JPH08264825A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子Info
- Publication number
- JPH08264825A JPH08264825A JP9577495A JP9577495A JPH08264825A JP H08264825 A JPH08264825 A JP H08264825A JP 9577495 A JP9577495 A JP 9577495A JP 9577495 A JP9577495 A JP 9577495A JP H08264825 A JPH08264825 A JP H08264825A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quantum dots
- layer
- light emitting
- semiconductor
- light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体光素子において、発光効率あるいは光
電変換効率を実用可能な程度に向上させる。 【構成】 発・受光層として量子ドットを含む層を複数
積層して発・受光素子を構成する。
電変換効率を実用可能な程度に向上させる。 【構成】 発・受光層として量子ドットを含む層を複数
積層して発・受光素子を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、発・受光機能を有す
る半導体光素子に関する。
る半導体光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来使用されている半導体発光素子の発
光層には、主にバルク結晶と同じエネルギーバンド構造
を有する半導体結晶のｐ−ｎ接合構造が使用されてい
る。このような構造に対して、発光層に量子ドットを用
いて、発光効率の向上や高速応答性の向上、発光波長の
制御など、より高性能化を図るという提案がなされてい
る。また、従来使用されている半導体受光素子の受光層
には、主にバルク結晶と同じエネルギーバンド構造を有
する半導体結晶のｐ−ｎ接合あるいはｐ−ｉ−ｎ接合構
造が使用されている。このような構造に対して、受光層
に量子ドットを用いて、光電変換効率の向上や高速応答
性の向上、受光波長帯域の制御など、より高性能化を図
るという提案がなされている。
光層には、主にバルク結晶と同じエネルギーバンド構造
を有する半導体結晶のｐ−ｎ接合構造が使用されてい
る。このような構造に対して、発光層に量子ドットを用
いて、発光効率の向上や高速応答性の向上、発光波長の
制御など、より高性能化を図るという提案がなされてい
る。また、従来使用されている半導体受光素子の受光層
には、主にバルク結晶と同じエネルギーバンド構造を有
する半導体結晶のｐ−ｎ接合あるいはｐ−ｉ−ｎ接合構
造が使用されている。このような構造に対して、受光層
に量子ドットを用いて、光電変換効率の向上や高速応答
性の向上、受光波長帯域の制御など、より高性能化を図
るという提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の提
案および作製された、発光層に量子ドットを用いた半導
体発光素子では、量子ドットを含む層が１層であったた
め、発光効率が低くて実際の使用には適さなかった。こ
れは、理論的には、発光層に電子あるいは正孔が進入し
た際、量子ドットのポテンシャル井戸中にそれらが捕ら
えられて発光作用を起こすことになるのであるが、実際
には、量子ドットの密度が３次元的に十分でないために
電子あるいは正孔が発光層を通過してしまい、発光に寄
与しない確率が大きいことによる。また、従来の提案お
よび作製された、受光層に量子ドットを用いた半導体光
素子では、量子ドットを含む層が１層であったため光電
変換効率が低く、実際の使用には適さなかった。これ
は、受光層に入射する光子に対して、量子ドットの密度
が入射光面内で２次元的に十分でないことによる。本発
明の目的は、上記の問題点を解決し、発光層に量子ドッ
トを用いた半導体発光素子の発光効率および半導体受光
素子の光電変換効率を実用可能な程度に向上させるもの
である。
案および作製された、発光層に量子ドットを用いた半導
体発光素子では、量子ドットを含む層が１層であったた
め、発光効率が低くて実際の使用には適さなかった。こ
れは、理論的には、発光層に電子あるいは正孔が進入し
た際、量子ドットのポテンシャル井戸中にそれらが捕ら
えられて発光作用を起こすことになるのであるが、実際
には、量子ドットの密度が３次元的に十分でないために
電子あるいは正孔が発光層を通過してしまい、発光に寄
与しない確率が大きいことによる。また、従来の提案お
よび作製された、受光層に量子ドットを用いた半導体光
素子では、量子ドットを含む層が１層であったため光電
変換効率が低く、実際の使用には適さなかった。これ
は、受光層に入射する光子に対して、量子ドットの密度
が入射光面内で２次元的に十分でないことによる。本発
明の目的は、上記の問題点を解決し、発光層に量子ドッ
トを用いた半導体発光素子の発光効率および半導体受光
素子の光電変換効率を実用可能な程度に向上させるもの
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前述の問題点を解決する
ために本発明が提供する構造は、発光素子の発光層ない
しは半導体受光素子の受光層に、大きさが電子のドブロ
イ波長程度の断面寸法を持つ半導体からなる量子ドット
を複数個有し、前期量子ドットを囲み、ポテンシャルエ
ネルギーが前期量子ドットのポテンシャルエネルギーよ
りも高くエネルギー障壁として機能する半導体を有し、
これら量子ドットとエネルギー障壁を含む層を複数層用
いることを特徴とする。さらに、上記発・受光層の形成
にあたっては、量子ドットを形成する半導体結晶の格子
定数と、エネルギー障壁を形成する半導体結晶の格子定
数とを一致させないで、格子不整合系の３次元成長を用
いることにより、より効率よくかつ高品質に作製が可能
である。また、量子ドットを形成する半導体結晶として
ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を、エネルギー障
壁を形成する半導体結晶としてＧａＡｓ１−ｙＰｙ（０
≦ｙ≦１）を利用することができる。
ために本発明が提供する構造は、発光素子の発光層ない
しは半導体受光素子の受光層に、大きさが電子のドブロ
イ波長程度の断面寸法を持つ半導体からなる量子ドット
を複数個有し、前期量子ドットを囲み、ポテンシャルエ
ネルギーが前期量子ドットのポテンシャルエネルギーよ
りも高くエネルギー障壁として機能する半導体を有し、
これら量子ドットとエネルギー障壁を含む層を複数層用
いることを特徴とする。さらに、上記発・受光層の形成
にあたっては、量子ドットを形成する半導体結晶の格子
定数と、エネルギー障壁を形成する半導体結晶の格子定
数とを一致させないで、格子不整合系の３次元成長を用
いることにより、より効率よくかつ高品質に作製が可能
である。また、量子ドットを形成する半導体結晶として
ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を、エネルギー障
壁を形成する半導体結晶としてＧａＡｓ１−ｙＰｙ（０
≦ｙ≦１）を利用することができる。
【０００５】
【作用】上述の構造の発光素子では、各量子ドット中の
量子準位で決定されるエネルギー差を持つ電子−正孔が
結合し、このエネルギー値に対応した波長を持つ光が発
光素子外に出力される。この発光層として、量子ドット
を含む層が複数積層されており、その１つの層に存在す
る量子ドットの２次元的位置は、他の量子ドットを含む
層のそれとは無関係に配置されている。これにより、量
子ドットが３次元的に高い密度と無秩序的位置で存在し
ているため、発光層に進入した電子、正孔が量子ドット
のない場所を通過してしまって発光に寄与しない確率は
極めて小さくなる。つまり、高い発光効率を得ることが
できる。また、上述の構造の受光素子では、受光面に入
射した光のうち、受光層内の各量子ドット中の量子準位
で決定されるエネルギー、すなわち波長を持つ光が量子
ドット内で吸収され、光電変換されて電気信号として出
力される。この受光層として、量子ドットを含む層が複
数積層されており、その１つの層に存在する量子ドット
の２次元的位置は、他の量子ドットを含む層のそれとは
無関係に、全く重なり合ってしまうことのないように配
置されているため、受光面から受光層を望んだ場合、量
子ドットが高い２次元的密度で存在している。このた
め、量子ドットのない場所を光子が通過して光電変換さ
れない確率は極めて小さくなる。つまり、入射光子に対
して十分な量子ドットの２次元的密度を確保でき、高い
光電変換効率を得ることができる。
量子準位で決定されるエネルギー差を持つ電子−正孔が
結合し、このエネルギー値に対応した波長を持つ光が発
光素子外に出力される。この発光層として、量子ドット
を含む層が複数積層されており、その１つの層に存在す
る量子ドットの２次元的位置は、他の量子ドットを含む
層のそれとは無関係に配置されている。これにより、量
子ドットが３次元的に高い密度と無秩序的位置で存在し
ているため、発光層に進入した電子、正孔が量子ドット
のない場所を通過してしまって発光に寄与しない確率は
極めて小さくなる。つまり、高い発光効率を得ることが
できる。また、上述の構造の受光素子では、受光面に入
射した光のうち、受光層内の各量子ドット中の量子準位
で決定されるエネルギー、すなわち波長を持つ光が量子
ドット内で吸収され、光電変換されて電気信号として出
力される。この受光層として、量子ドットを含む層が複
数積層されており、その１つの層に存在する量子ドット
の２次元的位置は、他の量子ドットを含む層のそれとは
無関係に、全く重なり合ってしまうことのないように配
置されているため、受光面から受光層を望んだ場合、量
子ドットが高い２次元的密度で存在している。このた
め、量子ドットのない場所を光子が通過して光電変換さ
れない確率は極めて小さくなる。つまり、入射光子に対
して十分な量子ドットの２次元的密度を確保でき、高い
光電変換効率を得ることができる。
【０００６】
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例について
説明する。まず、発光素子について述べる。第１図は本
発明の一実施例の量子ドットを含む層を複数積層した層
を発光層として用いた発光素子を示す断面図である。こ
の発光素子はｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０上に
ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１１、ｎ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０からなるクラッド層（厚さ２μｍ）
１２、アンドープＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギ
ー障壁層１３およびＧａＡｓ量子ドット１４からなる層
を１０層積層した発光層（厚さ０．２μｍ）１５、ｐ型
ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０からなるクラッド層（厚さ
２μｍ）１６、ｐ型ＧａＰからなるキャップ層１７（厚
さ０．１μｍ）、およびｐ電極１８、ｎ電極１９を形成
した構造となっている。これら半導体結晶のエピタキシ
ャル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により
行なった。まず、面方位（１００）２°オフ＜１１０＞
のｎ型ＧａＡｓ半導体基板１０上にｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層１１、ｎ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０クラッド層
１２、を形成し、アンドープＧａＡｓ０．６０Ｐ
０．４０エネルギー障壁層１３を形成した。次にＧａＡ
ｓ量子ドット１４を形成し、続いてこのＧａＡｓ量子ド
ット１４を埋め込むようにアンドープＧａＡｓ０．６０
Ｐ０．４０エネルギー障壁層１３を成長表面が十分平坦
になるまで形成し、これを１０回繰り返して発光層１５
を形成した。次にｐ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０クラ
ッド層１６を形成し、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７を形
成し、最後にｐ電極１８およびｎ電極１９を形成した。
説明する。まず、発光素子について述べる。第１図は本
発明の一実施例の量子ドットを含む層を複数積層した層
を発光層として用いた発光素子を示す断面図である。こ
の発光素子はｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０上に
ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１１、ｎ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０からなるクラッド層（厚さ２μｍ）
１２、アンドープＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギ
ー障壁層１３およびＧａＡｓ量子ドット１４からなる層
を１０層積層した発光層（厚さ０．２μｍ）１５、ｐ型
ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０からなるクラッド層（厚さ
２μｍ）１６、ｐ型ＧａＰからなるキャップ層１７（厚
さ０．１μｍ）、およびｐ電極１８、ｎ電極１９を形成
した構造となっている。これら半導体結晶のエピタキシ
ャル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により
行なった。まず、面方位（１００）２°オフ＜１１０＞
のｎ型ＧａＡｓ半導体基板１０上にｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層１１、ｎ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０クラッド層
１２、を形成し、アンドープＧａＡｓ０．６０Ｐ
０．４０エネルギー障壁層１３を形成した。次にＧａＡ
ｓ量子ドット１４を形成し、続いてこのＧａＡｓ量子ド
ット１４を埋め込むようにアンドープＧａＡｓ０．６０
Ｐ０．４０エネルギー障壁層１３を成長表面が十分平坦
になるまで形成し、これを１０回繰り返して発光層１５
を形成した。次にｐ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０クラ
ッド層１６を形成し、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７を形
成し、最後にｐ電極１８およびｎ電極１９を形成した。
【０００７】このＧａＡｓ量子ドット１４の形成に用い
た方法は、格子不整合系のエピタキシャル成長で見られ
る、一般にＳ−Ｋモード成長と呼ばれる３次元成長を利
用したものである。この実施例の場合アンドープＧａＡ
ｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層にあたる下地結
晶の格子定数に対して、この実施例の場合ＧａＡｓ量子
ドット１４にあたる、格子不整合率を有する、つまり格
子定数の異なる結晶をエピタキシャル成長させようとす
ると、成長初期には結晶は３次元的な島状の形状となる
ことが知られている。このまま結晶成長を続けると、こ
れら島状の結晶が大きくなって合体し、２次元的な膜へ
と形状が変わっていく。この成長初期の３次元的な島状
結晶の形状、断面寸法、密度および２次元的な膜へと形
状が変わる厚さは、半導体結晶の物質、格子不整合率、
下地結晶の面方位に依存する。また、島状結晶の寸法
は、２次元膜を形成する以前においては成長原料の供給
量にほぼ比例している。従って、これら半導体結晶の材
料物質、格子不整合率、下地結晶の面方位、成長原料の
供給量を適宜選択することによって、所望の形状、断面
寸法、密度の量子ドットを形成することが可能である。
さらに、この量子ドットは下地結晶の表面上のランダム
な位置に形成されるため、これを積層すると、発光層は
高い３次元的密度と無秩序的位置の量子ドットを得るこ
とになる。このため、対面電極へ走行する電子、正孔が
発光層内において量子ドットにあたらずに、つまり発光
に寄与せずに通過してしまう確率は少なくなる。第２図
は、上述の複数の量子ドットを含む層を発光層に用いて
作製した発光素子において、量子ドットを含む層の層数
を変化させた場合の電流−光出力曲線である。層数にほ
ぼ比例して光出力が大きくなっている。この実施例にお
ける構造では、量子ドットを含む層の層数が１０より大
きくなると、光出力は大きくなるものの直列抵抗が増し
たために順電圧が大きくなり、実用に供するための特性
が得られなくなった。
た方法は、格子不整合系のエピタキシャル成長で見られ
る、一般にＳ−Ｋモード成長と呼ばれる３次元成長を利
用したものである。この実施例の場合アンドープＧａＡ
ｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層にあたる下地結
晶の格子定数に対して、この実施例の場合ＧａＡｓ量子
ドット１４にあたる、格子不整合率を有する、つまり格
子定数の異なる結晶をエピタキシャル成長させようとす
ると、成長初期には結晶は３次元的な島状の形状となる
ことが知られている。このまま結晶成長を続けると、こ
れら島状の結晶が大きくなって合体し、２次元的な膜へ
と形状が変わっていく。この成長初期の３次元的な島状
結晶の形状、断面寸法、密度および２次元的な膜へと形
状が変わる厚さは、半導体結晶の物質、格子不整合率、
下地結晶の面方位に依存する。また、島状結晶の寸法
は、２次元膜を形成する以前においては成長原料の供給
量にほぼ比例している。従って、これら半導体結晶の材
料物質、格子不整合率、下地結晶の面方位、成長原料の
供給量を適宜選択することによって、所望の形状、断面
寸法、密度の量子ドットを形成することが可能である。
さらに、この量子ドットは下地結晶の表面上のランダム
な位置に形成されるため、これを積層すると、発光層は
高い３次元的密度と無秩序的位置の量子ドットを得るこ
とになる。このため、対面電極へ走行する電子、正孔が
発光層内において量子ドットにあたらずに、つまり発光
に寄与せずに通過してしまう確率は少なくなる。第２図
は、上述の複数の量子ドットを含む層を発光層に用いて
作製した発光素子において、量子ドットを含む層の層数
を変化させた場合の電流−光出力曲線である。層数にほ
ぼ比例して光出力が大きくなっている。この実施例にお
ける構造では、量子ドットを含む層の層数が１０より大
きくなると、光出力は大きくなるものの直列抵抗が増し
たために順電圧が大きくなり、実用に供するための特性
が得られなくなった。
【０００８】次に、受光素子について述べる。第３図は
本発明の一実施例の量子ドットを含む層を複数積層した
層を受光層として用いた受光素子を示す断面図である。
この受光素子はｎ型ＧａＰからなる半導体基板２０上に
ｎ型ＧａＰからなるバッファ層２１、ｎ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０からなるベース層（厚さ３μｍ）２
２、ｉ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層
２３およびＧａＡｓ量子ドット２４からなる層を２０層
積層した受光層（厚さ０．３μｍ）２５、ｐ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０からなるエミッタ層（厚さ０．４μ
ｍ）２６、ｐ型ＧａＰからなるウィンドウ層２７（厚さ
０．５μｍ）、およびｐ電極２８、ｎ電極２９を形成し
た構造となっている。これら半導体結晶のエピタキシャ
ル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により行
なった。まず、面方位（１００）２°オフ＜１１０＞の
ｎ型ＧａＰ半導体基板２０上にｎ型ＧａＰバッファ層２
１、ｎ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０ベース層２２、を
形成し、ｉ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障
壁層２３を形成した。次にＧａＡｓ量子ドット２４を形
成し、続いてこのＧａＡｓ量子ドット２４を埋め込むよ
うにｉ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層
２３を成長表面が十分平坦になるまで形成し、これを２
０回繰り返して受光層２５を形成した。次にｐ型ＧａＡ
ｓ０．６０Ｐ０．４０エミッタ層２６を形成し、ｐ型Ｇ
ａＰウィンドウ層２７を形成し、最後にｐ電極２８およ
びｎ電極２９を形成した。
本発明の一実施例の量子ドットを含む層を複数積層した
層を受光層として用いた受光素子を示す断面図である。
この受光素子はｎ型ＧａＰからなる半導体基板２０上に
ｎ型ＧａＰからなるバッファ層２１、ｎ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０からなるベース層（厚さ３μｍ）２
２、ｉ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層
２３およびＧａＡｓ量子ドット２４からなる層を２０層
積層した受光層（厚さ０．３μｍ）２５、ｐ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０からなるエミッタ層（厚さ０．４μ
ｍ）２６、ｐ型ＧａＰからなるウィンドウ層２７（厚さ
０．５μｍ）、およびｐ電極２８、ｎ電極２９を形成し
た構造となっている。これら半導体結晶のエピタキシャ
ル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により行
なった。まず、面方位（１００）２°オフ＜１１０＞の
ｎ型ＧａＰ半導体基板２０上にｎ型ＧａＰバッファ層２
１、ｎ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０ベース層２２、を
形成し、ｉ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障
壁層２３を形成した。次にＧａＡｓ量子ドット２４を形
成し、続いてこのＧａＡｓ量子ドット２４を埋め込むよ
うにｉ型ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層
２３を成長表面が十分平坦になるまで形成し、これを２
０回繰り返して受光層２５を形成した。次にｐ型ＧａＡ
ｓ０．６０Ｐ０．４０エミッタ層２６を形成し、ｐ型Ｇ
ａＰウィンドウ層２７を形成し、最後にｐ電極２８およ
びｎ電極２９を形成した。
【０００９】このＧａＡｓ量子ドット１４の形成に用い
た方法は、前述の発光素子で用いたものと同一である。
従って、これら半導体結晶の材料物質、格子不整合率、
下地結晶の面方位、成長原料の供給量を適宜選択するこ
とによって、所望の形状、断面寸法、密度の量子ドット
を形成することが可能である。さらに、この量子ドット
は下地結晶の表面上のランダムな位置に形成されるた
め、これを稿層したものを表面から望んだ場合、量子ド
ットが見られない領域は少なく、高い２次元的密度を得
ることが自然にできる。第４図は、上述の複数の量子ド
ットを含む層を受光層に用いて作製した受光素子におい
て、量子ドットを含む層の層数を変化させた場合の相対
出力信号強度である。入射光源には赤外発光ダイオード
を用いた。層数を増すのに従って出力が大きくなり、そ
の値は１５層程度から約５００倍で飽和している。上述
の量子ドット形成法は、複数の量子ドットを含む層を形
成する際に、選択成長を利用する方法や、エッチングな
どの微細加工を用いるなど、他の方法のように再成長を
必要としないため、効率よくかつ高い結晶品質を保ちな
がらの結晶成長・素子形成が可能である。なお、本実施
例ではＧａＡｓＰ系混晶半導体を材料として選択した
が、これに関わらず例えばＩｎＧａＡｓＰ系など他の半
導体材料を用いても本発明は実現できる。また、上述の
実施例ではＭＯＣＶＤを用いて結晶のエピタキシャル成
長を行なったが、分子線結晶成長法（ＭＢＥ）など、他
の方法を用いても良い。上述の量子ドット形成法には、
複数の量子ドットを含む層を形成する際に、選択成長を
利用する方法や、エッチングなどの微細加工を用いるな
ど、他の方法を用いても本発明は実現可能であることは
明白である。さらに、上述の実施例ではすべての量子ド
ットと障壁の半導体材料は同一であったが、例えばＧａ
ＡｓＰ系混晶半導体とＩｎＧａＡｓ系混晶半導体という
ように、異なった半導体材料で構成する量子ドットと障
壁を複数積層しても構わない。加えて、上述の実施例で
は、発光素子として発光ダイオードを作製したが、本発
明はレーザーダイオードなどの他の発光素子にも適用可
能である。また、受光素子としてフォトダイオードを作
製したが、本発明はアバランシェフォトダイオード、太
陽電池などの他の受光素子にも適用可能である。
た方法は、前述の発光素子で用いたものと同一である。
従って、これら半導体結晶の材料物質、格子不整合率、
下地結晶の面方位、成長原料の供給量を適宜選択するこ
とによって、所望の形状、断面寸法、密度の量子ドット
を形成することが可能である。さらに、この量子ドット
は下地結晶の表面上のランダムな位置に形成されるた
め、これを稿層したものを表面から望んだ場合、量子ド
ットが見られない領域は少なく、高い２次元的密度を得
ることが自然にできる。第４図は、上述の複数の量子ド
ットを含む層を受光層に用いて作製した受光素子におい
て、量子ドットを含む層の層数を変化させた場合の相対
出力信号強度である。入射光源には赤外発光ダイオード
を用いた。層数を増すのに従って出力が大きくなり、そ
の値は１５層程度から約５００倍で飽和している。上述
の量子ドット形成法は、複数の量子ドットを含む層を形
成する際に、選択成長を利用する方法や、エッチングな
どの微細加工を用いるなど、他の方法のように再成長を
必要としないため、効率よくかつ高い結晶品質を保ちな
がらの結晶成長・素子形成が可能である。なお、本実施
例ではＧａＡｓＰ系混晶半導体を材料として選択した
が、これに関わらず例えばＩｎＧａＡｓＰ系など他の半
導体材料を用いても本発明は実現できる。また、上述の
実施例ではＭＯＣＶＤを用いて結晶のエピタキシャル成
長を行なったが、分子線結晶成長法（ＭＢＥ）など、他
の方法を用いても良い。上述の量子ドット形成法には、
複数の量子ドットを含む層を形成する際に、選択成長を
利用する方法や、エッチングなどの微細加工を用いるな
ど、他の方法を用いても本発明は実現可能であることは
明白である。さらに、上述の実施例ではすべての量子ド
ットと障壁の半導体材料は同一であったが、例えばＧａ
ＡｓＰ系混晶半導体とＩｎＧａＡｓ系混晶半導体という
ように、異なった半導体材料で構成する量子ドットと障
壁を複数積層しても構わない。加えて、上述の実施例で
は、発光素子として発光ダイオードを作製したが、本発
明はレーザーダイオードなどの他の発光素子にも適用可
能である。また、受光素子としてフォトダイオードを作
製したが、本発明はアバランシェフォトダイオード、太
陽電池などの他の受光素子にも適用可能である。
【００１０】
【発明の効果】このように本発明によれば、発光層に量
子ドットを用いた半導体発光素子の発光効率あるいは半
導体受光素子の光電変換効率を実用可能な程度に向上さ
せることができる。
子ドットを用いた半導体発光素子の発光効率あるいは半
導体受光素子の光電変換効率を実用可能な程度に向上さ
せることができる。
【図１】 本発明の発光素子への一実施例を示す断面図
【図２】 図１の実施例における発光素子の電流−光出
力特性を示すグラフ
力特性を示すグラフ
【図３】 本発明の受光素子への一実施例を示す断面図
【図４】 図２の実施例における受光素子の相対出力信
号強度を示すグラフ
号強度を示すグラフ
１０…半導体基板、１１…バッファ層、１２…ｎ型Ｇａ
Ａｓ０．６０Ｐ０．４０クラッド層、１３…アンドープ
ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層、１４…
ＧａＡｓ量子ドット、１５…発光層、、１６…ｐ型Ｇａ
Ａｓ０．６０Ｐ０．４０クラッド層、１７ｐ型ＧａＡｓ
キャップ層、１８…ｐ電極、１９…ｎ電極。２０…半導
体基板、２１…バッファ層、２２…ｎ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０ベース層、２３…ｉ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層、２４…ＧａＡｓ
量子ドット、２５…受光層、、２６…ｐ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０エミッタ層、２７ｐ型ＧａＰウィン
ドウ層、２８…ｐ電極、２９…ｎ電極。
Ａｓ０．６０Ｐ０．４０クラッド層、１３…アンドープ
ＧａＡｓ０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層、１４…
ＧａＡｓ量子ドット、１５…発光層、、１６…ｐ型Ｇａ
Ａｓ０．６０Ｐ０．４０クラッド層、１７ｐ型ＧａＡｓ
キャップ層、１８…ｐ電極、１９…ｎ電極。２０…半導
体基板、２１…バッファ層、２２…ｎ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０ベース層、２３…ｉ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０エネルギー障壁層、２４…ＧａＡｓ
量子ドット、２５…受光層、、２６…ｐ型ＧａＡｓ
０．６０Ｐ０．４０エミッタ層、２７ｐ型ＧａＰウィン
ドウ層、２８…ｐ電極、２９…ｎ電極。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体発・受光素子において、その発・
受光層として、大きさが電子のドブロイ波長程度の断面
寸法を持つ半導体からなる量子ドットと、この量子ドッ
トを囲み、ポテンシャルエネルギーが前記量子ドットの
ポテンシャルエネルギーよりも高くエネルギー障壁とし
て機能する半導体を有する層を複数層有する半導体光素
子。 - 【請求項２】 前記光素子において、量子ドット構造の
形成にあたっては、量子ドットを形成する半導体結晶の
格子定数と、エネルギー障壁を形成する半導体結晶の格
子定数とが異なる結晶材料で形成した請求項１の半導体
光素子。 - 【請求項３】 前記発・受光層の半導体結晶材料には、
量子ドットを形成する半導体結晶としてＡｌｘＧａ
１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を、エネルギー障壁を形成す
る半導体結晶としてＧａＡｓ１−ｙＰｙ（０≦ｙ≦１）
を用いた請求項１および２の半導体光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9577495A JPH08264825A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 半導体光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9577495A JPH08264825A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 半導体光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264825A true JPH08264825A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=14146838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9577495A Pending JPH08264825A (ja) | 1995-03-17 | 1995-03-17 | 半導体光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08264825A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100289982B1 (ko) * | 1998-09-05 | 2001-06-01 | 윤덕용 | 양자섬을이용한광감지소자및그제조방법 |
| KR100377498B1 (ko) * | 2000-09-09 | 2003-03-26 | 한국과학기술연구원 | 양자점 구조 반도체 소자의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 반도체 소자 |
| KR100416493B1 (ko) * | 2000-12-20 | 2004-01-31 | 광주과학기술원 | 백색 발광 장치 및 그 제조방법 |
| JP2006114815A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Fujitsu Ltd | 太陽電池 |
| JP2010118491A (ja) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Seiko Epson Corp | 光電変換装置および電子機器 |
| KR20100080607A (ko) * | 2007-10-10 | 2010-07-09 | 더 트러스티즈 오브 프린스턴 유니버시티 | 유형 ⅱ 양자점 태양전지 |
| WO2011010379A1 (ja) | 2009-07-23 | 2011-01-27 | トヨタ自動車株式会社 | 光電変換素子 |
| US20120097228A1 (en) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | Sharp Kabushiki Kaishao | Solar cell |
-
1995
- 1995-03-17 JP JP9577495A patent/JPH08264825A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8895840B2 (en) | 2009-07-23 | 2014-11-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device |
| US20120097228A1 (en) * | 2010-10-21 | 2012-04-26 | Sharp Kabushiki Kaishao | Solar cell |
| JP2012089756A (ja) * | 2010-10-21 | 2012-05-10 | Sharp Corp | 太陽電池 |
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