JP2950811B1 - Super lattice semiconductor light emitting device - Google Patents

Super lattice semiconductor light emitting device

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JP2950811B1
JP2950811B1 JP14094298A JP14094298A JP2950811B1 JP 2950811 B1 JP2950811 B1 JP 2950811B1 JP 14094298 A JP14094298 A JP 14094298A JP 14094298 A JP14094298 A JP 14094298A JP 2950811 B1 JP2950811 B1 JP 2950811B1
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千秋 堂本
直毅 大谷
典文 江上
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株式会社エイ・ティ・アール環境適応通信研究所
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Abstract

【要約】 【課題】 毒性が無く安価なシリコン基板を用いて作製
することができ、さらに室温での安定動作が可能である
超格子半導体発光素子を提供する。 【解決手段】 超格子構造を有する真性半導体i層15
を備えたダイオード半導体素子であり、真性半導体i層
15は、第1の障壁層21と第1の量子井戸層22aと
第2の障壁層21と第2の量子井戸層22bと第3の障
壁層21と活性層23とを順に形成した1周期分の層を
複数周期積層してなり、量子井戸層22a,22b及び
活性層23はシリコン又はアルモファスシリコンにてな
る。また、量子井戸層22a,22bの各Γ1と活性層
23のΓ2とが同一のエネルギーレベルとなるように各
厚さが設定される。量子井戸層22aのΓ1に存在する
電子を、第2の量子井戸層のΓ1及び活性層23のΓ2
を介して活性層のΓ1に遷移させて発光を得る。
A superlattice semiconductor light emitting device which can be manufactured using an inexpensive silicon substrate without toxicity and which can operate stably at room temperature is provided. SOLUTION: Intrinsic semiconductor i-layer 15 having a superlattice structure
And the intrinsic semiconductor i-layer 15 includes a first barrier layer 21, a first quantum well layer 22a, a second barrier layer 21, a second quantum well layer 22b, and a third barrier layer. A plurality of layers of one cycle in which the layer 21 and the active layer 23 are sequentially formed are stacked in plural cycles, and the quantum well layers 22a and 22b and the active layer 23 are made of silicon or amorphous silicon. Further, each thickness is set such that # 1 of the quantum well layers 22a and 22b and # 2 of the active layer 23 have the same energy level. Electrons existing in # 1 of the quantum well layer 22a are converted into # 1 of the second quantum well layer and # 2 of the active layer 23.
To # 1 of the active layer through to emit light.

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、超格子構造を有す
る超格子半導体発光素子に関する。
[0001] The present invention relates to a superlattice semiconductor light emitting device having a superlattice structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信・計測用の光源及び光集積
回路等に用いることのできる発光素子の検討が活発に行
われている。最近では、例えば、従来技術文献「納富ほ
か、“量子井戸層サブバンド間遷移レーザー”,応用物
理,第64巻,第7号,pp.674−677,199
5年」において解説されているように、現在広く用いら
れている半導体レーザーとは異なる構造を有する半導体
レーザーが提案されている。上記従来技術文献で示され
た半導体レーザーは、量子カスケードレーザーと呼ば
れ、超格子半導体の量子井戸のサブバンド間遷移を用い
てレーザー発振を実現している。
2. Description of the Related Art In recent years, light-emitting elements that can be used in light sources for optical communication and measurement, optical integrated circuits, and the like have been actively studied. Recently, for example, in the prior art document "Notomi et al.," Quantum well layer intersubband transition laser ", Applied Physics, Vol. 64, No. 7, pp. 672-677, 199.
As described in "5 Years", a semiconductor laser having a structure different from a semiconductor laser widely used at present is proposed. The semiconductor laser disclosed in the above-mentioned prior art document is called a quantum cascade laser, and realizes laser oscillation using transition between subbands of a quantum well of a superlattice semiconductor.

【0003】このような超格子構造を有する超格子半導
体の量子井戸層において、第2の量子化準位(第2の準
位Γ2点)の電子を第1の量子化準位(第1の準位Γ1
点)に緩和させて発光させるためには、第2の量子化準
位の電子の数を第1の量子化準位の電子の数より多くす
る、いわゆる反転分布を実現することが必要である。こ
の従来例の量子カスケードレーザーでは、量子井戸層の
第2の量子化準位の電子を、当該量子井戸層とは異なる
空間的に離れた量子井戸層の第1の量子化準位に遷移さ
せるように、超格子の周期が一定でない特殊な構造にし
て、反転分布を実現し、量子井戸層の第2の量子化準位
の電子を、当該量子井戸層とは異なる空間的に離れた量
子井戸層の第1の量子化準位に遷移させて発光させてい
る。
In a quantum well layer of a superlattice semiconductor having such a superlattice structure, electrons of a second quantization level (second levelΓ2 points) are converted to a first quantization level (first level). Level Γ1
In order to emit light by relaxing to (point), it is necessary to realize a so-called population inversion in which the number of electrons at the second quantization level is larger than the number of electrons at the first quantization level. . In this conventional quantum cascade laser, electrons at the second quantization level of the quantum well layer are transited to the first quantization level of a quantum well layer spatially separated from the quantum well layer. As described above, by using a special structure in which the period of the superlattice is not constant, the population inversion is realized, and the electrons at the second quantization level of the quantum well layer are separated from the quantum well layer spatially separated from the quantum well layer. Light is emitted by transitioning to the first quantization level of the well layer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例のサブバンド間遷移を用いた量子カスケードレ
ーザーでは、基板として毒物である砒素を含んで、なお
かつ高価なガリウム砒素材料を用いて作製しようと試み
られている。さらに、その材料の熱伝導度の低さから、
連続発振させるためには極低温まで冷却する必要がある
という問題点があった。
However, in the above-described quantum cascade laser using the intersubband transition of the related art, it is attempted to manufacture the substrate using an expensive gallium arsenide material that contains toxic arsenic as a substrate. Attempted. Furthermore, due to the low thermal conductivity of the material,
There is a problem that cooling to an extremely low temperature is required for continuous oscillation.

【0005】本発明の目的は上記の問題点を解決し、毒
性が無く安価なシリコン基板を用いて作製することがで
き、さらに室温での安定動作が可能である超格子半導体
発光素子を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a superlattice semiconductor light emitting device which can be manufactured using an inexpensive silicon substrate without toxicity and which can operate stably at room temperature. It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の超格子半導体発光素子は、2つの電極間に、超格子
構造を有する真性半導体層を備え、バイアス電圧が印加
されてなる超格子半導体素子において、上記真性半導体
層は、第1の障壁層と第1の量子井戸層と第2の障壁層
と第2の量子井戸層と第3の障壁層と活性層とを順に形
成してなる1周期分の層を複数周期積層することにより
形成されてなり、上記第1と第2の量子井戸層及び上記
活性層はシリコン又はアルモファスシリコンにてなり、
上記第1の量子井戸層の第1の量子化準位と、上記第2
の量子井戸層の第1の量子化準位と、上記活性層の第2
の量子化準位とが実質的に同一のエネルギーレベルとな
るように、上記第1と第2の量子井戸層及び上記活性層
の各厚さが設定され、上記第1の量子井戸層の第1の量
子化準位に存在する電子を、上記第2の量子井戸層の第
1の量子化準位を介して上記活性層の第2の量子化準位
に遷移させた後、当該活性層の第2の量子化準位からそ
の第1の量子化準位に遷移させることにより発光を得る
ことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a superlattice semiconductor light emitting device comprising an intrinsic semiconductor layer having a superlattice structure between two electrodes, and having a bias voltage applied thereto. In the lattice semiconductor device, the intrinsic semiconductor layer includes a first barrier layer, a first quantum well layer, a second barrier layer, a second quantum well layer, a third barrier layer, and an active layer which are sequentially formed. The first and second quantum well layers and the active layer are made of silicon or amorphous silicon.
A first quantization level of the first quantum well layer and a second quantization level of the second quantum well layer;
The first quantization level of the quantum well layer and the second quantization level of the active layer.
The thicknesses of the first and second quantum well layers and the active layer are set so that the quantization levels of the first and second quantum well layers are substantially the same. After the electrons present at the first quantization level are transited to the second quantization level of the active layer via the first quantization level of the second quantum well layer, the active layer The light emission is obtained by making a transition from the second quantization level to the first quantization level.

【0007】また、請求項2記載の超格子半導体発光素
子は、請求項1記載の超格子半導体発光素子において、
上記障壁層は、上記第1と第2の量子井戸層及び上記活
性層と実質的に同一の格子定数を有し、かつ上記第1と
第2の量子井戸層及び上記活性層の材料よりも大きなバ
ンドギャップを有する材料にてなることを特徴とする。
A superlattice semiconductor light emitting device according to a second aspect is the superlattice semiconductor light emitting device according to the first aspect.
The barrier layer has substantially the same lattice constant as the first and second quantum well layers and the active layer, and has a higher lattice constant than the material of the first and second quantum well layers and the active layer. It is characterized by being made of a material having a large band gap.

【0008】さらに、請求項3記載の超格子半導体発光
素子は、請求項1又は2記載の超格子半導体発光素子に
おいて、上記真性半導体層は、真性半導体i層であり、
上記超格子半導体発光素子は、上記2つの電極の間に、
上記真性半導体i層を挟設するp型半導体層とn型半導
体層をさらに備え、上記超格子半導体発光素子はpin
型ダイオード素子であり、上記バイアス電圧は逆バイア
ス電圧であることを特徴とする。
Further, the superlattice semiconductor light emitting device according to claim 3 is the superlattice semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the intrinsic semiconductor layer is an intrinsic semiconductor i layer,
The superlattice semiconductor light-emitting device is provided between the two electrodes,
The superlattice semiconductor light emitting device further includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer sandwiching the intrinsic semiconductor i-layer.
Wherein the bias voltage is a reverse bias voltage.

【0009】さらに、請求項4記載の超格子半導体発光
素子は、請求項1又は2記載の超格子半導体発光素子に
おいて、上記真性半導体層は、真性半導体i層であり、
上記超格子半導体発光素子は、上記2つの電極の間に、
上記真性半導体i層を挟設するn型半導体層とn型半導
体層をさらに備え、上記超格子半導体発光素子はnin
型半導体素子であることを特徴とする。
Further, the superlattice semiconductor light emitting device according to claim 4 is the superlattice semiconductor light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the intrinsic semiconductor layer is an intrinsic semiconductor i layer,
The superlattice semiconductor light-emitting device is provided between the two electrodes,
The superlattice semiconductor light emitting device further includes an n-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer sandwiching the intrinsic semiconductor i layer.
A semiconductor device.

【0010】またさらに、請求項5記載の超格子半導体
発光素子は、請求項1乃至4のうちの1つに記載の超格
子半導体発光素子において、上記超格子半導体発光素子
は、上記真性半導体層を挟設し、上記真性半導体層で発
光した光のうちの少なくとも一部の光を反射するように
互いに対向して設けられた2つの反射面を備えることに
よりレーザー発振することを特徴とする。
Further, the superlattice semiconductor light emitting device according to the fifth aspect is the superlattice semiconductor light emitting device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the superlattice semiconductor light emitting device is the intrinsic semiconductor layer. , Laser oscillation is provided by providing two reflecting surfaces provided opposite to each other so as to reflect at least a part of the light emitted from the intrinsic semiconductor layer.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】<実施形態> 図1は、本発明に係る一実施形態である超格子半導体発
光素子10を示す断面図である。本実施形態の超格子半
導体発光素子は、図1に示すように、超格子構造を有す
る真性半導体i層15を備えたヘテロ接合pin型ダイ
オード半導体素子であり、ここで、真性半導体i層15
は、第1の障壁層21と第1の量子井戸層22aと第2
の障壁層21と第2の量子井戸層22bと第3の障壁層
21(以下、3つの障壁層を障壁層21という。)と活
性層23とを順に形成してなる1周期分の層を複数周期
積層することにより形成されてなり、第1と第2の量子
井戸層22a,22b及び活性層23はシリコン又はア
ルモファスシリコンにてなる。また、第1の量子井戸層
22aの第1の量子化準位Γ1と、第2の量子井戸層2
2bの第1の量子化準位Γ1と、活性層23の第2の量
子化準位Γ2とが実質的に同一のエネルギーレベルとな
るように、第1と第2の量子井戸層22a,22b及び
活性層23の各厚さが設定される。そして、本実施形態
の超格子半導体発光素子10において、第1の量子井戸
層22aの第1の量子化準位Γ1に存在する電子を、第
2の量子井戸層22bの第1の量子化準位Γ1を介して
活性層23の第2の量子化準位Γ2に遷移させた後、当
該活性層23の第2の量子化準位Γ2からその第1の量
子化準位Γ1に遷移させることにより発光を得ることを
特徴としている。なお、本実施形態の超格子半導体発光
素子10において、障壁層21は、好ましくは、第1と
第2の量子井戸層22a,22b及び活性層23と実質
的に同一の格子定数を有し、かつ第1と第2の量子井戸
層22a,22b及び活性層23の材料よりも大きなバ
ンドギャップを有する材料、具体的には、ガリウムリン
(GaP)、アルミリン(AlP)、フッ化カルシウム
(CaF2)、又はフッ化カドミウム(CdF2)を用い
る。
<Embodiment> FIG. 1 is a sectional view showing a superlattice semiconductor light emitting device 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the superlattice semiconductor light emitting device of the present embodiment is a heterojunction pin type diode semiconductor device including an intrinsic semiconductor i-layer 15 having a superlattice structure.
Are the first barrier layer 21, the first quantum well layer 22a, and the second
A layer for one period formed by sequentially forming a barrier layer 21, a second quantum well layer 22 b, a third barrier layer 21 (hereinafter, three barrier layers are referred to as barrier layers 21), and an active layer 23. The first and second quantum well layers 22a and 22b and the active layer 23 are made of silicon or amorphous silicon. Further, the first quantization level Γ1 of the first quantum well layer 22a and the second quantum well layer 2
The first and second quantum well layers 22a and 22b are so arranged that the first quantization level # 1 of the second quantum well 2b and the second quantization level # 2 of the active layer 23 have substantially the same energy level. In addition, each thickness of the active layer 23 is set. Then, in the superlattice semiconductor light emitting device 10 of the present embodiment, electrons present at the first quantization level Γ1 of the first quantum well layer 22a are replaced with the first quantization level of the second quantum well layer 22b. After the transition to the second quantization level # 2 of the active layer 23 via the level # 1, the transition from the second quantization level # 2 of the active layer 23 to the first quantization level # 1 is performed. Is characterized by obtaining light emission. In the superlattice semiconductor light emitting device 10 of the present embodiment, the barrier layer 21 preferably has substantially the same lattice constant as the first and second quantum well layers 22a and 22b and the active layer 23. In addition, a material having a larger band gap than the materials of the first and second quantum well layers 22a and 22b and the active layer 23, specifically, gallium phosphide (GaP), aluminum phosphide (AlP), calcium fluoride (CaF 2) ) Or cadmium fluoride (CdF 2 ).

【0013】通常、発光素子は、ガリウム砒素系の材料
やインジウムリン系の材料が広く用いられている。その
理由はこれらの材料中の自由電子と正孔が同じ運動量を
持つために、発光結合確率の高いいわゆる直接遷移型と
なるためである。一方、本実施形態において量子井戸層
22a,22b及び活性層23で用いるシリコンは、自
由電子と正孔が異なった運動量を持つために、いわゆる
間接遷移型となり、結合時のエネルギーは格子振動にな
り、光として外部に取り出すことが極めて困難な材料で
あることが良く知られている。しかしながら、サブバン
ド間の遷移を光として取り出す量子カスケードレーザー
では、電子の準位のみ又は正孔の準位のみに着目するす
れば良いので、シリコン又はゲルマニウム半導体でもサ
ブバンド間遷移では直接遷移的な遷移が可能となり、発
光素子の作製が可能となる。
In general, gallium arsenide-based materials and indium phosphide-based materials are widely used for light emitting elements. The reason is that since the free electrons and holes in these materials have the same momentum, they are of a so-called direct transition type having a high emission coupling probability. On the other hand, silicon used in the quantum well layers 22a and 22b and the active layer 23 in the present embodiment is of a so-called indirect transition type because free electrons and holes have different momentums, and the energy at the time of coupling becomes lattice vibration. It is well known that the material is extremely difficult to take out as light. However, in a quantum cascade laser that extracts transitions between subbands as light, it is only necessary to focus on electron levels or hole levels only. Transition can be performed, so that a light-emitting element can be manufactured.

【0014】図3乃至図8は図1の超格子半導体発光素
子10の製造工程を示す断面図であり、本実施形態の超
格子半導体発光素子10の製造工程について、図3乃至
図8を参照して以下に説明する。
FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the superlattice semiconductor light emitting device 10 of FIG. 1. For the steps of manufacturing the superlattice semiconductor light emitting device 10 of the present embodiment, see FIGS. This will be described below.

【0015】 (1)図3に示すように、Sb(アンチモン)にてなる
n型不純物イオンが例えば、ドープ量1018/cm3
けドープされたn型GaAsにてなり上下面の面方位
(1,0,0)を有する厚さ300μmのn型半導体基
板をアセトン溶液中で超音波洗浄を行い、表面に付着し
た有機不純物層20aを除去した。 (2)上記洗浄の後、図4に示すように、一旦完全に表
面を乾かした後、半導体基板20の表面を、25°Cの
硫酸系エッチング溶液(硫酸:過酸化水素水:水=5:
1:1(質量比))で1分間エッチング処理を行うと、
1乃至2μmの表面層が除去され、基板表面処理(ミラ
ー処理)時に生じたストレス・転位を有する層を除去で
き、良好な結晶成長が可能となる。
(1) As shown in FIG. 3, an n-type impurity ion composed of Sb (antimony) is composed of, for example, n-type GaAs doped with a doping amount of 10 18 / cm 3, and the upper and lower plane orientations ( The n-type semiconductor substrate having a thickness of (1, 0, 0) having a thickness of 300 μm was subjected to ultrasonic cleaning in an acetone solution to remove the organic impurity layer 20a attached to the surface. (2) After the above cleaning, as shown in FIG. 4, after the surface is completely dried, the surface of the semiconductor substrate 20 is cleaned with a sulfuric acid-based etching solution (sulfuric acid: hydrogen peroxide solution: water = 5 ° C.) at 25 ° C. :
1: 1 (mass ratio)) for 1 minute,
The surface layer having a thickness of 1 to 2 μm is removed, and the layer having the stress and dislocation generated during the substrate surface treatment (mirror treatment) can be removed, and good crystal growth can be achieved.

【0016】 (3)真空中で650°Cの熱処理を行い、表面酸化層
を完全に除去した後、図1及び図5に示すように、下記
の各層を順次結晶成長することにより形成した。 (a)Sb(アンチモン)にてなるn型不純物イオンが
例えばドープ量5×1017/cm3だけドープされたn
型Siにてなる厚さ1μmのn型バッファ層17。 (b)i型Siにてなる厚さ500Åのi型クラッド層
16。 (c)超格子構造を有する厚さ1μmの真性半導体i層
15。ここで、真性半導体i層15は、第1の障壁層2
1と第1の量子井戸層22aと第2の障壁層21と第2
の量子井戸層22bと第3の障壁層21と活性層23と
を順に形成してなる1周期分の層を、例えば15乃至1
00周期などの複数周期積層することにより形成されて
なり、第1と第2の量子井戸層22a,22b及び活性
層23はシリコンにてなる。また、障壁層21は、ガリ
ウムリン(GaP)、アルミリン(AlP)、フッ化カ
ルシウム(CaF2)、又はフッ化カドミウム(Cd
2)、もしくは電気絶縁層(又は誘電体層)を用い
る。また、第1の量子井戸層22aの第1の量子化準位
Γ1と、第2の量子井戸層22bの第1の量子化準位Γ
1と、活性層23の第2の量子化準位Γ2とが、図2に
示すように、実質的に同一のエネルギーレベルとなるよ
うに、第1と第2の量子井戸層22a,22b及び活性
層23の各厚さが設定される。本実施形態では、障壁層
21の厚さd1=5nm、第1の量子井戸層22aの厚
さd2=4nm、第2の量子井戸層22bの厚さd3=
4nm、活性層23の厚さd4=7乃至8nmに設定さ
れる。好ましい実施形態においては、15乃至100周
期だけ形成され、より好ましい実施形態においては、5
0周期だけ形成される。 (d)i型Siにてなる厚さ500Åのi型クラッド層
14。 (e)Be(ベリリウム)にてなるp型不純物イオンが
例えばドープ量1×1018/cm3だけドープされたp
型Siにてなる厚さ2000Åのp型キャップ層13。
(3) After performing a heat treatment at 650 ° C. in a vacuum to completely remove the surface oxide layer, as shown in FIGS. 1 and 5, each of the following layers was formed by sequentially growing crystals. (A) n doped with n-type impurity ions of Sb (antimony), for example, at a doping amount of 5 × 10 17 / cm 3
1 μm thick n-type buffer layer 17 made of type Si. (B) An i-type cladding layer 16 made of i-type Si and having a thickness of 500 °. (C) 1 μm thick intrinsic semiconductor i-layer 15 having a superlattice structure. Here, the intrinsic semiconductor i-layer 15 is formed of the first barrier layer 2
1, the first quantum well layer 22a, the second barrier layer 21 and the second
Is formed by sequentially forming the quantum well layer 22b, the third barrier layer 21, and the active layer 23 in the order of 15 to 1
The first and second quantum well layers 22a and 22b and the active layer 23 are formed by stacking a plurality of cycles such as 00 cycles. The barrier layer 21 is made of gallium phosphide (GaP), aluminum phosphide (AlP), calcium fluoride (CaF 2 ), or cadmium fluoride (Cd).
F 2 ) or an electrically insulating layer (or dielectric layer). In addition, the first quantization level Γ1 of the first quantum well layer 22a and the first quantization level Γ of the second quantum well layer 22b are set.
1 and the second quantization level Γ2 of the active layer 23, as shown in FIG. 2, such that the first and second quantum well layers 22a, 22b and 22b have substantially the same energy level. Each thickness of the active layer 23 is set. In the present embodiment, the thickness d1 of the barrier layer 21 = 5 nm, the thickness d2 of the first quantum well layer 22a = 4 nm, and the thickness d3 of the second quantum well layer 22b =
4 nm, and the thickness d4 of the active layer 23 is set to 7 to 8 nm. In a preferred embodiment, only 15 to 100 periods are formed, in a more preferred embodiment 5
Only 0 cycles are formed. (D) An i-type cladding layer 14 of i-type Si having a thickness of 500 °. (E) A p-type impurity ion of Be (beryllium) doped with a doping amount of 1 × 10 18 / cm 3, for example.
A p-type cap layer 13 having a thickness of 2000 ° made of Si.

【0017】(4)図6に示すように、最上面のp型キ
ャップ層13の上面にMn/Au(1000Å/150
0Å)からなる電極11を形成した。ここで、電極11
は感光性有機薄膜(レジストパターン)18を用いたリ
フトオフ法を用いて電極材料11aを形成し、電極11
の厚さ方向に貫通する光出力孔11bをその中央部に形
成して、電極11がリング形状になるように形成した。
次いで、図7に示すように、リング形状の電極材料11
aをレジストで覆い、複数の素子の電極間の接続を絶つ
ためにメサエッチングを行い、素子分離を行った。 (5)さらに、図8に示すように、n型半導体基板20
の裏面にAuGe/Ni/Au(=1000Å/300
Å/1500Å)からなる電極12を形成した。 (6)最後に、電極12が形成された素子に対して、4
00°Cで1.5分間の熱処理を行い、電極11及び1
2においてオーミック接続を得た。以上の製造工程によ
り、超格子半導体発光素子10を得る。
(4) As shown in FIG. 6, Mn / Au (1000/150) is formed on the upper surface of the uppermost p-type cap layer 13.
0 °) was formed. Here, the electrode 11
Forms an electrode material 11a by a lift-off method using a photosensitive organic thin film (resist pattern) 18;
A light output hole 11b penetrating in the thickness direction is formed at the center thereof to form the electrode 11 in a ring shape.
Next, as shown in FIG.
a was covered with a resist, and mesa etching was performed to cut off the connection between the electrodes of a plurality of devices, thereby performing device isolation. (5) Further, as shown in FIG.
AuGe / Ni / Au (= 1000Å / 300)
({1500}). (6) Finally, with respect to the element on which the electrode 12 is formed, 4
Heat treatment was performed at 00 ° C. for 1.5 minutes.
In step 2, an ohmic connection was obtained. Through the above manufacturing steps, the superlattice semiconductor light emitting device 10 is obtained.

【0018】そして、図1に示すように、電圧可変直流
電源30の正極を電極12に接続する一方、直流電源3
0の負極を電極11に接続することにより、当該超格子
半導体発光素子10に対して逆バイアス電圧を印加す
る。
As shown in FIG. 1, the positive electrode of the variable voltage DC power supply 30 is connected to the electrode 12 while the DC power supply 3
By connecting the negative electrode of 0 to the electrode 11, a reverse bias voltage is applied to the superlattice semiconductor light emitting device 10.

【0019】以上のように構成された超格子半導体発光
素子10においては、逆バイアス電圧を電極11,12
間に印加したときに、第1の量子井戸層22aの第1の
量子化準位Γ1と、第2の量子井戸層22bの第1の量
子化準位Γ1と、活性層23の第2の量子化準位Γ2と
が実質的に同一のエネルギーレベルとなるように、第1
と第2の量子井戸層22a,22b及び活性層23の各
厚さが設定されている。従って、逆バイアス電圧を電極
11,12間に印加したときに、第1の量子井戸層22
aの第1の量子化準位Γ1に存在する電子を、第2の量
子井戸層22bの第1の量子化準位Γ1を介して活性層
23の第2の量子化準位Γ2に遷移させた後、当該活性
層23の第2の量子化準位Γ2からその第1の量子化準
位Γ1に遷移させることにより発光を得ることができ
る。さらには、真性半導体i層15では、複数周期積層
されているので、周期分にわたって発光が生じ、大きな
発光強度を有する発光を得ることができる。ここで、放
出される光は、活性層23の第2の量子化準位Γ2から
その第1の量子化準位Γ1に遷移したときの差のエネル
ギーに対応した波長を有する光である。
In the superlattice semiconductor light emitting device 10 configured as described above, a reverse bias voltage is applied to the electrodes 11 and 12.
When applied between the first quantum well layer 22a and the second quantum well layer 22b, the first quantization level Γ1 of the first quantum well layer 22a and the second quantization level The first level is set so that the quantization level Γ2 has substantially the same energy level.
And the thicknesses of the second quantum well layers 22a and 22b and the active layer 23 are set. Therefore, when a reverse bias voltage is applied between the electrodes 11 and 12, the first quantum well layer 22
The electrons existing at the first quantization level Γ1 of a are transited to the second quantization level Γ2 of the active layer 23 via the first quantization level Γ1 of the second quantum well layer 22b. After that, light emission can be obtained by making a transition from the second quantization level # 2 of the active layer 23 to the first quantization level # 1. Further, since the intrinsic semiconductor i-layer 15 is stacked in a plurality of cycles, light emission occurs over a period, and light emission having a large light emission intensity can be obtained. Here, the emitted light is light having a wavelength corresponding to the energy of the difference when the transition from the second quantization level # 2 of the active layer 23 to the first quantization level # 1.

【0020】この真性半導体i層15で発光された光
は、本実施形態においては、図1に示すように、真性半
導体i層15の厚さ方向に対して平行な側面から、厚さ
方向に対して垂直な方向では出力するように構成してい
る。しかしながら、本発明はこれに限らず、真性半導体
i層15で発光された光をi型クラッド層14とp型キ
ャップ層13とを介して、電極11に設けられた光出力
孔11hから光を出力するようにしてもよいし、もしく
は、i型クラッド層16とn型バッファ層17とn型半
導体基板20とを介して、n型半導体基板20側から出
力するように構成してもよい。n型半導体基板20側か
ら出力するように構成した場合には、i型クラッド層1
6と、n型バッファ層27とn型半導体基板20とをそ
れぞれ、光を透過するように薄く形成し、かつ電極12
に電極11と同様に光出力孔(図示せず。)を形成し
て、当該孔から、発生した光を出力する。
In this embodiment, the light emitted from the intrinsic semiconductor i-layer 15 is, as shown in FIG. 1, from the side surface parallel to the thickness direction of the intrinsic semiconductor i-layer 15 in the thickness direction. It is configured to output in a direction perpendicular to the direction. However, the present invention is not limited to this, and the light emitted from the intrinsic semiconductor i-layer 15 is transmitted through the light output hole 11h provided in the electrode 11 through the i-type cladding layer 14 and the p-type cap layer 13. The signal may be output, or the signal may be output from the n-type semiconductor substrate 20 via the i-type cladding layer 16, the n-type buffer layer 17, and the n-type semiconductor substrate 20. In the case of outputting from the n-type semiconductor substrate 20 side, the i-type cladding layer 1
6, the n-type buffer layer 27 and the n-type semiconductor substrate 20 are formed thinly so as to transmit light, and the electrode 12
A light output hole (not shown) is formed in the same manner as the electrode 11, and the generated light is output from the hole.

【0021】<変形例>次いで、超格子半導体発光素子
10を用いたレーザーダイオードの変形例について以下
に説明する。当該変形例では、上記実施形態に比較して
さらに、真性半導体i層15における厚さ方向に平行な
2つの側面にそれぞれ、第1と第2の鏡面層(図示せ
ず。)を形成したことを特徴としている。ここで、第1
と第2の鏡面層は、真性半導体i層15を挟設して対向
して形成されており、それぞれ公知のファブリ・ペロー
鏡面を構成する。
<Modification> Next, a modification of the laser diode using the superlattice semiconductor light emitting device 10 will be described below. In the modification, first and second mirror layers (not shown) are formed on two sides of the intrinsic semiconductor i-layer 15 parallel to the thickness direction, respectively, as compared with the above embodiment. It is characterized by. Here, the first
The second mirror surface layer and the second mirror surface layer are formed to face each other with the intrinsic semiconductor i-layer 15 interposed therebetween, and each constitute a known Fabry-Perot mirror surface.

【0022】ここで、ファブリ・ぺロー鏡面とは、例え
ば、真性半導体i層15で発生する光に対して例えば3
0%の所定の反射率を有する面であって、当該変形例で
は、n型半導体基板20の結晶の方位を所定の方向に設
定して、真性半導体i層15の2つの側面がそれぞれ所
定のへき開面になるように真性半導体i層15を形成し
た後、へき開することにより当該側面そのものをファブ
リ・ぺロー鏡面として利用した。この場合、ファブリ・
ぺロー鏡面として利用した真性半導体i層15の2つの
側面の反射率は30%に限定されず、少なくとも真性半
導体i層15で発生する光の一部分を反射するように構
成すればよい。また、当該変形例では、真性半導体i層
15の2つの側面の間隔は、300μmに設定した。し
かしながら、本発明はこれに限定されず、真性半導体i
層の2つの側面の間隔は、100μmでもよいし、50
0μmでもよい、すなわち当該間隔は、ファブリ・ぺロ
ー共振器を形成するように、任意に設定することができ
る。
Here, the Fabry-Perot mirror surface is, for example, three times with respect to light generated in the intrinsic semiconductor i-layer 15.
In this modification, the orientation of the crystal of the n-type semiconductor substrate 20 is set to a predetermined direction, and the two side surfaces of the intrinsic semiconductor i-layer 15 are each a predetermined surface. After forming the intrinsic semiconductor i-layer 15 so as to have a cleavage surface, the side surface itself was used as a Fabry-Perot mirror surface by cleavage. In this case, Fabry
The reflectivity of the two side surfaces of the intrinsic semiconductor i-layer 15 used as the low mirror surface is not limited to 30%, and may be configured to reflect at least a part of light generated in the intrinsic semiconductor i-layer 15. In the modification, the interval between the two side surfaces of the intrinsic semiconductor i-layer 15 was set to 300 μm. However, the present invention is not limited to this, and the intrinsic semiconductor i
The distance between the two sides of the layer may be 100 μm or 50 μm.
It may be 0 μm, ie the spacing can be set arbitrarily so as to form a Fabry-Perot resonator.

【0023】以上のように構成することによって、超格
子半導体発光素子10において、真性半導体i層15に
2つの側面からなるファブリ・ぺロー共振器を形成する
ことができるので、真性半導体i層15で発生された光
はその内部のファブリ・ぺロー共振器で反射を繰り返し
て共振し、超格子半導体発光素子10においてレーザー
モードで発振を生じさせ、すなわち大きな強度でレーザ
ー発振させることができる。
With the above configuration, a Fabry-Perot resonator having two side surfaces can be formed on the intrinsic semiconductor i-layer 15 in the superlattice semiconductor light-emitting device 10. Is repetitively reflected by the Fabry-Perot resonator inside it and resonates, causing the superlattice semiconductor light emitting device 10 to oscillate in the laser mode, that is, to oscillate the laser at a large intensity.

【0024】<別の変形例>以上の実施形態において
は、第1と第2の量子井戸層22a,22b及び活性層
23はシリコンにてなるが、本発明はこれに限らず、ア
ルモスファス状態のシリコン、すなわち、アルモファス
シリコンであってもよい。この場合、半導体基板20と
して、シリコン単結晶基板よりもさらに安価で剛性に優
れたガラス基板上での作製も可能である。
<Another Modification> In the above embodiment, the first and second quantum well layers 22a and 22b and the active layer 23 are made of silicon. However, the present invention is not limited to this. , That is, aluminum silicon. In this case, it is possible to manufacture the semiconductor substrate 20 on a glass substrate that is more inexpensive and more rigid than the silicon single crystal substrate.

【0025】以上の実施形態及び変形例において、真性
半導体i層15における各上下両端の層は、第1と第2
の量子井戸層22a,22b又は活性層23であっても
よいし、もしくは障壁層21であってもよい。
In the above embodiments and modifications, the layers at the upper and lower ends of the intrinsic semiconductor i-layer 15 are the first and second layers.
May be the quantum well layers 22a and 22b or the active layer 23, or the barrier layer 21.

【0026】以上の実施形態及び変形例において、超格
子半導体発光素子10は、pin型ダイオード素子にて
なるが、本発明はこれに限らず、p型キャップ層13に
代えて、n型キャップ層13を備えてnin型半導体素
子で構成してもよい。このとき、例えば、n型キャップ
層13の材料は、アンチモンをn型ドーパントとして1
×1018/cm3だけドーピングしたシリコンであり、
真性半導体i層15の材料、i型クラッド層16の材
料、及びn型バッファ層17の材料は上記と同様であ
る。
In the above embodiments and modifications, the superlattice semiconductor light-emitting device 10 is a pin-type diode device. However, the present invention is not limited to this, and the p-type cap layer 13 may be replaced with an n-type cap layer. 13 may be provided as a nin-type semiconductor device. At this time, for example, the material of the n-type cap layer 13 is 1 with antimony as an n-type dopant.
X10 18 / cm 3 doped silicon;
The material of the intrinsic semiconductor i-layer 15, the material of the i-type cladding layer 16, and the material of the n-type buffer layer 17 are the same as described above.

【0027】<実施形態及び変形例の効果>以上、詳述
したように、実施形態及び変形例の超格子半導体発光素
子によれば、電子の有効質量が異なる2種類の量子井戸
層22a,22b及び活性層23と障壁層21とが積層
されてなる真性半導体i層15を備え、所定の逆バイア
ス電圧が印加されたときに、活性層23の第2と第1の
量子化準位間の差のエネルギーに対応する波長を有する
光を発生して出力することができる。また、実施形態及
び変形例の超格子半導体発光素子は、シリコン半導体を
用いて構成し、すでに確立された高いレベルのシリコン
プロセス及び装置の使用が可能であり、それ故,公知の
プロセスを用いて高精度で素子を形成することができ
る。また、超格子の周期が一定の簡単な周期構造の真性
半導体を用いて構成しており、また、シリコンはInや
Pよりも安価であるので、従来例のサブバンド間遷移を
用いた量子カスケードレーザーに比較して、安価に作製
することができる。さらに、GaAsプロセスでは,プ
ロセスに出る毒物である砒素を含んだ廃液、排水、排気
ガス等の処理も、シリコンプロセスでは問題とならな
い。また、使用後の素子の廃棄に際しても同様なことが
いえる。さらに、素子特性においても、基板であるシリ
コンの熱伝導度が、ガリウム砒素と比較して高く、容易
に熱を逃すことができるので、電流注入時の発熱を最低
限に抑えることができるので、室温で連続的な発振も可
能である。
<Effects of Embodiments and Modifications> As described above, according to the superlattice semiconductor light emitting devices of the embodiments and the modifications, two types of quantum well layers 22a and 22b having different effective masses of electrons. And an intrinsic semiconductor i-layer 15 in which the active layer 23 and the barrier layer 21 are laminated, and when a predetermined reverse bias voltage is applied, the active layer 23 has a gap between the second and first quantization levels. Light having a wavelength corresponding to the difference energy can be generated and output. In addition, the superlattice semiconductor light emitting devices of the embodiments and the modified examples are configured by using a silicon semiconductor, and can use an already established high-level silicon process and apparatus, and therefore, use a known process. An element can be formed with high accuracy. In addition, since it is composed of an intrinsic semiconductor having a simple periodic structure in which the period of the superlattice is constant, and silicon is cheaper than In or P, the conventional quantum cascade using the intersubband transition is used. It can be manufactured at lower cost than a laser. Further, in the GaAs process, treatment of waste liquid, wastewater, exhaust gas, and the like containing arsenic, which is a poison coming out of the process, is not a problem in the silicon process. The same can be said for the disposal of the used device. Furthermore, in terms of device characteristics, the thermal conductivity of silicon as a substrate is higher than that of gallium arsenide, and heat can be easily dissipated, so that heat generation during current injection can be minimized. Continuous oscillation at room temperature is also possible.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る超格子
半導体発光素子によれば、2つの電極間に、超格子構造
を有する真性半導体層を備え、バイアス電圧が印加され
てなる超格子半導体素子において、上記真性半導体層
は、第1の障壁層と第1の量子井戸層と第2の障壁層と
第2の量子井戸層と第3の障壁層と活性層とを順に形成
してなる1周期分の層を複数周期積層することにより形
成されてなり、上記第1と第2の量子井戸層及び上記活
性層はシリコン又はアルモファスシリコンにてなり、上
記第1の量子井戸層の第1の量子化準位と、上記第2の
量子井戸層の第1の量子化準位と、上記活性層の第2の
量子化準位とが実質的に同一のエネルギーレベルとなる
ように、上記第1と第2の量子井戸層及び上記活性層の
各厚さが設定され、上記第1の量子井戸層の第1の量子
化準位に存在する電子を、上記第2の量子井戸層の第1
の量子化準位を介して上記活性層の第2の量子化準位に
遷移させた後、当該活性層の第2の量子化準位からその
第1の量子化準位に遷移させることにより発光を得る。
As described above in detail, according to the superlattice semiconductor light emitting device of the present invention, a superlattice having an intrinsic semiconductor layer having a superlattice structure between two electrodes and being applied with a bias voltage is provided. In the semiconductor device, the intrinsic semiconductor layer is formed by forming a first barrier layer, a first quantum well layer, a second barrier layer, a second quantum well layer, a third barrier layer, and an active layer in this order. The first and second quantum well layers and the active layer are made of silicon or amorphous silicon. The first quantization level, the first quantization level of the second quantum well layer, and the second quantization level of the active layer have substantially the same energy level. The thicknesses of the first and second quantum well layers and the active layer are set; The electrons present in the first quantization level of the serial first quantum well layer, the second of said second quantum well layer 1
After the transition to the second quantization level of the active layer via the quantization level of the above, the transition from the second quantization level of the active layer to the first quantization level Obtain luminescence.

【0029】従って、電子の有効質量が異なる2種類の
第1と第2の量子井戸層及び活性層と障壁層とが積層さ
れてなる真性半導体層を備え、所定の逆バイアス電圧が
印加されたときに、活性層の第2と第1の量子化準位間
の差のエネルギーに対応する波長を有する光を発生して
出力することができる。また、本発明によれば、シリコ
ン半導体又はアルモスファスシリコン半導体を用いて構
成し、すでに確立された高いレベルのシリコンプロセス
及び装置の使用が可能であり、それ故,公知のプロセス
を用いて高精度で素子を形成することができる。また、
超格子の周期が一定の簡単な周期構造の真性半導体を用
いて構成しており、また、シリコンはInやPよりも安
価であるので、従来例のサブバンド間遷移を用いた量子
カスケードレーザーに比較して、安価に作製することが
できる。さらに、GaAsプロセスでは,プロセスに出
る毒物である砒素を含んだ廃液、排水、排気ガス等の処
理も、シリコンプロセスでは問題とならない。また、使
用後の素子の廃棄に際しても同様なことがいえる。さら
に、素子特性においても、基板であるシリコンの熱伝導
度が、ガリウム砒素と比較して高く、容易に熱を逃すこ
とができるので、電流注入時の発熱を最低限に抑えるこ
とができるので、室温で連続的な発振も可能である。
Accordingly, there are provided two kinds of first and second quantum well layers having different effective masses of electrons and an intrinsic semiconductor layer in which an active layer and a barrier layer are laminated, and a predetermined reverse bias voltage is applied. Sometimes, light having a wavelength corresponding to the energy of the difference between the second and first quantization levels of the active layer can be generated and output. Also, according to the present invention, it is possible to use a silicon semiconductor or an Almosphas silicon semiconductor, and to use an already established high-level silicon process and apparatus, and therefore to use a known process for high precision. Can form an element. Also,
It is composed of an intrinsic semiconductor having a simple periodic structure with a constant superlattice period, and silicon is cheaper than In and P. Therefore, the conventional quantum cascade laser using intersubband transition is used. In comparison, it can be manufactured at low cost. Further, in the GaAs process, treatment of waste liquid, wastewater, exhaust gas, and the like containing arsenic, which is a poison coming out of the process, is not a problem in the silicon process. The same can be said for the disposal of the used device. Furthermore, in terms of device characteristics, the thermal conductivity of silicon as a substrate is higher than that of gallium arsenide, and heat can be easily dissipated, so that heat generation during current injection can be minimized. Continuous oscillation at room temperature is also possible.

【0030】また、上記超格子半導体発光素子におい
て、上記真性半導体層を挟設し、上記真性半導体層で発
光した光のうちの少なくとも一部の光を反射するように
互いに対向して設けられた2つの反射面を備えることに
よりレーザー発振するように構成したので、真性半導体
層で発生された光はその内部で反射を繰り返して共振
し、超格子半導体発光素子においてレーザーモードで発
振を生じさせ、すなわち大きな強度でレーザー発振させ
ることができる。
In the above-described superlattice semiconductor light emitting device, the intrinsic semiconductor layer is interposed therebetween and provided to face each other so as to reflect at least a part of the light emitted from the intrinsic semiconductor layer. Since the laser is oscillated by providing two reflecting surfaces, the light generated in the intrinsic semiconductor layer is repetitively reflected inside and resonates, causing the superlattice semiconductor light emitting device to oscillate in a laser mode, That is, laser oscillation can be performed with a large intensity.

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

【図1】 本発明に係る一実施形態である超格子半導体
発光素子10を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a superlattice semiconductor light emitting device 10 according to one embodiment of the present invention.

【図2】 図1の超格子半導体発光素子10の真性半導
体i層の厚さ方向の位置に対する準位エネルギーを示す
エネルギーバンド図である。
FIG. 2 is an energy band diagram showing a level energy with respect to a position in a thickness direction of an intrinsic semiconductor i-layer of the superlattice semiconductor light emitting device 10 of FIG.

【図3】 図1の超格子半導体発光素子10の製造工程
のうちの第1の工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first step of the manufacturing steps of the superlattice semiconductor light emitting device 10 of FIG.

【図4】 図1の超格子半導体発光素子10の製造工程
のうちの第2の工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second step in the manufacturing process of the superlattice semiconductor light emitting device 10 of FIG.

【図5】 図1の超格子半導体発光素子10の製造工程
のうちの第3の工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third step in the process of manufacturing the superlattice semiconductor light emitting device 10 of FIG.

【図6】 図1の超格子半導体発光素子10の製造工程
のうちの第4の工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a fourth step in the process of manufacturing the superlattice semiconductor light emitting device 10 of FIG.

【図7】 図1の超格子半導体発光素子10の製造工程
のうちの第5の工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fifth step in the process of manufacturing the superlattice semiconductor light emitting device 10 of FIG.

【図8】 図1の超格子半導体発光素子10の製造工程
のうちの第6の工程を示す断面図である。
8 is a cross-sectional view showing a sixth step in the process of manufacturing the superlattice semiconductor light emitting device 10 of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…超格子半導体発光素子、 11,12…電極、 11h…光出力孔、 13…キャップ層、 14…クラッド層、 15…真性半導体i層、 16…クラッド層、 17…バッファ層、 20…半導体基板、 21…障壁層、 22a…第1の量子井戸層、 22b…第2の量子井戸層、 23…活性層、 30…電圧可変直流電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Super lattice semiconductor light emitting element, 11 and 12 ... Electrode, 11h ... Light output hole, 13 ... Cap layer, 14 ... Cladding layer, 15 ... Intrinsic semiconductor i layer, 16 ... Cladding layer, 17 ... Buffer layer, 20 ... Semiconductor Substrate, 21: barrier layer, 22a: first quantum well layer, 22b: second quantum well layer, 23: active layer, 30: variable voltage DC power supply.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江上 典文 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール環 境適応通信研究所内 (56)参考文献 特開 平8−236854(JP,A) 特開 平9−102653(JP,A) 特開 平10−275956(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 33/00 H01S 3/18 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Norifumi Egami, Inventor No. 5, Sanraya, Inaya, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto 5 -236854 (JP, A) JP-A-9-102653 (JP, A) JP-A-10-275956 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 33/00 H01S 3/18 JICST file (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 2つの電極間に、超格子構造を有する真
性半導体層を備え、バイアス電圧が印加されてなる超格
子半導体素子において、 上記真性半導体層は、第1の障壁層と第1の量子井戸層
と第2の障壁層と第2の量子井戸層と第3の障壁層と活
性層とを順に形成してなる1周期分の層を複数周期積層
することにより形成されてなり、 上記第1と第2の量子井戸層及び上記活性層はシリコン
又はアルモファスシリコンにてなり、 上記第1の量子井戸層の第1の量子化準位と、上記第2
の量子井戸層の第1の量子化準位と、上記活性層の第2
の量子化準位とが実質的に同一のエネルギーレベルとな
るように、上記第1と第2の量子井戸層及び上記活性層
の各厚さが設定され、 上記第1の量子井戸層の第1の量子化準位に存在する電
子を、上記第2の量子井戸層の第1の量子化準位を介し
て上記活性層の第2の量子化準位に遷移させた後、当該
活性層の第2の量子化準位からその第1の量子化準位に
遷移させることにより発光を得ることを特徴とする超格
子半導体発光素子。
1. A superlattice semiconductor device comprising a intrinsic semiconductor layer having a superlattice structure between two electrodes, wherein a bias voltage is applied, wherein the intrinsic semiconductor layer comprises a first barrier layer and a first barrier layer. The quantum well layer, the second barrier layer, the second quantum well layer, the third barrier layer, and the active layer are formed by sequentially stacking a plurality of layers each corresponding to one cycle. The first and second quantum well layers and the active layer are made of silicon or amorphous silicon. The first quantization level of the first quantum well layer and the second
The first quantization level of the quantum well layer and the second quantization level of the active layer.
The thicknesses of the first and second quantum well layers and the active layer are set such that the quantization levels of the first and second quantum well layers are substantially the same. After the electrons present at the first quantization level are transited to the second quantization level of the active layer via the first quantization level of the second quantum well layer, the active layer A superlattice semiconductor light emitting device characterized in that light emission is obtained by making a transition from the second quantization level to the first quantization level.
【請求項2】 上記障壁層は、上記第1と第2の量子井
戸層及び上記活性層と実質的に同一の格子定数を有し、
かつ上記第1と第2の量子井戸層及び上記活性層の材料
よりも大きなバンドギャップを有する材料にてなること
を特徴とする請求項1記載の超格子半導体発光素子。
2. The barrier layer has substantially the same lattice constant as the first and second quantum well layers and the active layer.
2. The superlattice semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein said superlattice semiconductor light emitting device is made of a material having a band gap larger than that of said first and second quantum well layers and said active layer.
【請求項3】 上記真性半導体層は、真性半導体i層で
あり、 上記超格子半導体発光素子は、上記2つの電極の間に、
上記真性半導体i層を挟設するp型半導体層とn型半導
体層をさらに備え、 上記超格子半導体発光素子はpin型ダイオード素子で
あり、 上記バイアス電圧は逆バイアス電圧であることを特徴と
する請求項1又は2記載の超格子半導体発光素子。
3. The intrinsic semiconductor layer is an intrinsic semiconductor i-layer, and the superlattice semiconductor light emitting device is provided between the two electrodes.
The semiconductor device further includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer sandwiching the intrinsic semiconductor i-layer, wherein the superlattice semiconductor light emitting device is a pin diode device, and the bias voltage is a reverse bias voltage. The superlattice semiconductor light emitting device according to claim 1.
【請求項4】 上記真性半導体層は、真性半導体i層で
あり、 上記超格子半導体発光素子は、上記2つの電極の間に、
上記真性半導体i層を挟設するn型半導体層とn型半導
体層をさらに備え、 上記超格子半導体発光素子はnin型半導体素子である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の超格子半導体発
光素子。
4. The intrinsic semiconductor layer is an intrinsic semiconductor i-layer, and the superlattice semiconductor light emitting device is provided between the two electrodes.
3. The superlattice semiconductor according to claim 1, further comprising an n-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer sandwiching the intrinsic semiconductor i-layer, wherein the superlattice semiconductor light-emitting element is a nin-type semiconductor element. Light emitting element.
【請求項5】 上記超格子半導体発光素子は、上記真性
半導体層を挟設し、上記真性半導体層で発光した光のう
ちの少なくとも一部の光を反射するように互いに対向し
て設けられた2つの反射面を備えることによりレーザー
発振することを特徴とする請求項1乃至4のうちの1つ
に記載の超格子半導体発光素子。
5. The superlattice semiconductor light emitting device is provided so as to sandwich the intrinsic semiconductor layer and to oppose each other so as to reflect at least a part of light emitted from the intrinsic semiconductor layer. The superlattice semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the superlattice semiconductor light emitting device emits laser light by having two reflecting surfaces.
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