JP3412007B2 - サブバンド間発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードや
レーザーダイオードのような、近赤外からテラヘルツ帯
までの波長を有する光を発するサブバンド間発光素子に
関するものである。
レーザーダイオードのような、近赤外からテラヘルツ帯
までの波長を有する光を発するサブバンド間発光素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】サブバンド間発光素子は、振動子強度が
大きく、かつ、構造により遷移波長を広範囲に制御でき
るので、近赤外からテラヘルツ（ＴＨｚ）帯までの波長
を有する光を発する光源として注目されている。従来の
サブバンド間発光素子は、主にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
やＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓのようなタイプＩ構造と
呼ばれるヘテロ接合構造を有する。
大きく、かつ、構造により遷移波長を広範囲に制御でき
るので、近赤外からテラヘルツ（ＴＨｚ）帯までの波長
を有する光を発する光源として注目されている。従来の
サブバンド間発光素子は、主にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
やＧａＩｎＡｓ／ＡｌＩｎＡｓのようなタイプＩ構造と
呼ばれるヘテロ接合構造を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タイプ
Ｉ構造を有するサブバンド間発光素子の場合、量子井戸
内にキャリアを注入する際、キャリアの外部への漏れ出
しが大きくなり、その結果、キャリアの注入効率が低く
なるという不都合がある。これは、レーザ発振における
しきい値電流密度を増大させる原因の一つであり、現状
ではサブバンド間発光素子の室温における連続発振が困
難となっている。
Ｉ構造を有するサブバンド間発光素子の場合、量子井戸
内にキャリアを注入する際、キャリアの外部への漏れ出
しが大きくなり、その結果、キャリアの注入効率が低く
なるという不都合がある。これは、レーザ発振における
しきい値電流密度を増大させる原因の一つであり、現状
ではサブバンド間発光素子の室温における連続発振が困
難となっている。
【０００４】本発明の目的は、漏れ電流を抑制し、しき
い値電流を低減させるサブバンド間発光素子を提供する
ことである。
い値電流を低減させるサブバンド間発光素子を提供する
ことである。
【０００５】本発明の他の目的は、ＴＨｚ帯の波長を有
する光を発光させるとともに、漏れ電流を抑制し、しき
い値電流を低減させるサブバンド間発光素子を提供する
ことである。
する光を発光させるとともに、漏れ電流を抑制し、しき
い値電流を低減させるサブバンド間発光素子を提供する
ことである。
【０００６】本発明の他の目的は、複数の波長の光を発
光させるとともに、漏れ電流を抑制し、しきい値電流を
低減させるサブバンド間発光素子を提供することであ
る。
光させるとともに、漏れ電流を抑制し、しきい値電流を
低減させるサブバンド間発光素子を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のサブバンド間発
光素子は、半導体基板と、第１の半導体材料から構成さ
れ、量子井戸構造を形成する第１半導体層と、前記第１
の半導体材料の伝導帯よりエネルギー的に高い価電子帯
を有する第２の半導体材料から構成され、前記第１半導
体層にヘテロ接合した第２半導体層と、前記第２半導体
層にヘテロ接合し、超格子構造を有する第３半導体層と
を具え、前記第１半導体層を、少なくとも１個の半導体
層を介して前記半導体基板上に堆積したことを特徴とす
るものである。
光素子は、半導体基板と、第１の半導体材料から構成さ
れ、量子井戸構造を形成する第１半導体層と、前記第１
の半導体材料の伝導帯よりエネルギー的に高い価電子帯
を有する第２の半導体材料から構成され、前記第１半導
体層にヘテロ接合した第２半導体層と、前記第２半導体
層にヘテロ接合し、超格子構造を有する第３半導体層と
を具え、前記第１半導体層を、少なくとも１個の半導体
層を介して前記半導体基板上に堆積したことを特徴とす
るものである。
【０００８】サブバンド間発光は、ある量子井戸（第１
半導体層）内の第２サブバンドに注入されたキャリアが
同一量子井戸内の第１サブバンドに緩和する際に起こる
が、これを効率よく起こすためには、注入されたキャリ
アが外部に漏れ出すのを防止し、全てのキャリアをサブ
バンド間遷移させる必要がある。
半導体層）内の第２サブバンドに注入されたキャリアが
同一量子井戸内の第１サブバンドに緩和する際に起こる
が、これを効率よく起こすためには、注入されたキャリ
アが外部に漏れ出すのを防止し、全てのキャリアをサブ
バンド間遷移させる必要がある。
【０００９】本発明によれば、第１半導体層と、その伝
導帯よりエネルギー的に高い価電子帯を有する第２半導
体層とによって、バンド不連続量すなわちブロークンギ
ャップ構造を形成し、これによってキャリアすなわち電
子が外部に漏れ出すのを防止する。その結果、サブバン
ド間発光素子のしきい値電流が低減する。
導帯よりエネルギー的に高い価電子帯を有する第２半導
体層とによって、バンド不連続量すなわちブロークンギ
ャップ構造を形成し、これによってキャリアすなわち電
子が外部に漏れ出すのを防止する。その結果、サブバン
ド間発光素子のしきい値電流が低減する。
【００１０】また、超格子構造を有する第３半導体層に
よって、新たなエネルギーギャップが形成され、その結
果、漏れ電流が更に抑制され、しきい値電流が更に低減
する。
よって、新たなエネルギーギャップが形成され、その結
果、漏れ電流が更に抑制され、しきい値電流が更に低減
する。
【００１１】キャリアを電子とした場合、例えば、前記
第１の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は不純物を加えたＩｎ
Ａｓとし、前記第２の半導体材料を、ＧａＳｂ又は不純
物を加えたＧａＳｂとし、前記超格子構造を、ＩｎＡｓ
／ＡｌＳｂ超格子構造又は不純物を加えたＩｎＡｓ／Ａ
ｌＳｂ超格子構造とする。なお、ＩｎＡｓの不純物とし
ては、例えば、Ｉｎ又はＳｉの代わりのＡｌ又はＧａや
Ａｓの代わりのＳｂ又はＰを挙げることができる。
第１の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は不純物を加えたＩｎ
Ａｓとし、前記第２の半導体材料を、ＧａＳｂ又は不純
物を加えたＧａＳｂとし、前記超格子構造を、ＩｎＡｓ
／ＡｌＳｂ超格子構造又は不純物を加えたＩｎＡｓ／Ａ
ｌＳｂ超格子構造とする。なお、ＩｎＡｓの不純物とし
ては、例えば、Ｉｎ又はＳｉの代わりのＡｌ又はＧａや
Ａｓの代わりのＳｂ又はＰを挙げることができる。
【００１２】本発明の他のサブバンド間発光素子は、半
導体基板と、第１の半導体材料から構成され、量子井戸
構造を形成する第１半導体層と、前記第１の半導体材料
の価電子帯よりエネルギー的に低い伝導帯を有する第２
の半導体材料から構成され、前記第１半導体層にヘテロ
接合した第２半導体層と、前記第２半導体層にヘテロ接
合し、超格子構造を有する第３半導体層とを具え、前記
第１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を介して前
記半導体基板上に堆積したことを特徴とするものであ
る。
導体基板と、第１の半導体材料から構成され、量子井戸
構造を形成する第１半導体層と、前記第１の半導体材料
の価電子帯よりエネルギー的に低い伝導帯を有する第２
の半導体材料から構成され、前記第１半導体層にヘテロ
接合した第２半導体層と、前記第２半導体層にヘテロ接
合し、超格子構造を有する第３半導体層とを具え、前記
第１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を介して前
記半導体基板上に堆積したことを特徴とするものであ
る。
【００１３】本発明では、キャリアがホールである場合
においても、第２半導体層の量子井戸内の価電子帯の第
２サブバンドに注入されたキャリアが同一量子井戸内の
価電子帯の第１サブバンドに緩和する際、サブバンド間
発光が起こる。この構造においても、第１半導体層及び
第２半導体層によって形成されるヘテロ接合構造のバン
ド間トンネル効果によって第１サブバンドからキャリア
が高速に引き抜かれる。また、ブロークンギャップ構造
によって、同様にしてキャリアすなわちホールが外部に
漏れ出すのを防止することができるが、超格子構造を有
する第３半導体層を第１半導体層にヘテロ接合させるこ
とによって、漏れ電流を更に抑制することができる。
においても、第２半導体層の量子井戸内の価電子帯の第
２サブバンドに注入されたキャリアが同一量子井戸内の
価電子帯の第１サブバンドに緩和する際、サブバンド間
発光が起こる。この構造においても、第１半導体層及び
第２半導体層によって形成されるヘテロ接合構造のバン
ド間トンネル効果によって第１サブバンドからキャリア
が高速に引き抜かれる。また、ブロークンギャップ構造
によって、同様にしてキャリアすなわちホールが外部に
漏れ出すのを防止することができるが、超格子構造を有
する第３半導体層を第１半導体層にヘテロ接合させるこ
とによって、漏れ電流を更に抑制することができる。
【００１４】キャリアをホールとした場合、例えば、前
記第１の半導体材料を、ＧａＳｂ又は不純物を加えたＧ
ａＳｂとし、前記第２の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は不
純物を加えたＩｎＡｓとし、前記超格子構造を、ＧａＳ
ｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造、不純物を加えたＧａＳｂ
／ＡｌＧａＳｂ超格子構造、ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ超格子
構造又は不純物を加えたＧａＳｂ／ＡｌＳｂ超格子構造
とする。なお、ＩｎＡｓの不純物としては、例えば、Ｉ
ｎ又はＳｉの代わりのＡｌ又はＧａやＡｓの代わりのＳ
ｂ又はＰを挙げることができ、ＧａＳｂの不純物として
は、Ｇａ，Ｓｉ又はＢｅの代わりのＩｎ又はＡｌやＳｂ
の代わりのＡｓ又はＰを挙げることができる。
記第１の半導体材料を、ＧａＳｂ又は不純物を加えたＧ
ａＳｂとし、前記第２の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は不
純物を加えたＩｎＡｓとし、前記超格子構造を、ＧａＳ
ｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造、不純物を加えたＧａＳｂ
／ＡｌＧａＳｂ超格子構造、ＧａＳｂ／ＡｌＳｂ超格子
構造又は不純物を加えたＧａＳｂ／ＡｌＳｂ超格子構造
とする。なお、ＩｎＡｓの不純物としては、例えば、Ｉ
ｎ又はＳｉの代わりのＡｌ又はＧａやＡｓの代わりのＳ
ｂ又はＰを挙げることができ、ＧａＳｂの不純物として
は、Ｇａ，Ｓｉ又はＢｅの代わりのＩｎ又はＡｌやＳｂ
の代わりのＡｓ又はＰを挙げることができる。
【００１５】好適には、複数組の前記第１半導体層及び
第２半導体層を具え、これら第１半導体層の量子井戸の
井戸幅が互いに相違する。サブバンド間発光素子すなわ
ち発光部を形成する量子井戸が発する光の波長は、その
井戸幅が広くなるに従って長くなる。このように井戸幅
を互いに相違させることによって、複数の波長の光を発
光させることができる。
第２半導体層を具え、これら第１半導体層の量子井戸の
井戸幅が互いに相違する。サブバンド間発光素子すなわ
ち発光部を形成する量子井戸が発する光の波長は、その
井戸幅が広くなるに従って長くなる。このように井戸幅
を互いに相違させることによって、複数の波長の光を発
光させることができる。
【００１６】本発明の他のサブバンド間発光素子は、半
導体基板と、第１の半導体材料から構成され、量子井戸
構造を形成する第１半導体層と、前記第１の半導体材料
の伝導帯よりエネルギー的に高い伝導帯を有する第２の
半導体材料から構成され、前記第１半導体層にヘテロ接
合し、かつ、量子井戸構造を形成する第２半導体層と、
前記第１の半導体材料から構成され、前記第２半導体層
にヘテロ接合し、量子井戸構造を形成する第３半導体層
と、前記第２の半導体材料の伝導帯よりエネルギー的に
高い価電子帯を有する第３の半導体材料から構成され、
前記第３半導体層にヘテロ接合した第４半導体層とを具
え、前記第１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を
介して前記半導体基板上に堆積したことを特徴とするも
のである。
導体基板と、第１の半導体材料から構成され、量子井戸
構造を形成する第１半導体層と、前記第１の半導体材料
の伝導帯よりエネルギー的に高い伝導帯を有する第２の
半導体材料から構成され、前記第１半導体層にヘテロ接
合し、かつ、量子井戸構造を形成する第２半導体層と、
前記第１の半導体材料から構成され、前記第２半導体層
にヘテロ接合し、量子井戸構造を形成する第３半導体層
と、前記第２の半導体材料の伝導帯よりエネルギー的に
高い価電子帯を有する第３の半導体材料から構成され、
前記第３半導体層にヘテロ接合した第４半導体層とを具
え、前記第１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を
介して前記半導体基板上に堆積したことを特徴とするも
のである。
【００１７】サブバンド間発光素子の量子井戸の井戸幅
を広げて量子井戸が発する光の波長をＴＨｚ帯まで長く
すると、量子井戸内の第２サブバンドが第３半導体層の
価電子帯の頂点よりもエネルギー的に低くなる。したが
って、第２サブバンドに注入されたキャリアが障壁によ
ってブロックされなくなり、キャリアの注入効率が低下
する。
を広げて量子井戸が発する光の波長をＴＨｚ帯まで長く
すると、量子井戸内の第２サブバンドが第３半導体層の
価電子帯の頂点よりもエネルギー的に低くなる。したが
って、第２サブバンドに注入されたキャリアが障壁によ
ってブロックされなくなり、キャリアの注入効率が低下
する。
【００１８】本発明による他のサブバンド間発光素子に
よれば、量子井戸を第１〜３半導体層によって形成する
が、光の波長をＴＨｚ帯まで長くすることによる注入効
率の低下を防止するために、第１半導体層の伝導帯より
エネルギー的に高い伝導帯を有する第２半導体層によっ
て、量子井戸の中心付近に突起状のポテンシャル障壁が
形成される。このような突起状のポテンシャル障壁は、
量子井戸の中心付近に分布するキャリアのみに作用する
ので、第２サブバンドのエネルギーを変化させることな
く第１サブバンドのエネルギーのみを増大させることが
できる。これによって、キャリアの注入損失を損なうこ
となくサブバンドのエネルギー間隔を小さくすることか
でき、その結果、ＴＨｚ帯の波長を有する光を発光させ
る場合でも、高効率のサブバンド間発光素子を実現する
ことができる。
よれば、量子井戸を第１〜３半導体層によって形成する
が、光の波長をＴＨｚ帯まで長くすることによる注入効
率の低下を防止するために、第１半導体層の伝導帯より
エネルギー的に高い伝導帯を有する第２半導体層によっ
て、量子井戸の中心付近に突起状のポテンシャル障壁が
形成される。このような突起状のポテンシャル障壁は、
量子井戸の中心付近に分布するキャリアのみに作用する
ので、第２サブバンドのエネルギーを変化させることな
く第１サブバンドのエネルギーのみを増大させることが
できる。これによって、キャリアの注入損失を損なうこ
となくサブバンドのエネルギー間隔を小さくすることか
でき、その結果、ＴＨｚ帯の波長を有する光を発光させ
る場合でも、高効率のサブバンド間発光素子を実現する
ことができる。
【００１９】キャリアを電子とした場合、例えば、前記
第１の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は不純物を加えたＩｎ
Ａｓとし、前記第４の半導体材料を、ＧａＳｂ又は不純
物を加えたＧａＳｂとし、前記第２の半導体材料を、Ａ
ｌＩｎＡｓ、不純物を加えたＡｌＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡ
ｓ、不純物を加えたＧａＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＳｂ、不純
物を加えたＩｎＡｓＳｂとする。
第１の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は不純物を加えたＩｎ
Ａｓとし、前記第４の半導体材料を、ＧａＳｂ又は不純
物を加えたＧａＳｂとし、前記第２の半導体材料を、Ａ
ｌＩｎＡｓ、不純物を加えたＡｌＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡ
ｓ、不純物を加えたＧａＩｎＡｓ，ＩｎＡｓＳｂ、不純
物を加えたＩｎＡｓＳｂとする。
【００２０】本発明の他のサブバンド間発光素子は、半
導体基板と、第１の半導体材料から構成され、量子井戸
構造を形成する第１半導体層と、前記第１の半導体材料
の価電子帯よりエネルギー的に低い価電子帯を有する第
２の半導体材料から構成され、前記第１半導体層にヘテ
ロ接合し、かつ、量子井戸構造を形成する第２半導体層
と、前記第１の半導体材料から構成され、前記第２半導
体層にヘテロ接合し、量子井戸構造を形成する第３半導
体層と、前記第２の半導体材料の価電子帯より低い伝導
帯を有する第３の半導体材料から構成され、前記第３半
導体層にヘテロ接合した第４半導体層とを具え、前記第
１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を介して前記
半導体基板上に堆積したことを特徴とするものである。
導体基板と、第１の半導体材料から構成され、量子井戸
構造を形成する第１半導体層と、前記第１の半導体材料
の価電子帯よりエネルギー的に低い価電子帯を有する第
２の半導体材料から構成され、前記第１半導体層にヘテ
ロ接合し、かつ、量子井戸構造を形成する第２半導体層
と、前記第１の半導体材料から構成され、前記第２半導
体層にヘテロ接合し、量子井戸構造を形成する第３半導
体層と、前記第２の半導体材料の価電子帯より低い伝導
帯を有する第３の半導体材料から構成され、前記第３半
導体層にヘテロ接合した第４半導体層とを具え、前記第
１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を介して前記
半導体基板上に堆積したことを特徴とするものである。
【００２１】本発明では、キャリアをホールにした場合
においても、量子井戸内の価電子帯の第２サブバンドに
注入されたキャリアが同一量子井戸内の価電子帯の第１
サブバンドに緩和する際、サブバンド間発光が起こる。
においても、量子井戸内の価電子帯の第２サブバンドに
注入されたキャリアが同一量子井戸内の価電子帯の第１
サブバンドに緩和する際、サブバンド間発光が起こる。
【００２２】キャリアをホールとした場合、前記第１の
半導体材料を、ＧａＳｂ又は不純物を加えたＧａＳｂと
し、前記第４の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は不純物を加
えたＩｎＡｓとし、前記第２の半導体材料を、ＡｌＧａ
Ｓｂ又は不純物を加えたＡｌＧａＳｂとする。
半導体材料を、ＧａＳｂ又は不純物を加えたＧａＳｂと
し、前記第４の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は不純物を加
えたＩｎＡｓとし、前記第２の半導体材料を、ＡｌＧａ
Ｓｂ又は不純物を加えたＡｌＧａＳｂとする。
【００２３】超格子構造を有する第５半導体層を更に具
えることによって、新たなエネルギーギャップが形成さ
れ、その結果、漏れ電流が更に抑制され、しきい値電流
が更に低減する。キャリアを電子とした場合、例えば、
前記超格子構造を、ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造又は
不純物を加えたＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造とする。
それに対して、キャリアをホールとした場合、前記超格
子構造を、ＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造又は不純
物を加えたＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造とする。
えることによって、新たなエネルギーギャップが形成さ
れ、その結果、漏れ電流が更に抑制され、しきい値電流
が更に低減する。キャリアを電子とした場合、例えば、
前記超格子構造を、ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造又は
不純物を加えたＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造とする。
それに対して、キャリアをホールとした場合、前記超格
子構造を、ＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造又は不純
物を加えたＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造とする。
【００２４】好適には、複数組の前記第１〜４半導体層
を具え、これら第２半導体層のポテンシャル障壁の高さ
が互いに相違する。これによって、複数の波長の光を発
光させることができるサブバンド間発光素子を達成する
ことができる。その理由は、ポテンシャル障壁の高さを
変えたとしても、第２サブバンドのエネルギーがほとん
ど変化しないので、同一効率で第２サブバンドヘの注入
を行うことができ、また、第１半導体層と第２半導体層
とよって形成されるヘテロ接合構造のバンド間トンネル
効果が超高速であるために第１サブバンドには常にキャ
リアが存在せず、キャリアの再吸収が起こりにくくなる
ためである。
を具え、これら第２半導体層のポテンシャル障壁の高さ
が互いに相違する。これによって、複数の波長の光を発
光させることができるサブバンド間発光素子を達成する
ことができる。その理由は、ポテンシャル障壁の高さを
変えたとしても、第２サブバンドのエネルギーがほとん
ど変化しないので、同一効率で第２サブバンドヘの注入
を行うことができ、また、第１半導体層と第２半導体層
とよって形成されるヘテロ接合構造のバンド間トンネル
効果が超高速であるために第１サブバンドには常にキャ
リアが存在せず、キャリアの再吸収が起こりにくくなる
ためである。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明によるサブバンド間発光素
子を、図面を参照して詳細に説明する。なお、対応する
箇所には対応する符号を付すものとする。図１は、本発
明によるサブバンド間発光素子の第１の実施の形態を示
す図である。このサブバンド間発光素子は、ＩｎＡｓ基
板１と、その上に堆積され、超格子構造を有するＩｎＡ
ｓ／ＡｌＳｂ層２と、その上に順次堆積される複数の積
層部（図１では３ａ，３ｂのみを示す。）とを具える。
子を、図面を参照して詳細に説明する。なお、対応する
箇所には対応する符号を付すものとする。図１は、本発
明によるサブバンド間発光素子の第１の実施の形態を示
す図である。このサブバンド間発光素子は、ＩｎＡｓ基
板１と、その上に堆積され、超格子構造を有するＩｎＡ
ｓ／ＡｌＳｂ層２と、その上に順次堆積される複数の積
層部（図１では３ａ，３ｂのみを示す。）とを具える。
【００２６】積層部３ａ，３ｂはそれぞれ、ＡｌＳｂ層
４ａ，４ｂと、第１半導体層としてのＩｎＡｓ層５ａ，
５ｂと、それにヘテロ接合した第２半導体層としてのＧ
ａＳｂ層６ａ，６ｂと、超格子構造を有する第３半導体
層としてのＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ層７ａ，７ｂとを有す
る。なお、ＩｎＡｓ層５ａ，５ｂの量子井戸の井戸幅は
互いに相違する。このように井戸幅を互いに相違させる
ことによって、複数の波長の光を発光させることができ
る。なお、井戸幅は、例えば、ＩｎＡｓ層５ａ，５ｂの
肉厚を変化させることによって変えることができる．
４ａ，４ｂと、第１半導体層としてのＩｎＡｓ層５ａ，
５ｂと、それにヘテロ接合した第２半導体層としてのＧ
ａＳｂ層６ａ，６ｂと、超格子構造を有する第３半導体
層としてのＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ層７ａ，７ｂとを有す
る。なお、ＩｎＡｓ層５ａ，５ｂの量子井戸の井戸幅は
互いに相違する。このように井戸幅を互いに相違させる
ことによって、複数の波長の光を発光させることができ
る。なお、井戸幅は、例えば、ＩｎＡｓ層５ａ，５ｂの
肉厚を変化させることによって変えることができる．
【００２７】本実施の形態の動作を説明する。ＧａＳｂ
はＩｎＡｓの伝導帯よりエネルギー的に高い価電子帯を
有するので、ＩｎＡｓ層５ａ，５ｂ及びＧａＳｂ層６
ａ，６ｂは、図２に示すようなブロークンギャップ構造
を有する。ＩｎＡｓ層５ａ，５ｂの量子井戸内の第２サ
ブバンドに注入されたキャリアすなわち電子は、矢印で
示すようにＧａｓｂ層６ａ，６ｂのバンドギャップによ
ってブロックされるので、キャリアの漏れ出しを防止す
ることができ、その結果、サブバンド間発光素子の漏れ
電流を抑制し、キャリアの高効率な注入が可能となる。
はＩｎＡｓの伝導帯よりエネルギー的に高い価電子帯を
有するので、ＩｎＡｓ層５ａ，５ｂ及びＧａＳｂ層６
ａ，６ｂは、図２に示すようなブロークンギャップ構造
を有する。ＩｎＡｓ層５ａ，５ｂの量子井戸内の第２サ
ブバンドに注入されたキャリアすなわち電子は、矢印で
示すようにＧａｓｂ層６ａ，６ｂのバンドギャップによ
ってブロックされるので、キャリアの漏れ出しを防止す
ることができ、その結果、サブバンド間発光素子の漏れ
電流を抑制し、キャリアの高効率な注入が可能となる。
【００２８】なお、本実施の形態では、図３に示すよう
に、禁制帯８を有する超格子構造のＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ
層７ａ，７ｂによって、サブバンド開発光素子の漏れ電
流を更に抑制し、キャリアの注入を更に高効率に行うこ
とができる。
に、禁制帯８を有する超格子構造のＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ
層７ａ，７ｂによって、サブバンド開発光素子の漏れ電
流を更に抑制し、キャリアの注入を更に高効率に行うこ
とができる。
【００２９】図４は、本発明によるサブバンド開発光素
子の第２の実施の形態を示す図である。このサブバンド
開発光素子は、ＩｎＡｓ基板１１と、その上に堆積さ
れ、超格子構造を有するＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ層１２と、
その上に順次堆積される複数の積層部（図１では１３
ａ，１３ｂのみを示す。）とを具える。
子の第２の実施の形態を示す図である。このサブバンド
開発光素子は、ＩｎＡｓ基板１１と、その上に堆積さ
れ、超格子構造を有するＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ層１２と、
その上に順次堆積される複数の積層部（図１では１３
ａ，１３ｂのみを示す。）とを具える。
【００３０】積層部１３ａ，１３ｂはそれぞれ、ＡｌＳ
ｂ層１４ａ，１４ｂと、第１半導体層としてのＩｎＡｓ
層１５ａ，１５ｂと、それにヘテロ接合した第２半導体
層としてのＡｌＩｎＡｓ層１６ａ，１６ｂと、それにヘ
テロ接合した第３半導体層としてのＩｎＡｓ層１７ａ，
１７ｂと、それにヘテロ接合した第４半導体層としての
ＧａＳｂ層１８ａ，１８ｂと、超格子構造を有する第５
半導体層としてのＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ層１９ａ，１９ｂ
とを有する。
ｂ層１４ａ，１４ｂと、第１半導体層としてのＩｎＡｓ
層１５ａ，１５ｂと、それにヘテロ接合した第２半導体
層としてのＡｌＩｎＡｓ層１６ａ，１６ｂと、それにヘ
テロ接合した第３半導体層としてのＩｎＡｓ層１７ａ，
１７ｂと、それにヘテロ接合した第４半導体層としての
ＧａＳｂ層１８ａ，１８ｂと、超格子構造を有する第５
半導体層としてのＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ層１９ａ，１９ｂ
とを有する。
【００３１】ＩｎＡｓ層１５ａ，１５ｂ、ＡｌＩｎＡｓ
層１６ａ，１６ｂ及びＩｎＡｓ層１７ａ，１７ｂはそれ
ぞれ量子井戸（発光部）を形成するが、ＡｌＩｎＡｓ層
１６ａ，１６ｂによって形成される突起状のポテンシャ
ル障壁の高さを互いに相違させることによって、複数の
波長の光を発光させることができる。なお、突起状のポ
テンシャル障壁の高さを、例えば、ポテンシャル障壁を
形成する層の材料の組成を変更することによって変化さ
せることができ、この場合、ＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成を
変えることによって実現することができる。
層１６ａ，１６ｂ及びＩｎＡｓ層１７ａ，１７ｂはそれ
ぞれ量子井戸（発光部）を形成するが、ＡｌＩｎＡｓ層
１６ａ，１６ｂによって形成される突起状のポテンシャ
ル障壁の高さを互いに相違させることによって、複数の
波長の光を発光させることができる。なお、突起状のポ
テンシャル障壁の高さを、例えば、ポテンシャル障壁を
形成する層の材料の組成を変更することによって変化さ
せることができ、この場合、ＡｌＩｎＡｓのＡｌ組成を
変えることによって実現することができる。
【００３２】本実施の形態の動作を説明する。量子井戸
内の第２サブバンドＥ２に注入されたキャリアが第１サ
ブバンドＥｌに緩和する際にバンド間発光が起こるが、
図１のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂヘテロ接合構造を
有するサブバンド間発光素子の量子井戸の井戸幅を広げ
て量子井戸が発する光の波長をＴＨｚ帯まで長くする
と、量子井戸内の第２サブバンドがＧａＳｂの価電子帯
の頂点よりもエネルギー的に低くなる（図５Ａ）。した
がって、第２サブバンドに注入されたキャリアが障壁に
よってブロックされなくなり、キャリアの注入効率が低
下する。
内の第２サブバンドＥ２に注入されたキャリアが第１サ
ブバンドＥｌに緩和する際にバンド間発光が起こるが、
図１のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂヘテロ接合構造を
有するサブバンド間発光素子の量子井戸の井戸幅を広げ
て量子井戸が発する光の波長をＴＨｚ帯まで長くする
と、量子井戸内の第２サブバンドがＧａＳｂの価電子帯
の頂点よりもエネルギー的に低くなる（図５Ａ）。した
がって、第２サブバンドに注入されたキャリアが障壁に
よってブロックされなくなり、キャリアの注入効率が低
下する。
【００３３】本実施の形態によれば、光の波長をＴＨｚ
帯まで長くすることによる注入効率の低下を防止するた
めに、ＧａＳｂの価電子帯より低く、かつ、ＩｎＡｓの
伝導帯より高い伝導帯を有するＡｌＩｎＡｓによって、
量子井戸の中心付近に突起状のポテンシャル障壁が形成
される（図５Ｂ）。このような突起状のポテンシャル障
壁は、量子井戸の中心付近に分布するキャリアのみに作
用するので、第２サブバンドのエネルギーを変化させる
ことなく第１サブバンドのエネルギーのみを増大させる
ことができる。これによって、キャリアの注入損失を損
なうことなくサブバンドのエネルギー間隔を小さくする
ことかでき、その結果、ＴＨｚ帯の波長を有する光を発
光させる場合でも、高効率のサブバンド間発光素子を実
現することができる。
帯まで長くすることによる注入効率の低下を防止するた
めに、ＧａＳｂの価電子帯より低く、かつ、ＩｎＡｓの
伝導帯より高い伝導帯を有するＡｌＩｎＡｓによって、
量子井戸の中心付近に突起状のポテンシャル障壁が形成
される（図５Ｂ）。このような突起状のポテンシャル障
壁は、量子井戸の中心付近に分布するキャリアのみに作
用するので、第２サブバンドのエネルギーを変化させる
ことなく第１サブバンドのエネルギーのみを増大させる
ことができる。これによって、キャリアの注入損失を損
なうことなくサブバンドのエネルギー間隔を小さくする
ことかでき、その結果、ＴＨｚ帯の波長を有する光を発
光させる場合でも、高効率のサブバンド間発光素子を実
現することができる。
【００３４】図６は、本発明によるサブバンド間発光素
子の第３の実施の形態を示す図である。このサブバンド
間発光素子は、価電子帯サブバンド間発光を行うもので
あり、ＧａＳｂ基板２１と、その上に堆積され、超格子
構造を有するＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ又はＧａＳｂ／Ａ
ｌＳｂ層２２と、その上に順次堆積される複数の積層部
（図６では２３ａ，２３ｂのみを示す。）とを具える。
子の第３の実施の形態を示す図である。このサブバンド
間発光素子は、価電子帯サブバンド間発光を行うもので
あり、ＧａＳｂ基板２１と、その上に堆積され、超格子
構造を有するＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ又はＧａＳｂ／Ａ
ｌＳｂ層２２と、その上に順次堆積される複数の積層部
（図６では２３ａ，２３ｂのみを示す。）とを具える。
【００３５】積層部２３ａ，２３ｂはそれぞれ、ＡｌＳ
ｂ層２４ａ，２４ｂと、第１半導体層としてのＧａＳｂ
層２５ａ，２５ｂと、それにヘテロ接合した第２半導体
としてのＩｎＡｓ層２６ａ，２６ｂと、超格子構造を有
する第３半導体層としてのＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ層２
７ａ，２７ｂとを有する。なお、ＧａＳｂ層２５ａ，２
５ｂの量子井戸の井戸幅は互いに相違する。このように
井戸幅を互いに相違させることによって、複数の波長の
光を発光させることができる。なお井戸幅は、例えば、
ＧａＳｂ層２５ａ，２５ｂの肉厚を変化させることによ
って変えることができる。
ｂ層２４ａ，２４ｂと、第１半導体層としてのＧａＳｂ
層２５ａ，２５ｂと、それにヘテロ接合した第２半導体
としてのＩｎＡｓ層２６ａ，２６ｂと、超格子構造を有
する第３半導体層としてのＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ層２
７ａ，２７ｂとを有する。なお、ＧａＳｂ層２５ａ，２
５ｂの量子井戸の井戸幅は互いに相違する。このように
井戸幅を互いに相違させることによって、複数の波長の
光を発光させることができる。なお井戸幅は、例えば、
ＧａＳｂ層２５ａ，２５ｂの肉厚を変化させることによ
って変えることができる。
【００３６】本実施の形態の動作を説明する。ＧａＳｂ
はＩｎＡｓの伝導帯よりエネルギー的に高い価電子帯を
有するので、ＧａＳｂ層２５ａ，２５ｂ及びＩｎＡｓ層
２６ａ，２６ｂは図７に示すようなブロークンギャップ
構造を有する。図７において、ＧａＳｂ層２５ａ，２５
ｂの量子井戸内の第２サブバンド内に注入されたキャリ
アすなわちホールは、矢印で示すようにＩｎＡｓ層２６
ａ，２６ｂのバンドギャップによってブロックされるの
で、キャリアの漏れだしを防止することができ、高効率
な注入が可能となる。
はＩｎＡｓの伝導帯よりエネルギー的に高い価電子帯を
有するので、ＧａＳｂ層２５ａ，２５ｂ及びＩｎＡｓ層
２６ａ，２６ｂは図７に示すようなブロークンギャップ
構造を有する。図７において、ＧａＳｂ層２５ａ，２５
ｂの量子井戸内の第２サブバンド内に注入されたキャリ
アすなわちホールは、矢印で示すようにＩｎＡｓ層２６
ａ，２６ｂのバンドギャップによってブロックされるの
で、キャリアの漏れだしを防止することができ、高効率
な注入が可能となる。
【００３７】なお、本実施の形態では、図８に示すよう
に、禁制帯２８を有する超格子構造のＧａＳｂ／ＡｌＧ
ａＳｂ層２７ａ，２７ｂによって、サブバンド間発光素
子の漏れ電流を更に抑制し、キャリアの注入を更に高効
率に行うことができる。
に、禁制帯２８を有する超格子構造のＧａＳｂ／ＡｌＧ
ａＳｂ層２７ａ，２７ｂによって、サブバンド間発光素
子の漏れ電流を更に抑制し、キャリアの注入を更に高効
率に行うことができる。
【００３８】図９は、本発明によるサブバンド間発光素
子の第４実施の形態を示す図である。このサブバンド間
発光素子は、価電子帯サブバント間発光を行うのであ
り、ＧａＳｂ基板３１と、その上に堆積され、超格子構
造を有するＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ層３２と、その上に
順次堆積される複数の積層部（図６では３３ａ，３３ｂ
のみを示す。）とを具える。
子の第４実施の形態を示す図である。このサブバンド間
発光素子は、価電子帯サブバント間発光を行うのであ
り、ＧａＳｂ基板３１と、その上に堆積され、超格子構
造を有するＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ層３２と、その上に
順次堆積される複数の積層部（図６では３３ａ，３３ｂ
のみを示す。）とを具える。
【００３９】績層部３３ａ，３３ｂはそれぞれ、ＡｌＳ
ｂ層３４ａ，３４ｂと、第１半導体層としてのＧａＳｂ
層３５ａ，３５ｂとそれにヘテロ接合した第２半導体層
としてのＡｌＧａＳｂ層３６ａ，３６ｂと、それにヘテ
ロ接合した第３半導体層としてのＧａＳｂ層３７ａ，３
７ｂと、それにヘテロ接合した第４半導体層としてのＩ
ｎＡｓ層３８ａ，３８ｂと、超格子構造を有する第５半
導体層としてのＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ層３９ａ，３９
ｂとを有する。
ｂ層３４ａ，３４ｂと、第１半導体層としてのＧａＳｂ
層３５ａ，３５ｂとそれにヘテロ接合した第２半導体層
としてのＡｌＧａＳｂ層３６ａ，３６ｂと、それにヘテ
ロ接合した第３半導体層としてのＧａＳｂ層３７ａ，３
７ｂと、それにヘテロ接合した第４半導体層としてのＩ
ｎＡｓ層３８ａ，３８ｂと、超格子構造を有する第５半
導体層としてのＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ層３９ａ，３９
ｂとを有する。
【００４０】ＧａＳｂ層３５ａ，３５ｂ，ＡｌＧａＳｂ
層３６ａ，３６ｂ及びＧａＳｂ層３７ａ，３７ｂはそれ
ぞれ量子井戸を形成し、ＡｌＧａＳｂ層３６ａ，３６ｂ
によって形成される突起状のポテンシャル障壁の高さを
互いに相違させることによって、複数の波長の光を発生
させることができる。なお、突起状のポテンシャル障壁
を形成する層の材料の組み合わせを変更することによっ
て変化させることができ、この場合、ＡＩＧａＳｂ層の
Ａｌ組成を変化させることによって実現することができ
る。
層３６ａ，３６ｂ及びＧａＳｂ層３７ａ，３７ｂはそれ
ぞれ量子井戸を形成し、ＡｌＧａＳｂ層３６ａ，３６ｂ
によって形成される突起状のポテンシャル障壁の高さを
互いに相違させることによって、複数の波長の光を発生
させることができる。なお、突起状のポテンシャル障壁
を形成する層の材料の組み合わせを変更することによっ
て変化させることができ、この場合、ＡＩＧａＳｂ層の
Ａｌ組成を変化させることによって実現することができ
る。
【００４１】本発明の形態の動作を説明する。量子井戸
内の第２サブバンドＥ4 に注入されたキャリアが第１サ
ブバンドＥ3 に緩和する際にサブバンド間発光が起こる
が、図１のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂヘテロ接合構
造を有するサブバンド間発光素子の量子井戸の井戸幅を
広げて量子井戸が発する光の波長をＴＨｚ帯まで長くす
ると、量子井戸内の第２サブバンドがＩｎＡｓの伝導帯
の底よりもエネルギー的に高くなる（図１０Ａ）。した
がって、第２サブバンドに注入されたキャリアが障壁に
よってブロックされなくなり、キャリアの注入効率が低
下する。
内の第２サブバンドＥ4 に注入されたキャリアが第１サ
ブバンドＥ3 に緩和する際にサブバンド間発光が起こる
が、図１のＩｎＡｓ／ＧａＳｂ／ＡｌＳｂヘテロ接合構
造を有するサブバンド間発光素子の量子井戸の井戸幅を
広げて量子井戸が発する光の波長をＴＨｚ帯まで長くす
ると、量子井戸内の第２サブバンドがＩｎＡｓの伝導帯
の底よりもエネルギー的に高くなる（図１０Ａ）。した
がって、第２サブバンドに注入されたキャリアが障壁に
よってブロックされなくなり、キャリアの注入効率が低
下する。
【００４２】本実施の形態によれば、光の波長をＴＨｚ
帯まで長くすることによる注入効率の低下を防止するた
めに、ＩｎＡｓの伝導帯の底よりも高く、かつ、ＧａＳ
ｂの価電子帯の頂点よりも低い価電子帯を有するＡＩＧ
ａＳｂ（図１０Ｂ）によって量子井戸の中心付近に突起
状のポテンシャル障壁が形成される。このような突起状
のポテンシャル障壁は、量子井戸の中心付近に分布する
キャリアにのみ作用するので、第２サブバンドのエネル
ギーを変化させることなく、第１サブバンドのエネルギ
ーのみを増大させることができる。これによって、キャ
リアの注入効率を損なうことなくサブバンドのエネルギ
ー間隔を小さくすることができ、その結果、ＴＨｚ帯の
波長を有する光を発光させる場合でも、高効率のサブバ
ンド間発光素子を実現することができる。
帯まで長くすることによる注入効率の低下を防止するた
めに、ＩｎＡｓの伝導帯の底よりも高く、かつ、ＧａＳ
ｂの価電子帯の頂点よりも低い価電子帯を有するＡＩＧ
ａＳｂ（図１０Ｂ）によって量子井戸の中心付近に突起
状のポテンシャル障壁が形成される。このような突起状
のポテンシャル障壁は、量子井戸の中心付近に分布する
キャリアにのみ作用するので、第２サブバンドのエネル
ギーを変化させることなく、第１サブバンドのエネルギ
ーのみを増大させることができる。これによって、キャ
リアの注入効率を損なうことなくサブバンドのエネルギ
ー間隔を小さくすることができ、その結果、ＴＨｚ帯の
波長を有する光を発光させる場合でも、高効率のサブバ
ンド間発光素子を実現することができる。
【００４３】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、図１に示した積層部と図４に示した積膚部とを組み
合わせてサブバンド開発光素子を構成することもでき
る。また、図１，４，６及び９の積層部のうちの１個を
基板に直接堆積することもできる。図１，４，６及び図
９のサブバンド間発光素子の積層部を単一にすることも
できる。基板を、ＩｎＡｓ，ＧａＳｂ以外の他の半導体
材料で構成することもでき、超格子構造を有する半導体
層を、ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂの代わりに、基板にほぼ格子
整合するような半導体材料によって構成することもでき
る。さらに、ＩｎＡｓ層の代わりに、ＩｎＡｓをベース
とした混晶によって構成した層とすることができ、Ｇａ
Ｓｂ層の代わりに、ＧａＳｂをベースとした混晶によっ
て構成した層とすることができる。
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、図１に示した積層部と図４に示した積膚部とを組み
合わせてサブバンド開発光素子を構成することもでき
る。また、図１，４，６及び９の積層部のうちの１個を
基板に直接堆積することもできる。図１，４，６及び図
９のサブバンド間発光素子の積層部を単一にすることも
できる。基板を、ＩｎＡｓ，ＧａＳｂ以外の他の半導体
材料で構成することもでき、超格子構造を有する半導体
層を、ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂの代わりに、基板にほぼ格子
整合するような半導体材料によって構成することもでき
る。さらに、ＩｎＡｓ層の代わりに、ＩｎＡｓをベース
とした混晶によって構成した層とすることができ、Ｇａ
Ｓｂ層の代わりに、ＧａＳｂをベースとした混晶によっ
て構成した層とすることができる。
【図１】 本発明によるサブバンド間発光素子の第１の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図２】 ＩｎＡｓ層及びＧａＳｂ層のエネルギー準位
を示す図である。
を示す図である。
【図３】 ＩｎＡｓ層、ＧａＳｂ層及びＩｎＡｓ／Ａｌ
Ｓｂ層のエネルギー準位を示す図である。
Ｓｂ層のエネルギー準位を示す図である。
【図４】 本発明によるサブバンド間発光素子の第２の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図５】 図１のＩｎＡｓ層及びＧａＳｂ層のエネルギ
ー準位並びに図２のＩｎＡｓ層、ＡｌＩｎＡｓ層、Ｉｎ
Ａｓ層及びＧａＳｂ層のエネルギー準位を示す図であ
る。
ー準位並びに図２のＩｎＡｓ層、ＡｌＩｎＡｓ層、Ｉｎ
Ａｓ層及びＧａＳｂ層のエネルギー準位を示す図であ
る。
【図６】 本発明によるサブバンド間発光素子の第３の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図７】 ＧａＳｂ層及びＩｎＡｓ層のエネルギー準位
を示す図である。
を示す図である。
【図８】 ＧａＳｂ層、ＩｎＡｓ層及びＧａＳｂ／Ａｌ
ＧａＳｂ層のエネルギー準位を示す図である。
ＧａＳｂ層のエネルギー準位を示す図である。
【図９】 本発明によるサブバンド間発光素子の第４の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図１０】 図６のＧａＳｂ層及びＩｎＡｓ層のエネル
ギー準位を示す図である。
ギー準位を示す図である。
１， １１ ＩｎＡｓ基板
２，７ａ，７ｂ，１２，１９ａ，１９ｂ ＩｎＡｓ／Ａ
ｌＳｂ層 ２， ３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３
ｂ，３３ａ，３３ｂ積層部 ３， ４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４
ｂ，３４ａ，３４ｂＡｌＳｂ層 ４， ５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７
ｂ，２６ａ，２６ｂ，３８ａ，３８ｂ ＩｎＡｓ層 ５， ６ａ，６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２５ａ，２５
ｂ，３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂ ＧａＳｂ層 ８，２８ 禁制帯 １６ａ，１６ｂ ＡｌＩｎＡｓ層 ２１，３１ ＧａＳｂ基板 ２２，２７ａ，２７ｂ，３２，３９ａ，３９ｂ ＧａＳ
ｂ／ＡｌＧａＳｂ層 ３６ａ，３６ｂ ＡｌＧａＳｂ層 Ｅ1 ，Ｅ3 第１サブバンド Ｅ2 ，Ｅ4 第２サブバンド
ｌＳｂ層 ２， ３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３
ｂ，３３ａ，３３ｂ積層部 ３， ４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４
ｂ，３４ａ，３４ｂＡｌＳｂ層 ４， ５ａ，５ｂ，１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７
ｂ，２６ａ，２６ｂ，３８ａ，３８ｂ ＩｎＡｓ層 ５， ６ａ，６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２５ａ，２５
ｂ，３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂ ＧａＳｂ層 ８，２８ 禁制帯 １６ａ，１６ｂ ＡｌＩｎＡｓ層 ２１，３１ ＧａＳｂ基板 ２２，２７ａ，２７ｂ，３２，３９ａ，３９ｂ ＧａＳ
ｂ／ＡｌＧａＳｂ層 ３６ａ，３６ｂ ＡｌＧａＳｂ層 Ｅ1 ，Ｅ3 第１サブバンド Ｅ2 ，Ｅ4 第２サブバンド
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平８−236854（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−196808（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−261844（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−191579（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−88440（ＪＰ，Ａ)
(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 (12)
- 【請求項１】 半導体基板と、 第１の半導体材料から構成され、量子井戸構造を形成す
る第１半導体層と、 前記第１の半導体材料の伝導帯よりエネルギー的に高い
価電子帯を有する第２の半導体材料から構成され、前記
第１半導体層にヘテロ接合した第２半導体層と、 前記第２半導体層にヘテロ接合し、超格子構造を有する
第３半導体層とを具え、 前記第１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を介し
て前記半導体基板上に堆積したことを特徴とするサブバ
ンド間発光素子。 - 【請求項２】 前記第１の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は
不純物を加えたＩｎＡｓとし、前記第２の半導体材料
を、ＧａＳｂ又は不純物を加えたＧａＳｂとし、前記超
格子構造を、ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造又は不純物
を加えたＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造としたことを特
徴とする請求項１記載のサブバンド間発光素子。 - 【請求項３】 半導体基板と、 第１の半導体材料から構成され、量子井戸構造を形成す
る第１半導体層と、 前記第１の半導体材料の価電子帯よりエネルギー的に低
い伝導帯を有する第２の半導体材料から構成され、前記
第１半導体層にヘテロ接合した第２半導体層と、 前記第２半導体層にヘテロ接合し、超格子構造を有する
第３半導体層とを具え、 前記第１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を介し
て前記半導体基板上に堆積したことを特徴とするサブバ
ンド間発光素子。 - 【請求項４】 前記第１の半導体材料を、ＧａＳｂ又は
不純物を加えたＧａＳｂとし、前記第２の半導体材料
を、ＩｎＡｓ又は不純物を加えたＩｎＡｓとし、前記超
格子構造を、ＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造、不純
物を加えたＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造、ＧａＳ
ｂ／ＡｌＳｂ超格子構造又は不純物を加えたＧａＳｂ／
ＡｌＳｂ超格子構造としたことを特徴とする請求項３記
載のサブバンド間発光素子。 - 【請求項５】 複数組の前記第１半導体層及び第２半導
体層を具え、これら第１半導体層の量子井戸の井戸幅が
互いに相違するようにしたことを特徴とする請求項１か
ら４のうちのいずれか１項に記載のサブバンド間発光素
子。 - 【請求項６】 半導体基板と、 第１の半導体材料から構成され、量子井戸構造を形成す
る第１半導体層と、 前記第１の半導体材料の伝導帯よりエネルギー的に高い
伝導帯を有する第２の半導体材料から構成され、前記第
１半導体層にヘテロ接合し、かつ、量子井戸構造を形成
する第２半導体層と、 前記第１の半導体材料から構成され、前記第２半導体層
にヘテロ接合し、量子井戸構造を形成する第３半導体層
と、 前記第２の半導体材料の伝導帯よりエネルギー的に高い
価電子帯を有する第３の半導体材料から構成され、前記
第３半導体層にヘテロ接合した第４半導体層とを具え、 前記第１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を介し
て前記半導体基板上に堆積したことを特徴とするサブバ
ンド間発光素子。 - 【請求項７】 前記第１の半導体材料を、ＩｎＡｓ又は
不純物を加えたＩｎＡｓとし、前記第４の半導体材料
を、ＧａＳｂ又は不純物を加えたＧａＳｂとし、前記第
２の半導体材料を、ＡｌＩｎＡｓ、不純物を加えたＡｌ
ＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓ、不純物を加えたＧａＩｎＡ
ｓ，ＩｎＡｓＳｂ、不純物を加えたＩｎＡｓＳｂとした
ことを特徴とする請求項６記載のサブバンド間発光素
子。 - 【請求項８】 前記第４半導体層にヘテロ接合し、超格
子構造を有する第５半導体層を更に具え、前記超格子構
造を、ＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造又は不純物を加え
たＩｎＡｓ／ＡｌＳｂ超格子構造としたことを特徴とす
る請求項６又は７記載のサブバンド間発光素子。 - 【請求項９】 半導体基板と、 第１の半導体材料から構成され、量子井戸構造を形成す
る第１半導体層と、 前記第１の半導体材料の価電子帯よりエネルギー的に低
い価電子帯を有する第２の半導体材料から構成され、前
記第１半導体層にヘテロ接合し、かつ、量子井戸構造を
形成する第２半導体層と、 前記第１の半導体材料から構成され、前記第２半導体層
にヘテロ接合し、量子井戸構造を形成する第３半導体層
と、 前記第２の半導体材料の価電子帯より低い伝導帯を有す
る第３の半導体材料から構成され、前記第３半導体層に
ヘテロ接合した第４半導体層とを具え、 前記第１半導体層を、少なくとも１個の半導体層を介し
て前記半導体基板上に堆積したことを特徴とするサブバ
ンド間発光素子。 - 【請求項１０】 前記第１の半導体材料を、ＧａＳｂ又
は不純物を加えたＧａＳｂとし、前記第４の半導体材料
を、ＩｎＡｓ又は不純物を加えたＩｎＡｓとし、前記第
２の半導体材料を、ＡｌＧａＳｂ又は不純物を加えたＡ
ｌＧａＳｂとしたことを特徴とする請求項９記載のサブ
バンド間発光素子。 - 【請求項１１】 前記第４半導体層にヘテロ接合し、超
格子構造を有する第５半導体層を更に具え、前記超格子
構造を、ＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造又は不純物
を加えたＧａＳｂ／ＡｌＧａＳｂ超格子構造としたこと
を特徴とする請求項９又は１０記載のサブバンド間発光
素子。 - 【請求項１２】 複数組の前記第１〜４半導体層を具
え、これら第２半導体層のポテンシャル障壁の高さが互
いに相違するようにしたことを特徴とする請求項６から
１１のうちのいずれか１項に記載のサブバンド間発光素
子。
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