JPH10321960A - Light-emitting semiconductor element - Google Patents

Light-emitting semiconductor element

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JPH10321960A
JPH10321960A JP13071497A JP13071497A JPH10321960A JP H10321960 A JPH10321960 A JP H10321960A JP 13071497 A JP13071497 A JP 13071497A JP 13071497 A JP13071497 A JP 13071497A JP H10321960 A JPH10321960 A JP H10321960A
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JP
Japan
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layer
light emitting
barrier
cladding layer
ingaalas
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JP13071497A
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Japanese (ja)
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Hideki Fukano
秀樹 深野
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting semiconductor element, capable of eliminating the inefficiency in current injection and a decrease in quantum efficiency for the semiconductor light-emitting element. SOLUTION: Semiconductor thin layers 11a, 12b are inserted to separate confinement heterostructure layers(SCH layers) 11, 12, the semiconductor thin layer 12a has a positive value with which the valence band discontinuity creates no barrier against holes and the conductive band discontinuity creates barrier against elements, and the semiconductor thin layer 11a is provided with a band construction creating a positive value in which a conductive band discontinuity creates no barrier against electrons but the valence band discontinuity creates a barrier against holes. Also, the valence band discontinuity between SCH layer 12 at p-type clad layer side and a clad layer 14 is constituted with a clad layer 14 which creates no barrier against holes, and the conductive band discontinuity between the SCH layer 11 at an n-type clad layer side and a clad layer 13 is constituted with the clad layer 13 which creates no barrier against electrons.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電流注入効率及び
量子効率の高い半導体発光素子に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor light emitting device having high current injection efficiency and high quantum efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体発光素子は、キャリアであ
る電子及び正孔を発光層に閉じ込めるために伝導帯不連
続及び価電子帯不連続が正となる、すなわち、発光層が
クラッド層に対し井戸となるようなバンド構造となるク
ラッド層を用いてきた。このため、素子に電圧を印加し
てバイアスして行った時、図2に示すような電子及び正
孔に対するバリア21,22が発生しキャリアの注入効
率が良くない。
2. Description of the Related Art In a conventional semiconductor light emitting device, conduction band discontinuity and valence band discontinuity are positive because electrons and holes as carriers are confined in a light emitting layer. A clad layer having a band structure such as a well has been used. For this reason, when a voltage is applied to the element and biasing is performed, barriers 21 and 22 for electrons and holes are generated as shown in FIG. 2 and the carrier injection efficiency is poor.

【0003】そこで、一部の素子では、図3(a)に示
すような発光層とクラッド層の間にバンド構造をなめら
かにするような半導体傾斜組成層31又は図3(b)の
ような発光層とクラッド層の中間組成の半導体層32を
挿入し、注入効率を向上させ、また、同時に光の発光層
への閉じ込めを高めることが行われている。
Accordingly, in some devices, a semiconductor gradient composition layer 31 for smoothing a band structure between a light emitting layer and a cladding layer as shown in FIG. A semiconductor layer 32 having an intermediate composition between the light emitting layer and the cladding layer is inserted to improve the injection efficiency, and at the same time, enhance the confinement of light in the light emitting layer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような傾
斜組成層31や中間組成の半導体層32の挿入ではバン
ド構造的にはほぼなめらかになるが、キャリアはこの領
域まで発光層からあふれ出るため、これらの層でのキャ
リアの再結合が発生し、とくに電流注入の大きな状態や
高温の状態では量子効率が大きく低下すると言う問題が
あった。
However, the insertion of such a gradient composition layer 31 or an intermediate composition semiconductor layer 32 makes the band structure almost smooth, but the carriers overflow from this area to the light emitting layer. However, there is a problem that carrier recombination occurs in these layers, and the quantum efficiency is greatly reduced particularly in a state of large current injection or a high temperature state.

【0005】また、図3(c)のように中間組成の半導
体層中にキャリアストッパー層を挿入し、発光層からの
キャリアのあふれを抑制する構造も提案されている(IE
EE J. Quantum Electron., vol.31,pp.423,1995 )が、
キャリアストッパー層が注入キャリアに対してもバリア
として作用するため注入効率の低下や高電流注入時の大
きな効率劣化等の問題がある。
[0005] Further, as shown in FIG. 3C, a structure has been proposed in which a carrier stopper layer is inserted in a semiconductor layer having an intermediate composition to suppress overflow of carriers from a light emitting layer (IE).
EE J. Quantum Electron., Vol. 31, pp. 423, 1995)
Since the carrier stopper layer also acts as a barrier against injected carriers, there are problems such as a decrease in injection efficiency and a large deterioration in efficiency during high current injection.

【0006】本発明の目的は、半導体発光素子の電流注
入の非効率性及び量子効率の低下を解消できる半導体発
光素子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device which can eliminate inefficiency of current injection and a decrease in quantum efficiency of the semiconductor light emitting device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、図1に示す様
に、セパレートコンファインメントヘテロ構造層(以
下、SCH層と略する)11,12に挟まれた単一又は
多重量子井戸構造を含む発光層10とその両側にクラッ
ド層13,14を有する半導体発光素子において、SC
H層11,12中に半導体薄層11a,12aを挿入す
る。
According to the present invention, as shown in FIG. 1, a single or multiple quantum well structure sandwiched between separate confinement heterostructure layers (hereinafter abbreviated as SCH layers) 11, 12 is provided. In the semiconductor light emitting device having the light emitting layer 10 including the cladding layers 13 and 14 on both sides thereof,
The semiconductor thin layers 11 a and 12 a are inserted into the H layers 11 and 12.

【0008】ここで、p形層側のSCH層12中の半導
体薄層12aは価電子帯不連続ΔE Vが正孔に対し障壁
とならない、ほとんど零であり、伝導帯不連続ΔEC
電子に対し障壁となる正の値を有し、また、n形側のS
CH層11中の半導体薄層11aは伝導帯不連続ΔEC
が電子に対し障壁とならない、ほとんど零であり、価電
子帯不連続ΔEVは正孔に対し障壁となる正の値を有す
るようなバンド構造を形成する。
Here, the semiconductor in the SCH layer 12 on the p-type layer side
The body thin layer 12a has a valence band discontinuity ΔE VIs a barrier to holes
Almost zero, conduction band discontinuity ΔECBut
It has a positive value that acts as a barrier to electrons, and has n-type S
The semiconductor thin layer 11a in the CH layer 11 has a conduction band discontinuity ΔEC
Is almost zero and has no valence
Subband discontinuity ΔEVHas a positive value that is a barrier to holes
A band structure as shown in FIG.

【0009】なお、このようなバンド構造を構成するた
めの結晶系の1例として、InGaAlAs/InGaAsP
系があげられる。InP基板に格子整合する場合のバン
ド図を図11に模式的に示す。図中(c)が最もバンド
ギャップが大きい時のもので、千鳥形のバンド構造とな
っている。これに対し、図11(a)はInAlAs側を
InGaAlAsとして行き、最小のバンドギャップのIn
GaAsとなった時を示している。図11(c)では伝導
帯はInPに対してInAlAsの方が障壁になっている
が、図11(a)では逆にInPの方がInGaAsに対し
て障壁になり、したがって、その中間のある組成のIn
GaAlAsでΔEc〜0の状態図11(b)がある。これ
は、InPを固定した場合の例であるが、InPをある組
成範囲のInGaAsPにしても、同様にΔEc〜0になる
InGaAlAaが存在する。一方、図11(e)はInP
側をInGaAsPとして行き、最小のバンドギャップの
InGaAsとなった時を示している。図11(c)では
価電子帯はInAlAsに対してInPの方が障壁になって
いるが、図11(e)では逆にInAlAsの方がInGa
Asに対して障壁になり、したがって、その中間のある
組成のInGaAsPでΔEv〜0の状態図11(d)があ
る。これは、InAlAsを固定した場合の例であるが,
InAlAsをある組成範囲のInGaAlAsにしても、同
様にΔEv〜0になるInGaAsPが存在する。このよう
な材料組成を組み合わせることで本願の発明の構成要件
が構成できる。
As an example of a crystal system for forming such a band structure, InGaAlAs / InGaAsP is used.
System. FIG. 11 schematically shows a band diagram in the case of lattice matching with the InP substrate. In the figure, (c) is the one when the band gap is the largest, and has a staggered band structure. On the other hand, in FIG. 11A, the InAlAs side is used as InGaAlAs, and the minimum band gap In
The time when it became GaAs is shown. In FIG. 11 (c), the conduction band of InAlAs is a barrier to InP, but in FIG. 11 (a), InP is a barrier to InGaAs, and therefore, there is a middle point between them. Composition In
There is a state diagram (b) in GaAlAs where ΔE c図 0. This is an example in which InP is fixed. Even when InP is set to InGaAsP in a certain composition range, InGaAlAa which similarly becomes ΔE c 00 exists. On the other hand, FIG.
The side where InGaAsP is used and the time when InGaAs with the minimum band gap is reached is shown. In FIG. 11C, InP is a barrier against InAlAs in the valence band, whereas in FIG. 11E, InAlAs is more in InGa.
As a barrier to As, there is a phase diagram 11 (d) of ΔE vの 0 for InGaAsP of some composition in between. This is an example where InAlAs is fixed,
Even if InAlAs is a certain composition range of InGaAlAs, InGaAsP which similarly becomes ΔE v 〜0 exists. By combining such material compositions, the constituent features of the present invention can be constituted.

【0010】更に、p形クラッド層側のSCH層12と
クラッド層14間の価電子帯不連続が正孔に対し障壁と
ならない、ほとんど零となるように、また、n形クラッ
ド層側のSCH層11とクラッド層13間の伝導帯不連
続が電子に対し障壁とならない、ほとんど零となるよう
な構成とする。従来の技術とは、キャリアの注入の妨げ
がほぼなく、高いキャリア注入効率が高電流状態まで得
られかつキャリアのみ発光層に閉じ込められ高い量子効
率が得られる点が異なる。
Further, the valence band discontinuity between the SCH layer 12 and the cladding layer 14 on the p-type cladding layer side does not become a barrier to holes, and becomes almost zero. The structure is such that the conduction band discontinuity between the layer 11 and the cladding layer 13 does not act as a barrier to electrons and is almost zero. It is different from the conventional technique in that there is almost no hindrance to carrier injection, high carrier injection efficiency can be obtained up to a high current state, and only carriers are confined in the light emitting layer to obtain high quantum efficiency.

【0011】〔作用〕本発明では、SCH層11,12
中に半導体薄膜層11a,12aを挿入し、かつ、SC
H層11,12に伝導帯不連続ΔEC或いは価電子帯不
連続ΔEVが注入キャリアに対してほぼ零となる組成の
半導体薄膜層11a,12aを用い、また、SCH層1
1,12とクラッド層13,14間にも伝導帯不連続或
いは価電子帯不連続が注入キャリアに対してほぼ零とす
ることにより、キャリアの通過の妨げとなるポテンシャ
ルバリアが存在しなくなり、高電流領域までキャリアが
スムーズに効率よく発光層に注入されると同時にキャリ
アのみ発光層に閉じ込められ高い量子効率と高光出力が
得られることになる。
[Operation] In the present invention, the SCH layers 11, 12
The semiconductor thin film layers 11a and 12a are inserted therein, and SC
Semiconductor thin film layers 11a and 12a having compositions in which conduction band discontinuity ΔE C or valence band discontinuity ΔE V becomes almost zero with respect to injected carriers are used for H layers 11 and 12, and SCH layer 1 is used.
By making the conduction band discontinuity or the valence band discontinuity almost zero with respect to the injected carriers between the first and second cladding layers 13 and 14, there is no potential barrier that hinders the passage of carriers. Carriers are smoothly and efficiently injected into the light emitting layer up to the current region, and at the same time, only the carriers are confined in the light emitting layer, so that high quantum efficiency and high light output can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔実施例1〕本発明の第1の実施例に係る半導体発光素
子を図4に、そのバイアス状態でのバンド図を模式的に
図5に示す。図中において、41はn−InPクラッド
層、42はInGaAlAs(Eg〜1.1eV組成)セパ
レートコンファインメントヘテロ構造(SCH)層、4
3はInGaAlAs/InGaAlAs多重量子井戸発光層
(λPL〜1.55μm)、44はInAlAs電子ストッ
パー層、45はInGaAsP(Eg〜1.1eV組成)セ
パレートコンファインメントヘテロ構造(SCH)層、
46はp−InAlAsクラッド層、47はp高濃度ドー
プInGaAs/InGaAlAs傾斜組成コンタクト層、4
8,49はそれぞれn及びp電極である。
Embodiment 1 FIG. 4 shows a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 5 schematically shows a band diagram in a bias state. In the figure, 41 is n-InP cladding layer, 42 InGaAlAs (E g ~1.1eV composition) separate confinement heterostructure (SCH) layer, 4
3 is an InGaAlAs / InGaAlAs multiple quantum well light emitting layer (λ PL 1.51.55 μm), 44 is an InAlAs electron stopper layer, 45 is an InGaAsP (E g 1.11.1 eV composition) separate confinement heterostructure (SCH) layer,
46 is a p-InAlAs clad layer, 47 is a p-doped InGaAs / InGaAlAs gradient composition contact layer,
8, 49 are n and p electrodes, respectively.

【0013】本実施例では、p側のクラッド層46寄り
のSCH層45としてInGaAsPを用い、SCH層4
5中のInAlAs電子ストッパー層44の価電子帯不連
続ΔEVが正孔に対し障壁とならない、ほとんど零とな
るよう、かつ、伝導帯不連続ΔECが電子に対し障壁と
なる正の値を有するようにInGaAsP組成を選んだ。
また、p形クラッド層46にもInAlAsを用い、SC
H層45とクラッド層46間の価電子帯不連続も正孔に
対し障壁とならないようにしている。
In this embodiment, InGaAsP is used as the SCH layer 45 near the p-side cladding layer 46, and the SCH layer 4
5, the valence band discontinuity ΔE V of the InAlAs electron stopper layer 44 does not act as a barrier to holes, becomes almost zero, and the conduction band discontinuity ΔE C acts as a barrier to electrons. The InGaAsP composition was chosen to have.
Also, InAlAs is used for the p-type cladding layer 46, and SC
The valence band discontinuity between the H layer 45 and the cladding layer 46 is also prevented from acting as a barrier to holes.

【0014】これにより、本実施例では、注入正孔に対
するバリアがなくなり発光層43へ効率よく正孔が注入
されると同時に、伝導帯不連続ΔECが大きいため電子
のp側SCH層45中への漏れが極めて少なくなり効率
よく発光する。なお、電子ストッパー層44は電子のト
ンネル効果が起きない数十nm程度あればよく、本実施
例では、20nmとした。
As a result, in this embodiment, there is no barrier against injected holes, and holes are efficiently injected into the light emitting layer 43. At the same time, since the conduction band discontinuity ΔE C is large, electrons in the p-side SCH layer 45 are removed. Leakage is extremely reduced, and light is emitted efficiently. The electron stopper layer 44 may have a thickness of about several tens of nanometers at which electron tunneling does not occur. In this embodiment, the thickness is set to 20 nm.

【0015】従来の構造のバンド図を比較例として図6
に示す。図中において、63は、発光層、62,64は
SCH層、61,65はクラッド層である。従来のもの
では図6のように正孔の注入に対し、ΔEvに起因した
バリアが存在するため正孔の注入効率が良くない。ま
た、発光層63側に注入された電子もSCH層64に漏
れだしているためこの部分での発光及び非発光の再結合
が存在し、量子効率が減少している。
FIG. 6 shows a band diagram of a conventional structure as a comparative example.
Shown in In the figure, 63 is a light emitting layer, 62 and 64 are SCH layers, and 61 and 65 are cladding layers. In the conventional device, the hole injection efficiency is not good because there is a barrier due to ΔE v with respect to the hole injection as shown in FIG. In addition, since the electrons injected into the light emitting layer 63 also leak into the SCH layer 64, there is recombination of light emission and non-light emission at this portion, and the quantum efficiency is reduced.

【0016】この様に、本実施例では、図6に示す従来
技術に比較し、キャリアの注入効率が向上し、また、発
光層43へのキャリアの閉じ込めが向上するため量子効
率が増大し、リッジ幅3μmのレーザとした場合の発振
閾値も従来の層構造の素子の30mAに対し、20mA
以下の値が得られた。また、高電流領域においてもキャ
リアの注入効率が高く維持されるので、100mW以上
の光出力が得られ、また、閾値及び効率の温度特性の向
上もみられた。
As described above, in this embodiment, as compared with the prior art shown in FIG. 6, the carrier injection efficiency is improved, and the confinement of carriers in the light emitting layer 43 is improved, so that the quantum efficiency is increased. The oscillation threshold value in the case of using a laser having a ridge width of 3 μm is also 20 mA, compared to 30 mA of a conventional device having a layer structure.
The following values were obtained: In addition, since the carrier injection efficiency is maintained high even in the high current region, an optical output of 100 mW or more was obtained, and the threshold and efficiency temperature characteristics were also improved.

【0017】本実施例は、リッジレーザの例であるが、
素子構造は埋め込み形など各種構造でも同様な効果が得
られる。この実施例は一例であり、発光層をInGaAs
P/InGaAsP多重量子井戸発光層やInGaAsP/I
nGaAlAs多重量子井戸発光層(井戸層はInGaAsP
でもInGaAlAsでも良い)等にしてもよく、また、単
一の量子井戸でもよいことは言うまでもない。
This embodiment is an example of a ridge laser.
Similar effects can be obtained by various structures such as an embedded structure. This embodiment is an example, and the light emitting layer is made of InGaAs.
P / InGaAsP multiple quantum well light emitting layer, InGaAsP / I
nGaAlAs multiple quantum well light emitting layer (well layer is made of InGaAsP
However, it is needless to say that InGaAlAs may be used) or a single quantum well.

【0018】ただし、量子井戸障壁層をInGaAsPに
した場合は、n側SCH層もInGaAsPとし、SCH
層とクラッド層の間を傾斜組成層にてなめらかなバンド
構造を形成する必要がある。また、発光層の組成や構造
を変化させたりして、発光波長を変えてもよいことは言
うまでもない。また、p側InGaAsPSCH層組成を
変化させたりしてもそれに応じ電子ストッパー層をIn
GaAlAsとしてその組成を調整すればよい。
However, when the quantum well barrier layer is made of InGaAsP, the n-side SCH layer is also made of InGaAsP.
It is necessary to form a smooth band structure between the layer and the cladding layer by the gradient composition layer. Needless to say, the emission wavelength may be changed by changing the composition or structure of the light emitting layer. In addition, even if the composition of the p-side InGaAsPSCH layer is changed, the electron stopper layer is changed to the In-type.
The composition may be adjusted as GaAlAs.

【0019】このとき、クラッド層もInGaAlAsとす
るか傾斜組成層でInAlAsまでなめらかに接続しても
よい。また、格子歪みを多重量子井戸層、SCH層やス
トッパー層にいれても、本発明の主旨に沿ったバンド構
造を構成すれば同様の効果が得られることは言うまでも
ない。また、価電子帯不連続は完全に零でなくてもよ
く、価電子帯不連続が熱エネルギーに相当する数十me
V程度でも同様の結果が得られる。また、SCH層とし
ては単一組成だけでなく、階段状組成、疑似傾斜組成或
いは傾斜組成としてもよい。
At this time, the cladding layer may be made of InGaAlAs, or may be smoothly connected to InAlAs by a gradient composition layer. It is needless to say that the same effect can be obtained even if a lattice strain is applied to the multiple quantum well layer, the SCH layer, and the stopper layer if the band structure according to the gist of the present invention is configured. Further, the valence band discontinuity does not have to be completely zero, and the valence band discontinuity is several tens me corresponding to thermal energy.
Similar results can be obtained with about V. The SCH layer is not limited to a single composition, but may have a stepped composition, a pseudo gradient composition, or a gradient composition.

【0020】〔実施例2〕本発明の第2の実施例に係る
半導体発光素子を図7に、そのバイアス状態でのバンド
図を模式的に図8に示す。図中において、71はn−I
nPクラッド層、72はInGaAlAs(Eg〜1.1eV
組成)セパレートコンファインメントヘテロ構造(SC
H)層、73はInP正孔ストッパー層、74はInGa
AlAs/InGaAlAs多重量子井戸発光層(λPL〜1.
55μm)、75はInGaAlAs(Eg〜1.1eV組
成)セパレートコンファインメントヘテロ構造(SC
H)層、76はInGaAlAs(Eg〜1.1eV組成)
からInAlAsへの傾斜組成層、77はp−InAlAsク
ラッド層、78はp高濃度ドープInGaAs/InGaAl
As傾斜組成コンタクト層、79,710はそれぞれn
及びp電極である。
Embodiment 2 FIG. 7 shows a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8 schematically shows a band diagram in a bias state. In the figure, 71 is n-I
The nP cladding layer 72 is made of InGaAlAs (E g 1.11.1 eV).
Composition) Separate confinement heterostructure (SC
H) layer, 73 is an InP hole stopper layer, 74 is InGa
AlAs / InGaAlAs multiple quantum well light emitting layer (λ PL -1.
55 μm) and 75 are InGaAlAs (E g 1.11.1 eV composition) separate confinement heterostructure (SC
H) layer, 76 InGaAlAs (E g ~1.1eV composition)
, InAlAs is a graded composition layer, 77 is a p-InAlAs cladding layer, and 78 is a p-doped InGaAs / InGaAl.
As graded composition contact layers, 79 and 710 are each n
And a p-electrode.

【0021】本実施例では、n側のクラッド層71寄り
のSCH層72としてInGaAlAsを用い、SCH層7
2中のInP正孔ストッパー層73の伝導帯不連続ΔEC
が電子に対し障壁とならない、ほとんど零となるよう、
かつ、価電子帯不連続ΔEVが正孔に対し障壁となる正
の値を有するようにInGaAlAsの組成を選んだ。ま
た、n形クラッド層71にもInPを用い、SCH層7
2とクラッド層71間の伝導帯不連続も電子に対し障壁
とならないようにしている。
In this embodiment, InGaAlAs is used as the SCH layer 72 near the n-side cladding layer 71, and the SCH layer 7
Conduction band discontinuity ΔE C of the InP hole stopper layer 73 in FIG.
Does not become a barrier to electrons, almost zero,
The composition of InGaAlAs was selected such that the valence band discontinuity ΔE V had a positive value serving as a barrier to holes. InP is also used for the n-type cladding layer 71 and the SCH layer 7 is formed.
The conduction band discontinuity between the layer 2 and the cladding layer 71 does not act as a barrier to electrons.

【0022】これにより、本実施例では、注入電子に対
するバリアがなくなり発光層へ効率よく電子が注入され
ると同時に価電子帯不連続ΔEVが大きいため正孔のn
側SCH中への漏れが極めて少なくなり効率よく発光す
る。なお、正孔ストッパー層73は正孔のトンネル効果
が起きない数十nm程度あればよく、本実施例では、2
0nmとした。
As a result, in the present embodiment, there is no barrier against injected electrons, and electrons are efficiently injected into the light emitting layer. At the same time, the valence band discontinuity ΔE V is large, so that the number of holes n
Leakage into the side SCH is extremely reduced, and light is emitted efficiently. Note that the hole stopper layer 73 only needs to be about several tens of nm in which the tunnel effect of holes does not occur.
It was set to 0 nm.

【0023】従来のものでは図6のように電子の注入に
対し、ΔECに起因したバリアが存在するため電子の注
入効率が良くない。また、正孔もSCH層62に漏れだ
しているためこの部分での発光及び非発光の再結合が存
在し、量子効率が減少している。この様に、本実施例で
は、図6に示す従来技術に比較し、キャリアの注入効率
が向上し、また、発光層74へのキャリアの閉じ込めが
向上するため量子効率が増大し、リッジ幅3μmのレー
ザとした場合の発振閾値も従来の層構造の素子の30m
Aに対し、24mA以下の値が得られた。
In the conventional device, as shown in FIG. 6, the efficiency of electron injection is not good because there is a barrier caused by ΔE C with respect to electron injection. In addition, since holes also leak into the SCH layer 62, light-emission and non-light-emission recombination exist in this portion, and the quantum efficiency is reduced. As described above, in this embodiment, as compared with the prior art shown in FIG. 6, the efficiency of carrier injection is improved, and the confinement of carriers in the light emitting layer 74 is improved, so that the quantum efficiency is increased and the ridge width is 3 μm. The lasing threshold is 30 m compared with the conventional device with a layered structure.
For A, a value of 24 mA or less was obtained.

【0024】また、高電流領域においてもキャリアの注
入効率が高く維持されるので、100mW以上の光出力
が得られ、また、閾値及び効率の温度特性の向上もみら
れた。本実施例は、リッジレーザの例であるが、素子構
造は埋め込み形など各種構造でも同様な効果が得られ
る。この実施例は一例であり、発光層をInGaAsP/
InGaAsP多重量子井戸発光層やInGaAsP/InGa
AlAs多重量子井戸発光層(井戸層はInGaAsPでも
InGaAlAsでも良い)等にしてもよく、また、単一の
量子井戸でもよいことは言うまでもない。
In addition, since the carrier injection efficiency is maintained high even in a high current region, an optical output of 100 mW or more was obtained, and the threshold and efficiency temperature characteristics were also improved. Although the present embodiment is an example of a ridge laser, the same effect can be obtained with various element structures such as an embedded structure. This embodiment is an example, and the light emitting layer is made of InGaAsP /
InGaAsP multiple quantum well light emitting layer, InGaAsP / InGa
It is needless to say that the light emitting layer may be an AlAs multiple quantum well light emitting layer (the well layer may be InGaAsP or InGaAlAs) or a single quantum well.

【0025】ただし、量子井戸障壁層をInGaAsPに
した場合は、p側SCH層をInGaAsPとしクラッド
層をInPとし、SCH層とクラッド層の間を傾斜組成
層にてなめらかなバンド構造を形成する必要がある。ま
た、発光層の組成や構造を変化させたりして、発光波長
を変えてもよいことは言うまでもない。また、n側In
GaAlAsSCH層組成を変化させたりしてもそれに応
じ正孔ストッパー層をInGaAsPとしてその組成を調
整すればよい。
However, when the quantum well barrier layer is made of InGaAsP, the p-side SCH layer is made of InGaAsP, the cladding layer is made of InP, and a smooth band structure is formed between the SCH layer and the cladding layer by a gradient composition layer. There is. Needless to say, the emission wavelength may be changed by changing the composition or structure of the light emitting layer. Also, the n-side In
Even if the composition of the GaAlAsSCH layer is changed, the composition may be adjusted accordingly by using the hole stopper layer as InGaAsP.

【0026】このとき、クラッド層もInGaAsPとす
るか傾斜組成層でInPまでなめらかに接続してもよ
い。また、格子歪みを多重量子井戸層、SCH層やスト
ッパー層にいれても、本発明の主旨に沿ったバンド構造
を構成すれば同様の効果が得られることは言うまでもな
い。また、伝導帯不連続は完全に零でなくてもよく、伝
導帯不連続が熱エネルギーに相当する数十meV程度で
も同様の結果が得られる。
At this time, the cladding layer may be made of InGaAsP or a graded composition layer may be connected smoothly to InP. It is needless to say that the same effect can be obtained even if a lattice strain is applied to the multiple quantum well layer, the SCH layer, and the stopper layer if the band structure according to the gist of the present invention is configured. Further, the conduction band discontinuity does not have to be completely zero, and similar results can be obtained even when the conduction band discontinuity is about several tens meV corresponding to thermal energy.

【0027】また、SCH層としては単一組成だけでな
く、階段状組成、疑似傾斜組成或いは傾斜組成としても
よい。また、InGaAlAs発光層やSCH層のかわりに
同様のバンド構造が得られるInGaAsSbなどの材料や
ほかの材料系でも本発明の主旨に沿ったバンド構造を構
成すれば同様の効果が得られることは言うまでもない。
The SCH layer is not limited to a single composition, but may have a stepped composition, a pseudo gradient composition or a gradient composition. It is needless to say that the same effects can be obtained by forming a band structure in accordance with the gist of the present invention also in a material such as InGaAsSb or another material based on which a similar band structure can be obtained instead of the InGaAlAs light emitting layer or the SCH layer. No.

【0028】〔実施例3〕本発明の第3の実施例に係る
半導体発光素子を図9に、そのバイアス状態でのバンド
図を模式的に図10に示す。図中において、91はn−
InPクラッド層、92はInGaAlAs(Eg〜1.1e
V組成)セパレートコンファインメントヘテロ構造(S
CH)層、93はInP正孔ストッパー層、94はInG
aAlAs/InGaAlAs多重量子井戸発光層(λPL
1.55μm)、95はInAlAs電子ストッパー層、
96はInGaAsP(Eg〜1.1eV組成)セパレート
コンファインメントヘテロ構造(SCH)層、97はp
−InAlAsクラッド層、98はp高濃度ドープInGa
As/InGaAlAs傾斜組成コンタクト層、99,91
0はそれぞれn及びp電極である。
Embodiment 3 FIG. 9 shows a semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 10 schematically shows a band diagram in a bias state. In the figure, 91 is n-
InP cladding layer, 92 InGaAlAs (E g ~1.1e
V composition) Separate confinement heterostructure (S
CH) layer, 93 is an InP hole stopper layer, 94 is InG
aAlAs / InGaAlAs multiple quantum well light emitting layer (λ PL ~
1.55 μm), 95 is an InAlAs electron stopper layer,
96 InGaAsP (E g ~1.1eV composition) separate confinement heterostructure (SCH) layer, 97 p
-InAlAs cladding layer, 98 is p-doped InGa
As / InGaAlAs graded composition contact layer, 99, 91
0 is an n and p electrode, respectively.

【0029】本実施例では、p側のクラッド層97寄り
のSCH層96としてInGaAsPを用い、SCH層9
6中のInAlAs電子ストッパー層95の価電子帯不連
続ΔEVが正孔に対し障壁とならない、ほとんど零とな
るよう、かつ、伝導帯不連続ΔECが電子に対し障壁と
なる正の値を有するようにInGaAsP組成を選んだ。
また、p形クラッド層97にもInAlAsを用い、SC
H層96とクラッド層97間の価電子帯不連続も正孔に
対し障壁とならないようにしている。
In this embodiment, InGaAsP is used as the SCH layer 96 near the p-side cladding layer 97, and the SCH layer 9 is used.
6, the valence band discontinuity ΔE V of the InAlAs electron stopper layer 95 does not act as a barrier to holes, becomes almost zero, and the conduction band discontinuity ΔE C acts as a barrier to electrons. The InGaAsP composition was chosen to have.
Also, InAlAs is used for the p-type cladding layer 97, and SC
The valence band discontinuity between the H layer 96 and the cladding layer 97 is also prevented from acting as a barrier to holes.

【0030】これにより、注入正孔に対するバリアがな
くなり発光層へ効率よく正孔が注入されると同時に伝導
帯不連続ΔECが大きいため電子のp側SCH中への漏
れが極めて少なくなる。更に、n側のクラッド層91寄
りのSCH層92としてInGaAlAsを用い、SCH層
92中のInP正孔ストッパー層93の伝導帯不連続Δ
Cが電子に対し障壁とならない、ほとんど零となるよ
う、かつ、価電子帯不連続ΔEVが正孔に対し障壁とな
る正の値を有するようにInGaAlAsの組成を選んだ。
As a result, the barrier against injected holes is eliminated, and holes are efficiently injected into the light emitting layer. At the same time, since the conduction band discontinuity ΔE C is large, leakage of electrons into the p-side SCH is extremely reduced. Further, InGaAlAs is used as the SCH layer 92 near the n-side cladding layer 91, and the conduction band discontinuity Δ of the InP hole stopper layer 93 in the SCH layer 92.
The composition of InGaAlAs was selected such that E C did not act as a barrier to electrons, was almost zero, and the valence band discontinuity ΔE V had a positive value acting as a barrier to holes.

【0031】また、n形クラッド層91にもInPを用
い、SCH層92とクラッド層91間の伝導帯不連続も
電子に対し障壁とならないようにしている。これによ
り、注入電子に対するバリアがなくなり発光層へ効率よ
く電子が注入されると同時に価電子帯不連続ΔEVが大
きいため正孔のn側SCH中への漏れが極めて少なくな
り効率よく発光する。なお、電子及び正孔ストッパー層
95,93は電子及び正孔のトンネル効果が起きない数
十nm程度あればよく、本実施例では、20nmとし
た。
Also, InP is used for the n-type cladding layer 91 so that the conduction band discontinuity between the SCH layer 92 and the cladding layer 91 does not become a barrier to electrons. As a result, there is no barrier against injected electrons, and electrons are efficiently injected into the light emitting layer. At the same time, since the valence band discontinuity ΔE V is large, leakage of holes into the n-side SCH is extremely reduced, and light is efficiently emitted. The electron and hole stopper layers 95 and 93 need only have a thickness of about several tens of nanometers at which the tunnel effect of electrons and holes does not occur. In this embodiment, the thickness is set to 20 nm.

【0032】従来のものでは図6のようにキャリアの注
入に対し、ΔEC及びΔEvに起因したバリアが存在する
ためキャリアの注入効率が良くない。また、発光層63
側に注入されたキャリアもSCH層62及び64に漏れ
だしているためこの部分での発光及び非発光の再結合が
存在し、量子効率が減少している。この様に、本実施例
では、図6に示す従来技術に比較し、キャリアの注入効
率が向上し、また、発光層へのキャリアの閉じ込めが向
上するため量子効率が増大し、リッジ幅3μmのレーザ
とした場合の発振閾値も従来の層構造の素子の30mA
に対し、17mA以下の値が得られた。
In the conventional device, as shown in FIG. 6, there is a barrier caused by ΔE C and ΔE v with respect to the carrier injection, so that the carrier injection efficiency is not good. The light emitting layer 63
Since the carriers injected into the side also leak to the SCH layers 62 and 64, there is recombination of light emission and non-light emission at this portion, and the quantum efficiency is reduced. As described above, in the present embodiment, as compared with the prior art shown in FIG. 6, the carrier injection efficiency is improved, and the confinement of the carriers in the light emitting layer is improved, so that the quantum efficiency is increased. The lasing threshold when using a laser is also 30 mA of that of a device with a conventional layer structure.
, A value of 17 mA or less was obtained.

【0033】また、高電流領域においてもキャリアの注
入効率が高く維持されるので、100mW以上の光出力
が得られ、また、閾値及び効率の温度特性の向上もみら
れた。本実施例は、リッジレーザの例であるが、素子構
造は埋め込み形など各種構造でも同様な効果が得られ
る。この実施例は一例であり、発光層をInGaAsP/
InGaAsP多重量子井戸発光層やInGaAsP/InGa
AlAs多重量子井戸発光層(井戸層はInGaAsPでも
InGaAlAsでも良い)等にしてもよく、また、単一の
量子井戸でもよいことは言うまでもない。
Further, since the carrier injection efficiency is maintained high even in the high current region, an optical output of 100 mW or more was obtained, and the threshold and efficiency temperature characteristics were also improved. Although the present embodiment is an example of a ridge laser, the same effect can be obtained with various element structures such as an embedded structure. This embodiment is an example, and the light emitting layer is made of InGaAsP /
InGaAsP multiple quantum well light emitting layer, InGaAsP / InGa
It is needless to say that the light emitting layer may be an AlAs multiple quantum well light emitting layer (the well layer may be InGaAsP or InGaAlAs) or a single quantum well.

【0034】また、発光層の組成や構造を変化させたり
して、発光波長を変えてもよいことは言うまでもない。
また、p側InGaAsPSCH層組成やn側InGaAlA
sSCH層組成を変化させたりしてもそれに応じ電子ス
トッパー層をInGaAlAsとし正孔ストッパー層をIn
GaAsPとしてその組成を調整すればよい。このとき、
クラッド層もそれぞれInGaAlAsとInGaAsPとす
るか傾斜組成層でInAlAsとInPまでなめらかに接続
してもよい。
It goes without saying that the emission wavelength may be changed by changing the composition or structure of the light emitting layer.
Further, the composition of the p-side InGaAsPSCH layer and the n-side InGaAlAl
Even if the composition of the sSCH layer is changed, the electron stopper layer is made of InGaAlAs, and the hole stopper layer is made of InGaAlAs.
What is necessary is just to adjust the composition as GaAsP. At this time,
The cladding layers may be made of InGaAlAs and InGaAsP, respectively, or may be smoothly connected to InAlAs and InP by a gradient composition layer.

【0035】また、この時、格子歪みを多重量子井戸
層、SCH層やストッパー層にいれても、本発明の主旨
に沿ったバンド構造を構成すれば同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。また、注入キャリアに対する伝
導帯不連続や価電子帯不連続は完全に零でなくてもよ
く、それぞれが熱エネルギーに相当する数十meV程度
あっても同様の結果が得られる。
At this time, it is needless to say that the same effect can be obtained even if the lattice strain is added to the multiple quantum well layer, the SCH layer, and the stopper layer, if the band structure according to the gist of the present invention is formed. Further, the conduction band discontinuity and the valence band discontinuity with respect to the injected carrier need not be completely zero, and similar results can be obtained even when each of them has about several tens meV corresponding to thermal energy.

【0036】また、SCH層としては単一組成だけでな
く、階段状組成、疑似傾斜組成或いは傾斜組成としても
よい。また、InGaAlAs発光層やInGaAlAsSCH
層のかわりに同様のバンド構造が得られるInGaAsSb
などの材料やほかの材料系でも本発明の主旨に沿ったバ
ンド構造を構成すれば同様の効果が得られることは言う
までもない。
The SCH layer is not limited to a single composition, but may have a stepped composition, a pseudo gradient composition or a gradient composition. In addition, an InGaAlAs light emitting layer or an InGaAlAsSCH
InGaAsSb that can obtain a similar band structure instead of a layer
It is needless to say that the same effect can be obtained by forming a band structure in accordance with the gist of the present invention also in such a material and other material systems.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明では、発光層に隣接するSCH層中に
半導体薄膜を挿入し、この半導体薄膜とSCH層及びク
ラッド層の材料組成を適当に選び、注入キャリアに対し
ては障壁とならず対極のキャリアに対しては大きな障壁
となるようにバンド構造を形成することにより、キャリ
アの注入を高電流領域までスムーズにし、さらに発光層
以外での発光及び非発光再結合を抑制し、高効率で高光
出力の半導体発光素子が実現可能となる。
As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, a semiconductor thin film is inserted into an SCH layer adjacent to a light emitting layer, and the material of the semiconductor thin film and the SCH layer and the cladding layer are inserted. By appropriately selecting the composition and forming a band structure so that it does not act as a barrier to injected carriers but a large barrier to carriers at the opposite electrode, carrier injection can be smoothly performed up to the high current region, and light emission can be further improved. Light emitting and non-light emitting recombination in layers other than the layers are suppressed, and a semiconductor light emitting device with high efficiency and high light output can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による半導体発光素子のバンド構造図で
ある。
FIG. 1 is a band structure diagram of a semiconductor light emitting device according to the present invention.

【図2】従来の半導体発光素子に電圧を印加してバイア
スして行った時のバンド構造図である。
FIG. 2 is a band structure diagram when a conventional semiconductor light emitting device is biased by applying a voltage.

【図3】図3(a)は、発光層とクラッド層の間にバン
ド構造をなめらかにするような半導体グレーディング層
を挿入した構造のフラットバンド状態のバンド図、図3
(b)は、発光層とクラッド層の間に発光層とクラッド
層の中間組成の半導体層を挿入した構造のフラットバン
ド状態のバンド図、図3(c)は、発光層とクラッド層
の間に発光層とクラッド層の中間組成の半導体層及びキ
ャリアストッパー層を挿入した構造のフラットバンド状
態のバンド図である。
FIG. 3A is a band diagram in a flat band state of a structure in which a semiconductor grading layer for smoothing the band structure is inserted between a light emitting layer and a cladding layer;
(B) is a band diagram in a flat band state of a structure in which a semiconductor layer having an intermediate composition between the light emitting layer and the cladding layer is inserted between the light emitting layer and the cladding layer, and FIG. FIG. 4 is a band diagram in a flat band state having a structure in which a semiconductor layer having an intermediate composition between a light emitting layer and a cladding layer and a carrier stopper layer are inserted.

【図4】本発明の第1の実施例の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例の素子のバイアス状態で
の模式的なバンド図である。
FIG. 5 is a schematic band diagram of the device according to the first embodiment of the present invention in a bias state.

【図6】従来の構造の素子のバイアス状態でのバンド図
である。
FIG. 6 is a band diagram of an element having a conventional structure in a bias state.

【図7】本発明の第2の実施例の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の素子のバイアス状態で
の模式的なバンド図である。
FIG. 8 is a schematic band diagram of a device according to a second embodiment of the present invention in a bias state.

【図9】本発明の第3の実施例の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施例の素子のバイアス状態
での模式的なバンド図である。
FIG. 10 is a schematic band diagram of a device according to a third embodiment of the present invention in a bias state.

【図11】InP基板に格子整合する場合を模式的に示
すバンド図である。
FIG. 11 is a band diagram schematically showing a case where lattice matching is performed with an InP substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41 n−InPクラッド層 42 InGaAlAsセパレートコンファインメントヘテ
ロ構造(SCH)層 43 InGaAlAs/InGaAlAs多重量子井戸発光層 44 InAlAs電子ストッパー層 45 InGaAsPセパレートコンファインメントヘテ
ロ構造(SCH)層 46 p−InAlAsクラッド層 47 p高濃度ドープInGaAs/InGaAlAs傾斜組
成コンタクト層 48,49 n及びp電極 71 n−InPクラッド層 72 InGaAlAsセパレートコンファインメントヘテ
ロ構造(SCH)層 73 InP正孔ストッパー層 74 InGaAlAs/InGaAlAs多重量子井戸発光層 75 InGaAlAsセパレートコンファインメントヘテ
ロ構造(SCH)層 76 InGaAlAs(Eg〜1.1eV組成)からInA
lAsへの傾斜組成層 77 p−InAlAsクラッド層 78 p高濃度ドープInGaAs/InGaAlAs傾斜組
成コンタクト層、 79,710 n及びp電極 91 n−InPクラッド層 92 InGaAlAsセパレートコンファインメントヘテ
ロ構造(SCH)層 93 InP正孔ストッパー層 94 InGaAlAs/InGaAlAs多重量子井戸発光層 95 InAlAs電子ストッパー層 96 InGaAsPセパレートコンファインメントヘテ
ロ構造(SCH)層 97 p−InAlAsクラッド層 98 p高濃度ドープInGaAs/InGaAlAs傾斜組
成コンタクト層 99,910 n及びp電極
Reference Signs List 41 n-InP cladding layer 42 InGaAlAs separate confinement heterostructure (SCH) layer 43 InGaAlAs / InGaAlAs multiple quantum well light emitting layer 44 InAlAs electron stopper layer 45 InGaAsP separate confinement heterostructure (SCH) Al p cladding layer 46A-p Highly doped InGaAs / InGaAlAs graded composition contact layers 48, 49n and p electrode 71 n-InP cladding layer 72 InGaAlAs separate confinement heterostructure (SCH) layer 73 InP hole stopper layer 74 InGaAlAs / InGaAlAs multiple quantum wells InA of InGaAlAs separate confinement heterostructure (SCH) layer 76 InGaAlAs (E g ~1.1eV composition)
Gradient composition layer to lAs 77 p-InAlAs cladding layer 78 p heavily doped InGaAs / InGaAlAs gradient composition contact layer, 79,710 n and p electrode 91 n-InP cladding layer 92 InGaAlAs separate confinement heterostructure (SCH) layer 93 InP hole stopper layer 94 InGaAlAs / InGaAlAs multiple quantum well light emitting layer 95 InAlAs electron stopper layer 96 InGaAsP separate refinement heterostructure (SCH) layer 97 p-InAlAs cladding layer 98p heavily doped InGaAs layer AsInAlAsAlAs layer 910 n and p electrodes

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単一組成、階段状組成、疑似傾斜組成又
は傾斜組成のセパレートコンファインメントヘテロ構造
層に挟まれた単一又は多重量子井戸構造を含む発光層と
その両側にクラッド層を有する半導体発光素子におい
て、p形クラッド層側の上記構造層中に、当該構造層に
対する価電子帯不連続が正孔に対し障壁とならない、ほ
とんど零であり、伝導帯不連続が前記発光層からの電子
に対し障壁となる正の値を有する半導体薄膜を挿入し、
且つ、p形クラッド層側の上記構造層と上記クラッド層
間の価電子帯不連続が正孔に対し障壁とならない、ほと
んど零であることを特徴とする半導体発光素子。
1. A semiconductor having a light emitting layer including a single or multiple quantum well structure sandwiched between separate confinement heterostructure layers of a single composition, a stepwise composition, a pseudo gradient composition, or a gradient composition, and a cladding layer on both sides thereof. In the light emitting device, the valence band discontinuity with respect to the p-type cladding layer side is almost zero, which does not act as a barrier for holes, and the conduction band discontinuity is caused by electrons from the light emitting layer. Insert a semiconductor thin film having a positive value as a barrier to
And a valence band discontinuity between the structural layer and the cladding layer on the p-type cladding layer side is almost zero, which does not act as a barrier to holes.
【請求項2】 単一組成、階段状組成、疑似傾斜組成又
は傾斜組成のセパレートコンファインメントヘテロ構造
層に挟まれた単一又は多重量子井戸構造を含む発光層と
その両側にクラッド層を有する半導体発光素子におい
て、n形クラッド層側の上記構造層中に、当該構造層に
対する伝導帯不連続が電子に対し障壁とならない、ほと
んど零であり、価電子帯不連続が前記発光層からの正孔
に対し障壁となる正の値を有する半導体薄膜を挿入し、
且つ、n形クラッド層側の上記構造層と上記クラッド層
間の伝導帯不連続が電子に対し障壁とならない、ほとん
ど零であることを特徴とする半導体発光素子。
2. A semiconductor having a light emitting layer including a single or multiple quantum well structure sandwiched between separate confinement heterostructure layers of a single composition, a stepwise composition, a pseudo gradient composition, or a gradient composition, and a cladding layer on both sides thereof. In the light-emitting device, in the structure layer on the n-type cladding layer side, a conduction band discontinuity with respect to the structure layer does not act as a barrier to electrons, is almost zero, and a valence band discontinuity is a hole from the light-emitting layer. Insert a semiconductor thin film having a positive value as a barrier to
In addition, the semiconductor light emitting device is characterized in that the conduction band discontinuity between the structural layer on the n-type cladding layer side and the cladding layer does not act as a barrier to electrons and is almost zero.
【請求項3】 単一組成、階段状組成、疑似傾斜組成又
は傾斜組成のセパレートコンファインメントヘテロ構造
層に挟まれた単一又は多重量子井戸構造を含む発光層と
その両側にクラッド層を有する半導体発光素子におい
て、p形クラッド層側の上記構造層中に、当該構造層に
対する価電子帯不連続が正孔に対し障壁とならない、ほ
とんど零であり、伝導帯不連続が前記発光層からの電子
に対し障壁となる正の値を有する半導体薄膜を挿入し、
更に、n形クラッド層側の上記構造層中に、伝導帯不連
続が電子に対し障壁とならない、ほとんど零であり、価
電子帯不連続が前記発光層からの正孔に対し障壁となる
正の値を有する半導体薄膜を挿入し、且つ、p形クラッ
ド層側の上記構造層と上記クラッド層間の価電子帯不連
続が正孔に対し障壁とならない、ほとんど零であり、更
に、n形クラッド層側の上記構造層と上記クラッド層間
の伝導帯不連続が電子に対し障壁とならない、ほとんど
零であることを特徴とする半導体発光素子。
3. A light emitting layer having a single or multiple quantum well structure sandwiched between separate confinement heterostructure layers of a single composition, a stepwise composition, a pseudo gradient composition, or a gradient composition, and a semiconductor having cladding layers on both sides thereof. In the light emitting device, the valence band discontinuity with respect to the p-type cladding layer side is almost zero, which does not act as a barrier for holes, and the conduction band discontinuity is caused by electrons from the light emitting layer. Insert a semiconductor thin film having a positive value as a barrier to
Furthermore, in the structure layer on the side of the n-type cladding layer, the conduction band discontinuity does not act as a barrier to electrons, is almost zero, and the valence band discontinuity acts as a barrier to holes from the light emitting layer. And the valence band discontinuity between the structural layer and the cladding layer on the p-type cladding layer side does not act as a barrier to holes, and is almost zero. A semiconductor light emitting device, wherein the conduction band discontinuity between the structural layer and the cladding layer on the layer side is almost zero, which does not act as a barrier to electrons.
【請求項4】 単一組成、階段状組成、疑似傾斜組成又
は傾斜組成のセパレートコンファインメントヘテロ構造
層に挟まれたInGaAsP或いはInGaAlAs発光層又
はInGaAlAs/InGaAlAs、InGaAsP/InGa
AsP或いはInGaAlAs/InGaAsPよりなる単一
又は多重量子井戸構造の発光層とその両側にクラッド層
を有する半導体発光素子において、p形クラッド層側の
上記構造層はInGaAsPよりなり、当該構造層中に当
該構造層に対する価電子帯不連続が正孔に対し障壁とな
らない、ほとんど零であり、伝導帯不連続が前記発光層
からの電子に対し障壁となる正の値を有する半導体薄膜
としてInGaAlAsを挿入し、且つ、p形クラッド層側
の上記構造層と上記クラッド層間の価電子帯不連続が正
孔に対し障壁とならない、ほとんど零であるように、当
該クラッド層がInGaAlAsで構成されることを特徴と
する半導体発光素子。
4. An InGaAsP or InGaAlAs light-emitting layer or InGaAlAs / InGaAlAs, InGaAsP / InGa sandwiched between separate confinement heterostructure layers of a single composition, a stepwise composition, a pseudogradient composition, or a gradient composition.
In a semiconductor light emitting device having a single or multiple quantum well structure light emitting layer of AsP or InGaAlAs / InGaAsP and a cladding layer on both sides thereof, the structure layer on the p-type cladding layer side is made of InGaAsP. InGaAlAs is inserted as a semiconductor thin film having a valence band discontinuity with respect to the structure layer which is almost zero, which does not act as a barrier to holes, and a conduction band discontinuity having a positive value which acts as a barrier to electrons from the light emitting layer. The cladding layer is made of InGaAlAs so that the valence band discontinuity between the structural layer on the p-type cladding layer side and the cladding layer does not become a barrier to holes and is almost zero. Semiconductor light emitting device.
【請求項5】 単一組成、階段状組成、疑似傾斜組成又
は傾斜組成のセパレートコンファインメントヘテロ構造
層に挟まれたInGaAsP或いはInGaAlAs発光層又
はInGaAlAs/InGaAlAs、InGaAsP/InGa
AsP或いはInGaAlAs/InGaAsPよりなる単一又
は多重量子井戸構造の発光層とその両側にクラッド層を
有する半導体発光素子において、n形クラッド層側の上
記構造層はInGaAlAsよりなり、当該構造層中に当該
構造層に対する伝導帯不連続が電子に対し障壁とならな
い、ほとんど零であり、価電子帯不連続が前記発光層か
らの正孔に対し障壁となる正の値を有する半導体薄膜と
してInGaAsPを挿入し、且つ、n形クラッド層側の
上記構造層と上記クラッド層間の伝導帯不連続が電子に
対し障壁とならない、ほとんど零であるように、当該ク
ラッド層がInGaAsPで構成されることを特徴とする
半導体発光素子。
5. An InGaAsP or InGaAlAs light emitting layer or InGaAlAs / InGaAlAs, InGaAsP / InGa sandwiched between separate confinement heterostructure layers of a single composition, a stepped composition, a pseudo graded composition or a graded composition.
In a light emitting layer having a single or multiple quantum well structure composed of AsP or InGaAlAs / InGaAsP and a semiconductor light emitting device having a cladding layer on both sides thereof, the above-mentioned structural layer on the n-type cladding layer side is composed of InGaAlAs. InGaAsP was inserted as a semiconductor thin film having a positive value in which the conduction band discontinuity with respect to the structural layer did not become a barrier to electrons and was almost zero, and the valence band discontinuity became a barrier against holes from the light emitting layer. And the cladding layer is made of InGaAsP such that the conduction band discontinuity between the structural layer and the cladding layer on the n-type cladding layer side is almost zero, which does not act as a barrier to electrons. Semiconductor light emitting device.
【請求項6】 単一組成、階段状組成、疑似傾斜組成又
は傾斜組成のセパレートコンファインメントヘテロ構造
層に挟まれたInGaAsP或いはInGaAlAs発光層又
はInGaAlAs/InGaAlAs、InGaAsP/InGa
AsP或いはInGaAlAs/InGaAsPよりなる単一又
は多重量子井戸構造の発光層とその両側にクラッド層を
有する半導体発光素子において、p形クラッド層側の上
記構造層はInGaAsPよりなり、当該構造層中に当該
構造層に対する価電子帯不連続が正孔に対し障壁となら
ない、ほとんど零であり、伝導帯不連続が前記発光層か
らの電子に対し障壁となる正の値を有する半導体薄膜と
してInGaAlAsを挿入し、且つ、n形クラッド層側の
上記構造層がInGaAlAsよりなり、当該構造層中に当
該構造層に対する伝導帯不連続が電子に対し障壁となら
ない、ほとんど零であり、価電子帯不連続が前記発光層
からの正孔に対し障壁となる正の値を有する半導体薄膜
としてInGaAsPを挿入し、更に、p形クラッド層側
の上記構造層と上記クラッド層間の価電子帯不連続が正
孔に対し障壁とならない、ほとんど零であるように、当
該クラッド層がInGaAsPで構成され、また、n形ク
ラッド層側の上記構造層と上記クラッド層間の伝導帯不
連続が電子に対し障壁とならない、ほとんど零であるよ
うに、当該クラッド層がInGaAlAsで構成されること
を特徴とする半導体発光素子。
6. An InGaAsP or InGaAlAs light-emitting layer or InGaAlAs / InGaAlAs, InGaAsP / InGa sandwiched between separate confinement heterostructure layers of a single composition, a stepped composition, a quasi-gradient composition or a gradient composition.
In a light emitting layer having a single or multiple quantum well structure composed of AsP or InGaAlAs / InGaAsP and a semiconductor light emitting device having a cladding layer on both sides thereof, the above-mentioned structural layer on the p-type cladding layer side is composed of InGaAsP. InGaAlAs is inserted as a semiconductor thin film having a valence band discontinuity with respect to the structure layer which is almost zero, which does not act as a barrier to holes, and a conduction band discontinuity having a positive value which acts as a barrier to electrons from the light emitting layer. The structure layer on the n-type cladding layer side is made of InGaAlAs, and the conduction band discontinuity for the structure layer in the structure layer does not become a barrier to electrons, is almost zero, and the valence band discontinuity is InGaAsP is inserted as a semiconductor thin film having a positive value serving as a barrier to holes from the light emitting layer, and the above-mentioned structural layer and the above cladding layer on the p-type cladding layer side are further inserted. The cladding layer is made of InGaAsP so that the valence band discontinuity between layers does not become a barrier to holes and is almost zero, and the conduction band between the above-mentioned structural layer and the above-mentioned cladding layer on the n-type cladding layer side. A semiconductor light emitting device wherein the cladding layer is made of InGaAlAs so that the discontinuity is almost zero, which does not become a barrier to electrons.
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