JPH05275809A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JPH05275809A JPH05275809A JP6747792A JP6747792A JPH05275809A JP H05275809 A JPH05275809 A JP H05275809A JP 6747792 A JP6747792 A JP 6747792A JP 6747792 A JP6747792 A JP 6747792A JP H05275809 A JPH05275809 A JP H05275809A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- active layer
- type
- electrons
- transmittance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 長寿命化をはかる。
【構成】 活性層３からドーパントを有するクラッド層
２１，２２を離間して設け、このクラッド層と活性層と
の間にこのクラッド層に対する少数キャリアの進入を制
御する多量量子井戸もしくは多量量子障壁構造部１１，
１２を設ける。
２１，２２を離間して設け、このクラッド層と活性層と
の間にこのクラッド層に対する少数キャリアの進入を制
御する多量量子井戸もしくは多量量子障壁構造部１１，
１２を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光
素子に係わる。
Ｄ）、半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光
素子に係わる。
【０００２】
【従来の技術】活性層がこれよりバンドギャップの大な
るクラッド層によって挟み込まれたいわゆるダブルヘテ
ロ接合構造のＬＤ，ＬＥＤ等の半導体発光素子は高い発
光効率を示す。
るクラッド層によって挟み込まれたいわゆるダブルヘテ
ロ接合構造のＬＤ，ＬＥＤ等の半導体発光素子は高い発
光効率を示す。
【０００３】このダブルヘテロ接合型半導体発光素子と
しては、例えば図１１に示すように例えばｎ型のサブス
トレイト１０上に、これと同導電型のｎ型のクラッド層
１、活性層３、他の導電型の例えばｐ型のクラッド層２
が順次エピタキシャル成長されて形成された基本的構成
を有する。
しては、例えば図１１に示すように例えばｎ型のサブス
トレイト１０上に、これと同導電型のｎ型のクラッド層
１、活性層３、他の導電型の例えばｐ型のクラッド層２
が順次エピタキシャル成長されて形成された基本的構成
を有する。
【０００４】クラッド層２側には、例えばストライプ状
に一方の電極３１がオーミックに被着され、サブストレ
イト１０側に他方の対向電極３２が配される。
に一方の電極３１がオーミックに被着され、サブストレ
イト１０側に他方の対向電極３２が配される。
【０００５】この種の半導体発光素子においては、活性
層３に注入されるホールと電子の再結合によって発光が
生ずるものであるが、従来のこの種の通常の半導体発光
素子においては、電子とホールが互いに活性層を超えて
互いに少数キャリアとして他の導電型の多数キャリアを
有するｐ型クラッド層２及びｎ型クラッド層１に入り込
み、ここにおいてその少数キャリアの電子及びホールが
多数キャリアのホール及び電子と再結合するという現象
が生ずる。
層３に注入されるホールと電子の再結合によって発光が
生ずるものであるが、従来のこの種の通常の半導体発光
素子においては、電子とホールが互いに活性層を超えて
互いに少数キャリアとして他の導電型の多数キャリアを
有するｐ型クラッド層２及びｎ型クラッド層１に入り込
み、ここにおいてその少数キャリアの電子及びホールが
多数キャリアのホール及び電子と再結合するという現象
が生ずる。
【０００６】そして、このようなクラッド層における電
子及びホールの再結合が生じると、これによって開放さ
れたエネルギーが不純物の拡散、ディフェクトの移動を
生じ、これが活性層に進入して活性層にダメージを与
え、特性の劣化、寿命の短縮化を来すという不都合が生
じる。
子及びホールの再結合が生じると、これによって開放さ
れたエネルギーが不純物の拡散、ディフェクトの移動を
生じ、これが活性層に進入して活性層にダメージを与
え、特性の劣化、寿命の短縮化を来すという不都合が生
じる。
【０００７】特に電子に関しては、その拡散長Ｌが長い
ことからｐ型クラッド層への入り込みが問題となる。す
なわち、拡散長Ｌは、Ｌ≒√（Ｄτ）であり、ＤはＤ＝
μｋＴ／ｅで与えられる。μはキャリアの移動度、τは
寿命で電子についてみると、τ≒１０-9ｓとすると、 Ｌ＝（μｋＴ／ｅ）1/2 ＝（１０００ｃｍ2 Ｖ・ｓ×１０-9ｓ×２５ｍｅＶ／ｅ）1/2 ≒１μｍ となる。これに対し、ホールは移動度μが、電子の場合
の１／１０なので、Ｌ≒４０００Åである。
ことからｐ型クラッド層への入り込みが問題となる。す
なわち、拡散長Ｌは、Ｌ≒√（Ｄτ）であり、ＤはＤ＝
μｋＴ／ｅで与えられる。μはキャリアの移動度、τは
寿命で電子についてみると、τ≒１０-9ｓとすると、 Ｌ＝（μｋＴ／ｅ）1/2 ＝（１０００ｃｍ2 Ｖ・ｓ×１０-9ｓ×２５ｍｅＶ／ｅ）1/2 ≒１μｍ となる。これに対し、ホールは移動度μが、電子の場合
の１／１０なので、Ｌ≒４０００Åである。
【０００８】つまり、特に電子のｐ型クラッド層への入
り込みが大であり、これによる寿命への影響が大であ
る。
り込みが大であり、これによる寿命への影響が大であ
る。
【０００９】一方、半導体発光素子において、しきい値
電流Ｉthは、Ｉth＝Ｉth0 exp （Ｔ／Ｔ0 ）で、Ｉth0
は絶対温度０のときのしきい値電流、Ｔは活性層の温
度、Ｔ0 は特性温度で、高温動作に向け特性温度Ｔ0 を
確保することが重要である。
電流Ｉthは、Ｉth＝Ｉth0 exp （Ｔ／Ｔ0 ）で、Ｉth0
は絶対温度０のときのしきい値電流、Ｔは活性層の温
度、Ｔ0 は特性温度で、高温動作に向け特性温度Ｔ0 を
確保することが重要である。
【００１０】特に４元系の例えばＡｌＧａＩｎＰ系等の
短波長レーザの活性層とクラッド層の間の伝導帯不連続
性Ｖ0 が充分とれないものにおいては、このＴ0 が確保
できないことは致命的な欠陥となり、応用温度波長の幅
を狭めることになる。
短波長レーザの活性層とクラッド層の間の伝導帯不連続
性Ｖ0 が充分とれないものにおいては、このＴ0 が確保
できないことは致命的な欠陥となり、応用温度波長の幅
を狭めることになる。
【００１１】すなわち図１２にバンドモデル図を示すよ
うに、伝導帯不連続部のバリアＶ0を越えると、その電
子透過率が高まってしまう。図１３はこの活性層中の電
子エネルギーＥと活性層クラッド層間の伝導帯不連続部
の差Ｖ0 との比に対する透過率を示すもので、これより
明らかなように電子エネルギーＥがＶ0 以上でほとんど
透過してしまう。
うに、伝導帯不連続部のバリアＶ0を越えると、その電
子透過率が高まってしまう。図１３はこの活性層中の電
子エネルギーＥと活性層クラッド層間の伝導帯不連続部
の差Ｖ0 との比に対する透過率を示すもので、これより
明らかなように電子エネルギーＥがＶ0 以上でほとんど
透過してしまう。
【００１２】また、活性層の閉じ込めのバリアとして多
重量子井戸（以下ＭＱＷという）を用いることの提案も
なされているが、この場合においてもその不連続エネル
ギー差Ｖ0 は実効的に２Ｖ0 程度に高め得るに留まり、
短波長化において不充分である。
重量子井戸（以下ＭＱＷという）を用いることの提案も
なされているが、この場合においてもその不連続エネル
ギー差Ｖ0 は実効的に２Ｖ0 程度に高め得るに留まり、
短波長化において不充分である。
【００１３】また、このようなＭＱＷないしは多重量子
障壁（以下ＭＱＢという）を設ける場合においても、ｐ
型クラッド層にキャリアの活性層からの電子の流出を防
止する考慮はなされていても、これが活性層へのキャリ
アの流入を妨げないようにすることの考慮がなされてい
ないことから上述の特性温度Ｔ0 を必ずしも充分確保す
ることができない。
障壁（以下ＭＱＢという）を設ける場合においても、ｐ
型クラッド層にキャリアの活性層からの電子の流出を防
止する考慮はなされていても、これが活性層へのキャリ
アの流入を妨げないようにすることの考慮がなされてい
ないことから上述の特性温度Ｔ0 を必ずしも充分確保す
ることができない。
【００１４】そして、今このＭＱＷないしＭＱＢをバリ
アとして設けた場合において例えばそのＭＱＷないしは
ＭＱＢを構成する各超格子構造の半導体層において５原
子層を１０ブロック積層した場合における電子に対する
透過率は、図１４に示すようになり電子の断続的エネル
ギーに対して高い透過率を示してしまう。
アとして設けた場合において例えばそのＭＱＷないしは
ＭＱＢを構成する各超格子構造の半導体層において５原
子層を１０ブロック積層した場合における電子に対する
透過率は、図１４に示すようになり電子の断続的エネル
ギーに対して高い透過率を示してしまう。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＬＤあるい
はＬＥＤ等の半導体発光素子において、活性層を超えて
クラッド層に入り込む少数キャリアと、クラッド層にお
ける多数キャリアとの再結合の発生を効果的に回避して
非発光再結合により促進される不純物拡散あるいはディ
フェクトの移動が生じにくいようにしてこれが活性層に
侵入することによってダメージを与えて寿命を劣化させ
る不都合を効果的に回避する。
はＬＥＤ等の半導体発光素子において、活性層を超えて
クラッド層に入り込む少数キャリアと、クラッド層にお
ける多数キャリアとの再結合の発生を効果的に回避して
非発光再結合により促進される不純物拡散あるいはディ
フェクトの移動が生じにくいようにしてこれが活性層に
侵入することによってダメージを与えて寿命を劣化させ
る不都合を効果的に回避する。
【００１６】また、本発明においては、活性層を越えて
クラッド層に入る少数キャリアの阻止を効果的に行うと
共に、活性層に対するクラッド層側からのこれの多数の
キャリアの注入が効率よく活性層中に入り込むようにし
て発光効率の向上をはかり、高温動作を可能にする。
クラッド層に入る少数キャリアの阻止を効果的に行うと
共に、活性層に対するクラッド層側からのこれの多数の
キャリアの注入が効率よく活性層中に入り込むようにし
て発光効率の向上をはかり、高温動作を可能にする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、図１にその一
例の略線的拡大断面図を示すように、少なくとも活性層
３と、この活性層３を挟んでｐ型クラッド層とｎ型クラ
ッド層とを有してなる半導体発光素子において、その活
性層３から離れてｐ型ドーパントがドープされたｐ型ク
ラッド層２２を配置し、活性層３とこのｐ型クラッド層
２２との間に電子に対し透過率の低いＭＱＷ（多重量子
井戸）構造部もしくはＭＱＢ（多重量子障壁）の構造部
１２を設ける。
例の略線的拡大断面図を示すように、少なくとも活性層
３と、この活性層３を挟んでｐ型クラッド層とｎ型クラ
ッド層とを有してなる半導体発光素子において、その活
性層３から離れてｐ型ドーパントがドープされたｐ型ク
ラッド層２２を配置し、活性層３とこのｐ型クラッド層
２２との間に電子に対し透過率の低いＭＱＷ（多重量子
井戸）構造部もしくはＭＱＢ（多重量子障壁）の構造部
１２を設ける。
【００１８】また、本発明は同様に少なくとも活性層３
とこの活性層３を挟んでｐ型クラッド層とｎ型クラッド
層を有する半導体発光素子において、活性層３から離れ
てｎ型ドーパントがドープされたｎ型クラッド層２１を
配置し、活性層３とｎ型クラッド層２１との間にホール
に対し透過率の低いＭＱＷもしくはＭＱＢ構造部１１を
設ける。
とこの活性層３を挟んでｐ型クラッド層とｎ型クラッド
層を有する半導体発光素子において、活性層３から離れ
てｎ型ドーパントがドープされたｎ型クラッド層２１を
配置し、活性層３とｎ型クラッド層２１との間にホール
に対し透過率の低いＭＱＷもしくはＭＱＢ構造部１１を
設ける。
【００１９】また、本発明においては、活性層３と活性
層を挟んでｐ型クラッド層とｎ型クラッド層を有する半
導体発光素子において、活性層３のｐ型クラッド層２２
側に隣り合って電子に対しては透過率が低く、ホールに
対しては透過率の高いＭＱＷもしくはＭＱＢ構造部１２
を設ける。
層を挟んでｐ型クラッド層とｎ型クラッド層を有する半
導体発光素子において、活性層３のｐ型クラッド層２２
側に隣り合って電子に対しては透過率が低く、ホールに
対しては透過率の高いＭＱＷもしくはＭＱＢ構造部１２
を設ける。
【００２０】
【作用】上述したように活性層３から離れてｐ型ドーパ
ントがドープされたｐ型のクラッド層２２を配置し、活
性層３との間に電子に対して透過率の低いＭＱＷあるい
はＭＱＢ構造部１２を設けることによって、クラッド層
２２のｐ型ドーパントに対して活性層を越えて到来する
特に拡散長の長い電子が抑制されることによってこのｐ
型クラッド層２２における電子とホールの再結合、つま
り活性層３以外での再結合が効果的に回避されるので、
このクラッド層２２における再結合によって開放される
エネルギーによって活性層３へのｐ型不純物拡散、ある
いはディフェクトの移動を効果的に回避でき、これによ
って活性層にダメージが与えられることが効果的に回避
される。
ントがドープされたｐ型のクラッド層２２を配置し、活
性層３との間に電子に対して透過率の低いＭＱＷあるい
はＭＱＢ構造部１２を設けることによって、クラッド層
２２のｐ型ドーパントに対して活性層を越えて到来する
特に拡散長の長い電子が抑制されることによってこのｐ
型クラッド層２２における電子とホールの再結合、つま
り活性層３以外での再結合が効果的に回避されるので、
このクラッド層２２における再結合によって開放される
エネルギーによって活性層３へのｐ型不純物拡散、ある
いはディフェクトの移動を効果的に回避でき、これによ
って活性層にダメージが与えられることが効果的に回避
される。
【００２１】また、同様にｎ型ドーパントがドープされ
たｎ型クラッド層２１についてもこれを活性層３と離間
して設けてこれと活性層３との間にホールに対して透過
率の低いＭＱＷあるいはＭＱＢ構造部１１を設けたこと
によって同様にこのｎ型クラッド層２１での再結合が防
止できることから、この場合においても活性層へのダメ
ージを効果的に回避できる。
たｎ型クラッド層２１についてもこれを活性層３と離間
して設けてこれと活性層３との間にホールに対して透過
率の低いＭＱＷあるいはＭＱＢ構造部１１を設けたこと
によって同様にこのｎ型クラッド層２１での再結合が防
止できることから、この場合においても活性層へのダメ
ージを効果的に回避できる。
【００２２】また、活性層３からクラッド層２１，２２
に入り込む電子及びホールすなわち少数キャリアをＭＱ
ＷあるいはＭＱＢによって阻止すると共に特にこのＭＱ
ＷあるいはＭＱＢとしてクラッド層の多数のキャリアの
活性層への透過率が高いものを用いたことによって活性
層での再結合は大にすなわち発光効率を大にすることが
できる。
に入り込む電子及びホールすなわち少数キャリアをＭＱ
ＷあるいはＭＱＢによって阻止すると共に特にこのＭＱ
ＷあるいはＭＱＢとしてクラッド層の多数のキャリアの
活性層への透過率が高いものを用いたことによって活性
層での再結合は大にすなわち発光効率を大にすることが
できる。
【００２３】
【実施例】本発明による半導体発光素子例えばＬＤを図
１を参照して説明する。
１を参照して説明する。
【００２４】この場合、例えばｎ型のＩｎＰよりなるサ
ブストレイト１０を設け、これの上に例えばＡｌＧａＩ
ｎＰよりなりｎ型ドーパントを有するクラッド層（以下
ｎクラッド層という）１２をエピタキシャル成長し、こ
れの上に続いて不純物ノンドープのＭＱＷあるいはＭＱ
Ｂ構造部（以下単にＭＱＷ構造部という）１１を成長さ
せ、続いてこれの上に例えば不純物ノンドープもしくは
低不純物濃度の例えばＧａＩｎＰよりなる活性層３をエ
ピタキシャル成長し、さらにこれの上に不純物がノンド
ープのＭＱＷ構造部１２を形成し、これの上にｐ型のド
ーパントを有するクラッド層２２（以下ｐクラッド層と
いう）を順次連続的にそれぞれＭＢＥ（分子線エピタキ
シー）ＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長）法等によ
って被着形成する。
ブストレイト１０を設け、これの上に例えばＡｌＧａＩ
ｎＰよりなりｎ型ドーパントを有するクラッド層（以下
ｎクラッド層という）１２をエピタキシャル成長し、こ
れの上に続いて不純物ノンドープのＭＱＷあるいはＭＱ
Ｂ構造部（以下単にＭＱＷ構造部という）１１を成長さ
せ、続いてこれの上に例えば不純物ノンドープもしくは
低不純物濃度の例えばＧａＩｎＰよりなる活性層３をエ
ピタキシャル成長し、さらにこれの上に不純物がノンド
ープのＭＱＷ構造部１２を形成し、これの上にｐ型のド
ーパントを有するクラッド層２２（以下ｐクラッド層と
いう）を順次連続的にそれぞれＭＢＥ（分子線エピタキ
シー）ＭＯＣＶＤ（有機金属化学的気相成長）法等によ
って被着形成する。
【００２５】クラッド層２上には、直接的あるいは図示
しないがキャップ層を介して例えばストライプ状の電極
３１をオーミックに被着し、サブストレイト１０側に他
方の対向電極３２が被着形成される。
しないがキャップ層を介して例えばストライプ状の電極
３１をオーミックに被着し、サブストレイト１０側に他
方の対向電極３２が被着形成される。
【００２６】ＭＱＷ構造部１２は、例えば図２にそのバ
ンドモデル図を示すように、それぞれ例えばノンドープ
の活性層３の構成材料とｐクラッド層２２の構成材料の
各原子層例えばそれぞれ１〜十数原子層の各構成材料層
の繰り返し積層による超格子構造によって構成する。
ンドモデル図を示すように、それぞれ例えばノンドープ
の活性層３の構成材料とｐクラッド層２２の構成材料の
各原子層例えばそれぞれ１〜十数原子層の各構成材料層
の繰り返し積層による超格子構造によって構成する。
【００２７】そして、この場合このＭＱＷ構造部１２の
各層の原子層数及び周期数を選定する事によって、電子
ｅに対して反射効果を生じさせて電子ｅに対して低い透
過率を示すようにするものであるが、特にｐクラッド層
２２の多数キャリアのホールに関しては反射が生じない
ようにして高い透過率を示すように選定する。
各層の原子層数及び周期数を選定する事によって、電子
ｅに対して反射効果を生じさせて電子ｅに対して低い透
過率を示すようにするものであるが、特にｐクラッド層
２２の多数キャリアのホールに関しては反射が生じない
ようにして高い透過率を示すように選定する。
【００２８】また、他の例としては、図３にその一例の
バンドモデル図を示すように、構造部１２を例えば２重
障壁構造部とすることによって、上述したｐクラッド層
２２の多数のキャリアのホールに対しては共鳴トンネル
によってこれが透過し得るも、少数キャリアの電子ｅに
対してはトンネル確率が小さくこれをほとんど透過する
ことがない量子準位を有する超格子構造とする。
バンドモデル図を示すように、構造部１２を例えば２重
障壁構造部とすることによって、上述したｐクラッド層
２２の多数のキャリアのホールに対しては共鳴トンネル
によってこれが透過し得るも、少数キャリアの電子ｅに
対してはトンネル確率が小さくこれをほとんど透過する
ことがない量子準位を有する超格子構造とする。
【００２９】また、活性層３のｎクラッド層２１側のＭ
ＱＷ構造部１１については、同様にそれぞれノンドープ
の活性層３の構成材料とｎクラッド層２１の各１〜十数
原子層の繰り返しによる超格子構造によって構成するも
のであるが、この場合においては、図４にその一例のバ
ンドモデル図を示すように、ｎクラッド層２１の少数キ
ャリアのホールに対してこれを反射してほとんど透過す
ることがない構造とし、ｎクラッド層２１の多数キャリ
アの電子に対しては高い透過率を示す構造とする。
ＱＷ構造部１１については、同様にそれぞれノンドープ
の活性層３の構成材料とｎクラッド層２１の各１〜十数
原子層の繰り返しによる超格子構造によって構成するも
のであるが、この場合においては、図４にその一例のバ
ンドモデル図を示すように、ｎクラッド層２１の少数キ
ャリアのホールに対してこれを反射してほとんど透過す
ることがない構造とし、ｎクラッド層２１の多数キャリ
アの電子に対しては高い透過率を示す構造とする。
【００３０】また、この構造部１１についても前述した
２重障壁構造として電子に対しては共鳴トンネルが生
じ、ホールに対しては共鳴トンネルの確率が小さい構造
とすることもできる。
２重障壁構造として電子に対しては共鳴トンネルが生
じ、ホールに対しては共鳴トンネルの確率が小さい構造
とすることもできる。
【００３１】実施例１ この例においては図５にその略線的断面図を示すよう
に、図１で説明した構造において、ｐクラッド層２２と
活性層３との間にＭＱＷ（もしくはＭＱＢ）構造部１２
を配置した構成とした場合で、図５において図１と対応
する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
に、図１で説明した構造において、ｐクラッド層２２と
活性層３との間にＭＱＷ（もしくはＭＱＢ）構造部１２
を配置した構成とした場合で、図５において図１と対応
する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３２】そして、この構造において両クラッド層２
１及び２２として（Ａｌ0.6 Ｇａ0. 4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
（バンドギャップ２．２ｅＶ）とし、それぞれｎ型及び
ｐ型のドーパントを有する層によって構成し活性層３と
してノンドープのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（バンドギャップ
１．８５ｅＶ）によって構成した。各元素に対する添字
は原子比を示す（以下同様）。
１及び２２として（Ａｌ0.6 Ｇａ0. 4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
（バンドギャップ２．２ｅＶ）とし、それぞれｎ型及び
ｐ型のドーパントを有する層によって構成し活性層３と
してノンドープのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（バンドギャップ
１．８５ｅＶ）によって構成した。各元素に対する添字
は原子比を示す（以下同様）。
【００３３】また、この構造においてＭＱＷ（ＭＱＢ）
構造部１２を図２で示したバリア層とウエル層の繰り返
しによる超格子構造によって構成した。
構造部１２を図２で示したバリア層とウエル層の繰り返
しによる超格子構造によって構成した。
【００３４】バリア層としてはクラッド層と同一材料の
（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5Ｐによって構成しウ
エル層としては活性層と同一材料のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
を用いた。
（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5Ｐによって構成しウ
エル層としては活性層と同一材料のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
を用いた。
【００３５】そして、この場合ウエル層Ｗとバリア層Ｂ
との繰り返しによる構造（Ｗ，Ｂ）の各ウエル層Ｗ，バ
リア層Ｂの各原子層数をａ，ｂとし、その周期数をγで
表現し、
との繰り返しによる構造（Ｗ，Ｂ）の各ウエル層Ｗ，バ
リア層Ｂの各原子層数をａ，ｂとし、その周期数をγで
表現し、
【数１】
【００３６】このように表現するとき（Ｗ，Ｂ）を５種
の積層構造し、すなわち（Ｗ，Ｂ）＝（１０，１０）2
（６，８）4 ，（４，６）5 ，（４，４）2 （３，４）
2 とした。つまり、それぞれ１０原子層のＷ層とＢ層と
を繰り返し２回積層し、これの上に６原子層のＷ層と８
原子層のＢ層とをそれぞれ４周期繰り返し、さらにＷ層
とＢ層がそれぞれ４原子層、６原子層を５周期繰り返し
さらにＷ層，Ｂ層をそれぞれ４原子層として２周期繰り
返し、さらにＷ層及びＢ層を３原子層及び４原子層とし
て２周期繰り返し積層した超格子構造とした。
の積層構造し、すなわち（Ｗ，Ｂ）＝（１０，１０）2
（６，８）4 ，（４，６）5 ，（４，４）2 （３，４）
2 とした。つまり、それぞれ１０原子層のＷ層とＢ層と
を繰り返し２回積層し、これの上に６原子層のＷ層と８
原子層のＢ層とをそれぞれ４周期繰り返し、さらにＷ層
とＢ層がそれぞれ４原子層、６原子層を５周期繰り返し
さらにＷ層，Ｂ層をそれぞれ４原子層として２周期繰り
返し、さらにＷ層及びＢ層を３原子層及び４原子層とし
て２周期繰り返し積層した超格子構造とした。
【００３７】この場合の超格子構造１２のキャリアのエ
ネルギーＥとバリアの高さＶ0 との比がＥ／Ｖ0 に対す
る電子の透過率Ｔｅ及びホールに対する透過率Ｔｈを図
６及び図７に示す。
ネルギーＥとバリアの高さＶ0 との比がＥ／Ｖ0 に対す
る電子の透過率Ｔｅ及びホールに対する透過率Ｔｈを図
６及び図７に示す。
【００３８】これより明らかなように、Ｖ0 ／Ｅが約４
まで電子は流出せず、他方ホールについてはＥ／Ｖ0 が
約０．５以上で流入が可能となった。
まで電子は流出せず、他方ホールについてはＥ／Ｖ0 が
約０．５以上で流入が可能となった。
【００３９】つまり、図５の構造において拡散長の長い
電子が活性層３を通過してｐクラッド層２２に入り込む
確率を抑制でき、これによってこのクラッド層２２にお
ける再結合を効果的に回避できることから、ここにおけ
る再結合によって生じる活性層３への不純物の拡散、デ
ィフェクトの移動を効果的に回避でき、活性層３に与え
るダメージの低減化、これによる長寿命化をはかること
ができる。
電子が活性層３を通過してｐクラッド層２２に入り込む
確率を抑制でき、これによってこのクラッド層２２にお
ける再結合を効果的に回避できることから、ここにおけ
る再結合によって生じる活性層３への不純物の拡散、デ
ィフェクトの移動を効果的に回避でき、活性層３に与え
るダメージの低減化、これによる長寿命化をはかること
ができる。
【００４０】また、これと同時にｐクラッド層２２の多
数キャリア（ホール）の活性層３への注入は構造部１２
が高い透過率Ｔｈを有することから何等この構造部１２
によって活性層３への注入が妨げられることがなく、し
たがって活性層３における電子−ホールの再結合が大と
なり高い発光効率を得ることができる。
数キャリア（ホール）の活性層３への注入は構造部１２
が高い透過率Ｔｈを有することから何等この構造部１２
によって活性層３への注入が妨げられることがなく、し
たがって活性層３における電子−ホールの再結合が大と
なり高い発光効率を得ることができる。
【００４１】実施例１において、超格子構造によるＭＱ
Ｗ構造部１２によって電子に対してＥ／Ｖ0 の広い範囲
にわたって低い透過率Ｔｅを示す構造とするものである
が、更にこれについて説明する。
Ｗ構造部１２によって電子に対してＥ／Ｖ0 の広い範囲
にわたって低い透過率Ｔｅを示す構造とするものである
が、更にこれについて説明する。
【００４２】図８にＷ層の原子層数を１〜１５に選定
し、これら各Ｗ層１〜１５の原子層数に対してＢ層をそ
れぞれ１〜１５の原子層に選定したものにおける電子に
対する透過率Ｔｅの測定結果を示す。図８において黒線
及び斜線部分が透過率０を示す場合、白色部分は透過率
が０より大である場合である。これより明らかなよう
に、Ｗ層及びＢ層の原子層数の選定によってＥ／Ｖ0 に
対して異なる透過率特性を示すことが分かる。
し、これら各Ｗ層１〜１５の原子層数に対してＢ層をそ
れぞれ１〜１５の原子層に選定したものにおける電子に
対する透過率Ｔｅの測定結果を示す。図８において黒線
及び斜線部分が透過率０を示す場合、白色部分は透過率
が０より大である場合である。これより明らかなよう
に、Ｗ層及びＢ層の原子層数の選定によってＥ／Ｖ0 に
対して異なる透過率特性を示すことが分かる。
【００４３】更に、今理解を容易にするために、Ｗ層を
７原子層に特定し、Ｂ層を１〜１５原子層数に変えた場
合のそれぞれの同様のＥ／Ｖ0 を変化させた場合の電子
に対する透過率Ｔｅを図９に示す。図９において斜線を
付した範囲が殆ど透過を示さなかった領域である。
７原子層に特定し、Ｂ層を１〜１５原子層数に変えた場
合のそれぞれの同様のＥ／Ｖ0 を変化させた場合の電子
に対する透過率Ｔｅを図９に示す。図９において斜線を
付した範囲が殆ど透過を示さなかった領域である。
【００４４】これより明らかなように、Ｗ層及びＢ層の
原子層数の変化によって電子に対して透過しない領域が
分散していることから、これらを異なる原子層数の組合
せで用いることによって、広い範囲のエネルギーの電子
に対して低い透過率を示す構造とし得る。すなわち例え
ば図１０に模式的に示すように、図９からそれぞれ異な
る範囲の電子エネルギーに対してそれぞれ低い透過率を
示す層の組合せ、例えば（Ｗ，Ｂ）＝（７，８）（７，
４）（７，２）の組合せによって広い通常の動作範囲で
の電子エネルギーに対してすべて低い透過率を示す構造
部１１を構成することができることになる。
原子層数の変化によって電子に対して透過しない領域が
分散していることから、これらを異なる原子層数の組合
せで用いることによって、広い範囲のエネルギーの電子
に対して低い透過率を示す構造とし得る。すなわち例え
ば図１０に模式的に示すように、図９からそれぞれ異な
る範囲の電子エネルギーに対してそれぞれ低い透過率を
示す層の組合せ、例えば（Ｗ，Ｂ）＝（７，８）（７，
４）（７，２）の組合せによって広い通常の動作範囲で
の電子エネルギーに対してすべて低い透過率を示す構造
部１１を構成することができることになる。
【００４５】実施例１及び図８〜図１０は電子に対して
低い透過率を示す構造部１２について説明したが、構造
部１１についても同様に各Ｗ層及びＢ層の選定によって
ホールに対して透過することがなく、電子に対して高い
透過率を示す超格子構造にすることができる。
低い透過率を示す構造部１２について説明したが、構造
部１１についても同様に各Ｗ層及びＢ層の選定によって
ホールに対して透過することがなく、電子に対して高い
透過率を示す超格子構造にすることができる。
【００４６】また、図１及び図５で説明した例において
は、サブストレイト１０がｎ型である場合について説明
したが、それぞれ図示の各部を、図示とは逆の導電型に
選定した構造とする場合に適用することもできる。
は、サブストレイト１０がｎ型である場合について説明
したが、それぞれ図示の各部を、図示とは逆の導電型に
選定した構造とする場合に適用することもできる。
【００４７】また、上述したように構造部１１及び１２
において、Ｗ層とＢ層の繰り返しによる超格子構造によ
って構成することができるものであるが、この場合各Ｗ
層及びＢ層の原子層の各原子層数は隣り合う層ができる
だけ近似する層として積層していくことが、その原子層
数の選定にずれが生じた場合においても特性上の影響を
小とし得る。
において、Ｗ層とＢ層の繰り返しによる超格子構造によ
って構成することができるものであるが、この場合各Ｗ
層及びＢ層の原子層の各原子層数は隣り合う層ができる
だけ近似する層として積層していくことが、その原子層
数の選定にずれが生じた場合においても特性上の影響を
小とし得る。
【００４８】また、図１０で示したように隣り合う原子
層を活性層に近い側から順次低いエネルギーの電子に対
して低い透過率を示す層によって構成することが、望ま
しい。即ちこれは活性層側から到来する高いエネルギー
の電子が活性層に近い側の層に入って、ここでそのエネ
ルギーが低められたとき、次の層で有効に阻止され、更
にここでそのエネルギーが低められたとき、更に次の層
で効果的に阻止できることに因る。
層を活性層に近い側から順次低いエネルギーの電子に対
して低い透過率を示す層によって構成することが、望ま
しい。即ちこれは活性層側から到来する高いエネルギー
の電子が活性層に近い側の層に入って、ここでそのエネ
ルギーが低められたとき、次の層で有効に阻止され、更
にここでそのエネルギーが低められたとき、更に次の層
で効果的に阻止できることに因る。
【００４９】
【発明の効果】上述したように本発明では活性層３から
離れてｐ型ドーパントがドープされたｐ型のクラッド層
２２を配置し、活性層３との間に電子に対して透過率の
低いＭＱＷあるいはＭＱＢ構造部１２を設けたことによ
って、クラッド層２２のｐ型ドーパントに対して活性層
を越えて到来する特に拡散長の長い電子が抑制されるこ
とによってこのｐ型クラッド層２２における電子とホー
ルの再結合、つまり活性層３以外の活性層近傍での再結
合が効果的に回避されるので、このクラッド層２２にお
ける再結合によって解放されるエネルギーによって活性
層３へのｐ型不純物拡散、あるいはディフェクトの移動
を効果的に回避でき、これによって活性層にダメージが
与えられることが効果的に回避され、長寿命化、特性温
度Ｔ0 の向上、動作温度の向上をはかることができる。
離れてｐ型ドーパントがドープされたｐ型のクラッド層
２２を配置し、活性層３との間に電子に対して透過率の
低いＭＱＷあるいはＭＱＢ構造部１２を設けたことによ
って、クラッド層２２のｐ型ドーパントに対して活性層
を越えて到来する特に拡散長の長い電子が抑制されるこ
とによってこのｐ型クラッド層２２における電子とホー
ルの再結合、つまり活性層３以外の活性層近傍での再結
合が効果的に回避されるので、このクラッド層２２にお
ける再結合によって解放されるエネルギーによって活性
層３へのｐ型不純物拡散、あるいはディフェクトの移動
を効果的に回避でき、これによって活性層にダメージが
与えられることが効果的に回避され、長寿命化、特性温
度Ｔ0 の向上、動作温度の向上をはかることができる。
【００５０】また、同様にｎ型ドーパントがドープされ
たｎ型クラッド層２１についてもこれを活性層３と離間
して設けてこれと活性層３との間にホールに対して透過
率の低いＭＱＷあるいはＭＱＢ構造部１１を設けたこと
によって同様にこのｎ型クラッド層２１での再結合が防
止できることから、この場合においても活性層へのダメ
ージを効果的に回避できる。
たｎ型クラッド層２１についてもこれを活性層３と離間
して設けてこれと活性層３との間にホールに対して透過
率の低いＭＱＷあるいはＭＱＢ構造部１１を設けたこと
によって同様にこのｎ型クラッド層２１での再結合が防
止できることから、この場合においても活性層へのダメ
ージを効果的に回避できる。
【００５１】また、活性層３からクラッド層２１，２２
に入り込む電子及びホール即ち少数キャリアをＭＱＷあ
るいはＭＱＢによって阻止すると共に特にこのＭＱＷあ
るいはＭＱＢとしてクラッド層の多数キャリアの活性層
への透過率が高いものを用いたことによって活性層での
再結合は大にすなわち発光効果を大にすることができ
る。
に入り込む電子及びホール即ち少数キャリアをＭＱＷあ
るいはＭＱＢによって阻止すると共に特にこのＭＱＷあ
るいはＭＱＢとしてクラッド層の多数キャリアの活性層
への透過率が高いものを用いたことによって活性層での
再結合は大にすなわち発光効果を大にすることができ
る。
【図１】本発明による半導体発光素子の一例の略線的断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の説明に供するエネルギーバンドモデル
図である。
図である。
【図３】本発明の説明に供するエネルギーバンドモデル
図である。
図である。
【図４】本発明の説明に供するエネルギーバンドモデル
図である。
図である。
【図５】本発明の他の例の半導体発光素子の一例の略線
的断面図である。
的断面図である。
【図６】超格子構造部の電子の透過率特性曲線図であ
る。
る。
【図７】超格子構造部のホールに対する透過率特性曲線
図である。
図である。
【図８】ウエル層とバリア層の原子層数の組合せと電子
透過率の測定図である。
透過率の測定図である。
【図９】ウエル層とバリア層の原子層数の組合せと電子
透過率の測定図である。
透過率の測定図である。
【図１０】本発明の説明に供するバンドモデルと電子に
対する遮断効果の説明図である。
対する遮断効果の説明図である。
【図１１】従来の半導体発光層の略線的断面図である。
【図１２】バンドモデル図である。
【図１３】電子のエネルギーに対する透過率特性曲線図
である。
である。
【図１４】ホールのエネルギーに対する透過率測定曲線
図である。
図である。
２１ ｎ型ドーパントを有するクラッド層 １１ ＭＱＷ（ＭＱＢ）構造部 ３ 活性層 １２ ＭＱＷ（ＭＱＢ）構造部 ２２ ｐ型ドーパントを有するクラッド層
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも活性層と、該活性層を挟んで
ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とを有してなる半導体
発光素子において、 上記活性層から離れてｐ型ドーパントがドープされた上
記ｐ型クラッド層が配置され、 上記活性層と上記ｐ型ドーパントがドープされたｐ型ク
ラッド層側との間に電子に対し透過率の低い多重量子井
戸もしくは多重量子障壁構造部が設けられてなることを
特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 少なくとも活性層と、該活性層を挟んで
ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層とを有してなる半導体
発光素子において、 上記活性層から離れてｎ型ドーパントがドープされた上
記ｎ型クラッド層が配置され、 上記活性層と上記ｎ型ドーパントがドープされたｎ型ク
ラッド層との間にホールに対し透過率の低い多重量子井
戸もしくは多重量子障壁構造部が設けられてなることを
特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項３】 少なくとも活性層と該活性層を挟んでｐ
型クラッド層とｎ型クラッド層とを有してなる半導体発
光素子において、 上記活性層の上記ｐ型クラッド層側に隣り合って電子に
対しては透過率が低くホールに対して透過率の高い多重
量子井戸もしくは多重量子障壁構造部が設けられてなる
ことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6747792A JP3245937B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6747792A JP3245937B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275809A true JPH05275809A (ja) | 1993-10-22 |
| JP3245937B2 JP3245937B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=13346090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6747792A Expired - Lifetime JP3245937B2 (ja) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3245937B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001223441A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Samsung Electronics Co Ltd | 窒化物半導体の発光素子 |
| JP2006339657A (ja) * | 2005-06-03 | 2006-12-14 | Samsung Electronics Co Ltd | ＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体素子 |
| JP2007123878A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2007324628A (ja) * | 1995-03-08 | 2007-12-13 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JP2008103534A (ja) * | 2006-10-19 | 2008-05-01 | Hitachi Cable Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2012142361A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子 |
| US8981343B2 (en) | 2012-03-13 | 2015-03-17 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and receiver |
-
1992
- 1992-03-25 JP JP6747792A patent/JP3245937B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007324628A (ja) * | 1995-03-08 | 2007-12-13 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JP2001223441A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Samsung Electronics Co Ltd | 窒化物半導体の発光素子 |
| JP2006339657A (ja) * | 2005-06-03 | 2006-12-14 | Samsung Electronics Co Ltd | ＩＩＩ−Ｖ族ＧａＮ系化合物半導体素子 |
| JP2007123878A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2008103534A (ja) * | 2006-10-19 | 2008-05-01 | Hitachi Cable Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2012142361A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子 |
| US8933432B2 (en) | 2010-12-28 | 2015-01-13 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Light-emitting device |
| US8981343B2 (en) | 2012-03-13 | 2015-03-17 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and receiver |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3245937B2 (ja) | 2002-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1204150B1 (en) | Method of forming a light-emitting semiconductor device including wafer bonded heterostructures | |
| US7953134B2 (en) | Semiconductor light-emitting device | |
| US5488233A (en) | Semiconductor light-emitting device with compound semiconductor layer | |
| JP2007066981A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH04212479A (ja) | 半導体発光ダイオード | |
| JPH05275809A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP4288030B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物４元材料系を用いた半導体構造体 | |
| EP0610893A2 (en) | Laser diode | |
| JP2008172188A (ja) | 多波長量子ドットレーザ素子 | |
| JPH10200214A (ja) | ｐ型ドーパント材料拡散防止層付き窒化ガリウム系発光素子 | |
| US6345064B1 (en) | Semiconductor laser having an improved current blocking layers and method of forming the same | |
| JPH1117219A (ja) | Ｄｈ構造半導体発光素子 | |
| JP2003519931A (ja) | 相分離が抑制されたｉｉｉ族窒化物半導体構造 | |
| JPH08181356A (ja) | 半導体発光装置 | |
| JP2011205148A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2003514402A (ja) | 相分離が抑制されたｉｉｉ族窒化物材料系を用いた半導体構造及び製造方法 | |
| US5670789A (en) | Semiconductor light-emitting device with quantum well structure | |
| JP2003519930A (ja) | 相分離が抑制されたｉｉｉ族窒化物半導体構造 | |
| JPH04252083A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP3207618B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2006135214A (ja) | 半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及び半導体発光素子 | |
| JP3699753B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH06237040A (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH0330486A (ja) | 多重量子井戸発光素子 | |
| JPH11168256A (ja) | 発光素子及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071102 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 11 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 11 |