JPS6288389A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
- H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
- H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs
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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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、能動層内に量子井戸を有する半導体発光素子
に関する。
に関する。
ダブルへテロ接合構造の半導体レーザの能動層内にドウ
・ブローイ波長以下の量子井戸（ＱＷ）を形成した、所
謂量子井戸レーザ（ＱＷレーザ）が知られている。量子
井戸レーザでは、電子系か半導体層に垂直方向に量子化
される。このため、半導体層に垂直方向の波動関数が局
在して、′＝１４導体層に平行な方向にのみ運動の自由
度を持つ、二次元電子ガスが実現されている。この二次
元電子ガスの状態密度は、バンド端で急峻にウ−１−が
るエネルギー依存性を有するために、ＱＷレーザは通常
のダブルへテロ接合構造の半導体１ノーザに比べて高い
発光効率をもつ。ＱＷレーザの他の特長は、しきい値電
流が小さい、高速の変調か可能である、発振波長か可変
である、良好な導波特性を有する、等である。これらの
特長の故に、ＱＷレーザは、オプトエレクトロニクスＩ
Ｃや高速変調光素子等の応用に有用なものとして期待さ
れている。
・ブローイ波長以下の量子井戸（ＱＷ）を形成した、所
謂量子井戸レーザ（ＱＷレーザ）が知られている。量子
井戸レーザでは、電子系か半導体層に垂直方向に量子化
される。このため、半導体層に垂直方向の波動関数が局
在して、′＝１４導体層に平行な方向にのみ運動の自由
度を持つ、二次元電子ガスが実現されている。この二次
元電子ガスの状態密度は、バンド端で急峻にウ−１−が
るエネルギー依存性を有するために、ＱＷレーザは通常
のダブルへテロ接合構造の半導体１ノーザに比べて高い
発光効率をもつ。ＱＷレーザの他の特長は、しきい値電
流が小さい、高速の変調か可能である、発振波長か可変
である、良好な導波特性を有する、等である。これらの
特長の故に、ＱＷレーザは、オプトエレクトロニクスＩ
Ｃや高速変調光素子等の応用に有用なものとして期待さ
れている。
しかしながら従来提案されているＱＷレーザでは、零バ
イアス状態で能動層内に内部電界が形成されており、こ
の内部電界が、ＱＷレーザの特性向」二を妨げる原因と
なっていた。このことを以下に、図面を用いて説明する
。
イアス状態で能動層内に内部電界が形成されており、こ
の内部電界が、ＱＷレーザの特性向」二を妨げる原因と
なっていた。このことを以下に、図面を用いて説明する
。
第９図は、キャリア閉込め領域と光閉込め領域を別々−
した所謂 Ｓ ＣＨ（Ｓ ｅｐａｒａｔｅＣｏｎｆｉｎ
ｅｍｅｎｔ Ｈｃｔｏｒｏ ）構造を持つ従来のＱＷ
レーザの、エネルギー−バンド・ダイヤグラムと不純物
ｌＩ″ｉ度分布を示す。１１はｐ型クラッド領域、１２
はｌ型能動領域、１３はｎ型クラッド領域である。ｎ型
クラッド領域１１は能動領域１２にホールを注入するた
めのものであり、ｎ型クラッド領域１３は能動領域１２
に電子を注入するためのものである。能動領域１２は、
ｎ型クラッド領域１１およびｎ型クラッド領域１３を構
成する半導体層よりバンド・ギャップが小さい半導体層
により形成されて、光閉込めが可能となっている。この
能動領域１２内にキャリア閉込めを行なう量子井戸領域
１４が形成されている。量子井戸領域１４は通常、バリ
ア層を挟んで複数の量子井戸層が積層された所謂多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造とされるが、図では説明を分り易
くするため、一つの量子井戸のみ示している。図のエネ
ルギー・バンド・ダイヤグラムは、零バイアスの状態で
ある。
した所謂 Ｓ ＣＨ（Ｓ ｅｐａｒａｔｅＣｏｎｆｉｎ
ｅｍｅｎｔ Ｈｃｔｏｒｏ ）構造を持つ従来のＱＷ
レーザの、エネルギー−バンド・ダイヤグラムと不純物
ｌＩ″ｉ度分布を示す。１１はｐ型クラッド領域、１２
はｌ型能動領域、１３はｎ型クラッド領域である。ｎ型
クラッド領域１１は能動領域１２にホールを注入するた
めのものであり、ｎ型クラッド領域１３は能動領域１２
に電子を注入するためのものである。能動領域１２は、
ｎ型クラッド領域１１およびｎ型クラッド領域１３を構
成する半導体層よりバンド・ギャップが小さい半導体層
により形成されて、光閉込めが可能となっている。この
能動領域１２内にキャリア閉込めを行なう量子井戸領域
１４が形成されている。量子井戸領域１４は通常、バリ
ア層を挟んで複数の量子井戸層が積層された所謂多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造とされるが、図では説明を分り易
くするため、一つの量子井戸のみ示している。図のエネ
ルギー・バンド・ダイヤグラムは、零バイアスの状態で
ある。
図から明らかなように、このＱＷレーザでは、ｎ型クラ
ッド領域１１とｎ型クラッド領域１３の電子親和力の差
により、能動領域１２には内部電界か形成されている。
ッド領域１１とｎ型クラッド領域１３の電子親和力の差
により、能動領域１２には内部電界か形成されている。
第１０図は、この様なＱＷレーザに順方向バイアス電圧
ｖｂが印加されたときのエネルギー・バンド会ダイヤグ
ラムを示す。順方向バイアスが印加されると、ｎ型クラ
ッド領域１３から電子が、ｎ型クラッド領域１１からホ
ールがそれぞれ能動領域１２に注入される。第１０図は
、バイアス電圧ｖｂが拡散電位Ｖ旧より小さい状態を示
している。実際のＱＷレーザではこの状態、即ち能動領
域１２におよそ１０１ｃＶ／ｃｍ程度の内部電界が形成
されている状態でも発振を開始する。
ｖｂが印加されたときのエネルギー・バンド会ダイヤグ
ラムを示す。順方向バイアスが印加されると、ｎ型クラ
ッド領域１３から電子が、ｎ型クラッド領域１１からホ
ールがそれぞれ能動領域１２に注入される。第１０図は
、バイアス電圧ｖｂが拡散電位Ｖ旧より小さい状態を示
している。実際のＱＷレーザではこの状態、即ち能動領
域１２におよそ１０１ｃＶ／ｃｍ程度の内部電界が形成
されている状態でも発振を開始する。
上述のように能動領域１２に内部電界が形成されている
状態でレーザ発振することは、ＱＷレーザの発振しきい
値電流が必要以上に高くなっていることを意味する。そ
の理由は次の通りである。
状態でレーザ発振することは、ＱＷレーザの発振しきい
値電流が必要以上に高くなっていることを意味する。そ
の理由は次の通りである。
第１に、能動領域１２に内部電界が形成されている状態
では、第１０図に示すように、Ｍ子化された電子の波動
関数１５およびホールの波動関数１６が量子井戸領域１
４のそれぞれ逆の端部に偏在する。これは、光学遷移の
確率振幅を与える行列要素の減少を引き起こす。特に、
多重量子井戸構造の場合には、各量子井戸間の共鳴エネ
ルギーが非常に大きくない限り、この効果は大である。
では、第１０図に示すように、Ｍ子化された電子の波動
関数１５およびホールの波動関数１６が量子井戸領域１
４のそれぞれ逆の端部に偏在する。これは、光学遷移の
確率振幅を与える行列要素の減少を引き起こす。特に、
多重量子井戸構造の場合には、各量子井戸間の共鳴エネ
ルギーが非常に大きくない限り、この効果は大である。
第２に、能動領域に内部電界が形成されていると、は子
井戸を挟むバリア層のポテンシャルが低くなる。このた
め、量子井戸に注入されたキャリアかトンネル効果で量
子井戸の外へ逃げ易くなり、キャリアの閉込め効果が低
減される。これは、Ｆ ｏｗｌｏｒ −Ｎ ｏｒｄｈｅ
ｌＩ１１機構と呼ばれる。量子井戸から逃出したキャリ
アは、非発光再結合を起こす。
井戸を挟むバリア層のポテンシャルが低くなる。このた
め、量子井戸に注入されたキャリアかトンネル効果で量
子井戸の外へ逃げ易くなり、キャリアの閉込め効果が低
減される。これは、Ｆ ｏｗｌｏｒ −Ｎ ｏｒｄｈｅ
ｌＩ１１機構と呼ばれる。量子井戸から逃出したキャリ
アは、非発光再結合を起こす。
この結果、ＱＷレーザの量子効率が低くなる。
以−にのような理由で従来のＱＷレーザは、潜在的に持
っている性能と比較して発振しきい値電流が未だ大きく
、また量子効率が小さいものであった。
っている性能と比較して発振しきい値電流が未だ大きく
、また量子効率が小さいものであった。
本発明の目的は、量子井戸構造を持つ半導体発光素子の
しきい値電流を低減し、同時に高い量子効率を実現する
ことにある。
しきい値電流を低減し、同時に高い量子効率を実現する
ことにある。
本発明による半導体発光素子は、能動層内のね１子井戸
層とｐ型クラッド層の間に設けられたｎ型不純物ドープ
層、またはｍ子井戸層とｎ型クラット層の間に設けられ
たｎ型不純物ドープ層の少なくとも一方を有する。
層とｐ型クラッド層の間に設けられたｎ型不純物ドープ
層、またはｍ子井戸層とｎ型クラット層の間に設けられ
たｎ型不純物ドープ層の少なくとも一方を有する。
本発明によるＱＷレーザは、その能動領域内の量子井戸
領域での内部電界が緩和されている。この結果本発明に
よるＱＷレーザは、発振しきい値電流が低いものとなり
、同時には子効率の高いものとなる。
領域での内部電界が緩和されている。この結果本発明に
よるＱＷレーザは、発振しきい値電流が低いものとなり
、同時には子効率の高いものとなる。
本発明は、レーザではない１ｍ子井戸構造を持つ発光ダ
イオードの場合にも有効である。
イオードの場合にも有効である。
第１図（ａ）および（＋））はそれぞれ、本発明の一実
施例の５ＣＨ−ＱＷレーザの全体構造およびその要部を
拡大した構造を示す断面図である。
施例の５ＣＨ−ＱＷレーザの全体構造およびその要部を
拡大した構造を示す断面図である。
ｎ＋型ＧａＡｓ基板１１−に、ｎ＋型ＧａＡｓバッファ
層２が形成され、このバッファ層２上にｎ＋ＡＪ！
Ｇａ Ａｓ − 型 ｘ １−Ｘ クラッド層３、先導波層と
磁子井戸層を有する能動層４、ｐ中型 ＡｌＸＧａ
Ａｓクラッド層５およびｐ中型ＧａＡｓ−ｘ キャップ層６が順次積層形成されている。７は絶縁膜、
８はｎ側電極、９はｎ側電極である。
層２が形成され、このバッファ層２上にｎ＋ＡＪ！
Ｇａ Ａｓ − 型 ｘ １−Ｘ クラッド層３、先導波層と
磁子井戸層を有する能動層４、ｐ中型 ＡｌＸＧａ
Ａｓクラッド層５およびｐ中型ＧａＡｓ−ｘ キャップ層６が順次積層形成されている。７は絶縁膜、
８はｎ側電極、９はｎ側電極である。
能動層４は、第１図（ｂ）に示されるように、アンド−
ブト（ｉ型）Ａ、ｆ？ Ｇａ Ａｓ光導波！／
］”Ｖ 層４１．、ｎ型Ａｌ Ｇａ Ａｓ光導波層４２、ｔ
−ｙ ｉ型Ａ、ｌ？ Ｇａ Ａｓ光導波層４１２、ｉ型
多ｙ Ｉ−ｙ 重は子井戸層４３、ｌ型Ａｌ Ｇａ Ａｓ光導ｙ
Ｉ−ｙ 波層４４ （、ｎ型Ａ） Ｇａ Ａｓ光導波層Ｉ−
ｙ ４５およびｉ型Ａ、ｆｆ Ｇａ Ａｓ光導波層Ｙ
１−ｙ ４４２が順次積層された構造を有する。各先導波層は、
禁制帯幅がｎ中型Ａノ Ｇａ ＡｓクラＸ １
−Ｘ ラド層３およびｐ十型Ａ、ｆ？ Ｇａ Ａｓクラ
ッ ｌｘ ド層５のそれより小さくなるように組成比Ｘ、 Ｙが
選ばれる。多重量子井戸層４３は、複数のＧａＡｓ１子
井戸層がこれより禁制帯幅の大きいＡｌ Ｇａ Ａ
ｓバリア層を挟んで積層されたｚ ｌｚ ものである。
ブト（ｉ型）Ａ、ｆ？ Ｇａ Ａｓ光導波！／
］”Ｖ 層４１．、ｎ型Ａｌ Ｇａ Ａｓ光導波層４２、ｔ
−ｙ ｉ型Ａ、ｌ？ Ｇａ Ａｓ光導波層４１２、ｉ型
多ｙ Ｉ−ｙ 重は子井戸層４３、ｌ型Ａｌ Ｇａ Ａｓ光導ｙ
Ｉ−ｙ 波層４４ （、ｎ型Ａ） Ｇａ Ａｓ光導波層Ｉ−
ｙ ４５およびｉ型Ａ、ｆｆ Ｇａ Ａｓ光導波層Ｙ
１−ｙ ４４２が順次積層された構造を有する。各先導波層は、
禁制帯幅がｎ中型Ａノ Ｇａ ＡｓクラＸ １
−Ｘ ラド層３およびｐ十型Ａ、ｆ？ Ｇａ Ａｓクラ
ッ ｌｘ ド層５のそれより小さくなるように組成比Ｘ、 Ｙが
選ばれる。多重量子井戸層４３は、複数のＧａＡｓ１子
井戸層がこれより禁制帯幅の大きいＡｌ Ｇａ Ａ
ｓバリア層を挟んで積層されたｚ ｌｚ ものである。
各半導体層の組成、不純物濃度および厚みは代表的には
次の通り設定される。各部の Ａ、ｅＧａＡｓ層の組成
は、Ｘ＝０．５、Ｙ＝Ｚ＝０．２８に設定される。ｎ型
ＧａＡｓ基板１は不純物濃度２×１０１８／ｃｍ３で、
厚み９０μｍである。
次の通り設定される。各部の Ａ、ｅＧａＡｓ層の組成
は、Ｘ＝０．５、Ｙ＝Ｚ＝０．２８に設定される。ｎ型
ＧａＡｓ基板１は不純物濃度２×１０１８／ｃｍ３で、
厚み９０μｍである。
ｎ中型ＧａＡｓバッファ層２は、不純物ａ度５×１０
” ／ ｃｍ ３、厚み０．５μｍである。ｎ中型Ａノ
Ｇａ Ａｓクラッド層３およびｐ十型Ｘ １
−Ｘ ＡＩ Ｇａ Ａｓクラッド層５はいずれも、不Ｘ
Ｉ−Ｘ 鈍物濃度２×１０１８／ｃＩｉ３、厚み２ｐｍである。
” ／ ｃｍ ３、厚み０．５μｍである。ｎ中型Ａノ
Ｇａ Ａｓクラッド層３およびｐ十型Ｘ １
−Ｘ ＡＩ Ｇａ Ａｓクラッド層５はいずれも、不Ｘ
Ｉ−Ｘ 鈍物濃度２×１０１８／ｃＩｉ３、厚み２ｐｍである。
ｐ中型ＧａＡｓキャップ層６は、不純物濃度５×１０１
８／ｃｍ３、厚み０．５４７７１である。ｌ型Ａｌ Ｇ
ａ Ａｓ光導波層４１、および４４２！Ｖ ｂ
ｙ の厚みは１００人である。ｌ型Ａｌ Ｇ ａ １゜Ａｓ
光導波層４１２および４４１の厚みは５９５人である。
８／ｃｍ３、厚み０．５４７７１である。ｌ型Ａｌ Ｇ
ａ Ａｓ光導波層４１、および４４２！Ｖ ｂ
ｙ の厚みは１００人である。ｌ型Ａｌ Ｇ ａ １゜Ａｓ
光導波層４１２および４４１の厚みは５９５人である。
ｎ型Ａｌ Ｇａ Ａｓ光導波層４２ｙ＋−ｙ
およびｎ型Ａｌ Ｇａ Ａｓ光導波層４５はいｙ
Ｉ−ｙ ずれも、不純物濃度１×１０１８／ｃｍ３、厚み１００
人である。ｉ型多重量子井戸層４３は、７０人のＧａＡ
ｓ量子井戸層と５０人のＡｉ Ｇａ Ａｓ ｚ ｌ−ｚ バリア層５０人を交１１゛に積層
したものである。
Ｉ−ｙ ずれも、不純物濃度１×１０１８／ｃｍ３、厚み１００
人である。ｉ型多重量子井戸層４３は、７０人のＧａＡ
ｓ量子井戸層と５０人のＡｉ Ｇａ Ａｓ ｚ ｌ−ｚ バリア層５０人を交１１゛に積層
したものである。
上述した各半導体層は分子線エピタキシャル法または有
機金属化合物を用いた気相成長法を利用して形成される
。これらの方法を用いることにより、上述したような各
半導体層の組成、不純物濃度および厚みの制御が容易に
行イつれる。
機金属化合物を用いた気相成長法を利用して形成される
。これらの方法を用いることにより、上述したような各
半導体層の組成、不純物濃度および厚みの制御が容易に
行イつれる。
第２図はこの実施例によるＱＷレーザのエネルギー・バ
ンド・ダイヤグラムと不純物濃度分布を示す。多重量子
井戸層４３とｎ十型クラッド層３およびｐ＋クラッド層
５の間にそれぞれ、ｐ！４！光導波層４２およびｎ型光
導波層４５が設けられており、これらの不純物ドープ層
が電荷シートとして働く。この結果第２図に示すように
、能動層４内の多重量子井戸層４３の領域の内部電界が
緩和される。従ってこの実施例によるＱＷレーザは、発
振しきい値電流が従来構造のものに比べて低減される。
ンド・ダイヤグラムと不純物濃度分布を示す。多重量子
井戸層４３とｎ十型クラッド層３およびｐ＋クラッド層
５の間にそれぞれ、ｐ！４！光導波層４２およびｎ型光
導波層４５が設けられており、これらの不純物ドープ層
が電荷シートとして働く。この結果第２図に示すように
、能動層４内の多重量子井戸層４３の領域の内部電界が
緩和される。従ってこの実施例によるＱＷレーザは、発
振しきい値電流が従来構造のものに比べて低減される。
発明者の実験によれば、この実施例によるＱＷレーザの
発振しきい値電流が従来構造と比べて５０９６程度低減
することが確認されている。
発振しきい値電流が従来構造と比べて５０９６程度低減
することが確認されている。
発振しきい値電流の低減により、ＱＷレーザの量子効率
も高いものとなる。
も高いものとなる。
」二連した実施例における各≧ト導体層の不純物濃度や
厚みはあくまでも代表例であり、適宜嚢中することかで
きる。例えば能動層の要部をアンドープ層ではなく、低
不純物濃度のｎ型層またはｐ型層とすることができる。
厚みはあくまでも代表例であり、適宜嚢中することかで
きる。例えば能動層の要部をアンドープ層ではなく、低
不純物濃度のｎ型層またはｐ型層とすることができる。
また第１図（ｂ）のｎ型光導波層４２とｎ型光導波層４
５の不純物濃度を等しくすることは必ずしも必要ではな
い。例えばｎ型光導波層４５の不純物濃度をｎ型光導波
層４２のそれより小さくすれば、１１＋型クラッド層５
から量子井戸層４３へのホールの注入効率をより高くす
ることかできる。逆に、Ｋ）型光導波層４２の不純物濃
度をｎ型先導波層４５のそれより小さくすれば、ｒ）中
型クラッド層３から量子井戸層４３への電子注入効率を
より高くすることかできる。
５の不純物濃度を等しくすることは必ずしも必要ではな
い。例えばｎ型光導波層４５の不純物濃度をｎ型光導波
層４２のそれより小さくすれば、１１＋型クラッド層５
から量子井戸層４３へのホールの注入効率をより高くす
ることかできる。逆に、Ｋ）型光導波層４２の不純物濃
度をｎ型先導波層４５のそれより小さくすれば、ｒ）中
型クラッド層３から量子井戸層４３への電子注入効率を
より高くすることかできる。
第３図は別の実施例のＳ ＣＨ−Ｑ Ｗレーザの要部断
面構造を、第１図（ｂ）に対応させて示ず。
面構造を、第１図（ｂ）に対応させて示ず。
このＱＷレーサでは、多重口ｒ井戸層４３とｐ十型クラ
ッド層５の間にｎ型不純物ドープ層か設はられていない
。この点を除いてこのＱＷレーザは、先の実施例のＱＷ
レーザと同じである。
ッド層５の間にｎ型不純物ドープ層か設はられていない
。この点を除いてこのＱＷレーザは、先の実施例のＱＷ
レーザと同じである。
第４図はこの実施例のＱＷレーザの要部のエネルギー・
バンド・ダイヤグラムと不純物濃度分布を示す。図から
明らかなように、この実施例の構造においてもＬ１子井
戸層４３の領域の内部電界が緩和される。従って先の実
施例と同様にしきい値電流低減および量子効率向上の効
果がｊすられる。
バンド・ダイヤグラムと不純物濃度分布を示す。図から
明らかなように、この実施例の構造においてもＬ１子井
戸層４３の領域の内部電界が緩和される。従って先の実
施例と同様にしきい値電流低減および量子効率向上の効
果がｊすられる。
第５図は更に別の実施例のＱＷレーザの要部断面構造を
、第１図（ｂ）に対応させて示ず。このＱＷレーザでは
、多重量子井戸層４３とｎ十型クラッド層３の間にｎ型
不純物ドープ層が設けられていない。この点を除いてこ
のＱＷレーザは、第１図の実施例のＱＷレーザと同じで
ある。
、第１図（ｂ）に対応させて示ず。このＱＷレーザでは
、多重量子井戸層４３とｎ十型クラッド層３の間にｎ型
不純物ドープ層が設けられていない。この点を除いてこ
のＱＷレーザは、第１図の実施例のＱＷレーザと同じで
ある。
第６図はこの実施例のＱＷレーザの要部のエネルギー・
バンド・ダイヤグラムと不純物濃度分布を示す。この実
施例の構造においてもやはり量子月戸層４３の領域の内
部電界が緩和される。
バンド・ダイヤグラムと不純物濃度分布を示す。この実
施例の構造においてもやはり量子月戸層４３の領域の内
部電界が緩和される。
第７図は更に別の実施例のＱＷレーザの要部構造を、第
１図（ｂ）に対応させて示す。基本的な構造は第１図の
実施例と同様である。この実施例では、多重ａ井戸戸層
４３の下の光導波層４１２゜４２．４１□およびＩ：の
光導波層４４＋、４５゜４４２か、それぞれ多重量子井
戸層４３から離れるにつれて禁制帯幅が次第に大きくな
るように、これらの光導波層を構成するＡＩ！Ｇａ
Ａｓｙトｙ の組成か連続的に変化する構造としている。この構造は
、ＧＲＩＮ−８ＣＩＩ （Ｇ ｒａｄｅｄ Ｒｅｒ
ｒａｃｔｌｖｅＩＮｄｅｘ ５ｅｐａｒａｔｅ Ｃ
ｏｎｒｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔ、ｅｒｏ）構造として
知られている。
１図（ｂ）に対応させて示す。基本的な構造は第１図の
実施例と同様である。この実施例では、多重ａ井戸戸層
４３の下の光導波層４１２゜４２．４１□およびＩ：の
光導波層４４＋、４５゜４４２か、それぞれ多重量子井
戸層４３から離れるにつれて禁制帯幅が次第に大きくな
るように、これらの光導波層を構成するＡＩ！Ｇａ
Ａｓｙトｙ の組成か連続的に変化する構造としている。この構造は
、ＧＲＩＮ−８ＣＩＩ （Ｇ ｒａｄｅｄ Ｒｅｒ
ｒａｃｔｌｖｅＩＮｄｅｘ ５ｅｐａｒａｔｅ Ｃ
ｏｎｒｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔ、ｅｒｏ）構造として
知られている。
第８図はこのＱＷレーザの要部のエネルギｍ−バンド・
ダイヤグラムである。図から明らかなように、このＱＷ
レーザではクラッド層３および５と能動層４の間にステ
ップ接合が形成されていない。
ダイヤグラムである。図から明らかなように、このＱＷ
レーザではクラッド層３および５と能動層４の間にステ
ップ接合が形成されていない。
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造のＱＷレーザでは、光導波層内に
両クラッド層から注入されたキャリアを量子井戸層に有
効にドリフトさせる電界が形成される。このため、通常
の５ＣＨ−ＱＷレーザと比べて量子井戸層へのキャリア
注入効率は高い。しかしこのＧＲＩＮ−８ＣＨ構造のＱ
Ｗレーザであっても従来構造のものはやはり、能動層内
に両クラッド層に起因する内部電界が形成されている。
両クラッド層から注入されたキャリアを量子井戸層に有
効にドリフトさせる電界が形成される。このため、通常
の５ＣＨ−ＱＷレーザと比べて量子井戸層へのキャリア
注入効率は高い。しかしこのＧＲＩＮ−８ＣＨ構造のＱ
Ｗレーザであっても従来構造のものはやはり、能動層内
に両クラッド層に起因する内部電界が形成されている。
これが発振しきい値を充分低くする妨げとなっていた。
この実施例では、ＧＲＩＮ−８ＣＨ構造のＱＷレーザの
光導波層内に、第１図の実施例と同様にｎ型不純物ドー
プ層およびｎ型不純物ドープ層を設けることにより、発
振しきい値電流の低減と量子効率向上が図られる。
光導波層内に、第１図の実施例と同様にｎ型不純物ドー
プ層およびｎ型不純物ドープ層を設けることにより、発
振しきい値電流の低減と量子効率向上が図られる。
本発明は−１−記した実施例に限られるものではない。
例えば、半導体祠料として ＧａＡｓ／ＡノＧａＡｓ系
の他、ｌｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系等他の材料を用いた場
合にも本発明は有効である。
の他、ｌｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系等他の材料を用いた場
合にも本発明は有効である。
以−１１の各実施例では専らレーザを説明したが、共振
器をもたないＬ Ｅ Ｄ （Ｌ Ｉｇｈｔ Ｅ ｍｉ
ｔｔｉｎｇＤ ｏｉｄｅ）にも本発明を適用することが
できる。また以−１−では、複数の量子井戸層が形成さ
れた所謂多重量子井戸構造を説明したが、少なくとも一
個の量子井戸を有する場合に本発明は有効である。
器をもたないＬ Ｅ Ｄ （Ｌ Ｉｇｈｔ Ｅ ｍｉ
ｔｔｉｎｇＤ ｏｉｄｅ）にも本発明を適用することが
できる。また以−１−では、複数の量子井戸層が形成さ
れた所謂多重量子井戸構造を説明したが、少なくとも一
個の量子井戸を有する場合に本発明は有効である。
第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例の５ＣＨ
−ＱＷレーザの断面図およびその要部を拡大した断面図
、第２図はその要部のエネルギー・バンド構造と不純物
ａ疫分布を示す図、第３図は本発明の別の実施例の５ｅ
ａｔ−ＱＷレーザの要部断面図、第４図はそのエネルギ
ー・バンド構造と不純物濃度分布を示す図、第５図は本
発明の更に別の実施例の５ＣＩＩ−ＱＷレーザの凹部断
面図、第６図はそのエネルギー・バンド構造と不純物濃
度分布を示す図、第７図は本発明の史に別の実施例の５
ＣＨ−ＱＷレーザの要部断面図、第８図はそのエネルギ
ー・バンド構造と不純物濃度分布を示す図、第９図は従
来のＳ ＣＨ−Ｑ Ｗレー→ノ°の要部のエネルギー・
ハンド構造と不純物濃度分布を示す図、第１０図は同じ
くそのＱＷレーサに小さい順方向バイアスを印加した状
態でのエネルギー・バンド図である。 １−−− ｎ十型ＧａＡｓ基板、２ ・ｎ中型ＧａＡｓ
ｓ − バッファ層、３ 、、、 、 ＋ 型Ａ ｊ？ ｘＧ
ａ １−ｘり。 ラド層、 ４・・・ｉ型能動層、 ５・・・ ｐ中型Ａ
ノ Ｇａ Ａｓクラッド層、 ６・・・ｐ生型Ｘ
］−Ｘ ＧａＡｓキャップ層、７・・・絶縁膜、８・・・ｐ側電
極、９・・・ｎ型電極、４１＋、４１２，４４１，４４
２−−・ｉ ｆｆ！！ Ａ ／Ｇ ａ Ａ ｓ光導
波層、４３−・・多重ｙ＋−ｙ Ｍ子月戸層、４２−ｐ型ＡＩ！ Ｇａ Ａｓ光導
ｂｙ 波層、４５−ｎ型Ａ、＋１！ Ｇａ Ａｓ光導波
層。 ｙ ｌ−ｙ 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ト＜Ｄ の 寸 Ｄ へ 。 ｊ−な−−−） −ｓ−一一一−４：３− ＝ 第２図 第３図 第４図 台別８畔〈 第７図 第９図 −１１−４−１２−〒−１３□ 第８図 第１ｏ図
−ＱＷレーザの断面図およびその要部を拡大した断面図
、第２図はその要部のエネルギー・バンド構造と不純物
ａ疫分布を示す図、第３図は本発明の別の実施例の５ｅ
ａｔ−ＱＷレーザの要部断面図、第４図はそのエネルギ
ー・バンド構造と不純物濃度分布を示す図、第５図は本
発明の更に別の実施例の５ＣＩＩ−ＱＷレーザの凹部断
面図、第６図はそのエネルギー・バンド構造と不純物濃
度分布を示す図、第７図は本発明の史に別の実施例の５
ＣＨ−ＱＷレーザの要部断面図、第８図はそのエネルギ
ー・バンド構造と不純物濃度分布を示す図、第９図は従
来のＳ ＣＨ−Ｑ Ｗレー→ノ°の要部のエネルギー・
ハンド構造と不純物濃度分布を示す図、第１０図は同じ
くそのＱＷレーサに小さい順方向バイアスを印加した状
態でのエネルギー・バンド図である。 １−−− ｎ十型ＧａＡｓ基板、２ ・ｎ中型ＧａＡｓ
ｓ − バッファ層、３ 、、、 、 ＋ 型Ａ ｊ？ ｘＧ
ａ １−ｘり。 ラド層、 ４・・・ｉ型能動層、 ５・・・ ｐ中型Ａ
ノ Ｇａ Ａｓクラッド層、 ６・・・ｐ生型Ｘ
］−Ｘ ＧａＡｓキャップ層、７・・・絶縁膜、８・・・ｐ側電
極、９・・・ｎ型電極、４１＋、４１２，４４１，４４
２−−・ｉ ｆｆ！！ Ａ ／Ｇ ａ Ａ ｓ光導
波層、４３−・・多重ｙ＋−ｙ Ｍ子月戸層、４２−ｐ型ＡＩ！ Ｇａ Ａｓ光導
ｂｙ 波層、４５−ｎ型Ａ、＋１！ Ｇａ Ａｓ光導波
層。 ｙ ｌ−ｙ 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ト＜Ｄ の 寸 Ｄ へ 。 ｊ−な−−−） −ｓ−一一一−４：３− ＝ 第２図 第３図 第４図 台別８畔〈 第７図 第９図 −１１−４−１２−〒−１３□ 第８図 第１ｏ図
Claims (4)
- （１）少なくとも一つの量子井戸層が形成された能動層
と、この能動層に電子を注入するｎ型クラッド層および
正孔を注入するｐ型クラッド層とを有する半導体発光素
子において、前記能動層内の前記量子井戸層と前記ｎ型
クラッド層との間に設けられたｐ型不純物ドープ層、ま
たは前記能動層内の前記量子井戸層と前記ｐ型クラッド
層との間に設けられたｎ型不純物ドープ層の少なくとも
一方を有することを特徴とする半導体発光素子。 - （２）前記能動層は、前記量子井戸層が形成された領域
の上下に、禁制帯幅が前記量子井戸層のそれより大きく
前記各クラッド層のそれより小さい光導波層を有し、こ
れら光導波層内に前記ｎ型不純物ドープ層またはｐ型不
純物ドープ層が形成されている特許請求の範囲第１項記
載の半導体発光素子。 - （３）前記能動層は、前記量子井戸層が形成された領域
の上下に、禁制帯幅が前記量子井戸層が形成された領域
から離れるにつれて大きくなる光導波層を有し、これら
光導波層内に前記ｎ型不純物ドープ層またはｐ型不純物
ドープ層が形成されている特許請求の範囲第１項記載の
半導体発光素子。 - （４）前記能動層は、バリア層を介して複数の量子井戸
層が積層された多重量子井戸構造を有する特許請求の範
囲第１項記載の半導体発光素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60229466A JPS6288389A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 半導体発光素子 |
| US06/810,093 US4701774A (en) | 1985-10-15 | 1985-12-18 | Light emitting semiconductor device |
| EP85309266A EP0227865B1 (en) | 1985-10-15 | 1985-12-19 | Light emitting semiconductor device |
| DE8585309266T DE3582804D1 (de) | 1985-10-15 | 1985-12-19 | Lichtemittierende halbleiterschaltung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60229466A JPS6288389A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6288389A true JPS6288389A (ja) | 1987-04-22 |
| JPH0143472B2 JPH0143472B2 (ja) | 1989-09-20 |
Family
ID=16892636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60229466A Granted JPS6288389A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 半導体発光素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4701774A (ja) |
| EP (1) | EP0227865B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6288389A (ja) |
| DE (1) | DE3582804D1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02205365A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | スーパールミネッセントダイオード |
| JPH0335567A (ja) * | 1989-07-03 | 1991-02-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光ダイオード |
| JP2013041960A (ja) * | 2011-08-15 | 2013-02-28 | Japan Oclaro Inc | 半導体レーザ装置 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4881235A (en) * | 1985-07-26 | 1989-11-14 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser having a multiple quantum well structure doped with impurities |
| CA1279394C (en) * | 1985-07-26 | 1991-01-22 | Naoki Chinone | Multiple quantum well type semiconductor laser |
| US4804639A (en) * | 1986-04-18 | 1989-02-14 | Bell Communications Research, Inc. | Method of making a DH laser with strained layers by MBE |
| JP2531655B2 (ja) * | 1987-01-16 | 1996-09-04 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
| GB2212658B (en) * | 1987-11-13 | 1992-02-12 | Plessey Co Plc | Solid state light source |
| US4884119A (en) * | 1988-04-22 | 1989-11-28 | American Telephone & Telegraph Company | Integrated multiple quantum well photonic and electronic devices |
| US4864369A (en) * | 1988-07-05 | 1989-09-05 | Hewlett-Packard Company | P-side up double heterojunction AlGaAs light-emitting diode |
| JPH02106082A (ja) * | 1988-10-14 | 1990-04-18 | Eastman Kodatsuku Japan Kk | 半導体発光素子 |
| US5105232A (en) * | 1989-09-26 | 1992-04-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Quantum field-effect directional coupler |
| JPH04258182A (ja) * | 1991-02-12 | 1992-09-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光装置 |
| US5515393A (en) * | 1992-01-29 | 1996-05-07 | Sony Corporation | Semiconductor laser with ZnMgSSe cladding layers |
| JP2785167B2 (ja) * | 1992-06-29 | 1998-08-13 | 国際電信電話株式会社 | 多重量子井戸構造および多重量子井戸構造を用いた半導体素子 |
| DE19703612A1 (de) | 1997-01-31 | 1998-08-06 | Siemens Ag | Halbleiterlaser-Bauelement |
| EP1146615A4 (en) | 1999-09-22 | 2005-10-19 | Mitsubishi Chem Corp | LUMINOUS ELEMENT AND LUMINOUS ELEMENT MODULE |
| GB2367142B (en) * | 2000-08-11 | 2003-02-12 | Bookham Technology Plc | An electro optic device |
| JP4839601B2 (ja) * | 2004-11-18 | 2011-12-21 | 住友電気工業株式会社 | Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体光素子 |
| JP2008244307A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Sharp Corp | 半導体発光素子および窒化物半導体発光素子 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3982207A (en) * | 1975-03-07 | 1976-09-21 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Quantum effects in heterostructure lasers |
| US4278474A (en) * | 1980-03-25 | 1981-07-14 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Device for conversion of electromagnetic radiation into electrical current |
| US4439782A (en) * | 1980-11-21 | 1984-03-27 | University Of Illinois Foundation | Semiconductor device with heterojunction of Alx Ga1-x As--AlAs--Ga |
| US4438446A (en) * | 1981-05-29 | 1984-03-20 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Double barrier double heterostructure laser |
| JPS5873178A (ja) * | 1981-10-27 | 1983-05-02 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
| US4512022A (en) * | 1982-07-13 | 1985-04-16 | At&T Bell Laboratories | Semiconductor laser having graded index waveguide |
-
1985
- 1985-10-15 JP JP60229466A patent/JPS6288389A/ja active Granted
- 1985-12-18 US US06/810,093 patent/US4701774A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-12-19 EP EP85309266A patent/EP0227865B1/en not_active Expired
- 1985-12-19 DE DE8585309266T patent/DE3582804D1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02205365A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | スーパールミネッセントダイオード |
| JPH0335567A (ja) * | 1989-07-03 | 1991-02-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光ダイオード |
| JP2013041960A (ja) * | 2011-08-15 | 2013-02-28 | Japan Oclaro Inc | 半導体レーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0227865A1 (en) | 1987-07-08 |
| US4701774A (en) | 1987-10-20 |
| JPH0143472B2 (ja) | 1989-09-20 |
| DE3582804D1 (de) | 1991-06-13 |
| EP0227865B1 (en) | 1991-05-08 |
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| JPS63120490A (ja) | 半導体レ−ザ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |