JP3377950B2 - 量子波干渉層を有する発光素子 - Google Patents

量子波干渉層を有する発光素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子又は正孔（キャ
リア）をそれぞれ効率良く反射させるための量子波干渉
層を少なくとも２組有する発光素子に関する。特に、レ
ーザ、発光ダイオード等の発光素子において、キャリア
を活性層に効率良く閉じ込め、発光効率を向上させるた
めに用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザに関して、活性層を
ｎ形クラッド層とｐ形クラッド層とで挟んだダブルヘテ
ロ接合構造が知られている。このレーザでは、電子及び
正孔が活性層に対して電位障壁を形成するクラッド層に
より効率良く閉じ込められる。しかしながら、クラッド
層の電位障壁を越えてキャリアがオーバーフローするた
め、発光効率を充分に向上できないという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このために、ＪＪＡＰ
Letters Vol.29,No.11(1990年) L1977-L1980 に記載さ
れたように、クラッド層に多重量子井戸構造を設けるこ
とで、キャリアを反射させることが提案されている。し
かし、この文献では、キャリアの運動エネルギをどのよ
うな値とするかは明示されていない。この文献の文脈か
らは、運動エネルギとしてバンドギャップエネルギを代
用したものと想像できるが、それにより指摘された第１
層と第２層との最適な厚さは、本発明者らが最適とする
厚さに対して１／４〜１／６である。この結果、活性層
にキャリアを十分に蓄積することができず、発光強度が
十分に向上しないという課題がある。
【０００４】そこで、本発明者らは、バンド幅の異なる
多重層構造を光の多重反射における誘電体多層膜に対応
させて、キャリアの量子波が多重層構造により多重反射
されると考えた。そして、この反射によりキャリアの効
果的な閉じ込めが可能となると考え、量子波干渉層の最
適構造を創作した。従って、本発明の目的は、高反射率
を有するキャリアの反射層として機能する量子波干渉層
で発光層を挟んだ発光素子を提供することである。又、
他の発明の目的は、ｐ層に発光層を設けた発光素子にお
いて、発光層を量子波干渉層の間の位置に設けることに
より、電子・正孔対の発光効率をあげることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、少なくともｐ層とｎ層から成り、ｐ層に発光層を設
けた発光素子であって、各々が、第１層と第１層よりも
バンド幅の広い第２層とを多重周期で積層した２組の量
子波干渉層を有する発光素子において、発光層が２組の
量子波干渉層の間の位置に設けられており、第１の量子
波干渉層における第１層と第２層の厚さが第２層の最低
エネルギレベル付近にある電子の各層における量子波の
波長の４分の１の奇数倍に設定されており、第２の量子
波干渉層における第１層と第２層の厚さが第２層の最低
エネルギレベル付近にある正孔の各層における量子波の
波長の４分の１の奇数倍に設定されていることを特徴と
する。
【０００６】
【０００７】
【０００８】請求項２に記載の発明は、第１の量子波干
渉層と第２の量子波干渉層の少なくとも一方において、
第１層の厚さＤWと第２層の厚さＤBを次のように設定し
たことを特徴とする。
【数１】 ＤW＝ｎWλW／４＝ｎWｈ／４[２ｍW(Ｅ＋Ｖ)]1/2 …（１）
【数２】 ＤB＝ｎBλB／４＝ｎBｈ／４(２ｍBＥ)1/2 …（２） 但し、ｈはプランク定数、ｍWは第１層におけるキャリ
アの有効質量、ｍBは第２層におけるキャリアの有効質
量、Ｅは第２層に流入された、第２層の最低エネルギレ
ベル付近におけるキャリアの運動エネルギ、Ｖは第１層
に対する第２層のバンド電位差、ｎW、ｎBは奇数であ
る。
【０００９】請求項３の発明は、第１の量子波干渉層と
第２の量子波干渉層の少なくとも一方において、第１層
と第１層よりもバンド幅の広い第２層との多重周期から
成る量子波干渉層を次のように形成したことを特徴とす
る。第１層、第２層を、それぞれ、厚さＤWk，ＤBkで任
意周期Ｔkだけ繰り返して部分量子波干渉層Ｉkとする。
但し、
【数３】 ＤWk＝ｎWkλWk／４＝ｎWkｈ／４[２ｍWk(Ｅk＋Ｖ)]1/2 …（３）
【数４】 ＤBk＝ｎBkλBk／４＝ｎBkｈ／４(２ｍBkＥk)1/2 …（４） ここで、Ｅkは第２層に流入されるキャリアの運動エネ
ルギの複数の異なる値、ｍWkは第１層における運動エネ
ルギＥk ＋Ｖを有するキャリアの有効質量、ｍBkは第２
層における運動エネルギＥ k を有するキャリアの有効質
量、ｎWk、ｎBkは任意の奇数である。このように形成さ
れた部分量子波干渉層ＩkをＩ1,…,Ｉjと、ｋの最大値
ｊだけ直列接続して量子波干渉層が形成される。
【００１０】請求項４の発明は、第１の量子波干渉層と
第２の量子波干渉層の少なくとも一方において、
（４），（３）式で決定される厚さ(ＤBk，ＤWk)の(第
２層，第１層)を、(ＤB1，ＤW1)，…，(ＤBk，ＤWk)，
…，(ＤBj，ＤWj)と積層し、部分量子波干渉層とする。
この部分量子波干渉層を任意周期繰り返して量子波干渉
層が形成される。
【００１１】請求項５の発明は、第１の量子波干渉層と
第２の量子波干渉層の少なくとも一方において、上記の
ように形成された第１層と第２層との境界に、第１層と
第２層の厚さに比べて充分に薄く、エネルギバンドを急
変させるδ層を設けたことを特徴とする。
【００１２】請求項６の発明は、第１の量子波干渉層と
第２の量子波干渉層の少なくとも一方において、該量子
波干渉層はキャリアを反射させる反射層として作用する
ことを特徴とする。
【００１３】請求項７の発明は、第１の量子波干渉層と
第２の量子波干渉層の少なくとも一方において、該量子
波干渉層の量子波の入射端はキャリアのトンネル伝導を
禁止するに十分な厚さの第２層が形成されていることを
特徴とする。
【００１４】
【発明の作用及び効果】〔請求項１、２の発明〕 本発明にかかる量子波干渉層の原理を次に説明する。電
子を反射する、第１の量子波干渉層（電子反射層）につ
いてまず説明する。
【００１５】図１は、バンド幅の異なる多重層構造の伝
導帯を示している。電子が図上左から右方向に伝導する
とする。伝導に寄与する電子は、バンド幅の広い第２層
の伝導帯の底付近に存在する電子と考えられる。この電
子の運動エネルギをＥとする。すると、第２層Ｂからバ
ンド幅の狭い第１層Ｗに伝導する電子は第２層から第１
層へのバンド電位差Ｖにより加速されて、第１層Ｗにお
ける運動エネルギはＥ＋Ｖとなる。又、第１層Ｗから第
２層Ｂへ伝導する電子は第１層から第２層へのバンド電
位差Ｖにより減速されて、第２層Ｂにおける電子の運動
エネルギはＥに戻る。伝導電子の運動エネルギは、多重
層構造のポテンシャルエネルギによりこのような変調を
受ける。
【００１６】一方、第１層と第２層の厚さが電子の量子
波長と同程度となると、電子は波動として振る舞う。電
子の量子波は電子の運動エネルギを用いて、（１）、
（２）式により求められる。さらに、波の反射率Ｒは第
２層Ｂ、第１層Ｗにおける量子波の波数ベクトルを
ＫB，ＫWとする時、次式で求められる。
【数５】 Ｒ＝(｜ＫW｜−｜ＫB｜)／(｜ＫW｜＋｜ＫB｜) ＝[｛ｍW(Ｅ＋Ｖ)｝1/2−(ｍBＥ)1/2]／[｛ｍW(Ｅ＋Ｖ)｝1/2＋(ｍBＥ)1/2] ＝[1−｛ｍBＥ／ｍW(Ｅ＋Ｖ)｝1/2]／[1＋｛ｍBＥ／ｍW(Ｅ＋Ｖ)｝1/2] …（ ５） 又、ｍB＝ｍWと仮定すれば、反射率は次式で表される。
【数６】 Ｒ＝[１−｛Ｅ／(Ｅ＋Ｖ)｝1/2]／[１＋｛Ｅ／(Ｅ＋Ｖ)｝1/2] …（ ６） Ｅ／(Ｅ＋Ｖ)＝ｘとおけば、（６）式は次式のように変
形できる。
【数７】 Ｒ＝(１−ｘ1/2)／(１＋ｘ1/2) …（７） この反射率Ｒのｘに対する特性は図２のようになる。
【００１７】又、第２層Ｂと第１層ＷがそれぞれＳ層多
重化された場合の量子波の入射端面での反射率ＲSは次
式で与えられる。
【数８】 ＲS＝[(１−ｘS)／(１＋ｘS)]2 …（８） ｘ≦0.1の時Ｒ≧0.52となり、そのためのＥ，Ｖの関係
は
【数９】 Ｅ≦Ｖ／９ …（９） となる。第２層Ｂにおける伝導電子の運動エネルギＥは
伝導帯の底付近であることから、（９）式の関係が満足
され、第２層Ｂと第１層Ｗとの境界での反射率Ｒは５２
％以上となる。このようなバンド幅の異なる多重層構造
により、量子波を効率良く反射させることができる。
【００１８】又、ｘを用いて第２層Ｂの厚さの第１層Ｗ
の厚さに対する比ＤB／ＤWは次式で求められる。
【数１０】 ＤB／ＤW＝[ｍW／(ｍBｘ)]1/2 …（１０）
【００１９】又、価電子帯においても、バンドの底のエ
ネルギレベルが周期的に変動するが、バンド電位差Ｖが
伝導帯のバンド電位差と異なること、第１層、第２層に
おける正孔の有効質量が電子の有効質量と異なること等
のため、電子に対して反射率を高くするように設定され
た第１層と第２層の幅の設定値は正孔に対する高反射率
が得られる条件にはならない。よって、上記の構造の第
１の量子波干渉層は、電子だけを反射させ正孔を反射さ
せないようにすることができる。
【００２０】又、逆に、価電子帯のバンド電位差、正孔
の有効質量を用いて、第１層、第２層の厚さを設計した
第２の量子波干渉層は、正孔を反射させ電子を透過させ
る層とすることができる。
【００２１】以上のような電子反射層及び正孔反射層
は、発光素子における、ｉ層から成る発光層を挟むｐ形
クラッド層及びｎ形クラッド層の役割を果たす。よっ
て、本発明による電子反射層及び正孔反射層を併せ持つ
発光素子は、従来の発光素子のような、ｎ形クラッド及
びｐ形クラッド層に挟まれたｉ層から成る発光層の構成
とする必要がない。これによりｐ層又はｎ層で発光層を
形成することが可能となる。正孔の移動度を考慮すれば
ｐ層に発光層を形成することが効果的である。
【００２２】〔請求項３の発明〕 図３に示すように、複数の運動エネルギＥkのそれぞれ
に対して部分量子波干渉層Ｉkを形成しても良い。各部
分量子波干渉層Ｉkは（３）、（４）式で決定される厚
さの第１層Ｗと第２層Ｂとを(ＤWk,ＤBk)を１組として
Ｔk周期分多重化して形成される。この部分量子波干渉
層ＩkをＩ1〜Ｉjまで、設定した電子の運動エネルギの
数だけ直列に設けて量子波干渉層を形成しても良い。図
３に示すように、各運動エネルギＥkを有する電子は、
各部分量子波干渉層Ｉkで反射されることになり、運動
エネルギがＥ1〜Ｅjの範囲にある電子を効率良く反射さ
せることができる。運動エネルギの間隔を細かく設定す
れば、各部分量子波干渉層Ｉkにおける第１層Ｗ又は第
２層Ｂの厚さ(ＤWk,ＤBk)はｋに対してほぼ連続して変
化することになる。
【００２３】〔請求項４の発明〕 図４に示すように、（３）、（４）式で決定される厚さ
(ＤWk,ＤBk)に関して、厚さ(ＤW1,ＤB1),…,(ＤWk,
ＤBk),…(ＤWj,ＤBj)で多重化した部分量子波干渉層を
任意個数分だけ直列接続しても良い。このように配列し
ても、運動エネルギがＥ1〜Ｅjの範囲にある電子を効率
良く反射させることができる。運動エネルギの間隔を細
かく設定すれば、各第１層又は各第２層の厚さはほぼ連
続して変化することになる。
【００２４】〔請求項５の発明〕 図５に示すように、第１層Ｗと第２層Ｂとの境界におい
て、エネルギバンドを急変させる厚さが第１層Ｗ、第２
層Ｂに比べて十分に薄いδ層を設けても良い。境界での
反射率は（７）式で得られるが、境界にδ層を設けるこ
とで、バンド電位差Ｖを大きくすることができｘ値が小
さくなる。ｘ値が小さいことから反射率Ｒが大きくなる
ためと考えられる。
【００２５】また、別の効果として、製造技術上の問題
から生じる層間のバンドギャップを急峻にするためとも
考えられる。この理由は次のように考えられる。図６
（ａ）に示すエネルギレベルを形成するよう、第１層
Ｗ、第２層Ｂを形成しても、実際には形成層の切り換え
時に一部ソースの混入がおこるため、例えば図６（ｂ）
に示すエネルギレベルを形成してしまう。即ち、設計幅
とは違った第１層Ｗ、第２層Ｂを形成してしまうことに
なる。そこで、図６（ｃ）に示すように、本発明にかか
る、第１層Ｗ及び第２層Ｂの厚さに比べて十分に薄いエ
ネルギバンドを急変させるδ層を形成せんとすれば、一
部ソースの混入がおこったとしても図６（ｄ）に示すよ
うなエネルギレベルを形成すると理解できる。結果、δ
層を形成しない場合に得られなかった図６（ａ）に示す
エネルギレベルにより近い、図６（ｄ）に示すようなエ
ネルギレベルを形成することができる。図６（ｄ）のδ
層は、厚さが十分に薄いのでトンネル伝導が期待でき、
その急峻なエネルギレベルの存在によりキャリアの運動
に影響を与えることは、ほとんど無いと考えてよい。
【００２６】このδ層は、図５（ａ）に示すように、各
第１層Ｗの両側の境界に設けられているが、片側の境界
だけに設けても良い。又、δ層は、図５（ａ）に示すよ
うに、境界に第２層Ｂのバンドの底の電位よりもさらに
高いバンド電位が形成されるように設けているが、図５
（ｂ）に示すように、境界に第１層Ｗの底よりもさらに
低い底を有するバンドを有するように形成しても良い。
さらに、図５（ｃ）に示すように、境界に第２層Ｂより
も高いエネルギレベルを有し第１層Ｗよりも低いエネル
ギレベルを有する２つのδ層を形成しても良い。更に、
前述の通り、図５（ｃ）で各層の両側の境界に設けられ
ているδ層は、図５（ｄ）に示すように、片側の境界だ
けに設けても良い。このようにすることで、第１層Ｗと
第２層Ｂとの境界での量子波の反射率を大きくすること
ができ、多重層に形成した場合に全体での量子波の反射
率を大きくすることができる。
【００２７】〔請求項６の発明〕 量子波干渉層をキャリアを反射させる反射層として用い
るもので、キャリアを効率良く反射層の前に閉じ込める
ことができる。即ち、各々の量子波干渉層は電子又は正
孔の一方に対してのみ反射層として機能し、他方には反
射層として機能しない。よって、電子反射層と正孔反射
層を組み合わせることにより、それらの間に電子及び正
孔の両方を蓄積することができる。
【００２８】〔請求項７の発明〕 量子波干渉層の入射端面側の１つの第２層Ｂ0だけを厚
く形成することで、共鳴トンネル伝導を防止し、キャリ
アの反射を効果的に行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。
【００３０】〔第１実施例〕 図７は電子反射層（量子波干渉層）及び発光層をｐ層に
形成し、正孔反射層を発光素子に隣接して形成した発光
ダイオードの断面図である。
【００３１】GaAsから成る基板１０の上に、n-GaAsから
成る厚さ0.3μm、電子濃度2×1018/cm3のバッファ層１
２が形成され、その上にn-Ga0.51In0.49Pから成る厚さ
0.3μm、電子濃度2×1018/cm3のｎ形コンタクト層１４
が形成されている。ｎ形コンタクト層１４の上には、n-
Al0.51In0.49Pから成る厚さ1μm、電子濃度1×1018/cm3
のｎ形クラッド層１６が形成されている。
【００３２】ｎ形クラッド層１６の上には量子波干渉層
である正孔反射層１８が形成されており、その上にはp-
Ga0.51In0.49Pから成る厚さ14nmの発光層２０が形成さ
れている。さらに、その発光層２０の上に量子波干渉層
である電子反射層２２が形成されている。
【００３３】電子反射層２２の上にp-Al0.51In0.49Pか
ら成る厚さ1μm、正孔濃度1×1018/cm3のｐ形クラッド
層２４が形成されている。そして、その層２４の上にp-
Ga0.51In0.49Pから成る厚さ0.2μm、正孔濃度2×1018/c
m3の第２ｐ形コンタクト層２６とp-GaAsから成る厚さ0.
1μmの第１ｐ形コンタクト層２８が形成されている。さ
らに、基板１０の裏面には厚さ0.2μmのAu/Geから成る
電極３０が形成され、第１ｐ形コンタクト層２８の上に
は厚さ0.2μmのAu/Znから成る電極３２が形成されてい
る。尚、基板１０は、２インチ径の大きさであり、基板
の主面は面方位(100)に対して15°方位[011]方向にオフ
セットしている。
【００３４】この発光ダイオードは、ガスソースＭＢＥ
法により製造された。ガスソースＭＢＥ法は、結晶のエ
レメント材料全てを固体ソースから供給する従来形のＭ
ＢＥ法とは異なり、Ｖ族元素(As,P)等をガス状原料(AsH
3,PH3)の熱分解により供給し、III族エレメント(In,Ga,
Al)は固体ソースから供給する超高真空下の分子線結晶
成長法である。なお、有機金属ガス気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ）を用いることもできる。
【００３５】電子反射層（量子波干渉層）２２は、図８
に示すように、第１層Ｗにp-Ga0.51In0.49P、第２層Ｂ
にp-Al0.51In0.49Pを用いた１５周期の多重量子構造で
あり、第１層Ｗと第２層Ｂの境界にp-Al0.33Ga0.33In
0.33Pから成るδ層が形成されている。厚さの条件は上
記した（１）、（２）式で決定され、最初の第２層Ｂ0
の厚さはキャリアのトンネル伝導を防止できる程の厚さ
に設計されている。又、δ層の厚さは、1.3nmである。
図８のエネルギダイヤグラムでは、ｎ形クラッド層１６
と発光層２０と電子反射層２２が図示されている。図８
（ａ）は電圧が印加されていない状態を示し、図８
（ｂ）は電圧Ｖが印加された状態を示している。このよ
うな構造とすることで、ｎ形クラッド層１６から発光層
２０に注入された電子は電子反射層２２により効果的に
反射され、発光層２０に閉じ込められる。
【００３６】又、電子反射層（量子波干渉層）２２の価
電子帯においても、多重量子井戸構造が形成されるが、
この構造では電子が効果的に反射されるように第１層Ｗ
と第２層Ｂの厚さの条件が決定されているので、正孔は
この多重量子井戸構造では反射されない。よって、ｐ形
クラッド層２４からの正孔はこの電子反射層２２を通過
して、発光層２０に容易に達し、ｎ形クラッド層１６に
より発光層２０に閉じ込められる。
【００３７】図８（ａ）に示すように、ｎ形クラッド層
１６にも正孔反射層１８が発光層２０に隣接して設けら
れている。この正孔反射層１８も電子反射層２２と構造
的には同一である。この構造のエネルギダイヤグラムは
図８（ａ）に示す通りである。但し、正孔を効果的に反
射させるために、第１層Ｗの厚さは1.0nmであり、第２
層Ｂの厚さは1.2nmである。このように電子反射層２２
と正孔反射層１８とを形成することで、電子反射層２２
と正孔反射層１８が形成されていない、発光層がｉ形
（不純物無添加）の発光素子に比べて、約１６倍の出力
が得られた。
【００３８】正孔反射層１８の第１層Ｗの厚さを1.0n
m、第２層Ｂの厚さを1.2nmに固定して、電子反射層２２
の第１層Ｗと第２層Ｂの厚さを各種変化させて発光出力
を測定した。まず第２層Ｂの厚さを７nmにして、第１層
Ｗの厚さを各種変化させて発光出力を測定した。その結
果を図９に示す。第１層Ｗの厚さが５nmの時に発光出力
は最大となった。次に、第１層Ｗの厚さを５nmにして、
第２層Ｂの厚さを各種変化させて発光出力を測定した。
その結果を図１０に示す。第２層Ｂの厚さが７nmの時に
発光出力が最大となった。このように、電子反射層２２
は第１層Ｗの厚さを５nm、第２層Ｂの厚さを７nmにする
時に発光出力が最大となることが分かった。
【００３９】次に、図７と同じ構造で、電子反射層２２
のδ層の厚さを変化させて、発光出力を測定した結果を
図１１に示す。図１１から、δ層の厚さが約、1.3nmの
時に最大出力が得られ、δ層が存在しない場合に比べて
約1.5倍の出力が得られることが分かる。
【００４０】本実施例では、本発明の具体例としてｐｎ
接合構造の発光ダイオードを示したが、本発明の要部
は、ｐ層に発光層、発光層が間の位置になるよう、ｐ層
に電子反射層、反対側に正孔反射層を形成したものであ
り、明らかに他の接合構造の発光素子においても実施で
きる。例えばｐｉｎ接合構造のｐ層に電子反射層と発光
層、発光層に隣接してｉ層に正孔反射層を形成しても良
い。また、ｐｎ-ｎ又はｐｐ-ｎ接合構造のｐ層に電子反
射層と発光層を形成し、発光層に隣接してｎ-又はｐ-層
に正孔反射層を形成しても良い。
【００４１】また、電子反射層と発光層、発光層と正孔
反射層の間にそれらに該当しない半導体層を設けてもよ
い。更に、発光層は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）で形成
してもよい。また、発光層をダブルヘテロ接合とした
が、ホモ接合でも良い。
【００４２】本発明は発光ダイオードに量子波干渉層を
設けた実施例を示したが、半導体レーザに量子波干渉層
を設けても良い。
【００４３】又、上記実施例では、多重周期層をGa0.51
In0.49PとAl0.51In0.49Pとで構成し、δ層をAl0.33Ga
0.33In0.33Pで構成したが、４元系のAlxGayIn1-x-yP或
いはAlxGayIn1-x-yAs(0≦x,y,x+y≦1の任意の値)で組成
比を異にして形成しても良い。
【００４４】さらに、多重周期層は、他のIII族-V族化
合物半導体、II族-VI族化合物半導体、Si/Ge、その他の
異種半導体の多重接合で構成することが可能である。具
体的には下記のような組み合わせが望ましい。尚、バン
ド幅の広い層／バンド幅の狭い層／／基板を意味し、
x、yは明記していない場合は、それぞれ0＜x,y＜1の任
意の値である。 ＜1＞ AlxIn1-xP／GayIn1-yP／／GaAs ＜2＞ AlxGa1-xAs／GaAs／／GaAs ＜3＞ GaxIn1-xP／InP／／InP ＜4＞ GaxIn1-xP／GayIn1-yAs／／GaAs ＜5＞ AlAs／AlxGa1-xAs／／GaAs 0.8≦x≦0.9 ＜6＞ InP／GaxIn1-xAsyP1-y／／GaAs ＜7＞ Si／SiGex／／任意 0.1≦x≦0.3 ＜8＞ Si／SiGexCy／／任意 0.1≦x≦0.3, 0＜y≦0.1 ＜9＞ Alx1Gay1In1-x1-y1N／Alx2Gay2In1-x2-y2N／／Si, SiC, GaN, サファイア 0≦x1,x2,y1,y2,x1+y1,x2+y2≦1
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念を説明するための説明図。
【図２】第２層におけるキャリアの運動エネルギの第１
層における運動エネルギに対する比ｘに対する反射率Ｒ
の関係を示した特性図。
【図３】本発明の概念を説明するための説明図。
【図４】本発明の概念を説明するための説明図。
【図５】本発明の概念を説明するための説明図。
【図６】本発明の概念を説明するための説明図。
【図７】本発明の具体的な一実施例に係る発光素子の構
造を示した断面図。
【図８】その実施例に係る発光素子のエネルギダイヤグ
ラム。
【図９】電子反射層の第１層の厚さに対する光出力の関
係を示した測定図。
【図１０】電子反射層の第２層の厚さに対する光出力の
関係を示した測定図。
【図１１】δ層の厚さに対する光出力の関係を示した測
定図。
【符号の説明】
１０…基板 １２…バッファ層 １４…ｎ形コンタクト層 １６…ｎ形クラッド層 １８…正孔反射層 ２０…発光層 ２２…電子反射層 ２４…ｐ形クラッド層 ２６…第２ｐ形コンタクト層 ２８…第１ｐ形コンタクト層 ３０、３２…電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−88434（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−254753（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−147449（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−334265（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−326406（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−237040（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−275809（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−275717（ＪＰ，Ａ) 電子通信学会技術研究報告 ＯＱＥ 86，86［210］（1986），ｐ．31−38 ＯＱＥ86−115 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくともｐ層とｎ層から成り、ｐ層に
    発光層を設けた発光素子であって、発光層の両側に、第
    １層と第１層よりもバンド幅の広い第２層とを多重周期
    で積層した第１及び第２の量子波干渉層を有する発光素
    子において、 前記第１の量子波干渉層における前記第１層と前記第２
    層の厚さが、前記第２層の最低エネルギレベル付近にあ
    る電子の各層における量子波の波長の４分の１の奇数倍
    に設定されており、 前記第２の量子波干渉層における前記第１層と前記第２
    層の厚さが、前記第２層の最低エネルギレベル付近にあ
    る正孔の各層における量子波の波長の４分の１の奇数倍
    に設定されている、 ことを特徴とする量子波干渉層を有した発光素子。
  2. 【請求項２】 前記第１の量子波干渉層及び前記第２の
    量子波干渉層において、 前記第１層における前記量子波の波長λWはλW＝ｈ／
    [２ｍW(Ｅ＋Ｖ)]1/2で決定され、前記第２層における前
    記量子波の波長λBはλB＝ｈ／(２ｍBＥ)1/2で決定さ
    れ、前記第１層の厚さＤWはＤW＝ｎWλW／４、前記第２
    層の厚さＤBはＤB＝ｎBλB／４で決定される、但し、ｈ
    はプランク定数、ｍWは第１層におけるキャリアの有効
    質量、ｍBは第２層におけるキャリアの有効質量、Ｅは
    第２層に流入された、第２層の最低エネルギレベル付近
    におけるキャリアの運動エネルギー、Ｖは第１層に対す
    る第２層のバンド電位差、ｎW、ｎBは奇数、であること
    を特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 【請求項３】 前記第１の量子波干渉層と前記第２の量
    子波干渉層の少なくとも一方において、 前記第２層に流入されるキャリアの運動エネルギを複数
    の異なる値Ｅk、前記第１層におけるその各運動エネル
    ギをＥk＋Ｖとし、第２層、第１層の各エネルギに対応
    した各量子波長をλBk，λWkとする時、第２層、第１層
    をｎBkλBk／４、ｎWkλWk／４の厚さで、Ｔk周期繰り
    返された部分量子波干渉層Ｉkが前記値Ｅkの数だけ繰り
    返し形成された、但し、ｎWk、ｎBkは奇数、量子波干渉
    層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記
    載の発光素子。
  4. 【請求項４】 前記第１の量子波干渉層と前記第２の量
    子波干渉層の少なくとも一方において、 前記第２層に流入されるキャリアの運動エネルギを複数
    の異なる値Ｅk、前記第１層におけるその各運動エネル
    ギをＥk＋Ｖとし、第２層、第１層の各エネルギに対応
    した各量子波長をλBk，λWkとする時、第２層、第１層
    を厚さ(ｎB1λB1／４，ｎW1λW1／４)，…，(ｎBkλBk
    ／４，ｎWkλWk／４)，…，(ｎBjλBj／４，ｎWjλWj／
    ４)で形成した部分量子波干渉層を任意周期繰り返して
    形成された、但し、ｎWk、ｎBkは奇数、請求項１乃至請
    求項３のいずれか１項に記載の量子波干渉層を有するこ
    とを特徴とする発光素子。
  5. 【請求項５】 前記第１の量子波干渉層と前記第２の量
    子波干渉層の少なくとも一方において、 前記第１層と前記第２層との境界には、前記第１層と前
    記第２層の厚さに比べて充分に薄く、エネルギバンドを
    急変させるδ層が設けられていることを特徴とする請求
    項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
  6. 【請求項６】 前記第１の量子波干渉層は電子を反射さ
    せる反射層として作用し、前記第２の量子波干渉層は正
    孔を反射させる反射層として作用することを特徴とする
    請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光素
    子。
  7. 【請求項７】 前記第１の量子波干渉層の量子波の入射
    端は電子のトンネル伝導を禁止するに十分な厚さの第２
    層が形成されており、 前記第２の量子波干渉層の量子波の入射端は正孔のトン
    ネル伝導を禁止するに十分な厚さの第２層が形成されて
    いることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか
    １項に記載の発光素子。
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