JP3303631B2 - 半導体量子井戸構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、歪量子井戸構造を
用いた半導体レーザに関するものである
用いた半導体レーザに関するものである
【０００２】
【従来の技術】従来、歪量子井戸を用いた半導体デバイ
スは、例えば、半導体レーザがある。半導体レーザで
は、価電子帯の正孔の有効質量を小さくするなどして性
能を向上する為に、活性層を構成する量子井戸の井戸部
分に基板より格子定数の大きな半導体を用いることによ
り、２軸性圧縮歪を導入することができる。圧縮歪を導
入することにより半導体レーザのＴＥ光発振のしきい値
を低減することができ、また変調特性を改善することが
できる。
スは、例えば、半導体レーザがある。半導体レーザで
は、価電子帯の正孔の有効質量を小さくするなどして性
能を向上する為に、活性層を構成する量子井戸の井戸部
分に基板より格子定数の大きな半導体を用いることによ
り、２軸性圧縮歪を導入することができる。圧縮歪を導
入することにより半導体レーザのＴＥ光発振のしきい値
を低減することができ、また変調特性を改善することが
できる。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、ゲインを大きくする為に量子井戸の幅を
広げると軽い正孔と重い正孔の準位が近接するので、歪
導入の効果が小さくなってしまった。また、基板と格子
定数の異なるものが欠陥なく成長可能な膜厚（臨界膜
厚）は有限の値を有していて、格子定数が基板と異なる
材料が含まれる量子井戸は、厚膜化あるいは井戸の多重
数を増加することには限度があった。
記従来例では、ゲインを大きくする為に量子井戸の幅を
広げると軽い正孔と重い正孔の準位が近接するので、歪
導入の効果が小さくなってしまった。また、基板と格子
定数の異なるものが欠陥なく成長可能な膜厚（臨界膜
厚）は有限の値を有していて、格子定数が基板と異なる
材料が含まれる量子井戸は、厚膜化あるいは井戸の多重
数を増加することには限度があった。
【０００４】よって、本発明の目的は、上記の問題点を
解決した半導体量子井戸構造およびこれを含む半導体デ
バイスを提供することにある。
解決した半導体量子井戸構造およびこれを含む半導体デ
バイスを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】本発明によれば、複数の量
子井戸の少なくとも１つに異なる面内応力を作用させ、
複数の量子井戸中で電子の量子準位が一致し、かつ重い
正孔の準位と軽い正孔の準位のどちらか一方が一致し、
もう一方の準位（軽い正孔または重い正孔）が一致しな
いで、準位が一致している正孔に対しては井戸幅が広く
なったのと同様の作用を与え、一方で準位が一致してい
ない正孔に対してはこの様な作用を与えなくしたもので
ある。更に、量子井戸を構成している障壁層の厚さが、
各井戸層中の電子や正孔の波動関数が互いに十分結合す
る程度である。
子井戸の少なくとも１つに異なる面内応力を作用させ、
複数の量子井戸中で電子の量子準位が一致し、かつ重い
正孔の準位と軽い正孔の準位のどちらか一方が一致し、
もう一方の準位（軽い正孔または重い正孔）が一致しな
いで、準位が一致している正孔に対しては井戸幅が広く
なったのと同様の作用を与え、一方で準位が一致してい
ない正孔に対してはこの様な作用を与えなくしたもので
ある。更に、量子井戸を構成している障壁層の厚さが、
各井戸層中の電子や正孔の波動関数が互いに十分結合す
る程度である。
【０００６】詳細には、本発明の半導体量子井戸構造
は、少なくとも第１の量子井戸及び第２の量子井戸を含
み構成される半導体量子井戸構造において、該第１及び
第２の量子井戸における電子の量子準位が互いに一致
し、且つ該第１及び第２の量子井戸における重い正孔の
量子準位同士あるいは軽い正孔の量子準位同士のどちら
か一方のみが互いに一致し、他方は一致していないこと
を特徴とする。
は、少なくとも第１の量子井戸及び第２の量子井戸を含
み構成される半導体量子井戸構造において、該第１及び
第２の量子井戸における電子の量子準位が互いに一致
し、且つ該第１及び第２の量子井戸における重い正孔の
量子準位同士あるいは軽い正孔の量子準位同士のどちら
か一方のみが互いに一致し、他方は一致していないこと
を特徴とする。
【０００７】より具体的には、以下の構成も可能であ
る。前記第１及び第２の量子井戸間の障壁層部分が、該
第１及び第２の量子井戸中の電子と、重い正孔あるいは
軽い正孔のどちらか一方との波動関数が互いに結合する
程度の厚さ及びバンドギャップを有している。前記第１
及び第２の量子井戸が、前記基板の格子定数よりも大き
な格子定数を有する半導体材料を含み、該半導体材料を
用いている部分に面内圧縮歪がある。前記面内圧縮歪の
効果が前記複数の井戸のうち少なくとも１つにある。前
記第１及び第２の量子井戸が、前記基板の格子定数より
も小さな格子定数を有する半導体材料を含み、該半導体
材料を用いている部分に面内引張り歪がある。前記面内
引張り歪の効果が前記複数の井戸のうち少なくとも１つ
にある。前記第１及び第２の量子井戸が、前記基板の格
子定数より大きな格子定数を有している半導体材料と該
基板の格子定数よりも小さな格子定数を有する半導体材
料を含み、それぞれの半導体材料の部分で面内圧縮歪及
び面内引張り歪がある。前記面内圧縮歪の効果が前記複
数の井戸のうち少なくとも１つにあり、前記引張り歪の
効果が該複数の井戸のうちで該面内圧縮歪の効果を受け
ていない井戸のうち少なくとも１つにある。前記第１の
量子井戸と第２の量子井戸の構成材料が互いに異なる。
る。前記第１及び第２の量子井戸間の障壁層部分が、該
第１及び第２の量子井戸中の電子と、重い正孔あるいは
軽い正孔のどちらか一方との波動関数が互いに結合する
程度の厚さ及びバンドギャップを有している。前記第１
及び第２の量子井戸が、前記基板の格子定数よりも大き
な格子定数を有する半導体材料を含み、該半導体材料を
用いている部分に面内圧縮歪がある。前記面内圧縮歪の
効果が前記複数の井戸のうち少なくとも１つにある。前
記第１及び第２の量子井戸が、前記基板の格子定数より
も小さな格子定数を有する半導体材料を含み、該半導体
材料を用いている部分に面内引張り歪がある。前記面内
引張り歪の効果が前記複数の井戸のうち少なくとも１つ
にある。前記第１及び第２の量子井戸が、前記基板の格
子定数より大きな格子定数を有している半導体材料と該
基板の格子定数よりも小さな格子定数を有する半導体材
料を含み、それぞれの半導体材料の部分で面内圧縮歪及
び面内引張り歪がある。前記面内圧縮歪の効果が前記複
数の井戸のうち少なくとも１つにあり、前記引張り歪の
効果が該複数の井戸のうちで該面内圧縮歪の効果を受け
ていない井戸のうち少なくとも１つにある。前記第１の
量子井戸と第２の量子井戸の構成材料が互いに異なる。
【０００８】また、本発明の半導体レーザは、活性層の
少なくとも一部が上記の半導体量子井戸構造によって構
成されていることを特徴とする。更に、本発明の半導体
デバイスは、量子井戸構造を有する半導体デバイスにお
いて、該量子井戸構造の少なくとも一部が上記の半導体
量子井戸構造で構成されていることを特徴とする。
少なくとも一部が上記の半導体量子井戸構造によって構
成されていることを特徴とする。更に、本発明の半導体
デバイスは、量子井戸構造を有する半導体デバイスにお
いて、該量子井戸構造の少なくとも一部が上記の半導体
量子井戸構造で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
実施例１ 図１及び図２は本発明の特徴を最も良く表わす図面であ
る。図２は本発明を適用した半導体レーザを示す図であ
り、図１は図２の一部分のバンドダイアグラムである。
図２において、１は例えばｎ−ＩｎＰからなる基板、２
は例えばｎ−ＩｎＰからなるバッファ層、３は例えばｎ
−ＩｎＰからなるクラッド層、４は活性層、５は例えば
ｐ−ＩｎＰからなるクラッド層、６は例えばＳｉＯ2か
らなる絶縁層、７は例えばｐ−ＩｎＧａＡｓからなるキ
ャップ層、８、９は活性層４へ電流を注入する為の電
極、１０は電流である。本実施例では、半導体レーザの
横方向の導波構造としてリッジ導波路を用いた。もちろ
ん、この導波構造は、埋め込み型など、半導体レーザを
構成できるものであれば、どの様な導波構造でもよい。
る。図２は本発明を適用した半導体レーザを示す図であ
り、図１は図２の一部分のバンドダイアグラムである。
図２において、１は例えばｎ−ＩｎＰからなる基板、２
は例えばｎ−ＩｎＰからなるバッファ層、３は例えばｎ
−ＩｎＰからなるクラッド層、４は活性層、５は例えば
ｐ−ＩｎＰからなるクラッド層、６は例えばＳｉＯ2か
らなる絶縁層、７は例えばｐ−ＩｎＧａＡｓからなるキ
ャップ層、８、９は活性層４へ電流を注入する為の電
極、１０は電流である。本実施例では、半導体レーザの
横方向の導波構造としてリッジ導波路を用いた。もちろ
ん、この導波構造は、埋め込み型など、半導体レーザを
構成できるものであれば、どの様な導波構造でもよい。
【００１０】活性層４の構成は図１に示した。活性層４
はＳＣＨ構造で、図１に示した様にｐ型とｎ型のＩｎＧ
ａＡｓＰ（１．３μｍ組成）のＳＣＨ層１５、１６間に
２つの量子井戸がある構成になっている。量子井戸は、
例えば厚さ１０ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓからなる井
戸（１）と、例えば厚さ１０ｎｍのＩｎ0.62Ｇａ0.38Ａ
ｓ0.9Ｐ0.1からなる井戸（２）と、井戸（１）と井戸
（２）の間にある例えば厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ
（１．３μｍ組成）からなる障壁層１７から構成してあ
る。
はＳＣＨ構造で、図１に示した様にｐ型とｎ型のＩｎＧ
ａＡｓＰ（１．３μｍ組成）のＳＣＨ層１５、１６間に
２つの量子井戸がある構成になっている。量子井戸は、
例えば厚さ１０ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓからなる井
戸（１）と、例えば厚さ１０ｎｍのＩｎ0.62Ｇａ0.38Ａ
ｓ0.9Ｐ0.1からなる井戸（２）と、井戸（１）と井戸
（２）の間にある例えば厚さ７ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ
（１．３μｍ組成）からなる障壁層１７から構成してあ
る。
【００１１】本構成の場合、井戸（２）が基板１よりも
若干、格子定数が大きい材料となり、実施例の様にエピ
タキシャル成長させた場合、約０．２９％の格子不整合
により面内圧縮応力を受けることになる。
若干、格子定数が大きい材料となり、実施例の様にエピ
タキシャル成長させた場合、約０．２９％の格子不整合
により面内圧縮応力を受けることになる。
【００１２】面内応力を受けた半導体結晶は、次の様に
軽い正孔と重い正孔に対するバンドギャップが変化す
る。 重い正孔： ＥgHH＝Ｅg0＋ａ（２εxx−２（ｃ12／ｃ11）εxx）−
ｂ（εxx＋２（ｃ12／ｃ11）εxx） 軽い正孔： ＥgLH＝Ｅg0＋ａ（２εxx−２（ｃ12／ｃ11）εxx）＋
ｂ（εxx＋２（ｃ12／ｃ11）εxx） ここで、Ｅg0は面内応力がないときのバンドギャップ、
εxxは格子不整合度（（ａ−ａ0）／ａ0、ａ0を基板の
格子定数、ａを面内応力を受ける半導体結晶の格子定数
とする）、ａ，ｂはｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｏｔｅ
ｎｔｉａｌ、ｃ11，ｃ12はｓｔｉｆｆｎｅｓｓ定数であ
る。
軽い正孔と重い正孔に対するバンドギャップが変化す
る。 重い正孔： ＥgHH＝Ｅg0＋ａ（２εxx−２（ｃ12／ｃ11）εxx）−
ｂ（εxx＋２（ｃ12／ｃ11）εxx） 軽い正孔： ＥgLH＝Ｅg0＋ａ（２εxx−２（ｃ12／ｃ11）εxx）＋
ｂ（εxx＋２（ｃ12／ｃ11）εxx） ここで、Ｅg0は面内応力がないときのバンドギャップ、
εxxは格子不整合度（（ａ−ａ0）／ａ0、ａ0を基板の
格子定数、ａを面内応力を受ける半導体結晶の格子定数
とする）、ａ，ｂはｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｏｔｅ
ｎｔｉａｌ、ｃ11，ｃ12はｓｔｉｆｆｎｅｓｓ定数であ
る。
【００１３】例えば、重い正孔の井戸の深さについて
は、バンドオフセット比を更に考慮して αＥgb−αＥg0−αａ（２εxx−２（ｃ12／ｃ11）
εxx）＋ｂ（εxx＋２（ｃ12／ｃ11）εxx） となる。αはバンドオフセット比、Ｅgbは障壁のバンド
ギャップである（障壁層は格子整合している）。
は、バンドオフセット比を更に考慮して αＥgb−αＥg0−αａ（２εxx−２（ｃ12／ｃ11）
εxx）＋ｂ（εxx＋２（ｃ12／ｃ11）εxx） となる。αはバンドオフセット比、Ｅgbは障壁のバンド
ギャップである（障壁層は格子整合している）。
【００１４】また、軽い正孔の井戸の深さについては同
様に αＥgb−αＥg0−αａ（２εxx−２（ｃ12／ｃ11）
εxx）−ｂ（εxx＋２（ｃ12／ｃ11）εxx） となる。
様に αＥgb−αＥg0−αａ（２εxx−２（ｃ12／ｃ11）
εxx）−ｂ（εxx＋２（ｃ12／ｃ11）εxx） となる。
【００１５】本実施例の場合、重い正孔に関して、井戸
（２）は、面内圧縮応力のためにバンドギャップは井戸
（１）と同じ程度になり、軽い正孔に対してはバンドギ
ャップは重い正孔に対するバンドギャップより約０．０
２ｅＶ大きくなる（つまり、井戸が浅くなる）。
（２）は、面内圧縮応力のためにバンドギャップは井戸
（１）と同じ程度になり、軽い正孔に対してはバンドギ
ャップは重い正孔に対するバンドギャップより約０．０
２ｅＶ大きくなる（つまり、井戸が浅くなる）。
【００１６】上記の様な格子不整合の作用を受けて、作
製した量子井戸は、重い正孔に対しては、２重量子井戸
構造となり、軽い正孔に対しては、非対称２重量子井戸
構造となる。さらに本構成の様に障壁層１７が薄いと、
２つの井戸（１）、（２）が結合する。このとき、同じ
エネルギーレベルの伝導帯の準位と価電子帯の重い正孔
の準位が結合し、軽い正孔の準位は結合しない。このと
きの各量子レベルは図３に示す様になる。この結果、電
流を注入した時には伝導帯の第１準位と価電子帯の重い
正孔の第１準位間での遷移がかなり支配的に生じる。一
方、軽い正孔が関与する遷移は小さくなる。
製した量子井戸は、重い正孔に対しては、２重量子井戸
構造となり、軽い正孔に対しては、非対称２重量子井戸
構造となる。さらに本構成の様に障壁層１７が薄いと、
２つの井戸（１）、（２）が結合する。このとき、同じ
エネルギーレベルの伝導帯の準位と価電子帯の重い正孔
の準位が結合し、軽い正孔の準位は結合しない。このと
きの各量子レベルは図３に示す様になる。この結果、電
流を注入した時には伝導帯の第１準位と価電子帯の重い
正孔の第１準位間での遷移がかなり支配的に生じる。一
方、軽い正孔が関与する遷移は小さくなる。
【００１７】以上の構成により、図２の半導体レーザの
ＴＥ光発振のしきい値を低減することができ、また変調
特性を改善することができる。この様に、軽い正孔と重
い正孔の準位が近接せず、歪導入の効果を小さくするこ
となく、ゲインを大きくする為に実質的に量子井戸の幅
を広げることができる。
ＴＥ光発振のしきい値を低減することができ、また変調
特性を改善することができる。この様に、軽い正孔と重
い正孔の準位が近接せず、歪導入の効果を小さくするこ
となく、ゲインを大きくする為に実質的に量子井戸の幅
を広げることができる。
【００１８】実施例２ 図４は本発明の第２の実施例を説明する為の図である。
同図は第１の実施例の図１に相当する図であり、量子井
戸部分のバンドダイヤグラムを示している。この部分を
除いて、他の部分は第１の実施例の図２に示されるリッ
ジ導波型半導体レーザの構成を用いた。
同図は第１の実施例の図１に相当する図であり、量子井
戸部分のバンドダイヤグラムを示している。この部分を
除いて、他の部分は第１の実施例の図２に示されるリッ
ジ導波型半導体レーザの構成を用いた。
【００１９】本実施例では、井戸（１）に例えば厚さ８
ｎｍでＩｎ0.905Ｇａ0.095Ａｓ0.3Ｐ0.7を、井戸（２）
に例えば厚さ８ｎｍでＩｎ0.8Ｇａ0.2Ａｓ0.4Ｐ0.6を用
い、２つの井戸間の障壁２７として例えばＩｎ0.91Ｇａ
0.09Ａｓ0.2Ｐ0.8（１．０μｍ組成）を用いた。本構成
の場合、井戸（１）には井戸層と基板（ＩｎＰ）１の格
子定数の違いより約０．３０％の圧縮歪がかかり、同様
に井戸（２）には約０．１１７％の引張り歪が加わって
いる状態となる。この歪が加わった結果、各井戸のバン
ドギャップは変化する。図４には、重い正孔のバンド端
を実線で、軽い正孔のバンド端を破線で示してある。両
側のＳＣＨ層は図４に示した構成である。
ｎｍでＩｎ0.905Ｇａ0.095Ａｓ0.3Ｐ0.7を、井戸（２）
に例えば厚さ８ｎｍでＩｎ0.8Ｇａ0.2Ａｓ0.4Ｐ0.6を用
い、２つの井戸間の障壁２７として例えばＩｎ0.91Ｇａ
0.09Ａｓ0.2Ｐ0.8（１．０μｍ組成）を用いた。本構成
の場合、井戸（１）には井戸層と基板（ＩｎＰ）１の格
子定数の違いより約０．３０％の圧縮歪がかかり、同様
に井戸（２）には約０．１１７％の引張り歪が加わって
いる状態となる。この歪が加わった結果、各井戸のバン
ドギャップは変化する。図４には、重い正孔のバンド端
を実線で、軽い正孔のバンド端を破線で示してある。両
側のＳＣＨ層は図４に示した構成である。
【００２０】図４よりわかるように、重い正孔と電子に
ついては、同じ深さの井戸となり（２重量子井戸）、軽
い正孔については深さの異なる２つの井戸（非対称２重
量子井戸）があるようになる。このような構成では、第
１の実施例で説明した様に、重い正孔と電子間の遷移が
支配的になる。
ついては、同じ深さの井戸となり（２重量子井戸）、軽
い正孔については深さの異なる２つの井戸（非対称２重
量子井戸）があるようになる。このような構成では、第
１の実施例で説明した様に、重い正孔と電子間の遷移が
支配的になる。
【００２１】図５には、他の量子井戸の構成例を示し
た。この場合、井戸（１）は基板１と格子整合している
材料であるＧａ0.14Ｉｎ0.86Ａｓ0.3Ｐ0.7で構成し、井
戸（２）は例えばＧａ0.8Ｉｎ0.2Ａｓで作成し、基板１
より格子定数が小さく井戸（２）には約２．２％の引張
り歪が加わっている。このため、井戸（２）では、重い
正孔と軽い正孔に対するバンドギャップが異なるように
なり（図５で示した破線が軽い正孔に対するバンド端で
ある）、今まで示してきた実施例と同様に重い正孔と電
子間の遷移が多くなる。両側のＳＣＨ層は図５に示した
構成である。
た。この場合、井戸（１）は基板１と格子整合している
材料であるＧａ0.14Ｉｎ0.86Ａｓ0.3Ｐ0.7で構成し、井
戸（２）は例えばＧａ0.8Ｉｎ0.2Ａｓで作成し、基板１
より格子定数が小さく井戸（２）には約２．２％の引張
り歪が加わっている。このため、井戸（２）では、重い
正孔と軽い正孔に対するバンドギャップが異なるように
なり（図５で示した破線が軽い正孔に対するバンド端で
ある）、今まで示してきた実施例と同様に重い正孔と電
子間の遷移が多くなる。両側のＳＣＨ層は図５に示した
構成である。
【００２２】実施例３ 上記実施例では、重い正孔の準位が複数の井戸間でほぼ
一致し、軽い正孔の準位が一致していない場合を示し
た。上記の逆の構成、つまり軽い正孔の準位が一致し、
重い正孔の準位が一致しない場合の構成例を示してお
く。基本構成は図１、図２で示したもので、活性層４の
構成を変えたものである。井戸（１）は例えば厚さ１０
ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓから成り、井戸（２）には
例えば厚さ１０ｎｍのＩｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓを用いた構
成がある。この構成の場合、井戸（２）には１．７％格
子不整合度があり、面内引っ張り応力がかかった状態
で、重い正孔と軽い正孔に対して異なるバンドギャップ
を有するものとなる。この構成で形成される量子井戸
は、井戸（１）と（２）で軽い正孔については同じ深さ
の井戸となり、重い正孔については深さが異なる井戸と
なる（井戸（２）の方が約０．１３ｅＶ浅い井戸となっ
ている）。
一致し、軽い正孔の準位が一致していない場合を示し
た。上記の逆の構成、つまり軽い正孔の準位が一致し、
重い正孔の準位が一致しない場合の構成例を示してお
く。基本構成は図１、図２で示したもので、活性層４の
構成を変えたものである。井戸（１）は例えば厚さ１０
ｎｍのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓから成り、井戸（２）には
例えば厚さ１０ｎｍのＩｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓを用いた構
成がある。この構成の場合、井戸（２）には１．７％格
子不整合度があり、面内引っ張り応力がかかった状態
で、重い正孔と軽い正孔に対して異なるバンドギャップ
を有するものとなる。この構成で形成される量子井戸
は、井戸（１）と（２）で軽い正孔については同じ深さ
の井戸となり、重い正孔については深さが異なる井戸と
なる（井戸（２）の方が約０．１３ｅＶ浅い井戸となっ
ている）。
【００２３】また、以上の実施例では、半導体レーザの
構成に本発明の量子井戸を適用したデバイスを示した
が、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、
量子井戸構造を用いた光変調器など、従来、量子井戸構
造が含まれていたデバイスであればいずれのデバイスへ
も適用可能である。また、実施例で示した半導体レーザ
の両端面に反射防止膜を形成することによって、ＴＥ光
やＴＭ光に対して増幅率の大きい進行波型半導体レーザ
アンプを構成できる。
構成に本発明の量子井戸を適用したデバイスを示した
が、本発明の適用範囲はこれに限られるものではなく、
量子井戸構造を用いた光変調器など、従来、量子井戸構
造が含まれていたデバイスであればいずれのデバイスへ
も適用可能である。また、実施例で示した半導体レーザ
の両端面に反射防止膜を形成することによって、ＴＥ光
やＴＭ光に対して増幅率の大きい進行波型半導体レーザ
アンプを構成できる。
【００２４】さらに、上述の実施例では２つの井戸によ
って構成した場合を説明したが、実施例で示した２つの
井戸を１対としてそれが複数対あってもよい。また、３
つ以上の井戸に対して本発明を適用することも容易であ
る。
って構成した場合を説明したが、実施例で示した２つの
井戸を１対としてそれが複数対あってもよい。また、３
つ以上の井戸に対して本発明を適用することも容易であ
る。
【００２５】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、複
数の井戸に対して電子の準位を一致させ、かつ軽い正孔
あるいは重い正孔のうち一方だけの準位を一致させるこ
とにより、従来より厚膜あるいは多重の量子井戸であり
つつ重い正孔と軽い正孔の準位を分離させることができ
る。
数の井戸に対して電子の準位を一致させ、かつ軽い正孔
あるいは重い正孔のうち一方だけの準位を一致させるこ
とにより、従来より厚膜あるいは多重の量子井戸であり
つつ重い正孔と軽い正孔の準位を分離させることができ
る。
【図１】本発明を実施した第１の実施例の量子井戸構造
のバンドダイヤグラム。
のバンドダイヤグラム。
【図２】図１で示した量子井戸構造を活性層に持つ半導
体レーザの斜視図。
体レーザの斜視図。
【図３】図１で示した量子井戸中のエネルギー準位を示
す図。
す図。
【図４】本発明を実施した第２の実施例の量子井戸構造
のバンドダイヤグラム。
のバンドダイヤグラム。
【図５】本発明を実施した第３の実施例の量子井戸構造
のバンドダイヤグラム。
のバンドダイヤグラム。
１ 基板 ２ バッファ層 ３、５ クラッド層 ４ 活性層 ６ 絶縁層 ７ キャップ層 ８、９ 電極 １０ 電流 １７ 障壁層 １５、１６ ＳＣＨ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/015 505 H01L 29/06 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (11)
- 【請求項１】少なくとも第１の量子井戸及び第２の量子
井戸を含み構成される半導体量子井戸構造において、該
第１及び第２の量子井戸における電子の量子準位が互い
に一致し、且つ該第１及び第２の量子井戸における重い
正孔の量子準位同士あるいは軽い正孔の量子準位同士の
どちらか一方のみが互いに一致し、他方は一致していな
いことを特徴とする半導体量子井戸構造。 - 【請求項２】前記第１及び第２の量子井戸間の障壁層部
分が、該第１及び第２の量子井戸中の電子と、重い正孔
あるいは軽い正孔のどちらか一方との波動関数が互いに
結合する程度の厚さ及びバンドギャップを有しているこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体量子井戸構造。 - 【請求項３】前記第１及び第２の量子井戸が、前記基板
の格子定数よりも大きな格子定数を有する半導体材料を
含み、該半導体材料を用いている部分に面内圧縮歪があ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体量
子井戸構造。 - 【請求項４】前記面内圧縮歪の効果が前記複数の井戸の
うち少なくとも１つにあることを特徴とする請求項３記
載の半導体量子井戸構造。 - 【請求項５】前記第１及び第２の量子井戸が、前記基板
の格子定数よりも小さな格子定数を有する半導体材料を
含み、該半導体材料を用いている部分に面内引張り歪が
あることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体
量子井戸構造。 - 【請求項６】前記面内引張り歪の効果が前記複数の井戸
のうち少なくとも１つにあることを特徴とする請求項５
記載の半導体量子井戸構造。 - 【請求項７】前記第１及び第２の量子井戸が、前記基板
の格子定数より大きな格子定数を有している半導体材料
と該基板の格子定数よりも小さな格子定数を有する半導
体材料を含み、該それぞれの半導体材料の部分で面内圧
縮歪及び面内引張り歪があることを特徴とする請求項１
または２に記載の半導体量子井戸構造。 - 【請求項８】前記面内圧縮歪の効果が前記複数の井戸の
うち少なくとも１つにあり、前記引張り歪の効果が該複
数の井戸のうちで該面内圧縮歪の効果を受けていない井
戸のうち少なくとも１つにあることを特徴とする請求項
７記載の半導体量子井戸構造。 - 【請求項９】前記第１の量子井戸と第２の量子井戸の構
成材料が互いに異なることを特徴とする請求項１または
２に記載の半導体量子井戸構造。 - 【請求項１０】活性層の少なくとも一部が請求項１乃至
９の何れかに記載の半導体量子井戸構造によって構成さ
れていることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項１１】量子井戸構造を有する半導体デバイスに
おいて、該量子井戸構造の少なくとも一部が請求項１乃
至９の何れかに記載の半導体量子井戸構造で構成されて
いることを特徴とする半導体デバイス。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28805595A JP3303631B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-10-09 | 半導体量子井戸構造 |
| US08/580,975 US5848085A (en) | 1995-01-04 | 1996-01-03 | Semiconductor quantum well structure and semiconductor device using the same |
| DE1996609637 DE69609637T2 (de) | 1995-01-04 | 1996-01-03 | Halbleiter-Quantentopfstruktur und Halbleiteranordnung, die dieselbe Struktur enthält |
| EP19960100051 EP0721241B1 (en) | 1995-01-04 | 1996-01-03 | Semiconductor quantum well structure and semiconductor device using the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1553995 | 1995-01-04 | ||
| JP7-15539 | 1995-01-04 | ||
| JP28805595A JP3303631B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-10-09 | 半導体量子井戸構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08242039A JPH08242039A (ja) | 1996-09-17 |
| JP3303631B2 true JP3303631B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=26351713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28805595A Expired - Fee Related JP3303631B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-10-09 | 半導体量子井戸構造 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5848085A (ja) |
| EP (1) | EP0721241B1 (ja) |
| JP (1) | JP3303631B2 (ja) |
| DE (1) | DE69609637T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3630977B2 (ja) | 1998-03-19 | 2005-03-23 | キヤノン株式会社 | 位相調整領域を有するレーザ及びその使用法 |
| US5953479A (en) * | 1998-05-07 | 1999-09-14 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Tilted valance-band quantum well double heterostructures for single step active and passive optical waveguide device monolithic integration |
| GB9912583D0 (en) | 1999-05-28 | 1999-07-28 | Arima Optoelectronics Corp | A light emitting diode having a two well system with asymmetric tunneling |
| JP4789320B2 (ja) * | 2000-12-01 | 2011-10-12 | 富士通株式会社 | 半導体光増幅器 |
| WO2004112208A1 (ja) * | 2003-06-11 | 2004-12-23 | Nec Corporation | 半導体レーザ |
| US7098471B2 (en) * | 2004-06-14 | 2006-08-29 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Semiconductor quantum well devices and methods of making the same |
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|---|---|---|---|---|
| EP0547044B1 (en) * | 1986-07-25 | 1995-09-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | A semiconductor laser device |
| US5132981A (en) * | 1989-05-31 | 1992-07-21 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical device |
| JPH03174790A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-07-29 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子 |
| EP0469681B1 (en) * | 1990-08-03 | 1994-10-12 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical amplifier |
| US5117469A (en) * | 1991-02-01 | 1992-05-26 | Bell Communications Research, Inc. | Polarization-dependent and polarization-diversified opto-electronic devices using a strained quantum well |
| JPH04291982A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-10-16 | Fujitsu Ltd | 光変調器 |
| EP0558089B1 (en) * | 1992-02-28 | 2002-06-05 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical integrated device and method of manufacture thereof, and light receiver using said device |
| US5412678A (en) * | 1992-09-22 | 1995-05-02 | Xerox Corporation | Multi-beam, orthogonally-polarized emitting monolithic quantum well lasers |
| US5465263A (en) * | 1992-12-12 | 1995-11-07 | Xerox Corporation | Monolithic, multiple wavelength, dual polarization laser diode arrays |
| KR950010253A (ko) * | 1993-09-07 | 1995-04-26 | 오가 노리오 | 반도체발광장치 |
| JP3226070B2 (ja) * | 1993-10-04 | 2001-11-05 | キヤノン株式会社 | 半導体光素子 |
| US5412225A (en) * | 1994-02-18 | 1995-05-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Tunable heavy and light hole coupled bands in variable-strain quantum well semi-conductor heterostructure for novel opto-electronic devices |
| JPH07297485A (ja) * | 1994-04-28 | 1995-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置，及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-10-09 JP JP28805595A patent/JP3303631B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-01-03 EP EP19960100051 patent/EP0721241B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-01-03 US US08/580,975 patent/US5848085A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-01-03 DE DE1996609637 patent/DE69609637T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5848085A (en) | 1998-12-08 |
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| EP0721241A3 (en) | 1997-01-15 |
| EP0721241B1 (en) | 2000-08-09 |
| DE69609637D1 (de) | 2000-09-14 |
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| EP0721241A2 (en) | 1996-07-10 |
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