JPH1154846A - 共振型面発光素子 - Google Patents
共振型面発光素子Info
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- JPH1154846A JPH1154846A JP21098997A JP21098997A JPH1154846A JP H1154846 A JPH1154846 A JP H1154846A JP 21098997 A JP21098997 A JP 21098997A JP 21098997 A JP21098997 A JP 21098997A JP H1154846 A JPH1154846 A JP H1154846A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 量子井戸型の発光層を有する共振型面発光素
子において、光取出し面からの光の拡がりを低減して指
向性や単色性を向上させる。 【解決手段】 量子井戸型の発光層１８は、その量子効
果のシフトで価電子帯にバンドスプリットが発生し、ヘ
ビーホールのサブバンドとライトホールのサブバンドが
生じるため、そのエネルギー準位の相違に起因して発光
波長域が低波長側にブロードとなり、その低波長側の光
がブラッグの反射条件により垂直方向から傾斜した方向
で共振して光取出し面３６から出射する。これを防止す
るため、価電子帯のヘビーホールとライトホールのエネ
ルギー準位が略等しくなるような圧縮歪が発光層１８に
加えられるように、バリア層１６、２０よりもバンドギ
ャップエネルギーが小さく且つ格子定数が小さいi-GaAs
y P1-y単結晶化合物半導体から成る発光層１８を、バリ
ア層１６の上にエピタキシャル成長させた。
子において、光取出し面からの光の拡がりを低減して指
向性や単色性を向上させる。 【解決手段】 量子井戸型の発光層１８は、その量子効
果のシフトで価電子帯にバンドスプリットが発生し、ヘ
ビーホールのサブバンドとライトホールのサブバンドが
生じるため、そのエネルギー準位の相違に起因して発光
波長域が低波長側にブロードとなり、その低波長側の光
がブラッグの反射条件により垂直方向から傾斜した方向
で共振して光取出し面３６から出射する。これを防止す
るため、価電子帯のヘビーホールとライトホールのエネ
ルギー準位が略等しくなるような圧縮歪が発光層１８に
加えられるように、バリア層１６、２０よりもバンドギ
ャップエネルギーが小さく且つ格子定数が小さいi-GaAs
y P1-y単結晶化合物半導体から成る発光層１８を、バリ
ア層１６の上にエピタキシャル成長させた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は量子井戸型の発光層
を有する共振型面発光素子に係り、特に、光取出し面か
らの光の拡がりを低減して垂直方向の指向性を高くする
技術に関するものである。
を有する共振型面発光素子に係り、特に、光取出し面か
らの光の拡がりを低減して垂直方向の指向性を高くする
技術に関するものである。
【０００２】
(a) バリア層に挟まれた量子井戸型の発光層と、(b) そ
のバリア層および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
射鏡とを有し、前記発光層で発生した光を前記光共振器
で共振させてその発光層と平行な光取出し面から取り出
す共振型面発光素子が知られている。例えば、ＲＣ−Ｌ
ＥＤ（共鳴空洞発光ダイオード）或いはＶＣＳＥＬと呼
ばれるものや、特開平４−１６７４８４号公報に記載さ
れている光半導体装置は、その一例である。
のバリア層および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
射鏡とを有し、前記発光層で発生した光を前記光共振器
で共振させてその発光層と平行な光取出し面から取り出
す共振型面発光素子が知られている。例えば、ＲＣ−Ｌ
ＥＤ（共鳴空洞発光ダイオード）或いはＶＣＳＥＬと呼
ばれるものや、特開平４−１６７４８４号公報に記載さ
れている光半導体装置は、その一例である。
【０００３】図４は、このような従来の共振型面発光素
子の一例で、この共振型面発光素子５０は、基板５２上
に順次結晶成長させられた基板側反射鏡５４、第１バリ
ア層５６、発光層５８、第２バリア層６０、放射面側反
射鏡６２、クラッド層６４を備えており、それ等の上下
両面に設けられた図示しない電極間に駆動電流が通電さ
れると、発光層５８で発生した光は一対の反射鏡５４と
６２との間で共振させられ、クラッド層６４の上面であ
る光取出し面６６から外部に出射される。そして、例え
ば発光波長λ0 が850nm 程度のGaAs系面発光素子の場
合、上記バリア層５６、６０はλ0 ／４ｎ（ｎは屈折
率）程度の厚さのAlGaAs単結晶化合物半導体にて構成さ
れ、発光層５８は10nm程度の厚さのGaAs単結晶化合物半
導体にて構成される。
子の一例で、この共振型面発光素子５０は、基板５２上
に順次結晶成長させられた基板側反射鏡５４、第１バリ
ア層５６、発光層５８、第２バリア層６０、放射面側反
射鏡６２、クラッド層６４を備えており、それ等の上下
両面に設けられた図示しない電極間に駆動電流が通電さ
れると、発光層５８で発生した光は一対の反射鏡５４と
６２との間で共振させられ、クラッド層６４の上面であ
る光取出し面６６から外部に出射される。そして、例え
ば発光波長λ0 が850nm 程度のGaAs系面発光素子の場
合、上記バリア層５６、６０はλ0 ／４ｎ（ｎは屈折
率）程度の厚さのAlGaAs単結晶化合物半導体にて構成さ
れ、発光層５８は10nm程度の厚さのGaAs単結晶化合物半
導体にて構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
量子井戸型の発光層を有する発光素子においては、量子
効果のシフトで発光層の価電子帯にバンドスプリットが
発生し、ヘビーホールのサブバンドとライトホールのサ
ブバンドが生じるため、そのエネルギー準位の相違に起
因して発光波長域がピーク波長λ0 よりも短波長側にブ
ロードとなる。すなわち、図２に点線で示すように、エ
ネルギー準位が低いライトホールのサブバンドに起因し
てピーク波長λ0 よりも短波長側に発光スペクトルが生
じ、全体の発光スペクトルが実線で示すように短波長側
にブロードとなるのである。なお、図２は光取出し面６
６から取り出された斜め方向を含む発光波長の強度分布
である。
量子井戸型の発光層を有する発光素子においては、量子
効果のシフトで発光層の価電子帯にバンドスプリットが
発生し、ヘビーホールのサブバンドとライトホールのサ
ブバンドが生じるため、そのエネルギー準位の相違に起
因して発光波長域がピーク波長λ0 よりも短波長側にブ
ロードとなる。すなわち、図２に点線で示すように、エ
ネルギー準位が低いライトホールのサブバンドに起因し
てピーク波長λ0 よりも短波長側に発光スペクトルが生
じ、全体の発光スペクトルが実線で示すように短波長側
にブロードとなるのである。なお、図２は光取出し面６
６から取り出された斜め方向を含む発光波長の強度分布
である。
【０００５】一方、共振型の発光素子は、所謂キャビテ
ィＱＥＤ効果により光取出し面に対して垂直な方向へ光
が出射する特性、すなわち指向性が一般に優れている
が、その垂直方向の共振波長（≒ピーク波長）よりも短
波長側の光については、図４に示すようにブラッグの反
射条件により垂直方向から傾斜した方向で共振し、光取
出し面から出射する。このため、量子井戸型の発光層を
有する共振型発光素子の場合、図３に実線で示すように
出射角度θをパラメータとする出射光の相対強度分布が
広くなり、所望する指向性が得られないとともに、単色
性が低下して色収差が損なわれるなどの問題があった。
なお、出射角度θは、光取出し面６６における光の屈折
を含むものである。
ィＱＥＤ効果により光取出し面に対して垂直な方向へ光
が出射する特性、すなわち指向性が一般に優れている
が、その垂直方向の共振波長（≒ピーク波長）よりも短
波長側の光については、図４に示すようにブラッグの反
射条件により垂直方向から傾斜した方向で共振し、光取
出し面から出射する。このため、量子井戸型の発光層を
有する共振型発光素子の場合、図３に実線で示すように
出射角度θをパラメータとする出射光の相対強度分布が
広くなり、所望する指向性が得られないとともに、単色
性が低下して色収差が損なわれるなどの問題があった。
なお、出射角度θは、光取出し面６６における光の屈折
を含むものである。
【０００６】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、量子井戸型の発光層
を有する共振型面発光素子において、光取出し面からの
光の拡がりを低減して指向性や単色性を向上させること
にある。
もので、その目的とするところは、量子井戸型の発光層
を有する共振型面発光素子において、光取出し面からの
光の拡がりを低減して指向性や単色性を向上させること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、第１発明は、(a) バリア層に挟まれた量子井戸型
の発光層と、(b) そのバリア層および発光層を挟んで設
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鏡とを有し、前記発光層で発生し
た光を前記光共振器で共振させてその発光層と平行な光
取出し面から取り出す共振型面発光素子において、(c)
前記発光層の価電子帯のヘビーホールとライトホールの
エネルギー準位が略等しくなるようにその発光層に積層
方向の圧縮歪を加えたことを特徴とする。
めに、第１発明は、(a) バリア層に挟まれた量子井戸型
の発光層と、(b) そのバリア層および発光層を挟んで設
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鏡とを有し、前記発光層で発生し
た光を前記光共振器で共振させてその発光層と平行な光
取出し面から取り出す共振型面発光素子において、(c)
前記発光層の価電子帯のヘビーホールとライトホールの
エネルギー準位が略等しくなるようにその発光層に積層
方向の圧縮歪を加えたことを特徴とする。
【０００８】第２発明は、第１発明において、前記バリ
ア層はAlx Ga1-x As（但し、０＜ｘ＜１）単結晶化合物
半導体で、前記発光層はそのAlx Ga1-x As単結晶化合物
半導体よりも格子定数が小さいGaAsy P1-y（但し、０＜
ｙ＜１）単結晶化合物半導体であり、エピタキシャル成
長技術で結晶成長させられることによってその発光層に
積層方向の圧縮歪が加えられていることを特徴とする。
ア層はAlx Ga1-x As（但し、０＜ｘ＜１）単結晶化合物
半導体で、前記発光層はそのAlx Ga1-x As単結晶化合物
半導体よりも格子定数が小さいGaAsy P1-y（但し、０＜
ｙ＜１）単結晶化合物半導体であり、エピタキシャル成
長技術で結晶成長させられることによってその発光層に
積層方向の圧縮歪が加えられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】このような共振型面発光素子において
は、発光層の価電子帯のヘビーホールとライトホールの
エネルギー準位が略等しくなるようにその発光層に積層
方向の圧縮歪が加えられているため、両者の発光波長が
略一致させられ、発光波長幅が狭くなる。これにより、
光共振器の斜め方向の共振が低減され、光取出し面から
の光の拡がりが少なくなって指向性が向上するととも
に、単色性が向上して色収差が低減される。また、ライ
トホールの光も良好に取り出されるため、発光強度が高
くなって光取出し効率が向上する。
は、発光層の価電子帯のヘビーホールとライトホールの
エネルギー準位が略等しくなるようにその発光層に積層
方向の圧縮歪が加えられているため、両者の発光波長が
略一致させられ、発光波長幅が狭くなる。これにより、
光共振器の斜め方向の共振が低減され、光取出し面から
の光の拡がりが少なくなって指向性が向上するととも
に、単色性が向上して色収差が低減される。また、ライ
トホールの光も良好に取り出されるため、発光強度が高
くなって光取出し効率が向上する。
【００１０】第２発明では、Alx Ga1-x As単結晶化合物
半導体の上にそれよりも格子定数が小さいGaAsy P1-y単
結晶化合物半導体がエピタキシャル成長させられること
により、そのGaAsy P1-y単結晶化合物半導体に積層方向
の圧縮歪、言い換えれば面方向の引張歪が良好に加えら
れる。
半導体の上にそれよりも格子定数が小さいGaAsy P1-y単
結晶化合物半導体がエピタキシャル成長させられること
により、そのGaAsy P1-y単結晶化合物半導体に積層方向
の圧縮歪、言い換えれば面方向の引張歪が良好に加えら
れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】ここで、本発明はGaAsP 系の量子
井戸型発光層を有する共振型面発光素子に好適に適用さ
れるが、InGaAsP 系などの他の量子井戸型発光層を有す
る共振型面発光素子にも適用され得る。
井戸型発光層を有する共振型面発光素子に好適に適用さ
れるが、InGaAsP 系などの他の量子井戸型発光層を有す
る共振型面発光素子にも適用され得る。
【００１２】発光層の価電子帯のヘビーホールとライト
ホールのエネルギー準位が略等しくなるような発光層の
圧縮歪は、例えば斜め方向の発光成分を含む発光スペク
トルの半値幅が40nm程度以下となるように設定される。
エピタキシャル成長技術でバリア層および発光層を積層
する場合には、発光層としてバリア層よりもバンドギャ
ップエネルギーが小さく且つ格子定数が小さい化合物半
導体が用いられ、GaAsP 系の量子井戸型発光層の場合、
バリア層を構成するAlx Ga1-x As単結晶化合物半導体の
Alの混晶比ｘは、例えば0.2 〜0.6 の範囲内で特に0.4
程度が望ましく、発光層を構成するGaAsy P1-y単結晶化
合物半導体のAsの混晶比ｙは、例えば0.90〜0.99の範囲
内で特に0.96程度が望ましい。
ホールのエネルギー準位が略等しくなるような発光層の
圧縮歪は、例えば斜め方向の発光成分を含む発光スペク
トルの半値幅が40nm程度以下となるように設定される。
エピタキシャル成長技術でバリア層および発光層を積層
する場合には、発光層としてバリア層よりもバンドギャ
ップエネルギーが小さく且つ格子定数が小さい化合物半
導体が用いられ、GaAsP 系の量子井戸型発光層の場合、
バリア層を構成するAlx Ga1-x As単結晶化合物半導体の
Alの混晶比ｘは、例えば0.2 〜0.6 の範囲内で特に0.4
程度が望ましく、発光層を構成するGaAsy P1-y単結晶化
合物半導体のAsの混晶比ｙは、例えば0.90〜0.99の範囲
内で特に0.96程度が望ましい。
【００１３】光共振器の一対の反射鏡の間隔、すなわち
それ等の間のバリア層および発光層の合計膜厚は、発光
層の発光ピーク波長λ0 の１／２ｎ（ｎは屈折率）程度
であることが望ましい。一対の反射鏡としては、半導体
多層膜反射鏡が好適に用いられるが、誘電体薄膜や金属
薄膜等を用いることも可能である。
それ等の間のバリア層および発光層の合計膜厚は、発光
層の発光ピーク波長λ0 の１／２ｎ（ｎは屈折率）程度
であることが望ましい。一対の反射鏡としては、半導体
多層膜反射鏡が好適に用いられるが、誘電体薄膜や金属
薄膜等を用いることも可能である。
【００１４】第２発明のエピタキシャル成長技術として
は、膜厚制御に優れたＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chem
ical Vapor Deposition ：有機金属化学気相成長）法が
好適に用いられるが、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法
等の他の手法を用いることも可能である。
は、膜厚制御に優れたＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chem
ical Vapor Deposition ：有機金属化学気相成長）法が
好適に用いられるが、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法
等の他の手法を用いることも可能である。
【００１５】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。
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。
【００１６】図１は、本発明の共振型面発光素子の一実
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、ＭＯＣＶＤ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鏡１４、第１バリア層１６、発光層
１８、第２バリア層２０、放射面側反射鏡２２、クラッ
ド層２４、および電流制御層２６と、基板１２の下面お
よび電流制御層２６の上面にそれぞれ固着された下部電
極２８および上部電極３０とから構成されている。
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、ＭＯＣＶＤ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鏡１４、第１バリア層１６、発光層
１８、第２バリア層２０、放射面側反射鏡２２、クラッ
ド層２４、および電流制御層２６と、基板１２の下面お
よび電流制御層２６の上面にそれぞれ固着された下部電
極２８および上部電極３０とから構成されている。
【００１７】上記基板１２は、例えば 350μm 程度の厚
さのn-GaAs単結晶から成る化合物半導体である。基板側
反射鏡１４は、例えば75nm程度の厚さのn-AlAs単結晶化
合物半導体と、60nm程度の厚さのn-Alx Ga1-x As単結晶
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組程度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鏡（ＤＢＲ）で、Alx Ga1-x As
単結晶化合物半導体のAlの混晶比ｘは例えば0.2 程度で
ある。なお、この基板側反射鏡１４を構成する各層の厚
さは、発光ピーク波長λ0 （本実施例では850nm 程度)
の１／４ｎ（ｎは屈折率）程度となるように決定されて
いる。
さのn-GaAs単結晶から成る化合物半導体である。基板側
反射鏡１４は、例えば75nm程度の厚さのn-AlAs単結晶化
合物半導体と、60nm程度の厚さのn-Alx Ga1-x As単結晶
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組程度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鏡（ＤＢＲ）で、Alx Ga1-x As
単結晶化合物半導体のAlの混晶比ｘは例えば0.2 程度で
ある。なお、この基板側反射鏡１４を構成する各層の厚
さは、発光ピーク波長λ0 （本実施例では850nm 程度)
の１／４ｎ（ｎは屈折率）程度となるように決定されて
いる。
【００１８】第１バリア層１６および第２バリア層２０
は、何れも厚さが55nm程度のi-AlxGa1-x As単結晶化合
物半導体で、Alの混晶比ｘは例えば0.3 程度である。こ
れ等のバリア層１６、２０の厚さは、何れも発光ピーク
波長λ0 （本実施例では850nm 程度) の１／４ｎ（ｎは
屈折率）程度となるように決定されている。また、発光
層１８は、バリア層１６、２０よりもバンドギャップエ
ネルギーが小さく且つ格子定数が小さいi-GaAsy P1-y単
結晶化合物半導体によって構成された所謂量子井戸で、
その厚さは、発光ピーク波長λ0 が例えば850nm 程度と
なるように10nm程度とされており、Asの混晶比ｙは例え
ば0.96程度である。発光層１８の格子定数が第１バリア
層１６の格子定数よりも小さいことから、発光層１８に
は積層方向の圧縮歪（面方向の引張歪）が加えられる
が、その圧縮歪の程度すなわち格子定数差は、量子効果
によって生じる発光層１８の価電子帯のヘビーホールと
ライトホールのエネルギー準位が略等しくなるように定
められている。また、第１バリア層１６はｎ- すなわち
ν層で、発光層１８および第２バリア層２０はｐ- すな
わちπ層である。
は、何れも厚さが55nm程度のi-AlxGa1-x As単結晶化合
物半導体で、Alの混晶比ｘは例えば0.3 程度である。こ
れ等のバリア層１６、２０の厚さは、何れも発光ピーク
波長λ0 （本実施例では850nm 程度) の１／４ｎ（ｎは
屈折率）程度となるように決定されている。また、発光
層１８は、バリア層１６、２０よりもバンドギャップエ
ネルギーが小さく且つ格子定数が小さいi-GaAsy P1-y単
結晶化合物半導体によって構成された所謂量子井戸で、
その厚さは、発光ピーク波長λ0 が例えば850nm 程度と
なるように10nm程度とされており、Asの混晶比ｙは例え
ば0.96程度である。発光層１８の格子定数が第１バリア
層１６の格子定数よりも小さいことから、発光層１８に
は積層方向の圧縮歪（面方向の引張歪）が加えられる
が、その圧縮歪の程度すなわち格子定数差は、量子効果
によって生じる発光層１８の価電子帯のヘビーホールと
ライトホールのエネルギー準位が略等しくなるように定
められている。また、第１バリア層１６はｎ- すなわち
ν層で、発光層１８および第２バリア層２０はｐ- すな
わちπ層である。
【００１９】放射面側反射鏡２２は、前記基板側反射鏡
１４と同様に、例えば75nm程度の厚さのp-AlAs単結晶化
合物半導体と、60nm程度の厚さのp-Alx Ga1-x As単結晶
化合物半導体とを交互に１０組程度積層したＤＢＲで、
Alx Ga1-x As単結晶化合物半導体のAlの混晶比ｘは例え
ば0.2 程度であり、各層の厚さは発光ピーク波長λ
0（本実施例では850nm 程度) の１／４ｎ（ｎは屈折
率）程度となるように決定されている。本実施例におい
ては、前記基板側反射鏡１４および放射面側反射鏡２２
が一対の反射鏡に相当し、その間隔すなわち光共振器長
は、真空中（屈折率ｎ＝１）における長さに換算した値
で425nm 程度、すなわち発光ピーク波長λ0 の１／２程
度の長さとされている。このため、発光層１８で発生し
た光は、それら基板側反射鏡１４および放射面側反射鏡
２２において繰り返し反射されることになり、それ等の
間に定在波が形成されるとともに、発光層１８はその定
在波の腹に位置する。基板側反射鏡１４および放射面側
反射鏡２２は、発光層１８で発生した光を繰り返し反射
する光共振器を構成している。
１４と同様に、例えば75nm程度の厚さのp-AlAs単結晶化
合物半導体と、60nm程度の厚さのp-Alx Ga1-x As単結晶
化合物半導体とを交互に１０組程度積層したＤＢＲで、
Alx Ga1-x As単結晶化合物半導体のAlの混晶比ｘは例え
ば0.2 程度であり、各層の厚さは発光ピーク波長λ
0（本実施例では850nm 程度) の１／４ｎ（ｎは屈折
率）程度となるように決定されている。本実施例におい
ては、前記基板側反射鏡１４および放射面側反射鏡２２
が一対の反射鏡に相当し、その間隔すなわち光共振器長
は、真空中（屈折率ｎ＝１）における長さに換算した値
で425nm 程度、すなわち発光ピーク波長λ0 の１／２程
度の長さとされている。このため、発光層１８で発生し
た光は、それら基板側反射鏡１４および放射面側反射鏡
２２において繰り返し反射されることになり、それ等の
間に定在波が形成されるとともに、発光層１８はその定
在波の腹に位置する。基板側反射鏡１４および放射面側
反射鏡２２は、発光層１８で発生した光を繰り返し反射
する光共振器を構成している。
【００２０】また、クラッド層２４は、例えば 2μm 程
度の厚さのp-Alx Ga1-x As単結晶化合物半導体であり、
電流制御層２６は例えば厚さが 1μm 程度のn-Alx Ga
1-x As単結晶化合物半導体で、それ等のAlの混晶比ｘは
何れも例えば0.2 程度である。電流制御層２６には、そ
の中央部に例えば直径50μm 程度の凹部３２がエッチン
グ等によって設けられており、その上面側から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
ることにより、図に斜線で示す範囲に高濃度拡散領域３
４が形成されている。この高濃度拡散領域３４内におい
ては、クラッド層２４の導電性が高められると共に、電
流制御層２６の導電型が反転させられてｐ型半導体にさ
れている。これにより、電流制御層２６のうちクラッド
層２４との境界まで導電型が反転させられた中央部、す
なわち凹部３２の下方部分のみを通電可能とする電流狭
窄構造が形成されており、発光層１８のうち凹部３２の
下方部分のみで主として光が発生させられるとともに、
凹部３２の底面である光取出し面３６から光が取り出さ
れる。
度の厚さのp-Alx Ga1-x As単結晶化合物半導体であり、
電流制御層２６は例えば厚さが 1μm 程度のn-Alx Ga
1-x As単結晶化合物半導体で、それ等のAlの混晶比ｘは
何れも例えば0.2 程度である。電流制御層２６には、そ
の中央部に例えば直径50μm 程度の凹部３２がエッチン
グ等によって設けられており、その上面側から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
ることにより、図に斜線で示す範囲に高濃度拡散領域３
４が形成されている。この高濃度拡散領域３４内におい
ては、クラッド層２４の導電性が高められると共に、電
流制御層２６の導電型が反転させられてｐ型半導体にさ
れている。これにより、電流制御層２６のうちクラッド
層２４との境界まで導電型が反転させられた中央部、す
なわち凹部３２の下方部分のみを通電可能とする電流狭
窄構造が形成されており、発光層１８のうち凹部３２の
下方部分のみで主として光が発生させられるとともに、
凹部３２の底面である光取出し面３６から光が取り出さ
れる。
【００２１】前記下部電極２８は、例えば 1μm 程度の
厚さであって、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３０は、例えば 1μm 程度の厚さ
であって、電流制御層２６の凹部３２よりも外周側の周
縁部に、その電流制御層２６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２８
および上部電極３０は、何れもオーミック電極である。
厚さであって、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３０は、例えば 1μm 程度の厚さ
であって、電流制御層２６の凹部３２よりも外周側の周
縁部に、その電流制御層２６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２８
および上部電極３０は、何れもオーミック電極である。
【００２２】このような発光ダイオード１０は、上記下
部電極２８と上部電極３０との間に順方向の駆動電流が
通電されることにより、量子井戸型の発光層１８で光が
発生させられるとともに、発生させられた光は光共振器
を構成している一対の反射鏡１４と２２との間で共振さ
せられ、発光層１８と平行な光取出し面３６から出射さ
れる。
部電極２８と上部電極３０との間に順方向の駆動電流が
通電されることにより、量子井戸型の発光層１８で光が
発生させられるとともに、発生させられた光は光共振器
を構成している一対の反射鏡１４と２２との間で共振さ
せられ、発光層１８と平行な光取出し面３６から出射さ
れる。
【００２３】ところで、本実施例のような量子井戸型の
発光層１８は、その量子効果のシフトで価電子帯にバン
ドスプリットが発生し、ヘビーホールのサブバンドとラ
イトホールのサブバンドが生じるため、そのエネルギー
準位の相違に起因して、図２に実線で示すように発光波
長域がピーク波長λ0 よりも短波長側にブロードにな
る。また、このような短波長側の光は、ブラッグの反射
条件により垂直方向から傾斜した方向で共振し、光取出
し面３６から出射するため、図３に実線で示すように出
射角度θをパラメータとする出射光の相対強度分布が広
くなり、所望する指向性が得られないとともに、単色性
が低下して色収差が損なわれるなどの問題があった。
発光層１８は、その量子効果のシフトで価電子帯にバン
ドスプリットが発生し、ヘビーホールのサブバンドとラ
イトホールのサブバンドが生じるため、そのエネルギー
準位の相違に起因して、図２に実線で示すように発光波
長域がピーク波長λ0 よりも短波長側にブロードにな
る。また、このような短波長側の光は、ブラッグの反射
条件により垂直方向から傾斜した方向で共振し、光取出
し面３６から出射するため、図３に実線で示すように出
射角度θをパラメータとする出射光の相対強度分布が広
くなり、所望する指向性が得られないとともに、単色性
が低下して色収差が損なわれるなどの問題があった。
【００２４】これに対し、本実施例では発光層１８に圧
縮歪が加えられ、その発光層１８の価電子帯のヘビーホ
ールとライトホールのエネルギー準位が略等しくされて
いるため、両者の発光波長が略一致させられ、図２に一
点鎖線で示すように発光波長幅が狭くなる。これによ
り、光共振器の斜め方向の共振が低減され、図３に一点
鎖線で示すように光取出し面３６からの光の拡がりが少
なくなって指向性が向上するとともに、単色性が向上し
て色収差が低減される。また、ライトホールの光も良好
に取り出されるため、発光強度が高くなって光取出し効
率が向上する。なお、図２に一点鎖線で示す本実施例の
全出射光の発光スペクトルの半値幅は40nm程度である。
縮歪が加えられ、その発光層１８の価電子帯のヘビーホ
ールとライトホールのエネルギー準位が略等しくされて
いるため、両者の発光波長が略一致させられ、図２に一
点鎖線で示すように発光波長幅が狭くなる。これによ
り、光共振器の斜め方向の共振が低減され、図３に一点
鎖線で示すように光取出し面３６からの光の拡がりが少
なくなって指向性が向上するとともに、単色性が向上し
て色収差が低減される。また、ライトホールの光も良好
に取り出されるため、発光強度が高くなって光取出し効
率が向上する。なお、図２に一点鎖線で示す本実施例の
全出射光の発光スペクトルの半値幅は40nm程度である。
【００２５】また、本実施例では、バリア層１６、２０
よりもバンドギャップエネルギーが小さく且つ格子定数
が小さいi-GaAsy P1-y単結晶化合物半導体から成る発光
層１８が、そのバリア層１６の上にエピタキシャル成長
させられることにより、発光層１８に積層方向の圧縮歪
（面方向の引張歪）が良好に加えられる。
よりもバンドギャップエネルギーが小さく且つ格子定数
が小さいi-GaAsy P1-y単結晶化合物半導体から成る発光
層１８が、そのバリア層１６の上にエピタキシャル成長
させられることにより、発光層１８に積層方向の圧縮歪
（面方向の引張歪）が良好に加えられる。
【００２６】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。
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。
【００２７】例えば、実施例で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、ＶＣＳＥ
Ｌ等の他の共振型面発光素子にも本発明は同様に適用さ
れ得る。
ド１０に適用された場合について説明したが、ＶＣＳＥ
Ｌ等の他の共振型面発光素子にも本発明は同様に適用さ
れ得る。
【００２８】また、実施例においては、上面の中央部に
設けられた光取出し面３６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について
説明したが、上面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。
設けられた光取出し面３６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について
説明したが、上面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。
【００２９】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。
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。
【図１】本発明の共振型面発光素子の一実施例である発
光ダイオードの構成を示す図である。
光ダイオードの構成を示す図である。
【図２】図１の発光ダイオードの発光スペクトル（一点
鎖線）を、従来の場合（実線）と比較して説明する図で
ある。
鎖線）を、従来の場合（実線）と比較して説明する図で
ある。
【図３】図１の発光ダイオードの指向性（一点鎖線）
を、従来の場合（実線）と比較して説明する図である。
を、従来の場合（実線）と比較して説明する図である。
【図４】従来の共振型面発光素子の一例を説明する図で
ある。
ある。
【符号の説明】 １０：発光ダイオード（共振型面発光素子） １４：基板側反射鏡 １６：第１バリア層 １８：発光層 ２０：第２バリア層 ２２：放射側反射鏡 ３６：光取出し面
Claims (2)
- 【請求項１】 バリア層に挟まれた量子井戸型の発光層
と、 該バリア層および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
鏡とを有し、前記発光層で発生した光を前記光共振器で
共振させて該発光層と平行な光取出し面から取り出す共
振型面発光素子において、 前記発光層の価電子帯のヘビーホールとライトホールの
エネルギー準位が略等しくなるように該発光層に積層方
向の圧縮歪を加えたことを特徴とする共振型面発光素
子。 - 【請求項２】 前記バリア層はAlx Ga1-x As（但し、０
＜ｘ＜１）単結晶化合物半導体で、前記発光層は該Alx
Ga1-x As単結晶化合物半導体よりも格子定数が小さいGa
Asy P1-y（但し、０＜ｙ＜１）単結晶化合物半導体であ
り、エピタキシャル成長技術で結晶成長させられること
によって該発光層に積層方向の圧縮歪が加えられている
ことを特徴とする請求項１に記載の共振型面発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21098997A JPH1154846A (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | 共振型面発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21098997A JPH1154846A (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | 共振型面発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1154846A true JPH1154846A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16598485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21098997A Pending JPH1154846A (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | 共振型面発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1154846A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1045457A2 (en) | 1999-04-15 | 2000-10-18 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Quantum well type light-emitting diode |
| US6570191B2 (en) | 2000-12-28 | 2003-05-27 | Daido Steel Co., Ltd. | Surface-light-emitting device including AlGalnP and AlGaAs multi-film reflecting layers |
| JP2008103498A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 発光素子 |
| JP2009239176A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 発光素子 |
| CN111433921A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-07-17 | 厦门三安光电有限公司 | 一种发光二极管 |
| CN120341693A (zh) * | 2025-06-16 | 2025-07-18 | 杭州开幕光子技术有限公司 | 半导体激光器、光发射组件及光模块 |
-
1997
- 1997-08-05 JP JP21098997A patent/JPH1154846A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1045457A2 (en) | 1999-04-15 | 2000-10-18 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Quantum well type light-emitting diode |
| US6403983B1 (en) | 1999-04-15 | 2002-06-11 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Quantum well type light-emitting diode |
| EP1045457A3 (en) * | 1999-04-15 | 2007-07-18 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Quantum well type light-emitting diode |
| US6570191B2 (en) | 2000-12-28 | 2003-05-27 | Daido Steel Co., Ltd. | Surface-light-emitting device including AlGalnP and AlGaAs multi-film reflecting layers |
| JP2008103498A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 発光素子 |
| JP2009239176A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 発光素子 |
| CN111433921A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-07-17 | 厦门三安光电有限公司 | 一种发光二极管 |
| WO2021119906A1 (zh) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 厦门三安光电有限公司 | 一种发光二极管 |
| CN111433921B (zh) * | 2019-12-16 | 2023-08-15 | 厦门三安光电有限公司 | 一种发光二极管 |
| CN120341693A (zh) * | 2025-06-16 | 2025-07-18 | 杭州开幕光子技术有限公司 | 半导体激光器、光发射组件及光模块 |
| CN120341693B (zh) * | 2025-06-16 | 2025-12-26 | 杭州开幕光子技术有限公司 | 半导体激光器、光发射组件及光模块 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040625 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070510 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070522 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070925 |