JP3461893B2 - 光半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置に関し、
より詳しくは、量子井戸構造を有する半導体レーザ、光
変調器、光増幅器、光スイッチ、光フィルタ等の光半導
体装置に関する。光半導体装置は、光通信システムや光
情報システムなどに用いられ、特に、最近では、それら
の諸特性改善のために量子井戸活性層を用いた構造の研
究、開発がなされている。
より詳しくは、量子井戸構造を有する半導体レーザ、光
変調器、光増幅器、光スイッチ、光フィルタ等の光半導
体装置に関する。光半導体装置は、光通信システムや光
情報システムなどに用いられ、特に、最近では、それら
の諸特性改善のために量子井戸活性層を用いた構造の研
究、開発がなされている。
【０００２】
【従来の技術】例えば量子井戸構造半導体レーザでは、
エネルギーバンドギャップが大きくて屈折率の小さいク
ラッド層の間に、バンドギャプが小さくて屈折率が大き
い量子井戸層構造の活性層が設けられている。この場
合、量子井戸層の層厚は、ほぼ電子のド・ブローイ波長
程度となっているが、その厚さでは光閉じ込め係数が小
さくなり、閾値電流密度が大きくなってしまう。
エネルギーバンドギャップが大きくて屈折率の小さいク
ラッド層の間に、バンドギャプが小さくて屈折率が大き
い量子井戸層構造の活性層が設けられている。この場
合、量子井戸層の層厚は、ほぼ電子のド・ブローイ波長
程度となっているが、その厚さでは光閉じ込め係数が小
さくなり、閾値電流密度が大きくなってしまう。
【０００３】そこで、クラッド層と量子井戸層の間に、
バンドギャップ及び屈折率がそれらの層の間にあるＳＣ
Ｈ(separate confinement heterostraucture) 層を形成
したＳＣＨ量子井戸構造が採用されている。活性層とし
ては、単一量子井戸層だけでなく、複数の量子井戸層を
分離障壁層により分離した多重量子井戸構造が採用され
ることもある。
バンドギャップ及び屈折率がそれらの層の間にあるＳＣ
Ｈ(separate confinement heterostraucture) 層を形成
したＳＣＨ量子井戸構造が採用されている。活性層とし
ては、単一量子井戸層だけでなく、複数の量子井戸層を
分離障壁層により分離した多重量子井戸構造が採用され
ることもある。
【０００４】それらの量子井戸層の両側のＳＣＨ層や量
子井戸層の間の分離障壁層を構成する材料は、井戸層の
構成材料と組成比の異なる同じ材料系を用いる場合もあ
るし、井戸層と異なる材料系を用いる場合もある。ＳＣ
Ｈ層や分離障壁層は、キャリアを井戸層内に閉じ込める
働きをしているので、以下、障壁層という総称を用いる
こともある。
子井戸層の間の分離障壁層を構成する材料は、井戸層の
構成材料と組成比の異なる同じ材料系を用いる場合もあ
るし、井戸層と異なる材料系を用いる場合もある。ＳＣ
Ｈ層や分離障壁層は、キャリアを井戸層内に閉じ込める
働きをしているので、以下、障壁層という総称を用いる
こともある。
【０００５】図８に、半導体レーザの先行技術に係るエ
ネルギーバンド構造を示す。図８(a) において、２つの
クラッド層101,102 と多重量子井戸構造の活性層103 と
の間には、それぞれＳＣＨ層104,105 が形成されてい
る。それらの構成材料として、例えば、クラッド層101,
102 にはInP 、またＳＣＨ層104,105 にはInxGa1-x As
y P1-y、さらに井戸層103aにはInGaAs、障壁層103bには
Inx'Ga1-x'Asy'P1-y' を用いたものがある。
ネルギーバンド構造を示す。図８(a) において、２つの
クラッド層101,102 と多重量子井戸構造の活性層103 と
の間には、それぞれＳＣＨ層104,105 が形成されてい
る。それらの構成材料として、例えば、クラッド層101,
102 にはInP 、またＳＣＨ層104,105 にはInxGa1-x As
y P1-y、さらに井戸層103aにはInGaAs、障壁層103bには
Inx'Ga1-x'Asy'P1-y' を用いたものがある。
【０００６】多重量子井戸構造は変調ドーピングされる
こともある。変調ドープは、ｎ型又はｐ型の不純物を障
壁層にドープする一方で、そのような不純物を井戸層に
ドープしないものである。これによれば、図９に示すよ
うに、障壁層103c内の不純物から励起されたキャリアの
少なくとも一部が井戸層103dに落ちるために、半導体レ
ーザに電流を注入してない状態でも井戸にキャリアが多
く入いることになり、この結果、発振閾値の低減や高速
変調化が図れる。
こともある。変調ドープは、ｎ型又はｐ型の不純物を障
壁層にドープする一方で、そのような不純物を井戸層に
ドープしないものである。これによれば、図９に示すよ
うに、障壁層103c内の不純物から励起されたキャリアの
少なくとも一部が井戸層103dに落ちるために、半導体レ
ーザに電流を注入してない状態でも井戸にキャリアが多
く入いることになり、この結果、発振閾値の低減や高速
変調化が図れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、量子井戸構
造によれば、伝導帯側のバンドオフセットが小さい材料
系を使用する場合には、図８(b) に示すように、レーザ
発振させるために外部から注入された電子が、井戸層10
3aから溢れ易くなって、注入効率が低下するといった問
題がある。逆に、価電子帯側のバンドオフセットが小さ
い材料系を使用する場合には、外部から注入された正孔
が井戸層から溢れ易くなって、注入効率が低下する。
造によれば、伝導帯側のバンドオフセットが小さい材料
系を使用する場合には、図８(b) に示すように、レーザ
発振させるために外部から注入された電子が、井戸層10
3aから溢れ易くなって、注入効率が低下するといった問
題がある。逆に、価電子帯側のバンドオフセットが小さ
い材料系を使用する場合には、外部から注入された正孔
が井戸層から溢れ易くなって、注入効率が低下する。
【０００８】また、レーザ発振状態の多重量子井戸構造
において、外部から供給されたキャリアは、図８(c) に
示すように、キャリアの移動方向の先方にある井戸層10
3aに注入される量が少なくなりがちである。この現象
は、井戸数が多い構造では顕著に現れる。さらに、図９
に示す変調ドーピングされた量子井戸構造では、障壁層
103cのうち井戸層107 に近い領域にある不純物から励起
されたキャリアが井戸層103dに落ちてその中に閉じ込め
られ、空間電荷が形成される。この場合に、空間電荷の
影響でエネルギーバンド端が曲率を持ち、障壁層103cの
エネルギーバンド端の中央が相対的に下がるので、障壁
層103cが厚くなるとその中央の不純物から励起されるキ
ャリアが井戸に落ち難くなり、変調ドープの効果が十分
に生かせない。
において、外部から供給されたキャリアは、図８(c) に
示すように、キャリアの移動方向の先方にある井戸層10
3aに注入される量が少なくなりがちである。この現象
は、井戸数が多い構造では顕著に現れる。さらに、図９
に示す変調ドーピングされた量子井戸構造では、障壁層
103cのうち井戸層107 に近い領域にある不純物から励起
されたキャリアが井戸層103dに落ちてその中に閉じ込め
られ、空間電荷が形成される。この場合に、空間電荷の
影響でエネルギーバンド端が曲率を持ち、障壁層103cの
エネルギーバンド端の中央が相対的に下がるので、障壁
層103cが厚くなるとその中央の不純物から励起されるキ
ャリアが井戸に落ち難くなり、変調ドープの効果が十分
に生かせない。
【０００９】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、障壁層の中央の不純物から励起されたキ
ャリアを井戸に効率良く注入するとともに、井戸からキ
ャリアが溢れ難くする光半導体装置を提供することを目
的とする。
ものであって、障壁層の中央の不純物から励起されたキ
ャリアを井戸に効率良く注入するとともに、井戸からキ
ャリアが溢れ難くする光半導体装置を提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
例示するように、少なくとも一部に圧電効果により内部
電界を生じさせる歪層３，４を有する障壁層２と井戸層
１とからなる量子井戸構造を備え、前記井戸層１は前記
障壁層２の２つの前記歪層３，４に挟まれ、かつ、２つ
の前記歪層３，４の前記内部電界は、それぞれ前記井戸
層１の内部から外部に向かう方向に発生していることを
特徴とする光半導体装置により解決する。または、少な
くとも一部に圧電効果により内部電界を生じさせる歪層
３，４を有する障壁層２と井戸層１とからなる量子井戸
構造を備え、前記井戸層１は前記障壁層２の２つの前記
歪層３，４に挟まれ、かつ、２つの前記歪層３，４の前
記内部電界は、それぞれ前記井戸層１の外部から内部に
向かう方向に発生していることを特徴とする光半導体装
置により解決する。または、前記歪層３，４は、｛１１
１｝面上に垂直に成長された閃亜鉛構造の結晶からなる
ことを特徴とする光半導体装置により解決する。
例示するように、少なくとも一部に圧電効果により内部
電界を生じさせる歪層３，４を有する障壁層２と井戸層
１とからなる量子井戸構造を備え、前記井戸層１は前記
障壁層２の２つの前記歪層３，４に挟まれ、かつ、２つ
の前記歪層３，４の前記内部電界は、それぞれ前記井戸
層１の内部から外部に向かう方向に発生していることを
特徴とする光半導体装置により解決する。または、少な
くとも一部に圧電効果により内部電界を生じさせる歪層
３，４を有する障壁層２と井戸層１とからなる量子井戸
構造を備え、前記井戸層１は前記障壁層２の２つの前記
歪層３，４に挟まれ、かつ、２つの前記歪層３，４の前
記内部電界は、それぞれ前記井戸層１の外部から内部に
向かう方向に発生していることを特徴とする光半導体装
置により解決する。または、前記歪層３，４は、｛１１
１｝面上に垂直に成長された閃亜鉛構造の結晶からなる
ことを特徴とする光半導体装置により解決する。
【００１１】または、前記歪層３，４は、｛１１１｝面
から｛１１０｝面方向に０度以上で±３５．５度以内に
傾いた面の上に形成されていることを特徴とする光半導
体装置によ解決する。または、前記歪層３，４は、｛１
１１｝面から｛１００｝面方向に０度以上で±５４．７
度以内に傾いた面の上に形成されていることを特徴とす
る光半導体装置により解決する。
から｛１１０｝面方向に０度以上で±３５．５度以内に
傾いた面の上に形成されていることを特徴とする光半導
体装置によ解決する。または、前記歪層３，４は、｛１
１１｝面から｛１００｝面方向に０度以上で±５４．７
度以内に傾いた面の上に形成されていることを特徴とす
る光半導体装置により解決する。
【００１２】または、前記歪層３，４は、｛１１１｝面
から｛１１０｝面方向に０度以上で±３５．３度以内で
あって且つ｛１１１｝面から｛１００｝面方向に０度以
上で±５４．７度未満傾いた面の上に形成されているこ
とを特徴とする光半導体装置によって解決する。
から｛１１０｝面方向に０度以上で±３５．３度以内で
あって且つ｛１１１｝面から｛１００｝面方向に０度以
上で±５４．７度未満傾いた面の上に形成されているこ
とを特徴とする光半導体装置によって解決する。
【００１３】
【００１４】または、前記量子井戸構造は変調ドーピン
グされていることを特徴とする光半導体装置により解決
する。
グされていることを特徴とする光半導体装置により解決
する。
【００１５】または、図１(a) に示すように、｛１１
１｝Ａ面の上に形成された引張歪障壁層３と、前記引張
歪障壁層３上に形成された井戸層１と、前記井戸層１の
上に形成された圧縮歪障壁層４とを有することを特徴と
する光半導体装置により解決する。または、図２(a) に
示すように、｛１１１｝Ｂ面の上に形成された圧縮歪障
壁層７と、前記圧縮歪障壁層７上に形成された井戸層８
と、前記井戸層８の上に形成された引張歪障壁層９とを
有することを特徴とする光半導体装置により解決する。
１｝Ａ面の上に形成された引張歪障壁層３と、前記引張
歪障壁層３上に形成された井戸層１と、前記井戸層１の
上に形成された圧縮歪障壁層４とを有することを特徴と
する光半導体装置により解決する。または、図２(a) に
示すように、｛１１１｝Ｂ面の上に形成された圧縮歪障
壁層７と、前記圧縮歪障壁層７上に形成された井戸層８
と、前記井戸層８の上に形成された引張歪障壁層９とを
有することを特徴とする光半導体装置により解決する。
【００１６】または、図３(a) に示すように、｛１１
１｝Ａ面の上に形成された圧縮歪障壁層４と、前記圧縮
歪障壁層４上に形成された井戸層１と、前記井戸層１の
上に形成された引張歪障壁層３とを有することを特徴と
する光半導体装置により解決する。または、図３(b) に
示すように、｛１１１｝Ｂ面の上に形成された引張歪障
壁層９と、前記引張歪障壁層９上に形成された井戸層８
と、前記井戸層８の上に形成された圧縮歪障壁層７とを
有することを特徴とする光半導体装置により解決する。
１｝Ａ面の上に形成された圧縮歪障壁層４と、前記圧縮
歪障壁層４上に形成された井戸層１と、前記井戸層１の
上に形成された引張歪障壁層３とを有することを特徴と
する光半導体装置により解決する。または、図３(b) に
示すように、｛１１１｝Ｂ面の上に形成された引張歪障
壁層９と、前記引張歪障壁層９上に形成された井戸層８
と、前記井戸層８の上に形成された圧縮歪障壁層７とを
有することを特徴とする光半導体装置により解決する。
【００１７】
【作 用】本発明によれば、量子井戸構造において井戸
層に隣接する障壁層は、圧電効果によって内部に電界を
発生させる歪を有している。この場合、その電界を伝導
帯側の井戸層の内部から外部に向かう方向に発生させる
と、井戸層は、歪によって生じるポテンシアルの傾斜の
下側に存在することになる。
層に隣接する障壁層は、圧電効果によって内部に電界を
発生させる歪を有している。この場合、その電界を伝導
帯側の井戸層の内部から外部に向かう方向に発生させる
と、井戸層は、歪によって生じるポテンシアルの傾斜の
下側に存在することになる。
【００１８】圧電効果によって電界が発生する歪層は、
主に、｛１１１｝面に平行な閃亜鉛構造結晶を有してい
る。この構造では、｛１１１｝Ａ面基板の上に形成され
た引張歪障壁層内ではその内部から基板に向けた方向の
電界が発生し、その引張歪障壁層のポテンシャルは基板
から離れるにつれて低くなるように傾斜する。また、
｛１１１｝Ａ面基板の上に形成された圧縮歪障壁層内で
は、引張歪障壁層の内部電界と反対方向への電界が発生
し、その圧縮歪障壁層のポテンシャルは基板から離れる
ほど高くなるように傾斜する。
主に、｛１１１｝面に平行な閃亜鉛構造結晶を有してい
る。この構造では、｛１１１｝Ａ面基板の上に形成され
た引張歪障壁層内ではその内部から基板に向けた方向の
電界が発生し、その引張歪障壁層のポテンシャルは基板
から離れるにつれて低くなるように傾斜する。また、
｛１１１｝Ａ面基板の上に形成された圧縮歪障壁層内で
は、引張歪障壁層の内部電界と反対方向への電界が発生
し、その圧縮歪障壁層のポテンシャルは基板から離れる
ほど高くなるように傾斜する。
【００１９】これに対して、｛１１１｝Ｂ面基板の上に
形成された圧縮歪障壁層内ではその内部から基板に向け
た方向の電界が発生し、その圧縮歪障壁層のポテンシャ
ルは基板から離れるにつれて低くなるように傾斜する。
また、｛１１１｝Ｂ面基板の上に形成された引張歪障壁
層内では、圧縮歪障壁層の内部電界と反対方向への電界
が発生し、その引張歪障壁層のポテンシャルは基板から
離れるほど高くなるように傾斜する。
形成された圧縮歪障壁層内ではその内部から基板に向け
た方向の電界が発生し、その圧縮歪障壁層のポテンシャ
ルは基板から離れるにつれて低くなるように傾斜する。
また、｛１１１｝Ｂ面基板の上に形成された引張歪障壁
層内では、圧縮歪障壁層の内部電界と反対方向への電界
が発生し、その引張歪障壁層のポテンシャルは基板から
離れるほど高くなるように傾斜する。
【００２０】これらの結果、量子井戸構造が形成される
下地半導体層の面方位を選択し、さらに障壁層を引張、
圧縮のいずれかに歪ませることによって、２つの障壁に
より形成される谷の底に井戸が存在するようなポテンシ
ャルが得られる。このようなポテンシャルによれば、障
壁層を歪ませない場合に比べて伝導帯側の井戸が深くな
り、井戸からキャリアが溢れ難くなり、閾値電流の上昇
が抑制される。
下地半導体層の面方位を選択し、さらに障壁層を引張、
圧縮のいずれかに歪ませることによって、２つの障壁に
より形成される谷の底に井戸が存在するようなポテンシ
ャルが得られる。このようなポテンシャルによれば、障
壁層を歪ませない場合に比べて伝導帯側の井戸が深くな
り、井戸からキャリアが溢れ難くなり、閾値電流の上昇
が抑制される。
【００２１】また、圧縮歪障壁層又は引張歪障壁層を多
重量子井戸構造の複数の井戸層の間に介在させることに
より、キャリアの移動方向に向かって先方の井戸のポテ
ンシャルを順次低下させることができる。これによれば
各井戸内のキャリア密度が均一化して井戸における再結
合の効率が良くなり、閾値電流の上昇が抑制される。さ
らに、ｎ型に変調ドープされた量子井戸構造において、
障壁層の両側から内部に向かって電界が発生するように
その障壁層を歪ませると、障壁層の中央のポテンシャル
が上がるので、その中央にある不純物から励起される電
子が井戸に落ち易くなる。この結果、量子井戸の電子数
が増え、閾値電流が小さくなり、変調ドープの特徴を十
分に生かせる。同様に、ｐ型に変調ドープされた量子井
戸構造では、障壁層の内側から外側に向かって電界が発
生するようにその障壁層を歪ませると、障壁層のポテン
シャルが下がるので、その中央にある不純物から発生さ
れる正孔が井戸に落ち易くなる。
重量子井戸構造の複数の井戸層の間に介在させることに
より、キャリアの移動方向に向かって先方の井戸のポテ
ンシャルを順次低下させることができる。これによれば
各井戸内のキャリア密度が均一化して井戸における再結
合の効率が良くなり、閾値電流の上昇が抑制される。さ
らに、ｎ型に変調ドープされた量子井戸構造において、
障壁層の両側から内部に向かって電界が発生するように
その障壁層を歪ませると、障壁層の中央のポテンシャル
が上がるので、その中央にある不純物から励起される電
子が井戸に落ち易くなる。この結果、量子井戸の電子数
が増え、閾値電流が小さくなり、変調ドープの特徴を十
分に生かせる。同様に、ｐ型に変調ドープされた量子井
戸構造では、障壁層の内側から外側に向かって電界が発
生するようにその障壁層を歪ませると、障壁層のポテン
シャルが下がるので、その中央にある不純物から発生さ
れる正孔が井戸に落ち易くなる。
【００２２】なお、量子井戸構造において電子又は正孔
の一方だけのオーバーフローを妨げたいときは、複数の
障壁層のうち電子又は正孔の移動方向側の障壁層を歪ま
せてその障壁層内に電子又は正孔の移動方向に向けた電
界を発生させればよい。また、価電子帯側のバンドオフ
セットが小さい系の正孔の閉じ込めを改善したい場合に
は、電子の閉じ込めを改善するために配置される引張歪
障壁と圧縮歪障壁を逆にするか、｛１１１｝基板面方位
のＡ面とＢ面を逆にすれば、価電子帯側の井戸は歪障壁
のポテンシャルの谷に存在することになる。
の一方だけのオーバーフローを妨げたいときは、複数の
障壁層のうち電子又は正孔の移動方向側の障壁層を歪ま
せてその障壁層内に電子又は正孔の移動方向に向けた電
界を発生させればよい。また、価電子帯側のバンドオフ
セットが小さい系の正孔の閉じ込めを改善したい場合に
は、電子の閉じ込めを改善するために配置される引張歪
障壁と圧縮歪障壁を逆にするか、｛１１１｝基板面方位
のＡ面とＢ面を逆にすれば、価電子帯側の井戸は歪障壁
のポテンシャルの谷に存在することになる。
【００２３】
【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。実施例の説明に先立って本発明の原理を
説明する。本発明に係る半導体レーザでは、例えば化合
物半導体基板の｛１１１｝Ａ面の上に図１(a) に示すよ
うなエネルギーバンドの量子井戸構造が形成されてい
る。
いて説明する。実施例の説明に先立って本発明の原理を
説明する。本発明に係る半導体レーザでは、例えば化合
物半導体基板の｛１１１｝Ａ面の上に図１(a) に示すよ
うなエネルギーバンドの量子井戸構造が形成されてい
る。
【００２４】その量子井戸構造において、井戸層１を挟
む障壁層２のうち、基板側には引張歪層障壁３が形成さ
れ、その反対側には圧縮歪障壁層４が形成されている。
即ち、井戸層１は基板側で引張歪障壁層３に接触すると
ともに、その反対側で圧縮歪障壁層４に接触している。
これにより、２つの井戸層１の間に挟まれる１つの障壁
層２は、引張歪障壁層３と圧縮歪障壁層４を有してい
る。
む障壁層２のうち、基板側には引張歪層障壁３が形成さ
れ、その反対側には圧縮歪障壁層４が形成されている。
即ち、井戸層１は基板側で引張歪障壁層３に接触すると
ともに、その反対側で圧縮歪障壁層４に接触している。
これにより、２つの井戸層１の間に挟まれる１つの障壁
層２は、引張歪障壁層３と圧縮歪障壁層４を有してい
る。
【００２５】それらの引張歪障壁層３と圧縮歪障壁層４
は、｛１１１｝面に平行な閃亜鉛構造結晶を有してい
る。この構造では、｛１１１｝Ａ面基板の上に形成され
た引張歪障壁層３内では基板方向の電界Ｅ1 が発生し、
その引張歪障壁層３のバンド端Ｅｃ，Ｅｖは、基板から
離れるにつれて低くなるように傾斜する。一方、井戸層
１のうちの基板と反対側の｛１１１｝Ｂ面に形成される
圧縮歪障壁層４内では、その圧縮歪障壁層４に接合する
井戸層１から離れる方向への電界Ｅ2 が発生し、その圧
縮歪障壁層４のバンド端Ｅｃ，Ｅｖが基板からはなれる
ほど高くなるように傾斜する。
は、｛１１１｝面に平行な閃亜鉛構造結晶を有してい
る。この構造では、｛１１１｝Ａ面基板の上に形成され
た引張歪障壁層３内では基板方向の電界Ｅ1 が発生し、
その引張歪障壁層３のバンド端Ｅｃ，Ｅｖは、基板から
離れるにつれて低くなるように傾斜する。一方、井戸層
１のうちの基板と反対側の｛１１１｝Ｂ面に形成される
圧縮歪障壁層４内では、その圧縮歪障壁層４に接合する
井戸層１から離れる方向への電界Ｅ2 が発生し、その圧
縮歪障壁層４のバンド端Ｅｃ，Ｅｖが基板からはなれる
ほど高くなるように傾斜する。
【００２６】これは、図１(b) に示すように、III-Ｖ族
や II-VI族等の閃亜鉛型結晶構造を有する半導体基板５
ａの｛１１１｝Ａ面上での垂直な成長方向を正にとり、
基板５ａの｛１１１｝Ａ面上に圧縮歪層４ａ及び半導体
層５ｂを形成すると、その圧縮歪層４ａの内部では基板
５ａから半導体層５ｂに向かう正の方向に電界Ｅ2 が発
生するからである。これに対して、図１(c) に示すよう
に、基板５ａの｛１１１｝Ａ面上に引張歪層３ａ及び半
導体層５ｂを形成すると、その引張歪層３ａの内部では
半導体層５ｂから基板５ａに向かう負の方向に電界Ｅ1
が発生するからである。これらの電界Ｅ1 、Ｅ2 は圧電
効果（ピエゾ効果）によって発生する。
や II-VI族等の閃亜鉛型結晶構造を有する半導体基板５
ａの｛１１１｝Ａ面上での垂直な成長方向を正にとり、
基板５ａの｛１１１｝Ａ面上に圧縮歪層４ａ及び半導体
層５ｂを形成すると、その圧縮歪層４ａの内部では基板
５ａから半導体層５ｂに向かう正の方向に電界Ｅ2 が発
生するからである。これに対して、図１(c) に示すよう
に、基板５ａの｛１１１｝Ａ面上に引張歪層３ａ及び半
導体層５ｂを形成すると、その引張歪層３ａの内部では
半導体層５ｂから基板５ａに向かう負の方向に電界Ｅ1
が発生するからである。これらの電界Ｅ1 、Ｅ2 は圧電
効果（ピエゾ効果）によって発生する。
【００２７】これに対して、化合物半導体基板の｛１１
１｝Ｂ面の上に圧縮歪障壁層７、井戸層８、引張歪障壁
層９を順に積層して量子井戸構造を形成すると、図２
(a) に示すようなエネルギーバンドが得られ、その形状
は、図１(a) と同じである。この構造では、井戸層８を
挟む障壁層のうち、基板側を圧縮歪障壁層７とし、その
反対側を引張歪障壁層９としている。これは、図２(b)
に示すように、III-Ｖ族や II-VI族等の閃亜鉛型結晶構
造を有する半導体基板１０ａの｛１１１｝Ｂ面上での垂
直な成長方向を正にとり、基板１０ａの｛１１１｝Ｂ面
上に圧縮歪層７ａ及び半導体層１０ｂを形成すると、そ
の圧縮歪層７ａの内部では半導体層１０ｂから基板１０
ａに向かう負方向に電界Ｅ3 が発生するからである。ま
た、図２(c) に示すように、半導体基板１０ａの｛１１
１｝Ｂ面上に引張歪層９ａ及び半導体層１０ｂを形成す
ると、その引張歪層９ａの内部では｛１１１｝Ｂ面基板
１０ａから半導体層１０ｂへ向かう正の方向に電界Ｅ4
が発生するからである。
１｝Ｂ面の上に圧縮歪障壁層７、井戸層８、引張歪障壁
層９を順に積層して量子井戸構造を形成すると、図２
(a) に示すようなエネルギーバンドが得られ、その形状
は、図１(a) と同じである。この構造では、井戸層８を
挟む障壁層のうち、基板側を圧縮歪障壁層７とし、その
反対側を引張歪障壁層９としている。これは、図２(b)
に示すように、III-Ｖ族や II-VI族等の閃亜鉛型結晶構
造を有する半導体基板１０ａの｛１１１｝Ｂ面上での垂
直な成長方向を正にとり、基板１０ａの｛１１１｝Ｂ面
上に圧縮歪層７ａ及び半導体層１０ｂを形成すると、そ
の圧縮歪層７ａの内部では半導体層１０ｂから基板１０
ａに向かう負方向に電界Ｅ3 が発生するからである。ま
た、図２(c) に示すように、半導体基板１０ａの｛１１
１｝Ｂ面上に引張歪層９ａ及び半導体層１０ｂを形成す
ると、その引張歪層９ａの内部では｛１１１｝Ｂ面基板
１０ａから半導体層１０ｂへ向かう正の方向に電界Ｅ4
が発生するからである。
【００２８】これらの結果、本発明によれば２つの障壁
により形成される谷の底に井戸が存在するので、歪障壁
層を形成しない場合に比べて伝導帯側の井戸が深くな
る。なお、圧縮歪障壁層や引張歪障壁層は、化合物半導
体基板と格子不整合する材料が選択され、かつ、臨界膜
厚以下の膜厚に形成される。上記した量子井戸構造にお
いて、障壁層のうち井戸層に近い部分は、それらの結晶
歪によって井戸層から障壁層に向いた方向に電界がかか
っている。これにより、電子がｐ型クラッド層側のＳＣ
Ｈ層に溢れること、及び、正孔がｎ型クラッド層側のＳ
ＣＨ層へ溢れることが妨げられる。これにより、電子
が、ｐ型クラッド層側のＳＣＨ層へ溢れて障壁領域で正
孔と再結合することが抑制され、或いは、正孔がｎ型ク
ラッド層側のＳＣＨ層へ溢れて障壁領域で電子と再結合
されることが妨げられるので、閾値電流の上昇が抑制さ
れる。
により形成される谷の底に井戸が存在するので、歪障壁
層を形成しない場合に比べて伝導帯側の井戸が深くな
る。なお、圧縮歪障壁層や引張歪障壁層は、化合物半導
体基板と格子不整合する材料が選択され、かつ、臨界膜
厚以下の膜厚に形成される。上記した量子井戸構造にお
いて、障壁層のうち井戸層に近い部分は、それらの結晶
歪によって井戸層から障壁層に向いた方向に電界がかか
っている。これにより、電子がｐ型クラッド層側のＳＣ
Ｈ層に溢れること、及び、正孔がｎ型クラッド層側のＳ
ＣＨ層へ溢れることが妨げられる。これにより、電子
が、ｐ型クラッド層側のＳＣＨ層へ溢れて障壁領域で正
孔と再結合することが抑制され、或いは、正孔がｎ型ク
ラッド層側のＳＣＨ層へ溢れて障壁領域で電子と再結合
されることが妨げられるので、閾値電流の上昇が抑制さ
れる。
【００２９】なお、電子又は正孔の一方だけのオーバー
フローを妨げたいときは、複数の障壁層のうちｐ型クラ
ッド層側、又は、ｎ型クラッド層側を歪層にして電界を
発生させればよい。また、価電子側のバンドオフセット
が小さい系の正孔の閉じ込めを改善したい場合には、上
記した引張歪障壁と圧縮歪障壁を逆にするか、基板面方
位を逆にすれば、図３(a),(b) に示すように価電子帯側
の井戸は２つの歪障壁の谷に存在することになる。
フローを妨げたいときは、複数の障壁層のうちｐ型クラ
ッド層側、又は、ｎ型クラッド層側を歪層にして電界を
発生させればよい。また、価電子側のバンドオフセット
が小さい系の正孔の閉じ込めを改善したい場合には、上
記した引張歪障壁と圧縮歪障壁を逆にするか、基板面方
位を逆にすれば、図３(a),(b) に示すように価電子帯側
の井戸は２つの歪障壁の谷に存在することになる。
【００３０】さらに、発振閾値の低減や高速変調化を図
るために、変調ドープされた量子井戸構造を採用しても
よい。なお、｛１１１｝面から｛１１０｝面方向に０度
以上で±３５．５度以内に傾いた面、または、｛１１
１｝面から｛１００｝面方向に０度以上で±５４．７度
以内に傾いた面、または、｛１１１｝面から｛１１０｝
面方向に０度以上で±３５．３度以内であって且つ｛１
１１｝面から｛１００｝面方向に０度以上で±５４．７
度未満傾いた面のいずれの上に、量子井戸構造を形成す
ることが上記した歪障壁層による効果を引き出すには有
効であると考えられる。それらの｛１１１｝面は、｛１
１１｝Ａ面、｛１１１｝Ｂ面のいずれかである。
るために、変調ドープされた量子井戸構造を採用しても
よい。なお、｛１１１｝面から｛１１０｝面方向に０度
以上で±３５．５度以内に傾いた面、または、｛１１
１｝面から｛１００｝面方向に０度以上で±５４．７度
以内に傾いた面、または、｛１１１｝面から｛１１０｝
面方向に０度以上で±３５．３度以内であって且つ｛１
１１｝面から｛１００｝面方向に０度以上で±５４．７
度未満傾いた面のいずれの上に、量子井戸構造を形成す
ることが上記した歪障壁層による効果を引き出すには有
効であると考えられる。それらの｛１１１｝面は、｛１
１１｝Ａ面、｛１１１｝Ｂ面のいずれかである。
【００３１】一般に、内部電界が生じていて、かつ、キ
ャリア密度が高い場合に、キャリアによって電界がスク
リーニングされる可能性があるが、以上の歪障壁層は、
活性層に比べてキャリア密度が小さいので、スクーリニ
ングの悪影響は少ないと考えられる。なお、歪によって
伝導帯、価電子帯の位置が変わり、歪障壁層、無歪井戸
層界面に不連続点が生じるが、本発明の効果とは分けて
考えられるので、説明はほとんど省略している。
ャリア密度が高い場合に、キャリアによって電界がスク
リーニングされる可能性があるが、以上の歪障壁層は、
活性層に比べてキャリア密度が小さいので、スクーリニ
ングの悪影響は少ないと考えられる。なお、歪によって
伝導帯、価電子帯の位置が変わり、歪障壁層、無歪井戸
層界面に不連続点が生じるが、本発明の効果とは分けて
考えられるので、説明はほとんど省略している。
【００３２】ところで、ある種の結晶を特定方向に歪ま
せると、ピエゾ効果によって電界が生じることが知られ
ており、閃亜鉛構造の化合物半導体結晶で、｛１１１｝
面に歪層を設けると、圧電効果によって結晶内部に電界
が生じる。この技術は、次の文献に記載されているが、
そのような歪層を量子井戸構造の障壁層に適用すること
については何ら記載されていない。
せると、ピエゾ効果によって電界が生じることが知られ
ており、閃亜鉛構造の化合物半導体結晶で、｛１１１｝
面に歪層を設けると、圧電効果によって結晶内部に電界
が生じる。この技術は、次の文献に記載されているが、
そのような歪層を量子井戸構造の障壁層に適用すること
については何ら記載されていない。
【００３３】〔１〕 D. L. Smith, Solid State Commun
ications, Vol.57, No.12, pp.919-921, 1986 なお、結晶面には結晶学的に等価なものが複数存在する
が、本発明の説明における表記には、結晶学的に等価な
複数の面の総称として“｛ ｝”を用いる。例えば、
（１１１）面、（１１バー１バー）面、（１バー１１バ
ー）面、（１バー１バー１）面は結晶学的に等価である
が、それらの総称として｛１１１｝面と表記する。｛１
１１｝Ａ面、｛１１１｝Ｂ面も同じような総称である。
ications, Vol.57, No.12, pp.919-921, 1986 なお、結晶面には結晶学的に等価なものが複数存在する
が、本発明の説明における表記には、結晶学的に等価な
複数の面の総称として“｛ ｝”を用いる。例えば、
（１１１）面、（１１バー１バー）面、（１バー１１バ
ー）面、（１バー１バー１）面は結晶学的に等価である
が、それらの総称として｛１１１｝面と表記する。｛１
１１｝Ａ面、｛１１１｝Ｂ面も同じような総称である。
【００３４】次に、上記した原理を用いた半導体レーザ
の構造を具体的に説明する。 （第１実施例）図４は、本発明の第１実施例を示す半導
体レーザの断面図とそのポテンシャルエネルギーバンド
図である。図４(a) において、ｎ型の不純物を含む半導
体基板１１の｛１１１｝Ａ面の上には、ｎ型のクラッド
層１２、第一のＳＣＨ層１３、多重量子井戸構造からな
る活性層１４、第二のＳＣＨ層１５、ｐ型のクラッド層
１６、ｐ+ 型コンタクト層１７が順に形成されている。
の構造を具体的に説明する。 （第１実施例）図４は、本発明の第１実施例を示す半導
体レーザの断面図とそのポテンシャルエネルギーバンド
図である。図４(a) において、ｎ型の不純物を含む半導
体基板１１の｛１１１｝Ａ面の上には、ｎ型のクラッド
層１２、第一のＳＣＨ層１３、多重量子井戸構造からな
る活性層１４、第二のＳＣＨ層１５、ｐ型のクラッド層
１６、ｐ+ 型コンタクト層１７が順に形成されている。
【００３５】多重量子井戸構造において複数の井戸層１
９を挟む障壁層２０のうち、基板側には引張歪障壁層２
１が形成され、その反対側には圧縮歪障壁層２２が形成
されている。即ち、井戸層１９は、基板側で引張歪障壁
層２１に接触するとともに、その反対側で圧縮歪障壁層
２２に接触している。これにより、複数の井戸層１９の
間に形成される１つの障壁層２０は、引張歪障壁層２１
と圧縮歪障壁層２２を有している。井戸層１９、引張歪
障壁層２１、圧縮歪障壁層２２は、それぞれ３層ずつ形
成され、井戸層１９に挟まれる引張歪障壁層２１と圧縮
歪障壁層２２は接合している。
９を挟む障壁層２０のうち、基板側には引張歪障壁層２
１が形成され、その反対側には圧縮歪障壁層２２が形成
されている。即ち、井戸層１９は、基板側で引張歪障壁
層２１に接触するとともに、その反対側で圧縮歪障壁層
２２に接触している。これにより、複数の井戸層１９の
間に形成される１つの障壁層２０は、引張歪障壁層２１
と圧縮歪障壁層２２を有している。井戸層１９、引張歪
障壁層２１、圧縮歪障壁層２２は、それぞれ３層ずつ形
成され、井戸層１９に挟まれる引張歪障壁層２１と圧縮
歪障壁層２２は接合している。
【００３６】また、ｐ型のクラッド層１６の上部とｐ+
型コンタクト層１７は、導波方向に沿ったストライプ状
に形成され、これらの層はSiO2膜２３で覆われている。
コンタクト層１７の上には、SiO2膜２３に形成された開
口部を通してｐ型電極１８が接続され、また、半導体基
板１１の下面にはｎ型電極２４が形成されている。次
に、上記した半導体レーザの構成材料と膜厚の例を説明
する。
型コンタクト層１７は、導波方向に沿ったストライプ状
に形成され、これらの層はSiO2膜２３で覆われている。
コンタクト層１７の上には、SiO2膜２３に形成された開
口部を通してｐ型電極１８が接続され、また、半導体基
板１１の下面にはｎ型電極２４が形成されている。次
に、上記した半導体レーザの構成材料と膜厚の例を説明
する。
【００３７】半導体基板１１はInP からなり、その中に
は、ｎ型不純物として１×１０18〜２×１０18／cm-3の
シリコンを含んでいる。ｎ型のクラッド層１２は、化合
物半導体基板１１と同じ不純物濃度のシリコンを含んで
数μｍの厚さに形成されている。ｐ型のクラッド層１６
は、不純物濃度１×１０18〜２×１０18／cm-3の亜鉛を
含んでおり、３μｍの厚さに形成されている。２つのＳ
ＣＨ層１３，１５は、ノンドープのIn0.71Ga0.29As0.62
P0.38 から構成され、それらの厚さは３０nmである。ま
た、多重量子井戸構造における井戸層１９は、１０nmの
歪のないノンドープIn0.53Ga0.47Asから形成されてい
る。また、井戸層１９の基板側で接合する引張歪障壁層
２１は厚さ５nmのノンドープIn0.63Ga0.37As0.64P0.36
からなり、また、井戸層１９のｐ型クラッド層１６側で
接合する圧縮歪障壁層２２は厚さ５nmのノンドープIn
0.79Ga0.21As0.59P0.41から形成されている。さらに、
コンタクト層１７は、不純物濃度６×１０18〜１．５×
１０19／cm3 の亜鉛を含んだIn0.71Ga0.29As0.62P0.38
から形成され、その厚さは１μｍとなっている。
は、ｎ型不純物として１×１０18〜２×１０18／cm-3の
シリコンを含んでいる。ｎ型のクラッド層１２は、化合
物半導体基板１１と同じ不純物濃度のシリコンを含んで
数μｍの厚さに形成されている。ｐ型のクラッド層１６
は、不純物濃度１×１０18〜２×１０18／cm-3の亜鉛を
含んでおり、３μｍの厚さに形成されている。２つのＳ
ＣＨ層１３，１５は、ノンドープのIn0.71Ga0.29As0.62
P0.38 から構成され、それらの厚さは３０nmである。ま
た、多重量子井戸構造における井戸層１９は、１０nmの
歪のないノンドープIn0.53Ga0.47Asから形成されてい
る。また、井戸層１９の基板側で接合する引張歪障壁層
２１は厚さ５nmのノンドープIn0.63Ga0.37As0.64P0.36
からなり、また、井戸層１９のｐ型クラッド層１６側で
接合する圧縮歪障壁層２２は厚さ５nmのノンドープIn
0.79Ga0.21As0.59P0.41から形成されている。さらに、
コンタクト層１７は、不純物濃度６×１０18〜１．５×
１０19／cm3 の亜鉛を含んだIn0.71Ga0.29As0.62P0.38
から形成され、その厚さは１μｍとなっている。
【００３８】なお、ｐ型電極はTi/pt/Au、ｎ型電極は(A
uGe/Au) から構成される。上記した半導体層のうち半導
体基板１１の上のｐ型クラッド層までは、ＭＯＶＰＥ法
等により連続的に成長される。また、コンタクト層１７
は、ＭＯＶＰＥ法、ＬＰＥ法等によって成長されるが、
その下のクラッド層１６と連続的に成長したほうが好ま
しい。なお、コンタクト層１７とクラッド層１６は、マ
スクを使用して、通常のエッチング法によって、クラッ
ド層１６を０．５μｍ残して除去する。
uGe/Au) から構成される。上記した半導体層のうち半導
体基板１１の上のｐ型クラッド層までは、ＭＯＶＰＥ法
等により連続的に成長される。また、コンタクト層１７
は、ＭＯＶＰＥ法、ＬＰＥ法等によって成長されるが、
その下のクラッド層１６と連続的に成長したほうが好ま
しい。なお、コンタクト層１７とクラッド層１６は、マ
スクを使用して、通常のエッチング法によって、クラッ
ド層１６を０．５μｍ残して除去する。
【００３９】この実施例において、ｎ型クラッド層１２
からｐ型クラッド層１６までのエネルギーバンドを示す
と図４(b) のようになる。この構造では、｛１１１｝Ａ
面の上に形成された引張歪障壁層２１内では基板へ向け
た方向の電界が発生し、その引張歪障壁層２１のバンド
端Ｅｃ，Ｅｖは、基板から離れるにつれて低くなるよう
に傾斜する。一方、圧縮歪障壁層２２内では、その圧縮
歪障壁層２２に接合する井戸層１９から離れる方向へ向
けた電界が発生し、その圧縮歪障壁層２２のバンド端Ｅ
ｃ，Ｅｖが基板から離れるにつれて高くなるように傾斜
する。
からｐ型クラッド層１６までのエネルギーバンドを示す
と図４(b) のようになる。この構造では、｛１１１｝Ａ
面の上に形成された引張歪障壁層２１内では基板へ向け
た方向の電界が発生し、その引張歪障壁層２１のバンド
端Ｅｃ，Ｅｖは、基板から離れるにつれて低くなるよう
に傾斜する。一方、圧縮歪障壁層２２内では、その圧縮
歪障壁層２２に接合する井戸層１９から離れる方向へ向
けた電界が発生し、その圧縮歪障壁層２２のバンド端Ｅ
ｃ，Ｅｖが基板から離れるにつれて高くなるように傾斜
する。
【００４０】従って、２つの障壁の谷の部分に井戸が存
在するので、障壁層を歪ませない場合に比べて結果的に
伝導帯端側の井戸が深くなり、電子がｐ型クラッド層１
６側のＳＣＨ層１５に溢れて障壁領域で正孔と再結合す
ることが妨げられる。この結果、電子の閉じ込めが良く
なって、閾値電流が小さくなる。なお、正孔がｎ型クラ
ッド層側のＳＣＨ層へ溢れることを防止したい場合に
は、圧縮歪障壁層と引張歪障壁層を逆に配置すればよ
い。これにより、価電子帯端では、障壁の谷に井戸が存
在することになり、正孔がｎ型クラッド層側のＳＣＨ層
へ溢れて障壁領域で電子と再結合されることが妨げら
れ、閾値電流の上昇が抑制される。 （第２実施例）図５は、本発明の実施例の第２例を示す
半導体レーザの断面図とそのポテンシャルエネルギーバ
ンド図である。
在するので、障壁層を歪ませない場合に比べて結果的に
伝導帯端側の井戸が深くなり、電子がｐ型クラッド層１
６側のＳＣＨ層１５に溢れて障壁領域で正孔と再結合す
ることが妨げられる。この結果、電子の閉じ込めが良く
なって、閾値電流が小さくなる。なお、正孔がｎ型クラ
ッド層側のＳＣＨ層へ溢れることを防止したい場合に
は、圧縮歪障壁層と引張歪障壁層を逆に配置すればよ
い。これにより、価電子帯端では、障壁の谷に井戸が存
在することになり、正孔がｎ型クラッド層側のＳＣＨ層
へ溢れて障壁領域で電子と再結合されることが妨げら
れ、閾値電流の上昇が抑制される。 （第２実施例）図５は、本発明の実施例の第２例を示す
半導体レーザの断面図とそのポテンシャルエネルギーバ
ンド図である。
【００４１】図５(a) において、ｎ型の不純物を含む半
導体基板１１の｛１１１｝Ａ面の上には、ｎ型のクラッ
ド層１２、第一のＳＣＨ層１３、多重量子井戸構造から
なる活性層２３、第二のＳＣＨ層１５、ｐ型のクラッド
層１６、ｐ+ 型コンタクト層１７が順に形成されてい
る。多重量子井戸構造は、変調ドープされている以外
は、第１実施例と同じ構成となっている。変調ドープ用
のドーパントはシリコンである。
導体基板１１の｛１１１｝Ａ面の上には、ｎ型のクラッ
ド層１２、第一のＳＣＨ層１３、多重量子井戸構造から
なる活性層２３、第二のＳＣＨ層１５、ｐ型のクラッド
層１６、ｐ+ 型コンタクト層１７が順に形成されてい
る。多重量子井戸構造は、変調ドープされている以外
は、第１実施例と同じ構成となっている。変調ドープ用
のドーパントはシリコンである。
【００４２】また、ｐ型のクラッド層１６の上部とｐ+
型コンタクト層１７は、導波方向に沿ったストライプ状
に形成され、これらの層はSiO2膜１３で覆われている。
コンタクト層１７の上には、SiO2膜１３に形成された開
口部を通してｐ型電極１８が接続され、また、半導体基
板１１の下面にはｎ型電極２４が形成されている。次
に、上記した半導体レーザを構成する材料と膜厚の例を
説明する。
型コンタクト層１７は、導波方向に沿ったストライプ状
に形成され、これらの層はSiO2膜１３で覆われている。
コンタクト層１７の上には、SiO2膜１３に形成された開
口部を通してｐ型電極１８が接続され、また、半導体基
板１１の下面にはｎ型電極２４が形成されている。次
に、上記した半導体レーザを構成する材料と膜厚の例を
説明する。
【００４３】半導体基板１１、クラッド層１２，１６、
コンタクト層１７の構成材料、厚さ及び成長方法につい
てはは第１実施例と同様なので省略する。多重量子井戸
構造において、井戸層２４は、厚さ１０nmの歪のないノ
ンドープIn0.53Ga0.47Asから形成されている。また、井
戸層２４の基板側で接合する引張歪障壁層２７は厚さ５
nmのｎ型In0.63Ga0.37As0.64P0.36 からなり、また、井
戸層２４のｐ型クラッド層１６側で接合する圧縮歪障壁
層２７は厚さ５nmのｎ型In 0.79Ga0.21As0.59P0.41 から
形成されている。その引張歪障壁層２６と圧縮歪障壁層
２７の不純物濃度は、１×１０18／cm3 〜２×１０18／
cm3 である。
コンタクト層１７の構成材料、厚さ及び成長方法につい
てはは第１実施例と同様なので省略する。多重量子井戸
構造において、井戸層２４は、厚さ１０nmの歪のないノ
ンドープIn0.53Ga0.47Asから形成されている。また、井
戸層２４の基板側で接合する引張歪障壁層２７は厚さ５
nmのｎ型In0.63Ga0.37As0.64P0.36 からなり、また、井
戸層２４のｐ型クラッド層１６側で接合する圧縮歪障壁
層２７は厚さ５nmのｎ型In 0.79Ga0.21As0.59P0.41 から
形成されている。その引張歪障壁層２６と圧縮歪障壁層
２７の不純物濃度は、１×１０18／cm3 〜２×１０18／
cm3 である。
【００４４】この実施例において、ｎ型クラッド層１２
からｐ型クラッド層１６までのエネルギーバンド図を示
すと図５(b) のようになる。この構造では、｛１１１｝
Ａ面の上に形成された引張歪障壁層２６内では基板へ向
けた方向の電界が発生し、その引張歪障壁層２６のバン
ド端Ｅｃ，Ｅｖは、基板から離れるにつれて低くなるよ
うに傾斜する。一方、圧縮歪障壁層２７内では、その圧
縮歪障壁層２７に接合する井戸層２４から離れる方向へ
向けた電界が発生し、その圧縮歪障壁層２４のバンド端
Ｅｃ，Ｅｖが基板から離れるにつれて高くなるように傾
斜する。
からｐ型クラッド層１６までのエネルギーバンド図を示
すと図５(b) のようになる。この構造では、｛１１１｝
Ａ面の上に形成された引張歪障壁層２６内では基板へ向
けた方向の電界が発生し、その引張歪障壁層２６のバン
ド端Ｅｃ，Ｅｖは、基板から離れるにつれて低くなるよ
うに傾斜する。一方、圧縮歪障壁層２７内では、その圧
縮歪障壁層２７に接合する井戸層２４から離れる方向へ
向けた電界が発生し、その圧縮歪障壁層２４のバンド端
Ｅｃ，Ｅｖが基板から離れるにつれて高くなるように傾
斜する。
【００４５】従って、２つの障壁の谷の部分に井戸が存
在するので、障壁層を歪ませない場合に比べて結果的に
伝導帯端側の井戸が深くなり、電子がｐ型クラッド層１
６側のＳＣＨ層１５に溢れて障壁領域で正孔と再結合す
ることが妨げられる。この結果、電子の閉じ込めが良く
なって、閾値電流が小さくなる。また、引張歪障壁層２
６及び圧縮歪障壁層２７のうち井戸層２４に近い領域に
ある不純物から励起されたキャリアが井戸層２４に落ち
てその中に閉じ込められて空間電荷が形成される。この
場合、第１実施例に比べて空間電荷の影響で障壁層の中
央が下がるが、障壁層２５を上記したように歪ませてい
るので、伝導帯端Ｅｃでは障壁層２５の中央が尖って大
きくなっている。
在するので、障壁層を歪ませない場合に比べて結果的に
伝導帯端側の井戸が深くなり、電子がｐ型クラッド層１
６側のＳＣＨ層１５に溢れて障壁領域で正孔と再結合す
ることが妨げられる。この結果、電子の閉じ込めが良く
なって、閾値電流が小さくなる。また、引張歪障壁層２
６及び圧縮歪障壁層２７のうち井戸層２４に近い領域に
ある不純物から励起されたキャリアが井戸層２４に落ち
てその中に閉じ込められて空間電荷が形成される。この
場合、第１実施例に比べて空間電荷の影響で障壁層の中
央が下がるが、障壁層２５を上記したように歪ませてい
るので、伝導帯端Ｅｃでは障壁層２５の中央が尖って大
きくなっている。
【００４６】これらの結果、本実施例によれば、障壁層
２５の井戸層２４から離れた部分の不純物から励起され
たキャリアが歪により生じた電界によって井戸層２４に
移動するので、従来よりも井戸へ落ちるキャリアの数が
増える。しかも、引張歪障壁と圧縮歪障壁の間の谷に井
戸が形成されることになるので、第１実施例と同様に伝
導帯端の井戸が深くなる。これにより、電子がｐ型クラ
ッド層１６側のＳＣＨ層１５に溢れることが抑制され、
障壁領域での正孔と再結合することが妨げられる。
２５の井戸層２４から離れた部分の不純物から励起され
たキャリアが歪により生じた電界によって井戸層２４に
移動するので、従来よりも井戸へ落ちるキャリアの数が
増える。しかも、引張歪障壁と圧縮歪障壁の間の谷に井
戸が形成されることになるので、第１実施例と同様に伝
導帯端の井戸が深くなる。これにより、電子がｐ型クラ
ッド層１６側のＳＣＨ層１５に溢れることが抑制され、
障壁領域での正孔と再結合することが妨げられる。
【００４７】これらのように、井戸層に落ちるキャリア
が増えることにより閾値電流が従来よりも小さくなり、
さらに、井戸からのキャリアの溢れが抑制されて従来よ
りも閾値電流小さくなるので、変調ドープの効果がさら
に良くなる。なお、ｐ型の変調ドープを行った場合に
は、圧縮歪障壁層と引張歪障壁層を逆に配置すればよ
い。これにより、価電子帯端では、障壁の谷に井戸が存
在することになり、第２実施例と同様に井戸に落ちる正
孔の数が増える。 （第３実施例）図６は、本発明の第３実施例を示す半導
体レーザの断面図とそのポテンシャルエネルギーバンド
図である。
が増えることにより閾値電流が従来よりも小さくなり、
さらに、井戸からのキャリアの溢れが抑制されて従来よ
りも閾値電流小さくなるので、変調ドープの効果がさら
に良くなる。なお、ｐ型の変調ドープを行った場合に
は、圧縮歪障壁層と引張歪障壁層を逆に配置すればよ
い。これにより、価電子帯端では、障壁の谷に井戸が存
在することになり、第２実施例と同様に井戸に落ちる正
孔の数が増える。 （第３実施例）図６は、本発明の第３実施例を示す半導
体レーザの断面図とそのポテンシャルエネルギーバンド
図である。
【００４８】図６(a) において、ｎ型の不純物を含む半
導体基板１１の｛１１１｝Ａ面の上には、ｎ型のクラッ
ド層１２、第一のＳＣＨ層１３、多重量子井戸構造から
なる活性層２８、第二のＳＣＨ層１５、ｐ型のクラッド
層１６、ｐ型コンタクト層１７が順に形成されている。
多重量子井戸構造は３つの井戸層２９を有し、また、半
導体基板１１に近い第一の井戸層２９と第一のＳＣＨ層
１３の間、および第三の井戸層２９と第二のＳＣＨ層１
５の間にはそれぞれ圧縮歪障壁層３０が形成されてい
る。さらに、井戸層２９の間に挟まれる分離障壁層３１
は半導体基板１１に対して格子歪がない材料により構成
されている。
導体基板１１の｛１１１｝Ａ面の上には、ｎ型のクラッ
ド層１２、第一のＳＣＨ層１３、多重量子井戸構造から
なる活性層２８、第二のＳＣＨ層１５、ｐ型のクラッド
層１６、ｐ型コンタクト層１７が順に形成されている。
多重量子井戸構造は３つの井戸層２９を有し、また、半
導体基板１１に近い第一の井戸層２９と第一のＳＣＨ層
１３の間、および第三の井戸層２９と第二のＳＣＨ層１
５の間にはそれぞれ圧縮歪障壁層３０が形成されてい
る。さらに、井戸層２９の間に挟まれる分離障壁層３１
は半導体基板１１に対して格子歪がない材料により構成
されている。
【００４９】また、ｐ型のクラッド層１６の上部とｐ+
型コンタクト層１７は、導波方向に沿ったストライプ状
に形成され、これらの層はSiO2膜１３で覆われている。
コンタクト層１７の上には、SiO2膜１３に形成された開
口部を通してｐ型電極１８が接続され、また、半導体基
板１１の下面にはｎ型電極２４が形成されている。次
に、それらの構成材料と膜厚の例を説明する。
型コンタクト層１７は、導波方向に沿ったストライプ状
に形成され、これらの層はSiO2膜１３で覆われている。
コンタクト層１７の上には、SiO2膜１３に形成された開
口部を通してｐ型電極１８が接続され、また、半導体基
板１１の下面にはｎ型電極２４が形成されている。次
に、それらの構成材料と膜厚の例を説明する。
【００５０】本実施例の半導体レーザのうち、多重量子
井戸構造以外の半導体基板１１、クラッド層１２，１
６、ＳＣＨ層１３，１５などは、第１実施例と同じ材料
から形成され、その厚さも第１実施例と同じになってい
る。また、活性層２８も含めて各半導体層の成長方法は
第１実施例と同じである。多重量子井戸構造において、
井戸層２９は、厚さ１０nmの歪のないノンドープIn0.53
Ga0.47Asから形成されている。また、井戸層２９の間に
挟まれる歪のない分離障壁層３１はノンドープのIn0.71
Ga0.29As0.62P0.38 からなり、また、ＳＣＨ層１３，１
５に接合する圧縮歪障壁層３０は厚さ５nmのノンドープ
In0.79Ga0. 21As0.59P0.41 から形成されている。
井戸構造以外の半導体基板１１、クラッド層１２，１
６、ＳＣＨ層１３，１５などは、第１実施例と同じ材料
から形成され、その厚さも第１実施例と同じになってい
る。また、活性層２８も含めて各半導体層の成長方法は
第１実施例と同じである。多重量子井戸構造において、
井戸層２９は、厚さ１０nmの歪のないノンドープIn0.53
Ga0.47Asから形成されている。また、井戸層２９の間に
挟まれる歪のない分離障壁層３１はノンドープのIn0.71
Ga0.29As0.62P0.38 からなり、また、ＳＣＨ層１３，１
５に接合する圧縮歪障壁層３０は厚さ５nmのノンドープ
In0.79Ga0. 21As0.59P0.41 から形成されている。
【００５１】この実施例において、ｎ型クラッド層１２
からｐ型クラッド層１６までのエネルギーバンド図を示
すと図６(b) のようになる。このような構造において、
２つのＳＣＨ層１３，１５に接合する圧縮歪障壁層３０
の内部の電界はｎ型クラッド層１２からｐ型クラッド層
１６に向いた方向となる。これにより、本実施例では、
量子井戸構造の両側にある障壁層に歪がない従来（図
９）に比べて第二のＳＣＨ層１５が高くなり、また、障
壁層に歪がない従来に比べて第一のＳＣＨ層１３が低く
なっている。
からｐ型クラッド層１６までのエネルギーバンド図を示
すと図６(b) のようになる。このような構造において、
２つのＳＣＨ層１３，１５に接合する圧縮歪障壁層３０
の内部の電界はｎ型クラッド層１２からｐ型クラッド層
１６に向いた方向となる。これにより、本実施例では、
量子井戸構造の両側にある障壁層に歪がない従来（図
９）に比べて第二のＳＣＨ層１５が高くなり、また、障
壁層に歪がない従来に比べて第一のＳＣＨ層１３が低く
なっている。
【００５２】これにより、ｎ型クラッド層１２から井戸
層２９に注入される電子が第二のＳＣＨ層１５へ溢れ難
くなるため、そのＳＣＨ層１５において電子が正孔と再
結合する確率が小さくなる。また、ｐ型クラッド層１６
から井戸層２９に注入される正孔が第一のＳＣＨ層１３
に溢れ難くなる。これらにより、閾値電流の上昇が防止
される。
層２９に注入される電子が第二のＳＣＨ層１５へ溢れ難
くなるため、そのＳＣＨ層１５において電子が正孔と再
結合する確率が小さくなる。また、ｐ型クラッド層１６
から井戸層２９に注入される正孔が第一のＳＣＨ層１３
に溢れ難くなる。これらにより、閾値電流の上昇が防止
される。
【００５３】なお、多重量子井戸構造において、電子だ
けの溢れを防止したい場合には、第二のＳＣＨ層１５と
接合する障壁層だけを圧縮歪にすればよい。この反対
に、正孔だけの溢れを防止したい場合には、第一のＳＣ
Ｈ層１３と接合する障壁層だけを圧縮歪にすればよい。 （第４実施例）図７は、本発明の実施例の第４実施例を
示す半導体レーザの断面図とそのポテンシャルエネルギ
ーバンド図である。
けの溢れを防止したい場合には、第二のＳＣＨ層１５と
接合する障壁層だけを圧縮歪にすればよい。この反対
に、正孔だけの溢れを防止したい場合には、第一のＳＣ
Ｈ層１３と接合する障壁層だけを圧縮歪にすればよい。 （第４実施例）図７は、本発明の実施例の第４実施例を
示す半導体レーザの断面図とそのポテンシャルエネルギ
ーバンド図である。
【００５４】図７(a) において、ｎ型の不純物を含む半
導体基板１１の｛１１１｝Ａ面の上には、ｎ型のクラッ
ド層１２、第一のＳＣＨ層１３、多重量子井戸構造から
なる活性層３２、第二のＳＣＨ層１５、ｐ型のクラッド
層１６、ｐ+ 型コンタクト層１７が順に形成されてい
る。多重量子井戸構造は、引張歪障壁層３３を介して３
つの井戸層３４を有し、両側の２つの井戸層３４は直に
ＳＣＨ層１３，１５に接合している。
導体基板１１の｛１１１｝Ａ面の上には、ｎ型のクラッ
ド層１２、第一のＳＣＨ層１３、多重量子井戸構造から
なる活性層３２、第二のＳＣＨ層１５、ｐ型のクラッド
層１６、ｐ+ 型コンタクト層１７が順に形成されてい
る。多重量子井戸構造は、引張歪障壁層３３を介して３
つの井戸層３４を有し、両側の２つの井戸層３４は直に
ＳＣＨ層１３，１５に接合している。
【００５５】また、ｐ型のクラッド層１６の上部とｐ+
型コンタクト層１７は、導波方向に沿ったストライプ状
に形成され、これらの層はSiO2膜１３で覆われている。
コンタクト層１７の上には、SiO2膜１３に形成された開
口部を通してｐ型電極１８が接続され、また、半導体基
板１１の下面にはｎ型電極２４が形成されている。次
に、それらの構成材料と膜厚の例を説明する。
型コンタクト層１７は、導波方向に沿ったストライプ状
に形成され、これらの層はSiO2膜１３で覆われている。
コンタクト層１７の上には、SiO2膜１３に形成された開
口部を通してｐ型電極１８が接続され、また、半導体基
板１１の下面にはｎ型電極２４が形成されている。次
に、それらの構成材料と膜厚の例を説明する。
【００５６】本実施例の半導体レーザのうち、多重量子
井戸構造以外の半導体基板１１、クラッド層１２，１
６、ＳＣＨ層１３，１５などは、第１実施例と同じ材料
から形成され、その厚さも第１実施例と同じになってい
る。また、活性層３２を含めた各半導体層の成長方法も
第１実施例と同じである。多重量子井戸構造において、
井戸層３４は、厚さ１０nmの歪のないノンドープIn0.53
Ga0.47Asから形成されている。また、井戸層３４の間に
挟まれる引張歪障壁層３３は、厚さ５nmのノンドープIn
0.63Ga0.37As0.64P0.36 から形成されている。
井戸構造以外の半導体基板１１、クラッド層１２，１
６、ＳＣＨ層１３，１５などは、第１実施例と同じ材料
から形成され、その厚さも第１実施例と同じになってい
る。また、活性層３２を含めた各半導体層の成長方法も
第１実施例と同じである。多重量子井戸構造において、
井戸層３４は、厚さ１０nmの歪のないノンドープIn0.53
Ga0.47Asから形成されている。また、井戸層３４の間に
挟まれる引張歪障壁層３３は、厚さ５nmのノンドープIn
0.63Ga0.37As0.64P0.36 から形成されている。
【００５７】この実施例において、ｎ型クラッド層１２
からｐ型クラッド層１６までのエネルギーバンド図を示
すと図７(b) のようになる。このような構造において、
井戸層３４に挟まれる引張歪障壁層３３の内部の電界は
ｐ型クラッド層１６からｎ型クラッド層１５に向いた方
向であり、第二のＳＣＨ層１５は第一のＳＣＨ層１３よ
りもエネルギーが低くなっている。
からｐ型クラッド層１６までのエネルギーバンド図を示
すと図７(b) のようになる。このような構造において、
井戸層３４に挟まれる引張歪障壁層３３の内部の電界は
ｐ型クラッド層１６からｎ型クラッド層１５に向いた方
向であり、第二のＳＣＨ層１５は第一のＳＣＨ層１３よ
りもエネルギーが低くなっている。
【００５８】従って、ｎ型クラッド層１２から注入され
る電子が、ｎ型クラッド層１２から遠い第二のＳＣＨ層
１５寄りの井戸層３４ｃにも多く注入されることにな
り、各井戸層３４ａ〜３４ｃ内の電子数が均一になる。
また、熱励起により井戸層３４に供給される正孔は、結
晶歪による電界によってｎ型クラッド層１２に近い井戸
層３４ａに向かって動き易くなり、各井戸層３４におけ
る正孔密度は均一化される。
る電子が、ｎ型クラッド層１２から遠い第二のＳＣＨ層
１５寄りの井戸層３４ｃにも多く注入されることにな
り、各井戸層３４ａ〜３４ｃ内の電子数が均一になる。
また、熱励起により井戸層３４に供給される正孔は、結
晶歪による電界によってｎ型クラッド層１２に近い井戸
層３４ａに向かって動き易くなり、各井戸層３４におけ
る正孔密度は均一化される。
【００５９】従って、井戸層に挟まれる障壁層に歪がな
い従来に比べて、本実施例によれば井戸層３４での再結
合の効率が高くなり、閾値電流の上昇が抑えられる。 （その他の実施例）上記した例では、半導体基板の｛１
１１｝Ａ面の上に、クラッド層、ＳＣＨ層、多重量子井
戸構造、その他の層を形成したが、｛１１１｝Ｂ面の上
にそれらの層を形成してもよい。ただし、｛１１１｝Ｂ
面の上にそれらの半導体層を形成する場合に、図４(b)
〜図６(b) に示すエネルギーバンド構造を得るために
は、上記した説明中で圧縮歪障壁層を引張歪障壁層に変
えるとともに、引張歪障壁層を圧縮歪障壁層に変更す
る。その理由は、本発明の原理の説明で既に述べたので
省略する。
い従来に比べて、本実施例によれば井戸層３４での再結
合の効率が高くなり、閾値電流の上昇が抑えられる。 （その他の実施例）上記した例では、半導体基板の｛１
１１｝Ａ面の上に、クラッド層、ＳＣＨ層、多重量子井
戸構造、その他の層を形成したが、｛１１１｝Ｂ面の上
にそれらの層を形成してもよい。ただし、｛１１１｝Ｂ
面の上にそれらの半導体層を形成する場合に、図４(b)
〜図６(b) に示すエネルギーバンド構造を得るために
は、上記した説明中で圧縮歪障壁層を引張歪障壁層に変
えるとともに、引張歪障壁層を圧縮歪障壁層に変更す
る。その理由は、本発明の原理の説明で既に述べたので
省略する。
【００６０】また、上記したIII-Ｖ族半導体のｎ型不純
物としてシリコンを例に挙げたが、その他に硫黄、ス
ズ、セレン、テルルがある。また、上記したIII-Ｖ族半
導体のｐ型不純物として亜鉛を例に挙げたが、その他に
ベリリウム、ゲルマニュウム、カドミウム、マンガン、
マグネシウムがある。さらに、上記した第一及び第二の
実施例では、井戸層に挟まれる障壁層が引張歪障壁層と
圧縮歪障壁層から構成されるようにしているが、引張歪
障壁層と圧縮歪障壁層の間に歪の無い障壁層を介在させ
てもよい。これによれば、引張歪障壁層と圧縮歪障壁層
の格子定数の差が大きい場合に半導体基板に積層される
各半導体層の結晶格子が崩れることがない。
物としてシリコンを例に挙げたが、その他に硫黄、ス
ズ、セレン、テルルがある。また、上記したIII-Ｖ族半
導体のｐ型不純物として亜鉛を例に挙げたが、その他に
ベリリウム、ゲルマニュウム、カドミウム、マンガン、
マグネシウムがある。さらに、上記した第一及び第二の
実施例では、井戸層に挟まれる障壁層が引張歪障壁層と
圧縮歪障壁層から構成されるようにしているが、引張歪
障壁層と圧縮歪障壁層の間に歪の無い障壁層を介在させ
てもよい。これによれば、引張歪障壁層と圧縮歪障壁層
の格子定数の差が大きい場合に半導体基板に積層される
各半導体層の結晶格子が崩れることがない。
【００６１】ところで、上記した半導体レーザは順バイ
アスによってレーザ発振させることになるが、逆バイア
スして光変調素子として使用してもよい。この場合、活
性層は光吸収層として機能する。また、上記した半導体
レーザと同じ構造により半導体光増幅素子を構成しても
よい。この場合、通常、レーザの両端面に反射率が小さ
くなるような膜を付け、閾値電流よりも小さな電流を半
導体光増幅素子に供給し、この状態で活性層の一端に光
を入射させて光を増幅させる。
アスによってレーザ発振させることになるが、逆バイア
スして光変調素子として使用してもよい。この場合、活
性層は光吸収層として機能する。また、上記した半導体
レーザと同じ構造により半導体光増幅素子を構成しても
よい。この場合、通常、レーザの両端面に反射率が小さ
くなるような膜を付け、閾値電流よりも小さな電流を半
導体光増幅素子に供給し、この状態で活性層の一端に光
を入射させて光を増幅させる。
【００６２】その他、量子井戸構造を有する光スイッ
チ、光フィルタ、その他の光半導体装置において、引張
歪障壁層、圧縮歪障壁層を採用してもよい。これらの光
半導体装置における量子井戸構造において、歪障壁層と
ともに歪井戸層を形成してもよい。
チ、光フィルタ、その他の光半導体装置において、引張
歪障壁層、圧縮歪障壁層を採用してもよい。これらの光
半導体装置における量子井戸構造において、歪障壁層と
ともに歪井戸層を形成してもよい。
【００６３】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、量子
井戸構造の障壁層の少なくとも一部に歪層を形成するこ
とにより、量子井戸の少なくとも一方に斜面を形成した
ので、その斜面によって量子井戸からのキャリアの溢れ
を少なくして閾値電流の上昇を抑制することができる。
井戸構造の障壁層の少なくとも一部に歪層を形成するこ
とにより、量子井戸の少なくとも一方に斜面を形成した
ので、その斜面によって量子井戸からのキャリアの溢れ
を少なくして閾値電流の上昇を抑制することができる。
【００６４】また、その歪層を多重量子井戸構造の井戸
層間に形成することにより、キャリアの移動方向の先方
の井戸のポテンシャルを順次低下させることができ、キ
ャリアの井戸への供給を均一化して再結合の効率を良く
することができる。しかも、量子井戸構造を変調ドープ
する場合に、井戸層の内部から外部に向かって電界が発
生するような歪層を障壁層の一部に形成しているので、
障壁層の中央に凹部が形成されることが防止され、そこ
にある不純物から励起されるキャリアが容易に量子井戸
に落ち、これにより量子井戸のキャリア数が増え、閾値
電流の上昇が抑制され、変調ドープの特徴を十分に生か
すことができる。
層間に形成することにより、キャリアの移動方向の先方
の井戸のポテンシャルを順次低下させることができ、キ
ャリアの井戸への供給を均一化して再結合の効率を良く
することができる。しかも、量子井戸構造を変調ドープ
する場合に、井戸層の内部から外部に向かって電界が発
生するような歪層を障壁層の一部に形成しているので、
障壁層の中央に凹部が形成されることが防止され、そこ
にある不純物から励起されるキャリアが容易に量子井戸
に落ち、これにより量子井戸のキャリア数が増え、閾値
電流の上昇が抑制され、変調ドープの特徴を十分に生か
すことができる。
【００６５】しかも、量子井戸構造をｎ型変調ドープす
る場合に、障壁層の両側から内部に向かって電界が発生
するようにその障壁層を歪ませるようにしているので、
障壁層の中央のポテンシャルが上がってその中央の不純
物から励起される電子が井戸に落ち易くなって井戸内の
電子数を増やすことができ、閾値電流の上昇を抑制し
て、変調ドープの特徴を十分に生かすことができる。
る場合に、障壁層の両側から内部に向かって電界が発生
するようにその障壁層を歪ませるようにしているので、
障壁層の中央のポテンシャルが上がってその中央の不純
物から励起される電子が井戸に落ち易くなって井戸内の
電子数を増やすことができ、閾値電流の上昇を抑制し
て、変調ドープの特徴を十分に生かすことができる。
【００６６】あるいは、量子井戸構造をｐ型変調ドープ
する場合には、障壁層の内部から、両側に向かって電界
が発生するように、障壁層を歪ませるようにしているの
で、障壁層の中央の不純物から隆起される正孔が、井戸
に入りやすくなって、井戸内の正孔数を増やすことがで
き、閥値電流の上昇を抑えて、変調ドープの特徴を十分
に生かすことができる。
する場合には、障壁層の内部から、両側に向かって電界
が発生するように、障壁層を歪ませるようにしているの
で、障壁層の中央の不純物から隆起される正孔が、井戸
に入りやすくなって、井戸内の正孔数を増やすことがで
き、閥値電流の上昇を抑えて、変調ドープの特徴を十分
に生かすことができる。
【図１】図１(a) は、本発明の光半導体装置に係る歪障
壁層を備えた量子井戸構造の第１例を示すエネルギーバ
ンド、図１(b) は、半導体層の｛１１１｝Ａ面の上に形
成された圧縮歪層の圧電効果により生じる電界の方向を
示す図、図１(c) は、半導体層の｛１１１｝Ａ面の上に
形成された引張歪層の圧電効果により生じる電界の方向
を示す図である。
壁層を備えた量子井戸構造の第１例を示すエネルギーバ
ンド、図１(b) は、半導体層の｛１１１｝Ａ面の上に形
成された圧縮歪層の圧電効果により生じる電界の方向を
示す図、図１(c) は、半導体層の｛１１１｝Ａ面の上に
形成された引張歪層の圧電効果により生じる電界の方向
を示す図である。
【図２】図２(a) は、本発明の光半導体装置に係る歪障
壁層を備えた量子井戸構造の第２例を示すエネルギーバ
ンド、図２(b) は、半導体層の｛１１１｝Ｂ面の上に形
成された圧縮歪層の圧電効果により生じる電界の方向を
示す図、図２(c) は、半導体層の｛１１１｝Ｂ面の上に
形成された引張歪層の圧電効果により生じる電界の方向
を示す図である。
壁層を備えた量子井戸構造の第２例を示すエネルギーバ
ンド、図２(b) は、半導体層の｛１１１｝Ｂ面の上に形
成された圧縮歪層の圧電効果により生じる電界の方向を
示す図、図２(c) は、半導体層の｛１１１｝Ｂ面の上に
形成された引張歪層の圧電効果により生じる電界の方向
を示す図である。
【図３】図３(a) は、本発明の光半導体装置に係る歪障
壁層を備えた量子井戸構造の第３例を示すエネルギーバ
ンド、図３(ｂ)は、本発明の光半導体装置に係る歪障壁
層を備えた量子井戸構造の第４例を示すエネルギーバン
ドである。
壁層を備えた量子井戸構造の第３例を示すエネルギーバ
ンド、図３(ｂ)は、本発明の光半導体装置に係る歪障壁
層を備えた量子井戸構造の第４例を示すエネルギーバン
ドである。
【図４】図４(a) は、引張歪障壁層及び圧縮歪障壁層を
有する本発明の第１実施例の光半導体素子の断面図、図
４(b) は、そのエネルギーバンドである。
有する本発明の第１実施例の光半導体素子の断面図、図
４(b) は、そのエネルギーバンドである。
【図５】図５(a) は、変調ドープされた引張歪障壁層及
び圧縮歪障壁層を有する本発明の第２実施例の光半導体
素子の断面図、図５(b) は、そのエネルギーバンドであ
る。
び圧縮歪障壁層を有する本発明の第２実施例の光半導体
素子の断面図、図５(b) は、そのエネルギーバンドであ
る。
【図６】図６(a) は、圧縮歪障壁層を有するを有する本
発明の第３実施例の光半導体素子の断面図、図６(b)
は、そのエネルギーバンドである。
発明の第３実施例の光半導体素子の断面図、図６(b)
は、そのエネルギーバンドである。
【図７】図７(a) は、引張歪障壁層を有するを有する本
発明の第４実施例の光半導体素子の断面図、図７(b)
は、そのエネルギーバンドである。
発明の第４実施例の光半導体素子の断面図、図７(b)
は、そのエネルギーバンドである。
【図８】図８(a) は、ＳＣＨ層を備えた従来の多重量子
井戸構造のエネルギーバンド、図８(b) は、図８(a) に
おける量子井戸からキャリアが溢れた状態を示すエネル
ギーバンド、図８(c) は、図８(a) における量子井戸へ
のキャリアの注入状態を示すエネルギーバンドである。
井戸構造のエネルギーバンド、図８(b) は、図８(a) に
おける量子井戸からキャリアが溢れた状態を示すエネル
ギーバンド、図８(c) は、図８(a) における量子井戸へ
のキャリアの注入状態を示すエネルギーバンドである。
【図９】図９は、変調ドープされた多重量子井戸構造の
エネルギーバンドの伝導帯を示す図である。
エネルギーバンドの伝導帯を示す図である。
１ 井戸層
２ 障壁層
３、３ａ 引張歪障壁層
４、４ａ 圧縮歪障壁層
５ａ，５ｂ 半導体層
７、７ａ 圧縮歪障壁層
８ 井戸層
９、９ａ 引張歪障壁層
１０ａ，１０ｂ 半導体層
１１ 半導体基板
１２ ｎ型クラッド層
１３ 第一のＳＣＨ層
１４ 活性層
１５ 第二のＳＣＨ層
１６ ｐ型クラッド層
１７ コンタクト層
１９、２４、２９ 井戸層
２０、２５ 障壁層
２１、２６ 引張歪障壁層
２２ 圧縮歪障壁層
２３、２８ 活性層
２７、３０ 圧縮歪障壁層
３１ 障壁層
Claims (11)
- 【請求項１】少なくとも一部に圧電効果により内部電界
を生じさせる歪層（３，４）を有する障壁層（２）と井
戸層（１）とからなる量子井戸構造を備え、 前記井戸層（１）は前記障壁層（２）の２つの前記歪層
（３，４）に挟まれ、かつ、２つの前記歪層（３，４）
の前記内部電界は、それぞれ前記井戸層（１）の内部か
ら外部に向かう方向に発生していることを特徴とする光
半導体装置。 - 【請求項２】少なくとも一部に圧電効果により内部電界
を生じさせる歪層（３，４）を有する障壁層（２）と井
戸層（１）とからなる量子井戸構造を備え、 前記井戸層（１）は前記障壁層（２）の２つの前記歪層
（３，４）に挟まれ、かつ、２つの前記歪層（３，４）
の前記内部電界は、それぞれ前記井戸層（１）の外部か
ら内部に向かう方向に発生していることを特徴とする光
半導体装置。 - 【請求項３】前記歪層（３，４）は、｛１１１｝面上に
垂直に成長された閃亜鉛構造の結晶からなることを特徴
とする請求項１又は請求項２に記載の光半導体装置。 - 【請求項４】前記歪層（３，４）は、｛１１１｝面から
｛１１０｝面方向に０度以上で±３５．５度以内に傾い
た面の上に形成されていることを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の光半導体装置。 - 【請求項５】前記歪層（３，４）は、｛１１１｝面から
｛１００｝面方向に０度以上で±５４．７度以内に傾い
た面の上に形成されていることを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の光半導体装置。 - 【請求項６】前記歪層（３，４）は、｛１１１｝面から
｛１１０｝面方向に０度以上で±３５．３度以内であっ
て且つ｛１１１｝面から｛１００｝面方向に０度以上で
±５４．７度未満傾いた面の上に形成されていることを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光半導体装
置。 - 【請求項７】前記量子井戸構造は変調ドーピングされて
いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光
半導体装置。 - 【請求項８】｛１１１｝Ａ面の上に形成された引張歪障
壁層（３）と、 前記引張歪障壁層（３）上に形成された井戸層（１）
と、 前記井戸層（１）の上に形成された圧縮歪障壁層（４）
とを有することを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項９】｛１１１｝Ｂ面の上に形成された圧縮歪障
壁層（７）と、 前記圧縮歪障壁層（７）上に形成された井戸層（８）
と、 前記井戸層（８）の上に形成された引張歪障壁層（９）
とを有することを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項１０】｛１１１｝Ａ面の上に形成された圧縮歪
障壁層（４）と、 前記圧縮歪障壁層（４）上に形成された井戸層（１）
と、 前記井戸層（１）の上に形成された引張歪障壁層（３）
とを有することを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項１１】｛１１１｝Ｂ面の上に形成された引張歪
障壁層（９）と、 前記引張歪障壁層（９）上に形成された井戸層（８）
と、 前記井戸層（８）の上に形成された圧縮歪障壁層（７）
とを有することを特徴とする光半導体装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02260294A JP3461893B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 光半導体装置 |
| US08/377,602 US5561301A (en) | 1994-02-21 | 1995-01-25 | Opto-semiconductor device with piezoelectric |
| FR9501968A FR2716575B1 (fr) | 1994-02-21 | 1995-02-21 | Dispositif opto-semiconducteur. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02260294A JP3461893B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 光半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07235728A JPH07235728A (ja) | 1995-09-05 |
| JP3461893B2 true JP3461893B2 (ja) | 2003-10-27 |
Family
ID=12087396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02260294A Expired - Fee Related JP3461893B2 (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | 光半導体装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5561301A (ja) |
| JP (1) | JP3461893B2 (ja) |
| FR (1) | FR2716575B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220085575A1 (en) * | 2020-09-17 | 2022-03-17 | Inphi Corporation | Silicon-photonics-based semiconductor optical amplifier with n-doped active layer |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69428187T2 (de) * | 1994-05-06 | 2002-06-20 | Commissariat Energie Atomique | Optisch gesteuerte Lichtmodulator-Vorrichtung |
| US6849472B2 (en) * | 1997-09-30 | 2005-02-01 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Nitride semiconductor device with reduced polarization fields |
| JP2000236141A (ja) * | 1999-02-16 | 2000-08-29 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子 |
| JP2002009401A (ja) * | 2000-06-16 | 2002-01-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ素子 |
| JP4090768B2 (ja) * | 2002-03-20 | 2008-05-28 | 株式会社日立製作所 | 半導体レーザ素子 |
| US7560739B2 (en) * | 2004-06-29 | 2009-07-14 | Intel Corporation | Micro or below scale multi-layered heterostructure |
| US7484939B2 (en) * | 2004-12-17 | 2009-02-03 | Eaton Corporation | Variable displacement radial piston pump |
| WO2007094057A1 (ja) * | 2006-02-15 | 2007-08-23 | Fujitsu Limited | 光デバイス |
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