JP2007035781A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャリアの分布の偏りを低減可能な半導体発光素子を提供する
【解決手段】 本発明の実施の形態の半導体発光素子は、ｎ型クラッド層と、ｐ型クラッド層と、活性層とを備える。活性層は、複数の井戸層と複数のバリア層とを含む多重量子井戸構造の活性層であり、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の間に設けられている。井戸層の伝導帯のポテンシャルエネルギーとバリア層の伝導帯のポテンシャルエネルギーとの差である伝導帯のエネルギー障壁差が、井戸層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとバリア層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとの差である価電子帯のエネルギー障壁差より小さい。第２の半導体発光素子では、複数のバリア層のうちｐ型クラッド層の側のバリア層の厚さが、ｎ型クラッド層の側のバリア層の厚さより薄い。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光ファイバ通信に用いられる半導体発光素子に関するものである。

半導体発光素子には、ｎ型クラッド層（ｎ型半導体層）、ｐ型クラッド層（ｐ型半導体層）と、多重量子井戸構造の活性層とを備えるものがある。活性層は、井戸層とバリア層とが交互に積層された構造を有しており、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の間に設けられている。かかる半導体発光素子では、複数のバリア層それぞれの層厚は均一であり、複数の井戸層それぞれの層厚も均一である（例えば、非特許文献１を参照）。
Matt Grupenand Karl Hess, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.34, no.1, pp.120-140,1998

上述した半導体発光素子では、活性層に注入されたキャリアの分布が不均一になる。その結果、電子のオーバーフローが生じて誘導再結合に寄与しない電子が発生する。また、電子密度が高い井戸層では、利得の飽和減少が生じて誘導再結合が小さくなる。

そこで、本発明は、キャリアの分布の偏りを低減可能な半導体発光素子を提供することを目的としている。

本発明の第１の半導体発光素子は、ｎ型クラッド層と、ｐ型クラッド層と、活性層とを備える。活性層は、複数の井戸層と複数のバリア層とを含む多重量子井戸構造の活性層であり、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の間に設けられている。第１の半導体発光素子では、井戸層の伝導帯のポテンシャルエネルギーとバリア層の伝導帯のポテンシャルエネルギーとの差である伝導帯のエネルギー障壁差が、井戸層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとバリア層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとの差である価電子帯のエネルギー障壁差より大きい。第１の半導体発光素子では、複数のバリア層のうちｎ型クラッド層の側のバリア層の厚さが、ｐ型クラッド層の側のバリア層の厚さより薄い。

本発明の第２の半導体発光素子は、ｎ型クラッド層と、ｐ型クラッド層と、活性層とを備える。活性層は、複数の井戸層と複数のバリア層とを含む多重量子井戸構造の活性層であり、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層の間に設けられている。第２の半導体発光素子では、井戸層の伝導帯のポテンシャルエネルギーとバリア層の伝導帯のポテンシャルエネルギーとの差である伝導帯のエネルギー障壁差が、井戸層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとバリア層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとの差である価電子帯のエネルギー障壁差より小さい。第２の半導体発光素子では、複数のバリア層のうちｐ型クラッド層の側のバリア層の厚さが、ｎ型クラッド層の側のバリア層の厚さより薄い。

バリア層の厚さが均一であり、伝導帯における井戸層のポテンシャルエネルギーとバリア層のポテンシャルエネルギーとの差である伝導帯のエネルギー障壁差ΔＥｃが、価電子帯における井戸層のポテンシャルエネルギーとバリア層のポテンシャルエネルギーとの差である価電子帯のエネルギー障壁差ΔＥｖより大きいと、キャリアが活性層におけるｎ型クラッド層の側の井戸層にトラップされる。一方、バリア層の厚さが均一であり、伝導帯のエネルギー障壁差ΔＥｃが、価電子帯のエネルギー障壁差ΔＥｖより小さいと、キャリアがｐ型半導体層の側の井戸層にトラップされる。

本発明の第１の半導体発光素子では、伝導帯のエネルギー障壁差ΔＥｃが価電子帯のエネルギー障壁差ΔＥｖより大きいが、ｎ型クラッド層の側のバリア層の厚さがｐ型半導体層の側のバリア層の厚さより薄くなっている。バリア層は、キャリアを一時的に蓄えて井戸層に供給する機能を有しており、厚さが厚い程、そのバリア層近傍の井戸層にキャリアを多く分布させることができる。したがって、第１の半導体発光素子によれば、活性層におけるキャリアの分布の偏りが低減される。

また、本発明の第２の半導体発光素子では、伝導帯のエネルギー障壁差ΔＥｃが価電子帯のエネルギー障壁差ΔＥｖより小さいが、ｐ型半導体層の側のバリア層の厚さがｎ型半導体層の側のバリア層の厚さより薄くなっている。したがって、第２の半導体発光素子によれば、活性層におけるキャリアの分布の偏りが低減される。

その結果、第１の半導体発光素子及び第２の半導体発光素子のいずれにおいても、キャリアのオーバーフロー、及び利得の飽和減少が発生し難く、高温での光出力の低下が抑制される。

第１の半導体発光素子では、複数の井戸層のうちｎ型クラッド層の側の井戸層の厚さが、ｐ型クラッド層の側の井戸層の厚さより薄いことが好ましい。また、第２の半導体発光素子では、複数の井戸層のうちｐ型クラッド層の側の井戸層の厚さが、ｎ型クラッド層の側の井戸層の厚さより薄いことが好ましい。

バリア層の厚さが薄くなると、当該バリア層の両側の井戸層の間でトンネル現象が生じる。これによって、当該井戸層の量子準位が低下し、多重量子井戸におけるバンドギャップエネルギが不均一になる。本発明の第１及び第２の半導体発光素子では、厚さが薄いバリア層の周囲の井戸層の厚さを薄くすることによって、当該井戸層の量子準位を高めることができる。したがって、多重量子井戸におけるバンドギャップエネルギを均一にすることができる。

第１の半導体発光素子では、複数の井戸層が、ＡｌＧａＩｎＡｓを含むことができる。この構成では、複数の井戸層のうちｐ型クラッド層の側の井戸層のＡｌ又はＧａの組成が、ｎ型クラッド層の側の井戸層の該組成より小さいことが好適である。

第２の半導体発光素子では、複数の井戸層が、ＧａＩｎＡｓＰを含むことができる。この構成では、複数の井戸層のうちｎ型クラッド層の側の井戸層におけるＧａ又はＰの組成が、ｐ型クラッド層の側の井戸層の該組成より小さいことが好適である。

また、第２の半導体発光素子では、ＡｌＧａＩｎＡｓを含むことができる。この構成では、複数の井戸層のうちｎ型クラッド層の側の井戸層のＡｌ又はＧａの組成が、ｐ型クラッド層の側の井戸層の該組成より小さいことが好適である。

上述したように、バリア層の厚さが薄くなると、当該バリア層の両側の井戸層の間でトンネル現象が生じ、井戸層の量子準位が低くなる。これによって、当該井戸層のバンドギャップエネルギが小さくなる結果、多重量子井戸におけるバンドギャップエネルギが不均一になる。

第１の半導体発光素子、及び第２の半導体発光素子では、その混晶中において格子定数の小さい原子の組成を大きくすることによって、その厚さが薄いバリア層の両側の量子井戸の量子準位を高めることができる。これによって、多重量子井戸におけるバンドギャップエネルギを、均一にすることができる。

本発明によれば、キャリアの分布の偏りを低減可能な半導体発光素子が提供される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の断面図である。図１に示す半導体発光素子１０は、所謂半導体レーザであり、活性層１２、ｎ型クラッド層１４、及びｐ型クラッド層１６を備えている。

活性層１２は、ｎ型クラッド層１４とｐ型クラッド層１６の間に設けられている。ｎ型クラッド層１４及びｐ型クラッド層１６は、活性層１２にキャリアを注入する。

本実施の形態では、ｎ型クラッド層１４と活性層１２の間に第１の光閉じ込め層１８が設けられており、ｐ型クラッド層１６と活性層１２の間に第２の光閉じ込め層２０が設けられている。第１の光閉じ込め層１８及び第２の光閉じ込め層２０は、活性層１２より低屈折率の半導体層であり、活性層１２に発生した光を活性層１２内に閉じ込める機能を有している。

ｎ型クラッド層１４は、ｎ型の基板２２の一方の主面上に設けられている。この基板２２には、ｎ型の不純物が高濃度にドープされている。本実施の形態においては、ｎ型クラッド層１４、第１の光閉じ込め層１８、活性層１２、及び第２の光閉じ込め層２０がメサをなしている。このメサの周囲であって基板２２の一方の主面上には、電流ブロック層２４が設けられている。一方、基板２２の他方の主面には、電極２６が設けられている。

また、ｐ型クラッド層１６上には、コンタクト層２８が設けられており、このコンタクト層２８上には電極３０が設けられている。

以下、活性層１２について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る活性層のバンド図である。図２において、Ｘ方向はｐ型クラッド層１６からｎ型クラッド層１４に向かう方向、即ち第２の光閉じ込め層２０から第１の光閉じ込め層１８に向かう方向である。図２では、縦軸が電子のエネルギーＥになっている。また、図２の上側には、伝導帯のバンド図が示されており、下側には価電子帯のバンド図が示されている。

図２に示すように、活性層１２は、多重量子井戸構造（以下、「ＭＱＷ」という）の活性層であり、複数のバリア層３２_１〜３２_Ｎと複数の井戸層３４_１〜３４_Ｍとを有している。バリア層３２_１〜３２_Ｎと井戸層３４_１〜３４_Ｍは、交互に積層されている。ここで、Ｎは層数を示す１以上の整数であり、本実施の形態では、Ｎ＝６である。また、Ｍは層数を示す１以上の整数であり、本実施の形態では、Ｍ＝５である。なお、バリア層の層数及び井戸層の層数は、これに限定されるものではなく、例えば、５層〜１５層の井戸層が設けられていてもよい。また、光閉じ込め層１８、２０に隣接するバリア層３２_１、３４_６は、無くても良い。

活性層１２では、伝導帯におけるバリア層３２_１〜３２_Ｎのポテンシャルエネルギーと井戸層３４_１〜３４_Ｍのポテンシャルエネルギーとの差である伝導帯のエネルギー障壁差ΔＥｃが、価電子帯におけるバリア層３２_１〜３２_Ｎのポテンシャルエネルギーと井戸層３４_１〜３４_Ｍのポテンシャルエネルギーとの差である価電子帯のエネルギー障壁差ΔＥｖより小さくなっている。

かかる活性層１２を含む半導体発光素子１０の各層の材料を以下の通り例示される。ただし、活性層の遷移波長が１．２５μｍ〜１．６３μｍとなるように、井戸層およびバリア層の組成、厚みがそれぞれ調整される。
バリア層３２_１〜３２_Ｎ：ＧａＩｎＡｓＰ（λｇ １．０〜１．３μｍ）
井戸層３４_１〜３４_Ｍ：ＧａＩｎＡｓＰ
ｎ型クラッド層１４：ＩｎＰ
ｐ型クラッド層１６：ＩｎＰ
第１の光閉じ込め層１８：ＧａＩｎＡｓＰ（λｇ １．０〜１．３μｍ）
第２の光閉じ込め層２０：ＧａＩｎＡｓＰ（λｇ １．０〜１．３μｍ）
基板２２：ＩｎＰ
コンタクト層２８：ＩｎＧａＡｓ

本実施の形態では、複数のバリア層３２_１〜３２_Ｎのうち、ｐ型クラッド層１６の側のバリア層の厚さが、ｎ型クラッド層１４の側のバリア層の厚さより薄くなっている。本実施の形態では、バリア層３２_１〜３２_Ｎの厚さは、ｎ型クラッド層１４からの距離が大きくなるにつれて、４ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で、薄くなっている。一方、複数の井戸層３４_１〜３４_Ｍそれぞれの厚さは、４ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で略同一である。

また、本実施の形態では、各井戸層のＧａ組成は同じである。しかし、複数の井戸層３４_１〜３４_Ｍのうち、ｐ型クラッド層１６の側の井戸層におけるＧａの組成が、ｎ型クラッド層１４の側の井戸層におけるＧａの組成より大きくなっていてもよい。即ち、本実施の形態では、複数の井戸層３４_１〜３４_ＭのＧａの組成は、ｎ型クラッド層１４からの距離が大きくなるにつれて、大きくなっていてもよい。

上述したように、従来の半導体発光素子では、複数のバリア層それぞれの厚さが略同等である。この従来の構造では、エネルギー障壁差ΔＥｃがエネルギー障壁差ΔＥｖより小さいと、ｐ型クラッド層の側の井戸層にキャリアが多く分布し、活性層におけるキャリアの分布に偏りが生じる。

一方、本実施の形態の半導体発光素子１０では、複数のバリア層３２_１〜３２_Ｎのうち、ｐ型クラッド層１６の側のバリア層の厚さが、ｎ型クラッド層１４の側のバリア層の厚さより薄くなっている。バリア層は、キャリアを一時的に蓄えて量子井戸に供給する機能を有しており、バリア層が厚い程、そのバリア層近傍の井戸層にキャリアを多く分布させることができる。したがって、半導体発光素子１０によれば、活性層１２におけるキャリアの分布の偏りを低減することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の電流−光出力特性を示す図である。従来の量子井戸構造の半導体発光素子では、図３に示す特性Ａのように、キャリアのオーバーフローが生じ、利得の飽和現象が発生する。また、高温でのレーザの出力低下が生じる。一方、半導体発光素子１０では、キャリアの分布の偏りが低減されるので、図３に示す特性Ｂのように、キャリアのオーバーフローが生じ難く、利得の飽和現象も発生し難い。また、高温での光出力も低下し難くなる。

また、本実施の形態では、各井戸層のＧａ組成は同じである。

バリア層の厚さが薄くなると、このバリア層を挟む二つの井戸層の間でトンネル現象が発生し、当該井戸層の量子準位が低下する。活性層１２では、その厚さが薄いバリア層の両側に位置する井戸層の混晶中において、格子定数の小さい原子Ｇａの組成が大きくなっているので、当該井戸層における量子準位を高めることができる。したがって、活性層１２におけるバンドギャップエネルギを均一にすることができる。なお、Ｇａの組成に代えて、複数の井戸層におけるＰの組成が、同様に変化していてもよい。

以上、本発明の第１の実施の形態について説明したが、ＧａＩｎＮＡｓ、又はＡｌＧａＩｎＡｓによって構成される多重量子井戸構造の活性層であっても、その組成によって、エネルギー障壁差ΔＥｃ＜エネルギー障壁差ΔＥｖとなり、本実施の形態と同様の構造を採用することができる。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る活性層のバンド図である。第２の実施の形態の半導体発光素子１０は、第１の実施の形態の活性層１２に代わる活性層１２Ｂを備えている。第２の実施の形態の半導体発光素子１０のその他の構成、及び、第２の実施の形態の半導体発光素子の構成材料は、第１の実施の形態のものと同様である。

図４に示すように、活性層１２Ｂは、複数のバリア層３２Ｂ_１〜３２Ｂ_Ｎと複数の井戸層３４Ｂ_１〜３４Ｂ_Ｍとを有している。バリア層３２Ｂ_１〜３２Ｂ_Ｎと井戸層３４Ｂ_１〜３４Ｂ_Ｍとは、交互に積層されている。活性層１２Ｂにおいても、エネルギー障壁差ΔＥｃが、エネルギー障壁差ΔＥｖより小さくなっている。

活性層１２Ｂでは、活性層１２と同様に、複数のバリア層３２Ｂ_１〜３２Ｂ_Ｎのうち、ｐ型クラッド層１６の側のバリア層の厚さが、ｎ型クラッド層１４の側のバリア層の厚さより薄くなっている。即ち、バリア層３２Ｂ_１〜３２Ｂ_Ｎの厚さは、ｎ型クラッド層１４からの距離が大きくなるにつれて、４ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で、薄くなっている。したがって、第２の実施の形態の半導体発光素子１０でも、活性層１２Ｂにおけるキャリアの分布の偏りを低減することができる。

一方、複数の井戸層３４Ｂ_１〜３４Ｂ_Ｍそれぞれの厚さについても、ｐ型クラッド層１６の側の井戸層の厚さが、ｎ型クラッド層１４の側の井戸層の厚さより薄くなっている。なお、井戸層３４Ｂ_１〜３４Ｂ_Ｍそれぞれの組成は、第１の実施の形態と異なり、略同一である。

バリア層の厚さが薄くなると、上述したように、当該バリア層の両側の井戸層の間でトンネル現象が生じる。これによって、当該井戸層の量子準位が低下し、多重量子井戸におけるバンドギャップエネルギが不均一になる。第２の実施の形態の半導体発光素子１０では、厚さが薄いバリア層の周囲の井戸層の厚さを薄くすることによって、当該井戸層の量子準位を高めることができる。したがって、多重量子井戸におけるバンドギャップエネルギを均一にすることができる。

［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る活性層のバンド図である。第３の実施の形態の半導体発光素子１０は、第１の実施の形態の活性層１２に代わる活性層１２Ｃを備えている。

活性層１２Ｃでは、伝導帯におけるバリア層３２Ｃ_１〜３２Ｃ_Ｎのポテンシャルエネルギーと井戸層３４Ｃ_１〜３４Ｃ_Ｍのポテンシャルエネルギーとの差である伝導帯のエネルギー障壁差ΔＥｃが、価電子帯におけるバリア層３２Ｃ_１〜３２Ｃ_Ｎのポテンシャルエネルギーと井戸層３４Ｃ_１〜３４Ｃ_Ｍのポテンシャルエネルギーとの差である価電子帯のエネルギー障壁差ΔＥｖより大きくなっている。

かかる活性層１２Ｃを含む半導体発光素子１０の各層の材料を以下の通り例示される。ただし、活性層の遷移波長が１．２５μｍ〜１．６３μｍとなるように、井戸層およびバリア層の組成、厚みがそれぞれ調整される。
バリア層３２Ｃ_１〜３２Ｃ_Ｎ：ＡｌＧａＩｎＡｓ（λｇ １．０〜１．３μｍ）
井戸層３４Ｃ_１〜３４Ｃ_Ｍ：ＡｌＧａＩｎＡｓ
ｎ型クラッド層１４：ＩｎＰ
ｐ型クラッド層１６：ＩｎＰ
第１の光閉じ込め層１８：ＡｌＧａＩｎＡｓ（λｇ １．０〜１．３μｍ）
第２の光閉じ込め層２０：ＡｌＧａＩｎＡｓ（λｇ １．０〜１．３μｍ）
基板２２：ＩｎＰ
コンタクト層２８：ＩｎＧａＡｓ

本実施の形態では、複数のバリア層３２Ｃ_１〜３２Ｃ_Ｎのうち、ｎ型クラッド層１４の側のバリア層の厚さが、ｐ型クラッド層１６の側のバリア層の厚さより薄くなっている。本実施の形態では、バリア層３２_１〜３２_Ｎの厚さは、ｐ型クラッド層１６からの距離が大きくなるにつれて、４ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で、薄くなっている。一方、複数の井戸層３４Ｃ_１〜３４Ｃ_Ｍそれぞれの厚さは、４ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で略同一である。

また、本実施の形態では、各井戸層のＡｌ組成は同じである。しかし、複数の井戸層３４Ｃ_１〜３４Ｃ_Ｍのうち、ｎ型クラッド層１４の側の井戸層におけるＡｌの組成が、ｐ型クラッド層１６の側の井戸層におけるＡｌの組成より大きくなっていてもよい。即ち、本実施の形態では、複数の井戸層３４_１〜３４_ＭのＡｌの組成は、ｐ型クラッド層１６からの距離が大きくなるにつれて、大きくなっていてもよい。

上述したように、従来の半導体発光素子では、複数のバリア層それぞれの厚さが略同等である。この従来の構造では、エネルギー障壁差ΔＥｃがエネルギー障壁差ΔＥｖより大きいと、ｎ型クラッド層の側の井戸層にキャリアが多く分布し、活性層におけるキャリアの分布に偏りが生じる。

一方、本実施の形態の半導体発光素子１０では、複数のバリア層３２Ｃ_１〜３２Ｃ_Ｎのうち、ｎ型クラッド層１４の側のバリア層の厚さが、ｐ型クラッド層１６の側のバリア層の厚さより薄くなっている。したがって、第３の実施の形態の半導体発光素子１０によれば、活性層１２Ｃにおけるキャリアの分布の偏りを低減することができる。

また、上述したように、バリア層の厚さが薄くなると、このバリア層を挟む二つの井戸層の間でトンネル現象が発生し、当該井戸層の量子準位が低下する。活性層１２Ｃでは、その厚さが薄いバリア層の両側に位置する井戸層の混晶中において、格子定数の小さい原子Ａｌの組成が大きくなっているので、当該井戸層における量子準位を高めることができる。したがって、活性層１２Ｃにおけるバンドギャップエネルギを均一にすることができる。なお、Ａｌの組成に代えて、複数の井戸層におけるＧａの組成が、同様に変化していてもよい。

以上、本発明の第３の実施の形態について説明したが、ＧａＩｎＮＡｓ、又はＧａＩｎＡｓＰによって構成される多重量子井戸構造の活性層であっても、その組成によって、エネルギー障壁差ΔＥｃ＞エネルギー障壁差ΔＥｖとなり、本実施の形態と同様の構造を採用することができる。

［第４の実施の形態］
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る活性層のバンド図である。第４の実施の形態の半導体発光素子１０は、第３の実施の形態の活性層１２Ｃに代わる活性層１２Ｄを備えている。第４の実施の形態の半導体発光素子１０のその他の構成、及び、第４の実施の形態の半導体発光素子の構成材料は、第３の実施の形態のものと同様である。

図６に示すように、活性層１２Ｄは、複数のバリア層３２Ｄ_１〜３２Ｄ_Ｎと複数の井戸層３４Ｄ_１〜３４Ｄ_Ｍとを有している。バリア層３２Ｄ_１〜３２Ｄ_Ｎと井戸層３４Ｄ_１〜３４Ｄ_Ｍとは、交互に積層されている。活性層１２Ｄにおいても、エネルギー障壁差ΔＥｃが、エネルギー障壁差ΔＥｖより大きくなっている。

活性層１２Ｄでは、活性層１２Ｃと同様に、複数のバリア層３２Ｄ_１〜３２Ｄ_Ｎのうち、ｎ型クラッド層１４の側のバリア層の厚さが、ｐ型クラッド層１６の側のバリア層の厚さより薄くなっている。即ち、バリア層３２Ｄ_１〜３２Ｄ_Ｎの厚さは、ｐ型クラッド層１６からの距離が大きくなるにつれて、４ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で、薄くなっている。したがって、第４の実施の形態の半導体発光素子１０でも、活性層１２Ｄにおけるキャリアの分布の偏りを低減することができる。

一方、複数の井戸層３４Ｄ_１〜３４Ｄ_Ｍそれぞれの厚さについても、ｎ型クラッド層１４の側の井戸層の厚さが、ｐ型クラッド層１６の側の井戸層の厚さより薄くなっている。なお、井戸層３４Ｄ_１〜３４Ｄ_Ｍそれぞれの組成は、第３の実施の形態と異なり、略同一である。

バリア層の厚さが薄くなると、上述したように、当該バリア層の両側の井戸層の間でトンネル現象が生じる。これによって、当該井戸層の量子準位が低下し、多重量子井戸におけるバンドギャップエネルギが不均一になる。第４の実施の形態の半導体発光素子１０では、厚さが薄いバリア層の周囲の井戸層の厚さを薄くすることによって、当該井戸層の量子準位を高めることができる。したがって、多重量子井戸におけるバンドギャップエネルギを均一にすることができる。

以上、本発明の第１〜第４の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記の実施の形態では、複数のバリア層の厚さは、ｎ型クラッド層１４またはｐ型クラッド層１６からの距離が大きくなるにつれて、変化している。しかしながら、ｎ型クラッド層１４の側の数層のバリア層の厚さと、ｐ型クラッド層１６の側の残りの数層のバリア層の厚さとが異なっていてもよい。即ち、複数のバリア層の厚さが、ｎ型クラッド層１４またはｐ型クラッド層１６からの距離に応じて２段階に変化していてもよい。また、複数のバリア層の厚さが、ｎ型クラッド層１４またはｐ型クラッド層１６からの距離に応じて多段階に変化していてもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の断面図である。 図２は、第１の実施の形態に係る活性層のバンド図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の電流−光出力特性を示す図である。 図４は、第２の実施の形態に係る活性層の断面図である。 図５は、第３の実施の形態に係る活性層のバンド図である。 図６は、第４の実施の形態に係る活性層のバンド図である。

符号の説明

１０…半導体発光素子、１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ…活性層、１４…ｎ型クラッド層、１６…ｐ型クラッド層、１８…第１の光閉じ込め層、２０…第２の光閉じ込め層、２２…基板、２４…電流ブロック層、２６…電極、２８…コンタクト層、３０…電極、３２_１−３２_Ｎ，３２Ｂ_１−３２Ｂ_Ｎ、３２Ｃ_１−３２Ｃ_Ｎ、３２Ｄ_１−３２Ｄ_Ｎ…バリア層、３４_１−３４_Ｍ，３４Ｂ_１−３４Ｂ_Ｍ、３４Ｃ_１−３４Ｃ_Ｍ、３４Ｄ_１−３４Ｄ_Ｍ…井戸層

Claims (7)

1. ｎ型クラッド層と、
   ｐ型クラッド層と、
   複数の井戸層と複数のバリア層とを含む多重量子井戸構造を有しており、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層の間に設けられた活性層と、
   を備え、
   前記井戸層の伝導帯のポテンシャルエネルギーと前記バリア層の伝導帯のポテンシャルエネルギーとの差である伝導帯のエネルギー障壁差は、前記井戸層の価電子帯のポテンシャルエネルギーと前記バリア層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとの差である価電子帯のエネルギー障壁差より大きく、
   前記複数のバリア層のうち前記ｎ型クラッド層の側のバリア層の厚さが、前記ｐ型クラッド層の側のバリア層の厚さより薄い、
   半導体発光素子。
2. 前記複数の井戸層のうち前記ｎ型クラッド層の側の井戸層の厚さが、前記ｐ型クラッド層の側の井戸層の厚さより薄い、請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記複数の井戸層は、ＡｌＧａＩｎＡｓを含んでおり、前記複数の井戸層内における電子の量子準位と正孔の量子準位間の遷移エネルギーがほぼ同一となるように、前記複数の井戸層のうち前記ｐ型クラッド層の側の井戸層のＡｌ又はＧａの組成が、前記ｎ型クラッド層の側の井戸層の該組成より小さい、
   請求項１記載の半導体発光素子。
4. ｎ型クラッド層と、
   ｐ型クラッド層と、
   複数の井戸層と複数のバリア層とを含む多重量子井戸構造を有しており、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層の間に設けられた活性層と、
   を備え、
   前記井戸層の伝導帯のポテンシャルエネルギーと前記バリア層の伝導帯のポテンシャルエネルギーとの差である伝導帯のエネルギー障壁差は、前記井戸層の価電子帯のポテンシャルエネルギーと前記バリア層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとの差である価電子帯のエネルギー障壁差より小さく、
   前記複数のバリア層のうち前記ｐ型クラッド層の側のバリア層の厚さが、前記ｎ型クラッド層の側のバリア層の厚さより薄い、
   半導体発光素子。
5. 前記複数の井戸層のうち前記ｐ型クラッド層の側の井戸層の厚さが、前記ｎ型クラッド層の側の井戸層の厚さより薄い、請求項４記載の半導体発光素子。
6. 前記複数の井戸層は、ＧａＩｎＡｓＰを含んでおり、前記複数の井戸層内における電子の量子準位と正孔の量子準位間の遷移エネルギーがほぼ同一となるように、前記複数の井戸層のうち前記ｎ型クラッド層の側の井戸層におけるＧａ又はＰの組成が、前記ｐ型クラッド層の側の井戸層の該組成より小さい、
   請求項４記載の半導体発光素子。
7. 前記複数の井戸層は、ＡｌＧａＩｎＡｓを含んでおり、前記複数の井戸層内における電子の量子準位と正孔の量子準位間の遷移エネルギーがほぼ同一となるように、前記複数の井戸層のうち前記ｎ型クラッド層の側の井戸層のＡｌ又はＧａの組成が、前記ｐ型クラッド層の側の井戸層の該組成より小さい、
   請求項４記載の半導体発光素子。

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