特表 2023-516143 半導体光デバイスにおけるオージェ再結合の低減

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-18

(54)【発明の名称】半導体光デバイスにおけるオージェ再結合の低減

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/34 20060101AFI20230411BHJP

【ＦＩ】

H01S5/34

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022550729

(86)(22)【出願日】2021-02-26

(85)【翻訳文提出日】2022-09-21

(86)【国際出願番号】 GB2021050493

(87)【国際公開番号】W WO2021171031

(87)【国際公開日】2021-09-02

(31)【優先権主張番号】2002785.0

(32)【優先日】2020-02-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】595042184

【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ サリー

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アダムス、アルフレッド ロドニー

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AF04

5F173AF06

(57)【要約】

【課題】半導体光デバイスにおけるオージェ再結合を低減する。
【解決手段】
半導体光デバイス（４０，５０，６０）は、デバイスに電圧が印加されると電子及び正孔がアクティブ領域内で再結合して光子を生成するように構成されるアクティブ領域を含む第１の領域４２を備える。デバイスは、電子のみをトラップする、正孔のみをトラップする、又は異なる量の電子及び正孔をトラップするように構成される量子井戸構造を含む少なくとも１つの第２の領域（４３，４４，５３，５４，６２，６３）を備える。第２の領域は、デバイスに電圧が印加されると電荷不均衡が第１の領域内に発展し、それにより第１の領域内でのオージェ再結合を低減するように第１の領域に十分に近い第１の領域からある距離に配置される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体光デバイスであって、
前記半導体光デバイスに電圧が印加されると電子及び正孔がアクティブ領域内で再結合して光子を生成するように構成される前記アクティブ領域を含む第１の領域と、
電子のみをトラップする、正孔のみをトラップする、又は異なる量の電子及び正孔をトラップするように構成される量子井戸構造を含む少なくとも１つの第２の領域と、を備え、
前記第２の領域は、前記半導体光デバイスに電圧が印加されると電荷不均衡が前記第１の領域内に発展するように前記第１の領域に十分に近い前記第１の領域からある距離に配置され、それにより前記第１の領域内でのオージェ再結合を低減する、
半導体光デバイス。

【請求項2】

前記第２の領域は、電子のみをトラップする又は正孔のみをトラップするように構成されるタイプＩＩの量子井戸構造を含む、請求項１に記載の半導体光デバイス。

【請求項3】

前記第１の領域は、電子及び正孔の両方をトラップするように構成される量子井戸構造を含む、請求項１又は２に記載の半導体光デバイス。

【請求項4】

前記第１の領域は、タイプＩの量子井戸構造を含む、請求項３に記載の半導体光デバイス。

【請求項5】

前記第２の領域は、前記第１の領域内の第１の電荷キャリア及び前記第２の領域内の第２電荷キャリアの間のオージェ再結合を防止又は制限するのに前記第１の領域から十分に遠い距離に配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項6】

前記第１の領域の材料特性は、第１のオージェ再結合過程及び第２のオージェ再結合過程が前記第１の領域内のオージェ再結合に寄与するように構成され、前記電荷不均衡は、前記第１の領域内の全体的なオージェ再結合が減少するように、前記第１のオージェ再結合過程のレートを増加させ、前記第２のオージェ再結合過程のレートを低減させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項7】

前記第１の領域の反対側に位置する少なくとも２つの第２の領域を備え、前記少なくとも２つの第２の領域のそれぞれは、前記半導体光デバイスに電圧が印加されると電荷不均衡が前記第１の領域内に発展するように前記第１の領域に十分に近い前記第１の領域からある距離に配置され、それにより前記第１の領域内でのオージェ再結合を低減する、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項8】

前記第２の領域は、引張り歪み層を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項9】

前記第２の領域は、歪みのない層を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項10】

前記第１の領域は、圧縮歪み層を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項11】

前記第２の領域は、前記量子井戸構造によりトラップされる電荷キャリアの５５％超、６０％超、７０％超、８０％超、９０％超、９５％超、又は９９％超が同じタイプであるように構成される量子井戸構造を含み、前記同じタイプの電荷キャリアは、電子又は正孔の一方である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項12】

前記第１の領域は、第１のバンドギャップを超えて再結合する電子及び正孔の割合が温度の増加とともに減少するように配置される前記第１のバンドギャップを有し、前記半導体光デバイスは、
１又は複数の追加のバンドギャップを有する追加の構造であり、前記第１のバンドギャップ及び前記１又は複数の追加のバンドギャップは、前記１又は複数の追加のバンドギャップを超えて再結合する電子及び正孔に対する前記第１のバンドギャップを超えて再結合する電子及び正孔の比が前記半導体光デバイスの温度の増加とともに増加するように配置される、前記追加の構造を備え、
前記半導体光デバイスが動作することが意図される温度の範囲にわたって、前記比の増大は、電子及び正孔が前記第１のバンドギャップを超えて再結合して光子を放出するレートの温度による変化を低減するように、前記割合の減少を補償する、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項13】

半導体レーザ又は半導体光増幅器を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項14】

前記第１の領域は、量子井戸を含み、前記半導体光デバイスは、量子井戸レーザを備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項15】

前記第２の領域は、非アクティブ領域である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項16】

前記第１の領域は、前記半導体光デバイスの唯一のアクティブ領域である、請求項１から１５のいずれか一項に記載の半導体光デバイス。

【請求項17】

半導体光デバイスを製造する方法であって、
第１の領域及び少なくとも１つの第２の領域を成長させる段階を備え、
前記第１の領域は、前記半導体光デバイスに電圧が印加されると電子及び正孔がアクティブ領域内で再結合して光子を生成するように構成される前記アクティブ領域を含み、
前記少なくとも１つの第２の領域は、電子のみをトラップする、正孔のみをトラップする、又は異なる量の電子及び正孔をトラップするように構成される量子井戸構造を含み、前記少なくとも１つの第２の領域のそれぞれは、前記半導体光デバイスに電圧が印加されると電荷不均衡を前記第１の領域内に発展させるように十分に近い前記第１の領域からある距離に配置され、それにより前記第１の領域内でのオージェ再結合を低減する、方法。

【請求項18】

引張り歪み下又は実質的に歪みのない条件下で前記量子井戸構造を成長する段階を備える、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の領域を圧縮歪み下で成長する段階を備える、請求項１７又は１８に記載の方法。

【請求項20】

前記第２の領域は、非アクティブ領域である、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、量子井戸レーザのような半導体光デバイスにおけるオージェ再結合を低減することに関する。

【背景技術】

【0002】

多くのアプリケーションにおいて、半導体レーザの温度は、出力パワーを安定化するために、冷却ユニットを使用して慎重に制御されなければならない。そのような冷却ユニットは、例えばレーザそのものよりより著しく大量の電力を使用し得る。加えて、圧電クーラのような冷却ユニットは、時間の経過とともに故障する半導体の第１のコンポーネントであり、レーザシステムの耐用期間を効果的に制限し得る。

【0003】

本出願人からの米国特許第８，９３７，９７８号明細書は、第１及び第２材料の交互層を備えるアクティブ層を有する半導体レーザを記述する。ｎ側バリア層及びｐ側バリア層は、それぞれ、第１の材料及び第３の材料の交互層を備える。材料は、第２及び第３材料の層が第１の材料の層間の量子井戸を形成するように選択される。第２の材料のバンドギャップＥｇは、電子及び正孔のある割合がバンドギャップＥｇを超えて再結合してレーザ発振波長で光子を放出するように配置され、その割合は光キャビティの温度の増加とともに減少する。第３の材料のバンドギャップＥｃは、第３の材料のバンドギャップＥｃを超えて再結合する電子及び正孔に対する第２の材料のバンドギャップＥｇを超えて再結合する電子及び正孔の比が光キャビティの温度の増加とともに増加するように配置される。半導体レーザが動作を意図する温度の範囲にわたって、電子及び正孔が第２の材料のバンドギャップＥｇを超えて再結合してレーザ発振波長で光子を放出するレートにおける光キャビティの温度による変化を低減するように、比の増大が割合の減少を補償する。

【0004】

このように、米国特許第８，９３７，９７８号明細書のレーザの出力パワーは、従来の半導体レーザと比較して温度変動に敏感でないが、これはレーザ発振閾値の増大という犠牲を伴う。低閾値で温度非敏感半導体レーザの発展は、何年もの研究及び発展を拒んだ。

【発明の概要】

【0005】

オージェ再結合は、半導体レーザ及びその他の半導体光デバイスの性能に有害な基本的な物理プロセスである。より詳細には、オージェ再結合は、半導体レーザの効率を低減し、その閾値電流を増加する無輻射プロセスである。本明細書に説明される様々な実施形態は、半導体光デバイスにおけるオージェ再結合を低減する。

【0006】

１つの例示的な実装では、半導体光デバイスは、デバイスを超えて電圧が印加されると電子及び正孔がアクティブ領域内で再結合して光子を生成するように構成されるアクティブ領域を含む第１の領域を備える。デバイスは、さらに、電子又は正孔のいずれかを優先的にトラップするように構成される量子井戸構造を含む少なくとも１つの第２の領域を備える。量子井戸構造は、電子のみをトラップする、正孔のみをトラップする、又は異なる数の電子及び正孔をトラップするように構成されてよい。

【0007】

従って、第２の領域内の量子井戸構造は、電子及び／又は正孔の形態で電荷キャリアをトラップするよう設計されてよく、量子井戸構造によりトラップされる電荷キャリアの５０％超は同じタイプ、すなわち電子又は正孔の一方であってよい。代替的に、様々な実施形態では、量子井戸構造によりトラップされる電荷キャリアの５５％超、６０％超、７０％超、８０％超、９０％超、９５％超、又は９９％超が同じタイプ、すなわち電子又は正孔の一方であってよい。

【0008】

幾つかの例では、第２の領域内の量子井戸構造は、電子ではなく正孔の量子井戸を提供するタイプＩＩの量子井戸構造を備える。他の例では、第２の領域内の量子井戸構造は、正孔ではなく電子の量子井戸を提供するタイプＩＩの量子井戸構造を備える。

【0009】

第２の領域は、アクティブ領域内の電荷バランスを変更するようアクティブ領域の十分に近くに、しかし、その電荷と再結合しないようアクティブ領域から十分に離れて位置する。

【0010】

第２の領域が第１の領域の十分に近くに位置するとすると、電圧がデバイスに印加されると電荷不均衡が第１の領域内で発展する。電荷不均衡が、第１の領域内のオージェ再結合を低減する。

【0011】

本開示を認識する当業者は、デバイスのアクティブ領域は、光子が生成される領域であることを理解するであろう。第２の領域では、キャリアは蓄積されるが、いかなる再結合過程にも関与せず、従って光子の放出においてアクティブでない。従って、第２の領域又は各第２の領域は、非アクティブ領域と呼ばれてよい。幾つかの実施形態において、第１の領域は、デバイスの唯一のアクティブ領域であってよい。

【0012】

様々な実施形態において、第２の領域は引張り歪み下又は実質的に歪みのない条件下で成長する。第１の領域は、圧縮歪み下で成長してよい。

【0013】

幾つかの実施形態において、２又はそれより多くの第２の領域が、例えば第１の領域の反対側に提供されてよい。各第２の領域は、第１の領域内で発展する電荷不均衡に寄与してよい。

【0014】

デバイスは、半導体レーザ又は増幅器を備えてよい。例えば、デバイスは量子井戸レーザを備えてよい。

【0015】

用語「光学デバイス」において本明細書で使用されるような用語「光学」は、デバイスが電磁スペクトルの可視部分内の光を生成することを必須とすることを意味するものと理解されるべきでない。当業者は、本明細書に説明される光学デバイスは、可視範囲内又は外、例えば、２μｍを超える波長を含む赤外、又は紫外、又は電磁スペクトル内の他の波長の輻射を生成してよいことを理解するであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

本開示がより十分に理解されてよいように、その様々な実施形態が添付の図面を参照してここで説明される。

【図1】第１のオージェ再結合過程（ＣＨＣＣ過程）のエネルギ運動量ダイアグラムを示す。

【図2】第２のオージェ再結合過程（ＣＨＳＨ過程）のエネルギ運動量ダイアグラムを示す。

【図3】既知の量子井戸レーザの一般的な概略図である。

【図3a】図３の量子井戸レーザの伝導及び価電子帯のバンドギャップダイアグラムを示す。ダイアグラムは、伝導帯内の電子に対する最小許容エネルギ及び価電子帯内の正孔に対する最大許容エネルギを構造を通る位置の関数として示す。

【図4】第１の実施形態による量子井戸レーザを概略的に示す。

【図4a】図４の量子井戸レーザの伝導及び価電子帯に対するバンドギャップダイアグラムを示す。

【図5】第２の実施形態による量子井戸レーザを概略的に示す。

【図5a】図５の量子井戸レーザの伝導及び価電子帯に対するバンドギャップダイアグラムを示す。

【図6】第３の実施形態による量子井戸レーザを概略的に示す。

【図7】近赤外波長で動作するように構成された量子井戸レーザに対するバンドギャップダイアグラム及び合金構造を示す。

【図8】中赤外波長で動作するように構成された量子井戸レーザに対するバンドギャップダイアグラム及び合金構造を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、電子１０及び正孔１２がそれらのエネルギを別の電子１４に移行することにより無輻射で再結合するオージェ再結合過程（ＣＨＣＣ過程）を示す。２つの電子が関わるから、この過程が起こる確率はｎ^２ｐに比例する。ここで、ｎは電子密度、ｐは正孔密度である。

【0018】

図２は、電子２０及び正孔２２がそれらのエネルギを別の正孔２４に移行することにより無輻射で再結合する別のタイプのオージェ再結合過程（ＣＨＳＨ過程）を示す。２つの正孔が関わるから、この過程が起こる確率はｐ^２ｎに比例する。ここで、ｐは正孔密度、ｎは電子密度である。

【0019】

両ＣＨＣＣ及びＣＨＳＨ過程の確率は、温度とともに増加する。しかしながら、特定の量子井戸レーザが設計されるレーザ発振波長に依存して、レーザの材料特性により、これらの過程の一方が他方よりも可能性が高くなり、支配的になってよい。例えば、短波長材料（すなわち、より短波長でレーザ発振するために設計された材料）の場合、ＣＨＳＨ過程が支配的になるように、バンドギャップはスピン軌道分裂エネルギより大きくてよい。しかしながら、長波長材料（すなわち、より長波長でレーザ発振するために設計された材料）の場合、ＣＨＳＨ過程の可能性が小さくなる又は不可能にさえなるほどにバンドギャップはより小さくてよく、この場合にＣＨＣＣ過程が支配的になってよい。

【0020】

図３は、電圧がレーザの電極（不図示）に印加されると電子及び正孔が量子井戸構造内で再結合して光子を生成するように構成された量子井戸構造３２を有する既知の量子井戸レーザ３０の一般的な概略図である。量子井戸レーザは、比較的短い波長（例えば、１．５５μｍ又は１．３μｍのような近赤外波長）で動作するよう設計され、それにより、ＣＨＳＨ過程がＣＨＣＣ過程より支配的になる。図３ａは、量子井戸構造３２の伝導及び価電子帯に対するバンドギャップダイアグラムを示す。電子の数（従って密度）ｎは正孔の数（従って密度）ｐに等しく、それにより、量子井戸構造３２は電気的中性である。

【0021】

図４は、第１の実施形態による量子井戸レーザ４０を概略的に示す。量子井戸レーザ４０は、電子及び正孔が量子井戸構造４２内で再結合して光子を生成するように構成された第１の量子井戸構造４２の形態のアクティブ層を備える層構造４１を含む。量子井戸構造４２は、比較的短い波長（例えば、１．５５μｍ又は１．３μｍのような近赤外波長）で動作するよう設計され、それにより、ＣＨＳＨ過程がＣＨＣＣ過程より支配的になる量子井戸構造３２と同様である。

【0022】

量子井戸構造４２は、電子及び正孔の両方をトラップするように構成される。従って、電子は、正孔と再結合して、光子を放出することができる。量子井戸構造４２は、従って、レーザ４０のアクティブ井戸である。

【0023】

層構造４１は、さらに、第２の量子井戸構造４３及び第３量子井戸構造４４を備える。第２及び第３量子井戸構造４３、４４は、第１の量子井戸構造４２の反対側に位置する。

【0024】

第２及び第３量子井戸構造４３、４４は、電子ではなく正孔を収容するように設計され、すなわち、量子井戸構造４３、４４は電子ではなく正孔のトラップとして機能する。第２及び第３の領域は電子ではなく正孔をトラップするから、そこに蓄積されるキャリアはいっさい再結合せず、従って光子を放出せず、それゆえ「非アクティブ」と呼ばれてよい。

【0025】

正孔の補助の井戸を実現する１つの可能な合金構造が、対応する計算されたバンドギャップダイアグラムとともに図７に示される。しかしながら、この例は限定を意図するものではなく、他の合金構造を使用して正孔の適当な補助の井戸を実現できることは理解されよう。

【0026】

図４に戻り、第２及び第３の量子井戸構造４３，４４は、第１の量子井戸構造４２に十分に近く、第１の量子井戸構造４２から第２及び第３量子井戸構造４３、４４までの電荷キャリアの熱的分布を可能にすることを留意する。層構造４１のバンドギャップダイアグラムの簡素版が、説明の目的で、図４ａに示される。示されるように、相当数の正孔が、第２及び第３量子井戸４３、４４内にトラップされている。

【0027】

全体的にみれば、デバイス４０は、電気的中性であり、それにより、第１の量子井戸構造４２内の電子密度ｎは、第１、第２、及び第３の量子井戸構造４２，４３，４４内のそれぞれの正孔密度ｐ，ｐ_２、ｐ_３の合計に等しい。すなわち、ｎ＝ｐ＋ｐ_２＋ｐ_３。従って、第１の量子井戸構造４２内の正孔密度ｐは、第１の量子井戸構造４２内の電子密度ｎ未満である。すなわち、第１の量子井戸構造は、正孔をトラップする第２及び第３量子井戸構造４３、４４の存在に起因する電荷不均衡（電子より少ない正孔）を有する。ＣＨＳＨオージェ過程のレートはｐ^２ｎに比例するから、従って、ＣＨＳＨオージェ過程のレートは、図３に示される量子井戸レーザ３０と比較して量子井戸レーザ４０において低減される。正孔密度ｐが減少するから、レーザ発振を実現するべく、積ｎｐがおよそ同じに維持されるよう電子密度ｎは増加されなければならないことは理解されよう。しかしながら、ｐ^２ｎは減少するから、ＣＨＳＨオージェ過程のレートは低減される。

【0028】

ＣＨＣＣ過程のレートはｎ^２ｐに比例するから、従って、電荷不均衡により増加される（正孔より多くの電子があるから）。しかしながら、上で説明したように、量子井戸レーザ４０では、ＣＨＳＨ過程がＣＨＣＣ過程より支配的で、それにより、全体的なオージェ再結合は低減される。

【0029】

長波長レーザの場合、ＣＨＣＣ過程がＣＨＳＨ過程より支配的であってよい。その場合、第２及び第３量子井戸構造は、正孔ではなく電子のトラップとして設計されてよい。

【0030】

図５は、そのような第２の実施形態による長波長量子井戸レーザ５０を概略的に示す。量子井戸レーザ５０は、電子及び正孔が量子井戸構造５２内で再結合して光子を生成するように構成された第１の量子井戸構造５２の形態のアクティブ層を備える層構造５１を含む。量子井戸構造５２は、ＣＨＣＣ過程がＣＨＳＨ過程より支配的になるように、より長波長（例えば、２－３μｍ以上のような中赤外波長）に対して設計される。

【0031】

量子井戸構造５２は、電子及び正孔の両方をトラップするように構成される。従って、電子は、正孔と再結合して、光子を放出することができる。量子井戸構造５２は、従って、レーザ５０のアクティブ井戸である。

【0032】

層構造５１は、さらに、第２の量子井戸構造５３及び第３量子井戸構造５４を備える。第２及び第３量子井戸構造５３、５４は、第１の量子井戸構造５２の反対側に位置する。

【0033】

第２及び第３量子井戸構造５３、５４は、正孔ではなく電子を収容するように設計され、すなわち、量子井戸構造５３、５４は正孔ではなく電子のトラップとして機能する。第２及び第３の領域は正孔ではなく電子をトラップするから、そこに蓄積されるキャリアはいっさい再結合せず、従って光子を放出せず、それゆえ「非アクティブ」と呼ばれてよい。

【0034】

電子の補助の井戸を実現する１つの可能な合金構造が、対応する計算されたバンドギャップダイアグラムとともに図８に示される。しかしながら、この例は限定を意図するものではなく、他の合金構造を使用して電子の適当な補助の井戸を実現できることは理解されよう。

【0035】

図５ａに戻り、第２及び第３の量子井戸構造５３，５４は、第１の量子井戸構造５２に十分に近く、第１の量子井戸構造５２から第２及び第３量子井戸構造５３、５４までの電荷キャリアの熱的分布を可能にすることを留意する。層構造５１のバンドギャップダイアグラムの簡素版が、説明の目的で、図５ａに示される。示されるように、相当数の電子が、第２及び第３量子井戸５３、５４内にトラップされている。

【0036】

全体的にみれば、デバイス５０は、電気的中性であり、それにより、第１、第２、及び第３の量子井戸構造５２内の電子密度ｎ，ｎ_２，ｎ_３の合計は、第１の量子井戸構造５２内の正孔密度ｐに等しい。すなわち、ｐ＝ｎ＋ｎ_２＋ｎ_３。従って、第１の量子井戸構造５２内の電子密度ｎは、第１の量子井戸構造５２内の正孔密度ｐ未満である。すなわち、第１の量子井戸構造５２は、第２及び第３量子井戸構造５３，５４の存在に起因する電荷不均衡（正孔より少ない電子）を有する。ＣＨＣＣオージェ過程のレートはｎ^２ｐに比例するから、従って、ＣＨＣＣオージェ過程のレートは、図３に示される量子井戸レーザ３０と比較して量子井戸レーザ４０において低減される。ＣＨＳＨ過程のレートはｐ^２ｎに比例し、従って、電荷不均衡により増加される。しかしながら、上で説明したように、量子井戸レーザ５０では、ＣＨＣＣ過程がＣＨＳＨ過程より支配的で、それにより、全体的なオージェ再結合は低減される。

【0037】

上で留意したように、本開示の様々な実施形態は、電荷キャリアが第１、第２、及び第３構造間を移動するのを可能にする、第１の量子井戸構造の十分に近くに位置する第２及び第３量子井戸構造を提供する。しかしながら、第２及び第３量子井戸構造が第１の量子井戸構造に過度に近いと、オージェ再結合が異なる量子井戸構造間で可能となって、潜在的に効率を低減し得る。例えば図４の場合、第１の量子井戸構造４２内の電子及び第２又は第３量子井戸構造４３、４４内の対応する正孔は無輻射で再結合し得る。例えば図５の場合、第１の量子井戸構造５２内の正孔及び第２又は第３量子井戸構造５３、５４内の対応する電子は無輻射で再結合し得る。

【0038】

これを回避するために、第２及び第３量子井戸構造は第１の量子井戸構造の十分に近くに位置してよく、これにより、これらの間での電荷キャリアの移動を可能にする、しかし第１の量子井戸構造から十分に遠いと第１の量子井戸構造と第２又は第３量子井戸構造との間でオージェ再結合を防止又は制限する。

【0039】

図４の例では、第２及び第３量子井戸構造４３、４４は、電子ではなく正孔を収容するように設計され、すなわち、量子井戸構造４３、４４は電子ではなく正孔のトラップとして機能する。しかしながら、たとえ量子井戸構造４３、４４が幾つかの電子を捕捉したとしても、量子井戸構造４３、４４が電子より多くの正孔をトラップするとオージェ再結合の低減がさらに実現されることができる。同様に、たとえ図５の量子井戸構造５３、５４が幾つかの正孔を捕捉したとしても、量子井戸構造５３、５４が正孔より多くの電子を捕捉すると図５の例においてオージェ再結合の低減がさらに実現されることができる。

【0040】

製造では、電荷キャリアの一方のタイプのみ（すなわち、電子又は正孔）をトラップする、又は電荷キャリアの一方のタイプを他方より多くトラップするように構成される量子井戸構造を含む層は、引張り歪み下又は歪みのない条件下で成長されてよい。引張り歪みは状態密度を増加するから、電荷キャリアの一方のタイプの多くが引張り歪み層内にトラップされてよい。従って、第２及び第３量子井戸構造は引張り歪み層を備えてよい。アクティブ層は、圧縮歪み下で成長されてよい、すなわち、第１の量子井戸構造は圧縮歪み層を備えてよい。

【0041】

図４及び図５はそれぞれ第２及び第３量子井戸構造を示すが、第２又は第３量子井戸構造の一方が省略されると、オージェ再結合はさらに低減されてよい。

【0042】

図６は、第３の実施形態による半導体光デバイス６０を概略的に示す。
デバイスは、半導体レーザ又は増幅器を備えてよい。デバイスは、デバイスの電極（不図示）に電圧が印加されると電子及び正孔がアクティブ領域内で再結合して光子を生成するように構成されるアクティブ領域を含む第１の領域６２を備える。デバイスは、さらに、電子又は正孔の一方を優先的にトラップするように構成される量子井戸構造６３を含む少なくとも１つの第２の領域を備える。例えば、量子井戸構造６３は、電子のみをトラップする、正孔のみをトラップする、又は異なる量の電子及び正孔をトラップするように構成されてよい（すなわち、量子井戸構造は、同じ数の電子及び正孔をトラップしない）。量子井戸構造６３は、デバイス６０に電圧が印加されると電荷不均衡が第１の領域６２内に発展し、それにより第１の領域内でのオージェ再結合を低減するように第１の領域に十分に近い第１の領域６２からある距離に配置される。第２の領域は、第１の領域６２内の第１の電荷キャリア及び第２の領域６３内の第２電荷キャリアの間のオージェ再結合を防止又は制限するのに第１の領域から十分に遠くてよい。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの第２の領域は、第１の領域６２の反対側に位置する２つの量子井戸構造を備えてよい。

【0043】

幾つかの実施形態において、半導体光デバイス６０は、米国特許第８，９３７，９７８号明細書に説明される構造のような追加の構造を備えてよい。第１の領域６２は、第１のバンドギャップを超えて再結合して光子を放出する電子及び正孔の割合が温度の増加とともに減少するように配置された第１のバンドギャップを有してよい。追加の構造は、１又は複数の追加のバンドギャップを有し、第１のバンドギャップ及び１又は複数の追加のバンドギャップは、１又は複数の追加のバンドギャップを超えて再結合する電子及び正孔に対する第１のバンドギャップを超えて再結合する電子及び正孔の比が温度の増加とともに増加するように配置される。半導体光デバイスが動作を意図する温度の範囲にわたって、比の増大は、電子及び正孔が第１のバンドギャップを超えて再結合して光子を放出するレートの温度による変化を低減するように、割合の減少を補償する。

【0044】

このように、温度に対する低減された感度を有する出力パワーを有する低閾値半導体レーザが提供されてよい。

【0045】

続く特許請求の範囲に含まれる多くの修正及び変形が当業者に自明であろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図3a】

【図4】

【図4a】

【図5】

【図5a】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】