JP2021034497A - 半導体発光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】発光スペクトルの半値幅が狭くかつ長時間動作における信頼性が高められた半導体発光デバイスを提供する。【解決手段】実施形態の半導体発光デバイスは、基板と、多重量子井戸層と、を有する。前記多重量子井戸層は、前記基板上に設けられ、３つ以上のＩｎＧａＡｓ井戸層と、２つのＩｎＧａＡｓ井戸層に挟まれた複数の障壁層と、を含む。前記障壁層は、混晶比が異なる少なくとも２つの領域かまたは厚さが異なる少なくとも２つの領域を含む。【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、半導体発光デバイスに関する。
ＩｎＧａＡｓ井戸層およびＧａＡｓＰ障壁層を含むＭＱＷ（Multi Quantum Well：多重量子井戸)構造を有する半導体発光デバイスにおいて、ＧａＡｓ基板に対する２つの層のそれぞれの格子不整合により結晶歪を補償する構造が用いられる。
大電流注入を必要とするパワー発光ダイオードでは、ＭＱＷ積層の層数を増やしてその発光効率を向上させる。
しかしながら、ＭＱＷの積層数を単に増やすと新たな歪緩和を生じ易くなり、発光特性の低下や信頼性の低下が起こる。
発光スペクトルの半値幅が狭くかつ長時間動作における信頼性が高められた半導体発光デバイスを提供する。
実施形態の半導体発光デバイスは、基板と、多重量子井戸層と、を有する。前記多重量子井戸層は、前記基板上に設けられ、３つ以上のＩｎＧａＡｓ井戸層と、２つのＩｎＧａＡｓ井戸層に挟まれた複数の障壁層と、を含む。前記障壁層は、混晶比が異なる少なくとも２つの領域かまたは厚さが異なる少なくとも２つの領域を含む。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体発光デバイスの模式断面図、図１（ｂ）は多重量子井戸層拡大模式断面図、である。
半導体発光デバイス１０は、基板１２と、多重量子井戸層４０と、を少なくとも有する。
図１（ａ）に表すように、半導体発光デバイス１０は、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第１の層１４、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第２の層１６、上部電極５０、および下部電極６０をさらに有することができる。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる半導体発光デバイスの模式断面図、図１（ｂ）は多重量子井戸層拡大模式断面図、である。
半導体発光デバイス１０は、基板１２と、多重量子井戸層４０と、を少なくとも有する。
図１（ａ）に表すように、半導体発光デバイス１０は、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第１の層１４、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第２の層１６、上部電極５０、および下部電極６０をさらに有することができる。
多重量子井戸層４０は、基板１２上に設けられる。また、図１（ｂ）に表すように、多重量子井戸層４０は、３層以上のＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０と、２つのＩｎＧａＡｓ井戸層に挟まれた複数のＧａＡｓ１−ｙＰｙ障壁層４１１〜４１９と、を含み、活性層を構成する。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（たとえば、０＜ｘ≦０．２）のＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１（たとえば、６ｎｍ）が、たとえばすべて同一であるものとする。他方、障壁層４１１〜４１９は、ＧａＡｓＰのV族混晶比が異なる少なくとも２つの領域を含む。図１（ｂ）では、障壁層４１１〜４１９は、Ｐ混晶比ｙが結晶成長方向（積層方向）に沿って、たとえば、０．０５から０．０５８に向かって連続的に増大する。すなわち、障壁層４１１〜４１９のＰ混晶比ｙは一定ではなく変化する。本図では、障壁層４１１〜４１９において、すべてのＰ混晶比が異なっている。なお、ＧａＡｓ１−ｙＰｙ 障壁層４１１〜４１９の厚さは、たとえば、すべて３０ｎｍとする。
第１の実施形態にかかる半導体発光デバイス１０は、たとえば、１０００ｎｍ以下の波長の赤外光を放出可能なＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。量子井戸層数を多くすると、光出力を増大できる。しかし、この場合、ＩｎＧａＡｓ井戸層内に格子緩和が発生しやすくなる。第１の実施形態では、ＧａＡｓＰ障壁層のＰ混晶比ｙを変化させることにより格子緩和を抑制する。このため、光スペクトルの半値幅が狭くかつ長時間動作における信頼性が高められた半導体発光デバイス（ＬＥＤ：Light Emitting Diodeなど）が提供される。
図２（ａ）は、比較例にかかる半導体発光デバイスの多重量子井戸層の模式断面図、図２（ｂ）はＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓの臨界膜厚のグラフ図、である。
図２（ａ）に表すように、半導体発光デバイス１１０は、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第１の層１１４、多重量子井戸層１４０、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第２の層１１６、を有する。ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ井戸層１４１は、ｘ＝０．１５かつ厚さ６ｎｍである。また、ＧａＡｓ１−ｙＰｙ障壁層１６０のｙ＝０．０５かつ厚さ３０ｎｍである。比較例では、ＧａＡｓ基板１１２に対してＩｎＧａＡｓ井戸層１４１の格子定数は大きいが、ＧａＡｓ基板１１２に対してＧａＡｓＰ障壁層１６０の格子定数が小さくなるようにして応力が釣り合う関係とされる。なお、発光波長は約９５０ｎｍなどである。
図２（ａ）に表すように、半導体発光デバイス１１０は、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第１の層１１４、多重量子井戸層１４０、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第２の層１１６、を有する。ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ井戸層１４１は、ｘ＝０．１５かつ厚さ６ｎｍである。また、ＧａＡｓ１−ｙＰｙ障壁層１６０のｙ＝０．０５かつ厚さ３０ｎｍである。比較例では、ＧａＡｓ基板１１２に対してＩｎＧａＡｓ井戸層１４１の格子定数は大きいが、ＧａＡｓ基板１１２に対してＧａＡｓＰ障壁層１６０の格子定数が小さくなるようにして応力が釣り合う関係とされる。なお、発光波長は約９５０ｎｍなどである。
図２（ｂ）の縦軸は臨界膜厚（ｎｍ）、横軸は格子不整合度、である。臨界膜厚にはMatthewsの式を用い、転位は刃状転位を想定して算出されている。格子不整合度は、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ井戸層の格子がＧａＡｓ基板に格子に弾性変形してコヒーレントで積層していることを仮定し、弾性スティフネス定数を用いて算出した値を用いている。比較例のＩｎＧａＡｓ井戸層１４１〜１５０の総膜厚（６ｎｍ×１０層＝６０ｎｍ）は、図中に点ＰＣで表される。比較例の総膜厚６０ｎｍは臨界膜厚を超えている。すなわち、比較例にかかる多重量子井戸層１４０は、逆歪を持つＧａＡｓＰ障壁層１６０の存在により成り立つ構造といえる。
図３は、比較例の多重量子井戸層の断面ＴＥＭ観察写真図である。
断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope:透過型電子顕微鏡）観察写真図に表す白色ストライプ部分がＩｎＧａＡｓ井戸層１４１〜１５０を表し、その両側はＧａＡｓＰ障壁層１６０を表す。結晶成長方向は、下方から上方に向かっており、下から５層目までは上側障壁層との界面はほぼ平坦に保たれている。他方、６層目よりも上方になるほど上側障壁層との界面の平坦性が損われ井戸層厚さにゆらぎが発生している。この界面不均一性は結晶成長が進行するほど（写真図で上方になるほど）増加する。この不均一性はＩｎＧａＡｓ井戸層１４１〜１５０の格子緩和（膜厚ゆらぎなど）によるもので、結晶成長が進行するほどＧａＡｓＰ障壁層での歪補償が機能しなくなるためと思われる。
断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope:透過型電子顕微鏡）観察写真図に表す白色ストライプ部分がＩｎＧａＡｓ井戸層１４１〜１５０を表し、その両側はＧａＡｓＰ障壁層１６０を表す。結晶成長方向は、下方から上方に向かっており、下から５層目までは上側障壁層との界面はほぼ平坦に保たれている。他方、６層目よりも上方になるほど上側障壁層との界面の平坦性が損われ井戸層厚さにゆらぎが発生している。この界面不均一性は結晶成長が進行するほど（写真図で上方になるほど）増加する。この不均一性はＩｎＧａＡｓ井戸層１４１〜１５０の格子緩和（膜厚ゆらぎなど）によるもので、結晶成長が進行するほどＧａＡｓＰ障壁層での歪補償が機能しなくなるためと思われる。
素子設計上では格子定数差に起因する応力は釣り合うように構成されるにもかかわらず格子緩和が発生する要因として、たとえば、結晶成長が進行するのに伴ってその積層上面での応力の逃げが基板の反りや形状などにより発生して影響する可能性がある。これらのため、比較例では、発光スペクトルが約４０ｎｍなどと広がるか、または１００００時間動作後の光出力が５％以上低下するなど信頼性低下が生じ易い。
これに対して、第１の実施形態によれば、ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０の格子緩和が抑制されるので上側障壁層との界面の平坦性が維持され、その厚さを結晶成長方向に沿って均一に揃えることができる。この結果、３０ｎｍ以下の狭い発光スペクトル幅を得ることが容易となり、１００００時間動作後の光出力の低下を、たとえば、１％以下などと低減できる。
図４は、第２の実施形態にかかる半導体発光デバイスの多重量子井戸層の模式断面図である。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、障壁層４１１〜４１９は、ＧａＡｓ１−ｙＰｙのＰ混晶比ｙが異なる少なくとも２つの領域を含む。図４では、ＧａＡｓＰ障壁層は、Ｐ混晶比ｙの高い第１領域４１６〜４１９がＰ混晶比ｙの低い第２領域４１１〜４１５の上方に結晶成長される。ＧａＡｓＰ障壁層の第１領域４１６〜４１９は、Ｐ混晶比ｙが結晶成長方向（積層方向）に沿って、たとえば、０．０５１から０．０５４に増大する。すなわち、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９のＰ混晶比ｙは一定ではなく変化する。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、障壁層４１１〜４１９は、ＧａＡｓ１−ｙＰｙのＰ混晶比ｙが異なる少なくとも２つの領域を含む。図４では、ＧａＡｓＰ障壁層は、Ｐ混晶比ｙの高い第１領域４１６〜４１９がＰ混晶比ｙの低い第２領域４１１〜４１５の上方に結晶成長される。ＧａＡｓＰ障壁層の第１領域４１６〜４１９は、Ｐ混晶比ｙが結晶成長方向（積層方向）に沿って、たとえば、０．０５１から０．０５４に増大する。すなわち、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９のＰ混晶比ｙは一定ではなく変化する。
なお、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９の厚さは、たとえば、すべて３０ｎｍとする。このようにすると、３０ｎｍ以下の狭い発光スペクトル幅を得ることが容易であり、１００００時間動作後の光出力の低下を、たとえば、１％以下などと低減できる。
図５は、第３の実施形態にかかる半導体発光デバイスの多重量子井戸層の模式断面図である。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９は、ＧａＡｓ１−ｙＰｙのＰ混晶比ｙが異なる少なくとも２つの領域を含む。図５では、ＧａＡｓＰ障壁層は、Ｐ混晶比ｙの高い第１領域４１６〜４１９がＰ混晶比ｙの低い第２領域４１１〜４１５の上方に結晶成長（積層）される。すなわち、ＧａＡｓＰ障壁層４１６〜４１９は、Ｐ混晶比ｙが、たとえば、０．０５５で一定とされる。また、第２領域４１１〜４１５は、Ｐ混晶比ｙが、たとえば、０．０５とより低くかつ一定とされる。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９は、ＧａＡｓ１−ｙＰｙのＰ混晶比ｙが異なる少なくとも２つの領域を含む。図５では、ＧａＡｓＰ障壁層は、Ｐ混晶比ｙの高い第１領域４１６〜４１９がＰ混晶比ｙの低い第２領域４１１〜４１５の上方に結晶成長（積層）される。すなわち、ＧａＡｓＰ障壁層４１６〜４１９は、Ｐ混晶比ｙが、たとえば、０．０５５で一定とされる。また、第２領域４１１〜４１５は、Ｐ混晶比ｙが、たとえば、０．０５とより低くかつ一定とされる。
ＧａＡｓＰ 障壁層４１１〜４１９の厚さは、たとえば、すべて３０ｎｍとする。このようにすると、３０ｎｍ以下の狭い発光スペクトル幅を得ることが容易であり、１００００時間動作後の光出力の低下を、たとえば、１％以下などと低減できる。
図６は、第４の実施形態にかかる半導体発光デバイスの多重量子井戸層の模式断面図である。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９は、厚さが異なる少なくとも２つの領域を含む。ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９の厚さは、たとえば、３０．０ｎｍ〜３１．６ｎｍまで、たとえば、結晶成長方向（積層方向）に沿って０．２ｎｍずつ連続的に増加する。このようすると、３０ｎｍ以下の狭い発光スペクトル幅を得ることが容易であり、１００００時間動作後の光出力の低下を、たとえば、１％以下などと低減できる。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９は、厚さが異なる少なくとも２つの領域を含む。ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９の厚さは、たとえば、３０．０ｎｍ〜３１．６ｎｍまで、たとえば、結晶成長方向（積層方向）に沿って０．２ｎｍずつ連続的に増加する。このようすると、３０ｎｍ以下の狭い発光スペクトル幅を得ることが容易であり、１００００時間動作後の光出力の低下を、たとえば、１％以下などと低減できる。
図７は、第５の実施形態にかかる半導体発光デバイスの多重量子井戸層の模式断面図である。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９は、その厚さが結晶成長方向（積層方向）に沿って変化する。図７では、厚さが大きい第３領域４１６〜４１９が厚さの小さい第４領域４１１〜４１５の上に結晶成長（積層）により設けられる。たとえば、ＧａＡｓＰ障壁層の第４領域４１１〜４１５の厚さは、たとえば、３０ｎｍと一定であるが、ＧａＡｓＰ障壁層の第３領域４１６〜４１９の厚さが結晶成長方向（積層方向）に沿って、たとえば、３０．２〜３０．８ｎｍまで０．２ｎｍずつ連続的に増加する。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９は、その厚さが結晶成長方向（積層方向）に沿って変化する。図７では、厚さが大きい第３領域４１６〜４１９が厚さの小さい第４領域４１１〜４１５の上に結晶成長（積層）により設けられる。たとえば、ＧａＡｓＰ障壁層の第４領域４１１〜４１５の厚さは、たとえば、３０ｎｍと一定であるが、ＧａＡｓＰ障壁層の第３領域４１６〜４１９の厚さが結晶成長方向（積層方向）に沿って、たとえば、３０．２〜３０．８ｎｍまで０．２ｎｍずつ連続的に増加する。
このようにすると、３０ｎｍ以下の狭い発光スペクトル幅を得ることが容易であり、１００００時間動作後の光出力の低下を、たとえば、１％以下などと低減できる。
図８は、第６の実施形態にかかる半導体発光デバイの多重量子井戸層の模式断面図である。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９は、その厚さが結晶成長方向（積層方向）に沿って変化する。図８では、第３領域４１６〜４１９が厚さの小さい第４領域４１１〜４１５の領域の上に設けられる。たとえば、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１５の厚さは、たとえば、３０ｎｍと一定であり、ＧａＡｓＰ障壁層４１６〜４１９の厚さは、たとえば、３１ｎｍと一定でありかつ障壁層４１１〜４１５の厚さよりも大きい。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１９は、その厚さが結晶成長方向（積層方向）に沿って変化する。図８では、第３領域４１６〜４１９が厚さの小さい第４領域４１１〜４１５の領域の上に設けられる。たとえば、ＧａＡｓＰ障壁層４１１〜４１５の厚さは、たとえば、３０ｎｍと一定であり、ＧａＡｓＰ障壁層４１６〜４１９の厚さは、たとえば、３１ｎｍと一定でありかつ障壁層４１１〜４１５の厚さよりも大きい。
このようにすると、３０ｎｍ以下の狭い発光スペクトル幅を得ることが容易であり、１００００時間動作後の光出力の低下を、たとえば、１％以下などと低減できる。
図９は、第７の実施形態にかかる半導体発光デバイスの多重量子井戸層の模式断面図である。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、障壁層１０１１〜１０１９は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ１−ｙＰｙ（０．０５≦ｙ≦０．０５８）からなるものとし、その厚さは、たとえば、すべて３０ｎｍであるとする。障壁層にＡｌを加えたことでバンドギャップが大きくなり、井戸層へのキャリアの閉じ込め効果を高めることができる。但し、障壁高さが増加することでキャリア注入に必要なバイアス電圧も増加する。
ＩｎＧａＡｓ井戸層４０１〜４１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓのＩｎ混晶比ｘおよび厚さＴ１が、たとえば、すべて同一であるものとする。他方、障壁層１０１１〜１０１９は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ１−ｙＰｙ（０．０５≦ｙ≦０．０５８）からなるものとし、その厚さは、たとえば、すべて３０ｎｍであるとする。障壁層にＡｌを加えたことでバンドギャップが大きくなり、井戸層へのキャリアの閉じ込め効果を高めることができる。但し、障壁高さが増加することでキャリア注入に必要なバイアス電圧も増加する。
他方、格子不整合に与える影響は少なく、デバイス特性はＰ混晶比ｙでほぼ決定することになり、歪補償に必要な特性は第１の実施形態の場合と同等となる。
ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ１−ｙＰｙ障壁層１０１１〜１０１９は、Ｐ混晶比ｙが異なる少なくとも２つの領域を含む。図９では、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ１−ｙＰｙ障壁層１０１１〜１０１９は、Ｐ混晶比ｙが結晶成長方向（積層方向）に沿って、たとえば、０．０５〜０．０５８のように増大するように変化する。このようにしても、３０ｎｍ以下の狭い発光スペクトル幅を得ることが容易であり、１００００時間動作後の光出力の低下を、たとえば、１％以下などと低減できる。
図１０は、第８の実施形態にかかる半導体発光デバイスの模式断面図である。
第１の実施形態では、ＧａＡｓ基板１２上に、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第１の層１４、多重量子井戸層４０、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第２の層１６がこの順序に結晶成長される。第８の実施形態では、別に用意した支持基板１１０１の表面に、第２の層１６の表面をウェーハ状態で貼り付けたのち、結晶成長に用いたＧａＡｓ基板１２を剥離する。支持基板１１０１としては、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３以外の酸化膜、および金属のうちのいずれかとすることができる。
第１の実施形態では、ＧａＡｓ基板１２上に、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第１の層１４、多重量子井戸層４０、ＡｌＧａＡｓクラッド層を含む第２の層１６がこの順序に結晶成長される。第８の実施形態では、別に用意した支持基板１１０１の表面に、第２の層１６の表面をウェーハ状態で貼り付けたのち、結晶成長に用いたＧａＡｓ基板１２を剥離する。支持基板１１０１としては、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３以外の酸化膜、および金属のうちのいずれかとすることができる。
第８の実施形態によれば、転写により多重量子井戸層の上下が反転する。すなわち、多重量子井戸層の結晶成長方向が支持基板１１０１に向かうように配列される。本実施形態の多重量子井戸層によれば、ＩｎＧａＡｓ井戸層の格子緩和が抑制されるので、転写しても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
第１〜第８の実施形態の半導体発光デバイスによれば、発光スペクトルの半値幅が狭くかつ長時間動作における信頼性が高められた半導体発光デバイスが提供される。これらの半導体発光デバイス波長がたとえば、１０００ｎｍ以下の赤外光を放出可能である。
これらの半導体発光デバイスは、自動車運転システムに用いるＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）などのイメージング、リモコン、フォトカプラー、ＩｒＤＡ（Infrared Data Association）をはじめとした赤外線通信用光源などに広く用いることができる。
なお、本発明の実施形態はこれらに限定されない。多重量子井戸数は１０などに限定されること無く、ＩｎＧａＡｓ井戸層に格子緩和を生じる可能性があり障壁層が複数の形態であれば適用可能である。また、結晶成長用基板としてＧａＡｓ基板を用いたが、ＩｎＰ、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅ、酸化膜、およびＡｌ２Ｏ３などの基板と、多重量子井戸層と、の間に半導体からなる結晶成長下地層として積層すると、ＩｎＧａＡｓの格子緩和の基準になるので単純に基板の格子定数でＩｎＧａＡｓの臨界膜合厚が決まるわけではない。この場合、結晶成長下地層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓのいずれかを含む化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、および酸化膜のうちのいずれか１つを含んでもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ 半導体発光デバイス、１２ 基板、４０ 多重量子井戸層、４０１〜４１０ ＩｎＧａＡｓ井戸層、４１１〜４１９ ＧａＡｓＰ障壁層、１０１１〜１０１９ ＡｌＧａＡｓＰ障壁層
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に設けられ、３つ以上のＩｎＧａＡｓ井戸層と、２つのＩｎＧａＡｓ井戸層に挟まれた複数の障壁層と、を含む多重量子井戸層と、
を備え、
前記障壁層は、混晶比が異なる少なくとも２つの領域かまたは厚さが異なる少なくとも２つの領域を含む、半導体発光デバイス。 - 前記障壁層は、ＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓＰを含む請求項１記載の半導体発光デバイス。
- 前記障壁層は、Ｐ混晶比が積層方向に沿って連続的に増大する請求項２記載の半導体発光デバイス。
- 前記障壁層は、Ｐ混晶比の高い第１領域がＰ混晶比の低い第２領域の上方に積層された請求項２記載の半導体発光デバイス。
- 前記第１領域ではＰ混晶比が積層方向に沿って連続的に増大し、
前記第２領域ではＰ混晶比が積層方向に沿って一定である、請求項４記載の半導体発光デバイス。 - 前記第１領域ではＰ混晶比が積層方向に沿って一定であり、
前記第２領域ではＰ混晶比が積層方向に沿って一定である、請求項４記載の半導体発光デバイス。 - 前記基板は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ＧｅおよびＡｌ２Ｏ３のうちのいずれか１つを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光デバイス。
- 前記基板と、前記多重量子井戸層と、の間に設けられた下地層をさらに備え、
前記基板は、ＩｎＰ、ＧａＰ、Ｓｉ、Ｇｅ、および酸化膜のうちのいずれか１つを含み、
前記下地層は、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、ＰおよびＡｓのいずれかを含む化合物半導体、Ｓｉ、Ｇｅおよび酸化膜のうちのいずれか１つを含む、請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光デバイス。 - 前記基板は、Ｓｉ、Ｇｅ、酸化膜、および金属のうちのいずれか１つを含む支持基板とされ、
前記多重量子井戸層の積層方向は前記基板に向かうように配列される、請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光デバイス。
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