JPH0846290A - 光半導体素子 - Google Patents
光半導体素子Info
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- JPH0846290A JPH0846290A JP18316094A JP18316094A JPH0846290A JP H0846290 A JPH0846290 A JP H0846290A JP 18316094 A JP18316094 A JP 18316094A JP 18316094 A JP18316094 A JP 18316094A JP H0846290 A JPH0846290 A JP H0846290A
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- active layer
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- gaas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光半導体素子に関し、１μｍ帯域でのレーザ
発振に十分な発光強度を得ると共に、広い温度範囲で発
振しきい値等の初期特性が保たれる温度特性の優れた光
半導体素子を得る。 【構成】 III-Ｖ族化合物半導体基板１ａ上に設けたリ
ーク電流を防止するのに十分な大きさの禁制帯幅を有す
るクラッド層３ａと、半導体基板の格子定数よりも大き
な面内格子定数を有すると共にＩｎを構成元素とする活
性層６ａとの間にＩｎの拡散を防止するスペーサ層５ａ
を設けて光半導体素子を構成する。
発振に十分な発光強度を得ると共に、広い温度範囲で発
振しきい値等の初期特性が保たれる温度特性の優れた光
半導体素子を得る。 【構成】 III-Ｖ族化合物半導体基板１ａ上に設けたリ
ーク電流を防止するのに十分な大きさの禁制帯幅を有す
るクラッド層３ａと、半導体基板の格子定数よりも大き
な面内格子定数を有すると共にＩｎを構成元素とする活
性層６ａとの間にＩｎの拡散を防止するスペーサ層５ａ
を設けて光半導体素子を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光半導体素子に関するも
のであり、特に、発光効率が高く、且つ、広い温度範囲
で発振しきい値等の初期値が保たれる温度特性の優れた
格子歪を有する活性層を用いた１μｍ帯光通信用に用い
られる半導体レーザに関するものである。
のであり、特に、発光効率が高く、且つ、広い温度範囲
で発振しきい値等の初期値が保たれる温度特性の優れた
格子歪を有する活性層を用いた１μｍ帯光通信用に用い
られる半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信のためには主に１μｍ帯の
光半導体素子が使用されており、格子歪を有する活性層
を用いることにより狭スペクトル線幅で低しきい値動作
する半導体レーザが得られている。
光半導体素子が使用されており、格子歪を有する活性層
を用いることにより狭スペクトル線幅で低しきい値動作
する半導体レーザが得られている。
【０００３】近年では更に、発光効率が高く、且つ、大
きな温度変化にも追従できて温度条件の管理が不要な半
導体レーザ、即ち、広い温度範囲で発振しきい値等の初
期値が保たれる温度特性の優れた半導体レーザが要求さ
れている。
きな温度変化にも追従できて温度条件の管理が不要な半
導体レーザ、即ち、広い温度範囲で発振しきい値等の初
期値が保たれる温度特性の優れた半導体レーザが要求さ
れている。
【０００４】半導体レーザの発光効率を高めるためには
活性層の結晶性を改善する必要があり、また、半導体レ
ーザの温度特性を向上させるためには、温度の上昇に伴
い増加する発光に関与しないリーク電流を低減させる必
要があり、これを実現するために半導体基板としてＧａ
Ａｓを用いて１μｍ帯の半導体レーザを作成することが
提案されている。
活性層の結晶性を改善する必要があり、また、半導体レ
ーザの温度特性を向上させるためには、温度の上昇に伴
い増加する発光に関与しないリーク電流を低減させる必
要があり、これを実現するために半導体基板としてＧａ
Ａｓを用いて１μｍ帯の半導体レーザを作成することが
提案されている。
【０００５】ＧａＡｓは、従来の１μｍ帯の半導体レー
ザの基板として用いられていたＩｎＰに比べて小さな格
子定数を持っており、又、小さな格子定数の半導体材料
は一般的にはより大きな禁制帯幅を有しているので、Ｇ
ａＡｓを基板として用いることにより、より大きな禁制
帯幅を有する半導体材料をクラッド層として使用できる
ため、このクラッド層が発光に寄与せずに活性層から漏
れ出るキャリアに対する障壁となり、リーク電流が低減
する。
ザの基板として用いられていたＩｎＰに比べて小さな格
子定数を持っており、又、小さな格子定数の半導体材料
は一般的にはより大きな禁制帯幅を有しているので、Ｇ
ａＡｓを基板として用いることにより、より大きな禁制
帯幅を有する半導体材料をクラッド層として使用できる
ため、このクラッド層が発光に寄与せずに活性層から漏
れ出るキャリアに対する障壁となり、リーク電流が低減
する。
【０００６】また、他の提案としては、基板としてＧａ
Ａｓの代わりにＩｎＧａＡｓを用いるものがあり、この
場合、ＩｎＧａＡｓの格子定数はＧａＡｓよりも大きい
ため活性層にかかる歪量が低減されることになり、活性
層の結晶性が向上する。
Ａｓの代わりにＩｎＧａＡｓを用いるものがあり、この
場合、ＩｎＧａＡｓの格子定数はＧａＡｓよりも大きい
ため活性層にかかる歪量が低減されることになり、活性
層の結晶性が向上する。
【０００７】図８は、ＧａＡｓ基板或いはＩｎＧａＡｓ
基板を用いた従来提案されている１μｍ帯の半導体レー
ザを示したものであり、ＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓ基
板１ｄ上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３ｄ、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層４ｃ、ＩｎＧａＡｓ活性層６ｄ、
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層８ｃ、及び、ｐ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層９ｄを成長させた積層構造からなる。
基板を用いた従来提案されている１μｍ帯の半導体レー
ザを示したものであり、ＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓ基
板１ｄ上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層３ｄ、ｎ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光ガイド層４ｃ、ＩｎＧａＡｓ活性層６ｄ、
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層８ｃ、及び、ｐ型ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層９ｄを成長させた積層構造からなる。
【０００８】この場合、ＡｌＧａＡｓクラッド層３ｄ，
９ｄは１μｍ帯のＩｎＧａＡｓ活性層６ｄに比べて禁制
帯幅が十分に大きいためリーク電流が低減し、比較的大
きな温度変化にも追従できる優れた温度特性が期待され
る。
９ｄは１μｍ帯のＩｎＧａＡｓ活性層６ｄに比べて禁制
帯幅が十分に大きいためリーク電流が低減し、比較的大
きな温度変化にも追従できる優れた温度特性が期待され
る。
【０００９】さらに、基板としてＧａＡｓを用いる際の
他の提案としては、活性層としてＩｎＡｓとＧａＡｓを
数モノレイヤーずつ交互に結晶成長させた短周期超格子
成長層を用いるものがあり、ＩｎＧａＡｓ混晶の弾性限
界を短周期超格子構造を用いて越えることにより結晶性
を改善しＩｎＧａＡｓ混晶では得られなかった１．３μ
ｍのレーザ発振の実現が期待されるものである。
他の提案としては、活性層としてＩｎＡｓとＧａＡｓを
数モノレイヤーずつ交互に結晶成長させた短周期超格子
成長層を用いるものがあり、ＩｎＧａＡｓ混晶の弾性限
界を短周期超格子構造を用いて越えることにより結晶性
を改善しＩｎＧａＡｓ混晶では得られなかった１．３μ
ｍのレーザ発振の実現が期待されるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板に
ＧａＡｓを用いた場合には、基板と活性層との格子定数
の差に基づき活性層に極めて大きな応力がかかり高歪の
活性層になるが、高歪の層の結晶成長は困難であるため
結晶性の優れた活性層を得ることができず、期待された
特性が得られなかった。
ＧａＡｓを用いた場合には、基板と活性層との格子定数
の差に基づき活性層に極めて大きな応力がかかり高歪の
活性層になるが、高歪の層の結晶成長は困難であるため
結晶性の優れた活性層を得ることができず、期待された
特性が得られなかった。
【００１１】また、基板としてＩｎＧａＡｓを用いて歪
を小さくしようとしても、十分に大きな格子定数を有す
る基板（即ち、Ｉｎ比が０．２以上のＩｎＧａＡｓ基
板）で結晶性の優れたものが作成されていないため、結
晶性の優れた活性層を得ることができなかった。
を小さくしようとしても、十分に大きな格子定数を有す
る基板（即ち、Ｉｎ比が０．２以上のＩｎＧａＡｓ基
板）で結晶性の優れたものが作成されていないため、結
晶性の優れた活性層を得ることができなかった。
【００１２】さらに、活性層にＩｎＡｓ／ＧａＡｓ短周
期超格子成長層を用いた場合には活性層周辺の結晶性が
十分でないためレーザ発振に必要な発光強度が未だ得ら
れていない。
期超格子成長層を用いた場合には活性層周辺の結晶性が
十分でないためレーザ発振に必要な発光強度が未だ得ら
れていない。
【００１３】これらの場合に共通する欠点は、温度特性
を改善するためにクラッド層として大きな禁制帯幅を有
する半導体を用いた場合に、得られた活性層における組
成、特に、Ｉｎの分布が均一ではなく全体として均一な
組成を有するＩｎＧａＡｓ活性層が得られず、これがＧ
ａＡｓ基板或いはＩｎＧａＡｓ基板を用いて１μｍ帯の
半導体レーザを実現することの障害になっていた。
を改善するためにクラッド層として大きな禁制帯幅を有
する半導体を用いた場合に、得られた活性層における組
成、特に、Ｉｎの分布が均一ではなく全体として均一な
組成を有するＩｎＧａＡｓ活性層が得られず、これがＧ
ａＡｓ基板或いはＩｎＧａＡｓ基板を用いて１μｍ帯の
半導体レーザを実現することの障害になっていた。
【００１４】したがって、本発明は活性層の組成が不均
一になる原因である活性層中のＩｎ成分の拡散を防止す
ることにより、小さな格子定数を有し且つ大きな禁制帯
幅を有するクラッド層に対して、結晶性の優れた均一な
組成を有する活性層を成長させ、それにより発光効率が
高く、且つ、温度特性の優れた１μｍ帯の半導体レーザ
を得ることを目的とする。
一になる原因である活性層中のＩｎ成分の拡散を防止す
ることにより、小さな格子定数を有し且つ大きな禁制帯
幅を有するクラッド層に対して、結晶性の優れた均一な
組成を有する活性層を成長させ、それにより発光効率が
高く、且つ、温度特性の優れた１μｍ帯の半導体レーザ
を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体素子
は、III-Ｖ族化合物半導体基板上にIII-Ｖ族化合物半導
体混晶を設けた光半導体素子において、基板の格子定数
よりも大きな面内格子定数を有すると共にＩｎを構成元
素とする活性層の少なくとも一方の主面に接するよう
に、Ｉｎの拡散を防止するスペーサ層を設けたことを特
徴とする。
は、III-Ｖ族化合物半導体基板上にIII-Ｖ族化合物半導
体混晶を設けた光半導体素子において、基板の格子定数
よりも大きな面内格子定数を有すると共にＩｎを構成元
素とする活性層の少なくとも一方の主面に接するよう
に、Ｉｎの拡散を防止するスペーサ層を設けたことを特
徴とする。
【００１６】また、本発明は、ＩｎＧａＡｓ活性層、或
いは、ＩｎＡｓ層とＧａＡｓ層とを交互に堆積させた短
周期超格子成長層活性層に対して、半導体基板としてＩ
ｎＧａＡｓ混晶を用いたことを特徴とするものである。
いは、ＩｎＡｓ層とＧａＡｓ層とを交互に堆積させた短
周期超格子成長層活性層に対して、半導体基板としてＩ
ｎＧａＡｓ混晶を用いたことを特徴とするものである。
【００１７】
【作用】本発明のスペーサ層の作用及びＩｎＧａＡｓ混
晶半導体基板の作用を図１乃至図５を用いて説明する。
図１及び図２（Ａ）〜（Ｄ）はＧａＡｓスペーサ層の効
果及びＩｎＧａＡｓ基板の効果を確認するために作成し
た試料１〜５の断面図であり、各試料における活性層は
ＩｎＡｓ層とＧａＡｓ層のモノレイヤーを交互に１２回
結晶成長させた短周期超格子成長層にしている。
晶半導体基板の作用を図１乃至図５を用いて説明する。
図１及び図２（Ａ）〜（Ｄ）はＧａＡｓスペーサ層の効
果及びＩｎＧａＡｓ基板の効果を確認するために作成し
た試料１〜５の断面図であり、各試料における活性層は
ＩｎＡｓ層とＧａＡｓ層のモノレイヤーを交互に１２回
結晶成長させた短周期超格子成長層にしている。
【００１８】図２（Ａ）及び（Ｂ）は従来のＧａＡｓ基
板を用いた半導体レーザに対応するものであり、（Ａ）
はＧａＡｓ基板１ｂ上に設けたＧａＡｓクラッド層３
ｂ、活性層６ａ、ＧａＡｓクラッド層９ｂからなり（試
料１）、（Ｂ）はＧａＡｓクラッド層３ｂ，９ｂの代わ
りにバッファ効果を有するＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ層３
ａ，９ａをクラッド層として用いたものである（試料
２）。
板を用いた半導体レーザに対応するものであり、（Ａ）
はＧａＡｓ基板１ｂ上に設けたＧａＡｓクラッド層３
ｂ、活性層６ａ、ＧａＡｓクラッド層９ｂからなり（試
料１）、（Ｂ）はＧａＡｓクラッド層３ｂ，９ｂの代わ
りにバッファ効果を有するＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ層３
ａ，９ａをクラッド層として用いたものである（試料
２）。
【００１９】図２（Ｃ）及び（Ｄ）は従来のＩｎＧａＡ
ｓ基板を用いた半導体レーザに対応するものであり、
（Ｃ）はＩｎＧａＡｓ基板１ａ上に設けたＧａＡｓクラ
ッド層３ｂ、活性層６ａ、ＧａＡｓクラッド層９ｂから
なり（試料３）、（Ｄ）はＧａＡｓクラッド層３ｂ，９
ｂの代わりにＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ層３ａ，９ａをクラ
ッド層として用いたものである（試料４）。
ｓ基板を用いた半導体レーザに対応するものであり、
（Ｃ）はＩｎＧａＡｓ基板１ａ上に設けたＧａＡｓクラ
ッド層３ｂ、活性層６ａ、ＧａＡｓクラッド層９ｂから
なり（試料３）、（Ｄ）はＧａＡｓクラッド層３ｂ，９
ｂの代わりにＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ層３ａ，９ａをクラ
ッド層として用いたものである（試料４）。
【００２０】図１は本発明の半導体レーザに対応する原
理的構成を示すものであり、ＩｎＧａＡｓ基板１ａ上に
設けたＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓクラッド層３ａ，９ａと活
性層６ａとの間に４０ÅのＧａＡｓスペーサ層５ａ，７
ａを設けている（試料５）。図では活性層の上下にスペ
ーサを設けているが、どちらか一方のみに設けても十分
な効果があるものである。
理的構成を示すものであり、ＩｎＧａＡｓ基板１ａ上に
設けたＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓクラッド層３ａ，９ａと活
性層６ａとの間に４０ÅのＧａＡｓスペーサ層５ａ，７
ａを設けている（試料５）。図では活性層の上下にスペ
ーサを設けているが、どちらか一方のみに設けても十分
な効果があるものである。
【００２１】なお、上記試料１〜５においては基板側の
クラッド層、活性層、及び、基板とは反対側のクラッド
層の厚さは、それぞれ０．５μｍ、７５Å、及び、５０
０Åであり、フォトルミネッセンス強度を調べるため
に、実際の半導体レーザに比べて基板とは反対側の上部
クラッド層の厚さを薄く形成している。
クラッド層、活性層、及び、基板とは反対側のクラッド
層の厚さは、それぞれ０．５μｍ、７５Å、及び、５０
０Åであり、フォトルミネッセンス強度を調べるため
に、実際の半導体レーザに比べて基板とは反対側の上部
クラッド層の厚さを薄く形成している。
【００２２】図３は図１及び図２に示した試料１乃至５
についてＸ線回折測定によって明らかになった（２２
４）面での逆格子マッピングであり、別々に測定した５
つの試料の結果を重ねて表示してある。
についてＸ線回折測定によって明らかになった（２２
４）面での逆格子マッピングであり、別々に測定した５
つの試料の結果を重ねて表示してある。
【００２３】図３において、横軸はＸ−Ｙ方向、即ち、
（ｈｈ０）方向の格子定数の逆数を表し、縦軸はＺ軸方
向、即ち、（００ｈ）方向の格子定数の逆数を表してお
り、ＩｎＧａＡｓの場合にはＩｎ含有量が多い方が格子
定数は大きいので、縦軸の小さい領域、即ち、Ｚ軸方向
の格子定数の大きな領域はＩｎ含有量が多いことを示し
ている。
（ｈｈ０）方向の格子定数の逆数を表し、縦軸はＺ軸方
向、即ち、（００ｈ）方向の格子定数の逆数を表してお
り、ＩｎＧａＡｓの場合にはＩｎ含有量が多い方が格子
定数は大きいので、縦軸の小さい領域、即ち、Ｚ軸方向
の格子定数の大きな領域はＩｎ含有量が多いことを示し
ている。
【００２４】一方、試料１〜３においては基板或いはク
ラッド層はＧａＡｓかＩｎ0.05Ｇａ 0.95Ａｓからなり、
Ｉｎ含有量は少ないので、結局、図３の下部の領域は活
性層のＩｎ含有量を表していることになる。
ラッド層はＧａＡｓかＩｎ0.05Ｇａ 0.95Ａｓからなり、
Ｉｎ含有量は少ないので、結局、図３の下部の領域は活
性層のＩｎ含有量を表していることになる。
【００２５】試料１と試料２、或いは、試料３と試料４
とを比較すると、それぞれ試料１と試料３の方がＺ軸の
小さい側にあるので、同じ基板を用いた場合には、クラ
ッド層としてＧａＡｓを用いた方が、即ち、活性層とＧ
ａＡｓ層とが接していた方が活性層のＩｎの含有量が多
いことが分かり、また、試料４と試料５とを比較するこ
とにより同様にＧａＡｓスペーサ層がある場合の方が活
性層のＩｎの含有量が多いことが分かる。
とを比較すると、それぞれ試料１と試料３の方がＺ軸の
小さい側にあるので、同じ基板を用いた場合には、クラ
ッド層としてＧａＡｓを用いた方が、即ち、活性層とＧ
ａＡｓ層とが接していた方が活性層のＩｎの含有量が多
いことが分かり、また、試料４と試料５とを比較するこ
とにより同様にＧａＡｓスペーサ層がある場合の方が活
性層のＩｎの含有量が多いことが分かる。
【００２６】また、図４は試料１乃至５について図３の
逆格子マッピングから明らかになった活性層のＸ−Ｙ平
面の面内格子定数と室温におけるフォトルミネッセンス
の強度との相関関係をプロットしたものであり、試料４
と試料５との比較からは、ＧａＡｓスペーサ層を用いる
ことにより、フォトルミネッセンスの強度が向上する効
果があることが明らかである。
逆格子マッピングから明らかになった活性層のＸ−Ｙ平
面の面内格子定数と室温におけるフォトルミネッセンス
の強度との相関関係をプロットしたものであり、試料４
と試料５との比較からは、ＧａＡｓスペーサ層を用いる
ことにより、フォトルミネッセンスの強度が向上する効
果があることが明らかである。
【００２７】さらに、図５は、ＧａＡｓ基板に対してＩ
ｎＧａＡｓクラッド層を用いた場合のクラッド層の組成
の効果、即ち、基板とクラッド層との格子不整合量に基
づく緩和量とフォトルミネッセンス強度との関係、及
び、ＧａＡｓスペーサ層の厚さとフォトルミネッセンス
強度の相関関係を表すものであり、いずれのバッファ層
に関してもスペーサ層の厚さを２０Å以上にした場合に
フォトルミネッセンス強度が向上する。
ｎＧａＡｓクラッド層を用いた場合のクラッド層の組成
の効果、即ち、基板とクラッド層との格子不整合量に基
づく緩和量とフォトルミネッセンス強度との関係、及
び、ＧａＡｓスペーサ層の厚さとフォトルミネッセンス
強度の相関関係を表すものであり、いずれのバッファ層
に関してもスペーサ層の厚さを２０Å以上にした場合に
フォトルミネッセンス強度が向上する。
【００２８】なお、この場合、スペーサ層を厚くしすぎ
るとフォトルミネッセンス強度が減少する。これは、ク
ラッド層等において光により励起されたキャリアに対し
てスペーサ層が障壁として作用するためキャリアが活性
層まで到達しないためであると考えられるが、レーザ動
作には格別の支障がないものである。
るとフォトルミネッセンス強度が減少する。これは、ク
ラッド層等において光により励起されたキャリアに対し
てスペーサ層が障壁として作用するためキャリアが活性
層まで到達しないためであると考えられるが、レーザ動
作には格別の支障がないものである。
【００２９】したがって、上記の実験の結果からは、活
性層に接するように設けられたスペーサ層の作用により
Ｉｎの拡散が防止され、Ｉｎ含有量の多い良質で、且
つ、光学的特性の優れた活性層が得られることが分か
る。
性層に接するように設けられたスペーサ層の作用により
Ｉｎの拡散が防止され、Ｉｎ含有量の多い良質で、且
つ、光学的特性の優れた活性層が得られることが分か
る。
【００３０】次に、ＩｎＧａＡｓ混晶半導体基板の作用
を説明すると、図３において、試料３のＩｎＧａＡｓ混
晶半導体基板上に設けたＧａＡｓクラッド層は図示して
あるＧａＡｓ基板より横軸方向が小さな方向にあるの
で、Ｘ−Ｙ平面の面内格子定数が大きくなっているこ
と、即ち、緩和を起こしていることを示している。
を説明すると、図３において、試料３のＩｎＧａＡｓ混
晶半導体基板上に設けたＧａＡｓクラッド層は図示して
あるＧａＡｓ基板より横軸方向が小さな方向にあるの
で、Ｘ−Ｙ平面の面内格子定数が大きくなっているこ
と、即ち、緩和を起こしていることを示している。
【００３１】また、図４を参照すると、試料１と試料３
との対比からはＩｎＧａＡｓ基板を用いることにより、
フォトルミネッセンスの強度が向上することが分かる。
したがって、ＩｎＧａＡｓ混晶半導体基板を用いること
によって、大きな禁制帯幅を有するクラッド層を用いた
場合にも、緩和効果により結晶性の優れた活性層、即
ち、光学的特性の優れた活性層が得られる。
との対比からはＩｎＧａＡｓ基板を用いることにより、
フォトルミネッセンスの強度が向上することが分かる。
したがって、ＩｎＧａＡｓ混晶半導体基板を用いること
によって、大きな禁制帯幅を有するクラッド層を用いた
場合にも、緩和効果により結晶性の優れた活性層、即
ち、光学的特性の優れた活性層が得られる。
【００３２】
【実施例】図６は、図１に示した原理的構成を光ガイド
層を有する半導体レーザに適用した本発明の第１の実施
例であり、ｎ型ＩｎＧａＡｓ基板１ａ上にｎ型ＩｎＧａ
Ａｓバッファ層２、ｎ型ＩｎＧａＰクラッド層３ｃ、ｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４ｃ、ノン・ドープＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層４ｄ、ＧａＡｓスペーサ層５ａ、短
周期超格子活性層６ａ、ＧａＡｓスペーサ層７ａ、ノン
・ドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層８ｄ、及び、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層８ｃ、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド
層９ｃを順次堆積させたものである。
層を有する半導体レーザに適用した本発明の第１の実施
例であり、ｎ型ＩｎＧａＡｓ基板１ａ上にｎ型ＩｎＧａ
Ａｓバッファ層２、ｎ型ＩｎＧａＰクラッド層３ｃ、ｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４ｃ、ノン・ドープＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層４ｄ、ＧａＡｓスペーサ層５ａ、短
周期超格子活性層６ａ、ＧａＡｓスペーサ層７ａ、ノン
・ドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層８ｄ、及び、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層８ｃ、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド
層９ｃを順次堆積させたものである。
【００３３】図６の第１の実施例においては、基板はＩ
ｎＧａＡｓであるものの、ＧａＡｓ基板を用いても良
く、又、活性層としてＩｎＡｓ層とＧａＡｓ層とを交互
に複数層堆積させた短周期超格子成長層を用いている
が、ＩｎＧａＡｓ混晶を用いても良い。
ｎＧａＡｓであるものの、ＧａＡｓ基板を用いても良
く、又、活性層としてＩｎＡｓ層とＧａＡｓ層とを交互
に複数層堆積させた短周期超格子成長層を用いている
が、ＩｎＧａＡｓ混晶を用いても良い。
【００３４】図７は本発明の第２の実施例であり、Ｉｎ
ＧａＡｓ或いはＧａＡｓ基板１ｄ上にＡｌＧａＡｓクラ
ッド層３ｄ、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４ｃ、Ｇａ
Ａｓスペーサ層５ａ、ＩｎＧａＡｓ活性層６ｄ、ＧａＡ
ｓスペーサ層７ａ、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層８
ｃ、及び、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層９ｄを順次堆積
させたものである。
ＧａＡｓ或いはＧａＡｓ基板１ｄ上にＡｌＧａＡｓクラ
ッド層３ｄ、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４ｃ、Ｇａ
Ａｓスペーサ層５ａ、ＩｎＧａＡｓ活性層６ｄ、ＧａＡ
ｓスペーサ層７ａ、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層８
ｃ、及び、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層９ｄを順次堆積
させたものである。
【００３５】図７の第２の実施例においては、活性層と
してＩｎＧａＡｓ混晶を用いているが、ＩｎＡｓ層とＧ
ａＡｓ層とを交互に複数層堆積させた短周期超格子成長
層を用いても良い。
してＩｎＧａＡｓ混晶を用いているが、ＩｎＡｓ層とＧ
ａＡｓ層とを交互に複数層堆積させた短周期超格子成長
層を用いても良い。
【００３６】なお、上記第１及び第２の実施例において
は、スペーサ層として最も好適なＧａＡｓ層を用いて説
明しているが、活性層の成分であるＩｎの拡散を防止す
るものであれば何でも良い。このＧａＡｓスペーサ層が
Ｉｎの拡散を防止する理由は、相互拡散が同族原子間で
生じることを考慮するならば、Ｉｎと同じIII 族原子で
あるＧａの原子半径がＩｎより小さいため、延いては、
ＩｎＡｓよりＧａＡｓの方が格子定数が小さいためであ
るものと考えられる。
は、スペーサ層として最も好適なＧａＡｓ層を用いて説
明しているが、活性層の成分であるＩｎの拡散を防止す
るものであれば何でも良い。このＧａＡｓスペーサ層が
Ｉｎの拡散を防止する理由は、相互拡散が同族原子間で
生じることを考慮するならば、Ｉｎと同じIII 族原子で
あるＧａの原子半径がＩｎより小さいため、延いては、
ＩｎＡｓよりＧａＡｓの方が格子定数が小さいためであ
るものと考えられる。
【００３７】即ち、ＩｎがＧａＡｓスペーサ層を通過す
るためには、今までＧａの占めていた小さいIII 族サイ
トを原子半径の大きなＩｎが押し拡げる必要があり、そ
のために拡散に際しては格子歪分の過剰なエネルギーを
必要とし、拡散が抑えられるものと考えられる。
るためには、今までＧａの占めていた小さいIII 族サイ
トを原子半径の大きなＩｎが押し拡げる必要があり、そ
のために拡散に際しては格子歪分の過剰なエネルギーを
必要とし、拡散が抑えられるものと考えられる。
【００３８】従って、Ｉｎの拡散を防止するスペーサ層
は、III 族元素がＧａ、Ａｌ、或いは、Ｇａ及びＡｌか
らなり、且つ、ＧａＡｓ基板或いはＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａ
ｓ基板と比べて格子定数が大きいか同じであるIII-Ｖ族
化合物半導体であればなんでも良い。この場合、スペー
サ層が極少量のＩｎを含んでいても格別の問題はない。
は、III 族元素がＧａ、Ａｌ、或いは、Ｇａ及びＡｌか
らなり、且つ、ＧａＡｓ基板或いはＩｎ0.05Ｇａ0.95Ａ
ｓ基板と比べて格子定数が大きいか同じであるIII-Ｖ族
化合物半導体であればなんでも良い。この場合、スペー
サ層が極少量のＩｎを含んでいても格別の問題はない。
【００３９】さらに、上記第１及び第２の実施例におい
ては図示していないが、本発明は、基板とは反対側のク
ラッド層上に電極のオーミック性を改善するキャップ層
を設けた半導体レーザも包含するものである。
ては図示していないが、本発明は、基板とは反対側のク
ラッド層上に電極のオーミック性を改善するキャップ層
を設けた半導体レーザも包含するものである。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、禁制帯幅の大きなクラ
ッドを用いることにより温度特性を改善する際に、スペ
ーサ層を挿入することにより活性層中のＩｎ成分の拡散
を防止し、結晶性の優れた均一な組成の活性層を得るこ
とにより、発光効率が高く温度特性が優れた１μｍ帯の
半導体レーザの実用化に大きく寄与するものである。
ッドを用いることにより温度特性を改善する際に、スペ
ーサ層を挿入することにより活性層中のＩｎ成分の拡散
を防止し、結晶性の優れた均一な組成の活性層を得るこ
とにより、発光効率が高く温度特性が優れた１μｍ帯の
半導体レーザの実用化に大きく寄与するものである。
【図１】本発明の原理的構成を示すスペーサ層を有する
光半導体素子の断面図である。
光半導体素子の断面図である。
【図２】本発明の作用効果を確認するための比較参考試
料の素子断面図である。
料の素子断面図である。
【図３】活性層の結晶面内格子定数の、基板の組成、バ
ッファ層の存在、及び、スペーサ層の存在に対する依存
性を表す相関図である。
ッファ層の存在、及び、スペーサ層の存在に対する依存
性を表す相関図である。
【図４】フォトルミネッセンス強度の、活性層結晶面内
格子定数依存性及びスペーサ層の存在依存性を表す相関
図である。
格子定数依存性及びスペーサ層の存在依存性を表す相関
図である。
【図５】フォトルミネッセンス強度の、基板組成依存
性、及び、スペーサ層厚依存性を表す相関図である。
性、及び、スペーサ層厚依存性を表す相関図である。
【図６】本発明の第１の実施例であるクラッド層にＩｎ
ＧａＰ層を用いた１μｍ帯域の半導体レーザの断面図で
ある。
ＧａＰ層を用いた１μｍ帯域の半導体レーザの断面図で
ある。
【図７】本発明の第２の実施例であるクラッド層にＡｌ
ＧａＡｓ層を用いた１μｍ帯域の半導体レーザの断面図
である。
ＧａＡｓ層を用いた１μｍ帯域の半導体レーザの断面図
である。
【図８】ＧａＡｓ基板或いはＩｎＧａＡｓ基板を用いた
従来の１μｍ帯域の半導体レーザの断面図である。
従来の１μｍ帯域の半導体レーザの断面図である。
１ａ Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ基板 １ｂ ＧａＡｓ基板 １ｄ ＩｎＧａＡｓ（ＧａＡｓ）基板 ２ ｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層 ３ａ Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓクラッド層 ３ｂ ＧａＡｓクラッド層 ３ｃ ｎ型ＩｎＧａＰクラッド層 ３ｄ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ４ｃ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 ４ｄ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 ５ａ ＧａＡｓスペーサ層 ６ａ ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ短周期超格子活性層 ６ｄ ＩｎＧａＡｓ活性層 ７ａ ＧａＡｓスペーサ層 ８ｃ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 ８ｄ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 ９ａ Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓクラッド層 ９ｂ ＧａＡｓクラッド層 ９ｃ ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層 ９ｄ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
Claims (9)
- 【請求項１】 III-Ｖ族化合物半導体基板上にIII-Ｖ族
化合物半導体混晶を設けた光半導体素子において、基板
の格子定数よりも大きな面内格子定数を有すると共にＩ
ｎを構成元素とする活性層の少なくとも一方の主面に接
するように、Ｉｎの拡散を防止するスペーサ層を設けた
ことを特徴とする光半導体素子。 - 【請求項２】 上記スペーサ層を上記活性層の両方の主
面に接して設けたことを特徴とする請求項１記載の光半
導体素子。 - 【請求項３】 上記スペーサ層とクラッド層との間に光
ガイド層を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載
の光半導体素子。 - 【請求項４】 上記スペーサ層が２０Å以上の厚さのＧ
ａＡｓであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か１項に記載の光半導体素子。 - 【請求項５】 上記半導体基板がＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ
（０≦ｘ＜１）であることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれか１項に記載の光半導体素子。 - 【請求項６】 上記活性層の発光波長が１μｍ帯域であ
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記
載の光半導体素子。 - 【請求項７】 上記活性層がＩｎy Ｇａ1-y Ａｓ混晶
（０＜ｙ＜１）であることを特徴とする請求項１乃至６
のいずれか１項に記載の光半導体素子。 - 【請求項８】 上記活性層がＩｎＡｓ層とＧａＡｓ層と
を交互に堆積させた短周期超格子成長層であることを特
徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光半導
体素子。 - 【請求項９】 上記交互に設けるＩｎＡｓ層とＧａＡｓ
層の一層の厚さが各１モノレイヤーであることを特徴と
する請求項８記載の光半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18316094A JP3582021B2 (ja) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | 光半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18316094A JP3582021B2 (ja) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | 光半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0846290A true JPH0846290A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3582021B2 JP3582021B2 (ja) | 2004-10-27 |
Family
ID=16130852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18316094A Expired - Lifetime JP3582021B2 (ja) | 1994-08-04 | 1994-08-04 | 光半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3582021B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1024566A2 (en) * | 1999-01-29 | 2000-08-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| JP2007066930A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置 |
| JP2008211142A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置 |
| JP2008211141A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置及び光半導体モジュール |
-
1994
- 1994-08-04 JP JP18316094A patent/JP3582021B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1024566A2 (en) * | 1999-01-29 | 2000-08-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| EP1024566A3 (en) * | 1999-01-29 | 2001-01-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| US6798808B1 (en) | 1999-01-29 | 2004-09-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and method of manufacturing same |
| JP2007066930A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置 |
| JP4641230B2 (ja) * | 2005-08-29 | 2011-03-02 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体装置 |
| JP2008211142A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置 |
| JP2008211141A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置及び光半導体モジュール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3582021B2 (ja) | 2004-10-27 |
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