JP3151296B2 - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- semiconductor layer
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光又は電子デバイスに関
し、特に、光メモリ等の情報処理装置、光コンピュー
タ、光計測などにおいて用いられる、集積化の可能な波
長制御型半導体レーザ、及び高速、大容量コンピュータ
やニューロコンピュータなどに用いられる高速電子素
子、低消費電力素子に関するものである。
し、特に、光メモリ等の情報処理装置、光コンピュー
タ、光計測などにおいて用いられる、集積化の可能な波
長制御型半導体レーザ、及び高速、大容量コンピュータ
やニューロコンピュータなどに用いられる高速電子素
子、低消費電力素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、波長選択性に注目した分布反射型
（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃ
ｔｅｒ、以下ＤＢＲ）レーザ及び分布帰還型（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ、以下ＤＦＢ）レ
ーザが開発されているが、この種のレーザは単一縦モー
ドレーザとして優れた特性を有している。
（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃ
ｔｅｒ、以下ＤＢＲ）レーザ及び分布帰還型（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ、以下ＤＦＢ）レ
ーザが開発されているが、この種のレーザは単一縦モー
ドレーザとして優れた特性を有している。
【０００３】図１１に示す半導体レーザは、ＡｌＧａＡ
ｓ系の代表的な例である分布帰還型ＤＦＢ半導体レーザ
であり、光ガイド層１１０４上に沿って回折格子１１０
７を組み込んで構成したものである。また、図９にＩｎ
Ｐ系ＤＦＢレーザの構造例を示す。図中、１００１はＩ
ｎＰ基板、１００２は光ガイド層、１００３は活性層、
１００４はクラッド層、１００５はコンタクト層、１０
０６は回折格子をそれぞれ示す。
ｓ系の代表的な例である分布帰還型ＤＦＢ半導体レーザ
であり、光ガイド層１１０４上に沿って回折格子１１０
７を組み込んで構成したものである。また、図９にＩｎ
Ｐ系ＤＦＢレーザの構造例を示す。図中、１００１はＩ
ｎＰ基板、１００２は光ガイド層、１００３は活性層、
１００４はクラッド層、１００５はコンタクト層、１０
０６は回折格子をそれぞれ示す。
【０００４】回折格子による平行入射に対する平行反射
波長λ0は、 λ0＝２ＮｅｆｆΛ／ｍ で表される。但し、Ｎｅｆｆは回折格子領域での等価屈
折率、Λは回折格子周期、ｍは回折格子の次数である。
ＤＢＲレーザやＤＦＢレーザでは、この波長選択性を利
用して単一縦モード発振を実現している。
波長λ0は、 λ0＝２ＮｅｆｆΛ／ｍ で表される。但し、Ｎｅｆｆは回折格子領域での等価屈
折率、Λは回折格子周期、ｍは回折格子の次数である。
ＤＢＲレーザやＤＦＢレーザでは、この波長選択性を利
用して単一縦モード発振を実現している。
【０００５】更に近年、光デバイス、電子デバイスの高
機能化、高性能化をめざして、半導体超薄膜構造を採用
し、電子の量子力学的波動性を顕在化させ、多様な量子
効果を応用した光デバイス、電子デバイスの研究が進め
られている。
機能化、高性能化をめざして、半導体超薄膜構造を採用
し、電子の量子力学的波動性を顕在化させ、多様な量子
効果を応用した光デバイス、電子デバイスの研究が進め
られている。
【０００６】たとえば、一例として量子井戸構造レーザ
ーが挙げられる（図１１）。このような量子井戸構造レ
ーザーでは、閉じ込め層１２０２により、電子及び正孔
が量子井戸層１２０１内で層厚方向に閉じ込められて量
子化されるため閾値電流密度が小さく、温度特性が良い
という優れた特性を有している。（参考文献としてＥｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １９８２年１８
号１０９５）
ーが挙げられる（図１１）。このような量子井戸構造レ
ーザーでは、閉じ込め層１２０２により、電子及び正孔
が量子井戸層１２０１内で層厚方向に閉じ込められて量
子化されるため閾値電流密度が小さく、温度特性が良い
という優れた特性を有している。（参考文献としてＥｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １９８２年１８
号１０９５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１０に示すＡｌＧａ
Ａｓ系ＤＦＢレーザでは、ＧａＡｓ基板１１０１上に第
１のエピタキシャル成長によりクラッド層１１０２、活
性層１１０３、光ガイド層１１０４まで順次成長させ、
前記光ガイド層１１０４表面に回折格子１１０７を形成
した後、第２のエピタキシャル成長によりクラッド層１
１０５、コンタクト層１１０６を順次成長させる必要が
ある。上記構造の場合、最低２回のエピタキシャル成長
プロセスが必要となる。さらに回折格子上の再成長界面
に非発光再結合中心が生じて、発光効率の低下、信頼性
の低下が生じる問題がある。
Ａｓ系ＤＦＢレーザでは、ＧａＡｓ基板１１０１上に第
１のエピタキシャル成長によりクラッド層１１０２、活
性層１１０３、光ガイド層１１０４まで順次成長させ、
前記光ガイド層１１０４表面に回折格子１１０７を形成
した後、第２のエピタキシャル成長によりクラッド層１
１０５、コンタクト層１１０６を順次成長させる必要が
ある。上記構造の場合、最低２回のエピタキシャル成長
プロセスが必要となる。さらに回折格子上の再成長界面
に非発光再結合中心が生じて、発光効率の低下、信頼性
の低下が生じる問題がある。
【０００８】一方、図９に示すＩｎＰ系ＤＦＢレーザで
は、ＡｌＧａＡｓ系ＤＦＢレーザと異なり、発振光の基
板での吸収損失がないため、基板１００１上に回折格子
１００６を形成したのちに１回のエピタキシャル成長に
より光ガイド層１００２、活性層１００３、クラッド層
１００４、コンタクト層１００５を順次形成することが
可能である。しかし、基板１００１に形成した回折格子
１００６上に光電界強度を分布させなければならないた
め、前記回折格子１００６から活性層を含む導波領域を
遠ざけることができない。そのため、回折格子上の再成
長界面に生じる非発光再結合中心による発光効率の低
下、信頼性の低下の問題は免れない。また、光学特性を
改善するための自由度も小さくなる。
は、ＡｌＧａＡｓ系ＤＦＢレーザと異なり、発振光の基
板での吸収損失がないため、基板１００１上に回折格子
１００６を形成したのちに１回のエピタキシャル成長に
より光ガイド層１００２、活性層１００３、クラッド層
１００４、コンタクト層１００５を順次形成することが
可能である。しかし、基板１００１に形成した回折格子
１００６上に光電界強度を分布させなければならないた
め、前記回折格子１００６から活性層を含む導波領域を
遠ざけることができない。そのため、回折格子上の再成
長界面に生じる非発光再結合中心による発光効率の低
下、信頼性の低下の問題は免れない。また、光学特性を
改善するための自由度も小さくなる。
【０００９】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、低消費電力でモード分離やモードホ
ッピングのない良質なレーザ光が得られ、しかも作製プ
ロセスが簡便でかつ光学特性に優れ、光制御素子などと
の集積が可能な波長制御型半導体レーザといった半導体
素子を提供することを目的とする。
になされたもので、低消費電力でモード分離やモードホ
ッピングのない良質なレーザ光が得られ、しかも作製プ
ロセスが簡便でかつ光学特性に優れ、光制御素子などと
の集積が可能な波長制御型半導体レーザといった半導体
素子を提供することを目的とする。
【００１０】また、図１１に示した量子井戸レーザーで
は層に垂直な方向にのみ量子化されているだけで、量子
井戸に平行な方向では量子化されていないため、閾値電
流の低減や温度特性の改善には不十分な点があり、図１
２に示されるような曲がり活性導波路による量子細線効
果、更には図１３に示されるような量子箱効果を利用し
たレーザーが提案されている。（特許公開 昭和６１年
第２１２０８４号公報、同 昭和６１年第２１２０８５
号公報、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒ
ｏｕｔｈ １０４ （１９９０） ７６６〜７７２）し
かしながら、これらの構造については、利得領域である
一層または多層活性層を有し、この活性層の層厚が量子
効果が現れるほど薄く、かつ、この活性層の面方向に量
子効果が現れるほどにに非常に周期の短いうねりを有す
ることにより、電子及び正孔をうねりの方向にも閉じ込
め、量子効果を採用して、高性能化を実現してるが、電
子及び正孔をうねりの方向にも閉じ込めるためには、形
成した凹凸基板からわずかな距離内に活性領域を成長形
成させる必要があり、素子構造の自由度に制限があり、
更に凹凸基板との界面に生じる非発光再結合等の問題を
避けることが非常に困難である。
は層に垂直な方向にのみ量子化されているだけで、量子
井戸に平行な方向では量子化されていないため、閾値電
流の低減や温度特性の改善には不十分な点があり、図１
２に示されるような曲がり活性導波路による量子細線効
果、更には図１３に示されるような量子箱効果を利用し
たレーザーが提案されている。（特許公開 昭和６１年
第２１２０８４号公報、同 昭和６１年第２１２０８５
号公報、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒ
ｏｕｔｈ １０４ （１９９０） ７６６〜７７２）し
かしながら、これらの構造については、利得領域である
一層または多層活性層を有し、この活性層の層厚が量子
効果が現れるほど薄く、かつ、この活性層の面方向に量
子効果が現れるほどにに非常に周期の短いうねりを有す
ることにより、電子及び正孔をうねりの方向にも閉じ込
め、量子効果を採用して、高性能化を実現してるが、電
子及び正孔をうねりの方向にも閉じ込めるためには、形
成した凹凸基板からわずかな距離内に活性領域を成長形
成させる必要があり、素子構造の自由度に制限があり、
更に凹凸基板との界面に生じる非発光再結合等の問題を
避けることが非常に困難である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板又
は半導体基板上に形成された第１の半導体層と、前記半
導体基板又は半導体層の表面に形成された凹凸構造と、
該凹凸構造上方に、この凹凸構造の形状に対応して、屈
折率分布、利得分布、及び／又はバンド変調を生じると
共に、少なくともその上面が平坦である第２の半導体層
と、該第2の半導体層の少なくとも一部に形成され、光
を導波する導波領域と、を、備える半導体素子を提供す
るものである。このとき、前記導波領域により導波され
る光の電界強度分布が、前記凹凸構造にとどかない半導
体素子を提供するものである。また、前記凹凸構造が形
成された半導体基板又は第1の半導体層と、該半導体基
板又は第1の半導体層の直上に形成される半導体層は、
同一の屈折率を有する半導体素子を提供するものであ
る。さらに、前記凹凸構造は、周期的に形成されてなる
半導体素子を提供するものである。そして、前記凹凸構
造が前記第２の半導体層の少なくとも一部を含む導波領
域から管内波長以上離れている半導体素子を提供するも
のである。前記導波領域には、光を発生させる活性層が
含まれ、かつ、導波領域内に存在する全ての層の界面は
平坦であることが好ましい。
は半導体基板上に形成された第１の半導体層と、前記半
導体基板又は半導体層の表面に形成された凹凸構造と、
該凹凸構造上方に、この凹凸構造の形状に対応して、屈
折率分布、利得分布、及び／又はバンド変調を生じると
共に、少なくともその上面が平坦である第２の半導体層
と、該第2の半導体層の少なくとも一部に形成され、光
を導波する導波領域と、を、備える半導体素子を提供す
るものである。このとき、前記導波領域により導波され
る光の電界強度分布が、前記凹凸構造にとどかない半導
体素子を提供するものである。また、前記凹凸構造が形
成された半導体基板又は第1の半導体層と、該半導体基
板又は第1の半導体層の直上に形成される半導体層は、
同一の屈折率を有する半導体素子を提供するものであ
る。さらに、前記凹凸構造は、周期的に形成されてなる
半導体素子を提供するものである。そして、前記凹凸構
造が前記第２の半導体層の少なくとも一部を含む導波領
域から管内波長以上離れている半導体素子を提供するも
のである。前記導波領域には、光を発生させる活性層が
含まれ、かつ、導波領域内に存在する全ての層の界面は
平坦であることが好ましい。
【００１２】本発明は、前記第２の半導体層が、光を発
生させる活性層を成し、該活性層の層厚が量子効果が現
れるほど薄く形成された半導体素子において、前記凹凸
構造が前記活性層の面方向の１方向又は２方向に量子効
果が現れるように前記活性層に屈折率分布、利得分布、
及び／又はバンド変調を与えてなる半導体素子を提供す
るものである。また、前記第２の半導体層は、電子を移
動するチャネル層を成し、該チャネル層内を移動する電
子が前記凹凸構造に対応して１方向又は２方向に量子効
果を受けるようにチャネル層の電子移動部にバンド変調
を与えてなる半導体素子を提供するものである。
生させる活性層を成し、該活性層の層厚が量子効果が現
れるほど薄く形成された半導体素子において、前記凹凸
構造が前記活性層の面方向の１方向又は２方向に量子効
果が現れるように前記活性層に屈折率分布、利得分布、
及び／又はバンド変調を与えてなる半導体素子を提供す
るものである。また、前記第２の半導体層は、電子を移
動するチャネル層を成し、該チャネル層内を移動する電
子が前記凹凸構造に対応して１方向又は２方向に量子効
果を受けるようにチャネル層の電子移動部にバンド変調
を与えてなる半導体素子を提供するものである。
【００１３】本発明による半導体素子の原理をを半導体
レーザを例にとり、図１の概念図に基づいて説明する。
図において１０１は半導体基板でその表面に周期的な凹
凸部１０６を形成する。この半導体基板１０１上に形成
された周期的な凹凸部１０６上に、１回のエピタキシャ
ル成長により第１クラッド層１０２、活性層１０３、第
２クラッド層１０４、コンタクト層１０５を順次積層さ
せ、光導波路領域及び発光領域を含むレーザ構造を形成
する。
レーザを例にとり、図１の概念図に基づいて説明する。
図において１０１は半導体基板でその表面に周期的な凹
凸部１０６を形成する。この半導体基板１０１上に形成
された周期的な凹凸部１０６上に、１回のエピタキシャ
ル成長により第１クラッド層１０２、活性層１０３、第
２クラッド層１０４、コンタクト層１０５を順次積層さ
せ、光導波路領域及び発光領域を含むレーザ構造を形成
する。
【００１４】前記エピタキシャル成長により形成された
導波領域は、ほぼ平坦に形成され、また、半導体基板表
面に形成した凹凸部上の成長メカニズムの差異により、
利得分布及び／又は屈折率屈折率分布が導波領域内に形
成され、その分布が半導体基板表面に形成した凹凸部の
周期に対応して変化するものである。
導波領域は、ほぼ平坦に形成され、また、半導体基板表
面に形成した凹凸部上の成長メカニズムの差異により、
利得分布及び／又は屈折率屈折率分布が導波領域内に形
成され、その分布が半導体基板表面に形成した凹凸部の
周期に対応して変化するものである。
【００１５】また、この半導体レーザにおいては、半導
体基板表面に形成した周期的な凹凸部に光電界強度分布
が存在しなくても、導波領域内に形成した利得分布及び
／又は屈折率分布により光帰還させるものである。
体基板表面に形成した周期的な凹凸部に光電界強度分布
が存在しなくても、導波領域内に形成した利得分布及び
／又は屈折率分布により光帰還させるものである。
【００１６】しかも、導波領域に量子効果構造を用いる
ことにより光導波方向に利得分布又は屈折率分布が形成
されるため、量子細線化、量子箱化も可能となり半導体
レーザ特性向上に大きく効果を発揮する。
ことにより光導波方向に利得分布又は屈折率分布が形成
されるため、量子細線化、量子箱化も可能となり半導体
レーザ特性向上に大きく効果を発揮する。
【００１７】
【作用】本発明においては、１回のエピタキシャル成長
で波長制御型半導体レーザ構造を形成することが可能で
あり、また光導波路領域及び発光領域が平坦であるため
光学特性も向上し、モノリシック化の際の光波結合効率
の向上にも効果がある。さらに、基板の凹凸部上の再成
長界面に光電界強度分布が存在する必要がないためモノ
リシック化による層方向での他のデバイスとの整合の自
由度が向上し、また信頼性向上にも効果がある。
で波長制御型半導体レーザ構造を形成することが可能で
あり、また光導波路領域及び発光領域が平坦であるため
光学特性も向上し、モノリシック化の際の光波結合効率
の向上にも効果がある。さらに、基板の凹凸部上の再成
長界面に光電界強度分布が存在する必要がないためモノ
リシック化による層方向での他のデバイスとの整合の自
由度が向上し、また信頼性向上にも効果がある。
【００１８】さらに導波領域に量子効果構造を採用する
ことで、導波方向に利得分布又は屈折率分布を更に付け
加えることが容易であるため、作製が困難とされていた
量子細線デバイス、量子箱デバイスの作製が可能とな
り、超高速、超低消費電力の光デバイス及び電子デバイ
スを実現できる。
ことで、導波方向に利得分布又は屈折率分布を更に付け
加えることが容易であるため、作製が困難とされていた
量子細線デバイス、量子箱デバイスの作製が可能とな
り、超高速、超低消費電力の光デバイス及び電子デバイ
スを実現できる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。
はこれに限定されるものではない。
【００２０】図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施例
の概略図及び特性図である。図２（ａ）中２０１はｎ−
ＧａＡｓ基板であり、この基板２０１一主面上には所定
周期Λ（２０００〜２５００Å）の回折格子２０６が形
成される。これは、周知の技術である二光束干渉露光法
又は電子ビーム露光法とエッチング技術により形成でき
る。この回折格子２０６が形成されたｎ−ＧａＡｓ基板
２０１上に、減圧ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型ＡｌＧａＡ
ｓ（Ａｌ組成比Ｘ＝０．５）クラッド層２０２を０．５
μｍ、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比Ｘ＝０．１３）活性層
２０３を０．１μｍ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ（組成比Ｘ＝
０．５）クラッド層２０４を０．５μｍ、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層２０５を１．０μｍと順次成長させる。こ
のとき、成長温度６００〜７５０℃、Ｖ／III比６０〜
１２０で成長させることにより活性層２０３を平坦に成
長させることが可能となる。
の概略図及び特性図である。図２（ａ）中２０１はｎ−
ＧａＡｓ基板であり、この基板２０１一主面上には所定
周期Λ（２０００〜２５００Å）の回折格子２０６が形
成される。これは、周知の技術である二光束干渉露光法
又は電子ビーム露光法とエッチング技術により形成でき
る。この回折格子２０６が形成されたｎ−ＧａＡｓ基板
２０１上に、減圧ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型ＡｌＧａＡ
ｓ（Ａｌ組成比Ｘ＝０．５）クラッド層２０２を０．５
μｍ、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比Ｘ＝０．１３）活性層
２０３を０．１μｍ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ（組成比Ｘ＝
０．５）クラッド層２０４を０．５μｍ、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層２０５を１．０μｍと順次成長させる。こ
のとき、成長温度６００〜７５０℃、Ｖ／III比６０〜
１２０で成長させることにより活性層２０３を平坦に成
長させることが可能となる。
【００２１】このエピタキシャル成長工程の後、該エピ
タキシャル成長層上及び基板２０１裏面にそれぞれ電極
を形成して（図示せず）、１０μｍ電極ストライプ構造
レーザ素子を作製する。その代表的な素子特性を図２
（ｂ）及び（ｃ）に示す。図２（ｂ）は電流−光出力特
性を示す。閾値電流Ｉth〜１１０ｍＡ、１０ｍＷ時駆動
電流Ｉop〜１４０ｍＡと従来のファブリーペロー型レー
ザと同等の特性を示しており光吸収損失がないことか
ら、光学設計通りｎ−ＧａＡｓ基板２０１には光電界強
度分布が存在しないことが判る。また１０ｍＷ・ＡＰＣ
パルス駆動時の発振波長温度依存性を図２（ｃ）に示
す。動的単一縦モード温度範囲△Ｔ〜８０℃と良好なＤ
ＦＢモード特性を示している。
タキシャル成長層上及び基板２０１裏面にそれぞれ電極
を形成して（図示せず）、１０μｍ電極ストライプ構造
レーザ素子を作製する。その代表的な素子特性を図２
（ｂ）及び（ｃ）に示す。図２（ｂ）は電流−光出力特
性を示す。閾値電流Ｉth〜１１０ｍＡ、１０ｍＷ時駆動
電流Ｉop〜１４０ｍＡと従来のファブリーペロー型レー
ザと同等の特性を示しており光吸収損失がないことか
ら、光学設計通りｎ−ＧａＡｓ基板２０１には光電界強
度分布が存在しないことが判る。また１０ｍＷ・ＡＰＣ
パルス駆動時の発振波長温度依存性を図２（ｃ）に示
す。動的単一縦モード温度範囲△Ｔ〜８０℃と良好なＤ
ＦＢモード特性を示している。
【００２２】以上の結果から光電界強度分布がｎ型Ｇａ
Ａｓ基板２０１上に形成された回折格子２０６上に存在
しないにもかかわらずＤＦＢモード動作を示しており、
このことは、活性層２０３及び光導波路領域（２０２，
２０３，２０４）での利得分布又は屈折率分布が、ｎ型
ＧａＡｓ基板２０１上に形成された回折格子２０６の周
期に対応していることを示している。
Ａｓ基板２０１上に形成された回折格子２０６上に存在
しないにもかかわらずＤＦＢモード動作を示しており、
このことは、活性層２０３及び光導波路領域（２０２，
２０３，２０４）での利得分布又は屈折率分布が、ｎ型
ＧａＡｓ基板２０１上に形成された回折格子２０６の周
期に対応していることを示している。
【００２３】回折格子２０６上へのエピタキシャル成長
法による成長速度の面方位依存性に影響を受け、回折格
子２０６の周期に対応する応力歪みが平坦に形成された
活性層及び光導波路領域に形成されるため、等価的に利
得分布を形成する。この応力歪みは成長層間の混晶比の
差、及び成長温度が高いほど顕著である。
法による成長速度の面方位依存性に影響を受け、回折格
子２０６の周期に対応する応力歪みが平坦に形成された
活性層及び光導波路領域に形成されるため、等価的に利
得分布を形成する。この応力歪みは成長層間の混晶比の
差、及び成長温度が高いほど顕著である。
【００２４】また同時に、回折格子２０６を形成してい
る面方位に依存した成長速度の違いにより成長層への不
純物濃度の取り込まれ量も変化するため、これにより等
価的に利得の分布を形成することが可能となる。これは
成長温度、成長圧力、原料ガスの流量に応じて成長速度
に差をつけることにより可能である。
る面方位に依存した成長速度の違いにより成長層への不
純物濃度の取り込まれ量も変化するため、これにより等
価的に利得の分布を形成することが可能となる。これは
成長温度、成長圧力、原料ガスの流量に応じて成長速度
に差をつけることにより可能である。
【００２５】図３は本発明の第２の実施例の概略図であ
る。図３は、ＡｌＧａＡｓ系８３０ｎｍ帯半導体レーザ
ーの光の進行方向に平行な面に沿う中央縦断図面であ
る。本実施例ではｎ型ＧａＡｓ基板３０１上にｎ型Ａｌ
0・45Ｇａ0・55Ａｓ回折格子印刻層３０２が積層されてい
る。前記ｎ型Ａｌ0・45Ｇａ0・55Ａｓ回折格子印刻層３０
２主面上には所定周期Λ（２０００〜２５００Å）の回
折格子３０７が形成される。これは周知の技術である二
光束干渉露光法又は電子ビーム露光法とエッチング技術
により形成できる。
る。図３は、ＡｌＧａＡｓ系８３０ｎｍ帯半導体レーザ
ーの光の進行方向に平行な面に沿う中央縦断図面であ
る。本実施例ではｎ型ＧａＡｓ基板３０１上にｎ型Ａｌ
0・45Ｇａ0・55Ａｓ回折格子印刻層３０２が積層されてい
る。前記ｎ型Ａｌ0・45Ｇａ0・55Ａｓ回折格子印刻層３０
２主面上には所定周期Λ（２０００〜２５００Å）の回
折格子３０７が形成される。これは周知の技術である二
光束干渉露光法又は電子ビーム露光法とエッチング技術
により形成できる。
【００２６】この回折格子３０７が形成されたｎ型Ａｌ
0・45Ｇａ0・55Ａｓ回折格子印刻層３０２上に減圧ＭＯＣ
ＶＤ法を用いて、ｎ型Ａｌ0・45Ｇａ0・55Ａｓクラッド層
３０３、Ａｌ0・05Ｇａ0・95Ａｓ活性層３０４、Ｐ型Ａｌ
0・45Ｇａ0・55Ａｓクラッド層３０５、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層３０６を順次成長させる。
0・45Ｇａ0・55Ａｓ回折格子印刻層３０２上に減圧ＭＯＣ
ＶＤ法を用いて、ｎ型Ａｌ0・45Ｇａ0・55Ａｓクラッド層
３０３、Ａｌ0・05Ｇａ0・95Ａｓ活性層３０４、Ｐ型Ａｌ
0・45Ｇａ0・55Ａｓクラッド層３０５、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層３０６を順次成長させる。
【００２７】このとき、成長温度、Ｖ／III比、成長層
厚を制御することにより、活性層３０４を平坦に成長さ
せることが可能となる。
厚を制御することにより、活性層３０４を平坦に成長さ
せることが可能となる。
【００２８】この実施例と第１の実施例との相違点は回
折格子印刻層３０２と、ｎ型クラッド層３０３のＡｌ混
晶比が同一であることから回折格子３０７での屈折率の
変調は起こっていない。しかしながら、第１の実施例と
同様の作用により平坦に形成された活性層及び光導波領
域に回折格子３０７の周期に対応して利得分布又は屈折
率分布が形成され、導波されるレーザー光に対して幾何
学的な回折格子が存在しないにもかかわらず、良好なＤ
ＦＢモード動作が可能となる。
折格子印刻層３０２と、ｎ型クラッド層３０３のＡｌ混
晶比が同一であることから回折格子３０７での屈折率の
変調は起こっていない。しかしながら、第１の実施例と
同様の作用により平坦に形成された活性層及び光導波領
域に回折格子３０７の周期に対応して利得分布又は屈折
率分布が形成され、導波されるレーザー光に対して幾何
学的な回折格子が存在しないにもかかわらず、良好なＤ
ＦＢモード動作が可能となる。
【００２９】図４は本発明の第３の実施例の概略図であ
る。図４はＩｎＰ系１．３μｍ帯半導体レーザーの光の
進行方向に平行な面に沿う中央縦断図面である。
る。図４はＩｎＰ系１．３μｍ帯半導体レーザーの光の
進行方向に平行な面に沿う中央縦断図面である。
【００３０】図中４０１はＩｎＰ基板、４０２は回折格
子印刻層、４０３は第１クラッド層、４０４は活性層、
４０５は第２クラッド層、４０６はコンタクト層、４０
７は回折格子をそれぞれ示している。
子印刻層、４０３は第１クラッド層、４０４は活性層、
４０５は第２クラッド層、４０６はコンタクト層、４０
７は回折格子をそれぞれ示している。
【００３１】図９に示したＩｎＰ系ＤＦＢレーザーの従
来構造との相違点としては、活性層４０４と回折格子４
０７との距離を管内波長（ｄ＝λ／ｎ ただし λ：発
振波長、ｎ：実効屈折率）以上（＞０．４μｍ）に離し
ても、第１の実施例と同様の作用により、良好なＤＦＢ
モード動作が可能となり、かつ、回折格子４０７上の再
成長界面に活性層４０４を含む導波領域に導波される光
の電界強度分布が存在しないことにより、再成長界面に
よる発光効率の低下や信頼性等の問題を回避できる。
来構造との相違点としては、活性層４０４と回折格子４
０７との距離を管内波長（ｄ＝λ／ｎ ただし λ：発
振波長、ｎ：実効屈折率）以上（＞０．４μｍ）に離し
ても、第１の実施例と同様の作用により、良好なＤＦＢ
モード動作が可能となり、かつ、回折格子４０７上の再
成長界面に活性層４０４を含む導波領域に導波される光
の電界強度分布が存在しないことにより、再成長界面に
よる発光効率の低下や信頼性等の問題を回避できる。
【００３２】図５は本発明の第４の実施例の概略図であ
る。図５はＺｎＣｄＳＳｅ系４６０ｎｍ帯半導体レーザ
ーの光の進行方向に平行な面に沿う中央縦断図面であ
る。
る。図５はＺｎＣｄＳＳｅ系４６０ｎｍ帯半導体レーザ
ーの光の進行方向に平行な面に沿う中央縦断図面であ
る。
【００３３】本実施例ではｎ型ＧａＡｓ基板５０１主面
上には所定周期Λの回折格子５１０が形成される。この
回折格子５１０の周期Λは１次の回折格子では８００〜
１０００Å、２次の回折格子では１６００〜２０００Å
程度となり、これは周知の技術である電子ビーム露光法
とエッチング技術により形成できる。この回折格子５１
０が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板５０１上にＭＯＣＶＤ
法を用いてｎ−ＺｎＳｅバッファ層５０２、ＺｎＳＳｅ
クラッド層５０３（２．５μｍ）、ＺｎＳｅＳＣＨ層５
０４（０．５μｍ）、ＺｎＣｄＳｅ活性層５０６（１０
ｎｍ）、ＺｎＳｅ−ＳＣＨ層５０７（０．５μｍ）、Ｚ
ｎＳＳｅクラッド層５０８（１．５μｍ）及びＺｎＳｅ
コンタクト層５０９（０．１μｍ）を順次成長させる。
上には所定周期Λの回折格子５１０が形成される。この
回折格子５１０の周期Λは１次の回折格子では８００〜
１０００Å、２次の回折格子では１６００〜２０００Å
程度となり、これは周知の技術である電子ビーム露光法
とエッチング技術により形成できる。この回折格子５１
０が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板５０１上にＭＯＣＶＤ
法を用いてｎ−ＺｎＳｅバッファ層５０２、ＺｎＳＳｅ
クラッド層５０３（２．５μｍ）、ＺｎＳｅＳＣＨ層５
０４（０．５μｍ）、ＺｎＣｄＳｅ活性層５０６（１０
ｎｍ）、ＺｎＳｅ−ＳＣＨ層５０７（０．５μｍ）、Ｚ
ｎＳＳｅクラッド層５０８（１．５μｍ）及びＺｎＳｅ
コンタクト層５０９（０．１μｍ）を順次成長させる。
【００３４】本実施例についても第１の実施例と同様の
作用により、ＭＯＣＶＤ成長条件を制御することで活性
層５０６及び光導波領域を平坦に、かつ、回折格子５１
０の周期に対応して利得分布又は屈折率分布が形成さ
れ、ＺｎＣｄＳＳｅ系においても容易にＤＦＢモード動
作を得ることが可能となる。
作用により、ＭＯＣＶＤ成長条件を制御することで活性
層５０６及び光導波領域を平坦に、かつ、回折格子５１
０の周期に対応して利得分布又は屈折率分布が形成さ
れ、ＺｎＣｄＳＳｅ系においても容易にＤＦＢモード動
作を得ることが可能となる。
【００３５】図６は本発明の第５の実施例の概略図であ
る。図６はＡｌＧａＡｓ系半導体量子細線レーザーの光
の進行方向に垂直な面に沿う中央縦断図面である。
る。図６はＡｌＧａＡｓ系半導体量子細線レーザーの光
の進行方向に垂直な面に沿う中央縦断図面である。
【００３６】図６中、６０１はｎ−ＧａＡｓ基板であ
り、この基板６０１主面上には所定周期（５００〜１０
００Å）の回折格子６０６が形成される。これは、周知
の技術である電子ビーム露光法とエッチング技術により
形成出来る。この回折格子６０６が形成されたｎ−Ｇａ
Ａｓ基板６０１上に前記実施例と同様に減圧ＭＯＣＶＤ
法を用いて、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６０２、Ａｌ
ＧａＡｓ ＧＲＩＮ ＳＣＨ ＳＱＷ層構造６０３、ｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層６０４、ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層６０５を順次形成させる。
り、この基板６０１主面上には所定周期（５００〜１０
００Å）の回折格子６０６が形成される。これは、周知
の技術である電子ビーム露光法とエッチング技術により
形成出来る。この回折格子６０６が形成されたｎ−Ｇａ
Ａｓ基板６０１上に前記実施例と同様に減圧ＭＯＣＶＤ
法を用いて、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層６０２、Ａｌ
ＧａＡｓ ＧＲＩＮ ＳＣＨ ＳＱＷ層構造６０３、ｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層６０４、ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層６０５を順次形成させる。
【００３７】ここで、前記実施例との相違点は本実施例
が活性領域及び光導波路領域にＧＲＩＮ ＳＣＨ ＳＱ
Ｗ層構造６０３を設けたことと、基板６０１主面上に形
成された回折格子６０６の周期を量子効果が現れる程度
までに小さくしたことにある。
が活性領域及び光導波路領域にＧＲＩＮ ＳＣＨ ＳＱ
Ｗ層構造６０３を設けたことと、基板６０１主面上に形
成された回折格子６０６の周期を量子効果が現れる程度
までに小さくしたことにある。
【００３８】このような構成であっても先の実施例と同
様な効果が得られることは勿論のこと、それに加え次の
ような効果が得られる。回折格子６０６の凹凸周期に対
応して活性領域に利得分布又は屈折率分布を与えること
ができ１次元の量子効果半導体レーザーを形成すること
が可能となる。これにより消費電力が非常に小さく高速
応答可能な半導体レーザーを得ることができる。
様な効果が得られることは勿論のこと、それに加え次の
ような効果が得られる。回折格子６０６の凹凸周期に対
応して活性領域に利得分布又は屈折率分布を与えること
ができ１次元の量子効果半導体レーザーを形成すること
が可能となる。これにより消費電力が非常に小さく高速
応答可能な半導体レーザーを得ることができる。
【００３９】図７は本発明の第６の実施例の概略図であ
る。この実施例と前記第５の実施例との相違点は、ｎ型
ＧａＡｓ基板７０１上に形成する周期的凹凸構造７０６
に２次元的凹凸構造を用いて、その周期を電子の閉じ込
め可能な０．１μｍ程度とし、かつ７８０ｎｍ帯ＤＦＢ
レーザの回折格子としての動作も可能な１次の回折格子
周期Λ〜０．１μｍとする。この周期的凹凸構造は電子
ビーム露光法により形成が可能である。また光波の導波
方向についてはＤＦＢレーザ動作を可能とする１次回折
格子周期Λ〜０．１μｍ程度を要するが光波の導波方向
と垂直な方向については電子の閉じ込め効果をより強く
発揮するために０．１μｍ以下にすることが有効である
ことは言うまでもない。
る。この実施例と前記第５の実施例との相違点は、ｎ型
ＧａＡｓ基板７０１上に形成する周期的凹凸構造７０６
に２次元的凹凸構造を用いて、その周期を電子の閉じ込
め可能な０．１μｍ程度とし、かつ７８０ｎｍ帯ＤＦＢ
レーザの回折格子としての動作も可能な１次の回折格子
周期Λ〜０．１μｍとする。この周期的凹凸構造は電子
ビーム露光法により形成が可能である。また光波の導波
方向についてはＤＦＢレーザ動作を可能とする１次回折
格子周期Λ〜０．１μｍ程度を要するが光波の導波方向
と垂直な方向については電子の閉じ込め効果をより強く
発揮するために０．１μｍ以下にすることが有効である
ことは言うまでもない。
【００４０】また、電子ビーム露光法による周期的凹凸
構造マスクを作製した後、活性領域に凹凸構造の周期性
の影響を強く反映させるために、塩素ガスによるリアク
ティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法に代表されるドラ
イエッチング技術を用いることにより、アスペクト比の
大きい周期的凹凸構造を形成することが有効である。
構造マスクを作製した後、活性領域に凹凸構造の周期性
の影響を強く反映させるために、塩素ガスによるリアク
ティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法に代表されるドラ
イエッチング技術を用いることにより、アスペクト比の
大きい周期的凹凸構造を形成することが有効である。
【００４１】このような周期的凹凸構造上に活性領域７
０３及び光導波路領域（７０２，７０３，７０４）をエ
ピタキシャル成長させることにより２次元的な周期的凹
凸構造に対応して、活性領域７０３に２次元方向に利得
分布を形成することが可能となる。このことから層厚方
向でのＭＱＷ構造（７０３）と合わせて０次元的量子箱
効果を得ることができ、極低消費電力、超高速ＤＦＢレ
ーザを作製することが可能になる。尚、図７において７
０５はコンタクト層であり、７０６は回折格子である。
０３及び光導波路領域（７０２，７０３，７０４）をエ
ピタキシャル成長させることにより２次元的な周期的凹
凸構造に対応して、活性領域７０３に２次元方向に利得
分布を形成することが可能となる。このことから層厚方
向でのＭＱＷ構造（７０３）と合わせて０次元的量子箱
効果を得ることができ、極低消費電力、超高速ＤＦＢレ
ーザを作製することが可能になる。尚、図７において７
０５はコンタクト層であり、７０６は回折格子である。
【００４２】以上のように、周期的凹凸構造を半導体基
板上に形成し、その周期的凹凸構造上に１回のエピタキ
シャル成長で平坦状に光導波路領域あるいは発光領域を
成長させ、成長メカニズムによって、光導波路領域及び
発光領域に利得分布及び／又は屈折率分布を凹凸構造を
反映して周期的に分布させることにより、特性の優れた
波長制御型半導体レーザを得ることができる。又、発光
領域あるいは光導波領域が平坦であることから次世代Ｏ
ＥＩＣ等のモノリシック化に関して他のデバイスと高結
合効率が得やすい。
板上に形成し、その周期的凹凸構造上に１回のエピタキ
シャル成長で平坦状に光導波路領域あるいは発光領域を
成長させ、成長メカニズムによって、光導波路領域及び
発光領域に利得分布及び／又は屈折率分布を凹凸構造を
反映して周期的に分布させることにより、特性の優れた
波長制御型半導体レーザを得ることができる。又、発光
領域あるいは光導波領域が平坦であることから次世代Ｏ
ＥＩＣ等のモノリシック化に関して他のデバイスと高結
合効率が得やすい。
【００４３】また、基板上に周期的凹凸構造を形成し、
かつ基板上周期的凹凸構造面には光電界強度が分布しな
いことにより、周期的凹凸構造を形成する手段として、
ダメージの問題を含んでいるドライ加工プロセスの適用
も可能となる。
かつ基板上周期的凹凸構造面には光電界強度が分布しな
いことにより、周期的凹凸構造を形成する手段として、
ダメージの問題を含んでいるドライ加工プロセスの適用
も可能となる。
【００４４】さらに周期的利得分布あるいは屈折率分布
が光導波領域、及び発光領域全域に形成されるため結合
効率の非常に強い動的単一縦モード発振特性を可能にす
ることも大きな効果である。しかも成長条件あるいは構
造を設計することにより結合効率の大小は容易に選択す
ることが可能になる。
が光導波領域、及び発光領域全域に形成されるため結合
効率の非常に強い動的単一縦モード発振特性を可能にす
ることも大きな効果である。しかも成長条件あるいは構
造を設計することにより結合効率の大小は容易に選択す
ることが可能になる。
【００４５】以上のようなことにより次世代ＯＥＩＣの
キーデバイスとなり得る動的単一縦モード発振可能な波
長制御型半導体レーザを設計の自由度が高く容易に得る
ことができ、優れた特性が得られるという効果がある。
キーデバイスとなり得る動的単一縦モード発振可能な波
長制御型半導体レーザを設計の自由度が高く容易に得る
ことができ、優れた特性が得られるという効果がある。
【００４６】図８は本発明の第７の実施例の概略図であ
る。図８は量子細線トランジスタの構造図である。図８
中、８０１はＧａＡｓ基板であり、この基板８０１主面
上には電子のド・ブロイ波長以下の周期（＜３００Å）
の回折格子８０８が形成される。これは周知の技術であ
る電子ビーム露光法とエッチング技術により形成でき
る。この回折格子８０８が形成されたＧａＡｓ基板８０
１上に実施例１と同様に減圧ＭＯＣＶＤ法によりＧａＡ
ｓチャネル層８０２、量子井戸構造ＡｌＧａＡｓスペー
サ層８０３、ＡｌＧａＡｓキャリアドーピング層８０
４、ＧａＡｓコンタクト層８０９を順次成長させ、さら
に、ソース領域８０７、ゲート領域８０６、ドレイン領
域８０５をイオン拡散により形成する。このエピタキシ
ャル成長の後、各領域に電極を形成し、量子細線トラン
ジスタ素子を作製する。
る。図８は量子細線トランジスタの構造図である。図８
中、８０１はＧａＡｓ基板であり、この基板８０１主面
上には電子のド・ブロイ波長以下の周期（＜３００Å）
の回折格子８０８が形成される。これは周知の技術であ
る電子ビーム露光法とエッチング技術により形成でき
る。この回折格子８０８が形成されたＧａＡｓ基板８０
１上に実施例１と同様に減圧ＭＯＣＶＤ法によりＧａＡ
ｓチャネル層８０２、量子井戸構造ＡｌＧａＡｓスペー
サ層８０３、ＡｌＧａＡｓキャリアドーピング層８０
４、ＧａＡｓコンタクト層８０９を順次成長させ、さら
に、ソース領域８０７、ゲート領域８０６、ドレイン領
域８０５をイオン拡散により形成する。このエピタキシ
ャル成長の後、各領域に電極を形成し、量子細線トラン
ジスタ素子を作製する。
【００４７】前記実施例と同様、回折格子８０８の周期
に対応して電子が移動する方向と垂直方向にバンド変調
されるため、量子細線効果によりゲート電圧を変化させ
ると、電子の局在する場所が変化し、電子の移動度を変
えることができる。このように低電圧で高速動作が可能
な量子細線トランジスタの作製が可能となる。
に対応して電子が移動する方向と垂直方向にバンド変調
されるため、量子細線効果によりゲート電圧を変化させ
ると、電子の局在する場所が変化し、電子の移動度を変
えることができる。このように低電圧で高速動作が可能
な量子細線トランジスタの作製が可能となる。
【００４８】上記本発明の実施例においてＡｌＧａＡｓ
系ＤＦＢレーザを用いて説明を行ったが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、ＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｌＰ
系といった他のIII−Ｖ族、又は、II−ＶＩ族、Ｉ−III
−Ｖ族等他の族についても同様の効果が得られ、また、
ＤＦＢレーザに限らずＤＢＲレーザ、ＤＲレーザ、及び
波長選択フィルター素子等へも適用が可能である。更
に、凹凸部は周期的形状に限定されるものではなく、ま
た、光デバイスのみならず、電子デバイスへも適用可能
であることはいうまでもない。
系ＤＦＢレーザを用いて説明を行ったが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、ＩｎＰ系、ＩｎＧａＡｌＰ
系といった他のIII−Ｖ族、又は、II−ＶＩ族、Ｉ−III
−Ｖ族等他の族についても同様の効果が得られ、また、
ＤＦＢレーザに限らずＤＢＲレーザ、ＤＲレーザ、及び
波長選択フィルター素子等へも適用が可能である。更
に、凹凸部は周期的形状に限定されるものではなく、ま
た、光デバイスのみならず、電子デバイスへも適用可能
であることはいうまでもない。
【００４９】
【発明の効果】本発明により、基板のバンドギャップ等
の特性に依存することがなくなり、また凹凸加工のダメ
ージが導波領域に及ぶことがなくなり、さらには再成長
界面準位から逃れることが可能となる。
の特性に依存することがなくなり、また凹凸加工のダメ
ージが導波領域に及ぶことがなくなり、さらには再成長
界面準位から逃れることが可能となる。
【００５０】また、凹凸部を周期的にすることにより、
単一縦モード発振を容易に得ることができ、単一のエネ
ルギーの電子を走行させることができて高速化を図るこ
とが可能になる。
単一縦モード発振を容易に得ることができ、単一のエネ
ルギーの電子を走行させることができて高速化を図るこ
とが可能になる。
【図１】本発明の原理の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施例による半導体レーザ装置
を示す概略図及び特性図である。
を示す概略図及び特性図である。
【図３】本発明の第２の実施例による半導体レーザ装置
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図４】本発明の第３の実施例による半導体レーザ装置
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図５】本発明の第４の実施例による半導体レーザ装置
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図６】本発明の第５の実施例による半導体レーザー装
置を示す概略図である。
置を示す概略図である。
【図７】本発明の第６の実施例による半導体レーザー装
置を示す概略図である。
置を示す概略図である。
【図８】本発明の第７の実施例による量子細線トランジ
スタ素子を表す概略図である。
スタ素子を表す概略図である。
【図９】従来の半導体レーザー装置を示す概略図であ
る。
る。
【図１０】従来の半導体レーザー装置を示す概略図であ
る。
る。
【図１１】従来の半導体レーザー装置を示す概略図であ
る。
る。
【図１２】従来の半導体レーザー装置を示す概略図であ
る。
る。
【図１３】従来の半導体レーザー装置を示す概略図であ
る。
る。
１０ 基板 １１ バッファー層 １２ ｎ型クラッド層 １３ 第１ガイド層 １４ 活性層 １５ 第２ガイド層 １６ ｐ型クラッド層 １７ キャップ層 １８ ｐ電極 １９ ｎ電極 １０１ 半導体基板 １０２ 第１クラッド層 １０３ 発光領域 １０４ 第２クラッド層 １０５ コンタクト層 １０６ 周期的凹凸構造 ２０１，３０１，４０１，５０１ ６０１ ７０１ ８
０１ｎ型ＧａＡｓ基板 ２０２，３０３，４０３，６０２ ７０２ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層 ２０４，３０５，４０５，６０４ ７０４ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層 ２０５，３０６，４０６，６０５ ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層 ２０３ ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ活性層 ６０３ ＧＲＩＮ・ＳＣ
Ｈ・ＳＱＷ活性層 ７０３ ＭＱＷ活性層 ２０６，３０７ 周期的凹凸構造 ２次回折格子Λ〜２２００Å ５１０ 周期的凹凸構造 １次回折格子Λ〜１１００Å ７０６ ２次元周期的凹
凸構造 〜Λ〜１０００Å ５０３ ＺｎＳＳｅクラッド層 ５０６ ＺｎＣｄＳｅ活性層 ５０８ ＺｎＳＳｅクラッド層 ５０９ ＺｎＳｅコンタクト層 ８０１ ＧａＡｓ基板 ８０２ ＧａＡｓチャンネル層 ８０３ 量子井戸構造ＡｌＧａＡｓスペーサ層 ８０４ ＡｌＧａＡｓキャリアドーピング層 ８０５ ドレイン領域 ８０６ ゲート ８０７ ソース領域 ８０８ 回折格子（周期＜３００Å）
０１ｎ型ＧａＡｓ基板 ２０２，３０３，４０３，６０２ ７０２ｎ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層 ２０４，３０５，４０５，６０４ ７０４ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層 ２０５，３０６，４０６，６０５ ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層 ２０３ ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ活性層 ６０３ ＧＲＩＮ・ＳＣ
Ｈ・ＳＱＷ活性層 ７０３ ＭＱＷ活性層 ２０６，３０７ 周期的凹凸構造 ２次回折格子Λ〜２２００Å ５１０ 周期的凹凸構造 １次回折格子Λ〜１１００Å ７０６ ２次元周期的凹
凸構造 〜Λ〜１０００Å ５０３ ＺｎＳＳｅクラッド層 ５０６ ＺｎＣｄＳｅ活性層 ５０８ ＺｎＳＳｅクラッド層 ５０９ ＺｎＳｅコンタクト層 ８０１ ＧａＡｓ基板 ８０２ ＧａＡｓチャンネル層 ８０３ 量子井戸構造ＡｌＧａＡｓスペーサ層 ８０４ ＡｌＧａＡｓキャリアドーピング層 ８０５ ドレイン領域 ８０６ ゲート ８０７ ソース領域 ８０８ 回折格子（周期＜３００Å）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧口 治久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−248585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−212084（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−212085（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−124279（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (7)
- 【請求項１】半導体基板又は該半導体基板上に形成され
た第1の半導体層と、 前記半導体基板又は第1の半導体層の表面に形成された
凹凸構造と、 該凹凸構造上方に形成され、この凹凸構造の形状に対応
して屈折率分布、利得分布、及び／又はバンド変調を生
じると共に、少なくともその上面が平坦である第2の半
導体層と、 該第2の半導体層の少なくとも一部に形成され、光を導
波する導波領域と、を、少なくとも備えてなり、 前記導波領域により導波される光の電界強度分布は、前
記凹凸構造にとどかないことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 半導体基板又は該半導体基板上に形成さ
れた第1の半導体層と、 前記半導体基板又は第1の半導体層の表面に形成された
凹凸構造と、 該凹凸構造上方に形成され、この凹凸構造の形状に対応
して屈折率分布、利得分布、及び／又はバンド変調を生
じると共に、少なくともその上面が平坦である第2の半
導体層と、 該第2の半導体層の少なくとも一部に形成され、光を導
波する導波領域と、を、少なくとも備えてなり、 前記凹凸構造が形成された半導体基板又は第1の半導体
層と、該半導体基板又は第1の半導体層の直上に形成さ
れる半導体層は、同一の屈折率を有することを特徴とす
る半導体素子。 - 【請求項３】 半導体基板又は該半導体基板上に形成さ
れた第１の半導体層と、 前記半導体基板又は半導体層の表面に形成された凹凸構
造と、 該凹凸構造上方に、この凹凸構造の形状に対応して屈折
率分布、利得分布、及び／又はバンド変調を生じると共
に、少なくともその上面が平坦である第２の半導体層
と、を備え、 前記第２の半導体層の少なくとも一部が、光を導波する
導波領域に形成されてなり、前記凹凸構造が該導波領域
から管内波長以上離れていることを特徴とする半導体素
子。 - 【請求項４】 半導体基板又は該半導体基板上に形成さ
れた第１の半導体層と、 前記半導体基板又は半導体層の表面に形成された凹凸構
造と、 該凹凸構造上方に、この凹凸構造の形状に対応して屈折
率分布、利得分布、及び／又はバンド変調を生じると共
に、少なくともその上面が平坦である第２の半導体層
と、を備え、前記第２の半導体層が、光を発生させる活
性層を成し、該活性層の層厚が量子効果が現れるほど薄
く形成された半導体素子において、 前記凹凸構造が活性層の面方向の１方向又は２方向に量
子効果が現れるように前記活性層に屈折率分布、利得分
布、及び／又はバンド変調を与えてなることを特徴とす
る半導体素子。 - 【請求項５】 半導体基板又は該半導体基板上に形成さ
れた第１の半導体層と、 前記半導体基板又は半導体層の表面に形成された凹凸構
造と、 該凹凸構造上方に、この凹凸構造の形状に対応して屈折
率分布、利得分布、及び／又はバンド変調を生じると共
に、少なくともその上面が平坦である第２の半導体層
と、を備え、 前記第２の半導体層は、電子を移動するチャネル層を成
し、該チャネル層内を移動する電子が前記凹凸構造に対
応して１方向又は２方向に量子効果を受けるようにチャ
ネル層の電子移動部にバンド変調を与えてなることを特
徴とする半導体素子。 - 【請求項６】 前記第2の半導体層の少なくとも一部
は、光を導波する導波領域内に形成されてなると共に、
前記凹凸構造が前記第2の半導体層の少なくとも一部を
含む導波領域から管内波長以上離れていることを特徴と
する請求項４、又は５に記載の半導体素子。 - 【請求項７】 前記凹凸構造は、周期的に形成されてな
ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の
半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16462092A JP3151296B2 (ja) | 1991-06-24 | 1992-06-23 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15154691 | 1991-06-24 | ||
| JP3-151546 | 1991-06-24 | ||
| JP16462092A JP3151296B2 (ja) | 1991-06-24 | 1992-06-23 | 半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05198896A JPH05198896A (ja) | 1993-08-06 |
| JP3151296B2 true JP3151296B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=26480764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16462092A Expired - Fee Related JP3151296B2 (ja) | 1991-06-24 | 1992-06-23 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3151296B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100669142B1 (ko) * | 2005-04-20 | 2007-01-15 | (주)더리즈 | 발광 소자와 이의 제조 방법 |
| JP2007258269A (ja) | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体光素子 |
-
1992
- 1992-06-23 JP JP16462092A patent/JP3151296B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05198896A (ja) | 1993-08-06 |
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