JP4210690B2 - 面発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、面発光素子に関する。特に本発明は、生産性が高く、発光出力及び応答特性が良く、かつ発光に必要な順方向電圧の上昇を抑制することができる面発光素子に関する。

近年、高速かつ大容量のデータ通信網の需要が増加している。これに伴い、屋内用又は車載用のデータ通信網として、プラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）を用いたデータ通信網が注目されている。このデータ通信網の光源には、高出力かつ高速応答性が求められる。この２つの特性を有する発光素子として、共振器構造を有する面発光素子（例えば発光ダイオード）がある。

共振器構造を有する面発光素子は、活性層を２つの反射層で挟み込むことにより、活性層からの光を活性層に対して垂直方向に共振させる構造（垂直共振器）を有している。垂直共振器構造において、活性層を量子井戸層にすると高速応答性が実現される。また量子井戸層を複数形成することにより発光出力が高くなる。

特許文献１には、活性層を、厚さが薄い単一の量子井戸層として、かつ量子井戸層を挟む２つのバリア層及び量子井戸層に不純物をドーピングすることにより、応答特性を向上させた発光ダイオードが開示されている。

特許文献２には、共振器の長さを発光波長の１／２として、かつ共振器の中央に複数の量子井戸層を設けることにより、共振器内の定在波の腹となる位置に複数の量子井戸層が存在するようにした発光ダイオードが開示されている。この発光ダイオードは、複数の量子井戸層それぞれの両側にトンネルバリア層を有している。そして各対のトンネルバリア層の厚さを他の対のトンネルバリア層のいずれの厚さとも相違している。このようにすることにより、各量子井戸層間のキャリア数の偏りによるキャリア準位の幅広化が抑制され、共振器のＱＥＤ効果が高まり発光効率が高まる。なお、トンネルバリア層の相互間にはバンドギャップ整合層が形成されている。

特許文献３には、共振器内の定在波の腹となる位置に、発光スペクトルのピーク波長が互いに異なる複数の量子井戸層を共振波長の１／２の間隔で位置させることにより、一つの量子井戸層を超えたキャリアが次の量子井戸層における発光に寄与するようにした、発光効率が高い発光ダイオードが開示されている。

特開２００２−１１１０５３号公報 特開２０００−１７４３２８号公報 特開平１０−２７９４５号公報

共振器構造を有する面発光素子では、発光出力を向上させるためにはキャリアを量子井戸層に閉じ込める必要があり、量子井戸層の相互間隔を十分長くしていたため、高い発光出力を得られなかった。一方、高い発光出力を得るために複数の定在波の腹に量子井戸層を配置すると、順方向電圧が増大し、かつ応答速度も低下してしまう。

また、特許文献１に開示された発光ダイオードは量子井戸層が一層であり、かつ共振器構造ではないため発光出力が弱い。これを解決するためには量子井戸層を多重にする必要があるが、特許文献１に記載の技術を多重量子井戸層に適用する場合、各層の厚さが薄いため、複数の各バリア層及び量子井戸層それぞれに対して特許文献１のようにドーピング量を調節することは難しい。またドーパントが層の間で相互拡散して発光出力が低下することもある。

また、特許文献２に開示された垂直共振器型発光ダイオードは、複数の量子井戸層を有しているが、各量子井戸層の相互間に位置するバリア層が多層構造になるため、生産性が低下する。また量子井戸層の相互間隔が大きくなるため、応答特性が低下し、かつ発光に必要な順方向電圧が上昇してしまう。

また、特許文献３に開示された垂直共振器型発光ダイオードは、共振器内の定在波の数を増やす必要があるため、共振器を厚く(長く)する必要がある。このため応答特性が低下し、かつ発光に必要な順方向電圧が上昇してしまう。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、生産性が高く、発光出力及び応答特性が良く、かつ発光に必要な順方向電圧の上昇を抑制することができる面発光素子を提供することにある。

本発明者は鋭意研究を重ねた結果、多重量子井戸層を有する面発光素子において量子井戸層の中心間距離の長さを適正な値にすることにより、バリア層を多層構造にしなくても、発光出力及び応答特性が良く、かつ発光に必要な順方向電圧の上昇を抑制することができるという知見を得た。

上記課題を解決するため、本発明に係る面発光素子は、量子井戸層及びバリア層を交互に積層させた活性層と、
前記活性層の上方及び下方それぞれに配置された反射層と、
を具備する垂直共振型の面発光素子であって、
前記複数の量子井戸層の中心間距離をＬ、前記面発光素子の発光波長をλ、前記反射層間の距離である共振器の光学長の平均屈折率をｎとした場合に、
λ／（１５×ｎ）≦Ｌ≦λ／（１０×ｎ）
であることを特徴とする。

少なくとも一つの前記量子井戸層の禁制帯幅は、他の前記量子井戸層の禁制帯幅とは異なっていてもよい。この場合、前記反射層間の距離が、最も禁制帯幅の小さい前記量子井戸層の発光波長の略１倍、略１．５倍、又は２倍の光学長とするのが好ましい。

前記活性層の中には、前記２つの反射層間に発生する光の定在波の節が位置しておらず、かつ少なくとも一つの前記量子井戸層は、前記定在波の腹の位置に配置されているのが好ましい。ここで定在波の腹とは、電界強度分布が最大値の９５％以上となる部分を指す。

この面発光素子によれば、発光出力及び応答特性が良く、かつ発光に必要な順方向電圧の上昇を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る面発光素子の構造を説明する為の断面図であり、図１（Ｂ）は面発光素子の平面図である。図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面を示している。図１（Ｂ）において１５ａ，１５ｂはダイシングラインを示している。

この面発光素子１は垂直共振型発光ダイオードであり、第１導電型（例えばｎ型）の基板２の表面上に、第１導電型の第１反射層３、第１導電型の第１クラッド層４、第１導電型の活性層５、第２導電型の第２クラッド層６、薄い第１導電型又はノンドープ（すなわち意図的に不純物を添加しない）の電流狭窄層８、第２導電型（例えばｐ型）の第２反射層９、及び第２導電型の電極層１０をこの順に積層したものである。第１クラッド層４、活性層５、及び第２クラッド層６により垂直共振器を形成するダブルヘテロ接合層７が形成されている。垂直共振器の光学長は、第１反射層３と第２反射層９の距離すなわちダブルヘテロ接合層７の厚みである。ここで、第１クラッド層４、第２クラッド層５内に拡散防止層を配しても良い。

基板２の下面には電極１２が形成されており、電極層１０上には電極１３が形成されている。電極層１０及び電極１３には光射出用の開口部１０ａが形成されている。開口部１０ａの平面形状は、任意の形状（例えば円形、楕円形、又は矩形）とすることができる。また、開口部１０ａは保護膜１４によって被覆されている。保護膜１４は、活性層５が発光する光に対して高い透過率を有する材料により形成されており、厚さは、（ｍ・λ）／（４・ｎ_３）であるのが好ましい。ただし、ｍは奇数であり、ｎ_３は保護膜１４の屈折率である。

活性層５は発光層であり、多重量子井戸構造を有している。活性層５の構造については、図２を用いて後述する。

電流狭窄層８は開口部８ａを有している。開口部８ａは電流通路となっており、電極層１０を流れる電流は、電流狭窄層８の開口部８ａが設けられた領域に狭窄され、開口部の直下の活性層の電流(キャリア)密度を高めることができる。そのため、発光出力が高く、かつ応答速度の速いダイオードとすることができる。また開口部８ａは光を射出する窓となっており、電極層１０及び電極１３に設けられた開口部１０ａと重なっている。すなわち狭窄された電流が流れる領域である開口部８ａが、上記したように光射出用の開口部１０ａと重なっているため、面発光素子１の発光出力が高くなる。

また、活性層５が第１反射層３及び第２反射層９に挟まれることにより、垂直共振器が形成されている。この垂直共振器内には光の定在波が生じる。すなわち活性層５から下方に射出した光は第１反射層３によって反射される。第１反射層３からの反射光、及び活性層５から上方に射出した光３は第２反射層９に入射する。第２反射層９に入射した光の一部は反射し、定在波を形成する。第２反射層９に入射した光の残りは開口部１０ａから面発光素子１の外部に射出する。このため、第２反射層９より第１反射層３の反射率を高くするのが好ましい。

ここで、活性層５の中には定在波の節が位置しておらず、かつ少なくとも一つの量子井戸層５１が定在波の腹の位置（すなわち電界強度分布が最大値の９５％以上となる部分）に配置されているのが好ましい。このようにすると、面発光素子１の発光出力を高くすることができる。また、複数の量子井戸層のうち最も禁制帯幅が小さい量子井戸層が発光する光の波長をλとした場合、２つの反射層間の長さである垂直共振器の光学長は略λ、略１．５λ、又は略２λであるのが好ましい。垂直共振器の光学長を０．５λとすると活性層中にドーパントが拡散し、発光効率が低下するので好ましくない。また、２．５λ以上とすると共振の効果が弱くなり、発光出力が低下するうえ、順方向電圧が増大してしまうため好ましくない。

なお、ＧａＡｓ基板２とｎ型第１反射層３の間にｎ型ＧａＡｓバッファー層（図示せず）を設けても良い。この場合、第１反射層３の結晶性を高くすることができる。また、活性層５と第１クラッド層３の間、及び活性層５と第２クラッド層６の間それぞれに、不純物の拡散を防止する拡散防止層を設けてもよい。

図２は、活性層５の構造を説明する為の断面拡大図である。活性層５は、量子井戸層５１とバリア層５２を交互に複数積層した構造を有している。本図においては量子井戸層５１の数は３層である。また、量子井戸層は２層であってもよいし、４層以上であってもよいが、活性層内に定在波の節がないことが発光出力の低下、順方向電圧の増加を抑えることができ好ましい。さらに、量子井戸層５１の近接する中心間距離Ｌは、面発光素子１の発光波長をλ、ダブルヘテロ接合層７の平均屈折率をｎとした場合、（１）式を満たしている。
λ／（１５×ｎ）≦Ｌ≦λ／（１０×ｎ）…（１）
だたし、平均屈折率ｎは、ダブルヘテロ接合層７を構成する各層の屈折率と、活性層５に対する各層の長さの比率の積を合計したものである。例えば屈折率Ａの膜の厚さが２０ｎｍ、屈折率Ｂの膜の厚さが１０ｎｍの平均屈折率ｎ＝Ａ×（２０／３０）＋Ｂ×（１０／３０）となる。

量子井戸層５１の中心間距離が上記（１）式を満たすことにより、面発光素子１の発光効率及び応答特性の双方がよくなる。Ｌがλ／（１５×ｎ）より小さくなると、量子効果を確保するために必要なバリア層５２の厚さを確保できなくなり、発光出力が低下する。また活性層の幅が実質的に広くなってしまい応答特性が低下するおそれもある。またＬがλ／（１０×ｎ）より大きくなると共振効果が低下することにより発光出力及び応答特性が低下してしまい、かつ発光に必要な順方向電圧が上昇する。なお、Ｌは、上記式を満たす範囲において、すべての近接する量子井戸層の相互間で同一の値であっても良いし、少なくとも一つが他と異なる値であっても良い。

図３の各図は、量子井戸層５１の禁制帯幅を説明する為の図である。図３（Ａ）の例では、３つの量子井戸層５１は同一の組成を有しており、それぞれの禁制帯幅が同一である。

図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）の例では３つの量子井戸層５１の組成はそれぞれ異なる。そして、図３（Ｂ）に示す例では、第２クラッド層６から第１クラッド層４に近づくにつれて量子井戸層５１の禁制帯幅が大きくなっている。また図３（Ｃ）に示す例では、最も第２クラッド層６に近い量子井戸層５１、最も第１クラッド層４に近い量子井戸層５１、及び中間に位置する量子井戸層５１の順に、禁制帯幅が小さくなっている。すなわち、３つの量子井戸層５１の禁制体幅が全て違っている、また図３（Ｄ）に示す例では、中間に位置する量子井戸層５１の禁制帯幅が最も大きく、かつ第１、第２のクラッド層に最も近い量子井戸層５１が同じ禁制体幅となっている。
これらのいずれの場合においても、図３（Ａ）に示す禁制帯幅が同一とした場合と比べ、面発光素子１の発光出力が高くなる。特に、図３（Ｄ）に示すように量子井戸層５１を配置することで、発光出力を効果的に向上させることが可能となり、垂直共振器の長さを禁制体幅の小さい量子井戸層からを発光する波長のｎ／２倍(ｎは正の整数)と略同じとすることでも発光出力を向上させることができる。なお、量子井戸層５１の数が２層の場合又は４層以上の場合のいずれにおいても、図３の各図に示した構成を有するのが好ましい。

次に、面発光素子１の製造方法について説明する。まず、基板２上に第１反射層３を形成する。第１反射層３は、例えばＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いることにより、エピタキシャル成長層として形成することができる。基板２がｎ型のＧａＡｓ基板の場合、第１反射層３は、例えばｎ型のＡｌ_１−ｘＧａ_ｘＡｓ膜（０＜ｘ＜１）からなる第１ブラッグ反射膜、及びｎ型のＡｌ_１−ｚＧａ_ｚＡｓ膜（０≦ｚ＜１、かつｚ＜ｘ）からなる第２ブラッグ反射膜を交互に積層することにより形成される。
なお、第１反射層３を形成する前に基板２上にバッファー層を形成しても良い。基板２がＧａＡｓ基板である場合、バッファー層はＧａＡｓ層である。

次いで、第１クラッド層４、活性層５、第２クラッド層６、及び電流狭窄層８を、この順に形成する。これらの層は、例えばＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いることにより、エピタキシャル成長層として形成することができる。

具体的には、第１反射層３がｎ型のＡｌＧａ_ｘＡｓ膜（０≦ｘ≦１）で形成される場合、第１クラッド層４はｎ型のＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}膜（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）により形成される。

また、活性層５の量子井戸層５１はアンドープのＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ膜（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）により形成され、バリア層５２はアンドープのＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}膜（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）により形成される。

また、第２クラッド層６はｐ型のＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ膜（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）により、電流狭窄層８はｎ型のＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ膜（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）により、それぞれ形成される。

なお、第１クラッド層４、活性層５、及び第２クラッド層６の組成は、所望する発光波長に応じて選定する。また、第１反射層３から電流狭窄層８までは、同一の製造装置内で連続して形成することができる。また、第２クラッド層６と電流狭窄層８の間にエッチングストップ層を形成しても良い。第２クラッド層６がＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ膜で形成される場合、エッチングストップ層は、例えばＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ膜（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）により形成される。

次いで、エッチングにより電流狭窄層８を選択的に除去し、開口部８ａを形成する。電流狭窄層８と第２クラッド層６の間にエッチングストップ層を設けた場合、選択エッチングに化学エッチング又はプラズマエッチングを用いることができる。その後、再洗浄処理を行う。

次いで、電流狭窄層８上及び開口部８ａ内に、第２反射層９を形成し、さらに第２反射層９上に電極層１０を形成する。これらの層は、例えばＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いることにより、エピタキシャル成長層として形成することができる。第２反射層９の構成は第１反射層３と同様である。また電極層１０は、例えばＧａＡｓ膜により形成される。
なお、第２反射層９及び電極層１０は、同一の製造装置内で連続して形成することができる。

次いで、電極層１０の表面に電極１３を形成するとともに、基板２の裏面に電極１２を形成する。次いで、エッチングにより電極層１０及び電極１３を選択的に除去し、開口部１０ａを形成する。その後、開口部１０ａ内に保護膜１４を、例えばＣＶＤ法により形成する。保護膜１４は、例えば酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜により形成される。

その後、ダイシングライン１５ａ、１５ｂに沿ってダイシングを行い、複数の面発光素子１を互いに切り離す。

以上、本発明の実施形態によれば、多重量子構造を有する活性層５において、量子井戸層５１の中心間距離Ｌの上限及び下限を上記式（１）のように規定したため、面発光素子において、発光出力及び応答特性それぞれを良くして、かつ発光に必要な順方向電圧の上昇を抑制することができる。また、バリア層５２の構造が簡単であるため、生産性を高くすることができる。

上記した実施形態に示した方法で複数の試料を作製し、各試料の特性を評価した。結果を表１〜４に示す。なお評価した特性のうち遮断周波数は、印加電力の周波数を上げていった時に面発光素子が追従できなくなって発光出力が初期値の半分になったときの周波数を示している。遮断周波数の測定は、各試料（面発光素子）をパルスジェネレータで周波数を上げながら発光させ、発光出力をＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）で受光して発光出力を測定することで行った。また発光出力は、積分球を用いることにより全発光出力測定を行った。

表１において、試料１〜３の活性層５は、量子井戸層５１の中心間距離を除いて互いに同一の構造を有している。これら各試料において量子井戸層５１は３層であり、３つの量子井戸層５１の組成及び層厚は互いに同一（Ｉｎ_0.575Ｇａ_0.425Ｐ及び８ｎｍ）である。また、バリア層は（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、クラッド層をＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５ＧａＰとし、ダブルヘテロ接合７内の平均屈折率ｎは３．５５６であり、発光波長は６６２ｎｍである。試料１のバリア層５２の膜厚及び量子井戸層５１の中心間距離は５ｎｍ及び１３ｎｍ（λ／１４・ｎ）であり、試料２のバリア層５２の膜厚及び量子井戸層５１の中心間距離は１０ｎｍ及び１８ｎｍ（λ／１０・ｎ）であり、試料３のバリア層５２の膜厚及び量子井戸層５１の中心間距離は１５ｎｍ及び２３ｎｍ（λ／８・ｎ）である。また、試料１〜３において、第１クラッド層及び第２クラッド層はいずれも９５．５ｎｍである。また２つのクラッド層と活性層５の間にバリア層５２と同一組成の拡散防止層を設けているが、拡散防止層の厚さは試料１では２７ｎｍ、試料２では１７ｎｍ、試料３では７ｎｍである。いずれの試料においても垂直共振器内の定在波は２λで共振している。このため、活性層５の中に定在波の節は位置しておらず、かつ中心に位置する量子井戸層５１は定在波の腹に位置している。

試料１及び２は本発明の実施例であり、発光出力は１．３３〜１．３５ｍＷと高い値を示している。これに対して試料３は比較例であり、量子井戸層５１の中心間距離が本発明で規定する範囲より長いため、発光出力が１．０４ｍＷと相対的に低くなっている。この結果から、量子井戸層５１の中心間距離が本発明で規定する範囲外になると、発光出力が低下することが示された。

表２において、試料４〜６は、量子井戸層５１の組成が傾斜している点を除いて、それぞれ試料１〜３と同一の構成を有している。試料４〜６において量子井戸層５１の組成は、下層（すなわち基板側）から順に、Ｉｎ_0.534Ｇａ_0.466Ｐ、Ｉｎ_0.555Ｇａ_0.445Ｐ、Ｉｎ_0.575Ｇａ_0.425Ｐと傾斜している。ダブルヘテロ接合７内の平均屈折率ｎは３．５５６であり、発光波長は下層から順に６５０ｎｍ、６５５ｎｍ、６６２ｎｍである。いずれの試料においても垂直共振器内の定在波、すなわち最も禁制帯幅が小さい量子井戸層５１が発光した光（λ＝６６２ｎｍ）は２λで共振している。このため、３つの量子井戸層５１は、定在波の互いに隣接する節の相互間に位置し、かつ中心に位置する量子井戸層５１は定在波の腹に位置している。

試料４及び５は本発明の実施例であり、発光出力は１．４６〜１．４９ｍＷと高い値を示している。また、一つの量子井戸層５１（具体的には、最も光射出側に近い、すなわち表面側に位置する量子井戸層５１）の禁制帯幅が他と比較して小さいため、試料１及び２と比較して発光出力が大きくなっている。これに対して試料６は比較例であり、量子井戸層５１の中心間距離が本発明で規定する範囲より長いため、発光出力が１．２２ｍＷと相対的に低くなっている。

表３において、試料７〜９は、３つの量子井戸層５１のうち真中の量子井戸層５１が、他と組成が異なっている点、すなわち第１、第２のクラッド層に最も近い量子井戸層５１の禁制帯幅を略同じとして、中央により大きい禁制帯幅を配置することを除いて、それぞれ試料１〜３と同一の構成を有している。試料７〜９において真中の量子井戸層５１の組成はＩｎ_0.534Ｇａ_0.466Ｐであり、他の量子井戸層５１の組成はＩｎ_0.575Ｇａ_0.425Ｐである。ダブルヘテロ接合７内の平均屈折率ｎは３．５５６であり、発光波長は下層から順に６６２ｎｍ、６５０ｎｍ、６６２ｎｍである。いずれの試料においても垂直共振器内の定在波、すなわち最も禁制帯幅が小さい量子井戸層５１が発光した光（λ＝６６２ｎｍ）は２λで共振している。このため、活性層５の中には定在波の節が位置しておらず、かつ中心に位置する量子井戸層５１は定在波の腹に位置している。

試料７及び８は本発明の実施例であり、発光出力は１．５０〜１．５３ｍＷと高い値を示している。これに対して試料９は比較例であり、量子井戸層５１の中心間距離が本発明で規定する範囲より長いため、発光出力が１．２５ｍＷと相対的に低くなっている。

また、試料１０〜１２は比較例であり、量子井戸層５１の層数が６である点を除いて、それぞれ試料７〜９と同様の構成を有している。各量子井戸層５１の組成は、下層から順にＩｎ_0.575Ｇａ_0.425Ｐが２層、Ｉｎ_0.534Ｇａ_0.466Ｐが２層、Ｉｎ_0.575Ｇａ_0.425Ｐが２層となっている。量子井戸層５１の層数が６であるため、試料１０〜１２は活性層５の厚さが試料７〜９より厚くなっており、垂直共振器内の定在波、すなわち最も禁制帯幅が小さい量子井戸層５１が発光した光（λ＝６６２ｎｍ）は２．０λで共振している。このため、活性層５の中に定在波の節が位置しており、量子井戸層５１が複数の腹に配置されている。その結果、遮断周波数すなわち応答特性が、試料７及び８と比較して低下している。また発光に必要な順方向電圧Ｖｆも、試料７及び８と比較して高くなっている。また、試料９及び試料１２は、中心間距離が本発明で規定する範囲より長いため、発光出力が１．２５ｍＷと相対的に低くなっている。

表４において、試料１３〜１５は量子井戸層５１の組成を除いて試料１〜３と同様の構成を有している。試料１３〜１５において、量子井戸層の組成はＩｎ_0.004Ｇａ_0.996Ａｓである。また、バリア層はＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ、クラッド層をＡｌ_０．３Ｉｎ_０．７ＧａＡｓとし、ダブルヘテロ接合７内の平均屈折率ｎは３．４４６であり、発光波長は８７０ｎｍである。また、２つのクラッド層及び拡散防止膜の厚さが試料１〜３と異なっているため、試料１３〜１５においても垂直共振器内の定在波は１．５λで共振している。このため、活性層５の中には定在波の節が位置しておらず、かつ中心に位置する量子井戸層５１は定在波の腹に位置している。

試料１３及び１４は本発明の実施例であり、発光出力は１．１０〜１．１１ｍＷと高い値を示している。これに対して試料１５は比較例であり、量子井戸層５１の中心間距離が本発明で規定する範囲より長いため、発光出力が０．９５ｍＷと相対的に低くなっている。

また、試料１６〜１８は比較例であり、量子井戸層５１の層数が６である点を除いて、それぞれ試料１３〜１５と同一の構成を有している。さらに試料１９〜２１は比較例であり、量子井戸層５１の層数が９である点を除いて、それぞれ試料１３〜１５と同一の構成を有している。量子井戸層５１の層数が多いため、試料１６〜２１は活性層５の厚さが試料１３〜１５より厚くなっており、垂直共振器内の定在波は、試料１６〜１８においては２．０λ、試料１９〜２１においては２．５λで共振している。このため、活性層５の中に定在波の節が位置しており、量子井戸層５１が複数の腹に配置されている。その結果、遮断周波数すなわち応答特性が、試料１３及び１４と比較して低下している。また発光に必要な順方向電圧Ｖｆも、試料１３及び１４と比較して高くなっている。

以上の実施例及び比較例より、多重量子構造を有する活性層５において、量子井戸層５１の中心間距離Ｌの上限及び下限を上記式（１）のように規定することにより、面発光素子において、発光出力及び応答特性それぞれを良くして、かつ発光に必要な順方向電圧の上昇を抑制できることが判明した。

尚、本発明は上述した実施形態又は実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る面発光素子の構造を説明する為の断面図、（Ｂ）は面発光素子の平面図。 活性層５の構造を説明する為の断面拡大図。 各図は量子井戸層５１の禁制帯幅を説明する為の図。

符号の説明

１…面発光素子
２…基板
３…第１反射層
４…第１クラッド層
５…活性層
６…第２クラッド層
７…ダブルヘテロ接合層
８…電流狭窄層
８ａ…開口部
９…第２反射層
１０…電極層
１０ａ…開口部
１２，１３…電極
１４…保護膜
１５ａ，１５ｂ…ダイシングライン
５１…量子井戸層
５２…トンネルバリア層

Claims (5)

1. 量子井戸層及びバリア層を交互に積層させた活性層と、
   前記活性層の上方及び下方それぞれに配置された反射層と、
   を具備する垂直共振型の面発光素子であって、
   前記複数の量子井戸層の中心間距離をＬ、前記面発光素子の発光波長をλ、前記反射層間の距離である共振器の光学長の平均屈折率をｎとした場合に、
   λ／（１５×ｎ）≦Ｌ≦λ／（１０×ｎ）
   であり、
   少なくとも一つの前記量子井戸層の禁制帯幅は、他の前記量子井戸層の禁制帯幅とは異なることを特徴とする面発光素子。
2. 前記反射層間の距離が、最も禁制帯幅の小さい前記量子井戸層の発光波長の略１倍、略１．５倍、又は２倍の光学長であることを特徴とする請求項１記載の面発光素子。
3. 前記活性層の中には、前記２つの反射層間に発生する光の定在波の節が位置しておらず、かつ少なくとも一つの前記量子井戸層は、前記定在波の腹の位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光素子。
4. 前記活性層には前記量子井戸層が３層あることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面発光素子。
5. 前記活性層の中間に位置する量子井戸層の禁制帯幅が最も大きく、前記反射層それぞれに最も近い量子井戸層が同じ禁制体幅となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の面発光素子。

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