JPH04100292A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH04100292A JPH04100292A JP21862290A JP21862290A JPH04100292A JP H04100292 A JPH04100292 A JP H04100292A JP 21862290 A JP21862290 A JP 21862290A JP 21862290 A JP21862290 A JP 21862290A JP H04100292 A JPH04100292 A JP H04100292A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要］
本発明は超格子構造の活性層とダブルヘテロ接合を備え
る半導体レーザに関し、 直接遷移型の超格子活性層と該活性層に対しは＼゛完全
格子整合を持つクラッド層から成る半導体レーザを提供
することを目的とし、 直接遷移型の■−■化合物と間接遷移型の■−■化合物
を１層づつ交互に積層した超格子層を活性層とし、該超
格子層とマクロ的には＼′同一組成である■−■化合物
をクラッド層とするダブルヘテロ接合を備えて半導体レ
ーザを構成する。
る半導体レーザに関し、 直接遷移型の超格子活性層と該活性層に対しは＼゛完全
格子整合を持つクラッド層から成る半導体レーザを提供
することを目的とし、 直接遷移型の■−■化合物と間接遷移型の■−■化合物
を１層づつ交互に積層した超格子層を活性層とし、該超
格子層とマクロ的には＼′同一組成である■−■化合物
をクラッド層とするダブルヘテロ接合を備えて半導体レ
ーザを構成する。
本発明は半導体レーザに関わり、特に超格子層を活性層
として利用する場合の素子構造に関わる。
として利用する場合の素子構造に関わる。
半導体材料の単結晶成長技術は近年目覚ましく発達し、
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）や金属の有機化合物を原
料とする化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等を利用するこ
とにより、原子層単位で厚さを制御しながら成長させる
ことが可能となっている。即ち原子層エピタキシー（Ａ
ＬＥ）が実現している。
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）や金属の有機化合物を原
料とする化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）等を利用するこ
とにより、原子層単位で厚さを制御しながら成長させる
ことが可能となっている。即ち原子層エピタキシー（Ａ
ＬＥ）が実現している。
このような高精度の結晶成長を利用して異種半導体を数
原子層づつ繰り返し成長させた超格子構造は、通常の結
晶格子にはない量子効果を示すため、半導体素子の活性
領域を超格子で構成することにより、従来にない特性を
備えた発光／受光素子やトランジスタが実現することに
なる。換言すれば、ＡＬＥを効果的に利用することで、
量子論的に設計された素子を現実に形成することが可能
になったと言える。
原子層づつ繰り返し成長させた超格子構造は、通常の結
晶格子にはない量子効果を示すため、半導体素子の活性
領域を超格子で構成することにより、従来にない特性を
備えた発光／受光素子やトランジスタが実現することに
なる。換言すれば、ＡＬＥを効果的に利用することで、
量子論的に設計された素子を現実に形成することが可能
になったと言える。
例を挙げると、半導体レーザで活性層を超格子層とした
場合には、電子／正孔の波動関数の重なりが密になるた
め光学的遷移確率が通常結晶の数倍〜１０倍に高まり、
発光効率が格段に改善される他、ヘテロ接合界面のエネ
ルギ・ギャップを自由に設定したり、格子定数を調整す
ることで完全な格子整合を得ることが可能となる。
場合には、電子／正孔の波動関数の重なりが密になるた
め光学的遷移確率が通常結晶の数倍〜１０倍に高まり、
発光効率が格段に改善される他、ヘテロ接合界面のエネ
ルギ・ギャップを自由に設定したり、格子定数を調整す
ることで完全な格子整合を得ることが可能となる。
（従来の技術と発明が解決しようとする課題）半導体に
おける電子／正孔の光学的遷移には直接遷移と間接遷移
がある。発光素子や受光素子のように光電変換に関わる
素子では、直接遷移型の材料を用いる方が変換効率が高
く、有利であるが、直接遷移か間接遷移かは半導体材料
に固有のハンド構造によって定まるものであって、使用
する半導体材料をバンド・ギャップから選んだ時に、そ
れが直接遷移型ではないことも当然起こる。
おける電子／正孔の光学的遷移には直接遷移と間接遷移
がある。発光素子や受光素子のように光電変換に関わる
素子では、直接遷移型の材料を用いる方が変換効率が高
く、有利であるが、直接遷移か間接遷移かは半導体材料
に固有のハンド構造によって定まるものであって、使用
する半導体材料をバンド・ギャップから選んだ時に、そ
れが直接遷移型ではないことも当然起こる。
また、半導体レーザのダブルヘテロ構造には、光閉じ込
めの機能を持つと共に活性層に格子整合したクラッド層
が必要であるが、この２つの要求を満たす半導体材料の
選出が常に可能であるとは限らない。
めの機能を持つと共に活性層に格子整合したクラッド層
が必要であるが、この２つの要求を満たす半導体材料の
選出が常に可能であるとは限らない。
本発明の目的は、このように半導体材料に本質的に付随
する制約を緩和し、直接遷移型の活性層と、該活性層に
はり完全に格子整合するクラッド層から成るダブルヘテ
ロ接合の発光素子を提供することである。
する制約を緩和し、直接遷移型の活性層と、該活性層に
はり完全に格子整合するクラッド層から成るダブルヘテ
ロ接合の発光素子を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の発光素子を構成する
半導体材料は、 Ａ及びＢを■族元素、Ｃ及びＤをＶ族元素とした時、 直接遷移型化合物ＡＣと間接遷移型化合物ＢＣ又はＡＤ
とを、夫々１層づつ交互に積層した超格子層（Ａ Ｃ）
、（Ｂ Ｃ）、又は（ＡＣ）、（ＡＤＬを活性層とし、
該超格子層とはヌ同一の組成を持つＡＸＢｌ−ＸＣ混晶
層（Ｘ＃０．５）又はＡＣ，Ｄ、−ｖ混晶層（Ｙ４＝ｉ
０．５）をクラッド層とするものであり、本発明の半導
体発光素子はこれ等の半導体材料から成るダブルヘテロ
接合を備えることを特徴としている。
半導体材料は、 Ａ及びＢを■族元素、Ｃ及びＤをＶ族元素とした時、 直接遷移型化合物ＡＣと間接遷移型化合物ＢＣ又はＡＤ
とを、夫々１層づつ交互に積層した超格子層（Ａ Ｃ）
、（Ｂ Ｃ）、又は（ＡＣ）、（ＡＤＬを活性層とし、
該超格子層とはヌ同一の組成を持つＡＸＢｌ−ＸＣ混晶
層（Ｘ＃０．５）又はＡＣ，Ｄ、−ｖ混晶層（Ｙ４＝ｉ
０．５）をクラッド層とするものであり、本発明の半導
体発光素子はこれ等の半導体材料から成るダブルヘテロ
接合を備えることを特徴としている。
本発明の典型的な実施態様では、
ＧａＡｓとＧａＰを１層づつ交互に積層した超格子層（
Ｇ ａ Ａ ｓ Ｌ （Ｃｙ ａ Ｐ Ｌを活性層とし
、ｎ型Ｇ ａ Ａ Ｓ ＹＰ ＋−ｖとｐ型Ｇ ａ Ａ
Ｓ Ｙ Ｐ ＋−ｖ（Ｙ ’＝０．５２）をクラッド
層とするダブルヘテロ接合を備えている。
Ｇ ａ Ａ ｓ Ｌ （Ｃｙ ａ Ｐ Ｌを活性層とし
、ｎ型Ｇ ａ Ａ Ｓ ＹＰ ＋−ｖとｐ型Ｇ ａ Ａ
Ｓ Ｙ Ｐ ＋−ｖ（Ｙ ’＝０．５２）をクラッド
層とするダブルヘテロ接合を備えている。
（作 用〕
ｍ層のＧａＡｓとｎ層のＧａＰを交互に積層した超格子
構造を（Ｇ ａ Ａ ｓ）、（Ｇ ａ Ｐ）。で表すも
のとして、ｍ＝ｎの場合、ｎが〜１０より大の場合には
この超格子層は直接遷移型となり、それより小の範囲で
は間接遷移型であることが知られている。
構造を（Ｇ ａ Ａ ｓ）、（Ｇ ａ Ｐ）。で表すも
のとして、ｍ＝ｎの場合、ｎが〜１０より大の場合には
この超格子層は直接遷移型となり、それより小の範囲で
は間接遷移型であることが知られている。
この超格子では井戸層となるＧ ａ Ａ ｓの「準位が
、バリア層であるＧａＰのＸ単位より低い時に直接遷移
となるが、これ等の準位の高低は原子層数により変動す
る結果、上記のような状況が生じるのである。
、バリア層であるＧａＰのＸ単位より低い時に直接遷移
となるが、これ等の準位の高低は原子層数により変動す
る結果、上記のような状況が生じるのである。
しかしながら、本発明者等が最近見出した新しい知見に
よると、ｍ＝ｎ＝１の場合、即ち（ＧａＡｓＬ（Ｇａ
Ｐ）＋の場合は、この超格子層は直接遷移型である。こ
のことは１９９０年４月の応用物理学会春期講演大会で
報告され、同講演予稿集１１３４頁に講演番号３０Ｐ−
ＰＣ−３４としてその概要が掲載されている。
よると、ｍ＝ｎ＝１の場合、即ち（ＧａＡｓＬ（Ｇａ
Ｐ）＋の場合は、この超格子層は直接遷移型である。こ
のことは１９９０年４月の応用物理学会春期講演大会で
報告され、同講演予稿集１１３４頁に講演番号３０Ｐ−
ＰＣ−３４としてその概要が掲載されている。
一方、この超格子とＧａＡＳｏ、５Ｐｏ、ｓなる組成の
混晶を比較すると、両者は同組成であって格子定数はは
一′等しいが、混晶のバンドギャップは超格子のそれよ
り大である。具体的には （Ｇ ａ Ａ ｓ ）＋（Ｇ ａ Ｐ）＋なる超格子層
ノハントギャップは１．７２ｅＶであるのに対し、 ＧａＡｓｏ、ｓＰｏ、ｓ混晶ｒ点のバンドギャップは２
、ＯｅＶと、明確な差がある。
混晶を比較すると、両者は同組成であって格子定数はは
一′等しいが、混晶のバンドギャップは超格子のそれよ
り大である。具体的には （Ｇ ａ Ａ ｓ ）＋（Ｇ ａ Ｐ）＋なる超格子層
ノハントギャップは１．７２ｅＶであるのに対し、 ＧａＡｓｏ、ｓＰｏ、ｓ混晶ｒ点のバンドギャップは２
、ＯｅＶと、明確な差がある。
（Ｇ ａ Ａ ｓ）＋（Ｇ ａ Ｐ）＋超格子層を活性
層トシ、これをｐ型及びｐ型のＧ ａ Ａ Ｓ ｏ、ｓ
Ｐ ｏ、ｓ混晶のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造
では、これ等の超格子と混晶の屈折率は近似しているた
め光子の閉じ込めは起こらないが、上記程度のバンドギ
ャップの差があればキャリアの閉じ込めは起こる。
層トシ、これをｐ型及びｐ型のＧ ａ Ａ Ｓ ｏ、ｓ
Ｐ ｏ、ｓ混晶のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造
では、これ等の超格子と混晶の屈折率は近似しているた
め光子の閉じ込めは起こらないが、上記程度のバンドギ
ャップの差があればキャリアの閉じ込めは起こる。
従って、このダブルヘテロ構造で超格子層を活性層とし
てレーザ発振させることは可能であり、超格子の特性を
有効に利用したレーザ・ダイオードが実現することにな
る。
てレーザ発振させることは可能であり、超格子の特性を
有効に利用したレーザ・ダイオードが実現することにな
る。
超格子が直接遷移型で、同組成の混晶の方がバンドギャ
ップが大である半導体材料の組み合わせには、上記Ｇ
ａ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ｐ系の他に、ＧａＡｓ層 Ａ
Ｉ！ Ａ ｓ系が考えられる。この系ではＧａＡｓは
直接遷移型、ＡｌＡｓは間接遷移型であるが、（ＣａＡ
ｓ）＋（ＡｆＡｓ）＋の直接遷移型超格子層を活性層と
し、これよりバンドギャップが大きいＧ ａ ｘＡ ｉ
−１−ＸＡ Ｓ （ｘ’；０．５）をクラッド層とする
ダブルヘテロ接合を利用することになる。
ップが大である半導体材料の組み合わせには、上記Ｇ
ａ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ｐ系の他に、ＧａＡｓ層 Ａ
Ｉ！ Ａ ｓ系が考えられる。この系ではＧａＡｓは
直接遷移型、ＡｌＡｓは間接遷移型であるが、（ＣａＡ
ｓ）＋（ＡｆＡｓ）＋の直接遷移型超格子層を活性層と
し、これよりバンドギャップが大きいＧ ａ ｘＡ ｉ
−１−ＸＡ Ｓ （ｘ’；０．５）をクラッド層とする
ダブルヘテロ接合を利用することになる。
第１図及び第２図は本発明の実施例の半導体レーザの構
造を示す模式図であって、第１図は共振器方向に平行な
断面と動作電圧印加状態を示す図、第２図は共振器方向
に垂直な断面を示す図である。
造を示す模式図であって、第１図は共振器方向に平行な
断面と動作電圧印加状態を示す図、第２図は共振器方向
に垂直な断面を示す図である。
以下、これ等の図面を参照しながら実施例の半導体レー
ザの構造と製造法を説明する。
ザの構造と製造法を説明する。
主表面が（００１）であるｎ”−ＧａＡｓ基板１に通常
の気相成長法でｎ” ＧａＡＳｏ、５ｚＰｏ、４ｓの
クラッド層２を２μｍの厚さにエピタキシャル成長させ
る。この層はキャリア閉じ込め層であると同時にＧａＡ
ｓ基板上に所望の超格子層を成長させるためのバッファ
層でもある。
の気相成長法でｎ” ＧａＡＳｏ、５ｚＰｏ、４ｓの
クラッド層２を２μｍの厚さにエピタキシャル成長させ
る。この層はキャリア閉じ込め層であると同時にＧａＡ
ｓ基板上に所望の超格子層を成長させるためのバッファ
層でもある。
次にＭＯＣＶＤによるＡＬＥでＧａＡｓとＧａＰを１原
子層づつ交互に成長させて超格子層３を形成する。この
実施例ではＧａＡｓ層とＧａＰ層を各々５０原子層堆積
させ、全体をは＼’ ３０ｎｍの厚さに形成している。
子層づつ交互に成長させて超格子層３を形成する。この
実施例ではＧａＡｓ層とＧａＰ層を各々５０原子層堆積
させ、全体をは＼’ ３０ｎｍの厚さに形成している。
１原子層づつの超格子層の形成方法については、例えば
、１９８９年に軽井沢で行われたＧａＡｓ及び関連化合
物についてのシンポジウムでＭ、０ｚｅｋｉ他の報告が
あり、該当する論文がＩｎ５ｔ、Ｐｈｙｓ、Ｃｏｎｆ。
、１９８９年に軽井沢で行われたＧａＡｓ及び関連化合
物についてのシンポジウムでＭ、０ｚｅｋｉ他の報告が
あり、該当する論文がＩｎ５ｔ、Ｐｈｙｓ、Ｃｏｎｆ。
Ｓｅｒ、Ｎｏ １０６：Ｃｈａｐｔｅｒ ２．ｐ、３１
に掲載されている。
に掲載されている。
彼等はＴＭＧを原料にＧａ層を、アルシンを原料にＡｓ
層を、フォスフインを原料にＰ層を、夫々原子層成長さ
せている。本発明の超格子もこの方法に準拠して形成す
ることができる。
層を、フォスフインを原料にＰ層を、夫々原子層成長さ
せている。本発明の超格子もこの方法に準拠して形成す
ることができる。
超格子層上には通常の気相成長法でｐ”−ＧａＡＳｏ、
５ｚＰｏ、４ｓクラッド層４を２ｓｍの厚さに成長させ
る。この層はキャリア閉じ込め層であり、図には示され
ていないが、最表面には電極形成のためのコンタクト層
が形成される。
５ｚＰｏ、４ｓクラッド層４を２ｓｍの厚さに成長させ
る。この層はキャリア閉じ込め層であり、図には示され
ていないが、最表面には電極形成のためのコンタクト層
が形成される。
これにメサエッチを施して活性領域を所定幅に限定し、
液相成長によって電流阻止領域である埋め込み層５を形
成した後、電極６及び７を形成すれば、本発明の超格子
半導体レーザが出来上がる。
液相成長によって電流阻止領域である埋め込み層５を形
成した後、電極６及び７を形成すれば、本発明の超格子
半導体レーザが出来上がる。
上記実施例でクラッド層の混晶の組成をＧ ａ Ａ Ｓ
ｏ、ｓＰ ｏ、ｓではなく、Ｇ ａ Ａ Ｓ ｏ、ｓ
ｚＰ Ｏ，４１＋としたのは、該混晶も直接遷移型であ
ることが望ましいため、格子整合の完全性を犠牲にしな
い範囲で、組成を僅かにずらせたものである。
ｏ、ｓＰ ｏ、ｓではなく、Ｇ ａ Ａ Ｓ ｏ、ｓ
ｚＰ Ｏ，４１＋としたのは、該混晶も直接遷移型であ
ることが望ましいため、格子整合の完全性を犠牲にしな
い範囲で、組成を僅かにずらせたものである。
本発明のように半導体レーザの活性層を超格子層とし、
これとは−同一組成の混晶層をクラッド層としてダブル
ヘテロ接合を構成すれば、活性層を直接遷移型とすると
共にクラッド層との間に良好な格子整合をとることが可
能となり、発光効率の優れた半導体レーザを実現するこ
とが可能となる。
これとは−同一組成の混晶層をクラッド層としてダブル
ヘテロ接合を構成すれば、活性層を直接遷移型とすると
共にクラッド層との間に良好な格子整合をとることが可
能となり、発光効率の優れた半導体レーザを実現するこ
とが可能となる。
第１図及び第２図は本発明の実施例の半導体し一ザの構
造を示す模式図であって、 図において ５は電流阻止領域、 ６．７ はコンタク ト電極 である。 実施例の半導体レーザの構造を示す模式間第 ■ 図 実施例の半導体レーザの構造を示す模式間第 図
造を示す模式図であって、 図において ５は電流阻止領域、 ６．７ はコンタク ト電極 である。 実施例の半導体レーザの構造を示す模式間第 ■ 図 実施例の半導体レーザの構造を示す模式間第 図
Claims (2)
- （１）Ａ及びＢをIII族元素、Ｃ及びＤをＶ族元素とし
た時、 直接遷移型化合物ＡＣと間接遷移型化合物ＢＣ又はＡＤ
とを、夫々１層づつ交互に積層した超格子層（ＡＣ）＿
１（ＢＣ）＿１又は（ＡＣ）＿１（ＡＤ）＿１を活性層
とし、該超格子層とほゞ同一の組成である ＡｘＢ＿１＿−＿ｘＣ混晶層（Ｘ≒０．５）又はＡＣ＿
ＹＤ＿１＿−＿Ｙ混晶層（Ｙ≒０．５）をクラッド層と
するダブルヘテロ接合を備えて成ることを特徴とする半
導体発光素子。 - （２）請求項１の半導体発光素子において、前記ＡがＧ
ａであり、前記ＣがＡｓであり、前記ＤがＰであって、 ＧａＡｓとＧａＰを１層づつ交互に積層した超格子層（
ＧａＡｓ）＿１（ＧａＰ）＿１を活性層とし、ｎ型Ｇａ
Ａｓ＿ＹＰ＿１＿−＿Ｙとｐ型ＧａＡｓ＿ＹＰ＿１＿−
＿Ｙ（Ｙ≒０．５）をクラッド層とするダブルヘテロ接
合を備えて成ることを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21862290A JPH04100292A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21862290A JPH04100292A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04100292A true JPH04100292A (ja) | 1992-04-02 |
Family
ID=16722841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21862290A Pending JPH04100292A (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04100292A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6833161B2 (en) * | 2002-02-26 | 2004-12-21 | Applied Materials, Inc. | Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode |
| US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
| US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
| CN116759502A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-09-15 | 北京大学 | 一种ii型超晶格全彩微型发光二极管显示芯片 |
-
1990
- 1990-08-20 JP JP21862290A patent/JPH04100292A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116759502B (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-24 | 北京大学 | 一种ii型超晶格全彩微型发光二极管显示芯片 |
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