠陥レベルで複数の量子井戸層を
設けることが出来るようになる。歪力を補償する場合、
上述したインジウム成分ｙの範囲が更に制約されること
になる。
Ａｓ及びＩｎＰの格子定数よりも小さい。従って、第三
の閾値よりも小さいインジウム成分ｙを持つＩｎＧａＰ
は、基板材料がＧａＡｓ又はＩｎＰである場合におい
て、量子井戸層１１６と基板１０２間の歪力を補償する
ことが出来る。これにより、量子井戸構造１０６には許
容範囲内に収まる低い欠陥レベルで複数の量子井戸層を
設けることが出来るようになる。歪力を補償する場合、
上述したインジウム成分ｙの範囲が更に制約されること
になる。
【００４２】ＩｎｙＧａ１−ｙＰは、インジウム成分ｙ
が約０．５の場合、ＧａＡｓに格子整合する。従って、
ｙが約０．５よりも小さいＩｎｙＧａ１−ｙＰは、Ｇａ
ＡｓＳｂとＧａＡｓ基板間の歪力を補償するものとな
る。基板材料がＩｎＰの場合、どのようなインジウム成
分であっても、ＩｎｙＧａ１−ｙＰは歪力の補償を提供
する。
が約０．５の場合、ＧａＡｓに格子整合する。従って、
ｙが約０．５よりも小さいＩｎｙＧａ１−ｙＰは、Ｇａ
ＡｓＳｂとＧａＡｓ基板間の歪力を補償するものとな
る。基板材料がＩｎＰの場合、どのようなインジウム成
分であっても、ＩｎｙＧａ１−ｙＰは歪力の補償を提供
する。
【００４３】量子井戸層１１６の量子井戸層材料よりも
高い伝導帯エネルギーレベルを提供するＩｎ組成を持つ
ＩｎＧａＰを障壁層材料として使用した場合、更なる利
点を得ることが出来る。砒素を含むものではなく、燐を
含む障壁層材料を使用することにより、量子井戸層の量
子井戸層材料が安定する。この結果、金属有機物化学蒸
着法（ＭＯＣＶＤ）により層が製作される場合に量子井
戸層と障壁層との間の界面がよりシャープにはっきりと
画定されることになる。遠隔側障壁層が砒素を含む障壁
層材料で生成される場合、III族元素‐Ａｓ結合の非常
に低いギブス自由エネルギーにより、障壁層材料中のＡ
ｓ原子の一部が量子井戸層のＧａＡｓＳｂ量子井戸層材
料中のＳｂ原子に置き換わる傾向がある。Ｓｂ原子がＡ
ｓ原子で置き換えられると、界面のシャープさが損なわ
れる。III族元素‐Ｐ結合はより大きいギブス自由エネ
ルギーを持っている為、燐を含む障壁層材料から遠隔側
障壁層１１８が成膜される場合、量子井戸層材料中のＳ
ｂ原子と置き換えられるＰ原子はかなり少なくてすむ。
この結果、燐を含む障壁層材料から成る障壁層は、高い
Ｖ／III比率で成膜しても量子井戸層の表面を損傷した
り、層間界面のシャープさを損なったりする可能性が低
いのである。
高い伝導帯エネルギーレベルを提供するＩｎ組成を持つ
ＩｎＧａＰを障壁層材料として使用した場合、更なる利
点を得ることが出来る。砒素を含むものではなく、燐を
含む障壁層材料を使用することにより、量子井戸層の量
子井戸層材料が安定する。この結果、金属有機物化学蒸
着法（ＭＯＣＶＤ）により層が製作される場合に量子井
戸層と障壁層との間の界面がよりシャープにはっきりと
画定されることになる。遠隔側障壁層が砒素を含む障壁
層材料で生成される場合、III族元素‐Ａｓ結合の非常
に低いギブス自由エネルギーにより、障壁層材料中のＡ
ｓ原子の一部が量子井戸層のＧａＡｓＳｂ量子井戸層材
料中のＳｂ原子に置き換わる傾向がある。Ｓｂ原子がＡ
ｓ原子で置き換えられると、界面のシャープさが損なわ
れる。III族元素‐Ｐ結合はより大きいギブス自由エネ
ルギーを持っている為、燐を含む障壁層材料から遠隔側
障壁層１１８が成膜される場合、量子井戸層材料中のＳ
ｂ原子と置き換えられるＰ原子はかなり少なくてすむ。
この結果、燐を含む障壁層材料から成る障壁層は、高い
Ｖ／III比率で成膜しても量子井戸層の表面を損傷した
り、層間界面のシャープさを損なったりする可能性が低
いのである。
【００４４】ここまでのところでは、量子井戸層１１６
を形成する量子井戸層材料がＧａＡｓＳｂを含む特定の
例を参照しつつ本発明を説明してきた。しかしながら、
量子井戸層材料は更にインジウムを含むものであっても
良い。よって本発明に基づくフォトニクスデバイスにお
いては、量子井戸層材料としてインジウムガリウム砒素
アンチモンが含まれ、そのインジウム成分はゼロ以上で
ある（即ち、ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＳｂにおいて、ｙ≧
０）。
を形成する量子井戸層材料がＧａＡｓＳｂを含む特定の
例を参照しつつ本発明を説明してきた。しかしながら、
量子井戸層材料は更にインジウムを含むものであっても
良い。よって本発明に基づくフォトニクスデバイスにお
いては、量子井戸層材料としてインジウムガリウム砒素
アンチモンが含まれ、そのインジウム成分はゼロ以上で
ある（即ち、ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＳｂにおいて、ｙ≧
０）。
【００４５】本発明者らは、量子井戸層材料にＩｎを加
えることにより、信頼性が増し、量子井戸層及び障壁層
間の界面が改善されるものであることを信じている。こ
れらの改良は、ＧａＡｓＳｂとは異なるＩｎＧａＡｓＳ
ｂの形成におけるギブス自由エネルギーから得られるも
のであると考えられる。より具体的には、Ｉｎ及びＳｂ
間の結合がＧａ及びＳｂ間の結合よりも強い為、量子井
戸層材料がＩｎを含んでいる場合、障壁層の成膜時にＡ
ｓ原子がＳｂ原子に置き換わる確率が低いものと考えら
れるのである。更に、界面の両側の材料中にＩｎを含ま
せることにより、Ｉｎが障壁層から量子井戸層へと拡散
する傾向が抑制され、界面のシャープさも改善すること
が出来る。また更に、Ｓｂを組み込むことの困難性か
ら、ＧａＡｓＳｂを高いＳｂ組成比で成長させることは
難しい。Ｉｎを量子井戸層材料中に含ませることによ
り、より低いＳｂ組成比でバンドギャップの同程度の低
減が可能となるのである。
えることにより、信頼性が増し、量子井戸層及び障壁層
間の界面が改善されるものであることを信じている。こ
れらの改良は、ＧａＡｓＳｂとは異なるＩｎＧａＡｓＳ
ｂの形成におけるギブス自由エネルギーから得られるも
のであると考えられる。より具体的には、Ｉｎ及びＳｂ
間の結合がＧａ及びＳｂ間の結合よりも強い為、量子井
戸層材料がＩｎを含んでいる場合、障壁層の成膜時にＡ
ｓ原子がＳｂ原子に置き換わる確率が低いものと考えら
れるのである。更に、界面の両側の材料中にＩｎを含ま
せることにより、Ｉｎが障壁層から量子井戸層へと拡散
する傾向が抑制され、界面のシャープさも改善すること
が出来る。また更に、Ｓｂを組み込むことの困難性か
ら、ＧａＡｓＳｂを高いＳｂ組成比で成長させることは
難しい。Ｉｎを量子井戸層材料中に含ませることによ
り、より低いＳｂ組成比でバンドギャップの同程度の低
減が可能となるのである。
【００４６】更に、ここまでのところでは、障壁層１１
４、１１５を形成する障壁層材料が、インジウム組成ｙ
が上限及び下限閾値の間にあるＩｎｙＧａ１−ｙＰを含
むことを特徴とした具体例を参照しながら本発明を説明
してきた。しかしながら、障壁層１１４、１１８を形成
する障壁層材料として、他の半導体材料を使用すること
も可能である。それらの例としては、インジウム組成ｙ
が上限及び下限閾値の間にあるＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＰ
や、インジウム組成ｙが、ゼロより大きく閾値よりも小
さい上限及び下限閾値の間にあるＡｌｚＩｎｙＧａ
１−ｙ−ｚＰ、及びＡｌｚＩｎｙＧａ１−ｙ−ｚＡｓＰ
が含まれる。
４、１１５を形成する障壁層材料が、インジウム組成ｙ
が上限及び下限閾値の間にあるＩｎｙＧａ１−ｙＰを含
むことを特徴とした具体例を参照しながら本発明を説明
してきた。しかしながら、障壁層１１４、１１８を形成
する障壁層材料として、他の半導体材料を使用すること
も可能である。それらの例としては、インジウム組成ｙ
が上限及び下限閾値の間にあるＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＰ
や、インジウム組成ｙが、ゼロより大きく閾値よりも小
さい上限及び下限閾値の間にあるＡｌｚＩｎｙＧａ
１−ｙ−ｚＰ、及びＡｌｚＩｎｙＧａ１−ｙ−ｚＡｓＰ
が含まれる。
【００４７】ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ１−ｘＳｂｘを量子
井戸層材料として使用する場合に好適な障壁層材料はＡ
ｌｚＩｎｙＧａ１−ｙ−ｚＡｓａＰｂＳｂ１−ａ−ｂで
ある。しかしながら、上述した他の障壁層材料を代わり
に使うことも出来る。
井戸層材料として使用する場合に好適な障壁層材料はＡ
ｌｚＩｎｙＧａ１−ｙ−ｚＡｓａＰｂＳｂ１−ａ−ｂで
ある。しかしながら、上述した他の障壁層材料を代わり
に使うことも出来る。
【００４８】障壁層材料のいくつかの例について、より
詳細にわたって説明する。
詳細にわたって説明する。
【００４９】インジウム組成ｙがゼロ以上で上限閾値レ
ベル未満のＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ１ −ａＰａの場合：Ｉ
ｎｙＧａ１−ｙＡｓ１−ａＰａ障壁層材料の燐組成ａ
は、障壁層及び量子井戸層がタイプＩのヘテロ構造を形
成しなくなり始めるレベルよりも大きく、そして間接再
結合が生じ始めるレベルよりも小さい。これらの基準に
適合するＰ組成範囲は、Ｉｎ組成に依存する。この範囲
は更に、量子井戸層のＧａＡｓＳｂ中の歪力にも依存
し、そしてこの歪力はＰ組成ａを含む障壁層材料の組成
に依存する。ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ１−ａＰａの障壁層
は更に、量子井戸層１１６と、ＧａＡｓ又はＩｎＰのい
ずれかから成る基板１０２との間に生じる歪力を補償す
るものである。
ベル未満のＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ１ −ａＰａの場合：Ｉ
ｎｙＧａ１−ｙＡｓ１−ａＰａ障壁層材料の燐組成ａ
は、障壁層及び量子井戸層がタイプＩのヘテロ構造を形
成しなくなり始めるレベルよりも大きく、そして間接再
結合が生じ始めるレベルよりも小さい。これらの基準に
適合するＰ組成範囲は、Ｉｎ組成に依存する。この範囲
は更に、量子井戸層のＧａＡｓＳｂ中の歪力にも依存
し、そしてこの歪力はＰ組成ａを含む障壁層材料の組成
に依存する。ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ１−ａＰａの障壁層
は更に、量子井戸層１１６と、ＧａＡｓ又はＩｎＰのい
ずれかから成る基板１０２との間に生じる歪力を補償す
るものである。
【００５０】ＡｌｚＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰの場合：量
子井戸構造１０４は障壁層材料と共にタイプＩヘテロ構
造を持つ。上述した障壁層材料のいずれかにアルミニウ
ムを含むことにより、タイプＩヘテロ構造を形成する為
に上述したエネルギーレベル基準を満たす障壁層材料を
作る追加オプションが提供されるが、これは更に直接再
結合と歪力補償を提供するものである。ＡｌｚＩｎｙＧ
ａ１−ｘ−ｙＰは、そのより広いバンドギャップによ
り、ＩｎＧａＰよりも良好なキャリア閉じ込め特性を提
供するものである。更に、ＡｌｚＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙ
Ｐにおいては、量子井戸層の露出面でＰ原子がＳｂ原子
に置換される傾向が小さく、これによりＡｌｚＩｎｙＧ
ａ１−ｘ−ｙＰは高品質Ａｌ含有層を得る為に通常用い
られるより高いＶ／III比（即ち、Ｖ族原料とIII族原料
のモル濃度比）で成膜することが出来るのである。
子井戸構造１０４は障壁層材料と共にタイプＩヘテロ構
造を持つ。上述した障壁層材料のいずれかにアルミニウ
ムを含むことにより、タイプＩヘテロ構造を形成する為
に上述したエネルギーレベル基準を満たす障壁層材料を
作る追加オプションが提供されるが、これは更に直接再
結合と歪力補償を提供するものである。ＡｌｚＩｎｙＧ
ａ１−ｘ−ｙＰは、そのより広いバンドギャップによ
り、ＩｎＧａＰよりも良好なキャリア閉じ込め特性を提
供するものである。更に、ＡｌｚＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙ
Ｐにおいては、量子井戸層の露出面でＰ原子がＳｂ原子
に置換される傾向が小さく、これによりＡｌｚＩｎｙＧ
ａ１−ｘ−ｙＰは高品質Ａｌ含有層を得る為に通常用い
られるより高いＶ／III比（即ち、Ｖ族原料とIII族原料
のモル濃度比）で成膜することが出来るのである。
【００５１】ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓ
１−ａ−ｂＰａＳｂｂの場合。上述したように、量子井
戸層材料は更にＩｎを含むものであっても良い。Ａｌｘ
ＩｎｙＧａ１ −ｘ−ｙＡｓ１−ａ−ｂＰａＳｂｂは、量
子井戸材料がＩｎＧａＡｓＳｂである場合に好適な障壁
層材料である。ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓ
１−ａ−ｂＰ ａＳｂｂは障壁層の結晶品質を改善するよ
うな高いＶ／III比で成膜することが可能であるという
利点を持つ。
１−ａ−ｂＰａＳｂｂの場合。上述したように、量子井
戸層材料は更にＩｎを含むものであっても良い。Ａｌｘ
ＩｎｙＧａ１ −ｘ−ｙＡｓ１−ａ−ｂＰａＳｂｂは、量
子井戸材料がＩｎＧａＡｓＳｂである場合に好適な障壁
層材料である。ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓ
１−ａ−ｂＰ ａＳｂｂは障壁層の結晶品質を改善するよ
うな高いＶ／III比で成膜することが可能であるという
利点を持つ。
【００５２】上述した全ての材料系については、タイプ
Ｉヘテロ構造を持つ量子井戸構造１０４を得る為に構成
元素の組成範囲に課す制約を決定する際に、図４と同様
のエネルギーバンド図を用いることが出来る。組成によ
る格子定数のばらつきを特性付けるデータを更に用いて
構成元素の組成を更に制約することにより、量子井戸層
と基板間の歪力の補償を提供することも出来る。
Ｉヘテロ構造を持つ量子井戸構造１０４を得る為に構成
元素の組成範囲に課す制約を決定する際に、図４と同様
のエネルギーバンド図を用いることが出来る。組成によ
る格子定数のばらつきを特性付けるデータを更に用いて
構成元素の組成を更に制約することにより、量子井戸層
と基板間の歪力の補償を提供することも出来る。
【００５３】以下に詳細を説明するが、フォトニクスデ
バイス１００は更に、基板１０２と基板側クラッド層１
１２との間に挟まれた１つ以上の追加層を含むものであ
っても良い。更に、或いは、かわりに、フォトニクスデ
バイス１００は１つ以上の追加層を遠隔側クラッド層１
２０上に含むものであっても良い。
バイス１００は更に、基板１０２と基板側クラッド層１
１２との間に挟まれた１つ以上の追加層を含むものであ
っても良い。更に、或いは、かわりに、フォトニクスデ
バイス１００は１つ以上の追加層を遠隔側クラッド層１
２０上に含むものであっても良い。
【００５４】図示した例においては、量子井戸構造１０
６は基板側障壁層１１４と遠隔側障壁層１１８の間に挟
まれた単一の量子井戸層１１６から構成されている。し
かしながら、この量子井戸構造に３層の障壁層に隔てら
れた２つの量子井戸層を含ませることによりフォトニク
スデバイス１００の利得を増やすことが可能であり、ま
た更には、ｎ＋１層の障壁層に隔てられたｎ層の量子井
戸層（ｎ＞２）を含むように量子井戸構造を構成するこ
とにより、利得を更に増大させることが可能である。上
述した多くの障壁層材料によって量子井戸層１１６と基
板１０２材料との間の歪力を補償することにより、量子
井戸層のＧａＡｓＳｂまたはＩｎＧａＡｓＳｂと基板１
０２半導体材料との間に格子不整合があるにもかかわら
ず、許容範囲内に入る低い欠陥密度で複数の量子井戸層
を含む量子井戸構造を作ることが出来る。
６は基板側障壁層１１４と遠隔側障壁層１１８の間に挟
まれた単一の量子井戸層１１６から構成されている。し
かしながら、この量子井戸構造に３層の障壁層に隔てら
れた２つの量子井戸層を含ませることによりフォトニク
スデバイス１００の利得を増やすことが可能であり、ま
た更には、ｎ＋１層の障壁層に隔てられたｎ層の量子井
戸層（ｎ＞２）を含むように量子井戸構造を構成するこ
とにより、利得を更に増大させることが可能である。上
述した多くの障壁層材料によって量子井戸層１１６と基
板１０２材料との間の歪力を補償することにより、量子
井戸層のＧａＡｓＳｂまたはＩｎＧａＡｓＳｂと基板１
０２半導体材料との間に格子不整合があるにもかかわら
ず、許容範囲内に入る低い欠陥密度で複数の量子井戸層
を含む量子井戸構造を作ることが出来る。
【００５５】約１．３μｍ波長で作動する、本発明に基
づくフォトニクスデバイスの更なる実施例、即ち垂直共
振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）及び端面発光レーザ
（ＥＥＬ）について、図５及び図６をそれぞれに参照し
つつ説明する。まず、図５を見ると、ＶＣＳＥＬ３００
は、基板３０２上に順番にエピタキシャル成長させた基
板側分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３３０、活性層１０
４及び遠隔側ＤＢＲ３３２を含んでいる。推奨される実
施例においては、基板の半導体材料は単結晶ガリウム砒
素である。
づくフォトニクスデバイスの更なる実施例、即ち垂直共
振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）及び端面発光レーザ
（ＥＥＬ）について、図５及び図６をそれぞれに参照し
つつ説明する。まず、図５を見ると、ＶＣＳＥＬ３００
は、基板３０２上に順番にエピタキシャル成長させた基
板側分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）３３０、活性層１０
４及び遠隔側ＤＢＲ３３２を含んでいる。推奨される実
施例においては、基板の半導体材料は単結晶ガリウム砒
素である。
【００５６】ＤＢＲ３３０及び３３２の各々は、複数の
層の対から構成される。層の各対は、高屈折率材料の層
と低屈折率材料の層から構成される。これらの層の材料
は、活性領域１０４において生成される光の波長におい
て透光性を持つ。一例として、高屈折率材料層３３４と
低屈折率材料層３３６を基板側ＤＢＲ３３０における層
対として示した。各層は、その層材料中の活性領域１０
４において生成される光の波長の４分の１にあたる厚さ
を持っている（即ち、ｔｂを層の厚さ、λを上述の領域
で生成される光の真空内波長、そしてｎｂを層材料の屈
折率とした場合、ｔｂ＝λ／４ｎｂ）。
層の対から構成される。層の各対は、高屈折率材料の層
と低屈折率材料の層から構成される。これらの層の材料
は、活性領域１０４において生成される光の波長におい
て透光性を持つ。一例として、高屈折率材料層３３４と
低屈折率材料層３３６を基板側ＤＢＲ３３０における層
対として示した。各層は、その層材料中の活性領域１０
４において生成される光の波長の４分の１にあたる厚さ
を持っている（即ち、ｔｂを層の厚さ、λを上述の領域
で生成される光の真空内波長、そしてｎｂを層材料の屈
折率とした場合、ｔｂ＝λ／４ｎｂ）。
【００５７】図示した例においては、ＤＢＲ３３０及び
３３２はいずれも、少なくとも部分的に導電性であり、
従ってドーピングされた半導体材料から形成されたもの
である。非導電性ＤＢＲを使用した実施例においては、
このようなＤＢＲは誘電体材料から製作することが出来
る。更に、図示した例においては、低屈折率半導体材料
の層３３６はアルミニウムガリウム砒素であり、高屈折
率半導体材料の層３３４はガリウム砒素である。図５に
示した層対の数は、図を簡略化する為にかなり数を減ら
して示したものであるが、実際のレーザにおいては、活
性領域１０４において生成される光の波長において、基
板側ＤＢＲ３３０及び遠隔側ＤＢＲ３３２がそれぞれに
約９９％及び約９５％よりも大きい反射率を提供できる
程度の数の層対が設けられている。層対に加え、ＤＢＲ
の各々は低屈折率材料の追加層を含んでいる。
３３２はいずれも、少なくとも部分的に導電性であり、
従ってドーピングされた半導体材料から形成されたもの
である。非導電性ＤＢＲを使用した実施例においては、
このようなＤＢＲは誘電体材料から製作することが出来
る。更に、図示した例においては、低屈折率半導体材料
の層３３６はアルミニウムガリウム砒素であり、高屈折
率半導体材料の層３３４はガリウム砒素である。図５に
示した層対の数は、図を簡略化する為にかなり数を減ら
して示したものであるが、実際のレーザにおいては、活
性領域１０４において生成される光の波長において、基
板側ＤＢＲ３３０及び遠隔側ＤＢＲ３３２がそれぞれに
約９９％及び約９５％よりも大きい反射率を提供できる
程度の数の層対が設けられている。層対に加え、ＤＢＲ
の各々は低屈折率材料の追加層を含んでいる。
【００５８】ＤＢＲ３３０及び３３２の半導体材料は、
逆の導電型を持つようにドーピングされる。通常、基板
側ＤＢＲ３３０の半導体材料はｎ型にドーピングされ、
遠隔側ＤＢＲ３３２の半導体材料はｐ型にドーピングさ
れるが、これらのＤＢＲの半導体材料は逆にドーピング
しても良い。
逆の導電型を持つようにドーピングされる。通常、基板
側ＤＢＲ３３０の半導体材料はｎ型にドーピングされ、
遠隔側ＤＢＲ３３２の半導体材料はｐ型にドーピングさ
れるが、これらのＤＢＲの半導体材料は逆にドーピング
しても良い。
【００５９】活性層１０４は基板側ＤＢＲ３３０と遠隔
側ＤＢＲ３３２の間に挟まれている。ＤＢＲ及び活性層
は、活性層１０４中で生成される光の波長で共振する光
空洞共振器３５０を形成する。図３（ａ）について先に
説明したように、活性層１０４は基板側クラッド層１１
２と遠隔側クラッド層１２０とに挟まれた量子井戸構造
１０６から構成される。クラッド層１１２及び１２０
は、それぞれに隣接するＤＢＲ３３０及び３３２と同じ
導電型を持つことになるようにドーピングされる。
側ＤＢＲ３３２の間に挟まれている。ＤＢＲ及び活性層
は、活性層１０４中で生成される光の波長で共振する光
空洞共振器３５０を形成する。図３（ａ）について先に
説明したように、活性層１０４は基板側クラッド層１１
２と遠隔側クラッド層１２０とに挟まれた量子井戸構造
１０６から構成される。クラッド層１１２及び１２０
は、それぞれに隣接するＤＢＲ３３０及び３３２と同じ
導電型を持つことになるようにドーピングされる。
【００６０】量子井戸構造１０６は、インジウムの組成
が０以上であるインジウムガリウム砒素アンチモンを含
む量子井戸材料から成る、少なくとも１つの量子井戸層
と、これに対応する数の障壁層とを含む。障壁層の各々
は、ガリウム及び燐を含む障壁層材料から構成される。
障壁層材料は、量子井戸層材料の伝導帯エネルギーレベ
ルよりも大きい伝導帯エネルギーレベルと、量子井戸材
料の価電子帯エネルギーレベルよりも小さい価電子帯エ
ネルギーレベルとを持っている。
が０以上であるインジウムガリウム砒素アンチモンを含
む量子井戸材料から成る、少なくとも１つの量子井戸層
と、これに対応する数の障壁層とを含む。障壁層の各々
は、ガリウム及び燐を含む障壁層材料から構成される。
障壁層材料は、量子井戸層材料の伝導帯エネルギーレベ
ルよりも大きい伝導帯エネルギーレベルと、量子井戸材
料の価電子帯エネルギーレベルよりも小さい価電子帯エ
ネルギーレベルとを持っている。
【００６１】一般的に、ドーパントは量子井戸層及び障
壁層が成膜される際に量子井戸層材料及び障壁層材料に
は添加されない。量子井戸構造、量子井戸層及び障壁層
の詳細は上述してある為、これらの要素に関する再度の
説明はここでは行わない。
壁層が成膜される際に量子井戸層材料及び障壁層材料に
は添加されない。量子井戸構造、量子井戸層及び障壁層
の詳細は上述してある為、これらの要素に関する再度の
説明はここでは行わない。
【００６２】基板３０２、基板側ＤＢＲ３３０、活性層
１０４及び遠隔側ＤＢＲ３３２から成る層構造が製作さ
れた後、遠隔側ＤＢＲ３３２の一部がエッチングにより
除去され、メサ３３８が形成される。電流閉じ込め構造
は、メサ中に形成される。例えば、メサの実質的な中心
の小さい導電性領域を除いた他の領域全体にイオンを選
択的に注入することが出来る。メサの導電性は、この導
電性領域においては変化しない。
１０４及び遠隔側ＤＢＲ３３２から成る層構造が製作さ
れた後、遠隔側ＤＢＲ３３２の一部がエッチングにより
除去され、メサ３３８が形成される。電流閉じ込め構造
は、メサ中に形成される。例えば、メサの実質的な中心
の小さい導電性領域を除いた他の領域全体にイオンを選
択的に注入することが出来る。メサの導電性は、この導
電性領域においては変化しない。
【００６３】しかしながら図示の例においては、電流閉
じ込め構造は、ＡｌＧａＡｓ中のアルミニウム組成に対
するＡｌＧａＡｓ酸化速度の依存性を利用して形成され
る。遠隔側ＤＢＲ３３２が形成される場合、ＡｌＧａＡ
ｓ層の少なくとも１つは、そのアルミニウム組成が他の
ＡｌＧａＡｓ層よりも実質的に高くなるように形成され
る。例えば、他のＡｌＧａＡｓ層がアルミニウムを約
０．７５〜０．８５の範囲で含んでいる場合、アルミニ
ウム組成比が高いＡｌＧａＡｓ層には約０．９より大き
いアルミニウムを含ませることが出来る。アルミニウム
組成比の高いＡｌＧａＡｓ層の一例を、符号３４６に示
した。メサ３３８の形成後、ＶＣＳＥＬは例えば水蒸気
含有率の高い雰囲気等の酸化雰囲気中で加熱される。酸
化雰囲気は、ＡｌＧａＡｓ層全ての露出領域を酸化させ
るものであり、この酸化はメサの側面から中心に向かっ
て急速に進む。しかしながら、酸化は他のＡｌＧａＡｓ
層と比べて、高アルミニウム組成のＡｌＧａＡｓ層３４
６において実質的により速く進む。酸化処理が終わる
と、高アルミニウム組成のＡｌＧａＡｓ層のほぼ全域が
酸化した状態になっており、導電性領域３４８を取り囲
む酸化アルミニウムの幅広の環が形成される。酸化アル
ミニウムはドーピングしたＡｌＧａＡｓよりも実質的に
低い導電性を持っている。高アルミニウム組成のＡｌＧ
ａＡｓは、導電領域３４８においては酸化されずに残っ
ている為、導電性領域の光学特性及び電気特性は、実質
的に変化せずに残されている。残りのＡｌＧａＡｓ層
は、それぞれの外周付近の細い環状領域が酸化されるの
みである。
じ込め構造は、ＡｌＧａＡｓ中のアルミニウム組成に対
するＡｌＧａＡｓ酸化速度の依存性を利用して形成され
る。遠隔側ＤＢＲ３３２が形成される場合、ＡｌＧａＡ
ｓ層の少なくとも１つは、そのアルミニウム組成が他の
ＡｌＧａＡｓ層よりも実質的に高くなるように形成され
る。例えば、他のＡｌＧａＡｓ層がアルミニウムを約
０．７５〜０．８５の範囲で含んでいる場合、アルミニ
ウム組成比が高いＡｌＧａＡｓ層には約０．９より大き
いアルミニウムを含ませることが出来る。アルミニウム
組成比の高いＡｌＧａＡｓ層の一例を、符号３４６に示
した。メサ３３８の形成後、ＶＣＳＥＬは例えば水蒸気
含有率の高い雰囲気等の酸化雰囲気中で加熱される。酸
化雰囲気は、ＡｌＧａＡｓ層全ての露出領域を酸化させ
るものであり、この酸化はメサの側面から中心に向かっ
て急速に進む。しかしながら、酸化は他のＡｌＧａＡｓ
層と比べて、高アルミニウム組成のＡｌＧａＡｓ層３４
６において実質的により速く進む。酸化処理が終わる
と、高アルミニウム組成のＡｌＧａＡｓ層のほぼ全域が
酸化した状態になっており、導電性領域３４８を取り囲
む酸化アルミニウムの幅広の環が形成される。酸化アル
ミニウムはドーピングしたＡｌＧａＡｓよりも実質的に
低い導電性を持っている。高アルミニウム組成のＡｌＧ
ａＡｓは、導電領域３４８においては酸化されずに残っ
ている為、導電性領域の光学特性及び電気特性は、実質
的に変化せずに残されている。残りのＡｌＧａＡｓ層
は、それぞれの外周付近の細い環状領域が酸化されるの
みである。
【００６４】イオン注入や酸化等により画定された導電
性領域（例えば３４８）は、メサ３３８と比べると小さ
い。ＶＣＳＥＬ３００の作動中、レーザ電流は導電性領
域に閉じ込められ、ここで非常に高い電流密度に達す
る。レーザ電流は、この導電性領域から活性領域１０４
へと入る。電流の拡散は比較的小さい為、活性領域にお
いても電流密度は非常に高い。この非常に高い電流密度
により、ＶＣＳＥＬの電流閾値が低減される。
性領域（例えば３４８）は、メサ３３８と比べると小さ
い。ＶＣＳＥＬ３００の作動中、レーザ電流は導電性領
域に閉じ込められ、ここで非常に高い電流密度に達す
る。レーザ電流は、この導電性領域から活性領域１０４
へと入る。電流の拡散は比較的小さい為、活性領域にお
いても電流密度は非常に高い。この非常に高い電流密度
により、ＶＣＳＥＬの電流閾値が低減される。
【００６５】少なくとも１層の金属層から成る基板側接
触層３４０は、基板側ＤＢＲ３３０とは離れた側の基板
３０２表面に形成される。遠隔側接触層３４２は、遠隔
側ＤＢＲ３３２の露出面上に形成され、光出口ポート３
４４が画定されるようにパターニングされる。光出口ポ
ートは、導電性領域３４８と中心が一致している。遠隔
側接触層は、少なくとも１層の金属層から構成される
が、金属層と遠隔側ＤＢＲ３３２の接触抵抗を減じる為
に更に少なくとも１層の高濃度にドーピングされた半導
体層を含むものであっても良い。
触層３４０は、基板側ＤＢＲ３３０とは離れた側の基板
３０２表面に形成される。遠隔側接触層３４２は、遠隔
側ＤＢＲ３３２の露出面上に形成され、光出口ポート３
４４が画定されるようにパターニングされる。光出口ポ
ートは、導電性領域３４８と中心が一致している。遠隔
側接触層は、少なくとも１層の金属層から構成される
が、金属層と遠隔側ＤＢＲ３３２の接触抵抗を減じる為
に更に少なくとも１層の高濃度にドーピングされた半導
体層を含むものであっても良い。
【００６６】図６は、本発明に基づく量子井戸構造を持
つ端面発光レーザ（ＥＥＬ）４００を示す図である。Ｅ
ＥＬは、基板４０２上にエピタキシャル成長させた活性
層１０４を含んでいる。推奨される一実施例において
は、基板の半導体材料は単結晶ガリウム砒素である。
つ端面発光レーザ（ＥＥＬ）４００を示す図である。Ｅ
ＥＬは、基板４０２上にエピタキシャル成長させた活性
層１０４を含んでいる。推奨される一実施例において
は、基板の半導体材料は単結晶ガリウム砒素である。
【００６７】上述したように、活性層１０４は基板側ク
ラッド層１１２、量子井戸構造１０６及び遠隔側クラッ
ド層１２０を含んでいる。基板側クラッド層、量子井戸
構造及び遠隔側クラッド層は、基板４０２上で順番にエ
ピタキシャル成長させたものである。クラッド層１１
２、１２０は、逆の導電型を持つことになるようにドー
ピングされている。
ラッド層１１２、量子井戸構造１０６及び遠隔側クラッ
ド層１２０を含んでいる。基板側クラッド層、量子井戸
構造及び遠隔側クラッド層は、基板４０２上で順番にエ
ピタキシャル成長させたものである。クラッド層１１
２、１２０は、逆の導電型を持つことになるようにドー
ピングされている。
【００６８】量子井戸構造１０６は、インジウム組成が
０以上であるインジウムガリウム砒素アンチモンを含む
量子井戸層材料から成る少なくとも１つの量子井戸層
と、対応する数の障壁層とを含んでいる。障壁層の各々
は、ガリウム及び燐を含むIII−Ｖ族半導体である、障
壁層材料から構成される。障壁層材料は、量子井戸層材
料の伝導帯エネルギーレベルよりも高い伝導帯エネルギ
ーレベルと、量子井戸層材料の価電子帯エネルギーレベ
ルよりも低い価電子帯エネルギーレベルを持っている。
０以上であるインジウムガリウム砒素アンチモンを含む
量子井戸層材料から成る少なくとも１つの量子井戸層
と、対応する数の障壁層とを含んでいる。障壁層の各々
は、ガリウム及び燐を含むIII−Ｖ族半導体である、障
壁層材料から構成される。障壁層材料は、量子井戸層材
料の伝導帯エネルギーレベルよりも高い伝導帯エネルギ
ーレベルと、量子井戸層材料の価電子帯エネルギーレベ
ルよりも低い価電子帯エネルギーレベルを持っている。
【００６９】一般に、量子井戸層１１６及び障壁層１１
４、１１８を形成する際に、量子井戸層材料及び障壁層
材料にはドーピングは行われない。量子井戸構造、量子
井戸層、及び障壁層に関する詳細は、図３（ａ）、図３
（ｂ）及び図４を参照しつつ先に説明している為、これ
らの要素に関する説明はここでは行わないものとする。
４、１１８を形成する際に、量子井戸層材料及び障壁層
材料にはドーピングは行われない。量子井戸構造、量子
井戸層、及び障壁層に関する詳細は、図３（ａ）、図３
（ｂ）及び図４を参照しつつ先に説明している為、これ
らの要素に関する説明はここでは行わないものとする。
【００７０】基板側クラッド層１１２、量子井戸構造１
０６及び遠隔側クラッド層１２０から成る層構造は、リ
ッジ構造４３８を画定する為に選択的にエッチングされ
る。リッジ構造は、基板側クラッド層１１２の厚さ全体
の途中まで達している。
０６及び遠隔側クラッド層１２０から成る層構造は、リ
ッジ構造４３８を画定する為に選択的にエッチングされ
る。リッジ構造は、基板側クラッド層１１２の厚さ全体
の途中まで達している。
【００７１】接触層４４０は、エッチング処理により露
出した基板側クラッド層１１２の表面上に設けられてい
る。接触層４４２は、遠隔側クラッド層１２０の表面に
設けられている。
出した基板側クラッド層１１２の表面上に設けられてい
る。接触層４４２は、遠隔側クラッド層１２０の表面に
設けられている。
【００７２】このＥＥＬは更に、リッジ構造４３８が更
に画定する光共振器の端部である反射性表面を提供する
劈開面４５２、４５４を含む。
に画定する光共振器の端部である反射性表面を提供する
劈開面４５２、４５４を含む。
【００７３】図７は、ＥＥＬ４００を形成することが出
来る層構造５００の一般例を部分的に示す側面図であ
る。図示の例においては、量子井戸構造５０６は、２つ
の量子井戸層と、３つの障壁層を含む二重量子井戸構造
を持っている。ここで説明する例においては、障壁層材
料はＩｎＧａＰである。
来る層構造５００の一般例を部分的に示す側面図であ
る。図示の例においては、量子井戸構造５０６は、２つ
の量子井戸層と、３つの障壁層を含む二重量子井戸構造
を持っている。ここで説明する例においては、障壁層材
料はＩｎＧａＰである。
【００７４】層構造５００においては、基板４０２は１
−０−０（結晶面）のｎ型ＧａＡｓから成る３５０μｍ
厚ウエハである。基板のＧａＡｓは、シリコンで２〜４
ｘ１０１８原子／ｃｍ−３の範囲でｎ型にドーピングし
たものである。
−０−０（結晶面）のｎ型ＧａＡｓから成る３５０μｍ
厚ウエハである。基板のＧａＡｓは、シリコンで２〜４
ｘ１０１８原子／ｃｍ−３の範囲でｎ型にドーピングし
たものである。
【００７５】基板上には、５００ｎｍ厚のｎ型ＧａＡｓ
緩衝層５６０が形成される。バッファ層のＧａＡｓに
は、約２ｘ１０１８原子／ｃｍ−３の濃度にシリコンが
ドーピングされている。
緩衝層５６０が形成される。バッファ層のＧａＡｓに
は、約２ｘ１０１８原子／ｃｍ−３の濃度にシリコンが
ドーピングされている。
【００７６】緩衝層５６０の上には、１．２μｍ厚の基
板側クラッド層１１２（ｎ型Ａｌ０ ．４５Ｇａ０．５５
Ａｓ）が形成される。基板側クラッド層のＡｌＧａＡｓ
には、約５ｘ１０１７原子／ｃｍ−３の濃度にシリコン
がドーピングされている。
板側クラッド層１１２（ｎ型Ａｌ０ ．４５Ｇａ０．５５
Ａｓ）が形成される。基板側クラッド層のＡｌＧａＡｓ
には、約５ｘ１０１７原子／ｃｍ−３の濃度にシリコン
がドーピングされている。
【００７７】基板側クラッド層１１２の上には、３０ｎ
ｍ厚の基板側障壁層１１４（Ｉｎ０ ．４９Ｇａ０．５１
Ｐ）が形成される。
ｍ厚の基板側障壁層１１４（Ｉｎ０ ．４９Ｇａ０．５１
Ｐ）が形成される。
【００７８】基板側障壁層１１４の上には、８ｎｍ厚の
量子井戸層１１６（ＧａＡｓ０．６ ５Ｓｂ０．３５）が
形成される。
量子井戸層１１６（ＧａＡｓ０．６ ５Ｓｂ０．３５）が
形成される。
【００７９】量子井戸層１１６の上には、３０ｎｍ厚の
追加障壁層５６２（Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ）が形
成される。
追加障壁層５６２（Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ）が形
成される。
【００８０】追加障壁層５６２の上には、８ｎｍ厚の追
加量子井戸層５６４（ＧａＡｓ０． ６５Ｓｂ０．３５）
が形成される。
加量子井戸層５６４（ＧａＡｓ０． ６５Ｓｂ０．３５）
が形成される。
【００８１】追加量子井戸層５６４の上には、３０ｎｍ
厚の遠隔側障壁層１１８（Ｉｎ０． ４９Ｇａ
０．５１Ｐ）が形成される。
厚の遠隔側障壁層１１８（Ｉｎ０． ４９Ｇａ
０．５１Ｐ）が形成される。
【００８２】量子井戸構造５０６を構成する層を成長さ
せる間、量子井戸層のＧａＡｓＳｂにも、障壁層のＩｎ
ＧａＰにもドーパントが添加されることはない。
せる間、量子井戸層のＧａＡｓＳｂにも、障壁層のＩｎ
ＧａＰにもドーパントが添加されることはない。
【００８３】遠隔側障壁層１１８の上には、１．２μｍ
厚の遠隔側クラッド層１２０（ｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ
０．５５Ａｓ）が形成される。遠隔側クラッド層のＡｌ
ＧａＡｓには、炭素が約５ｘ１０１７原子／ｃｍ−３の
濃度に添加される。
厚の遠隔側クラッド層１２０（ｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ
０．５５Ａｓ）が形成される。遠隔側クラッド層のＡｌ
ＧａＡｓには、炭素が約５ｘ１０１７原子／ｃｍ−３の
濃度に添加される。
【００８４】遠隔側クラッド層１２０の上には２００ｎ
ｍ厚のｐ型ＧａＡｓ接触層５６６が形成される。接触層
のＧａＡｓは、炭素が約２ｘ１０１９原子／ｃｍ−３の
濃度に添加される。
ｍ厚のｐ型ＧａＡｓ接触層５６６が形成される。接触層
のＧａＡｓは、炭素が約２ｘ１０１９原子／ｃｍ−３の
濃度に添加される。
【００８５】形成された層は、金属有機化学蒸着（ＭＯ
ＣＶＤ）法により成長させたものである。アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、燐、砒素、炭素及びシリコ
ンの先駆物質は従来より周知である。アンチモンの好適
な先駆物質としては、トリメチルアンチモン及びトリエ
チルアンチモンが挙げられる。層のほとんどは、従来の
成長温度（即ち５５０℃〜６５０℃）において成膜され
る。ＡｌＧａＡｓのクラッド層は、約５６０℃〜６００
℃で成膜され、ＧａＡｓＳｂの量子井戸層は約４８０℃
で成膜される。これらの層は、かわりに分子線エピタキ
シ法（ＭＢＥ）または他の好適な処理により成長させる
ことも出来る。
ＣＶＤ）法により成長させたものである。アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、燐、砒素、炭素及びシリコ
ンの先駆物質は従来より周知である。アンチモンの好適
な先駆物質としては、トリメチルアンチモン及びトリエ
チルアンチモンが挙げられる。層のほとんどは、従来の
成長温度（即ち５５０℃〜６５０℃）において成膜され
る。ＡｌＧａＡｓのクラッド層は、約５６０℃〜６００
℃で成膜され、ＧａＡｓＳｂの量子井戸層は約４８０℃
で成膜される。これらの層は、かわりに分子線エピタキ
シ法（ＭＢＥ）または他の好適な処理により成長させる
ことも出来る。
【００８６】上述した層構造５００においては、燐の組
成が約０．２５であるガリウム砒素燐（即ち、ＧａＡｓ
１−ａＰａにおいてａ＝０．２５）をＩｎＧａＰのかわ
りに障壁層として使用しても良い。
成が約０．２５であるガリウム砒素燐（即ち、ＧａＡｓ
１−ａＰａにおいてａ＝０．２５）をＩｎＧａＰのかわ
りに障壁層として使用しても良い。
【００８７】上述した層構造５００は、図５に示したＶ
ＣＳＥＬ３００を製作する為の層構造の基盤ともするこ
とが出来る。各々が約９５ｎｍ厚のｎ型ＧａＡｓ層と約
１００ｎｍ厚のｎ型ＡｌＧａＡｓとから成る、約２０．
５層対から成る基板側ＤＢＲ（図７には描かれていない
が、図５における基板側ＤＢＲ３３０に対応する）が緩
衝層５６０上に形成される。
ＣＳＥＬ３００を製作する為の層構造の基盤ともするこ
とが出来る。各々が約９５ｎｍ厚のｎ型ＧａＡｓ層と約
１００ｎｍ厚のｎ型ＡｌＧａＡｓとから成る、約２０．
５層対から成る基板側ＤＢＲ（図７には描かれていない
が、図５における基板側ＤＢＲ３３０に対応する）が緩
衝層５６０上に形成される。
【００８８】その後、基板側クラッド層１１２が基板側
ＤＢＲ上に形成され、そしてその上に活性領域５０６及
び遠隔側クラッド層１２０が形成される。クラッド層１
１２及び１２０と活性領域５０６から成る空洞の厚さが
その空洞材料中の量子井戸構造において生成される光波
長１つ分に等しくなるように、クラッド層の厚さが設計
される。
ＤＢＲ上に形成され、そしてその上に活性領域５０６及
び遠隔側クラッド層１２０が形成される。クラッド層１
１２及び１２０と活性領域５０６から成る空洞の厚さが
その空洞材料中の量子井戸構造において生成される光波
長１つ分に等しくなるように、クラッド層の厚さが設計
される。
【００８９】遠隔側クラッド層１２０が形成された後、
各々が約９５ｎｍ厚のｐ型ＧａＡｓ層と約１００ｎｍ厚
のｐ型ＡｌＧａＡｓ層とから成る、約１５．５層対を含
む遠隔側ＤＢＲ（図７には示していないが、図５に示し
た遠隔側ＤＢＲ３３２がこれに対応する）が遠隔側クラ
ッド層上に形成される。その後キャップ層５６６が遠隔
側ＤＢＲ上に形成される。
各々が約９５ｎｍ厚のｐ型ＧａＡｓ層と約１００ｎｍ厚
のｐ型ＡｌＧａＡｓ層とから成る、約１５．５層対を含
む遠隔側ＤＢＲ（図７には示していないが、図５に示し
た遠隔側ＤＢＲ３３２がこれに対応する）が遠隔側クラ
ッド層上に形成される。その後キャップ層５６６が遠隔
側ＤＢＲ上に形成される。
【００９０】基板側、及び遠隔側ＤＢＲの一部を形成す
るＡｌＧａＡｓ層においては、アルミニウム組成は通
常、約０．７５〜０．８５の範囲にある。Ａｌ組成とＡ
ｌＧａＡｓ層厚は、量子井戸領域において生成される光
の波長に依存する。ＡｌＧａＡｓ層の少なくとも１つに
おけるＡｌ組成を他のＡｌＧａＡｓ層よりも高くするこ
とにより、上述したようにＶＣＳＥＬ中に電流閉じ込め
構造を形成することが出来る。
るＡｌＧａＡｓ層においては、アルミニウム組成は通
常、約０．７５〜０．８５の範囲にある。Ａｌ組成とＡ
ｌＧａＡｓ層厚は、量子井戸領域において生成される光
の波長に依存する。ＡｌＧａＡｓ層の少なくとも１つに
おけるＡｌ組成を他のＡｌＧａＡｓ層よりも高くするこ
とにより、上述したようにＶＣＳＥＬ中に電流閉じ込め
構造を形成することが出来る。
【００９１】かわりに遠隔側ＤＢＲを、各々が二酸化シ
リコン等の低屈折率誘電材料の層と窒化シリコン等の高
屈折率誘電材料の層から成る、実質的により少ない数の
層対で構成することも出来る。この場合、この遠隔側Ｄ
ＢＲは非導電性となり、遠隔側クラッド層１２０には電
気接触が作られることになる。
リコン等の低屈折率誘電材料の層と窒化シリコン等の高
屈折率誘電材料の層から成る、実質的により少ない数の
層対で構成することも出来る。この場合、この遠隔側Ｄ
ＢＲは非導電性となり、遠隔側クラッド層１２０には電
気接触が作られることになる。
【００９２】上述した層構造５００は、ＩｎＰ基板上に
も製作することが可能であり、１．５５μｍ波長範囲で
作動するＥＥＬを作ることが可能な層構造を得ることが
出来る。
も製作することが可能であり、１．５５μｍ波長範囲で
作動するＥＥＬを作ることが可能な層構造を得ることが
出来る。
【００９３】ＩｎＰに基づく層構造５００とした実施例
においては、基板４０２は硫黄原子を約２ｘ１８原子／
ｃｍ−３の濃度にドーピングしてｎ型としたＩｎＰウエ
ハである。
においては、基板４０２は硫黄原子を約２ｘ１８原子／
ｃｍ−３の濃度にドーピングしてｎ型としたＩｎＰウエ
ハである。
【００９４】基板上には２００ｎｍ厚のｎ型ＩｎＰ緩衝
層５６０が形成される。緩衝層のＩｎＰは、シリコン又
は硫黄を約１ｘ１０１８原子／ｃｍ−３から約２ｘ１０
１８原子／ｃｍ−３の範囲でドーピングしたものであ
る。
層５６０が形成される。緩衝層のＩｎＰは、シリコン又
は硫黄を約１ｘ１０１８原子／ｃｍ−３から約２ｘ１０
１８原子／ｃｍ−３の範囲でドーピングしたものであ
る。
【００９５】緩衝層５６０の上には、１．５μｍ厚のＩ
ｎＰ基板側クラッド層１１２が形成される。基板側クラ
ッド層のＩｎＰは、シリコン又は硫黄を約１ｘ１０１８
原子／ｃｍ−３の濃度にドーピングしたものである。
ｎＰ基板側クラッド層１１２が形成される。基板側クラ
ッド層のＩｎＰは、シリコン又は硫黄を約１ｘ１０１８
原子／ｃｍ−３の濃度にドーピングしたものである。
【００９６】基板側クラッド層１１２の上には、放射波
長に対応するバンドギャップを持つ、１μｍ厚のＩｎＧ
ａＡｓＰ基板側閉じ込め層（図示せず）が形成される。
長に対応するバンドギャップを持つ、１μｍ厚のＩｎＧ
ａＡｓＰ基板側閉じ込め層（図示せず）が形成される。
【００９７】基板側閉じ込め層の上には、３０ｎｍ厚の
Ｉｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｐ基板側障壁層１１４が形成
される。
Ｉｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｐ基板側障壁層１１４が形成
される。
【００９８】基板側障壁層１１４の上には、８ｎｍ厚の
ＧａＡｓ０．５１Ｓｂ０．４９量子井戸層１１６が形成
される。
ＧａＡｓ０．５１Ｓｂ０．４９量子井戸層１１６が形成
される。
【００９９】量子井戸層１１６の上には、３０ｎｍ厚の
Ｉｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｐ追加障壁層５６２が形成さ
れる。
Ｉｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｐ追加障壁層５６２が形成さ
れる。
【０１００】追加障壁層５６２の上には、８ｎｍ厚のＧ
ａＡｓ０．５１Ｓｂ０．４９追加量子井戸層５６４が形
成される。
ａＡｓ０．５１Ｓｂ０．４９追加量子井戸層５６４が形
成される。
【０１０１】追加量子井戸層５６４の上には、３０ｎｍ
厚のＩｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｐ遠隔側障壁層１１８が
形成される。
厚のＩｎ０．８５Ｇａ０．１５Ｐ遠隔側障壁層１１８が
形成される。
【０１０２】遠隔側障壁層１１８の上には、放射波長に
対応するバンドギャップを持つＩｎＧａＡｓＰから成る
２μｍ厚の遠隔側閉じ込め層（図示せず）が形成され
る。
対応するバンドギャップを持つＩｎＧａＡｓＰから成る
２μｍ厚の遠隔側閉じ込め層（図示せず）が形成され
る。
【０１０３】閉じ込め層（図示せず）及び量子井戸構造
５０６を構成する各層の形成過程においては、これらの
層の材料にドーパントが添加されることは無い。
５０６を構成する各層の形成過程においては、これらの
層の材料にドーパントが添加されることは無い。
【０１０４】遠隔側閉じ込め層の上には、１．５μｍ厚
のｐ型ＩｎＰ遠隔側クラッド層１２０が形成される。遠
隔側クラッド層のＩｎＰには、亜鉛が約２ｘ１０１８原
子／ｃｍ−３の濃度にドーピングされている。
のｐ型ＩｎＰ遠隔側クラッド層１２０が形成される。遠
隔側クラッド層のＩｎＰには、亜鉛が約２ｘ１０１８原
子／ｃｍ−３の濃度にドーピングされている。
【０１０５】遠隔側クラッド層１２０の上には、５０ｎ
ｍ厚のｐ型ＩｎＧａＡｓ接触層５６６が形成される。接
触層のＩｎＧａＡｓには、亜鉛が約１ｘ１０１９原子／
ｃｍ −３〜２ｘ１０１９原子／ｃｍ−３の範囲でドーピ
ングされている。
ｍ厚のｐ型ＩｎＧａＡｓ接触層５６６が形成される。接
触層のＩｎＧａＡｓには、亜鉛が約１ｘ１０１９原子／
ｃｍ −３〜２ｘ１０１９原子／ｃｍ−３の範囲でドーピ
ングされている。
【０１０６】本発明の基づく長波長フォトニクスデバイ
スには、従来の長波長フォトニクスデバイスと比較して
優れた点が複数ある。ＩｎＧａＡｓＳｂ（Ｉｎ≧０）を
量子井戸層の材料として用いることに加え、ガリウム及
び燐を含有し、量子井戸層材料よりも高い伝導帯エネル
ギーレベルと量子井戸層材料よりも低い価電子帯エネル
ギーレベルを持つ障壁層材料から成る障壁層を用いるこ
とにより、タイプＩのヘテロ構造を持つ量子井戸構造が
提供される。タイプＩヘテロ構造は、高い量子効率と、
低い閾値電流をフォトニクスデバイスにもたらし、その
波長特性を稼動電流及び温度から実質的に独立したもの
とする。
スには、従来の長波長フォトニクスデバイスと比較して
優れた点が複数ある。ＩｎＧａＡｓＳｂ（Ｉｎ≧０）を
量子井戸層の材料として用いることに加え、ガリウム及
び燐を含有し、量子井戸層材料よりも高い伝導帯エネル
ギーレベルと量子井戸層材料よりも低い価電子帯エネル
ギーレベルを持つ障壁層材料から成る障壁層を用いるこ
とにより、タイプＩのヘテロ構造を持つ量子井戸構造が
提供される。タイプＩヘテロ構造は、高い量子効率と、
低い閾値電流をフォトニクスデバイスにもたらし、その
波長特性を稼動電流及び温度から実質的に独立したもの
とする。
【０１０７】ＧａＡｓを成長させるエピタキシャル成長
技術は、ＧａＡｓＳｂ及びＩｎＧａＡｓＳｂの成膜に容
易に適用することが出来る。トリメチルアンチモン（Ｔ
ＭＳｂ）及びトリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）のよう
な高純度のアンチモン源は、様々な業者から容易に入手
することが可能である。これらのアンチモン源は、酸素
や湿気といった汚染物質のレベルが非常に低く、従って
高純度のＧａＡｓＳｂ及びＩｎＧａＡｓＳｂのエピタキ
シャル層を形成することが出来る。
技術は、ＧａＡｓＳｂ及びＩｎＧａＡｓＳｂの成膜に容
易に適用することが出来る。トリメチルアンチモン（Ｔ
ＭＳｂ）及びトリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）のよう
な高純度のアンチモン源は、様々な業者から容易に入手
することが可能である。これらのアンチモン源は、酸素
や湿気といった汚染物質のレベルが非常に低く、従って
高純度のＧａＡｓＳｂ及びＩｎＧａＡｓＳｂのエピタキ
シャル層を形成することが出来る。
【０１０８】更に、本発明に基づく長波長フォトニクス
デバイスにおいては、障壁層材料の組成により、障壁層
材料が量子井戸層の量子井戸層材料とＧａＡｓ基板との
間の歪力を補償するように構成することが出来る。Ｇａ
Ａｓ基板は、最も大型、安価、そして入手が容易であ
り、全ての化合物半導体基板の中でも、最も多数のウエ
ハ配向が使用可能である。
デバイスにおいては、障壁層材料の組成により、障壁層
材料が量子井戸層の量子井戸層材料とＧａＡｓ基板との
間の歪力を補償するように構成することが出来る。Ｇａ
Ａｓ基板は、最も大型、安価、そして入手が容易であ
り、全ての化合物半導体基板の中でも、最も多数のウエ
ハ配向が使用可能である。
【０１０９】本発明に基づく長波長フォトニクスデバイ
スがＶＣＳＥＬである場合において、上述した活性層を
ｎ型及びｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのブラッグ反射器
（ＤＢＲ）に使用することが出来る。ＡｌＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓＤＢＲ技術は、成熟した技術である。低抵
抗、低光学損失、及び高反射性を持つＡｌＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓＤＢＲの製造技術は、本分野において周知で
ある。更に、ＧａＡｓ基板上に形成したＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓＤＢＲは、層構造の成長過程における格子整合
の必要性を緩和するものである。これにより、層構造の
製造が比較的に容易となる。更に、ＧａＡｓ基板上に作
成し、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＤＢＲを用いた素子にお
いて、ウエット及びドライエッチング、平坦化、接触形
成、イオン注入、選択的酸化等のプロセスは周知のもの
である。これらのプロセスは、ＧａＡｓＳｂ量子井戸層
を含むデバイス構造の製作においても、容易に拡張して
適用することが出来る。
スがＶＣＳＥＬである場合において、上述した活性層を
ｎ型及びｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのブラッグ反射器
（ＤＢＲ）に使用することが出来る。ＡｌＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓＤＢＲ技術は、成熟した技術である。低抵
抗、低光学損失、及び高反射性を持つＡｌＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓＤＢＲの製造技術は、本分野において周知で
ある。更に、ＧａＡｓ基板上に形成したＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓＤＢＲは、層構造の成長過程における格子整合
の必要性を緩和するものである。これにより、層構造の
製造が比較的に容易となる。更に、ＧａＡｓ基板上に作
成し、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＤＢＲを用いた素子にお
いて、ウエット及びドライエッチング、平坦化、接触形
成、イオン注入、選択的酸化等のプロセスは周知のもの
である。これらのプロセスは、ＧａＡｓＳｂ量子井戸層
を含むデバイス構造の製作においても、容易に拡張して
適用することが出来る。
【０１１０】本開示内容は、実施例を用いて本発明を詳
細にわたり説明したものである。しかしながら、本願請
求項に定義される本発明は、ここに記載した特定の実施
例に限られたものではない。
細にわたり説明したものである。しかしながら、本願請
求項に定義される本発明は、ここに記載した特定の実施
例に限られたものではない。
【０１１１】本発明を上述の実施形態に即して説明する
と、本発明は、ｙ≧０であるＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＳｂ
の量子井戸層材料から成る少なくとも１つの量子井戸層
（１１６）と、各々がガリウム及び燐を含有する障壁層
材料から成る対応する数の障壁層（１１４、１１８）と
を含み、前記障壁層材料が、前記量子井戸層材料の伝導
帯エネルギーレベルよりも高い伝導帯エネルギーレベル
と、前記量子井戸層材料の価電子帯エネルギーレベルよ
りも低い価電子帯エネルギーレベルとを持つことを特徴
とする活性層（１０６）を含む長波長フォトニクスデバ
イス（１００）を提供する。
と、本発明は、ｙ≧０であるＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＳｂ
の量子井戸層材料から成る少なくとも１つの量子井戸層
（１１６）と、各々がガリウム及び燐を含有する障壁層
材料から成る対応する数の障壁層（１１４、１１８）と
を含み、前記障壁層材料が、前記量子井戸層材料の伝導
帯エネルギーレベルよりも高い伝導帯エネルギーレベル
と、前記量子井戸層材料の価電子帯エネルギーレベルよ
りも低い価電子帯エネルギーレベルとを持つことを特徴
とする活性層（１０６）を含む長波長フォトニクスデバ
イス（１００）を提供する。
【０１１２】好ましくは、前記障壁層材料が、ＩｎＧａ
Ｐ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓＰ及びＡｌＩｎＧａＡ
ｓＰＳｂから成るグループから選択される。
Ｐ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓＰ及びＡｌＩｎＧａＡ
ｓＰＳｂから成るグループから選択される。
【０１１３】好ましくは、前記フォトニクスデバイス
が、更にＧａＡｓ基板（１０２）を含み、そして前記障
壁層材料が、前記少なくとも１つの量子井戸層と前記基
板との間の歪力の補償を提供する。
が、更にＧａＡｓ基板（１０２）を含み、そして前記障
壁層材料が、前記少なくとも１つの量子井戸層と前記基
板との間の歪力の補償を提供する。
【０１１４】好ましくは、前記量子井戸層材料のアンチ
モン組成が、約０．３５とされる。
モン組成が、約０．３５とされる。
【０１１５】好ましくは、更にＩｎＰ基板（１０２）を
含むことを特徴とし、そして前記障壁層材料が、前記少
なくとも１つの量子井戸層と前記基板との間の歪力の補
償を提供する。
含むことを特徴とし、そして前記障壁層材料が、前記少
なくとも１つの量子井戸層と前記基板との間の歪力の補
償を提供する。
【０１１６】好ましくは、前記量子井戸層材料のＧａＡ
ｓＳｂのアンチモン組成が約０．４９である。
ｓＳｂのアンチモン組成が約０．４９である。
【０１１７】好ましくは、前記活性層が更にクラッド層
（１１２、１２０）を含み、これらの間に前記少なくと
も１つの量子井戸層と、前記障壁層が挟まれる。
（１１２、１２０）を含み、これらの間に前記少なくと
も１つの量子井戸層と、前記障壁層が挟まれる。
【０１１８】好ましくは、前記クラッド層が、ＡｌＧａ
Ａｓ層である。
Ａｓ層である。
【０１１９】好ましくは、１．３μｍ波長範囲で稼動す
るように構築される。
るように構築される。
【０１２０】好ましくは、１．５５μｍ波長範囲で稼動
するように構築される。
するように構築される。
【０１２１】好ましくは、更にミラー層（３３０、３３
２）を含み、前記ミラー層の少なくとも１つおきのミラ
ー層が、ＡｌＧａＡｓ層とされる。
２）を含み、前記ミラー層の少なくとも１つおきのミラ
ー層が、ＡｌＧａＡｓ層とされる。
【０１２２】好ましくは、前記ＡｌＧａＡｓ層の少なく
とも１つ（３４６）が、電流閉じ込め構造を構成する環
状酸化物領域を含む。
とも１つ（３４６）が、電流閉じ込め構造を構成する環
状酸化物領域を含む。
【０１２３】好ましくは、前記ミラー層の少なくとも１
つが、ボンディング又は堆積構造を含む。
つが、ボンディング又は堆積構造を含む。
【０１２４】好ましくは、前記ミラー層の少なくとも１
つが、酸化領域を含む。
つが、酸化領域を含む。
【０１２５】好ましくは、前記障壁層材料が、前記量子
井戸層材料のバルク格子定数よりも小さいバルク格子定
数を持っている。
井戸層材料のバルク格子定数よりも小さいバルク格子定
数を持っている。
【０１２６】好ましくは、前記量子井戸層材料のインジ
ウムの組成がゼロよりも大きく、前記障壁層材料がＡｌ
ＩｎＧａＡｓＰＳｂを含む。
ウムの組成がゼロよりも大きく、前記障壁層材料がＡｌ
ＩｎＧａＡｓＰＳｂを含む。
【０１２７】好ましくは、前記障壁層材料がＧａＡｓ
１−ａＰａを含み、ここでａが、それ未満では前記障壁
層材料の伝導帯エネルギーレベルが前記量子井戸層材料
の伝導帯エネルギーレベルを超えないレベルよりも大き
く、それよりも上では間接再結合が生じることになるレ
ベルよりも小さい。
１−ａＰａを含み、ここでａが、それ未満では前記障壁
層材料の伝導帯エネルギーレベルが前記量子井戸層材料
の伝導帯エネルギーレベルを超えないレベルよりも大き
く、それよりも上では間接再結合が生じることになるレ
ベルよりも小さい。
【０１２８】好ましくは、約１．３μｍの光を放射する
ことを特徴とするフォトニクスデバイスであって、前記
障壁層材料がＩｎｙＧａ１−ｙＰを含み、ここで約０．
２５≦ｙ≦約０．７５である。
ことを特徴とするフォトニクスデバイスであって、前記
障壁層材料がＩｎｙＧａ１−ｙＰを含み、ここで約０．
２５≦ｙ≦約０．７５である。
【０１２９】好ましくは、約１．５５μｍの光を放射す
ることを特徴とするフォトニクスデバイスであって、前
記障壁層材料がＩｎｙＧａ１−ｙＰを含み、ここで約
０．２５≦ｙ≦約０．８５である。
ることを特徴とするフォトニクスデバイスであって、前
記障壁層材料がＩｎｙＧａ１−ｙＰを含み、ここで約
０．２５≦ｙ≦約０．８５である。
【図１】従来のタイプIIヘテロ構造を有する活性領域の
エネルギーバンド図である。
エネルギーバンド図である。
【図２】従来のタイプＩヘテロ構造を有する活性領域の
エネルギーバンド図である。
エネルギーバンド図である。
【図３】（ａ）は、本発明に基づくフォトニクスデバイ
スの実施例を部分的に示す概略側面図であり、（ｂ）は
（ａ）に示した活性領域のエネルギーバンド図である。
スの実施例を部分的に示す概略側面図であり、（ｂ）は
（ａ）に示した活性領域のエネルギーバンド図である。
【図４】ＧａＡｓＳｂ、ＧａＡｓ及びＩｎＧａＰの伝導
帯及び価電子帯のエネルギーレベルを示すエネルギーバ
ンド図である。
帯及び価電子帯のエネルギーレベルを示すエネルギーバ
ンド図である。
【図５】本発明に基づくフォトニクスデバイスが垂直共
振器面発光レーザである場合の一実施例を示す側面図で
ある。
振器面発光レーザである場合の一実施例を示す側面図で
ある。
【図６】本発明に基づくフォトニクスデバイスが端面発
光レーザである場合の一実施例を示す等距離図である。
光レーザである場合の一実施例を示す等距離図である。
【図７】本発明に基づくフォトニクスデバイスの一実施
例として、端面発光レーザを構成することが可能な層構
造例を部分的に示す側面図である。
例として、端面発光レーザを構成することが可能な層構
造例を部分的に示す側面図である。
１００ フォトニクスデバイス
１０２ 基板
１０６ 活性層
１１２、１２０ クラッド層
１１４、１１８ 障壁層
１１６ 量子井戸層
３３０、３３２ ミラー層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(71)出願人 501306656
ボード・オブ・リージェンツ，ザ・ユニヴ
ァーシティ・オヴ・テキサス・システム
アメリカ合衆国、 78701 テキサス、オ
ースティン、ウェスト・セヴンス・ストリ
ート 201
(72)発明者 イン―ラン・チャン
アメリカ合衆国カリフォルニア州クパティ
ーノ プレシディオ・ドライブ8099
(72)発明者 スコット・ダブリュウ・コルジン
アメリカ合衆国カリフォルニア州サニーベ
ール イグレット・ドライブ1354
(72)発明者 ラッセル・ディー・ダピュイス
アメリカ合衆国テキサス州オースティン
ピー・オー・ボックス82275
(72)発明者 ミン・スー・ノー
アメリカ合衆国テキサス州オースティン
イースト・レイク・オースティン・ブラバ
ード3366
(72)発明者 ジェー・ユン・リョウ
アメリカ合衆国テキサス州オースティン
レイク・オースティン・ブラバード3451−
Ｂ
(72)発明者 マイケル・アール・ティー・タン
アメリカ合衆国カリフォルニア州メンロ・
パーク コットン・ストリート315
(72)発明者 アシッシュ・タンドン
アメリカ合衆国カリフォルニア州サニーベ
ール ロビン・ウェイ927
Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA14 AA43 AA44 CA05
CA12 CA34 CA65 CA77 CB04
CB15 FF14
5F073 AA13 AA55 AA71 AA74 AA89
BA02 CA07 CA17 CB02 CB07
DA05 DA27 DA31 EA03 EA23
EA28
Claims (19)
- 【請求項１】ｙ≧０であるＩｎｙＧａ１−ｙＡｓＳｂの
量子井戸層材料から成る少なくとも１つの量子井戸層
と、各々がガリウム及び燐を含有する障壁層材料から成
る対応する数の障壁層とを含み、前記障壁層材料が、前
記量子井戸層材料の伝導帯エネルギーレベルよりも高い
伝導帯エネルギーレベルと、前記量子井戸層材料の価電
子帯エネルギーレベルよりも低い価電子帯エネルギーレ
ベルとを持つことを特徴とする活性層を含む長波長フォ
トニクスデバイス。 - 【請求項２】前記障壁層材料が、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎ
ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ、ＡｌＩｎＧａＡｓＰ及びＡｌＩｎＧａＡｓＰＳｂか
ら成るグループから選択されたものであることを特徴と
する請求項１に記載の長波長フォトニクスデバイス。 - 【請求項３】前記フォトニクスデバイスが、更にＧａＡ
ｓ基板を含み、そして前記障壁層材料が、前記少なくと
も１つの量子井戸層と前記基板との間の歪力の補償を提
供するものであることを特徴とする請求項１に記載の長
波長フォトニクスデバイス。 - 【請求項４】前記量子井戸層材料のアンチモン組成が、
約０．３５であることを特徴とする請求項３に記載の長
波長フォトニクスデバイス。 - 【請求項５】更にＩｎＰ基板を含むことを特徴とし、そ
して前記障壁層材料が、前記少なくとも１つの量子井戸
層と前記基板との間の歪力の補償を提供することを特徴
とする請求項１に記載の長波長フォトニクスデバイス。 - 【請求項６】前記量子井戸層材料のＧａＡｓＳｂのアン
チモン組成が約０．４９であることを特徴とする請求項
５に記載の長波長フォトニクスデバイス。 - 【請求項７】前記活性層が更にクラッド層を含み、これ
らの間に前記少なくとも１つの量子井戸層と、前記障壁
層が挟まれたことを特徴とする請求項１に記載の長波長
フォトニクスデバイス。 - 【請求項８】前記クラッド層が、ＡｌＧａＡｓ層である
ことを特徴とする請求項７に記載の長波長フォトニクス
デバイス。 - 【請求項９】１．３μｍ波長範囲で稼動するように構築
されたことを特徴とする請求項１に記載の長波長フォト
ニクスデバイス。 - 【請求項１０】１．５５μｍ波長範囲で稼動するように
構築されたことを特徴とする請求項１に記載の長波長フ
ォトニクスデバイス。 - 【請求項１１】更にミラー層を含み、前記ミラー層の少
なくとも１つおきのミラー層が、ＡｌＧａＡｓ層である
ことを特徴とする請求項１に記載の長波長フォトニクス
デバイス。 - 【請求項１２】前記ＡｌＧａＡｓ層の少なくとも１つ
が、電流閉じ込め構造を構成する環状酸化物領域を含む
ものであることを特徴とする請求項１１に記載の長波長
フォトニクスデバイス。 - 【請求項１３】前記ミラー層の少なくとも１つが、ボン
ディング又は堆積構造を含むことを特徴とする請求項１
１に記載の長波長フォトニクスデバイス。 - 【請求項１４】前記ミラー層の少なくとも１つが、酸化
領域を含むことを特徴とする請求項１３に記載の長波長
フォトニクスデバイス。 - 【請求項１５】前記障壁層材料が、前記量子井戸層材料
のバルク格子定数よりも小さいバルク格子定数を持って
いることを特徴とする請求項１に記載の長波長フォトニ
クスデバイス。 - 【請求項１６】前記量子井戸層材料のインジウムの組成
がゼロよりも大きく、前記障壁層材料がＡｌＩｎＧａＡ
ｓＰＳｂを含むことを特徴とする請求項１に記載の長波
長フォトニクスデバイス。 - 【請求項１７】前記障壁層材料がＧａＡｓ１−ａＰａを
含み、ここでａが、それ未満では前記障壁層材料の伝導
帯エネルギーレベルが前記量子井戸層材料の伝導帯エネ
ルギーレベルを超えないレベルよりも大きく、それより
も上では間接再結合が生じることになるレベルよりも小
さいことを特徴とする請求項１に記載の長波長フォトニ
クスデバイス。 - 【請求項１８】約１．３μｍの光を放射することを特徴
とするフォトニクスデバイスであって、前記障壁層材料
がＩｎｙＧａ１−ｙＰを含み、ここで約０．２５≦ｙ≦
約０．７５であることを特徴とする請求項１に記載の長
波長フォトニクスデバイス。 - 【請求項１９】約１．５５μｍの光を放射することを特
徴とするフォトニクスデバイスであって、前記障壁層材
料がＩｎｙＧａ１−ｙＰを含み、ここで約０．２５≦ｙ
≦約０．８５であることを特徴とする請求項１に記載の
長波長フォトニクスデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/087,422 US6711195B2 (en) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Long-wavelength photonic device with GaAsSb quantum-well layer |
| US087422 | 2002-02-28 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258384A true JP2003258384A (ja) | 2003-09-12 |
| JP2003258384A5 JP2003258384A5 (ja) | 2006-04-20 |
| JP4663964B2 JP4663964B2 (ja) | 2011-04-06 |
Family
ID=27733428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003048070A Expired - Fee Related JP4663964B2 (ja) | 2002-02-28 | 2003-02-25 | ＧａＡｓＳｂ量子井戸層を含む長波長フォトニクスデバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6711195B2 (ja) |
| EP (1) | EP1341279B1 (ja) |
| JP (1) | JP4663964B2 (ja) |
| DE (1) | DE60225781T2 (ja) |
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