JPH02151085A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH02151085A JPH02151085A JP63305226A JP30522688A JPH02151085A JP H02151085 A JPH02151085 A JP H02151085A JP 63305226 A JP63305226 A JP 63305226A JP 30522688 A JP30522688 A JP 30522688A JP H02151085 A JPH02151085 A JP H02151085A
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- layer
- light emitting
- cladding layer
- semiconductor
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- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 42
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 abstract description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 5
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- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 14
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 10
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体発光素子に関し、特に高効率で高温特性
に優れた半導体発光素子に関する。
に優れた半導体発光素子に関する。
レーザ・ダイオードや発光ダイオードなど従来の高効率
半導体発光素子は第３図に示すようにダブルヘテロ構造
（ＤＨ）をとっている、第３図は、ＡｊｉＧａ Ｉ ｎ
Ｐ系可視光レーザ・ダイオードによる例である。第３図
（ａ）に層構造を示すために光出射方向からみた模式的
正面図、第３図（ｂ）に同じくエネルギバンドダイヤグ
ラムを示す。Ｇａｑ、５ Ｉ ｎｏ、ｔ Ｐ活性層１０
３が、それよりもエネルギギャップの大きな（ＡＪｏ、
４Ｇａ（、、、、） ６．５ Ｉ ｎｏ、５ Ｐクラッ
ド層１０２゜１０４で挟まれたダブルヘテロ構造となっ
ている。
半導体発光素子は第３図に示すようにダブルヘテロ構造
（ＤＨ）をとっている、第３図は、ＡｊｉＧａ Ｉ ｎ
Ｐ系可視光レーザ・ダイオードによる例である。第３図
（ａ）に層構造を示すために光出射方向からみた模式的
正面図、第３図（ｂ）に同じくエネルギバンドダイヤグ
ラムを示す。Ｇａｑ、５ Ｉ ｎｏ、ｔ Ｐ活性層１０
３が、それよりもエネルギギャップの大きな（ＡＪｏ、
４Ｇａ（、、、、） ６．５ Ｉ ｎｏ、５ Ｐクラッ
ド層１０２゜１０４で挟まれたダブルヘテロ構造となっ
ている。
効率が高く、低電流動作を可能としかつ高温特性を改善
する為には、クラッド層と活性層の間のエネルギーギャ
ップ差を大きくとらねばなら“ない。これは、活性層に
注入された電子・ホールなどのキャリアの活性層への閉
じ込めを良くするためである。特に、高温では、キャリ
アの持つ工゛ネルギが大きぐなるので、活性層とクラッ
ド層とのへテロ界面でのキャリアに対する障壁を大きく
とるべく両層間のエネルギギャップ差を十分大きくとる
ことがより重要となる。しかし、一般にエネルギギャッ
プを大きくすると、エネルギギャップ内に深い非発光再
結合順位が生成され易く、またその濃度も高くなる。可
視光発光素子材料として使われるＡｊｉＧａＩｎＰ系化
合物の場合、クラッド層として用いる（Ａｆｆｌｘ Ｇ
ａ１−ｘ ）。。
する為には、クラッド層と活性層の間のエネルギーギャ
ップ差を大きくとらねばなら“ない。これは、活性層に
注入された電子・ホールなどのキャリアの活性層への閉
じ込めを良くするためである。特に、高温では、キャリ
アの持つ工゛ネルギが大きぐなるので、活性層とクラッ
ド層とのへテロ界面でのキャリアに対する障壁を大きく
とるべく両層間のエネルギギャップ差を十分大きくとる
ことがより重要となる。しかし、一般にエネルギギャッ
プを大きくすると、エネルギギャップ内に深い非発光再
結合順位が生成され易く、またその濃度も高くなる。可
視光発光素子材料として使われるＡｊｉＧａＩｎＰ系化
合物の場合、クラッド層として用いる（Ａｆｆｌｘ Ｇ
ａ１−ｘ ）。。
Ｉｎ□、５Ｐのエネルギギャップを高めるためにＡ１組
組成を高めねばならない、この時、エネルギギャップ内
に深い非発光再結合順位の生成・増加を招く。このため
、前述の従来例に於いて、クラッド層のエネルギギャッ
プを大きくするためにＡ１組組成を増すと、ＡＪＧａＩ
ｎＰクラッド層とＧ ａ Ｉ ｎ Ｐ活性層とのへテロ
界面で非発光再結合中心の増加による非発光再結合速度
の増加を招き、活性層における発光効率が著しく低下す
る。
組成を高めねばならない、この時、エネルギギャップ内
に深い非発光再結合順位の生成・増加を招く。このため
、前述の従来例に於いて、クラッド層のエネルギギャッ
プを大きくするためにＡ１組組成を増すと、ＡＪＧａＩ
ｎＰクラッド層とＧ ａ Ｉ ｎ Ｐ活性層とのへテロ
界面で非発光再結合中心の増加による非発光再結合速度
の増加を招き、活性層における発光効率が著しく低下す
る。
以上述べたように前述の従来例においては、効率を高め
低電流動作を可能とするため、或いは高温特性を改善す
るためにクラッド層のエネルギギャップを増そうとする
と、活性層での発光効率の低下を招き、期待した効果が
得られず、却って素子特性を劣化させるという欠点があ
る。
低電流動作を可能とするため、或いは高温特性を改善す
るためにクラッド層のエネルギギャップを増そうとする
と、活性層での発光効率の低下を招き、期待した効果が
得られず、却って素子特性を劣化させるという欠点があ
る。
そこで本発明の目的は、材料の性質を利用して上述の欠
点を除き、効率が高く低電流動作が可能で、高温特性の
優れた半導体発光素子を提供することにある。
点を除き、効率が高く低電流動作が可能で、高温特性の
優れた半導体発光素子を提供することにある。
本発明の要旨は、発光層となる活性層と、この活性層を
挟みこれよりもエネルギギャップの大きなクラッド層と
から成るダブルヘテロ構造において、厚さが約１ＯＡよ
りも厚く約２００Åよりも薄くエネルギギャップの値が
活性層とクラッド層の中間的な値となっている半導体層
（以下中間クラッド層と記す）を活性層とクラッド層と
の間にもっている半導体発光素子の構成を与えることで
ある。活性層とクラッド層との間に設ける半導体層の厚
さが約１０Ａ〜約２００Ａと薄いこと及びその層のバン
ドギャップエネルギ値が活性層とクラッド層の中間的な
値である点が重要である。対象とする半導体発光素子は
Ａ、ＲＧａ Ｉ ｎＰ系、ＡｊｌＧａＡｓ系、Ａｆｆｌ
ＧａＳｂ系等材料を問わない、又、各材料系を組み合わ
せた構成でも構わない 〔作用〕 第４図に示したエネルギバンドダイヤグラムを用いて本
発明の詳細な説明する。第４図は活性層２０１とクラッ
ド層２０２のへテロ界面に於けるエネルギバンドダイヤ
グラムである。第４図（ａ）が従来技術によるもの、第
４図（ｂ）が本発明によるものである。活性層２０１と
クラッド層２０２のエネルギギャップ差を大きくすると
、エネルギの大きな注入キャリア２０８もヘテロ界、面
で跳ね返されて活性層２０１に閉じ込められ発光゛に寄
与することができる。このため、発光効率の向上、高温
特性の向上が期待される。ところが、第４図（ａ）のよ
うに、高エネルギギャップの５クラッド層２０２が直接
活性層２０１に接しているとヘテロ界面に生ずＬ非発光
再結合中心２０５により、活性層２０１中ヘテロ界面附
近のキャリアは、非発光再結合過程２０７により消費さ
れ、発光再結合過程２０６に寄与する割合が減るために
発光効率が低下する。このように、従来技術によると、
注入キャリアの閉じ込めを向上させようとすると発光効
率の低下を招く。本発明により、厚さ１０〜２０ＯＡ程
度の中間クラッド層２１０を挟んだものが第４図（ｂ）
である。中間クラッド層２１０のエネルギギャップが活
性層２０１とクラッド層２０２のエネルギギャップの中
間値である場合について示す、中間クラッド層２１０と
エネルギギャップの大きなクラッド２０２層との間に非
発光再結合中心２０５が生ずるが、中間クラッド層２１
０と活性層との間には非発光再結合中心が生じない、こ
のなめ、活性層中ヘテロ界面に接するキャリアも第４図
（ｂ）に示すように発光再結合２０９に寄与する。この
ため、クラッド層にエネルギギャップの大きな組成の半
導体層を用いても活性層の発光効率の低下はない。また
、エネルギの大きな注入キャリア２０８は第４図（ｂ）
に示されるように、エネルギギャップの大きなクラッド
層２０２によりヘテ口界面で跳ね返されて、活性層２０
１に閉じ込められ、発光に寄与する。このように、本発
明により、活性層での発光効率を低下させることなく、
注入キャリアの閉じ込めを向上させることができる。さ
らに、このことにより、半導体発光素子の効率向上、低
電流動作、高温特性向上などを実現することができる。
挟みこれよりもエネルギギャップの大きなクラッド層と
から成るダブルヘテロ構造において、厚さが約１ＯＡよ
りも厚く約２００Åよりも薄くエネルギギャップの値が
活性層とクラッド層の中間的な値となっている半導体層
（以下中間クラッド層と記す）を活性層とクラッド層と
の間にもっている半導体発光素子の構成を与えることで
ある。活性層とクラッド層との間に設ける半導体層の厚
さが約１０Ａ〜約２００Ａと薄いこと及びその層のバン
ドギャップエネルギ値が活性層とクラッド層の中間的な
値である点が重要である。対象とする半導体発光素子は
Ａ、ＲＧａ Ｉ ｎＰ系、ＡｊｌＧａＡｓ系、Ａｆｆｌ
ＧａＳｂ系等材料を問わない、又、各材料系を組み合わ
せた構成でも構わない 〔作用〕 第４図に示したエネルギバンドダイヤグラムを用いて本
発明の詳細な説明する。第４図は活性層２０１とクラッ
ド層２０２のへテロ界面に於けるエネルギバンドダイヤ
グラムである。第４図（ａ）が従来技術によるもの、第
４図（ｂ）が本発明によるものである。活性層２０１と
クラッド層２０２のエネルギギャップ差を大きくすると
、エネルギの大きな注入キャリア２０８もヘテロ界、面
で跳ね返されて活性層２０１に閉じ込められ発光゛に寄
与することができる。このため、発光効率の向上、高温
特性の向上が期待される。ところが、第４図（ａ）のよ
うに、高エネルギギャップの５クラッド層２０２が直接
活性層２０１に接しているとヘテロ界面に生ずＬ非発光
再結合中心２０５により、活性層２０１中ヘテロ界面附
近のキャリアは、非発光再結合過程２０７により消費さ
れ、発光再結合過程２０６に寄与する割合が減るために
発光効率が低下する。このように、従来技術によると、
注入キャリアの閉じ込めを向上させようとすると発光効
率の低下を招く。本発明により、厚さ１０〜２０ＯＡ程
度の中間クラッド層２１０を挟んだものが第４図（ｂ）
である。中間クラッド層２１０のエネルギギャップが活
性層２０１とクラッド層２０２のエネルギギャップの中
間値である場合について示す、中間クラッド層２１０と
エネルギギャップの大きなクラッド２０２層との間に非
発光再結合中心２０５が生ずるが、中間クラッド層２１
０と活性層との間には非発光再結合中心が生じない、こ
のなめ、活性層中ヘテロ界面に接するキャリアも第４図
（ｂ）に示すように発光再結合２０９に寄与する。この
ため、クラッド層にエネルギギャップの大きな組成の半
導体層を用いても活性層の発光効率の低下はない。また
、エネルギの大きな注入キャリア２０８は第４図（ｂ）
に示されるように、エネルギギャップの大きなクラッド
層２０２によりヘテ口界面で跳ね返されて、活性層２０
１に閉じ込められ、発光に寄与する。このように、本発
明により、活性層での発光効率を低下させることなく、
注入キャリアの閉じ込めを向上させることができる。さ
らに、このことにより、半導体発光素子の効率向上、低
電流動作、高温特性向上などを実現することができる。
第１図に本発明の第１の実施例を示す。素子の光出射方
向から見た模式的正面図である。ＧａＡｓ基板を用いた
Ａ！２ＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザに本発明を実施
したものである。ｎ−ＧａＡｓ基板１の上に、厚さ１μ
ｍのｎ−Ａ、Ｒｏ。
向から見た模式的正面図である。ＧａＡｓ基板を用いた
Ａ！２ＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザに本発明を実施
したものである。ｎ−ＧａＡｓ基板１の上に、厚さ１μ
ｍのｎ−Ａ、Ｒｏ。
Ｉｎ、）、５Ｐクラッド層２、厚さ５０Ａのｎ−（ＡＪ
□、５ ＧａＯ，５） ０．５ Ｉ ｎｏ、５ Ｐ中間
クラッド層５、厚さ１μｍのｐ−Ａ、ｆｆｏ、５ Ｉ
ｎｏ、５ Ｐクラッド層６、ｐ−ＧａＡｓキャップ層７
が順次成長されている。さらにストライプ状の窓１１を
形成した５ｉ０２膜８上にｐ型用電極９を、基板１真面
にｎ型用電極を形成して、素子をストライプ状電流注入
できるようにしである。こうして得られた半導体発光素
子は、従来技術により得られた半導体発光素子（例えば
従来技術のところで引用した素子）と較べて、発振閾電
流値が約２０％減少し、特性温度が約３０％向上する等
、低電流動作や高温特性改善が可能となっていた。
□、５ ＧａＯ，５） ０．５ Ｉ ｎｏ、５ Ｐ中間
クラッド層５、厚さ１μｍのｐ−Ａ、ｆｆｏ、５ Ｉ
ｎｏ、５ Ｐクラッド層６、ｐ−ＧａＡｓキャップ層７
が順次成長されている。さらにストライプ状の窓１１を
形成した５ｉ０２膜８上にｐ型用電極９を、基板１真面
にｎ型用電極を形成して、素子をストライプ状電流注入
できるようにしである。こうして得られた半導体発光素
子は、従来技術により得られた半導体発光素子（例えば
従来技術のところで引用した素子）と較べて、発振閾電
流値が約２０％減少し、特性温度が約３０％向上する等
、低電流動作や高温特性改善が可能となっていた。
第２図に本発明の第２の実施例を示す、素子の光出射方
向から見た模式的正面図である。第１の実施例と較べて
、（ＡＪｘ Ｇａｔ−ｘ ） ０．５Ｉｎ、）、５Ｐ中
間クラッド層１２．１３の厚さが１０ＯＡ、Ａ１組組成
が活性層４との界面からクラッド層２．６の界面に向か
うに従ってＸ＝０．４からＸ＝０．７まで線型に変化し
ていることが異る。他は第１の実施例と同じである。こ
のようにすると、第１の実施例と較べて、エネルギの高
い注入キャリアが受ける非発光再結合中心の影響がより
小さくなる。このため、第１の実施例と較べて発振閾電
流値が約５％減少、特性温度が約５％向上するため、さ
らに特性の優れた半導体発光素子が得られる。
向から見た模式的正面図である。第１の実施例と較べて
、（ＡＪｘ Ｇａｔ−ｘ ） ０．５Ｉｎ、）、５Ｐ中
間クラッド層１２．１３の厚さが１０ＯＡ、Ａ１組組成
が活性層４との界面からクラッド層２．６の界面に向か
うに従ってＸ＝０．４からＸ＝０．７まで線型に変化し
ていることが異る。他は第１の実施例と同じである。こ
のようにすると、第１の実施例と較べて、エネルギの高
い注入キャリアが受ける非発光再結合中心の影響がより
小さくなる。このため、第１の実施例と較べて発振閾電
流値が約５％減少、特性温度が約５％向上するため、さ
らに特性の優れた半導体発光素子が得られる。
以上、ＡＪＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザの場合に実
施例を用いて詳細に説明してきたが、他の材料、Ａｆｆ
ｌＧａＡｓ、Ａ、ｆｆＧａＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ系等の
■−■化合物或いはＩＩ−Ｖｌ化合物、さらにはこれら
の組み合せに対しても適用できる。又、半導体レーザに
限らず、発光ダイオードを含む一般の半導体発光素子に
適用できることは言を持たない。
施例を用いて詳細に説明してきたが、他の材料、Ａｆｆ
ｌＧａＡｓ、Ａ、ｆｆＧａＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ系等の
■−■化合物或いはＩＩ−Ｖｌ化合物、さらにはこれら
の組み合せに対しても適用できる。又、半導体レーザに
限らず、発光ダイオードを含む一般の半導体発光素子に
適用できることは言を持たない。
この様に本発明により、活性層の発光効率を損うことな
く注入キャリアの閉じ込めを向上させることができ、従
来よりも高効率で低電流動作の可能な高温特性の優れた
半導体発光素子を実現できる。
く注入キャリアの閉じ込めを向上させることができ、従
来よりも高効率で低電流動作の可能な高温特性の優れた
半導体発光素子を実現できる。
第１図、第２図はそれぞれ本発明の第１．第２の実施例
の正面図、第３図は従来例の正面図およびエネルギバン
ドダイヤグラム、第４図は本発明の作用を示すためのへ
テロ界面におけるエネルギバンドダイヤグラムである。 ｌ ・・−ｎ −Ｇ ａ Ａ ｓ基板、２・・−ｎ−Ａ
Ｊｏ、５ Ｉ ｎＯ，５Ｐクラッド層、３・−・ｎ −
（Ａｉｏ、ｓ Ｇａｏ、ｓ ）０．５ Ｉ ｎｏ、ｓｔ
Ｐ中間クラッド層、４，１０３−・・Ｇａ（、，５Ｉ
ｎｏ、５Ｐ活性層、５− Ｐ （Ａ Ｉ ０．５Ｇ
ａＱ、５ ） ０．５ Ｉ ｎＯ，Ｓ Ｐ中間クラッ
ド層、６・・・ｐ Ａｌ（３，５Ｉ ｎｏ、５ Ｐク
ラッド層、７−ｐ −ＧａＡｓキャップ層、８・・・５
ｉ０２膜、９・・・ｐ型用電極、１０・・・ｎ型用電極
、１１・・・ストライプ状電流注入領域、１２−ｎ
（Ａｊｌｘ Ｇａｔ−ｘ ） 。 ５Ｉｎｏ、５Ｐ中間クラッド層、１３・ｐ−（Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘ ） ０．５ Ｉ ｎｏ、５ Ｐ中間クラッ
ド層、１０２・−ｎ −（ＡＪ！□、４ Ｇａｏ、６）
０．５ Ｉ ｎｏ、ｓＰクラッド層、１０４・・・ｐ
−（ＡＪｏ、４Ｇａ、）、６ ）０．５ Ｉ ｎＯ，５
Ｐクラッド層、２０１ ・・・活性層、２０２・・・ク
ラッド層、２０５・・・非発光再結合中心、２０６．２
０９・・・発光再結合過程、２０７・・・非発光再結合
過程、２０８・・・高エネルギ注入キャリア、２１０・
・・中間クラッド層。
の正面図、第３図は従来例の正面図およびエネルギバン
ドダイヤグラム、第４図は本発明の作用を示すためのへ
テロ界面におけるエネルギバンドダイヤグラムである。 ｌ ・・−ｎ −Ｇ ａ Ａ ｓ基板、２・・−ｎ−Ａ
Ｊｏ、５ Ｉ ｎＯ，５Ｐクラッド層、３・−・ｎ −
（Ａｉｏ、ｓ Ｇａｏ、ｓ ）０．５ Ｉ ｎｏ、ｓｔ
Ｐ中間クラッド層、４，１０３−・・Ｇａ（、，５Ｉ
ｎｏ、５Ｐ活性層、５− Ｐ （Ａ Ｉ ０．５Ｇ
ａＱ、５ ） ０．５ Ｉ ｎＯ，Ｓ Ｐ中間クラッ
ド層、６・・・ｐ Ａｌ（３，５Ｉ ｎｏ、５ Ｐク
ラッド層、７−ｐ −ＧａＡｓキャップ層、８・・・５
ｉ０２膜、９・・・ｐ型用電極、１０・・・ｎ型用電極
、１１・・・ストライプ状電流注入領域、１２−ｎ
（Ａｊｌｘ Ｇａｔ−ｘ ） 。 ５Ｉｎｏ、５Ｐ中間クラッド層、１３・ｐ−（Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘ ） ０．５ Ｉ ｎｏ、５ Ｐ中間クラッ
ド層、１０２・−ｎ −（ＡＪ！□、４ Ｇａｏ、６）
０．５ Ｉ ｎｏ、ｓＰクラッド層、１０４・・・ｐ
−（ＡＪｏ、４Ｇａ、）、６ ）０．５ Ｉ ｎＯ，５
Ｐクラッド層、２０１ ・・・活性層、２０２・・・ク
ラッド層、２０５・・・非発光再結合中心、２０６．２
０９・・・発光再結合過程、２０７・・・非発光再結合
過程、２０８・・・高エネルギ注入キャリア、２１０・
・・中間クラッド層。
Claims (1)
- 発光領域となる活性層と、該活性層を挟みこれよりもエ
ネルギギャップの大きなクラッド層とからなるダブルヘ
テロ構造を有し、厚さが約１０Åよりも厚く約２００Å
よりも薄くエネルギギャップの値が活性層とクラッド層
の中間的な値となっている半導体層を活性層とクラッド
層との間にもっていることを特徴とする半導体発光素子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63305226A JPH02151085A (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63305226A JPH02151085A (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02151085A true JPH02151085A (ja) | 1990-06-11 |
Family
ID=17942555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63305226A Pending JPH02151085A (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02151085A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0335567A (ja) * | 1989-07-03 | 1991-02-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光ダイオード |
| KR100237804B1 (ko) * | 1995-05-26 | 2000-01-15 | 마찌다 가쯔히꼬 | 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
| JP2001189491A (ja) * | 2000-01-05 | 2001-07-10 | Showa Denko Kk | ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード |
| US6265732B1 (en) | 1998-11-30 | 2001-07-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting diode |
| US6621106B2 (en) | 2000-01-18 | 2003-09-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting diode |
-
1988
- 1988-12-01 JP JP63305226A patent/JPH02151085A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0335567A (ja) * | 1989-07-03 | 1991-02-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光ダイオード |
| KR100237804B1 (ko) * | 1995-05-26 | 2000-01-15 | 마찌다 가쯔히꼬 | 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법 |
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