JPH08250810A - ミニバンドを有する半導体素子 - Google Patents
ミニバンドを有する半導体素子Info
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- JPH08250810A JPH08250810A JP8052135A JP5213596A JPH08250810A JP H08250810 A JPH08250810 A JP H08250810A JP 8052135 A JP8052135 A JP 8052135A JP 5213596 A JP5213596 A JP 5213596A JP H08250810 A JPH08250810 A JP H08250810A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 室温で連続動作し得る青色光レーザダイオー
ドを提供する。 【解決手段】 第１および第２半導体の積層パターンを
有する超格子領域１３内にミニバンド１８を形成するこ
とによって活性領域２へのキャリヤの移動が向上する半
導体素子が提供される。パターン積層膜厚は代表的には
２５ナより小さい。ミニバンド１８の最小エネルギー準
位２１は、活性領域２と超格子領域１３との間のガイド
領域３のエネルギー準位に等しいかまたはこれより大き
い。
ドを提供する。 【解決手段】 第１および第２半導体の積層パターンを
有する超格子領域１３内にミニバンド１８を形成するこ
とによって活性領域２へのキャリヤの移動が向上する半
導体素子が提供される。パターン積層膜厚は代表的には
２５ナより小さい。ミニバンド１８の最小エネルギー準
位２１は、活性領域２と超格子領域１３との間のガイド
領域３のエネルギー準位に等しいかまたはこれより大き
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ミニバンドを有す
る半導体素子に関する。このようなミニバンドは素子内
での電荷の移動を向上させる。特に、ミニバンドは、緑
色または青色領域で機能する半導体光源、変調器、およ
び検出器の特性を向上させる。
る半導体素子に関する。このようなミニバンドは素子内
での電荷の移動を向上させる。特に、ミニバンドは、緑
色または青色領域で機能する半導体光源、変調器、およ
び検出器の特性を向上させる。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子分野の研究者らは、青色−緑
色光を発光する光源を提供する半導体発光素子の研究を
続けている。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体がこのような半
導体発光素子におけるガイド領域およびクラッド領域の
材料として優れた特性を有することが報告されている。
色光を発光する光源を提供する半導体発光素子の研究を
続けている。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体がこのような半
導体発光素子におけるガイド領域およびクラッド領域の
材料として優れた特性を有することが報告されている。
【０００３】青色−緑色発光素子の初期の研究では、Ｚ
ｎＳｅおよびＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93を、各々、ガイド領域
およびクラッド領域の材料として用いることが報告され
た（「Blue-greeen laser diodes」、M.A. Haaseら、Ap
pl. Phys. Lett. 59、1272頁）。閾値電流を下げレーザ
発振波長を短くするためには、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイ
ド層および、ＧａＡｓに格子整合したＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層が必要であるということが報告されている（"R
oom temperature continuous operation of blue-green
laser diode"、N. Nakayamaら、Electron. Lett. 29、
1488頁）。
ｎＳｅおよびＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93を、各々、ガイド領域
およびクラッド領域の材料として用いることが報告され
た（「Blue-greeen laser diodes」、M.A. Haaseら、Ap
pl. Phys. Lett. 59、1272頁）。閾値電流を下げレーザ
発振波長を短くするためには、ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93ガイ
ド層および、ＧａＡｓに格子整合したＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層が必要であるということが報告されている（"R
oom temperature continuous operation of blue-green
laser diode"、N. Nakayamaら、Electron. Lett. 29、
1488頁）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の半導体
素子においては、以下に示すような問題点があった。閾
値電流を下げレーザ発振波長を短くするのに良い材料で
あると考えられたＺｎＭｇＳＳｅのバンドギャップエネ
ルギーが増大すると共にアクセプタ濃度（Ｎａ−Ｎｄ）
が急激に減少する。このため、閾値電流およびレーザ発
振波長には限界が現れ始めている。室温での連続発振に
おける、出願人が認識する最短レーザ発振波長は４８９
ｎｍであり、閾値電流密度は１．５ＫＡ／ｃｍ2である
（"Continuous-wave operation of 489.9nm blue laser
diode at room temperature"、N. Nakayamaら、Electr
on. Lett. 29、2164頁）。
素子においては、以下に示すような問題点があった。閾
値電流を下げレーザ発振波長を短くするのに良い材料で
あると考えられたＺｎＭｇＳＳｅのバンドギャップエネ
ルギーが増大すると共にアクセプタ濃度（Ｎａ−Ｎｄ）
が急激に減少する。このため、閾値電流およびレーザ発
振波長には限界が現れ始めている。室温での連続発振に
おける、出願人が認識する最短レーザ発振波長は４８９
ｎｍであり、閾値電流密度は１．５ＫＡ／ｃｍ2である
（"Continuous-wave operation of 489.9nm blue laser
diode at room temperature"、N. Nakayamaら、Electr
on. Lett. 29、2164頁）。
【０００５】アクセプタ濃度（Ｎａ−Ｎｄ）が急激に減
少するのを避けるために、およびドーピング効率を向上
させるために、変調ドーピング方法を用いることが提案
されている（"Doping in a superlattice structure: i
mproved hole activation inwide-gap II-VI material
s"、I. Suemune、J. Appl. Phys. 67、2364頁）。さら
に、超格子構造を導入する別の方法もまた提案されてい
る（"One-hour-long room temperature CW operation o
f ZnMgSSe-based blue-green laser diodes"、A. Ishib
ashiら、7th annual meeting on the IEEE Lasers and
Electro-OpticsSociety (1994)）。
少するのを避けるために、およびドーピング効率を向上
させるために、変調ドーピング方法を用いることが提案
されている（"Doping in a superlattice structure: i
mproved hole activation inwide-gap II-VI material
s"、I. Suemune、J. Appl. Phys. 67、2364頁）。さら
に、超格子構造を導入する別の方法もまた提案されてい
る（"One-hour-long room temperature CW operation o
f ZnMgSSe-based blue-green laser diodes"、A. Ishib
ashiら、7th annual meeting on the IEEE Lasers and
Electro-OpticsSociety (1994)）。
【０００６】ＧａＡｓに格子整合するＺｎＭｇＳＳｅク
ラッド層を用いても、室温での連続発振の波長が４８０
ｎｍより短い青色レーザダイオードを得るのは困難であ
ると考えられる。
ラッド層を用いても、室温での連続発振の波長が４８０
ｎｍより短い青色レーザダイオードを得るのは困難であ
ると考えられる。
【０００７】図１は、従来の分離閉じ込めヘテロ構造
（ＳＣＨ）レーザダイオード（ＬＤ）のエネルギー準位
図を示す。活性領域２は単一量子井戸（ＳＱＷ）または
多量子井戸（ＭＱＷ）構造であり得る。ガイド領域３お
よびドープされたクラッド領域４は、活性領域２に閉じ
込められたキャリヤのための閉じ込めバリヤとして働
く。ガイド領域３はクラッド領域より高い屈折率を有
し、光波を誘導する働きをする。従来のＬＥＤではガイ
ド領域は省略される。
（ＳＣＨ）レーザダイオード（ＬＤ）のエネルギー準位
図を示す。活性領域２は単一量子井戸（ＳＱＷ）または
多量子井戸（ＭＱＷ）構造であり得る。ガイド領域３お
よびドープされたクラッド領域４は、活性領域２に閉じ
込められたキャリヤのための閉じ込めバリヤとして働
く。ガイド領域３はクラッド領域より高い屈折率を有
し、光波を誘導する働きをする。従来のＬＥＤではガイ
ド領域は省略される。
【０００８】レーザ発振波長を短くするためには、活性
領域２のバンドギャップエネルギーを大きくすることが
必要である。従って、領域３および４のバンドギャップ
エネルギーを大きくすることが必要であり、さもなく
ば、活性領域と領域３および４との間のバンド不連続性
が低下し、この結果、キャリヤのオーバフローが増大
し、これにより閾値電流が増大する。
領域２のバンドギャップエネルギーを大きくすることが
必要である。従って、領域３および４のバンドギャップ
エネルギーを大きくすることが必要であり、さもなく
ば、活性領域と領域３および４との間のバンド不連続性
が低下し、この結果、キャリヤのオーバフローが増大
し、これにより閾値電流が増大する。
【０００９】４元素からなるＺｎＭｇＳＳｅは、閾値電
流を下げまたレーザ発振波長を短くするための有望な材
料であると考えられる。しかし、上述のように、ＺｎＭ
ｇＳＳｅのバンドギャップエネルギーが増大すると共に
アクセプタの濃度（Ｎａ−Ｎｄ）が急激に減少すること
が報告されている。つまり、伝導性が良くバンドギャッ
プエネルギーが比較的大きいＺｎＭｇＳＳｅ膜を得るこ
とは困難である。バンドギャップエネルギーが比較的大
きいＺｎＭｇＳＳｅは、含有するＳおよびＭｇの量が比
較的多い。この結果、この化学組成物がＭｇＳに近づく
に従って、ＭｇＳの安定結晶構造は岩塩構造（rock sal
t）であるため、閃亜鉛鉱構造（zin zino blende)とし
ての結晶品質が低下する結果となり得る。
流を下げまたレーザ発振波長を短くするための有望な材
料であると考えられる。しかし、上述のように、ＺｎＭ
ｇＳＳｅのバンドギャップエネルギーが増大すると共に
アクセプタの濃度（Ｎａ−Ｎｄ）が急激に減少すること
が報告されている。つまり、伝導性が良くバンドギャッ
プエネルギーが比較的大きいＺｎＭｇＳＳｅ膜を得るこ
とは困難である。バンドギャップエネルギーが比較的大
きいＺｎＭｇＳＳｅは、含有するＳおよびＭｇの量が比
較的多い。この結果、この化学組成物がＭｇＳに近づく
に従って、ＭｇＳの安定結晶構造は岩塩構造（rock sal
t）であるため、閃亜鉛鉱構造（zin zino blende)とし
ての結晶品質が低下する結果となり得る。
【００１０】アクセプタの濃度の急激な低下を補償し、
またドーピング効率を向上させるために変調ドーピング
方法を用いることがSuemune（上述）によって提案され
ている。しかし、この提案では、キャリヤの移動は、図
２に示すように、ホッピング伝導として知られるメカニ
ズムによって行われる。
またドーピング効率を向上させるために変調ドーピング
方法を用いることがSuemune（上述）によって提案され
ている。しかし、この提案では、キャリヤの移動は、図
２に示すように、ホッピング伝導として知られるメカニ
ズムによって行われる。
【００１１】変調ドーピングでは、ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳ
ｅ多量子井戸系の量子井戸１０の価電子帯内の自由（fr
ee）ホール濃度を増やすことが意図される。このような
ＩＩ−ＶＩ族系では、アクセプタの活性化エネルギーＥ
ａは非常に大きく、１１０〜１５０ｍｅＶの範囲であ
る。この結果、熱により活性化された自由ホールの濃度
は非常に小さい。ｐ型ＺｎＳｅにおける自由ホールの濃
度は極めて重要である。何故なら、この材料の抵抗ｒ
は、ｑを電子荷、μをホール移動度（ほぼ３０ｃｍ2／
Ｖｓに等しい）、ｐをホール濃度とすると、
ｅ多量子井戸系の量子井戸１０の価電子帯内の自由（fr
ee）ホール濃度を増やすことが意図される。このような
ＩＩ−ＶＩ族系では、アクセプタの活性化エネルギーＥ
ａは非常に大きく、１１０〜１５０ｍｅＶの範囲であ
る。この結果、熱により活性化された自由ホールの濃度
は非常に小さい。ｐ型ＺｎＳｅにおける自由ホールの濃
度は極めて重要である。何故なら、この材料の抵抗ｒ
は、ｑを電子荷、μをホール移動度（ほぼ３０ｃｍ2／
Ｖｓに等しい）、ｐをホール濃度とすると、
【００１２】
【数１】
【００１３】で与えられるからである。
【００１４】従って、低抵抗度を実現しこれにより素子
内のパワー分散を減らすためには、ホール濃度を増大さ
せることが望ましい。Suemuneは、６０ナの周期を有する
ドープされた超格子では、自由ホール濃度を約４〜５倍
高くすることが可能であると計算した。しかし、ホール
は量子井戸１０に平行な方向では自由に移動する一方
で、量子井戸に垂直な方向の移動では、ホールはホッピ
ング伝導により量子井戸を横切らなければならないた
め、それほど良好ではない。残念ながら、ＬＥＤ、レー
ザ、検出器、および変調器などの多くの光電素子の機能
において重要なのは、量子井戸に垂直な方向のホールの
移動である。量子井戸は、図２に示すように、量子井戸
内に緩和されたキャリヤ（ホール）に対してトラップと
して作用し得るため、Suemuneの記載した変調ドーピン
グは、量子井戸に垂直な方向のホールの移動特性を劣化
させ得るという可能性がある。図２において、量子井戸
からのホールの熱による活性化は矢印１２によって表さ
れ、量子井戸へのホールの緩和は矢印１４によって表さ
れる。矢印の相対的な大きさは、各出来事の確率を概略
的に示しており、矢印が大きいほど確率は高い。図２は
また、各井戸内の第１の閉じ込め量子状態のエネルギー
準位６、ならびに井戸内のドーパント材料（アクセプ
タ）およびバリヤ材料の各々のエネルギー準位７および
８を示す。
内のパワー分散を減らすためには、ホール濃度を増大さ
せることが望ましい。Suemuneは、６０ナの周期を有する
ドープされた超格子では、自由ホール濃度を約４〜５倍
高くすることが可能であると計算した。しかし、ホール
は量子井戸１０に平行な方向では自由に移動する一方
で、量子井戸に垂直な方向の移動では、ホールはホッピ
ング伝導により量子井戸を横切らなければならないた
め、それほど良好ではない。残念ながら、ＬＥＤ、レー
ザ、検出器、および変調器などの多くの光電素子の機能
において重要なのは、量子井戸に垂直な方向のホールの
移動である。量子井戸は、図２に示すように、量子井戸
内に緩和されたキャリヤ（ホール）に対してトラップと
して作用し得るため、Suemuneの記載した変調ドーピン
グは、量子井戸に垂直な方向のホールの移動特性を劣化
させ得るという可能性がある。図２において、量子井戸
からのホールの熱による活性化は矢印１２によって表さ
れ、量子井戸へのホールの緩和は矢印１４によって表さ
れる。矢印の相対的な大きさは、各出来事の確率を概略
的に示しており、矢印が大きいほど確率は高い。図２は
また、各井戸内の第１の閉じ込め量子状態のエネルギー
準位６、ならびに井戸内のドーパント材料（アクセプ
タ）およびバリヤ材料の各々のエネルギー準位７および
８を示す。
【００１５】欧州特許出願第0334759号は、レーザ発光
構造が半導体の伝導帯内のミニバンド間での内部サブバ
ンド間移動を包含する、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系を有
するユニポーラ半導体レーザを開示している。この素子
では、電子は上サブバンドに注入され、バリヤ領域また
はクラッド領域を通って上ミニバンドの一部である活性
領域に横移動する。ミニバンドのバリヤ領域内のエネル
ギーが増大する結果として、活性領域内の電子密度が増
大し、次に電子は下ミニバンドに放射移動し、これによ
り発光が行われる。キャリヤは、バリヤ領域および活性
領域を通るコヒーレントなミニバンド移動を示す。この
素子は、長波長の光を生成するためのものであり、短波
長（緑色または青色）の光の生成用には適切ではない。
構造が半導体の伝導帯内のミニバンド間での内部サブバ
ンド間移動を包含する、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系を有
するユニポーラ半導体レーザを開示している。この素子
では、電子は上サブバンドに注入され、バリヤ領域また
はクラッド領域を通って上ミニバンドの一部である活性
領域に横移動する。ミニバンドのバリヤ領域内のエネル
ギーが増大する結果として、活性領域内の電子密度が増
大し、次に電子は下ミニバンドに放射移動し、これによ
り発光が行われる。キャリヤは、バリヤ領域および活性
領域を通るコヒーレントなミニバンド移動を示す。この
素子は、長波長の光を生成するためのものであり、短波
長（緑色または青色）の光の生成用には適切ではない。
【００１６】欧州特許出願第0614253号は、ＭＱＷレー
ザダイオード部と、レーザダイオード部に集積された多
量子井戸構造を含む光変調部とを有する分布帰還型（Ｄ
ＦＢ）ＩｎＧａＡｓＰ型レーザ素子を開示している。光
変調部の多量子井戸構造は、量子井戸の量子状態が互い
に結合され複数のミニバンドを形成する結合多量子井戸
構造である。しかし、このようなミニバンドは、レーザ
ダイオード部の活性領域へのキャリヤの移動には関与し
ない。
ザダイオード部と、レーザダイオード部に集積された多
量子井戸構造を含む光変調部とを有する分布帰還型（Ｄ
ＦＢ）ＩｎＧａＡｓＰ型レーザ素子を開示している。光
変調部の多量子井戸構造は、量子井戸の量子状態が互い
に結合され複数のミニバンドを形成する結合多量子井戸
構造である。しかし、このようなミニバンドは、レーザ
ダイオード部の活性領域へのキャリヤの移動には関与し
ない。
【００１７】国際特許第92/08250号および第94/00884号
は、光検出器の活性領域の量子井戸がミニバンドを有す
る超格子バリヤ層によって分離されるＭＱＷ光検出器を
開示している。
は、光検出器の活性領域の量子井戸がミニバンドを有す
る超格子バリヤ層によって分離されるＭＱＷ光検出器を
開示している。
【００１８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、室温で連続
動作し得る青色光レーザダイオードを提供することにあ
る。
れたものであり、その目的とするところは、室温で連続
動作し得る青色光レーザダイオードを提供することにあ
る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子は、
活性領域と、第１超格子領域と、該活性領域と該第１超
格子領域との間に設けられるガイド領域とを有し、該第
１超格子領域はバリヤ層によって互いに分離される複数
の量子井戸を有する第１および第２半導体の積層パター
ンからなり、該パターンの積層膜厚は、該第１超格子領
域内にミニバンドが形成されるように十分に薄くされ
る、半導体素子であって、該ミニバンドを通ってキャリ
ヤが輸送され、そのことにより上記目的が達成される。
活性領域と、第１超格子領域と、該活性領域と該第１超
格子領域との間に設けられるガイド領域とを有し、該第
１超格子領域はバリヤ層によって互いに分離される複数
の量子井戸を有する第１および第２半導体の積層パター
ンからなり、該パターンの積層膜厚は、該第１超格子領
域内にミニバンドが形成されるように十分に薄くされ
る、半導体素子であって、該ミニバンドを通ってキャリ
ヤが輸送され、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】本発明の半導体素子は、活性領域と、第１
超格子領域と、該活性領域と該第１超格子領域との間に
設けられるガイド領域とを有し、該第１超格子領域はバ
リヤ層によって互いに分離される複数の量子井戸を有す
る第１および第２半導体の積層パターンからなり、該パ
ターンの積層膜厚は、該第１超格子領域内にミニバンド
が形成されるように十分に薄くされる、半導体素子であ
って、該ミニバンドの最小エネルギー準位は、該ガイド
領域のエネルギー準位または最小エネルギー準位より大
きいかまたはこれに等しく、そのことにより上記目的が
達成される。
超格子領域と、該活性領域と該第１超格子領域との間に
設けられるガイド領域とを有し、該第１超格子領域はバ
リヤ層によって互いに分離される複数の量子井戸を有す
る第１および第２半導体の積層パターンからなり、該パ
ターンの積層膜厚は、該第１超格子領域内にミニバンド
が形成されるように十分に薄くされる、半導体素子であ
って、該ミニバンドの最小エネルギー準位は、該ガイド
領域のエネルギー準位または最小エネルギー準位より大
きいかまたはこれに等しく、そのことにより上記目的が
達成される。
【００２１】本発明の半導体素子は、第１バリヤ層によ
って互いに分離される複数の第１量子井戸を有する活性
領域と、第１超格子領域とを備え、該第１超格子領域は
第２バリヤ層によって互いに分離される複数の第２量子
井戸を有する第１および第２半導体の積層パターンから
なり、該パターン積層膜厚は、該第１超格子領域内にミ
ニバンドが形成されるように十分に薄くされる、半導体
素子であって、該ミニバンドの最小エネルギー準位は、
該第１バリヤ層の準位より大きいかまたはこれに等し
く、そのことにより上記目的が達成される。
って互いに分離される複数の第１量子井戸を有する活性
領域と、第１超格子領域とを備え、該第１超格子領域は
第２バリヤ層によって互いに分離される複数の第２量子
井戸を有する第１および第２半導体の積層パターンから
なり、該パターン積層膜厚は、該第１超格子領域内にミ
ニバンドが形成されるように十分に薄くされる、半導体
素子であって、該ミニバンドの最小エネルギー準位は、
該第１バリヤ層の準位より大きいかまたはこれに等し
く、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】ある実施の形態では、前記ミニバンドにキ
ャリヤを注入するためのキャリヤ注入領域をさらに備
え、該注入領域のエネルギー準位は、該ミニバンドのエ
ネルギー準位と実質的に整合される。
ャリヤを注入するためのキャリヤ注入領域をさらに備
え、該注入領域のエネルギー準位は、該ミニバンドのエ
ネルギー準位と実質的に整合される。
【００２３】他の実施の形態では、前記第１および第２
半導体はＩＩ−ＶＩ族半導体である。
半導体はＩＩ−ＶＩ族半導体である。
【００２４】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体は、４元混晶の組み合わせよりなる。
び第２半導体は、４元混晶の組み合わせよりなる。
【００２５】更に、他の実施の形態では、前記第１半導
体が、ＺｎＳxＳｅ1-x（０≦ｘ≦１）であり、前記第２
半導体が、ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦ｙ≦１）である。
体が、ＺｎＳxＳｅ1-x（０≦ｘ≦１）であり、前記第２
半導体が、ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦ｙ≦１）である。
【００２６】更に、他の実施の形態では、前記第１半導
体がＺｎＳｅで、前記第２半導体がＭｇＳである。
体がＺｎＳｅで、前記第２半導体がＭｇＳである。
【００２７】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体はＩＩＩ−Ｖ族半導体である。
び第２半導体はＩＩＩ−Ｖ族半導体である。
【００２８】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体は、４元混晶の組み合わせよりなる。
び第２半導体は、４元混晶の組み合わせよりなる。
【００２９】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体は、合金系（ＡｌＧａＩｎ）Ｎの組み合わ
せである。
び第２半導体は、合金系（ＡｌＧａＩｎ）Ｎの組み合わ
せである。
【００３０】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体は、合金系（ＡｌＧａＩｎ）Ｐの組み合わ
せである。
び第２半導体は、合金系（ＡｌＧａＩｎ）Ｐの組み合わ
せである。
【００３１】更に、他の実施の形態では、前記第１半導
体はＡｌＮであり、前記第２半導体はＧａＮである。
体はＡｌＮであり、前記第２半導体はＧａＮである。
【００３２】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体の少なくとも一方がｎ型ドープされる。
び第２半導体の少なくとも一方がｎ型ドープされる。
【００３３】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体の少なくとも一方がｐ型ドープされる。
び第２半導体の少なくとも一方がｐ型ドープされる。
【００３４】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体は、基板に対して格子整合されないが、前
記第１超格子領域中のトータルのひずみがゼロとなるよ
うに組み合わされる。
び第２半導体は、基板に対して格子整合されないが、前
記第１超格子領域中のトータルのひずみがゼロとなるよ
うに組み合わされる。
【００３５】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体は基板に格子整合される。
び第２半導体は基板に格子整合される。
【００３６】更に、他の実施の形態では、前記基板はＧ
ａＡｓである。
ａＡｓである。
【００３７】更に、他の実施の形態では、前記基板はＺ
ｎＳｅである。
ｎＳｅである。
【００３８】更に、他の実施の形態では、前記パターン
積層膜厚は６分子層以下である。
積層膜厚は６分子層以下である。
【００３９】更に、他の実施の形態では、前記第１およ
び第２半導体および／または前記パターン積層膜厚は位
置に応じて変動する。
び第２半導体および／または前記パターン積層膜厚は位
置に応じて変動する。
【００４０】更に、他の実施の形態では、第３および第
４半導体の積層パターンを有する第２超格子領域をさら
に備え、該パターン積層は、該第２領域内にミニバンド
が形成されるように十分薄くされ、また、前記活性層は
前記第１および第２超格子領域の間に挟まれる。
４半導体の積層パターンを有する第２超格子領域をさら
に備え、該パターン積層は、該第２領域内にミニバンド
が形成されるように十分薄くされ、また、前記活性層は
前記第１および第２超格子領域の間に挟まれる。
【００４１】更に、他の実施の形態では、前記第３およ
び第４半導体の相対厚および／またはパターン積層膜厚
は位置に応じて変動する。
び第４半導体の相対厚および／またはパターン積層膜厚
は位置に応じて変動する。
【００４２】更に、他の実施の形態では、前記第１半導
体は、前記第２半導体の厚さの実質的に２倍である。
体は、前記第２半導体の厚さの実質的に２倍である。
【００４３】更に、他の実施の形態では、請求項１から
２４のいずれか１つに記載の半導体素子を備えたレーザ
である。
２４のいずれか１つに記載の半導体素子を備えたレーザ
である。
【００４４】更に、他の実施の形態では、請求項１から
２４のいずれか１つに記載の半導体素子を備えた変調器
である。
２４のいずれか１つに記載の半導体素子を備えた変調器
である。
【００４５】本発明の第１の観点によれば、活性領域
と、第１超格子領域と、該活性領域と該第１超格子領域
との間に設けられるガイド領域とを有し、該第１超格子
領域はバリヤ層によって互いに分離される複数の量子井
戸を有する第１および第２半導体の積層パターンからな
り、該パターンの積層膜厚は、該第１超格子領域内にミ
ニバンドが形成されるように十分に薄くされる、半導体
素子であって、該ミニバンドを通ってキャリヤが輸送さ
れる、半導体素子が提供される。
と、第１超格子領域と、該活性領域と該第１超格子領域
との間に設けられるガイド領域とを有し、該第１超格子
領域はバリヤ層によって互いに分離される複数の量子井
戸を有する第１および第２半導体の積層パターンからな
り、該パターンの積層膜厚は、該第１超格子領域内にミ
ニバンドが形成されるように十分に薄くされる、半導体
素子であって、該ミニバンドを通ってキャリヤが輸送さ
れる、半導体素子が提供される。
【００４６】本発明の第２の観点によれば、活性領域
と、第１超格子領域と、該活性領域と該第１超格子領域
との間に設けられるガイド領域とを有し、該第１超格子
領域はバリヤ層によって互いに分離される複数の量子井
戸を有する第１および第２半導体の積層パターンを備
え、該パターンの積層膜厚は、該第１超格子領域内にミ
ニバンドが形成されるように十分に薄くされる、半導体
素子であって、該ミニバンドの最小エネルギー準位は、
該ガイド領域のエネルギー準位または最小エネルギー準
位より大きいかまたはこれに等しい、半導体素子が提供
される。
と、第１超格子領域と、該活性領域と該第１超格子領域
との間に設けられるガイド領域とを有し、該第１超格子
領域はバリヤ層によって互いに分離される複数の量子井
戸を有する第１および第２半導体の積層パターンを備
え、該パターンの積層膜厚は、該第１超格子領域内にミ
ニバンドが形成されるように十分に薄くされる、半導体
素子であって、該ミニバンドの最小エネルギー準位は、
該ガイド領域のエネルギー準位または最小エネルギー準
位より大きいかまたはこれに等しい、半導体素子が提供
される。
【００４７】本発明の第３の観点によれば、（ａ）第１
バリヤ層によって互いに分離される複数の第１量子井戸
を有する活性領域と、（ｂ）第１超格子領域とを備え、
該第１超格子領域は第２バリヤ層によって互いに分離さ
れる複数の第２量子井戸を有する第１および第２半導体
の積層パターンを備え、該パターン積層膜厚は、該第１
超格子領域内にミニバンドが形成されるように十分に薄
くされる、半導体素子であって、該ミニバンドの最小エ
ネルギー準位は、該第１バリヤ層の準位より大きいかま
たはこれに等しい、半導体素子が提供される。
バリヤ層によって互いに分離される複数の第１量子井戸
を有する活性領域と、（ｂ）第１超格子領域とを備え、
該第１超格子領域は第２バリヤ層によって互いに分離さ
れる複数の第２量子井戸を有する第１および第２半導体
の積層パターンを備え、該パターン積層膜厚は、該第１
超格子領域内にミニバンドが形成されるように十分に薄
くされる、半導体素子であって、該ミニバンドの最小エ
ネルギー準位は、該第１バリヤ層の準位より大きいかま
たはこれに等しい、半導体素子が提供される。
【００４８】本明細書で使用される「ミニバンド」とい
う用語は、電荷キャリヤ、好ましくはホールを容易に移
動させ得る状態のバンドであるミニバンドを意味する。
う用語は、電荷キャリヤ、好ましくはホールを容易に移
動させ得る状態のバンドであるミニバンドを意味する。
【００４９】第１超格子領域内に一連の量子井戸を狭い
間隔で形成することにより、各井戸より外側に延びる量
子波動関数が隣接する井戸の波動関数と重複する。重複
する波動関数はミニバンドを形成し、これにより、量子
井戸に垂直な方向へのキャリヤの移動が向上する。第１
および第２半導体を連続して交互に並べることにより超
格子を形成する。
間隔で形成することにより、各井戸より外側に延びる量
子波動関数が隣接する井戸の波動関数と重複する。重複
する波動関数はミニバンドを形成し、これにより、量子
井戸に垂直な方向へのキャリヤの移動が向上する。第１
および第２半導体を連続して交互に並べることにより超
格子を形成する。
【００５０】キャリヤをミニバンドに注入することによ
ってのみ、第１超格子領域内の価電子帯を通るキャリヤ
の移動を向上させ得る。キャリヤは次にミニバンドを通
って移動するが、ミニバンド内でエネルギーをいくらか
失い得る。キャリヤがミニバンドを通って移動し得るか
どうかに主に影響を与えるのは、第１超格子領域の活性
領域とは反対側に設けられた注入領域のエネルギーおよ
び第１超格子領域と活性領域との間のガイド領域または
バリヤのエネルギーに対するミニバンドのエネルギーで
ある。超格子内のミニバンドの最小エネルギーは、超格
子と素子の活性領域との間に位置するガイド領域または
バリヤのポテンシャルエネルギー準位より大きいかまた
はこれに等しくなければならない。同様に、注入領域の
エネルギー準位は、ミニバンドのエネルギー準位に近い
かこれに等しくなければならない。注入領域のエネルギ
ーがミニバンドの最小エネルギー準位より実質的に低い
（例えば、１００ｍｅＶ以上低い）場合は、キャリヤの
第１超格子領域への流れは妨害されることが多い。
ってのみ、第１超格子領域内の価電子帯を通るキャリヤ
の移動を向上させ得る。キャリヤは次にミニバンドを通
って移動するが、ミニバンド内でエネルギーをいくらか
失い得る。キャリヤがミニバンドを通って移動し得るか
どうかに主に影響を与えるのは、第１超格子領域の活性
領域とは反対側に設けられた注入領域のエネルギーおよ
び第１超格子領域と活性領域との間のガイド領域または
バリヤのエネルギーに対するミニバンドのエネルギーで
ある。超格子内のミニバンドの最小エネルギーは、超格
子と素子の活性領域との間に位置するガイド領域または
バリヤのポテンシャルエネルギー準位より大きいかまた
はこれに等しくなければならない。同様に、注入領域の
エネルギー準位は、ミニバンドのエネルギー準位に近い
かこれに等しくなければならない。注入領域のエネルギ
ーがミニバンドの最小エネルギー準位より実質的に低い
（例えば、１００ｍｅＶ以上低い）場合は、キャリヤの
第１超格子領域への流れは妨害されることが多い。
【００５１】好ましくは、少なくとも第１超格子領域の
バリヤ層を形成する半導体層がドープされる。これによ
り、キャリヤの数が増大し、第１超格子領域内の伝導性
が向上する。第１超格子の量子井戸領域もまたドープさ
れ得る。
バリヤ層を形成する半導体層がドープされる。これによ
り、キャリヤの数が増大し、第１超格子領域内の伝導性
が向上する。第１超格子の量子井戸領域もまたドープさ
れ得る。
【００５２】好ましくは、ミニバンドの幅は、キャリヤ
の移動を実質的に最大にするように選択される。好まし
くは、キャリヤはホールである。ミニバンドの幅は、半
導体材料に、ならびにバリヤおよび井戸層の幅、すなわ
ち第１および第２半導体の幅に依存する。さらに、ミニ
バンドの幅は、第１領域を横断して電界が形成されると
きでもミニバンドを通るキャリヤの移動が可能であるよ
うに、すなわちミニバンドがシュタルク（Stark）準位
に分離しないように選択される。
の移動を実質的に最大にするように選択される。好まし
くは、キャリヤはホールである。ミニバンドの幅は、半
導体材料に、ならびにバリヤおよび井戸層の幅、すなわ
ち第１および第２半導体の幅に依存する。さらに、ミニ
バンドの幅は、第１領域を横断して電界が形成されると
きでもミニバンドを通るキャリヤの移動が可能であるよ
うに、すなわちミニバンドがシュタルク（Stark）準位
に分離しないように選択される。
【００５３】好ましくは、半導体は、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ、
およびＳｅからなる４元混晶から選択される。第１およ
び第２領域は、ＺｎＳxＳｅ1-x−ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦
ｘ，ｙ≦１）構造を有する超格子を形成すると好都合で
ある。
およびＳｅからなる４元混晶から選択される。第１およ
び第２領域は、ＺｎＳxＳｅ1-x−ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦
ｘ，ｙ≦１）構造を有する超格子を形成すると好都合で
ある。
【００５４】好都合には、第１および第２半導体の各々
の幅またはパターンの積層膜厚を変更してバンドギャッ
プを変動させ得る。バンドギャップは実質的に放物線の
形状で変動させ得る。第２超格子領域は、活性領域の第
１超格子領域とは反対側に配備され得る。この超格子領
域は各々空間的に変動する積層膜厚を有し、共働して傾
斜屈折率分離閉じ込めヘテロ構造素子を形成し得る。こ
のような構造は光学的に効率的である。
の幅またはパターンの積層膜厚を変更してバンドギャッ
プを変動させ得る。バンドギャップは実質的に放物線の
形状で変動させ得る。第２超格子領域は、活性領域の第
１超格子領域とは反対側に配備され得る。この超格子領
域は各々空間的に変動する積層膜厚を有し、共働して傾
斜屈折率分離閉じ込めヘテロ構造素子を形成し得る。こ
のような構造は光学的に効率的である。
【００５５】好ましくは、第１および第２半導体は、第
１および第２半導体層に応力がほとんどまたは全く加え
られないように、基板の格子と実質的に格子整合する。
基板はＧａＡｓであり得、第１および第２半導体層の格
子定数は、層内のＭｇおよび／またはＳの濃度を変更す
ることによって変動させ得る。
１および第２半導体層に応力がほとんどまたは全く加え
られないように、基板の格子と実質的に格子整合する。
基板はＧａＡｓであり得、第１および第２半導体層の格
子定数は、層内のＭｇおよび／またはＳの濃度を変更す
ることによって変動させ得る。
【００５６】好ましくは、素子はＬＥＤ，レーザ、変調
器、または検出器である。
器、または検出器である。
【００５７】変形例としては、第１および第２半導体
は、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐおよび（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ合金
などのＩＩＩ−Ｖ族半導体系より形成され得る。
は、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐおよび（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ合金
などのＩＩＩ−Ｖ族半導体系より形成され得る。
【００５８】周期積層は好ましくは６分子層以下であ
る。閃亜鉛鉱構造を有する材料の場合には、１分子層厚
は格子定数の半分である。
る。閃亜鉛鉱構造を有する材料の場合には、１分子層厚
は格子定数の半分である。
【００５９】従って、素子の活性領域の方向へのキャリ
ヤの移動を向上させることが可能である。さらに、超格
子領域はまた、傾斜屈折率領域を形成し得、これにより
活性領域内の閉じ込めを向上させ得る。
ヤの移動を向上させることが可能である。さらに、超格
子領域はまた、傾斜屈折率領域を形成し得、これにより
活性領域内の閉じ込めを向上させ得る。
【００６０】
【発明の実施の形態】上述のように、半導体レーザのガ
イド領域あるいはバリヤとクラッド領域とによって形成
される閉じ込めバリヤのバンドギャップエネルギーを増
大させ、これにより閾値電流を下げレーザ発振波長を短
くすることが必要である。ＺｎＭｇＳＳｅにおけるＳお
よびＭｇの割合を変えることによりそのバンドギャップ
を増大させることは可能であるが、これには必要なＳお
よびＭｇの量が非常に多くなるため、結晶構造がＭｇＳ
に類似してくる。この結果、ＭｇＳの安定結晶構造は岩
塩構造であるため、結晶品質が劣化する。従って、結晶
品質の観点から、ＺｎＭｇＳＳｅにおけるＳおよびＭｇ
の組成には上限がある。しかし、この上限は、超格子構
造を用いることで、岩塩構造ではなく閃亜鉛鉱構造を有
するＭｇＳ膜を成長させることにより無効とすることが
できる。ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦ｙ≦１）の膜厚が十分に
薄ければ、閃亜鉛鉱構造のＭｇＳyＳｅ1-yをＺｎＳxＳ
ｅ1-x（０≦ｘ≦１）上に成長させ得、また、ＭｇＳyＳ
ｅ1-y層上に上部ＺｎＳxＳｅ1-x層を成長させれば、Ｍ
ｇＳyＳｅ1-y層の閃亜鉛鉱構造は安定する。これらの層
は積層して形成され、層間のバンド不連続により、図３
に示すように、理論上の最大バンド不連続値、ΔＥｃ
（伝導帯エネルギー変化）が０〜１１１５ｍｅＶ、およ
びΔＥｖ（価電子帯エネルギー変化）が０〜７３６ｍｅ
Ｖとなる超格子が形成され得る。図３は、価電子帯での
２つのエネルギー準位を示す。これらの準位はライトホ
ール（ｌｈ）およびヘビーホール（ｈｈ）に関連する。
イド領域あるいはバリヤとクラッド領域とによって形成
される閉じ込めバリヤのバンドギャップエネルギーを増
大させ、これにより閾値電流を下げレーザ発振波長を短
くすることが必要である。ＺｎＭｇＳＳｅにおけるＳお
よびＭｇの割合を変えることによりそのバンドギャップ
を増大させることは可能であるが、これには必要なＳお
よびＭｇの量が非常に多くなるため、結晶構造がＭｇＳ
に類似してくる。この結果、ＭｇＳの安定結晶構造は岩
塩構造であるため、結晶品質が劣化する。従って、結晶
品質の観点から、ＺｎＭｇＳＳｅにおけるＳおよびＭｇ
の組成には上限がある。しかし、この上限は、超格子構
造を用いることで、岩塩構造ではなく閃亜鉛鉱構造を有
するＭｇＳ膜を成長させることにより無効とすることが
できる。ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦ｙ≦１）の膜厚が十分に
薄ければ、閃亜鉛鉱構造のＭｇＳyＳｅ1-yをＺｎＳxＳ
ｅ1-x（０≦ｘ≦１）上に成長させ得、また、ＭｇＳyＳ
ｅ1-y層上に上部ＺｎＳxＳｅ1-x層を成長させれば、Ｍ
ｇＳyＳｅ1-y層の閃亜鉛鉱構造は安定する。これらの層
は積層して形成され、層間のバンド不連続により、図３
に示すように、理論上の最大バンド不連続値、ΔＥｃ
（伝導帯エネルギー変化）が０〜１１１５ｍｅＶ、およ
びΔＥｖ（価電子帯エネルギー変化）が０〜７３６ｍｅ
Ｖとなる超格子が形成され得る。図３は、価電子帯での
２つのエネルギー準位を示す。これらの準位はライトホ
ール（ｌｈ）およびヘビーホール（ｈｈ）に関連する。
【００６１】交互に積層された第１および第２の半導体
層を有する構造内で、層厚が薄くなるときミニバンドが
形成される。ミニバンドの形成は、「矩形井戸」または
「ボックス内の粒子」として知られる量子力学問題の多
重解法の重ね合わせとして考えられ得る。要約すれば、
「矩形井戸」の問題は、幅Ｌｚ（０からＬｚまで延び
る）の無限の深さの井戸に対して、シュレディンガー方
程式、
層を有する構造内で、層厚が薄くなるときミニバンドが
形成される。ミニバンドの形成は、「矩形井戸」または
「ボックス内の粒子」として知られる量子力学問題の多
重解法の重ね合わせとして考えられ得る。要約すれば、
「矩形井戸」の問題は、幅Ｌｚ（０からＬｚまで延び
る）の無限の深さの井戸に対して、シュレディンガー方
程式、
【００６２】
【数２】
【００６３】を解くことを意味する。この解法では、境
界条件としては、波動関数が井戸の端部でゼロになる。
従って、解は、
界条件としては、波動関数が井戸の端部でゼロになる。
従って、解は、
【００６４】
【数３】
【００６５】で与えられる。だだし、ｍは粒子の有効質
量、ｈはプランク定数／２π、Ψは量子波動関数であ
り、またＺがボックス内の位置であるとき
量、ｈはプランク定数／２π、Ψは量子波動関数であ
り、またＺがボックス内の位置であるとき
【００６６】
【数４】
【００６７】である。
【００６８】しかし、井戸の高さが有限になると、波動
関数は井戸の閉じ込めより外側に非ゼロ値を取り得る。
さらに、この解は、偶数（対称）解および奇数（非対
称）解の両方を含む。
関数は井戸の閉じ込めより外側に非ゼロ値を取り得る。
さらに、この解は、偶数（対称）解および奇数（非対
称）解の両方を含む。
【００６９】−Ｌ／２から＋Ｌ／２まで延びる井戸のた
めの有限井戸方程式による解は、井戸内に
めの有限井戸方程式による解は、井戸内に
【００７０】
【数５】
【００７１】に近似する偶数解、および井戸内に
【００７２】
【数６】
【００７３】に近似する非対称解を与える。各解はま
た、井戸の外側に延びる減衰波を有する。
た、井戸の外側に延びる減衰波を有する。
【００７４】有限の矩形井戸のエネルギー準位は、無限
に深い井戸の解の対応する準位に類似するが、これより
僅かに低い。
に深い井戸の解の対応する準位に類似するが、これより
僅かに低い。
【００７５】図４は、ＺｎＳｅ層およびＭｇＳ層を交互
に積層することによって形成される一連の井戸の１つで
ある、有限井戸内のホールの最初の３つのエネルギー準
位（この図のＥ1、Ｅ2、Ｅ3の３つのエネルギー準位）
に対する、シュレディンガー方程式への解を示す。厚さ
は、結晶の分子層厚によって測定される（１分子層の厚
さは、ほぼ２．８２ナに等しい）。井戸およびバリヤの
厚さは実質的には同一である。
に積層することによって形成される一連の井戸の１つで
ある、有限井戸内のホールの最初の３つのエネルギー準
位（この図のＥ1、Ｅ2、Ｅ3の３つのエネルギー準位）
に対する、シュレディンガー方程式への解を示す。厚さ
は、結晶の分子層厚によって測定される（１分子層の厚
さは、ほぼ２．８２ナに等しい）。井戸およびバリヤの
厚さは実質的には同一である。
【００７６】井戸およびバリア層の幅が厚く、隣接する
井戸からの減衰波動関数の値が実質的にゼロであると
き、各井戸は隣接する井戸から効果的に分離される。井
戸およびバリヤの幅の減少により、Ｅｎは井戸の幅に反
比例することから予期され得るように、解のエネルギー
準位は上昇する。井戸およびバリヤの幅がさらに減少す
ると、他の井戸の減衰波動関数（これの対称および非対
称解は異なる値を有する）が、井戸内に有意の非ゼロ値
を有し始め、これにより、エネルギーレベル解が一連の
値に分割される。一連の量子井戸の形成の結果、エネル
ギー準位は、図４の斜線領域によって示されるように、
バンド内に連続体を形成する。
井戸からの減衰波動関数の値が実質的にゼロであると
き、各井戸は隣接する井戸から効果的に分離される。井
戸およびバリヤの幅の減少により、Ｅｎは井戸の幅に反
比例することから予期され得るように、解のエネルギー
準位は上昇する。井戸およびバリヤの幅がさらに減少す
ると、他の井戸の減衰波動関数（これの対称および非対
称解は異なる値を有する）が、井戸内に有意の非ゼロ値
を有し始め、これにより、エネルギーレベル解が一連の
値に分割される。一連の量子井戸の形成の結果、エネル
ギー準位は、図４の斜線領域によって示されるように、
バンド内に連続体を形成する。
【００７７】図５は、ＺｎＳｅ４分子層およびＭｇＳ２
分子層を１０周期繰り返したひずみ超格子内のヘビーホ
ールの、透過率対エネルギーを示す。透過率は０．９ま
で高くなる。
分子層を１０周期繰り返したひずみ超格子内のヘビーホ
ールの、透過率対エネルギーを示す。透過率は０．９ま
で高くなる。
【００７８】上述のように、青色光を生成させるために
は、閉じ込めバリヤ領域のバンドギャップエネルギーを
増大させることが必要である。ＺｎＭｇＳＳｅのバンド
ギャップエネルギーが増大すると共に、アクセプタ濃度
（Ｎａ−Ｎｄ）が急激に減少するため、伝導性が高くか
つバンドギャップエネルギーが大きいＺｎＭｇＳＳｅ膜
を得るのは困難である。変調ドーピングによりこれらの
問題を解決し得る。しかも、本発明では、超格子の周期
が十分小さいためミニバンドを形成することができ、キ
ャリヤはミニバンドを通って移動するため（図６）、ホ
ッピング（図２）伝導に比して良好なキャリヤ輸送（伝
導）が可能となる。超格子の周期は、ミニバンドを形成
するのに十分な薄さ、例えば、ｄを厚さとすると、ｄ
ZnSe＝ｄMgSであるとき、６分子層より少ない厚さとす
べきである。
は、閉じ込めバリヤ領域のバンドギャップエネルギーを
増大させることが必要である。ＺｎＭｇＳＳｅのバンド
ギャップエネルギーが増大すると共に、アクセプタ濃度
（Ｎａ−Ｎｄ）が急激に減少するため、伝導性が高くか
つバンドギャップエネルギーが大きいＺｎＭｇＳＳｅ膜
を得るのは困難である。変調ドーピングによりこれらの
問題を解決し得る。しかも、本発明では、超格子の周期
が十分小さいためミニバンドを形成することができ、キ
ャリヤはミニバンドを通って移動するため（図６）、ホ
ッピング（図２）伝導に比して良好なキャリヤ輸送（伝
導）が可能となる。超格子の周期は、ミニバンドを形成
するのに十分な薄さ、例えば、ｄを厚さとすると、ｄ
ZnSe＝ｄMgSであるとき、６分子層より少ない厚さとす
べきである。
【００７９】図６は、本発明の第１の実施例を構成する
半導体素子内のエネルギー準位の概略図である。この準
位図は、バリヤ１２によって形成される複数の量子井戸
１０が存在することにおいては、図２に示す図に類似す
る。しかし、これらには２つの顕著な相違がある。第１
の相違は、ミニバンド１８を有する超格子領域１３が形
成されるように、量子井戸１０およびバリヤ１２が薄く
されていることである（この特徴は図示されていな
い）。第２の相違は、ミニバンド１８へのホールの注入
およびミニバンド１８から素子の活性領域２へのホール
の注入のための、関連するホールのエネルギー準位に関
する条件が満たされているということである。ミニバン
ド１８のエネルギーが、超格子領域１３と共に本実施例
のクラッド領域４からなる注入領域２０のエネルギー準
位と同じであるかまたはこれに十分に近い場合、ホール
注入条件は満たされる。ミニバンド１８の最小エネルギ
ー準位２１が、超格子領域１３と素子の活性領域２との
間に位置するガイド領域３の価電子帯のエネルギー準位
より大きいかまたはこれと同じである場合、ホール注入
条件は満たされる。これでホールは注入領域２０からミ
ニバンド１８を経て活性領域２へと通過し得る。
半導体素子内のエネルギー準位の概略図である。この準
位図は、バリヤ１２によって形成される複数の量子井戸
１０が存在することにおいては、図２に示す図に類似す
る。しかし、これらには２つの顕著な相違がある。第１
の相違は、ミニバンド１８を有する超格子領域１３が形
成されるように、量子井戸１０およびバリヤ１２が薄く
されていることである（この特徴は図示されていな
い）。第２の相違は、ミニバンド１８へのホールの注入
およびミニバンド１８から素子の活性領域２へのホール
の注入のための、関連するホールのエネルギー準位に関
する条件が満たされているということである。ミニバン
ド１８のエネルギーが、超格子領域１３と共に本実施例
のクラッド領域４からなる注入領域２０のエネルギー準
位と同じであるかまたはこれに十分に近い場合、ホール
注入条件は満たされる。ミニバンド１８の最小エネルギ
ー準位２１が、超格子領域１３と素子の活性領域２との
間に位置するガイド領域３の価電子帯のエネルギー準位
より大きいかまたはこれと同じである場合、ホール注入
条件は満たされる。これでホールは注入領域２０からミ
ニバンド１８を経て活性領域２へと通過し得る。
【００８０】領域３より大きいかまたはこれに等しい、
および領域２０に等しいかまたはこれより小さい最小エ
ネルギー準位を有するようなミニバンド１８の形成は、
超格子のバリヤ１２が、素子の活性領域２より大きいバ
ンドギャップを有する半導体材料よりなることを必要と
する。ミニバンド１８のエネルギーが、注入領域２０の
エネルギーより僅かに大きい場合でも、ホールは熱によ
りミニバンドの方へ注入され得る。
および領域２０に等しいかまたはこれより小さい最小エ
ネルギー準位を有するようなミニバンド１８の形成は、
超格子のバリヤ１２が、素子の活性領域２より大きいバ
ンドギャップを有する半導体材料よりなることを必要と
する。ミニバンド１８のエネルギーが、注入領域２０の
エネルギーより僅かに大きい場合でも、ホールは熱によ
りミニバンドの方へ注入され得る。
【００８１】図７の実施例では、ミニバンド１８を有す
る超格子領域１３は、ガイド領域３とクラッド領域４と
の間に組み込まれ得る。クラッド領域は、本実施例で
は、ホールをミニバンド１８に注入する注入領域２０に
よって形成される。ＬＥＤ素子では、このようなガイド
領域３は省略され、超格子領域１３自体が活性領域２の
ためのキャリヤ閉じ込めバリヤを形成する。このような
場合には、ミニバンド１８の最小エネルギー準位が閉じ
込めバリヤのエネルギー準位に等しい。
る超格子領域１３は、ガイド領域３とクラッド領域４と
の間に組み込まれ得る。クラッド領域は、本実施例で
は、ホールをミニバンド１８に注入する注入領域２０に
よって形成される。ＬＥＤ素子では、このようなガイド
領域３は省略され、超格子領域１３自体が活性領域２の
ためのキャリヤ閉じ込めバリヤを形成する。このような
場合には、ミニバンド１８の最小エネルギー準位が閉じ
込めバリヤのエネルギー準位に等しい。
【００８２】図８の実施例では、ミニバンド１８を有す
る超格子領域１３は、クラッド領域４内に形成される。
ＬＥＤ素子では、ガイド領域３は省略され、クラッド領
域４が活性領域２のためのキャリヤ閉じ込めバリヤを形
成する。このような場合には、ミニバンド１８の最小エ
ネルギー準位は、閉じ込めバリヤのエネルギー準位に等
しい。
る超格子領域１３は、クラッド領域４内に形成される。
ＬＥＤ素子では、ガイド領域３は省略され、クラッド領
域４が活性領域２のためのキャリヤ閉じ込めバリヤを形
成する。このような場合には、ミニバンド１８の最小エ
ネルギー準位は、閉じ込めバリヤのエネルギー準位に等
しい。
【００８３】図９の実施例では、素子は、ミニバンド１
８を有する超格子領域１３がガイド領域３とクラッド領
域４との間に組み込まれている点において、図７の素子
に類似する。しかし、本実施例では、活性領域２は、バ
リヤ２ｂによって分離される多数の量子井戸２ａによっ
て形成されるＭＱＷからなる。ホール注入が有効に行わ
れる条件は、ミニバンド１８の最小エネルギー準位２１
がバリヤ２ｂのエネルギー準位より大きいかまたはこれ
に等しいことである。
８を有する超格子領域１３がガイド領域３とクラッド領
域４との間に組み込まれている点において、図７の素子
に類似する。しかし、本実施例では、活性領域２は、バ
リヤ２ｂによって分離される多数の量子井戸２ａによっ
て形成されるＭＱＷからなる。ホール注入が有効に行わ
れる条件は、ミニバンド１８の最小エネルギー準位２１
がバリヤ２ｂのエネルギー準位より大きいかまたはこれ
に等しいことである。
【００８４】図１０の実施例では、素子は、ミニバンド
１８を有する超格子領域１３がガイド領域３とクラッド
領域４との間に組み込まれている点において、図７の素
子に類似する。しかし、本実施例では、超格子領域１３
の井戸１０を形成するバルク材料のエネルギー準位は、
活性領域２のエネルギー準位より小さい。
１８を有する超格子領域１３がガイド領域３とクラッド
領域４との間に組み込まれている点において、図７の素
子に類似する。しかし、本実施例では、超格子領域１３
の井戸１０を形成するバルク材料のエネルギー準位は、
活性領域２のエネルギー準位より小さい。
【００８５】図１１は、複数のＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体のバンドギャップエネルギーおよび格子定数を示す。
ＺｎＳｅおよびＭｇＳの格子定数は、各々、５．６６８
１ナおよび５．６２ナであり、これらはＧａＡｓ基板
（５．６５３ナ）にほぼ格子整合される。ＺｎＳｅの格
子定数はＧａＡｓの格子定数より僅かに大きく、ＭｇＳ
の格子定数はＧａＡｓの格子定数より僅かに小さい。従
って、ＺｎＳｅ−ＭｇＳ超格子の内部応力は、層厚を適
切に選択することによってゼロに等しくされ得る。ｄ
ZnSe＝２ｄMgSであるとき、応力はほぼ完全に相殺され
る。さらに、ＺｎＳxＳｅ1-x−ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦
ｘ，ｙ≦１）におけるｘおよびｙの適切な組成を選択す
ることによって、超格子はＧａＡｓに完全に格子整合し
得る。また、ひずみの均衡した適当な組成物の混晶を用
いると、ＺｎＳxＳｅ1-x−ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦ｘ，ｙ
≦１）超格子の内部応力はほとんどゼロに等しくなり得
る。
体のバンドギャップエネルギーおよび格子定数を示す。
ＺｎＳｅおよびＭｇＳの格子定数は、各々、５．６６８
１ナおよび５．６２ナであり、これらはＧａＡｓ基板
（５．６５３ナ）にほぼ格子整合される。ＺｎＳｅの格
子定数はＧａＡｓの格子定数より僅かに大きく、ＭｇＳ
の格子定数はＧａＡｓの格子定数より僅かに小さい。従
って、ＺｎＳｅ−ＭｇＳ超格子の内部応力は、層厚を適
切に選択することによってゼロに等しくされ得る。ｄ
ZnSe＝２ｄMgSであるとき、応力はほぼ完全に相殺され
る。さらに、ＺｎＳxＳｅ1-x−ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦
ｘ，ｙ≦１）におけるｘおよびｙの適切な組成を選択す
ることによって、超格子はＧａＡｓに完全に格子整合し
得る。また、ひずみの均衡した適当な組成物の混晶を用
いると、ＺｎＳxＳｅ1-x−ＭｇＳyＳｅ1-y（０≦ｘ，ｙ
≦１）超格子の内部応力はほとんどゼロに等しくなり得
る。
【００８６】基板に完全い格子整合、もしくは、内部応
力を超格子内でバランスさせ、ゼロに等しくすること
で、高品質の超格子構造ならびに超格子部分を含む素子
構造を作製することができる。
力を超格子内でバランスさせ、ゼロに等しくすること
で、高品質の超格子構造ならびに超格子部分を含む素子
構造を作製することができる。
【００８７】化合物ＺｎＳxＳｅ1-xおよびＭｇＳyＳｅ
1-yのなかで、ＺｎＳｅ（ｘ＝０）およびＭｇＳ（ｙ＝
１）は２元化合物であり、従って、最も高い組成制御性
を有する。また、ＺｎＳxＳｅ1-xおよびＭｇＳyＳｅ1-y
は、ＺｎＭｇＳＳｅ４元化合物と比較すれば大きい組成
制御性を有する。
1-yのなかで、ＺｎＳｅ（ｘ＝０）およびＭｇＳ（ｙ＝
１）は２元化合物であり、従って、最も高い組成制御性
を有する。また、ＺｎＳxＳｅ1-xおよびＭｇＳyＳｅ1-y
は、ＺｎＭｇＳＳｅ４元化合物と比較すれば大きい組成
制御性を有する。
【００８８】超格子を組み込んだ素子の特性を調べるた
めに、一連の実験を行った。
めに、一連の実験を行った。
【００８９】先ず、ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子のホ
トルミネセンス（ＰＬ）スペクトルのＭｇＳバリヤ層厚
依存性を調べた。ひずみ超格子を、以下の成長条件、す
なわち、ＧａＡｓ基板、基板温度２７５℃、Ｚｎ、Ｓ
ｅ、Ｍｇ、およびＳのビーム等価圧力が各々６×１
０-7、１．４×１０-6、１．０×１０-7、および２×１
０-7Ｔｏｒｒの条件下で、分子線エピタキシによって成
長させた。
トルミネセンス（ＰＬ）スペクトルのＭｇＳバリヤ層厚
依存性を調べた。ひずみ超格子を、以下の成長条件、す
なわち、ＧａＡｓ基板、基板温度２７５℃、Ｚｎ、Ｓ
ｅ、Ｍｇ、およびＳのビーム等価圧力が各々６×１
０-7、１．４×１０-6、１．０×１０-7、および２×１
０-7Ｔｏｒｒの条件下で、分子線エピタキシによって成
長させた。
【００９０】図１２は、１５秒のＺｎＳｅ成長時間を示
し、ならびに各々、この図の１２ａは１０秒、この図の
１２ｂは２０秒、およびこの図の１２ｃは３０秒のＭｇ
Ｓ成長時間にて作製したＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子
の７７ＫでのＰＬスペクトルを示す。量子化エネルギー
準位による発光のピークエネルギーは、各々、（ａ）
３．１９ｅＶ、（ｂ）３．３１ｅＶ、および（ｃ）３．
３９ｅＶであった。ひずみ超格子のすべてとＺｎＳｅと
の間のバンドギャップエネルギー差は０．３ｅＶより大
きく、このことは、これらのひずみ超格子がクラッド領
域または閉じ込めバリヤ領域として有望であることを意
味する。
し、ならびに各々、この図の１２ａは１０秒、この図の
１２ｂは２０秒、およびこの図の１２ｃは３０秒のＭｇ
Ｓ成長時間にて作製したＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子
の７７ＫでのＰＬスペクトルを示す。量子化エネルギー
準位による発光のピークエネルギーは、各々、（ａ）
３．１９ｅＶ、（ｂ）３．３１ｅＶ、および（ｃ）３．
３９ｅＶであった。ひずみ超格子のすべてとＺｎＳｅと
の間のバンドギャップエネルギー差は０．３ｅＶより大
きく、このことは、これらのひずみ超格子がクラッド領
域または閉じ込めバリヤ領域として有望であることを意
味する。
【００９１】第２の実験では、ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ
超格子のＰＬスペクトルの、ＺｎＳｅ井戸層厚依存性を
調べた。ひずみ超格子を、以下の成長条件、すなわち、
ＧａＡｓ基板、基板温度２７５℃、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、
およびＳのビーム等価圧力が各々８×１０-7、１．８×
１０-6、１．０×１０-7、および２×１０-7Ｔｏｒｒの
条件下で、分子線エピタキシによって成長させた。
超格子のＰＬスペクトルの、ＺｎＳｅ井戸層厚依存性を
調べた。ひずみ超格子を、以下の成長条件、すなわち、
ＧａＡｓ基板、基板温度２７５℃、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、
およびＳのビーム等価圧力が各々８×１０-7、１．８×
１０-6、１．０×１０-7、および２×１０-7Ｔｏｒｒの
条件下で、分子線エピタキシによって成長させた。
【００９２】図１３は、１０秒のＭｇＳ成長時間を示
し、この図の１３ａでは１０秒およびこの図の１３ｂで
は２０秒のＺｎＳｅ成長時間を有するＺｎＳｅ−ＭｇＳ
ひずみ超格子の７７ＫでのＰＬスペクトルを示す。量子
化エネルギー準位による発光のピークエネルギーは、各
々、（ａ）３．２０ｅＶおよび（ｂ）２．９８ｅＶであ
った。より薄いＺｎＳｅ井戸層厚を有するひずみ超格子
（図１３ａ）とＺｎＳｅとの間のバンドギャップエネル
ギー差は０．３ｅＶより大であり、これは、より薄いＺ
ｎＳｅ井戸層厚を有するひずみ超格子がクラッド領域ま
たは閉じ込めバリヤ領域としてより有望であることを意
味する。
し、この図の１３ａでは１０秒およびこの図の１３ｂで
は２０秒のＺｎＳｅ成長時間を有するＺｎＳｅ−ＭｇＳ
ひずみ超格子の７７ＫでのＰＬスペクトルを示す。量子
化エネルギー準位による発光のピークエネルギーは、各
々、（ａ）３．２０ｅＶおよび（ｂ）２．９８ｅＶであ
った。より薄いＺｎＳｅ井戸層厚を有するひずみ超格子
（図１３ａ）とＺｎＳｅとの間のバンドギャップエネル
ギー差は０．３ｅＶより大であり、これは、より薄いＺ
ｎＳｅ井戸層厚を有するひずみ超格子がクラッド領域ま
たは閉じ込めバリヤ領域としてより有望であることを意
味する。
【００９３】次に、Ｃｌをドープしたひずみ超格子を成
長させた。２つの異なる型のＣｌドープひずみ超格子を
図１４および図１５に示す。
長させた。２つの異なる型のＣｌドープひずみ超格子を
図１４および図１５に示す。
【００９４】図１４に示す素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板３
０上面にｎ型ＺｎＳｅバッファ層３２を備えている。こ
のバッファ層３２の上にアンドープＺｎＳｅ−ＭｇＳひ
ずみ超格子３４が形成され、ひずみ超格子３４の上にｎ
型ＺｎＳｅキャップ層３６（およびバッファ層）が形成
される。これはｎ−ｉ−ｎ（ＣｌドープＺｎＳｅ、アン
ドープ超格子、ＣｌドープＺｎＳｅ）構造を形成する。
ひずみ超格子３４は、基板温度２７５℃、Ｚｎ、Ｓｅ、
Ｍｇ、およびＳのビーム等価圧力が各々８×１０-7、
１．８×１０-6、１．０×１０-7、および２×１０-7Ｔ
ｏｒｒ、ならびにＺｎＣｌ2のＫセル温度が１４７℃の
条件下で、分子線エピタキシによって成長させた。イン
ジウム電極３８を基板１の裏面に形成し、また半径２０
０μｍの別のインジウム電極４０を真空蒸着によりキャ
ップ層３６の上に形成する。
０上面にｎ型ＺｎＳｅバッファ層３２を備えている。こ
のバッファ層３２の上にアンドープＺｎＳｅ−ＭｇＳひ
ずみ超格子３４が形成され、ひずみ超格子３４の上にｎ
型ＺｎＳｅキャップ層３６（およびバッファ層）が形成
される。これはｎ−ｉ−ｎ（ＣｌドープＺｎＳｅ、アン
ドープ超格子、ＣｌドープＺｎＳｅ）構造を形成する。
ひずみ超格子３４は、基板温度２７５℃、Ｚｎ、Ｓｅ、
Ｍｇ、およびＳのビーム等価圧力が各々８×１０-7、
１．８×１０-6、１．０×１０-7、および２×１０-7Ｔ
ｏｒｒ、ならびにＺｎＣｌ2のＫセル温度が１４７℃の
条件下で、分子線エピタキシによって成長させた。イン
ジウム電極３８を基板１の裏面に形成し、また半径２０
０μｍの別のインジウム電極４０を真空蒸着によりキャ
ップ層３６の上に形成する。
【００９５】図１５は、図１４に示す素子に類似する
が、アンドープＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子３４がｎ
型ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子４２に置き換わり、こ
れにより、ｎ−ｎ−ｎ（ＣｌドープＺｎＳｅ、Ｃｌドー
プ超格子、ＣｌドープＺｎＳｅ）構造が形成される。
が、アンドープＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子３４がｎ
型ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子４２に置き換わり、こ
れにより、ｎ−ｎ−ｎ（ＣｌドープＺｎＳｅ、Ｃｌドー
プ超格子、ＣｌドープＺｎＳｅ）構造が形成される。
【００９６】図１６の１６ａは図１３に示す素子のＰＬ
スペクトルを示す。図１６の１６ｂは図１４に示す素子
のＰＬスペクトルを示す。両素子共に、量子化エネルギ
ー準位からの発光による３．２１ｅＶのピークエネルギ
ーを示す。
スペクトルを示す。図１６の１６ｂは図１４に示す素子
のＰＬスペクトルを示す。両素子共に、量子化エネルギ
ー準位からの発光による３．２１ｅＶのピークエネルギ
ーを示す。
【００９７】図１７は、図１４および図１５に示す素子
の電流−電圧特性を示す。ラインＡは図１４に示す素子
に関し、ラインＢは図１５に示す素子に関する。図示す
るように、図１５のｎ−ｎ−ｎ構造は、図１４に示すｎ
−ｉ−ｎ構造より良好な電流の流れを示す。これは、Ｃ
ｌドーピングがひずみ超格子内で効率的に働くことを示
している。
の電流−電圧特性を示す。ラインＡは図１４に示す素子
に関し、ラインＢは図１５に示す素子に関する。図示す
るように、図１５のｎ−ｎ−ｎ構造は、図１４に示すｎ
−ｉ−ｎ構造より良好な電流の流れを示す。これは、Ｃ
ｌドーピングがひずみ超格子内で効率的に働くことを示
している。
【００９８】窒素をドープしたひずみ超格子を有する別
の２つの素子も作製した。図１８に示す素子は、上部に
ｐ型ＺｎＳｅバッファ層５２を形成したｐ型ＧａＡｓ基
板５０を有する。層５２の上にアンドープＺｎＳｅ−Ｍ
ｇＳひずみ超格子３４が形成され、層３４の上にｐ型Ｚ
ｎＳｅキャップ層５４が形成される。ひずみ超格子３４
は以下の条件、すなわち、基板温度２７５℃、Ｚｎ、Ｓ
ｅ、Ｍｇ、およびＳのビーム等価圧力が各々８×１
０-7、１．８×１０-6、１．０×１０-7、および２×１
０-7Ｔｏｒｒの条件下で、分子線エピタキシによって成
長させた。これにより、ｐ−ｉ−ｐ（ＮドープＺｎＳ
ｅ、アンドープ超格子、ＮドープＺｎＳｅ）構造が形成
される。窒素のドーピングは、入力パワー２５０Ｗおよ
びバックグラウンド圧力４．２×１０-7Ｔｏｒｒのラジ
カルなドーピング方法によって行われた。
の２つの素子も作製した。図１８に示す素子は、上部に
ｐ型ＺｎＳｅバッファ層５２を形成したｐ型ＧａＡｓ基
板５０を有する。層５２の上にアンドープＺｎＳｅ−Ｍ
ｇＳひずみ超格子３４が形成され、層３４の上にｐ型Ｚ
ｎＳｅキャップ層５４が形成される。ひずみ超格子３４
は以下の条件、すなわち、基板温度２７５℃、Ｚｎ、Ｓ
ｅ、Ｍｇ、およびＳのビーム等価圧力が各々８×１
０-7、１．８×１０-6、１．０×１０-7、および２×１
０-7Ｔｏｒｒの条件下で、分子線エピタキシによって成
長させた。これにより、ｐ−ｉ−ｐ（ＮドープＺｎＳ
ｅ、アンドープ超格子、ＮドープＺｎＳｅ）構造が形成
される。窒素のドーピングは、入力パワー２５０Ｗおよ
びバックグラウンド圧力４．２×１０-7Ｔｏｒｒのラジ
カルなドーピング方法によって行われた。
【００９９】インジウム電極３８を基板５０裏面に形成
し、半径２００μｍの金電極５６をキャップ層５４の上
に形成する。
し、半径２００μｍの金電極５６をキャップ層５４の上
に形成する。
【０１００】図１９に示す素子は、図１８に示す素子に
類似するが、アンドープひずみ超格子３４がｐ型ＺｎＳ
ｅ−ＭｇＳひずみ超格子５８に置き換わり、これによ
り、ｐ−ｐ−ｐ（ＮドープＺｎＳｅ、Ｎドープ超格子、
ＮドープＺｎＳｅ）構造が形成される。
類似するが、アンドープひずみ超格子３４がｐ型ＺｎＳ
ｅ−ＭｇＳひずみ超格子５８に置き換わり、これによ
り、ｐ−ｐ−ｐ（ＮドープＺｎＳｅ、Ｎドープ超格子、
ＮドープＺｎＳｅ）構造が形成される。
【０１０１】図２０の２０ａは、図１８に示す素子の７
７ＫでのＰＬスペクトルを示す。図２０の２０ｂは、図
１９に示す素子の７７ＫでのＰＬスペクトルを示す。両
素子共に、量子化エネルギー準位からの発光により３．
２１ｅＶのピークエネルギー準位を示した。
７ＫでのＰＬスペクトルを示す。図２０の２０ｂは、図
１９に示す素子の７７ＫでのＰＬスペクトルを示す。両
素子共に、量子化エネルギー準位からの発光により３．
２１ｅＶのピークエネルギー準位を示した。
【０１０２】図２１は、図１８および図１９に示した素
子の電流−電圧特性を示す。ラインＡは図１８に示す素
子に関し、ラインＢは図１９に示す素子に関する。図の
ように、図１９に示すｐドープひずみ超格子５８を有す
る素子は、図１８に示す素子に比べて、電流の流れが向
上している。これは、Ｎドーピングがひずみ超格子内で
効率的に働くことを示している。
子の電流−電圧特性を示す。ラインＡは図１８に示す素
子に関し、ラインＢは図１９に示す素子に関する。図の
ように、図１９に示すｐドープひずみ超格子５８を有す
る素子は、図１８に示す素子に比べて、電流の流れが向
上している。これは、Ｎドーピングがひずみ超格子内で
効率的に働くことを示している。
【０１０３】上記の結果は、ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超
格子がクラッド層またはキャリヤバリヤ層として有望で
あることを示す。
格子がクラッド層またはキャリヤバリヤ層として有望で
あることを示す。
【０１０４】次に、図２２に示すレーザは、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板３０上部にｎ型ＺｎＳｅクラッド層６０を備えて
いる。ｎ型ＺｎＳｅクラッド層６０の上にはＺｎ0.8Ｃ
ｄ0.2Ｓｅ活性層６２が配置され、活性層６２の上には
ｐ型ＺｎＳｅクラッド層６４が形成される。最後に、ｐ
型クラッド層６４の上にｐ型コンタクト層６６が形成さ
れる。インジウム電極３８が基板３０と接触して形成さ
れ、５μｍ幅の金電極６８がｐ型コンタクト層６６と接
触して形成される。ウェハを分割し、１ｍｍのキャビテ
ィ長を有するレーザチップを作製する。レーザはジャン
クションアップの配置で銅製ヒートシンク上に取り付け
られる。
ｓ基板３０上部にｎ型ＺｎＳｅクラッド層６０を備えて
いる。ｎ型ＺｎＳｅクラッド層６０の上にはＺｎ0.8Ｃ
ｄ0.2Ｓｅ活性層６２が配置され、活性層６２の上には
ｐ型ＺｎＳｅクラッド層６４が形成される。最後に、ｐ
型クラッド層６４の上にｐ型コンタクト層６６が形成さ
れる。インジウム電極３８が基板３０と接触して形成さ
れ、５μｍ幅の金電極６８がｐ型コンタクト層６６と接
触して形成される。ウェハを分割し、１ｍｍのキャビテ
ィ長を有するレーザチップを作製する。レーザはジャン
クションアップの配置で銅製ヒートシンク上に取り付け
られる。
【０１０５】次に図２３に示す第２のレーザは、図２２
のレーザと実質的に同一であるが、活性層６２とｐ型Ｚ
ｎＳｅクラッド層６４との間にｐ型ＺｎＳｅ−ＭｇＳひ
ずみ超格子５８が形成される点で異なる。超格子５８は
ミニバンドを含み、活性層６２に対するキャリヤ閉じ込
めバリヤを形成する。ミニバンドの最小エネルギー準位
はこのバリヤのエネルギー準位に等しい。
のレーザと実質的に同一であるが、活性層６２とｐ型Ｚ
ｎＳｅクラッド層６４との間にｐ型ＺｎＳｅ−ＭｇＳひ
ずみ超格子５８が形成される点で異なる。超格子５８は
ミニバンドを含み、活性層６２に対するキャリヤ閉じ込
めバリヤを形成する。ミニバンドの最小エネルギー準位
はこのバリヤのエネルギー準位に等しい。
【０１０６】図２２および図２３のレーザの電流対光出
力特性を、パルス幅が２ｍｓで１／５０００デューティ
サイクルのパルスモードで７７Ｋで測定した。レーザミ
ラーはへき開端面により形成され、第２のレーザ（図２
３）のひずみ超格子５８は、４分子層ＺｎＳｅと２分子
層ＭｇＳとを２０周期繰り返したものより構成された。
力特性を、パルス幅が２ｍｓで１／５０００デューティ
サイクルのパルスモードで７７Ｋで測定した。レーザミ
ラーはへき開端面により形成され、第２のレーザ（図２
３）のひずみ超格子５８は、４分子層ＺｎＳｅと２分子
層ＭｇＳとを２０周期繰り返したものより構成された。
【０１０７】これらレーザの電流対光強度特性を図２４
に示す。ひずみ超格子を有する第２のレーザ（図２３）
は１０ｍＡの閾値電流を示し、これは、ひずみ超格子の
ない同等のレーザの３分の１であった。これにより、Ｚ
ｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子は、電子のオーバフローを
抑制しまた良好なホール移動を促進するのに効果的であ
ることが分かる。レーザ発振波長は４９０ｎｍであっ
た。
に示す。ひずみ超格子を有する第２のレーザ（図２３）
は１０ｍＡの閾値電流を示し、これは、ひずみ超格子の
ない同等のレーザの３分の１であった。これにより、Ｚ
ｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子は、電子のオーバフローを
抑制しまた良好なホール移動を促進するのに効果的であ
ることが分かる。レーザ発振波長は４９０ｎｍであっ
た。
【０１０８】次に、図２５に示す第３のレーザはｎ型Ｇ
ａＡｓ基板３０の上部にｎ型ＺｎＳｅバッファ層３２を
備えている。ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３２の上にはｎ型
ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層７０が配置され、クラッ
ド層の上にはｎ型ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子４２が
形成される。ひずみ超格子４２の上にはＺｎＳｅ活性層
７２が形成され、活性層の上にはｐ型ＺｎＳｅ−ＭｇＳ
ひずみ超格子５８が形成される。超格子４２および５８
の各々は活性層７２に対するキャリヤ閉じ込めバリヤを
形成し、各々がミニバンドを有する。ミニバンドの最小
エネルギーレベルは、バリヤのエネルギー準位に等し
い。ひずみ超格子５８の上にはｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93
クラッド層７４が形成され、最後に、クラッド層７４の
上にｐ型コンタクト層６６が形成される。インジウム電
極３８が基板３０裏面に形成され、ストライプ状の電極
６８がコンタクト層６６と接触して形成される。レーザ
は室温で４８０ｎｍより短いレーザ発振波長を示し、こ
れは７７Ｋでは４６０ｎｍより短い。これらレーザ発振
波長はＺｎＭｇＳＳｅ４元化合物を用いることによって
得ることは極めて困難である。
ａＡｓ基板３０の上部にｎ型ＺｎＳｅバッファ層３２を
備えている。ｎ型ＺｎＳｅバッファ層３２の上にはｎ型
ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93クラッド層７０が配置され、クラッ
ド層の上にはｎ型ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ超格子４２が
形成される。ひずみ超格子４２の上にはＺｎＳｅ活性層
７２が形成され、活性層の上にはｐ型ＺｎＳｅ−ＭｇＳ
ひずみ超格子５８が形成される。超格子４２および５８
の各々は活性層７２に対するキャリヤ閉じ込めバリヤを
形成し、各々がミニバンドを有する。ミニバンドの最小
エネルギーレベルは、バリヤのエネルギー準位に等し
い。ひずみ超格子５８の上にはｐ型ＺｎＳ0.07Ｓｅ0.93
クラッド層７４が形成され、最後に、クラッド層７４の
上にｐ型コンタクト層６６が形成される。インジウム電
極３８が基板３０裏面に形成され、ストライプ状の電極
６８がコンタクト層６６と接触して形成される。レーザ
は室温で４８０ｎｍより短いレーザ発振波長を示し、こ
れは７７Ｋでは４６０ｎｍより短い。これらレーザ発振
波長はＺｎＭｇＳＳｅ４元化合物を用いることによって
得ることは極めて困難である。
【０１０９】次に、図２６に示す第４のレーザは図２５
に示すレーザに類似するが、ｎ型クラッド層７０と活性
層７２との間に形成されたｎ型ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ
超格子４２が省略されている点で異なる。レーザ発振は
波長４４５ｎｍで７７Ｋで観察された。
に示すレーザに類似するが、ｎ型クラッド層７０と活性
層７２との間に形成されたｎ型ＺｎＳｅ−ＭｇＳひずみ
超格子４２が省略されている点で異なる。レーザ発振は
波長４４５ｎｍで７７Ｋで観察された。
【０１１０】図２５および図２６に示す素子では、ひず
み超格子構造は、４分子層のＺｎＳｅと２分子層のＭｇ
Ｓとを２０周期繰り返したものより構成された。
み超格子構造は、４分子層のＺｎＳｅと２分子層のＭｇ
Ｓとを２０周期繰り返したものより構成された。
【０１１１】傾斜屈折率（graded index）分離閉じ込め
ヘテロ構造（ＧＲＩＮＳＣＨ）レーザを作製した。素子
は図２７に示す構造を有し、図２５に示す素子の構造と
類似するが、活性領域７２の両側のひずみ超格子４２お
よび５８が、変調周期ひずみ超格子７６および７８に置
き換えられている点で異なる。変調周期ひずみ超格子の
井戸層およびバリヤ層の層厚比は、活性層の方向に変動
し、これにより、図２８に概略を示すように、グレーデ
ィッドなエネルギーバンドプロファイルが得られる。各
超格子４２および５８は、活性領域７２のためのキャリ
ヤ閉じ込めバリヤを示し、ミニバンドを含む（図２８に
は図示せず）。ミニバンドの最小エネルギー準位はバリ
ヤのエネルギー準位に等しい。１つの変形例では、超格
子は、ＧＲＩＮＳＣＨ構造の平坦なクラッド領域にあ
り、この超格子のミニバンドは、ＧＲＩＮＳＣＨ構造の
グレーディッド領域の最小エネルギー準位に等しいかま
たはこれより大きい。
ヘテロ構造（ＧＲＩＮＳＣＨ）レーザを作製した。素子
は図２７に示す構造を有し、図２５に示す素子の構造と
類似するが、活性領域７２の両側のひずみ超格子４２お
よび５８が、変調周期ひずみ超格子７６および７８に置
き換えられている点で異なる。変調周期ひずみ超格子の
井戸層およびバリヤ層の層厚比は、活性層の方向に変動
し、これにより、図２８に概略を示すように、グレーデ
ィッドなエネルギーバンドプロファイルが得られる。各
超格子４２および５８は、活性領域７２のためのキャリ
ヤ閉じ込めバリヤを示し、ミニバンドを含む（図２８に
は図示せず）。ミニバンドの最小エネルギー準位はバリ
ヤのエネルギー準位に等しい。１つの変形例では、超格
子は、ＧＲＩＮＳＣＨ構造の平坦なクラッド領域にあ
り、この超格子のミニバンドは、ＧＲＩＮＳＣＨ構造の
グレーディッド領域の最小エネルギー準位に等しいかま
たはこれより大きい。
【０１１２】図２９は、基板（図示せず）上に形成され
たＭｇ0.1ＺｎＳ0.14Ｓｅクラッド層９０を有するレー
ザのエネルギー準位図である。層９０の上に厚さ５００
ナのＺｎＳ0.06Ｓｅガイド層９２が形成され、さらに、
厚さ５０〜１００ナのＣｄ0.2ＺｎＳｅ活性層９４が形成
される。活性層９４は、ガイド層９２と同一の別のガイ
ド層９６によって覆われる。厚さ２００ナのＭｇ0.1Ｚｎ
Ｓ0.14Ｓｅクラッド層９８が、ガイド層９６と超格子１
００との間に光閉じ込め領域を提供する。クラッド層９
８と超格子１００とがクラッド領域を形成する。このよ
うなクラッド領域とガイド層９６とは、活性層９４に含
まれるキャリヤのための閉じ込めバリヤとして作用す
る。超格子１００は、厚さ５．６５ナのＭｇＳ層と厚さ
１１．１３ナのＺｎＳｅ層とを１０回繰り返したものよ
りなる。図２９は、このような素子の伝導帯の電子およ
び価電子帯のホールの相対エネルギー準位を示す。図２
９はまた、電子およびホールによって見られる、超格子
１００に形成された量子井戸の深さを示す。点線１０４
および１０６はミニバンド１０７の境界を概略的に示
し、ライン１０８は、バリヤを形成する半導体層中のア
クセプタエネルギー準位を示す。
たＭｇ0.1ＺｎＳ0.14Ｓｅクラッド層９０を有するレー
ザのエネルギー準位図である。層９０の上に厚さ５００
ナのＺｎＳ0.06Ｓｅガイド層９２が形成され、さらに、
厚さ５０〜１００ナのＣｄ0.2ＺｎＳｅ活性層９４が形成
される。活性層９４は、ガイド層９２と同一の別のガイ
ド層９６によって覆われる。厚さ２００ナのＭｇ0.1Ｚｎ
Ｓ0.14Ｓｅクラッド層９８が、ガイド層９６と超格子１
００との間に光閉じ込め領域を提供する。クラッド層９
８と超格子１００とがクラッド領域を形成する。このよ
うなクラッド領域とガイド層９６とは、活性層９４に含
まれるキャリヤのための閉じ込めバリヤとして作用す
る。超格子１００は、厚さ５．６５ナのＭｇＳ層と厚さ
１１．１３ナのＺｎＳｅ層とを１０回繰り返したものよ
りなる。図２９は、このような素子の伝導帯の電子およ
び価電子帯のホールの相対エネルギー準位を示す。図２
９はまた、電子およびホールによって見られる、超格子
１００に形成された量子井戸の深さを示す。点線１０４
および１０６はミニバンド１０７の境界を概略的に示
し、ライン１０８は、バリヤを形成する半導体層中のア
クセプタエネルギー準位を示す。
【０１１３】この素子を駆動させると、電子およびホー
ルは活性層９４によって形成される量子井戸内で再結合
する。ガイド層９２および９６は活性領域９４のための
バリヤ領域を形成し、層９２〜９６は素子内の光ガイド
層を形成する。光放射ならびに電子およびホールは、ク
ラッド層９０および９８ならびに超格子１００によって
閉じ込められる。電子はクラッド層９０に注入され、活
性層９４の方向に移動する。活性層９４を超えて移動す
る電子は、点線１０１で示す１７２ｍｅＶの効果的なバ
リヤを形成する超格子１００によって反射される。ホー
ルはヘビーホールミニバンド１０７に注入される。ホー
ルは次に活性層９４の方向に移動する。ホールのミニバ
ンド１０７内での移動は、超格子１００内の少なくとも
バリヤ層をドープすることによって向上する。Ｅａは、
ドーピングによってバリヤ層に注入されたアクセプタの
活性エネルギーを表す。従って、超格子１００は電子を
閉じ込めると共に、ホールの移動を向上させるように作
用する。
ルは活性層９４によって形成される量子井戸内で再結合
する。ガイド層９２および９６は活性領域９４のための
バリヤ領域を形成し、層９２〜９６は素子内の光ガイド
層を形成する。光放射ならびに電子およびホールは、ク
ラッド層９０および９８ならびに超格子１００によって
閉じ込められる。電子はクラッド層９０に注入され、活
性層９４の方向に移動する。活性層９４を超えて移動す
る電子は、点線１０１で示す１７２ｍｅＶの効果的なバ
リヤを形成する超格子１００によって反射される。ホー
ルはヘビーホールミニバンド１０７に注入される。ホー
ルは次に活性層９４の方向に移動する。ホールのミニバ
ンド１０７内での移動は、超格子１００内の少なくとも
バリヤ層をドープすることによって向上する。Ｅａは、
ドーピングによってバリヤ層に注入されたアクセプタの
活性エネルギーを表す。従って、超格子１００は電子を
閉じ込めると共に、ホールの移動を向上させるように作
用する。
【０１１４】図３０は、図２９を参照して述べた素子に
類似するレーザのエネルギー準位の図である。図３０の
レーザでは、超格子１００が、厚さ８．４７ナのＭｇ0.1
ＺｎＳ0.14Ｓｅ層と厚さ１４．３１ナのＭｇ0.4ＺｎＳ
0.4Ｓｅ層とを１０回繰り返したものよりなるｐドープ
超格子１０２に置き換えられている。これにより、超格
子のバンドギャップは図２９に示す素子に較べて小さく
なる。図３０に示す素子の機能は図２９に示す素子と同
様である。
類似するレーザのエネルギー準位の図である。図３０の
レーザでは、超格子１００が、厚さ８．４７ナのＭｇ0.1
ＺｎＳ0.14Ｓｅ層と厚さ１４．３１ナのＭｇ0.4ＺｎＳ
0.4Ｓｅ層とを１０回繰り返したものよりなるｐドープ
超格子１０２に置き換えられている。これにより、超格
子のバンドギャップは図２９に示す素子に較べて小さく
なる。図３０に示す素子の機能は図２９に示す素子と同
様である。
【０１１５】図３１は、図２９および図３０を参照して
述べた素子に構造が類似するレーザのエネルギー準位の
図である。図３１のレーザでは、活性層９４がＩｎ0.2
Ｇａ0.8Ｎよりなる量子井戸１１０または多量子井戸構
造に置き換えられ、ガイド領域１１２および１１４がＩ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなり、またクラッド層１１６およ
び１１８がＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる。超格子１００
は、厚さ１１．４ナのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と厚さ６．６
８ナのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層とを１０回繰り返したｐドー
プ超格子１２０に置き換えられている。図３１に示す素
子の機能は図２９に示す素子と同様である。
述べた素子に構造が類似するレーザのエネルギー準位の
図である。図３１のレーザでは、活性層９４がＩｎ0.2
Ｇａ0.8Ｎよりなる量子井戸１１０または多量子井戸構
造に置き換えられ、ガイド領域１１２および１１４がＩ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなり、またクラッド層１１６およ
び１１８がＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる。超格子１００
は、厚さ１１．４ナのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と厚さ６．６
８ナのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層とを１０回繰り返したｐドー
プ超格子１２０に置き換えられている。図３１に示す素
子の機能は図２９に示す素子と同様である。
【０１１６】図３２は、図３１を参照して述べた素子に
構造が類似するレーザのエネルギー準位の図である。図
３２のレーザでは、超格子１２０が、厚さ６．８４ナの
ＧａＮ層と厚さ４．５６５ナのＡｌＮ層とを１０回繰り
返したｐドープ超格子１２２に置き換えられている。こ
の超格子内のひずみは超格子の設計により均衡化され得
る。図３２に示す素子の機能は図２９に示す素子と同様
である。
構造が類似するレーザのエネルギー準位の図である。図
３２のレーザでは、超格子１２０が、厚さ６．８４ナの
ＧａＮ層と厚さ４．５６５ナのＡｌＮ層とを１０回繰り
返したｐドープ超格子１２２に置き換えられている。こ
の超格子内のひずみは超格子の設計により均衡化され得
る。図３２に示す素子の機能は図２９に示す素子と同様
である。
【０１１７】本発明の上記の実施例のいずれにおいて
も、活性層／領域は単一量子井戸構造でも多量子井戸構
造でもよい。後者の場合は、ミニバンドの最小エネルギ
ー準位は、多量子井戸構造のバリヤのエネルギー準位よ
り大きいかまたはこれに等しい。
も、活性層／領域は単一量子井戸構造でも多量子井戸構
造でもよい。後者の場合は、ミニバンドの最小エネルギ
ー準位は、多量子井戸構造のバリヤのエネルギー準位よ
り大きいかまたはこれに等しい。
【０１１８】ミニバンドの形成は、ＩＩ−ＶＩ族半導体
のみによって形成された素子に限定されない。本発明の
実施例を構成する素子はまた、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐおよ
び（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ合金などのＩＩＩ−Ｖ族半導体系
からも形成され得る。
のみによって形成された素子に限定されない。本発明の
実施例を構成する素子はまた、（ＡｌＧａＩｎ）Ｐおよ
び（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ合金などのＩＩＩ−Ｖ族半導体系
からも形成され得る。
【０１１９】従って、室温で連続動作し得る青色光レー
ザダイオードを提供することが可能である。
ザダイオードを提供することが可能である。
【０１２０】
【発明の効果】本発明によれば、活性領域と、第１超格
子領域と、該活性領域と該第１超格子領域との間に設け
られるガイド領域とを有し、該第１超格子領域はバリヤ
層によって互いに分離される複数の量子井戸を有する第
１および第２半導体の積層パターンからなり、該パター
ンの積層膜厚は、該第１超格子領域内にミニバンドが形
成されるように十分に薄くされる、半導体素子であっ
て、該ミニバンドを通ってキャリヤが輸送される、半導
体素子が提供される。
子領域と、該活性領域と該第１超格子領域との間に設け
られるガイド領域とを有し、該第１超格子領域はバリヤ
層によって互いに分離される複数の量子井戸を有する第
１および第２半導体の積層パターンからなり、該パター
ンの積層膜厚は、該第１超格子領域内にミニバンドが形
成されるように十分に薄くされる、半導体素子であっ
て、該ミニバンドを通ってキャリヤが輸送される、半導
体素子が提供される。
【０１２１】この構成により、素子の活性領域の方向へ
のキャリアの移動を向上させることが可能となる。さら
に、超格子領域はまた、傾斜屈折率領域を形成し得、こ
れにより活性領域内の閉じ込めを向上させ得る。このよ
うなことから、室温で連続動作し得る青色光レーザダイ
オードを提供することができる。
のキャリアの移動を向上させることが可能となる。さら
に、超格子領域はまた、傾斜屈折率領域を形成し得、こ
れにより活性領域内の閉じ込めを向上させ得る。このよ
うなことから、室温で連続動作し得る青色光レーザダイ
オードを提供することができる。
【図１】従来の分離閉じ込めヘテロ構造レーザダイオー
ドのエネルギー準位の概略図。
ドのエネルギー準位の概略図。
【図２】Suemune（上述）によって開示された変調ドー
ピング方法におけるエネルギー準位の概略図。
ピング方法におけるエネルギー準位の概略図。
【図３】隣接するＭｇＳ層およびＺｎＳｅ層のバンドギ
ャップの概略図。
ャップの概略図。
【図４】量子井戸内のホールのエネルギー準位、および
ミニバンドを形成するための準位の拡張を示す概略図。
ミニバンドを形成するための準位の拡張を示す概略図。
【図５】本発明の実施例を構成する素子の、透過率対エ
ネルギー準位を示す図。
ネルギー準位を示す図。
【図６】本発明の第１の実施例を構成する半導体素子
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
【図７】本発明の第２の実施例を構成する半導体素子
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
【図８】本発明の第３の実施例を構成する半導体素子
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
【図９】本発明の第４の実施例を構成する半導体素子
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
【図１０】本発明の第５の実施例を構成する半導体素子
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
の、キャリヤホールエネルギー準位対変位を示す概略
図。
【図１１】様々な半導体のバンドギャップおよび格子定
数を示す図。
数を示す図。
【図１２】１２ａ〜１２ｃは、様々なひずみ超格子のホ
トルミネセンス（ＰＬ）スペクトルを示す。
トルミネセンス（ＰＬ）スペクトルを示す。
【図１３】１３ａおよび１３ｂは、別のひずみ超格子の
ＰＬスペクトルを示す。
ＰＬスペクトルを示す。
【図１４】上記の超格子の効果を調べるための、超格子
を組み込んだ素子を示す。
を組み込んだ素子を示す。
【図１５】上記の超格子の効果を調べるための、超格子
を組み込んだ素子を示す。
を組み込んだ素子を示す。
【図１６】１６ａおよび１６ｂは、図１４および図１５
に示す素子のＰＬスペクトルを示す。
に示す素子のＰＬスペクトルを示す。
【図１７】図１４および図１５に示す素子のＩ−Ｖ特性
図。
図。
【図１８】上記の超格子の効果を調べるための、超格子
を組み込んだ素子を示す。
を組み込んだ素子を示す。
【図１９】上記の超格子の効果を調べるための、超格子
を組み込んだ素子を示す。
を組み込んだ素子を示す。
【図２０】２０ａおよび２０ｂは、図１８および図１９
に示す素子のＰＬスペクトルを示す。
に示す素子のＰＬスペクトルを示す。
【図２１】図１８および図１９に示す素子のＩ−Ｖ特性
図。
図。
【図２２】本発明の実施例を構成しないレーザを示す。
【図２３】図２２に示すレーザと類似するが本発明の実
施例を構成するレーザを示す。
施例を構成するレーザを示す。
【図２４】図２２および図２３に示す素子の、出力光強
度対電流を比較する図。
度対電流を比較する図。
【図２５】本発明の別の実施例を示す。
【図２６】本発明のさらに別の実施例を示す。
【図２７】本発明のさらに別の実施例を示す。
【図２８】図２７に示す素子のエネルギー準位を示す
図。
図。
【図２９】本発明のさらに別の実施例を構成するレーザ
のエネルギー準位を示す図。
のエネルギー準位を示す図。
【図３０】本発明のさらに別の実施例を構成するレーザ
のエネルギー準位を示す図。
のエネルギー準位を示す図。
【図３１】本発明のさらに別の実施例を構成するレーザ
のエネルギー準位を示す図。
のエネルギー準位を示す図。
【図３２】本発明のさらに別の実施例を構成するレーザ
のエネルギー準位を示す図。
のエネルギー準位を示す図。
２、６２、７２、９４ 活性領域 ２ａ、１０ 量子井戸 ２ｂ、１２ バリヤ層 ３、９２、９６ ガイド領域 ４、６４、７０、７４、９０、９８ クラッド領域 １３、３４、４２、５８、７６、７８、１００、１０２
超格子領域 １８、１０７ ミニバンド ２０ 注入領域
超格子領域 １８、１０７ ミニバンド ２０ 注入領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジュディ メガン ロリソン イギリス国 ジーエル54 ５エスピー，チ ェルテンハム，ブロックハンプトン，ブロ ックハンプトン ミュース ２ (72)発明者 友村 好隆 奈良県奈良市六条西３−22−５−３
Claims (26)
- 【請求項１】 活性領域と、第１超格子領域と、該活性
領域と該第１超格子領域との間に設けられるガイド領域
とを有し、該第１超格子領域はバリヤ層によって互いに
分離される複数の量子井戸を有する第１および第２半導
体の積層パターンからなり、該パターンの積層膜厚は、
該第１超格子領域内にミニバンドが形成されるように十
分に薄くされる、半導体素子であって、該ミニバンドを
通ってキャリヤが輸送される、半導体素子。 - 【請求項２】 活性領域と、第１超格子領域と、該活性
領域と該第１超格子領域との間に設けられるガイド領域
とを有し、該第１超格子領域はバリヤ層によって互いに
分離される複数の量子井戸を有する第１および第２半導
体の積層パターンからなり、該パターンの積層膜厚は、
該第１超格子領域内にミニバンドが形成されるように十
分に薄くされる、半導体素子であって、該ミニバンドの
最小エネルギー準位は、該ガイド領域のエネルギー準位
または最小エネルギー準位より大きいかまたはこれに等
しい、半導体素子。 - 【請求項３】 第１バリヤ層によって互いに分離される
複数の第１量子井戸を有する活性領域と、第１超格子領
域とを備え、該第１超格子領域は第２バリヤ層によって
互いに分離される複数の第２量子井戸を有する第１およ
び第２半導体の積層パターンからなり、該パターン積層
膜厚は、該第１超格子領域内にミニバンドが形成される
ように十分に薄くされる、半導体素子であって、該ミニ
バンドの最小エネルギー準位は、該第１バリヤ層の準位
より大きいかまたはこれに等しい、半導体素子。 - 【請求項４】 前記ミニバンドにキャリヤを注入するた
めのキャリヤ注入領域をさらに備え、該注入領域のエネ
ルギー準位は、該ミニバンドのエネルギー準位と実質的
に整合される、請求項１から３のいずれか１つに記載の
半導体素子。 - 【請求項５】 前記第１および第２半導体はＩＩ−ＶＩ
族半導体である、請求項１から４のいずれか１つに記載
の半導体素子。 - 【請求項６】 前記第１および第２半導体は、４元混晶
の組み合わせよりなる、請求項５に記載の半導体素子。 - 【請求項７】 前記第１半導体が、ＺｎＳxＳｅ1-x（０
≦ｘ≦１）であり、前記第２半導体が、ＭｇＳyＳｅ1-y
（０≦ｙ≦１）である、請求項５に記載の半導体素子。 - 【請求項８】 前記第１半導体がＺｎＳｅで、前記第２
半導体がＭｇＳである、請求項５に記載の半導体素子。 - 【請求項９】 前記第１および第２半導体はＩＩＩ−Ｖ
族半導体である、請求項１から４のいずれか１つに記載
の半導体素子。 - 【請求項１０】 前記第１および第２半導体は、４元混
晶の組み合わせよりなる、請求項９に記載の半導体素
子。 - 【請求項１１】 前記第１および第２半導体は、合金系
（ＡｌＧａＩｎ）Ｎの組み合わせである、請求項９また
は１０に記載の半導体素子。 - 【請求項１２】 前記第１および第２半導体は、合金系
（ＡｌＧａＩｎ）Ｐの組み合わせである、請求項９また
は１０に記載の半導体素子。 - 【請求項１３】 前記第１半導体はＡｌＮであり、前記
第２半導体はＧａＮである、請求項９に記載の半導体素
子。 - 【請求項１４】 前記第１および第２半導体の少なくと
も一方がｎ型ドープされる、請求項１から１３のいずれ
か１つに記載の半導体素子。 - 【請求項１５】 前記第１および第２半導体の少なくと
も一方がｐ型ドープされる、請求項１から１３のいずれ
か１つに記載の半導体素子。 - 【請求項１６】 前記第１および第２半導体は、基板に
対して格子整合されないが、前記第１超格子領域中のト
ータルのひずみがゼロとなるように組み合わされる、請
求項１から１５のいずれか１つに記載の半導体素子。 - 【請求項１７】 前記第１および第２半導体は基板に格
子整合される、請求項６および７に記載の半導体素子。 - 【請求項１８】 前記基板はＧａＡｓである、請求項１
６または１７に記載の半導体素子。 - 【請求項１９】 前記基板はＺｎＳｅである、請求項１
６または１７に記載の半導体素子。 - 【請求項２０】 前記パターン積層膜厚は６分子層以下
である、請求項１から１９のいずれか１つに記載の半導
体素子。 - 【請求項２１】 前記第１および第２半導体および／ま
たは前記パターン積層膜厚は位置に応じて変動する、請
求項１から２０のいずれか１つに記載の半導体素子。 - 【請求項２２】 第３および第４半導体の積層パターン
を有する第２超格子領域をさらに備え、該パターン積層
は、該第２領域内にミニバンドが形成されるように十分
薄くされ、また、前記活性層は前記第１および第２超格
子領域の間に挟まれる、請求項１から２１に記載の半導
体素子。 - 【請求項２３】 前記第３および第４半導体の相対厚お
よび／またはパターン積層膜厚は位置に応じて変動す
る、請求項２２に記載の半導体素子。 - 【請求項２４】 前記第１半導体は、前記第２半導体の
厚さの実質的に２倍である、請求項８に記載の半導体素
子。 - 【請求項２５】 請求項１から２４のいずれか１つに記
載の半導体素子を備えたレーザ。 - 【請求項２６】 請求項１から２４のいずれか１つに記
載の半導体素子を備えた変調器。
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| KR100670531B1 (ko) * | 2004-08-26 | 2007-01-16 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| DE102007044439B4 (de) * | 2007-09-18 | 2022-03-24 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Optoelektronischer Halbleiterchip mit Quantentopfstruktur |
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