JPH06177484A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JPH06177484A JPH06177484A JP33052492A JP33052492A JPH06177484A JP H06177484 A JPH06177484 A JP H06177484A JP 33052492 A JP33052492 A JP 33052492A JP 33052492 A JP33052492 A JP 33052492A JP H06177484 A JPH06177484 A JP H06177484A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は上述したようなヘテロ界面を有す
る発光素子において、そのヘテロ界面におけるノッチの
発生を抑え、低駆動電圧化をはかることを目的とする。 【構成】 基体１上に、少なくとも第１のクラッド層
２、活性層４、第２のクラッド層６を順次形成して、少
なくとも上記第１又は第２のクラッド層２、６と活性層
４との間に、徐々にバンドギャップが変化されて成るグ
レーデッド層３、５を介在させ、このグレーデッド層
３、５を、少なくとも活性層４側との界面においてバン
ドギャップがほぼ連続的に変化する構成とする。
る発光素子において、そのヘテロ界面におけるノッチの
発生を抑え、低駆動電圧化をはかることを目的とする。 【構成】 基体１上に、少なくとも第１のクラッド層
２、活性層４、第２のクラッド層６を順次形成して、少
なくとも上記第１又は第２のクラッド層２、６と活性層
４との間に、徐々にバンドギャップが変化されて成るグ
レーデッド層３、５を介在させ、このグレーデッド層
３、５を、少なくとも活性層４側との界面においてバン
ドギャップがほぼ連続的に変化する構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光素子、特に例えば低
駆動電圧化がはかられた半導体レーザダイオード、発光
ダイオード等の発光素子に係わる。
駆動電圧化がはかられた半導体レーザダイオード、発光
ダイオード等の発光素子に係わる。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザダイオードや発光ダイオー
ドは、光ディスク、光ファイバー通信用光源等として広
く実用化されており、高コヒーレンス化や高出力化等の
特性の向上と共に、更に低駆動電圧化が望まれている。
ドは、光ディスク、光ファイバー通信用光源等として広
く実用化されており、高コヒーレンス化や高出力化等の
特性の向上と共に、更に低駆動電圧化が望まれている。
【０００３】例えば従来のＤＨ（ダブルヘテロ）型構成
の半導体レーザにおいてはそのノンバイアス時のバンド
ギャップを図５において破線で示すように、クラッド層
２、６と活性層４との間で、その組成が急激に変化する
ことからノッチｎt が生じる。図５において実線はバイ
アス電圧を印加したフラットバンド時のバンドギャップ
を示し、ＥC は伝導帯、ＥV は価電子帯、また一点鎖線
ＥF びＥF ′はそれぞれフェルミレベルと擬フェルミレ
ベルを示す。ノンドープ時のバンドギャップは実線で示
すフラットバンド時の場合と同様となる。
の半導体レーザにおいてはそのノンバイアス時のバンド
ギャップを図５において破線で示すように、クラッド層
２、６と活性層４との間で、その組成が急激に変化する
ことからノッチｎt が生じる。図５において実線はバイ
アス電圧を印加したフラットバンド時のバンドギャップ
を示し、ＥC は伝導帯、ＥV は価電子帯、また一点鎖線
ＥF びＥF ′はそれぞれフェルミレベルと擬フェルミレ
ベルを示す。ノンドープ時のバンドギャップは実線で示
すフラットバンド時の場合と同様となる。
【０００４】そしてこの場合、伝導帯のエネルギー準位
ＥC のヘテロ界面と直交する方向の変化量、即ち図Ａに
おいて横方向の変位ｘに対しての変化量（ｄＥC ／ｄ
ｘ）が （ｄＥC ／ｄｘ）→∞ となる点が存在し、これにより生じるノッチは、駆動電
圧Ｖop(operation volt-age)がクラッド層のエネルギー
ギャップＥgCより小さい場合はどんなバイアス電圧を印
加しても消えることがないために、駆動電圧Ｖopはクラ
ッド層のバンドギャップＥg を越える大きい値となって
しまう。
ＥC のヘテロ界面と直交する方向の変化量、即ち図Ａに
おいて横方向の変位ｘに対しての変化量（ｄＥC ／ｄ
ｘ）が （ｄＥC ／ｄｘ）→∞ となる点が存在し、これにより生じるノッチは、駆動電
圧Ｖop(operation volt-age)がクラッド層のエネルギー
ギャップＥgCより小さい場合はどんなバイアス電圧を印
加しても消えることがないために、駆動電圧Ｖopはクラ
ッド層のバンドギャップＥg を越える大きい値となって
しまう。
【０００５】また、従来のＳＣＨ(Separated confineme
nt heterostructure) 型半導体レーザは、図６Ａにその
バンドギャップを示すように、活性層４を挟んで設ける
クラッド層２、６の内側にこのクラッド層２、６に比し
低く活性層４より高い屈折率のガイド層２３、２５を設
ける構成としている。また、ＬＯＣ (Large OpticalCav
ity) 型の半導体レーザにおいては、図６Ｂに示すよう
に、同様にダブルヘテロ構造を２重として、内側のクラ
ッド層即ちガイド層１３、１５の全体に光波をしみ出さ
せる対称的な構成とされる。
nt heterostructure) 型半導体レーザは、図６Ａにその
バンドギャップを示すように、活性層４を挟んで設ける
クラッド層２、６の内側にこのクラッド層２、６に比し
低く活性層４より高い屈折率のガイド層２３、２５を設
ける構成としている。また、ＬＯＣ (Large OpticalCav
ity) 型の半導体レーザにおいては、図６Ｂに示すよう
に、同様にダブルヘテロ構造を２重として、内側のクラ
ッド層即ちガイド層１３、１５の全体に光波をしみ出さ
せる対称的な構成とされる。
【０００６】これらのレーザにおいては、キャリヤー注
入によって利得の発生する薄い活性層４と、利得や吸収
損失がなく比較的厚いガイド層１３及び１５との間の界
面において、従来構成のレーザと同様に伝導帯のエネル
ギー準位ＥC の変化量が大となってしまう。即ち図６Ａ
に示す例においては点ａにおいて、図６Ｂに示す例にお
いては点ｂ及びｃにおいて、伝導帯のエネルギー準位の
変化量が （ｄＥC ／ｄｘ）→∞ となってしまい、ノッチが発生して、駆動電圧がクラッ
ド層のエネルギーギャップより小さい場合はどんなバイ
アスをかけてもこのノッチが消えないため、電子等のキ
ャリアの注入を妨げる。従って同様に低駆動電圧化を図
り難いという問題がある。
入によって利得の発生する薄い活性層４と、利得や吸収
損失がなく比較的厚いガイド層１３及び１５との間の界
面において、従来構成のレーザと同様に伝導帯のエネル
ギー準位ＥC の変化量が大となってしまう。即ち図６Ａ
に示す例においては点ａにおいて、図６Ｂに示す例にお
いては点ｂ及びｃにおいて、伝導帯のエネルギー準位の
変化量が （ｄＥC ／ｄｘ）→∞ となってしまい、ノッチが発生して、駆動電圧がクラッ
ド層のエネルギーギャップより小さい場合はどんなバイ
アスをかけてもこのノッチが消えないため、電子等のキ
ャリアの注入を妨げる。従って同様に低駆動電圧化を図
り難いという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したよう
なヘテロ界面を有する発光素子において、そのヘテロ界
面におけるノッチの発生を抑え、低駆動電圧化をはかる
ことを目的とする。
なヘテロ界面を有する発光素子において、そのヘテロ界
面におけるノッチの発生を抑え、低駆動電圧化をはかる
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、図１にその一
例のバンドギャップを模式的に示すように、基体１上
に、少なくとも第１のクラッド層２、活性層４、第２の
クラッド層６を順次形成して、少なくとも上記第１又は
第２のクラッド層２、６と活性層４との間に、徐々にバ
ンドギャップが変化されて成るグレーデッド層３、５を
介在させ、このグレーデッド層３、５を、少なくとも活
性層４側との界面においてバンドギャップがほぼ連続的
に変化する構成とする。
例のバンドギャップを模式的に示すように、基体１上
に、少なくとも第１のクラッド層２、活性層４、第２の
クラッド層６を順次形成して、少なくとも上記第１又は
第２のクラッド層２、６と活性層４との間に、徐々にバ
ンドギャップが変化されて成るグレーデッド層３、５を
介在させ、このグレーデッド層３、５を、少なくとも活
性層４側との界面においてバンドギャップがほぼ連続的
に変化する構成とする。
【０００９】また本発明は、上述の発光素子において、
グレーデッド層３、５を、第１及び／又は第２のクラッ
ド層３及び／又は５側との界面においてもバンドギャッ
プがほぼ連続的に変化する構成とする。
グレーデッド層３、５を、第１及び／又は第２のクラッ
ド層３及び／又は５側との界面においてもバンドギャッ
プがほぼ連続的に変化する構成とする。
【００１０】また更に本発明は、図２にそのバンドギャ
ップを模式的に示すように、基体１上に、少なくとも第
１のクラッド層２、活性層４、第２のクラッド層６を順
次形成して、少なくともこの第１又は第２のクラッド層
と活性層４との間に、多重量子井戸層１５を設けて構成
し、この多重量子井戸層１５は各障壁がトンネリング可
能であって、各井戸の量子準位が少なくとも活性層４側
において多重量子井戸層の各井戸幅に対応してほぼ連続
的に変化する構成とする。
ップを模式的に示すように、基体１上に、少なくとも第
１のクラッド層２、活性層４、第２のクラッド層６を順
次形成して、少なくともこの第１又は第２のクラッド層
と活性層４との間に、多重量子井戸層１５を設けて構成
し、この多重量子井戸層１５は各障壁がトンネリング可
能であって、各井戸の量子準位が少なくとも活性層４側
において多重量子井戸層の各井戸幅に対応してほぼ連続
的に変化する構成とする。
【００１１】また本発明は、上述の発光素子において、
グレーデッド層のバンドギャップを、その空間座標によ
る１回微分が連続となるようになめらかに連続変化する
構成とする。更に本発明は、上述の発光素子において、
多重量子井戸層の最低量子準位の変化量を２５ｍｅＶ以
下として構成する。
グレーデッド層のバンドギャップを、その空間座標によ
る１回微分が連続となるようになめらかに連続変化する
構成とする。更に本発明は、上述の発光素子において、
多重量子井戸層の最低量子準位の変化量を２５ｍｅＶ以
下として構成する。
【００１２】
【作用】上述したように本発明においては、活性層とク
ラッド層との間に徐々にバンドギャップが変化するグレ
ーデッド層３、５を設けると共に、特に少なくともその
活性層４側においてほぼ連続的にバンドギャップが変化
する構成とすることから、活性層４と第１、第２のクラ
ッド層２、６との間において特に活性層４の接合部にお
けるバンドギャップの急激な変化を抑制することができ
て、この部分におけるノッチの発生を抑制し、これによ
り駆動電圧Ｖopを活性層４のエネルギーギャップＥg 程
度にまで抑制することができる。
ラッド層との間に徐々にバンドギャップが変化するグレ
ーデッド層３、５を設けると共に、特に少なくともその
活性層４側においてほぼ連続的にバンドギャップが変化
する構成とすることから、活性層４と第１、第２のクラ
ッド層２、６との間において特に活性層４の接合部にお
けるバンドギャップの急激な変化を抑制することができ
て、この部分におけるノッチの発生を抑制し、これによ
り駆動電圧Ｖopを活性層４のエネルギーギャップＥg 程
度にまで抑制することができる。
【００１３】またこの場合、低駆動電圧とすることがで
きることから活性層４に入ったキャリアに余分な運動エ
ネルギーがないので再結合し易く、発光効率を大とする
ことができる。
きることから活性層４に入ったキャリアに余分な運動エ
ネルギーがないので再結合し易く、発光効率を大とする
ことができる。
【００１４】また更に、クラッド層側においても同様に
バンドギャップがほぼ連続的に変化する構成とすること
により、この部分におけるノッチの発生を抑え、同様に
活性層４に入ったキャリアに余分な運動エネルギーがな
いので再結合し易くすることができ、発光効率を大とす
ることができる。
バンドギャップがほぼ連続的に変化する構成とすること
により、この部分におけるノッチの発生を抑え、同様に
活性層４に入ったキャリアに余分な運動エネルギーがな
いので再結合し易くすることができ、発光効率を大とす
ることができる。
【００１５】そして同様にキャリアに余分な運動エネル
ギーがないことから、ｎ型キャリアであればｐ型クラッ
ド層に、またｐ型キャリアの場合はｎ型クラッド層に通
り抜ける確率を小とすることができる。これにより特性
温度Ｔ0 を大とすることができて、閾電流を低減化する
ことができ、発光素子の寿命の長期化をはかることがで
きる。
ギーがないことから、ｎ型キャリアであればｐ型クラッ
ド層に、またｐ型キャリアの場合はｎ型クラッド層に通
り抜ける確率を小とすることができる。これにより特性
温度Ｔ0 を大とすることができて、閾電流を低減化する
ことができ、発光素子の寿命の長期化をはかることがで
きる。
【００１６】また、活性層とクラッド層との界面に多重
量子井戸層１５を設け、その各障壁をトンネリング可能
とすると共に、各井戸の量子準位を少なくとも活性層４
側において多重量子井戸層の各井戸幅に対応してほぼ連
続的に変化する構成とすることによって、同様にノッチ
の発生を抑制することができる。従って活性層４に入っ
たキャリアに余分な運動エネルギーがないので再結合し
易く、発光効率を大とすることができる。
量子井戸層１５を設け、その各障壁をトンネリング可能
とすると共に、各井戸の量子準位を少なくとも活性層４
側において多重量子井戸層の各井戸幅に対応してほぼ連
続的に変化する構成とすることによって、同様にノッチ
の発生を抑制することができる。従って活性層４に入っ
たキャリアに余分な運動エネルギーがないので再結合し
易く、発光効率を大とすることができる。
【００１７】またこれらグレーデッド層３、５のバンド
ギャップの空間座標による微分が連続となるように、又
は多重量子井戸層１５の最低量子準位の変化量を２５ｍ
ｅＶ以下とすることにより、室温での電子のもつエネル
ギー程度以下の変化量としてノッチの影響を回避し、低
駆動電圧化をはかることができる。
ギャップの空間座標による微分が連続となるように、又
は多重量子井戸層１５の最低量子準位の変化量を２５ｍ
ｅＶ以下とすることにより、室温での電子のもつエネル
ギー程度以下の変化量としてノッチの影響を回避し、低
駆動電圧化をはかることができる。
【００１８】
【実施例】以下本発明実施例を図面を参照して詳細に説
明する。 実施例１ この例においては、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザに
おいて、活性層の両外側に、徐々にバンドギャップが変
化するグレーデッド層を設ける場合を示し、その構成と
しては、略線的拡大断面図を図３に示すように、ｎ型の
ＧａＡｓ等より成る基体１上に、ｎ型のＡｌ0.6 Ｇａ
0.4 ＩｎＰ等より成る第１のクラッド層２、Ａｌ含有量
が徐々に小とされるグレーデッド層３、真性のＧａＩｎ
Ｐ等より成る活性層４、Ａｌ含有量が徐々に大とされる
グレーデッド層５、ｐ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4 ＩｎＰ等よ
り成る第２のクラッド層６を順次ＭＯＣＶＤ（有機金属
による化学的気相成長法）によりエピタキシャル成長す
る。そしてこの後第２のクラッド層６の上部と基体１の
裏面とにそれぞれＡｕ等より成る電極７、８をスパッタ
リング等により被着して本発明による発光素子を得るこ
とができる。
明する。 実施例１ この例においては、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザに
おいて、活性層の両外側に、徐々にバンドギャップが変
化するグレーデッド層を設ける場合を示し、その構成と
しては、略線的拡大断面図を図３に示すように、ｎ型の
ＧａＡｓ等より成る基体１上に、ｎ型のＡｌ0.6 Ｇａ
0.4 ＩｎＰ等より成る第１のクラッド層２、Ａｌ含有量
が徐々に小とされるグレーデッド層３、真性のＧａＩｎ
Ｐ等より成る活性層４、Ａｌ含有量が徐々に大とされる
グレーデッド層５、ｐ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4 ＩｎＰ等よ
り成る第２のクラッド層６を順次ＭＯＣＶＤ（有機金属
による化学的気相成長法）によりエピタキシャル成長す
る。そしてこの後第２のクラッド層６の上部と基体１の
裏面とにそれぞれＡｕ等より成る電極７、８をスパッタ
リング等により被着して本発明による発光素子を得るこ
とができる。
【００１９】このとき、各グレーデッド層３、５の成長
の際にそのＡｌ原料ガスの例えばトリメチルアルミニウ
ムのガス流量等を調節することによって、活性層４側に
おいてＡｌ含有量をほぼ０とし、クラッド層２、６側に
おいてはＡｌ0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰとなるようにＡｌ含有
量が変調され、そのバンドギャップが、その空間微分が
連続でなめらかに連続変化する構成とされた層を形成す
ることができる。
の際にそのＡｌ原料ガスの例えばトリメチルアルミニウ
ムのガス流量等を調節することによって、活性層４側に
おいてＡｌ含有量をほぼ０とし、クラッド層２、６側に
おいてはＡｌ0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰとなるようにＡｌ含有
量が変調され、そのバンドギャップが、その空間微分が
連続でなめらかに連続変化する構成とされた層を形成す
ることができる。
【００２０】この場合のバンドギャップは、図１Ａにそ
のノンバイアス時のエネルギー準位を破線で示すよう
に、ｎ型領域側の第１のクラッド層２、グレーデッド層
３と活性層４との間の伝導帯及び価電子帯のエネルギー
準位ＥC 、ＥV は比較的なめらかに変化し、ノッチは抑
制される。図１Ａにおいて一点鎖線ＥF 及びＥF ′はそ
れぞれフェルミレベル、擬フェルミレベルを示す。フラ
ットバンド時はｎ側で伝導帯のエネルギー準位ＥC が、
ｐ側では価電子帯のエネルギー準位ＥV がそれぞれ活性
層側のエネルギー準位と等しくなって平坦化する。
のノンバイアス時のエネルギー準位を破線で示すよう
に、ｎ型領域側の第１のクラッド層２、グレーデッド層
３と活性層４との間の伝導帯及び価電子帯のエネルギー
準位ＥC 、ＥV は比較的なめらかに変化し、ノッチは抑
制される。図１Ａにおいて一点鎖線ＥF 及びＥF ′はそ
れぞれフェルミレベル、擬フェルミレベルを示す。フラ
ットバンド時はｎ側で伝導帯のエネルギー準位ＥC が、
ｐ側では価電子帯のエネルギー準位ＥV がそれぞれ活性
層側のエネルギー準位と等しくなって平坦化する。
【００２１】またこの場合、図１Ｂにノンドープ時のバ
ンドギャップを示すように、特に活性層４との界面、第
１及び第３のクラッド層３、５との界面において、その
微分値がほぼ連続的に変化する正弦波型の曲線を描くよ
うにＡｌの含有量を制御することによって、エネルギー
準位ＥC のヘテロ界面と直交する膜厚方向の変化量が
（ｄＥC ／ｄｘ）→∞となることを回避でき、駆動電圧
Ｖopは活性層を反転分布させるのみで良く、ほぼ活性層
のエネルギーギャップに相当する電圧とすることができ
る。
ンドギャップを示すように、特に活性層４との界面、第
１及び第３のクラッド層３、５との界面において、その
微分値がほぼ連続的に変化する正弦波型の曲線を描くよ
うにＡｌの含有量を制御することによって、エネルギー
準位ＥC のヘテロ界面と直交する膜厚方向の変化量が
（ｄＥC ／ｄｘ）→∞となることを回避でき、駆動電圧
Ｖopは活性層を反転分布させるのみで良く、ほぼ活性層
のエネルギーギャップに相当する電圧とすることができ
る。
【００２２】通常のＤＨ型レーザでは、前述の図Ａにお
いて破線で示すように、ノンバイアス時にはフェルミレ
ベルはフラットである。これを順バイアスして発振させ
るときの駆動電圧Ｖopとしてはクラッド層のバンドギャ
ップ＋αの電圧が必要となる。従来のＡｌＧａＩｎＰ系
では、クラッド層のバンドギャップＥgCは約２．２ｅＶ
なので駆動電圧Ｖopは２．３Ｖ程度である。
いて破線で示すように、ノンバイアス時にはフェルミレ
ベルはフラットである。これを順バイアスして発振させ
るときの駆動電圧Ｖopとしてはクラッド層のバンドギャ
ップ＋αの電圧が必要となる。従来のＡｌＧａＩｎＰ系
では、クラッド層のバンドギャップＥgCは約２．２ｅＶ
なので駆動電圧Ｖopは２．３Ｖ程度である。
【００２３】レーザ発振のために必要な最低バイアス
は、活性層を反転分布させるわけだから、駆動電圧Ｖop
は活性層のバンドギャップＥgAが最小値となる。上述の
場合、即ちＧａＩｎＰでは１．９ｅＶである。従ってこ
の従来例においては、ノッチを電子またはホールが乗り
越えるために１．９ｅＶを越えるバイアスが必要とな
り、フラットバンド時即ちノッチが消える時に発振が始
まると思われる。
は、活性層を反転分布させるわけだから、駆動電圧Ｖop
は活性層のバンドギャップＥgAが最小値となる。上述の
場合、即ちＧａＩｎＰでは１．９ｅＶである。従ってこ
の従来例においては、ノッチを電子またはホールが乗り
越えるために１．９ｅＶを越えるバイアスが必要とな
り、フラットバンド時即ちノッチが消える時に発振が始
まると思われる。
【００２４】上述の本発明構成とすることによって、従
来より駆動電圧の低減化をはかることができ、２．１５
Ｖ程度で発振させることができた。これにより、活性層
４に導入されるキャリアが余分なエネルギーを持たない
ため再結合し易くすることができ、発光効率の向上をは
かることができる。
来より駆動電圧の低減化をはかることができ、２．１５
Ｖ程度で発振させることができた。これにより、活性層
４に導入されるキャリアが余分なエネルギーを持たない
ため再結合し易くすることができ、発光効率の向上をは
かることができる。
【００２５】また同様にキャリアに余分な運動エネルギ
ーがないことから、ｎ型キャリアであればｐ型クラッド
層に、またｐ型キャリアの場合はｎ型クラッド層に通り
抜ける確率を小とすることができる。これにより特性温
度Ｔ0 を大とすることができて、閾電流を低減化するこ
とができ、発光素子の寿命の長期化をはかることができ
る。
ーがないことから、ｎ型キャリアであればｐ型クラッド
層に、またｐ型キャリアの場合はｎ型クラッド層に通り
抜ける確率を小とすることができる。これにより特性温
度Ｔ0 を大とすることができて、閾電流を低減化するこ
とができ、発光素子の寿命の長期化をはかることができ
る。
【００２６】尚、グレーデッド層３、５の厚さとして
は、ノッチｎt が生じる幅を考慮して選定する必要があ
る。即ち、ｐｎ接合部の空乏層の幅Ｗは、 Ｗ＝〔（２εＶbi）／ｅＮ〕1/2 と表される。但しεは誘電率、Ｖbiはバイアス電圧、ｅ
は電荷、Ｎは不純物濃度を示す。この場合不純物濃度Ｎ
が約１０18／ｃｍ3 程度とすると、この幅Ｗは１００Å
程度となる。従って、グレーデッド層３、５の厚さとし
ては１００〜２００Å以上の例えば４００Å程度とする
ことによって、ノッチの発生を抑制することができる。
は、ノッチｎt が生じる幅を考慮して選定する必要があ
る。即ち、ｐｎ接合部の空乏層の幅Ｗは、 Ｗ＝〔（２εＶbi）／ｅＮ〕1/2 と表される。但しεは誘電率、Ｖbiはバイアス電圧、ｅ
は電荷、Ｎは不純物濃度を示す。この場合不純物濃度Ｎ
が約１０18／ｃｍ3 程度とすると、この幅Ｗは１００Å
程度となる。従って、グレーデッド層３、５の厚さとし
ては１００〜２００Å以上の例えば４００Å程度とする
ことによって、ノッチの発生を抑制することができる。
【００２７】実施例２ 次に、第２のクラッド層６と活性層４との間にのみ多重
量子井戸層１５を設けた場合を示す。この場合、その略
線的拡大断面図を図４に示すように、ｎ型のＺｎＳｅ等
より成る基体１上に、ｎ型のＺｎＳｅ等より成る第１の
クラッド層、真性のＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ等より成る活
性層４をＭＯＣＶＤ等により順次エピタキシャル成長す
る。そしてこの上に、ＺｎＳｅとＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ
とが数ＭＬ（モノレイヤー、単原子層）ずつ積層されて
多重量子井戸層１５を同様にＭＯＣＶＤ等によりエピタ
キシャル成長し、更にｐ型のＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ等よ
り成る第２のクラッド層６を順次エピタキシャル成長す
る。その後、Ａｕ等より成る電極７、８をそれぞれ第２
のクラッド層６上と基体１の裏面とにスパッタリング等
により被着形成して、発光素子を得ることができる。
量子井戸層１５を設けた場合を示す。この場合、その略
線的拡大断面図を図４に示すように、ｎ型のＺｎＳｅ等
より成る基体１上に、ｎ型のＺｎＳｅ等より成る第１の
クラッド層、真性のＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ等より成る活
性層４をＭＯＣＶＤ等により順次エピタキシャル成長す
る。そしてこの上に、ＺｎＳｅとＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ
とが数ＭＬ（モノレイヤー、単原子層）ずつ積層されて
多重量子井戸層１５を同様にＭＯＣＶＤ等によりエピタ
キシャル成長し、更にｐ型のＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ等よ
り成る第２のクラッド層６を順次エピタキシャル成長す
る。その後、Ａｕ等より成る電極７、８をそれぞれ第２
のクラッド層６上と基体１の裏面とにスパッタリング等
により被着形成して、発光素子を得ることができる。
【００２８】この多重量子井戸層１５としては、図２Ａ
にそのバンドギャップを示すように、例えば活性層４の
上に、ＺｎＳｅとＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅとを交互に積層
形成する。この場合、ＺｎＳｅの各層の厚さａ1 、ａ2
‥‥ａ7 をそれぞれ１、２、３、４、４、５とし、Ｚｎ
0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅの各層の厚さｂ1 、ｂ2 ‥‥ｂ7 をそ
れぞれ６、３、２、１、１、１として徐々に量子準位ｃ
1 、ｃ2 ‥‥ｃ7 が第２のクラッド層６に近づくように
なされる。
にそのバンドギャップを示すように、例えば活性層４の
上に、ＺｎＳｅとＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅとを交互に積層
形成する。この場合、ＺｎＳｅの各層の厚さａ1 、ａ2
‥‥ａ7 をそれぞれ１、２、３、４、４、５とし、Ｚｎ
0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅの各層の厚さｂ1 、ｂ2 ‥‥ｂ7 をそ
れぞれ６、３、２、１、１、１として徐々に量子準位ｃ
1 、ｃ2 ‥‥ｃ7 が第２のクラッド層６に近づくように
なされる。
【００２９】このように構成することによって各障壁を
トンネリング可能とし、各井戸の量子準位が少なくとも
活性層４側において２５ｍｅＶ以下の変化量をもってほ
ぼ連続的に変化するようになし、図２Ｂに順方向バイア
ス印加時の様子を示すように、ｐ型クラッド層側におい
て伝導帯のエネルギーＥC をほぼ連続的に、価電子帯の
エネルギーＥV をノッチを生じることなくほぼフラット
にすることができる。
トンネリング可能とし、各井戸の量子準位が少なくとも
活性層４側において２５ｍｅＶ以下の変化量をもってほ
ぼ連続的に変化するようになし、図２Ｂに順方向バイア
ス印加時の様子を示すように、ｐ型クラッド層側におい
て伝導帯のエネルギーＥC をほぼ連続的に、価電子帯の
エネルギーＥV をノッチを生じることなくほぼフラット
にすることができる。
【００３０】ＺｎＳｅより成るクラッド層２、６の室温
でのエネルギーギャップは２．７ｅＶであり、従来構成
においては駆動電圧Ｖopは２．８Ｖ程度であったが、上
述の構成とすることによって、駆動電圧Ｖopを室温で
２．６Ｖ程度とすることができ、従来の２．８Ｖに比し
０．２Ｖ程度低減化することができた。
でのエネルギーギャップは２．７ｅＶであり、従来構成
においては駆動電圧Ｖopは２．８Ｖ程度であったが、上
述の構成とすることによって、駆動電圧Ｖopを室温で
２．６Ｖ程度とすることができ、従来の２．８Ｖに比し
０．２Ｖ程度低減化することができた。
【００３１】またこの場合においても、活性層４に導入
されるキャリアが余分なエネルギーを持たないため再結
合し易くすることができ、発光効率の向上をはかること
ができる。更に、キャリアの通り抜ける確率を小とする
ことができて、閾電流を低減化することができ、発光素
子の寿命の長期化をはかることができる。
されるキャリアが余分なエネルギーを持たないため再結
合し易くすることができ、発光効率の向上をはかること
ができる。更に、キャリアの通り抜ける確率を小とする
ことができて、閾電流を低減化することができ、発光素
子の寿命の長期化をはかることができる。
【００３２】尚、この場合においては多重量子井戸層１
５を合計４９ＭＬとして構成し、１ＭＬ〜２．８Åであ
ることから１４０Å程度の厚さとなって、ノッチの発生
を抑制することができた。
５を合計４９ＭＬとして構成し、１ＭＬ〜２．８Åであ
ることから１４０Å程度の厚さとなって、ノッチの発生
を抑制することができた。
【００３３】実施例３ 次に、ＡｌＧａＩｎＰ系の発光素子において、多重量子
井戸層を設けた場合について説明する。この場合、ｎ型
のＧａＡｓ等より成る基体１上に、ｎ型のＡｌ 0.6 Ｇａ
0.4 ＩｎＰ等より成る第１のクラッド層２、真性のＧａ
ＩｎＰ等より成る活性層４、更にＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ｉｎ
ＰとＧａＩｎＰとが積層された多重量子井戸層１５、ｐ
型のＡｌ0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ等より成る第２のクラッド
層６を順次ＭＯＣＶＤ等によりエピタキシャル成長す
る。そして第２のクラッド層６上と基体１の裏面とに電
極を形成して発光素子を構成した。
井戸層を設けた場合について説明する。この場合、ｎ型
のＧａＡｓ等より成る基体１上に、ｎ型のＡｌ 0.6 Ｇａ
0.4 ＩｎＰ等より成る第１のクラッド層２、真性のＧａ
ＩｎＰ等より成る活性層４、更にＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ｉｎ
ＰとＧａＩｎＰとが積層された多重量子井戸層１５、ｐ
型のＡｌ0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ等より成る第２のクラッド
層６を順次ＭＯＣＶＤ等によりエピタキシャル成長す
る。そして第２のクラッド層６上と基体１の裏面とに電
極を形成して発光素子を構成した。
【００３４】この場合、多重量子井戸層１５の構成とし
ては、１０ＭＬのＡｌ0.6 Ｇａ0.4ＩｎＰ層と１０ＭＬ
のＧａＩｎＰ層との組み合わせを２回、６ＭＬのＡｌ
0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ層と８ＭＬのＧａＩｎＰ層との組み
合わせを４回、２ＭＬのＡｌ0. 6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ層と６
ＭＬのＧａＩｎＰ層との組み合わせを５回、４ＭＬのＡ
ｌ0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ層と４ＭＬのＧａＩｎＰ層との組
み合わせを２回、更に３ＭＬのＡｌ0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ
層と４ＭＬのＧａＩｎＰ層とを１回積層して構成した。
この場合各障壁は２５ｍｅＶ以下となって室温のエネル
ギーでトンネリング可能となり、また多重量子井戸層１
５の全体の厚さとしては約４８０Åとなる。
ては、１０ＭＬのＡｌ0.6 Ｇａ0.4ＩｎＰ層と１０ＭＬ
のＧａＩｎＰ層との組み合わせを２回、６ＭＬのＡｌ
0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ層と８ＭＬのＧａＩｎＰ層との組み
合わせを４回、２ＭＬのＡｌ0. 6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ層と６
ＭＬのＧａＩｎＰ層との組み合わせを５回、４ＭＬのＡ
ｌ0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ層と４ＭＬのＧａＩｎＰ層との組
み合わせを２回、更に３ＭＬのＡｌ0.6 Ｇａ0.4 ＩｎＰ
層と４ＭＬのＧａＩｎＰ層とを１回積層して構成した。
この場合各障壁は２５ｍｅＶ以下となって室温のエネル
ギーでトンネリング可能となり、また多重量子井戸層１
５の全体の厚さとしては約４８０Åとなる。
【００３５】この場合においても、従来構成の多重量子
井戸層を設けない場合に比較して、駆動電圧Ｖopを２．
３Ｖから２．１５Ｖに低減化することができ、上述の各
例と同様に発光効率の向上、特性温度の向上、更に寿命
の長期化をはかることができた。
井戸層を設けない場合に比較して、駆動電圧Ｖopを２．
３Ｖから２．１５Ｖに低減化することができ、上述の各
例と同様に発光効率の向上、特性温度の向上、更に寿命
の長期化をはかることができた。
【００３６】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、他の材料による発光素子に適用することは
もちろん、例えばグレーデッド層を一方のクラッド層と
活性層との間にのみ設けるとか多重量子井戸層を活性層
と両クラッド層との間に設ける等、材料構成において種
々の変形変更が可能であることはいうまでもない。
のではなく、他の材料による発光素子に適用することは
もちろん、例えばグレーデッド層を一方のクラッド層と
活性層との間にのみ設けるとか多重量子井戸層を活性層
と両クラッド層との間に設ける等、材料構成において種
々の変形変更が可能であることはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば活性層
とクラッド層との間にグレーデッド層又は多重量子井戸
層を設けてノッチの発生を抑制することによって、駆動
電圧Ｖ opの低減化をはかることができ、これによりキャ
リアに余分な運動エネルギーを与えることがなく再結合
し易くすることができて、発光効率を大とすることがで
きる。
とクラッド層との間にグレーデッド層又は多重量子井戸
層を設けてノッチの発生を抑制することによって、駆動
電圧Ｖ opの低減化をはかることができ、これによりキャ
リアに余分な運動エネルギーを与えることがなく再結合
し易くすることができて、発光効率を大とすることがで
きる。
【００３８】また更に、キャリアの通り抜ける確率を小
とすることができることから、特性温度Ｔ0 を大として
閾電流を低減化することができ、発光素子の寿命の長期
化をはかることができる。
とすることができることから、特性温度Ｔ0 を大として
閾電流を低減化することができ、発光素子の寿命の長期
化をはかることができる。
【００３９】また、グレーデッド層３、５のバンドギャ
ップをなめらかに連続変化するようにし、又は多重量子
井戸層１５の最低量子準位の変化量を２５ｍｅＶ以下と
することにより、室温での電子のもつエネルギー程度の
障壁としてトンネリング可能とし、駆動電圧の低減化を
はかることができる。
ップをなめらかに連続変化するようにし、又は多重量子
井戸層１５の最低量子準位の変化量を２５ｍｅＶ以下と
することにより、室温での電子のもつエネルギー程度の
障壁としてトンネリング可能とし、駆動電圧の低減化を
はかることができる。
【図１】本発明の一実施例のバンドギャップの説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明の他の実施例のバンドギャップの説明図
である。
である。
【図３】本発明の一実施例の略線的拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施例の略線的拡大断面図であ
る。
る。
【図５】従来の半導体レーザの一例のバンドギャップの
説明図である。
説明図である。
【図６】従来の半導体レーザの他の例のバンドギャップ
の説明図である。
の説明図である。
１ 基体 ２ 第１のクラッド層 ３ グレーデッド層 ４ 活性層 ５ グレーデッド層 ６ 第２のクラッド層 ７ 電極 ８ 電極 １５ 多重量子井戸層
Claims (5)
- 【請求項１】 基体上に、少なくとも第１のクラッド
層、活性層、第２のクラッド層が順次形成され、 少なくとも上記第１又は第２のクラッド層と上記活性層
との間に、徐々にバンドギャップが変化されて成るグレ
ーデッド層が介在され、 上記グレーデッド層は、少なくとも上記活性層側との界
面においてバンドギャップがほぼ連続的に変化する構成
とされることを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 上記グレーデッド層は、上記第１及び／
又は第２のクラッド層側との界面においてもバンドギャ
ップがほぼ連続的に変化する構成とされることを特徴と
する上記請求項１に記載の発光素子。 - 【請求項３】 基体上に、少なくとも第１のクラッド
層、活性層、第２のクラッド層が順次形成され、 少なくとも上記第１又は第２のクラッド層と上記活性層
との間に、多重量子井戸層が設けられて接合され、 上記多重量子井戸層は各障壁がトンネリング可能であっ
て、各井戸の量子準位が少なくとも上記活性層側におい
て上記多重量子井戸層の各井戸幅に対応してほぼ連続的
に変化する構成とされることを特徴とする発光素子。 - 【請求項４】 上記請求項１又は請求項２に記載の発光
素子において、 上記グレーデッド層のバンドギャップは、その空間座標
による１回微分が連続となるようになめらかに連続変化
するようになされたことを特徴とする発光素子。 - 【請求項５】 上記請求項３に記載の発光素子におい
て、 上記多重量子井戸層の最低量子準位の変化量が２５ｍｅ
Ｖ以下とされることを特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33052492A JPH06177484A (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33052492A JPH06177484A (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | 発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06177484A true JPH06177484A (ja) | 1994-06-24 |
Family
ID=18233602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33052492A Pending JPH06177484A (ja) | 1992-12-10 | 1992-12-10 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06177484A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006245441A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体発光素子 |
| JP2008085064A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-12-10 JP JP33052492A patent/JPH06177484A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006245441A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体発光素子 |
| JP2008085064A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
| US8558245B2 (en) | 2006-09-27 | 2013-10-15 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device having ridge structure formed on active layer containing p-type region and its manufacture method |
| US8716044B2 (en) | 2006-09-27 | 2014-05-06 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device having ridge structure formed on active layer containing P-type region and its manufacture method |
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