JP2000174328A - 垂直微小共振器型発光ダイオード - Google Patents
垂直微小共振器型発光ダイオードInfo
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- JP2000174328A JP2000174328A JP34396898A JP34396898A JP2000174328A JP 2000174328 A JP2000174328 A JP 2000174328A JP 34396898 A JP34396898 A JP 34396898A JP 34396898 A JP34396898 A JP 34396898A JP 2000174328 A JP2000174328 A JP 2000174328A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光効率の高い垂直微小共振器型発光ダイオ
ードを提供する。 【解決手段】 １対の多層反射層３，１０によって共振
器長が発光波長が１／２波長の垂直微小共振器を形成
し、その中央に量子井戸層７設けることにより、光波の
定在波の腹の位置に量子井戸層７が存在するようにな
し、共振器ＱＥＤ効果によって自然放出が増強される構
造とする。各々の量子井戸層７ａ，７ｂの両側に厚みの
相異なるトンネルバリア層６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂを配
し、各々の量子井戸層７ａ，７ｂのへの電子・正孔の供
給量を制御できる構成とする。この構成により、２つの
量子井戸層７ａ，７ｂの発光再結合をほぼ同一に制御す
ることができるようになり、一方の量子井戸で起きてい
たキャリアの数が多過ぎることによるキャリア準位の幅
広化を防ぐことができる。
ードを提供する。 【解決手段】 １対の多層反射層３，１０によって共振
器長が発光波長が１／２波長の垂直微小共振器を形成
し、その中央に量子井戸層７設けることにより、光波の
定在波の腹の位置に量子井戸層７が存在するようにな
し、共振器ＱＥＤ効果によって自然放出が増強される構
造とする。各々の量子井戸層７ａ，７ｂの両側に厚みの
相異なるトンネルバリア層６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂを配
し、各々の量子井戸層７ａ，７ｂのへの電子・正孔の供
給量を制御できる構成とする。この構成により、２つの
量子井戸層７ａ，７ｂの発光再結合をほぼ同一に制御す
ることができるようになり、一方の量子井戸で起きてい
たキャリアの数が多過ぎることによるキャリア準位の幅
広化を防ぐことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光層を中央に挟
んでその両側に１対の多層反射層を設けた構造の垂直微
小共振器型発光ダイオードに関する。
んでその両側に１対の多層反射層を設けた構造の垂直微
小共振器型発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】垂直微小共振器型発光ダイオードは、１
次元アレーあるいは２次元アレーとして高密度に集積可
能なため、プリンタヘッド等に適したものとして知られ
ており、典型的には、１対の多層反射層によって、発光
波長の半波長の共振器長を有する垂直微小共振器を形成
し、１または複数の量子井戸層を含む発光層を、その共
振器のほぼ中央部に位置させた構造からなり、共振器Ｑ
ＥＤ（cavity quantum elctrodynamics）効果により、
量子井戸層内の電子の正孔との再結合による自然放出が
共振モードのみ増強されるようにしたものであり、本質
的に高い指向性でかつ高い外部量子効率が期待できるも
のである（例えば特開平９ー２６０７８３号公報参
照）。
次元アレーあるいは２次元アレーとして高密度に集積可
能なため、プリンタヘッド等に適したものとして知られ
ており、典型的には、１対の多層反射層によって、発光
波長の半波長の共振器長を有する垂直微小共振器を形成
し、１または複数の量子井戸層を含む発光層を、その共
振器のほぼ中央部に位置させた構造からなり、共振器Ｑ
ＥＤ（cavity quantum elctrodynamics）効果により、
量子井戸層内の電子の正孔との再結合による自然放出が
共振モードのみ増強されるようにしたものであり、本質
的に高い指向性でかつ高い外部量子効率が期待できるも
のである（例えば特開平９ー２６０７８３号公報参
照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、垂直微
小共振器型発光ダイオードにおいても、電子の正孔との
再結合の度合いは、量子井戸内の電子と正孔の存在確率
に依存したものであるので、量子井戸層が２層以上にな
った場合、各量子井戸層の発光再結合の度合いが異な
り、この度合いが大きい量子井戸では、キャリアの数が
多過ぎることによるキャリア準位の幅広化が起き、その
結果、スペクトルの幅広化を引き起こし、共振器ＱＥＤ
効果による自然放出増強の効果を低減してしまい、発光
効率を小さくしてしまうという問題点があった。また、
量子井戸層が２層以上になった場合、ｎ電極側に位置す
る量子井戸ほど、電子が多く正孔が少ないのに対し、ｐ
電極側に位置する量子井戸ほど、正孔が多く電子が少な
いという状況が起き、この結果、過剰なキャリアは、再
結合に寄与することなく、量子井戸から滲み出し、発光
に寄与しない電流成分になってしまい、発光効率を小さ
くしてしまうという問題点があった。
小共振器型発光ダイオードにおいても、電子の正孔との
再結合の度合いは、量子井戸内の電子と正孔の存在確率
に依存したものであるので、量子井戸層が２層以上にな
った場合、各量子井戸層の発光再結合の度合いが異な
り、この度合いが大きい量子井戸では、キャリアの数が
多過ぎることによるキャリア準位の幅広化が起き、その
結果、スペクトルの幅広化を引き起こし、共振器ＱＥＤ
効果による自然放出増強の効果を低減してしまい、発光
効率を小さくしてしまうという問題点があった。また、
量子井戸層が２層以上になった場合、ｎ電極側に位置す
る量子井戸ほど、電子が多く正孔が少ないのに対し、ｐ
電極側に位置する量子井戸ほど、正孔が多く電子が少な
いという状況が起き、この結果、過剰なキャリアは、再
結合に寄与することなく、量子井戸から滲み出し、発光
に寄与しない電流成分になってしまい、発光効率を小さ
くしてしまうという問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも２
層の量子井戸層を有する発光層と、この発光層を挟んで
両側に設けられた１対の多層反射層とを有する垂直微小
共振器型発光ダイオードに関するものである。本発明の
１つの態様においては、量子井戸層の各々の両側に接し
て形成された各１対のトンネルバリア層トンネルバリア
層とを備え、各対のトンネルバリア層のいずれの厚さ
も、他の対のトンネルバリア層のいずれの厚さとも相異
しているものである。この構成によれば、一方の量子井
戸層の発光再結合の度合いを、他方の量子井戸層の発光
再結合の度合いに近づけることができ、一方の量子井戸
で起きていたキャリアの数が多過ぎることによるキャリ
ア準位の幅広化を防ぐことができる。その結果、スペク
トル純度を上げることができ、共振器ＱＥＤ効果による
自然放出増強がより顕著になり、より発光効率の高い垂
直微小共振器型発光ダイオードを得ることができる。本
発明の他の態様においては、電子の注入側にある１つの
量子井戸層の両側に接して形成され且つ正孔の注入側に
比べて電子の注入側の厚さが厚い１対の第１トンネルバ
リア層と、正孔の注入側にある１つの量子井戸層の両側
に接して形成され且つ電子の注入側に比べて正孔の注入
側の厚さが厚い１対の第２トンネルバリア層とを備えて
いる。この構成によれば、各々の量子井戸層内における
電子の数を正孔の数に近づけることができ、過剰なキャ
リアによる発光再結合に寄与しない電流成分を低減でき
るようになり、発光効率の高い垂直微小共振器型発光ダ
イオードを得ることができる。
層の量子井戸層を有する発光層と、この発光層を挟んで
両側に設けられた１対の多層反射層とを有する垂直微小
共振器型発光ダイオードに関するものである。本発明の
１つの態様においては、量子井戸層の各々の両側に接し
て形成された各１対のトンネルバリア層トンネルバリア
層とを備え、各対のトンネルバリア層のいずれの厚さ
も、他の対のトンネルバリア層のいずれの厚さとも相異
しているものである。この構成によれば、一方の量子井
戸層の発光再結合の度合いを、他方の量子井戸層の発光
再結合の度合いに近づけることができ、一方の量子井戸
で起きていたキャリアの数が多過ぎることによるキャリ
ア準位の幅広化を防ぐことができる。その結果、スペク
トル純度を上げることができ、共振器ＱＥＤ効果による
自然放出増強がより顕著になり、より発光効率の高い垂
直微小共振器型発光ダイオードを得ることができる。本
発明の他の態様においては、電子の注入側にある１つの
量子井戸層の両側に接して形成され且つ正孔の注入側に
比べて電子の注入側の厚さが厚い１対の第１トンネルバ
リア層と、正孔の注入側にある１つの量子井戸層の両側
に接して形成され且つ電子の注入側に比べて正孔の注入
側の厚さが厚い１対の第２トンネルバリア層とを備えて
いる。この構成によれば、各々の量子井戸層内における
電子の数を正孔の数に近づけることができ、過剰なキャ
リアによる発光再結合に寄与しない電流成分を低減でき
るようになり、発光効率の高い垂直微小共振器型発光ダ
イオードを得ることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の垂直微小共振器型
発光ダイオード（以下ＬＥＤという）の実施の形態を図
面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態を示すＬ
ＥＤヘッドの要部断面図、図２は要部平面図である。図
１を参照するに、この実施形態におけるＬＥＤは、ｎ-
ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemi
cal Vapor Deposition：有機金属化学気相成長)法等の
エピタキシャル成長技術によって、順次、ｎ-ＧａＡｓ
バッファ層２、基板側多層反射層３、基板側クラッド層
４、バンドギャップ整合層５ａ、トンネルバリア層６
ａ、量子井戸層７ａ、トンネルバリア層６ｂ、バンドギ
ャップ整合層５ｂ、トンネルバリア層８ａ、量子井戸層
７ｂ、トンネルバリア層８ｂ、バンドギャップ整合層５
ｃ、出射側クラッド層９、出射側多層反射層１０、オー
ミックキャップ層１１、オーミック層１２、が形成され
た構成となっている。
発光ダイオード（以下ＬＥＤという）の実施の形態を図
面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態を示すＬ
ＥＤヘッドの要部断面図、図２は要部平面図である。図
１を参照するに、この実施形態におけるＬＥＤは、ｎ-
ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemi
cal Vapor Deposition：有機金属化学気相成長)法等の
エピタキシャル成長技術によって、順次、ｎ-ＧａＡｓ
バッファ層２、基板側多層反射層３、基板側クラッド層
４、バンドギャップ整合層５ａ、トンネルバリア層６
ａ、量子井戸層７ａ、トンネルバリア層６ｂ、バンドギ
ャップ整合層５ｂ、トンネルバリア層８ａ、量子井戸層
７ｂ、トンネルバリア層８ｂ、バンドギャップ整合層５
ｃ、出射側クラッド層９、出射側多層反射層１０、オー
ミックキャップ層１１、オーミック層１２、が形成され
た構成となっている。
【０００６】基板側多層反射層３は、ｎ-ＡｌＡｓ層３
ａ、ｎ-Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層３ｂのペアの複数個から
なり、各々の層の厚みは、各々の層内での発光波長が１
／４波長程度になるように定められる。同様に、出射側
多層反射層１０も、ｐ-ＡｌＡｓ層１０ａ、ｐ-Ａｌ0.2
Ｇａ0.8Ａｓ層１０ｂのペアの複数個からなり、各々の
層の厚みも、各々の層内での発光波長が１／４波長程度
になるように定められる。但し、出射側多層反射層１０
のペア数の方が少なくなければならない。ペア数は設計
事項であるが、前者は反射率でほぼ１００％、後者は、
６０〜９８％程度の範囲内で、自然放出増強が最大とな
る条件から選ぶ。
ａ、ｎ-Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層３ｂのペアの複数個から
なり、各々の層の厚みは、各々の層内での発光波長が１
／４波長程度になるように定められる。同様に、出射側
多層反射層１０も、ｐ-ＡｌＡｓ層１０ａ、ｐ-Ａｌ0.2
Ｇａ0.8Ａｓ層１０ｂのペアの複数個からなり、各々の
層の厚みも、各々の層内での発光波長が１／４波長程度
になるように定められる。但し、出射側多層反射層１０
のペア数の方が少なくなければならない。ペア数は設計
事項であるが、前者は反射率でほぼ１００％、後者は、
６０〜９８％程度の範囲内で、自然放出増強が最大とな
る条件から選ぶ。
【０００７】これら多層反射層３，１０間にあるのが、
基板側クラッド層４、３層のバンドギャップ整合層５
ａ，５ｂ，５ｃ、２層のトンネルバリア層６ａ，６ｂ、
２層の量子井戸層７ａ，７ｂ、２層のトンネルバリア層
８ａ，８ｂ、出射側クラッド層９であり、これらの層内
での発光波長が１／２波長程度になるように、クラッド
層４，９の厚さで調整している。基板側クラッド層４、
出射側クラッド層９、トンネルバリア層６ａ，６ｂ、ト
ンネルバリア層８ａ，８ｂの組成は、すべて、ｉーＡｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓである。バンドギャップ整合層５ａ，５
ｂ，５ｃの組成は、ｉーＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓである。量
子井戸層７ａ，７ｂの組成は、ｉーＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａ
ｓである。量子井戸層７ａ，７ｂの厚みは各々１０nm程
度である。トンネルバリア層６ａ，６ｂの厚みは、各々
４nm程度、トンネルバリア層８ａ，８ｂの厚みは、各々
６nm程度である。発光ピーク波長は２つの量子井戸層７
ａ，７ｂともに７６０nmである。また、バンドギャップ
整合層５ａ，５ｂ，５ｃの厚みは、この層内で、キャリ
アが定在波を形成しないように３０nm程度としている。
基板側クラッド層４、３層のバンドギャップ整合層５
ａ，５ｂ，５ｃ、２層のトンネルバリア層６ａ，６ｂ、
２層の量子井戸層７ａ，７ｂ、２層のトンネルバリア層
８ａ，８ｂ、出射側クラッド層９であり、これらの層内
での発光波長が１／２波長程度になるように、クラッド
層４，９の厚さで調整している。基板側クラッド層４、
出射側クラッド層９、トンネルバリア層６ａ，６ｂ、ト
ンネルバリア層８ａ，８ｂの組成は、すべて、ｉーＡｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓである。バンドギャップ整合層５ａ，５
ｂ，５ｃの組成は、ｉーＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓである。量
子井戸層７ａ，７ｂの組成は、ｉーＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａ
ｓである。量子井戸層７ａ，７ｂの厚みは各々１０nm程
度である。トンネルバリア層６ａ，６ｂの厚みは、各々
４nm程度、トンネルバリア層８ａ，８ｂの厚みは、各々
６nm程度である。発光ピーク波長は２つの量子井戸層７
ａ，７ｂともに７６０nmである。また、バンドギャップ
整合層５ａ，５ｂ，５ｃの厚みは、この層内で、キャリ
アが定在波を形成しないように３０nm程度としている。
【０００８】また、出射側多層反射層１０上のオーミッ
クキャップ層１１及びオーミック層１２まで結晶成長し
た後、必要な部分のみ残してメサエッチング等で概ね基
板側多層反射層３の部分まで除去し、その後、ＳｉＮx
膜１３を形成し、そして、ｐ電極１４がオーミック層１
２と電気的接触をするように形成している。一方、ｎ-
ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ電極１５を形成してい
る。ｐ電極１４はＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ、ｎ電極１５はＡｕＧ
ｅＮｉ/Ａｕを用いた。次に、図２を参照するに、ＬＥ
Ｄヘッドは、図１に示したＬＥＤ部１７を、ｎ-ＧａＡ
ｓ基板１上において一直線上に配列し、ＬＥＤ部１７の
ｐ電極１４をＳｉＮx膜開口枠部１８を越えてパッド電
極１９まで引き回すことによって、構成される。
クキャップ層１１及びオーミック層１２まで結晶成長し
た後、必要な部分のみ残してメサエッチング等で概ね基
板側多層反射層３の部分まで除去し、その後、ＳｉＮx
膜１３を形成し、そして、ｐ電極１４がオーミック層１
２と電気的接触をするように形成している。一方、ｎ-
ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ電極１５を形成してい
る。ｐ電極１４はＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ、ｎ電極１５はＡｕＧ
ｅＮｉ/Ａｕを用いた。次に、図２を参照するに、ＬＥ
Ｄヘッドは、図１に示したＬＥＤ部１７を、ｎ-ＧａＡ
ｓ基板１上において一直線上に配列し、ＬＥＤ部１７の
ｐ電極１４をＳｉＮx膜開口枠部１８を越えてパッド電
極１９まで引き回すことによって、構成される。
【０００９】次に、第１実施形態におけるＬＥＤの動作
について説明する。図１において、ｐ電極１４からｎ電
極１５にかけて所定の電流を流すと、量子井戸層７ａ，
７ｂで電子と正孔の再結合による発光が起きる。また、
多層反射層３，１０による共振器構造によって、図１の
イに示すように光波の定在波が立ち、この定在波によっ
て、さらに電子と正孔は発光再結合し、共振器ＱＥＤ効
果によって自然放出が増強され、図２において、ＳｉＮ
x膜開口枠部１８内のｐ電極１４エッジ付近で発光す
る。今、図１において、トンネルバリア層６ａ，６ｂお
よびトンネルバリア層８ａ，８ｂがない場合は、各々の
量子井戸層７ａ，７ｂの発光再結合の度合いが異なり、
ｎ電極１５側の量子井戸層７ａの方が、ｐ電極１４側の
量子井戸層７ｂよりも、発光再結合の度合いが小さくな
る。すると、発光再結合の多い方が、キャリアの数が多
過ぎる、いわゆるバンドフィリング効果によるキャリア
準位の幅広化が起き、その結果、スペクトルの幅広化を
引き起こし、共振器ＱＥＤ効果による自然放出増強の効
果を低減し、発光効率を小さくしてしまう。
について説明する。図１において、ｐ電極１４からｎ電
極１５にかけて所定の電流を流すと、量子井戸層７ａ，
７ｂで電子と正孔の再結合による発光が起きる。また、
多層反射層３，１０による共振器構造によって、図１の
イに示すように光波の定在波が立ち、この定在波によっ
て、さらに電子と正孔は発光再結合し、共振器ＱＥＤ効
果によって自然放出が増強され、図２において、ＳｉＮ
x膜開口枠部１８内のｐ電極１４エッジ付近で発光す
る。今、図１において、トンネルバリア層６ａ，６ｂお
よびトンネルバリア層８ａ，８ｂがない場合は、各々の
量子井戸層７ａ，７ｂの発光再結合の度合いが異なり、
ｎ電極１５側の量子井戸層７ａの方が、ｐ電極１４側の
量子井戸層７ｂよりも、発光再結合の度合いが小さくな
る。すると、発光再結合の多い方が、キャリアの数が多
過ぎる、いわゆるバンドフィリング効果によるキャリア
準位の幅広化が起き、その結果、スペクトルの幅広化を
引き起こし、共振器ＱＥＤ効果による自然放出増強の効
果を低減し、発光効率を小さくしてしまう。
【００１０】他方、第１実施形態におけるＬＥＤでは、
図３にバンドギャップ構造を示すように、ｐ電極側の量
子井戸層７ｂのトンネルバリア層８ａ，８ｂの厚みを、
量子井戸層７ａのトンネルバリア層６ａ，６ｂに比べて
厚くしてあり、この厚み差によって、ｎ電極１５側の量
子井戸層７ａの方が、電子・正孔ともに多く供給され、
発光再結合の度合いが増加する。すなわち、これらトン
ネルバリア層６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ内におけるトンネ
ル電流を、トンネルバリア層の厚みによって制御してい
る。一般的に、電子と正孔のトンネルしやすさは異なる
が、トンネルバリア層が厚くなるにつれてトンネルしに
くくなる点では同じであり、トンネル電流制御によっ
て、ｐ電極１４側の量子井戸層７ｂとほぼ同等になるよ
うに増やすことができる。
図３にバンドギャップ構造を示すように、ｐ電極側の量
子井戸層７ｂのトンネルバリア層８ａ，８ｂの厚みを、
量子井戸層７ａのトンネルバリア層６ａ，６ｂに比べて
厚くしてあり、この厚み差によって、ｎ電極１５側の量
子井戸層７ａの方が、電子・正孔ともに多く供給され、
発光再結合の度合いが増加する。すなわち、これらトン
ネルバリア層６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ内におけるトンネ
ル電流を、トンネルバリア層の厚みによって制御してい
る。一般的に、電子と正孔のトンネルしやすさは異なる
が、トンネルバリア層が厚くなるにつれてトンネルしに
くくなる点では同じであり、トンネル電流制御によっ
て、ｐ電極１４側の量子井戸層７ｂとほぼ同等になるよ
うに増やすことができる。
【００１１】このように、第１実施形態におけるＬＥＤ
では、各々の量子井戸層の両側に厚みの異なるトンネル
バリア層を設けているため、２つの量子井戸層の発光再
結合をほぼ同一に制御することができるようになり、一
方の量子井戸層で起きていたキャリアの数が多過ぎるこ
とによるキャリア準位の幅広化を防ぐことができる。そ
の結果、スペクトル純度を上げることができ、共振器Ｑ
ＥＤ効果による自然放出増強がより顕著になり、より発
光効率の高いＬＥＤが得られる。なお、図１におけるバ
ンドギャップ整合層５ａ，５ｃは、トンネルバリア層６
ａ，６ｂ，８ａ，８ｂのバンドギャップを、クラッド層
４，９よりも大きくしなくても済むように形成したもの
であり、トンネルバリア層６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂのバ
ンドギャップをクラッド４，９層よりも大きくできる場
合は、バンドギャップ整合層は必ずしも必要ない。な
お、デバイスによっては、ｐ電極１４側の量子井戸層７
ｂの方が、ｎ電極１４側の量子井戸層７ａよりも、発光
再結合の度合いが小さい場合もある。その場合は、ｎ電
極側のトンネルバリア層６ａ，６ｂの厚みの方を厚くし
てやればよい。
では、各々の量子井戸層の両側に厚みの異なるトンネル
バリア層を設けているため、２つの量子井戸層の発光再
結合をほぼ同一に制御することができるようになり、一
方の量子井戸層で起きていたキャリアの数が多過ぎるこ
とによるキャリア準位の幅広化を防ぐことができる。そ
の結果、スペクトル純度を上げることができ、共振器Ｑ
ＥＤ効果による自然放出増強がより顕著になり、より発
光効率の高いＬＥＤが得られる。なお、図１におけるバ
ンドギャップ整合層５ａ，５ｃは、トンネルバリア層６
ａ，６ｂ，８ａ，８ｂのバンドギャップを、クラッド層
４，９よりも大きくしなくても済むように形成したもの
であり、トンネルバリア層６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂのバ
ンドギャップをクラッド４，９層よりも大きくできる場
合は、バンドギャップ整合層は必ずしも必要ない。な
お、デバイスによっては、ｐ電極１４側の量子井戸層７
ｂの方が、ｎ電極１４側の量子井戸層７ａよりも、発光
再結合の度合いが小さい場合もある。その場合は、ｎ電
極側のトンネルバリア層６ａ，６ｂの厚みの方を厚くし
てやればよい。
【００１２】次に、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態のＬＥＤヘッドにおけるＬＥＤは、図４に
示すように、第１実施形態と同様に、ｎ-ＧａＡｓ基板
１、ｎ-ＧａＡｓバッファ層２、基板側多層反射層３、
基板側クラッド層４、バンドギャップ整合層５ａ、量子
井戸層７ａ、バンドギャップ整合層５ｂ、量子井戸層７
ｂ、バンドギャップ整合層５ｃ、出射側クラッド層９、
出射側多層反射層１０、オーミックキャップ層１１、オ
ーミック層１２、ＳｉＮx膜１３、ｐ電極１４、および
ｎ電極１５を有し、トンネルバリア層６ａ，６ｂ，８
ａ，８ｂに代えて、トンネルバリア層２１ａ．２１ｂ．
２２ａ．２２ｂを設けた構造である点において、第１実
施形態と相違する。
第２実施形態のＬＥＤヘッドにおけるＬＥＤは、図４に
示すように、第１実施形態と同様に、ｎ-ＧａＡｓ基板
１、ｎ-ＧａＡｓバッファ層２、基板側多層反射層３、
基板側クラッド層４、バンドギャップ整合層５ａ、量子
井戸層７ａ、バンドギャップ整合層５ｂ、量子井戸層７
ｂ、バンドギャップ整合層５ｃ、出射側クラッド層９、
出射側多層反射層１０、オーミックキャップ層１１、オ
ーミック層１２、ＳｉＮx膜１３、ｐ電極１４、および
ｎ電極１５を有し、トンネルバリア層６ａ，６ｂ，８
ａ，８ｂに代えて、トンネルバリア層２１ａ．２１ｂ．
２２ａ．２２ｂを設けた構造である点において、第１実
施形態と相違する。
【００１３】図４において、トンネルバリア層２１ａ，
２１ｂおよびトンネルバリア層２２ａ，２２ｂの組成
は、ｉーＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓである。なお、第１実施形
態と同様に、基板側クラッド層４および出射側クラッド
層９の組成は、ｉーＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓであり、バンド
ギャップ整合層５ａ，５ｂ，５ｃの組成は、ｉーＡｌ0.3
Ｇａ0.7Ａｓであり、量子井戸層７ａ．７ｂの組成は、
ｉーＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓである。トンネルバリア層２
１ａおよびトンネルバリア層２２ｂの厚みは各々６nm程
度、トンネルバリア層２１ｂおよびトンネルバリア層２
２ａの厚みは各々４nm程度である。なお、第１実施形態
と同様に、量子井戸層７ａ．７ｂの厚みは各々１０nm程
度であり、発光ピーク波長は２つの量子井戸ともに７６
０nmであり、また、バンドギャップ整合層５ａ，５ｂ，
５ｃの厚みは、各々３０nm程度である。
２１ｂおよびトンネルバリア層２２ａ，２２ｂの組成
は、ｉーＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓである。なお、第１実施形
態と同様に、基板側クラッド層４および出射側クラッド
層９の組成は、ｉーＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓであり、バンド
ギャップ整合層５ａ，５ｂ，５ｃの組成は、ｉーＡｌ0.3
Ｇａ0.7Ａｓであり、量子井戸層７ａ．７ｂの組成は、
ｉーＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓである。トンネルバリア層２
１ａおよびトンネルバリア層２２ｂの厚みは各々６nm程
度、トンネルバリア層２１ｂおよびトンネルバリア層２
２ａの厚みは各々４nm程度である。なお、第１実施形態
と同様に、量子井戸層７ａ．７ｂの厚みは各々１０nm程
度であり、発光ピーク波長は２つの量子井戸ともに７６
０nmであり、また、バンドギャップ整合層５ａ，５ｂ，
５ｃの厚みは、各々３０nm程度である。
【００１４】次に、第２実施形態におけるＬＥＤの動作
について説明する。図４において、今、トンネルバリア
層２１ａ，２２ｂおよびトンネルバリア層２２ａ，２２
ｂがない場合は、ｎ電極側に位置する量子井戸層ほど、
電子が多く正孔が少ないのに対し、ｐ電極側に位置する
量子井戸層ほど、正孔が多く電子が少ないという状況が
起きる。この結果、過剰なキャリアは、再結合に寄与す
ることなく、量子井戸から滲み出し、発光に寄与しない
電流成分になってしまうことになる。
について説明する。図４において、今、トンネルバリア
層２１ａ，２２ｂおよびトンネルバリア層２２ａ，２２
ｂがない場合は、ｎ電極側に位置する量子井戸層ほど、
電子が多く正孔が少ないのに対し、ｐ電極側に位置する
量子井戸層ほど、正孔が多く電子が少ないという状況が
起きる。この結果、過剰なキャリアは、再結合に寄与す
ることなく、量子井戸から滲み出し、発光に寄与しない
電流成分になってしまうことになる。
【００１５】他方、第２実施形態におけるＬＥＤでは、
図５にバンドギャップ構造を示すように、量子井戸層７
ａのｎ電極側に厚みが６nmのトンネルバリア層２１ａを
形成し、ｐ電極側に厚みが４nmのトンネルバリア層２１
ｂを形成しているので、ｎ電極側のこの量子井戸層７ａ
では、電子が滲み出やすく正孔が滲み出にくくなる。一
方、量子井戸層２２ｂのｎ電極側に厚みが４nmのトンネ
ルバリア層８ａを形成し、ｐ電極側に厚みが６nmのトン
ネルバリアｐ側層２２ｂを形成しているので、この量子
井戸層７ｂでは、正孔が滲み出やすく電子が滲み出にく
くなる。このようにトンネルバリア層の厚みの差でキャ
リアの滲み出やすさを異ならせているため、各量子井戸
層７ａ，７ｂ内における両キャリア数がバランスするよ
うになる。
図５にバンドギャップ構造を示すように、量子井戸層７
ａのｎ電極側に厚みが６nmのトンネルバリア層２１ａを
形成し、ｐ電極側に厚みが４nmのトンネルバリア層２１
ｂを形成しているので、ｎ電極側のこの量子井戸層７ａ
では、電子が滲み出やすく正孔が滲み出にくくなる。一
方、量子井戸層２２ｂのｎ電極側に厚みが４nmのトンネ
ルバリア層８ａを形成し、ｐ電極側に厚みが６nmのトン
ネルバリアｐ側層２２ｂを形成しているので、この量子
井戸層７ｂでは、正孔が滲み出やすく電子が滲み出にく
くなる。このようにトンネルバリア層の厚みの差でキャ
リアの滲み出やすさを異ならせているため、各量子井戸
層７ａ，７ｂ内における両キャリア数がバランスするよ
うになる。
【００１６】このように、第２実施形態におけるＬＥＤ
では、ｎ電極側の量子井戸層ではｎ電極側の、ｐ電極側
の量子井戸層ではｐ電極側のトンネルバリア層の厚みを
厚くした構成にしているため、各々の量子井戸層におけ
る電子・正孔数がバランスし、過剰なキャリアによる発
光再結合に寄与しない電流成分を低減できるようにな
り、発光効率の高いＬＥＤが得られる。なお、この実施
形態においては、単純化するために、ｐ電極側の量子井
戸層７ａと、ｎ電極側の量子井戸層７ｂとでは、同一の
トンネルバリア層を用いているが、望ましくは、第１実
施形態を考慮して各々適切な異なる厚みに設定する。す
なわち、定性的には、ｎ電極側からｐ電極側に向かっ
て、３番目、４番目、２番目、１番目の順に厚さの厚い
層トンネルバリア層とすることによって、複数の量子井
戸層間における発光再結合の度合いの差を減少させると
共に、各々の量子井戸層における発光再結合に寄与しな
いキャリアを減少させたＬＥＤを得ることができる。
では、ｎ電極側の量子井戸層ではｎ電極側の、ｐ電極側
の量子井戸層ではｐ電極側のトンネルバリア層の厚みを
厚くした構成にしているため、各々の量子井戸層におけ
る電子・正孔数がバランスし、過剰なキャリアによる発
光再結合に寄与しない電流成分を低減できるようにな
り、発光効率の高いＬＥＤが得られる。なお、この実施
形態においては、単純化するために、ｐ電極側の量子井
戸層７ａと、ｎ電極側の量子井戸層７ｂとでは、同一の
トンネルバリア層を用いているが、望ましくは、第１実
施形態を考慮して各々適切な異なる厚みに設定する。す
なわち、定性的には、ｎ電極側からｐ電極側に向かっ
て、３番目、４番目、２番目、１番目の順に厚さの厚い
層トンネルバリア層とすることによって、複数の量子井
戸層間における発光再結合の度合いの差を減少させると
共に、各々の量子井戸層における発光再結合に寄与しな
いキャリアを減少させたＬＥＤを得ることができる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、２つ
の各量子井戸層の両側にトンネルバリア層を設け、厚み
の設定のよって量子井戸への電子・正孔の供給量を制御
できるようにしているため、一方の量子井戸で起きてい
たキャリアの数が多過ぎることによるキャリア準位の幅
広化を防ぐことができ、あるいは、過剰なキャリアによ
る発光再結合に寄与しない電流成分を低減できるように
なり、より発光効率の高いLEDが得られる。
の各量子井戸層の両側にトンネルバリア層を設け、厚み
の設定のよって量子井戸への電子・正孔の供給量を制御
できるようにしているため、一方の量子井戸で起きてい
たキャリアの数が多過ぎることによるキャリア準位の幅
広化を防ぐことができ、あるいは、過剰なキャリアによ
る発光再結合に寄与しない電流成分を低減できるように
なり、より発光効率の高いLEDが得られる。
【図１】本発明の第１実施形態を示すＬＥＤヘッドの要
部断面図
部断面図
【図２】本発明の第１実施形態を示すＬＥＤヘッドの要
部平面図
部平面図
【図３】本発明の第１実施形態におけるＬＥＤのバンド
ギャップ構造の説明図
ギャップ構造の説明図
【図４】本発明の第２実施形態を示すＬＥＤヘッドの要
部断面図
部断面図
【図５】本発明の第２実施形態におけるＬＥＤのバンド
ギャップ構造の説明図
ギャップ構造の説明図
１ ｎ-ＧａＡｓ基板 ２ ｎ-ＧａＡｓバッファ層 ３ 基板側多層反射層 ４ 基板側クラッド層 ５ａ，５ｂ，５ｃ バンドギャップ整合層 ６ａ，６ｂ トンネルバリア層 ７ａ，７ｂ 量子井戸層 ８ａ，８ｂ トンネルバリア層 ９ 出射側クラッド層 １０ 出射側多層反射層 １１ オーミックキャップ層 １２ オーミック層 １３ ＳｉＮx膜 １４ ｐ電極 １５ ｎ電極１５
フロントページの続き (72)発明者 小泉 真澄 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 中村 幸夫 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA12 CA34 CA35 CA36 CA65 CB15 5F073 AA51 AA74 AB17 CA05 DA05
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも２層の量子井戸層を有する発
光層と、当該発光層を挟んで両側に設けられた１対の多
層反射層とを有する垂直微小共振器型発光ダイオードに
おいて、 前記量子井戸層の各々の両側に接して形成された各１対
のトンネルバリア層トンネルバリア層とを備え、 各対の前記トンネルバリア層のいずれの厚さも、他の対
の前記２トンネルバリア層のいずれの厚さとも相異して
いる、ことを特徴とする垂直微小共振器型発光ダイオー
ド。 - 【請求項２】 少なくとも２層の量子井戸層を有する発
光層と、当該発光層を挟んで両側に設けられた１対の多
層反射層とを有する垂直微小共振器型発光ダイオードに
おいて、 電子の注入側にある１つの前記量子井戸層の両側に接し
て形成され、かつ、正孔の注入側に比べて電子の注入側
の厚さが厚い１対の第１トンネルバリア層と、 正孔の注入側にある１つの前記量子井戸層の両側に接し
て形成され、かつ、電子の注入側に比べて正孔の注入側
の厚さが厚い１対の第２トンネルバリア層とを備えてい
る、ことを特徴とする垂直微小共振器型発光ダイオー
ド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34396898A JP2000174328A (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 垂直微小共振器型発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34396898A JP2000174328A (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 垂直微小共振器型発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000174328A true JP2000174328A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=18365634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34396898A Withdrawn JP2000174328A (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 垂直微小共振器型発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000174328A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007116713A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | 面発光素子 |
| JP2008103498A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 発光素子 |
| EP2006920A1 (en) * | 2006-03-31 | 2008-12-24 | DOWA Electronics Materials Co., Ltd. | Vertical resonator type light emitting diode |
| JP2011029493A (ja) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Canon Inc | 面発光レーザ |
| CN102832305A (zh) * | 2011-06-14 | 2012-12-19 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件 |
| US10109984B2 (en) | 2014-12-26 | 2018-10-23 | Sony Corporation | Optical semiconductor device |
-
1998
- 1998-12-03 JP JP34396898A patent/JP2000174328A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007116713A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | 面発光素子 |
| JP2007273741A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 面発光素子 |
| EP2006920A1 (en) * | 2006-03-31 | 2008-12-24 | DOWA Electronics Materials Co., Ltd. | Vertical resonator type light emitting diode |
| US7989799B2 (en) * | 2006-03-31 | 2011-08-02 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Surface light emitting element |
| EP2006920A4 (en) * | 2006-03-31 | 2012-05-02 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | VERTICAL RESONATOR TYPE ELECTROLUMINESCENT DIODE |
| TWI412154B (zh) * | 2006-03-31 | 2013-10-11 | 同和電子科技有限公司 | Surface light emitting element |
| JP2008103498A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 発光素子 |
| JP2011029493A (ja) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Canon Inc | 面発光レーザ |
| CN102832305A (zh) * | 2011-06-14 | 2012-12-19 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件 |
| US9337383B2 (en) | 2011-06-14 | 2016-05-10 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device |
| US10109984B2 (en) | 2014-12-26 | 2018-10-23 | Sony Corporation | Optical semiconductor device |
| US10700497B2 (en) | 2014-12-26 | 2020-06-30 | Sony Corporation | Optical semiconductor device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060207 |