JPH0728080B2 - 半導体超格子構造体 - Google Patents

半導体超格子構造体

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JPH0728080B2
JPH0728080B2 JP59200207A JP20020784A JPH0728080B2 JP H0728080 B2 JPH0728080 B2 JP H0728080B2 JP 59200207 A JP59200207 A JP 59200207A JP 20020784 A JP20020784 A JP 20020784A JP H0728080 B2 JPH0728080 B2 JP H0728080B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は発光材料等への利用が可能な半導体超格子構造
体に関する。
（従来技術とその問題点） III−Ｖ化合物半導体を用いた半導体レーザの最短発光
波長は、厚さ数100Å以上の均一な半導体層を活性層と
して用いる通常型の半導体レーザでは、直接遷移型エネ
ルギーギャップEgの最大値で制限されている。すなわち
Al0.45In0.55ＰにおけるEg＝2.3eVに対応する波長λｇ
〜540nmが最短波長である。現実にはGaAs基板に格子定
数を一致させた型のAlxGayIn1-x-yPがIII−Ｖ化合物半
導体を用いて実現しうる最短波長の材料として考えられ
ている（エレクトロニクスレターズ（Electron.Lett.）
18巻,1982年,62ページ）。この場合直接遷移型エネルギ
ーギャップの最大値は2.2eVであり、発光最短波長は緑
色の560nmに相当する。
一方半導体レーザの用途としてはより短波長の青緑色な
いし青色領域の利用が考えられるが、上記の理由でIII
−Ｖ化合物半導体によることが困難とされている。
（発明の目的） 本発明の目的は、上に述べた困難を除去し、III−Ｖ化
合物半導体を用いてλｇ＜560nmの短波長可視光レーザ
を実現しうる半導体の構造体を提供することにある。
（発明の構成） 本発明の半導体超格子構造体は異なる半導体材料を周期
的に積層してなる半導体超格子構造であって、前記半導
体超格子構造は、１〜10原子層以下の層厚のAlP,GaP,In
Pからなる単位構造の数10〜数100単位より形成され、そ
の平均組成であるAlXGaYIn1-X-YP混晶が間接遷移型であ
ることを特徴とする。
（発明の作用・原理） 本発明は半導体超格子構造体のエネルギーギャップが、
同一組成の均一な混晶もしくは二元化合物のエネルギー
ギャップが間接遷移型であっても、超格子構造の導入に
よる周期的構造のために直接遷移型になりうることに基
づいている。AlxGayIn1-x-yPの均一な混晶はGaAsに格子
定数が一致する組成において、ｘ0.21では電子エネル
ギーの伝導帯下端と価電子帯上端がともに波数ベクトル
空間（ブリルアン域）の にあり直接遷移型であるのに対し、ｘ＞0.21では伝導帯
下端が に移るために間接遷移型となって発光材料として不適当
となる。これに対し結晶構造に格子定数ａの整数倍から
成る周期構造が導入された場合には波数ベクトル空間は
周期の大きさに応じて縮小を受けることになる。例えば
周期が格子定数のＮ倍であれば周期構造の形成された方
向の波数ベクトル空間の大きさは1/Nに縮小される。と
くに周期構造が結晶の＜100＞方向に沿って形成されか
つ超周期Ｎが偶数であればいわゆるバンドフォールディ
ング効果によりＸ点のエネルギーはΓ点に移ることにな
る。これはエネルギーギャップがその大きさを変えない
まま直接遷移型に変換されることに外ならない。
従ってAlxGayIn1-x-yPにおいても＜100＞方向に超周期
構造を導入してやることにより、均一混晶相において間
接遷移型であるようなエネルギー域においても直接遷移
型とすることができる。実際には混晶材料のままよく定
義された周期構造を形成することは困難であるのでAlP,
GapおよびInPを積層した周期構造を用いるのが有利であ
る。さらに周期の一単位は二元化合物の特性が顕著とな
らない大きさ、すなわち電子のドーブロイ波長以下であ
るような１〜10原子層程度であることが要求される。
（実施例） 以下本発明の有利な特性を用いた実施例について説明す
る。
図は、本発明による＜100＞方向に超周期構造を有するG
aAs基板上に形成した超格子構造体である。InP（2A）−
AlP（3A）−InP（2B）−GaP（４）−InP（2C）−AlP（3
B）を単位構造とする超格子であり、各層は単原子層か
ら成っている。超格子構造体は少なくとも数10〜数100
単位より形成される。組成的にはAl0.33Ga0.17In0.5Ｐ
に一致し、混晶であれば間接遷移型となるが超周期構造
のためにEg＝2.35eVの直接遷移型となる。単位構造とし
ては数原子層程度の２元化合物層を種々の仕方で積層し
たものが考えられるが、いずれにせよ超周期構造による
直接遷移型エネルギーギャップへの変換効果を利用する
ことには変わりはない。
（発明の効果） 以上説明したように、各層がAlP,GaP,InPの１ないし10
原子層程度の一定の層厚を有しているような半導体超格
子構造体を半導体レーザの活性層として用いることによ
り、波長560nm以下の短波長発光を有する半導体レーザ
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明における超格子構造体の一実施例を示す図で
ある。図において、１……GaAs基板,2Aないし2C……InP
単原子層,3Aないし3B……AlP単原子層,4……GaP単原子
層,5……２ないし４より成る単位構造の繰り返しによる
超格子の他の周期部分。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】異なる半導体材料を周期的に積層してなる
    半導体超格子構造であって、前記半導体超格子構造は、
    １〜10原子層以下の層厚のAlP,GaP,InPからなる単位構
    造の数10〜数100単位より形成され、その平均組成であ
    るAlXGaYIn1-X-YP混晶が間接遷移型であることを特徴と
    する半導体超格子構造体。
JP59200207A 1984-09-25 1984-09-25 半導体超格子構造体 Expired - Lifetime JPH0728080B2 (ja)

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EP0176087A2 (en) 1986-04-02
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