JP2000114601A - Semiconductor device having quantum wave interference layer and method of designing quantum wave interference layer constituting semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device having quantum wave interference layer and method of designing quantum wave interference layer constituting semiconductor device

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JP2000114601A
JP2000114601A JP11315707A JP31570799A JP2000114601A JP 2000114601 A JP2000114601 A JP 2000114601A JP 11315707 A JP11315707 A JP 11315707A JP 31570799 A JP31570799 A JP 31570799A JP 2000114601 A JP2000114601 A JP 2000114601A
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layer
wave interference
thickness
quantum wave
light emitting
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Hiroyuki Kano
浩之 加納
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Canare Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a quantum wave interference layer functioning as a carrier reflection layer having a high reflectivity by determining the thicknesses of a first and second layers of the quantum wave interference layer functioning so that the emitted light intensity of a light emitting element having the quan tum wave interference layer is near a max. value. SOLUTION: On a substrate 10 a buffer layer 12, an n-type contact layer 14, an n-type clad layer 16, a light emitting layer 18 and an electron reflective layer 20 to be a quantum wave interference layer are formed in this order. The electron reflective layer 20 has a 15-period multilayer quantum structure composed of a first p-GaInP layer W and a second p-AlInP layer B with a p-AlGaInP δ layer formed at the boundary of the first and second layers W, B. After examining the relation between the thicknesses of the first and second layers W, B and the light emitting power, it results that when the first and second layers W, B are 5 nm and 7 nm thick, the light emitting power is max.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電子又は正孔から成
るキャリアを効率良く反射させるための量子波干渉層に
関する。特に、レーザ、発光ダイオード等の発光素子に
おいて、キャリアを活性層に効率良く閉じ込め、発光効
率を向上させるために用いることができる。又、他のF
ET、太陽電池等の半導体素子において、キャリアを反
射させ、キャリアの効率の良い利用を可能とする素子に
応用することができる。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a quantum wave interference layer for efficiently reflecting carriers composed of electrons or holes. In particular, in a light-emitting element such as a laser or a light-emitting diode, it can be used to efficiently confine carriers in an active layer and improve luminous efficiency. In addition, other F
In semiconductor devices such as ET and solar cells, the present invention can be applied to devices that reflect carriers and enable efficient use of carriers.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体レーザに関して、活性層を
n形クラッド層とp形クラッド層とで挟んだダブルヘテ
ロ接合構造が知られている。このレーザでは、電子及び
正孔が活性層に対して電位障壁を形成するクラッド層に
より効率良く閉じ込められる。しかしながら、クラッド
層の電位障壁を越えてキャリアがオーバーフローするた
め、発光効率を充分に向上できないという問題がある。
2. Description of the Related Art A conventional semiconductor laser has a double hetero junction structure in which an active layer is sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer. In this laser, electrons and holes are efficiently confined by the cladding layer forming a potential barrier to the active layer. However, the carrier overflows beyond the potential barrier of the cladding layer, so that there is a problem that the luminous efficiency cannot be sufficiently improved.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このために、JJAP Let
ters Vol.29, No.11 (1990年) L1977-L1980に記載され
たように、クラッド層に多重量子井戸構造を設けること
が提案されている。しかし、この文献では、キャリアの
運動エネルギーをどのような値とするかは示唆がなく、
この文献によって指摘された第1層と第2層との最適な
厚さは、本発明者らが最適とする厚さに対して1/4〜
1/6である。この結果、活性層にキャリアを十分に蓄
積することができず、発光強度が十分に向上しないとい
う課題がある。
SUMMARY OF THE INVENTION For this purpose, JJAP Let
As described in ters Vol. 29, No. 11 (1990) L1977-L1980, it has been proposed to provide a multiple quantum well structure in a cladding layer. However, this document does not suggest what value the kinetic energy of the carrier should be.
The optimum thickness of the first layer and the second layer pointed out by this document is 1/4 to 1/4 of the optimum thickness by the present inventors.
1/6. As a result, there is a problem that the carriers cannot be sufficiently accumulated in the active layer, and the emission intensity is not sufficiently improved.

【0004】そこで、本発明者らは、バンド幅の異なる
多重層構造を光の多重反射における誘電体多層膜に対応
させて、キャリアの量子波が多重層構造により多重反射
されると考えた。そして、この反射によりキャリアの効
果的な閉じ込めが可能となると考え、量子波干渉層の最
適構造を創作した。従って、本発明の目的は、高反射率
を有するキャリアの反射層として機能する量子波干渉層
及びその設計方法を提供することである。又、他の発明
の目的は、バンド幅の異なる多重層構造に新規な層構造
を加えることで、さらに、量子波の反射率を向上させる
ことである。さらに、他の発明の目的は、量子波を反射
することができる他の構造の量子波干渉層及びその設計
方法を提供することである。
Therefore, the present inventors considered that quantum waves of carriers are multiple-reflected by the multi-layer structure by making the multi-layer structures having different bandwidths correspond to the dielectric multilayer film in the multiple reflection of light. We thought that this reflection would allow effective confinement of carriers, and created the optimal structure of the quantum wave interference layer. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a quantum wave interference layer functioning as a carrier reflection layer having a high reflectance and a method of designing the same. Another object of the present invention is to further improve the reflectivity of quantum waves by adding a novel layer structure to a multi-layer structure having different bandwidths. Still another object of the present invention is to provide a quantum wave interference layer having another structure capable of reflecting a quantum wave and a design method thereof.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、第1層と第1層よりもバンド幅の広い第2層とを多
重周期で積層した量子波干渉層を有する半導体素子の、
第1層と第2層の厚さの設計方法において、量子波干渉
層を有する発光素子を作製して発光強度を測定する際、
発光素子の量子波干渉層の第2層の厚さを固定して第1
層の厚さを変化させた発光素子をそれぞれ作製し、発光
強度の極大値付近を示す第1層の厚さの範囲を求める作
業と、発光素子の量子波干渉層の第1層の厚さを固定し
て第2層の厚さを変化させた発光素子をそれぞれ作製
し、発光強度の極大値付近を示す第2層の厚さの範囲を
求める作業とにより、量子波干渉層を有する発光素子の
発光強度が極大値付近となるよう、第1層と第2層の厚
さを決定することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a quantum wave interference layer in which a first layer and a second layer having a wider bandwidth than the first layer are stacked at multiple periods. ,
In the method of designing the thickness of the first layer and the second layer, when a light emitting device having a quantum wave interference layer is manufactured and the light emission intensity is measured,
By fixing the thickness of the second layer of the quantum interference layer of the light emitting device,
A light-emitting element in which the thickness of the layer is changed is manufactured, and a range of the thickness of the first layer that indicates the vicinity of the maximum value of the emission intensity is obtained; and the thickness of the first layer of the quantum interference layer of the light-emitting element is determined. The light emitting device having the quantum wave interference layer is obtained by fixing the light emitting element and manufacturing the light emitting element in which the thickness of the second layer is changed, and obtaining the range of the thickness of the second layer showing the vicinity of the maximum value of the emission intensity. It is characterized in that the thicknesses of the first layer and the second layer are determined so that the light emission intensity of the device becomes near the maximum value.

【0006】請求項2に記載の発明は、第1層と第2層
の厚さが、いずれも20nm以下であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the thickness of each of the first layer and the second layer is 20 nm or less.

【0007】請求項3に記載の発明は、第1層と第1層
よりもバンド幅の広い第2層とを多重周期で積層し、第
1層と第2層との間にそれらの厚さに比べて充分に薄
く、エネルギーバンドを急変させるδ層を有する量子波
干渉層を有する半導体素子の、第1層と第2層とδ層の
厚さの設計方法において、量子波干渉層を有する発光素
子を作製して発光強度を測定する際、発光素子の量子波
干渉層の第2層とδ層の厚さを固定して第1層の厚さを
変化させた発光素子をそれぞれ作製し、発光強度の極大
値付近を示す第1層の厚さの範囲を求める作業と、発光
素子の量子波干渉層の第1層とδ層の厚さを固定して第
2層の厚さを変化させた発光素子をそれぞれ作製し、発
光強度の極大値付近を示す第2層の厚さの範囲を求める
作業と、発光素子の量子波干渉層の第1層と第2層の厚
さを固定してδ層の厚さを変化させた発光素子をそれぞ
れ作製し、発光強度の極大値付近を示すδ層の厚さの範
囲を求める作業とにより、量子波干渉層を有する発光素
子の発光強度が極大値付近となるよう、第1層と第2層
とδ層の厚さを決定することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, a first layer and a second layer having a wider bandwidth than the first layer are laminated at multiple periods, and the thickness between the first layer and the second layer is increased. In a method of designing the thickness of the first layer, the second layer, and the δ layer of a semiconductor device having a quantum wave interference layer having a δ layer that changes energy band rapidly, the quantum wave interference layer is When a light emitting device having a light emitting device was manufactured and the light emission intensity was measured, the light emitting device was manufactured by fixing the thickness of the second layer and the δ layer of the quantum interference layer of the light emitting device and changing the thickness of the first layer. Then, the operation of obtaining the range of the thickness of the first layer showing the vicinity of the maximum value of the emission intensity, and the thickness of the second layer by fixing the thicknesses of the first layer and the δ layer of the quantum wave interference layer of the light emitting device Of light-emitting elements each having a different light-emitting element, obtaining the range of the thickness of the second layer showing the vicinity of the maximum value of the light-emitting intensity, and the amount of light-emitting elements The light-emitting elements in which the thickness of the δ layer is changed by fixing the thickness of the first and second layers of the wave interference layer are respectively manufactured, and the range of the thickness of the δ layer showing the vicinity of the maximum value of the luminescence intensity is determined. The thickness of the first layer, the second layer, and the δ layer is determined so that the light emission intensity of the light emitting device having the quantum wave interference layer is close to the maximum value by the work required.

【0008】請求項4の発明は、第1層と第2層の厚さ
がいずれも20nm以下であり、δ層の厚さが5nm以下であ
ることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the thickness of each of the first and second layers is 20 nm or less, and the thickness of the δ layer is 5 nm or less.

【0009】請求項5の発明は、発光強度を測定する発
光素子の量子波干渉層が、キャリアの発光層からの透過
を防ぐ反射層として発光層に接するクラッド層であるこ
とを特徴とする。
The invention of claim 5 is characterized in that the quantum wave interference layer of the light emitting element for measuring the light emission intensity is a clad layer in contact with the light emitting layer as a reflection layer for preventing the transmission of carriers from the light emitting layer.

【0010】請求項6の発明は、発光素子が発光ダイオ
ードであり、発光強度を測定する発光素子の量子波干渉
層がクラッド層であることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is characterized in that the light emitting element is a light emitting diode, and the quantum wave interference layer of the light emitting element for measuring light emission intensity is a cladding layer.

【0011】請求項7の発明は、請求項1乃至請求項6
のいずれか1項に記載の設計方法によって設計された量
子波干渉層を有することを特徴とする半導体素子の発明
である。
[0011] The invention of claim 7 is the first to sixth aspects of the present invention.
A semiconductor device having a quantum wave interference layer designed by the design method according to any one of the above.

【0012】請求項8の発明は、キャリアの反射層とし
て機能する量子波干渉層を有することを特徴とする。請
求項9の発明は、クラッド層としての量子波干渉層を有
することを特徴とする。
An eighth aspect of the present invention is characterized in that a quantum wave interference layer functioning as a carrier reflection layer is provided. A ninth aspect of the present invention is characterized by having a quantum wave interference layer as a cladding layer.

【0013】請求項10の発明は、活性層をn伝導形層
とp伝導形層で挟んだ構造の発光素子において、n伝導
形層及びp伝導形層の少なくとも一方の層において、上
記の設計方法(請求項1乃至請求項6)によって設計さ
れた量子波干渉層を形成したことを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in a light emitting device having a structure in which an active layer is sandwiched between an n-type layer and a p-type layer, at least one of the n-type layer and the p-type layer has the above-described design. A quantum wave interference layer designed by a method (claims 1 to 6) is formed.

【0014】請求項11の発明は、活性層とn伝導形層
又はp伝導形層はヘテロ接合され、n伝導形層をn形ク
ラッド層とし、p伝導形層をp形クラッド層とし、量子
波干渉層によりキャリアを反射させて活性層に閉じ込め
ることを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, the active layer and the n-type or p-type layer are heterojunction, the n-type layer is an n-type cladding layer, the p-type layer is a p-type cladding layer, The carrier is reflected by the wave interference layer and confined in the active layer.

【0015】請求項12の発明は、電界効果トランジス
タにおいて、チャネルに隣接して上記の設計方法(請求
項1乃至請求項6)によって設計された量子波干渉層を
形成したことを特徴とする。又、請求項13の発明は、
pn接合を有した光電気変換素子において、p層又はn
層に少数キャリアを反射させるための、上記の設計方法
(請求項1乃至請求項6)によって設計された量子波干
渉層を形成したことを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the field effect transistor, a quantum wave interference layer designed by the above design method (claims 1 to 6) is formed adjacent to the channel. The invention of claim 13 is
In a photoelectric conversion element having a pn junction, a p-layer or an n-type
A quantum wave interference layer designed by the above design method (claims 1 to 6) for reflecting minority carriers on the layer is formed.

【0016】[0016]

【発明の作用及び効果】〔請求項1、2、5、6の発
明〕本発明にかかる量子波干渉層の原理を次に説明す
る。図1は、バンド幅の異なる多重層構造の伝導帯を示
している。電子が図上左から右方向に伝導するとする。
伝導に寄与する電子は、バンド幅の広い第2層の伝導帯
の底付近に存在する電子と考えられる。この電子の運動
エネルギーをEとする。すると、第2層Bからバンド幅
の狭い第1層Wに伝導する電子は第2層から第1層への
バンド電位差Vにより加速されて、第1層Wにおける運
動エネルギーはE+Vとなる。又、第1層Wから第2層
Bへ伝導する電子は第1層から第2層へのバンド電位差
Vにより減速されて、第2層Bにおける電子の運動エネ
ルギーはEに戻る。伝導電子の運動エネルギーは、多重
層構造のポテンシャルエネルギーによりこのような変調
を受ける。
The operation and effects of the invention are described below. The principle of the quantum wave interference layer according to the present invention will be described below. FIG. 1 shows conduction bands of a multilayer structure having different bandwidths. It is assumed that electrons are conducted from left to right in the figure.
The electrons contributing to conduction are considered to be electrons existing near the bottom of the conduction band of the second layer having a wide bandwidth. The kinetic energy of this electron is E. Then, the electrons conducted from the second layer B to the first layer W having a small bandwidth are accelerated by the band potential difference V from the second layer to the first layer, and the kinetic energy in the first layer W becomes E + V. Also, the electrons conducted from the first layer W to the second layer B are decelerated by the band potential difference V from the first layer to the second layer, and the kinetic energy of the electrons in the second layer B returns to E. The kinetic energy of the conduction electrons undergoes such modulation due to the potential energy of the multilayer structure.

【0017】一方、第1層と第2層の厚さが電子の量子
波長と同程度となると、電子は波動として振る舞う。電
子の量子波は電子の運動エネルギーを用いて、次の
(1)、(2)式により求められる。 DW=nWλW/4=nWh/4[2mW(E+V)]1/2 …(1) DB=nBλB/4=nBh/4(2mBE)1/2 …(2)
On the other hand, when the thicknesses of the first layer and the second layer are substantially equal to the quantum wavelength of the electrons, the electrons behave as waves. The quantum wave of an electron is obtained by the following equations (1) and (2) using the kinetic energy of the electron. D W = n W λ W / 4 = n W h / 4 [2 m W (E + V)] 1/2 (1) D B = n B λ B / 4 = n B h / 4 (2 m B E) 1 / 2 … (2)

【0018】但し、DW、DBは第1層と第2層の厚さ、
λW、λBは第1層と第2層における電子の量子波長、h
はプランク定数、mWは第1層におけるキャリアの有効
質量、mBは第2層におけるキャリアの有効質量、Eは
第2層に流入された、第2層の最低エネルギーレベル付
近におけるキャリアの運動エネルギー、Vは第1層に対
する第2層のバンド電位差、nW、nBは奇数である。即
ち、式(1)、(2)では第1層と第2層の厚さを、各
層における電子の量子波の波長の1/4とした。
Where D W and D B are the thicknesses of the first and second layers,
λ W and λ B are quantum wavelengths of electrons in the first and second layers, h
Is the Planck's constant, m W is the effective mass of the carrier in the first layer, m B is the effective mass of the carrier in the second layer, and E is the motion of the carrier flowing into the second layer near the lowest energy level of the second layer. The energy, V, is the band potential difference of the second layer with respect to the first layer, and n W and n B are odd numbers. That is, in the expressions (1) and (2), the thickness of the first layer and the second layer is set to 1 / of the wavelength of the quantum wave of electrons in each layer.

【0019】さらに、波の反射率Rは第2層B、第1層
Wにおける量子波の波数ベクトルをKB,KWとする時、
次式で求められる。 R=(|KW|−|KB|)/(|KW|+|KB|) =[{mW(E+V)}1/2−(mBE)1/2]/[{mW(E+V)}1/2+(mBE)1/2] =[1−{mBE/mW(E+V)}1/2]/[1+{mBE/mW(E+V)}1/2] …(3)
Further, when the wave number vector of the quantum wave in the second layer B and the first layer W is K B and K W , the wave reflectance R is as follows:
It is obtained by the following equation. R = (| K W | - | K B |) / (| K W | + | K B |) = [{m W (E + V)} 1/2 - (m B E) 1/2] / [{ m W (E + V)} 1/2 + (m B E) 1/2] = [1- {m B E / m W (E + V)} 1/2] / [1+ {m B E / m W (E + V )} 1/2 ]… (3)

【0020】又、mB=mWと仮定すれば、反射率は次式
で表される。 R=[1−{E/(E+V)}1/2]/[1+{E/(E+V)}1/2] …(4)
Assuming that m B = m W , the reflectance is expressed by the following equation. R = [1- {E / (E + V)} 1/2 ] / [1+ {E / (E + V)} 1/2 ] (4)

【0021】E/(E+V)=xとおけば、(4)式は次
式のように変形できる。 R=(1−x1/2)/(1+x1/2) …(5)
If E / (E + V) = x, equation (4) can be modified as follows. R = (1−x 1/2 ) / (1 + x 1/2 ) (5)

【0022】この反射率Rのxに対する特性は図2のよ
うになる。
FIG. 2 shows the characteristic of the reflectivity R with respect to x.

【0023】又、第2層Bと第1層WがそれぞれS層多
重化された場合の量子波の入射端面での反射率RSは次
式で与えられる。 RS=[(1−xS)/(1+xS)]2 …(6)
When the second layer B and the first layer W are respectively multiplexed in the S layer, the reflectance R S at the incident end face of the quantum wave is given by the following equation. R S = [(1−x S ) / (1 + x S )] 2 (6)

【0024】x≦1/10の時R≧0.52となり、そ
のためのE,Vの関係は E≦V/9 …(7) となる。第2層Bにおける伝導電子の運動エネルギーE
は伝導帯の底付近であることから、(7)式の関係が満
足され、第2層Bと第1層Wとの境界での反射率Rは5
2%以上となる。このようなバンド幅の異なる多重層構
造により、量子波を効率良く反射させることができる。
When x.ltoreq.1 / 10, R.gtoreq.0.52, and the relationship between E and V is given by E.ltoreq.V / 9 (7). Kinetic energy E of conduction electrons in the second layer B
Is near the bottom of the conduction band, the relationship of equation (7) is satisfied, and the reflectance R at the boundary between the second layer B and the first layer W is 5
It becomes 2% or more. With such multilayer structures having different bandwidths, quantum waves can be reflected efficiently.

【0025】又、xを用いて第2層Bの厚さの第1層W
の厚さに対する比DB/DWは次式で求められる。 DB/DW=[mW/(mBx)]1/2 …(8)
Also, the first layer W having a thickness of the second layer B using x is used.
The ratio D B / D W with respect to the thickness of the film is obtained by the following equation. D B / D W = [m W / (m B x)] 1/2 (8)

【0026】又、価電子帯においても、バンドの底のエ
ネルギーレベルが周期的に変動するが、バンド電位差V
が伝導帯のバンド電位差と異なること、第1層、第2層
における正孔の有効質量が電子の有効質量と異なること
等のため、電子に対して反射率を高くするように設定さ
れた第1層と第2層の幅の設定値は正孔に対する高反射
率が得られる条件にはならない。よって、上記の構造の
量子波干渉層は、電子だけを反射させ正孔を反射させな
いようにすることができる。
Also in the valence band, the energy level at the bottom of the band fluctuates periodically, but the band potential difference V
Is different from the band potential difference of the conduction band, and the effective mass of holes in the first and second layers is different from the effective mass of electrons. The set values of the widths of the first layer and the second layer are not the conditions for obtaining a high reflectance for holes. Therefore, the quantum wave interference layer having the above structure can reflect only electrons and not holes.

【0027】又、逆に、価電子帯のバンド電位差、正孔
の有効質量を用いて、第1層、第2層の厚さを設計する
ことで、量子波干渉層を正孔を反射させ電子を透過させ
る層とすることもできる。
Conversely, by designing the thicknesses of the first and second layers using the band potential difference of the valence band and the effective mass of the holes, the quantum wave interference layer reflects the holes to reflect the holes. It may be a layer that transmits electrons.

【0028】このような設計のために、量子波干渉層を
有する例えば発光素子の、p側クラッド層の第1層と第
2層の厚さを変化させたものを作製し、発光強度の極大
値付近をとる第1層と第2層の厚さの最適化により、電
子を反射する量子波干渉層の第1層と第2層の厚さを設
計することができる。同様に、量子波干渉層を有する例
えば発光素子の、n側クラッド層の第1層と第2層の厚
さを変化させたものを作製し、発光強度の極大値付近を
とる第1層と第2層の厚さの最適化により、正孔を反射
する量子波干渉層の第1層と第2層の厚さを設計するこ
とができる。
For such a design, for example, a light-emitting device having a quantum-wave interference layer, in which the thickness of the first and second layers of the p-side cladding layer is changed, is manufactured to maximize the light emission intensity. By optimizing the thicknesses of the first layer and the second layer near the value, it is possible to design the thicknesses of the first layer and the second layer of the quantum wave interference layer that reflects electrons. Similarly, for example, a light emitting device having a quantum wave interference layer, in which the thicknesses of the first layer and the second layer of the n-side cladding layer are changed, and the first layer having a light emission intensity near the maximum value, By optimizing the thickness of the second layer, the thicknesses of the first layer and the second layer of the quantum wave interference layer that reflects holes can be designed.

【0029】このような量子波干渉層の発光強度の極大
値付近をとる第1層と第2層の厚さの最適化には、量子
波の波長程度とするため、40nm以下の厚さで最適化する
ことが望ましく、更には20nm以下が望ましい。また、こ
のように最適とされた第1層と第2層の厚さの、各々奇
数倍の厚さの第1層と第2層とを積層した量子波干渉層
を設計しても良い。
In order to optimize the thickness of the first layer and the second layer near the maximum value of the light emission intensity of the quantum wave interference layer, the thickness of the first layer and the second layer should be about 40 nm or less in order to reduce the wavelength to about the wavelength of the quantum wave. It is desirable to optimize it, and more desirably, to 20 nm or less. In addition, a quantum wave interference layer in which the first layer and the second layer each having an odd number times the thickness of the first layer and the second layer optimized as described above may be designed.

【0030】〔請求項3、4の発明〕図3に示すよう
に、第1層Wと第2層Bとの境界において、エネルギー
バンドを急変させる厚さが第1層W、第2層Bに比べて
十分に薄いδ層を設けても良い。境界での反射率は
(5)式で得られるが、境界にδ層を設けることで、バ
ンド電位差Vを大きくすることができx値が小さくな
る。x値が小さいことから反射率Rが大きくなる。この
δ層は、図3(a)に示すように、各第1層Wの両側の
境界に設けられているが、片側の境界だけに設けても良
い。又、δ層は、図3(a)に示すように、境界に第2
層Bのバンドの底の電位よりもさらに高いバンド電位が
形成されるように設けているが、図3(b)に示すよう
に、境界に第1層のバンドの底よりもさらに低いエネル
ギーレベルを有するように形成しても良い。さらに、図
3(c)に示すように、境界に第2層Bよりも高いエネ
ルギーレベルを有し第1層Wよりも低いエネルギーレベ
ルを有する2つのδ層を形成しても良い。このようにす
ることで、第1層Wと第2層Bとの境界での量子波の反
射率を大きくすることができ、多重層に形成した場合に
全体での量子波の反射率を大きくすることができる。
[Inventions of Claims 3 and 4] As shown in FIG. 3, at the boundary between the first layer W and the second layer B, the thicknesses at which the energy band is suddenly changed are the first layer W and the second layer B. Δ layer may be provided which is sufficiently thinner than the above. The reflectance at the boundary can be obtained by equation (5), but by providing a δ layer at the boundary, the band potential difference V can be increased and the x value can be reduced. Since the x value is small, the reflectance R increases. The δ layer is provided on the boundary on both sides of each first layer W as shown in FIG. 3A, but may be provided only on the boundary on one side. The δ layer has a second boundary at the boundary as shown in FIG.
Although a band potential higher than the potential at the bottom of the band of the layer B is provided, as shown in FIG. 3B, the energy level at the boundary is lower than that of the bottom of the band of the first layer. May be formed. Further, as shown in FIG. 3C, two δ layers having a higher energy level than the second layer B and a lower energy level than the first layer W may be formed at the boundary. By doing so, it is possible to increase the reflectivity of the quantum wave at the boundary between the first layer W and the second layer B, and to increase the reflectivity of the quantum wave as a whole when formed in multiple layers. can do.

【0031】このようなδ層の厚さの設計も、上述の第
1層、第2層の設計同様、量子波干渉層を有する例えば
発光素子の、p側クラッド層の第1層と第2層との間の
δ層の厚さを変化させたものを作製し、発光強度の極大
値付近をとるδ層の厚さの最適化により、電子を反射す
る量子波干渉層のδ層の厚さを設計することができる。
Like the design of the first and second layers described above, the design of the thickness of the δ layer is similar to the design of the first layer and the second layer. The thickness of the δ-layer of the quantum wave interference layer that reflects electrons is produced by manufacturing the δ-layer with the thickness of the δ-layer between the layers changed, and optimizing the thickness of the δ-layer taking the vicinity of the maximum value of the emission intensity. Can be designed.

【0032】このような量子波干渉層の発光強度の極大
値付近をとる第1層と第2層の厚さの最適化には、量子
波の波長程度とするため、40nm以下の厚さで最適化する
ことが望ましく、更には20nm以下が望ましい。また、δ
層はそれら第1層と第2層の厚さより充分薄くする必要
があるため、10nm以下で最適化することが望ましく、更
には5nm以下が望ましい。また、このように最適とされ
た第1層と第2層の厚さの、各々奇数倍の厚さの第1層
と第2層とを積層した量子波干渉層を設計しても良い。
In order to optimize the thickness of the first layer and the second layer near the maximum value of the emission intensity of the quantum wave interference layer, a thickness of 40 nm or less is used in order to reduce the wavelength to about the wavelength of the quantum wave. It is desirable to optimize it, and more desirably, to 20 nm or less. Also, δ
Since the layers need to be sufficiently thinner than the thicknesses of the first and second layers, it is desirable to optimize the thickness to 10 nm or less, and more desirably 5 nm or less. In addition, a quantum wave interference layer in which the first layer and the second layer each having an odd number times the thickness of the first layer and the second layer optimized as described above may be designed.

【0033】〔請求項7、8、9の発明〕上述のような
設計による量子波干渉層を有する半導体素子は、キャリ
アを反射する層として機能することが期待でき、キャリ
アを効率良く反射層の前に閉じ込めることができる。
尚、上述したように、この量子波干渉層は電子又は正孔
の一方のキャリアのみ反射層として機能し、他のキャリ
アには反射層として機能しないため、一方のキャリアだ
けを蓄積することができる。
[Inventions of Claims 7, 8, and 9] The semiconductor element having the quantum wave interference layer designed as described above can be expected to function as a layer for reflecting carriers, and the carriers can be efficiently used as a reflection layer. Can be trapped before.
As described above, this quantum wave interference layer functions as a reflection layer for only one carrier of electrons or holes, and does not function as a reflection layer for other carriers, so that only one carrier can be accumulated. .

【0034】〔請求項10、11の発明〕発光素子の活
性層を挟むp伝導層又はn伝導層の少なくとも一方に上
記の量子波干渉層を形成することで、キャリアを効果的
に活性層に閉じ込めることができ、光出力を増大させる
ことができる。
[Inventions of Claims 10 and 11] By forming the above quantum wave interference layer on at least one of the p-conducting layer and the n-conducting layer sandwiching the active layer of the light emitting device, carriers can be effectively converted to the active layer. It can be confined and light output can be increased.

【0035】〔請求項12の発明〕電界効果トランジス
タにおいて、チャネルに隣接して量子波干渉層を形成す
ることで、チャネルを伝導するキャリアをチャネル内に
効果的に閉じ込めることができるので、トランジスタの
増幅率、S/N比が向上する。
[Invention of claim 12] In the field effect transistor, by forming a quantum wave interference layer adjacent to the channel, carriers conducting through the channel can be effectively confined in the channel. The amplification factor and the S / N ratio are improved.

【0036】〔請求項13の発明〕pn接合を有した光
電気変換素子において、p層又はn層に少数キャリアを
反射させるための量子波干渉層を形成したので、接合付
近で発生するキャリアの逆方向へのドリフトを防止する
ことができる。よって、光電気変換効率が高くなる。
[Invention of Claim 13] In the photoelectric conversion device having a pn junction, a quantum wave interference layer for reflecting minority carriers is formed on the p-layer or the n-layer. Drift in the reverse direction can be prevented. Therefore, the photoelectric conversion efficiency increases.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described based on specific embodiments. The present invention is not limited to the following examples.

【0038】〔第1実施例〕図4は量子波干渉層をp形
クラッド層に形成した発光ダイオードの断面図である。
GaAsから成る基板10の上に、n-GaAsから成る厚さ0.3
μm、電子濃度2×101 8/cm3のバッファ層12が形成さ
れ、その上にn-Ga0.51In0.49Pから成る厚さ0.3μm、電
子濃度2×1018/cm3のn形コンタクト層14が形成され
ている。n形コンタクト層14の上には、n-Al0.51In
0.49Pから成る厚さ1μm、電子濃度1×1018/cm3のn形ク
ラッド層16が形成され、その上にはGa0.51In0.49Pか
ら成る不純物無添加の厚さ14nmの発光層18が形成され
ている。さらに、その発光層18の上に量子波干渉層で
ある電子反射層20が形成されており、その電子反射層
20の上にp-Al0.51In0.49Pから成る厚さ1μm、正孔濃
度1×1018/cm3のp形クラッド層22が形成されてい
る。そして、その層22の上にp-Ga0.51In0.49Pから成
る厚さ0.2μm、正孔濃度2×1018/cm3の第2p形コンタ
クト層24とp-GaAsから成る厚さ0.1μmの第1p形コン
タクト層26が形成されている。さらに、基板10の裏
面には厚さ0.2μmのAu/Geから成る電極28が形成さ
れ、第1p形コンタクト層26の上には厚さ0.2μmのAu
/Znから成る電極30が形成されている。尚、基板10
は、2インチ径の大きさであり、基板の主面は面方位(1
00)に対して15°方位[011]方向にオフセットしている。
[First Embodiment] FIG. 4 is a sectional view of a light emitting diode in which a quantum wave interference layer is formed on a p-type cladding layer.
On a substrate 10 made of GaAs, a thickness of 0.3 made of n-GaAs is used.
[mu] m, the buffer layer 12 of the electron concentration 2 × 10 1 8 / cm 3 is formed, the thickness of 0.3μm made of n-Ga 0.51 In 0.49 P thereon, n-type contact of the electron concentration 2 × 10 18 / cm 3 A layer 14 is formed. On the n-type contact layer 14, n-Al 0.51 In
An n-type cladding layer 16 made of 0.49 P and having a thickness of 1 μm and an electron concentration of 1 × 10 18 / cm 3 is formed, and an impurity-free light-emitting layer 18 made of Ga 0.51 In 0.49 P and having a thickness of 14 nm is formed thereon. Is formed. Further, an electron reflection layer 20, which is a quantum wave interference layer, is formed on the light emitting layer 18. On the electron reflection layer 20, a thickness of 1 μm made of p-Al 0.51 In 0.49 P and a hole concentration of 1 A p-type cladding layer 22 of × 10 18 / cm 3 is formed. Then, a second p-type contact layer 24 having a thickness of 0.2 μm made of p-Ga 0.51 In 0.49 P and a hole concentration of 2 × 10 18 / cm 3 and a 0.1 μm thick made of p-GaAs are formed on the layer 22. A first p-type contact layer 26 is formed. Further, an electrode 28 made of Au / Ge having a thickness of 0.2 μm is formed on the rear surface of the substrate 10, and a Au having a thickness of 0.2 μm is formed on the first p-type contact layer 26.
An electrode 30 made of / Zn is formed. The substrate 10
Has a diameter of 2 inches, and the main surface of the substrate has a plane orientation (1
00) is offset in the azimuth [011] direction by 15 °.

【0039】この発光ダイオードは、ガスソースMBE
法により製造された。ガスソースMBE法は、結晶のエ
レメント材料全てを固体ソースから供給する従来形のM
BE法とは異なり、V族元素(As,P)等をガス状原料(AsH
3,PH3)の熱分解により供給し、III族エレメント(In,Ga,
Al)は固体ソースから供給する超高真空下の分子線結晶
成長法である。
This light emitting diode is a gas source MBE
Manufactured by the method. The gas source MBE method uses a conventional M source that supplies all of the crystalline element materials from a solid source.
Unlike the BE method, group V elements (As, P) and the like are converted to gaseous raw materials (AsH
3 , PH 3 ) by pyrolysis of group III elements (In, Ga,
Al) is a molecular beam crystal growth method under ultra-high vacuum supplied from a solid source.

【0040】電子反射層(量子波干渉層)20は、図5
に示すように、第1層Wにp-Ga0.51In0.49P、第2層B
にp-Al0.51In0.49Pを用いた15周期の多重量子構造で
あり、第1層Wと第2層Bの境界にp-Al0.33Ga0.33In
0.33Pから成るδ層が形成されている。厚さの条件は上
記した(1)、(2)式で決定され、最初の第2層B0
の厚さはキャリアのトンネル伝導を防止できる程の厚さ
に設計されている。又、δ層の厚さは、1.3nmである。
図5のエネルギーダイヤグラムでは、n形クラッド層1
6と発光層18と電子反射層20が図示されている。図
5(a)は電圧が印加されていない状態を示し、(b)
は電圧Vが印加された状態を示している。このような構
造とすることで、n形クラッド層16から発光層18に
注入された電子は電子反射層20により効果的に反射さ
れ、発光層18に閉じ込められる。又、価電子帯におい
ても、多重量子井戸構造が形成されるが、この構造では
電子が効果的に反射されるように第1層Wと第2層Bの
厚さの条件が決定されているので、正孔はこの多重量子
井戸構造では反射されない。よって、p形クラッド層2
2からの正孔はこの電子反射層20を通過して、発光層
18に容易に達し、n形クラッド層16により発光層1
8に閉じ込められる。
The electron reflection layer (quantum wave interference layer) 20 is shown in FIG.
As shown in the figure , the first layer W has p-Ga 0.51 In 0.49 P and the second layer B has
Is a multi-quantum structure of 15 periods using p-Al 0.51 In 0.49 P, and p-Al 0.33 Ga 0.33 In is formed at the boundary between the first layer W and the second layer B.
A δ layer made of 0.33 P is formed. The thickness condition is determined by the above equations (1) and (2), and the first second layer B 0
Is designed to be thick enough to prevent carrier tunnel conduction. The thickness of the δ layer is 1.3 nm.
In the energy diagram of FIG.
6, a light emitting layer 18 and an electron reflecting layer 20 are shown. FIG. 5A shows a state where no voltage is applied, and FIG.
Indicates a state where the voltage V is applied. With such a structure, electrons injected from the n-type cladding layer 16 into the light emitting layer 18 are effectively reflected by the electron reflecting layer 20 and confined in the light emitting layer 18. Also in the valence band, a multiple quantum well structure is formed. In this structure, the thickness conditions of the first layer W and the second layer B are determined so that electrons are effectively reflected. Therefore, holes are not reflected in this multiple quantum well structure. Therefore, the p-type cladding layer 2
The holes from 2 pass through the electron reflection layer 20 and easily reach the light emitting layer 18, and the light from the light emitting layer 1
8 confined.

【0041】第1層Wと第2層Bの厚さを各種変化させ
て発光出力を測定した。第2層Bの厚さを7nmにして、
第1層Wの厚さを各種変化させて発光出力を測定した。
その結果を図8に示す。この測定結果からも理解される
ように、第1層Wの厚さが5nmの時に発光出力は最大と
なることが分かる。次に、第1層Wの厚さを5nmにし
て、第2層Bの厚さを各種変化させて発光出力を測定し
た。その結果を図9に示す。第2層Bの厚さが7nmの時
に発光出力が最大となることが分かる。このように、電
子反射層20は第1層Wの厚さを5nm、第2層Bの厚さ
を7nmにする時に発光出力が最大となることが分かる。
この出力は、電子反射層20がない場合に比べて約8倍
となった。
The light emission output was measured while changing the thickness of the first layer W and the second layer B in various ways. When the thickness of the second layer B is 7 nm,
The emission output was measured while changing the thickness of the first layer W in various ways.
FIG. 8 shows the result. As understood from the measurement results, it is understood that the light emission output becomes maximum when the thickness of the first layer W is 5 nm. Next, the thickness of the first layer W was set to 5 nm, and the thickness of the second layer B was variously changed, and the light emission output was measured. FIG. 9 shows the result. It can be seen that the light emission output is maximum when the thickness of the second layer B is 7 nm. Thus, it can be seen that the light output of the electron reflecting layer 20 is maximized when the thickness of the first layer W is 5 nm and the thickness of the second layer B is 7 nm.
This output was about eight times that in the case where the electron reflection layer 20 was not provided.

【0042】〔第2実施例〕図6に示すように、n形ク
ラッド層16にも正孔反射層32が発光層18に隣接し
て設けられている。この正孔反射層32も電子反射層2
0と構造的には同一である。この構造のエネルギーダイ
ヤグラムは図7に示す通りである。但し、正孔を効果的
に反射させるために、第1層Wの厚さは1.0nmであり、
第2層Bの厚さは1.2nmである。このように電子反射層
20と正孔反射層32とを形成することで、電子反射層
20と正孔反射層32が形成されていない発光素子に比
べて、約16倍の出力が得られた。
[Second Embodiment] As shown in FIG. 6, the n-type cladding layer 16 is also provided with a hole reflection layer 32 adjacent to the light emitting layer 18. This hole reflection layer 32 is also the electron reflection layer 2.
It is structurally identical to 0. The energy diagram of this structure is as shown in FIG. However, in order to reflect holes effectively, the thickness of the first layer W is 1.0 nm,
The thickness of the second layer B is 1.2 nm. By forming the electron reflection layer 20 and the hole reflection layer 32 in this manner, an output approximately 16 times as high as that of a light emitting element without the electron reflection layer 20 and the hole reflection layer 32 was obtained. .

【0043】〔第3実施例〕次に、図5と同じ構造で、
電子反射層20のδ層の厚さを変化させて、発光出力を
測定した結果を図10に示す。図10では、第1層Wの
厚さは5.6nmであり、第2層Bの厚さは7.5nmであるの
で、最適値ではないが、δ層の厚さが約、1.3nmの時に
最大出力が得られ、δ層が存在しない場合に比べて約1.
5倍の出力が得られることが分かる。
[Third Embodiment] Next, with the same structure as in FIG.
FIG. 10 shows the result of measuring the light emission output while changing the thickness of the δ layer of the electron reflection layer 20. In FIG. 10, the thickness of the first layer W is 5.6 nm and the thickness of the second layer B is 7.5 nm, which is not an optimum value. Output is obtained, about 1.
It can be seen that a 5 times output is obtained.

【0044】〔第4実施例〕MOSFETは絶縁膜直下
に反転層のチャネルを形成して少数キャリアを伝導させ
る素子である。ゲート電圧が大きくなるとこの反転層に
おけるキャリアがオーバフローしS/N比が低下する。
そこで、図11に示すように、チャネルの下側にSiの第
2層BとGeの第1層Wの多重周期から成る上記構造の量
子波干渉層を設けることで、キャリアを狭いチャネルに
閉じ込めることができる。この結果、チャネルにおける
キャリアのオーバフローを防止することができ、S/N
比の向上、応答速度の向上、駆動電力の低下を実現する
ことができる。FETにおいてnチャネルで電子をキャ
リアとする場合には、第2層Bの最適厚さは6.8nm、第
1層Wの最適厚さは2.0nmである。
Fourth Embodiment A MOSFET is an element that forms a channel of an inversion layer immediately below an insulating film and conducts minority carriers. When the gate voltage increases, carriers in the inversion layer overflow and the S / N ratio decreases.
Therefore, as shown in FIG. 11, by providing a quantum wave interference layer having the above-mentioned structure composed of multiple periods of the second layer B of Si and the first layer W of Ge below the channel, carriers are confined in a narrow channel. be able to. As a result, it is possible to prevent the carrier from overflowing in the channel, and the S / N
It is possible to improve the ratio, improve the response speed, and reduce the driving power. When electrons are used as carriers in an n-channel FET, the optimum thickness of the second layer B is 6.8 nm, and the optimum thickness of the first layer W is 2.0 nm.

【0045】〔第5実施例〕図12に示すように、pn
接合の光電気変換半導体素子に上記構造の量子波干渉層
を設けることができる。p層には電子を反射させる電子
反射層をn層には正孔を反射させる正孔反射層を形成す
る。pn接合部分に光が入射すると電子・正孔対が生成
される。この時、電子はn層へバンド電位差により加速
されるが、一部の電子はp層側へドリフトし光電変換に
寄与しない。入射光強度が大きくなる程、このp層への
電子のオーバフローが大きくなる。そこで、上記構造の
電子を反射させる量子波干渉層をp層に形成すること
で、電子のp層側へのドリフトを防止することができ、
n層側へ電子を伝導させることができる。又、正孔につ
いても同様に、光電変換に寄与しないn層側へのドリフ
トがある。上記構造の量子波干渉層をn層に設けること
で正孔を反射させることができる。この構造により漏れ
電流が無くなり、光電気の変換効率が向上する。
[Fifth Embodiment] As shown in FIG.
A quantum wave interference layer having the above structure can be provided in the junction photoelectric conversion semiconductor element. An electron reflecting layer for reflecting electrons is formed on the p layer, and a hole reflecting layer for reflecting holes is formed on the n layer. When light enters the pn junction, electron-hole pairs are generated. At this time, electrons are accelerated to the n-layer by the band potential difference, but some electrons drift to the p-layer side and do not contribute to photoelectric conversion. As the incident light intensity increases, the overflow of electrons into the p-layer increases. Therefore, by forming a quantum wave interference layer for reflecting electrons having the above structure in the p layer, it is possible to prevent electrons from drifting to the p layer side,
Electrons can be conducted to the n-layer side. Similarly, holes also have a drift toward the n-layer that does not contribute to photoelectric conversion. By providing the n-layer with the quantum wave interference layer having the above structure, holes can be reflected. This structure eliminates leakage current and improves photoelectric conversion efficiency.

【0046】本発明は発光ダイオードに量子波干渉層を
設けた実施例を示したが、半導体レーザに量子波干渉層
を設けても良い。又、上記実施例では、量子波干渉層を
Ga0. 51In0.49PとAl0.51In0.49Pとの多重層で構成した
が、4元系のAlxGayIn1-x-yP(0≦x,y≦1の任意の値)で
組成比を異にして形成しても良い。さらに、量子波干渉
層は、他のIII族-V族化合物半導体、II族-VI族化合物半
導体、Si/Ge、その他の異種半導体の多重接合で構成す
ることが可能である。
Although the present invention has been described with reference to the embodiment in which the light emitting diode is provided with the quantum wave interference layer, the semiconductor laser may be provided with the quantum wave interference layer. In the above embodiment, the quantum wave interference layer is
Was constructed in multiple layers with the Ga 0. 51 In 0.49 P and Al 0.51 In 0.49 P, the composition in the quaternary Al x Ga y In 1-xy P (0 ≦ x, any value y ≦ 1) They may be formed with different ratios. Further, the quantum wave interference layer can be formed of a multiple junction of another group III-V compound semiconductor, a group II-VI compound semiconductor, Si / Ge, or another heterogeneous semiconductor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の概念を説明するための説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the concept of the present invention.

【図2】第2層におけるキャリアの運動エネルギーの第
1層における運動エネルギーに対する比xに対する反射
率Rの関係を示した特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the reflectance R and the ratio x of the kinetic energy of carriers in the second layer to the kinetic energy in the first layer.

【図3】本発明の概念を説明するための説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the concept of the present invention.

【図4】本発明の具体的な一実施例に係る発光素子の構
造を示した断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light emitting device according to a specific example of the present invention.

【図5】その実施例に係る発光素子のエネルギーダイヤ
グラム。
FIG. 5 is an energy diagram of a light emitting device according to the example.

【図6】他の実施例に係る発光素子の構造を示した断面
図。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light emitting device according to another embodiment.

【図7】その実施例に係る発光素子のエネルギーダイヤ
グラム。
FIG. 7 is an energy diagram of a light emitting device according to the example.

【図8】第1層の厚さに対する光出力の関係を示した測
定図。
FIG. 8 is a measurement diagram showing a relationship between a light output and a thickness of a first layer.

【図9】第2層の厚さに対する光出力の関係を示した測
定図。
FIG. 9 is a measurement diagram showing a relationship between a light output and a thickness of a second layer.

【図10】δ層の厚さに対する光出力の関係を示した測
定図。
FIG. 10 is a measurement diagram showing a relationship between a light output and a thickness of a δ layer.

【図11】その他の実施例に係るMOSFETのエネル
ギーダイヤグラム。
FIG. 11 is an energy diagram of a MOSFET according to another embodiment.

【図12】その他の実施例に係る光電気変換半導体素子
のエネルギーダイヤグラム。
FIG. 12 is an energy diagram of a photoelectric conversion semiconductor device according to another example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基板 12…バッファ層 14…n形コンタクト層 16…n形クラッド層 18…発光層 20…電子反射層 22…p形クラッド層 24…第2p形コンタクト層 26…第1p形コンタクト層 28,30…電極 32…正孔反射層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 12 ... Buffer layer 14 ... N-type contact layer 16 ... N-type cladding layer 18 ... Light emitting layer 20 ... Electron reflection layer 22 ... P-type cladding layer 24 ... 2nd p-type contact layer 26 ... 1st p-type contact layer 28, 30 ... electrode 32 ... hole reflection layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 5/20 H01L 31/04 K ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01S 5/20 H01L 31/04 K

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1層と第1層よりもバンド幅の広い第
2層とを多重周期で積層した量子波干渉層を有する半導
体素子の、前記第1層と前記第2層の厚さの設計方法に
おいて、 前記量子波干渉層を有する発光素子を作製して発光強度
を測定する際、 前記発光素子の前記量子波干渉層の前記第2層の厚さを
固定して前記第1層の厚さを変化させた前記発光素子を
それぞれ作製し、発光強度の極大値付近を示す前記第1
層の厚さの範囲を求める作業と、 前記発光素子の前記量子波干渉層の前記第1層の厚さを
固定して前記第2層の厚さを変化させた前記発光素子を
それぞれ作製し、発光強度の極大値付近を示す前記第2
層の厚さの範囲を求める作業とにより、 前記量子波干渉層を有する発光素子の発光強度が極大値
付近となるよう、前記第1層と前記第2層の厚さを決定
することを特徴とする半導体素子を構成する量子波干渉
層の設計方法。
1. The thickness of the first layer and the second layer of a semiconductor device having a quantum wave interference layer in which a first layer and a second layer having a wider bandwidth than the first layer are stacked at multiple periods. In the designing method, when producing a light emitting device having the quantum wave interference layer and measuring light emission intensity, fixing the thickness of the second layer of the quantum wave interference layer of the light emitting device to the first layer The light-emitting elements having different thicknesses are respectively manufactured, and the first light-emitting element which shows the vicinity of the maximum value of the light emission intensity is produced.
Work for obtaining the range of the thickness of the layer, and manufacturing the light emitting device in which the thickness of the first layer of the quantum wave interference layer of the light emitting device is fixed and the thickness of the second layer is changed. The second indicating the vicinity of the maximum value of the emission intensity.
Determining the thickness range of the layer by determining the thickness of the first layer and the second layer such that the light emission intensity of the light emitting element having the quantum interference layer is near the maximum value. A method for designing a quantum wave interference layer constituting a semiconductor device.
【請求項2】 前記第1層と前記第2層の厚さが、いず
れも20nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の
半導体素子を構成する量子波干渉層の設計方法。
2. The method according to claim 1, wherein each of the first layer and the second layer has a thickness of 20 nm or less.
【請求項3】 第1層と第1層よりもバンド幅の広い第
2層とを多重周期で積層し、前記第1層と前記第2層と
の間にそれらの厚さに比べて充分に薄く、エネルギーバ
ンドを急変させるδ層を有する量子波干渉層を有する半
導体素子の、前記第1層と前記第2層と前記δ層の厚さ
の設計方法において、 前記量子波干渉層を有する発光素子を作製して発光強度
を測定する際、 前記発光素子の前記量子波干渉層の前記第2層と前記δ
層の厚さを固定して前記第1層の厚さを変化させた前記
発光素子をそれぞれ作製し、発光強度の極大値付近を示
す前記第1層の厚さの範囲を求める作業と、 前記発光素子の前記量子波干渉層の前記第1層と前記δ
層の厚さを固定して前記第2層の厚さを変化させた前記
発光素子をそれぞれ作製し、発光強度の極大値付近を示
す前記第2層の厚さの範囲を求める作業と、 前記発光素子の前記量子波干渉層の前記第1層と前記第
2層の厚さを固定して前記δ層の厚さを変化させた前記
発光素子をそれぞれ作製し、発光強度の極大値付近を示
す前記δ層の厚さの範囲を求める作業とにより、 前記量子波干渉層を有する発光素子の発光強度が極大値
付近となるよう、前記第1層と前記第2層と前記δ層の
厚さを決定することを特徴とする半導体素子を構成する
量子波干渉層の設計方法。
3. A lamination of a first layer and a second layer having a wider bandwidth than the first layer in a multiple cycle, and a sufficient distance between the first layer and the second layer compared to their thickness. A method for designing the thickness of the first layer, the second layer, and the δ layer of a semiconductor device having a quantum wave interference layer having a δ layer that rapidly changes an energy band, wherein the quantum wave interference layer is provided. When a light emitting device is manufactured and the light emission intensity is measured, the second layer of the quantum wave interference layer and the δ
Producing each of the light-emitting elements in which the thickness of the first layer is changed while fixing the thickness of the layer, and obtaining a range of the thickness of the first layer which indicates the vicinity of the maximum value of the emission intensity; The first layer of the quantum wave interference layer of the light emitting device and the δ
Producing each of the light-emitting elements in which the thickness of the second layer is changed while fixing the thickness of the layer, and obtaining a range of the thickness of the second layer that indicates a vicinity of a local maximum of the emission intensity; The light emitting devices in which the thickness of the δ layer is changed by fixing the thicknesses of the first layer and the second layer of the quantum wave interference layer of the light emitting device are respectively manufactured. The thickness of the first layer, the second layer, and the δ layer is determined such that the light emission intensity of the light emitting device having the quantum wave interference layer is close to a maximum value by the operation of obtaining the range of the thickness of the δ layer shown in FIG. A method for designing a quantum wave interference layer constituting a semiconductor device, characterized by determining the thickness.
【請求項4】 前記第1層と前記第2層の厚さがいずれ
も20nm以下であり、前記δ層の厚さが5nm以下であるこ
とを特徴とする請求項3に記載の半導体素子を構成する
量子波干渉層の設計方法。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the thickness of each of the first layer and the second layer is 20 nm or less, and the thickness of the δ layer is 5 nm or less. How to design the quantum wave interference layer to be composed.
【請求項5】 前記発光強度を測定する前記発光素子の
前記量子波干渉層が、キャリアの発光層からの透過を防
ぐ反射層として発光層に接するクラッド層であることを
特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載
の半導体素子を構成する量子波干渉層の設計方法。
5. The quantum wave interference layer of the light emitting device for measuring the light emission intensity, wherein the quantum wave interference layer is a cladding layer in contact with the light emitting layer as a reflection layer for preventing transmission of carriers from the light emitting layer. A method for designing a quantum wave interference layer constituting the semiconductor device according to claim 4.
【請求項6】 前記発光素子が発光ダイオードであり、
前記発光強度を測定する前記発光素子の前記量子波干渉
層がクラッド層であることを特徴とする請求項5に記載
の半導体素子を構成する量子波干渉層の設計方法。
6. The light emitting element is a light emitting diode,
6. The method according to claim 5, wherein the quantum wave interference layer of the light emitting device for measuring the light emission intensity is a cladding layer.
【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に
記載の設計方法によって設計された量子波干渉層を有す
ることを特徴とする半導体素子。
7. A semiconductor device comprising a quantum wave interference layer designed by the design method according to claim 1. Description:
【請求項8】 キャリアの反射層として機能する量子波
干渉層を有することを特徴とする請求項7に記載の半導
体素子。
8. The semiconductor device according to claim 7, further comprising a quantum wave interference layer functioning as a carrier reflection layer.
【請求項9】 クラッド層としての量子波干渉層を有す
ることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の半導
体発光素子。
9. The semiconductor light emitting device according to claim 7, comprising a quantum wave interference layer as a cladding layer.
【請求項10】 活性層をn伝導形層とp伝導形層で挟
んだ構造の発光素子において、 前記n伝導形層及び前記p伝導形層の少なくとも一方の
層において、 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の設計方法
によって設計された量子波干渉層を形成したことを特徴
とする発光素子。
10. A light emitting device having a structure in which an active layer is sandwiched between an n-conductivity type layer and a p-conductivity type layer, wherein at least one of the n-conductivity type layer and the p-conductivity type layer. 7. A light emitting device, wherein a quantum wave interference layer designed by the design method according to any one of 6 is formed.
【請求項11】 前記活性層と前記n伝導形層又は前記
p伝導形層はヘテロ接合され、前記n伝導形層をn形ク
ラッド層とし、前記p伝導形層をp形クラッド層とし、
前記量子波干渉層によりキャリアを反射させて前記活性
層に閉じ込めることを特徴とする請求項10に記載の発
光素子。
11. The active layer and the n-type or p-type layer are heterojunction, the n-type layer is an n-type cladding layer, the p-type layer is a p-type cladding layer,
The light emitting device according to claim 10, wherein carriers are reflected by the quantum wave interference layer and confined in the active layer.
【請求項12】 電界効果トランジスタにおいて、チャ
ネルに隣接して請求項1乃至請求項6のいずれか1項に
記載の設計方法によって設計された量子波干渉層を形成
したことを特徴とする電界効果トランジスタ。
12. A field effect transistor, wherein a quantum wave interference layer designed by the design method according to claim 1 is formed adjacent to a channel. Transistor.
【請求項13】 pn接合を有した光電気変換素子にお
いて、p層又はn層に少数キャリアを反射させるための
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の設計方法
によって設計された量子波干渉層を形成したことを特徴
とする光電気変換素子。
13. A photoelectric conversion element having a pn junction, which is designed by the design method according to claim 1 for reflecting minority carriers to a p-layer or an n-layer. An opto-electrical conversion element comprising a quantum wave interference layer.
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