JP3135202B2 - 半導体装置,及びその製造方法 - Google Patents
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Description
製造方法に関し、特に高い信頼性を有する歪多重量子井
戸構造活性層を備えた半導体レーザ,及びその製造方法
に関するものである。
板と格子定数の異なる半導体層をエピタキシャル成長さ
せる場合は、半導体層内に多数の転位が発生して、良質
な結晶を得ることは難しい。しかし、この半導体層の層
厚が臨界厚以下であれば、転位の発生が抑制され、半導
体基板と格子整合した半導体層が得られる。ただし、こ
の層は、上記のように格子定数が異なる半導体基板と格
子整合しているため、格子歪を有するものとなる。上記
の臨界厚は、半導体基板と半導体成長層を構成する半導
体の種類に依存する。活性層を量子井戸構造とした半導
体レーザにおいて、この量子井戸構造の井戸層に、上記
のような歪層を用いたものが開発されている。
層のみであり、この井戸層が歪格子層である歪単一量子
井戸半導体レーザにおいて、高い信頼性を確保するため
には、この井戸層の歪と層厚が、転位の発生に関する臨
界条件に対して、充分な余裕を持つことが必要であるこ
とが知られている(たとえば、K.J.Beernink, P.K.Yor
k, J.J.Coleman, R.G.Waters, J.Kim and C.M.Wayman,
Appl.Phys.Lett.55(1989)2167 )。
した歪層で、転位が発生しない条件は、歪をf、歪層の
層厚をtとすると、
e, J.C.Barbour, J.F.van der Veen,K.L.Kavanagh, C.
W.T.Bulle-Lieuwma and M.P.A.Vieger, J.Appl.Phys.62
(1987)4413 )。ただし、上記(1) 式において、ν,b
0 ,bp ,rc は、それぞれ上記歪層におけるポアッソ
ン比,完全転位のバーガースベクトルの大きさ,部分転
位のバーガースベクトルの大きさ,及び転位のハーフル
ープの半径である。
半導体レーザを作製するためには、歪単一量子井戸構造
の井戸層の歪みfと層厚tが、(1) 式の関係を充分に満
足するようにすることが望ましい。
層として上記のような単一量子井戸構造を用いるより、
複数の量子井戸からなる多重量子井戸構造を用いる方が
有利であることが知られているが、上記単一歪量子井戸
構造半導体レーザに代えて歪多重量子井戸構造を用いる
場合は、個々の歪井戸層が、転位の発生に関する臨界条
件に対してそれぞれに充分な余裕を持つことはもちろ
ん、歪多重量子井戸構造全体としても、転位の発生に関
する臨界条件に対して充分な余裕を持つようにすること
が望ましいものと考慮される。
量子井戸構造活性層は半導体レーザの高出力化にとって
有効であると考えられる。しかしながら、歪多重量子井
戸構造においては、転位の発生に関する臨界条件に対し
て、それぞれの歪井戸層の歪,層厚,及び歪多重量子井
戸構造全体がどの程度の余裕を持つべきかが明確ではな
かったため、信頼性の高い歪多重量子井戸構造半導体レ
ーザを得ることは困難であった。
のであり、転位の発生に関する臨界条件に対して、充分
な余裕を持つ歪多重量子井戸構造活性層を備えた、高い
信頼性を有する半導体装置,及びその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
係る半導体装置は、半導体基板表面上に形成された、こ
の半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等
しい半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を
構成する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバン
ドギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層と
が交互に積層されてなり、その最下層と最上層に上記障
壁層を有する歪多重量子井戸構造を含む半導体装置にお
いて、次の条件を満たすものである。
複数の井戸層が同一の層厚tw を有し、上記歪多重量子
井戸構造の上記最下層及び上記最上層以外の上記障壁層
が同一の層厚tb を有し、nを上記井戸層の数、fw を
上記各井戸層の歪とし、上記歪多重量子井戸構造におけ
る、上記半導体基板に最も近い障壁層/井戸層界面か
ら、この半導体基板に最も遠い障壁層/井戸層界面まで
の間の層厚ttota l を ttotal =ntw +(n−1)tb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪favを fav=ntw fw /ttotal とし、上記井戸層における、ポアッソン比をν,完全転
位のバーガースベクトル(Burgers Vector)の大きさを
b0 ,部分転位のバーガースベクトルの大きさをbp,
剛性率をμ,単位面積当たりの積層欠陥のエネルギーを
γ,転位のハーフループの半径をrc ,せん断応力のす
べり面内成分をτ,一対の部分転位の間の距離をdと
し、上記b0 及び上記bp が、b0 =31/2 bp の関係
を満たし、上記rc が
転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数として、 Ksafe=3.9 かつ、
装置は、上記の半導体装置(請求項1)において、上記
半導体基板が、その表面が(001)面であるGaAs
基板と、このGaAs基板表面上にエピタキシャル成長
させたGaAsとほぼ格子定数の等しい半導体結晶であ
る半導体層とからなり、上記歪多重量子井戸構造が、上
記半導体層の表面上に成長させたものであり、上記井戸
層がInGaAsからなり、上記障壁層がGaAsまた
はAlGaAsからなり、上記b0 は0.40nm,上
記νは0.31,上記μは3.2×1011erg/cm3 ,上
記γは18erg/cm2 であるものである。
装置は、上記の半導体装置(請求項1または2)におい
て、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの活性層
であるものである。
装置の製造方法は、第1導電型の半導体基板表面上に、
この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ
等しい第1導電型の半導体結晶からなる第1クラッド層
をエピタキシャル成長させた後、この第1クラッド層上
にこの第1クラッド層を構成する半導体結晶と格子定数
がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第1クラッド
層を構成する半導体のバンドギャップ以下である半導体
結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構成する半
導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギャップ
が小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを交互に積
層するようにエピタキシャル成長させて、その最下層と
最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造からな
り、レーザ光が発振される活性層を形成し、さらにこの
活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結晶と格子
定数がほぼ等しく、かつ上記第1導電型と逆の第2導電
型である半導体結晶からなる第2クラッド層をエピタキ
シャル成長させる工程と、上記第2クラッド層上のスト
ライプ状の領域に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をマスク
として、上記第2クラッド層を所定の深さまでエッチン
グして、上記絶縁膜下に残された上記第2クラッド層か
らなるストライプメサを形成する工程と、上記絶縁膜を
マスクとして、上記ストライプメサの両脇に第1導電型
の半導体結晶からなる電流ブロック層を選択成長させ、
この後上記絶縁膜を除去する工程と、上記電流ブロック
層の表面,及び上記第2クラッド層の露出した表面上の
全面に、上記第2導電型の半導体結晶からなるコンタク
ト層をエピタキシャル成長させる工程と、上記コンタク
ト層表面に、このコンタクト層とオーミック接触をなす
表面電極を形成し、上記半導体基板裏面に、この半導体
基板とオーミック接触をなす裏面電極を形成する工程
と、上記ストライプメサの延びる方向と直交する劈開面
を形成し、これを半導体レーザの共振器端面とする工程
とを含み、上記歪多重量子井戸構造が、上記井戸層がそ
れぞれ同一の層厚tw を有し、上記歪多重量子井戸構造
の上記最下層及び上記最上層を除く、上記障壁層がそれ
ぞれ同一の層厚tb を有し、nを上記井戸層の数、fw
を上記各井戸層の歪とし、上記歪多重量子井戸構造にお
ける、上記半導体基板に最も近い障壁層/井戸層界面か
ら、該半導体基板に最も遠い障壁層/井戸層界面までの
間の層厚ttotalを ttotal =ntw +(n−1)tb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪favを fav=ntw fw /ttotal とし、上記井戸層における、ポアッソン比をν,完全転
位のバーガースベクトルの大きさをb0 ,部分転位のバ
ーガースベクトルの大きさをbp ,剛性率をμ,単位面
積当たりの積層欠陥のエネルギーをγ,転位のハーフル
ープの半径をrc ,せん断応力のすべり面内成分をτ,
一対の部分転位の間の距離をdとし、上記b0 及び上記
bp が、b0 =31/2 bp の関係を満たし、上記rc が
転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数として、 Ksafe=3.9 かつ、
からなる活性層を形成するものである。
ては、半導体基板表面上に形成された、この半導体基板
と格子整合する複数の障壁層と、この障壁層を構成する
半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギャッ
プが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とが交互に
積層されてなる歪多重量子井戸構造において、前述のよ
うに、Ksafeを上記井戸層における転位の発生に関する
臨界条件に対する安全係数として、 Ksafe=3.9 かつ、
子井戸構造全体として、転位の発生に関する臨界条件に
対して充分な余裕を持たせることができる。これによ
り、半導体装置の連続動作において、動作特性の劣化を
抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させる
ことができる。
装置では、上記の半導体装置(請求項1)において、上
記半導体基板は、その表面が(001)面であるGaA
s基板と、このGaAs基板表面上にエピタキシャル成
長させたGaAsとほぼ格子定数の等しい半導体結晶か
らなる半導体層からなり、上記歪多重量子井戸構造は、
上記半導体層の表面上に成長させたものであり、上記井
戸層は、InGaAsからなり、上記障壁層はGaAs
またはAlGaAsからなるから、このInGaAs/
GaAs歪多重量子井戸構造全体またはInGaAs/
AlGaAs歪多重量子井戸構造全体として、転位の発
生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせること
ができる。これにより、半導体装置の連続動作におい
て、動作特性の劣化を抑制することができ、半導体装置
の信頼性を向上させることができる。
装置では、上記の半導体装置(請求項1または2)にお
いて、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの活性
層であるから、上記歪多重量子井戸構造全体として、転
位の発生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせ
ることができる。これにより、半導体レーザの連続動作
において、動作特性の劣化を抑制することができ、半導
体レーザの信頼性を向上させることができる。
装置の製造方法においては、第1導電型の半導体基板表
面上に、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定
数がほぼ等しい第1導電型の半導体結晶からなる第1ク
ラッド層をエピタキシャル成長させた後、この第1クラ
ッド層上にこの第1クラッド層を構成する半導体結晶と
格子定数がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第1
クラッド層を構成する半導体のバンドギャップ以下であ
る半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構
成する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンド
ギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを
交互に積層するようにエピタキシャル成長させて、その
最下層と最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構
造からなり、レーザ光が発振される活性層を形成し、さ
らにこの活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結
晶と格子定数がほぼ等しく、かつ上記第1導電型と逆の
第2導電型である半導体結晶からなる第2クラッド層を
エピタキシャル成長させ、この後上記第2クラッド層か
らなるストライプメサを形成し、さらに、このストライ
プメサの両脇に第1導電型の半導体結晶からなる電流ブ
ロック層を選択成長させ、上記電流ブロック層の表面,
及び上記第2クラッド層の露出した表面上の全面に、上
記第2導電型の半導体結晶からなるコンタクト層をエピ
タキシャル成長させた後、上記コンタクト層表面に表面
電極を、上記半導体基板裏面に裏面電極を形成し、さら
に半導体レーザの共振器端面を形成しており、Ksafeを
上記井戸層における転位の発生に関する臨界条件に対す
る安全係数として、 Ksafe=3.9 かつ、
を形成しているから、これにより作製される半導体装置
においては、上記歪多重量子井戸構造全体として、転位
の発生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせる
ことができる。これにより、半導体装置の連続動作にお
いて、動作特性の劣化を抑制することができ、半導体装
置の信頼性を向上させることができる。
体レーザの活性層を構成する歪二重量子井戸構造を示す
断面図である。図において、1は層厚7nmのIn0.2
Ga0.8 As歪量子井戸層、2は井戸層1に挟まれた層
厚20nmのAl0.2 Ga0.8 As障壁層、3は井戸層
1の外側の層厚30nmのAl0.2 Ga0.8 As障壁
層、13はこれらの井戸層,障壁層を積層してなる半導
体レーザの歪二重量子井戸構造活性層である。なお、井
戸層1の外側のAl0.2 Ga0.8 As障壁層3は、この
活性層において発振されるレーザ光のガイド層としての
機能をも有するものである。
性層を備えた半導体レーザの製造方法について説明す
る。図2は、この半導体レーザの製造方法を示す断面図
である。
s基板11の表面上に、GaAsと格子定数がほぼ等し
い、厚さ2μmのSeドープn型Al0.48Ga0.52As
クラッド層12(キャリア濃度:約4×1017cm-3)
をエピタキシャル成長させた後、この層上にAl0.48G
a0.52Asと格子定数がほぼ等しく、そのバンドギャッ
プがこれより小さいAl0.2 Ga0.8 Asからなる障壁
層2,3と、Al0.2Ga0.8 Asより、格子定数が大
きく、かつバンドギャップが小さいIn0.2 Ga0.8 A
sからなる井戸層1とを交互に積層するようにエピタキ
シャル成長させて、図1に示した歪二重量子井戸構造活
性層13を形成し、さらにこの層上に、厚さ2μmのZ
nドープp型Al0.48Ga0.52Asクラッド層14(キ
ャリア濃度:約2×1018cm-3)をエピタキシャル成
長させる。これらの層の成長は、有機金属気相成長法
(MOCVD法)により行う。
lGaAsクラッド層14上のストライプ状の領域にS
iO2 膜15を形成し、このSiO2 膜15をマスクと
して、上記p型AlGaAsクラッド層14を所定の深
さまでエッチングして、上記SiO2 膜15下に残され
た上記p型AlGaAsクラッド層14からなるストラ
イプメサを形成する。さらに、図2(c) に示すように、
上記SiO2 膜15をマスクとして、上記ストライプメ
サの両脇にSiドープn型Al0.7 Ga0.3 As電流ブ
ロック層16(キャリア濃度:約1×1018cm-3)を
MOCVD法により選択成長させる。次に、上記SiO
2 膜15を除去した後、図2(d) に示すように、上記電
流ブロック層16の表面,及び上記p型AlGaAsク
ラッド層14の露出した表面上の全面に、厚さ2.5μ
mのZnドープp型GaAsコンタクト層17(キャリ
ア濃度:約2×1019cm-3)をMOCVD法により成
長させる。この後、図2(e) に示すように、このコンタ
クト層17の表面に、この層とオーミック接触をなす表
面電極18を形成し、またn型GaAs基板11の裏面
に、この基板とオーミック接触をなす裏面電極19を形
成し、さらに上記ストライプメサの延びる方向と直交す
る劈開面を形成し、これを半導体レーザの共振器端面と
することにより、上記歪二重量子井戸構造活性層13を
備えた半導体レーザが完成する。
れぞれ同一の層厚tw を有し、また歪多重量子井戸構造
の最下層及び最上層を除く、障壁層(井戸層に挟まれた
障壁層)がそれぞれ同一の層厚tb を有し、nを井戸層
の数、fw を各井戸層の歪としたとき、基板に最も近い
障壁層/井戸層界面から、基板に最も遠い障壁層/井戸
層界面までの間の合計層厚ttotal は、 ttotal =ntw +(n−1)tb となり、これらの界面間で平均した井戸層の歪favは、 fav=ntw fw /ttotal と表現される。
In0.2 Ga0.8 As井戸層1の層厚を7nm、井戸層
に挟まれたAl0.2 Ga0.8 As障壁層2の層厚を20
nmとすることで、基板に最も近いIn0.2 Ga0.8 A
s/Al0.2 Ga0.8 Asヘテロ界面21と、基板に最
も遠いIn0.2 Ga0.8 As/Al0.2 Ga0.8 Asヘ
テロ界面22との間で平均した井戸層の歪みfavが0.
588%、これらの界面間での合計層厚ttotal が3
4nmとなっている。ここで、歪多重量子井戸構造の歪
井戸層における転位発生の臨界条件に対する余裕度Kを
重量子井戸構造では、K=4.6となっている。ただ
し、この(2) 式では、井戸層における、ポアッソン比を
ν,完全転位のバーガースベクトルの大きさをb0 ,部
分転位のバーガースベクトルの大きさをbp ,転位のハ
ーフループの半径をrc としている。この際、上記b0
及び上記bp の間には、b0 =31/2 bp の関係が成り
立っており、またrc は、井戸層における、剛性率を
μ,単位面積当たりの積層欠陥のエネルギーをγ,せん
断応力のすべり面内成分をτ,一対の部分転位の間の距
離をdとすると、
おいては、b0 =0.40nm,ν=0.31,μ=
3.2×1011erg/cm3 ,γ=18erg/cm2 である。
活性層とする半導体レーザの、温度50℃、光出力15
0mWでの連続動作試験(サンプル数:7)の結果を図
3に示す。図において、横軸は連続動作時間(単位:時
間),縦軸は150mWの光出力が得られるように半導
体レーザに流している駆動電流(単位:mA)である。
大部分のレーザが、1000時間程度の連続動作によっ
ても、電流の増加を生じていない。これは、この半導体
レーザが高い信頼性を有していることを示している。
Ga0.8 As障壁層2の厚さが12nmと、図1に示し
た量子井戸構造における障壁層の1/2以下であり、こ
れ以外の層は図1の量子井戸構造と同一である歪二重量
子井戸構造を活性層とする半導体レーザの、50℃、出
力150mWでの連続動作試験(サンプル数:5)の結
果であり、動作開始直後から数十時間で特性劣化が始ま
り、900時間までに全てのレーザが動作しない状態と
なっていることがわかる。これは、この半導体レーザの
信頼性が充分ではないことを示している。この場合は、
基板に最も近いIn0.2 Ga0.8 As/Al0.2 Ga0.
8 Asヘテロ界面と基板に最も遠いIn0.2 Ga0.8 A
s/Al0.2 Ga0.8 Asヘテロ界面との間の平均の歪
favは0.770%、合計膜厚ttotal は26nmで
あり、歪井戸層での転位発生の臨界条件に対する余裕度
Kは3.3である。
には、上記の余裕度Kが4.6であれば充分であるが、
3.3では不十分である。このことから、高い信頼性を
有する半導体レーザを得るための条件は、余裕度Kが、
3.9より大きいことであると推定される。すなわち、
安全係数をKsafeとし、K>Ksafeが高い信頼性を得る
ための条件とすると、Ksafe=3.9となる。
量子井戸構造活性層を備えた半導体レーザにおいて、転
位発生の臨界条件に対する余裕度Kを、前述のように、 K=4.6>Ksafe=3.9 としたので、歪井戸層における転位の増殖が防止され、
1000時間の連続動作においても特性の劣化が抑制さ
れている。このように、上記の安全係数Ksafeを3.9
とすることにより、信頼性の高い歪多重量子井戸構造半
導体レーザを得ることができる。
係る半導体装置によれば、半導体基板表面上に形成され
た、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数が
ほぼ等しい半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障
壁層を構成する半導体結晶より、格子定数が大きく、か
つバンドギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井
戸層とが交互に積層されてなり、その最下層と最上層に
上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造を備えた半導体
装置において、前述のように、Ksafeを上記井戸層にお
ける転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数とし
て、 Ksafe=3.9 かつ、
連続動作において、動作特性の劣化を抑制することがで
き、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
装置によれば、上記の半導体装置(請求項1)におい
て、上記半導体基板は、その表面が(001)面である
GaAs基板と、このGaAs基板表面上にエピタキシ
ャル成長させたGaAsとほぼ格子定数の等しい半導体
結晶である半導体層からなり、上記歪多重量子井戸構造
は、上記半導体層の表面上に成長させたものであり、上
記井戸層は、InGaAsからなり、上記障壁層がGa
AsまたはAlGaAsからなるので、半導体装置の連
続動作において、動作特性の劣化を抑制することがで
き、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
装置によれば、上記の半導体装置(請求項1または2)
において、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの
活性層であるので、半導体レーザの連続動作において、
動作特性の劣化を抑制することができ、半導体レーザの
信頼性を向上させることができる。
装置の製造方法によれば、第1導電型の半導体基板表面
上に、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数
がほぼ等しい第1導電型の半導体結晶からなる第1クラ
ッド層をエピタキシャル成長させた後、この第1クラッ
ド層上にこの第1クラッド層を構成する半導体結晶と格
子定数がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第1ク
ラッド層を構成する半導体のバンドギャップ以下である
半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構成
する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギ
ャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを交
互に積層するようにエピタキシャル成長させて、その最
下層と最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造
からなり、レーザ光が発振される活性層を形成し、さら
にこの活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結晶
と格子定数がほぼ等しく、かつ上記第1導電型と逆の第
2導電型である半導体結晶からなる第2クラッド層をエ
ピタキシャル成長させ、この後上記第2クラッド層から
なるストライプメサを形成し、さらに、このストライプ
メサの両脇に第1導電型の半導体結晶からなる電流ブロ
ック層を選択成長させ、上記電流ブロック層の表面及
び,上記第2クラッド層の露出した表面上の全面に、上
記第2導電型の半導体結晶からなるコンタクト層をエピ
タキシャル成長させた後、上記コンタクト層表面に表面
電極を、上記半導体基板裏面に裏面電極を形成し、さら
に半導体レーザの共振器端面を形成しており、Ksafeを
上記井戸層における転位の発生に関する臨界条件に対す
る安全係数として、 Ksafe=3.9 かつ、
を形成しているので、これにより作製される半導体装置
においては、その連続動作において、動作特性の劣化を
抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させる
ことができる。
おける歪二重量子井戸構造活性層を示す断面図である。
構造活性層を備えた半導体レーザの製造方法を示す断面
図である。
た、余裕度Kが4.6である歪二重量子井戸構造を活性
層とする半導体レーザの、50℃、出力150mWでの
連続動作試験の結果を示す図である。
性層とする半導体レーザの、50°C、出力150mW
での連続動作試験の結果を示す図である。
0.2 Ga0.8 As障壁層、11 n型GaAs基板、1
2 n型Al0.48Ga0.52Asクラッド層、13 歪二
重量子井戸構造活性層、14 p型Al0.48Ga0.52A
sクラッド層、15 SiO2 膜、16 n型Al0.7
Ga0.3 As電流ブロック層、17p型GaAsコンタ
クト層、18 表面オーミック電極、19 裏面オーミ
ック電極、21 基板に最も近いIn0.2 Ga0.8 As
/Al0.2 Ga0.8 Asヘテロ界面、22 基板に最も
遠いIn0.2 Ga0.8 As/Al0.2 Ga0.8 Asヘテ
ロ界面。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板表面上に形成された、該半導
体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等しい半
導体結晶からなる複数の障壁層と、該障壁層を構成する
半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギャッ
プが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とが交互に
積層されてなり、その最下層と最上層に上記障壁層を有
する歪多重量子井戸構造を含む半導体装置において、 上記歪多重量子井戸構造の上記複数の井戸層が同一の層
厚tw を有し、上記歪多重量子井戸構造の上記最下層及
び最上層以外の上記障壁層が同一の層厚tb を有し、 nを上記井戸層の数、fw を上記各井戸層の歪とし、 上記歪多重量子井戸構造における、上記半導体基板に最
も近い障壁層/井戸層界面から、該半導体基板に最も遠
い障壁層/井戸層界面までの間の層厚ttotalを ttotal =ntw +(n−1)tb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪favを fav=ntw fw /ttotal とし、 上記井戸層における,ポアッソン比をν,完全転位のバ
ーガースベクトル(Burgers Vector)の大きさをb0 ,
部分転位のバーガースベクトルの大きさをbp,剛性率
をμ,単位面積当たりの積層欠陥のエネルギーをγ,転
位のハーフループの半径をrc ,せん断応力のすべり面
内成分をτ,一対の部分転位の間の距離をdとし、 上記b0 及び上記bp が、b0 =31/2 bp の関係を満
たし、 上記rc が 【数1】 を満たし、 上記τが 【数2】 であり、 上記dが 【数3】 であるとき、 Ksafeを上記井戸層における転位の発生に関する臨界条
件に対する安全係数として、 Ksafe=3.9 かつ、 【数4】 が成り立つことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置において、 上記半導体基板は、その表面が(001)面であるGa
As基板と、該GaAs基板表面上にエピタキシャル成
長させたGaAsとほぼ格子定数の等しい半導体結晶で
ある半導体層とからなり、 上記歪多重量子井戸構造は、上記半導体層の表面上に成
長させたものであり、 上記歪多重量子井戸構造における、上記井戸層はInG
aAsからなり、上記障壁層は、GaAsまたはAlG
aAsからなり、 上記b0 は0.40nm,上記νは0.31,上記μは
3.2×1011erg/cm3 ,上記γは18erg/cm2 である
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 上記歪多重量子井戸構造は、半導体レーザの活性層であ
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 第1導電型の半導体基板表面上に、該半
導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等しい
第1導電型の半導体結晶からなる第1クラッド層をエピ
タキシャル成長させた後、該第1クラッド層上に、該第
1クラッド層を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等
しく、そのバンドギャップが該第1クラッド層を構成す
る半導体のバンドギャップ以下である半導体結晶からな
る複数の障壁層と、該障壁層を構成する半導体結晶よ
り、格子定数が大きく、かつバンドギャップが小さい半
導体結晶からなる複数の井戸層とを交互に積層するよう
にエピタキシャル成長させて、その最下層と最上層に上
記障壁層を有する歪多重量子井戸構造からなり、レーザ
光が発振される活性層を形成し、さらに該活性層上に上
記半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等
しく、かつ上記第1導電型と逆の第2導電型である半導
体結晶からなる第2クラッド層をエピタキシャル成長さ
せる工程と、 上記第2クラッド層上のストライプ状の領域に絶縁膜を
形成し、該絶縁膜をマスクとして、上記第2クラッド層
を所定の深さまでエッチングして、上記絶縁膜下に残さ
れた上記第2クラッド層からなるストライプメサを形成
する工程と、 上記絶縁膜をマスクとして、上記ストライプメサの両脇
に第1導電型の半導体結晶からなる電流ブロック層を選
択成長させ、この後上記絶縁膜を除去する工程と、 上記電流ブロック層の表面,及び上記第2クラッド層の
露出した表面上の全面に、上記第2導電型の半導体結晶
からなるコンタクト層をエピタキシャル成長させる工程
と、 上記コンタクト層表面に、該コンタクト層とオーミック
接触をなす表面電極を形成し、上記半導体基板裏面に、
該半導体基板とオーミック接触をなす裏面電極を形成す
る工程と、 上記ストライプメサの延びる方向と直交する劈開面を形
成し、これを半導体レーザの共振器端面とする工程とを
含み、 上記歪多重量子井戸構造の上記複数の井戸層が同一の層
厚tw を有し、上記歪多重量子井戸構造の上記最下層及
び最上層以外の上記障壁層がそれぞれ同一の層厚tb を
有し、 nを上記井戸層の数、fw を上記各井戸層の歪とし、 上記歪多重量子井戸構造における、上記半導体基板に最
も近い障壁層/井戸層界面から、該半導体基板に最も遠
い障壁層/井戸層界面までの間の層厚ttotalを ttotal =ntw +(n−1)tb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪favを fav=ntw fw /ttotal とし、 上記井戸層における、ポアッソン比をν,完全転位のバ
ーガースベクトルの大きさをb0 ,部分転位のバーガー
スベクトルの大きさをbp ,剛性率をμ,単位面積当た
りの積層欠陥のエネルギーをγ,転位のハーフループの
半径をrc ,せん断応力のすべり面内成分をτ,一対の
部分転位の間の距離をdとし、 上記b0 及び上記bp が、b0 =31/2 bp の関係を満
たし、 上記rc が 【数1】 を満たし、 上記τが 【数2】 であり、 上記dが 【数3】 であるとき、 Ksafeを上記井戸層における転位の発生に関する臨界条
件に対する安全係数として、 Ksafe=3.9 かつ、 【数4】 が成り立つように上記歪多重量子井戸構造からなる活性
層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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