JPH0918089A - 半導体装置，及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置，及びその製造方法Info
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- JPH0918089A JPH0918089A JP7164124A JP16412495A JPH0918089A JP H0918089 A JPH0918089 A JP H0918089A JP 7164124 A JP7164124 A JP 7164124A JP 16412495 A JP16412495 A JP 16412495A JP H0918089 A JPH0918089 A JP H0918089A
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- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
Abstract
(57)【要約】
【目的】 転位の発生に関する臨界条件に対して、充分
な余裕を持ち、多重量子井戸構造活性層を備えた、高い
信頼性を有する半導体装置，及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 層厚７ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井
戸層１、この井戸層１に挟まれた層厚２０ｎｍのＡｌ0.
2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層２、井戸層１の外側のＡｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ａｓ障壁層３からなる歪二重量子井戸構造を活性
層１３として、半導体レーザを構成する。この際、安全
係数Ｋsafe＝３．９かつ、 【数４】 が成り立つように上記歪二重量子井戸構造を形成してい
る。 【効果】 上記歪量子井戸層における転位の発生を抑制
でき、連続動作によっても、特性劣化を生じない、高い
信頼性を有する半導体レーザが得られる。
な余裕を持ち、多重量子井戸構造活性層を備えた、高い
信頼性を有する半導体装置，及びその製造方法を提供す
る。 【構成】 層厚７ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井
戸層１、この井戸層１に挟まれた層厚２０ｎｍのＡｌ0.
2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層２、井戸層１の外側のＡｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ａｓ障壁層３からなる歪二重量子井戸構造を活性
層１３として、半導体レーザを構成する。この際、安全
係数Ｋsafe＝３．９かつ、 【数４】 が成り立つように上記歪二重量子井戸構造を形成してい
る。 【効果】 上記歪量子井戸層における転位の発生を抑制
でき、連続動作によっても、特性劣化を生じない、高い
信頼性を有する半導体レーザが得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置，及びその
製造方法に関し、特に高い信頼性を有する歪多重量子井
戸構造活性層を備えた半導体レーザ，及びその製造方法
に関するものである。
製造方法に関し、特に高い信頼性を有する歪多重量子井
戸構造活性層を備えた半導体レーザ，及びその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体基板上に、この半導体基
板と格子定数の異なる半導体層をエピタキシャル成長さ
せる場合は、半導体層内に多数の転位が発生して、良質
な結晶を得ることは難しい。しかし、この半導体層の層
厚が臨界厚以下であれば、転位の発生が抑制され、半導
体基板と格子整合した半導体層が得られる。ただし、こ
の層は、上記のように格子定数が異なる半導体基板と格
子整合しているため、格子歪を有するものとなる。上記
の臨界厚は、半導体基板と半導体成長層を構成する半導
体の種類に依存する。活性層を量子井戸構造とした半導
体レーザにおいて、この量子井戸構造の井戸層に、上記
のような歪層を用いたものが開発されている。
板と格子定数の異なる半導体層をエピタキシャル成長さ
せる場合は、半導体層内に多数の転位が発生して、良質
な結晶を得ることは難しい。しかし、この半導体層の層
厚が臨界厚以下であれば、転位の発生が抑制され、半導
体基板と格子整合した半導体層が得られる。ただし、こ
の層は、上記のように格子定数が異なる半導体基板と格
子整合しているため、格子歪を有するものとなる。上記
の臨界厚は、半導体基板と半導体成長層を構成する半導
体の種類に依存する。活性層を量子井戸構造とした半導
体レーザにおいて、この量子井戸構造の井戸層に、上記
のような歪層を用いたものが開発されている。
【０００３】量子井戸構造活性層における井戸層が、一
層のみであり、この井戸層が歪格子層である歪単一量子
井戸半導体レーザにおいて、高い信頼性を確保するため
には、この井戸層の歪と層厚が、転位の発生に関する臨
界条件に対して、充分な余裕を持つことが必要であるこ
とが知られている（たとえば、K.J.Beernink, P.K.Yor
k, J.J.Coleman, R.G.Waters, J.Kim and C.M.Wayman,
Appl.Phys.Lett.55(1989)2167 ）。
層のみであり、この井戸層が歪格子層である歪単一量子
井戸半導体レーザにおいて、高い信頼性を確保するため
には、この井戸層の歪と層厚が、転位の発生に関する臨
界条件に対して、充分な余裕を持つことが必要であるこ
とが知られている（たとえば、K.J.Beernink, P.K.Yor
k, J.J.Coleman, R.G.Waters, J.Kim and C.M.Wayman,
Appl.Phys.Lett.55(1989)2167 ）。
【０００４】また、半導体基板の（００１）面上に成長
した歪層で、転位が発生しない条件は、歪をｆ、歪層の
層厚をｔとすると、
した歪層で、転位が発生しない条件は、歪をｆ、歪層の
層厚をｔとすると、
【０００５】
【数５】
【０００６】であることが報告されている（P.M.J.Mare
e, J.C.Barbour, J.F.van der Veen,K.L.Kavanagh, C.
W.T.Bulle-Lieuwma and M.P.A.Vieger, J.Appl.Phys.62
(1987)4413 ）。ただし、上記(1) 式において、ν，ｂ
0 ，ｂp ，ｒc は、それぞれ上記歪層におけるポアッソ
ン比，完全転位のバーガースベクトルの大きさ，部分転
位のバーガースベクトルの大きさ，及び転位のハーフル
ープの半径である。
e, J.C.Barbour, J.F.van der Veen,K.L.Kavanagh, C.
W.T.Bulle-Lieuwma and M.P.A.Vieger, J.Appl.Phys.62
(1987)4413 ）。ただし、上記(1) 式において、ν，ｂ
0 ，ｂp ，ｒc は、それぞれ上記歪層におけるポアッソ
ン比，完全転位のバーガースベクトルの大きさ，部分転
位のバーガースベクトルの大きさ，及び転位のハーフル
ープの半径である。
【０００７】したがって、信頼性の高い歪単一量子井戸
半導体レーザを作製するためには、歪単一量子井戸構造
の井戸層の歪みｆと層厚ｔが、(1) 式の関係を充分に満
足するようにすることが望ましい。
半導体レーザを作製するためには、歪単一量子井戸構造
の井戸層の歪みｆと層厚ｔが、(1) 式の関係を充分に満
足するようにすることが望ましい。
【０００８】一方、半導体レーザの高出力化には、活性
層として上記のような単一量子井戸構造を用いるより、
複数の量子井戸からなる多重量子井戸構造を用いる方が
有利であることが知られているが、上記単一歪量子井戸
構造半導体レーザに代えて歪多重量子井戸構造を用いる
場合は、個々の歪井戸層が、転位の発生に関する臨界条
件に対してそれぞれに充分な余裕を持つことはもちろ
ん、歪多重量子井戸構造全体としても、転位の発生に関
する臨界条件に対して充分な余裕を持つようにすること
が望ましいものと考慮される。
層として上記のような単一量子井戸構造を用いるより、
複数の量子井戸からなる多重量子井戸構造を用いる方が
有利であることが知られているが、上記単一歪量子井戸
構造半導体レーザに代えて歪多重量子井戸構造を用いる
場合は、個々の歪井戸層が、転位の発生に関する臨界条
件に対してそれぞれに充分な余裕を持つことはもちろ
ん、歪多重量子井戸構造全体としても、転位の発生に関
する臨界条件に対して充分な余裕を持つようにすること
が望ましいものと考慮される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、歪多重
量子井戸構造活性層は半導体レーザの高出力化にとって
有効であると考えられる。しかしながら、歪多重量子井
戸構造においては、転位の発生に関する臨界条件に対し
て、それぞれの歪井戸層の歪，層厚，及び歪多重量子井
戸構造全体がどの程度の余裕を持つべきかが明確ではな
かったため、信頼性の高い歪多重量子井戸構造半導体レ
ーザを得ることは困難であった。
量子井戸構造活性層は半導体レーザの高出力化にとって
有効であると考えられる。しかしながら、歪多重量子井
戸構造においては、転位の発生に関する臨界条件に対し
て、それぞれの歪井戸層の歪，層厚，及び歪多重量子井
戸構造全体がどの程度の余裕を持つべきかが明確ではな
かったため、信頼性の高い歪多重量子井戸構造半導体レ
ーザを得ることは困難であった。
【００１０】この発明は、上記の問題に鑑みなされたも
のであり、転位の発生に関する臨界条件に対して、充分
な余裕を持つ歪多重量子井戸構造活性層を備えた、高い
信頼性を有する半導体装置，及びその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
のであり、転位の発生に関する臨界条件に対して、充分
な余裕を持つ歪多重量子井戸構造活性層を備えた、高い
信頼性を有する半導体装置，及びその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る半導体装置は、半導体基板表面上に形成された、こ
の半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等
しい半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を
構成する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバン
ドギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層と
が交互に積層されてなり、その最下層と最上層に上記障
壁層を有する歪多重量子井戸構造を含む半導体装置にお
いて、次の条件を満たすものである。
係る半導体装置は、半導体基板表面上に形成された、こ
の半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等
しい半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を
構成する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバン
ドギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層と
が交互に積層されてなり、その最下層と最上層に上記障
壁層を有する歪多重量子井戸構造を含む半導体装置にお
いて、次の条件を満たすものである。
【００１２】すなわち、上記歪多重量子井戸構造の上記
複数の井戸層が同一の層厚ｔw を有し、上記歪多重量子
井戸構造の上記最下層及び上記最上層以外の上記障壁層
が同一の層厚ｔb を有し、ｎを上記井戸層の数、ｆw を
上記各井戸層の歪とし、上記歪多重量子井戸構造におけ
る、上記半導体基板に最も近い障壁層／井戸層界面か
ら、この半導体基板に最も遠い障壁層／井戸層界面まで
の間の層厚ｔtota l を ｔtotal ＝ｎｔw ＋（ｎ−１）ｔb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪ｆavを ｆav＝ｎｔw ｆw ／ｔtotal とし、上記井戸層における、ポアッソン比をν，完全転
位のバーガースベクトル（Burgers Vector）の大きさを
ｂ0 ，部分転位のバーガースベクトルの大きさをｂp，
剛性率をμ，単位面積当たりの積層欠陥のエネルギーを
γ，転位のハーフループの半径をｒc ，せん断応力のす
べり面内成分をτ，一対の部分転位の間の距離をｄと
し、上記ｂ0 及び上記ｂp が、ｂ0 ＝３1/2 ｂp の関係
を満たし、上記ｒc が
複数の井戸層が同一の層厚ｔw を有し、上記歪多重量子
井戸構造の上記最下層及び上記最上層以外の上記障壁層
が同一の層厚ｔb を有し、ｎを上記井戸層の数、ｆw を
上記各井戸層の歪とし、上記歪多重量子井戸構造におけ
る、上記半導体基板に最も近い障壁層／井戸層界面か
ら、この半導体基板に最も遠い障壁層／井戸層界面まで
の間の層厚ｔtota l を ｔtotal ＝ｎｔw ＋（ｎ−１）ｔb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪ｆavを ｆav＝ｎｔw ｆw ／ｔtotal とし、上記井戸層における、ポアッソン比をν，完全転
位のバーガースベクトル（Burgers Vector）の大きさを
ｂ0 ，部分転位のバーガースベクトルの大きさをｂp，
剛性率をμ，単位面積当たりの積層欠陥のエネルギーを
γ，転位のハーフループの半径をｒc ，せん断応力のす
べり面内成分をτ，一対の部分転位の間の距離をｄと
し、上記ｂ0 及び上記ｂp が、ｂ0 ＝３1/2 ｂp の関係
を満たし、上記ｒc が
【００１３】
【数１】
【００１４】を満たし、上記τが
【００１５】
【数２】
【００１６】であり、上記ｄが
【００１７】
【数３】
【００１８】であるとき、Ｋsafeを上記井戸層における
転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
【００１９】
【数４】
【００２０】が成り立つものである。
【００２１】また、この発明（請求項２）に係る半導体
装置は、上記の半導体装置（請求項１）において、上記
半導体基板が、その表面が（００１）面であるＧａＡｓ
基板と、このＧａＡｓ基板表面上にエピタキシャル成長
させたＧａＡｓとほぼ格子定数の等しい半導体結晶であ
る半導体層とからなり、上記歪多重量子井戸構造が、上
記半導体層の表面上に成長させたものであり、上記井戸
層がＩｎＧａＡｓからなり、上記障壁層がＧａＡｓまた
はＡｌＧａＡｓからなり、上記ｂ0 は０．４０ｎｍ，上
記νは０．３１，上記μは３．２×１０11erg/cm3 ，上
記γは１８erg/cm2 であるものである。
装置は、上記の半導体装置（請求項１）において、上記
半導体基板が、その表面が（００１）面であるＧａＡｓ
基板と、このＧａＡｓ基板表面上にエピタキシャル成長
させたＧａＡｓとほぼ格子定数の等しい半導体結晶であ
る半導体層とからなり、上記歪多重量子井戸構造が、上
記半導体層の表面上に成長させたものであり、上記井戸
層がＩｎＧａＡｓからなり、上記障壁層がＧａＡｓまた
はＡｌＧａＡｓからなり、上記ｂ0 は０．４０ｎｍ，上
記νは０．３１，上記μは３．２×１０11erg/cm3 ，上
記γは１８erg/cm2 であるものである。
【００２２】また、この発明（請求項３）に係る半導体
装置は、上記の半導体装置（請求項１または２）におい
て、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの活性層
であるものである。
装置は、上記の半導体装置（請求項１または２）におい
て、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの活性層
であるものである。
【００２３】また、この発明（請求項４）に係る半導体
装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板表面上に、
この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ
等しい第１導電型の半導体結晶からなる第１クラッド層
をエピタキシャル成長させた後、この第１クラッド層上
にこの第１クラッド層を構成する半導体結晶と格子定数
がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第１クラッド
層を構成する半導体のバンドギャップ以下である半導体
結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構成する半
導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギャップ
が小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを交互に積
層するようにエピタキシャル成長させて、その最下層と
最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造からな
り、レーザ光が発振される活性層を形成し、さらにこの
活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結晶と格子
定数がほぼ等しく、かつ上記第１導電型と逆の第２導電
型である半導体結晶からなる第２クラッド層をエピタキ
シャル成長させる工程と、上記第２クラッド層上のスト
ライプ状の領域に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をマスク
として、上記第２クラッド層を所定の深さまでエッチン
グして、上記絶縁膜下に残された上記第２クラッド層か
らなるストライプメサを形成する工程と、上記絶縁膜を
マスクとして、上記ストライプメサの両脇に第１導電型
の半導体結晶からなる電流ブロック層を選択成長させ、
この後上記絶縁膜を除去する工程と、上記電流ブロック
層の表面，及び上記第２クラッド層の露出した表面上の
全面に、上記第２導電型の半導体結晶からなるコンタク
ト層をエピタキシャル成長させる工程と、上記コンタク
ト層表面に、このコンタクト層とオーミック接触をなす
表面電極を形成し、上記半導体基板裏面に、この半導体
基板とオーミック接触をなす裏面電極を形成する工程
と、上記ストライプメサの延びる方向と直交する劈開面
を形成し、これを半導体レーザの共振器端面とする工程
とを含み、上記歪多重量子井戸構造が、上記井戸層がそ
れぞれ同一の層厚ｔw を有し、上記歪多重量子井戸構造
の上記最下層及び上記最上層を除く、上記障壁層がそれ
ぞれ同一の層厚ｔb を有し、ｎを上記井戸層の数、ｆw
を上記各井戸層の歪とし、上記歪多重量子井戸構造にお
ける、上記半導体基板に最も近い障壁層／井戸層界面か
ら、該半導体基板に最も遠い障壁層／井戸層界面までの
間の層厚ｔtotalを ｔtotal ＝ｎｔw ＋（ｎ−１）ｔb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪ｆavを ｆav＝ｎｔw ｆw ／ｔtotal とし、上記井戸層における、ポアッソン比をν，完全転
位のバーガースベクトルの大きさをｂ0 ，部分転位のバ
ーガースベクトルの大きさをｂp ，剛性率をμ，単位面
積当たりの積層欠陥のエネルギーをγ，転位のハーフル
ープの半径をｒc ，せん断応力のすべり面内成分をτ，
一対の部分転位の間の距離をｄとし、上記ｂ0 及び上記
ｂp が、ｂ0 ＝３1/2 ｂp の関係を満たし、上記ｒc が
装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板表面上に、
この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ
等しい第１導電型の半導体結晶からなる第１クラッド層
をエピタキシャル成長させた後、この第１クラッド層上
にこの第１クラッド層を構成する半導体結晶と格子定数
がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第１クラッド
層を構成する半導体のバンドギャップ以下である半導体
結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構成する半
導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギャップ
が小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを交互に積
層するようにエピタキシャル成長させて、その最下層と
最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造からな
り、レーザ光が発振される活性層を形成し、さらにこの
活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結晶と格子
定数がほぼ等しく、かつ上記第１導電型と逆の第２導電
型である半導体結晶からなる第２クラッド層をエピタキ
シャル成長させる工程と、上記第２クラッド層上のスト
ライプ状の領域に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をマスク
として、上記第２クラッド層を所定の深さまでエッチン
グして、上記絶縁膜下に残された上記第２クラッド層か
らなるストライプメサを形成する工程と、上記絶縁膜を
マスクとして、上記ストライプメサの両脇に第１導電型
の半導体結晶からなる電流ブロック層を選択成長させ、
この後上記絶縁膜を除去する工程と、上記電流ブロック
層の表面，及び上記第２クラッド層の露出した表面上の
全面に、上記第２導電型の半導体結晶からなるコンタク
ト層をエピタキシャル成長させる工程と、上記コンタク
ト層表面に、このコンタクト層とオーミック接触をなす
表面電極を形成し、上記半導体基板裏面に、この半導体
基板とオーミック接触をなす裏面電極を形成する工程
と、上記ストライプメサの延びる方向と直交する劈開面
を形成し、これを半導体レーザの共振器端面とする工程
とを含み、上記歪多重量子井戸構造が、上記井戸層がそ
れぞれ同一の層厚ｔw を有し、上記歪多重量子井戸構造
の上記最下層及び上記最上層を除く、上記障壁層がそれ
ぞれ同一の層厚ｔb を有し、ｎを上記井戸層の数、ｆw
を上記各井戸層の歪とし、上記歪多重量子井戸構造にお
ける、上記半導体基板に最も近い障壁層／井戸層界面か
ら、該半導体基板に最も遠い障壁層／井戸層界面までの
間の層厚ｔtotalを ｔtotal ＝ｎｔw ＋（ｎ−１）ｔb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪ｆavを ｆav＝ｎｔw ｆw ／ｔtotal とし、上記井戸層における、ポアッソン比をν，完全転
位のバーガースベクトルの大きさをｂ0 ，部分転位のバ
ーガースベクトルの大きさをｂp ，剛性率をμ，単位面
積当たりの積層欠陥のエネルギーをγ，転位のハーフル
ープの半径をｒc ，せん断応力のすべり面内成分をτ，
一対の部分転位の間の距離をｄとし、上記ｂ0 及び上記
ｂp が、ｂ0 ＝３1/2 ｂp の関係を満たし、上記ｒc が
【００２４】
【数１】
【００２５】を満たし、上記τが
【００２６】
【数２】
【００２７】であり、上記ｄが
【００２８】
【数３】
【００２９】であるとき、Ｋsafeを上記井戸層における
転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
【００３０】
【数４】
【００３１】が成り立つように上記歪多重量子井戸構造
からなる活性層を形成するものである。
からなる活性層を形成するものである。
【００３２】
【作用】この発明（請求項１）に係る半導体装置におい
ては、半導体基板表面上に形成された、この半導体基板
と格子整合する複数の障壁層と、この障壁層を構成する
半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギャッ
プが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とが交互に
積層されてなる歪多重量子井戸構造において、前述のよ
うに、Ｋsafeを上記井戸層における転位の発生に関する
臨界条件に対する安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
ては、半導体基板表面上に形成された、この半導体基板
と格子整合する複数の障壁層と、この障壁層を構成する
半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギャッ
プが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とが交互に
積層されてなる歪多重量子井戸構造において、前述のよ
うに、Ｋsafeを上記井戸層における転位の発生に関する
臨界条件に対する安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
【００３３】
【数４】
【００３４】が成り立つようにしたから、上記歪多重量
子井戸構造全体として、転位の発生に関する臨界条件に
対して充分な余裕を持たせることができる。これによ
り、半導体装置の連続動作において、動作特性の劣化を
抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させる
ことができる。
子井戸構造全体として、転位の発生に関する臨界条件に
対して充分な余裕を持たせることができる。これによ
り、半導体装置の連続動作において、動作特性の劣化を
抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させる
ことができる。
【００３５】また、この発明（請求項２）に係る半導体
装置では、上記の半導体装置（請求項１）において、上
記半導体基板は、その表面が（００１）面であるＧａＡ
ｓ基板と、このＧａＡｓ基板表面上にエピタキシャル成
長させたＧａＡｓとほぼ格子定数の等しい半導体結晶か
らなる半導体層からなり、上記歪多重量子井戸構造は、
上記半導体層の表面上に成長させたものであり、上記井
戸層は、ＩｎＧａＡｓからなり、上記障壁層はＧａＡｓ
またはＡｌＧａＡｓからなるから、このＩｎＧａＡｓ／
ＧａＡｓ歪多重量子井戸構造全体またはＩｎＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ歪多重量子井戸構造全体として、転位の発
生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせること
ができる。これにより、半導体装置の連続動作におい
て、動作特性の劣化を抑制することができ、半導体装置
の信頼性を向上させることができる。
装置では、上記の半導体装置（請求項１）において、上
記半導体基板は、その表面が（００１）面であるＧａＡ
ｓ基板と、このＧａＡｓ基板表面上にエピタキシャル成
長させたＧａＡｓとほぼ格子定数の等しい半導体結晶か
らなる半導体層からなり、上記歪多重量子井戸構造は、
上記半導体層の表面上に成長させたものであり、上記井
戸層は、ＩｎＧａＡｓからなり、上記障壁層はＧａＡｓ
またはＡｌＧａＡｓからなるから、このＩｎＧａＡｓ／
ＧａＡｓ歪多重量子井戸構造全体またはＩｎＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ歪多重量子井戸構造全体として、転位の発
生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせること
ができる。これにより、半導体装置の連続動作におい
て、動作特性の劣化を抑制することができ、半導体装置
の信頼性を向上させることができる。
【００３６】また、この発明（請求項３）に係る半導体
装置では、上記の半導体装置（請求項１または２）にお
いて、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの活性
層であるから、上記歪多重量子井戸構造全体として、転
位の発生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせ
ることができる。これにより、半導体レーザの連続動作
において、動作特性の劣化を抑制することができ、半導
体レーザの信頼性を向上させることができる。
装置では、上記の半導体装置（請求項１または２）にお
いて、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの活性
層であるから、上記歪多重量子井戸構造全体として、転
位の発生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせ
ることができる。これにより、半導体レーザの連続動作
において、動作特性の劣化を抑制することができ、半導
体レーザの信頼性を向上させることができる。
【００３７】また、この発明（請求項４）に係る半導体
装置の製造方法においては、第１導電型の半導体基板表
面上に、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定
数がほぼ等しい第１導電型の半導体結晶からなる第１ク
ラッド層をエピタキシャル成長させた後、この第１クラ
ッド層上にこの第１クラッド層を構成する半導体結晶と
格子定数がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第１
クラッド層を構成する半導体のバンドギャップ以下であ
る半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構
成する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンド
ギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを
交互に積層するようにエピタキシャル成長させて、その
最下層と最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構
造からなり、レーザ光が発振される活性層を形成し、さ
らにこの活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結
晶と格子定数がほぼ等しく、かつ上記第１導電型と逆の
第２導電型である半導体結晶からなる第２クラッド層を
エピタキシャル成長させ、この後上記第２クラッド層か
らなるストライプメサを形成し、さらに、このストライ
プメサの両脇に第１導電型の半導体結晶からなる電流ブ
ロック層を選択成長させ、上記電流ブロック層の表面，
及び上記第２クラッド層の露出した表面上の全面に、上
記第２導電型の半導体結晶からなるコンタクト層をエピ
タキシャル成長させた後、上記コンタクト層表面に表面
電極を、上記半導体基板裏面に裏面電極を形成し、さら
に半導体レーザの共振器端面を形成しており、Ｋsafeを
上記井戸層における転位の発生に関する臨界条件に対す
る安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
装置の製造方法においては、第１導電型の半導体基板表
面上に、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定
数がほぼ等しい第１導電型の半導体結晶からなる第１ク
ラッド層をエピタキシャル成長させた後、この第１クラ
ッド層上にこの第１クラッド層を構成する半導体結晶と
格子定数がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第１
クラッド層を構成する半導体のバンドギャップ以下であ
る半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構
成する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンド
ギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを
交互に積層するようにエピタキシャル成長させて、その
最下層と最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構
造からなり、レーザ光が発振される活性層を形成し、さ
らにこの活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結
晶と格子定数がほぼ等しく、かつ上記第１導電型と逆の
第２導電型である半導体結晶からなる第２クラッド層を
エピタキシャル成長させ、この後上記第２クラッド層か
らなるストライプメサを形成し、さらに、このストライ
プメサの両脇に第１導電型の半導体結晶からなる電流ブ
ロック層を選択成長させ、上記電流ブロック層の表面，
及び上記第２クラッド層の露出した表面上の全面に、上
記第２導電型の半導体結晶からなるコンタクト層をエピ
タキシャル成長させた後、上記コンタクト層表面に表面
電極を、上記半導体基板裏面に裏面電極を形成し、さら
に半導体レーザの共振器端面を形成しており、Ｋsafeを
上記井戸層における転位の発生に関する臨界条件に対す
る安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
【００３８】
【数４】
【００３９】が成り立つように上記歪多重量子井戸構造
を形成しているから、これにより作製される半導体装置
においては、上記歪多重量子井戸構造全体として、転位
の発生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせる
ことができる。これにより、半導体装置の連続動作にお
いて、動作特性の劣化を抑制することができ、半導体装
置の信頼性を向上させることができる。
を形成しているから、これにより作製される半導体装置
においては、上記歪多重量子井戸構造全体として、転位
の発生に関する臨界条件に対して充分な余裕を持たせる
ことができる。これにより、半導体装置の連続動作にお
いて、動作特性の劣化を抑制することができ、半導体装
置の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
【実施例】図１は、本発明における一実施例による半導
体レーザの活性層を構成する歪二重量子井戸構造を示す
断面図である。図において、１は層厚７ｎｍのＩｎ0.2
Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層、２は井戸層１に挟まれた層
厚２０ｎｍのＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層、３は井戸層
１の外側の層厚３０ｎｍのＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁
層、１３はこれらの井戸層，障壁層を積層してなる半導
体レーザの歪二重量子井戸構造活性層である。なお、井
戸層１の外側のＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層３は、この
活性層において発振されるレーザ光のガイド層としての
機能をも有するものである。
体レーザの活性層を構成する歪二重量子井戸構造を示す
断面図である。図において、１は層厚７ｎｍのＩｎ0.2
Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層、２は井戸層１に挟まれた層
厚２０ｎｍのＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層、３は井戸層
１の外側の層厚３０ｎｍのＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁
層、１３はこれらの井戸層，障壁層を積層してなる半導
体レーザの歪二重量子井戸構造活性層である。なお、井
戸層１の外側のＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層３は、この
活性層において発振されるレーザ光のガイド層としての
機能をも有するものである。
【００４１】次に、図１に示した歪二重量子井戸構造活
性層を備えた半導体レーザの製造方法について説明す
る。図２は、この半導体レーザの製造方法を示す断面図
である。
性層を備えた半導体レーザの製造方法について説明す
る。図２は、この半導体レーザの製造方法を示す断面図
である。
【００４２】まず、図２(a) に示すように、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１１の表面上に、ＧａＡｓと格子定数がほぼ等し
い、厚さ２μｍのＳｅドープｎ型Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓ
クラッド層１２（キャリア濃度：約４×１０17ｃｍ-3）
をエピタキシャル成長させた後、この層上にＡｌ0.48Ｇ
ａ0.52Ａｓと格子定数がほぼ等しく、そのバンドギャッ
プがこれより小さいＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓからなる障壁
層２，３と、Ａｌ0.2Ｇａ0.8 Ａｓより、格子定数が大
きく、かつバンドギャップが小さいＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓからなる井戸層１とを交互に積層するようにエピタキ
シャル成長させて、図１に示した歪二重量子井戸構造活
性層１３を形成し、さらにこの層上に、厚さ２μｍのＺ
ｎドープｐ型Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓクラッド層１４（キ
ャリア濃度：約２×１０18ｃｍ-3）をエピタキシャル成
長させる。これらの層の成長は、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）により行う。
ｓ基板１１の表面上に、ＧａＡｓと格子定数がほぼ等し
い、厚さ２μｍのＳｅドープｎ型Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓ
クラッド層１２（キャリア濃度：約４×１０17ｃｍ-3）
をエピタキシャル成長させた後、この層上にＡｌ0.48Ｇ
ａ0.52Ａｓと格子定数がほぼ等しく、そのバンドギャッ
プがこれより小さいＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓからなる障壁
層２，３と、Ａｌ0.2Ｇａ0.8 Ａｓより、格子定数が大
きく、かつバンドギャップが小さいＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓからなる井戸層１とを交互に積層するようにエピタキ
シャル成長させて、図１に示した歪二重量子井戸構造活
性層１３を形成し、さらにこの層上に、厚さ２μｍのＺ
ｎドープｐ型Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓクラッド層１４（キ
ャリア濃度：約２×１０18ｃｍ-3）をエピタキシャル成
長させる。これらの層の成長は、有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）により行う。
【００４３】次に、図２(b) に示すように、上記ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層１４上のストライプ状の領域にＳ
ｉＯ2 膜１５を形成し、このＳｉＯ2 膜１５をマスクと
して、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４を所定の深
さまでエッチングして、上記ＳｉＯ2 膜１５下に残され
た上記ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４からなるストラ
イプメサを形成する。さらに、図２(c) に示すように、
上記ＳｉＯ2 膜１５をマスクとして、上記ストライプメ
サの両脇にＳｉドープｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブ
ロック層１６（キャリア濃度：約１×１０18ｃｍ-3）を
ＭＯＣＶＤ法により選択成長させる。次に、上記ＳｉＯ
2 膜１５を除去した後、図２(d) に示すように、上記電
流ブロック層１６の表面，及び上記ｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層１４の露出した表面上の全面に、厚さ２．５μ
ｍのＺｎドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７（キャリ
ア濃度：約２×１０19ｃｍ-3）をＭＯＣＶＤ法により成
長させる。この後、図２(e) に示すように、このコンタ
クト層１７の表面に、この層とオーミック接触をなす表
面電極１８を形成し、またｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面
に、この基板とオーミック接触をなす裏面電極１９を形
成し、さらに上記ストライプメサの延びる方向と直交す
る劈開面を形成し、これを半導体レーザの共振器端面と
することにより、上記歪二重量子井戸構造活性層１３を
備えた半導体レーザが完成する。
ｌＧａＡｓクラッド層１４上のストライプ状の領域にＳ
ｉＯ2 膜１５を形成し、このＳｉＯ2 膜１５をマスクと
して、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４を所定の深
さまでエッチングして、上記ＳｉＯ2 膜１５下に残され
た上記ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４からなるストラ
イプメサを形成する。さらに、図２(c) に示すように、
上記ＳｉＯ2 膜１５をマスクとして、上記ストライプメ
サの両脇にＳｉドープｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブ
ロック層１６（キャリア濃度：約１×１０18ｃｍ-3）を
ＭＯＣＶＤ法により選択成長させる。次に、上記ＳｉＯ
2 膜１５を除去した後、図２(d) に示すように、上記電
流ブロック層１６の表面，及び上記ｐ型ＡｌＧａＡｓク
ラッド層１４の露出した表面上の全面に、厚さ２．５μ
ｍのＺｎドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７（キャリ
ア濃度：約２×１０19ｃｍ-3）をＭＯＣＶＤ法により成
長させる。この後、図２(e) に示すように、このコンタ
クト層１７の表面に、この層とオーミック接触をなす表
面電極１８を形成し、またｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面
に、この基板とオーミック接触をなす裏面電極１９を形
成し、さらに上記ストライプメサの延びる方向と直交す
る劈開面を形成し、これを半導体レーザの共振器端面と
することにより、上記歪二重量子井戸構造活性層１３を
備えた半導体レーザが完成する。
【００４４】歪多重量子井戸構造において、井戸層がそ
れぞれ同一の層厚ｔw を有し、また歪多重量子井戸構造
の最下層及び最上層を除く、障壁層（井戸層に挟まれた
障壁層）がそれぞれ同一の層厚ｔb を有し、ｎを井戸層
の数、ｆw を各井戸層の歪としたとき、基板に最も近い
障壁層／井戸層界面から、基板に最も遠い障壁層／井戸
層界面までの間の合計層厚ｔtotal は、 ｔtotal ＝ｎｔw ＋（ｎ−１）ｔb となり、これらの界面間で平均した井戸層の歪ｆavは、 ｆav＝ｎｔw ｆw ／ｔtotal と表現される。
れぞれ同一の層厚ｔw を有し、また歪多重量子井戸構造
の最下層及び最上層を除く、障壁層（井戸層に挟まれた
障壁層）がそれぞれ同一の層厚ｔb を有し、ｎを井戸層
の数、ｆw を各井戸層の歪としたとき、基板に最も近い
障壁層／井戸層界面から、基板に最も遠い障壁層／井戸
層界面までの間の合計層厚ｔtotal は、 ｔtotal ＝ｎｔw ＋（ｎ−１）ｔb となり、これらの界面間で平均した井戸層の歪ｆavは、 ｆav＝ｎｔw ｆw ／ｔtotal と表現される。
【００４５】図１に示された歪二重量子井戸構造では、
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ井戸層１の層厚を７ｎｍ、井戸層
に挟まれたＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層２の層厚を２０
ｎｍとすることで、基板に最も近いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘテロ界面２１と、基板に最
も遠いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘ
テロ界面２２との間で平均した井戸層の歪みｆavが０．
５８８％、これらの界面間での合計層厚ｔtotal が３
４ｎｍとなっている。ここで、歪多重量子井戸構造の歪
井戸層における転位発生の臨界条件に対する余裕度Ｋを
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ井戸層１の層厚を７ｎｍ、井戸層
に挟まれたＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層２の層厚を２０
ｎｍとすることで、基板に最も近いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘテロ界面２１と、基板に最
も遠いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘ
テロ界面２２との間で平均した井戸層の歪みｆavが０．
５８８％、これらの界面間での合計層厚ｔtotal が３
４ｎｍとなっている。ここで、歪多重量子井戸構造の歪
井戸層における転位発生の臨界条件に対する余裕度Ｋを
【００４６】
【数６】
【００４７】で定義すると、上記の図１に示された歪二
重量子井戸構造では、Ｋ＝４．６となっている。ただ
し、この(2) 式では、井戸層における、ポアッソン比を
ν，完全転位のバーガースベクトルの大きさをｂ0 ，部
分転位のバーガースベクトルの大きさをｂp ，転位のハ
ーフループの半径をｒc としている。この際、上記ｂ0
及び上記ｂp の間には、ｂ0 ＝３1/2 ｂp の関係が成り
立っており、またｒc は、井戸層における、剛性率を
μ，単位面積当たりの積層欠陥のエネルギーをγ，せん
断応力のすべり面内成分をτ，一対の部分転位の間の距
離をｄとすると、
重量子井戸構造では、Ｋ＝４．６となっている。ただ
し、この(2) 式では、井戸層における、ポアッソン比を
ν，完全転位のバーガースベクトルの大きさをｂ0 ，部
分転位のバーガースベクトルの大きさをｂp ，転位のハ
ーフループの半径をｒc としている。この際、上記ｂ0
及び上記ｂp の間には、ｂ0 ＝３1/2 ｂp の関係が成り
立っており、またｒc は、井戸層における、剛性率を
μ，単位面積当たりの積層欠陥のエネルギーをγ，せん
断応力のすべり面内成分をτ，一対の部分転位の間の距
離をｄとすると、
【００４８】
【数１】
【００４９】の解である。ただし、τは、
【００５０】
【数２】
【００５１】と表され、ｄは、
【００５２】
【数３】
【００５３】と表される。図１に示した量子井戸構造に
おいては、ｂ0 ＝０．４０ｎｍ，ν＝０．３１，μ＝
３．２×１０11erg/cm3 ，γ＝１８erg/cm2 である。
おいては、ｂ0 ＝０．４０ｎｍ，ν＝０．３１，μ＝
３．２×１０11erg/cm3 ，γ＝１８erg/cm2 である。
【００５４】このような、図１に示した量子井戸構造を
活性層とする半導体レーザの、温度５０℃、光出力１５
０ｍＷでの連続動作試験（サンプル数：７）の結果を図
３に示す。図において、横軸は連続動作時間（単位：時
間），縦軸は１５０ｍＷの光出力が得られるように半導
体レーザに流している駆動電流（単位：ｍＡ）である。
大部分のレーザが、１０００時間程度の連続動作によっ
ても、電流の増加を生じていない。これは、この半導体
レーザが高い信頼性を有していることを示している。
活性層とする半導体レーザの、温度５０℃、光出力１５
０ｍＷでの連続動作試験（サンプル数：７）の結果を図
３に示す。図において、横軸は連続動作時間（単位：時
間），縦軸は１５０ｍＷの光出力が得られるように半導
体レーザに流している駆動電流（単位：ｍＡ）である。
大部分のレーザが、１０００時間程度の連続動作によっ
ても、電流の増加を生じていない。これは、この半導体
レーザが高い信頼性を有していることを示している。
【００５５】一方、図４は、井戸層に挟まれたＡｌ0.2
Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層２の厚さが１２ｎｍと、図１に示し
た量子井戸構造における障壁層の１／２以下であり、こ
れ以外の層は図１の量子井戸構造と同一である歪二重量
子井戸構造を活性層とする半導体レーザの、５０℃、出
力１５０ｍＷでの連続動作試験（サンプル数：５）の結
果であり、動作開始直後から数十時間で特性劣化が始ま
り、９００時間までに全てのレーザが動作しない状態と
なっていることがわかる。これは、この半導体レーザの
信頼性が充分ではないことを示している。この場合は、
基板に最も近いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.
8 Ａｓヘテロ界面と基板に最も遠いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘテロ界面との間の平均の歪
ｆavは０．７７０％、合計膜厚ｔtotal は２６ｎｍで
あり、歪井戸層での転位発生の臨界条件に対する余裕度
Ｋは３．３である。
Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層２の厚さが１２ｎｍと、図１に示し
た量子井戸構造における障壁層の１／２以下であり、こ
れ以外の層は図１の量子井戸構造と同一である歪二重量
子井戸構造を活性層とする半導体レーザの、５０℃、出
力１５０ｍＷでの連続動作試験（サンプル数：５）の結
果であり、動作開始直後から数十時間で特性劣化が始ま
り、９００時間までに全てのレーザが動作しない状態と
なっていることがわかる。これは、この半導体レーザの
信頼性が充分ではないことを示している。この場合は、
基板に最も近いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.
8 Ａｓヘテロ界面と基板に最も遠いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘテロ界面との間の平均の歪
ｆavは０．７７０％、合計膜厚ｔtotal は２６ｎｍで
あり、歪井戸層での転位発生の臨界条件に対する余裕度
Ｋは３．３である。
【００５６】以上述べたように、高い信頼性を得るため
には、上記の余裕度Ｋが４．６であれば充分であるが、
３．３では不十分である。このことから、高い信頼性を
有する半導体レーザを得るための条件は、余裕度Ｋが、
３．９より大きいことであると推定される。すなわち、
安全係数をＫsafeとし、Ｋ＞Ｋsafeが高い信頼性を得る
ための条件とすると、Ｋsafe＝３．９となる。
には、上記の余裕度Ｋが４．６であれば充分であるが、
３．３では不十分である。このことから、高い信頼性を
有する半導体レーザを得るための条件は、余裕度Ｋが、
３．９より大きいことであると推定される。すなわち、
安全係数をＫsafeとし、Ｋ＞Ｋsafeが高い信頼性を得る
ための条件とすると、Ｋsafe＝３．９となる。
【００５７】本実施例においては、図１に示した歪二重
量子井戸構造活性層を備えた半導体レーザにおいて、転
位発生の臨界条件に対する余裕度Ｋを、前述のように、 Ｋ＝４．６＞Ｋsafe＝３．９ としたので、歪井戸層における転位の増殖が防止され、
１０００時間の連続動作においても特性の劣化が抑制さ
れている。このように、上記の安全係数Ｋsafeを３．９
とすることにより、信頼性の高い歪多重量子井戸構造半
導体レーザを得ることができる。
量子井戸構造活性層を備えた半導体レーザにおいて、転
位発生の臨界条件に対する余裕度Ｋを、前述のように、 Ｋ＝４．６＞Ｋsafe＝３．９ としたので、歪井戸層における転位の増殖が防止され、
１０００時間の連続動作においても特性の劣化が抑制さ
れている。このように、上記の安全係数Ｋsafeを３．９
とすることにより、信頼性の高い歪多重量子井戸構造半
導体レーザを得ることができる。
【００５８】
【発明の効果】以上のように、この発明（請求項１）に
係る半導体装置によれば、半導体基板表面上に形成され
た、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数が
ほぼ等しい半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障
壁層を構成する半導体結晶より、格子定数が大きく、か
つバンドギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井
戸層とが交互に積層されてなり、その最下層と最上層に
上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造を備えた半導体
装置において、前述のように、Ｋsafeを上記井戸層にお
ける転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数とし
て、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
係る半導体装置によれば、半導体基板表面上に形成され
た、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数が
ほぼ等しい半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障
壁層を構成する半導体結晶より、格子定数が大きく、か
つバンドギャップが小さい半導体結晶からなる複数の井
戸層とが交互に積層されてなり、その最下層と最上層に
上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造を備えた半導体
装置において、前述のように、Ｋsafeを上記井戸層にお
ける転位の発生に関する臨界条件に対する安全係数とし
て、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
【００５９】
【数４】
【００６０】が成り立つようにしたので、半導体装置の
連続動作において、動作特性の劣化を抑制することがで
き、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
連続動作において、動作特性の劣化を抑制することがで
き、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００６１】また、この発明（請求項２）に係る半導体
装置によれば、上記の半導体装置（請求項１）におい
て、上記半導体基板は、その表面が（００１）面である
ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板表面上にエピタキシ
ャル成長させたＧａＡｓとほぼ格子定数の等しい半導体
結晶である半導体層からなり、上記歪多重量子井戸構造
は、上記半導体層の表面上に成長させたものであり、上
記井戸層は、ＩｎＧａＡｓからなり、上記障壁層がＧａ
ＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなるので、半導体装置の連
続動作において、動作特性の劣化を抑制することがで
き、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
装置によれば、上記の半導体装置（請求項１）におい
て、上記半導体基板は、その表面が（００１）面である
ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板表面上にエピタキシ
ャル成長させたＧａＡｓとほぼ格子定数の等しい半導体
結晶である半導体層からなり、上記歪多重量子井戸構造
は、上記半導体層の表面上に成長させたものであり、上
記井戸層は、ＩｎＧａＡｓからなり、上記障壁層がＧａ
ＡｓまたはＡｌＧａＡｓからなるので、半導体装置の連
続動作において、動作特性の劣化を抑制することがで
き、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００６２】また、この発明（請求項３）に係る半導体
装置によれば、上記の半導体装置（請求項１または２）
において、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの
活性層であるので、半導体レーザの連続動作において、
動作特性の劣化を抑制することができ、半導体レーザの
信頼性を向上させることができる。
装置によれば、上記の半導体装置（請求項１または２）
において、上記歪多重量子井戸構造が、半導体レーザの
活性層であるので、半導体レーザの連続動作において、
動作特性の劣化を抑制することができ、半導体レーザの
信頼性を向上させることができる。
【００６３】また、この発明（請求項４）に係る半導体
装置の製造方法によれば、第１導電型の半導体基板表面
上に、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数
がほぼ等しい第１導電型の半導体結晶からなる第１クラ
ッド層をエピタキシャル成長させた後、この第１クラッ
ド層上にこの第１クラッド層を構成する半導体結晶と格
子定数がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第１ク
ラッド層を構成する半導体のバンドギャップ以下である
半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構成
する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギ
ャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを交
互に積層するようにエピタキシャル成長させて、その最
下層と最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造
からなり、レーザ光が発振される活性層を形成し、さら
にこの活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結晶
と格子定数がほぼ等しく、かつ上記第１導電型と逆の第
２導電型である半導体結晶からなる第２クラッド層をエ
ピタキシャル成長させ、この後上記第２クラッド層から
なるストライプメサを形成し、さらに、このストライプ
メサの両脇に第１導電型の半導体結晶からなる電流ブロ
ック層を選択成長させ、上記電流ブロック層の表面及
び，上記第２クラッド層の露出した表面上の全面に、上
記第２導電型の半導体結晶からなるコンタクト層をエピ
タキシャル成長させた後、上記コンタクト層表面に表面
電極を、上記半導体基板裏面に裏面電極を形成し、さら
に半導体レーザの共振器端面を形成しており、Ｋsafeを
上記井戸層における転位の発生に関する臨界条件に対す
る安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
装置の製造方法によれば、第１導電型の半導体基板表面
上に、この半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数
がほぼ等しい第１導電型の半導体結晶からなる第１クラ
ッド層をエピタキシャル成長させた後、この第１クラッ
ド層上にこの第１クラッド層を構成する半導体結晶と格
子定数がほぼ等しく、そのバンドギャップがこの第１ク
ラッド層を構成する半導体のバンドギャップ以下である
半導体結晶からなる複数の障壁層と、この障壁層を構成
する半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギ
ャップが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とを交
互に積層するようにエピタキシャル成長させて、その最
下層と最上層に上記障壁層を有する歪多重量子井戸構造
からなり、レーザ光が発振される活性層を形成し、さら
にこの活性層上に上記半導体基板を構成する半導体結晶
と格子定数がほぼ等しく、かつ上記第１導電型と逆の第
２導電型である半導体結晶からなる第２クラッド層をエ
ピタキシャル成長させ、この後上記第２クラッド層から
なるストライプメサを形成し、さらに、このストライプ
メサの両脇に第１導電型の半導体結晶からなる電流ブロ
ック層を選択成長させ、上記電流ブロック層の表面及
び，上記第２クラッド層の露出した表面上の全面に、上
記第２導電型の半導体結晶からなるコンタクト層をエピ
タキシャル成長させた後、上記コンタクト層表面に表面
電極を、上記半導体基板裏面に裏面電極を形成し、さら
に半導体レーザの共振器端面を形成しており、Ｋsafeを
上記井戸層における転位の発生に関する臨界条件に対す
る安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、
【００６４】
【数４】
【００６５】が成り立つように上記歪多重量子井戸構造
を形成しているので、これにより作製される半導体装置
においては、その連続動作において、動作特性の劣化を
抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させる
ことができる。
を形成しているので、これにより作製される半導体装置
においては、その連続動作において、動作特性の劣化を
抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させる
ことができる。
【図１】 本発明の第１の実施例による半導体レーザに
おける歪二重量子井戸構造活性層を示す断面図である。
おける歪二重量子井戸構造活性層を示す断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施例による歪二重量子井戸
構造活性層を備えた半導体レーザの製造方法を示す断面
図である。
構造活性層を備えた半導体レーザの製造方法を示す断面
図である。
【図３】 本発明の第１の実施例による、図１に示され
た、余裕度Ｋが４．６である歪二重量子井戸構造を活性
層とする半導体レーザの、５０℃、出力１５０ｍＷでの
連続動作試験の結果を示す図である。
た、余裕度Ｋが４．６である歪二重量子井戸構造を活性
層とする半導体レーザの、５０℃、出力１５０ｍＷでの
連続動作試験の結果を示す図である。
【図４】 余裕度Ｋが３．３である歪量子井戸構造を活
性層とする半導体レーザの、５０°Ｃ、出力１５０ｍＷ
での連続動作試験の結果を示す図である。
性層とする半導体レーザの、５０°Ｃ、出力１５０ｍＷ
での連続動作試験の結果を示す図である。
１ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層、２，３ Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層、１１ ｎ型ＧａＡｓ基板、１
２ ｎ型Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓクラッド層、１３ 歪二
重量子井戸構造活性層、１４ ｐ型Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａ
ｓクラッド層、１５ ＳｉＯ2 膜、１６ ｎ型Ａｌ0.7
Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層、１７ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層、１８ 表面オーミック電極、１９ 裏面オーミ
ック電極、２１ 基板に最も近いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ
／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘテロ界面、２２ 基板に最も
遠いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘテ
ロ界面。
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ障壁層、１１ ｎ型ＧａＡｓ基板、１
２ ｎ型Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓクラッド層、１３ 歪二
重量子井戸構造活性層、１４ ｐ型Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａ
ｓクラッド層、１５ ＳｉＯ2 膜、１６ ｎ型Ａｌ0.7
Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層、１７ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層、１８ 表面オーミック電極、１９ 裏面オーミ
ック電極、２１ 基板に最も近いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ
／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘテロ界面、２２ 基板に最も
遠いＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓヘテ
ロ界面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 唐木田 昇一 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス開発研究 所内 (72)発明者 島 顕洋 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス開発研究 所内
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板表面上に形成された、該半導
体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等しい半
導体結晶からなる複数の障壁層と、該障壁層を構成する
半導体結晶より、格子定数が大きく、かつバンドギャッ
プが小さい半導体結晶からなる複数の井戸層とが交互に
積層されてなり、その最下層と最上層に上記障壁層を有
する歪多重量子井戸構造を含む半導体装置において、 上記歪多重量子井戸構造の上記複数の井戸層が同一の層
厚ｔw を有し、上記歪多重量子井戸構造の上記最下層及
び最上層以外の上記障壁層が同一の層厚ｔb を有し、 ｎを上記井戸層の数、ｆw を上記各井戸層の歪とし、 上記歪多重量子井戸構造における、上記半導体基板に最
も近い障壁層／井戸層界面から、該半導体基板に最も遠
い障壁層／井戸層界面までの間の層厚ｔtotalを ｔtotal ＝ｎｔw ＋（ｎ−１）ｔb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪ｆavを ｆav＝ｎｔw ｆw ／ｔtotal とし、 上記井戸層における，ポアッソン比をν，完全転位のバ
ーガースベクトル（Burgers Vector）の大きさをｂ0 ，
部分転位のバーガースベクトルの大きさをｂp，剛性率
をμ，単位面積当たりの積層欠陥のエネルギーをγ，転
位のハーフループの半径をｒc ，せん断応力のすべり面
内成分をτ，一対の部分転位の間の距離をｄとし、 上記ｂ0 及び上記ｂp が、ｂ0 ＝３1/2 ｂp の関係を満
たし、 上記ｒc が 【数１】 を満たし、 上記τが 【数２】 であり、 上記ｄが 【数３】 であるとき、 Ｋsafeを上記井戸層における転位の発生に関する臨界条
件に対する安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、 【数４】 が成り立つことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置において、 上記半導体基板は、その表面が（００１）面であるＧａ
Ａｓ基板と、該ＧａＡｓ基板表面上にエピタキシャル成
長させたＧａＡｓとほぼ格子定数の等しい半導体結晶で
ある半導体層とからなり、 上記歪多重量子井戸構造は、上記半導体層の表面上に成
長させたものであり、 上記歪多重量子井戸構造における、上記井戸層はＩｎＧ
ａＡｓからなり、上記障壁層は、ＧａＡｓまたはＡｌＧ
ａＡｓからなり、 上記ｂ0 は０．４０ｎｍ，上記νは０．３１，上記μは
３．２×１０11erg/cm3 ，上記γは１８erg/cm2 である
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体装置に
おいて、 上記歪多重量子井戸構造は、半導体レーザの活性層であ
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】 第１導電型の半導体基板表面上に、該半
導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等しい
第１導電型の半導体結晶からなる第１クラッド層をエピ
タキシャル成長させた後、該第１クラッド層上に、該第
１クラッド層を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等
しく、そのバンドギャップが該第１クラッド層を構成す
る半導体のバンドギャップ以下である半導体結晶からな
る複数の障壁層と、該障壁層を構成する半導体結晶よ
り、格子定数が大きく、かつバンドギャップが小さい半
導体結晶からなる複数の井戸層とを交互に積層するよう
にエピタキシャル成長させて、その最下層と最上層に上
記障壁層を有する歪多重量子井戸構造からなり、レーザ
光が発振される活性層を形成し、さらに該活性層上に上
記半導体基板を構成する半導体結晶と格子定数がほぼ等
しく、かつ上記第１導電型と逆の第２導電型である半導
体結晶からなる第２クラッド層をエピタキシャル成長さ
せる工程と、 上記第２クラッド層上のストライプ状の領域に絶縁膜を
形成し、該絶縁膜をマスクとして、上記第２クラッド層
を所定の深さまでエッチングして、上記絶縁膜下に残さ
れた上記第２クラッド層からなるストライプメサを形成
する工程と、 上記絶縁膜をマスクとして、上記ストライプメサの両脇
に第１導電型の半導体結晶からなる電流ブロック層を選
択成長させ、この後上記絶縁膜を除去する工程と、 上記電流ブロック層の表面，及び上記第２クラッド層の
露出した表面上の全面に、上記第２導電型の半導体結晶
からなるコンタクト層をエピタキシャル成長させる工程
と、 上記コンタクト層表面に、該コンタクト層とオーミック
接触をなす表面電極を形成し、上記半導体基板裏面に、
該半導体基板とオーミック接触をなす裏面電極を形成す
る工程と、 上記ストライプメサの延びる方向と直交する劈開面を形
成し、これを半導体レーザの共振器端面とする工程とを
含み、 上記歪多重量子井戸構造の上記複数の井戸層が同一の層
厚ｔw を有し、上記歪多重量子井戸構造の上記最下層及
び最上層以外の上記障壁層がそれぞれ同一の層厚ｔb を
有し、 ｎを上記井戸層の数、ｆw を上記各井戸層の歪とし、 上記歪多重量子井戸構造における、上記半導体基板に最
も近い障壁層／井戸層界面から、該半導体基板に最も遠
い障壁層／井戸層界面までの間の層厚ｔtotalを ｔtotal ＝ｎｔw ＋（ｎ−１）ｔb とし、これらの界面間で平均した上記井戸層の歪ｆavを ｆav＝ｎｔw ｆw ／ｔtotal とし、 上記井戸層における、ポアッソン比をν，完全転位のバ
ーガースベクトルの大きさをｂ0 ，部分転位のバーガー
スベクトルの大きさをｂp ，剛性率をμ，単位面積当た
りの積層欠陥のエネルギーをγ，転位のハーフループの
半径をｒc ，せん断応力のすべり面内成分をτ，一対の
部分転位の間の距離をｄとし、 上記ｂ0 及び上記ｂp が、ｂ0 ＝３1/2 ｂp の関係を満
たし、 上記ｒc が 【数１】 を満たし、 上記τが 【数２】 であり、 上記ｄが 【数３】 であるとき、 Ｋsafeを上記井戸層における転位の発生に関する臨界条
件に対する安全係数として、 Ｋsafe＝３．９ かつ、 【数４】 が成り立つように上記歪多重量子井戸構造からなる活性
層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07164124A JP3135202B2 (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 半導体装置，及びその製造方法 |
| GB9604492A GB2302986B (en) | 1995-06-29 | 1996-03-01 | Semiconductor device and fabricating method thereof |
| US08/613,237 US5673283A (en) | 1995-06-29 | 1996-03-08 | Semiconductor device and fabricating method thereof |
| KR1019960023701A KR100253933B1 (ko) | 1995-06-29 | 1996-06-25 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
| DE19625413A DE19625413A1 (de) | 1995-06-29 | 1996-06-25 | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07164124A JP3135202B2 (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 半導体装置，及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0918089A true JPH0918089A (ja) | 1997-01-17 |
| JP3135202B2 JP3135202B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=15787207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07164124A Expired - Fee Related JP3135202B2 (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 半導体装置，及びその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5673283A (ja) |
| JP (1) | JP3135202B2 (ja) |
| KR (1) | KR100253933B1 (ja) |
| DE (1) | DE19625413A1 (ja) |
| GB (1) | GB2302986B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533941A (ja) * | 1998-12-21 | 2002-10-08 | ハネウエル・インコーポレーテッド | 格子不整合量子源の機械的安定 |
| US8610105B2 (en) | 2009-05-15 | 2013-12-17 | Oclaro Japan, Inc. | Semiconductor electroluminescent device with a multiple-quantum well layer formed therein |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11112079A (ja) * | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Mitsubishi Electric Corp | 応力補償型半導体レーザ |
| US6330263B1 (en) | 1998-05-06 | 2001-12-11 | Sarnoff Corporation | Laser diode having separated, highly-strained quantum wells |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0831657B2 (ja) * | 1988-04-07 | 1996-03-27 | 日本電気株式会社 | 光増幅器 |
| US5048036A (en) * | 1989-09-18 | 1991-09-10 | Spectra Diode Laboratories, Inc. | Heterostructure laser with lattice mismatch |
| US5068867A (en) * | 1989-11-20 | 1991-11-26 | Hughes Aircraft Company | Coupled quantum well strained superlattice structure and optically bistable semiconductor laser incorporating the same |
| US5208182A (en) * | 1991-11-12 | 1993-05-04 | Kopin Corporation | Dislocation density reduction in gallium arsenide on silicon heterostructures |
| JPH0669593A (ja) * | 1992-08-20 | 1994-03-11 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JPH0677592A (ja) * | 1992-08-28 | 1994-03-18 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
-
1995
- 1995-06-29 JP JP07164124A patent/JP3135202B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-03-01 GB GB9604492A patent/GB2302986B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-03-08 US US08/613,237 patent/US5673283A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-25 DE DE19625413A patent/DE19625413A1/de not_active Ceased
- 1996-06-25 KR KR1019960023701A patent/KR100253933B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533941A (ja) * | 1998-12-21 | 2002-10-08 | ハネウエル・インコーポレーテッド | 格子不整合量子源の機械的安定 |
| US8610105B2 (en) | 2009-05-15 | 2013-12-17 | Oclaro Japan, Inc. | Semiconductor electroluminescent device with a multiple-quantum well layer formed therein |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100253933B1 (ko) | 2000-05-01 |
| KR970004171A (ko) | 1997-01-29 |
| GB9604492D0 (en) | 1996-05-01 |
| GB2302986B (en) | 1997-07-16 |
| GB2302986A (en) | 1997-02-05 |
| JP3135202B2 (ja) | 2001-02-13 |
| DE19625413A1 (de) | 1997-01-02 |
| US5673283A (en) | 1997-09-30 |
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|---|---|---|---|
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