JPH09106946A - 半導体装置，及び半導体レーザ，並びに高電子移動度トランジスタ装置 - Google Patents

半導体装置，及び半導体レーザ，並びに高電子移動度トランジスタ装置

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JPH09106946A
JPH09106946A JP7263306A JP26330695A JPH09106946A JP H09106946 A JPH09106946 A JP H09106946A JP 7263306 A JP7263306 A JP 7263306A JP 26330695 A JP26330695 A JP 26330695A JP H09106946 A JPH09106946 A JP H09106946A
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strain
substrate
semiconductor
electron transit
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JP7263306A
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Kenichi Ono
健一 小野
Takashi Motoda
隆 元田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶品質に優れた歪超格子構造を備えた半導
体装置，及び結晶品質に優れた歪を有するＭＱＷ構造を
活性層に備えた半導体レーザ，並びに結晶品質に優れた
疑似電子走行層を備えた高電子移動度トランジスタ装置
を提供することを課題とする。 【解決手段】 ＭＱＷ構造４を、基板１に対して引張り
方向の歪を有する（Ａｌx3Ｇａ1-x3）y3Ｉｎ1-y3Ｐ(0≦
x3≦0.2,y3=0.6) 井戸層４ａと、基板１に対して引張り
方向の歪を有するとともにその歪量が井戸層４ａよりも
小さい（Ａｌx4Ｇａ1-x4）y4Ｉｎ1-y4Ｐ(x4=0.5,y4=0.5
5)障壁層４ｂとを交互に積層してなる構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置，及び
半導体レーザ，並びに高電子移動度トランジスタ装置に
関し、特に歪超格子構造を有する半導体装置，及び半導
体レーザ，並びに高電子移動度トランジスタ装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】６００μｍ帯で発振する半導体レーザに
おいては、発振波長の短波長化を実現するため、いくつ
かの手法が提案されている。多重量子井戸（Multi quan
tum well: ＭＱＷ）活性層の井戸層に引張り方向の歪
（以下，引張り歪と称す）、即ち、基板より格子定数の
小さい結晶に印加される歪を導入するのも有効な手法の
一つである。例えば、Electron, Lett.,28(1992)1810に
おいてはこの手法により６３０μｍの単一モードのレー
ザダイオードを実現している。
【０００３】図１０は、従来の引張り歪を導入したＭＱ
Ｗ活性層を備えた埋込みリッジ型半導体レーザの構造を
示す図( 図１０(a)), 及び図１０(a) においてＣで示し
た部分を拡大して示した図であり、図において、１はｎ
型ＧａＡｓ基板、２はｎ型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1Ｉｎ
1-y1Ｐ(x1=0.7,y1=0.5) 下クラッド層、３０は多重量子
井戸（ＭＱＷ）活性層、６はｐ型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1
Ｉｎ1-y1Ｐ(x1=0.7,y1=0.5) 上クラッド層、７はｎ型Ｇ
ａＡｓ電流阻止層、８ａ，８ｂは第１，第２のｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層、８は第１，第２のコンタクト層８
ａ，８ｂからなるｐ型ＧａＡｓコンタクト層、９はｐ側
電極、１０はｎ側電極である。ここで活性層３０は（Ａ
ｌx2Ｇａ1-x2）y2Ｉｎ1-y2Ｐ(x2=0.5,y2=0.5) からなる
ＳＣＨ(SelfConfinement Heterostructure)層３，５の
間に多重量子井戸（ＭＱＷ）構造３１が挟み込まれて形
成されている。このＭＱＷ構造３１は、それぞれの厚さ
が約６０オングストロームである４層の（Ａｌx8Ｇａ
1-x8）y8Ｉｎ1-y8Ｐ(0≦x8≦0.2,y8=0.6) からなる井戸
層３１ａの間に、それぞれの厚さが約８０オングストロ
ームである３層の（Ａｌx9Ｇａ1-x9）y9Ｉｎ1-y9Ｐ(x9=
0.5,y9=0.5) からなる障壁層３１ｂが交互に挟み込まれ
て形成されている。
【０００４】また、図１１は、図１０に示した従来の埋
込みリッジ型半導体レーザの活性層３０近傍の結晶に印
加される歪量を示す図であり、図において、図１０と同
一符号は同一または相当する部分を示している。また、
横軸は、ＭＱＷ構造３１の積層方向を示し、縦軸は基板
１に対する歪量を示している。
【０００５】次に動作について説明する。まず、ｐ側電
極９が正、ｎ側電極１０が負となるように電流を流す
と、ホールが、ｐ側電極９から、ｐ型コンタクト層８，
ｐ型上クラッド層６を経て活性層３０に注入され、電子
がｎ側電極１０からｎ型基板１，ｎ型下クラッド層２を
経て活性層３０に注入され、活性層３０においてホール
と電子との再結合が起こって誘導放出光が発生し、この
光が活性層３０のＳＣＨ層３，５に沿って導波され、キ
ャリアの注入量を十分高くすることによって導波路の損
失を越える光が発生するとレーザ発振が起こる。
【０００６】この従来の半導体レーザにおいては、図１
１に示すように、ＭＱＷ構造３１中の障壁層３１ｂは基
板１と格子定数がほぼ同じ、即ち歪量がほぼ０である
が、井戸層３１ａは、基板１に対して格子定数が小さい
ため、引張り方向の歪が印加されている。
【０００７】ところで、超格子に歪を印加した状態で、
半導体レーザの活性層の設計に応じて井戸層３１ａ，及
び障壁層３１ｂの層厚をそれぞれ増やしていくと、ＭＱ
Ｗ構造３１が結晶に加わる応力により転位が発生する臨
界膜厚を超えることがある。このような転移が発生する
と半導体レーザとしての所望の特性を得る事ができなく
なってしまうという問題が起こる。
【０００８】図１２はこのような問題点を解決する構造
を備えた従来の他の半導体レーザの活性層近傍の結晶に
印加される歪量を示す図であり、図において、図１０と
同一符号は同一または相当する部分を示しており、３２
ａはＧａ0.6 Ｉｎ0.4 Ｐからなる井戸層、３２ｂは（Ａ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.4 Ｉｎ0.6 Ｐからなる障壁層、３２
は該井戸層３２ａと障壁層３２ｂとにより構成されるＭ
ＱＷ構造を示している。また、横軸は、ＭＱＷ構造３２
の積層方向を示し、縦軸は基板１に対する各層の歪量を
示している。
【０００９】この従来の他の半導体レーザは、図１０に
示す従来の半導体レーザにおいて、ＭＱＷ構造３１のか
わりに、井戸層３２ａと障壁層３２ｂとからなるＭＱＷ
構造３２を用いるようにしたものであり、その他の部分
の構成は従来の半導体レーザと同様のものである。
【００１０】この従来の他の半導体レーザにおいては、
ＭＱＷ構造３２は、井戸層３２ａには基板１に対して引
張り歪が印加されているが、障壁層３２ｂには基板１に
対して圧縮歪が印加されている、いわゆる歪補償型超格
子であるため、超格子構造であるＭＱＷ構造３２の全体
の歪量が井戸層３２ａと障壁層３２ｂとにより緩和さ
れ、従来の半導体レーザに比し臨界膜厚を厚くすること
ができるものであり、このような手法は一般的に良く行
なわれる手法である。
【００１１】しかしながら、従来の半導体レーザや，従
来の他の半導体レーザのＭＱＷ構造３１，３２のよう
に、基板１に対して引張り歪を印加することは、圧縮方
向に歪を加える場合に比し結晶品質を劣化させやすい。
【００１２】図１３(a),(b) はＭＱＷ構造における圧縮
及び引張り方向の歪量とフォトルミネッセンス光の強度
（図１３(a))及びフォトルミネッセンス光のキャリア寿
命（図１３(b))との関係を示す図であり、図１３(a) に
おいて、横軸は井戸層の歪量、縦軸はフォトルミネッセ
ンス強度（単位：a.u.) を示し、図１３(b) において、
横軸は井戸層の歪量、縦軸はキャリア寿命(ns)を示して
いる。なお横軸において、値が０の場合は井戸層に歪が
印加されていない状態を示しており、値が負のときは引
張り歪が印加されている状態を，また、値が正のときは
圧縮歪が印加されている状態を示している。これらのデ
ータは、図１４に示すようなサンプル構造を設け、この
サンプルのフォトルミネッセンス光を測定した結果であ
り、図１４において、１０１はｎ型ＧａＡｓ基板、１０
２は真性（以下，ｉ−と称す）ＧａＡｓバッファ層、１
０３はｉ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバッフ
ァ層、１０４は、厚さ８０オングストロームのｉ−（Ａ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層（図示せず）
と、厚さ８０オングストロームのｉ−Ｇａz Ｉｎ1-zＰ
井戸層（図示せず）とをそれぞれ４層づつ交互に積層し
てなるＭＱＷ構造であり、このサンプルにおいては、こ
の井戸層のＩｎ組成比1-z を変化させることにより井戸
層の歪量を調整しており、Ｉｎ組成比1-z が０．５より
大きいときは結晶に圧縮歪がかかり、０．５より小さい
と結晶に引張り歪がかかる。１０５はｉ−ＧａＡｓキャ
ップ層で、フォトルミネッセンス光を測定する際には除
去される。
【００１３】この図１３(a),(b) からわかるように、井
戸層の引張り方向の歪が増加するにつれ、フォトルミネ
ッセンス光の強度，及びキャリア寿命のいずれもが低下
しており、フォトルミネッセンス光の強度，及びキャリ
ア寿命の低下は結晶品質の劣化を示すものであるため、
引張り歪が結晶品質を劣化しやすいことがわかる。
【００１４】こうした引張り歪の導入による結晶性の劣
化という問題に関して言及している論文は少なく、例え
ば、J. Appl. Phys., 74(1993)3778でA. Ponchetらによ
り、ＭＱＷの井戸層に圧縮歪を、障壁層に引張り歪を導
入した歪補償型超格子といわれる構造において、その引
張り歪を導入した障壁層で三次元状の結晶成長が起こ
り、表面に起伏が発生したという報告がなされている程
度である。
【００１５】一方、図１６は従来の高電子移動度トラン
ジスタ装置（以下，ＨＥＭＴと称す）の構造を示す断面
図であり、図において、２１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、
２２はアンドープＧａＡｓバッファ層、２３はアンドー
プＧａＡｓ電子走行層、２４は基板２１に対して圧縮方
向の歪を有するアンドープＩｎＧａＡｓ疑似(pseudo)電
子走行層、２５はｎ+ −ＡｌＧａＡｓ電子供給層、２６
はドレイン電極、２７はゲート電極、２８はソース電
極、２９はＳｉ等をイオン注入して形成されたオーミッ
ク領域である。
【００１６】次にＨＥＭＴの動作について説明する。こ
のＨＥＭＴは疑似(pseudo)電子走行層２４を電子供給層
２５と電子走行層２３との間に備えている疑似(pseudom
orphic) 高電子移動度トランジスタであり、電子供給層
２５のドナー不純物から発生した電子が、ドナーイオン
と空間分離されて電子供給層２５と電子走行層２３との
間の疑似(pseudo)電子走行層２４に蓄積してチャネルを
形成し、ソース電極２８とドレイン電極２６との間でこ
のチャネルを移動する電子を、ゲート電極２７に印加さ
れる電圧により制御するものであり、上記チャネルには
電子の走行の邪魔になるドナーイオンが存在せず、電子
の高速な移動が実現できるとともに、このチャネルが形
成される層を、Ｉｎが添加された疑似電子走行層２４と
することにより、より電子移動度の高いＨＥＭＴを得る
ことが可能となるものである。
【００１７】しかしながら、疑似電子走行層２４は、Ｇ
ａＡｓ中にＩｎを添加することにより電子移動度の高い
層となっているが、ＧａＡｓ基板２１とは格子不整合系
の材料であるため、この疑似電子走行層２４は圧縮方向
に強い歪みがかかった歪超格子構造となっている。この
ため、該疑似電子走行層２４の結晶品質が劣化してしま
い、この疑似電子走行層２４における電子の移動度が低
下する等，ＨＥＭＴの特性上に問題が生じていた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、歪を有
するＭＱＷ構造等の超格子構造を備えている半導体レー
ザ等の半導体装置においては、超格子構造の歪により結
晶品質が劣化しやすく、この結果として、所望の性能を
備えた、品質のよい半導体装置を得ることは非常に困難
であるという問題があった。
【００１９】そのため、例えば、歪を有するＭＱＷ構造
を活性層に有している半導体レーザにおいては、所望の
レーザ特性を備えた半導体レーザを得ることができない
という問題があった。
【００２０】また、従来の疑似電子走行層を備えた高電
子移動度トランジスタにおいては、疑似電子走行層に圧
縮方向に強い歪みがかかるため、疑似電子走行層の結晶
品質が劣化してしまい、この疑似電子走行層における電
子の移動度が低下して、電子移動度の高い高電子移動度
トランジスタを得ることが困難であるという問題があっ
た。
【００２１】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたものであり、結晶品質に優れた歪超格
子構造を備えた半導体装置を提供することを目的とす
る。
【００２２】また、この発明は、結晶品質に優れた歪を
有するＭＱＷ構造を活性層に備えた半導体レーザを提供
することを目的とする。
【００２３】また、この発明は、結晶品質に優れた疑似
電子走行層を備えた高電子移動度トランジスタ装置を提
供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、半導体基板と、該半導体基板の一主面上に形成さ
れた、上記基板に対して圧縮方向，又は引張り方向の歪
を有する第１の半導体層と、該第１の半導体層と同一方
向の異なる歪量の歪を有する第２の半導体層とを、交互
に２層以上積層してなる歪超格子構造とを備えるように
したものである。
【００２５】また、上記半導体装置において、上記歪超
格子構造の上下には、上記第１の半導体層と基板に対し
て同一方向の歪を有するとともに、その上記基板に対す
る歪量が、上記歪超格子構造に近づくにつれて増加して
いる第３の半導体層を備えているようにしたものであ
る。
【００２６】また、上記半導体装置において、上記第２
の半導体層は、上記基板に対して上記第１の半導体層と
同一方向の歪を有するとともに、上記第１の半導体層に
近づくにつれてその歪量と上記第１の半導体層の歪量と
の差の絶対値が小さくなる構造を有しているようにした
ものである。
【００２７】また、上記半導体装置において、上記歪超
格子構造の上記基板に対する高さ方向における近傍に
は、上記基板の一主面と平行に設けられた、上記基板に
対して、上記第１の半導体層の歪の方向と反対方向の歪
を有する第４の半導体層を備えているようにしたもので
ある。
【００２８】また、この発明に係る半導体レーザは、第
１導電型半導体基板と、該第１導電型半導体基板の一主
面上に配置された、該基板に対する歪のない第１導電型
クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に配置され
た、該第１導電型クラッド層よりバンドギャップエネル
ギーが小さい材料からなる２層のＳＣＨ（Self Confine
ment Heterostructure）層の間に、該ＳＣＨ層よりもバ
ンドギャップエネルギーが小さく、上記基板に対して引
張り方向，または圧縮方向の歪を有する複数の井戸層
と、該複数の井戸層の各層間に挟まれた、上記ＳＣＨ層
とバンドギャップエネルギーが等しく、上記井戸層と同
じ方向の上記井戸層よりも歪量の小さい歪を有する単数
又は複数の障壁層とにより構成される歪超格子構造を挟
み込んでなる活性層と、該活性層上に配置された、上記
第１導電型クラッド層と同じ材料からなる第２導電型ク
ラッド層と、該第２導電型クラッド層上に配置された、
上記基板に対する歪のない第２導電型コンタクト層と、
該第２導電型コンタクト層上に配置された第２の電極
と、上記基板の一主面と反対側の面上に配置された第１
の電極とを備えるようにしたものである。
【００２９】また、上記半導体レーザにおいて、上記Ｓ
ＣＨ層は、上記井戸層と同一方向の歪を有するととも
に、その上記基板に対する歪量が、上記歪超格子構造に
近づくにつれて増加している構造を備えているようにし
たものである。
【００３０】また、上記半導体レーザにおいて、上記障
壁層は、上記基板に対して上記井戸層と同一方向の歪を
有するとともに、上記井戸層に近づくにつれてその歪量
と上記井戸層との歪量の差の絶対値が小さくなる構造を
有しているようにしたものである。
【００３１】また、上記半導体レーザにおいて、上記歪
超格子構造の上記基板に対する高さ方向における近傍に
は、上記基板の一主面と平行に設けられた、上記基板に
対して上記井戸層の歪の方向と反対方向の歪を有する、
隣接する半導体層の一方と導電型、及びバンドギャップ
エネルギーが等しい半導体材料からなる歪緩和層を備え
ているようにしたものである。
【００３２】また、上記半導体レーザにおいて、上記第
１導電型半導体基板は第１導電型ＧａＡｓよりなり、上
記第１導電型クラッド層は上記基板に対して歪のない第
１導電型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ(0＜x1＜1, 0
＜y1＜1)よりなり、上記ＳＣＨ層は（Ａｌx2Ｇａ1-x2）
y2Ｉｎ1-y2Ｐ(0＜x2≦x1,y2=y1) よりなり、上記井戸層
は（Ａｌx3Ｇａ1-x3）y3Ｉｎ1-y3Ｐ(0≦x3＜x2，y2＜y3
＜1)よりなり、上記障壁層は（Ａｌx4Ｇａ1-x4）y4Ｉｎ
1-y4Ｐ(x4=x2，y2＜y4＜y3) よりなり、上記第２導電型
クラッド層は第２導電型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1Ｉｎ1-y1
Ｐよりなり、上記第２導電型コンタクト層は第２導電型
ＧａＡｓよりなるようにしたものである。
【００３３】また、この発明に係る高電子移動度トラン
ジスタ装置は、半絶縁性基板と、該半絶縁性基板の一主
面上に配置されたアンドープ電子走行層と、該アンドー
プ電子走行層上に配置された、上記基板に対して圧縮方
向または引張り方向の歪を有するアンドープ疑似電子走
行層と、該疑似電子走行層上に配置されたｎ型の不純物
を高濃度に含む電子供給層と、該電子供給層上にオーミ
ック接触するよう配置されたソース電極，及びドレイン
電極と、上記電子供給層上の上記ソース電極とドレイン
電極とに挟まれた領域に、該電子供給層とショットキ接
触するよう配置されたゲート電極と、上記上記疑似電子
走行層と電子供給層との間に配置された、上記疑似電子
走行層と上記基板に対して同一方向の該疑似電子走行層
よりも歪量の小さい歪を有する、ｎ型の結晶劣化防止層
を備えるようにしたものである。
【００３４】また、上記高電子移動度トランジスタ装置
において、上記基板は半絶縁性ＧａＡｓからなり、上記
電子走行層はアンドープＧａＡｓからなり、上記疑似電
子走行層はアンドープＩｎＧａＡｓからなり、上記電子
供給層はｎ型不純物を高濃度に含むＡｌＧａＡｓからな
り、上記結晶劣化防止層は、微量のアンチモン（Ｓｂ）
を含むｎ型ＧａＡｓＳｂ，または上記疑似電子走行層よ
りも歪が小さくなるようにＩｎの構成比を調整したｎ型
ＩｎＧａＡｓのいずれか一方からなるようにしたもので
ある。
【００３５】また、この発明に係る高電子移動度トラン
ジスタ装置は、半絶縁性基板と、該半絶縁性基板の一主
面上に配置されたアンドープ電子走行層と、該アンドー
プ電子走行層上に配置された、上記基板に対して圧縮方
向または引張り方向の歪を有するアンドープ疑似電子走
行層と、該疑似電子走行層上に配置されたｎ型の不純物
を高濃度に含む電子供給層と、該電子供給層上にオーミ
ック接触するよう配置されたソース電極，及びドレイン
電極と、上記電子供給層上の上記ソース電極とドレイン
電極とに挟まれた領域に、該電子供給層とショットキ接
触するよう配置されたゲート電極と、上記疑似電子走行
層と電子走行層との間に配置された、上記疑似電子走行
層と上記基板に対して同一方向の該疑似電子走行層より
も歪量の小さい歪を有する、アンドープ結晶劣化防止層
を備えるようにしたものである。
【００３６】また、上記高電子移動度トランジスタ装置
において、上記基板は半絶縁性ＧａＡｓからなり、上記
電子走行層はアンドープＧａＡｓからなり、上記疑似電
子走行層はアンドープＩｎＧａＡｓからなり、上記電子
供給層はｎ型不純物を高濃度に含むＡｌＧａＡｓからな
り、上記結晶劣化防止層は、微量のアンチモン（Ｓｂ）
を含むアンドープＧａＡｓＳｂ，または上記疑似電子走
行層よりも歪が小さくなるようにＩｎの構成比を調整し
た案ードープＩｎＧａＡｓのいずれか一方からなるよう
にしたものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．この発明の実施の形態１に係る半導体装
置（図１）は、半導体基板（１）と、該半導体基板
（１）の一主面上に形成された、上記基板（１）に対し
て圧縮方向，又は引張り方向の歪を有する第１の半導体
層（４ａ）と、該第１の半導体層（４ａ）と同一方向の
異なる歪量の歪を有する第２の半導体層（４ｂ）とを、
交互に２層以上積層してなる歪超格子構造（４）とを備
えるようにしたものであり、これにより、第１の半導体
層（４ａ）と第２の半導体層（４ｂ）との歪の差を小さ
くでき、結晶性に優れた歪超格子構造（４）を備えた半
導体装置を得ることができる作用効果がある。
【００３８】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
係る半導体装置（図５，図６）は、上記半導体装置にお
いて、上記歪超格子構造（４）の上下には、上記第１の
半導体層（４ａ）と基板（１）に対して同一方向の歪を
有するとともに、その上記基板（１）に対する歪量が、
上記歪超格子構造（４）に近づくにつれて増加している
第３の半導体層（１１，１２）を備えた構成としたもの
であり、これにより、歪超格子構造（４）と第３の半導
体層（１１，１２）との歪の差を小さくでき、より結晶
性に優れた歪超格子構造（４）を備えた半導体装置を得
ることができる作用効果がある。
【００３９】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
係る半導体装置（図１７）は、上記半導体装置におい
て、上記第２の半導体層（４ｃ）は、上記基板（１）に
対して上記第１の半導体層（４ａ）と同一方向の歪を有
するとともに、上記第１の半導体層（４ａ）に近づくに
つれてその歪量と上記第１の半導体層（４ａ）の歪量と
の差の絶対値が小さくなる構造を有している構成とした
ものであり、これにより、第１の半導体層（４ａ）と第
２の半導体層（４ｃ）の界面の歪の差をより小さくで
き、結晶性に優れた歪超格子構造（４０）を備えた半導
体装置を得ることができる作用効果がある。
【００４０】実施の形態４．この発明の実施の形態４に
係る半導体装置（図７，図８）は、上記半導体装置にお
いて、上記歪超格子構造（４）の上記基板（１）に対す
る高さ方向における近傍には、上記基板（１）の一主面
と平行に設けられた、上記基板（１）に対して、上記第
１の半導体層（４ａ）の歪の方向と反対方向の歪を有す
る第４の半導体層（１３）を備えているようにした構成
としたものであり、これにより、歪超格子構造（４）の
歪を第４の半導体層（１３）により緩和して、歪超格子
構造（４）の臨界膜厚を厚くして、歪超格子構造（４）
の膜厚を厚くすることが可能となり、設計の自由度の高
い半導体装置を提供できる作用効果がある。
【００４１】実施の形態５．この発明の実施の形態５に
係る半導体レーザ（図１）は、第１導電型半導体基板
（１）と、該第１導電型半導体基板（１）の一主面上に
配置された、該基板８１）に対する歪のない第１導電型
クラッド層（２）と、該第１導電型クラッド層（２）上
に配置された、該第１導電型クラッド層（２）よりバン
ドギャップエネルギーが小さい材料からなる２層のＳＣ
Ｈ（Self Confinement Heterostructure）層（３，５）
の間に、該ＳＣＨ層（３，５）よりもバンドギャップエ
ネルギーが小さく、上記基板（１）に対して引張り方
向，または圧縮方向の歪を有する複数の井戸層（４ａ）
と、該複数の井戸層（４ａ）の各層間に挟まれた、上記
ＳＣＨ層（３，５）とバンドギャップエネルギーが等し
く、上記井戸層（４ａ）と同じ方向の上記井戸層（４
ａ）よりも歪量の小さい歪を有する単数又は複数の障壁
層（４ｂ）とにより構成される歪超格子構造（４）を挟
み込んでなる活性層（５０）と、該活性層（５０）上に
配置された、上記第１導電型クラッド層（２）と同じ材
料からなる第２導電型クラッド層（６）と、該第２導電
型クラッド層（６）上に配置された、上記基板（１）に
対する歪のない第２導電型コンタクト層（８）と、該第
２導電型コンタクト層（８）上に配置された第２の電極
（９）と、上記基板（１）の一主面と反対側の面上に配
置された第１の電極（１０）とを備えた構成としたもの
であり、これにより、井戸層（４ａ）と障壁層（４ｂ）
との歪の差を小さくでき、結晶性に優れた歪超格子構造
（４）を活性層（５０）内に備えた半導体レーザを得る
ことができる作用効果がある。
【００４２】実施の形態６．この発明の実施の形態６に
係る半導体レーザ（図５，図６）は、上記半導体レーザ
において、上記ＳＣＨ層（１１，１２）は、上記井戸層
（４ａ）と上記基板（１）に対して同一方向の歪を有す
るとともに、その上記基板（１）に対する歪量が、上記
歪超格子構造（４）に近づくにつれて増加している構造
を備えた構成としたものであり、これにより、ＳＣＨ層
（１１，１２）と歪超格子構造（４）との歪の差を小さ
くでき、より結晶性に優れた歪超格子構造（４）を活性
層（５０ａ）内に備えた半導体レーザを得ることができ
る作用効果がある。
【００４３】実施の形態７．この発明の実施の形態７に
係る半導体レーザ（図１７）は、上記半導体レーザにお
いて、上記障壁層（４ｃ）は、上記基板（１）に対して
上記井戸層（４ａ）と同一方向の歪を有するとともに、
上記井戸層（４ａ）に近づくにつれてその歪量と上記井
戸層（４ａ）との歪量の差の絶対値が小さくなる構造を
有している構成としたものであり、これにより、井戸層
（４ａ）と障壁層（４ｂ）との界面における井戸層（４
ａ）の歪量と障壁層（４ｂ）の歪量との差をより小さく
でき、結晶性に優れた歪超格子構造（４０）を活性層内
に備えた半導体レーザを得ることができる作用効果があ
る。
【００４４】実施の形態８．この発明の実施の形態８に
係る半導体レーザ（図８）は、上記半導体レーザにおい
て、上記歪超格子構造（４）の上記基板（１）に対する
高さ方向における近傍には、上記基板（１）の一主面と
平行に設けられた、上記基板（１）に対して上記井戸層
（４ａ）の歪の方向と反対方向の歪を有する、隣接する
半導体層の一方（２）と導電型、及びバンドギャップエ
ネルギーが等しい半導体材料からなる歪緩和層（１３）
を備えた構成としたものであり、これにより、歪超格子
構造（４）の歪を歪緩和層（１３）により緩和して、活
性層（５０）内の歪超格子構造（４）の臨界膜厚を厚く
して、活性層（５０）の厚さを厚くすることができ、設
計の自由度の高い半導体レーザを提供できる作用効果が
ある。
【００４５】実施の形態９．この発明の実施の形態９に
係る半導体レーザ（図１）は、上記半導体レーザにおい
て、上記第１導電型半導体基板（１）は第１導電型Ｇａ
Ａｓよりなり、上記第１導電型クラッド層（２）は上記
基板に対して歪のない第１導電型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1
Ｉｎ1-y1Ｐ(0＜x1＜1, 0＜y1＜1)よりなり、上記ＳＣＨ
層（３，５）は（Ａｌx2Ｇａ1-x2）y2Ｉｎ1-y2Ｐ(0＜x2
≦x1,y2=y1) よりなり、上記井戸層（４ａ）は（Ａｌx3
Ｇａ1-x3）y3Ｉｎ1-y3Ｐ(0≦x3＜x2，y2＜y3＜1)よりな
り、上記障壁層（４ｂ）は（Ａｌx4Ｇａ1-x4）y4Ｉｎ
1-y4Ｐ(x4=x2，y2＜y4＜y3) よりなり、上記第２導電型
クラッド層（６）は第２導電型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1Ｉ
ｎ1-y1Ｐよりなり、上記第２導電型コンタクト層（８）
は第２導電型ＧａＡｓよりなる構成としたものであり、
これにより、井戸層（４ａ）と障壁層（４ｂ）との界面
における井戸層（４ａ）の歪量と障壁層（４ｂ）の歪量
との差を小さくでき、結晶性に優れた歪超格子構造
（４）を活性層（５０）内に備えた半導体レーザを得る
ことができる作用効果がある。
【００４６】実施の形態１０．この発明の実施の形態１
０に係る高電子移動度トランジスタ装置（図９）は、半
絶縁性基板（２１）と、該半絶縁性基板（２１）の一主
面上に配置されたアンドープ電子走行層（２３）と、該
アンドープ電子走行層（２３）上に配置された、上記基
板（２１）に対して圧縮方向または引張り方向の歪を有
するアンドープ疑似電子走行層（２４）と、該疑似電子
走行層（２４）上に配置されたｎ型の不純物を高濃度に
含む電子供給層（２５）と、該電子供給層（２５）上に
オーミック接触するよう配置されたソース電極（２
８），及びドレイン電極（２６）と、上記電子供給層
（２５）上の上記ソース電極（２８）とドレイン電極
（２６）とに挟まれた領域に、該電子供給層（２５）と
ショットキ接触するよう配置されたゲート電極（２７）
と、上記疑似電子走行層（２４）と電子供給層（２５）
との間に配置された、上記疑似電子走行層（２４）と上
記基板（２１）に対して同一方向の該疑似電子走行層
（２４）よりも歪量の小さい歪を有する、ｎ型の結晶劣
化防止層（２０）を備えた構成としたものであり、これ
により、疑似電子走行層（２４）と結晶劣化防止層（２
０）との歪の差を小さくでき、結晶性に優れた疑似電子
走行層（２４）を備えた高電子移動度トランジスタ装置
を提供できる作用効果がある。
【００４７】実施の形態１１．この発明の実施の形態１
１に係る高電子移動度トランジスタ装置（図１８）は、
半絶縁性基板（２１）と、該半絶縁性基板（２１）の一
主面上に配置されたアンドープ電子走行層（２３）と、
該アンドープ電子走行層（２３）上に配置された、上記
基板（２１）に対して圧縮方向または引張り方向の歪を
有するアンドープ疑似電子走行層（２４）と、該疑似電
子走行層（２４）上に配置されたｎ型の不純物を高濃度
に含む電子供給層（２５）と、該電子供給層（２５）上
にオーミック接触するよう配置されたソース電極（２
８），及びドレイン電極（２６）と、上記電子供給層
（２５）上の上記ソース電極（２８）とドレイン電極
（２６）とに挟まれた領域に、該電子供給層（２５）と
ショットキ接触するよう配置されたゲート電極（２７）
と、上記疑似電子走行層（２４）と電子走行層（２３）
との間に配置された、上記疑似電子走行層（２４）と上
記基板（２１）に対して同一方向の該疑似電子走行層
（２４）よりも歪量の小さい歪を有する、アンドープ結
晶劣化防止層（２０ａ）を備えた構成としたものであ
り、これにより、疑似電子走行層（２４）と結晶劣化防
止層（２０ａ）との歪量の差を小さくでき、結晶性に優
れた疑似電子走行層（２４）を備えた高電子移動度トラ
ンジスタ装置を提供できる作用効果がある。
【００４８】
【実施例】
実施例１．図１は本発明の実施例１による半導体レーザ
の構造を示す断面図（図１(a)),及び図１(a) において
Ａで示した活性層近傍部分の構造を示す断面拡大図（図
１(b))であり、図において、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２
は基板１と同じ格子定数を有するｎ型（Ａｌx1Ｇ
ａ1-x1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ(x1=0.7,y1=0.5) 下クラッド層、
５０は多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、６は基板１と同
じ格子定数を有するｐ型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1Ｉｎ1-y1
Ｐ(x1=0.7,y1=0.5) 上クラッド層、７はｎ型ＧａＡｓ電
流阻止層、８ａ，８ｂは第１，第２のｐ型ＧａＡｓコン
タクト層、８は第１，第２のコンタクト層８ａ，８ｂか
らなるｐ型ＧａＡｓコンタクト層、９はｐ側電極、１０
はｎ側電極である。ここで活性層５０は、基板１とほぼ
同じ格子定数を有するとともに、上記下クラッド層２及
び上クラッド層６に対してバンドギャップエネルギーが
小さい材料、例えば（Ａｌx2Ｇａ1-x2）y2Ｉｎ1-y2Ｐ(x
2=0.5,y2=0.5) からなるＳＣＨ(Self Confinement Hete
rostructure)層３，５の間に多重量子井戸（ＭＱＷ）構
造４が挟み込まれて形成されている。そして、このＭＱ
Ｗ構造４は、それぞれの厚さが約６０オングストローム
であり、バンドギャップエネルギーが上記ＳＣＨ層３，
５よりも小さく、格子定数が上記基板１よりも小さく、
基板１に対して引張り歪が印加される４層の井戸層４ａ
の間に、それぞれの厚さが約８０オングストロームで、
バンドギャップエネルギーが上記ＳＣＨ層３，５と同じ
であるとともに、格子定数が上記基板１よりも小さくか
つ上記井戸層よりも大きく、基板１に対して上記井戸層
よりも歪量の小さい引張り歪が印加される材料からなる
３層の障壁層４ｂが交互に挟み込まれて形成されてい
る。例えば、上記井戸層４ａの材料としては、（Ａｌx3
Ｇａ1-x3）y3Ｉｎ1-y3Ｐ(0≦x3≦0.2,y3=0.6) が用いら
れ、上記障壁層４ｂの材料としては、（Ａｌx4Ｇ
ａ1-x4）y4Ｉｎ1-y4Ｐ(x4=0.5,y4=0.55)が用いられる。
このＭＱＷ構造４の井戸層４ａ及び障壁層４ｂの層数や
厚さは必要とする半導体レーザの波長等の特性に応じて
調整される。なお、一般に（Ａｌx Ｇａ1-x ) y Ｉｎ
1-y Ｐにおいては、Ａｌ組成比x を調整することにより
そのバンドギャップエネルギーを調整することができ、
かつ、Ｉｎ組成比1-y を調整することによりその格子定
数を調整して、歪量，及び歪の方向を調整することがで
きる。
【００４９】また、図２は、図１に示した本実施例１の
半導体レーザの活性層３０近傍の結晶に印加される歪量
を示す図であり、図において、図１と同一符号は同一ま
たは相当する部分を示している。また、横軸は、活性層
５０の積層方向を示し、縦軸は基板１に対する歪量を示
している。
【００５０】また、図３は、本実施例１の半導体レーザ
の製造方法を示す断面工程図であり、図において、図１
と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、１０
６はＳｉＯ2 膜である。
【００５１】なお、本実施例１においては、歪量を、 Δａ＝（ａ−ａ0)／ａ Δａ：歪量，ａ0 ：半導体基板の格子定数，ａ：半導体
層の格子定数 と定義し、この歪量が０．００１≦｜Δａ｜である場合
を、結晶に歪が印加されている状態として扱っている。
【００５２】次に製造方法について説明する。まず、図
３(a) に示すように、ｎ型基板１上に、下クラッド層
２、ＳＣＨ層３、ＭＱＷ構造４、ＳＣＨ層５、上クラッ
ド層６、第１のコンタクト層８ａを順次、有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ）等を用いて結晶成長させる。
【００５３】続いて、図３(b) に示すように、第１のコ
ンタクト層８ａ上にストライプ状のＳｉＯ2 膜１０６を
形成し、これをマスクとして、第１のコンタクト層８ａ
と上クラッド層６の上部とをエッチングしてリッジスト
ライプ構造を形成し、さらに、ＳｉＯ2 膜１０６を選択
成長マスクとして用いて上記リッジストライプ構造を埋
め込むようにｎ型ＧａＡｓ電流阻止層７を形成し（図３
(c))、ＳｉＯ2 膜１０６をフッ酸を用いて除去し、上記
第１のコンタクト層８ａ，及び電流阻止層７上に第２の
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８ｂを成長させてコンタクト
層８を形成した後、該コンタクト層８上にｐ側電極９を
形成し、基板１の裏面側にｎ側電極１０を形成して半導
体レーザを得る。
【００５４】次に動作について説明する。まず、ｐ側電
極９が正、ｎ側電極１０が負となるように電流を流す
と、ホールがｐ側電極９から、ｐ型コンタクト層８，ｐ
型上クラッド層６を経て活性層５０に注入され、電子が
ｎ側電極１０からｎ型基板１，ｎ型下クラッド層２を経
て活性層５０に注入され、活性層５０においてホールと
電子との再結合が起こり誘導放出光が発生し、この光が
活性層１０のＳＣＨ層３，５に沿って導波され、キャリ
アの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発
生するとレーザ発振が起こる。このとき、リッジストラ
イプ構造の両側の領域においては、コンタクト層８と電
流阻止層７と上クラッド層６とがｐｎｐ構造を構成して
いるため、電流は流れず、電流はリッジストライプ構造
のみに狭搾されて流れ、このリッジストライプ構造の下
部の領域の活性層５０において集中的に発光再結合が起
こる。
【００５５】この本実施例１の半導体レーザにおいて
は、図２に示すように、下クラッド層２，上クラッド層
６，及びＳＣＨ層３，５は基板１とほぼ同じ格子定数を
もっており、基板１に対する歪量はほぼ０で、基板１に
対して歪がないものとなっているが、ＭＱＷ構造４の井
戸層４ａは格子定数が基板１よりも小さいため、引張り
歪が印加されている。また、障壁層４ｂは格子定数が基
板１よりも小さく、かつ井戸層４ａよりも大きいため、
井戸層４ａよりも歪量が少ない、井戸層４ａの歪と同一
方向の歪、即ち引張り方向の歪が印加されている。
【００５６】ここで、基板に対して異なる歪量の歪を有
する２種類の層を交互に積層してなる超格子構造におけ
る、フォトルミネッセンス光の強度，及びフォトルミネ
ッセンス光のキャリア寿命と、障壁層に印加される歪量
との関係をプロットしたものを図４(a),(b) に示す。図
４(a) において、横軸は障壁層の歪量、縦軸はフォトル
ミネッセンス強度（単位：a.u.) を示し、図４(b) にお
いて、横軸は障壁層の歪量、縦軸はキャリア寿命(ns)を
示している。なお横軸において、値が０の場合は井戸層
に歪が印加されていない状態を示しており、値が負のと
きは引張り歪が印加されている状態を，また、値が正の
ときは圧縮歪が印加されている状態を示している。これ
らのデータは、図１５に示すようなサンプル構造を用
い、このサンプルのフォトルミネッセンス光を測定して
得られたものである。なお、図１５(a) はサンプル構造
の断面図を示し、図１５(b) は、図１５(a) においてＢ
で示した部分の構造を示す拡大図であり、図において、
１０１はｎ型ＧａＡｓ基板、１０２は真性（以下，ｉ−
と称す）ＧａＡｓバッファ層、１０３はｉ−（Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバッファ層、１０７は、厚さ
８０オングストロームのｉ−Ｇａ0.6 Ｉｎ0.4 Ｐ井戸層
１０７ａと、厚さ８０オングストロームのｉ−（Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 ）w Ｉｎ1-w Ｐ障壁層１０７ｂとをそれぞ
れ４層づつ交互に積層してなる臨界膜厚を越えない厚さ
のＭＱＷ構造で、このサンプルにおいては、この障壁層
１０７ｂのＩｎ組成比1-w を変化させることで障壁層１
０７ｂの歪量を調整しており、Ｉｎ組成比1-w が０．５
より大きくなると結晶に圧縮歪がかかり、０．５より小
さくなると結晶に引張り歪がかかる。１０５はｉ−Ｇａ
Ａｓキャップ層で、フォトルミネッセンス光を測定する
際には除去される。
【００５７】この図４(a),(b) からわかるように、フォ
トルミネッセンス光の強度，及びキャリア寿命のいずれ
も井戸層と基板に対して同一方向の歪，つまり引張り方
向の歪が障壁層に増加するにつれて増加している。逆に
井戸層と反対方向の歪を障壁層に印加したときには、フ
ォトルミネッセンス光の強度，キャリア寿命ともに劣化
している。したがって、フォトルミネッセンス光の強
度，及びキャリア寿命の向上は結晶品質の向上を示すも
のであるため、臨界膜厚よりも十分に薄いＭＱＷ構造等
の超格子構造を形成する場合においては、基板に対して
同一方向の異なる大きさの歪を有する２種類の層により
超格子層を形成することにより、結晶品質を向上させる
ことができることがわかるとともに、図１２を用いて説
明した従来の他の半導体レーザのＭＱＷ構造のような歪
補償型構造は、臨界膜厚を厚くするためには有効な方法
であっても、結晶品質を向上させるものではないことを
示している。この結果は、超格子層の厚さが転位の発生
する臨界膜厚より十分薄い場合には、本実施例の井戸層
４ａと障壁層４ｂのように、下地の層との格子定数差の
小さい結晶からなる層を順次結晶成長させたほうが成長
界面などの結晶品質が向上し、超格子層の結晶品質が向
上することを示すものと考えられる。
【００５８】したがって、本実施例の活性層５０のＭＱ
Ｗ構造４は、基板に対して同一方向である引張り方向の
異なる大きさの歪を有する２種類の層により形成したも
のであるため、本実施例の半導体レーザの活性層のＭＱ
Ｗ構造４の結晶品質は従来の技術において説明した半導
体レーザのＭＱＷ構造の結晶品質よりも優れていること
がわかる。
【００５９】以上のように、この実施例１においては、
基板１に対して引張り方向の歪を有する材料からなる障
壁層４ｂと、基板１に対して引張り方向の歪を有すると
ともに、その歪量が、上記障壁層４ｂよりも大きい材料
からなる井戸層４ａとにより半導体レーザの活性層５０
のＭＱＷ構造４を形成するようにしたから、結晶品質に
優れた歪を有するＭＱＷ構造を活性層に備えた半導体レ
ーザを形成することができ、所望の特性を備えた高品質
な半導体レーザを提供できる効果がある。
【００６０】なお、上記実施例１においては、ＭＱＷ構
造４を基板１に対して所定の歪量を有する（Ａｌx3Ｇａ
1-x3）y3Ｉｎ1-y3Ｐ(0≦x3≦0.2,y3=0.6) 井戸層４ａと
（Ａｌx4Ｇａ1-x4）y4Ｉｎ1-y4Ｐ(x4=0.5,y4=0.55)障壁
層４ｂとを交互に積層して構成するようにしたが、本発
明においては、ＭＱＷ構造の井戸層と障壁層との基板に
対する歪量は、半導体レーザの設計に応じて調整するよ
うにしてもよく、このような場合においても上記実施例
１と同様の効果を奏する。
【００６１】また、上記実施例１においては、ＭＱＷ構
造４の井戸層４ａと障壁層４ｂとに引張り方向の歪を印
加した場合について説明したが、井戸層と障壁層とに圧
縮方向の歪量の異なる歪を印加したＭＱＷ構造において
も、井戸層と障壁層との間の格子定数差が小さいため、
ＭＱＷ構造の結晶品質を向上させることができることか
ら、本発明においては、ＭＱＷ構造の井戸層と障壁層と
に圧縮方向の歪量の異なる歪を印加した場合において
も、上記実施例１と同様の効果を奏する。
【００６２】実施例２．図５はこの発明の実施例２によ
る半導体レーザの構造を示す断面図であり、図におい
て、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示してお
り、１１，１２はＭＱＷ構造４に近づくにつれて、順
次、引張り方向の歪量が増加している（Ａｌx5Ｇ
ａ1-x5）y5Ｉｎ1-y5Ｐ(x5=0.5,0.45≦y5≦0.5)からなる
ＳＣＨ層で、ＭＱＷ構造４と隣接する部分のＩｎ組成比
1-y は０．４５で、その反対側の部分のＩｎ組成比1-y
は０．５となっている。また、５０ａはＳＣＨ層１１，
１２とＭＱＷ構造４からなる活性層である。本実施例２
の半導体レーザは、上記実施例１の半導体レーザと同様
の製造方法により製造され、上記ＳＣＨ層１１，１２は
Ｉｎ組成比を変化させながら結晶成長させることにより
形成される。
【００６３】また、図６は、図５に示した本実施例２の
半導体レーザの活性層３０ａ近傍の結晶に印加される歪
量を示す図であり、図において、図５，及び図２と同一
符号は同一または相当する部分を示している。また、横
軸は、活性層３０の積層方向を示し、縦軸は基板に対す
る歪量を示している。
【００６４】本実施例２の半導体レーザは、上記実施例
１に示した半導体レーザにおいて、ＭＱＷ構造４と、こ
のＭＱＷ構造４と接する層であるＳＣＨ層１１，１２の
格子定数差を小さくして、ＭＱＷ構造４の結晶性の向上
を図ったものであり、図６に示すように、ＳＣＨ層１
１，１２の格子定数をＭＱＷ構造４の井戸層４ａに近づ
くにつれ小さくなるように，即ち、引張り歪が順次大き
くなるような構造にすることで、井戸層４ａとの格子定
数差を小さくして、ＳＣＨ層１１，１２と隣接する井戸
層４ａの結晶性を向上させるとともに、ＳＣＨ層１１と
下クラッド層２との間，及びＳＣＨ層１２と上クラッド
層６との間にも大きな格子定数差を与えることのないよ
うにして、これらの界面で格子不整合を起こさないよう
にすることができる。
【００６５】以上のようにこの実施例２によれば、ＳＣ
Ｈ層１１，１２の格子定数をＭＱＷ構造４に近づくにつ
れ小さくなるようにして、該ＭＱＷ構造４に近づくにつ
れ引張り歪の歪量が大きくなるようにしたから、より結
晶性に優れたＭＱＷ構造を得ることができる効果があ
る。
【００６６】なお、上記実施例においては、ＳＣＨ層１
１，１２のＩｎ組成比を次第に変化させることにより、
格子定数が次第に変化したＳＣＨ層１１，１２を設ける
ようにしたが、本発明においては格子定数がＭＱＷ構造
に向かって段階的に減少している複数の層を積層してな
るＳＣＨ層を用いるようにしてもよく、このような場合
においても、上記実施例２と同様の効果を奏する。
【００６７】また、上記実施例２においては、ＳＣＨ層
１１，１２の引張り歪の歪量をＭＱＷ構造４に近づくに
つれ大きくなるようにしたが、本発明においては、下ク
ラッド層２の上部及びＳＣＨ層１１，並びに上クラッド
層３の下部及びＳＣＨ層１２の格子定数をＭＱＷ構造に
近づくにつれ小さくなるようにして、ＭＱＷ構造４に近
づくにつれ引張り歪の歪量が大きくなるようにしてもよ
く、このような場合においても上記実施例２と同様の効
果を奏する。
【００６８】また、上記実施例２においては、ＳＣＨ層
１１，１２の格子定数をＭＱＷ構造４に近づくにつれ小
さくなるようにした場合について説明したが、本発明に
おいては、例えば、図１７に示すように、上記実施例１
の半導体レーザの構造において、ＭＱＷ構造４の障壁層
４ｂの代わりに、その格子定数が、井戸層４ａに近づく
につれ大きくなり、井戸層４ａから離れるにつれ小さく
なるような構造，即ち、井戸層４ａに近づくにつれその
歪量と井戸層４ａの歪量との差の絶対値が小さくなるよ
うな構造の障壁層４ｃを用いるようにした場合において
も適用できるものであり、このような場合においても上
記実施例２と同様の効果を奏する。なお、図１７は、本
実施例２の変形例による半導体レーザの活性層近傍の結
晶に印加される歪量を示す図であり、図において、図２
と同一符号は同一または相当する部分を示しており、４
０はＭＱＷ構造、４ｃは障壁層であり、この障壁層４ｃ
の材料としては、例えば、（Ａｌx6Ｇａ1-x6）y6Ｉｎ
1-y6Ｐ（x6=0.5,0.55 ≦y6≦0.6)のＩｎ組成比1-y7を変
化させて歪量を変化させたものを用いる。また、横軸は
ＭＱＷ構造４０の積層方向を示し、縦軸は基板に対する
歪量を示している。
【００６９】さらに、上記実施例２においては、ＭＱＷ
構造４の井戸層４ａと障壁層４ｂとに引張り方向の歪を
印加し、ＳＣＨ層１１，１２にも順次、引張り歪を印加
した場合について説明したが、本発明は、井戸層と障壁
層とに圧縮方向の歪量の異なる歪を印加したＭＱＷ構造
を用い、ＳＣＨ層にも順次、圧縮歪を印加した場合にお
いても適用できるものであり、このような場合において
も上記実施例２と同様の効果を奏する。
【００７０】実施例３．図７は本発明の実施例３による
半導体レーザの構造を示す断面図であり、図において、
図１と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、
１３はＭＱＷ構造４の歪の方向，つまり引張り方向に対
して、歪の方向が逆である歪緩和層で、例えば、（Ａｌ
x7Ｇａ1-x7）y7Ｉｎ1-y7Ｐ(x7=0.5,y7=0.4) により構成
されている。
【００７１】また、図８は、図５に示した本実施例２の
半導体レーザの活性層５０近傍の結晶に印加される歪量
を示す図であり、図において、図２及び図７と同一符号
は同一または相当する部分を示している。また、横軸
は、活性層５０の積層方向を示し、縦軸は基板１に対す
る歪量を示している。
【００７２】上記実施例１で示した井戸層４ａ、障壁層
４ｂともに同一方向の歪をもつＭＱＷ構造４では、従来
の技術において示した半導体レーザのＭＱＷ構造３１よ
りもＭＱＷ構造を形成する結晶全体にかかる歪量が大き
いため、臨界膜厚、即ち転移が発生しないようなＭＱＷ
構造が形成可能な厚さが小さくなってしまう。本実施例
３はこのような問題点を解消するために下クラッド層２
とＳＣＨ層３との間にＭＱＷ層４に印加した歪と逆方向
の歪を印加した層１３を挿入し、ＭＱＷ構造４近傍の結
晶全体の歪量を減少させるようにしたものである。
【００７３】このような本実施例３によれば、上記実施
例１の半導体レーザにおいて、下クラッド層２とＳＣＨ
層３との間にＭＱＷ構造４に印加されている引張り歪と
反対方向の圧縮歪を有する歪緩和層１３を設けるように
したから、上記実施例１と同様の効果を奏するととも
に、ＭＱＷ構造４の歪を歪緩和層１３により緩和して、
活性層近傍の結晶全体の歪を緩和でき、ＭＱＷ構造４の
臨界膜厚を大きくすることができ、半導体レーザの設計
の自由度を向上させることができる効果がある。
【００７４】なお、上記実施例３においては、下クラッ
ド層２とＳＣＨ層３との間に歪緩和層１３を設けた場合
について説明したが、本発明はＭＱＷ構造４の近傍であ
ればどの位置に歪緩和層を設けるようにしてもよく、例
えば、ＳＣＨ層５と上クラッド層６との間や、クラッド
層２，６の内部に挿入したり、ＳＣＨ層３，５の内部に
挿入したりしてもよく、このような場合においても上記
実施例３と同様の効果を奏する。なお、この場合、歪緩
和層の導電型は、この歪緩和層が隣接する半導体層の一
方の導電型と同じ導電型となるようにする。
【００７５】また、上記実施例３においては、ＭＱＷ構
造４の井戸層４ａと障壁層４ｂとに引張り方向の歪を印
加し、歪緩和層１３として圧縮歪を有する層を設けるよ
うにした場合について説明したが、本発明は、井戸層と
障壁層とに圧縮方向の歪量の異なる歪を印加したＭＱＷ
構造を用い、歪緩和層として引張り歪を有する層を用い
た場合においても適用できるものであり、このような場
合においても上記実施例３と同様の効果を奏する。
【００７６】また、上記実施例１ないし３においては、
リッジストライプ構造を備えた半導体レーザについて説
明したが、本発明はその他の電流狭搾構造を有する半導
体レーザにおいても適用できるものであり、このような
場合においても上記実施例１ないし３と同様の効果を奏
する。
【００７７】また、上記実施例１ないし３においては、
基板としてｎ型基板１を用いた半導体レーザについて説
明したが、本発明はｐ型基板を用いた半導体レーザにお
いても適用できるものであり、このような場合において
も上記実施例１ないし３と同様の効果を奏する。
【００７８】さらに、上記実施例１ないし３において
は、材料系がＡｌＧａＩｎＰ系である半導体レーザにつ
いて説明したが、本発明はその他の材料系からなる半導
体レーザにおいても適用できるものであり、このような
場合においても上記実施例１ないし３と同様の効果を奏
する。
【００７９】実施例４．図９は本発明の実施例４による
高電子移動度トランジスタ装置（以下，ＨＥＭＴと称
す）の構造を示す断面図であり、図において、２１は半
絶縁性ＧａＡｓ基板、２２はアンドープＧａＡｓバッフ
ァ層、２３はアンドープＧａＡｓ電子走行層、２４は基
板２１に対して圧縮方向の歪を有するアンドープＩｎＧ
ａＡｓ疑似(pseudo)電子走行層、２５はｎ+ −ＡｌＧａ
Ａｓ電子供給層、２６はドレイン電極、２７は電子供給
層２５とショットキ接触しているゲート電極、２８はソ
ース電極、２９は電子供給層２５表面のソース電極２８
及びドレイン電極２６を形成する領域近傍から、電子走
行層２３に達する深さまでＳｉ等をイオン注入して形成
された，ソース電極２８及びドレイン電極２６を電子供
給層２５にオーミック接触させるためのオーミック領
域、２０は疑似電子走行層２４と同一方向の歪を有する
とともに、その歪量が上記疑似電子走行層２４よりも小
さいｎ型の結晶劣化防止層で、微量のアンチモン（Ｓ
ｂ）を含むＧａＡｓＳｂ層やＩｎ組成比を調整したＩｎ
ＧａＡｓ層等が用いられる。
【００８０】このＨＥＭＴは、基板２１上にバッファ層
２２，電子走行層２３，疑似電子走行層２４，結晶劣化
防止層２０，電子供給層２５を連続して結晶成長させた
後、レジスト（図示せず）をマスクとしてイオン注入に
よりオーミック領域２９を形成し、さらに、蒸着により
ソース電極２８，ドレイン電極２９を形成した後、ゲー
ト電極２７を蒸着により形成して、作製される。
【００８１】次に動作について説明する。このＨＥＭＴ
は疑似(pseudo)電子走行層２４を電子供給層２５と電子
走行層２３との間に備えている疑似(pseudomorphic) 高
電子移動度トランジスタであり、電子供給層２５のドナ
ー不純物から発生した電子が、ドナーイオンと空間分離
されて電子供給層２５と電子走行層２３との間の疑似(p
seudo)電子走行層２４に蓄積されてチャネルを形成し、
このチャネルを移動する電子を、ゲート電極２７に印加
される電圧により制御するものであり、上記チャネルに
は電子の走行の邪魔になるドナーイオンが存在せず、電
子の高速な移動を実現することができ、また、このチャ
ネルが形成される層を、Ｉｎが添加された疑似(pseudo)
電子走行層２４とすることにより、より電子移動度の高
いＨＥＭＴを得ることが可能となる。
【００８２】本実施例４のＨＥＭＴは、電子供給層２５
と疑似電子走行層２４との間に、疑似電子走行層２４と
同一方向の歪を有するとともに、その歪量が上記疑似電
子走行層２４よりも小さい厚さ数１０オングストローム
のアンドープＩｎＧａＡｓからなる結晶劣化防止層２０
を設けるようにしたものである。従来の技術において説
明したように、図１６に示すような従来の疑似電子走行
層を備えたＨＥＭＴにおいては、疑似電子走行層２４
は、ＧａＡｓ中にＩｎを添加することにより電子移動度
の高い層となっているが、このような層はＧａＡｓ基板
２１とは格子不整合系の材料であるため、この疑似電子
走行層２４には圧縮方向に強い歪みがかかっており、そ
の結果、この疑似電子走行層２４の結晶品質が悪くな
り、所望の特性を備えたＨＥＭＴが得られなくなるとい
う問題が生じていた。しかるに、本実施例４において
は、疑似電子走行層２４と同じ圧縮方向の歪を有する結
晶劣化防止層２０を疑似電子走行層２４に隣接させて設
けることにより、上記実施例１において図４により説明
したように、結晶劣化防止層２０と、疑似電子走行層２
４との間に同じ圧縮方向に歪が印加され、電子供給層２
５と結晶劣化防止層２０との間の歪量，及び結晶劣化防
止層２０と疑似電子走行層２４との間の歪量を、従来の
ＨＥＭＴの電子供給層２５と疑似電子走行層２４との間
の歪量より小さくでき、結晶劣化防止層２０と、疑似電
子走行層２４との結晶品質を向上させることができる。
【００８３】このように本実施例４によれば、電子供給
層２５と疑似電子走行層２４との間に、疑似電子走行層
２４と同一方向の歪を有するとともに、その歪量が上記
疑似電子走行層２４よりも小さいｎ型の結晶劣化防止層
２０を設けるようにしたから、歪を有する層である疑似
電子走行層２４の結晶性を向上させることができ、高品
質なＨＥＭＴを提供することができる。
【００８４】なお、上記実施例４においては、電子供給
層２５と疑似電子走行層２４との間に、ｎ型の結晶劣化
防止層２０を設けるようにしたが、本発明においては、
図１８に示すように、疑似電子走行層２４と電子走行層
２３との間に、疑似電子走行層２４と同一方向の歪を有
するとともに、その歪量が上記疑似電子走行層２４より
も小さい、例えば、微量のアンチモン（Ｓｂ）を含むＧ
ａＡｓＳｂ層やＩｎ組成比を調整したＩｎＧａＡｓ層等
からなるアンドープの結晶劣化防止層２０ａを設けるよ
うにした場合においても適用できるものであり、このよ
うな場合においても上記実施例４と同様の効果を奏す
る。なお、図１８において、図９と同一符号は同一又は
相当する部分を示しており、２０ａはアンドープ結晶劣
化防止層である。
【００８５】また、上記実施例４においては疑似電子走
行層２４に圧縮方向の歪が印加されている場合について
説明したが、本発明は疑似電子走行層に引張り方向の歪
が印加されている場合においても適用できるものであ
り、このような場合においても上記実施例４と同様の効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例１による半導体レーザの構
造を示す断面図である。
【図２】 この発明の実施例１による半導体レーザの活
性層近傍の結晶に印加された歪量を示す図である。
【図３】 この発明の実施例１による半導体レーザの製
造方法を示す断面工程図である。
【図４】 この発明の実施例１による半導体レーザの構
造を説明するための、ＭＱＷ構造の障壁層の歪量とＭＱ
Ｗ構造のフォトルミネッセンス強度及びキャリア寿命と
の関係を示す図である。
【図５】 この発明の実施例２による半導体レーザの構
造を示す断面図である。
【図６】 この発明の実施例２による半導体レーザの活
性層とその近傍の結晶に印加された歪量を示す図であ
る。
【図７】 この発明の実施例３による半導体レーザの構
造を示す断面図である。
【図８】 この発明の実施例３による半導体レーザの活
性層とその近傍の結晶に印加された歪量を示す図であ
る。
【図９】 この発明の実施例４による高電子移動度トラ
ンジスタ装置の構造を示す断面図である。
【図１０】 従来の半導体レーザの構造を示す断面図で
ある。
【図１１】 従来の半導体レーザ装置の活性層とその近
傍の結晶に印加された歪を示す図である。
【図１２】 従来の他の半導体レーザ装置の活性層とそ
の近傍の結晶に印加された歪量を示す図である。
【図１３】 従来の半導体レーザの構造を説明するため
の、ＭＱＷ構造の井戸層の歪量とＭＱＷ構造のフォトル
ミネッセンス強度及びキャリア寿命との関係を示す図で
ある。
【図１４】 従来の半導体レーザのＭＱＷ構造を説明す
るために用いたサンプルの構造を示す図である。
【図１５】 本発明の半導体レーザのＭＱＷ構造を説明
するために用いたサンプルの構造を示す図である。
【図１６】 従来の高電子移動度トランジスタ装置の構
造を示す図である。
【図１７】 この発明の実施例２の変形例による半導体
レーザの活性層とその近傍の結晶に印加された歪量を示
す図である。
【図１８】 この発明の実施例４の変形例による高電子
移動度トランジスタ装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ基板、２ ｎ型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1
Ｉｎ1-y1Ｐ(x1=0.7,y1=0.5) 下クラッド層、３，５
（Ａｌx Ｇａ1-x ）y Ｉｎ1-y Ｐ(x2=0.5,y2=0.5) ＳＣ
Ｈ層、４，４０，１０７ ＭＱＷ構造、６ ｐ型（Ａｌ
x Ｇａ1-x1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ(x1=0.7,y1=0.5) 上クラッド
層、４ａ （Ａｌx3Ｇａ1-x3）y3Ｉｎ1-y3Ｐ(0≦x3≦0.
2,y3=0.6) 井戸層、４ｂ （Ａｌx4Ｇａ1-x4）y4Ｉｎ
1-y4Ｐ(x4=0.5,y4=0.55)障壁層、４ｃ （Ａｌx6Ｇａ
1-x6）y6Ｉｎ1-y6Ｐ(x6=0.5,0.55≦y6≦0.6)障壁層、７
ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層、８ａ，８ｂ 第１，第２の
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、８ ｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層、９ ｐ側電極、１０ ｎ側電極、１１，１２
（Ａｌx5Ｇａ1-x5）y5Ｉｎ1-y5Ｐ(x5=0.5,0.45≦y5≦0.
5)ＳＣＨ層、１３ （Ａｌx7Ｇａ1-x7）y7Ｉｎ1-y7Ｐ(x
7=0.5,y7=0.4) 歪緩和層、２０ 結晶劣化防止層、２０
ａ アンドープ結晶劣化防止層、２１ 半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板、２２ アンドープＧａＡｓバッファ層、２３
アンドープＧａＡｓ電子走行層、２４ アンドープＩｎ
ＧａＡｓ疑似走行層、２５ ｎ+ −ＡｌＧａＡｓ電子供
給層、２６ ドレイン電極、２７ ゲート電極、２８
ソース電極、２９ オーミック領域、３１ａ （Ａｌx8
Ｇａ1-x8）y8Ｉｎ1-y8Ｐ(0≦x8≦0.2,y8=0.6) 、３１ｂ
（Ａｌx9Ｇａ1-x9）y9Ｉｎ1-y9Ｐ(x9=0.5,y9=0.5) 、
５０，５０ａ 活性層、１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板、１
０２ ｉ−ＧａＡｓバッファ層、１０３ ｉ−（Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバッファ層、１０５ ｉ
−ＧａＡｓキャップ層、１０６ ＳｉＯ2 膜、１０７ａ
ｉ−Ｇａ0.6 Ｉｎ0.4 Ｐ井戸層、１０７ｂ ｉ−（Ａ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 ）w Ｉｎ1-w Ｐ障壁層。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板と、 該半導体基板の一主面上に形成された、上記基板に対し
    て圧縮方向，又は引張り方向の歪を有する第１の半導体
    層と、該第１の半導体層と上記基板に対して同一方向の
    異なる歪量の歪を有する第２の半導体層とを、交互に２
    層以上積層してなる歪超格子構造とを備えたことを特徴
    とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置において、 上記歪超格子構造の上下には、上記第１の半導体層と上
    記基板に対して同一方向の歪を有するとともに、その上
    記基板に対する歪量が、上記歪超格子構造に近づくにつ
    れて増加している第３の半導体層を備えていることを特
    徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体装置において、 上記第２の半導体層は、上記基板に対して上記第１の半
    導体層と同一方向の歪を有するとともに、上記第１の半
    導体層に近づくにつれてその歪量と上記第１の半導体層
    の歪量との差の絶対値が小さくなる構造を有しているこ
    とを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体装置において、 上記歪超格子構造の上記基板に対する高さ方向における
    近傍には、上記基板の一主面と平行に設けられた、上記
    基板に対して、上記第１の半導体層の歪の方向と反対方
    向の歪を有する第４の半導体層を備えていることを特徴
    とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 第１導電型半導体基板と、 該第１導電型半導体基板の一主面上に配置された、該基
    板に対する歪のない第１導電型クラッド層と、 該第１導電型クラッド層上に配置された、該第１導電型
    クラッド層よりバンドギャップエネルギーが小さい材料
    からなる２層のＳＣＨ（Self Confinement Heterostruc
    ture）層の間に、該ＳＣＨ層よりもバンドギャップエネ
    ルギーが小さく、上記基板に対して引張り方向，または
    圧縮方向の歪を有する複数の井戸層と、該複数の井戸層
    の各層間に挟まれた、上記ＳＣＨ層とバンドギャップエ
    ネルギーが等しく、上記井戸層と上記基板に対して同じ
    方向の上記井戸層よりも歪量の小さい歪を有する単数又
    は複数の障壁層とにより構成される歪超格子構造を挟み
    込んでなる活性層と、 該活性層上に配置された、上記第１導電型クラッド層と
    同じ材料からなる第２導電型クラッド層と、 該第２導電型クラッド層上に配置された、上記基板に対
    する歪のない第２導電型コンタクト層と、 該第２導電型コンタクト層上に配置された第２の電極
    と、 上記基板の一主面と反対側の面上に配置された第１の電
    極とを備えたことを特徴とする半導体レーザ。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の半導体レーザ装置にお
    いて、 上記ＳＣＨ層は、上記井戸層と上記基板に対して同一方
    向の歪を有するとともに、その上記基板に対する歪量
    が、上記歪超格子構造に近づくにつれて増加している構
    造を備えていることを特徴とする半導体レーザ。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の半導体レーザにおい
    て、 上記障壁層は、上記基板に対して上記井戸層と同一方向
    の歪を有するとともに、上記井戸層に近づくにつれてそ
    の歪量と上記井戸層との歪量の差の絶対値が小さくなる
    構造を有していることを特徴とする半導体レーザ。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載の半導体レーザにおい
    て、 上記歪超格子構造の上記基板に対する高さ方向における
    近傍には、上記基板の一主面と平行に設けられた、上記
    基板に対して上記井戸層の歪の方向と反対方向の歪を有
    する、隣接する半導体層の一方と導電型、及びバンドギ
    ャップエネルギーが等しい半導体材料からなる歪緩和層
    を備えていることを特徴とする半導体装置。
  9. 【請求項９】 請求項５に記載の半導体レーザにおい
    て、 上記第１導電型半導体基板は第１導電型ＧａＡｓよりな
    り、 上記第１導電型クラッド層は上記基板に対して歪のない
    第１導電型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）y1Ｉｎ1-y1Ｐ(0＜x1＜1,
    0＜y1＜1)よりなり、 上記ＳＣＨ層は（Ａｌx2Ｇａ1-x2）y2Ｉｎ1-y2Ｐ(0＜x2
    ≦x1,y2=y1) よりなり、 上記井戸層は（Ａｌx3Ｇａ1-x3）y3Ｉｎ1-y3Ｐ(0≦x3＜
    x2，y2＜y3＜1)よりなり、 上記障壁層は（Ａｌx4Ｇａ1-x4）y4Ｉｎ1-y4Ｐ(x4=x2，
    y2＜y4＜y3) よりなり、 上記第２導電型クラッド層は第２導電型（Ａｌx1Ｇａ
    1-x1）y1Ｉｎ1-y1Ｐよりなり、 上記第２導電型コンタクト層は第２導電型ＧａＡｓより
    なることを特徴とする半導体レーザ。
  10. 【請求項１０】 半絶縁性基板と、 該半絶縁性基板の一主面上に配置されたアンドープ電子
    走行層と、 該アンドープ電子走行層上に配置された、上記基板に対
    して圧縮方向または引張り方向の歪を有するアンドープ
    疑似電子走行層と、 該疑似電子走行層上に配置されたｎ型の不純物を高濃度
    に含む電子供給層と、 該電子供給層上にオーミック接触するよう配置されたソ
    ース電極，及びドレイン電極と、 上記電子供給層上の上記ソース電極とドレイン電極とに
    挟まれた領域に、該電子供給層とショットキ接触するよ
    う配置されたゲート電極と、 上記上記疑似電子走行層と電子供給層との間に配置され
    た、上記疑似電子走行層と上記基板に対して同一方向の
    該疑似電子走行層よりも歪量の小さい歪を有するｎ型の
    結晶劣化防止層を備えたことを特徴とする高電子移動度
    トランジスタ装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の高電子移動度トラ
    ンジスタ装置において、 上記基板は半絶縁性ＧａＡｓからなり、 上記電子走行層はアンドープＧａＡｓからなり、 上記疑似電子走行層はアンドープＩｎＧａＡｓからな
    り、 上記電子供給層はｎ型不純物を高濃度に含むＡｌＧａＡ
    ｓからなり、 上記結晶劣化防止層は、微量のアンチモン（Ｓｂ）を含
    むｎ型ＧａＡｓＳｂ，または上記疑似電子走行層よりも
    歪が小さくなるようにＩｎの構成比を調整したｎ型Ｉｎ
    ＧａＡｓのいずれか一方からなることを特徴とする高電
    子移動度トランジスタ装置。
  12. 【請求項１２】 半絶縁性基板と、 該半絶縁性基板の一主面上に配置されたアンドープ電子
    走行層と、 該アンドープ電子走行層上に配置された、上記基板に対
    して圧縮方向または引張り方向の歪を有するアンドープ
    疑似電子走行層と、 該疑似電子走行層上に配置されたｎ型の不純物を高濃度
    に含む電子供給層と、 該電子供給層上にオーミック接触するよう配置されたソ
    ース電極，及びドレイン電極と、 上記電子供給層上の上記ソース電極とドレイン電極とに
    挟まれた領域に、該電子供給層とショットキ接触するよ
    う配置されたゲート電極と、 上記疑似電子走行層と電子走行層との間に配置された、
    上記疑似電子走行層と上記基板に対して同一方向の該疑
    似電子走行層よりも歪量の小さい歪を有するアンドープ
    結晶劣化防止層を備えたことを特徴とする高電子移動度
    トランジスタ装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の高電子移動度トラ
    ンジスタ装置において、 上記基板は半絶縁性ＧａＡｓからなり、 上記電子走行層はアンドープＧａＡｓからなり、 上記疑似電子走行層はアンドープＩｎＧａＡｓからな
    り、 上記電子供給層はｎ型不純物を高濃度に含むＡｌＧａＡ
    ｓからなり、 上記結晶劣化防止層は、微量のアンチモン（Ｓｂ）を含
    むアンドープＧａＡｓＳｂ，または上記疑似電子走行層
    よりも歪が小さくなるようにＩｎの構成比を調整した案
    ードープＩｎＧａＡｓのいずれか一方からなることを特
    徴とする高電子移動度トランジスタ装置。
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