Semiconductor distortion quantum well structure
专利汇可以提供Semiconductor distortion quantum well structure专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE:To provide a distortion quantum well structure having thick layer thickness near to a single quantum well, a small crystalline dislocation and excellent optical characteristics. CONSTITUTION:In quantum well structure, in which distortion quantum well layers 4 and barrier layers 3 are laminated on a substrate crystal 1, single or a plurality of lattice distortion compensating layers 5 having lattice constant a2 are inserted into the distortion quantum well layers 4 having the lattice constant a1, and a1 a0>a2 holds when the lattice constant of a substrate crystal is represented by a0. According to such structure, distortion quantum well structure having thick layer thickness near to a single quantum well, a small crystalline dislocation and excellent optical characteristics can be realized.，下面是Semiconductor distortion quantum well structure专利的具体信息内容。
＞ａ 0 ≧ａ 2であることを特徴とする半導体歪量子井戸構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】半導体量子井戸構造は、半導体レーザの活性層に、また受光器や光変調器の光吸収層に用いられ、様々なデバイスの特性向上に有効であることが実証されている。 さらに、近年では量子井戸層に圧縮性歪または引張性歪を加えた歪量子井戸構造により一層の特性向上を目指した研究が盛んに行われ、一部では既にその効果が実証されつつある。 本発明は、このような半導体歪量子井戸構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】基板結晶とは格子定数を異にする結晶層を積層したときに結晶内に生ずる応力を格子歪と呼ぶ。
量子井戸構造における量子井戸層に格子歪があるとき、
その量子井戸構造を歪量子井戸構造を呼ぶ。
【０００３】図３は従来の歪量子井戸構造を示す断面図である。 この例はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ系の歪量子井戸構造であり、例えば、Ｃ． Ｅ． Ｚａｈ
他Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，Ｌｅｔｔ． ２７（１６），１４１
５（１９９１）に示されている。
【０００４】この歪量子井戸構造はＩｎＰ基板１上に、
ＩｎＰバッファ層２、ＩｎＰ基板１に格子整合しバンドギャップ波長は１．１μｍで厚さ２０ｎｍのＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層３と、ＩｎＰ基板１より短い格子定数を持つ厚さ１２．５ｎｍのＩｎ 0. 3 Ｇａ 0.7 Ａｓ歪量子井戸層１４、ＩｎＰキャップ層６を積層したものである。 歪量子井戸層１４にはＩｎＰ基板１に平行な方向に１．６
％の引張性歪が加えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】歪量子井戸構造に於いては、量子井戸層を構成する結晶が基板結量とは格子定数を異にするため結晶の内部を格子歪と呼ばれる応力が発生し、量子井戸層の厚さが臨界膜厚と呼ばれるある一定の膜厚以上になると、この格子歪を緩和しようとして結晶内に格子欠陥が発生してしまう。 例えば、図３の従来の歪量子井戸構造では、１．６％歪の場合の臨界膜厚である１３ｎｍ以上に歪量子井戸層１４の層厚を厚くすると格子欠陥が発生し、図４に示すように温度７７Ｋでのフォトルミネッセンススペクトルにはバンド端発光以外に結晶欠陥に起因する深い準位からの発光が観測されるようになる。 そしてこのような格子欠陥はデバイスの性能を著しく低下させてしまう。
【０００６】本発明の目的は、単一量子井戸当たりの層厚が十分に厚く、かつ量子井戸の歪量が大きい領域でも格子欠陥の少ない光学特性に優れた歪量子井戸構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の歪量子井戸構造においては、格子定数ａ 1を持つ半導体層からなる量子井戸層中に、格子定数ａ 2をもつ半導体層からなる単一または複数の超薄膜格子歪補償層が挿入され、前記半導体基板の格子定数をａ 0とすると、ａ 1 ＜ａ 0 ≦ａ 2またはａ 1 ＞ａ 0 ≧ａ 2である。 超薄膜格子歪補償層は電子及び正孔がトンネルできる程度の極めて薄い厚さであることが望ましい。
【０００８】
【作用】本発明では、歪量子井戸構造を積層する場合、
半導体基板の格子定数をａ 0 、歪量子井戸層の格子定数をａ 1としたとき、ａ 1 ＜ａ 0 ≦ａ 2またはａ 1 ＞ａ 0
≧ａ 2である格子定数ａ 2を持つ格子歪補償層を歪量子井戸層内に挿入している。 このような本発明の構造により、単一歪量子井戸層あたりの平均歪量を小さくし、ひいては前記臨界膜厚を増大させ、格子欠陥を発生させない単一量子井戸当たりの層厚を大きくしている。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例により得られる歪量子井戸構造の断面図である。 ここではＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡａＰ／ＩｎＰ系の歪量子井戸構造について説明する。
【００１０】本発明の構造は、ＩｎＰ基板１上の、Ｉｎ
Ｐバッファ層２、ＩｎＰ基板と同じ格子定数ａ 0を持つ層厚２０ｎｍのバンドギャップ波長１．１μｍのＩｎＧ
ａＡｓＰバリア層３、ＩｎＰ基板より短い格子定数ａ 1
を持つ層厚３ｎｍのＩｎ 0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓ層からなる歪量子井戸層４の５組とＩｎＰ基板よりも長い格子定数ａ
2を持つ層厚０．６ｎｍのＩｎＡｓから成る格子歪補償層５の４組とから成る合計層厚１７．４ｎｍの量子井戸層１０、ＩｎＰキャップ層６から成っている。 そしてＩ
ｎ 0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓ歪量子井戸層４には１．６％の引張性歪、格子歪補償層５には３．２％の圧縮性歪がそれぞれ加わっており、量子井戸層１０全体では平均で０．９
％の引張性歪が加わっていることになるが、このときの臨界膜厚は２５ｎｍであるから量子井戸層１０に格子欠陥が発生することはない。
【００１１】
【発明の効果】図２に、本発明によって得られた歪量子井戸構造の温度７７Ｋでのフォトルミネッセンススペクトルを示す。 狭いスペクトル線幅のバンド端発光以外に結晶欠陥に起因する深い準位からの発光は観測されず、
歪の緩和による結晶転位の発生が抑制されていることが判る。 このように本発明の構造を用いることにより、単一量子井戸当たりの膜厚が大きくかつ格子欠陥のない光学特性に優れた歪量子井戸構造を得ることができる。
【００１２】なお、実施例としてＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系の単一歪量子井戸構造を挙げて本発明を説明したが、本発明が他の材料系に適用できることや、多量歪量子井戸構造にも適用できることは言うまでもない。
【図１】本発明の一実施例である歪量子井戸構造の断面図である。
【図２】図１の実施例の歪量子井戸構造からの発光スペクトルを示す図である。
【図３】従来技術の実施により得られる歪量子井戸構造の断面図である。
【図４】図３の歪量子井戸構造からの発光スペクトルを示す図である。
１ ＩｎＰ基板 ２ ＩｎＰバッファ層 ３ ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ４，１４ Ｉｎ 0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓ歪量子井戸層 ５ 格子歪補償層 ６，１０ ＩｎＰキャップ層
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