JP2018125453A - Vertical resonator type light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:vertical cavity surface emitting laser)などの垂直共振器型発光素子に関する。 The present invention relates to a vertical cavity surface emitting laser such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
垂直共振器型面発光レーザ(以下、単に面発光レーザと称する)は、基板面に対して垂直に光を共振させ、当該基板面に垂直な方向に光を出射させる構造を有する半導体レーザである。例えば、特許文献1には、窒化物半導体層と誘電体材料からなる反射鏡とを有する面発光レーザが開示されている。 A vertical cavity surface emitting laser (hereinafter simply referred to as a surface emitting laser) is a semiconductor laser having a structure in which light is resonated perpendicularly to a substrate surface and light is emitted in a direction perpendicular to the substrate surface. . For example, Patent Document 1 discloses a surface emitting laser having a nitride semiconductor layer and a reflecting mirror made of a dielectric material.
例えば、面発光レーザなどの垂直共振器型発光素子は、活性層を挟んで互いに対向する反射鏡を有し、当該反射鏡は共振器を構成する。そして、活性層から放出された光を共振器内で共振(レーザ発振)させ、当該共振した光を外部に取り出す。面発光レーザの発振閾値を下げるためには、素子内に注入されたキャリアが活性層内において高効率で再結合することが好ましい。 For example, a vertical cavity light emitting element such as a surface emitting laser has reflecting mirrors that face each other with an active layer interposed therebetween, and the reflecting mirror constitutes a resonator. Then, the light emitted from the active layer is resonated (laser oscillation) in the resonator, and the resonated light is extracted outside. In order to lower the oscillation threshold of the surface emitting laser, it is preferable that the carriers injected into the element are recombined with high efficiency in the active layer.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、活性層内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する垂直共振器型発光素子を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a vertical cavity light emitting device having a low oscillation threshold in which carriers are recombined with high efficiency in an active layer.
本発明による垂直共振器型発光素子は、第1の導電型を有する第1の半導体層と、活性層と、第1の導電型とは反対の第2の導電型を有する第2の半導体層とを含む半導体構造層と、半導体構造層を介して互いに対向する第1及び第2の反射鏡と、を有し、活性層は、複数の井戸層及び複数の障壁層からなる多重量子井戸構造を有し、複数の障壁層のうちの少なくとも1つの障壁層は、第1の副障壁層と、第1の副障壁層上に形成されて第1の副障壁層よりも小さなバンドギャップを有する第2の副障壁層と、第2の副障壁層上に形成されて第2の副障壁層よりも大きなバンドギャップを有する第3の副障壁層と、を有することを特徴としている。 A vertical cavity light emitting device according to the present invention includes a first semiconductor layer having a first conductivity type, an active layer, and a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type. A multi-quantum well structure comprising a plurality of well layers and a plurality of barrier layers, wherein the active layer includes a plurality of well layers and a plurality of barrier layers. And at least one of the plurality of barrier layers has a first sub-barrier layer and a bandgap formed on the first sub-barrier layer and smaller than the first sub-barrier layer. It is characterized by having a second sub-barrier layer and a third sub-barrier layer formed on the second sub-barrier layer and having a larger band gap than the second sub-barrier layer.
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。なお、以下の実施例においては、面発光レーザ(半導体レーザ)について説明する。しかし、本発明は、面発光レーザのみならず、垂直共振器型発光素子に適用することができる。 Examples of the present invention will be described in detail below. In the following examples, a surface emitting laser (semiconductor laser) will be described. However, the present invention can be applied not only to a surface emitting laser but also to a vertical cavity light emitting element.
図1は、実施例1に係る垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、面発光レーザと称する)である。面発光レーザ10は、活性層13Bを含む半導体構造層13を介して互いに対向して配置された第1及び第2の反射鏡12及び14を有する。
FIG. 1 is a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical Emitting Laser, hereinafter referred to as a surface emitting laser) according to a first embodiment. The
面発光レーザ10は、基板11上に第1の反射鏡12、半導体構造層13及び第2の反射鏡14が積層された構造を有している。具体的には、基板11上に下地層(図示せず)が形成され、当該下地層上に第1の反射鏡12が形成されている。また、第1の反射鏡12上には半導体構造層13が、半導体構造層13上には第2の反射鏡14が形成されている。本実施例においては、基板11はGaN基板である。また、下地層はGaNの組成を有する。
The
まず、第1及び第2の反射鏡12及び14について説明する。本実施例においては、第1の反射鏡12は、低屈折率半導体層L1及び低屈折率半導体層L1よりも大きな屈折率を有する高屈折率半導体層H1が交互に複数回積層された半導体多層膜反射鏡である。本実施例においては、低屈折率半導体層L1は、InAlN層である。また、高屈折率半導体層H1は、GaN層、AlGaN層及びGaN層が積層された構造を有する。
First, the first and second reflecting
また、本実施例においては、第2の反射鏡14は、低屈折誘電体層L2及び低屈折率誘電体層L2よりも大きな屈折率を有する高屈折率誘電体層H2が交互に複数回積層された誘電体多層膜反射鏡である。本実施例においては、低屈折率誘電体層L2はSiO2層からなり、高屈折率誘電体層H2はNb2O5層からなる。
In the present embodiment, the second reflecting
換言すれば、本実施例においては、第1の反射鏡12は半導体材料からなる分布ブラッグ反射器(DBR:Distributed Bragg Reflector)であり、第2の反射鏡14は誘電体材料からなる分布ブラッグ反射器である。
In other words, in the present embodiment, the first
次に、半導体構造層13について説明する。本実施例においては、半導体構造層13は、n型半導体層(第1の導電型を有する第1の半導体層)13Aと、活性層13Bと、電子ブロック層13Cと、p型半導体層(第1の導電型とは反対の第2の導電型を有する第2の半導体層)13Dとが積層された構造を有する。本実施例においては、半導体構造層13は、AlxInyGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成を有する。
Next, the semiconductor structure layer 13 will be described. In this embodiment, the semiconductor structure layer 13 includes an n-type semiconductor layer (first semiconductor layer having a first conductivity type) 13A, an
面発光レーザ10は、半導体構造層13のn型半導体層13Aに接続されたn電極(第1の電極)15と、p型半導体層13Dに接続されたp電極(第2の電極)16とを有する。n電極16は、n型半導体層13A上に形成されている。また、p電極16は、p型半導体層13D上に形成されている。
The surface-emitting
具体的には、本実施例においては、半導体構造層13は、p型半導体層13D、電子ブロック層13C及び活性層13Bが部分的に除去された部分を有し、当該除去部において露出したn型半導体層13Aの上面上にはn電極15が形成されている。
Specifically, in this embodiment, the semiconductor structure layer 13 has a portion from which the p-
また、半導体構造層13上には、半導体構造層13の側面及び上面を覆い、p型半導体層13Dの一部を露出させる開口部(第1の開口部)を有する絶縁膜17が形成されている。なお、絶縁膜17は、電流狭窄層として機能する。
Further, an
p電極16は、絶縁膜17の開口部を埋め込んで絶縁膜17上に形成され、当該開口部から露出したp型半導体層13Dに接触された透光電極16Aを有する。また、p電極16は、透光電極16A上に形成され、絶縁膜17の開口部(第1の開口部)に対応する領域に開口部(第2の開口部)を有する接続電極16Bを有する。
The p-
また、本実施例においては、第2の反射鏡14は、p電極16の透光電極16A上における接続電極16Bの開口部(第2の開口部)上の領域に形成されている。従って、接続電極16Bは、透光電極16A上において第2の反射鏡14を取り囲むように形成されている。第2の反射鏡14は、透光電極16A及び半導体構造層13を介して第1の反射鏡12に対向している。
In the present embodiment, the second reflecting
図1を参照し、面発光レーザ10の発光動作の概略について説明する。まず、面発光レーザ10においては、互いに対向する第1及び第2の反射鏡12及び14が共振器を構成する。半導体構造層13(活性層13B)から放出された光は、第1及び第2の反射鏡12及び14間において反射を繰り返し、共振状態に至る(レーザ発振を行う)。また、当該共振光は、その一部が第2の反射鏡14を透過し、外部に取出される。このようにして、面発光レーザ10は、基板11に垂直な方向に光を出射する。
An outline of the light emission operation of the
図2(a)は、面発光レーザ10の活性層13Bの構造を示す断面図である。活性層13Bは、複数の量子井戸層(以下、単に井戸層と称する)W1〜W4と、井戸層W1〜W4よりも大きなバンドギャップを有する複数の障壁層B1〜B5からなる。
FIG. 2A is a cross-sectional view showing the structure of the active layer 13 </ b> B of the
本実施例においては、n型半導体層13A上に障壁層B1〜B4及び井戸層W1〜W4がそれぞれ交互に積層され、井戸層W4上には障壁層B5が形成されている。また、障壁層B5上には電子ブロック層13Cが形成されている。換言すれば、本実施例においては、活性層13Bは、4つの井戸層W1〜W4を有する多重量子井戸(MQW)構造を有する。
In this embodiment, barrier layers B1 to B4 and well layers W1 to W4 are alternately stacked on the n-
また、本実施例においては、障壁層B1〜B4の各々は、第1の副障壁層BAと、第1の障壁層BA上に形成されて第1の障壁層BAよりも小さなバンドギャップを有する第2の副障壁層BBと、第2の副障壁層BB上に形成されて第2の副障壁層BBよりも大きなバンドギャップを有する第3の副障壁層BCとを有する。第1の副障壁層BAは第2の副障壁層BBよりもn型半導体層13A側の副障壁層であり、第3の副障壁層BCは第2の副障壁層BBよりも電子ブロック層13C側の副障壁層である。
In the present embodiment, each of the barrier layers B1 to B4 has a first sub-barrier layer BA and a band gap that is formed on the first barrier layer BA and is smaller than the first barrier layer BA. A second sub-barrier layer BB and a third sub-barrier layer BC formed on the second sub-barrier layer BB and having a larger band gap than the second sub-barrier layer BB are included. The first sub-barrier layer BA is a sub-barrier layer closer to the n-
図2(b)は、半導体構造層13のバンド図である。本実施例においては、n型半導体層13A及びp型半導体層13Dは、GaN層からなる。また、電子ブロック層13Cは、AlGaN層からなる。
FIG. 2B is a band diagram of the semiconductor structure layer 13. In this embodiment, the n-
また、本実施例においては、井戸層W1〜W4の各々は、InGaN層からなる。第1及び第3の副障壁層BA及びBCは、GaN層からなる。また、第2の副障壁層BBは、井戸層W1〜W4よりもIn組成が小さいInGaN層からなる。また、障壁層B5は、GaN層からなる。 In this embodiment, each of the well layers W1 to W4 is composed of an InGaN layer. The first and third sub-barrier layers BA and BC are made of GaN layers. The second sub-barrier layer BB is an InGaN layer having a smaller In composition than the well layers W1 to W4. The barrier layer B5 is made of a GaN layer.
従って、半導体構造層13の各層は、図2(b)に示すようなバンドギャップを有する。なお、本実施例においては、第1及び第3の副障壁層BA及びBCは、1nmの層厚を有する。第2の副障壁層BBは、4nmの層厚を有する。なお、井戸層W1〜W4の各々は3nmの層厚を有する。 Therefore, each layer of the semiconductor structure layer 13 has a band gap as shown in FIG. In the present embodiment, the first and third sub-barrier layers BA and BC have a layer thickness of 1 nm. The second sub-barrier layer BB has a layer thickness of 4 nm. Each of the well layers W1 to W4 has a layer thickness of 3 nm.
ここで、障壁層B1〜B5について説明する。活性層13Bが障壁層B1〜B5を有することで、活性層13B内の各井戸層W1〜W4間でのフェルミ準位が均一化される。これによって、各井戸層W1〜W4から放出される光の出力が均一化される。また、井戸層W1〜W4に注入されたキャリア(電子及びホール)が高効率で再結合し、それぞれから高い効率で光が放出される。
Here, the barrier layers B1 to B5 will be described. Since the
具体的には、障壁層B1〜B4の各々は、相対的にバンドギャップの小さな第2の副障壁層BBがこれよりも大きなバンドギャップを有する第1及び第3の副障壁層BA及びBCに挟まれた構造を有する。従って、一定量のキャリア(電子又はホール)が第2の副障壁層BBに捕捉される。これによって、キャリアが活性層13B内に留まる可能性が高い。
Specifically, each of the barrier layers B1 to B4 includes the first and third sub-barrier layers BA and BC in which the second sub-barrier layer BB having a relatively small band gap has a larger band gap. It has a sandwiched structure. Therefore, a certain amount of carriers (electrons or holes) are trapped in the second sub-barrier layer BB. As a result, there is a high possibility that carriers remain in the
また、障壁層B1〜B4の各々(第1〜第3の副障壁層BA〜BC)は、活性層13B内に注入されたキャリアにトンネル効果を生じさせる障壁層(トンネル障壁層)として機能する。すなわち、井戸層W1〜W4の各々に注入された(到達した)キャリアの一部は、障壁層B1〜B4を越えて他の井戸層に到達することができる。従って、各井戸層W1〜W4間でキャリアの再結合の程度(光強度)が均一化される。
In addition, each of the barrier layers B1 to B4 (first to third sub-barrier layers BA to BC) functions as a barrier layer (tunnel barrier layer) that causes a tunnel effect to carriers injected into the
図3は、活性層13B及び各井戸層W1〜W4からの光出力を示す図である。図3の横軸は波長を示し、縦軸は光出力を示す。図3においては、曲線C1a、C1b、C1c及びC1dの4つが井戸層W1〜W4の各々からの光出力(光学利得)を示す。また、曲線C2は活性層13Bの全体からの光出力(光学利得)を示す。また、曲線C3は、面発光レーザ10からの光出力を示す。
FIG. 3 is a diagram showing the light output from the
図3の曲線C1a〜C1dに示すように、井戸層W1〜W4の各々からの放出光の強度及び波長帯域はほぼ同一である。これは、障壁層B1〜B4によって井戸層W1〜W4のフェルミ準位が均一化されることに起因すると考えられる。 As shown by the curves C1a to C1d in FIG. 3, the intensity and wavelength band of emitted light from each of the well layers W1 to W4 are substantially the same. This is considered due to the fact that the Fermi levels of the well layers W1 to W4 are made uniform by the barrier layers B1 to B4.
従って、曲線C2に示すように、活性層13Bの全体から放出される光は、所定の波長帯域(図3の例では約445nm〜450nmの範囲)で最大化される。面発光レーザ10が活性層13Bを有することで、放出された光の多くがレーザ発振を行うこととなる。従って、発振閾値を小さくすることができる。従って、活性層13B内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ10を提供することができる。
Therefore, as shown by the curve C2, the light emitted from the entire
なお、上記した面発光レーザ10の各層の組成は一例に過ぎない。例えば、本実施例においては、第1及び第3の副障壁層BA及びBCがGaN層からなり、互いに同一のバンドギャップを有する場合について説明した。しかし、第1及び第3の副障壁層BA及びBCは、第2の副障壁層BBよりも大きなバンドギャップを有していればよい。例えば、第1の副障壁層BA又は第3の副障壁層BCは、第2の副障壁層BBよりも小さなIn組成を有するInGaN層からなっていてもよい。また、第1及び第3の副障壁層BA及びBCは、互いに異なるバンドギャップを有していてもよい。
The composition of each layer of the
また、本実施例においては、活性層13Bが4つの井戸層W1〜W4を有する場合について説明したが、井戸層の層数はこれに限定されない。また、井戸層W1〜W4の組成はInGaNに限定されない。また、井戸層W1〜W4は互いに異なるバンドギャップ及び組成を有していてもよい。
In the present embodiment, the case where the
また、活性層13Bが最もp型半導体層13D側に位置する井戸層(最終井戸層)W4上に障壁層(最終障壁層)B5を有し、障壁層B5がGaN層からなる場合について説明した。すなわち、本実施例においては、障壁層B1〜B5のうちの最もp型半導体層13D側に位置する最終障壁層B5は単層構造を有し、最終障壁層B5以外の他の障壁層B1〜B4の各々は第1〜第3の副障壁層BA〜BCを有する。
Further, the case where the
しかし、最終障壁層B5は単層構造を有する場合に限定されず、また、他の障壁層B1〜B4の各々は第1〜第3の副障壁層BA〜BCを有する場合に限定されない。活性層13は、複数の障壁層B1〜B5のうちの少なくとも1つの障壁層が第1〜第3の副障壁層BA〜BCを有していればよい。 However, the final barrier layer B5 is not limited to having a single layer structure, and each of the other barrier layers B1 to B4 is not limited to having the first to third sub-barrier layers BA to BC. In the active layer 13, it is only necessary that at least one of the plurality of barrier layers B1 to B5 includes the first to third sub-barrier layers BA to BC.
また、本実施例においては、半導体構造層13が最終障壁層B5とp型半導体層13Dとの間に電子ブロック層13Cを有する場合について説明した。しかし、半導体構造層13は電子ブロック層13Cを有していなくてもよい。
In the present embodiment, the case where the semiconductor structure layer 13 has the
なお、井戸層W1〜W4の各々間で光出力を安定して均一化することを考慮すると、障壁層B1〜B4の各々が第1〜第3の副障壁層BA〜BCを有することが好ましい。また、電子ブロック層13C(AlGaN層)を井戸層W4(InGaN層)上に設ける場合、井戸層W4の保護のために、最終障壁層B5としてGaN層を設けることが好ましい。すなわち、井戸層W1〜W4を挟む障壁層B1〜B4のうち、最もp型半導体層13D側の最終障壁層B5のみが単層構造を有することが好ましい。
In consideration of stable and uniform light output between the well layers W1 to W4, each of the barrier layers B1 to B4 preferably includes the first to third sub-barrier layers BA to BC. . When the
上記したように、本実施例においては、面発光レーザ10は、活性層13Bを有する半導体構造層13と、半導体構造層13を介して互いに対向する第1及び第2の反射鏡12及び14を有する。また、活性層13Bは、複数の井戸層W1〜W4及び障壁層B1〜B4からなる多重量子井戸構造を有する。
As described above, in this embodiment, the
また、障壁層B1〜B4のうちの少なくとも1つの障壁層は、第1の副障壁層BAと、第1の障壁層BA上に形成されて第1の障壁層BAよりも小さなバンドギャップを有する第2の副障壁層BBと、第2の副障壁層BB上に形成されて第2の副障壁層BBよりも大きなバンドギャップを有する第3の副障壁層BCとを有する。従って、活性層13B内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ10を提供することができる。
In addition, at least one of the barrier layers B1 to B4 has a first sub-barrier layer BA and a band gap formed on the first barrier layer BA and smaller than the first barrier layer BA. A second sub-barrier layer BB and a third sub-barrier layer BC formed on the second sub-barrier layer BB and having a larger band gap than the second sub-barrier layer BB are included. Therefore, it is possible to provide the
図4は、実施例2に係る面発光レーザ20の断面図である。面発光レーザ20は、半導体構造層21の構成を除いては、面発光レーザ10と同様の構成を有する。また、半導体構造層21は、活性層21Bの構造を除いては、半導体構造層13と同様の構成を有する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図5(a)は、面発光レーザ20の活性層21Bの構造を示す断面図である。活性層21Bは、井戸層W1〜W4と、井戸層W1〜W4よりも大きなバンドギャップを有する障壁層B11〜B5からなる多重量子井戸構造を有する。本実施例においては、n型半導体層13A上に障壁層B11〜B41及び井戸層W1〜W4がそれぞれ交互に積層され、井戸層W4上には障壁層B5が形成されている。
FIG. 5A is a cross-sectional view showing the structure of the active layer 21 </ b> B of the
本実施例は、実施例1における活性層13Bの障壁層B1、B2、B3及びB4が、それぞれ障壁層B11、B21、B31及びB41に置換された場合の例に相当する。また、本実施例においては、障壁層B11〜B41の各々は、第3の副障壁層BDの構成を除いては、障壁層B1〜B4と同様の構成を有する。
This example corresponds to an example in which the barrier layers B1, B2, B3, and B4 of the
図5(b)は、半導体構造層21Bのバンド図である。図5(b)を用いて障壁層B11〜B41について説明する。第3の副障壁層BDは、活性層13Bにおける第3の副障壁層BCと同様に、第2の副障壁層BB上に形成されて第2の副障壁層BBよりも大きなバンドギャップを有する。
FIG. 5B is a band diagram of the
また、本実施例においては、第3の副障壁層BDは、第1の副障壁層BAよりも大きなバンドギャップを有する。すなわち、相対的に小さなバンドギャップの第2の副障壁層BBよりもp型半導体層13D側の第3の副障壁層BDは、第1及び第2の副障壁層BA及びBBよりも大きなバンドギャップを有する。
In this embodiment, the third sub-barrier layer BD has a larger band gap than the first sub-barrier layer BA. That is, the third sub-barrier layer BD closer to the p-
また、本実施例においては、第3の副障壁層BDは、n型半導体層13Aよりも大きなバンドギャップを有する。本実施例においては、第3の副障壁層BDは、電子ブロック層13Cよりも小さなAl組成を有するAlGaN層からなる。従って、半導体構造層21の各層は、図5(b)に示すようなバンドギャップを有する。
In the present embodiment, the third sub-barrier layer BD has a larger band gap than the n-
次に、本実施例に係る障壁層B11〜B41について説明する。本実施例においては、障壁層B11〜B41の各々は、第2の副障壁層BBを挟んでこれよりも大きなバンドギャップを有する第1及び第3の副障壁層BA及びBDが設けられた構造を有する。また、第3の副障壁層BDは、第1の副障壁層BAよりも大きなバンドギャップを有する。 Next, the barrier layers B11 to B41 according to the present embodiment will be described. In this embodiment, each of the barrier layers B11 to B41 is provided with first and third sub-barrier layers BA and BD having a larger band gap with the second sub-barrier layer BB interposed therebetween. Have Further, the third sub-barrier layer BD has a larger band gap than the first sub-barrier layer BA.
第1及び第3の副障壁層BA及びBDは、電子及びホールの移動度(移動しやすさ)の違いを考慮した好ましいバンドギャップの関係を有する。具体的には、素子の駆動時には、電子はn型半導体層13Aから、ホールはp型半導体層13Dからそれぞれ活性層21Bに向かって移動する。ここで、電子はホールに比べて移動度が大きいため、井戸層W1〜W4における電子の量及びホールの量に偏りができる傾向にある。
The first and third sub-barrier layers BA and BD have a preferable band gap relationship in consideration of the difference in mobility (ease of movement) of electrons and holes. Specifically, when the element is driven, electrons move from the n-
障壁層B11〜B41においては、第3の副障壁層BDが電子の移動を制限し、活性層21B内に電子を留める作用を有する。一方、第1の副障壁層BAは、ホールの移動を制限し、活性層21B内に留める作用を有する。そして、第3の副障壁層BDのバンドギャップを第1の副障壁層BAのバンドギャップよりも大きくすることで、電子の移動の制限力をホールの制限力よりも大きくする。従って、電子及びホールの活性層21B内での移動量を合わせ、各井戸層W1〜W4への注入量を均一化することができる。
In the barrier layers B11 to B41, the third sub-barrier layer BD has an action of restricting the movement of electrons and retaining the electrons in the
従って、各井戸層W1〜W4で均一化された放出光を得ることができ、低い閾値でレーザ発振させることができる。従って、活性層21B内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ20を提供することができる。
Accordingly, it is possible to obtain the emitted light that is uniformized in each of the well layers W1 to W4, and to oscillate the laser with a low threshold. Therefore, it is possible to provide the
また、本実施例においては、第3の副障壁層BDは、n型半導体層13Aよりも大きなバンドギャップを有する。従って、大電流駆動時や高温での駆動時などに高い発光効率を得ることができる。
In the present embodiment, the third sub-barrier layer BD has a larger band gap than the n-
具体的には、大電流を印加した場合には、電子の移動度も大きくなり、n型半導体層13Aから注入された電子が活性層21Bを通過する可能性が高くなる。従って、発光効率が低下する可能性がある。これに対し、本実施例においては、n型半導体層13Aよりも大きなバンドギャップの第3の副障壁層BDが活性層21B内に設けられている。電子の移動を比較的大きく制限し、活性層21B内に電子を留めることができる。従って、例えば大電流駆動時及び高温時であっても、活性層21B内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ20を提供することができる。
Specifically, when a large current is applied, the mobility of electrons increases, and the possibility that electrons injected from the n-
また、大電流駆動時において高い発光効率を得ることを考慮すると、半導体構造層21が、活性層21Bとp型半導体層13Dとの間にp型半導体層よりも大きなバンドギャップを有する電子ブロック層13Cを有することが好ましい。
Further, in consideration of obtaining high luminous efficiency at the time of driving with a large current, the electronic block layer in which the semiconductor structure layer 21 has a larger band gap than the p-type semiconductor layer between the
なお、本実施例においては、第3の副障壁層BDがn型半導体層13Aよりも大きなバンドギャップを有する場合について説明したが、第3の副障壁層BDの構成はこれに限定されない。また、第1及び第3の副障壁層BA及びBDの組成は上記に限定されない。第3の副障壁層BDは、第1の副障壁層BAよりも大きなバンドギャップを有していればよい。例えば、第1の副障壁層BAはInGaN層からなり、第3の副障壁層BDはGaN層からなっていてもよい。
In the present embodiment, the case where the third sub-barrier layer BD has a larger band gap than the n-
上記したように、本実施例においては、面発光レーザ20の半導体構造層21は、井戸層W1〜W4及び障壁層B11〜B41が積層された多重量子井戸構造の活性層21Bを有する。また、障壁層B11〜B41の各々は、第1及び第2の副障壁層BA及びBBと、第2の副障壁層BB上に形成されて第1の副障壁層BAよりも大きなバンドギャップを有する第3の副障壁層BDを有する。また、半導体構造層21はn型半導体層13A及びp型半導体層13Dを有し、第3の副障壁層BDは第2の副障壁層BBよりもp型半導体層13D側に位置する。従って、活性層21B内においてキャリアが高効率で再結合し、低い発振閾値を有する面発光レーザ20を提供することができる。
As described above, in this embodiment, the semiconductor structure layer 21 of the
10、20 半導体レーザ(垂直共振器型発光素子)
13B 活性層
W1〜W4 井戸層
B1〜B4、B11〜B41 障壁層
BA 第1の副障壁層
BB 第2の副障壁層
BC、BD 第3の副障壁層
10, 20 Semiconductor laser (vertical resonator type light emitting element)
13B Active layers W1 to W4 Well layers B1 to B4, B11 to B41 Barrier layer BA First sub-barrier layer BB Second sub-barrier layer BC, BD Third sub-barrier layer
Claims (7)
前記半導体構造層を介して互いに対向する第1及び第2の反射鏡と、を有し、
前記活性層は、複数の井戸層及び複数の障壁層からなる多重量子井戸構造を有し、
前記複数の障壁層のうちの少なくとも1つの障壁層は、第1の副障壁層と、前記第1の副障壁層上に形成されて前記第1の副障壁層よりも小さなバンドギャップを有する第2の副障壁層と、前記第2の副障壁層上に形成されて前記第2の副障壁層よりも大きなバンドギャップを有する第3の副障壁層と、を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。 A semiconductor structure layer including a first semiconductor layer having a first conductivity type, an active layer, and a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
First and second reflecting mirrors facing each other through the semiconductor structure layer,
The active layer has a multiple quantum well structure including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers,
At least one of the plurality of barrier layers includes a first sub-barrier layer and a first bandgap formed on the first sub-barrier layer and having a smaller band gap than the first sub-barrier layer. Vertical resonance comprising: a second sub-barrier layer; and a third sub-barrier layer formed on the second sub-barrier layer and having a larger band gap than the second sub-barrier layer. Type light emitting device.
前記第3の副障壁層は、前記第2の副障壁層よりも前記p型半導体層側に位置し、
前記第3の副障壁層は、前記第1の副障壁層よりも大きなバンドギャップを有することを特徴とする請求項1に記載の垂直共振器型発光素子。 The first and second semiconductor layers are an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, respectively.
The third sub-barrier layer is positioned closer to the p-type semiconductor layer than the second sub-barrier layer;
The vertical resonator type light emitting device according to claim 1, wherein the third sub-barrier layer has a larger band gap than the first sub-barrier layer.
前記複数の井戸層の各々は、InGaN層からなり、
前記第2の副障壁層は、前記複数の井戸層の各々よりもIn組成が小さいInGaN層からなり、
前記第1及び第3の副障壁層の各々は、GaN層からなることを特徴とする請求項1に記載の垂直共振器型発光素子。 The n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are composed of a GaN layer,
Each of the plurality of well layers comprises an InGaN layer,
The second sub-barrier layer is composed of an InGaN layer having an In composition smaller than each of the plurality of well layers,
2. The vertical cavity light emitting device according to claim 1, wherein each of the first and third sub-barrier layers comprises a GaN layer.
前記複数の井戸層の各々は、InGaN層からなり、
前記第2の副障壁層は、前記複数の井戸層の各々よりもIn組成が小さいInGaN層からなり、
前記第3の副障壁層は、AlGaN層からなることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1つに記載の垂直共振器型発光素子。 The n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are composed of a GaN layer,
Each of the plurality of well layers comprises an InGaN layer,
The second sub-barrier layer is composed of an InGaN layer having an In composition smaller than each of the plurality of well layers,
The vertical resonator type light emitting device according to any one of claims 2 to 4, wherein the third sub-barrier layer is formed of an AlGaN layer.
前記複数の障壁層のうちの前記最終障壁層以外の他の障壁層の各々は前記第1、第2及び第3の副障壁層を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の垂直共振器型発光素子。 Of the plurality of barrier layers, a final barrier layer located closest to the second semiconductor layer has a single layer structure,
7. Each of the barrier layers other than the final barrier layer among the plurality of barrier layers includes the first, second, and third sub-barrier layers. The vertical resonator type light emitting device described in 1.
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JP2020068311A (en) * | 2018-10-25 | 2020-04-30 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting element |
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