JP2914203B2 - ヘテロ接合半導体デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体電子工業のうち
特に半導体レーザ、光受光素子、光集積化デバイスなど
光デバイス、および、高周波電子デバイスなど化合物半
導体デバイスの構造に関する。
特に半導体レーザ、光受光素子、光集積化デバイスなど
光デバイス、および、高周波電子デバイスなど化合物半
導体デバイスの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザ、光受光素子、光集
積化デバイスなど光デバイス、および、高周波電子デバ
イスなどヘテロ接合型化合物半導体デバイスは、基板結
晶に格子整合したエピタキシャル結晶、または、一部が
基板結晶と格子定数を違えた歪エピタキシャル結晶より
なるヘテロ構造を用いて構成されていた。
積化デバイスなど光デバイス、および、高周波電子デバ
イスなどヘテロ接合型化合物半導体デバイスは、基板結
晶に格子整合したエピタキシャル結晶、または、一部が
基板結晶と格子定数を違えた歪エピタキシャル結晶より
なるヘテロ構造を用いて構成されていた。
【０００３】
（１）上記ヘテロ構造は、基板結晶としてＧａＡｓやＩ
ｎＰなど二元結晶を用いるため、格子整合条件や歪結晶
の場合も弾性歪限界を考慮すると、化合物半導体混晶の
種類は限られているため、発振波長や受光波長など半導
体レーザや受光素子などデバイスを設計する際に要請さ
れる条件を満たすことが困難または不可能である場合が
ある。設計の際のこの制約を緩和できれば、デバイス設
計の自由度が増加するので大きな利益となる。
ｎＰなど二元結晶を用いるため、格子整合条件や歪結晶
の場合も弾性歪限界を考慮すると、化合物半導体混晶の
種類は限られているため、発振波長や受光波長など半導
体レーザや受光素子などデバイスを設計する際に要請さ
れる条件を満たすことが困難または不可能である場合が
ある。設計の際のこの制約を緩和できれば、デバイス設
計の自由度が増加するので大きな利益となる。
【０００４】（２）また、光集積デバイスなどの作製に
は、導波路の路長方向にバンドギャップが変化させられ
ることが望ましいし、導波路作製の際には、結晶面内で
導波路の路長に直交する方向、すなわち、導波路の横方
向にバンドギャップおよび屈折率を変化させられること
が望ましい。このためには、従来、一旦成長したエピタ
キシャル層の一部をエッチングにより除去し、改めて異
なるバンドギャップを有する層を選択的に成長して形成
するなどの手段が取られてきた。しかしこれは手間もか
かり、再成長界面の結晶性に格子欠陥などの問題が生ず
ることが多く、この手段を避け、結晶欠陥の無いバンド
ギャップ変化、屈折率変化を実現できればその利益は大
きなものがある。
は、導波路の路長方向にバンドギャップが変化させられ
ることが望ましいし、導波路作製の際には、結晶面内で
導波路の路長に直交する方向、すなわち、導波路の横方
向にバンドギャップおよび屈折率を変化させられること
が望ましい。このためには、従来、一旦成長したエピタ
キシャル層の一部をエッチングにより除去し、改めて異
なるバンドギャップを有する層を選択的に成長して形成
するなどの手段が取られてきた。しかしこれは手間もか
かり、再成長界面の結晶性に格子欠陥などの問題が生ず
ることが多く、この手段を避け、結晶欠陥の無いバンド
ギャップ変化、屈折率変化を実現できればその利益は大
きなものがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１）および
（２）の課題を解決するために、化合物半導体混晶中に
存在しうる３倍周期型を有する化合物混晶半導体をヘテ
ロ構造の一部に用いることをもってするものである。本
発明は、２またはそれ以上の種類の陽イオンがＦＣＣ
（面心立方）副格子上で秩序構造を有する。１またはＮ
種類の化合物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体
層よりなるヘテロ接合半導体デバイスであり、各秩序相
混晶層の全部または一部が、［１１１］Ａの結晶方向に
当該秩序相混晶が対応する組成で無秩序構造の３倍の周
期の陽イオン組成変調周期を有する結晶構造（３倍周期
構造と略記）を有することを特徴とするヘテロ接合半導
体デバイスであり、半導体レーザや光変調器、受光素
子、電子デバイス及びそれらの光電子集積素子に適用で
きる。
（２）の課題を解決するために、化合物半導体混晶中に
存在しうる３倍周期型を有する化合物混晶半導体をヘテ
ロ構造の一部に用いることをもってするものである。本
発明は、２またはそれ以上の種類の陽イオンがＦＣＣ
（面心立方）副格子上で秩序構造を有する。１またはＮ
種類の化合物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体
層よりなるヘテロ接合半導体デバイスであり、各秩序相
混晶層の全部または一部が、［１１１］Ａの結晶方向に
当該秩序相混晶が対応する組成で無秩序構造の３倍の周
期の陽イオン組成変調周期を有する結晶構造（３倍周期
構造と略記）を有することを特徴とするヘテロ接合半導
体デバイスであり、半導体レーザや光変調器、受光素
子、電子デバイス及びそれらの光電子集積素子に適用で
きる。
【０００６】または、２またはそれ以上の種類の陽イオ
ンがＦＣＣ副格子上で秩序構造を有する、１またはＮ種
類の化合物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体層
よりなるヘテロ接合半導体デバイスであり、各秩序相混
晶層の全部または一部が、［１１１］Ｂの結晶方向に当
該秩序相混晶が対応する組成で無秩序構造の２倍の周期
の陽イオン組成変調周期を有する結晶構造（銅白金型超
格子構造）を有することを特徴とするヘテロ接合半導体
デバイスである。
ンがＦＣＣ副格子上で秩序構造を有する、１またはＮ種
類の化合物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体層
よりなるヘテロ接合半導体デバイスであり、各秩序相混
晶層の全部または一部が、［１１１］Ｂの結晶方向に当
該秩序相混晶が対応する組成で無秩序構造の２倍の周期
の陽イオン組成変調周期を有する結晶構造（銅白金型超
格子構造）を有することを特徴とするヘテロ接合半導体
デバイスである。
【０００７】
【作用】３倍周期型秩序相は、例えば混晶Ｇａx Ｉｎ
1-x ＡｓやＡｌx Ｉｎ1-x Ａｓ中に、あるいは、４元混
晶ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＩｎＡｓＰ中に、一定の成長条
件下で形成されるものである。図５は３倍周期構造の秩
序相ＡｌＩｎＡｓの構造模式図であり、［００１］は結
晶成長方向。（ｘ＋ｙ＋ｚ）／３は結晶中のＡｌの平均
組成である。図５に示すように、半導体の［１１１］Ａ
方向に、通常の無秩序型の同方向の周期の３倍の周期で
ＩＩＩ族組成が変調された超格子構造を形成するもので
ある。この３倍周期型秩序層をもつ結晶では、無秩序型
結晶に比べて１００ｍｅＶ乃至２００ｍｅＶ程度のバン
ドギャップの減少がおこる。これは、光通信に使われる
１．５μm 波長帯では、無秩序型ＧａＩｎＡｓＰのバン
ドギャップ波長が１．５μm のとき、１．５μm に比
べ、同じ混晶組成にもかかわらず０．２μm 乃至０．５
μm 長波長のバンドギャップが得られることを意味して
いる。すなわち、これだけの波長差およびバンドギャッ
プ差が格子整合エピタキシャル成長の条件を保ちながら
得られるので、この秩序相の混晶をヘテロ接合構造の一
部に導入する事によって設計の自由度拡大に使うことが
できる。
1-x ＡｓやＡｌx Ｉｎ1-x Ａｓ中に、あるいは、４元混
晶ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＩｎＡｓＰ中に、一定の成長条
件下で形成されるものである。図５は３倍周期構造の秩
序相ＡｌＩｎＡｓの構造模式図であり、［００１］は結
晶成長方向。（ｘ＋ｙ＋ｚ）／３は結晶中のＡｌの平均
組成である。図５に示すように、半導体の［１１１］Ａ
方向に、通常の無秩序型の同方向の周期の３倍の周期で
ＩＩＩ族組成が変調された超格子構造を形成するもので
ある。この３倍周期型秩序層をもつ結晶では、無秩序型
結晶に比べて１００ｍｅＶ乃至２００ｍｅＶ程度のバン
ドギャップの減少がおこる。これは、光通信に使われる
１．５μm 波長帯では、無秩序型ＧａＩｎＡｓＰのバン
ドギャップ波長が１．５μm のとき、１．５μm に比
べ、同じ混晶組成にもかかわらず０．２μm 乃至０．５
μm 長波長のバンドギャップが得られることを意味して
いる。すなわち、これだけの波長差およびバンドギャッ
プ差が格子整合エピタキシャル成長の条件を保ちながら
得られるので、この秩序相の混晶をヘテロ接合構造の一
部に導入する事によって設計の自由度拡大に使うことが
できる。
【０００８】
［実施例の１］ 図１に実施例の１つを示す。ＩｎＰ基
板結晶３上に、３倍周期型秩序相のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ａ
ｓ活性層１及びその両側に無秩序相のＡｌ0.5Ｉｎ0.5
Ａｓクラッド層２を有するダブルヘテロ型半導体レーザ
の基本構造を示す。成長は分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法を用いる。３倍周期型結晶は、通常の無秩序相結
晶のＭＢＥ法成長温度、Ｖ族圧力よりも低温、高圧の条
件下で成長する。例えば、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ａｓ活性層
を、成長温度４９０℃、チャンバー内圧５×１０-5Ｔｏ
ｒｒで成長する。成長温度・チャンバー内圧の組み合わ
せが、上記の点の他４７０℃・２×１０-5Ｔｏｒｒ，５
２０℃・２×１０-4Ｔｏｒｒの各点をほぼ通る線の低温
側かつ高チャンバー内圧の範囲であれば良い。ドーピン
グは、通常のＭＢＥ法による長波長帯レーザと同様、ｐ
型はＢｅ、ｎ型はＳｉを用いて行えばよい。こうして作
製したレーザは、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ａｓ活性層が基板Ｉ
ｎＰに格子整合していながら、発振波長が２μm 乃至そ
れを越える長波長で発振することができる。２μm の発
振波長は、活性層に無秩序結晶をもちいても、組成をＩ
ｎ過剰側にずらせることで製作は可能であるが、その場
合、活性層には大きな圧縮性の歪応力がかかるため、レ
ーザの長期信頼性に問題が生ずる。この点、本実施例に
よるレーザでは、格子整合がとれているため、長期にわ
たり高い信頼性を得ることができる。
板結晶３上に、３倍周期型秩序相のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ａ
ｓ活性層１及びその両側に無秩序相のＡｌ0.5Ｉｎ0.5
Ａｓクラッド層２を有するダブルヘテロ型半導体レーザ
の基本構造を示す。成長は分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ）法を用いる。３倍周期型結晶は、通常の無秩序相結
晶のＭＢＥ法成長温度、Ｖ族圧力よりも低温、高圧の条
件下で成長する。例えば、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ａｓ活性層
を、成長温度４９０℃、チャンバー内圧５×１０-5Ｔｏ
ｒｒで成長する。成長温度・チャンバー内圧の組み合わ
せが、上記の点の他４７０℃・２×１０-5Ｔｏｒｒ，５
２０℃・２×１０-4Ｔｏｒｒの各点をほぼ通る線の低温
側かつ高チャンバー内圧の範囲であれば良い。ドーピン
グは、通常のＭＢＥ法による長波長帯レーザと同様、ｐ
型はＢｅ、ｎ型はＳｉを用いて行えばよい。こうして作
製したレーザは、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ａｓ活性層が基板Ｉ
ｎＰに格子整合していながら、発振波長が２μm 乃至そ
れを越える長波長で発振することができる。２μm の発
振波長は、活性層に無秩序結晶をもちいても、組成をＩ
ｎ過剰側にずらせることで製作は可能であるが、その場
合、活性層には大きな圧縮性の歪応力がかかるため、レ
ーザの長期信頼性に問題が生ずる。この点、本実施例に
よるレーザでは、格子整合がとれているため、長期にわ
たり高い信頼性を得ることができる。
【０００９】［実施例の２］ 図２に第２の実施例を示
す。これは、半導体レーザと光変調器が集積された光集
積デバイスの一例で、図はデバイスの導波路長手方向を
横から見た断面層構造を示す。このヘテロ構造は高い屈
折率をもつ導波路の芯層ＧａＩｎＡｓの一部が秩序相１
１をもち、一部が無秩序相１２であり、前者をレーザ
部、後者を光変調器部としている。クラッド層１３部分
は例えばＩｎＰまたはＡｌＩｎＡｓ層を使用すればよ
い。秩序相１１は上記実施例１のＧａ0.5 Ｉｎ0.5Ａｓ
活性層と同様に成長すれば良い。
す。これは、半導体レーザと光変調器が集積された光集
積デバイスの一例で、図はデバイスの導波路長手方向を
横から見た断面層構造を示す。このヘテロ構造は高い屈
折率をもつ導波路の芯層ＧａＩｎＡｓの一部が秩序相１
１をもち、一部が無秩序相１２であり、前者をレーザ
部、後者を光変調器部としている。クラッド層１３部分
は例えばＩｎＰまたはＡｌＩｎＡｓ層を使用すればよ
い。秩序相１１は上記実施例１のＧａ0.5 Ｉｎ0.5Ａｓ
活性層と同様に成長すれば良い。
【００１０】本構造によれば、３倍周期型の秩序相１１
よりなるＧａＩｎＡｓ導波層は、同一組成の無秩序相１
２の結晶より低いバンドギャップを有するため、この部
位を活性層とする半導体レーザの発振光は、無秩序部位
に形成された光変調器の導波路芯層に対し、変調器が
「開」状態では、透明である。秩序相とともに同一層内
でこのように無秩序相を形成するには、不純物原子の拡
散、ないし、不純物原子のイオンインプランテーション
とその後の熱アニールにより結晶性の改復（無秩序化）
を行えばよい。こうして、導波損失の少ない良好な変調
特性を有する半導体レーザ・光変調器集積デバイスが得
られる。
よりなるＧａＩｎＡｓ導波層は、同一組成の無秩序相１
２の結晶より低いバンドギャップを有するため、この部
位を活性層とする半導体レーザの発振光は、無秩序部位
に形成された光変調器の導波路芯層に対し、変調器が
「開」状態では、透明である。秩序相とともに同一層内
でこのように無秩序相を形成するには、不純物原子の拡
散、ないし、不純物原子のイオンインプランテーション
とその後の熱アニールにより結晶性の改復（無秩序化）
を行えばよい。こうして、導波損失の少ない良好な変調
特性を有する半導体レーザ・光変調器集積デバイスが得
られる。
【００１１】［実施例の３］ 図３に実施例の３を示
す。図３はリッジ型導波路を搭載した半導体レーザのス
トライプ方向からみた断面の一部である。活性層ＧａＩ
ｎＡｓ２３はクラッド層ＡｌＩｎＡｓ２４に挟まれてい
て、中央部は電流注入が行われる電流ストライプ部でか
つ横モード制御のための光の導波のためのリッジ部分で
ある。このリッジ部分は秩序相２１のＡｌＩｎＡｓで構
成され、両脇の低屈折率部分は、同一組成ＡｌＩｎＡｓ
の無秩序結晶２２で構成されている。秩序相１１のＡｌ
ＩｎＡｓの成長温度、チャンバー内圧は、上記実施例１
の記載と同様で良い。無秩序相は実施例２に記述した方
法と同様に形成可能である。こうして、同一組成のＡｌ
ＩｎＡｓに対し図のようなリッジ導波構造を形成するこ
とによって、横モードのよく制御された、また、光集積
デバイスへの適用性にも優れた半導体レーザを得ること
ができる。なお、秩序相の無秩序相への変換の際に活性
層に結晶欠陥が導入される可能性のある場合は、該活性
層と該リッジ型導波層との間にバッファ層として無秩序
化させない薄層をモード制御を妨げない程度に残してお
くことも可能である。
す。図３はリッジ型導波路を搭載した半導体レーザのス
トライプ方向からみた断面の一部である。活性層ＧａＩ
ｎＡｓ２３はクラッド層ＡｌＩｎＡｓ２４に挟まれてい
て、中央部は電流注入が行われる電流ストライプ部でか
つ横モード制御のための光の導波のためのリッジ部分で
ある。このリッジ部分は秩序相２１のＡｌＩｎＡｓで構
成され、両脇の低屈折率部分は、同一組成ＡｌＩｎＡｓ
の無秩序結晶２２で構成されている。秩序相１１のＡｌ
ＩｎＡｓの成長温度、チャンバー内圧は、上記実施例１
の記載と同様で良い。無秩序相は実施例２に記述した方
法と同様に形成可能である。こうして、同一組成のＡｌ
ＩｎＡｓに対し図のようなリッジ導波構造を形成するこ
とによって、横モードのよく制御された、また、光集積
デバイスへの適用性にも優れた半導体レーザを得ること
ができる。なお、秩序相の無秩序相への変換の際に活性
層に結晶欠陥が導入される可能性のある場合は、該活性
層と該リッジ型導波層との間にバッファ層として無秩序
化させない薄層をモード制御を妨げない程度に残してお
くことも可能である。
【００１２】［実施例の４］ 図４は実施例の４であ
り、ダブルヘテロ型半導体レーザの活性層とクラッド層
３３のストライプ部分の断面を示す。活性層は例えば図
４に示すように、横モード制御のためにストライプ状の
ＧａＩｎＡｓ秩序相部分３１とその両側の無秩序相部分
３２より構成され、活性層に接してＡｌＩｎＡｓ或いは
ＩｎＰなどより成るクラッド層３３が設けられている。
秩序相３１の成長温度、チャンバー内圧は、上記実施例
１の記載と同様で良い。活性層を部分的に異なる相で構
成する手法は、例えば「実施例の２」に述べた手法を用
いてもよい。こうして形成されたダブルヘテロ型半導体
レーザは、ストライプ部分が秩序相のためバンドギャッ
プは無秩序相部分より小さく、したがって、注入された
キャリアはストライプ部分に集中するとともに、このバ
ンドギャップ差は、ストライプ部分の屈折率を相対的に
大きくするのでレーザ光の横モード制御に有効であり、
優れたモード特性の半導体レーザを実現できる。
り、ダブルヘテロ型半導体レーザの活性層とクラッド層
３３のストライプ部分の断面を示す。活性層は例えば図
４に示すように、横モード制御のためにストライプ状の
ＧａＩｎＡｓ秩序相部分３１とその両側の無秩序相部分
３２より構成され、活性層に接してＡｌＩｎＡｓ或いは
ＩｎＰなどより成るクラッド層３３が設けられている。
秩序相３１の成長温度、チャンバー内圧は、上記実施例
１の記載と同様で良い。活性層を部分的に異なる相で構
成する手法は、例えば「実施例の２」に述べた手法を用
いてもよい。こうして形成されたダブルヘテロ型半導体
レーザは、ストライプ部分が秩序相のためバンドギャッ
プは無秩序相部分より小さく、したがって、注入された
キャリアはストライプ部分に集中するとともに、このバ
ンドギャップ差は、ストライプ部分の屈折率を相対的に
大きくするのでレーザ光の横モード制御に有効であり、
優れたモード特性の半導体レーザを実現できる。
【００１３】［実施例の５］ 「実施例の１」で活性層
組成をＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ａｓとすれば、２μm 乃至それ
以上の長波長で発振する半導体レーザが得られるが、こ
のレーザ光を受光し、電気信号に変換する受光デバイス
（ＰＩＮやＡＰＤ等）の光吸収層に、秩序相の混晶結晶
を用いることにより、光吸収端を長波長化できるため、
受信波長の拡大をはかることができる。この他、この受
光素子を１．３−１．５μm 帯で使用すれば、光吸収率
を高め、したがって量子効率を向上させ受信感度の高感
度化が実現する。
組成をＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ａｓとすれば、２μm 乃至それ
以上の長波長で発振する半導体レーザが得られるが、こ
のレーザ光を受光し、電気信号に変換する受光デバイス
（ＰＩＮやＡＰＤ等）の光吸収層に、秩序相の混晶結晶
を用いることにより、光吸収端を長波長化できるため、
受信波長の拡大をはかることができる。この他、この受
光素子を１．３−１．５μm 帯で使用すれば、光吸収率
を高め、したがって量子効率を向上させ受信感度の高感
度化が実現する。
【００１４】この他、実施例３、４に記載の方式による
横モード制御機能が付与された素子の光集積素子も可能
であることは当然である。
横モード制御機能が付与された素子の光集積素子も可能
であることは当然である。
【００１５】結晶は、デバイスが１．３−１．５μm 帯
光通信用のものの場合は、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩ
ｎＰＡｓ系により構成することができる。
光通信用のものの場合は、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩ
ｎＰＡｓ系により構成することができる。
【００１６】また、実施例は主として３倍周期秩序相の
場合をあげたが、バンドギャップ変化は３倍周期のもの
のほうが大きいものの、［１１１］Ｂ方向の２倍周期お
よび、［１１１］Ａ方向の２倍周期の秩序相でも類似の
効果をあげることができ、上述の半導体デバイスにも適
用できる。以下に［１１１］Ａ方向の２倍周期の秩序相
を用いた場合の実施例を示す。
場合をあげたが、バンドギャップ変化は３倍周期のもの
のほうが大きいものの、［１１１］Ｂ方向の２倍周期お
よび、［１１１］Ａ方向の２倍周期の秩序相でも類似の
効果をあげることができ、上述の半導体デバイスにも適
用できる。以下に［１１１］Ａ方向の２倍周期の秩序相
を用いた場合の実施例を示す。
【００１７】［実施例の６］ 図３に実施例の３を示
す。図３はリッジ型導波路を搭載した半導体レーザのス
トライプ方向からみた断面の一部である。活性層ＧａＩ
ｎＰ２３はクラッド層ＡｌＩｎＰ２４に挟まれていて、
中央部は電流注入が行われる電流ストライプ部でかつ横
モード制御のための光の導波のためのリッジ部分であ
る。このリッジ部分は秩序相２１のＡｌＩｎＰで構成さ
れ、両脇の低屈折率部分は、同一組成ＡｌＩｎＰの無秩
序結晶２２で構成されている。秩序相２１のＡｌＩｎＰ
層を、成長温度・チャンバー内圧５２０℃・５×１０-5
Ｔｏｒｒで成長する。また、成長温度・チャンバー内圧
の組み合わせが、５６０℃・１×１０-4，５２０℃・２
×１０-5Ｔｏｒｒをほぼ通る線の低温側かつ高チャンバ
ー内圧の範囲であれば良い。無秩序相は実施例２に記述
した方法と同様に形成可能である。こうして、同一組成
のＡｌＩｎＰに対し図のようなリッジ導波構造を形成す
ることによって、横モードのよく制御された、また、光
集積デバイスへの適用性にも優れた半導体レーザを得る
ことができる。なお、秩序相の無秩序相への変換の際に
活性層に結晶欠陥が導入される可能性のある場合は、該
活性層と該リッジ型導波層との間にバッファ層として無
秩序化させない薄層をモード制御を妨げない程度に残し
ておくことも可能である。
す。図３はリッジ型導波路を搭載した半導体レーザのス
トライプ方向からみた断面の一部である。活性層ＧａＩ
ｎＰ２３はクラッド層ＡｌＩｎＰ２４に挟まれていて、
中央部は電流注入が行われる電流ストライプ部でかつ横
モード制御のための光の導波のためのリッジ部分であ
る。このリッジ部分は秩序相２１のＡｌＩｎＰで構成さ
れ、両脇の低屈折率部分は、同一組成ＡｌＩｎＰの無秩
序結晶２２で構成されている。秩序相２１のＡｌＩｎＰ
層を、成長温度・チャンバー内圧５２０℃・５×１０-5
Ｔｏｒｒで成長する。また、成長温度・チャンバー内圧
の組み合わせが、５６０℃・１×１０-4，５２０℃・２
×１０-5Ｔｏｒｒをほぼ通る線の低温側かつ高チャンバ
ー内圧の範囲であれば良い。無秩序相は実施例２に記述
した方法と同様に形成可能である。こうして、同一組成
のＡｌＩｎＰに対し図のようなリッジ導波構造を形成す
ることによって、横モードのよく制御された、また、光
集積デバイスへの適用性にも優れた半導体レーザを得る
ことができる。なお、秩序相の無秩序相への変換の際に
活性層に結晶欠陥が導入される可能性のある場合は、該
活性層と該リッジ型導波層との間にバッファ層として無
秩序化させない薄層をモード制御を妨げない程度に残し
ておくことも可能である。
【００１８】［実施例の７］ 図４は実施例の４であ
り、ダブルヘテロ型半導体レーザの活性層とクラッド層
３３のストライプ部分の断面を示す。活性層は例えば図
４に示すように、横モード制御のためにストライプ状の
（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0. 5 Ｐ（ｘ＝０．２）秩序
相部分３１とその両側の無秩序相部分３２より構成さ
れ、活性層に接してＡｌＩｎＰ或いは（Ａｌx'Ｇ
ａ1-x'）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ’＝０．７，ｘ’＞ｘ）な
どより成るクラッド層３３が設けられている。秩序相部
分３１は上記実施例の７の成長条件を用いれば良い。活
性層を部分的に異なる相で構成する手法は、例えば「実
施例の２」に述べた手法を用いてもよい。こうして形成
されたダブルヘテロ型半導体レーザは、ストライプ部分
が秩序相のためバンドギャップは無秩序相部分より小さ
く、したがって、注入されたキャリアはストライプ部分
に集中するとともに、このバンドギャップ差は、ストラ
イプ部分の屈折率を相対的に大きくするのでレーザ光の
横モード制御に有効であり、優れたモード特性の半導体
レーザを実現できる。
り、ダブルヘテロ型半導体レーザの活性層とクラッド層
３３のストライプ部分の断面を示す。活性層は例えば図
４に示すように、横モード制御のためにストライプ状の
（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0. 5 Ｐ（ｘ＝０．２）秩序
相部分３１とその両側の無秩序相部分３２より構成さ
れ、活性層に接してＡｌＩｎＰ或いは（Ａｌx'Ｇ
ａ1-x'）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ’＝０．７，ｘ’＞ｘ）な
どより成るクラッド層３３が設けられている。秩序相部
分３１は上記実施例の７の成長条件を用いれば良い。活
性層を部分的に異なる相で構成する手法は、例えば「実
施例の２」に述べた手法を用いてもよい。こうして形成
されたダブルヘテロ型半導体レーザは、ストライプ部分
が秩序相のためバンドギャップは無秩序相部分より小さ
く、したがって、注入されたキャリアはストライプ部分
に集中するとともに、このバンドギャップ差は、ストラ
イプ部分の屈折率を相対的に大きくするのでレーザ光の
横モード制御に有効であり、優れたモード特性の半導体
レーザを実現できる。
【００１９】この様に、結晶は、デバイスが０．６−
０．７μm 帯（赤色）である情報処理用などのものの場
合には、ＧａＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＡｌＩｎＰ系に
よりＧａＡｓ基板上に格子整合して構成することができ
る。
０．７μm 帯（赤色）である情報処理用などのものの場
合には、ＧａＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＡｌＩｎＰ系に
よりＧａＡｓ基板上に格子整合して構成することができ
る。
【００２０】
【発明の効果】３倍周期または２倍周期の化合物半導体
秩序相混晶をヘテロ構造半導体デバイスの層構造に適用
した半導体デバイスを得ることによって、例えば１．５
μm 帯半導体レーザの発振波長を２μm 以上に大幅に拡
大するなど、発振波長域を、結晶に大きな歪を導入する
こと無く拡大でき、したがって、高信頼の半導体レーザ
を得ることを可能とする。また同様の理由で、受光素子
の受光可能波長範囲の拡大が可能である。
秩序相混晶をヘテロ構造半導体デバイスの層構造に適用
した半導体デバイスを得ることによって、例えば１．５
μm 帯半導体レーザの発振波長を２μm 以上に大幅に拡
大するなど、発振波長域を、結晶に大きな歪を導入する
こと無く拡大でき、したがって、高信頼の半導体レーザ
を得ることを可能とする。また同様の理由で、受光素子
の受光可能波長範囲の拡大が可能である。
【００２１】３倍周期秩序相の混晶は組成が同じ無秩序
相の混晶に比べ、バンドギャップが１００ｍｅＶ以上小
さく、対応して屈折率が小さいことから、本発明の適用
により、横モード制御性に優れた半導体レーザが得ら
れ、また、結合損失が小さく、横モード制御性の良好な
半導体レーザ光変調器集積素子をはじめとする、光集積
素子を得ることが可能である。
相の混晶に比べ、バンドギャップが１００ｍｅＶ以上小
さく、対応して屈折率が小さいことから、本発明の適用
により、横モード制御性に優れた半導体レーザが得ら
れ、また、結合損失が小さく、横モード制御性の良好な
半導体レーザ光変調器集積素子をはじめとする、光集積
素子を得ることが可能である。
【００２２】また、［１１１］Ａ方向の２倍周期秩序相
の混晶においても、組成が同じ無秩序相の混晶と比べバ
ンドギャップが１００ｍｅＶ以上小さくなり、対応して
屈折率が小さいことから、３倍周期秩序相を用いた場合
と同様の効果を得ることができる。
の混晶においても、組成が同じ無秩序相の混晶と比べバ
ンドギャップが１００ｍｅＶ以上小さくなり、対応して
屈折率が小さいことから、３倍周期秩序相を用いた場合
と同様の効果を得ることができる。
【図１】ダブルヘテロ構造半導体レーザの側面断面図。
【図２】半導体レーザ光変調器集積素子の側面断面図。
【図３】ダブルヘテロ構造リッジ型導波路半導体レーザ
横モード制御構造の側面断面図。
横モード制御構造の側面断面図。
【図４】横モード制御型半導体レーザの側面断面図。
【図５】３倍周期構造の秩序相ＡｌＩｎＡｓの構造模式
図。
図。
１ ３倍周期秩序相混晶より成る活性層 ２ クラッド層 ３ 基板 １１ 秩序相混晶で半導体レーザ活性層 １２ 無秩序相混晶で光変調器の光導波芯層 １３、２４、３３ クラッド層 ２１ 秩序構造混晶からなるクラッド層リッジ構造部 ２２ 無秩序構造クラッド層でリッジ両側面部 ２３ 活性層 ３１ 秩序相混晶の活性相 ３２ 同一組成の無秩序相混晶の活性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−63287（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−259079（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−234185（ＪＰ，Ａ) 1993年（平成５年）秋季第54回応物学 会予稿集 27ｐ−ＺＳ−９ ｐ．200 ＮＥＣ Ｒｅｓ．＆ Ｄｅｖｅｌｏ ｐ．，33［３］（1992）ｐ．453−460 日本金属学会秋季大会シンポジウム講 演概要（1992）ｐ．137 日本物理学会講演概要集（分科会) （1992）ｐ．573−574 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01L 33/00
Claims (8)
- 【請求項１】 ２またはそれ以上の種類の陽イオンがＦ
ＣＣ副格子上で秩序構造を有する、１またはＮ種類の化
合物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体層よりな
るヘテロ接合半導体デバイスであり、活性層が、各秩序
相混晶層の全部または一部が、［１１１］Ａの結晶方向
に当該秩序相混晶が対応する組成で無秩序構造の３倍の
周期の陽イオン組成変調周期を有する結晶構造（３倍周
期構造と略記）を有する混晶で形成されたダブルヘテロ
接合半導体レーザであって、ストライプ状電流注入領域
を除き、前記活性層が無秩序混晶であることを特徴とす
るヘテロ接合半導体デバイス。 - 【請求項２】 活性層がＧａx Ｉｎ1-x ＡｓあるいはＧ
ａx Ｉｎ1-x ＰyＡｓ1-y からなることを特徴とする請
求項１記載のヘテロ接合半導体デバイス。 - 【請求項３】 ２またはそれ以上の種類の陽イオンがＦ
ＣＣ副格子上で秩序構造を有する、１またはＮ種類の化
合物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体層よりな
るヘテロ接合半導体デバイスであり、活性層が、各秩序
相混晶層の全部または一部が、［１１１］Ａの結晶方向
に当該秩序相混晶が対応する組成で無秩序構造の３倍の
周期の陽イオン組成変調周期を有する結晶構造（３倍周
期構造と略記）を有する半導体レーザと、該活性層と接
する導波路長手方向の高屈折率導波芯層が無秩序構造導
波路で結合された光変調器との集積素子であって、前記
高屈折率導波路層がＧａx Ｉｎ1-x ＡｓあるいはＧａx
Ｉｎ1-x Ｐy Ａｓ1-yからなる特徴とするヘテロ接合半
導体デバイス。 - 【請求項４】 ２またはそれ以上の種類の陽イオンがＦ
ＣＣ副格子上で秩序構造を有する、１またはＮ種類の化
合物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体層よりな
るヘテロ接合半導体デバイスであり、各秩序相混晶層の
全部または一部が、［１１１］Ａの結晶方向に当該秩序
相混晶が対応する組成で無秩序構造の３倍の周期の陽イ
オン組成変調周期を有する結晶構造（３倍周期構造と略
記）を有するリッジ型半導体レーザであって、ヘテロ接
合型のリッジ構造導波路型半導体レーザの活性層に接す
るクラッド層のストライプ状リッジ部分が３倍周期構造
を有し、かつ、ストライプ状リッジ構造の両脇のクラッ
ド層部分が無秩序構造とすることにより横モード制御機
能が付与されていることを特徴とするヘテロ接合半導体
デバイス。 - 【請求項５】クラッド層がＡｌx Ｉｎ1-x ＡｓまたはＡ
ｌx Ｉｎ1-x ＰyＡｓ1-y からなることを特徴とする請
求項４記載のヘテロ接合半導体デバイス。 - 【請求項６】２またはそれ以上の種類の陽イオンがＦＣ
Ｃ副格子上で秩序構造を有する、１またはＮ種類の化合
物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体層よりなる
ヘテロ接合半導体デバイスであり、活性層が、各秩序相
混晶層の全部または一部が、［１１１］Ａの結晶方向に
当該秩序相混晶が対応する組成で無秩序構造の３倍の周
期の陽イオン組成変調周期を有する結晶構造（３倍周期
構造と略記）を有する半導体レーザと、該活性層と接す
る導波路長手方向の高屈折率導波芯層が無秩序構造導波
路で結合された光変調器との集積素子であって、その半
導体レーザまたは光変調器またはその双方が横モード制
御光導波路構造を有し、その光導波路構造がヘテロ接合
型のリッジ構造であり、該光導波路構造に接するクラッ
ド層のストライプ状リッジ部分が３倍周期構造を有し、
かつ、ストライプ状リッジ構造の両脇のクラッド層部分
が無秩序構造とすることにより横モード制御機能が付与
されていることを特徴とするヘテロ接合半導体デバイ
ス。 - 【請求項７】 ２またはそれ以上の種類の陽イオンがＦ
ＣＣ副格子上で秩序構造を有する、１またはＮ種類の化
合物半導体混晶を含む複数種類の化合物半導体層よりな
るヘテロ接合半導体デバイスであり、光の受光層が、各
秩序相混晶層の全部または一部が、［１１１］Ａの結晶
方向に当該秩序相混晶が対応する組成で無秩序構造の３
倍の周期の陽イオン組成変調周期を有する結晶構造（３
倍周期構造と略記）を有するＰＩＮ型または雪崩増倍型
フォトダイオードあることを特徴とするヘテロ接合半導
体デバイス。 - 【請求項８】 受光層がＧａx Ｉｎ1-x ＡｓまたはＧａ
x Ｉｎ1-x Ｐy Ａｓ1-y からなることを特徴とする請求
項７記載のヘテロ接合半導体デバイス。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1307495A JP2914203B2 (ja) | 1994-02-24 | 1995-01-30 | ヘテロ接合半導体デバイス |
| DE69522127T DE69522127T2 (de) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | Heteroübergangshalbleiteranordnung |
| US08/395,500 US5612550A (en) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | Heterojunction type semiconductor device having ordered phase alloy layers for active and cladding layers |
| EP95102696A EP0669657B1 (en) | 1994-02-24 | 1995-02-24 | Heterojunction semiconductor device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2582794 | 1994-02-24 | ||
| JP6-25827 | 1994-02-24 | ||
| JP1307495A JP2914203B2 (ja) | 1994-02-24 | 1995-01-30 | ヘテロ接合半導体デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07288365A JPH07288365A (ja) | 1995-10-31 |
| JP2914203B2 true JP2914203B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=26348795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1307495A Expired - Fee Related JP2914203B2 (ja) | 1994-02-24 | 1995-01-30 | ヘテロ接合半導体デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5612550A (ja) |
| EP (1) | EP0669657B1 (ja) |
| JP (1) | JP2914203B2 (ja) |
| DE (1) | DE69522127T2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6829285B2 (en) * | 2001-09-28 | 2004-12-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and method for effectively reducing facet reflectivity |
| US8981145B2 (en) | 2010-03-18 | 2015-03-17 | Basf Se | Process for preparing isocyanates |
| US10903620B2 (en) * | 2017-05-19 | 2021-01-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4591889A (en) * | 1984-09-14 | 1986-05-27 | At&T Bell Laboratories | Superlattice geometry and devices |
| JPS61144070A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-01 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS61144076A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-01 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
| JPH0493088A (ja) * | 1990-08-09 | 1992-03-25 | Nec Corp | アバランシェフォトダイオード |
| JP2910251B2 (ja) * | 1990-12-28 | 1999-06-23 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
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