JP2011029213A

JP2011029213A - 光半導体素子

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Publication number: JP2011029213A
Application number: JP2009170076A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Kinoshita; 恭一木下; Shinichi Yoda; 眞一依田; Takuyoshi Aoki; 拓克青木; Tadatoshi Hosokawa; 忠利細川; Satoshi Yamamoto; 智山本; Masaaki Matsushima; 正明松島
Original assignee: Furuuchi Kagaku Kk; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Furuuchi Kagaku Kk; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】ミスフィット転位や貫通転位などの格子欠陥が発生しにくく高品質の結晶を得ることができ、基板の放熱特性も向上する光半導体素子を提供する。
【解決手段】基板としてＧａＡｓよりも格子定数の大きなＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０．０３≦ｘ≦０．１０）３元基板を使用し、前記基板上にＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層を形成し、前記Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層上に基板よりも格子定数の大きなＩｎ_yＧａ_1-yＡｓ（０．１０＜ｙ≦０．２０）層を形成し、さらに前記Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ層上に歪量子井戸構造を形成する。なお、Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ層は、例えば、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓから格子定数が徐々に大きくなるようにＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層の組成を変化させていく。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光波長１．１μｍ〜１．６μｍにおいて光出力の温度依存性の小さな光半導体素子に関するものである。

従来、波長１．３μｍ〜１．５５μｍの光を光源とする光通信においては、バンドギャップと格子定数の関係上作製の容易なＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ系レーザが用いられてきた。このようなレーザは、通常、発振特性の改善のために活性層に歪量子井戸構造を採用している。

歪量子井戸構造の構成材料としては、ＩｎＰ基板との格子定数差を考慮して井戸層には１％前後の圧縮歪となるＩｎＧａＡｓＰを用い、障壁層にはＩｎＰ基板と格子整合した組成となるＩｎＧａＡｓＰを用いることが一般的に行われている。

しかしながら、従来のＩｎＰ基板上レーザでは、伝導帯側の量子井戸と障壁層間のバンド不連続が小さいために、高温では電子のオーバーフローによる光学利得の低下が生じ、しきい値電流の増加、発振出力の低下を引き起こす。そのため、レーザ出力を一定に保つための温度調整器の使用が不可欠であった。

一方、ＧａＡｓ基板上では、比較的短波長の０．７８μｍ、０．８５μｍ、０．９８μｍ、１．０６μｍ帯レーザが実用化されており、出力の温度依存性も小さく優れた温度特性を示している。また、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ３元基板上レーザ（発振波長１．０３μｍ）も優れた温度特性を示すことが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。これは伝導帯側の大きなバンドオフセットによるものである。

しかしながら、Ｉｎ_mＧａ_1-mＡｓ／ＧａＡｓ歪量子井戸構造によって１．３μｍでの発光を得るためには、該歪量子井戸構造のＩｎ組成ｍを０．５程度に高める必要がある。Ｉｎ組成を高めると、Ｉｎ組成の増加とともに、ＧａＡｓ基板との格子定数差が大きくなり、３次元成長やミスフィット転位が生じる。このため、１．３μｍ以上の波長帯での高品質な量子井戸の形成は困難であるという問題があった。

このような格子不整合とバンドオフセットの問題を改善する手段として、ＧａＡｓやＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓに比較して格子定数が大きいＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ３元基板上レーザが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

しかしながら、Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ３元基板は、基板作製時にＩｎとＧａの物性の違いから組成ゆらぎや欠陥が入りやすく、歩留まりが上がらないために大量生産が困難であるという問題があった。また、ＧａＡｓやＩｎＰあるいはＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓに比べると熱伝導率が低く、半導体レーザにおいて、素子内部で発生した熱が放熱され難く、素子温度を上昇させる問題があった。

一方、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰのバッファー層を成長させ、擬似的にＩｎＧａＡｓ３元基板を作製する試みもなされてきた（例えば特許文献１）。これはバッファー層のＩｎ組成を、ＧａＡｓに格子整合する値から徐々に増やし、転位の増殖を抑えながら、ＧａＡｓ基板との格子不整合を緩和させる方法である。しかし、この方法ではミスフィット転位や貫通転位をバッファー層中に完全にとどめることは困難で、ミスフィット転位や貫通転位の一部が、バッファー層の上に形成した半導体レーザまで到達し、閾値電流の上昇や漏れ電流の増加、信頼性の低下など特性を劣化させていた。

特開２００８−２３５５１９号公報

H. Shoji, et al.,IEEE Photonics Technology Letter, Vol.6, No.10, pp.1170-1172 (1994). 石川浩、中嶋一雄：応用物理 68, pp. 294-298 (1999).

上述した通信用の波長帯の光を出射する半導体レーザにおいては、量子井戸の伝導帯のバンドオフセットを大きくし、温度特性を高めた構造を作製するために最適な構成材料は、２元のＧａＡｓ基板やＩｎＰ基板上に比較して格子定数差が大きいという問題がある。また、電子デバイスにおいても、所望のバンドギャップを持つ材料やその格子定数が、２元のＧａＡｓやＩｎＰ基板とは大きく異なる場合が生じる。そのような場合、基板上の薄膜結晶成長時にミスフィット転位や貫通転位などの格子欠陥が発生し、高品質の結晶を得ることが困難となる。

また、Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ３元基板はその作製方法自体が困難で、良好な結晶の基板を得ることが難しい。また、基板の放熱が悪いという問題がある。また別の方法として、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰのＩｎ組成を徐々に変化させたバッファー層を形成し、さらにその上にＩｎＧａＡｓ三元層を形成することなども検討されてきたが、ミスフィット転位や貫通転位の一部が、バッファー層の上に形成したＩｎＧａＡｓ三元層まで到達し、その上に作製される半導体レーザの特性の劣化や信頼性の低下などといった問題を生じていた。

本願発明に係る光半導体素子は、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ３元基板と、前記基板上に形成されたＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層と、前記Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層上に形成されたＩｎ_yＧａ_1-yＡｓ層と、前記Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ層上に形成された歪量子井戸構造とを有することを特徴とする。

前記Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓのＩｎ組成ｘは、一例として、０．０３≦ｘ≦０．１０とする。

前記Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓのＩｎ組成ｙは、一例として、０．１０＜ｙ≦０．２０とする。

前記Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層の格子定数は、一例として、前記Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ基板の格子定数から前記Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓの格子定数の範囲内にあように、Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層のＩｎ組成ｚを定める。

前記歪量子井戸構造の発光波長は、一例として、１．１μｍ〜１．６μｍである。

本願発明に係る光半導体素子を別の側面から説明すると、基板としてＧａＡｓよりも格子定数の大きなＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０．０３≦ｘ≦０．１０）３元基板を使用し、前記基板上にＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層を形成し、前記Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層上に基板よりも格子定数の大きなＩｎ_yＧａ_1-yＡｓ（０．１０＜ｙ≦０．２０）層を形成し、さらに前記Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ層上に歪量子井戸構造を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ３元基板と格子整合するＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層を形成し、さらにＩｎ_yＧａ_1-yＡｓ層を成長させるが、その際に、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓから格子定数が徐々に大きくなるようにＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層の組成を変化させていくと、ＧａＡｓ基板を使う場合に比べて格子定数の調節割合が少ないので、上層へミスフィット転位や貫通転位などの欠陥が到達せずに、十分格子緩和した高品質Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ単結晶層を成長させることができる。この十分に格子緩和した高品質Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ単結晶層の上には伝導帯のバンドオフセットが大きい量子井戸を持った高性能光半導体素子が実現でき、高温環境下においても特性の変化の小さい動作の実現が可能となる。またＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ基板で問題となっていた基板の放熱も問題とならないため、素子の温度上昇を抑えることができる。

本発明の実施例１に係る化合物半導体の層構造を示す概略構造図である。本発明の実施例１に係る光半導体素子の概略構造図である。本発明の実施例１に係るＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層のＩｎ濃度（Z）の膜厚方向の変化を示す模式図である。本発明の実施例２に係る光半導体素子の概略構造図である。

以下に示す実施例において、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１〜図３に基づいて、本発明の第１の実施例を詳細に説明する。図１は本実施例に係る光半導体素子の層構造を示す概略構造図、図２は本実施例に係る光半導体装置の概略構造図、図３は本実施例におけるバッファー層のＩｎ組成変化を示す特性図である。

図１に示すように、本実施例においては、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ３元基板１上に、バッファー層としてのｎ−Ｉｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜層３を成長させて擬似的にＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ３元基板を作製している。Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ３元基板は、特許第４２３９０６５号記載の「固溶体単結晶の製造方法」記載の方法により行った。

図１に示す層構造をなす各種薄膜の成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて行った。まず、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ３元基板１上に成長温度５５０℃、成長圧力７６Torrにて厚さ１００ｎｍのＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２を成長させ、このＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２の上に成長温度５５０℃で厚さ４００ｎｍのｎ−Ｉｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜層３を成長させた。Ｉｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜層３は、図３に示すように、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓに格子整合するＩｎ組成０．５５から成長をはじめ、最後はＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓに格子整合するＩｎ組成０．６１までＩｎ濃度を線形に変化させた。

このＩｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜層３の上に第二の化合物半導体としてのＩｎ_yＧａ_1-yＡｓ層４、５を成長させる。具体的には、成長温度５５０℃でＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層４を２００ｎｍ成長させ、該Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層４の上にさらに成長温度６８０℃においてＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層５を１μｍ成長させた。以上によりほぼ格子緩和された擬似的なＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ基板５が作製できたといえる。

次いで該擬似的なＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ基板５の上に、成長温度５２０℃において、活性層としての量子井戸構造６を成長させた。量子井戸構造６は、厚さ８ｎｍのＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ量子井戸層６２，６４と、厚さ１５ｎｍのＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ障壁層６１，６３，６５とを交互に配した２層量子井戸構造とした。

図２は、図１に示した量子井戸構造６を、ドーピングしたＩｎＧａＰクラッド層７，８で挟んでダブルへテロレーザ構造に仕上げた例である。なお、図２において、図１に示し上述した部材（物質）と実質的に同一のものには同一符号を付している。また、擬似的なＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ基板５の成長までは図１の説明に記載の薄膜成長条件で成長させた。まず、擬似的なＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ基板５上に成長温度６５０℃においてＳｉを５ｘ１０¹⁷（ｃｍ^-3）ドープした厚さ１μｍのｎ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐクラッド層７を成長させ、その上に量子井戸構造６を作製した。、この時の量子井戸構造作製条件も図１で述べた量子井戸構造作製条件と同一である。次いでこの量子井戸構造の上にｐ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐクラッド層８を成長温度６５０℃において成長させた。ｐ型ドーパンととして亜鉛を５ｘ１０¹⁷（ｃｍ^-3）ドープし、膜厚は１μｍとした。さらに該ｐ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐクラッド層８の上にｐ型に２ｘ１０¹⁹（ｃｍ^-3）ドープした厚さ１００ｎｍのＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓコンタクト層９を成長させた。

次いで、該Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓコンタクト層９の上にスパッタリングでＳｉＯ₂層を堆積し、さらにフォトリソグラフィによって幅２μｍ程度のストライプ状のマスクを形成し、ドライエッチングおよびウェットエッチングにより幅２μｍ、高さ１．６μｍのメサストライプを形成した。このメサストライプの両脇をポリイミドで埋め込み、ポリイミド埋め込み層１０とした。Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ基板１を研磨後に上下にそれぞれｐ電極１１、ｎ電極１２を形成し、リッジレーザへ加工した。作製したレーザは、室温での発振波長が１．３１μｍであり、閾値電流密度０．４ｋＡ／ｃｍ²、光出力は５ｍＷを実現した。

また、１００℃における発振波長は、１．３４μｍであり、閾値電流密度０．５ｋＡ／ｃｍ²、光出力は４ｍＷで、高温での発振特性に優れていることが判明した。これは、ＧａＡｓ基板を使う場合に比べて格子定数の調節割合が少ないので、上層へミスフィット転位や貫通転位などの欠陥が到達せずに、十分格子緩和した高品質Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ単結晶層を成長させることができ、また高品質Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ単結晶層の上には伝導帯のバンドオフセットが大きい量子井戸を持った高性能光半導体素子が実現できたことによる。さらにまたＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ基板で問題となっていた基板の放熱も問題とならないため、高温で優れた発振特性を実現できたと言える。

なお、本実施例においては、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ基板１上に成長させるＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２の層厚を１００ｎｍ厚とする例を示したが、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２の層厚は５００ｎｍ程度の厚さでもよく、また、零、すなわち、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２を設けない構成としてもよい。

また、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２上のＩｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜層３のＩｎ組成を０．５５−０．６１の範囲で線形的に変化させる例を示したが、Ｉｎ組成の変化は、線形的でなくてもよく、例えば、２次関数的でもよく、また階段状に変化させてもよい。

また、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２上のＩｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜層３の層厚は４００ｎｍとしたが他の層厚でもよく、１００ｎｍ〜１μｍであることが望ましく、２００〜８００ｎｍであればさらに有効である。また、Ｉｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜層３上に成長させるＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層４は、２００ｎｍ厚としたが、５００ｎｍ程度の厚さでもよく、あるいはまた０でもよい。また、Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層４上のＩｎＧａＰクラッド層８は１μｍ厚としたが、他の膜厚でもよく、０．５−２．０μｍであることが望ましい。

さらに、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ基板１上のＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２、ＩｎＧａＰ組成傾斜層３、Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層４を５５０℃で成長させる例を示したが、これらの成長温度は他の温度でもよく、４５０−６００℃であることが望ましい。また、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層２、Ｉｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜層３、Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層４上のＩｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐクラッド層７を６５０℃で成長させる例を示したが、成長温度は他の温度でもよく、５５０−７００℃であることが望ましい。また、量子井戸構造を５２０℃で成長させ例を示したが、活性層の成長温度は他の温度でもよく、４５０−５５０℃であることが望ましい。

また、本実施例では素子の作製に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いたが、この他に分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）やガスソース分子線エピタキシー法、有機金属分子線エピタキシー法、ハイドライド気相エピタキシャル成長法、クロライド気相エピタキシャル成長法でも可能である。

図４に基づいて、本発明の第２の実施例を詳細に説明する。図４は波長１．３μｍでの埋め込み型の分布帰還形半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）となっている。図４に示すように、本実施例にあっても、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ基板１上にＩｎ_zＧａ_1-zＰ組成傾斜バッファー層３を成長させて擬似的にＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ３元基板を作製している。なお、図４においても、図１に示し上述した部材（物質）と実質的に同一のものには同一符号を付している。

以下、作製方法を説明する。まず、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ基板１上に成長温度６００℃、成長圧力７６Torrにて、Ｓｉを５ｘ１０¹⁷（ｃｍ^-3）ドープした厚さ１．０μｍのＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層３を成長させた。Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層３のＩｎ組成は、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓに格子整合するＩｎ組成０．５５からＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓに格子整合するＩｎ組成０．６１までを階段状に、０．５５、０．５７、０．５９、０．６１と変化させた。なお、本実施例においては、前述した実施例１と異なり、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ基板１上にＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ薄膜は成長させなかった。

さらに、Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層３の上に成長温度６５０℃においてＳｉを５ｘ１０¹⁷（ｃｍ^-3）ドープしたＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層５を５００ｎｍ成長させて第二の化合物半導体層とした。なお、第二の化合物半導体層としてのＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層は本実施例においては５５０℃の成長温度で５００ｎｍ成長させた膜のみとした。この上に成長温度６５０℃においてＳｉを５ｘ１０¹⁷（ｃｍ^-3）ドープした厚さ２μｍのｎ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐクラッド層７を成長させ、その上に４０ｎｍの厚さのノンドープのＩｎＧａＡｓＰガイド層１３を導入する。その上に活性層として、Ｉｎ_0.50Ｇａ_0.50Ａｓ量子井戸層の両側に、Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ障壁層を配した歪量子井戸構造６を成長温度５２０℃で成長させた。

この後、成長温度６５０℃において、歪量子井戸構造６の上に４０ｎｍの厚さのノンドープのＩｎＧａＡｓＰガイド層１４を成長させ、回折格子を形成し、その上に亜鉛を１ｘ１０¹⁸（ｃｍ^-3）ドープしたｐ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐクラッド層８を成長させる。ここで、スパッタリングによりＳｉO₂を堆積し、フォトリソグラフィ技術によりストライプ状のマスクを形成し、これをマスクとして反応性イオンエッチングにより、幅２μｍで高さ１．６μｍ程度のメサストライプを形成した。

引き続き、メサストライプの両側の基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、電流ブロック層としてＲｕドープのＩｎＧａＰ埋め込み層１５を層厚３μｍ成長させた。Ｒｕの原料として、ビスエチルシクロペンタディエニルルテニウム（bis（ethylcycloPentadienyl）ruthenium（II））を用いた。

更に、ＳｉＯ₂からなるマスクをＨＦにより除去し、層厚１．５μｍでＺｎドーピング濃度が５ｘ１０¹⁷（ｃｍ^-3）に調整したｐ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐオーバークラッド層１６を成長させた。その上にｐ型に２ｘ１０¹⁹（ｃｍ^-3）ドープした厚さ１００ｎｍのＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓコンタクト層８を成長させた。活性層以外の化合物半導体は特に断らない限り、Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ基板に格子整合する組成である。この成長後のウェハにｐ電極１１、ｎ電極１２を形成した。

作製したレーザは、発振波長が１．３１μｍであり、閾値電流密度３ｋＡ／ｃｍ²、光出力は室温で１ｍＷを実現した。また、１００℃における発振波長は、１．３２μｍであり、閾値電流密度４ｋＡ／ｃｍ²、光出力は０．８ｍＷで、高温での発振特性にも優れていることが判明した。

なお、本実施例では埋め込み層を半絶縁化するためのドーパントとしてＲｕを用いたが、Ｆｅを用いてもよい。

また、クラッド層７に用いる材料としては、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＡｓのほかに、大きなバンドギャップを有するＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＰなどを用いることも可能である。

このように、本実施例によれば、Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ基板１上にＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層３を導入することで、上部の層へミスフィット転位や貫通転位などの欠陥が到達せずに、十分格子緩和したＩｎＧａＡｓやＩｎＡｌＡｓ層を成長することができる。この擬似的な３元基板の上には伝導帯のバンドオフセットが大きな量子井戸を持った光半導体素子が実現でき、高温環境下においても特性の変化の小さい動作の実現が可能となる。ＨＥＭＴやＨＢＴなどの電子デバイスにおいても大きなバンドオフセットを持つ構造が可能で、高性能化が期待される。

また、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ基板やＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ基板で問題となっていた基板の放熱も改善されるため、素子全体の発熱を抑えた高温度特性動作が可能となる。

本発明は、光半導体素子及び光半導体素子の作製方法に関し、とくに基板上に基板と格子定数の異なる半導体層を形成する作製方法及びそれを用いた化合物半導体素子に適用可能である。

１：ｎ−Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ基板
２：ｎ−Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ層
３：ｎ−Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層
４：ｎ−Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層
５：ｎ−Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ層
６：歪量子井戸構造
６１、６３、６５：Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ障壁層
６２、６４：Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ量子井戸層
７：ｎ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐクラッド層
８：ｐ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐクラッド層
９：ｐ−Ｉｎ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓコンタクト層
１０：ポリイミド埋め込み層
１１：ｐ電極
１２：ｎ電極
１３：ＩｎＧａＡｓＰガイド層
１４：ＩｎＧａＡｓＰガイド層
１５：ＲｕドープＩｎＧａＰ埋め込み層
１６：ｐ−Ｉｎ_0.61Ｇａ_0.39Ｐオーバークラッド層

Claims

Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ３元基板と、
前記基板上に形成されたＩｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層と、
前記Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層上に形成されたＩｎ_yＧａ_1-yＡｓ層と、
前記Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓ層上に形成された歪量子井戸構造とを有することを特徴とする光半導体素子。
前記Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓのＩｎ組成ｘが、０．０３≦ｘ≦０．１０であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子。
前記Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓのＩｎ組成ｙが、０．１０＜ｙ≦０．２０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子。
前記Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層の格子定数が、前記Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ基板の格子定数から前記Ｉｎ_yＧａ_1-yＡｓの格子定数の範囲内にあように、Ｉｎ_zＧａ_1-zＰバッファー層のＩｎ組成ｚを定めたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光半導体素子。
前記歪量子井戸構造の発光波長が１．１μｍ〜１．６μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体素子。