JPH09107149A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH09107149A JPH09107149A JP26520695A JP26520695A JPH09107149A JP H09107149 A JPH09107149 A JP H09107149A JP 26520695 A JP26520695 A JP 26520695A JP 26520695 A JP26520695 A JP 26520695A JP H09107149 A JPH09107149 A JP H09107149A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strain
- light
- active layer
- plane
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 しきい値電流が小さく、光学利得が高い半導
体レーザを提供する。 【解決手段】 ＮＧＯ（０１１）基板１０１の上に有機
金属気相成長方等の結晶成長方法によってGaNバッファ
層１０２を成長させ、続いてn型AlGaNクラッド層１０
３、n型AlGaN光ガイド層１０４、AlGaN/GaN量子井戸構
造による活性層１０５、p型AlGaN光ガイド層１０６、p
型AlGaNクラッド層１０７を成長させ、その一部をn型Al
GaN層までエッチングし、カソード電極１０８とアノー
ド電極を形成する。発光１１０の方向を図のように選ぶ
と、TEモードでは光の電場ベクトル１１１がc面内に平
行になる。したがって、上述の内容からc面内で光の進
行方向に垂直な方向に圧縮歪１１２を加えることによ
り、低しきい値電流の半導体レーザおよび輝度の大きい
指向性のある発光素子を得ることができる。
体レーザを提供する。 【解決手段】 ＮＧＯ（０１１）基板１０１の上に有機
金属気相成長方等の結晶成長方法によってGaNバッファ
層１０２を成長させ、続いてn型AlGaNクラッド層１０
３、n型AlGaN光ガイド層１０４、AlGaN/GaN量子井戸構
造による活性層１０５、p型AlGaN光ガイド層１０６、p
型AlGaNクラッド層１０７を成長させ、その一部をn型Al
GaN層までエッチングし、カソード電極１０８とアノー
ド電極を形成する。発光１１０の方向を図のように選ぶ
と、TEモードでは光の電場ベクトル１１１がc面内に平
行になる。したがって、上述の内容からc面内で光の進
行方向に垂直な方向に圧縮歪１１２を加えることによ
り、低しきい値電流の半導体レーザおよび輝度の大きい
指向性のある発光素子を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光情報処
理分野などに用いられる短波長の半導体発光素子等に関
するものである。
理分野などに用いられる短波長の半導体発光素子等に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、多くの分野で短波長半導体発光素
子の需要が高まり、ZnSe系、及びGaN系材料を中心とし
て精力的に研究が進められている。ZnSe系材料では、発
振波長500nm前後の短波長半導体レーザの室温連続発振
が達成され、実用化に向けての研究開発が続けられてい
る。一方、GaN系材料でも、最近、高輝度な青色発光ダ
イオードが実現された。発光ダイオードとしての信頼性
も、他の半導体発光素子材料と比較しても遜色なく、半
導体レーザへの応用も十分可能であると思われる。
子の需要が高まり、ZnSe系、及びGaN系材料を中心とし
て精力的に研究が進められている。ZnSe系材料では、発
振波長500nm前後の短波長半導体レーザの室温連続発振
が達成され、実用化に向けての研究開発が続けられてい
る。一方、GaN系材料でも、最近、高輝度な青色発光ダ
イオードが実現された。発光ダイオードとしての信頼性
も、他の半導体発光素子材料と比較しても遜色なく、半
導体レーザへの応用も十分可能であると思われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaN系
材料はその物性があまり明らかにされておらず、結晶構
造が六方晶系であるため、従来の立方晶系材料と同様な
素子構造で十分実用に耐えられる特性が得られるかどう
かはわからない。
材料はその物性があまり明らかにされておらず、結晶構
造が六方晶系であるため、従来の立方晶系材料と同様な
素子構造で十分実用に耐えられる特性が得られるかどう
かはわからない。
【０００４】本発明は以上のような問題点を鑑みてなさ
れたものであり、六方晶化合物半導体の独特の電子帯構
造の特徴を用いて高性能な半導体レーザを提供すること
を目的とする。
れたものであり、六方晶化合物半導体の独特の電子帯構
造の特徴を用いて高性能な半導体レーザを提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体発光素子は、六方晶化合物半導体
固有の電子帯構造の歪特性を用いて、構成の単純な高性
能半導体発光素子を実現するものである。具体的には、
六方晶化合物半導体のc面内に、光の進行方向に垂直な
方向に圧縮歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に
引張歪を生じさせる等方的でない歪を加えることによ
り、しきい値電流が低く、光学利得が大きい半導体発光
素子を実現するものである。また、前記発光素子が共振
器構造を有しない場合、光の進行方向と歪を加える方向
は、歪によって光の進行方向を制御していることに相当
する。
めに、本発明の半導体発光素子は、六方晶化合物半導体
固有の電子帯構造の歪特性を用いて、構成の単純な高性
能半導体発光素子を実現するものである。具体的には、
六方晶化合物半導体のc面内に、光の進行方向に垂直な
方向に圧縮歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に
引張歪を生じさせる等方的でない歪を加えることによ
り、しきい値電流が低く、光学利得が大きい半導体発光
素子を実現するものである。また、前記発光素子が共振
器構造を有しない場合、光の進行方向と歪を加える方向
は、歪によって光の進行方向を制御していることに相当
する。
【０００６】本発明の作用は以下の通りである。我々
は、六方晶化合物半導体のc面内に、光の進行方向に垂
直な方向に圧縮歪、あるいは、光の進行方向に平行な方
向に引張歪を生じさせる等方的でない歪を加えた場合、
価電子帯上端付近のホールの状態密度が小さくなり、か
つ、光学遷移に寄与する状態がc面内に異方性があると
いうことを見い出した。この性質を利用して、c軸方向
に成長させた六方晶化合物半導体から構成されている活
性層のc面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧縮歪、
あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生じさ
せる等方的でない歪を入れることにより、しきい値電流
が低く、光学利得が大きい半導体発光素子が実現でき
る。また、前記発光素子が共振器構造を有しない場合、
光の進行方向が歪を加える方向によって光の進行方向を
制御でき、輝度の大きい発光素子が実現できる。ここ
で、等方的とはc面内で静水圧的（等方的）にかかる歪
をいう。
は、六方晶化合物半導体のc面内に、光の進行方向に垂
直な方向に圧縮歪、あるいは、光の進行方向に平行な方
向に引張歪を生じさせる等方的でない歪を加えた場合、
価電子帯上端付近のホールの状態密度が小さくなり、か
つ、光学遷移に寄与する状態がc面内に異方性があると
いうことを見い出した。この性質を利用して、c軸方向
に成長させた六方晶化合物半導体から構成されている活
性層のc面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧縮歪、
あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生じさ
せる等方的でない歪を入れることにより、しきい値電流
が低く、光学利得が大きい半導体発光素子が実現でき
る。また、前記発光素子が共振器構造を有しない場合、
光の進行方向が歪を加える方向によって光の進行方向を
制御でき、輝度の大きい発光素子が実現できる。ここ
で、等方的とはc面内で静水圧的（等方的）にかかる歪
をいう。
【０００７】
（実施の形態１）以下に、本発明で利用している六方晶
化合物半導体の価電子帯の電子帯構造の歪特性につい
て、図面を参照しながら説明する。
化合物半導体の価電子帯の電子帯構造の歪特性につい
て、図面を参照しながら説明する。
【０００８】図１は歪が加わっていない場合のAlGaN/Ga
N量子井戸構造（ＡｌＧａＮが障壁層、ＧａＮが井戸
層）におけるGaN層の価電子帯の電子帯構造を示してい
る。
N量子井戸構造（ＡｌＧａＮが障壁層、ＧａＮが井戸
層）におけるGaN層の価電子帯の電子帯構造を示してい
る。
【０００９】図１から明らかなように、価電子帯上端付
近のホールの有効質量はZincblende型化合物半導体と比
べてかなり大きい。また、GaN層にc軸方向の一軸性歪、
あるいはc面内の等方的な（二軸性）歪が加わった場
合、価電子帯上端付近のホールの有効質量は無歪の場合
とほとんど変わらない。ここでc軸方向の一軸性歪と
は、六方晶化合物半導体のc軸方向にのみ歪がある場合
をいい、c面内の二軸性歪とは、互いに垂直な軸にそれ
ぞれ等しい大きさの歪がある場合である。
近のホールの有効質量はZincblende型化合物半導体と比
べてかなり大きい。また、GaN層にc軸方向の一軸性歪、
あるいはc面内の等方的な（二軸性）歪が加わった場
合、価電子帯上端付近のホールの有効質量は無歪の場合
とほとんど変わらない。ここでc軸方向の一軸性歪と
は、六方晶化合物半導体のc軸方向にのみ歪がある場合
をいい、c面内の二軸性歪とは、互いに垂直な軸にそれ
ぞれ等しい大きさの歪がある場合である。
【００１０】ところで、六方晶化合物半導体（ここでは
ＧａＮ）のc面内に等方的でない歪が加わった場合の変
形ポテンシャルをD5、c面内の直交する２つの方向の歪
をexx、及びeyy、c面内のせん断歪をexyとすると、c面
内に等方的でない歪が加わったことによる変形エネルギ
ーはD5(exx-eyy+2iexy)の形で記述できる。c軸方向をz
軸、c面内にx-y軸の直交座標軸を定義すると、図２、３
はc面内のy軸方向に、１％の圧縮歪、あるいはx軸方向
に引張歪を生じさせる等方的でない歪が加わった場合の
AlGaN/GaN量子井戸構造におけるGaN層の価電子帯のy軸
およびx軸方向の電子帯構造を示している。
ＧａＮ）のc面内に等方的でない歪が加わった場合の変
形ポテンシャルをD5、c面内の直交する２つの方向の歪
をexx、及びeyy、c面内のせん断歪をexyとすると、c面
内に等方的でない歪が加わったことによる変形エネルギ
ーはD5(exx-eyy+2iexy)の形で記述できる。c軸方向をz
軸、c面内にx-y軸の直交座標軸を定義すると、図２、３
はc面内のy軸方向に、１％の圧縮歪、あるいはx軸方向
に引張歪を生じさせる等方的でない歪が加わった場合の
AlGaN/GaN量子井戸構造におけるGaN層の価電子帯のy軸
およびx軸方向の電子帯構造を示している。
【００１１】図２から明らかなように、ｙ軸方向に圧縮
歪（あるいはｘ軸方向に引張歪）が加わった場合、ｙ軸
方向の電子帯構造から、価電子帯上端付近のホールの有
効質量は、図１の無歪の場合と比較してかなり小さくな
っていることがわかる。これは価電子帯上端付近の状態
密度が減少していることを意味し、レーザ発振させるた
めに必要な反転分布を実現しやすいということに対応し
ている。同様に図３はGaN層の価電子帯のx軸方向の電子
帯構造であるが、図より価電子帯上端付近の状態密度は
図１の場合とあまりかわっていないことがわかる。よっ
て、ｙ軸方向の圧縮歪（あるいはｘ軸方向に引張歪）に
より、光の電場ベクトルＥはｙ軸方向につくられるの
で、光はｘ軸方向に出射する。したがってｘ軸方向に共
振器を形成することで半導体レーザが実現できる。
歪（あるいはｘ軸方向に引張歪）が加わった場合、ｙ軸
方向の電子帯構造から、価電子帯上端付近のホールの有
効質量は、図１の無歪の場合と比較してかなり小さくな
っていることがわかる。これは価電子帯上端付近の状態
密度が減少していることを意味し、レーザ発振させるた
めに必要な反転分布を実現しやすいということに対応し
ている。同様に図３はGaN層の価電子帯のx軸方向の電子
帯構造であるが、図より価電子帯上端付近の状態密度は
図１の場合とあまりかわっていないことがわかる。よっ
て、ｙ軸方向の圧縮歪（あるいはｘ軸方向に引張歪）に
より、光の電場ベクトルＥはｙ軸方向につくられるの
で、光はｘ軸方向に出射する。したがってｘ軸方向に共
振器を形成することで半導体レーザが実現できる。
【００１２】また、図４はc面内に等方的でない歪が加
わった場合の注入電流密度と光学利得の関係を示してい
る。図には、光の進行方向をx軸方向にとり、光の電場
ベクトルEがy方向成分が主成分であるTEモードの場合
の、y軸方向の圧縮歪（あるいはx軸方向に平行な方向の
引張歪）の大きさが、１、０、-１％の場合の結果をま
とめて示してある。ここで、０％とは無歪の場合に対応
し、-１％とは、y軸方向の１％の引張歪（あるいはx軸
方向に平行な方向の１％の圧縮歪）が加わった場合に対
応する。
わった場合の注入電流密度と光学利得の関係を示してい
る。図には、光の進行方向をx軸方向にとり、光の電場
ベクトルEがy方向成分が主成分であるTEモードの場合
の、y軸方向の圧縮歪（あるいはx軸方向に平行な方向の
引張歪）の大きさが、１、０、-１％の場合の結果をま
とめて示してある。ここで、０％とは無歪の場合に対応
し、-１％とは、y軸方向の１％の引張歪（あるいはx軸
方向に平行な方向の１％の圧縮歪）が加わった場合に対
応する。
【００１３】図４から明らかなように、y軸方向に圧縮
歪（あるいはx軸方向に引張歪）を生じさせる等方的で
ない歪を加えた場合は、グラフはＡのようになり、少な
いキャリア密度で光学利得が生じ、かつＡの傾きが大き
いことから、キャリア密度に対する光学利得の増加も著
しく改善されていることがわかる。よってしきい値電流
密度が減少する。これは、価電子帯上端付近の状態密度
が減少するため、反転分布に必要なキャリア密度が減少
し、また、y軸方向の圧縮歪を加えた場合、価電子帯上
端の状態を示す波動関数が、y軸方向に強い方向性を示
し、光の電場ベクトルと結合するため、光学遷移に寄与
する状態が増えていることを意味し、レーザ発振させる
ために必要な注入電流密度が少なくてよいことに対応し
ている。
歪（あるいはx軸方向に引張歪）を生じさせる等方的で
ない歪を加えた場合は、グラフはＡのようになり、少な
いキャリア密度で光学利得が生じ、かつＡの傾きが大き
いことから、キャリア密度に対する光学利得の増加も著
しく改善されていることがわかる。よってしきい値電流
密度が減少する。これは、価電子帯上端付近の状態密度
が減少するため、反転分布に必要なキャリア密度が減少
し、また、y軸方向の圧縮歪を加えた場合、価電子帯上
端の状態を示す波動関数が、y軸方向に強い方向性を示
し、光の電場ベクトルと結合するため、光学遷移に寄与
する状態が増えていることを意味し、レーザ発振させる
ために必要な注入電流密度が少なくてよいことに対応し
ている。
【００１４】一方、y軸方向に引張歪（あるいはx軸方向
に圧縮歪）を生じさせる等方的でない歪を加えた場合
は、グラフＣで示すようにしきい値電流密度が減少しな
い。これは、価電子帯上端付近の状態密度は減少してい
るが、価電子帯上端の状態を示す波動関数がx軸方向に
強い方向性を示し、光の電場ベクトルと結合しないた
め、光学遷移に寄与する状態が減っていることを意味
し、レーザ発振させるために必要な注入電流密度を減少
させることができないことに対応している。
に圧縮歪）を生じさせる等方的でない歪を加えた場合
は、グラフＣで示すようにしきい値電流密度が減少しな
い。これは、価電子帯上端付近の状態密度は減少してい
るが、価電子帯上端の状態を示す波動関数がx軸方向に
強い方向性を示し、光の電場ベクトルと結合しないた
め、光学遷移に寄与する状態が減っていることを意味
し、レーザ発振させるために必要な注入電流密度を減少
させることができないことに対応している。
【００１５】以上、図１〜図４ではＧａＮを用いて説明
したが、一般に六方晶化合物半導体を活性層に用いた半
導体発光素子において、活性層に等方的でない圧縮歪を
加えることで、この歪を加えた方向と垂直方向に光が進
行することになる。したがって、この光の進行方向に共
振器を形成することで、しきい値電流が低く、光学利得
の大きい半導体レーザをつくることができる。
したが、一般に六方晶化合物半導体を活性層に用いた半
導体発光素子において、活性層に等方的でない圧縮歪を
加えることで、この歪を加えた方向と垂直方向に光が進
行することになる。したがって、この光の進行方向に共
振器を形成することで、しきい値電流が低く、光学利得
の大きい半導体レーザをつくることができる。
【００１６】同様に、活性層に等方的でない引張歪を加
えることで、この歪と平行方向に光が進行することにな
るので、この光の進行方向に共振器を形成すれば、しき
い値電流が低く、光学利得が大きい半導体レーザをつく
ることができる。
えることで、この歪と平行方向に光が進行することにな
るので、この光の進行方向に共振器を形成すれば、しき
い値電流が低く、光学利得が大きい半導体レーザをつく
ることができる。
【００１７】このように量子井戸層に、反射鏡面を具備
した共振器構造で、前記反射鏡面に平行な方向に圧縮歪
（あるいは、反射鏡面に垂直な方向に引張歪）を生じさ
せる等方的でない歪を加えた活性層を用いた半導体レー
ザでは、発振しきい値電流が小さくなることがわかる。
した共振器構造で、前記反射鏡面に平行な方向に圧縮歪
（あるいは、反射鏡面に垂直な方向に引張歪）を生じさ
せる等方的でない歪を加えた活性層を用いた半導体レー
ザでは、発振しきい値電流が小さくなることがわかる。
【００１８】以上説明したのは、半導体レーザの場合で
あるが、ＬＥＤの場合は、光の方向を制御することがで
きるデバイスになる。つまりＬＥＤは光が全体に広がっ
て出射されるが、上述したように、歪を加えることで発
光の方向を制御することができる。ｙ軸方向に圧縮歪
（あるいはｘ軸方向に引張歪）を加えると、発光はｙ軸
方向になる。
あるが、ＬＥＤの場合は、光の方向を制御することがで
きるデバイスになる。つまりＬＥＤは光が全体に広がっ
て出射されるが、上述したように、歪を加えることで発
光の方向を制御することができる。ｙ軸方向に圧縮歪
（あるいはｘ軸方向に引張歪）を加えると、発光はｙ軸
方向になる。
【００１９】ＬＥＤのように反射鏡面がない場合、活性
層を活性層のバンドギャップより大きいバンドギャップ
の材料（または、活性層を活性層の屈折率より小さい屈
折率の材料）の層ではさみ、ヘテロ界面に垂直な方向に
光を閉じ込めると、c面内の等方的でない歪によって、
価電子帯上端の状態を示す波動関数の方向性を制御する
ことができ、同時にそれと結合する光の電場ベクトルの
方向を制御することができ、輝度の大きい指向性のある
発光素子を得ることができる。
層を活性層のバンドギャップより大きいバンドギャップ
の材料（または、活性層を活性層の屈折率より小さい屈
折率の材料）の層ではさみ、ヘテロ界面に垂直な方向に
光を閉じ込めると、c面内の等方的でない歪によって、
価電子帯上端の状態を示す波動関数の方向性を制御する
ことができ、同時にそれと結合する光の電場ベクトルの
方向を制御することができ、輝度の大きい指向性のある
発光素子を得ることができる。
【００２０】以下、具体的にＧａＮ六方晶化合物半導体
に等方的でない歪を導入した素子の構造について述べて
いく。
に等方的でない歪を導入した素子の構造について述べて
いく。
【００２１】図５にAlGaN/GaN量子井戸を有する半導体
発光素子の構造を示す。ＮＧＯ（０１１）面の基板１０
１の上に有機金属気相成長方等の結晶成長方法によって
GaNバッファ層１０２を成長させ、続いてn型AlGaNクラ
ッド層１０３、n型AlGaN光ガイド層１０４、AlGaN/GaN
量子井戸構造による活性層１０５、p型AlGaN光ガイド層
１０６、p型AlGaNクラッド層１０７を成長させ、その一
部をn型AlGaN層までエッチングし、カソード電極１０８
とアノード電極を形成する。ここでＮＧＯとはＮｄＧａ
Ｏ3のことであり、結晶系は擬似立方構造である。
発光素子の構造を示す。ＮＧＯ（０１１）面の基板１０
１の上に有機金属気相成長方等の結晶成長方法によって
GaNバッファ層１０２を成長させ、続いてn型AlGaNクラ
ッド層１０３、n型AlGaN光ガイド層１０４、AlGaN/GaN
量子井戸構造による活性層１０５、p型AlGaN光ガイド層
１０６、p型AlGaNクラッド層１０７を成長させ、その一
部をn型AlGaN層までエッチングし、カソード電極１０８
とアノード電極を形成する。ここでＮＧＯとはＮｄＧａ
Ｏ3のことであり、結晶系は擬似立方構造である。
【００２２】ｙ軸方向に圧縮歪１１２を選ぶと、発光１
１０は図の方向になり、TEモードでは光の電場ベクトル
１１１がc面内に平行になる。したがって、上述の内容
からc面内で光の進行方向に垂直な方向に圧縮歪１１２
を、または、c面内で光の進行方向に平行な方向に引っ
ぱり歪１１３を加えることにより、低しきい値電流の半
導体レーザを得ることができる。また共振器を形成しな
い場合には、輝度の大きいｘ軸方向に指向性のある発光
素子を得ることができる。
１０は図の方向になり、TEモードでは光の電場ベクトル
１１１がc面内に平行になる。したがって、上述の内容
からc面内で光の進行方向に垂直な方向に圧縮歪１１２
を、または、c面内で光の進行方向に平行な方向に引っ
ぱり歪１１３を加えることにより、低しきい値電流の半
導体レーザを得ることができる。また共振器を形成しな
い場合には、輝度の大きいｘ軸方向に指向性のある発光
素子を得ることができる。
【００２３】図５の発光素子において、ＧａＮ量子井戸
活性層１０５のｙ軸方向に圧縮歪を加える方法について
図６〜９を用いて説明する。
活性層１０５のｙ軸方向に圧縮歪を加える方法について
図６〜９を用いて説明する。
【００２４】図６はＮＧＯの結晶構造を示している。図
のようにａ軸とｂ軸との格子定数がほぼ等しい擬似立方
構造である。ａ＝５．４２８Ａ、ｂ＝５．４９５Ａ、ｃ
＝７．７１０Ａである。この（０１１）面を上から見た
図は図７のようになる。底辺がａ＝５．４２８Ａで、他
の２辺が√（ａ2＋ｂ2＋ｃ2）／２＝５．４５７Ａの２
等辺３角形になっている。
のようにａ軸とｂ軸との格子定数がほぼ等しい擬似立方
構造である。ａ＝５．４２８Ａ、ｂ＝５．４９５Ａ、ｃ
＝７．７１０Ａである。この（０１１）面を上から見た
図は図７のようになる。底辺がａ＝５．４２８Ａで、他
の２辺が√（ａ2＋ｂ2＋ｃ2）／２＝５．４５７Ａの２
等辺３角形になっている。
【００２５】このＮＧＯ基板の（０１１）面上に結晶成
長させる。簡単にするため、ＧａＮ層の成長について図
８を用いて説明する。図８において、点線の丸はＮＧＯ
基板のＧａ原子を示している。この上にＮ（窒素）がつ
く。またＮは点線で結んだ３角形の中心にもつく。Ｇａ
は３角形の点線上についていく。このようにＧａＮの六
方晶構造が形成される。
長させる。簡単にするため、ＧａＮ層の成長について図
８を用いて説明する。図８において、点線の丸はＮＧＯ
基板のＧａ原子を示している。この上にＮ（窒素）がつ
く。またＮは点線で結んだ３角形の中心にもつく。Ｇａ
は３角形の点線上についていく。このようにＧａＮの六
方晶構造が形成される。
【００２６】本来のＧａＮの格子定数は図８（ｂ）で示
すように、ａ＝３．１８９Ａであるが、ＮＧＯ基板上で
は√３×ａとなり、その大きさは５．５２４Ａとなる。
すると、図９に示すように、ｘ方向は５．５２４Ａが
５．４２８Ａになるため圧縮歪がかかり、同様にｙ方向
にも、成長したＧａＮには圧縮歪が加わることになる。
ｘ方向とｙ方向との圧縮歪の大きさを計算すると、 εxx＝（５．５２４−５．４２８）／５．５２４ εyy＝（√３／２×５．５２４−√３／２×５．４５
７）／（√３／２×５．５２４）、となる。
すように、ａ＝３．１８９Ａであるが、ＮＧＯ基板上で
は√３×ａとなり、その大きさは５．５２４Ａとなる。
すると、図９に示すように、ｘ方向は５．５２４Ａが
５．４２８Ａになるため圧縮歪がかかり、同様にｙ方向
にも、成長したＧａＮには圧縮歪が加わることになる。
ｘ方向とｙ方向との圧縮歪の大きさを計算すると、 εxx＝（５．５２４−５．４２８）／５．５２４ εyy＝（√３／２×５．５２４−√３／２×５．４５
７）／（√３／２×５．５２４）、となる。
【００２７】ε＝εxx−εyy＝０．５３％となる。ε＝
εxx−εyy＝０であれば、等方的となり、本発明の効果
は得られないが、いま、ε＝εxx−εyy≠０であるの
で、等方的でない圧縮歪が加わっている。圧縮歪はｙ軸
方向よりｘ軸方向の方が大きいので、光の進行方向はｙ
軸方向となる。したがって、レーザを構成する場合、ｙ
軸方向に共振器を形成ればよい。
εxx−εyy＝０であれば、等方的となり、本発明の効果
は得られないが、いま、ε＝εxx−εyy≠０であるの
で、等方的でない圧縮歪が加わっている。圧縮歪はｙ軸
方向よりｘ軸方向の方が大きいので、光の進行方向はｙ
軸方向となる。したがって、レーザを構成する場合、ｙ
軸方向に共振器を形成ればよい。
【００２８】ＬＥＤの場合であれば、ｙ軸方向に指向性
の強い発光が得られる。以上のように、ＮＧＯ基板上に
ＧａＮを成長させると、ＧａＮ層にはｘ軸方向とｙ軸方
向とに等方的でない歪を加えることができるので、この
層を活性層に使えば、しきい値電流が小さく、光学利得
の大きい発光素子を得ることができる。
の強い発光が得られる。以上のように、ＮＧＯ基板上に
ＧａＮを成長させると、ＧａＮ層にはｘ軸方向とｙ軸方
向とに等方的でない歪を加えることができるので、この
層を活性層に使えば、しきい値電流が小さく、光学利得
の大きい発光素子を得ることができる。
【００２９】（実施の形態２）実施の形態１では、ｃ軸
に垂直な面内に活性層を形成した場合について説明した
が、それに限らず、c軸に平行に活性層を有した構造で
あってもよい。活性層を活性層のバンドギャップより大
きいバンドギャップの材料（または、活性層を活性層の
屈折率より小さい屈折率の材料）の層で挟んだ構造で
も、c面内の歪によって、活性層と平行な光の電場ベク
トルと強く結合する波動関数を価電子帯上端の状態にさ
せることができるため、実施の形態１と同様に輝度の大
きい指向性のある発光素子を得ることができる。
に垂直な面内に活性層を形成した場合について説明した
が、それに限らず、c軸に平行に活性層を有した構造で
あってもよい。活性層を活性層のバンドギャップより大
きいバンドギャップの材料（または、活性層を活性層の
屈折率より小さい屈折率の材料）の層で挟んだ構造で
も、c面内の歪によって、活性層と平行な光の電場ベク
トルと強く結合する波動関数を価電子帯上端の状態にさ
せることができるため、実施の形態１と同様に輝度の大
きい指向性のある発光素子を得ることができる。
【００３０】活性層にはＧａＮを用いて説明したが、六
方晶化合物半導体であればどれでもよい。また六方晶化
合物半導体は、ウルツ型構造、４Ｈ型構造、６Ｈ型構造
のどれであってもよい。
方晶化合物半導体であればどれでもよい。また六方晶化
合物半導体は、ウルツ型構造、４Ｈ型構造、６Ｈ型構造
のどれであってもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、六方晶化
合物半導体のc面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧
縮歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を
生じさせる等方的でない歪を加えた場合、価電子帯上端
付近のホールの有効質量が小さくなり、かつ、光学遷移
に寄与する状態が増えるということにもとづき、c軸方
向に成長させた六方晶化合物半導体から構成されている
活性層のc面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧縮
歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生
じさせる等方的でない歪を加えることにより、しきい値
電流が低く、光学利得が大きい半導体発光素子を実現す
ることができる。
合物半導体のc面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧
縮歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を
生じさせる等方的でない歪を加えた場合、価電子帯上端
付近のホールの有効質量が小さくなり、かつ、光学遷移
に寄与する状態が増えるということにもとづき、c軸方
向に成長させた六方晶化合物半導体から構成されている
活性層のc面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧縮
歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生
じさせる等方的でない歪を加えることにより、しきい値
電流が低く、光学利得が大きい半導体発光素子を実現す
ることができる。
【図１】AlGaN/GaN量子井戸におけるGaN層の価電子帯の
電子帯構造を示す図
電子帯構造を示す図
【図２】c面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧縮
歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生
じさせる等方的でない歪が加わった場合のAlGaN/GaN量
子井戸におけるGaN層の価電子帯の電子帯構造を示す図
歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生
じさせる等方的でない歪が加わった場合のAlGaN/GaN量
子井戸におけるGaN層の価電子帯の電子帯構造を示す図
【図３】c面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧縮
歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生
じさせる等方的でない歪が加わった場合のAlGaN/GaN量
子井戸におけるGaN層の価電子帯の電子帯構造を示す図
歪、あるいは、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生
じさせる等方的でない歪が加わった場合のAlGaN/GaN量
子井戸におけるGaN層の価電子帯の電子帯構造を示す図
【図４】c面内に、反射鏡面に垂直な方向に圧縮歪、あ
るいは、反射鏡に平行な方向に引張歪を生じさせる等方
的でない歪が加わった場合の注入電流密度と光学利得の
関係の歪依存性を示す図
るいは、反射鏡に平行な方向に引張歪を生じさせる等方
的でない歪が加わった場合の注入電流密度と光学利得の
関係の歪依存性を示す図
【図５】本発明の実施例の構造図
【図６】ＮＧＯ基板の結晶構造図
【図７】ＮＧＯの（０１１）面の平面図
【図８】ＮＧＯ基板上に成長したＧａ原子とＮ原子を説
明する図
明する図
【図９】ＮＧＯ基板上に成長したＧａＮの格子間距離を
説明する図
説明する図
１０１ ＮＧＯ基板 １０２ GaNバッファ層 １０３ n型AlGaNクラッド層 １０４ n型AlGaN光ガイド層 １０５ AlGaN/GaN量子井戸 １０６ p型AlGaN光ガイド層 １０７ p型AlGaNクラッド層 １０８ カソード電極 １０９ アノード電極 １１０ 発光の方向 １１１ 光の電場ベクトル １１２ 圧縮歪の方向 １１３ 引っぱり歪の方向
Claims (13)
- 【請求項１】c軸方向に成長させた活性層を有し、前記
活性層が六方晶化合物半導体であり、かつ、前記活性層
のc面内に、光の進行方向に垂直な方向に圧縮歪を生じ
させる等方的でない歪が入っている半導体レーザ。 - 【請求項２】等方的でない歪が１軸性歪である請求項１
に記載の半導体レーザ。 - 【請求項３】発光する光の電場ベクトルがc面に平行で
ある請求項１に記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】c軸方向に成長させた活性層を有し、前記
活性層が六方晶化合物半導体であり、かつ、前記活性層
のc面内に、光の進行方向に平行な方向に引張歪を生じ
させる等方的でない歪が入っている半導体レーザ。 - 【請求項５】等方的でない歪が１軸性歪である請求項４
に記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】発光する光の電場ベクトルがc面に平行で
ある請求項４に記載の半導体レーザ。 - 【請求項７】六方晶化合物半導体であり、c面内に等方
的でない歪を加えることにより発光する光の進行方向を
制御することを特徴する半導体発光素子。 - 【請求項８】c軸方向に成長させた活性層を有する請求
項７に記載の半導体発光素子。 - 【請求項９】c軸方向に成長させた活性層の両側に光を
閉じ込めるための異種の材料による層を有する請求項８
に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１０】c軸に垂直に成長させた活性層を有する
請求項７に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１１】c軸に垂直に成長させた活性層の両側に
光を閉じ込めるための異種の材料による層を有する請求
項１０に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１２】六方晶化合物半導体であり、c面内に等
方的でない歪を加えることにより発光する光の進行方向
を制御することを特徴する半導体発光素子。 - 【請求項１３】発光する光の電場ベクトルが活性層と隣
り合う層とのヘテロ界面に平行である請求項１２に記載
の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26520695A JP3567550B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 半導体レーザおよび半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26520695A JP3567550B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 半導体レーザおよび半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09107149A true JPH09107149A (ja) | 1997-04-22 |
| JP3567550B2 JP3567550B2 (ja) | 2004-09-22 |
Family
ID=17414012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26520695A Expired - Fee Related JP3567550B2 (ja) | 1995-10-13 | 1995-10-13 | 半導体レーザおよび半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3567550B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6670647B1 (en) | 1999-08-31 | 2003-12-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting element, display device and optical information reproduction device using the same, and fabrication method of semiconductor light emitting element |
| JP2016088803A (ja) * | 2014-11-04 | 2016-05-23 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法、ならびにｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2019004178A (ja) * | 2018-09-20 | 2019-01-10 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
-
1995
- 1995-10-13 JP JP26520695A patent/JP3567550B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6670647B1 (en) | 1999-08-31 | 2003-12-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting element, display device and optical information reproduction device using the same, and fabrication method of semiconductor light emitting element |
| JP2016088803A (ja) * | 2014-11-04 | 2016-05-23 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法、ならびにｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2019004178A (ja) * | 2018-09-20 | 2019-01-10 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3567550B2 (ja) | 2004-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6100106A (en) | Fabrication of nitride semiconductor light-emitting device | |
| JP3955367B2 (ja) | 光半導体素子およびその製造方法 | |
| US5828684A (en) | Dual polarization quantum well laser in the 200 to 600 nanometers range | |
| KR101131380B1 (ko) | 반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법 | |
| Domen et al. | Optical gain for wurtzite GaN with anisotropic strain in c plane | |
| US7015498B2 (en) | Quantum optical semiconductor device | |
| JP3816176B2 (ja) | 半導体発光素子及び光半導体装置 | |
| US7977693B2 (en) | Semiconductor light-emitting material with tetrahedral structure formed therein | |
| US8293554B2 (en) | Luminous device and method of manufacturing the same | |
| JPH07297476A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP3362356B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| JPH05218580A (ja) | 電界可変型偏光光素子 | |
| JP2724827B2 (ja) | 赤外発光素子 | |
| US20060220001A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2003234545A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH09139543A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH09129974A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH09116225A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP3567550B2 (ja) | 半導体レーザおよび半導体発光素子 | |
| JP2004133437A (ja) | 半導体光変調器及び光変調器付きレーザ | |
| JP3230576B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| US5579331A (en) | Delta-strained quantum-well semiconductor lasers and optical amplifiers | |
| JP2789644B2 (ja) | 光変調器 | |
| KR101019134B1 (ko) | 발광소자 및 이의 제조방법 | |
| JPH0621578A (ja) | 半導体集積化変調光源装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040225 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040525 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040607 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080625 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080625 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090625 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100625 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100625 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110625 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120625 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120625 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130625 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |