JP3467153B2 - 半導体素子 - Google Patents
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- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18341—Intra-cavity contacts
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
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- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、通信用半導体レ
−ザ光源やフォトダイオ−ド，高速電子デバイスなどの
半導体素子、特にШ−Ｖ族化合物の半導体素子の特性の
改善に関するものである。
−ザ光源やフォトダイオ−ド，高速電子デバイスなどの
半導体素子、特にШ−Ｖ族化合物の半導体素子の特性の
改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ファイバを用いた光通信システ
ムは主に幹線系で用いられている。現在、石英系光ファ
イバ通信用の1.3μｍ帯及び1.5μｍ帯の半導体レ−ザに
はＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y活性層とｎおよびｐ−ＩｎＰ
クラット層で構成したＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ接合
レ−ザ素子が用いられ、Ｇａ組成比ｘとＡｓ組成比ｙを
変えて波長を変えている。このＩｎＧａＡｓＰ半導体レ
−ザ素子は材料的に伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）が
小さく電子のオ−バ−フロ−が多いことが主たる原因で
発振を開始するしきい値電流は大きく、温度特性は悪
く、光出力が環境温度によって大きく変化する。また、
バンドギャプエネルギは温度依存性を有しており高温ほ
どバンドギャップエネルギは小さくなり波長が長波長側
にシフトしてしまう。これは波長多重通信を行なう場合
には大きな問題となる。このため温度制御する必要があ
りペルチェ素子を用いていた。
ムは主に幹線系で用いられている。現在、石英系光ファ
イバ通信用の1.3μｍ帯及び1.5μｍ帯の半導体レ−ザに
はＩｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y活性層とｎおよびｐ−ＩｎＰ
クラット層で構成したＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ接合
レ−ザ素子が用いられ、Ｇａ組成比ｘとＡｓ組成比ｙを
変えて波長を変えている。このＩｎＧａＡｓＰ半導体レ
−ザ素子は材料的に伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）が
小さく電子のオ−バ−フロ−が多いことが主たる原因で
発振を開始するしきい値電流は大きく、温度特性は悪
く、光出力が環境温度によって大きく変化する。また、
バンドギャプエネルギは温度依存性を有しており高温ほ
どバンドギャップエネルギは小さくなり波長が長波長側
にシフトしてしまう。これは波長多重通信を行なう場合
には大きな問題となる。このため温度制御する必要があ
りペルチェ素子を用いていた。
【０００３】この光通信システムは、将来は各家庭を含
めた加入者系での利用が考えられている。これを実現す
るためにはシステムの小型化、低消費電力化、低コスト
化が必要である。このためには半導体レ−ザ素子の低し
きい値動作と温度制御系を持たないペルチェフリ−のシ
ステムが必要である。このような要望を上記ＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いて改善することは困難である
ため、伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）が大きくなるよ
うにＧａＡｓ基板上に形成することが試みられている。
ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓはＩｎ組成が大きくなる
ほどバンドギャップエネルギＥｇは小さくなるが、格子
定数はＧａＡｓよりも大きくなっていく。この材料は圧
縮歪量の増大により長波長化されるが1.1μｍ程度が限
界である。
めた加入者系での利用が考えられている。これを実現す
るためにはシステムの小型化、低消費電力化、低コスト
化が必要である。このためには半導体レ−ザ素子の低し
きい値動作と温度制御系を持たないペルチェフリ−のシ
ステムが必要である。このような要望を上記ＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いて改善することは困難である
ため、伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）が大きくなるよ
うにＧａＡｓ基板上に形成することが試みられている。
ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓはＩｎ組成が大きくなる
ほどバンドギャップエネルギＥｇは小さくなるが、格子
定数はＧａＡｓよりも大きくなっていく。この材料は圧
縮歪量の増大により長波長化されるが1.1μｍ程度が限
界である。
【０００４】そこで特開平７−193327号公報に、1.3μ
ｍ帯または1.5μｍ帯の波長を与えるＩｎＧａＡｓ活性
層と、この活性層をはさんで形成され、かつＧａＡｓの
格子定数に近い格子定数を与える組成とすることより活
性層に歪を与える半導体層とを有し、伝導帯のバンド不
連続（ΔＥｃ）を大きくした素子が提案されている。
ｍ帯または1.5μｍ帯の波長を与えるＩｎＧａＡｓ活性
層と、この活性層をはさんで形成され、かつＧａＡｓの
格子定数に近い格子定数を与える組成とすることより活
性層に歪を与える半導体層とを有し、伝導帯のバンド不
連続（ΔＥｃ）を大きくした素子が提案されている。
【０００５】また、特開平６−37355号公報に、ＧａＡ
ｓ基板上にＩｎＧａＮＡｓ系の合金半導体膜を形成した
材料が提案されている。これはＧａＡｓより格子定数が
大きいＩｎＧａＡｓにＮを添加することで格子定数をＧ
ａＡｓに格子整合することが可能であり、さらにバンド
ギャップエネルギが小さくなり1.3μｍ帯または1.5μｍ
帯の波長が可能となる材料系である。ＧａＡｓ格子整合
系なのでＡｌＧａＡｓをクラッド層に用いることで伝導
帯のバンド不連続（ΔＥｃ）を大きくすることができ
る。
ｓ基板上にＩｎＧａＮＡｓ系の合金半導体膜を形成した
材料が提案されている。これはＧａＡｓより格子定数が
大きいＩｎＧａＡｓにＮを添加することで格子定数をＧ
ａＡｓに格子整合することが可能であり、さらにバンド
ギャップエネルギが小さくなり1.3μｍ帯または1.5μｍ
帯の波長が可能となる材料系である。ＧａＡｓ格子整合
系なのでＡｌＧａＡｓをクラッド層に用いることで伝導
帯のバンド不連続（ΔＥｃ）を大きくすることができ
る。
【０００６】また、波長の温度依存性改善については、
１９９６年春季応用物理学会（２６ｐ−ＺＣ−１０）に
おいてＩｎＰ基板上のＴｌＩｎＧａＰ系材料が提案され
ている。ＴｌＰは格子定数が0.6ｎｍ程度でＩｎＰより
３％程度大きい。また、ＴｌＰはバンドギャップエネル
ギが負の値を持つ半金属でありバンドギャップエネルギ
は高温ほど大きくなる。この特性はＩｎＰなどの半導体
とは逆である。したがって例えばＩｎＰとＴｌＰの混晶
であるＴａＩｎＰはＴｌの組成が大きくなるほどバンド
ギャップエネルギの温度依存性が小さくなり温度に依存
しない組成が存在する。つまり発振波長を安定化させる
ことが可能となる。またＧａを添加すると格子定数が小
さくなるのでＩｎＰ基板に格子整合させることも可能な
材料系である。
１９９６年春季応用物理学会（２６ｐ−ＺＣ−１０）に
おいてＩｎＰ基板上のＴｌＩｎＧａＰ系材料が提案され
ている。ＴｌＰは格子定数が0.6ｎｍ程度でＩｎＰより
３％程度大きい。また、ＴｌＰはバンドギャップエネル
ギが負の値を持つ半金属でありバンドギャップエネルギ
は高温ほど大きくなる。この特性はＩｎＰなどの半導体
とは逆である。したがって例えばＩｎＰとＴｌＰの混晶
であるＴａＩｎＰはＴｌの組成が大きくなるほどバンド
ギャップエネルギの温度依存性が小さくなり温度に依存
しない組成が存在する。つまり発振波長を安定化させる
ことが可能となる。またＧａを添加すると格子定数が小
さくなるのでＩｎＰ基板に格子整合させることも可能な
材料系である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平７
−193327号公報に示された素子は、1.3μｍまたは1.5μ
ｍ帯の波長を与えるためＧａＡｓより格子定数の大きい
ＩｎＧａＡｓ活性層を用いているため緩和バッファ層を
用いたり、基板にＩｎＧａＡｓを用いているが、緩和バ
ッファ層を用いても基本的には格子不整合系なので素子
の寿命の点で問題がある。さらに、ＩｎＧａＡｓのよう
な多元材料基板は現実には作成が困難である。
−193327号公報に示された素子は、1.3μｍまたは1.5μ
ｍ帯の波長を与えるためＧａＡｓより格子定数の大きい
ＩｎＧａＡｓ活性層を用いているため緩和バッファ層を
用いたり、基板にＩｎＧａＡｓを用いているが、緩和バ
ッファ層を用いても基本的には格子不整合系なので素子
の寿命の点で問題がある。さらに、ＩｎＧａＡｓのよう
な多元材料基板は現実には作成が困難である。
【０００８】また、特開平６−37355公報に示されたＩ
ｎＧａＮＡｓ系材料はミシビリティギャップが広く、通
常の成長方法ではＮ組成を大きくするほど、すなわち波
長が長くなるほど結晶性が低下し形成が困難であるとい
う問題がある。また、１９９６年春期応用物理学会（２
６ｐ−ＺＣ−１０）で提案されたＩｎＰ基板上のＴｌＩ
ｎＧａＰ系材料系はＩｎＰ基板上に形成される材料であ
るので、従来の材料系であるＩｎＧａＡｓｐ／ＩｎＰ系
材料と同様にクラッド層には主にＩｎＰが用いられるた
め伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）は小さく、しきい値
電流の温度依存性を小さくすることはできないという問
題があった。
ｎＧａＮＡｓ系材料はミシビリティギャップが広く、通
常の成長方法ではＮ組成を大きくするほど、すなわち波
長が長くなるほど結晶性が低下し形成が困難であるとい
う問題がある。また、１９９６年春期応用物理学会（２
６ｐ−ＺＣ−１０）で提案されたＩｎＰ基板上のＴｌＩ
ｎＧａＰ系材料系はＩｎＰ基板上に形成される材料であ
るので、従来の材料系であるＩｎＧａＡｓｐ／ＩｎＰ系
材料と同様にクラッド層には主にＩｎＰが用いられるた
め伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）は小さく、しきい値
電流の温度依存性を小さくすることはできないという問
題があった。
【０００９】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、温度特性が良好でしきい値電流が低
く、発振波長の温度依存性が小さい半導体素子を得るこ
とを目的とするものである。
されたものであり、温度特性が良好でしきい値電流が低
く、発振波長の温度依存性が小さい半導体素子を得るこ
とを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体素
子は、III−Ｖ族混晶半導体であってＶ族元素としてＡ
ｓ、III族元素としてＴｌ（タリウム）を同時に含んだI
II−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含み、Ａｓと
Ｔｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ
基板上に形成されていることを特徴とする。
子は、III−Ｖ族混晶半導体であってＶ族元素としてＡ
ｓ、III族元素としてＴｌ（タリウム）を同時に含んだI
II−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含み、Ａｓと
Ｔｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ
基板上に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
【００１２】また、上記ＡｓとＴｌを同時に含んだШ−
Ｖ族混晶半導体層はＴｌxＧａ1-xＡＳ（０＜ｘ＜１）で
あることを特徴とする。
Ｖ族混晶半導体層はＴｌxＧａ1-xＡＳ（０＜ｘ＜１）で
あることを特徴とする。
【００１３】更に、この発明の半導体素子は、III−Ｖ
族混晶半導体であってＶ族元素としてＡｓ及びＮ、III
族元素としてＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体
層を、少なくとも一層含み、Ａｓ及びＮとＴｌを同時に
含んだIII−Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ基板上に形成
されていることを特徴とする。
族混晶半導体であってＶ族元素としてＡｓ及びＮ、III
族元素としてＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体
層を、少なくとも一層含み、Ａｓ及びＮとＴｌを同時に
含んだIII−Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ基板上に形成
されていることを特徴とする。
【００１４】上記半導体素子は、ＡｓとＴｌを同時に含
んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族
混晶半導体層を活性層とし、ＧａＡｓ基板に格子整合す
るＡｌＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａ
Ｐをクラッド層とした直接遷移形の半導体レーザ素子で
あることを特徴とする。
んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族
混晶半導体層を活性層とし、ＧａＡｓ基板に格子整合す
るＡｌＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａ
Ｐをクラッド層とした直接遷移形の半導体レーザ素子で
あることを特徴とする。
【００１５】上記半導体レ−ザ素子が面発光型であるこ
とを特徴とする。
とを特徴とする。
【００１６】また、上記半導体素子は、ＡｓとＴｌを同
時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層を光吸収層としたフォトダイオード
であることを特徴とする。
時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層を光吸収層としたフォトダイオード
であることを特徴とする。
【００１７】更に、上記半導体素子は、ＡｓとＴｌを同
時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層をチャネル層とした高速電子素子で
あることを特徴とする。
時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層をチャネル層とした高速電子素子で
あることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】この発明の半導体素子は、Ｖ族元
素としてＡｓ、III族元素としてＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含み、ＡｓとＴ
ｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ基
板上に形成されていることにより、ＴｌＡｓはバンドギ
ャップエネルギーが負の値を持つ半金属であることか
ら、ＴｌＡｓを含む混晶は、例えば従来の混晶であるＩ
ｎＧａＡｓよりバンドギャップエネルギーが小さくな
り、更に温度依存性を小さくすることができる。また、
従来なかったＴｌＡｓを含む混晶の層とバンドギャップ
エネルギーがＧａＡｓより大きい従来のＧａＡｓ基板格
子整合系材料の層とを組み合わせることができ、従来の
材料系では困難であった素子性能を得ることができる。
素としてＡｓ、III族元素としてＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含み、ＡｓとＴ
ｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ基
板上に形成されていることにより、ＴｌＡｓはバンドギ
ャップエネルギーが負の値を持つ半金属であることか
ら、ＴｌＡｓを含む混晶は、例えば従来の混晶であるＩ
ｎＧａＡｓよりバンドギャップエネルギーが小さくな
り、更に温度依存性を小さくすることができる。また、
従来なかったＴｌＡｓを含む混晶の層とバンドギャップ
エネルギーがＧａＡｓより大きい従来のＧａＡｓ基板格
子整合系材料の層とを組み合わせることができ、従来の
材料系では困難であった素子性能を得ることができる。
【００１９】
【００２０】また、上記ＡｓとＴｌを同時に含んだШ−
Ｖ族混晶半導体層をＴｌｘＧａ１−ｘＡＳ（０＜ｘ＜
１）とすることにより、同じ格子定数のＩｎＧａＡｓ系
材料よりバンドギャップエネルギ−が小さく、ＩｎＧａ
Ａｓよりバンドギャップエネルギが小さい膜をＧａＡｓ
基板上に圧縮歪を有して形成することができる。
Ｖ族混晶半導体層をＴｌｘＧａ１−ｘＡＳ（０＜ｘ＜
１）とすることにより、同じ格子定数のＩｎＧａＡｓ系
材料よりバンドギャップエネルギ−が小さく、ＩｎＧａ
Ａｓよりバンドギャップエネルギが小さい膜をＧａＡｓ
基板上に圧縮歪を有して形成することができる。
【００２１】更に、III−Ｖ族混晶半導体であってＶ族
元素としてＡｓ及びＮ、III族元素としてＴｌを同時に
含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含
み、Ａｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半
導体層はＧａＡｓ基板上に形成されていることにより、
格子定数を小さくすることができ、ＧａＡｓ基板に完全
に格子整合させることができる。Ｎ組成の増加は結晶の
高品質化を困難にするが、従来のＩｎＧａＮＡｓ系材料
よりも小さいＮ組成で同じバンドギャップエネルギーの
結晶を形成でき、高品質のＮ系Ｖ族混晶半導体を従来よ
りも容易に得ることができる。
元素としてＡｓ及びＮ、III族元素としてＴｌを同時に
含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含
み、Ａｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半
導体層はＧａＡｓ基板上に形成されていることにより、
格子定数を小さくすることができ、ＧａＡｓ基板に完全
に格子整合させることができる。Ｎ組成の増加は結晶の
高品質化を困難にするが、従来のＩｎＧａＮＡｓ系材料
よりも小さいＮ組成で同じバンドギャップエネルギーの
結晶を形成でき、高品質のＮ系Ｖ族混晶半導体を従来よ
りも容易に得ることができる。
【００２２】また、ＡｓとＴｌを同時に含んだ、又はＡ
ｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層
を活性層とし、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＡ
ｓ，ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＰをクラッド層とする
ことにより、伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）が大き
く、レーザ発振を開始するしきい値電流の温度依存性が
小さい１．３μｍ等の長波長半導体レーザ素子を得るこ
とができる。更に、活性層を半金属である、ＡｓとＴ
ｌ、又はＡｓ及びＮとＴｌを含んだ混晶で構成するか
ら、バンドギャップエネルギーの温度依存性を小さくし
て発振波長の温度依存性を小さくすることができる。
ｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層
を活性層とし、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＡ
ｓ，ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＰをクラッド層とする
ことにより、伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）が大き
く、レーザ発振を開始するしきい値電流の温度依存性が
小さい１．３μｍ等の長波長半導体レーザ素子を得るこ
とができる。更に、活性層を半金属である、ＡｓとＴ
ｌ、又はＡｓ及びＮとＴｌを含んだ混晶で構成するか
ら、バンドギャップエネルギーの温度依存性を小さくし
て発振波長の温度依存性を小さくすることができる。
【００２３】さらに、上記半導体レ−ザ素子を面発光型
レ−ザ素子とすることにより、従来のＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系材料では困難であった高温でのレ−ザ動作を容
易にする。さらにＧａＡｓ基板上に形成できるので屈折
率差の大きいＡｌＧａＡｓ系多層膜ミラ−を用いること
ができるので、少ないペア−数で高反射率が得られるミ
ラ−を容易に作成することができる。
レ−ザ素子とすることにより、従来のＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系材料では困難であった高温でのレ−ザ動作を容
易にする。さらにＧａＡｓ基板上に形成できるので屈折
率差の大きいＡｌＧａＡｓ系多層膜ミラ−を用いること
ができるので、少ないペア−数で高反射率が得られるミ
ラ−を容易に作成することができる。
【００２４】また、フォトダイオードでは、ＡｓとＴｌ
を同時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだ
III−Ｖ族混晶半導体層を光吸収層に用いることによ
り、１．５μｍ帯等の長波長の光に感度を有する構造を
安価なＧａＡｓ基板上に形成できる。
を同時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだ
III−Ｖ族混晶半導体層を光吸収層に用いることによ
り、１．５μｍ帯等の長波長の光に感度を有する構造を
安価なＧａＡｓ基板上に形成できる。
【００２５】更に、高速電子素子では、ＡｓとＴｌを同
時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層をチャネル層に用いることにより、
格子定数が同じ材料ではＴｌＧａＡｓの方がＩｎＧａＡ
ｓに比べてバンドギャップエネルギーが小さく、臨界膜
厚以下の膜厚でＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓよりも小
さいバンドギャップエネルギーの材料を形成できる。そ
して、ＴｌＧａＡｓとＧａＡｓ間に充分大きな伝導帯バ
ンドオフセットがあるため電子供給層にＧａＡｓ層を用
いることが可能となる。また、ＧａＡｓは従来のＡｌＧ
ａＡｓより高品質の結晶を得やすく、かつＴｌＧａＡｓ
の移動度は大きいので、良好な素子特性を得ることがで
きる。
時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層をチャネル層に用いることにより、
格子定数が同じ材料ではＴｌＧａＡｓの方がＩｎＧａＡ
ｓに比べてバンドギャップエネルギーが小さく、臨界膜
厚以下の膜厚でＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓよりも小
さいバンドギャップエネルギーの材料を形成できる。そ
して、ＴｌＧａＡｓとＧａＡｓ間に充分大きな伝導帯バ
ンドオフセットがあるため電子供給層にＧａＡｓ層を用
いることが可能となる。また、ＧａＡｓは従来のＡｌＧ
ａＡｓより高品質の結晶を得やすく、かつＴｌＧａＡｓ
の移動度は大きいので、良好な素子特性を得ることがで
きる。
【００２６】
〔実施例１〕図１はこの発明の一実施例の半導体素子の
構造を示す断面図である。図に示すように、半導体レ−
ザ素子１は活性層構造としてはＳＣＨ−ＳＱＷ（Separa
te Confinement Heterostructure-Single Quantum Wel
l)構造（分離閉じ込め型−単一量子井戸構造）、デバイ
ス構造としてはリッジストライプ型である。そして、Ｍ
ＢＥ（分子線エピタキシ）法によりｎ−ＧａＡｓ基板１
１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層１３、ＧａＡｓ光ガイド層１４、ＡｓとＴｌ
を同時に含んだШ−Ｖ族混晶であるＴｌxＧａ1-xＡｓ
（０＜ｘ＜１）の圧縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層１５、Ｇａ
Ａｓ光ガイド層１６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１
７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８が形成されている。
さらに、ウエットエッチング等により電流注入部となる
リッジ部を形成し、絶縁性誘電体膜であるＳｉ０2層１
９を用いて電流狭窄を行なっている。そして、ＡｕＺｎ
／Ａｕでｐ側電極２０を形成し、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ
で裏面にｎ側電極２１を形成している。半導体層の成長
ではШ族の原料には金属を、Ａｓの原料にはＡｓＨ3を
用いた。
構造を示す断面図である。図に示すように、半導体レ−
ザ素子１は活性層構造としてはＳＣＨ−ＳＱＷ（Separa
te Confinement Heterostructure-Single Quantum Wel
l)構造（分離閉じ込め型−単一量子井戸構造）、デバイ
ス構造としてはリッジストライプ型である。そして、Ｍ
ＢＥ（分子線エピタキシ）法によりｎ−ＧａＡｓ基板１
１上にｎ−ＧａＡｓバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層１３、ＧａＡｓ光ガイド層１４、ＡｓとＴｌ
を同時に含んだШ−Ｖ族混晶であるＴｌxＧａ1-xＡｓ
（０＜ｘ＜１）の圧縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層１５、Ｇａ
Ａｓ光ガイド層１６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１
７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８が形成されている。
さらに、ウエットエッチング等により電流注入部となる
リッジ部を形成し、絶縁性誘電体膜であるＳｉ０2層１
９を用いて電流狭窄を行なっている。そして、ＡｕＺｎ
／Ａｕでｐ側電極２０を形成し、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ
で裏面にｎ側電極２１を形成している。半導体層の成長
ではШ族の原料には金属を、Ａｓの原料にはＡｓＨ3を
用いた。
【００２７】この半導体レ−ザ素子１を構成するＧａＡ
ｓは半導体であり、ＴｌＡｓはバンドギャップエネルギ
が負の値を持つ半金属である。その混晶であるＴｌxＧ
ａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）は、同じ格子定数の材料で比
較すると、ＧａＡｓとＩｎＡｓの混晶であるＩｎＧａＡ
ｓよりもバンドギャップエネルギが小さくなる。このた
めＧａＡｓ基板上の圧縮歪ＩｎＧａＡｓ活性層では歪量
を大きくしても波長は1.1μｍ程度が限界であったが、
圧縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層１５ではＧａＡｓ基板上に更
に長波長となる材料を形成することができる。その結
果、圧縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層１５を設けた半導体レ−
ザ素子１の発振波長は1.3μｍであった。
ｓは半導体であり、ＴｌＡｓはバンドギャップエネルギ
が負の値を持つ半金属である。その混晶であるＴｌxＧ
ａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）は、同じ格子定数の材料で比
較すると、ＧａＡｓとＩｎＡｓの混晶であるＩｎＧａＡ
ｓよりもバンドギャップエネルギが小さくなる。このた
めＧａＡｓ基板上の圧縮歪ＩｎＧａＡｓ活性層では歪量
を大きくしても波長は1.1μｍ程度が限界であったが、
圧縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層１５ではＧａＡｓ基板上に更
に長波長となる材料を形成することができる。その結
果、圧縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層１５を設けた半導体レ−
ザ素子１の発振波長は1.3μｍであった。
【００２８】また、ＧａＡｓ基板上に形成できるのでバ
ンドギャップエネルギが大きいＡｌＧａＡｓをクラッド
層１３に用いることができる。このため伝導帯のバンド
不連続（ΔＥｃ）が大きくなり、注入キャリアのオ−バ
−フロ−を減らすことができ、しきい値電流の温度依存
性を減少することができた。したがって温度制御する必
要がなく、ペルチェ素子などの冷却素子を省略すること
ができた。このクラッド層１３としてはＡｌＧａＡｓだ
けではなく、ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＰ等
のＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＰ等の材料を用いることも
できる。
ンドギャップエネルギが大きいＡｌＧａＡｓをクラッド
層１３に用いることができる。このため伝導帯のバンド
不連続（ΔＥｃ）が大きくなり、注入キャリアのオ−バ
−フロ−を減らすことができ、しきい値電流の温度依存
性を減少することができた。したがって温度制御する必
要がなく、ペルチェ素子などの冷却素子を省略すること
ができた。このクラッド層１３としてはＡｌＧａＡｓだ
けではなく、ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＰ等
のＩｎＧａＡｓＰやＩｎＧａＰ等の材料を用いることも
できる。
【００２９】なお、この実施例ではＴｌとＡｓを含んだ
層としてＴｌＧａＡｓについて説明したが、Ｇａの他に
Ш族にＩｎ，Ａｌ，Ｖ族にＰを含んだ混晶でも良い。ま
た、層構造はクラッド層と活性層とクラッド層が直接接
したダブルヘテロ構造や、シングロヘテロ接合、ホモ接
合でもかまわない。
層としてＴｌＧａＡｓについて説明したが、Ｇａの他に
Ш族にＩｎ，Ａｌ，Ｖ族にＰを含んだ混晶でも良い。ま
た、層構造はクラッド層と活性層とクラッド層が直接接
したダブルヘテロ構造や、シングロヘテロ接合、ホモ接
合でもかまわない。
【００３０】また、この実施例では半導体レ−ザ素子１
について説明したが、発光ダイオ−ドであっても温度特
性の良好な素子を形成することができる。
について説明したが、発光ダイオ−ドであっても温度特
性の良好な素子を形成することができる。
【００３１】〔実施例２〕図２はこの発明の第２の半導
体レ−ザ素子の構造を示す断面図である。図２に示した
半導体レ−ザ素子１ａはＴｌＧａＡｓにＶ族元素Ｎを数
％添加したＴｌＧａＮＡｓを活性層２２とした点が図１
に示した半導体レ−ザ素子１と異なる。結晶成長はＭＢ
Ｅ法により行った。Ш族の原料には金属を、Ａｓの原料
にはＡｓＨ3を、Ｎの原料には高周波プラズマにより活
性化したＮを用いた。このようにＴｌＧａＡｓにＮを数
％添加すると格子定数が小さくなり、バンドギャップエ
ネルギが小さくなる。その結果、ＧａＡｓ基板に格子整
合する1.5μｍ等の長波長に対応する結晶が形成でき
た。また、ＴｌＧａＮＡｓの活性層２２はＧａＡｓ基板
に格子整合している。このため量子井戸活性層以外にも
活性層の厚い通常のダブルヘテロ構造も形成できる。ま
た、従来のＩｎＧａＮＡｓ系と違うところは同じバンド
ギャップエネルギの混晶をＴｌＧａＮＡｓの方が少ない
Ｎ組成で形成できる点である。すなわちＶ族にＮを含ん
だＮ系Ｖ族混晶半導体はＮ組成が大きいほど高品質の結
晶が得られにくくなりＮ組成が小さい方が好ましい。こ
の観点からＴｌＧａＮＡｓの方が容易に高品質の結晶が
得られるという長所がある。
体レ−ザ素子の構造を示す断面図である。図２に示した
半導体レ−ザ素子１ａはＴｌＧａＡｓにＶ族元素Ｎを数
％添加したＴｌＧａＮＡｓを活性層２２とした点が図１
に示した半導体レ−ザ素子１と異なる。結晶成長はＭＢ
Ｅ法により行った。Ш族の原料には金属を、Ａｓの原料
にはＡｓＨ3を、Ｎの原料には高周波プラズマにより活
性化したＮを用いた。このようにＴｌＧａＡｓにＮを数
％添加すると格子定数が小さくなり、バンドギャップエ
ネルギが小さくなる。その結果、ＧａＡｓ基板に格子整
合する1.5μｍ等の長波長に対応する結晶が形成でき
た。また、ＴｌＧａＮＡｓの活性層２２はＧａＡｓ基板
に格子整合している。このため量子井戸活性層以外にも
活性層の厚い通常のダブルヘテロ構造も形成できる。ま
た、従来のＩｎＧａＮＡｓ系と違うところは同じバンド
ギャップエネルギの混晶をＴｌＧａＮＡｓの方が少ない
Ｎ組成で形成できる点である。すなわちＶ族にＮを含ん
だＮ系Ｖ族混晶半導体はＮ組成が大きいほど高品質の結
晶が得られにくくなりＮ組成が小さい方が好ましい。こ
の観点からＴｌＧａＮＡｓの方が容易に高品質の結晶が
得られるという長所がある。
【００３２】〔実施例３〕図３は半導体レ−ザ素子とし
て面発光型レ−ザ素子の構造を示す断面図である。面発
光型レ−ザ素子２は、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上にｎ−Ａ
ｌＡｓ／ＧａＡｓの第一の多層膜ミラ−３２、ｎ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層３３、ＧａＡｓ光ガイド層３４、圧
縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層３５、ＧａＡｓ光ガイド層３
６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３７、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層３８、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの第二の多層
膜ミラ−３９が形成されている。さらにドライエッチン
グ等により第一の多層膜ミラ−３２の上面までと、ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層３８上面まで除去して、ｎ側電極
６１であるＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕとｐ側電極６２である
Ｃｒ／Ａｕを形成している。
て面発光型レ−ザ素子の構造を示す断面図である。面発
光型レ−ザ素子２は、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上にｎ−Ａ
ｌＡｓ／ＧａＡｓの第一の多層膜ミラ−３２、ｎ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層３３、ＧａＡｓ光ガイド層３４、圧
縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層３５、ＧａＡｓ光ガイド層３
６、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３７、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層３８、ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓの第二の多層
膜ミラ−３９が形成されている。さらにドライエッチン
グ等により第一の多層膜ミラ−３２の上面までと、ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層３８上面まで除去して、ｎ側電極
６１であるＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕとｐ側電極６２である
Ｃｒ／Ａｕを形成している。
【００３３】第一の多層膜ミラ−３２と第二の多層膜ミ
ラ−３９には屈折率差の大きいＡｌＡｓ／ＧａＡｓを用
いている。従来のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料の素子
では半導体多層膜ミラ−の材料は屈折率差が小さく、例
えばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ（1.3μｍに対応する組
成）の屈折率差は0.25程度であり、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
系の半分以下である。このため高反射率を得るためにペ
ア−数を多くする必要があったが、ＴｌＧａＡｓ材料系
ではＧａＡｓ基板上に形成できるため、多層膜ミラ−に
は屈折率差の大きいＡｌＡｓ／ＧａＡｓ等のＡｌＧａＡ
ｓ系材料を用いることができるのでペア−数を少なくで
きる。このため成長時間は短くなり、厚みも薄くなるの
で段差が小さくなり製造プロセスも容易になる。
ラ−３９には屈折率差の大きいＡｌＡｓ／ＧａＡｓを用
いている。従来のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料の素子
では半導体多層膜ミラ−の材料は屈折率差が小さく、例
えばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ（1.3μｍに対応する組
成）の屈折率差は0.25程度であり、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ
系の半分以下である。このため高反射率を得るためにペ
ア−数を多くする必要があったが、ＴｌＧａＡｓ材料系
ではＧａＡｓ基板上に形成できるため、多層膜ミラ−に
は屈折率差の大きいＡｌＡｓ／ＧａＡｓ等のＡｌＧａＡ
ｓ系材料を用いることができるのでペア−数を少なくで
きる。このため成長時間は短くなり、厚みも薄くなるの
で段差が小さくなり製造プロセスも容易になる。
【００３４】また、長波長帯面発光型レ−ザは、従来、
高温では良好なレ−ザ特性が得られなかったがＴｌＧａ
Ａｓ材料系の素子によれば伝導帯のバンド不連続（ΔＥ
ｃ）が大きいので、注入キャリアのオ−バ−フロ−を減
らすことができ、しきい値電流の温度依存性が減少し、
高温でも良好なレ−ザ特性を得ることができる。
高温では良好なレ−ザ特性が得られなかったがＴｌＧａ
Ａｓ材料系の素子によれば伝導帯のバンド不連続（ΔＥ
ｃ）が大きいので、注入キャリアのオ−バ−フロ−を減
らすことができ、しきい値電流の温度依存性が減少し、
高温でも良好なレ−ザ特性を得ることができる。
【００３５】〔実施例４〕図４はこの発明の実施例の受
光素子の構成を示す断面図である。図４に示す受光素子
３はｐｉｎフォトダイオ−ドの例を示し、ＴｌＧａＮＡ
ｓを光吸収層４３としている。ｎ型ＧａＡｓ基板４１上
にｎ型ＧａＡｓバッファ−層４２、アンド−プＴｌＧａ
ＮＡｓ光吸収層４３、ｐ型ＴｌＧａＮＡｓ層４４、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層４５が形成され、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層４５の上面にｐ側電極４６が形成され、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板４１の下端部にｎ側電極４７が形成されてい
る。
光素子の構成を示す断面図である。図４に示す受光素子
３はｐｉｎフォトダイオ−ドの例を示し、ＴｌＧａＮＡ
ｓを光吸収層４３としている。ｎ型ＧａＡｓ基板４１上
にｎ型ＧａＡｓバッファ−層４２、アンド−プＴｌＧａ
ＮＡｓ光吸収層４３、ｐ型ＴｌＧａＮＡｓ層４４、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層４５が形成され、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層４５の上面にｐ側電極４６が形成され、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板４１の下端部にｎ側電極４７が形成されてい
る。
【００３６】この受光素子３に入射した光は、約0.9μ
ｍ以上の光に対して透明なＧａＡｓ基板４１を通してＴ
ｌＧａＮＡｓ光吸収層４３に導入される。このＴｌＧａ
ＮＡｓ光吸収層４３のＴｌおよびＮはともにバンドギャ
ップエネルギを小さくする効果があるので受光できる波
長を1.5μｍ帯等の長波長に設定できる。したがって、
ＩｎＰ基板よりも安価なＧａＡｓ基板上に長波長の受光
素子を形成できる。
ｍ以上の光に対して透明なＧａＡｓ基板４１を通してＴ
ｌＧａＮＡｓ光吸収層４３に導入される。このＴｌＧａ
ＮＡｓ光吸収層４３のＴｌおよびＮはともにバンドギャ
ップエネルギを小さくする効果があるので受光できる波
長を1.5μｍ帯等の長波長に設定できる。したがって、
ＩｎＰ基板よりも安価なＧａＡｓ基板上に長波長の受光
素子を形成できる。
【００３７】〔実施例５〕図５はこの発明の実施例の高
速電子素子の構造を示す断面図である。図５の高速電子
素子４はＨＥＭＴ素子の例を示す。図に示すように、高
速電子素子４は半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上にｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ−層５２、アンド−プＴｌＧａＡｓチャネ
ル層５３、アンド−プＧａＡｓスペ−サ−層５４、ｎ型
ＧａＡｓ電子供給層５５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５６
が形成されている。さらにソ−ス電極５７、ドレイン電
極５９、ゲ−ト電極５８がそれぞれ形成されている。従
来と違うところはチャネル層５３にはＴｌＧａＡｓ、電
子供給層５５にはＧａＡｓ層を用いているところであ
る。格子定数が同じ材料ではＴｌＧａＡｓの方が従来チ
ャネル層５３に用いられていたＩｎＧａＡｓに比べてバ
ンドギャップエネルギが小さく、臨界膜厚以下の膜厚で
ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓよりも小さいバンドギャ
ップエネルギの材料を形成できる。このためＴｌＧａＡ
ｓとＧａＡｓ間に充分大きな伝導帯バンドオフセットを
とることができ、電子供給層５５にＧａＡｓ層を用いる
ことができる。すなわち、従来、ＧａＡｓ基板上でＧａ
ＡｓやＩｎＧａＡｓをチャネル層５３に用いる場合、電
子供給層５５にはＡｌＧａＡｓが用いられていたが、Ｇ
ａＡｓの方が高品質の結晶を得やすく、さらに、ＴｌＧ
ａＡｓの移動度は大きいので、良好な素子特性を得るこ
とができる。
速電子素子の構造を示す断面図である。図５の高速電子
素子４はＨＥＭＴ素子の例を示す。図に示すように、高
速電子素子４は半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上にｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ−層５２、アンド−プＴｌＧａＡｓチャネ
ル層５３、アンド−プＧａＡｓスペ−サ−層５４、ｎ型
ＧａＡｓ電子供給層５５、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５６
が形成されている。さらにソ−ス電極５７、ドレイン電
極５９、ゲ−ト電極５８がそれぞれ形成されている。従
来と違うところはチャネル層５３にはＴｌＧａＡｓ、電
子供給層５５にはＧａＡｓ層を用いているところであ
る。格子定数が同じ材料ではＴｌＧａＡｓの方が従来チ
ャネル層５３に用いられていたＩｎＧａＡｓに比べてバ
ンドギャップエネルギが小さく、臨界膜厚以下の膜厚で
ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓよりも小さいバンドギャ
ップエネルギの材料を形成できる。このためＴｌＧａＡ
ｓとＧａＡｓ間に充分大きな伝導帯バンドオフセットを
とることができ、電子供給層５５にＧａＡｓ層を用いる
ことができる。すなわち、従来、ＧａＡｓ基板上でＧａ
ＡｓやＩｎＧａＡｓをチャネル層５３に用いる場合、電
子供給層５５にはＡｌＧａＡｓが用いられていたが、Ｇ
ａＡｓの方が高品質の結晶を得やすく、さらに、ＴｌＧ
ａＡｓの移動度は大きいので、良好な素子特性を得るこ
とができる。
【００３８】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、Ｖ族元
素としてＡｓ、III族元素としてＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含み、ＡｓとＴ
ｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ基
板上に形成されていることにより、バンドギャップエネ
ルギーを小さくするとともに温度依存性を小さくするよ
うにしたから、低価格で低消費電力で小型の半導体素子
を提供でき、更に従来なかったＴｌＡｓを含む混晶の層
とバンドギャップエネルギーがＧａＡｓより大きい従来
のＧａＡｓ基板格子整合系材料の層とを組み合わせるこ
とができ、従来の材料系では困難であった素子性能を得
ることができる。
素としてＡｓ、III族元素としてＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含み、ＡｓとＴ
ｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ基
板上に形成されていることにより、バンドギャップエネ
ルギーを小さくするとともに温度依存性を小さくするよ
うにしたから、低価格で低消費電力で小型の半導体素子
を提供でき、更に従来なかったＴｌＡｓを含む混晶の層
とバンドギャップエネルギーがＧａＡｓより大きい従来
のＧａＡｓ基板格子整合系材料の層とを組み合わせるこ
とができ、従来の材料系では困難であった素子性能を得
ることができる。
【００３９】
【００４０】また、上記ＡｓとＴｌを同時に含んだШ−
Ｖ族混晶半導体層をＴｌxＧａ1-xＡＳ（０＜ｘ＜１）と
することにより、同じ格子定数のＩｎＧａＡｓ系材料よ
りバンドギャップエネルギ−が小さく、ＩｎＧａＡｓよ
りバンドギャップエネルギが小さい膜をＧａＡｓ基板上
に圧縮歪を有して形成することができる。
Ｖ族混晶半導体層をＴｌxＧａ1-xＡＳ（０＜ｘ＜１）と
することにより、同じ格子定数のＩｎＧａＡｓ系材料よ
りバンドギャップエネルギ−が小さく、ＩｎＧａＡｓよ
りバンドギャップエネルギが小さい膜をＧａＡｓ基板上
に圧縮歪を有して形成することができる。
【００４１】更に、III−Ｖ族混晶半導体であってＶ族
元素としてＡｓ及びＮ、III族元素としてＴｌを同時に
含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含
み、Ａｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半
導体層はＧａＡｓ基板上に形成されていることにより、
格子定数を小さくすることができ、ＧａＡｓ基板に完全
に格子整合させることができる。また、従来のＩｎＧａ
ＮＡｓ系材料よりも小さいＮ組成で同じバンドギャップ
エネルギーの結晶を形成でき、高品質のＮ系Ｖ族混晶半
導体を従来よりも容易に得ることができる。
元素としてＡｓ及びＮ、III族元素としてＴｌを同時に
含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含
み、Ａｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半
導体層はＧａＡｓ基板上に形成されていることにより、
格子定数を小さくすることができ、ＧａＡｓ基板に完全
に格子整合させることができる。また、従来のＩｎＧａ
ＮＡｓ系材料よりも小さいＮ組成で同じバンドギャップ
エネルギーの結晶を形成でき、高品質のＮ系Ｖ族混晶半
導体を従来よりも容易に得ることができる。
【００４２】また、ＡｓとＴｌを同時に含んだ、又はＡ
ｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層
を活性層とし、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＡ
ｓ，ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＰをクラッド層とする
ことにより、伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）が大き
く、しきい値電流の温度依存性が小さい１．３μｍまた
は１．５μｍ帯の半導体レーザ素子を形成できるので、
ペルチェフリーが実現でき、低価格、低消費電力、小型
の光通信システムを提供することができる。
ｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層
を活性層とし、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＡ
ｓ，ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＰをクラッド層とする
ことにより、伝導帯のバンド不連続（ΔＥｃ）が大き
く、しきい値電流の温度依存性が小さい１．３μｍまた
は１．５μｍ帯の半導体レーザ素子を形成できるので、
ペルチェフリーが実現でき、低価格、低消費電力、小型
の光通信システムを提供することができる。
【００４３】さらに、上記半導体レ−ザ素子を面発光型
レ−ザ素子とすることにより、従来のＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系材料では困難であった高温でのレ−ザ動作を容
易にすることができる。さらにＧａＡｓ基板上に形成で
きるので屈折率差の大きいＡｌＧａＡｓ系多層膜ミラ−
を用いることができ、少ないペア−数で高反射率が得ら
れるミラ−を容易に作成することができる。
レ−ザ素子とすることにより、従来のＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系材料では困難であった高温でのレ−ザ動作を容
易にすることができる。さらにＧａＡｓ基板上に形成で
きるので屈折率差の大きいＡｌＧａＡｓ系多層膜ミラ−
を用いることができ、少ないペア−数で高反射率が得ら
れるミラ−を容易に作成することができる。
【００４４】また、フォトダイオードでは、ＡｓとＴｌ
を同時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだ
III−Ｖ族混晶半導体層を光吸収層に用いることによ
り、１．５μｍ帯等の長波長の光に感度を有する構造を
安価なＧａＡｓ基板上に形成できる。
を同時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだ
III−Ｖ族混晶半導体層を光吸収層に用いることによ
り、１．５μｍ帯等の長波長の光に感度を有する構造を
安価なＧａＡｓ基板上に形成できる。
【００４５】更に、高速電子素子では、ＡｓとＴｌを同
時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層をチャネル層に用いることにより、
臨界膜厚以下の膜厚でＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓよ
りも小さいバンドギャップエネルギーの材料を形成で
き、ＴｌＧａＡｓとＧａＡｓ間に充分大きな伝導帯バン
ドオフセットをとることができ、電子供給層にＧａＡｓ
層を用いることができるから、良好な素子特性を得るこ
とができる。
時に含んだ、又はＡｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層をチャネル層に用いることにより、
臨界膜厚以下の膜厚でＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓよ
りも小さいバンドギャップエネルギーの材料を形成で
き、ＴｌＧａＡｓとＧａＡｓ間に充分大きな伝導帯バン
ドオフセットをとることができ、電子供給層にＧａＡｓ
層を用いることができるから、良好な素子特性を得るこ
とができる。
【図１】この発明の実施例の半導体レ−ザ素子の構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】第２の実施例の半導体レ−ザ素子の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】第３の実施例の面発光型レ−ザ素子の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図４】第４の実施例の受光素子の構成を示す断面図で
ある。
ある。
【図５】第５の実施例の高速電子素子の構成を示す断面
図である。
図である。
１ 半導体レ−ザ素子
１１ ｎ−ＧａＡｓ基板
１２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１３ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
１４ ＧａＡｓ光ガイド層
１５ 圧縮歪ＴｌＧａＡｓ活性層
１６ ＧａＡｓ光ガイド層
１７ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
１８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１９ Ｓｉ０2層
２０ ｐ側電極
２１ ｎ側電極
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭51−138384（ＪＰ，Ａ)
国際公開96／005621（ＷＯ，Ａ１)
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ，1995
年，Ｖｏｌ．24 Ｎｏ．９，ｐ．1119−
1120
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，1996年， Ｖｏｌ．35 Ｐａｒｔ２
Ｎｏ．７Ｂ ，Ｌ876−879
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
H01S 5/00 - 5/50
Claims (7)
- 【請求項１】 III−Ｖ族混晶半導体であってＶ族元素
としてＡｓ、III族元素としてＴｌ（タリウム）を同時
に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも一層含
み、前記ＡｓとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導
体層はＧａＡｓ基板上に形成されていることを特徴とす
る半導体素子。 - 【請求項２】 上記ＡｓとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ
族混晶半導体層はＴｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）
である請求項１記載の半導体素子。 - 【請求項３】 III−Ｖ族混晶半導体であってＶ族元素
としてＡｓ及びＮ、III族元素としてＴｌ（タリウム）
を同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を、少なくとも
一層含み、前記Ａｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−
Ｖ族混晶半導体層はＧａＡｓ基板上に形成されているこ
とを特徴とする半導体素子。 - 【請求項４】 上記ＡｓとＴｌを同時に含んだ、又は上
記Ａｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導
体層を活性層とし、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧ
ａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＰをクラ
ッド層とした直接遷移形の半導体レーザ素子である請求
項１〜３のいずれかに記載の半導体素子。 - 【請求項５】 上記半導体レーザ素子は面発光型である
請求項４記載の半導体素子。 - 【請求項６】 上記ＡｓとＴｌを同時に含んだ、又は上
記Ａｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導
体層を光吸収層としたフォトダイオードである請求項１
〜３のいずれかに記載の半導体素子。 - 【請求項７】 上記ＡｓとＴｌを同時に含んだ、又は上
記Ａｓ及びＮとＴｌを同時に含んだIII−Ｖ族混晶半導
体層をチャネル層とした高速電子素子である請求項１〜
３のいずれかに記載の半導体素子。
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|---|---|---|---|
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| US08/920,054 US5939733A (en) | 1996-08-30 | 1997-08-29 | Compound semiconductor device having a group III-V compound semiconductor layer containing therein T1 and As |
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| JP24697796A JP3467153B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 半導体素子 |
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|---|---|
| JPH1074977A JPH1074977A (ja) | 1998-03-17 |
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|---|---|---|---|
| JP24697796A Expired - Fee Related JP3467153B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 半導体素子 |
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| JP2001094212A (ja) | 1999-09-24 | 2001-04-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体素子およびその製造方法 |
| US6797533B2 (en) * | 2000-05-19 | 2004-09-28 | Mcmaster University | Quantum well intermixing in InGaAsP structures induced by low temperature grown InP |
| AU2001252071A1 (en) * | 2000-05-19 | 2001-11-26 | Mcmaster University | A method for locally modifying the effective bandgap energy in indium gallium arsenide phosphide (ingaasp) quantum well structures |
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| US6803604B2 (en) * | 2001-03-13 | 2004-10-12 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor optical modulator, an optical amplifier and an integrated semiconductor light-emitting device |
| JP3849758B2 (ja) * | 2001-04-12 | 2006-11-22 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| JP4537658B2 (ja) * | 2002-02-22 | 2010-09-01 | 株式会社リコー | 面発光レーザ素子、該面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイ、電子写真システム、面発光レーザモジュール、光通信システム、光インターコネクションシステム、および面発光レーザ素子の製造方法 |
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| US8208511B2 (en) * | 2007-11-14 | 2012-06-26 | Ricoh Company, Ltd. | Surface emitting laser, surface emitting laser array, optical scanning device, image forming apparatus, optical transmission module and optical transmission system |
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-
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- 1996-08-30 JP JP24697796A patent/JP3467153B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-08-29 US US08/920,054 patent/US5939733A/en not_active Expired - Lifetime
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