JPH10233555A

JPH10233555A - 歪多重量子井戸構造

Info

Publication number: JPH10233555A
Application number: JP3593397A
Authority: JP
Inventors: Matsuyuki Ogasawara; 松幸小笠原; Hideo Sugiura; 英雄杉浦; Manabu Mitsuhara; 学満原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】歪を持つ井戸層の臨界膜厚を増加させることに
より、発光波長域を拡大した歪多重量子井戸構造を提供
する。【解決手段】基板と異なる格子定数を有する井戸層と、
井戸層よりも大きなバンドギャップを有する障壁層とを
交互に積層してなる歪多重量子井戸構造であって、井戸
層は短距離規則混晶を用いた歪多重量子井戸構造とす
る。また、井戸層に用いる短距離規則混晶は、Ｘ線散漫
散乱もしくは格子振動モードの測定から評価した短距離
規則パラメータα（１）がゼロでない混晶を用いた歪多
重量子井戸構造とする。また、井戸層はIII−Ｖ族半導
体混晶もしくはII−ＶＩ族半導体混晶における短距離規
則混晶を用いた歪多重量子井戸構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子の活性
層に用いられる歪多重量子井戸構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚さが数十Åの量子井戸層（以下、単に
井戸層と言う）を、それよりもバンドギャップの大きな
障壁層で挾み、それらを多層に積層した多重量子井戸構
造（ＭＱＷ）は、現在の光半導体素子の活性層に広く利
用されている。近年、井戸層に圧縮歪を導入した歪多重
量子井戸構造（歪ＭＱＷ）を活性層に用いたレーザが、
従来の基板に格子整合した井戸層を有するＭＱＷに較
べ、素子特性（しきい値電流、光出力など）が向上する
ことを多くの研究機関により報告されている。しかしな
がら、所望の歪量を持つ井戸層を、基板に格子整合した
障壁層で挾み、それらを交互に多層に積層して歪ＭＱＷ
を形成すると、歪ＭＱＷ全体の厚さが所定の臨界値（い
わゆる、臨界膜厚）を超えると、基板と歪ＭＱＷとの界
面にミスフィット転位が発生する。井戸層の歪が大きい
程、臨界膜厚は小さくなる。これは、井戸層の歪による
応力が井戸層の数が増えるごとに歪ＭＱＷに蓄積され、
この応力がミスフィット転位の発生を招くからである。
素子特性を向上させるためには、大きな歪を懸ける必要
があるものの、歪ＭＱＷの厚さは臨界膜厚により制限さ
れる。これを避けるために、歪補償型ＭＱＷが提案され
ている。この歪補償型ＭＱＷでは、圧縮歪を有する井戸
層に対し、引っ張り歪を有する障壁層を組み合わせるこ
とにより、ミスフィット転位を発生させる応力を相殺さ
せ、ミスフィット転位の発生を抑制するものである。し
たがって、大きな歪を持つ井戸層であっても大きな厚み
を持つ歪ＭＱＷが得られることになる。歪補償型ＭＱＷ
を作製する際には、ガイドラインとして、次の（数１）
式で定義される実効歪εを、ほぼゼロにすることが提案
されている〔Ｂ.Ｉ.Ｍiller et.al.,Ａppl.Ｐhys.Ｌet
t.,58（1991）,p.1952〕。

【０００３】

【数１】

【０００４】上記（数１）式中のｈとＨは、それぞれ井
戸層と障壁層の厚さ、ε_wとε_bは、それぞれ井戸層と障
壁層の歪（引張り歪は−、圧縮歪は＋の符号を用いる）
を表わす。すなわち、実効歪εをできるだけ小さくする
ように井戸層および障壁層の厚さと歪を選ぶことが、ミ
スフィット転位の無い多重量子井戸層を成長させるため
の条件となる。歪ＭＱＷは波長域の拡大にも寄与してい
る。活性層としてＩnＰに格子整合するＩnＧaＡsＰ系混
晶のバルクを用いると、基板のＩnＰと格子整合する組
成しか利用できないため、最長の発光波長は１.７μｍ
であった。しかし、歪ＭＱＷにおいては臨界膜厚より薄
い範囲において井戸層の組成を自在に変化させることが
できる。例えば、光計測用、医療用等への応用が期待さ
れる２μｍ帯の発光波長を得ることも原理的には可能で
ある〔池上徹彦監修、半導体フォトニクス光学、コロナ
社（1995年）、329頁、図8.8〕。２μｍ帯の発光波長を
得るためには、井戸層を１.５％以上の圧縮歪を有し、
１００Å以上の厚さのＩnＧaＡs層で構成する必要があ
る。強歪系であるのに加え、臨界膜厚に近い膜厚が必要
であるため、欠陥が入り易く特性の良好な歪ＭＱＷを作
るのが難しい。ＩnＧaＡs混晶は、Ｉn組成が増加するほ
どバンドギャップが狭くなり発光波長は、より長波長と
なる。しかしながら、Ｉnの増加に伴い格子定数も大き
くなるため、基板のＩnＰとの格子不整が大きくなり、
欠陥の入らない膜を得るための膜厚の上限（臨界膜厚）
は次第に小さくなる。また、井戸層の厚さが小さくなる
と量子効果により、発光波長が短波側にずれるため、発
光波長をより長波長側に延ばすためには、大きな歪に加
え、厚い井戸層が必要となる。

【０００５】基板上に、基板の格子定数と異なる格子定
数を持つ薄膜をエピタキシャル成長した時の臨界膜厚
は、Ｍatthews ＆Ｂlakesleeのモデル〔Ｄefects in e
pitaxial multilayers,Ｊ.Ｗ.Ｍatthews and Ａ.Ｅ.Ｂl
akeslee,Ｊournal of ＣrystalＧrowth, vol.27,（1974
年発行）,pp.118〜125〕で説明される。同モデルでは、
図２（ａ）に示すように、貫通転位がエピ層（厚さｄ、
歪ε）の応力を受けて滑り運動を起こすことにより、界
面に転位の折れ曲がりを作り、それがミスフィット転位
となる。最初にミスフィット転位が現われる膜厚を臨界
膜厚と言う。転位の滑り運動を起こす力Ｆ_εが、転位の
張力Ｆ_δを上回るときミスフィット転位が発生するか
ら、その臨界条件Ｆ_ε＝Ｆ_δは、次に示す（数２）式と
なる。

【０００６】

【数２】

【０００７】ここでは、簡単化のためエピ層と基板の弾
性定数はすべて同じものとした。μ、νは、各々混晶の
剛性率とポワソン比であり、βはコアパラメータ（III
−Ｖ族化合物半導体の場合は４）、ｂはミスフィット転
位のバーガースペクトルの大きさである。λ、θおよび
ｂは、幾何学的な配置に関係した定数で、基板が（１０
０）面であり、ミスフィット転位が６０°（度）転位の
場合、cosλ＝cosθ＝０.５、ｂ＝４Åである。閃亜鉛
鉱型結晶構造におけるバーガースペクトルはａ＜１１０
＞／２である。ここで、ａは格子定数の大きさである。
以上説明したように、歪多重量子井戸構造の制限要因と
して、次の２つが挙げられる。井戸層の厚さは、井戸層の歪に対する臨界膜厚で制限
される。歪ＭＱＷ全体の厚さは、実効歪に対する臨界膜厚で制
限される。上記２項目の内、については歪補償技術を適用するこ
とにより回避されることは既に説明した通りである。し
かしながら、についての検討は行われていない。した
がって、井戸層の厚さは臨界膜厚で制限されるため、長
波長側への波長拡大は充分ではない。波長域の拡大のた
めには、井戸層の臨界膜厚の増加が望まれている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術における歪多重量子井戸構造の改良をはかるも
のであって、歪を持つ井戸層の臨界膜厚を増加させるこ
とにより、発光波長域を拡大した歪多重量子井戸構造を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、本発明は請求項１に記
載のように、基板と異なる格子定数を有する井戸層と、
該井戸層よりも大きなバンドギャップを有する障壁層と
を交互に積層してなる歪多重量子井戸構造であって、上
記井戸層に短距離規則混晶を用いた歪多重量子井戸構造
とするものである。また、本発明は請求項２に記載のよ
うに、請求項１において、井戸層に用いる短距離規則混
晶は、Ｘ線散漫散乱もしくは格子振動モードの測定から
評価した短距離規則パラメータα（１）がゼロでない混
晶を用いた歪多重量子井戸構造とするものである。ま
た、本発明は請求項３に記載のように、請求項１または
請求項２において、井戸層はIII−Ｖ族半導体混晶もし
くはII−ＶＩ族半導体混晶における短距離規則混晶を用
いた歪多重量子井戸構造とするものである。本発明の歪
多重量子井戸構造は、歪多重量子井戸構造の井戸層とし
て、短距離規則混晶を用いるものである。短距離規則混
晶とは、短距離規則パラメータα(１）がゼロでない混
晶を言い、短距離規則パラメータα(１）の値は、Ｘ線
散漫散乱の測定もしくは格子振動モードの測定によって
評価することができる。従来から短距離規則混晶の存在
は知られていた。しかしながら、短距離規則混晶を、光
半導体素子の活性層に用いられる歪多重量子井戸構造の
井戸層に適用することは、本発明者らが始めて見出した
ものであり、歪多重量子井戸構造の井戸層に短距離規則
混晶を用いた結果、井戸層の臨界膜厚が著しく大きくな
ることを知った。また、転位の滑り運動に対する抵抗力
は、金属工学における加工硬化の機構として以前から知
られているものであるが、光半導体素子の活性層に用い
られる歪多重量子井戸構造の臨界膜厚の増大に適用され
た例はなかった。本発明の請求項１ないし請求項３に記
載の歪多重量子井戸構造に用いる短距離規則混晶は、同
じ組成の不規則混晶よりも臨界膜厚が大きいため、より
大きな歪を持つ組成の井戸層からなる歪多重量子井戸層
を実現することができる。その結果、井戸層として用い
ることができる組成範囲が広がるため、歪多重量子井戸
構造の発光波長域を拡大することができる効果がある。

【００１０】次に、本発明の歪多重量子井戸構造の基本
構成について、図面を用いて説明する。図１は、本発明
の基本構成の一例を示す模式図である。図において、半
導体単結晶からなる基板１の上に、井戸層３と障壁層４
からなる歪多重量子井戸構造２が構成されている。井戸
層３と障壁層４は交互に積層され、井戸層３にキャリア
が閉じ込められる構造となっている。井戸層３が、短距
離規則混晶から構成されているところが従来の歪多重量
子井戸構造とは異なり、従来は不規則混晶を用いてい
た。本発明の歪多重量子井戸構造の井戸層として、Ｉn
ＧaＡsＰ、ＩnＧaＡs、ＩnＧaＰ、ＧaＡsＰ、ＩnＡs
Ｐ、ＡlＧaＡs、ＧaＡsＳb等のIII−Ｖ族半導体混晶に
おける短距離規則混晶、もしくはＺnＳ、ＺnＳe、ＺnＴ
e、ＣdＳ、ＣdＳe、ＣdＴe、ＨgＳ、ＨgＳe、ＨgＴe等
のII−ＶI族半導体混晶における短距離規則混晶を用い
ることができる。障壁層４としては、井戸層３よりもバ
ンドギャップの広い半導体であれば良い。基板１として
は、ＧaＡsやＩnＰ等が利用できる。

【００１１】次いで、三元混晶Ｉn_1-xＧa_xＡsを例に挙
げ、短距離規則混晶について説明する。III−Ｖ族化合
物半導体の結晶構造は、閃亜鉛鉱構造である。これは、
III族元素とＶ族元素が各々面心立方構造の副格子を形
成し、III族副格子がＶ族副格子に対して基本格子の対
角線方向に、その長さの１／４だけ変位して組み合わさ
れた構造である。例として挙げたＩnＧaＡs三元混晶の
場合には、ＩnとＧaがIII族副格子上で規則的に配列し
ている場合を規則混晶と呼ぶ。これに対し、ＩnとＧaが
III族副格子上に不規則に配列されているものが不規則
混晶である。III族副格子上の、あるＩn原子を考え、こ
のＩn原子の最近接格子点上にＧa原子を見い出す確率を
Ｐ_In-Ga(１）とし、短距離規則パラメータα(１）を次
の（数３）式で定義する。

【００１２】

【数３】

【００１３】（ａ）Ｉn原子とＧa原子の数の比が、組成
比ｘと同じならばＰ_In-Ga(１）＝ｘ、すなわち、α(１）＝０（ｂ）Ｇa原子の数が平均より多いならばＰ_In-Ga(１）＞ｘ、すなわち、α(１）＜０さらに、Ｇa原子のみの場合はＰ_In-Ga(１）＝１、すなわち、α(１）＝１−（１／
ｘ）ただし、Ｉn原子に隣接する原子がすべてＧa原子になり
３次元的に拡がる結晶はあり得ない。

【００１４】（ｃ）Ｇa原子の数が平均より少ないなら
ばＰ_In-Ga(１）＜ｘ、すなわち、α(１）＞０さらに、Ｉn原子だけならばＰ_In-Ga(１）＝０、すなわち、α(１）＝１となる。したがって、一般には１−（１／ｘ）＜α(１）≦１となる。以上の解説はＩn原子を基準に行ったが、Ｇa原
子を基準に採っても同様である。これまでの記述はIII
族副格子だけを取り上げた説明であるが、実際にはＶ族
副格子も考慮しなければならない。ＩnＧaＡsの場合、
Ｖ族副格子はＡsだけである。ＩnはＡsを介してIII族副
格子上の最近接原子のＩnあるいはＧaと結合している。
すなわち、実際にはＩn−Ａs−Ｉn、Ｇa−Ａs−Ｇa、Ｉ
n−Ａs−Ｇaのように結合しているものであるが、ＩnＧ
aＡsの場合はＶ族副格子がすべてＡsであるからIII族副
格子における結合を考えれば充分である。これらをＩn
−Ｉn、Ｇa−Ｇa、Ｉn−Ｇaと呼ぶ。α(１）＜０の場
合、すなわち、最近接原子として異種原子が多く集まる
場合は、原子が交互に配置する傾向が強いことを示して
いる。すなわち、Ｉn‐Ｇa結合が多い。逆に、α(１）
＞０の場合、すなわち、最近接原子として同種原子が多
く集まる場合は、同種原子同士のクラスターを形成する
傾向が強いことを示している。すなわち、Ｉn−Ｉn結合
とＧa−Ｇa結合が多い。本発明においては、α(１）≠
０の場合を短距離規則混晶と呼ぶ。短距離規則パラメー
タα(１）は、Ｘ線散漫散乱の測定もしくは格子振動モ
ードの測定から評価できる。

【００１５】次に、短距離規則混晶の臨界膜厚について
説明する。便宜上、α(１）＜０の場合と、α(１）
＞０の場合に分けて説明する。例として、三元混晶Ｉn
ＧaＡsを取り上げる。 α(１）＜０の場合。ＩnＧaＡs結晶内を転位が滑り運動するとき、滑り面に
交叉するＩn−Ｇa結合は断ち切られ、Ｉn−Ｉn結合か、
Ｇa−Ｇa結合に代わる。このため、Ｉn−Ｇa結合がＩn
−Ｉn結合、あるいはＧa−Ｇa結合に代わるために必要
なエネルギーに相当する抵抗を受ける。この抵抗力は、
転位が単位面積だけ通過するために必要なエネルギーを
γとし、基板表面と滑り面の法線のなす角をφとすると
き、転位はＦ_γ＝γｄ／cosφの抵抗力を受ける。転位
が抵抗力Ｆ_γを受けながらミスフィット転位を形成する
様子を示したのが図２（ｂ）である。転位に作用する力
の釣り合いから、臨界膜厚の条件式は、次の（数４）式
となる。

【００１６】

【数４】

【００１７】転位の滑り運動を妨げる力は、転位の張力
以外にＦ_γが存在するため、転位を動かすためには図２
（ａ）の場合に比べ、より厚い膜厚が必要となる。その
ため、臨界膜厚が増加することになる。図４は、ＩnＧa
Ａs短距離規則混晶の臨界膜厚を、γをパラメータにと
って示したものである。計算は、（数４）式を用いて行
った。横軸はＩnＧaＡs混晶の歪であり、縦軸はＩnＧa
Ａs混晶の厚さである。実線および破線が歪に対する臨
界膜厚の変化を示している。γ＝０が不規則混晶の場合
（実線）である。γ＝２７erg／cｍ²（細破線）、５４e
rg／cｍ²（粗破線）が短距離規則混晶の場合である。γ
とα(１）との関係は、必ずしも明確になっているとは
言えないが、大まかに言って、α(１）の値が大きい
程、γは大きくなることが知られている。ここでは、典
型的なγの値に対して臨界膜厚を計算した。すべての歪
の範囲において、短距離規則混晶の臨界膜厚は不規則混
晶の場合に比べ増加している。例えば、格子不整が１.
６％の場合、不規則混晶（γ＝０）の臨界膜厚は６０Å
であるが、短距離規則混晶の場合には、臨界膜厚が９０
Å（γ＝２７erg／cｍ²の時）、１４０Å（γ＝５４erg
／cｍ²の時）と増加している。 α(１）＞０の場合。ＩnＧaＡsは組成分離の際、ＩnＡsリッチ領域とＧaＡs
リッチ領域に分離する。ＩnＡsリッチ領域とＧaＡsリッ
チ領域では、弾性定数μが異なる。ＩnＡsリッチ領域の
弾性定数（μ_InAs）と、ＧaＡsリッチ領域の弾性定数
（μ_GaAs）の間には、μ_InAs＜μ_GaAsの関係がある。組
成分離しても、弾性定数νは変化しない。ＩnＡsリッチ
領域とＧaＡsリッチ領域では格子定数ａも異なり、Ｉn
Ａsリッチ領域の格子定数（ａ_InAs）とＧaＡsリッチ領
域の格子定数（ａ_GaAs）の間には、ａ_GaAs＜ａ_InAsの関
係がある。弾性定数の違い、格子定数の違い共、転位と
ＩnＡsリッチ領域およびＧaＡsリッチ領域との間に相互
作用をもたらす。このため、組成分離を起こした混晶内
に存在する転位の運動には摩擦力が働くことになる。

【００１８】次に、格子定数の違いによる相互作用を説
明する。転位の歪場には剪断成分以外に静水圧成分があ
ることに関係する。最初に、刃状転位との相互作用を考
える。図３に示すように、母相結晶の一部分（半径ｒ
の球形）を、格子定数の異なる他の結晶（格子不整：
ε）で置き換えた場合を考える。極座標（Ｒ，θ）を中
心とする半径ｒの球状領域を、母相に対して格子定数の
不整合（格子不整：ε）結晶で置き換える。置き換えた
結晶は母相結晶に対し格子不整をもつため、球状領域の
周囲の母相結晶を歪ませ、歪エネルギーを蓄積する。そ
のため、球状領域と転位間に相互作用が生じる。母相結
晶の半径ｒの領域が、半径ｒ(１＋ε）の領域に置き換
わるため、刃状転位との相互作用は、次の（数５）式と
なる。

【００１９】

【数５】

【００２０】転位はｚ軸に沿った長い転位を仮定し、極
座標（Ｒ，θ）に置換された結晶があるとする。Ε
₁は、０≦θ＜πの範囲で正であり、π≦θ＜２πの範
囲で負である。滑り面の上方に格子定数の大きな領域が
あるか、滑り面の下方に格子定数の小さな領域が来ると
相互作用エネルギーが正となるため、転位は不安定にな
り滑り運動を起こそうとする。滑り面の上方に格子定数
の小さな領域があるか、滑り面の下方に格子定数の大き
な領域が来ると相互作用エネルギーが負となるため、転
位は安定となり滑り運動を起こさない。一端、転位がこ
のような配置をとると、転位はこの場に留まろうとする
ため、転位の滑り運動に対する抵抗力が働く。結晶が組
成分離を起こし、格子定数が大きな領域と小さな領域に
分離すると、転位と結晶の間に相互作用が生じ、滑り運
動に対する抵抗が生まれる。次に、らせん転位について
説明する。らせん転位では、転位芯近傍の非線形的応力
場の影響で、転位の周りにおいて体積膨張が生じる。そ
のため格子定数の異なる領域との間に相互作用が働き、
その相互作用の大きさは、次の（数６）式となる。

【００２１】

【数６】

【００２２】この相互作用により、らせん転位は、格子
定数の大きな領域からは遠ざかり、格子定数の小さな領
域に近づこうとする。格子定数の小さな領域に転位が入
り込むと、そこから抜け出して格子定数の大きな領域に
動こうとすると、上記の相互作用Ε₂により、系全体の
エネルギーが上昇するため、抵抗力を生じることにな
る。

【００２３】次に、弾性定数の違いに関する相互作用を
説明する。転位の周りの歪エネルギーは、弾性定数μに
比例することに原因がある。すなわち、弾性定数μが小
さい領域では、歪エネルギーが相対的に低くなり、弾性
定数μが大きい領域では、歪エネルギーは相対的に高く
なる。格子定数の異なる場合と同様に、母相結晶の一部
分（半径ｒの球形）を、弾性定数の異なる他の結晶（弾
性定数：μ′）で置き換えた場合を考える。極座標
（Ｒ，θ）を中心とする半径ｒの球状領域を、母相に対
して弾性定数の不整合をもった結晶で置き換える。刃状
転位と球状領域との相互作用は、次の（数７）式とな
り、

【００２４】

【数７】

【００２５】らせん転位と球状領域との相互作用は、次
の（数８）式となる。

【００２６】

【数８】

【００２７】どちらの場合も、弾性定数の大きな領域か
らは遠ざかり、弾性定数の小さな領域に近づこうとする
傾向がある。弾性定数の小さな領域に転位が入り込む
と、そこから抜け出して弾性定数の大きな領域に動こう
とすると、上記の相互作用Ε₃またはΕ₄により、系全体
のエネルギーが上昇するため、抵抗力を生じることにな
る。結晶が組成分離を起こし、弾性定数が大きな領域と
小さな領域に分離すると、転位と結晶の間に相互作用が
生じ、滑り運動に対する抵抗が生まれる。組成分離の
際、格子定数および弾性定数に、どれほどの差が生じる
かは、短距離規則パラメータα(１）の大きさに依存す
る。定性的には、α(１）の値が大きいほど格子定数お
よび弾性定数の差が大きく、その結果、転位の滑り運動
に対する抵抗が大きくなるものと考えられる。これまで
の説明は、転位と微小領域（図３に示す球状領域）の間
の相互作用に基づいた定性的なものであるが、転位の滑
り運動に対する抵抗力の起源の理解を得るには、これで
充分である。実際の抵抗力を計算するためには、上記の
相互作用を膜の全領域にわたり積分しなければならな
い。しかし、計算が繁雑であるばかりか、解説の筋道か
ら外れる恐れがあるため省略する。抵抗力の存在下で転
位が単位面積だけ通過するために必要なエネルギーをγ
とすると、転位の受ける抵抗力（Ｆ_γ）は、Ｆ_γ＝γｄ
／cosφとなる。ここで、φは基板表面と滑り面の法線
のなす角である。抵抗力Ｆ_γ＝γｄ／cosφは、短距離
規則パラメータα(１）がα(１）＜０の時と同じであ
る。したがって、図４に示したように、γが大きくなる
ほど臨界膜厚が大きくなる。以上は、三元混晶ＩnＧaＡ
sを例に取り上げた場合の説明である。四元混晶ＩnＧa
ＡsＰにおいても同様に、短距離規則性があれば、すな
わち、α(１）≠０であれば、転位の滑り運動に対する
抵抗力が発生し、臨界膜厚が増加する。ＩnＧaＡsＰの
場合には、弾性定数が大きく格子定数の小さいＧaＰリ
ッチ領域と、弾性定数が小さく格子定数が大きなＩnＡs
リッチ領域に分離する傾向がある。このような分離の程
度も、短距離規則パラメータα(１）で特徴付けること
ができる。さらに、ＺnＳＳe等のII-ＶI族半導体混晶に
おいても結晶構造が閃亜鉛鉱構造をとる限り、上記と同
様の効果がある。図１に示す本発明の歪多重量子井戸構
造をレーザの活性層に応用する際には、基板１と歪ＭＱ
Ｗ２との間に光閉じ込め層を挿入したり、歪ＭＱＷ２の
上に光閉じ込め層を積層したりすることは、良く知られ
た変更である。

【００２８】

【発明の実施の形態】

〈実施の形態１〉次に、本発明の歪多重量子井戸構造を
２μｍ帯に発光波長を有する歪ＭＱＷに適用した場合を
説明する。井戸層は１.６％の圧縮歪を有するＩn_0.76Ｇ
a_0.24Ａs短距離規則混晶（典型的な厚さ１００Å）から
なり、障壁層は基板と格子整合したバンド端波長が１.
５μｍで２００Å厚さのＩnＧaＡsＰからなる。井戸層
の数は４である。基板は（００１）面方位を有するＩn
Ｐを用いた。この歪ＭＱＷの発光波長は２.０５μｍで
あった。透過電子顕微鏡による観察から、井戸層には組
成分離の影響と考えられるコントラストが観察された。
井戸層の成長条件と同じ条件で、井戸層と同じ組成の単
層膜を成長した試料につき、その膜をＸ線散漫散乱法に
より評価した。その結果、短距離規則パラメータが、α
(１）＞０であることが判明した。従来、この系におい
ては、井戸層の大きな歪のため、ミスフィット転位が入
り易く、井戸層の数を３以上に増やすことができなかっ
た。しかし、本発明の歪多重量子井戸構造においては、
Ｉn_0.76Ｇa_0.24Ａsの短距離規則混晶を井戸層に用いた
ため、臨界膜厚が増加した。そのため、ミスフィット転
位の発生を防ぐことができ、井戸層の数を３以上にする
ことが可能となった。

【００２９】〈実施の形態２〉次に、本発明の歪多重量
子井戸構造を０.９８μｍ帯に発光波長を有する歪ＭＱ
Ｗに適用した場合を説明する。基板として（００１）面
方位を有するＧaＡsを用い、井戸層として厚さ６０Åで
１.７％の圧縮歪を有するＩn_0.24Ｇa_0.76Ａs短距離規則
混晶を、障壁層として５０Å厚さのＧaＡsを用いてい
る。井戸層の数は４である。透過電子顕微鏡による観察
から、井戸層には組成分離の影響と考えられるコントラ
ストが観察された。井戸層と成長条件が同じ条件で、井
戸層と同じ組成の単層膜を成長した試料につき、その膜
をＸ線散漫散乱法により評価した。その結果、短距離規
則パラメータが、α(１）＞０であることが判明した。
従来、この系においては、井戸層の大きな歪と比較的高
い成長温度のため、ミスフィット転位が入り易く井戸層
の数を３以上に増やすことができなかった。しかしなが
ら、本発明においてはＩn_0.24Ｇa_0.76Ａsの短距離規則
混晶を井戸層に用いたため、臨界膜厚が増加した。その
ため、ミスフィット転位の発生を防ぐことができ、井戸
層の数を３以上にすることが可能となった。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、井戸層の臨界膜厚を増
加させることができるため、歪多重量子井戸構造の発光
波長域を拡大することができるという顕著な効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態で例示した歪多重量子井戸
構造の基本構造を示す模式図。

【図２】本発明の実施の形態で例示したミスフィット転
位の形成機構を示す説明図。

【図３】本発明の実施の形態で例示した転位と球状領域
との相互作用を示す説明図。

【図４】本発明の実施の形態で例示した規則混晶の臨界
膜厚と歪との関係を示す図。

【符号の説明】

１…基板２…歪多重量子井戸構造（歪ＭＱＷ）３…井戸層４…障壁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と異なる格子定数を有する井戸層と、
該井戸層よりも大きなバンドギャップを有する障壁層と
を交互に積層してなる歪多重量子井戸構造であって、上
記井戸層は短距離規則混晶を用いることを特徴とする歪
多重量子井戸構造。
【請求項２】請求項１において、井戸層に用いる短距離
規則混晶は、Ｘ線散漫散乱もしくは格子振動モードの測
定から評価した短距離規則パラメータα（１）がゼロで
ない混晶を用いることを特徴とする歪多重量子井戸構
造。
【請求項３】請求項１または請求項２において、井戸層
はIII−Ｖ族半導体混晶もしくはII−ＶＩ族半導体混晶
における短距離規則混晶を用いることを特徴とする歪多
重量子井戸構造。