JPH08172241A - ＡｌＧａＩｎＡｓ系多重量子井戸を有する半導体発光素子 - Google Patents
ＡｌＧａＩｎＡｓ系多重量子井戸を有する半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多重量子井戸を発光層とし、発光帯域が１．
３〜１．６５μｍである半導体発光素子の微分利得を向
上する改良である。 【構成】 量子井戸層とＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩ
ｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよ
りなる多重量子井戸を発光層とする半導体発光素子にお
いて、量子井戸層のそれぞれの厚さは６ｎｍ以下であ
り、量子井戸層の厚さの積算値は１３〜１０００ｎｍで
ある半導体発光素子である。
３〜１．６５μｍである半導体発光素子の微分利得を向
上する改良である。 【構成】 量子井戸層とＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩ
ｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよ
りなる多重量子井戸を発光層とする半導体発光素子にお
いて、量子井戸層のそれぞれの厚さは６ｎｍ以下であ
り、量子井戸層の厚さの積算値は１３〜１０００ｎｍで
ある半導体発光素子である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多重歪量子井戸または
歪補償型多重量子井戸を発光層とし、発光帯域が１．３
〜１．６５μｍである半導体発光素子の改良に関する。
特に、微分利得を向上する改良に関する。
歪補償型多重量子井戸を発光層とし、発光帯域が１．３
〜１．６５μｍである半導体発光素子の改良に関する。
特に、微分利得を向上する改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】多重歪量子井戸または歪補償型多重量子
井戸を発光層とし、発光帯域が１．３〜１．６５μｍで
ある半導体発光素子としては、従来、ＧａＩｎＡｓまた
はＧａＩｎＡｓＰよりなる井戸層とＧａＩｎＡｓまたは
ＧａＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよりなる多重量子井
戸を発光層とし、これを上下に挟んでＧａＩｎＡｓＰよ
りなる光閉じ込め層を有し、この積層体を上下に挟んで
ＩｎＰよりなるクラッド層を有している。
井戸を発光層とし、発光帯域が１．３〜１．６５μｍで
ある半導体発光素子としては、従来、ＧａＩｎＡｓまた
はＧａＩｎＡｓＰよりなる井戸層とＧａＩｎＡｓまたは
ＧａＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよりなる多重量子井
戸を発光層とし、これを上下に挟んでＧａＩｎＡｓＰよ
りなる光閉じ込め層を有し、この積層体を上下に挟んで
ＩｎＰよりなるクラッド層を有している。
【０００３】伝統的には、発光層にバルクが使用されて
いたが、発光層に多重量子井戸を使用すると、状態密度
が階段状になって、微分利得が向上し、さらに、歪量子
井戸とすると、価電子帯の対称性がよくなり、価電子帯
の状態密度が小さくなって、さらに、微分利得が向上す
る。なお、微分利得は最大変調周波数や相対強度雑音や
分布帰還型半導体レーザのチャーピングや発光スペクト
ル幅等の重要なレーザ特性を支配する要素である。
いたが、発光層に多重量子井戸を使用すると、状態密度
が階段状になって、微分利得が向上し、さらに、歪量子
井戸とすると、価電子帯の対称性がよくなり、価電子帯
の状態密度が小さくなって、さらに、微分利得が向上す
る。なお、微分利得は最大変調周波数や相対強度雑音や
分布帰還型半導体レーザのチャーピングや発光スペクト
ル幅等の重要なレーザ特性を支配する要素である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のとおり、多重量
子井戸を発光層とすると、バルクを発光層とする場合に
比し微分利得は向上し、多重歪量子井戸を発光層とする
と、微分利得はさらに向上するが、基本的には、量子井
戸に注入された電子が熱放出によってバリヤ層や光閉じ
込め層に放出される確率が小さいことが重要である。こ
ゝで、量子井戸に注入された電子が、熱放出によって、
バリヤ層や光閉じ込め層に放出される確率１／τt は、
式
子井戸を発光層とすると、バルクを発光層とする場合に
比し微分利得は向上し、多重歪量子井戸を発光層とする
と、微分利得はさらに向上するが、基本的には、量子井
戸に注入された電子が熱放出によってバリヤ層や光閉じ
込め層に放出される確率が小さいことが重要である。こ
ゝで、量子井戸に注入された電子が、熱放出によって、
バリヤ層や光閉じ込め層に放出される確率１／τt は、
式
【０００５】
【数１】 但し、ｋB はボルツマン定数であり、Ｔは温度であり、
【０００６】
【外１】 は有効質量であり、ΣＬW は量子井戸厚の積算値であ
り、ＥB は有効障壁層高さである。をもって表されるの
で、量子井戸厚の積算値が小さく有効障壁層高さが小さ
いほど上記の確率は大きくなる。
り、ＥB は有効障壁層高さである。をもって表されるの
で、量子井戸厚の積算値が小さく有効障壁層高さが小さ
いほど上記の確率は大きくなる。
【０００７】従来技術において広く使用されている、Ｇ
ａＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰを井戸層としＧａＩｎ
ＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰをバリヤ層とする場合は、伝
導帯側のバンドオフセットΔＥc ／（ΔＥc ＋ΔＥv ）
が０．４程度と比較的小さいので、有効障壁層高さが小
さくなり、微分利得が満足するほど大きくないという欠
点がある。
ａＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰを井戸層としＧａＩｎ
ＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰをバリヤ層とする場合は、伝
導帯側のバンドオフセットΔＥc ／（ΔＥc ＋ΔＥv ）
が０．４程度と比較的小さいので、有効障壁層高さが小
さくなり、微分利得が満足するほど大きくないという欠
点がある。
【０００８】また、歪量子井戸の場合、理論的には格子
整合型の場合より、微分利得は大きくなり、４０〜６０
×１０-16 ｃｍ2 の値をとる筈であるが、歪量子井戸の
場合、発振波長の制限から、井戸幅を２〜４ｎｍと格子
整合系量子井戸の場合に比べて薄くせざるを得ず、ま
た、臨界膜厚の制限から、量子井戸数を４程度と少なめ
に選択しなければならないので、量子井戸に注入された
電子が、熱放出によって、バリヤ層や光閉じ込め層に放
出される確率が大きく、歪量子井戸を発光層とした場
合、期待したほど微分利得が向上しないことが現実であ
る。歪量子井戸の場合は、上記のとおり、量子井戸厚の
積算値を小さく選択しなければならず、しかも、そのた
めしきい値キャリヤ密度が大きくなり、バンドフィリン
グが大きくなるので、有効障壁層高さが小さくなるから
である。
整合型の場合より、微分利得は大きくなり、４０〜６０
×１０-16 ｃｍ2 の値をとる筈であるが、歪量子井戸の
場合、発振波長の制限から、井戸幅を２〜４ｎｍと格子
整合系量子井戸の場合に比べて薄くせざるを得ず、ま
た、臨界膜厚の制限から、量子井戸数を４程度と少なめ
に選択しなければならないので、量子井戸に注入された
電子が、熱放出によって、バリヤ層や光閉じ込め層に放
出される確率が大きく、歪量子井戸を発光層とした場
合、期待したほど微分利得が向上しないことが現実であ
る。歪量子井戸の場合は、上記のとおり、量子井戸厚の
積算値を小さく選択しなければならず、しかも、そのた
めしきい値キャリヤ密度が大きくなり、バンドフィリン
グが大きくなるので、有効障壁層高さが小さくなるから
である。
【０００９】歪量子井戸の積算値を増加するために、最
近では、歪補償型量子井戸が提案、試作されている。
近では、歪補償型量子井戸が提案、試作されている。
【００１０】これらの理由により、ＧａＩｎＡｓまたは
ＧａＩｎＡｓＰを量子井戸層としＧａＩｎＡｓまたはＧ
ａＩｎＡｓＰをバリヤ層とする従来技術に係る半導体発
光素子の微分利得と量子井戸層厚の積算値との関係は、
図６に示すように、歪量子井戸の場合は、臨界膜厚直前
の３０ｎｍにおいて最大値５×１０-16 ｃｍ2 程度であ
り、歪補償型量子井戸の場合は、量子井戸層の厚さの積
算値が６０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下の範囲において、
７．５×１０-16 ｃｍ2 程度であり、格子整合型の場合
は、量子井戸の厚さの積算値が６０ｎｍ以上１６０ｎｍ
以下の範囲において４×１０-16 ｃｍ2 程度であり、な
お、改良の余地を残すものであり、微分利得がよりすぐ
れた半導体発光素子の開発が望まれていた。
ＧａＩｎＡｓＰを量子井戸層としＧａＩｎＡｓまたはＧ
ａＩｎＡｓＰをバリヤ層とする従来技術に係る半導体発
光素子の微分利得と量子井戸層厚の積算値との関係は、
図６に示すように、歪量子井戸の場合は、臨界膜厚直前
の３０ｎｍにおいて最大値５×１０-16 ｃｍ2 程度であ
り、歪補償型量子井戸の場合は、量子井戸層の厚さの積
算値が６０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下の範囲において、
７．５×１０-16 ｃｍ2 程度であり、格子整合型の場合
は、量子井戸の厚さの積算値が６０ｎｍ以上１６０ｎｍ
以下の範囲において４×１０-16 ｃｍ2 程度であり、な
お、改良の余地を残すものであり、微分利得がよりすぐ
れた半導体発光素子の開発が望まれていた。
【００１１】本発明の目的は、この要請に応えることに
あり、微分利得がよりすぐれた半導体発光素子を提供す
ることにある。
あり、微分利得がよりすぐれた半導体発光素子を提供す
ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、量子井戸
層とＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧ
ａＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよりなり、面内圧縮歪
が印加されている多重歪量子井戸を発光層とする半導体
発光素子において、量子井戸層のそれぞれの厚さは６ｎ
ｍ以下であり、量子井戸層の厚さの積算値は１３〜１０
００ｎｍである半導体発光素子、または、面内圧縮歪が
印加されている量子井戸層と面内引張歪が印加されてお
りＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａ
ＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよりなる歪補償型多重量
子井戸を発光層とする半導体発光素子において、量子井
戸層のそれぞれの厚さは６ｎｍ以下であり、量子井戸層
の厚さの積算値は１３〜１０００ｎｍである半導体発光
素子によって達成される。
層とＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧ
ａＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよりなり、面内圧縮歪
が印加されている多重歪量子井戸を発光層とする半導体
発光素子において、量子井戸層のそれぞれの厚さは６ｎ
ｍ以下であり、量子井戸層の厚さの積算値は１３〜１０
００ｎｍである半導体発光素子、または、面内圧縮歪が
印加されている量子井戸層と面内引張歪が印加されてお
りＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａ
ＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよりなる歪補償型多重量
子井戸を発光層とする半導体発光素子において、量子井
戸層のそれぞれの厚さは６ｎｍ以下であり、量子井戸層
の厚さの積算値は１３〜１０００ｎｍである半導体発光
素子によって達成される。
【００１３】上記の半導体発光素子は、下記の種々の層
構造とすることができる。 イ．発光層を上下に挟んで光閉じ込め層を有し、光閉じ
込め層の上下にクラッド層を有するステップＳＣＨ構
造。 ロ．発光層を上下に挟んで、発光層から離れるにしたが
い次第に光屈折率が小さくされている光閉じ込め層を有
し、光閉じ込め層の上下にクラッド層を有するＧＲＩＮ
−ＳＣＨ構造。 ハ．発光層の上面または下面に回折格子が設けられてい
るＤＦＢ構造。 ニ．発光層の発光端面に発光方向に沿って分布ブラッグ
反射鏡が設けられているＤＢＲ構造。 ホ．発光層の上面または下面に多重量子障壁が設けられ
ている層構造。 ヘ．量子井戸層の圧縮歪の量が０．８〜１．５％であ
り、バリヤ層の引張歪の量が０．４〜０．８％である歪
補償多重量子井戸型。 ト．発光層が埋め込みヘテロ型ストライプ構造である多
重歪量子井戸型または歪補償多重量子井戸型。 チ．発光層がリッジ導波路構造である多重歪量子井戸型
または歪補償多重量子井戸型。 リ．発光層を光路に直交する方向に挟んで半絶縁体より
なる電流狭窄層が形成されている多重歪量子井戸型また
は歪補償多重量子井戸型。 ヌ．横方向電流注入構造を有する多重歪量子井戸型また
は歪補償多重量子井戸型。
構造とすることができる。 イ．発光層を上下に挟んで光閉じ込め層を有し、光閉じ
込め層の上下にクラッド層を有するステップＳＣＨ構
造。 ロ．発光層を上下に挟んで、発光層から離れるにしたが
い次第に光屈折率が小さくされている光閉じ込め層を有
し、光閉じ込め層の上下にクラッド層を有するＧＲＩＮ
−ＳＣＨ構造。 ハ．発光層の上面または下面に回折格子が設けられてい
るＤＦＢ構造。 ニ．発光層の発光端面に発光方向に沿って分布ブラッグ
反射鏡が設けられているＤＢＲ構造。 ホ．発光層の上面または下面に多重量子障壁が設けられ
ている層構造。 ヘ．量子井戸層の圧縮歪の量が０．８〜１．５％であ
り、バリヤ層の引張歪の量が０．４〜０．８％である歪
補償多重量子井戸型。 ト．発光層が埋め込みヘテロ型ストライプ構造である多
重歪量子井戸型または歪補償多重量子井戸型。 チ．発光層がリッジ導波路構造である多重歪量子井戸型
または歪補償多重量子井戸型。 リ．発光層を光路に直交する方向に挟んで半絶縁体より
なる電流狭窄層が形成されている多重歪量子井戸型また
は歪補償多重量子井戸型。 ヌ．横方向電流注入構造を有する多重歪量子井戸型また
は歪補償多重量子井戸型。
【００１４】
【作用】本発明に係る、ＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩ
ｎＡｓＰを井戸層としＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎ
Ａｓをバリヤ層とする多重量子井戸を有する半導体発光
素子の場合は、伝導帯側のバンドオフセットΔＥc ／
（ΔＥc ＋ΔＥv ）が０．７程度と大きく、有効障壁層
高さが大きいので、量子井戸に注入された電子が熱放出
によってバリヤ層や光閉じ込め層に放出される確率が小
さく微分利得が大きい。
ｎＡｓＰを井戸層としＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎ
Ａｓをバリヤ層とする多重量子井戸を有する半導体発光
素子の場合は、伝導帯側のバンドオフセットΔＥc ／
（ΔＥc ＋ΔＥv ）が０．７程度と大きく、有効障壁層
高さが大きいので、量子井戸に注入された電子が熱放出
によってバリヤ層や光閉じ込め層に放出される確率が小
さく微分利得が大きい。
【００１５】また、量子井戸層厚の積算値も１３〜１０
００ｎｍと大きいので、量子井戸に注入された電子が熱
放出によってバリヤ層や光閉じ込め層に放出される確率
が小さく微分利得が大きい。
００ｎｍと大きいので、量子井戸に注入された電子が熱
放出によってバリヤ層や光閉じ込め層に放出される確率
が小さく微分利得が大きい。
【００１６】さらに、量子井戸層のそれぞれの厚さが６
ｎｍと小さいので量子効果が大きく、図７に示すよう
に、利得の注入キャリヤ密度に対する傾きが大きく、微
分利得が大きい。
ｎｍと小さいので量子効果が大きく、図７に示すよう
に、利得の注入キャリヤ密度に対する傾きが大きく、微
分利得が大きい。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係る半導体発光素子について説明する。
係る半導体発光素子について説明する。
【００１８】図２参照 １×１０18／ｃｍ3 にｎ型不純物を含有するＩｎＰ基板
１上に、ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、ＣＢＥ法、ま
たは、ＭＯＣＶＤ法を使用して、下記の半導体層を順次
形成する。 イ．１×１０18／ｃｍ3 にｎ型不純物を含有し厚さが１
μｍのＩｎＰ層よりなる下部クラッド層２。 ロ．２×１０17ｃｍ-3にｎ型不純物を含有し厚さが５０
〜２００ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.17Ｉｎ0.53Ａｓ層よりな
る下部光閉じ込め層３。 ハ．厚さが４．５ｎｍのＧａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層よりな
る量子井戸層１２枚と厚さが８ｎｍのＡｌ0.35Ｇａ0.21
Ｉｎ0.44Ａｓ層よりなるバリヤ層１３枚とが交互に形成
されている歪補償型多重量子井戸層４。（この歪補償型
多重量子井戸層においては、量子井戸層に１．０％の圧
縮歪が印加され、バリヤ層に０．５８％の引張歪が印加
され、全体として歪は補償され、また、発光波長は１．
５５μｍとなる。） ニ．２×１０17ｃｍ-3にｐ型不純物を含有し厚さが５０
〜２００ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.17Ｉｎ0.53Ａｓ層よりな
る上部光閉じ込め層５。 ホ．１×１０18／ｃｍ3 にｐ型不純物を含有し厚さが２
μｍのＩｎＰ層よりなる上部クラッド層６。
１上に、ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、ＣＢＥ法、ま
たは、ＭＯＣＶＤ法を使用して、下記の半導体層を順次
形成する。 イ．１×１０18／ｃｍ3 にｎ型不純物を含有し厚さが１
μｍのＩｎＰ層よりなる下部クラッド層２。 ロ．２×１０17ｃｍ-3にｎ型不純物を含有し厚さが５０
〜２００ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.17Ｉｎ0.53Ａｓ層よりな
る下部光閉じ込め層３。 ハ．厚さが４．５ｎｍのＧａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層よりな
る量子井戸層１２枚と厚さが８ｎｍのＡｌ0.35Ｇａ0.21
Ｉｎ0.44Ａｓ層よりなるバリヤ層１３枚とが交互に形成
されている歪補償型多重量子井戸層４。（この歪補償型
多重量子井戸層においては、量子井戸層に１．０％の圧
縮歪が印加され、バリヤ層に０．５８％の引張歪が印加
され、全体として歪は補償され、また、発光波長は１．
５５μｍとなる。） ニ．２×１０17ｃｍ-3にｐ型不純物を含有し厚さが５０
〜２００ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ0.17Ｉｎ0.53Ａｓ層よりな
る上部光閉じ込め層５。 ホ．１×１０18／ｃｍ3 にｐ型不純物を含有し厚さが２
μｍのＩｎＰ層よりなる上部クラッド層６。
【００１９】図３参照 ｐ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ法）等を使用して、エピ側
に（上部クラッド層６の上に）、ＳｉＮx 膜（マスク
層）１１を２０００Å程度積層する。このマスク層１１
を使用してなすフォトリソグラフィー法を使用して、上
記の半導体積層体を、図示するように、光路とされる幅
１〜２μｍの領域を残して、エッチング除去する。ｐ−
ＩｎＰクラッドの上には、図示するように、ＳｉＮx 層
（２０００Å）１１が残される。
に（上部クラッド層６の上に）、ＳｉＮx 膜（マスク
層）１１を２０００Å程度積層する。このマスク層１１
を使用してなすフォトリソグラフィー法を使用して、上
記の半導体積層体を、図示するように、光路とされる幅
１〜２μｍの領域を残して、エッチング除去する。ｐ−
ＩｎＰクラッドの上には、図示するように、ＳｉＮx 層
（２０００Å）１１が残される。
【００２０】図１参照 その後、上記のエッチング除去された領域に、半絶縁性
半導体であるＦｅドープされたＩｎＰ層を堆積して、電
流狭窄構造層８を形成し、ＳｉＮx 層（マスク層）１１
をエッチングで除去した後に、３×１０19ｃｍ-3ににｐ
型不純物を含有し厚さが０．４μｍであるＩｎＧａＡｓ
Ｐ層よりなるコンタクト層７を積層する。
半導体であるＦｅドープされたＩｎＰ層を堆積して、電
流狭窄構造層８を形成し、ＳｉＮx 層（マスク層）１１
をエッチングで除去した後に、３×１０19ｃｍ-3ににｐ
型不純物を含有し厚さが０．４μｍであるＩｎＧａＡｓ
Ｐ層よりなるコンタクト層７を積層する。
【００２１】ＩｎＰ基板１の厚さを１００μｍ程度に減
縮した後、下面にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ／Ａｕ層を２０００
Å厚に堆積して負電極９を形成し、上面に、Ｔｉ−Ｐｔ
−Ａｕ層またはＡｕ−Ｚｎ層を２０００Å厚に堆積して
正電極１０を形成する。
縮した後、下面にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ／Ａｕ層を２０００
Å厚に堆積して負電極９を形成し、上面に、Ｔｉ−Ｐｔ
−Ａｕ層またはＡｕ−Ｚｎ層を２０００Å厚に堆積して
正電極１０を形成する。
【００２２】最後に、紙面に平行する方向に劈開して歪
補償型多重量子井戸を発光層とする半導体発光素子を完
成する。
補償型多重量子井戸を発光層とする半導体発光素子を完
成する。
【００２３】図４参照 以上の工程をもって製造した歪補償型多重量子井戸を発
光層とする半導体発光素子のエネルギーバンドダイヤグ
ラムの伝導帯側は、図示するようになる。また、以上の
工程をもって製造した歪補償型多重量子井戸を発光層と
する半導体発光素子の微分利得は、３０×１０-16 ｃｍ
2 であった。
光層とする半導体発光素子のエネルギーバンドダイヤグ
ラムの伝導帯側は、図示するようになる。また、以上の
工程をもって製造した歪補償型多重量子井戸を発光層と
する半導体発光素子の微分利得は、３０×１０-16 ｃｍ
2 であった。
【００２４】図５参照 上記と同様な工程をもって製造した多重歪量子井戸を発
光層とする半導体発光素子の微分利得と量子井戸層厚の
積算値との関係と、歪補償型多重量子井戸を発光層とす
る半導体発光素子の微分利得と量子井戸層厚の積算値と
の関係とを、図５に示す。多重歪量子井戸の場合、臨界
膜厚直前の３０ｎｍにおいて最大値１２×１０-16 ｃｍ
2 をとるが、歪補償型多重量子井戸の場合、積算値が６
０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下の範囲において、３０×１０
-16 ｃｍ2 であった。
光層とする半導体発光素子の微分利得と量子井戸層厚の
積算値との関係と、歪補償型多重量子井戸を発光層とす
る半導体発光素子の微分利得と量子井戸層厚の積算値と
の関係とを、図５に示す。多重歪量子井戸の場合、臨界
膜厚直前の３０ｎｍにおいて最大値１２×１０-16 ｃｍ
2 をとるが、歪補償型多重量子井戸の場合、積算値が６
０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下の範囲において、３０×１０
-16 ｃｍ2 であった。
【００２５】なお、上記実施例における光閉じ込め層の
組成とバリヤ層の組成とは１例であって、本発明を限定
するものではない。この場合、光閉じ込め層とバリヤ層
の伝導帯のバンドオフセット量は、熱エネルギー３ｋＴ
（８０ｍｅＶ）以下（バリヤ層の禁制帯幅が光閉じ込め
層の禁制帯幅より大きい。）であることが、キャリヤの
量子井戸層への注入という観点から望ましい。バリヤ層
の厚さは、波動関数の量子井戸層への閉じ込めをよくす
るため、ある程度厚いことが望ましいが、ホールの均一
注入という観点からは、あまり厚くないことが望まし
い。よって、５〜２０ｎｍが望ましく、６〜１０ｎｍが
より望ましい。
組成とバリヤ層の組成とは１例であって、本発明を限定
するものではない。この場合、光閉じ込め層とバリヤ層
の伝導帯のバンドオフセット量は、熱エネルギー３ｋＴ
（８０ｍｅＶ）以下（バリヤ層の禁制帯幅が光閉じ込め
層の禁制帯幅より大きい。）であることが、キャリヤの
量子井戸層への注入という観点から望ましい。バリヤ層
の厚さは、波動関数の量子井戸層への閉じ込めをよくす
るため、ある程度厚いことが望ましいが、ホールの均一
注入という観点からは、あまり厚くないことが望まし
い。よって、５〜２０ｎｍが望ましく、６〜１０ｎｍが
より望ましい。
【００２６】歪補償型量子井戸の場合、量子井戸層の圧
縮歪は、０．４〜３％の範囲が望ましく、０．８〜１．
５％の範囲がより望ましい。バリヤ層の引張歪は、
（ａ）量子井戸の圧縮歪を補償するように、（ｂ）光閉
じ込め層との伝導帯のバンドオフセット量が３ｋＴ以下
であるように（バリヤ層の禁制帯幅が光閉じ込め層の禁
制帯幅より大きくなるように）、決定されることが望ま
しく、６〜１０ｎｍであることが望ましい。
縮歪は、０．４〜３％の範囲が望ましく、０．８〜１．
５％の範囲がより望ましい。バリヤ層の引張歪は、
（ａ）量子井戸の圧縮歪を補償するように、（ｂ）光閉
じ込め層との伝導帯のバンドオフセット量が３ｋＴ以下
であるように（バリヤ層の禁制帯幅が光閉じ込め層の禁
制帯幅より大きくなるように）、決定されることが望ま
しく、６〜１０ｎｍであることが望ましい。
【００２７】量子井戸の数は、量子井戸層の積算値が１
３ｎｍ以上であることが望ましく、２０〜６０ｎｍであ
ることがより望ましく、３０〜５０ｎｍであることがさ
らに望ましい。
３ｎｍ以上であることが望ましく、２０〜６０ｎｍであ
ることがより望ましく、３０〜５０ｎｍであることがさ
らに望ましい。
【００２８】光閉じ込め層は、ステップＳＣＨ構造でも
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造でもよい。
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造でもよい。
【００２９】発光層の上面または下面に回折格子が設け
られているＤＦＢ構造でもよい。
られているＤＦＢ構造でもよい。
【００３０】発光層の発光端面に発光方向にそう分布ブ
ラッグ反射鏡が設けられているＤＢＲ構造でもよい。
ラッグ反射鏡が設けられているＤＢＲ構造でもよい。
【００３１】発光層の上面または下面に多重量子障壁が
設けられていてもよい。
設けられていてもよい。
【００３２】発光層は埋め込みヘテロ型ストライプ構造
でも、リッジ導波路構造でもよい。
でも、リッジ導波路構造でもよい。
【００３３】電流狭窄構造は、半絶縁体埋め込み型スト
ライプ構造でも、また、横方向電流注入型素子構造でも
よい。
ライプ構造でも、また、横方向電流注入型素子構造でも
よい。
【００３４】本発明に係る半導体発光素子は、混晶比を
適宜選択して、発光波長を、１．３〜１．６５μｍの範
囲に選択しうる。
適宜選択して、発光波長を、１．３〜１．６５μｍの範
囲に選択しうる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体発光素子は、量子井戸層とＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧ
ａＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層
とよりなる多重歪量子井戸または歪補償型多重量子井戸
を発光層とする半導体発光素子において、量子井戸層の
それぞれの厚さは６ｎｍ以下に選んであり、量子井戸層
の厚さの積算値は１３〜１０００ｎｍに選んであるの
で、有効障壁層高さが大きく、量子井戸層の厚さの積算
値が十分大きく、量子井戸に注入された電子が熱放出に
よってバリヤ層や光閉じ込め層に放出される確率が小さ
いので、微分利得が大きい。
体発光素子は、量子井戸層とＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧ
ａＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層
とよりなる多重歪量子井戸または歪補償型多重量子井戸
を発光層とする半導体発光素子において、量子井戸層の
それぞれの厚さは６ｎｍ以下に選んであり、量子井戸層
の厚さの積算値は１３〜１０００ｎｍに選んであるの
で、有効障壁層高さが大きく、量子井戸層の厚さの積算
値が十分大きく、量子井戸に注入された電子が熱放出に
よってバリヤ層や光閉じ込め層に放出される確率が小さ
いので、微分利得が大きい。
【図１】本発明の一実施例に係る半導体発光素子の断面
図である。
図である。
【図２】本発明の一実施例に係る半導体発光素子の製造
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る半導体発光素子の製造
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例に係る半導体発光素子のエネ
ルギーバンドダイヤグラムの伝導帯側を示す図である。
ルギーバンドダイヤグラムの伝導帯側を示す図である。
【図５】本発明に係る多重歪量子井戸または歪補償型多
重量子井戸を発光層とする半導体発光素子の微分利得と
量子井戸層厚との積算値との関係を示すグラフである。
重量子井戸を発光層とする半導体発光素子の微分利得と
量子井戸層厚との積算値との関係を示すグラフである。
【図６】ＧａＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰを井戸層と
しＧａＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰをバリヤ層とする
従来技術に係る半導体発光素子の微分利得と量子井戸層
厚との関係を示すグラフである。
しＧａＩｎＡｓまたはＧａＩｎＡｓＰをバリヤ層とする
従来技術に係る半導体発光素子の微分利得と量子井戸層
厚との関係を示すグラフである。
【図７】１．３μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系格子整
合系多重量子井戸レーザにおけるピークゲインとキャリ
ヤ濃度との関係を量子井戸の厚さをパラメータとして表
したグラフである。
合系多重量子井戸レーザにおけるピークゲインとキャリ
ヤ濃度との関係を量子井戸の厚さをパラメータとして表
したグラフである。
１ ＩｎＰ基板 ２ ＩｎＰ層よりなる下部クラッド層 ３ Ａｌ0.3 Ｇａ0.17Ｉｎ0.53Ａｓ層よりなる下部光
閉じ込め層 ４ Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層よりなる量子井戸層１２
枚とＡｌ0.35Ｇａ0.21Ｉｎ0.44Ａｓ層よりなるバリヤ層
１３枚とが交互に形成されている歪補償型多重量子井戸
層 ５ Ａｌ0.3 Ｇａ0.17Ｉｎ0.53Ａｓ層よりなる上部光
閉じ込め層 ６ ＩｎＰ層よりなる上部クラッド層 ７ ＩｎＧａＡｓＰ層よりなるコンタクト層 ８ 電流狭窄層 ９ 負電極 １０ 正電極 １１ 電流狭窄構造層
閉じ込め層 ４ Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層よりなる量子井戸層１２
枚とＡｌ0.35Ｇａ0.21Ｉｎ0.44Ａｓ層よりなるバリヤ層
１３枚とが交互に形成されている歪補償型多重量子井戸
層 ５ Ａｌ0.3 Ｇａ0.17Ｉｎ0.53Ａｓ層よりなる上部光
閉じ込め層 ６ ＩｎＰ層よりなる上部クラッド層 ７ ＩｎＧａＡｓＰ層よりなるコンタクト層 ８ 電流狭窄層 ９ 負電極 １０ 正電極 １１ 電流狭窄構造層
フロントページの続き (72)発明者 入川 理徳 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体発光素子において、量子井戸層と
ＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩ
ｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよりなり、面内圧縮歪が印
加されている多重歪量子井戸を発光層とする半導体発光
素子において、 前記量子井戸層のそれぞれの厚さは６ｎｍ以下であり、
前記量子井戸層の厚さの積算値は１３〜１０００ｎｍで
あることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 半導体発光素子において、面内圧縮歪が
印加されてなる量子井戸層と面内引張歪が印加されてな
りＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａ
ＩｎＡｓＰよりなるバリヤ層とよりなる歪補償型多重量
子井戸を発光層とする半導体発光素子において、 前記量子井戸層のそれぞれの厚さは６ｎｍ以下であり、
前記量子井戸層の厚さの積算値は１３〜１０００ｎｍで
あることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記発光層を上下に挟んで光閉じ込め層
を有し、該光閉じ込め層の上下にクラッド層を有するス
テップＳＣＨ構造を有する請求項１または２記載の半導
体発光素子。 - 【請求項４】 前記発光層を上下に挟んで、該発光層か
ら離れるにしたがい次第に光屈折率が小さくされてなる
光閉じ込め層を有し、該光閉じ込め層の上下にクラッド
層を有するＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造を有する請求項１また
は２記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記発光層の上面または下面に回折格子
が設けられてなるＤＦＢ構造を有する請求項１または２
記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記発光層の発光端面に発光方向に沿っ
て分布ブラッグ反射鏡が設けられてなるＤＢＲ構造を有
する請求項１または２記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記発光層の上面または下面に多重量子
障壁が設けられてなる請求項１または２記載の半導体発
光素子。 - 【請求項８】 前記量子井戸層の圧縮歪の量が０．８〜
１．５％であり、前記バリヤ層の引張歪の量が０．４〜
０．８％である請求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項９】 前記発光層が埋め込みヘテロ型ストライ
プ構造である請求項１または２記載の半導体発光素子。 - 【請求項１０】 前記発光層がリッジ導波路構造である
請求項１または２記載の半導体発光素子。 - 【請求項１１】 前記発光層を光路に直交する方向に挟
んで半絶縁体よりなる電流狭窄層が形成されてなる請求
項１または２記載の半導体発光素子。 - 【請求項１２】 横方向電流注入構造を有する請求項１
または２記載の半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31316594A JPH08172241A (ja) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | ＡｌＧａＩｎＡｓ系多重量子井戸を有する半導体発光素子 |
| US08/572,101 US5920079A (en) | 1994-12-16 | 1995-12-14 | Semiconductive light-emitting device having strained MQW with AlGaInAs barriers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31316594A JPH08172241A (ja) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | ＡｌＧａＩｎＡｓ系多重量子井戸を有する半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08172241A true JPH08172241A (ja) | 1996-07-02 |
Family
ID=18037890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31316594A Pending JPH08172241A (ja) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | ＡｌＧａＩｎＡｓ系多重量子井戸を有する半導体発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5920079A (ja) |
| JP (1) | JPH08172241A (ja) |
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