JPH07147449A - 多重量子障壁構造，及び可視光半導体レーザダイオード - Google Patents

多重量子障壁構造，及び可視光半導体レーザダイオード

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JPH07147449A
JPH07147449A JP5294861A JP29486193A JPH07147449A JP H07147449 A JPH07147449 A JP H07147449A JP 5294861 A JP5294861 A JP 5294861A JP 29486193 A JP29486193 A JP 29486193A JP H07147449 A JPH07147449 A JP H07147449A
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barrier
superlattice structure
superlattice
layer thickness
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Kaoru Kadoiwa
薫 門岩
Takashi Motoda
▲たかし▼ 元田
Manabu Kato
加藤　　学
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Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 その実効的なポテンシャル障壁の高さが従来
のＭＱＢ構造よりもはるかに高いＭＱＢ構造を得る。 【構成】 同じ層厚の複数の井戸層２１ａと同じ層厚の
複数の障壁層２２ａを交互に積層して構成された第１の
超格子構造体３１と、該第１の超格子体と連続して配置
された、それぞれ、同じ層厚の複数の井戸層２１ｂと同
じ層厚の複数の障壁層２２ｂを交互に積層して構成さ
れ、上記第１の超格子構造体３１によって得られる反射
率が低いエネルギ範囲の電子に対して高い反射率を示す
一又は二以上の他の超格子構造体３２を備えた構造とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、多重量子障壁構造，
及び可視光半導体レーザダイオードに関し、特に、古典
的なポテンシャル障壁の高さに対する実効的なポテンシ
ャル障壁の高さの比率が従来のＭＱＢ構造に比してはる
かに高く、可視光半導体レーザダイオードの活性層とク
ラッド層間に配置される多重量子障壁構造として適用し
た場合に、可視光半導体レーザダイオードの特性向上の
効果を十分に得ることのできる多重量子障壁構造，及び
活性層からクラッド層へのキャリアのオーバーフローが
十分に抑制でき、優れた特性を有する可視光半導体レー
ザダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多重量子障壁（Multi-Quantum Barrier:
以下ＭＱＢともいう）は、超格子の一種であり、超格子
の各界面で反射された電子波が干渉し強め合うことによ
り、この超格子に入射した電子に対して、超格子を構成
する半導体の古典的なポテンシャル障壁よりも大きい仮
想的な障壁を形成するものである。
【０００３】図１５は例えば特開昭６３−４６７８８号
公報に示されている従来のＭＱＢの構造の一例を示す概
略図であり、図１６は図１５に示すＭＱＢの伝導帯の構
造を示す図である。図において、１１０ａは層厚１８．
６８ｎｍ（１８６．８オングストローム）のＡｌＡｓ
層、１１０ｂは層厚２．８３ｎｍ（２８．３オングスト
ローム）のＡｌＡｓ層、１１０ｃは層厚２．２６ｎｍ
（２２．６オングストローム）のＡｌＡｓ層、１１０ｄ
は層厚１．７０ｎｍ（１７．０オングストローム）のＡ
ｌＡｓ層、１１１は層厚５．６５ｎｍ（５６．５オング
ストローム）のＧａＡｓ層である。ＡｌＡｓ層１１０，
及びＧａＡｓ層１１１はそれぞれ量子障壁，及び量子井
戸として機能する。
【０００４】この従来例では、ＡｌＡｓ障壁層１１０と
ＧａＡｓ井戸層１１１を、障壁層１１０の層厚をわずか
に変えながら交互に複数層積層し、電子波干渉効果を利
用して、バルクにおけるＡｌＡｓ層とＧａＡｓ層の古典
的なポテンシャル障壁の高さＵo よりも高いエネルギー
を持った電子１２１に対してもこれを反射する実効的な
ポテンシャル障壁Ｕe を形成している。
【０００５】この従来例で、障壁層１１０の厚みを順に
薄くしているのは、これにより、ステップ状にポテンシ
ャル障壁を高くすることをイメージしているものと考え
られるが、実際は、全ての電子は、層厚の厚い第１層目
の障壁層１１０ａの次の井戸層１１１と障壁層１１０ｂ
との境界でその実効的ポテンシャル障壁を感じて反射さ
れる。
【０００６】図１７は図１５に示すＭＱＢに入射した電
子の反射率を計算した結果を示す図である。図１７から
わかるように、上記従来例ではＭＱＢによって得られる
実効的なポテンシャル障壁の高さＵe は古典的なポテン
シャル障壁の高さＵo のせいぜい１．４倍程度までにと
どまっている。
【０００７】一方、従来の可視光半導体レーザダイオー
ドでは、そのレーザ発振しきい値が高く、また、高温時
の出力特性が劣化することが大きな問題となっている。
図１８はその活性層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上
下クラッド層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐか
らなる可視光半導体レーザダイオードの活性層近傍の伝
導帯の構造を示すバンドダイアグラム図であり、図にお
いて１２５はＧａ0.5Ｉｎ0.5 Ｐ活性層、１２６はｎ型
（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層、１２
７はｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド
層である。
【０００８】上述の問題は、活性層であるＧａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ層とクラッド層である（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ層との伝導帯側の障壁差ΔＥｃが２００ｍｅ
Ｖ以下と小さいため、さらにはｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層のキャリア濃度がせいぜ
い５Ｅ１７cm-3までしか上げられないため、注入したキ
ャリア（電子）の、活性層からｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層へのオーバーフローが大
きくなってしまっていることがその最大の原因である。
【０００９】このようなキャリアのオーバーフローを抑
制する方法として、活性層とクラッド層との間にＭＱＢ
構造を配置することが考えられるが、上述したＭＱＢ構
造では、これによって得られる実効的なポテンシャル障
壁の高さＵe が古典的なポテンシャル障壁の高さＵo の
１．４倍程度であるので、このようなＭＱＢ構造を可視
光レーザダイオード構造に適用しても得られる性能の改
善は極くわずかに過ぎない。
【００１０】図１９は、例えば、電子情報通信学会論文
誌｀91/12 Vol.J74-C-I No.12 pp.527-535に開示され
た、可視光レーザダイオード構造に応用するためのＭＱ
Ｂの構造を示す図である。図において、１３０は（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる障壁層、１３１
は（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる井戸層
である。
【００１１】このＭＱＢにおいては、井戸層と障壁層は
１０組のペアとされ、１つのＭＱＢ構造の中で第１層目
の障壁層の厚みは８０単分子層（monolayers：以下ＭＬ
ｓともいう）に固定され、それ以降の２番目以降の障壁
層，及び井戸層の厚みはそれぞれ１種類のみとなってい
る。第１層目の障壁層の厚みを８０ＭＬｓと厚くしてい
るのは、電子のトンネリングによる漏れを防ぐためであ
る。この論文では、上記２番目以降の障壁層，及び井戸
層の厚みを変えて、それぞれの場合の電子の反射率を計
算している。図２０はその計算結果を示す図である。図
において、各計算結果の左上に｛井戸層，障壁層｝とし
て、井戸層，及び障壁層の厚みをＭＬｓの単位で表示し
ている。図２０に示される計算結果では、井戸層の層厚
を５ＭＬｓとし、障壁層の層厚を４ＭＬｓとしたとき
に、実効的なポテンシャル障壁の高さＵe が古典的なポ
テンシャル障壁の高さＵo の２倍程度まで改善されてい
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来のＭＱＢ構造は以
上のように構成されており、これにより得られる実効的
なポテンシャル障壁の高さが、古典的なポテンシャル障
壁の高さのせいぜい２倍程度であり、例えば、可視光半
導体レーザダイオードにおける、活性層からクラッド層
へのキャリアのオーバーフロー抑制のために、その活性
層とクラッド層間に配置されるＭＱＢ構造としてこのＭ
ＱＢ構造を用いても、可視光半導体レーザダイオードの
特性向上の効果が十分に得られないという問題点があっ
た。
【００１３】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、古典的なポテンシャル障壁の高
さに対する実効的なポテンシャル障壁の高さの比率が従
来のＭＱＢ構造に比してはるかに高く、可視光半導体レ
ーザダイオードの活性層とクラッド層間に配置されるＭ
ＱＢ構造として適用した場合に、可視光半導体レーザダ
イオードの特性向上の効果を十分に得ることのできるＭ
ＱＢ構造を得ること、及び活性層からクラッド層へのキ
ャリアのオーバーフローが十分に抑制でき、優れた特性
を有する可視光半導体レーザダイオードを得ることを目
的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る多重量子
障壁構造は、複数の井戸層と障壁層を交互に積層してな
る超格子構造層を有する多重量子障壁構造において、上
記超格子構造層を、同じ層厚の複数の井戸層と同じ層厚
の複数の障壁層を交互に積層して構成された第１の超格
子構造体と、該第１の超格子構造体と連続して配置され
た、それぞれ、同じ層厚の複数の井戸層と同じ層厚の複
数の障壁層を交互に積層して構成され、上記第１の超格
子構造体によって得られる反射率が低いエネルギ範囲の
電子に対して高い反射率を示す一又は二以上の他の超格
子構造体とからなるものとしたものである。
【００１５】また、この発明に係る多重量子障壁構造
は、上記多重量子障壁構造において、上記他の超格子構
造体を、その井戸層の層厚が上記第１の超格子構造体を
構成する井戸層の層厚と等しく、その障壁層の層厚が上
記第１の超格子構造体を構成する障壁層の層厚と異なる
ものとしたものである。また、この発明に係る多重量子
障壁構造は、上記多重量子障壁構造において、上記第１
の超格子構造体，及び上記他の超格子構造体をいずれ
も、それぞれ４層以上の井戸層及び障壁層を交互に積層
してなるものとしたものである。
【００１６】また、この発明に係る多重量子障壁構造
は、上記多重量子障壁構造において、上記第１の超格子
構造体，及び上記他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び上
記他の超格子構造体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるものである。
【００１７】また、この発明に係る多重量子障壁構造
は、上記多重量子障壁構造において、上記第１の超格子
構造体，及び上記他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び上
記他の超格子構造体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び
上記他の超格子構造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であるものである。
【００１８】また、この発明に係る多重量子障壁構造
は、上記多重量子障壁構造において、上記第１の超格子
構造体，及び上記他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び上
記他の超格子構造体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び
上記他の超格子構造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の
超格子構造体の障壁層の層厚が２ＭＬｓに相当する層厚
（０．５８ｎｍ）であり、上記他の超格子構造体の障壁
層の層厚が４ＭＬｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）で
あるものである。
【００１９】また、この発明に係る多重量子障壁構造
は、上記多重量子障壁構造において、上記第１の超格子
構造体，及び上記他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び上
記他の超格子構造体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び
上記他の超格子構造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の
超格子構造体の障壁層の層厚が３ＭＬｓに相当する層厚
（０．８６ｎｍ）であり、上記他の超格子構造体の障壁
層の層厚が５ＭＬｓに相当する層厚（１．４４ｎｍ）で
あるものである。
【００２０】また、この発明に係る多重量子障壁構造
は、上記多重量子障壁構造において、上記第１の超格子
構造体，及び上記他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び上
記他の超格子構造体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び
上記他の超格子構造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の
超格子構造体の障壁層の層厚が２ＭＬｓに相当する層厚
（０．５８ｎｍ）であり、上記他の超格子構造体のうち
の第１の他の超格子構造体の障壁層の層厚が４ＭＬｓに
相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、上記他の超格子
構造体のうちの第２の他の超格子構造体の障壁層の層厚
が６ＭＬｓに相当する層厚（１．７３ｎｍ）であるもの
である。
【００２１】また、この発明に係る多重量子障壁構造
は、上記多重量子障壁構造において、上記第１の超格子
構造体，及び上記他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び上
記他の超格子構造体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格子構造体，及び
上記他の超格子構造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の
超格子構造体の障壁層の層厚が３ＭＬｓに相当する層厚
（０．８６ｎｍ）であり、上記他の超格子構造体のうち
の第１の他の超格子構造体の障壁層の層厚が４ＭＬｓに
相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、上記他の超格子
構造体のうちの第２の他の超格子構造体の障壁層の層厚
が５ＭＬｓに相当する層厚（１．４４ｎｍ）であるもの
である。また、この発明に係る可視光半導体レーザダイ
オードは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層とＡｌ
ＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層との間に、上
記多重量子障壁構造を備えたものである。
【００２２】
【作用】この発明においては、複数の井戸層と障壁層を
交互に積層してなる超格子構造層を有する多重量子障壁
構造において、上記超格子構造層を、同じ層厚の複数の
井戸層と同じ層厚の複数の障壁層を交互に積層して構成
された第１の超格子構造体と、該第１の超格子構造体と
連続して配置された、それぞれ、同じ層厚の複数の井戸
層と同じ層厚の複数の障壁層を交互に積層して構成さ
れ、上記第１の超格子構造体によって得られる反射率が
低いエネルギ範囲の電子に対して高い反射率を示す一又
は二以上の他の超格子構造体とからなるものとしたか
ら、一方の超格子構造体の反射率が低い部分を他方の超
格子構造体が補う形となり、高いエネルギまで高い反射
率を有するＭＱＢ構造を実現できる。
【００２３】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記他の超格子構造体を、その井戸
層の層厚が上記第１の超格子構造体を構成する井戸層の
層厚と等しく、その障壁層の層厚が上記第１の超格子構
造体を構成する障壁層の層厚と異なるものとしたから、
上記第１の超格子構造体の電子に対する反射率が高いエ
ネルギ範囲と上記他の超格子構造体の電子に対する反射
率が高いエネルギ範囲が大きく異なり、一方の超格子構
造体の反射率が低い部分を他方の超格子構造体が補う関
係を実現し易く、高いエネルギまで高い反射率を有する
ＭＱＢ構造を容易に実現できる。
【００２４】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体をいずれも、それぞれ４層以上の井戸
層及び障壁層を交互に積層してなるものとしたから、超
格子構造体に入射した電子がその周期構造を十分感じる
ことができ、電子を確実に反射できるＭＱＢ構造を実現
できる。
【００２５】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なるものとしたから、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる活性
層及び（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるク
ラッド層を備えた可視光半導体レーザダイオードへの適
用に適したＭＱＢ構造を実現できる。
【００２６】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であるものとしたから、井戸層の厚み
をこれと異なる厚みとした場合よりも、実効的なポテン
シャル障壁高さを容易に高くすることができる。
【００２７】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の超格子構造体の障
壁層の層厚が２ＭＬｓに相当する層厚（０．５８ｎｍ）
であり、上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が４ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であるものとしたか
ら、古典的なポテンシャル障壁高さの８倍の実効的なポ
テンシャル障壁高さをもつＭＱＢ構造を実現できる。
【００２８】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の超格子構造体の障
壁層の層厚が３ＭＬｓに相当する層厚（０．８６ｎｍ）
であり、上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が５ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．４４ｎｍ）であるものとしたか
ら、古典的なポテンシャル障壁高さの６倍の実効的なポ
テンシャル障壁高さをもつＭＱＢ構造を実現できる。
【００２９】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の超格子構造体の障
壁層の層厚が２ＭＬｓに相当する層厚（０．５８ｎｍ）
であり、第１の上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が
４ＭＬｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、第２
の上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が６ＭＬｓに相
当する層厚（１．７３ｎｍ）であるものとしたから、古
典的なポテンシャル障壁高さの８．５倍の実効的なポテ
ンシャル障壁高さをもつＭＱＢ構造を実現できる。
【００３０】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の超格子構造体の障
壁層の層厚が３ＭＬｓに相当する層厚（０．８６ｎｍ）
であり、第１の上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が
４ＭＬｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、第２
の上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が５ＭＬｓに相
当する層厚（１．４４ｎｍ）であるものとしたから、古
典的なポテンシャル障壁高さの１０倍の実効的なポテン
シャル障壁高さをもつＭＱＢ構造を実現できる。
【００３１】また、この発明においては、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系材料からなる活性層と該活性層を挟んで配置される
ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型及びｎ型クラッド層
とを有する可視光半導体レーザダイオードの、活性層と
ｐ型クラッド層との間に、上記多重量子障壁構造を備え
た構成としたから、レーザ発振しきい値が低く、高温時
の出力特性の良い可視光半導体レーザダイオードを実現
できる。
【００３２】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１(a) はこの発明による多重量子障壁（ＭＱＢ）
構造を適用した、可視光半導体レーザダイオードの共振
器長方向に対し垂直な断面の構造を示す図であり、図１
(b) はその活性層近傍領域を示す図である。図におい
て、１はｎ型ＧａＡｓ基板である。ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ
0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下クラッド層２は基板１上に配置
され、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層３は下クラッド層２上
に配置され、ＭＱＢ構造１０は活性層３上に配置され
る。ＭＱＢ構造１０は、図１(b) に示すように、Ｇａ0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１と（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ障壁層２２とを複数層交互に積層してなる超格
子構造体１２と、該超格子構造体１２と活性層３との間
に配置され、電子が超格子構造体１２を共鳴トンネリン
グによって通過することを防止する第１の障壁層（以下
トンネル防止層ともいう）１１とを含む。ｐ型（Ａｌ0.
7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上クラッド層４はＭＱＢ構
造１０上に配置される。上クラッド層４はその中央部分
に共振器長方向に延びるストライプ状のメサ部９を有す
る形状に成形されている。ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
５はメサ部９の両脇の上クラッド層４上に、メサ部９を
埋め込むように配置される。ｐ型ＧａＡｓキャップ層６
は上クラッド層４のメサ部９上，及び電流ブロック層５
上に配置される。また、ｎ側電極７は基板１裏面に、ｐ
側電極８はキャップ層６上にそれぞれ配置される。
【００３３】量子井戸と量子障壁を周期的に配置した構
造においては、この構造中に入射した電子のうち、その
エネルギーが古典的なポテンシャル障壁の高さＵo より
も大きなエネルギーを持った電子はこれを通過するとと
もにある割合で反射も生じるため、電子波は各障壁の境
界で反射され反射波との間で干渉し合う。
【００３４】単純化した計算では障壁の前の境界では電
子波の位相には変化がないが、後ろの境界では位相がπ
だけずれるため、干渉する反射波の位相差がπの奇数倍
になるように、各層の有効質量やポテンシャル障壁Ｕo
を考慮し、井戸層及び障壁層の厚さを設定することによ
り、入射電子に対して大きな反射率を得ることができ
る。
【００３５】上記条件を満たす多重量子障壁（ＭＱＢ）
構造を用いることで、古典的なポテンシャル障壁の高さ
Ｕo よりも大きなエネルギーを持ったキャリア（電子）
に対しても閉じ込め効果を得ることが可能となる。従っ
て、可視光半導体レーザダイオードでは、ＭＱＢ構造を
活性層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層との間に配置す
ることにより、ＭＱＢ構造を設けないものに比して、活
性層に注入された電子のｐ型クラッド層へのオーバーフ
ローを抑制することができ、これにより、ｐ型クラッド
層のキャリア濃度を高くすることができなくても、しき
い値電流が低く、温度特性の良い可視光半導体レーザダ
イオードを実現できる。
【００３６】ここで、可視光半導体レーザダイオードの
しきい値電流の低減，温度特性の向上の度合いは、ＭＱ
Ｂ構造によって得られる実効的なポテンシャル障壁の高
さが高いほど大きくなるので、ＭＱＢ構造は実効的なポ
テンシャル障壁の高さができるだけ高くなるような設計
とすることが重要である。本願発明者は、Ｇａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ井戸層と（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障
壁層から構成されるＭＱＢ構造について、例えば、R. T
su and L. Esaki,Appl. Phys. Lett., 22(1973) pp.562
-564 に示される、エサキ，及びツの手法を用いて、そ
の電子の反射率を計算した。
【００３７】反射率の計算を行なったＭＱＢ構造は、８
０ＭＬｓの（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第１障
壁層（トンネル防止層）と、該トンネル防止層の電子入
射側とは反対側の面に接して配置された、全て同じ厚み
の複数のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層と全て同じ厚みの複
数の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互
に積層してなる超格子構造層とを備えたものであり、こ
の構造の、障壁層と井戸層の厚みをそれぞれ独立に０．
５８ｎｍ（＝２ＭＬｓ）から３．３６ｎｍ（＝１２ＭＬ
ｓ）まで変化させた場合の反射率を計算した。
【００３８】この計算結果から、以下の傾向を把握する
ことができた。 超格子構造層を構成する障壁層，井戸層がともに２
〜３ＭＬｓ付近の厚みであるときは、多重量子井戸の構
成に伴い各井戸内に形成されるミニバンドからの共鳴ト
ンネリングによって、ＭＱＢ構造によるポテンシャル障
壁増大の効果が現われていない。 ＭＱＢ構造の電子に対する反射率の高いエネルギ範
囲は、井戸層の厚みを変えることよりも、障壁層の厚み
を変えることによって、大きく変動する。 井戸層の厚みを一定とした場合、障壁層の厚みが薄
い場合は低エネルギー側でのトンネリングは有るが古典
的なポテンシャル障壁の高さＵo の４倍近いところでも
反射率がほぼ１００％を保持しており、一方、障壁層の
厚みが厚い場合には低エネルギー側でのトンネリングが
抑制されている。 井戸層の厚みについては、これが４ＭＬｓに相当す
る厚みであるときが、他の厚みであるときよりも、実効
的なポテンシャル障壁の高さを最も増大させる傾向がみ
られる。
【００３９】図２〜図６は上述のＭＱＢ構造において、
井戸層の層厚を４ＭＬｓに相当する厚みに固定し、障壁
層の層厚をそれぞれ、２ＭＬｓ，３ＭＬｓ，４ＭＬｓ，
５ＭＬｓ，及び６ＭＬｓに相当する厚みとした場合の電
子の反射率の計算結果を示す図である。
【００４０】これらの計算結果を検討するに、まず、障
壁層の層厚を０．５８ｎｍ（＝２ＭＬｓ）とした場合
は、電子エネルギが１〜２（×Ｕo ）の間の領域では電
子のトンネリングが生じているが、電子エネルギが２〜
６（×Ｕo ）の間の領域では電子の反射率はほぼ１００
％を保持している。
【００４１】また、障壁層の層厚を０．８６ｎｍ（＝３
ＭＬｓ）とした場合は、電子エネルギが１〜２（×Ｕo
）の間の領域では電子のトンネリングが生じている
が、電子エネルギが２〜４（×Ｕo ）の間の領域では電
子の反射率はほぼ１００％を保持しており、また電子エ
ネルギが４〜７（×Ｕo ）の間の領域では電子のトンネ
リングが生じているが、電子エネルギが７（×Ｕo ）以
上の領域では再び電子の反射率がほぼ１００％を保持し
ている。
【００４２】また、障壁層の層厚を１．１５ｎｍ（＝４
ＭＬｓ）とした場合は、電子エネルギが３（×Ｕo ）ま
での領域では電子の反射率はほぼ１００％を保持してお
り、電子エネルギが３〜５（×Ｕo ）の間の領域では電
子のトンネリングが生じているが、電子エネルギが５〜
８（×Ｕo ）の間の領域では再び電子の反射率がほぼ１
００％を保持している。
【００４３】また、障壁層の層厚を１．４４ｎｍ（＝５
ＭＬｓ）とした場合は、電子エネルギが２．５（×Ｕo
）程度までの領域では電子の反射率はほぼ１００％を
保持しており、電子エネルギが２．５〜４（×Ｕo ）の
間の領域では電子のトンネリングが生じているが、電子
エネルギが４〜６（×Ｕo ）の間の領域では再び電子の
反射率がほぼ１００％を保持しており、また、電子エネ
ルギが６〜８．５（×Ｕo ）の間の領域では電子のトン
ネリングが生じているが、電子エネルギが８．５（×Ｕ
o ）以上の領域ではさらに再び電子の反射率がほぼ１０
０％を保持している。
【００４４】また、障壁層の層厚を１．７３ｎｍ（＝６
ＭＬｓ）とした場合は、電子エネルギが２（×Ｕo ）ま
での領域では電子の反射率はほぼ１００％を保持してお
り、電子エネルギが２〜３（×Ｕo ）の間の領域では電
子のトンネリングが生じているが、電子エネルギが３〜
４．５（×Ｕo ）の間の領域では再び電子の反射率がほ
ぼ１００％を保持しており、また、電子エネルギが４．
５〜６．５（×Ｕo ）の間の領域では電子のトンネリン
グが生じているが、電子エネルギが６．５〜８．５（×
Ｕo ）の間の領域ではさらに再び電子の反射率がほぼ１
００％を保持している。
【００４５】ここで、例えば、障壁層の層厚が０．５８
ｎｍ（＝２ＭＬｓ）であるＭＱＢ構造（以下、ＭＱＢ構
造Ａという）と障壁層の層厚が１．１５ｎｍ（＝４ＭＬ
ｓ）であるＭＱＢ構造（以下、ＭＱＢ構造Ｂという）を
連続して配置すると、ＭＱＢ構造Ａにおいて電子のトン
ネリングが生じている１〜２（×Ｕo ）の間の領域のＭ
ＱＢ構造Ｂの電子の反射率は１００％であり、また、Ｍ
ＱＢ構造Ｂにおいて電子のトンネリングが生じている３
〜５（×Ｕo ）の間の領域のＭＱＢ構造Ａの電子の反射
率は１００％であり、それぞれ、一方のＭＱＢ構造の反
射率が低い部分を他方のＭＱＢ構造が補う形となり、全
体としてみると、８（×Ｕo ）までの領域の電子の反射
率をほぼ１００％に保持できることとなる。
【００４６】このように、全て同じ厚みの複数の井戸層
と全て同じ厚みの複数の障壁層を交互に積層してなる超
格子構造体を１単位とし、ある超格子構造体と、この超
格子構造体の反射率が低いエネルギ範囲において高い反
射率を示す他の１又は２以上の超格子構造体とを組合せ
ることによって、高いエネルギまで高い反射率を有する
ＭＱＢ構造を構成するというのが本発明の基本概念であ
る。以下、具体的な実施例について説明する。
【００４７】実施例１．図７は図１の可視光半導体レー
ザダイオードに用いるＭＱＢ構造１０の第１の実施例を
示す図であり、図７(a) はその構造を示す模式図、図７
(b) はその伝導帯のバンド構造を示すバンドダイアグラ
ム図である。本第１の実施例では、８０ＭＬｓに相当す
る層厚の第１の障壁層（トンネル防止層）１１に接して
配置される超格子構造層１２は、４ＭＬｓに相当する層
厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ａと２ＭＬｓに相当
する層厚（０．５８ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層２２ａを複数層交互に積層してなる第
１の超格子構造体３１と、４ＭＬｓに相当する層厚のＧ
ａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｂと４ＭＬｓに相当する層
厚（１．１５ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.
5 Ｐ障壁層２２ｂを複数層交互に積層してなる第２の超
格子構造体３２とを組み合わせた構造を有する。各超格
子構造体は井戸層と障壁層をそれぞれ４層以上積層して
構成されている。
【００４８】図８は図７のＭＱＢ構造を用いた場合の電
子の反射率のエネルギー依存性の計算結果を示す図であ
り、図に示すように、本第１の実施例による実効的なポ
テンシャル障壁の高さＵe は、古典的なポテンシャル障
壁の高さＵo の８倍にまで達する。
【００４９】このように、本第１の実施例によれば、古
典的なポテンシャル障壁の高さに対する実効的なポテン
シャル障壁の高さの比率が従来のＭＱＢ構造に比しては
るかに高いＭＱＢ構造を得ることができるので、本第１
の実施例によるＭＱＢ構造１０を、ＡｌＧａＩｎＰ系材
料からなる可視光半導体レーザダイオードの活性層３と
ｐ型クラッド層との間に配置されるＭＱＢ構造として用
いれば、活性層からクラッド層へのキャリアのオーバー
フローが十分に抑制され、レーザ発振のしきい値が低
く、高温時の出力特性の良い可視光半導体レーザダイオ
ードを作製できる。
【００５０】実施例２．図９は図１の可視光半導体レー
ザダイオードに用いるＭＱＢ構造１０の第２の実施例を
示す図であり、図９(a) はその構造を示す模式図、図９
(b) はその伝導帯のバンド構造を示すバンドダイアグラ
ム図である。本第２の実施例では、８０ＭＬｓに相当す
る層厚の第１の障壁層（トンネル防止層）１１に接して
配置される超格子構造層１２は、４ＭＬｓに相当する層
厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｃと３ＭＬｓに相当
する層厚（０．８６ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層２２ｃを複数層交互に積層してなる第
１の超格子構造体３３と、４ＭＬｓに相当する層厚のＧ
ａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｄと５ＭＬｓに相当する層
厚（１．４４ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.
5 Ｐ障壁層２２ｄを複数層交互に積層してなる第３の超
格子構造体３４とを組み合わせた構造を有する。各超格
子構造体は井戸層と障壁層をそれぞれ４層以上積層して
構成されている。
【００５１】図１０は図９のＭＱＢ構造を用いた場合の
電子の反射率のエネルギー依存性の計算結果を示す図で
あり、図に示すように、本第２の実施例による実効的な
ポテンシャル障壁の高さＵe は、古典的なポテンシャル
障壁の高さＵo の６倍にまで達する。
【００５２】このように、本第２の実施例によっても、
古典的なポテンシャル障壁の高さに対する実効的なポテ
ンシャル障壁の高さの比率が従来のＭＱＢ構造に比して
はるかに高いＭＱＢ構造を得ることができるので、本第
２の実施例によるＭＱＢ構造１０を、ＡｌＧａＩｎＰ系
材料からなる可視光半導体レーザダイオードの活性層３
とｐ型クラッド層との間に配置されるＭＱＢ構造として
用いれば、活性層からクラッド層へのキャリアのオーバ
ーフローが十分に抑制され、レーザ発振のしきい値が低
く、高温時の出力特性の良い可視光半導体レーザダイオ
ードを作製できる。
【００５３】実施例３．図１１は図１の可視光半導体レ
ーザダイオードに用いるＭＱＢ構造１０の第３の実施例
を示す図であり、図１１(a) はその構造を示す模式図、
図１１(b) はその伝導帯のバンド構造を示すバンドダイ
アグラム図である。本第３の実施例では、８０ＭＬｓに
相当する層厚の第１の障壁層（トンネル防止層）１１に
接して配置される超格子構造層１２は、４ＭＬｓに相当
する層厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｅと２ＭＬｓ
に相当する層厚（０．５８ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層２２ｅを複数層交互に積層し
てなる第１の超格子構造体３５と、４ＭＬｓに相当する
層厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｆと４ＭＬｓに相
当する層厚（１．１５ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層２２ｆを複数層交互に積層してなる
第２の超格子構造体３６と、４ＭＬｓに相当する層厚の
Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｇと６ＭＬｓに相当する
層厚（１．７３ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ障壁層２２ｇを複数層交互に積層してなる第３の
超格子構造体３７とを組み合わせた構造を有する。各超
格子構造体は井戸層と障壁層をそれぞれ４層以上積層し
て構成されている。
【００５４】図１２は図１１のＭＱＢ構造を用いた場合
の電子の反射率のエネルギー依存性の計算結果を示す図
であり、図に示すように、本第３の実施例による実効的
なポテンシャル障壁の高さＵe は、古典的なポテンシャ
ル障壁の高さＵo の８．５倍にまで達する。
【００５５】このように、本第３の実施例によっても、
古典的なポテンシャル障壁の高さに対する実効的なポテ
ンシャル障壁の高さの比率が従来のＭＱＢ構造に比して
はるかに高いＭＱＢ構造を得ることができるので、本第
３の実施例によるＭＱＢ構造１０を、ＡｌＧａＩｎＰ系
材料からなる可視光半導体レーザダイオードの活性層３
とｐ型クラッド層との間に配置されるＭＱＢ構造として
用いれば、活性層からクラッド層へのキャリアのオーバ
ーフローが十分に抑制され、レーザ発振のしきい値が低
く、高温時の出力特性の良い可視光半導体レーザダイオ
ードを作製できる。
【００５６】実施例４．図１３は図１の可視光半導体レ
ーザダイオードに用いるＭＱＢ構造１０の第４の実施例
を示す図であり、図１３(a) はその構造を示す模式図、
図１３(b) はその伝導帯のバンド構造を示すバンドダイ
アグラム図である。本第４の実施例では、８０ＭＬｓに
相当する層厚の第１の障壁層（トンネル防止層）１１に
接して配置される超格子構造層１２は、４ＭＬｓに相当
する層厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｈと３ＭＬｓ
に相当する層厚（０．８６ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層２２ｈを複数層交互に積層し
てなる第１の超格子構造体３８と、４ＭＬｓに相当する
層厚のＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｉと４ＭＬｓに相
当する層厚（１．１５ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層２２ｉを複数層交互に積層してなる
第２の超格子構造体３９と、４ＭＬｓに相当する層厚の
Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層２１ｊと５ＭＬｓに相当する
層厚（１．４４ｎｍ）の（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ障壁層２２ｊを複数層交互に積層してなる第３の
超格子構造体４０とを組み合わせた構造を有する。各超
格子構造体は井戸層と障壁層をそれぞれ４層以上積層し
て構成されている。
【００５７】図１４は図１３のＭＱＢ構造を用いた場合
の電子の反射率のエネルギー依存性の計算結果を示す図
であり、図に示すように、本第４の実施例による実効的
なポテンシャル障壁の高さＵe は、古典的なポテンシャ
ル障壁の高さＵo の１０倍にまで達する。
【００５８】このように、本第４の実施例によっても、
古典的なポテンシャル障壁の高さに対する実効的なポテ
ンシャル障壁の高さの比率が従来のＭＱＢ構造に比して
はるかに高いＭＱＢ構造を得ることができるので、本第
４の実施例によるＭＱＢ構造１０を、ＡｌＧａＩｎＰ系
材料からなる可視光半導体レーザダイオードの活性層３
とｐ型クラッド層との間に配置されるＭＱＢ構造として
用いれば、活性層からクラッド層へのキャリアのオーバ
ーフローが十分に抑制され、レーザ発振のしきい値が低
く、高温時の出力特性の良い可視光半導体レーザダイオ
ードを作製できる。
【００５９】なお、上記第１，第２の実施例において、
第１の超格子構造体，第２の超格子構造体の配置の順序
は、第２の超格子構造体を活性層３に近接した側に配置
するようにしても電子に対する閉じ込め効果は同じであ
るが、活性層で発生した光の閉じ込め効果は、障壁層が
薄い方の超格子構造体を活性層に近い側に配置した方が
大きい。
【００６０】また、上記第３，第４の実施例において、
第１の超格子構造体と第３の超格子構造体の配置を入れ
替えても電子に対する閉じ込め効果は同じであるが、活
性層で発生した光の閉じ込め効果は、障壁層が薄い方の
超格子構造体を活性層に近い側に配置した方が大きい。
【００６１】また、本発明のＭＱＢ構造を構成する超格
子構造体の組合せは、一の超格子構造体の反射率が低い
部分を他の超格子構造体が補う形となり、高いエネルギ
まで高い反射率が得られるような組合せであればよく、
上述の４つの具体的な実施例に示す組合せに限られるも
のではないことは言うまでもない。
【００６２】また、上記各実施例では、井戸層の厚みが
４ＭＬｓに相当する厚みであるときが、他の厚みである
ときよりも、実効的なポテンシャル障壁の高さを最も増
大させる傾向がみられるため、すべての超格子構造体の
井戸層の層厚を４ＭＬｓに相当する層厚としているが、
井戸層の厚みが４ＭＬｓに相当する厚み以外の厚みであ
っても、組み合わせる超格子構造体を適切に選択するこ
とによって、従来よりもはるかに高い実効的なポテンシ
ャル障壁を有するＭＱＢ構造を実現することが可能であ
る。
【００６３】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
の井戸層と障壁層を交互に積層してなる超格子構造層を
有する多重量子障壁構造において、上記超格子構造層
を、同じ層厚の複数の井戸層と同じ層厚の複数の障壁層
を交互に積層して構成された第１の超格子構造体と、該
第１の超格子体と連続して配置された、それぞれ、同じ
層厚の複数の井戸層と同じ層厚の複数の障壁層を交互に
積層して構成され、上記第１の超格子構造体によって得
られる反射率が低いエネルギ範囲の電子に対して高い反
射率を示す一又は二以上の他の超格子構造体とからなる
ものとしたから、一の超格子構造体の反射率が低い部分
を他の超格子構造体が補う形となり、高いエネルギまで
高い反射率を有するＭＱＢ構造を実現できる効果があ
る。
【００６４】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記他の超格子構造体を、その井戸
層の層厚が上記第１の超格子構造体を構成する井戸層の
層厚と等しく、その障壁層の層厚が上記第１の超格子構
造体を構成する障壁層の層厚と異なるものとしたから、
上記第１の超格子構造体の電子に対する反射率が高いエ
ネルギ範囲と上記他の超格子構造体の電子に対する反射
率が高いエネルギ範囲が大きく異なり、一方の超格子構
造体の反射率が低い部分を他方の超格子構造体が補う関
係を実現し易く、高いエネルギまで高い反射率を有する
ＭＱＢ構造を容易に実現できる効果がある。
【００６５】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体をいずれも、それぞれ４層以上の井戸
層及び障壁層を交互に積層してなるものとしたから、超
格子構造体に入射した電子がその周期構造を十分感じる
ことができ、電子を確実に反射できるＭＱＢ構造を実現
できる効果がある。
【００６６】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なるものとしたから、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる活性
層及び（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなるク
ラッド層を備えた可視光半導体レーザダイオードへの適
用に適したＭＱＢ構造を実現できる効果がある。
【００６７】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であるものとしたから、井戸層の厚み
をこれと異なる厚みとした場合よりも、実効的なポテン
シャル障壁高さを容易に高くすることができる効果があ
る。
【００６８】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の超格子構造体の障
壁層の層厚が２ＭＬｓに相当する層厚（０．５８ｎｍ）
であり、上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が４ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であるものとしたか
ら、古典的なポテンシャル障壁高さの８倍の実効的なポ
テンシャル障壁高さをもつＭＱＢ構造を実現できる効果
がある。
【００６９】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の超格子構造体の障
壁層の層厚が３ＭＬｓに相当する層厚（０．８６ｎｍ）
であり、上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が５ＭＬ
ｓに相当する層厚（１．４４ｎｍ）であるものとしたか
ら、古典的なポテンシャル障壁高さの６倍の実効的なポ
テンシャル障壁高さをもつＭＱＢ構造を実現できる効果
がある。
【００７０】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の超格子構造体の障
壁層の層厚が２ＭＬｓに相当する層厚（０．５８ｎｍ）
であり、第１の上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が
４ＭＬｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、第２
の上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が６ＭＬｓに相
当する層厚（１．７３ｎｍ）層であるものとしたから、
古典的なポテンシャル障壁高さの８．５倍の実効的なポ
テンシャル障壁高さをもつＭＱＢ構造を実現できる効果
がある。
【００７１】また、この発明においては、上記多重量子
障壁構造において、上記第１の超格子構造体，及び上記
他の超格子構造体の井戸層がＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからな
り、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造
体の障壁層が（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐから
なり、上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構
造体の井戸層の層厚がいずれも４ＭＬｓに相当する層厚
（１．１５ｎｍ）であり、上記第１の超格子構造体の障
壁層の層厚が３ＭＬｓに相当する層厚（０．８６ｎｍ）
であり、第１の上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が
４ＭＬｓに相当する層厚（１．１５ｎｍ）であり、第２
の上記他の超格子構造体の障壁層の層厚が５ＭＬｓに相
当する層厚（１．４４ｎｍ）層であるものとしたから、
古典的なポテンシャル障壁高さの１０倍の実効的なポテ
ンシャル障壁高さをもつＭＱＢ構造を実現できる効果が
ある。
【００７２】また、この発明においては、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系材料からなる活性層と該活性層を挟んで配置される
ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型及びｎ型クラッド層
とを有する可視光半導体レーザダイオードの、活性層と
ｐ型クラッド層との間に、上記多重量子障壁構造を備え
た構成としたから、レーザ発振しきい値が低く、高温時
の出力特性の良い可視光半導体レーザダイオードを実現
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるＭＱＢ構造を適用した可視光半
導体レーザダイオードの構造を示す断面図である。
【図２】４ＭＬｓに相当する厚みのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
井戸層と２ＭＬｓに相当する厚みの（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に４周期以上積層して
構成した超格子構造体の電子に対する反射率の計算結果
を示す図である。
【図３】４ＭＬｓに相当する厚みのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
井戸層と３ＭＬｓに相当する厚みの（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に４周期以上積層して
構成した超格子構造体の電子に対する反射率の計算結果
を示す図である。
【図４】４ＭＬｓに相当する厚みのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
井戸層と４ＭＬｓに相当する厚みの（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に４周期以上積層して
構成した超格子構造体の電子に対する反射率の計算結果
を示す図である。
【図５】４ＭＬｓに相当する厚みのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
井戸層と５ＭＬｓに相当する厚みの（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に４周期以上積層して
構成した超格子構造体の電子に対する反射率の計算結果
を示す図である。
【図６】４ＭＬｓに相当する厚みのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
井戸層と６ＭＬｓに相当する厚みの（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層を交互に４周期以上積層して
構成した超格子構造体の電子に対する反射率の計算結果
を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例によるＭＱＢ構造の構成
及びその伝導帯の構造を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施例によるＭＱＢ構造の電子
に対する反射率の計算結果を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例によるＭＱＢ構造の構成
及びその伝導帯の構造を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施例によるＭＱＢ構造の電
子に対する反射率の計算結果を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施例によるＭＱＢ構造の構
成及びその伝導帯の構造を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施例によるＭＱＢ構造の電
子に対する反射率の計算結果を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施例によるＭＱＢ構造の構
成及びその伝導帯の構造を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施例によるＭＱＢ構造の電
子に対する反射率の計算結果を示す図である。
【図１５】公開特許公報昭６３−４６７８８に示された
従来のＭＱＢ構造を示す概略図である。
【図１６】図１５のＭＱＢ構造の伝導帯の構造を示すバ
ンドダイアグラム図である。
【図１７】図１５のＭＱＢ構造の電子に対する反射率の
計算結果を示す図である。
【図１８】Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層と（Ａｌ0.7 Ｇａ
0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層とを備えた可視光半導
体レーザダイオードの活性層近傍の伝導帯の構造を示す
バンドダイアグラム図である。
【図１９】電子情報通信学会論文誌｀91/12 Vol.J74-C-
I No.12 pp.527-535中で可視光レーザダイオード構造に
応用するためのＭＱＢ構造として示されたＭＱＢ構造を
示す図である。
【図２０】図１９に示すＭＱＢ構造の電子に対する反射
率の計算結果を示す図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッ
ド層 ３ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層 ４ ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッ
ド層 ５ ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層 ６ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ７ ｎ側電極 ８ ｐ側電極 １０ 多重量子障壁構造 １１ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ第１障壁層 １２ 超格子構造層 ２１ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ井戸層 ２２ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ障壁層 ３１ 第１の超格子構造体 ３２ 第２の超格子構造体 ３３ 第１の超格子構造体 ３４ 第２の超格子構造体 ３５ 第１の超格子構造体 ３６ 第２の超格子構造体 ３７ 第３の超格子構造体 ３８ 第１の超格子構造体 ３９ 第２の超格子構造体 ４０ 第３の超格子構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 学 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス開発研究 所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の井戸層と障壁層を交互に積層して
    なる超格子構造層を有する多重量子障壁構造において、 上記超格子構造層は、 同じ層厚の複数の井戸層と同じ層厚の複数の障壁層を交
    互に積層して構成された第１の超格子構造体と、 該第１の超格子構造体と連続して配置された、それぞ
    れ、同じ層厚の複数の井戸層と同じ層厚の複数の障壁層
    を交互に積層して構成され、上記第１の超格子構造体に
    よって得られる反射率が低いエネルギ範囲の電子に対し
    て高い反射率を示す一又は二以上の他の超格子構造体と
    を備えたものであることを特徴とする多重量子障壁構
    造。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の多重量子障壁構造にお
    いて、 上記他の超格子構造体は、その井戸層の層厚が上記第１
    の超格子構造体を構成する井戸層の層厚と等しく、その
    障壁層の層厚が上記第１の超格子構造体を構成する障壁
    層の層厚と異なるものであることを特徴とする多重量子
    障壁構造。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の多重量子障壁構造にお
    いて、 上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造体は
    いずれも、それぞれ４層以上の井戸層及び障壁層を交互
    に積層してなるものであることを特徴とする多重量子障
    壁構造。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の多重量子障壁構造にお
    いて、 上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造体の
    井戸層はＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなり、上記第１の超格
    子構造体，及び上記他の超格子構造体の障壁層は（Ａｌ
    0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなることを特徴とす
    る多重量子障壁構造。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の多重量子障壁構造にお
    いて、 上記第１の超格子構造体，及び上記他の超格子構造体の
    井戸層の層厚がいずれも４単分子層に相当する層厚であ
    ることを特徴とする多重量子障壁構造。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の多重量子障壁構造にお
    いて、 上記第１の超格子構造体の障壁層の層厚は２単分子層に
    相当する層厚であり、上記他の超格子構造体の障壁層の
    層厚は４単分子層に相当する層厚であることを特徴とす
    る多重量子障壁構造。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の多重量子障壁構造にお
    いて、 上記第１の超格子構造体の障壁層の層厚は３単分子層に
    相当する層厚であり、上記他の超格子構造体の障壁層の
    層厚は５単分子層に相当する層厚であることを特徴とす
    る多重量子障壁構造。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載の多重量子障壁構造にお
    いて、 上記第１の超格子構造体の障壁層の層厚は２単分子層に
    相当する層厚であり、上記他の超格子構造体のうちの第
    １の他の超格子構造体の障壁層の層厚は４単分子層に相
    当する層厚であり、上記他の超格子構造体のうちの第２
    の他の超格子構造体の障壁層の層厚は６単分子層に相当
    する層厚であることを特徴とする多重量子障壁構造。
  9. 【請求項９】 請求項５に記載の多重量子障壁構造にお
    いて、 上記第１の超格子構造体の障壁層の層厚は３単分子層に
    相当する層厚であり、上記他の超格子構造体のうちの第
    １の他の超格子構造体の障壁層の層厚は４単分子層に相
    当する層厚であり、上記他の超格子構造体のうちの第２
    の他の超格子構造体の障壁層の層厚は５単分子層に相当
    する層厚であることを特徴とする多重量子障壁構造。
  10. 【請求項１０】 ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層
    と該活性層を挟んで配置されるＡｌＧａＩｎＰ系材料か
    らなるｐ型及びｎ型クラッド層とを有する可視光半導体
    レーザダイオードにおいて、 上記活性層とｐ型クラッド層との間に、請求項１ないし
    ９のいずれかに記載された多重量子障壁構造を備えたこ
    とを特徴とする可視光半導体レーザダイオード。
JP5294861A 1993-11-25 1993-11-25 多重量子障壁構造，及び可視光半導体レーザダイオード Pending JPH07147449A (ja)

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