JPH098405A - 半導体混晶 - Google Patents
半導体混晶Info
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- JPH098405A JPH098405A JP7149865A JP14986595A JPH098405A JP H098405 A JPH098405 A JP H098405A JP 7149865 A JP7149865 A JP 7149865A JP 14986595 A JP14986595 A JP 14986595A JP H098405 A JPH098405 A JP H098405A
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- semiconductor
- temperature
- semiconductor mixed
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度変動に対してバンドギャップが一定であ
る半導体混晶材料を得る。 【構成】 Ｂｉを含み他がIII族とＶ族の元素よりなる
材料で半導体混晶３を形成し、上記材料のバンドギャッ
プを０．６ｅＶから１．５ｅＶにする。
る半導体混晶材料を得る。 【構成】 Ｂｉを含み他がIII族とＶ族の元素よりなる
材料で半導体混晶３を形成し、上記材料のバンドギャッ
プを０．６ｅＶから１．５ｅＶにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光情報処理に
用いる半導体材料中、III族元素とＶ族元素からなるIII
−Ｖ族の半導体混晶に関するものである。
用いる半導体材料中、III族元素とＶ族元素からなるIII
−Ｖ族の半導体混晶に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信においては、その伝送路である光
ファイバの損失が小さい波長１．３μｍから１．６μｍ
の領域における半導体素子が、光源や光検出器として用
いられている。そして、それらの半導体素子にはＧａＩ
ｎＡｓＰ半導体混晶が用いられ、信頼性を含め良好な特
性が得られている。
ファイバの損失が小さい波長１．３μｍから１．６μｍ
の領域における半導体素子が、光源や光検出器として用
いられている。そして、それらの半導体素子にはＧａＩ
ｎＡｓＰ半導体混晶が用いられ、信頼性を含め良好な特
性が得られている。
【０００３】一方、通信に供せられる情報量が膨大にな
るにつれて、従来の１個の波長を使った光通信方式か
ら、多数の波長を使って通信情報を増大させる波長多重
通信方式が注目を集めている。この場合には、波長は時
間経過に対して常に一定である必要がある。
るにつれて、従来の１個の波長を使った光通信方式か
ら、多数の波長を使って通信情報を増大させる波長多重
通信方式が注目を集めている。この場合には、波長は時
間経過に対して常に一定である必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来から用いられてい
るＧａＩｎＡｓＰやＧａＩｎＡｌＡｓ等の材料は、周囲
の温度変動に伴ってバンドギャップや屈折率が変動する
という欠点をもっていた。そのため、波長多重通信にこ
れらの半導体材料よりなる素子を用いるときには、その
温度を一定にするためにペルチェ素子上に搭載する必要
があったが、これは全体の寸法を大きくし、または値段
を高くするという欠点があった。
るＧａＩｎＡｓＰやＧａＩｎＡｌＡｓ等の材料は、周囲
の温度変動に伴ってバンドギャップや屈折率が変動する
という欠点をもっていた。そのため、波長多重通信にこ
れらの半導体材料よりなる素子を用いるときには、その
温度を一定にするためにペルチェ素子上に搭載する必要
があったが、これは全体の寸法を大きくし、または値段
を高くするという欠点があった。
【０００５】本発明は、温度変動に対してバンドギャッ
プが一定である半導体混晶材料を得ることを目的とす
る。
プが一定である半導体混晶材料を得ることを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、Ｂｉを含み
他がIII族とＶ族の元素よりなる材料からなり、かつ、
上記材料のバンドギャップが０．６ｅＶから１．５ｅＶ
であることにより達成される。また、上記材料は、Ｇａ
1-xＩｎxＡｓ1-yＢｉyであることにより、またはＧａ
1-xＩｎxＰ1-yＢｉyであることにより、あるいはＧａＡ
ｓ1-x-yＰxＢｉyであることによってそれぞれ達成され
る。
他がIII族とＶ族の元素よりなる材料からなり、かつ、
上記材料のバンドギャップが０．６ｅＶから１．５ｅＶ
であることにより達成される。また、上記材料は、Ｇａ
1-xＩｎxＡｓ1-yＢｉyであることにより、またはＧａ
1-xＩｎxＰ1-yＢｉyであることにより、あるいはＧａＡ
ｓ1-x-yＰxＢｉyであることによってそれぞれ達成され
る。
【０００７】
【作用】本発明の半導体混晶は、Ｂｉ（ビスマス）を含
み他がIII族とＶ族の元素よりなる材料からなり、この
ような材料を用いることによって、温度が変動してもそ
のバンドギャップを一定の状態に保持することができ
る。しかしながら、バンドギャップがより小さい材料で
はバンドギャップ値が温度上昇とともに増大し、また、
バンドギャップが大きくなりすぎると、その材料のバン
ドギャップ値は温度上昇とともに減少する傾向にあり、
温度の変動にかかわらずバンドギャップ値が一定の状態
に保持されるのは、上記バンドギャップ値が０．６ｅＶ
から１．５ｅＶの範囲であった。
み他がIII族とＶ族の元素よりなる材料からなり、この
ような材料を用いることによって、温度が変動してもそ
のバンドギャップを一定の状態に保持することができ
る。しかしながら、バンドギャップがより小さい材料で
はバンドギャップ値が温度上昇とともに増大し、また、
バンドギャップが大きくなりすぎると、その材料のバン
ドギャップ値は温度上昇とともに減少する傾向にあり、
温度の変動にかかわらずバンドギャップ値が一定の状態
に保持されるのは、上記バンドギャップ値が０．６ｅＶ
から１．５ｅＶの範囲であった。
【０００８】Ｂｉは半金属であり、負のバンドギャップ
をもっている。この負のバンドギャップを形成している
電子の波動関数は、通常の正のバンドギャップを形成し
ているものとは、伝導帯や価電子帯が逆になっている。
したがって、Ｂｉを含むIII−Ｖ族半導体混晶の価電子
帯にはＢｉの伝導帯が混成し、伝導帯にはＢｉの価電子
帯が混成している。このため、温度変化に対してＢｉを
含むIII−Ｖ族半導体混晶のエネルギ準位は、Ｂｉと他
のIII−Ｖ族原子から逆の作用を受け、互いに相殺させ
ることが可能になる。したがって、Ｂｉを含むIII−Ｖ
族の半導体混晶、例えばＧａＩｎＡｓＢｉではバンドギ
ャップが温度により変化する係数がＢｉの量とともに小
さくなり、バンドギャップ値が０．６ｅＶから１．５ｅ
Ｖに対応する半導体混晶では、ほぼ零になる。
をもっている。この負のバンドギャップを形成している
電子の波動関数は、通常の正のバンドギャップを形成し
ているものとは、伝導帯や価電子帯が逆になっている。
したがって、Ｂｉを含むIII−Ｖ族半導体混晶の価電子
帯にはＢｉの伝導帯が混成し、伝導帯にはＢｉの価電子
帯が混成している。このため、温度変化に対してＢｉを
含むIII−Ｖ族半導体混晶のエネルギ準位は、Ｂｉと他
のIII−Ｖ族原子から逆の作用を受け、互いに相殺させ
ることが可能になる。したがって、Ｂｉを含むIII−Ｖ
族の半導体混晶、例えばＧａＩｎＡｓＢｉではバンドギ
ャップが温度により変化する係数がＢｉの量とともに小
さくなり、バンドギャップ値が０．６ｅＶから１．５ｅ
Ｖに対応する半導体混晶では、ほぼ零になる。
【０００９】
【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は本発明による半導体混晶の第１実施例を説明
する図、図２は上記実施例の混晶を用いた半導体レーザ
の断面を示す図、図３は本発明の第２実施例を説明する
図、図４は本発明の第３実施例を説明する図である。
る。図１は本発明による半導体混晶の第１実施例を説明
する図、図２は上記実施例の混晶を用いた半導体レーザ
の断面を示す図、図３は本発明の第２実施例を説明する
図、図４は本発明の第３実施例を説明する図である。
【００１０】本発明の第１実施例を示す図１は、Ｇａx
Ｉｎ1-xＡｓ1-yＢｉy半導体混晶の組成と、等バンドギ
ャップ線や等格子定数線の関係を示す図である。この混
晶系においては、図から明らかなようにＧａ0.47Ｉｎ
0.53ＡｓとＧａＡｓ0.67Ｂｉ0.33（図１に〇で示す）を
結ぶ線が、ＩｎＰと格子定数が等しい５．８６９Åの格
子定数をもつ混晶を示している。この混晶系で、例えば
Ｂｉを２％含むＧａ0.6Ｉｎ0.4Ａｓ0.98Ｂｉ0.02（図１
に●で示す）混晶は、バンドギャップが０．７ｅＶで格
子定数が５．８１０Åの値を示す。この混晶の大きな特
徴は、そのバンドギャップが温度の影響により変化しな
いことであって、例えば２００Ｋにおける値も０．７ｅ
Ｖであり、また、４００Ｋにおいても０．７ｅＶと同じ
値を示すことである。
Ｉｎ1-xＡｓ1-yＢｉy半導体混晶の組成と、等バンドギ
ャップ線や等格子定数線の関係を示す図である。この混
晶系においては、図から明らかなようにＧａ0.47Ｉｎ
0.53ＡｓとＧａＡｓ0.67Ｂｉ0.33（図１に〇で示す）を
結ぶ線が、ＩｎＰと格子定数が等しい５．８６９Åの格
子定数をもつ混晶を示している。この混晶系で、例えば
Ｂｉを２％含むＧａ0.6Ｉｎ0.4Ａｓ0.98Ｂｉ0.02（図１
に●で示す）混晶は、バンドギャップが０．７ｅＶで格
子定数が５．８１０Åの値を示す。この混晶の大きな特
徴は、そのバンドギャップが温度の影響により変化しな
いことであって、例えば２００Ｋにおける値も０．７ｅ
Ｖであり、また、４００Ｋにおいても０．７ｅＶと同じ
値を示すことである。
【００１１】上記ＧａＩｎＡｓＢｉ半導体混晶を半導体
レーザに適用した例を、図２のレーザ構造断面により説
明する。図２において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型
Ｉｎ0.52Ｇａ0.24Ａｌ0.24Ａｓキャリア閉じ込め層（Ｉ
ｎＰと格子定数が同じ）、３はノンドープ活性層で、６
０ÅのＧａ0.6Ｉｎ0.4Ａｓ0.98Ｂｉ0.02ウェル層３層と
６０ÅのＩｎ0.52Ｇａ0.24Ａｌ0.24Ａｓバリア層４層か
らなるひずみ多重量子井戸構造である。４はｐ型Ｉｎ
0.52Ｇａ0.24Ａｌ0.24Ａｓキャリア閉じ込め層、５はｐ
型ＩｎＰクラッド層、６はｐ型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキ
ャップ層、７はｐ型電極、８はｎ型電極をそれぞれ示し
ている。上記構造は半導体レーザとしてよく知られてい
る光・キャリア分離閉じ込め型多重量子井戸レーザを適
用したものであり、これにより低しきい値のレーザを実
現することができる。上記多重量子井戸から発生するレ
ーザ光の波長は、１．５５μｍであり、温度が−６０℃
から１００℃の範囲で変化してもレーザ光の波長は一定
である。これは上記量子井戸のウェル層を形成するＧａ
0.6Ｉｎ0.4Ａｓ0.98Ｂｉ0.02半導体混晶のバンドギャッ
プが、温度によって変化しないことに起因する。上記混
晶の組成は一例を示したものにすぎず、この近傍の組成
を有する半導体混晶は、温度に対してそのバンドギャッ
プがほとんど変化しないので、上記半導体混晶と同じよ
うに用いることができる。
レーザに適用した例を、図２のレーザ構造断面により説
明する。図２において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型
Ｉｎ0.52Ｇａ0.24Ａｌ0.24Ａｓキャリア閉じ込め層（Ｉ
ｎＰと格子定数が同じ）、３はノンドープ活性層で、６
０ÅのＧａ0.6Ｉｎ0.4Ａｓ0.98Ｂｉ0.02ウェル層３層と
６０ÅのＩｎ0.52Ｇａ0.24Ａｌ0.24Ａｓバリア層４層か
らなるひずみ多重量子井戸構造である。４はｐ型Ｉｎ
0.52Ｇａ0.24Ａｌ0.24Ａｓキャリア閉じ込め層、５はｐ
型ＩｎＰクラッド層、６はｐ型Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキ
ャップ層、７はｐ型電極、８はｎ型電極をそれぞれ示し
ている。上記構造は半導体レーザとしてよく知られてい
る光・キャリア分離閉じ込め型多重量子井戸レーザを適
用したものであり、これにより低しきい値のレーザを実
現することができる。上記多重量子井戸から発生するレ
ーザ光の波長は、１．５５μｍであり、温度が−６０℃
から１００℃の範囲で変化してもレーザ光の波長は一定
である。これは上記量子井戸のウェル層を形成するＧａ
0.6Ｉｎ0.4Ａｓ0.98Ｂｉ0.02半導体混晶のバンドギャッ
プが、温度によって変化しないことに起因する。上記混
晶の組成は一例を示したものにすぎず、この近傍の組成
を有する半導体混晶は、温度に対してそのバンドギャッ
プがほとんど変化しないので、上記半導体混晶と同じよ
うに用いることができる。
【００１２】図３は本発明の第２実施例を説明するため
に、ＧａxＩｎ1-xＰ1-yＢｉy半導体混晶の組成と等バン
ドギャップ線、等格子定数線の関係を示す図である。こ
の混晶系ではＧａ0.18Ｉｎ0.82Ｐ0.91Ｂｉ0.09半導体混
晶のバンドギャップが０．８ｅＶで、その格子定数はＩ
ｎＰに等しい。上記バンドギャップは温度に対してほと
んど変化しないので、図２における活性層３を上記Ｇａ
0.18Ｉｎ0.82Ｐ0.91Ｂｉ0.09半導体混晶にした構造で、
温度に関係することなく発振波長が１．５５μｍのレー
ザを得ることができる。また、上記組成以外であっても
そのバンドギャップが０．６ｅＶから１．１ｅＶを示す
半導体混晶では、温度が変化してもその値がほとんど変
化しない特性を示した。
に、ＧａxＩｎ1-xＰ1-yＢｉy半導体混晶の組成と等バン
ドギャップ線、等格子定数線の関係を示す図である。こ
の混晶系ではＧａ0.18Ｉｎ0.82Ｐ0.91Ｂｉ0.09半導体混
晶のバンドギャップが０．８ｅＶで、その格子定数はＩ
ｎＰに等しい。上記バンドギャップは温度に対してほと
んど変化しないので、図２における活性層３を上記Ｇａ
0.18Ｉｎ0.82Ｐ0.91Ｂｉ0.09半導体混晶にした構造で、
温度に関係することなく発振波長が１．５５μｍのレー
ザを得ることができる。また、上記組成以外であっても
そのバンドギャップが０．６ｅＶから１．１ｅＶを示す
半導体混晶では、温度が変化してもその値がほとんど変
化しない特性を示した。
【００１３】図４は本発明の第３実施例を説明するため
に、ＧａＡｓ1-x-yＰxＢｉy半導体混晶の組成と等バン
ドギャップ線、等格子定数線の関係を示す図である。こ
の混晶系においてはＧａＡｓ0.63Ｐ0.27Ｂｉ0.1混晶の
バンドギャップが０．８ｅＶであって、その格子定数は
ＧａＡｓに等しい。上記バンドギャップは温度に対して
ほとんど変化しないので、上記混晶を活性層に用いるこ
とによって、温度の変化に関係なく発振波長が１．５５
μｍのレーザを得ることができる。
に、ＧａＡｓ1-x-yＰxＢｉy半導体混晶の組成と等バン
ドギャップ線、等格子定数線の関係を示す図である。こ
の混晶系においてはＧａＡｓ0.63Ｐ0.27Ｂｉ0.1混晶の
バンドギャップが０．８ｅＶであって、その格子定数は
ＧａＡｓに等しい。上記バンドギャップは温度に対して
ほとんど変化しないので、上記混晶を活性層に用いるこ
とによって、温度の変化に関係なく発振波長が１．５５
μｍのレーザを得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】上記のように本発明による半導体混晶
は、Ｂｉを含み他がIII族とＶ族の元素よりなる材料か
らなり、かつ、上記材料のバンドギャップが０．６ｅＶ
から１．５ｅＶであることにより、温度変動に対してそ
のバンドギャップが変化しない半導体材料を得ることが
できる。また、上記材料を用いることにより、波長が温
度により変化しない実施例に記載したような半導体レー
ザばかりでなく、温度が変動しても特性が変化しない光
波長フィルタなど、多くの温度無依存の波長特性をもつ
光デバイスを得ることができる。
は、Ｂｉを含み他がIII族とＶ族の元素よりなる材料か
らなり、かつ、上記材料のバンドギャップが０．６ｅＶ
から１．５ｅＶであることにより、温度変動に対してそ
のバンドギャップが変化しない半導体材料を得ることが
できる。また、上記材料を用いることにより、波長が温
度により変化しない実施例に記載したような半導体レー
ザばかりでなく、温度が変動しても特性が変化しない光
波長フィルタなど、多くの温度無依存の波長特性をもつ
光デバイスを得ることができる。
【図１】本発明による半導体混晶の第１実施例を説明す
る図である。
る図である。
【図２】上記実施例の混晶を用いた半導体レーザの断面
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例を説明する図である。
【図４】本発明の第３実施例を説明する図である。
３ 活性層（半導体混晶）
Claims (4)
- 【請求項１】Ｂｉを含み他がIII族とＶ族の元素よりな
る材料からなり、かつ、上記材料のバンドギャップが
０．６ｅＶから１．５ｅＶであることを特徴とする半導
体混晶。 - 【請求項２】上記材料は、Ｇａ1-xＩｎxＡｓ1-yＢｉyで
あることを特徴とする請求項１記載の半導体混晶。 - 【請求項３】上記材料は、Ｇａ1-xＩｎxＰ1-yＢｉyであ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体混晶。 - 【請求項４】上記材料は、ＧａＡｓ1-x-yＰxＢｉyであ
ることを特徴とする請求項１記載の半導体混晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7149865A JPH098405A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 半導体混晶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7149865A JPH098405A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 半導体混晶 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098405A true JPH098405A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=15484351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7149865A Pending JPH098405A (ja) | 1995-06-16 | 1995-06-16 | 半導体混晶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH098405A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007145643A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Sharp Corp | 化合物、光電変換装置、発光装置および光通信用装置 |
| JP2007324563A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Emcore Corp | 多接合太陽電池における変成層 |
| US20120168816A1 (en) * | 2009-06-26 | 2012-07-05 | University Of Surrey | Light emitting semiconductor device |
| US8659053B2 (en) | 2012-02-09 | 2014-02-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light detecting element |
| WO2016132594A1 (ja) * | 2015-02-17 | 2016-08-25 | 株式会社村田製作所 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
| WO2019111295A1 (ja) * | 2017-12-04 | 2019-06-13 | 三菱電機株式会社 | 電界吸収型変調器、光半導体装置及び光モジュール |
-
1995
- 1995-06-16 JP JP7149865A patent/JPH098405A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007145643A (ja) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Sharp Corp | 化合物、光電変換装置、発光装置および光通信用装置 |
| JP2007324563A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Emcore Corp | 多接合太陽電池における変成層 |
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| US10020423B2 (en) * | 2009-06-26 | 2018-07-10 | University Of Surrey | Light emitting semiconductor device |
| US8659053B2 (en) | 2012-02-09 | 2014-02-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor light detecting element |
| WO2016132594A1 (ja) * | 2015-02-17 | 2016-08-25 | 株式会社村田製作所 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
| JPWO2016132594A1 (ja) * | 2015-02-17 | 2017-07-20 | 株式会社村田製作所 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
| US10134842B2 (en) | 2015-02-17 | 2018-11-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Heterojunction bipolar transistor |
| WO2019111295A1 (ja) * | 2017-12-04 | 2019-06-13 | 三菱電機株式会社 | 電界吸収型変調器、光半導体装置及び光モジュール |
| JPWO2019111295A1 (ja) * | 2017-12-04 | 2020-09-10 | 三菱電機株式会社 | 電界吸収型変調器、光半導体装置及び光モジュール |
| US11398713B2 (en) | 2017-12-04 | 2022-07-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Electro-absorption modulator, optical semiconductor device and optical module |
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