JPH118406A - Surface-emitting element - Google Patents

Surface-emitting element

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JPH118406A
JPH118406A JP16114897A JP16114897A JPH118406A JP H118406 A JPH118406 A JP H118406A JP 16114897 A JP16114897 A JP 16114897A JP 16114897 A JP16114897 A JP 16114897A JP H118406 A JPH118406 A JP H118406A
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JP
Japan
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layer
layers
light emitting
barrier
barrier layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP16114897A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Mizuno
義之 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH118406A publication Critical patent/JPH118406A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-emitting element which provides both high external quantum efficiency and high response speed. SOLUTION: A plurality of barrier layers 16-28 include a second barrier layer 20 and a third barrier layer 24, which are positioned between a plurality of active layers 18-26 and have a band structure inclined in the stacking direction. Therefore, since energy Ev at the upper edge of the valence band and energy Ec at the lower edge of the conduction band are inclined in the second barrier layer 20 and the third barrier layer 24, the injected carriers are made to move quickly along the energy inclination in the barrier layers 20 and 24, and the moving speed of the carriers left in the barrier layers 20 and 24 is increased at a light emission stop, when the application of a drive voltage is stopped. Therefore, in a light-emitting diode having a multi-quantum well structure, the fall time is shortened, and a surface-emitting element that provides both high external quantum efficiency and high response speed is obtained.

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、発光ダイオード
(LED)や垂直キャビティ面発光レーザ(VCSE
L)等の面発光素子の改良に関する。
The present invention relates to a light emitting diode (LED) and a vertical cavity surface emitting laser (VCSE).
L) and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板上に複数の障壁層(バリア層)およ
び複数の井戸層が交互に配置されて構成される量子井戸
構造の発光層を含む複数の化合物半導体層が積層されて
成り、それら複数の化合物半導体層の両面側に設けられ
た一対の電極間に通電することにより、発光層で発生し
た光を基板とは反対側の化合物半導体層の表面から取り
出す形式の面発光素子が知られている。このような多重
量子井戸構造の発光層を備えた面発光素子によれば、単
なるpn接合やダブルヘテロ接合構造の面発光素子に比
較して応答速度が高められるという利点がある。特に、
発光層の両側に化合物半導体の混晶比が傾斜させられた
傾斜層が備えられる場合には、発光層内において価電子
帯上端および伝導帯下端のエネルギが傾斜させられるこ
とから、注入されたキャリアが速やかに傾斜に沿って発
光層に向かって移動させられるため、応答速度が一層高
められる。例えば、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTER
S,VOL.4,NO.1,JANUARY 1992 の27〜28頁に記載されてい
る歪量子井戸発光ダイオードがそれである。
2. Description of the Related Art A plurality of compound semiconductor layers including a light emitting layer having a quantum well structure in which a plurality of barrier layers (barrier layers) and a plurality of well layers are alternately arranged on a substrate are formed. 2. Description of the Related Art A surface light emitting element of a type in which light generated in a light emitting layer is extracted from a surface of a compound semiconductor layer opposite to a substrate by applying a current between a pair of electrodes provided on both surfaces of a plurality of compound semiconductor layers is known. ing. According to the surface light emitting device including the light emitting layer having such a multiple quantum well structure, there is an advantage that the response speed can be increased as compared with a surface light emitting device having a simple pn junction or a double hetero junction structure. Especially,
When a gradient layer in which the compound crystal ratio of the compound semiconductor is inclined is provided on both sides of the light emitting layer, the injected carriers are inclined because the energy of the valence band upper end and the conduction band lower end is inclined in the light emitting layer. Are quickly moved along the slope toward the light emitting layer, so that the response speed is further enhanced. For example, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTER
S, VOL. 4, NO. 1, JANUARY 1992, pages 27-28, distorted quantum well light emitting diodes.

【0003】また、上記のような量子井戸構造の発光層
を備えた面発光素子において、発光層で発生した光を反
射する光共振器を構成する一対の反射層がその発光層を
挟んで備えられたものが知られている。例えば、特開平
4−167484号公報に記載されている光半導体装置
等がそれである。このような光共振器を備えた面発光素
子にはRC−LED(共鳴空洞発光ダイオード)或いは
VCSELと呼ばれるものがあり、発光層内の電子波と
光共振器内の光波が結合し、共振モードのみの光が発光
層で発生する所謂キャビティQED効果によって、強指
向性および狭線幅の光が射出されることとなるため、結
晶表面での全反射がなく高い外部量子効率(すなわち光
出力)が得られるという利点がある。
In a surface light emitting device having a light emitting layer having a quantum well structure as described above, a pair of reflecting layers constituting an optical resonator for reflecting light generated in the light emitting layer are provided with the light emitting layer interposed therebetween. Is known. For example, the optical semiconductor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-167484 is such. A surface light emitting device having such an optical resonator includes a device called an RC-LED (resonant cavity light emitting diode) or VCSEL, in which an electron wave in the light emitting layer and a light wave in the optical resonator are coupled, and a resonance mode is set. Because of the so-called cavity QED effect in which only light is generated in the light emitting layer, light having a strong directivity and a narrow line width is emitted, so that there is no total reflection on the crystal surface and high external quantum efficiency (that is, light output). Is obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の実験結果によれば、上記公報に記載されるような
光共振器構造を前記のような多重量子井戸構造の発光層
を備えた面発光素子に適用すると、例え前記傾斜層が備
えられていても多重量子井戸構造による応答速度の向上
効果が十分に得られないことが明らかとなった。すなわ
ち、発光を開始させる際の立ち上がり時間tr (rise ti
me) には十分な改善効果が得られる一方、発光を停止さ
せるために駆動電圧をバイアス電圧に戻す際の立ち下が
り時間tf(fall time) が長くなって十分な応答性が得
られないのである。光共振器構造を構成して高い光出力
を得るためには、光共振器内に形成される定在波の腹に
井戸層を位置させる必要があることから、井戸層間の障
壁層の厚さが1/2 波長に略等しい数百(nm)程度と厚くさ
れる。そのため、駆動電圧の非印加時における発光層内
でのキャリア[ホール(正孔)または電子]の移動速度
が拡散速度に依存することから、バイアス電圧に戻した
際に障壁層に残存するキャリアが拡散して井戸層内で再
結合するまでの時間すなわちtf が長くなるのである。
この問題は、二種のキャリアのうち質量が大きいホール
が移動させられる価電子帯側において顕著である。
However, according to the experimental results of the present inventors, according to the experimental results of the present inventors, the optical resonator structure described in the above-mentioned publication has a surface provided with a light emitting layer having a multiple quantum well structure as described above. When applied to a light emitting device, it has been clarified that the effect of improving the response speed by the multiple quantum well structure cannot be sufficiently obtained even if the inclined layer is provided. That is, the rise time tr (rise ti
While me) sufficient improvement effect on is obtained, since not obtained sufficient responsiveness is standing when returning to the bias voltage fall time t f (fall time) is longer driving voltage in order to stop the emission is there. In order to obtain a high optical output by forming an optical resonator structure, it is necessary to position the well layer at the antinode of the standing wave formed in the optical resonator. Is increased to about several hundred (nm) which is substantially equal to a half wavelength. Therefore, since the moving speed of carriers [holes (holes) or electrons] in the light emitting layer when no driving voltage is applied depends on the diffusion speed, the carriers remaining in the barrier layer when returning to the bias voltage are reduced. time or t f until recombined spread to the well layer is the longer.
This problem is remarkable on the valence band side where holes having a large mass of the two carriers are moved.

【0005】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的とするところは、高い外部量
子効率と高い応答速度とが共に得られる面発光素子を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surface-emitting device capable of obtaining both high external quantum efficiency and high response speed. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、複数の障壁層および
複数の井戸層が交互に配置されて構成される量子井戸構
造の発光層と、その発光層を挟んで設けられてその発光
層で発生した光を反射させる光共振器を構成する一対の
反射層とを含む複数の化合物半導体層が積層されて成
り、その発光層で発生した光をそれら複数の化合物半導
体層の表面から取り出す形式の面発光素子であって、
(a) 前記複数の障壁層は、前記複数の井戸層の間に位置
して積層方向に向かってバンド構造が傾斜させられた傾
斜障壁層を含むことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the gist of the present invention is to provide a light emitting layer having a quantum well structure in which a plurality of barrier layers and a plurality of well layers are alternately arranged. And a plurality of compound semiconductor layers including a pair of reflective layers provided to sandwich the light emitting layer and constituting an optical resonator for reflecting light generated in the light emitting layer. Surface light-emitting device of a type in which the extracted light is extracted from the surfaces of the plurality of compound semiconductor layers,
(a) The plurality of barrier layers include an inclined barrier layer located between the plurality of well layers and having a band structure inclined in a stacking direction.

【0007】[0007]

【発明の効果】このようにすれば、複数の障壁層は、複
数の井戸層の間に位置して積層方向に向かってバンド構
造が傾斜させられた傾斜障壁層を含んで構成される。そ
のため、傾斜障壁層では価電子帯上端のエネルギおよび
伝導帯下端のエネルギが傾斜させられていることから、
注入されたキャリアがそれらのエネルギの傾斜に沿って
速やかに移動させられるため、駆動電圧の印加が停止さ
せられる発光停止時において傾斜障壁層に残存するキャ
リアの移動速度が高められ、発光層内におけるキャリア
の移動速度が全体として高められる。したがって、多重
量子井戸構造とされた面発光素子において立ち下がり時
間tf が短くなって、高い外部量子効率と高い応答速度
とを共に備えた面発光素子が得られる。このような効果
は、キャリアのうち有効質量が大きく移動速度が電子に
比較して遅いホールが移動させられる価電子帯上端にお
いて顕著である。
According to the present invention, the plurality of barrier layers include the inclined barrier layers located between the plurality of well layers and having the band structure inclined in the stacking direction. Therefore, since the energy at the upper end of the valence band and the energy at the lower end of the conduction band are inclined in the inclined barrier layer,
Since the injected carriers are quickly moved along the gradient of their energy, the speed of movement of the carriers remaining in the inclined barrier layer at the time of emission stop when the application of the driving voltage is stopped is increased, and The moving speed of the carrier is increased as a whole. Accordingly, the fall time t f is shortened in the surface light emitting device with a multiple quantum well structure, high external quantum efficiency and high and response speed with both surface-emitting device can be obtained. Such an effect is remarkable at the upper end of the valence band where holes having a large effective mass among carriers and having a slower moving speed than electrons are moved.

【0008】因みに、従来の多重量子井戸構造の面発光
素子においては、発光層内の障壁層はバンド構造すなわ
ち価電子帯上端および伝導帯下端のエネルギが、キャリ
アの移動方向である化合物半導体層の積層方法に平坦と
されていた。そのため、発光停止時に平坦なバンドの層
ができてキャリアの移動速度が専ら拡散速度に依存する
ことから、光共振器構造を構成するために井戸層間に位
置する障壁層が厚くされる場合に応答速度が低下させら
れていたのである。
In the conventional surface emitting device having a multiple quantum well structure, the barrier layer in the light emitting layer has a band structure, that is, the energy of the upper end of the valence band and the lower end of the conduction band is the energy of the compound semiconductor layer in the moving direction of the carrier. The lamination method was flat. Therefore, when light emission is stopped, a flat band layer is formed, and the carrier moving speed depends exclusively on the diffusion speed. Therefore, when the barrier layer located between the well layers is thickened to form the optical resonator structure, the response speed is increased. Was reduced.

【0009】なお、上記傾斜障壁層のエネルギの傾斜方
向は、駆動電圧印加時のキャリアの移動方向に沿って低
くなる方向に限られず、その反対方向に傾斜させられ、
或いは、積層方向すなわち厚さ方向の中間位置から両方
向に低くなるように傾斜させられるものでもよい。すな
わち、上記傾斜障壁層は井戸層の間に位置しており、立
ち下がり時間tf は駆動電圧の非印加時におけるキャリ
アの移動速度(井戸層内で再結合させられるまでの時
間)に依存する。そのため、傾斜障壁層内に残るキャリ
アが何れかの井戸層内に速やかに移動すれば応答速度の
改善効果が得られることから、傾斜方向が印加時のキャ
リアの移動方向と相違しても何ら支障は生じないのであ
る。また、傾斜障壁層は、バンド構造すなわち価電子帯
上端および伝導帯下端のエネルギが連続的に変化させら
れるものであっても、段階的に変化させられるものであ
ってもよい。
[0009] The inclination direction of the energy of the inclined barrier layer is not limited to the direction in which the energy is decreased along the moving direction of the carrier when the driving voltage is applied, but is inclined in the opposite direction.
Alternatively, it may be inclined so as to become lower in both directions from the intermediate position in the stacking direction, that is, the thickness direction. That is, the inclined barrier layer is located between the well layers, the fall time t f is dependent on the speed of movement of the carrier in the non-application of the driving voltage (time to be allowed to recombine in the well layers) . Therefore, if the carriers remaining in the inclined barrier layer move quickly into any of the well layers, an effect of improving the response speed can be obtained. Therefore, there is no problem even if the inclined direction is different from the moving direction of the carriers at the time of application. Does not occur. Further, the gradient barrier layer may have a band structure, that is, the energy of the upper end of the valence band and the energy of the lower end of the conduction band may be changed continuously or may be changed stepwise.

【0010】[0010]

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記複数の障壁
層のうち、前記複数の井戸層の間に位置する全てが前記
傾斜障壁層として構成される。このようにすれば、井戸
層の間に位置する全ての障壁層のバンド構造が傾斜させ
られていることから、発光停止時にそれら障壁層内に残
存するキャリアの全てが速やかに井戸層内で再結合させ
られるため、一層応答速度が高められる。更に好適に
は、前記複数の障壁層のうち、前記複数の井戸層の外側
に位置するものも隣接する井戸層に向かってバンド構造
が傾斜させられた傾斜層として構成される。このように
すれば、発光層内に備えられている全ての障壁層のバン
ド構造が傾斜させられることから、発光停止時において
発光層内に残存する全てのキャリアが速やかに移動させ
られ且つ井戸層内で再結合させられるため、一層応答速
度が高められる。
In another aspect of the present invention, preferably, all of the plurality of barrier layers located between the plurality of well layers are configured as the inclined barrier layers. In this case, since the band structures of all the barrier layers located between the well layers are inclined, all of the carriers remaining in the barrier layers at the time of stopping the light emission are quickly regenerated in the well layers. Since they are combined, the response speed is further increased. More preferably, of the plurality of barrier layers, the one located outside the plurality of well layers is also configured as an inclined layer whose band structure is inclined toward an adjacent well layer. With this configuration, since the band structures of all the barrier layers provided in the light emitting layer are inclined, all the carriers remaining in the light emitting layer when light emission is stopped are promptly moved, and the well layer is formed. The speed of response is further increased because they are recombined within.

【0011】また、好適には、前記傾斜障壁層は、前記
積層方向に向かって化合物半導体の混晶比が変化させら
れることによりバンドギャップエネルギが傾斜させられ
たものである。このようにすれば、混晶比の傾斜によっ
て形成されるバンドギャップエネルギの傾斜に従ってバ
ンド構造すなわち価電子帯上端および伝導帯下端のエネ
ルギが傾斜させられることとなる。
Preferably, the gradient barrier layer has a band gap energy inclined by changing a compound crystal ratio of the compound semiconductor in the laminating direction. In this manner, the band structure, that is, the energy at the upper end of the valence band and the energy at the lower end of the conduction band are inclined according to the inclination of the band gap energy formed by the inclination of the mixed crystal ratio.

【0012】また、好適には、前記傾斜障壁層は、前記
積層方向に向かって不純物濃度が変化させられることに
よりバンドギャップエネルギが傾斜させられたものであ
る。このようにすれば、不純物濃度の傾斜によって形成
されるキャリア濃度の傾斜に従ってバンドギャップエネ
ルギが傾斜させられ、バンド構造すなわち価電子帯上端
および伝導帯下端のエネルギが真空準位に対して傾斜す
るように変位させられることから、バンド構造が傾斜さ
せられた傾斜障壁層が備えられる。
Preferably, the gradient barrier layer has a band gap energy inclined by changing an impurity concentration in the laminating direction. With this configuration, the band gap energy is inclined according to the carrier concentration gradient formed by the impurity concentration gradient, and the band structure, that is, the energy at the upper end of the valence band and the energy at the lower end of the conduction band are inclined with respect to the vacuum level. , A gradient barrier layer having a tilted band structure is provided.

【0013】また、好適には、前記傾斜障壁層のバンド
構造すなわち価電子帯上端および伝導帯下端のエネルギ
の傾斜は、前記複数の井戸層それぞれにキャリアが到達
する障壁層当たり0.05〜0.1(eV) 程度とされる。すなわ
ち、傾斜が大きいほど応答速度が向上させられることと
なるが、障壁層の価電子帯上端のエネルギの最小値が小
さく且つ伝導帯下端のエネルギの最大値が大きくなるほ
ど、すなわちバンドギャップエネルギが大きくなるほ
ど、駆動電圧(順方向電圧)が高くなることから、消費
電力を低減して高い信頼性を確保できる1.6 〜2.5(V)程
度の駆動電圧に止めるためには上記の範囲が望ましいの
である。
Preferably, the band structure of the gradient barrier layer, that is, the gradient of energy at the upper end of the valence band and the lower end of the conduction band is 0.05 to 0.1 (eV) per barrier layer in which carriers reach each of the plurality of well layers. ) Degree. In other words, the response speed is improved as the slope becomes larger. However, as the minimum value of the energy at the upper end of the valence band of the barrier layer becomes smaller and the maximum value of the energy at the lower end of the conduction band becomes larger, that is, the band gap energy becomes larger. Since the driving voltage (forward voltage) becomes higher, the above range is desirable in order to reduce the power consumption and keep the driving voltage at about 1.6 to 2.5 (V), which can ensure high reliability.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例におい
て、各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following examples, the dimensional ratios and the like of each part are not necessarily drawn accurately.

【0015】図1は、本発明の面発光素子の一実施例で
ある面発光型発光ダイオード(以下、単に発光ダイオー
ドという)10の構成を示す図である。図において、発
光ダイオード10は、例えば、MOCVD(Metal Orga
nic Chemical Vapor Deposition :有機金属化学気相成
長)法等のエピタキシャル成長技術によって、基板12
上に順次結晶成長させられた基板側反射層14、第1バ
リア層16、第1活性層18、第2バリア層20、第2
活性層22、第3バリア層24、第3活性層26、第4
バリア層28、放射面側反射層30、クラッド層32、
および電流阻止層34と、基板12の下面および電流阻
止層34の上面にそれぞれ固着された下部電極36およ
び上部電極38とから構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a surface emitting type light emitting diode (hereinafter, simply referred to as a light emitting diode) 10 which is an embodiment of the surface emitting element of the present invention. In the figure, a light emitting diode 10 is, for example, a MOCVD (Metal Orga
The substrate 12 is formed by an epitaxial growth technique such as a nic Chemical Vapor Deposition method.
The substrate-side reflective layer 14, the first barrier layer 16, the first active layer 18, the second barrier layer 20, and the second
The active layer 22, the third barrier layer 24, the third active layer 26, the fourth
Barrier layer 28, radiation side reflection layer 30, cladding layer 32,
And a current blocking layer 34, and a lower electrode 36 and an upper electrode 38 fixed to the lower surface of the substrate 12 and the upper surface of the current blocking layer 34, respectively.

【0016】上記基板12は、例えば350(μm)程度の厚
さのn-GaAs単結晶から成る化合物半導体である。また、
基板側反射層14は、例えば70(nm)程度の厚さのn-AlAs
単結晶から成る化合物半導体と、例えば60(nm)程度の厚
さのn-Al0.2Ga0.8As単結晶から成る化合物半導体とを、
前者が基板12側となるように交互に例えば30組積層
して構成された所謂n型の分布反射型半導体多層膜反射
層(DBR)である。なお、この基板側反射層14を構
成する各層の厚さは、第1活性層18乃至第3活性層2
6(以下、特に区別しないときは活性層18〜26とい
う)で発生する光のピーク波長(個々の光のピーク波長
ではなく、後述の合成された光のピーク波長)の 1/4波
長程度となるように決定されている。
The substrate 12 is, for example, a compound semiconductor made of n-GaAs single crystal having a thickness of about 350 (μm). Also,
The substrate-side reflection layer 14 is, for example, n-AlAs having a thickness of about 70 (nm).
A compound semiconductor composed of a single crystal and, for example, a compound semiconductor composed of an n-Al 0.2 Ga 0.8 As single crystal having a thickness of about 60 (nm),
A so-called n-type distributed reflection type semiconductor multilayer film reflection layer (DBR) is formed by alternately stacking, for example, 30 sets such that the former is on the substrate 12 side. The thickness of each layer constituting the substrate-side reflection layer 14 is the same as that of the first active layer 18 to the third active layer 2.
6 (hereinafter, referred to as active layers 18 to 26 when not particularly distinguished) is about 1/4 wavelength of the peak wavelength of light (not the peak wavelength of individual light, but the peak wavelength of synthesized light described later). It has been decided to be.

【0017】また、第1バリア層16乃至第4バリア層
28(以下、特に区別しないときはバリア層16〜28
という)は、何れもi-Alx Ga1-x As単結晶から成る化合
物半導体である。各層の厚さは、第1バリア層16およ
び第4バリア層28が、それぞれ58(nm)程度に、第2バ
リア層20および第3バリア層24が、それぞれ116(n
m)程度とされている。したがって、活性層18〜26相
互の間隔d12、d23は、何れも116 (nm)程度にされてい
る。これらの間隔d12、d23は、後述の合成ピーク波長
すなわち共振波長の1/2 波長程度の値である。上記第1
バリア層16乃至第4バリア層28のAlの混晶比xは、
図2に示されるように、基板側反射層14から放射面側
反射層30に向かう方向において、第1、第2バリア層
16、20がそれぞれ直線的に少なくされている一方、
第3、第4バリア層24、28がそれぞれ直線的に多く
されている。すなわち、第3、第4バリア層24、28
は、放射面側反射層30から基板側反射層14に向かう
方向においてAlの混晶比xが直線的に少なくされてい
る。具体的には、それぞれの混晶比xは、第1バリア層
16が基板側反射層14との界面において0.4 程度、第
1活性層18との界面において0.2 程度に、第2バリア
層20が第1活性層18との界面において0.4程度、第
2活性層22との界面において0.2 程度に、第3バリア
層24が第2活性層22との界面において0.2 程度、第
3活性層26との界面において0.4 程度に、第4バリア
層28が第3活性層26との界面において0.2 程度、放
射面側反射層30との界面において0.4 程度にそれぞれ
設定されている。
The first to fourth barrier layers 16 to 28 (hereinafter referred to as barrier layers 16 to 28 unless otherwise specified)
Are compound semiconductors composed of i-Al x Ga 1-x As single crystals. The thickness of each layer is about 58 (nm) for the first barrier layer 16 and the fourth barrier layer 28, and 116 (n) for the second barrier layer 20 and the third barrier layer 24, respectively.
m). Thus, the active layer 18 to 26 mutual distance d 12, d 23 are both in the extent 116 (nm). These intervals d 12 and d 23 are values of a combined peak wavelength, which will be described later, that is, about a half wavelength of the resonance wavelength. The first
The mixed crystal ratio x of Al in the barrier layers 16 to 28 is:
As shown in FIG. 2, while the first and second barrier layers 16 and 20 are each linearly reduced in the direction from the substrate-side reflection layer 14 to the radiation surface-side reflection layer 30,
The third and fourth barrier layers 24 and 28 are each linearly increased. That is, the third and fourth barrier layers 24 and 28
In the graph, the mixed crystal ratio x of Al is linearly reduced in the direction from the radiation surface side reflection layer 30 to the substrate side reflection layer 14. Specifically, the respective mixed crystal ratios x are about 0.4 at the interface between the first barrier layer 16 and the substrate-side reflection layer 14, about 0.2 at the interface with the first active layer 18, and the second barrier layer 20 is The third barrier layer 24 is about 0.2 at the interface with the second active layer 22, about 0.4 at the interface with the first active layer 18, about 0.2 at the interface with the second active layer 22, and about 0.2 at the interface with the second active layer 22. The fourth barrier layer 28 is set to about 0.2 at the interface with the third active layer 26, and about 0.4 at the interface with the radiation surface side reflection layer 30.

【0018】また、活性層18〜26は、何れも、i-Ga
As単結晶から成る化合物半導体によって構成された所謂
量子井戸である。各層の厚さは、例えば第1活性層18
が7.5(nm) 程度、第2活性層22が9.0(nm) 程度、第3
活性層26が12.5(nm)程度とされている。そのため、活
性層18、22、26の発光スペクトルの常温における
ピーク波長は、それぞれ838(nm) 程度、846(nm) 程度、
856(nm) 程度である。本実施例においては、活性層18
〜26および上記のバリア層16〜28が、量子井戸構
造の発光層を構成する複数の井戸層および複数の障壁層
にそれぞれ相当する。
Each of the active layers 18 to 26 is made of i-Ga
This is a so-called quantum well composed of a compound semiconductor composed of an As single crystal. The thickness of each layer is, for example, the first active layer 18.
Is about 7.5 (nm), the second active layer 22 is about 9.0 (nm), and the third
The active layer 26 has a thickness of about 12.5 (nm). Therefore, the peak wavelengths of the emission spectra of the active layers 18, 22, 26 at room temperature are about 838 (nm), about 846 (nm), respectively.
It is about 856 (nm). In this embodiment, the active layer 18
26 to 26 and the barrier layers 16 to 28 correspond to a plurality of well layers and a plurality of barrier layers constituting the light emitting layer having the quantum well structure.

【0019】また、放射面側反射層30は、例えば厚さ
が70(nm)程度のp-AlAs単結晶から成る化合物半導体と、
例えば厚さが60(nm)程度のp-Al0.2Ga0.8As単結晶から成
る化合物半導体とが、後者が第4バリア層28側となる
ように交互に10組積層されて構成された前記基板側反
射層14と同様なDBRである。本実施例においては、
これら基板側反射層14および放射面側反射層30が一
対の反射層に相当し、それらの間隔すなわち光共振器長
は、真空中(すなわち屈折率n=1)における長さに換
算した値で例えばL=1260(nm)程度、すなわち後述の合
成光スペクトルのピーク波長(=841[nm] )の1.5 倍程
度の長さとされている。このため、活性層18〜26で
発生した光は、それら基板側反射層14および放射面側
反射層30において繰り返し反射されることとなり、図
に示されるように定在波40を形成することとなる。す
なわち、基板側反射層14および放射面側反射層30
は、発光層で発生した光を繰り返し反射する光共振器を
構成する。このとき、光共振器長およびバリア層16〜
28の厚さが前述のように設定されていることから、図
に示されるように、活性層18〜26は全て定在波40
の腹に位置する。
The radiation-surface-side reflection layer 30 comprises, for example, a compound semiconductor made of a p-AlAs single crystal having a thickness of about 70 (nm);
For example, the substrate is formed by alternately stacking ten sets of compound semiconductors made of p-Al 0.2 Ga 0.8 As single crystal having a thickness of about 60 (nm) such that the latter is on the fourth barrier layer 28 side. This is a DBR similar to the side reflection layer 14. In this embodiment,
The substrate-side reflection layer 14 and the radiation surface-side reflection layer 30 correspond to a pair of reflection layers, and the distance between them, that is, the optical resonator length is a value converted into the length in a vacuum (that is, the refractive index n = 1). For example, L is about 1260 (nm), that is, about 1.5 times as long as a peak wavelength (= 841 [nm]) of a combined light spectrum described later. For this reason, the light generated in the active layers 18 to 26 is repeatedly reflected by the substrate-side reflection layer 14 and the radiation-surface-side reflection layer 30, and forms a standing wave 40 as shown in FIG. Become. That is, the substrate side reflection layer 14 and the radiation surface side reflection layer 30
Constitutes an optical resonator that repeatedly reflects light generated in the light emitting layer. At this time, the optical resonator length and the barrier layers 16 to
Since the thickness of the active layer 28 is set as described above, as shown in FIG.
Located on the belly of the.

【0020】また、クラッド層32は、例えば厚さが2
(μm)程度のp-Al0.2Ga0.8As単結晶から成る化合物半導
体であり、電流阻止層34は例えば厚さが1(μm)程度の
n-Al0. 2Ga0.8As単結晶から成る化合物半導体である。こ
れらクラッド層32の中央部上層側および電流阻止層3
4の表層側の図に斜線で示される一部には、p型のドー
パントである不純物(例えばZn等)が高濃度で拡散され
た高濃度拡散領域42が形成されており、その斜線に示
される高濃度拡散領域42内においては、クラッド層3
2の導電性が高められると共に、電流阻止層34の導電
型が反転させられてp型半導体にされている。このた
め、発光ダイオード10には、電流阻止層34の導電型
がクラッド層32との境界まで反転させられた中央部の
通電可能領域を通る経路のみで通電可能な電流狭窄構造
が形成されている。
The cladding layer 32 has a thickness of, for example, 2
(μm) is a compound semiconductor composed of a single crystal of p-Al 0.2 Ga 0.8 As, and the current blocking layer 34 has a thickness of about 1 (μm), for example.
It is a compound semiconductor composed of n-Al 0. 2 Ga 0.8 As a single crystal. The upper side of the cladding layer 32 and the current blocking layer 3
4, a high-concentration diffusion region 42 in which an impurity (eg, Zn or the like) which is a p-type dopant is diffused at a high concentration is formed in a part indicated by oblique lines. In the high concentration diffusion region 42, the cladding layer 3
2, the conductivity type of the current blocking layer 34 is reversed and the current blocking layer 34 is made a p-type semiconductor. For this reason, in the light emitting diode 10, a current constriction structure is formed in which the conduction type of the current blocking layer 34 is reversed only up to the boundary between the current blocking layer 34 and the cladding layer 32 and can be conducted only through a path passing through the central conducting region. .

【0021】また、前記下部電極36は、例えば1(μm)
程度の厚さであって、例えば基板12の下面全面にその
基板12側から順にAu−Ge合金、NiおよびAuが積層形成
されたものである。また、上部電極38は、例えば1(μ
m)程度の厚さであって、電流阻止層34の表面44の中
央部の円形領域を除く周縁部にその電流阻止層34側か
ら順にAu−Zn合金およびAuが積層形成されたものであ
る。これら下部電極36および上部電極38は、何れも
オーミック電極である。
The lower electrode 36 is, for example, 1 (μm)
For example, an Au—Ge alloy, Ni, and Au are sequentially formed on the entire lower surface of the substrate 12 from the substrate 12 side. The upper electrode 38 is, for example, 1 (μ
m), and the Au-Zn alloy and Au are laminated in order from the current blocking layer 34 side on the peripheral edge of the surface 44 of the current blocking layer 34 except for the central circular region. . Both the lower electrode 36 and the upper electrode 38 are ohmic electrodes.

【0022】また、上記電流阻止層34の上部電極38
の内周側に位置する円形領域には、例えば、直径50 (μ
m)程度の凹部46が設けられている。前記の通電可能領
域はこの凹部46の直下に同様な径寸法で設けられてお
り、光が射出される光取出部48の直径と通電可能領域
の直径とは略同様である。なお、この凹部46は、表面
44側から不純物を拡散する際に通電可能領域を形成す
る範囲の拡散深さを深くする目的で、例えばエッチング
等によって形成されたものである。
The upper electrode 38 of the current blocking layer 34
In the circular area located on the inner peripheral side of the
m). The current-carrying area is provided with a similar diameter just below the concave portion 46, and the diameter of the light-extracting section 48 from which light is emitted is substantially the same as the diameter of the current-carrying area. The concave portion 46 is formed, for example, by etching or the like in order to increase the diffusion depth in a range where a current-carrying region is formed when impurities are diffused from the surface 44 side.

【0023】以上のように構成される発光ダイオード1
0は、例えば、以下のようにして製造される。先ず、例
えばMOCVD法によって基板12上に基板側反射層1
4乃至電流阻止層34を順次結晶成長させてエピタキシ
ャルウェハを作製する。次いで、電流阻止層34の表面
44のうち、中央部の例えば直径 50(μm)程度の円形領
域を除く部分にレジストを形成し、例えばアンモニアと
過酸化水素水とから成るエッチング液を用いて、表面4
4側からエッチング処理をする。これにより、電流阻止
層34の中央部のみが選択的にエッチングされて前記凹
所46が形成される。
Light emitting diode 1 configured as above
0 is manufactured, for example, as follows. First, the substrate-side reflection layer 1 is formed on the substrate 12 by MOCVD, for example.
The epitaxial wafer is manufactured by sequentially growing crystals from No. 4 to the current blocking layer 34. Next, on the surface 44 of the current blocking layer 34, a resist is formed in a central portion except for a circular region having a diameter of, for example, about 50 (μm), and for example, using an etching solution containing ammonia and a hydrogen peroxide solution, Surface 4
Etching is performed from the 4 side. As a result, only the central portion of the current blocking layer 34 is selectively etched, so that the recess 46 is formed.

【0024】その後、レジストを除去して、例えば封管
拡散法等の熱拡散によって表面44からZnの拡散処理を
行うことにより、凹所46が形成されている部分はクラ
ッド層32の中間の深さまで、凹所46が形成されてい
ない部分は電流阻止層34の中間の深さまで、それぞれ
Znがドーピングされ、前記の高濃度拡散領域42が形成
される。なお、上記の封管拡散法は、エピタキシャルウ
ェハを拡散ソース(例えばZnAs2 )と共に石英アンプル
内に真空封入して、電気炉等で600(℃) 程度の温度で24
時間程度加熱するものである。この後、下部電極36お
よび上部電極38を形成し、更に、ダイシングによって
個々の発光ダイオードに対応するブロック毎に切断する
ことにより、前記の発光ダイオード10が得られる。な
お、発光ダイオード10は、例えば図示しないTO18
フラットステム等にダイボンディングされ且つシールさ
れた状態で用いられる。
Thereafter, the resist is removed, and Zn is diffused from the surface 44 by, for example, thermal diffusion such as a sealed tube diffusion method, so that the portion where the recess 46 is formed has an intermediate depth of the cladding layer 32. By the way, the portion where the concave portion 46 is not formed is to the middle depth of the current blocking layer 34, respectively.
Doping with Zn forms the high concentration diffusion region 42 described above. In the sealed tube diffusion method, the epitaxial wafer is vacuum-enclosed in a quartz ampoule together with a diffusion source (for example, ZnAs 2 ), and is placed in an electric furnace or the like at a temperature of about 600 (° C.).
It heats for about an hour. Thereafter, the lower electrode 36 and the upper electrode 38 are formed, and the light emitting diode 10 is obtained by cutting the light emitting diode into blocks corresponding to individual light emitting diodes. The light emitting diode 10 is, for example, a TO18 (not shown).
It is used in a state of being die-bonded and sealed to a flat stem or the like.

【0025】上記の発光ダイオード10を使用するに際
しては、上部電極38に正電圧が、下部電極36に負電
圧がそれぞれ印加されることにより、前記の通電可能領
域を通る経路で発光ダイオード10に上側から下側に向
かって電流が流れて活性層18、22、26が励起され
て発光させられ、駆動電圧の印加が停止されることによ
り発光が停止させられる。このとき、発光層を構成する
バリア層16〜28は、前記図2に示されるように何れ
もAlの混晶比xが傾斜させられていることから、図3に
バンド構造を示されるように、発光層内においてバリア
層16〜28の伝導帯下端のエネルギEc および価電子
帯上端のエネルギEv が何れもキャリア(伝導帯側にお
いては電子、価電子帯側においては正孔すなわちホー
ル)の移動方向に沿って活性層18〜26の何れかに向
かって低くなるように傾斜させられている。すなわち、
本実施例においては、活性層18〜26の間に位置する
バリア層20、24は何れもバンド構造が傾斜させられ
た傾斜障壁層に相当し、更に、活性層18〜26の外側
に位置するバリア層16、28もバンド構造が傾斜した
傾斜層として構成されている。そのため、発光停止時に
おいて、その時まで注入されてバリア層16〜28に蓄
積されたキャリアが、上記エネルギの傾斜に沿って速や
かに活性層18〜26に移動させられてそこで再結合さ
せられることから、駆動電圧の印加を停止してから発光
が実際に停止するまでの立ち下がり時間tf が短くされ
て、高い応答速度が得られる。
When the above-described light emitting diode 10 is used, a positive voltage is applied to the upper electrode 38 and a negative voltage is applied to the lower electrode 36, so that the light emitting diode 10 is placed on the upper side of the light emitting diode 10 through a path passing through the above-mentioned energizable region. A current flows from the bottom to the bottom, and the active layers 18, 22, and 26 are excited to emit light, and the emission of light is stopped by stopping the application of the driving voltage. At this time, as shown in FIG. 2, the barrier layers 16 to 28 constituting the light-emitting layer all have the mixed crystal ratio x of Al which is inclined, so that the band structure is shown in FIG. In the light emitting layer, the energy Ec at the lower end of the conduction band and the energy Ev at the upper end of the valence band of the barrier layers 16 to 28 are both carrier (electrons on the conduction band side and holes or holes on the valence band side). It is inclined so that it becomes lower toward any of the active layers 18 to 26 along the direction. That is,
In this embodiment, each of the barrier layers 20 and 24 located between the active layers 18 to 26 corresponds to an inclined barrier layer in which the band structure is inclined, and is located outside the active layers 18 to 26. The barrier layers 16 and 28 are also configured as inclined layers having an inclined band structure. Therefore, when the light emission is stopped, the carriers injected up to that time and accumulated in the barrier layers 16 to 28 are promptly moved to the active layers 18 to 26 along the above-described energy gradient and recombined there. , light emission stop the application of the drive voltage is actually shorter fall time t f until stop, high response speed.

【0026】なお、上記のバンド構造において、伝導帯
下端のエネルギEc は、第1バリア層16および第2バ
リア層20がそれぞれ3.37〜3.22(eV)程度、第3バリア
層24および第4バリア層28がそれぞれ3.22〜3.37(e
V)程度の範囲で傾斜させられている。また、価電子帯上
端のエネルギEv は、第1バリア層16および第2バリ
ア層20がそれぞれ1.45〜1.55(eV)程度、第3バリア層
24および第4バリア層28がそれぞれ1.55〜1.45(eV)
程度の範囲で傾斜させられている。すなわち、第1バリ
ア層16乃至第4バリア層28のバンド構造の傾斜状態
は、キャリアの有効質量が大きい価電子帯上端のエネル
ギの傾斜の大きさがバリア層当たり0.1(eV) 程度と十分
に大きく、また、伝導帯下端のエネルギの傾斜が価電子
帯上端とは反対方向となって、第1バリア層16乃至第
4バリア層28にそれぞれ残る電子と正孔が活性層18
乃至26のうちの同一のものに移動させられるように設
定されている。
In the above band structure, the energy Ec at the bottom of the conduction band is about 3.37 to 3.22 (eV) for the first barrier layer 16 and the second barrier layer 20, respectively, and the third barrier layer 24 and the fourth barrier layer 28 are 3.22 to 3.37 (e
V). The energy Ev at the upper end of the valence band is about 1.45 to 1.55 (eV) for the first barrier layer 16 and the second barrier layer 20, and 1.55 to 1.45 (eV) for the third barrier layer 24 and the fourth barrier layer 28, respectively. )
It is inclined to the extent of the degree. That is, the tilt state of the band structure of the first to fourth barrier layers 16 to 28 is sufficiently set such that the energy gradient at the upper end of the valence band where the effective mass of carriers is large is about 0.1 (eV) per barrier layer. Also, the energy gradient at the bottom of the conduction band is in the opposite direction to the top of the valence band, so that the electrons and holes remaining in the first to fourth barrier layers 16 to 28 respectively become active layers 18.
Are set so that they can be moved to the same one of.

【0027】しかも、3つの量子井戸から成る活性層1
8〜26によって構成された発光層は、一対の反射層1
4、30によって形成される光共振器(微小共振器)内
に設けられていることから、それら活性層18〜26で
発生し得るのは、共振条件を満足する波長の発光スペク
トル幅が狭い光のみとなる。ところが、発光ダイオード
10の発光層を構成する活性層18〜26は、相互に異
なる厚さで設けられた量子井戸であることから、前記の
それぞれの発光ピーク(すなわちそれぞれを単独で発光
層として用いた場合の単層発光ピーク)が相互に異なる
ものとなって、射出される発光スペクトルは、それらが
重ね合わされた利得幅が広く出力が高い光となる。合成
された光のスペクトルのピーク波長(合成ピーク波長)
すなわち利得のピーク波長は、例えば841(nm) 程度であ
る。
Moreover, the active layer 1 composed of three quantum wells
The light-emitting layer constituted by 8 to 26 is a pair of reflective layers 1
Since the active layers 18 to 26 are provided in the optical resonator (micro-resonator) formed by the light-emitting devices 4 and 30, the light having a narrow emission spectrum width having a wavelength satisfying the resonance condition can be generated in the active layers 18 to 26. Only. However, since the active layers 18 to 26 constituting the light emitting layer of the light emitting diode 10 are quantum wells provided with different thicknesses from each other, each of the above light emission peaks (that is, each of them is used alone as a light emitting layer). In this case, the emission spectrum of the emitted light is different from each other, and the emitted emission spectrum is light having a wide gain width and a high output when they are superimposed. Peak wavelength of synthesized light spectrum (synthetic peak wavelength)
That is, the peak wavelength of the gain is, for example, about 841 (nm).

【0028】要するに、本実施例においては、複数のバ
リア層16〜28は、複数の活性層18〜26の間に位
置して積層方向に向かってバンド構造が傾斜させられた
傾斜障壁層に相当する第2バリア層20および第3バリ
ア層24を含んで構成される。そのため、これら第2バ
リア層20および第3バリア層24では価電子帯上端の
エネルギEv および伝導帯下端のエネルギEc が傾斜さ
せられていることから、注入されたキャリアがそれらバ
リア層20、24のエネルギの傾斜に沿って速やかに移
動させられるため、駆動電圧の印加が停止させられる発
光停止時においてバリア層20、24に残存するキャリ
アの移動速度が高められる。したがって、多重量子井戸
構造とされた発光ダイオード10において立ち下がり時
間tf が短くなって、高い外部量子効率と高い応答速度
とを共に備えた面発光素子が得られる。しかも、本実施
例においては、活性層18〜26の外側に位置するバリ
ア層16、28もバンド構造が傾斜させられた傾斜層と
して構成されていることから、発光停止時にこれらに残
存するキャリアも同様に速やかに移動させられ且つ再結
合させられるため、一層高い応答速度が得られる。
In short, in the present embodiment, the plurality of barrier layers 16 to 28 correspond to the inclined barrier layers which are located between the plurality of active layers 18 to 26 and whose band structure is inclined toward the lamination direction. And a second barrier layer 20 and a third barrier layer 24. Therefore, in the second barrier layer 20 and the third barrier layer 24, the energy Ev at the upper end of the valence band and the energy Ec at the lower end of the conduction band are inclined. Since the carriers are quickly moved along the energy gradient, the moving speed of the carriers remaining in the barrier layers 20 and 24 is increased when the light emission is stopped when the application of the driving voltage is stopped. Accordingly, the fall time t f is shortened in the light emitting diode 10 having the multiple quantum well structure, high external quantum efficiency and high and response speed with both surface-emitting device can be obtained. Moreover, in the present embodiment, since the barrier layers 16 and 28 located outside the active layers 18 to 26 are also configured as inclined layers having an inclined band structure, carriers remaining in these layers when light emission stops are reduced. Similarly, a faster response is obtained because they are also moved and recombined quickly.

【0029】これに対して、従来の多重量子井戸構造の
発光ダイオードにおいては、図4にバンド構造を示され
るように、発光層に設けられるバリア層のうち活性層1
8〜26相互の間に位置するバリア層50、52は、バ
ンド構造すなわち価電子帯上端および伝導帯下端のエネ
ルギEv 、Ec が平坦とされていた。そのため、発光停
止時に平坦なバンドの層ができてキャリアの移動速度が
専ら拡散速度に依存することとなって、活性層18〜2
6間に位置するバリア層20、24が厚くされる光共振
器構造を備えた発光ダイオードにおいては、応答速度が
低下させられていたのである。なお、上記従来の発光ダ
イオードでは、第1バリア層16および第4バリア層2
8のエネルギEv 、Ec が一点鎖線で示されるように平
坦にされるとは限られず、実線で示されるように傾斜構
造とされる場合もあったが、何れにしても井戸層18乃
至26間に位置するバリア層(第2バリア層50、第3
バリア層52)はエネルギEv 、Ec が平坦とされてい
たことから、上記の問題が生じていた。
On the other hand, in a conventional light emitting diode having a multiple quantum well structure, as shown in a band structure in FIG.
The barrier layers 50 and 52 located between 8 and 26 had a flat band structure, that is, the energies Ev and Ec at the upper end of the valence band and the lower end of the conduction band. Therefore, when light emission is stopped, a flat band layer is formed, and the carrier moving speed depends exclusively on the diffusion speed.
In the light emitting diode having the optical resonator structure in which the barrier layers 20 and 24 located between the six layers are thickened, the response speed is reduced. In the above conventional light emitting diode, the first barrier layer 16 and the fourth barrier layer 2
Although the energies Ev and Ec of FIG. 8 are not necessarily flattened as shown by a dashed line, they may have an inclined structure as shown by a solid line. Barrier layer (second barrier layer 50, third barrier layer
The barrier layer 52) has the above problem because the energies Ev and Ec are flat.

【0030】また、本実施例においては、バリア層16
〜28の伝導帯下端および価電子帯上端におけるバリア
層当たりのエネルギの傾斜は、価電子帯では0.1(eV) 程
度、伝導帯では0.15(eV)程度とされる。したがって、バ
ンドギャップエネルギの最大値が十分に低く保たれて、
駆動電圧の増大が抑制されている。
In this embodiment, the barrier layer 16
The energy gradient per barrier layer at the bottom of the conduction band and the top of the valence band of ~ 28 is about 0.1 (eV) in the valence band and about 0.15 (eV) in the conduction band. Therefore, the maximum value of the band gap energy is kept sufficiently low,
The increase in drive voltage is suppressed.

【0031】次に、本発明の他の実施例を説明する。な
お、以下の説明において、前述の実施例と共通する部分
は省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, portions common to the above-described embodiment will be omitted.

【0032】図5乃至図7は、それぞれ他の実施例の面
発光素子の要部である発光層のバンド構造を示す図であ
って、前記実施例の図3に対応する図である。図5にお
いて、活性層18〜26の間に位置するバリア層54、
56は、例えば、Alの混晶比xがバリア層54において
は第1活性層18から第2活性層22に向かうに従って
大きくされ、バリア層56においては第2活性層22か
ら第3活性層26に向かうに従って小さくされることに
より、価電子帯上端のエネルギEv および伝導帯下端の
エネルギEc の傾斜方向が前記図3とそれぞれ反対にさ
れている。このため、発光停止時において、バリア層5
4、56に残存しているキャリアは、図3の場合とは反
対に、バリア層54上のものが第1活性層18に向かっ
て、バリア層56上のものが第3活性層26に向かって
それぞれ移動させられるが、このようにしても、駆動電
圧の印加が停止される際にキャリアが速やかに移動させ
られて活性層18〜26内で再結合させられることか
ら、前記実施例と同様に応答速度が向上させられる。
FIGS. 5 to 7 each show a band structure of a light emitting layer which is a main part of a surface light emitting device of another embodiment, and correspond to FIG. 3 of the above embodiment. In FIG. 5, a barrier layer 54 located between the active layers 18 to 26,
In the barrier layer 56, for example, the mixed crystal ratio x of Al is increased from the first active layer 18 toward the second active layer 22 in the barrier layer 54, and from the second active layer 22 to the third active layer 26 in the barrier layer 56. 3, the inclination directions of the energy Ev at the upper end of the valence band and the energy Ec at the lower end of the conduction band are opposite to those in FIG. Therefore, when light emission is stopped, the barrier layer 5
3, carriers on the barrier layer 54 face the first active layer 18 and carriers on the barrier layer 56 face the third active layer 26, contrary to the case of FIG. However, even in this case, when the application of the driving voltage is stopped, the carriers are quickly moved and recombined in the active layers 18 to 26. The response speed is improved.

【0033】また、図6に示される実施例においては、
発光層内に2つの活性層62、64が備えられており、
それらの間に位置するバリア層58は、厚み方向(積層
方向すなわちキャリアの移動方向)の中央部から両活性
層62、64に向かって、価電子帯上端のエネルギEv
および伝導帯下端のエネルギEc が傾斜するバンド構造
とされている。このようにしても、発光停止時にバリア
層58上に残留するキャリアが速やかに活性層62、6
4内に移動させられることから、応答速度の向上効果が
同様に得られる。なお、本発明は、前記図3等に示され
るように3つの活性層18〜26を備える場合だけでな
く、活性層が複数備えられている面発光素子であれば、
図に示されるように2つの活性層62、64が備えられ
る場合や、4つ以上の活性層が備えられる場合にも同様
に適用されるのである。
In the embodiment shown in FIG.
Two active layers 62 and 64 are provided in the light emitting layer,
The barrier layer 58 located therebetween has an energy Ev at the upper end of the valence band from the center in the thickness direction (stacking direction, that is, the moving direction of the carrier) toward both the active layers 62 and 64.
And the band structure is such that the energy Ec at the bottom of the conduction band is inclined. Even in this case, the carriers remaining on the barrier layer 58 when the light emission is stopped are promptly formed on the active layers 62 and 6.
4, the same effect of improving the response speed can be obtained. The present invention is applicable not only to the case where three active layers 18 to 26 are provided as shown in FIG. 3 and the like, but also to a surface emitting element having a plurality of active layers.
The same applies to the case where two active layers 62 and 64 are provided as shown in the figure and the case where four or more active layers are provided.

【0034】また、図7に示される実施例は、例えば、
バリア層60の不純物濃度を積層方向に沿って変化させ
ることにより、バンドギャップエネルギを一定にしたま
ま、バンド構造すなわち伝導帯下端および価電子帯上端
のエネルギEc 、Ev を傾斜させたものである。この場
合は、両者の傾斜方向が互いに反対となるが、このよう
にしても発光停止時にバリア層60上に残留するキャリ
アが速やかに活性層62、64内に移動させられること
から、応答速度の向上効果が同様に得られる。すなわ
ち、バンド構造すなわち伝導帯下端および価電子帯上端
のエネルギEc 、Ev を傾斜させる方法は、混晶比を変
化させる方法に限られず、不純物濃度を変化させること
によってもよい。
Further, the embodiment shown in FIG.
By changing the impurity concentration of the barrier layer 60 along the lamination direction, the band structure, that is, the energies Ec and Ev at the lower end of the conduction band and the upper end of the valence band are inclined while the band gap energy is kept constant. In this case, the inclination directions of the two are opposite to each other, but even in this case, the carriers remaining on the barrier layer 60 are quickly moved into the active layers 62 and 64 when the light emission is stopped. An improvement effect is obtained similarly. That is, the method of inclining the band structure, that is, the energy Ec, Ev of the conduction band lower end and the valence band upper end, is not limited to the method of changing the mixed crystal ratio, but may be changed by changing the impurity concentration.

【0035】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。
While the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the present invention can be embodied in still another embodiment.

【0036】例えば、実施例においては、本発明が発光
ダイオード10に適用された場合について説明したが、
例えばVCSEL等の他の面発光素子の光共振器にも本
発明は同様に適用される。
For example, in the embodiment, the case where the present invention is applied to the light emitting diode 10 has been described.
For example, the present invention is similarly applied to an optical resonator of another surface emitting element such as a VCSEL.

【0037】また、実施例においては、活性層18等が
GaAsから構成されたAlGaAs系の発光ダイオード10に本
発明が適用された場合について説明したが、各半導体層
が GaAsP単結晶や InGaAsP単結晶等の化合物半導体から
構成される場合にも、本発明は同様に適用される。
In the embodiment, the active layer 18 and the like
The case where the present invention is applied to the AlGaAs-based light emitting diode 10 composed of GaAs has been described. However, the present invention is also applicable to a case where each semiconductor layer is composed of a compound semiconductor such as a GaAsP single crystal or an InGaAsP single crystal. The same applies.

【0038】また、実施例においては、半導体多層膜反
射層から成る基板側反射層14および放射面側反射層3
0によって一対の反射層を構成したが、誘電体薄膜や金
属薄膜等から一対の反射層を構成してもよい。
In the embodiment, the substrate-side reflection layer 14 and the radiation-surface-side reflection layer 3 made of a semiconductor multilayer film reflection layer are used.
Although a pair of reflective layers is formed by 0, a pair of reflective layers may be formed of a dielectric thin film, a metal thin film, or the like.

【0039】また、実施例においては、表面44の中央
部に設けられた光取出部48のみから光を取り出す点光
源用の発光ダイオード10に本発明が適用された場合を
説明したが、表面44の略全面から光を取り出す全面発
光型の発光ダイオード等にも本発明は同様に適用され
る。
In the embodiment, the case where the present invention is applied to the light emitting diode 10 for a point light source that extracts light only from the light extraction portion 48 provided at the center of the surface 44 has been described. The present invention can be similarly applied to a light emitting diode of a full-surface light emitting type that extracts light from substantially the entire surface.

【0040】また、実施例においては、バリア層16等
のエネルギの傾斜が価電子帯においてバリア層当たり0.
1(eV) 程度とされていたが、この値は順方向電圧がそれ
ほど高くならない範囲で適宜変更できる。
Further, in the embodiment, the energy gradient of the barrier layer 16 and the like is set to be less than 0.1 per barrier layer in the valence band.
Although it was set to about 1 (eV), this value can be appropriately changed within a range where the forward voltage is not so high.

【0041】また、実施例においては、バリア層16〜
28等の全てが傾斜構造とされていたが、少なくとも活
性層18〜26相互の間に位置するバリア層の一部が傾
斜構造とされていれば、本発明の効果を得ることができ
る。例えば、複数の活性層18〜26の外側に位置する
バリア層16、28は何れも傾斜構造とされていなくと
もよく、また、バリア層20、24の一方だけ、すなわ
ち複数の活性層の間に備えられている複数のバリア層の
うちの一部だけが傾斜構造とされていても本発明の効果
を得ることができる。
In the embodiment, the barrier layers 16 to
Although all of the barrier layers 28 and the like have an inclined structure, the effect of the present invention can be obtained if at least a part of the barrier layer located between the active layers 18 to 26 has an inclined structure. For example, each of the barrier layers 16 and 28 located outside the plurality of active layers 18 to 26 may not have an inclined structure, and only one of the barrier layers 20 and 24, that is, between the plurality of active layers, The effect of the present invention can be obtained even if only some of the plurality of barrier layers provided have an inclined structure.

【0042】また、実施例においては、活性層18〜2
6の膜厚が相互に異なるものとされることにより、発光
層内にピーク波長が相互に異なる3つの井戸層が備えら
れていたが、発光層を構成する複数の井戸層は、何れも
同様なピーク波長となるように膜厚が設定されていても
良く、或いは、一部のピーク波長が同様にされると共に
残部のピーク波長が相違するように膜厚が設定されてい
ても差し支えない。
In the embodiment, the active layers 18 to 2
6 have different thicknesses, so that three light emitting layers having mutually different peak wavelengths are provided in the light emitting layer. The film thickness may be set so that the peak wavelength may be different, or the film thickness may be set so that some peak wavelengths are the same and the remaining peak wavelengths are different.

【0043】その他、一々例示はしないが、本発明は、
その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るもので
ある。
Although not specifically exemplified, the present invention
Various changes can be made without departing from the spirit of the invention.

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

【図1】本発明の面発光素子の一実施例の発光ダイオー
ドの構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a light emitting diode as one embodiment of a surface light emitting device of the present invention.

【図2】図1の発光ダイオードの発光部の混晶比の傾斜
を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a gradient of a mixed crystal ratio of a light emitting portion of the light emitting diode of FIG.

【図3】図1の発光ダイオードのバンド構造の要部を説
明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a main part of a band structure of the light emitting diode of FIG. 1;

【図4】従来の発光ダイオードのバンド構造の要部を説
明する図3に対応する図である。
FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3, illustrating a main part of a band structure of a conventional light emitting diode.

【図5】本発明の他の実施例のバンド構造の要部を説明
する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a main part of a band structure according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の更に他の実施例のバンド構造の要部を
説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a main part of a band structure according to still another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の更に他の実施例のバンド構造の要部を
説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a main part of a band structure according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:発光ダイオード(面発光素子) {14:基板側反射層、30:放射面側反射層}(一対
の反射層) {18:第1活性層、22:第2活性層、26:第3活
性層}(複数の井戸層) {20:第2バリア層、24:第3バリア層}(傾斜障
壁層)
10: Light emitting diode (surface emitting element) 素 子 14: substrate side reflection layer, 30: radiation surface side reflection layer} (a pair of reflection layers) {18: first active layer, 22: second active layer, 26: third Active layer (a plurality of well layers) {20: second barrier layer, 24: third barrier layer} (gradient barrier layer)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の障壁層および複数の井戸層が交互
に配置されて構成される量子井戸構造の発光層と、該発
光層を挟んで設けられて該発光層で発生した光を反射さ
せる光共振器を構成する一対の反射層とを含む複数の化
合物半導体層が積層されて成り、該発光層で発生した光
を該複数の化合物半導体層の表面から取り出す形式の面
発光素子であって、 前記複数の障壁層は、前記複数の井戸層の間に位置して
積層方向に向かってバンド構造が傾斜させられた傾斜障
壁層を含むことを特徴とする面発光素子。
1. A light emitting layer having a quantum well structure in which a plurality of barrier layers and a plurality of well layers are alternately arranged, and light generated in the light emitting layer is provided so as to sandwich the light emitting layer. A surface light emitting device of a type in which a plurality of compound semiconductor layers including a pair of reflective layers constituting an optical resonator are stacked and light generated in the light emitting layer is extracted from the surfaces of the plurality of compound semiconductor layers. The surface emitting device according to claim 1, wherein the plurality of barrier layers include an inclined barrier layer located between the plurality of well layers and having a band structure inclined in a stacking direction.
【請求項2】 前記傾斜障壁層は、前記積層方向に向か
って化合物半導体の混晶比が変化させられることにより
バンドギャップエネルギが傾斜させられたものである請
求項1の面発光素子。
2. The surface-emitting device according to claim 1, wherein the gradient barrier layer has a band gap energy inclined by changing a mixed crystal ratio of the compound semiconductor in the stacking direction.
【請求項3】 前記傾斜障壁層は、前記積層方向に向か
って不純物濃度が変化させられることによりバンドギャ
ップエネルギが傾斜させられたものである請求項1の面
発光素子。
3. The surface-emitting device according to claim 1, wherein the gradient barrier layer has a band gap energy inclined by changing an impurity concentration in the stacking direction.
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