JP4771142B2 - 垂直共振器型発光ダイオード - Google Patents

Description

本発明は、光通信の光源などに使用される垂直共振器型発光ダイオードに関する。

プラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）用の光源として、レーザーダイオードより安価である発光ダイオードが注目されている。より高い出力、高速応答性を実現するためには、従来の発光ダイオードでは不十分であり、発光層を中央に配置してその両側に多層反射層を設けた、共振器構造を持つ垂直共振器型発光ダイオードが必要となっている。

特許文献１に開示された垂直共振器型発光ダイオードでは、共振器長を発光波長の１／２としその共振器の中央に量子井戸層を設けることで、光の定在波の腹の位置に量子井戸層が存在するようにし、かつ、この各量子井戸層の禁制帯幅（バンドギャップ）を電子の注入側から正孔の注入側に向かって小さくなる傾斜形状又は階段形状とすることにより、電子と正孔を各量子井戸層内の同じ場所に局在化させて自然放出を増強させている。

特許文献２には、傾斜状に禁制帯幅の異なる量子井戸層を設けて多重量子井戸構造とすることより、利得帯幅を広くした垂直共振器型発光ダイオードが開示されている。

特許文献３には、禁制帯幅を同じ量子井戸層とし、それぞれその厚さが異なる複数の量子井戸層を配置し、量子井戸層の間隔を共振波長の１／２となるようにして、各量子井戸層間の結合による新たな準位を形成せず、各量子井戸層の発光スペクトルを保つようにした垂直共振器型発光ダイオードが開示されている。

特開２０００−１７４３２７号公報 特開平７−２４５４４９号公報 特開平１０−２７９４５号公報

特許文献１〜３に開示された垂直共振器型発光ダイオードにおいては、多重量子井戸層の禁制帯幅を同じか、又は、傾斜を設けた構造、もしくは各量子井戸層内で禁制帯幅を傾斜させることにより、各量子井戸層においてほぼ同一の発光再結合を起こさせ、スペクトルの純度を上げ、量子井戸層内の電子の正孔との再結合による自然放出を共振モードで増強させるようにしていた。しかし、例えばＰＯＦ用光通信に使用するためにはより高い出力が求められているが、従来の量子井戸構造の禁制帯幅を傾斜させるだけでは、光出力の向上には限界があった。

そこで、本発明においては、誘導放出効果を高めて、さらに高い光出力が得られる、新規な垂直共振器型発光ダイオードを提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、垂直共振器型発光ダイオードにおける誘導放出は、活性層に入射する光に相当する禁制帯幅よりも小さい禁制帯幅の領域で生起することに注目し、少なくとも３層の量子井戸構造を有する活性層において、発生する光の定在波の腹、即ち電界強度が強い領域に配置する量子井戸層を、この量子井戸層を挟む両側の量子井戸層よりも禁制帯幅を大きくすることで、誘導放出効果を高めて発光強度を高めることができるという知見を得て、本発明を完成するに至った。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも３層の量子井戸層を含む活性層と、活性層を挟んで形成された反射層と、を有する垂直共振器型発光ダイオードであって、量子井戸層のうち、最も外側の量子井戸層の禁制帯幅は略同じで、かつ内側の量子井戸層の禁制帯幅よりも小さく、内側の量子井戸層の少なくとも１層の禁制帯幅が外側の禁制帯幅よりも大きく、最も外側の量子井戸層の発光波長（λ）は、内側の量子井戸層の発光波長と異なり、垂直共振器の長さは、最も外側の量子井戸層の発光波長（λ）に対して、略（ｍ・λ）／２（ここで、ｍは整数）の長さであることを特徴とする。
上記構成において、好ましくは、内側の量子井戸層は、垂直共振器内の光の定在波の腹に設けられている。
上記構成によれば、内側の少なくとも１つの量子井戸層の禁制帯幅が最も大きく、最も外側の各量子井戸層が互いに同程度で最も小さい禁制帯幅を有している。つまり、最も外側に配置された、最も小さく、かつ同程度の禁制帯幅を有する一対の量子井戸層が、それよりも禁制帯幅の大きい量子井戸層を挟んだ多重量子井戸層を構成している。このため、禁制帯幅の大きい量子井戸層から生じた光が、禁制帯幅の小さい一対の量子井戸層に入射して吸収され、誘導放出効果を生じる。さらには、内側の禁制帯幅の大きい量子井戸層を、垂直共振器内の定在波の腹の位置に設けることにより、さらに誘導放出効果を高め、垂直共振器型発光ダイオードの光出力を増加させることができる。
垂直共振器の長さは、最も外側の、禁制帯幅の小さい量子井戸層の発光波長により設計されているので、誘導放出で増幅された光は、他の量子井戸層に吸収されること無く、効率良く外部へ出射することができる。

上記構成において、垂直共振器型発光ダイオードは、好ましくは電流狭窄層を有している。電流狭窄層を設けた場合には、さらに発光出力を増大させることができる。

本発明の垂直共振器型発光ダイオードによれば、活性層を構成する３層以上の量子井戸構造のうち、禁制帯幅の大きい量子井戸層を、禁制帯幅の小さい量子井戸層で挟むことで、禁制帯幅の大きい量子井戸層からの発光が禁制帯幅の小さい量子井戸層に吸収され、誘導放出効果が高まることで、高い光出力を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いることにする。
図１は本発明に係る垂直共振器型発光ダイオード１の断面構造の一例を示す図である。図１に示すように、本発明の垂直共振器型発光ダイオード１は、ｎ型の基板２と、ｎ型の第１反射層３と、ｎ型の第１クラッド層４と、多重量子井戸層を含む活性層５と、ｐ型である第２クラッド層６と、一部に開口部を有するｎ型の電流狭窄層８と、ｐ型の第２反射層９と、この第２反射層９の上部に設けられる電極層１０と、電極層１０を含む発光ダイオードの表面を覆う保護膜１１と、を含んで形成されている。上記層構造において、第１クラッド層４と活性層５と第２クラッド層６とによりダブルヘテロ接合層７が形成されている。
なお、以上の説明においては、基板をｎ型（第１導電型）として説明したが、その反対伝導型（第２導電型）のｐ型基板でもよく、その場合には上記各層の伝導型を基板に応じて変更すればよい。

図２は、図１に示すダブルへテロ接合層中の活性層５の拡大断面構造を示す図である。図２に示すように、活性層５は、第１反射層３上に形成された第１クラッド層４と第２反射層９下に形成された第２クラッド層６との間に挿入されている。活性層５は、多重量子井戸層５ｊとこの多重量子井戸層５ｊの両側に配設される第１及び第２拡散防止層５ｈ，５ｉとから構成されている。図示の場合には、多重量子井戸層５ｊは、３層の量子井戸層５ａ，５ｂ，５ｃを有している。多重量子井戸層５ｊの内側には、第１量子井戸層５ａが形成され、第１量子井戸層５ａの第１反射層３側にバリア層５ｅを介して外側に第２量子井戸層５ｂが形成され、かつ、第１量子井戸層５ａの第２反射層９側にバリア層５ｆを介して外側に第３量子井戸層５ｃが形成されている。

第１及び第２拡散防止層５ｈ，５ｉは、第１及び第２クラッド層４，６にそれぞれ添加された不純物を、活性層５中の多重量子井戸層５ｊのバリア層５ｄ〜５ｇに拡散させない機能を備えている。
ここで、第１及び第２拡散防止層５ｈ，５ｉは、それに隣接するバリア層５ｄ，５ｇの組成と同一とし、故意には不純物を添加しない所謂ノンドープ層とすることができる。さらに、活性層５の厚さは拡散防止層５ｈ，５ｉの厚さを調整して所定の厚さとすることができる。このように、本発明の垂直共振器型発光ダイオード１は、少なくとも３層の量子井戸層からなる多重量子井戸層５ｊを含む活性層５と、この活性層５を挟んで形成された第１及び第２の反射層３，９と、を有している。

本発明の特徴は、活性層５中の多重量子井戸層５ｊにおいて、内側に配置した第１量子井戸層５ａを最も外側の第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃで挟み込み、かつ、内側の第１量子井戸層５ａの禁制帯幅が最も外側の第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの禁制帯幅よりも大きいことにある。この第１量子井戸層５ａを、第１及び第２反射層３，９で成る共振器において発生する光の定在波の腹、即ち、電界強度の強い領域に配置している。
ここで、電界強度の強い領域とは、その最大値の９０％以上の領域を意味する。特に、第１量子井戸層５ａを、電界強度の最大値の９５％以上の領域に配置することが好ましい。これにより、量子効果が生起する膜厚１０ｎｍ程度の量子井戸層を、電界強度の強い領域内に配置することが可能となり、光出力を高めることができる。また、第２及び第３量子井戸層５ｂ及び５ｃの位置は、上記の定在波の電界強度が等しい位置とすることが望ましい。

さらに、第１量子井戸層５ａと第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃとの禁制帯幅の差、即ち、多重量子井戸層５ｊ中の量子井戸層のうち最大の禁制帯幅と最小の禁制帯幅との差は、発光波長で１０ｎｍ以上に相当するような量子井戸層の組成、厚みとすることが望ましい。また、第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの禁制帯幅を同程度、すなわち、発光波長で２ｎｍ以内とすることで、さらに光出力を高めることができる。

図２においては、活性層５中の多重量子井戸層５ｊを３層の量子井戸層５ａ〜５ｃとして説明したが、４層や５層などの３層以上の量子井戸層を有する多重量子井戸層５ｊでもよい。多重量子井戸層５ｊが５層の量子井戸層を有する場合には、内側に位置する量子井戸層のうち少なくとも１つ以上の量子井戸層の禁制帯幅を最も外側の量子井戸層の禁制帯幅よりも大きくし、最も外側の量子井戸層の禁制帯幅を同程度、かつ内側の量子井戸層の禁制帯幅以下と小さくする。このとき、最も大きい禁制帯幅を有する量子井戸層を、光の定在波の腹の位置に設ければ、光出力を向上できるので好ましい。この場合、多重量子井戸層５ｊの量子井戸層の内、最大の禁制帯幅と最小の禁制帯幅との差を、発光波長で１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以下になるようにすることが望ましい。禁制帯幅の差を発光波長で１０ｎｍ以上とすることで、誘導放出効果が高められて光出力を増大させることができる。この禁制帯幅の差が発光波長で１０ｎｍよりも小さいと、誘導放出効果が十分に得られず好ましくない。逆に、発光波長の差を２０ｎｍ以上とすると、共振器長と発光波長が解離してしまうために共振効果が低下して光出力が劣化してしまうので好ましくない。

図３〜５は、本発明の５層からなる量子井戸層の構造例１〜３を模式的に説明する図である。
図３は、（Ａ）が５層からなる多重量子井戸層の構造例１における断面図であり、（Ｂ）がそのバンドダイヤグラム及び対応する光電界分布を示している。図３（Ａ）に示すように、５層からなる多重量子井戸層の場合、最も外側の量子井戸層２４，２５の内側に、３層から成る内側の量子井戸層２１，２２，２３が配設されている。図３（Ｂ）に示すように、内側の量子井戸層２１，２２，２３においては、禁制帯幅の大きい量子井戸層２１を挟んで、これより禁制帯幅が小さく、かつ、同じ禁制帯幅の量子井戸層２２、２３が配置されている。そして、最も外側の量子井戸層２４，２５は、内側の量子井戸層２２，２３層と同じ禁制帯幅を有する構造となっている。

図４は、５層からなる多重量子井戸層の構造例２におけるバンドダイヤグラム及び対応する光電界分布を示している。図に示す５層からなる多重量子井戸層の場合には、内側の量子井戸層２１，２２，２３は、３層とも同じ禁制帯幅としている。最も外側の量子井戸層２４，２５は、同じ禁制帯幅として、その値は、内側の３層の量子井戸層２１，２２，２３よりも小さくする構造である。

図５は、５層からなる多重量子井戸層の構造例３におけるバンドダイヤグラム及び対応する光電界分布を示している。図５に示すように、内側の３層から成る量子井戸層２１，２２，２３は、中央の禁制帯幅の大きい量子井戸層２１の両側に、量子井戸層２１よりも禁制帯幅の小さい量子井戸層２２，２３を１層ずつ配置した構造としている。最も外側の量子井戸層としては、内側の量子井戸層２２，２３よりも、さらに禁制帯幅の小さい量子井戸層２４，２５を１層ずつ配置した構造である。上記の５層からなる量子井戸層構造例において、大きい禁制帯幅を有する量子井戸層２１が、光電界強度分布、すなわち、定在波の腹となっている。

図３〜図５で示した５層からなる多重量子井戸層の構造例のように、最も外側の量子井戸層２４，２５の禁制帯幅を同程度とし、かつ、内側の量子井戸層２１，２２，２３の少なくとも１層の禁制帯幅よりも小さくすれば、他の構造でもよく、例えば、最も禁制帯幅の大きい量子井戸層を量子井戸層２２，２３としてもよい。

次に、本発明の垂直共振器型発光ダイオード１の共振器を構成する第１及び第２反射層３，９について説明する。
第１及び第２反射層３，９は、ブラッグ反射層、即ち、高い屈折率（ｎ₁ ）を有する厚さがλ／４ｎ₁ 膜と低屈折率（ｎ₂ ）を有する厚さλ／４ｎ₂ 膜の積層構造（交互層）を一対として、この交互層を多対積層とした多層膜となっている。
ここで、λは、垂直共振器型発光ダイオード１の発光波長であり、光の定在波の波長となる。この場合、基板２側の第１反射層３の反射率を上部の第２反射層９よりも高めることにより、活性層５中で発生した光を上部の第２反射層９から選択的に出射することができる。このように第１及び第２反射層３，９との間で垂直共振器が形成されている。この垂直共振器の長さ、すなわち、垂直共振器長は、図１に示すように、第１及び第２反射層３，９との間隔Ｌ_res である。つまり、図１において、垂直共振器長Ｌ_res は、基板への各層の積層方向であるｙ方向の間隔である。垂直共振器長は、好ましくは、最も外側の量子井戸層の発光波長（λ）に対して、略（ｍ・λ）／２（ここで、ｍは整数）の長さに設定すればよい。例えば、発光波長λの２倍（ｍ＝４）の厚みとすることができる。
これにより、活性層５中で生じた光は第１及び第２反射層３，９との間で定在波を形成する。この光の定在波の波長を、最も外側の量子井戸層が発光する波長と同程度、好ましくは、波長の差を２ｎｍ以内とすると発光強度が増加する。

第２反射層９は、電流狭窄層８の開口部とこの開口部の上方及び開口部を有する電流狭窄層８上とに形成されている。この電流狭窄層８の開口部は、垂直共振器型発光ダイオード１の電流通路及び光の取り出し領域となる。電極層１０にて、電流狭窄層８が設けられていない領域に対応した位置が、第２反射層９が露出するように除去されている。基板２及び電極層１０の上部には電極１２，１３が形成されている。
なお、電流狭窄層８は、図１では第２反射層９の内側である活性層５側に設けているが、外側の電極層１０側に設けてもよい。電流狭窄層８は、第２反射層９側にではなく、第１反射層３側に設けてもよい。

図６は、図１に示す垂直共振器型発光ダイオード１の平面図である。即ち、図６のＸ−Ｘ線に沿った断面図が図１である。図６に示すように、垂直共振器型発光ダイオード１において、電極層１０が形成されていない開口部１４が、活性層５で生じる光の出射窓部１４となっている。この開口部１４の形状は、円形、楕円形、矩形など任意の形状とすることができる。
ここで、図中のＸＹ方向の点線１５Ａ，１５Ｂで示す領域は、発光ダイオード１の各チップを分割する所謂ダイシング領域１５を示している。この出射窓部１４には光の透過領域となる絶縁性の保護膜１１が被覆されている。

以上説明したように、本発明の垂直共振器型発光ダイオード１においては、禁制帯幅が大きい第１量子井戸層５ａを、禁制帯幅が小さい第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃによりバリア層５ｅ，５ｆを介して挟んだ３層の多重量子井戸層５ｊとすることにより、第１量子井戸層５ａで発生した光が、第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃで吸収され、第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃで誘導放出が生じる。これにより、活性層５での誘導放出効果を高めて、光出力を高めることができる。

従って、第１及び第２の反射層３，９から成る共振器の共振波長を第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの発光波長（λ）とすれば、誘導放出により増幅された光を効率良く発光させることができる。さらに、図１に示す垂直共振器型発光ダイオード１のように、電流狭窄層８を設けて活性層７に流れ込む電流を狭窄することにより、発生する光の強度を増加させることが好ましい。

次に、このような垂直共振器型発光ダイオードの製造方法について、図１に示す垂直共振器型発光ダイオード１を例に挙げて説明する。
最初に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などを用いて、ＧａＡｓ基板２上に第１のエピタキシャル成長層として、ｎ型Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ／ＡｌＡｓ（ｒはＡｌ組成であり、０＜ｒ＜１である。）の交互層を積層して成る第１反射層３と、ｎ型Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る第１クラッド層４と、不純物を添加しないアンドープのＡｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成を変化させて第１拡散防止層５ｈ／バリア層５ｄ／第２量子井戸層５ｂ／バリア層５ｅ／第１量子井戸層５ａ／バリア層５ｆ／第３量子井戸層５ｃ／バリア層５ｇ／第２拡散防止層５ｉから成る活性層５と、ｐ型Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る第２クラッド層６と、ｎ型Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｐ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１）と、から成る電流狭窄層８を、所定の厚さで順に成長させる。ここで、エピタキシャルウェハを取り出す。

第１のエピタキシャル成長層の成長工程において、第１量子井戸層５ａの位置は、共振器中に形成される定在波の電界分布を考慮して、電界強度が最も強くなる位置に成長させるようにする。また、各量子井戸層の組成で決まる禁制帯幅、厚み、光の定在波の波長は適宜設定することができる。

次に、出射窓部１４を形成するパターニング工程を行い、出射窓部１４となる領域の電流狭窄層８を部分的に除去して開口部を形成し、再洗浄工程を行う。このような所謂、選択エッチングには化学エッチング法やドライエッチングによるプラズマエッチング法を用いることができる。

部分的に出射窓部１４が形成された電流狭窄層８上に、埋込みエピタキシャル成長を行う。この２回目の成長は１回目の成長と同様、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などを用いて、ｐ型Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ／ＡｌＡｓ（ｒはＡｌ組成であり、０＜ｒ＜１である。）の交互層を積層して成る第２反射層９と、ｐ型ＧａＡｓの電極層１０とを順に成長させる。
そして、基板裏面及びエピタキシャル成長層の表面への電極１２，１３を形成する工程、ＣＶＤ法などによる保護膜形成工程、ダイシング工程などを経て、垂直共振器型発光ダイオード１を製造することができる。
保護膜１１は、プラズマＣＶＤ法などによるＳｉ系の酸化膜又は窒化膜を堆積して形成することができる。この保護膜１１の厚さは、（ｍ₁ ／４）×（λ／ｎ）（ここで、ｍ₁ は奇数であり、ｎは酸化膜又は窒化膜の屈折率である。）として、光に対して透過率の高い膜とすればよい。

この垂直共振器型発光ダイオード１の製造方法によれば、第１反射層３、所定の多重量子井戸層５ｊを有する活性層５、電流狭窄層８及び第２反射層９を、二回のエピタキシャル成長で製作できるので、垂直共振器型発光ダイオード１を歩留まり良く生産することができる。

以下、本発明の垂直共振器型発光ダイオードの実施例について詳細に説明する。
最初に、実施例の垂直共振器型発光ダイオード１の製造方法について説明する。
先ず、第１工程として、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＡｓ基板２上に第１回目のエピタキシャル成長層として、２０．５対のｎ型Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ（４５ｎｍ）／ＡｌＡｓ（５２．５ｎｍ）から成る第１反射層３を１９９５ｎｍ、ｎ型Ａｌ_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐから成る第１クラッド層４、（Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐから成る第１拡散防止層５ｈ、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｐから成る３層の量子井戸層５ａ〜５ｃ及び（Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐから成るバリア層５ｄ〜５ｇで形成される活性層５、（Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 ）_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐから成る第２拡散防止層５ｉ、ｐ−Ａｌ_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐから成る第２クラッド層６、ｎ型Ａｌ_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｐ電流狭窄層８を、順に成長させた。

実施例においては、多重量子井戸層５ｊの構造として、第１〜第３量子井戸層５ａ，５ｂ，５ｃの厚さを８ｎｍとした。各量子井戸層の禁制帯幅については、第１量子井戸層５ａの禁制帯幅（１．９０７ｅＶ）が第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの禁制帯幅（１．８７３ｅＶ））より大きくなるように、第１量子井戸層５ａのＩｎの組成ｘを０．５３４とし、第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃのＩｎの組成ｘを０．５７５とした。なお、上記禁制帯幅は、組成からの推定値である。
これから、第１量子井戸層５ａの発光波長は６５０ｎｍであり、第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの発光波長は６６２ｎｍに相当し、内側の量子井戸層５ａの発光波長を１２ｎｍ短くした。共振器の共振波長は、第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの発光波長λ（６６２ｎｍ）に合わせ、その共振器長は２λとなるように設計した。この段階で、エピタキシャルウェハを取り出した。

第２の工程として、出射窓部を形成するパターニング工程を行い、出射窓部となる領域の電流狭窄層８を部分的に除去し、再洗浄工程を行った。
続いて、部分的に出射窓部が形成された電流狭窄層８上に埋込みエピタキシャル成長を行う。この２回目の成長は、１回目の成長と同様、ＭＯＣＶＤ法を用いて、１０．５対で厚さ１０２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ（４５ｎｍ）／ＡｌＡｓ（５２．５ｎｍ）から成る第２反射層９と、厚さが１００ｎｍのｐ型ＧａＡｓ電極層１０と、を順に成長させた。
その後、エピタキシャル成長層の表面への厚さが８００ｎｍのＡｕ／ＡｕＳｂＺｎの２層から成る電極１３及び基板裏面へのＡｕＧｅＮｉ合金（２０ｎｍ）から成る電極１２を形成する工程と、保護膜の形成工程、ダイシング工程などを経て、垂直共振器型発光ダイオード１を製造した。

次に、比較例について説明する。
（比較例１）
比較例１では、実施例の第１のエピタキシャル成長において、多重量子井戸層５ｊ中の第１〜第３の量子井戸層５ａ，５ｂ，５ｃのＩｎ組成ｘを同じ０．５７５（禁制帯幅が約１．８７３ｅＶ）とした以外は、実施例と同様にして、垂直共振器型発光ダイオードを製造した。

（比較例２）
比較例２では、第１のエピタキシャル成長において、多重量子井戸層５ｊ中の各量子井戸層の組成を、第１量子井戸層５ａのＩｎ組成ｘを０．５７５（禁制帯幅が約１．８７３ｅＶ）とし、第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃのＩｎ組成ｘを０．５３４（禁制帯幅が約１．９０７ｅＶ）として、第１量子井戸層５ａの禁制帯幅が第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの禁制帯幅より小さくなるようにした以外は、実施例と同様にして、垂直共振器型発光ダイオードを製造した。このときの第１量子井戸層５ａの発光波長は６６２ｎｍであり、第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの発光波長は６５０ｎｍに相当する。つまり、内側の量子井戸層５ａの発光波長を外側の第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃの発光波長よりも５ｎｍ長くした。

（比較例３）
比較例３では、第１のエピタキシャル成長において、多重量子井戸層５ｊ中の各量子井戸層の組成として、第１量子井戸層５ａのＩｎ組成ｘを０．５５５（禁制帯幅が約１．８９３ｅＶ）とし、第２量子井戸層５ｂのＩｎ組成ｘを０．５３４（禁制帯幅が約１．９０７ｅＶ）とし、第３量子井戸層５ｃのＩｎ組成ｘを０．５７５（禁制帯幅が約１．８７３ｅＶ）とした。即ち、第１クラッド層４側から第２クラッド層６側の順に各量子井戸層のＩｎ組成ｘを増加させて、第２クラッド層６側になるにつれて各量子井戸層の禁制帯幅が小さくなるようにした以外は、実施例と同様にして、垂直共振器型発光ダイオードを製造した。このときの第１、第２及び第３量子井戸層５ａ，５ｂ，５ｃの発光波長はそれぞれ、６５５ｎｍ、６５０ｎｍ、６６２ｎｍに相当し、第１クラッド層４側から第２クラッド層６側の順に発光波長を長くした。

次に、実施例及び比較例１〜３で製造した垂直共振器型発光ダイオードの発光強度を測定した。その結果を表１に示す。表１には、実施例及び比較例の垂直共振器型発光ダイオードにおける各量子井戸層５ａ〜５ｃの禁制帯幅（ｅＶ）も示している。

製造した垂直共振器型発光ダイオードの光出力強度は、実施例では１．４４ｍＷであり、比較例１では１．３３ｍＷ、比較例２では１．１９ｍＷ、比較例３では１．４０ｍＷであった。

各量子井戸層の組成が同じ比較例１の場合を基準に実施例を検討すると、光出力強度は８．３％増加した。これにより、禁制帯幅の大きい第１量子井戸層５ａをそれよりも禁制帯幅の小さい第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃで挟み込むことで、光出力強度を上げることができることが判明した。
一方、比較例２では、比較例１の場合を基準に検討すると、光出力強度は１０．５％減少した。これにより、禁制帯幅の小さい第１量子井戸層５ａをそれより禁制帯幅の大きい第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃで挟み込んでも、光出力強度を増加させることができないことが分かった。

さらに、比較例３では、比較例１の場合を基準に検討すると、光出力強度は５．３％増加した。これから、実施例の光出力の増加率８．３％は、比較例３の場合の約１．６倍であり、光出力強度を増加させるのに、禁制帯幅の大きい第１量子井戸層５ａをそれより禁制帯幅の小さい第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃで挟み込むことが有効であることが判明した。

以上の結果から、発生する光の定在波において、電界強度の強い領域に禁制帯幅の大きい第１量子井戸層５ａを配置し、この第１量子井戸層の両側、即ち定在波の電界強度が等しい領域に禁制帯幅の小さい第２及び第３量子井戸層５ｂ，５ｃを配置することで、垂直共振器型発光ダイオードの発光出力を増加させることができることが分かった。

本発明は上記実施例に記載の垂直共振器型発光ダイオードに限定されることなく、発光波長や光出力の大きさに応じて、多重量子井戸層の構成、開口部の大きさ、垂直共振器型の厚さやチップの大きさなどは、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの断面構造の一例を示す。 図１に示すダブルへテロ接合層中の活性層の拡大断面構造を示す。 （Ａ）は５層からなる多重量子井戸層の構造例１における断面図、（Ｂ）はそのバンドダイヤグラム及び対応する光電界分布を示す図である。 ５層からなる多重量子井戸層の構造例２におけるバンドダイヤグラム及び対応する光電界分布を示す図である。 ５層からなる多重量子井戸層の構造例３におけるバンドダイヤグラム及び対応する光電界分布を示す図である。 図１に示す垂直共振器型発光ダイオードの平面図である。

符号の説明

１：垂直共振器型発光ダイオード
２：基板
３：第１反射層
４：第１クラッド層
５：活性層
５ａ：第１量子井戸層
５ｂ：第２量子井戸層
５ｃ：第３量子井戸層
５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，２６：バリア層
５ｈ：第１拡散防止層
５ｉ：第２拡散防止層
５ｊ：多重量子井戸層
６：第２クラッド層
７：ダブルへテロ接合層
８：電流狭窄層
９：第２反射層
１０：電極層
１１：保護層
１２，１３：電極
１４：出射窓部（開口部）
１５：ダイシング領域
２１，２２，２３：：内側の量子井戸層
２４，２５：外側の量子井戸層

Claims (3)

1. 少なくとも３層の量子井戸層を含む活性層と、該活性層を挟んで形成された反射層と、を有する垂直共振器型発光ダイオードであって、
   上記量子井戸層のうち、最も外側の量子井戸層の禁制帯幅は略同じで、かつ内側の量子井戸層の禁制帯幅よりも小さく、上記内側の量子井戸層の少なくとも１層の禁制帯幅が上記外側の禁制帯幅よりも大きく、
   上記最も外側の量子井戸層の発光波長（λ）は、上記内側の量子井戸層の発光波長と異なり、
   上記垂直共振器の長さは、上記最も外側の量子井戸層の発光波長（λ）に対して、略（ｍ・λ）／２（ここで、ｍは整数）の長さであることを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオード。
2. 前記内側の量子井戸層は、垂直共振器内の光の定在波の腹に設けられてい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ダイオード。
3. 電流狭窄層をさらに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ダイオード。

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