JPH06196808A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
- Publication number
- JPH06196808A JPH06196808A JP35679792A JP35679792A JPH06196808A JP H06196808 A JPH06196808 A JP H06196808A JP 35679792 A JP35679792 A JP 35679792A JP 35679792 A JP35679792 A JP 35679792A JP H06196808 A JPH06196808 A JP H06196808A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inas
- layer
- gasb
- semiconductor layer
- electrons
- 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)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 遠赤外光の発光が可能な半導体レーザーを実
現する。 【構成】 ｐ型ＧａＳｂ基板１上に、ｐ型ＡｌＳｂ層
２、ＩｎＡｓ層３、ＧａＳｂ層４およびＩｎＡｓ層５を
順次積層して、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓダブルヘテロ接合の
半導体レーザーを構成する。ＧａＳｂ層４中に、ＩｎＡ
ｓ層５側から電子を注入するとともに、ｐ型ＡｌＳｂ層
２側から正孔を注入し、これらの電子および正孔の対消
滅により発光を起こさせる。
現する。 【構成】 ｐ型ＧａＳｂ基板１上に、ｐ型ＡｌＳｂ層
２、ＩｎＡｓ層３、ＧａＳｂ層４およびＩｎＡｓ層５を
順次積層して、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓダブルヘテロ接合の
半導体レーザーを構成する。ＧａＳｂ層４中に、ＩｎＡ
ｓ層５側から電子を注入するとともに、ｐ型ＡｌＳｂ層
２側から正孔を注入し、これらの電子および正孔の対消
滅により発光を起こさせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、発光素子に関し、特
に、遠赤外光の発光が可能な発光素子に関するものであ
る。
に、遠赤外光の発光が可能な発光素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザーとしては、発光波長が７
８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテロ接合の
半導体レーザーが最も多く使用されている。近年、光デ
ィスクの記録密度の向上を図ることなどを目的として、
より発光波長が短い半導体レーザーの開発が活発に行わ
れており、ＺｎＳｅ系材料などを用いて青色ないし緑色
発光が可能な半導体レーザーが試作されている。
８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテロ接合の
半導体レーザーが最も多く使用されている。近年、光デ
ィスクの記録密度の向上を図ることなどを目的として、
より発光波長が短い半導体レーザーの開発が活発に行わ
れており、ＺｎＳｅ系材料などを用いて青色ないし緑色
発光が可能な半導体レーザーが試作されている。
【０００３】一方、近年、量子波エレクトロニクスにお
いては、電子のド・ブロイ波長と同程度の断面寸法を有
する極微細箱構造、すなわちいわゆる量子箱が注目され
ている。そして、このような量子箱を複数組み合わせて
量子箱集合素子を実現する試みがなされている。この量
子箱集合素子は、複数配列された量子箱間で電子の量子
力学的トンネリングを起こさせて電子分布を変化させる
ことにより情報処理を行おうとするものである。
いては、電子のド・ブロイ波長と同程度の断面寸法を有
する極微細箱構造、すなわちいわゆる量子箱が注目され
ている。そして、このような量子箱を複数組み合わせて
量子箱集合素子を実現する試みがなされている。この量
子箱集合素子は、複数配列された量子箱間で電子の量子
力学的トンネリングを起こさせて電子分布を変化させる
ことにより情報処理を行おうとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の量子箱集合素子
においては、量子箱中の電子の状態を測定することが重
要である。そのためには、量子箱の量子準位間のエネル
ギー差に対応する長さ程度の発光波長を有するレーザー
光源が必要となるが、量子箱集合素子への応用を考える
とこのレーザー光源は半導体レーザーとして実現するこ
とが望ましい。
においては、量子箱中の電子の状態を測定することが重
要である。そのためには、量子箱の量子準位間のエネル
ギー差に対応する長さ程度の発光波長を有するレーザー
光源が必要となるが、量子箱集合素子への応用を考える
とこのレーザー光源は半導体レーザーとして実現するこ
とが望ましい。
【０００５】ところが、量子箱の量子準位間のエネルギ
ー差は一般に約０．３ｅＶ以下であるため、それに対応
する発光波長は遠赤外光領域である。従って、遠赤外光
の発光が可能な半導体レーザーを実現する必要がある
が、このような半導体レーザーはこれまでほとんど提案
されていないのが実情である。
ー差は一般に約０．３ｅＶ以下であるため、それに対応
する発光波長は遠赤外光領域である。従って、遠赤外光
の発光が可能な半導体レーザーを実現する必要がある
が、このような半導体レーザーはこれまでほとんど提案
されていないのが実情である。
【０００６】従って、この発明の目的は、遠赤外光の発
光が可能な半導体レーザーや発光ダイオードのような発
光素子を提供することにある。
光が可能な半導体レーザーや発光ダイオードのような発
光素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】ここで、通常の電子−正
孔対消滅により発光が起きるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダ
ブルヘテロ接合の半導体レーザーの動作原理について考
察する。
孔対消滅により発光が起きるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダ
ブルヘテロ接合の半導体レーザーの動作原理について考
察する。
【０００８】図８はこのＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブル
ヘテロ接合の半導体レーザーのエネルギーバンド図を示
す。この図８に示すＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテ
ロ接合の半導体レーザーに順方向バイアスを印加すると
図９に示すようになり、活性層を構成するＧａＡｓ層中
にｎ型ＡｌＧａＡｓ層から電子（ｅ- ）が注入されると
ともに、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層から正孔（ｈ+ ）が注入さ
れ、これらの電子および正孔が対消滅して発光が起き
る。
ヘテロ接合の半導体レーザーのエネルギーバンド図を示
す。この図８に示すＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテ
ロ接合の半導体レーザーに順方向バイアスを印加すると
図９に示すようになり、活性層を構成するＧａＡｓ層中
にｎ型ＡｌＧａＡｓ層から電子（ｅ- ）が注入されると
ともに、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層から正孔（ｈ+ ）が注入さ
れ、これらの電子および正孔が対消滅して発光が起き
る。
【０００９】さて、長波長の発光を実現するために、量
子井戸の量子準位間の遷移を利用するのは自然である
が、そのためには、図１０に示すように、量子準位Ｅ1
に電子を注入し、量子準位Ｅ0 に正孔を注入しなければ
ならない。これを電子のみの描像で述べると、外部から
量子準位Ｅ1 に供給した電子がＥ1 →Ｅ0 のように遷移
することにより発光が起きるのであるが、これによりレ
ーザー発振が起きるように高光密度にするためには、量
子準位Ｅ0 に遷移した電子を速やかに外部に捨てなけれ
ばならないということになる。しかし、図１０から見て
もわかるように、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテロ
接合においては、量子準位Ｅ0 にある電子を速やかに外
部に捨てることは困難である。すなわち、ＡｌＧａＡｓ
／ＧａＡｓダブルヘテロ接合の半導体レーザーや同様の
エネルギーバンド構造を有する半導体レーザーによって
は、量子井戸の量子準位間の遷移を利用して長波長の発
光を実現することは困難であると言える。
子井戸の量子準位間の遷移を利用するのは自然である
が、そのためには、図１０に示すように、量子準位Ｅ1
に電子を注入し、量子準位Ｅ0 に正孔を注入しなければ
ならない。これを電子のみの描像で述べると、外部から
量子準位Ｅ1 に供給した電子がＥ1 →Ｅ0 のように遷移
することにより発光が起きるのであるが、これによりレ
ーザー発振が起きるように高光密度にするためには、量
子準位Ｅ0 に遷移した電子を速やかに外部に捨てなけれ
ばならないということになる。しかし、図１０から見て
もわかるように、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテロ
接合においては、量子準位Ｅ0 にある電子を速やかに外
部に捨てることは困難である。すなわち、ＡｌＧａＡｓ
／ＧａＡｓダブルヘテロ接合の半導体レーザーや同様の
エネルギーバンド構造を有する半導体レーザーによって
は、量子井戸の量子準位間の遷移を利用して長波長の発
光を実現することは困難であると言える。
【００１０】この発明は、以上の認識に基づいて本発明
者が鋭意検討を行った結果、案出されたものである。
者が鋭意検討を行った結果、案出されたものである。
【００１１】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明の第１の発明は、電子親和力φ1 およびエネルギ
ーギャップＥg1を有する第１の半導体層と、φ2 ＋Ｅg2
＜φ1 ＋Ｅg1の関係式を満足する電子親和力φ2 および
エネルギーギャップＥg2を有する第２の半導体層と、φ
3 ＞φ2 ＋Ｅg2の関係式を満足する電子親和力φ3 を有
する第３の半導体層とが順次積層された構造を有し、第
３の半導体層側から第２の半導体層中に電子を注入する
とともに、第１の半導体層側から第２の半導体層中に正
孔を注入し、電子と正孔との再結合により発光を起こさ
せるようにした発光素子である。
の発明の第１の発明は、電子親和力φ1 およびエネルギ
ーギャップＥg1を有する第１の半導体層と、φ2 ＋Ｅg2
＜φ1 ＋Ｅg1の関係式を満足する電子親和力φ2 および
エネルギーギャップＥg2を有する第２の半導体層と、φ
3 ＞φ2 ＋Ｅg2の関係式を満足する電子親和力φ3 を有
する第３の半導体層とが順次積層された構造を有し、第
３の半導体層側から第２の半導体層中に電子を注入する
とともに、第１の半導体層側から第２の半導体層中に正
孔を注入し、電子と正孔との再結合により発光を起こさ
せるようにした発光素子である。
【００１２】この発明の第２の発明は、第１の発明によ
る発光素子における第１の半導体層および第３の半導体
層がＩｎＡｓ層であり、第２の半導体層がＧａＳｂ層で
ある発光素子である。
る発光素子における第１の半導体層および第３の半導体
層がＩｎＡｓ層であり、第２の半導体層がＧａＳｂ層で
ある発光素子である。
【００１３】この発明の第３の発明は、第１の発明また
は第２の発明による発光素子における第２の半導体層の
厚さが０．５ｎｍ〜１００ｎｍである発光素子である。
は第２の発明による発光素子における第２の半導体層の
厚さが０．５ｎｍ〜１００ｎｍである発光素子である。
【００１４】
【作用】図６は第１の発明による発光素子の典型的なエ
ネルギーバンド図を示し、発光素子を構成する各層の接
触前の状態におけるバンド端の位置関係などを示したも
のである。この図６に示すようなエネルギーバンド構造
を有するこの第１の発明による発光素子においては、第
３の半導体層と第２の半導体層とのヘテロ界面におい
て、金属−絶縁体転移（Metal-Insulator-Transition、
ＭＩＴ）によるセルフ・ドープが生じる。すなわち、第
３の半導体層と第２の半導体層とのヘテロ界面において
は、第３の半導体層の伝導帯の下端Ｅc3の方が第２の半
導体層の価電子帯の上端Ｅv2よりもエネルギーが低くな
っており、第３の半導体層と第２の半導体層とを接触さ
せて接合を形成すると、第２の半導体層側の価電子帯の
電子が第３の半導体層側の伝導帯に落ち、その結果、第
３の半導体層と第２の半導体層とのヘテロ界面における
第２の半導体層側には正孔が、また第３の半導体層側に
は伝導帯の電子が生じる。
ネルギーバンド図を示し、発光素子を構成する各層の接
触前の状態におけるバンド端の位置関係などを示したも
のである。この図６に示すようなエネルギーバンド構造
を有するこの第１の発明による発光素子においては、第
３の半導体層と第２の半導体層とのヘテロ界面におい
て、金属−絶縁体転移（Metal-Insulator-Transition、
ＭＩＴ）によるセルフ・ドープが生じる。すなわち、第
３の半導体層と第２の半導体層とのヘテロ界面において
は、第３の半導体層の伝導帯の下端Ｅc3の方が第２の半
導体層の価電子帯の上端Ｅv2よりもエネルギーが低くな
っており、第３の半導体層と第２の半導体層とを接触さ
せて接合を形成すると、第２の半導体層側の価電子帯の
電子が第３の半導体層側の伝導帯に落ち、その結果、第
３の半導体層と第２の半導体層とのヘテロ界面における
第２の半導体層側には正孔が、また第３の半導体層側に
は伝導帯の電子が生じる。
【００１５】いま、第２の半導体層の厚さを十分に小さ
く選び、上記のＭＩＴを起こす正孔の量子状態Ｓ1 とそ
の次の正孔の量子状態Ｓ2 とのエネルギーを離してお
く。このとき、量子状態Ｓ1 にはＭＩＴによって電子に
より占有されていない空き状態が存在し、一方、量子状
態Ｓ2 は完全に占有されるようにすることができる。こ
こで、半導体レーザーに適当なバイアスを印加して、第
３の半導体層側から第２の半導体層中に電子を注入する
とともに、第１の半導体層側から第２の半導体層中に正
孔を注入すると、これらの電子および正孔が再結合して
対消滅することにより発光を起こさせることができる。
く選び、上記のＭＩＴを起こす正孔の量子状態Ｓ1 とそ
の次の正孔の量子状態Ｓ2 とのエネルギーを離してお
く。このとき、量子状態Ｓ1 にはＭＩＴによって電子に
より占有されていない空き状態が存在し、一方、量子状
態Ｓ2 は完全に占有されるようにすることができる。こ
こで、半導体レーザーに適当なバイアスを印加して、第
３の半導体層側から第２の半導体層中に電子を注入する
とともに、第１の半導体層側から第２の半導体層中に正
孔を注入すると、これらの電子および正孔が再結合して
対消滅することにより発光を起こさせることができる。
【００１６】この発光波長は、量子準位Ｓ1 と量子準位
Ｓ2 との間のエネルギー差に相当する波長であり、遠赤
外光の領域である。また、第２の半導体層の厚さを変化
させることによって、量子準位Ｓ1 および量子準位Ｓ2
のエネルギー、従って量子準位Ｓ1 と量子準位Ｓ2 との
間のエネルギー差を変化させることができるので、第２
の半導体層の厚さを変化させることにより、発光波長を
所望の波長に調節することができる。
Ｓ2 との間のエネルギー差に相当する波長であり、遠赤
外光の領域である。また、第２の半導体層の厚さを変化
させることによって、量子準位Ｓ1 および量子準位Ｓ2
のエネルギー、従って量子準位Ｓ1 と量子準位Ｓ2 との
間のエネルギー差を変化させることができるので、第２
の半導体層の厚さを変化させることにより、発光波長を
所望の波長に調節することができる。
【００１７】第２の発明によれば、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ
は格子整合系であるので、ヘテロエピタキシャル成長に
より発光素子の製造が可能である。
は格子整合系であるので、ヘテロエピタキシャル成長に
より発光素子の製造が可能である。
【００１８】第３の発明によれば、第２の半導体層の厚
さが０．５ｎｍ〜１００ｎｍであることにより、遠赤外
光の発光が可能となる。
さが０．５ｎｍ〜１００ｎｍであることにより、遠赤外
光の発光が可能となる。
【００１９】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００２０】図１はこの発明の一実施例による半導体レ
ーザーの断面図を示す。
ーザーの断面図を示す。
【００２１】図１に示すように、この実施例による半導
体レーザーにおいては、ｐ型ＧａＳｂ基板１上に、ｐ型
ＡｌＳｂ層２、ＩｎＡｓ層３、ＧａＳｂ層４およびＩｎ
Ａｓ層５が順次積層されている。この場合、ＩｎＡｓ層
３、５は特にドーピングを行わなくてもｎ型となるが、
ＩｎＡｓ層３は好適にはｐ型不純物のドーピングを行っ
てｐ型とされる。また、図示は省略するが、ｐ型ＧａＳ
ｂ基板１の裏面にｐ側のオーミック電極が形成され、Ｉ
ｎＡｓ層５上にｎ側のオーミック電極が形成され、ダイ
オード構造が形成されている。
体レーザーにおいては、ｐ型ＧａＳｂ基板１上に、ｐ型
ＡｌＳｂ層２、ＩｎＡｓ層３、ＧａＳｂ層４およびＩｎ
Ａｓ層５が順次積層されている。この場合、ＩｎＡｓ層
３、５は特にドーピングを行わなくてもｎ型となるが、
ＩｎＡｓ層３は好適にはｐ型不純物のドーピングを行っ
てｐ型とされる。また、図示は省略するが、ｐ型ＧａＳ
ｂ基板１の裏面にｐ側のオーミック電極が形成され、Ｉ
ｎＡｓ層５上にｎ側のオーミック電極が形成され、ダイ
オード構造が形成されている。
【００２２】ＧａＳｂ、ＡｌＳｂおよびＩｎＡｓの格子
定数はそれぞれ６．０９５Å、６．１３６Åおよび６．
０５８Åであるから、上述のｐ型ＡｌＳｂ層２、ＩｎＡ
ｓ層３、ＧａＳｂ層４およびＩｎＡｓ層５は相互に格子
整合しており、従ってこれらの層は有機金属化学気相成
長（ＭＯＣＶＤ）法などによりｐ型ＧａＳｂ基板１上に
ヘテロエピタキシャル成長させることが可能である。
定数はそれぞれ６．０９５Å、６．１３６Åおよび６．
０５８Åであるから、上述のｐ型ＡｌＳｂ層２、ＩｎＡ
ｓ層３、ＧａＳｂ層４およびＩｎＡｓ層５は相互に格子
整合しており、従ってこれらの層は有機金属化学気相成
長（ＭＯＣＶＤ）法などによりｐ型ＧａＳｂ基板１上に
ヘテロエピタキシャル成長させることが可能である。
【００２３】図２はこの実施例による半導体レーザーの
エネルギーバンド図を示し、半導体レーザーを構成する
各層の接触前の状態におけるバンド端の位置関係などを
示したものである。図２中、Ｅc AlSb、Ｅv AlSbはそれ
ぞれＡｌＳｂの伝導帯の下端および価電子帯の上端、Ｅ
c InAs、Ｅv InAsはそれぞれＩｎＡｓの伝導帯の下端お
よび価電子帯の上端、Ｅc GaSb、Ｅv GaSbはそれぞれＧ
ａＳｂの伝導帯の下端および価電子帯の上端を示す。
エネルギーバンド図を示し、半導体レーザーを構成する
各層の接触前の状態におけるバンド端の位置関係などを
示したものである。図２中、Ｅc AlSb、Ｅv AlSbはそれ
ぞれＡｌＳｂの伝導帯の下端および価電子帯の上端、Ｅ
c InAs、Ｅv InAsはそれぞれＩｎＡｓの伝導帯の下端お
よび価電子帯の上端、Ｅc GaSb、Ｅv GaSbはそれぞれＧ
ａＳｂの伝導帯の下端および価電子帯の上端を示す。
【００２４】図１および図２に示すこの実施例による半
導体レーザーにおいては、ＧａＳｂ層４が活性層を構成
する。このＧａＳｂ層４は、その中の正孔の量子状態が
十分に離散化するように十分に薄く、典型的には１０ｎ
ｍ以下の厚さに設計される。この場合、光が閉じ込めら
れるのはこの活性層としてのＧａＳｂ層４の部分であ
る。いま、ＧａＳｂの比誘電率をεGaSb（〜１５．６
９）、ＩｎＡｓの比誘電率をεInAs（〜１４．５５）と
すると、εGaSb＞εInAsであるから、ＧａＳｂ層４内に
光を効率的に閉じ込めることができることがわかる。
導体レーザーにおいては、ＧａＳｂ層４が活性層を構成
する。このＧａＳｂ層４は、その中の正孔の量子状態が
十分に離散化するように十分に薄く、典型的には１０ｎ
ｍ以下の厚さに設計される。この場合、光が閉じ込めら
れるのはこの活性層としてのＧａＳｂ層４の部分であ
る。いま、ＧａＳｂの比誘電率をεGaSb（〜１５．６
９）、ＩｎＡｓの比誘電率をεInAs（〜１４．５５）と
すると、εGaSb＞εInAsであるから、ＧａＳｂ層４内に
光を効率的に閉じ込めることができることがわかる。
【００２５】次に、上述のように構成されたこの実施例
による半導体レーザーの動作原理について説明する。
による半導体レーザーの動作原理について説明する。
【００２６】まず、この実施例において用いられるＭＩ
Ｔによるセルフ・ドープについて説明しておく。図３Ａ
に示すように、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ界面において
は、ＩｎＡｓの伝導帯の下端Ｅc InAsの方が、ＧａＳｂ
の価電子帯の上端Ｅv GaSbよりもエネルギーが低くなっ
ている。従って、これらのＩｎＡｓおよびＧａＳｂを接
触させて接合を形成すると、図３Ｂに示すように、Ｇａ
Ｓｂ側の価電子帯の電子がＩｎＡｓ側の伝導帯に落ち
て、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ界面におけるＧａＳｂ側
には正孔、ＩｎＡｓ側には伝導帯の電子が生じる。この
ため、特に不純物のドーピングを行わなくても、ＧａＳ
ｂ／ＩｎＡｓヘテロ界面の近傍にはキャリアが存在し、
これは実験的にも確認されている。この系は、ＧａＳｂ
の両側に隣接して電子および正孔が存在するという特異
な系でもあり、広く興味を持たれて研究されている。
Ｔによるセルフ・ドープについて説明しておく。図３Ａ
に示すように、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ界面において
は、ＩｎＡｓの伝導帯の下端Ｅc InAsの方が、ＧａＳｂ
の価電子帯の上端Ｅv GaSbよりもエネルギーが低くなっ
ている。従って、これらのＩｎＡｓおよびＧａＳｂを接
触させて接合を形成すると、図３Ｂに示すように、Ｇａ
Ｓｂ側の価電子帯の電子がＩｎＡｓ側の伝導帯に落ち
て、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ界面におけるＧａＳｂ側
には正孔、ＩｎＡｓ側には伝導帯の電子が生じる。この
ため、特に不純物のドーピングを行わなくても、ＧａＳ
ｂ／ＩｎＡｓヘテロ界面の近傍にはキャリアが存在し、
これは実験的にも確認されている。この系は、ＧａＳｂ
の両側に隣接して電子および正孔が存在するという特異
な系でもあり、広く興味を持たれて研究されている。
【００２７】このＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合におけ
るＭＩＴを電子のみの描像で解釈すると次のようにな
る。すなわち、ＧａＳｂの価電子帯の量子状態がＩｎＡ
ｓの伝導帯の量子状態と強く結合して複合状態をつく
り、そのエネルギーに対する状態密度がＧａＳｂ単独の
ときより増加したため、フェルミ面の近傍に多くの空き
状態が生じて金属的伝導が可能となったものと考えられ
る。
るＭＩＴを電子のみの描像で解釈すると次のようにな
る。すなわち、ＧａＳｂの価電子帯の量子状態がＩｎＡ
ｓの伝導帯の量子状態と強く結合して複合状態をつく
り、そのエネルギーに対する状態密度がＧａＳｂ単独の
ときより増加したため、フェルミ面の近傍に多くの空き
状態が生じて金属的伝導が可能となったものと考えられ
る。
【００２８】さて、以上の認識に基づいて、この実施例
による半導体レーザーの動作原理について説明する。こ
の実施例においては、すでに述べたようにＧａＳｂ層４
の厚さは十分に薄く（例えば、１０ｎｍ以下）選んで、
図４に示すように、上記のＭＩＴを起こす正孔の量子状
態Ｓ1 とその次の正孔の量子状態Ｓ2 とのエネルギーを
離しておく。このとき、量子状態Ｓ1 にはＭＩＴによっ
て電子により占有されていない空き状態が存在してい
る。一方、量子状態Ｓ2 は完全に占有されている状態で
ある。
による半導体レーザーの動作原理について説明する。こ
の実施例においては、すでに述べたようにＧａＳｂ層４
の厚さは十分に薄く（例えば、１０ｎｍ以下）選んで、
図４に示すように、上記のＭＩＴを起こす正孔の量子状
態Ｓ1 とその次の正孔の量子状態Ｓ2 とのエネルギーを
離しておく。このとき、量子状態Ｓ1 にはＭＩＴによっ
て電子により占有されていない空き状態が存在してい
る。一方、量子状態Ｓ2 は完全に占有されている状態で
ある。
【００２９】いま、ｐ型ＧａＳｂ基板１側が正、ＩｎＡ
ｓ層５側が負となるようにバイアスを印加すると、図５
に示すように、活性層としてのＧａＳｂ層４に、ｐ型Ａ
ｌＳｂ層２側から正孔が注入されてこの正孔が量子状態
Ｓ2 に落ち込むとともに、ＩｎＡｓ層５側からＧａＳｂ
層４に電子が注入されてこの電子が量子状態Ｓ1 の空き
状態に落ちる。これによって、電子−正孔対消滅により
発光が起き、すでに述べたＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接
合の誘電率差による光閉じ込めによりレーザー発振が起
きる。このようにして発振されるレーザー光の波長は、
量子状態Ｓ1 と量子状態Ｓ2 との間のエネルギー差に対
応する波長であり、これは遠赤外光領域の波長となる。
ｓ層５側が負となるようにバイアスを印加すると、図５
に示すように、活性層としてのＧａＳｂ層４に、ｐ型Ａ
ｌＳｂ層２側から正孔が注入されてこの正孔が量子状態
Ｓ2 に落ち込むとともに、ＩｎＡｓ層５側からＧａＳｂ
層４に電子が注入されてこの電子が量子状態Ｓ1 の空き
状態に落ちる。これによって、電子−正孔対消滅により
発光が起き、すでに述べたＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接
合の誘電率差による光閉じ込めによりレーザー発振が起
きる。このようにして発振されるレーザー光の波長は、
量子状態Ｓ1 と量子状態Ｓ2 との間のエネルギー差に対
応する波長であり、これは遠赤外光領域の波長となる。
【００３０】以上のように、この実施例によれば、Ｇａ
Ｓｂ／ＩｎＡｓダブルヘテロ接合を用いて、遠赤外光の
発光が可能な半導体レーザーを実現することができる。
しかも、この半導体レーザーの発光波長は、活性層を構
成するＧａＳｂ層４の厚さを変えることにより調節する
ことができる。
Ｓｂ／ＩｎＡｓダブルヘテロ接合を用いて、遠赤外光の
発光が可能な半導体レーザーを実現することができる。
しかも、この半導体レーザーの発光波長は、活性層を構
成するＧａＳｂ層４の厚さを変えることにより調節する
ことができる。
【００３１】このような遠赤外光の発光が可能な半導体
レーザーを用いて、量子箱集合素子における量子箱の電
子状態を測定することができる。
レーザーを用いて、量子箱集合素子における量子箱の電
子状態を測定することができる。
【００３２】以上、この発明の一実施例について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施例に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施例に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。
【００３３】例えば、この発明による半導体レーザーの
具体的な構造例としては、図７に示すように、ｐ型Ｇａ
Ｓｂ基板１１上に、ｐ型ＡｌＧａＳｂ層１２、ＩｎＡｓ
層１３、ＧａＳｂ層１４およびＩｎＡｓ層１５を順次積
層したものを用いてもよい。さらに、この構造例におけ
る各層の導電型を反転させたものを用いてもよい。
具体的な構造例としては、図７に示すように、ｐ型Ｇａ
Ｓｂ基板１１上に、ｐ型ＡｌＧａＳｂ層１２、ＩｎＡｓ
層１３、ＧａＳｂ層１４およびＩｎＡｓ層１５を順次積
層したものを用いてもよい。さらに、この構造例におけ
る各層の導電型を反転させたものを用いてもよい。
【００３４】また、上述の実施例においては、ＧａＳｂ
／ＩｎＡｓ系の半導体レーザーについて説明したが、Ｇ
ａＳｂ／ＩｎＡｓ以外の材料系を用いてこの発明による
半導体レーザーを構成するようにしてもよい。
／ＩｎＡｓ系の半導体レーザーについて説明したが、Ｇ
ａＳｂ／ＩｎＡｓ以外の材料系を用いてこの発明による
半導体レーザーを構成するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、遠赤外光の発光が可能な半導体レーザーを実現する
ことができる。
ば、遠赤外光の発光が可能な半導体レーザーを実現する
ことができる。
【図１】この発明の一実施例による半導体レーザーを示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】この発明の一実施例による半導体レーザーのエ
ネルギーバンド図である。
ネルギーバンド図である。
【図３】ＧａＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合における金属−
絶縁体転移によるセルフ・ドープを説明するためのエネ
ルギーバンド図である。
絶縁体転移によるセルフ・ドープを説明するためのエネ
ルギーバンド図である。
【図４】この発明の一実施例による半導体レーザーの動
作原理を説明するためのエネルギーバンド図である。
作原理を説明するためのエネルギーバンド図である。
【図５】この発明の一実施例による半導体レーザーの動
作原理を説明するためのエネルギーバンド図である。
作原理を説明するためのエネルギーバンド図である。
【図６】この発明による半導体レーザーの典型的なエネ
ルギーバンド図である。
ルギーバンド図である。
【図７】この発明による半導体レーザーの他の構造例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図８】従来のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテロ接
合の半導体レーザーのエネルギーバンド図である。
合の半導体レーザーのエネルギーバンド図である。
【図９】従来のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテロ接
合の半導体レーザーの動作原理を説明するためのエネル
ギーバンド図である。
合の半導体レーザーの動作原理を説明するためのエネル
ギーバンド図である。
【図１０】従来のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブルヘテロ
接合の半導体レーザーにおける量子井戸中に形成される
量子準位間の遷移による発光を説明するためのエネルギ
ーバンド図である。
接合の半導体レーザーにおける量子井戸中に形成される
量子準位間の遷移による発光を説明するためのエネルギ
ーバンド図である。
１、１１ ｐ型ＧａＳｂ基板 ２ ｐ型ＡｌＳｂ層 ３、５、１３、１５ ＩｎＡｓ層 ４、１４ ＧａＳｂ層 １２ ｐ型ＡｌＧａＳｂ層
Claims (3)
- 【請求項１】 電子親和力φ1 およびエネルギーギャッ
プＥg1を有する第１の半導体層と、 φ2 ＋Ｅg2＜φ1 ＋Ｅg1の関係式を満足する電子親和力
φ2 およびエネルギーギャップＥg2を有する第２の半導
体層と、 φ3 ＞φ2 ＋Ｅg2の関係式を満足する電子親和力φ3 を
有する第３の半導体層とが順次積層された構造を有し、 上記第３の半導体層側から上記第２の半導体層中に電子
を注入するとともに、上記第１の半導体層側から上記第
２の半導体層中に正孔を注入し、上記電子と上記正孔と
の再結合により発光を起こさせるようにした発光素子。 - 【請求項２】 上記第１の半導体層および上記第３の半
導体層がＩｎＡｓ層であり、上記第２の半導体層がＧａ
Ｓｂ層であることを特徴とする請求項１記載の発光素
子。 - 【請求項３】 上記第２の半導体層の厚さが０．５ｎｍ
〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１または２
記載の発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35679792A JP3146710B2 (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35679792A JP3146710B2 (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196808A true JPH06196808A (ja) | 1994-07-15 |
| JP3146710B2 JP3146710B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=18450823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35679792A Expired - Fee Related JP3146710B2 (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3146710B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998040916A1 (en) * | 1997-03-11 | 1998-09-17 | Isis Innovation Limited | Infrared radiation source |
| JP2001144382A (ja) * | 1999-09-03 | 2001-05-25 | Univ Tohoku | サブバンド間発光素子 |
| US10573782B2 (en) | 2017-12-21 | 2020-02-25 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Infrared light emitting device |
| US20230038745A1 (en) * | 2018-06-06 | 2023-02-09 | Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force | Optimized Heteroepitaxial Growth of Semiconductors |
| US11935973B2 (en) | 2018-02-28 | 2024-03-19 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Infrared detecting device |
-
1992
- 1992-12-22 JP JP35679792A patent/JP3146710B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998040916A1 (en) * | 1997-03-11 | 1998-09-17 | Isis Innovation Limited | Infrared radiation source |
| JP2001144382A (ja) * | 1999-09-03 | 2001-05-25 | Univ Tohoku | サブバンド間発光素子 |
| US10573782B2 (en) | 2017-12-21 | 2020-02-25 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Infrared light emitting device |
| US11935973B2 (en) | 2018-02-28 | 2024-03-19 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Infrared detecting device |
| US20230038745A1 (en) * | 2018-06-06 | 2023-02-09 | Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force | Optimized Heteroepitaxial Growth of Semiconductors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3146710B2 (ja) | 2001-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7473922B2 (en) | Infrared detector | |
| US6753273B2 (en) | Semiconductor devices and methods | |
| US6525335B1 (en) | Light emitting semiconductor devices including wafer bonded heterostructures | |
| JPH03191579A (ja) | オプトエレクトロニクス・デバイス | |
| JPH06112528A (ja) | 半導体発光装置 | |
| JP2002540638A (ja) | 相分離の少ないｉｉｉ族窒化物４元材料系を用いた半導体構造体および加工方法 | |
| US4365260A (en) | Semiconductor light emitting device with quantum well active region of indirect bandgap semiconductor material | |
| JP4837012B2 (ja) | 発光素子 | |
| JP3589301B2 (ja) | 量子層の構造 | |
| US5331656A (en) | Very short wavelength semiconductor laser | |
| EP0215125B1 (en) | Luminescent semiconductor element | |
| JP4288030B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物４元材料系を用いた半導体構造体 | |
| US6324200B1 (en) | Semiconductor laser device | |
| JPH06196808A (ja) | 発光素子 | |
| JP4836382B2 (ja) | 発光素子 | |
| JP2002368342A (ja) | 多重量子井戸半導体素子 | |
| JP2003519930A (ja) | 相分離が抑制されたｉｉｉ族窒化物半導体構造 | |
| GB2137812A (en) | Semiconductor Device for Producing Electromagnetic Radiation | |
| JP2748570B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2710783B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPH0632343B2 (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JP2697589B2 (ja) | 超格子構造体 | |
| JP3044604B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP2848615B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP3255244B2 (ja) | 半導体レーザ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 8 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090112 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 9 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100112 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 9 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100112 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 10 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110112 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120112 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |