在图6-4中有一个材料与其他 III-V族化合物半导体相当不一样,就是氮砷化镓GaN 1-xAsx,其他材料依照组成比例不同大多是晶格常数愈大其能带宽度就愈小;相反的晶格常数愈小的材料组成则能带宽度就愈大,氮砷化镓却是随着氮的比例增加其晶格常数减少同时能隙也会变小,因此最早由日立公司光电实验室的M. Kondow 团队在1995年提出可以在 InGaAs材料中添加少量氮元素,就可以有机会获得发光波长在1.3~1.55微米范围同时又与砷化镓基板晶格常数相匹配的发光材料。由图6-4中可以发现,InGaAs晶格常数比GaAs大,因此直接成长在 GaAs基板上会形成压缩应变(compressive strain);相反的GaNAs晶格常数比 GaAs小,因此直接成长在GaAs基板上会形成伸张应变 (tensilestrain),那么如果将两个三元材料结合在一起形成四元化合物半导体 InGaASN(或GaInNAs),就可以减轻该材料与砷化镓基板之间的晶格不匹配程度同时又能获得较小能隙达到较长发光波长双重优点。
M. Kondow团队在1996年探用 GaInNAs/GaAs 单一量子井结构制作边射型雷射先后达成77K以及室温下连续波操作的成果,发光波长为1.18μm,特性温度T0为126K,是当时长波长雷射二极体的最高纪录,与砷化镓材料导体雷射特性温度典型值140K 相当接近,且明显优于InP 材料半导体雷射的70~90K。该团队在1997年成功利用该材料作为面射型雷射活性层达成室温下连续波光激发光操作,波长为1.22μm,同年也成功达成室温下脉冲电激发光操作,发光波长1.18μm,活性层为 7nm 厚的Ga0.7In0.3N0.004As0.996单一量子井结构,最高操作温度可达95°C。该团队采用气体源分子束磊晶系统(gas-source molecular beam epitaxy, GS-MBE)成长 GaInNAs,氮的含量相对较不容易提高。在1997年日本理光公司通用电子研发中心的S. Sato 团队利用低压(100Torr)MOCVD系统并采用DMHy(二甲基联胺或二甲基肼)作为氮原子来源以成长GaAS/Ga0.9In0.1N0.03As0.97/GaAs双异质接面雷射二极体,虽然氮原子莫耳分率仅有