JPS63207186A - 可視光領域光素子用材料 - Google Patents

可視光領域光素子用材料

Info

Publication number
JPS63207186A
JPS63207186A JP62039236A JP3923687A JPS63207186A JP S63207186 A JPS63207186 A JP S63207186A JP 62039236 A JP62039236 A JP 62039236A JP 3923687 A JP3923687 A JP 3923687A JP S63207186 A JPS63207186 A JP S63207186A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superlattice
gap
light region
transition type
transition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62039236A
Other languages
English (en)
Inventor
Masami Kumagai
熊谷 雅美
Toshihide Kokawara
高河原 俊秀
Eiichi Hanamura
榮一 花村
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.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP62039236A priority Critical patent/JPS63207186A/ja
Publication of JPS63207186A publication Critical patent/JPS63207186A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、可視光領域において効率の高い光素子用半導
体材料に関するものである。
〔従来の技術〕
これまで、可視光領域の発光素子には、間接遷移型半導
体であるGaPに窒素を添加することによってアイソエ
レクトロニックトラップを形成し、これを介した光遷移
が利用されてきた。しかし、この過程においては遷移確
率はレーザ発振を起こし得る程大きくなることはない。
また、過去に、本発明と同種の材料からなる超格子を用
いた半導体装置が出願(特開昭59−197187)さ
れている。そこで主張されている超格子構造は、一超格
子周期中に含まれるGaP分子層数をm、AβP分子層
数をnとしたとき、2≦m≦7 2≦n≦7 n+m≦12 という条件を満足するというものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、この条件の意義は物理的には明確でなく
、実際に計算した結果、直接遷移型半導体になっていな
いものや、直接遷移型半導体ではあっても光との相互作
用が弱く量子効率の良い材料となりえない構造などを含
んでいることがわかった。特に、実施例として挙げられ
ているn=m=4という場合の発光効率は後述のように
著しく低い(直接遷移型半導体より3桁程度小)ことが
予測される(第2図参照)。従って、このような条件設
定は材料や素子の作製において参考とすることはできな
い。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、通常のI/V族直接遷移型半導
体より大きな可視光領域のバンドギャップを持ち、かつ
光との相互作用が大きい、従って高効率な光素子を実現
するための半導体材料を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような目的を達成するために本発明は、間接遷移型
半導体を超格子構造にすることにより又は間接遷移型半
導体の超格子構造に圧力を印加することにより間接遷移
型半導体を直接遷移型半導体に転移させるようにしたも
のである。
〔作用〕
本発明に係わる可視光領域光素子用材料においては、遷
移確率が増強される。
〔実施例〕
間接遷移型半導体が光遷移を起こすためには、フォノン
散乱などによる運動量供給が不可欠である。このため、
間接遷移過程は二次の過程で表わされ、その遷移確率は
通常小さな値を示す。一般に、II[/V族半導体にお
いて、可視光領域の光のエネルギーに対応するバンドギ
ャップを有する材料は間接遷移型半導体である。従って
、これまで可視光領域の発光素子には間接遷移型半導体
であるGaPに窒素を添加することによってアイソエレ
クトロニックトラップを形成し、これを介した光遷移が
利用されてきた。しかし、この過程においては遷移確率
はレーザ発振を起こし得る程大きくなることはない。
本発明は、可視光領域光素子用材料において、間接遷移
型半導体に対して超格子構造を導入したり、圧力を印加
したりすることにより、間接遷移型半導体を直接遷移型
半導体に転移させ、これにより遷移確率を増強するもの
である。
まず、間接遷移型半導体に対して超格子構造を導入する
場合について説明する。超格子構造の形成は、共に間接
遷移型半導体であるGaPとARPを(001)方向に
成長させることにより行なう。
すなわち、GaP/Aj2P(001)超格子の形成で
ある。ここで、これらの材料は共にX点に伝導帯の底を
持ち、バンドギャップはそれぞれ2635および2.5
0eVである。また、これらの材料は非常に近い格子定
数を有しており、はとんど格子整合した超格子の作製が
可能である。
超格子等の構造の導入に基づく間接遷移/直接遷移間の
移転はバンドフォルディング効果およびバンドミキシン
グ効果によっておこされるが、従来の提案(前記特開昭
59−197187)は、このうちバンドミキシング効
果を全く無視しており、物理的には無意味な描像の下で
行なわれてきた。本発明は実際の理論計算に基づき全プ
リルアンゾーンにおけるバンド構造を確認した上での提
案である。
超格子の解析の前提条件を次に示す。
■ 伝導帯再現の精度を向上させるため、通常のSP”
基底に励起S状態S″′を加えた5p3s”強結合法を
用いた。このことは、例えば「フォーグル、ヒャルマル
ソンおよびダウ著、物理化学固体誌、44巻、365頁
、 1983J (P、Vogl、11.tljarm
arson&J、D、Dow、 J、Phys、Che
m、5olids、 44. p、365.1983)
に記載されている。
■ 従来の解析の精度を上げる目的で、第2近接相互作
用まで考慮した。
すなわち、超格子の解析は各分子層(陽イオンと陰イオ
ンの対の層、 cation−anion−pair)
に対応する二次元波動函数を基底として、 1ψ〉=Σr((2)1φ(m)〉+Σf (n) l
φ(n)〉・・・・(1)明細書の浄W(内容に変更な
し H= 吐 も  q 口二ン ぞく−シく暮k (町 (+1 ( なる波動函数を用いて次式(2)のハミルトニアン(H
amiltonian) Hを対角化することに相当す
る。ハミルトニアンのマトリクスエレメントは、(3)
〜(7)式に示す5×5のサブマトリクスを含んでいる
(5)式は分子層内第2近接相互作用を表わし、(6)
式、(7)式は第1近接相互作用、(8)式は分子層間
第2近接相互作用を表わす。
解析結果として、第1図に、この超格子の構造変化によ
る間接遷移/直接遷移間の転移のようすを示す。第1図
では、m+n≦10(m:GaP分子層数、n:Aj2
P分子層数)の範囲のすべての組合せのうちで直接遷移
型半導体になっている構造を○で示しである。従って、
第1図の○で示された構造の超格子だけが光素子(特に
発光素子)用材料として有効である。しかし、直接遷移
型半導体になっていることはこの材料が有効であるため
の必要条件にすぎず、加えてこの材料と光との相互作用
の大きさを評価しなければならない。
第2図に、物質と光との相互作用の大きさを表わすパラ
メータである振動子強度fの超格子構造依存性を示す。
第2図において、横軸は超格子の周期m十n (原子層
)を示し、縦軸は振動子強度fを示し、点線Sはバルク
のGaPのrlsV〜rlcの振動子強度fを示す。ま
た、○、・はm+n=奇数の場合、△、ムはm+n−偶
数の場合を示し、○、△は、m+n=Nのとき、m、n
のすべての組合せのうち最大の振動子強度fを与える組
合せの値を示す。・、ムは、同様に、最小の振動子強度
fを与える組合せの値を示す。第2図から、m、nがそ
れぞれ奇数でかつm+nが小さい程、振動子強度fが大
きく、従って、光との相互作用が大きく光素子用材料と
して有効であることがわかる。
次に、これらの超格子のバンドギャップの構造依存性を
第3図に示す。第3図において、横軸は一超格子周期中
に含まれるAβP原子層の数nを示し、縦軸はバンドギ
ャップを示す。また、○はm + n = 4の場合、
ムはm+n=sの場合、×はm+n=1Qの場合、Δは
m+n=20の場合、Oはm+n=30の場合を示す。
第3図から、Ga P / A I P超格子のバンド
ギャップはGaPのバンドギャップ2.35eVとAj
2Pのバンドギヤ・ツブ2.50の間にあり、おおよそ
緑色領域に属することがわかる。結局、上の事柄から、
(m、n)が(LL)、(1、3L(L5L(3,3)
、(5,1)、(L7)、(3,5)、(5,3L(7
,1)という構造のG a P / A j2 P (
001)超格子が可視光領域光素子用材料として有効で
ある。
次に、間接遷移型半導体の超格子構造に圧力を加えて直
接遷移型半導体に転移させる場合について説明する。半
導体に圧力を加えたときバンド構造は変化するが、その
変化の仕方はプリルアンゾーンの位置に依存する。特に
、超格子のように、それ自体が異方性を持っている場合
、印加する圧力の方向によってハンド構造をある程度人
為的に変化させることができる。
第4図〜第6図に、GaP/AffiP(001)超格
子に、超格子軸方向、静水的又は超格子面内方向にl 
Q k b a rの圧力を印加したときの間接遷移/
直接遷移間の転移の様子を示す。第4図〜第6図におい
て、○は直接遷移型の構造を示し、◎は、第1図と第4
図〜第6図の比較から明らかなように、圧力印加により
間接遷移型から直接遷移型に転移する構造を示す。また
、◎は、−1格子周期中に含まれる(GaP分子層数、
A/!P分子層数)の組合せとして、m、nが奇数で、
かつm+n<12であり、超格子面内に平行な方向又は
静水的に圧力を印加した場合の構造を示す。
第4図〜第6図から、超格子軸方向に圧力を印加した場
合は間接遷移型になるものが多く、静水的又は超格子面
内方向に圧力を印加した場合には直接遷移型になるもの
が多くなることがわかる。
このように、Ga P/AA P(001)超格子では
、静水的又は超格子面内方向に圧力を印加することによ
り、有効な構造の自由度を増すことができる。
上記実施例では、G a P / A 7IP超格子に
限定した解析をもとにして、光素子用材料として有効な
超格子構造を提案したが、一般に井戸層に間接遷移型半
扉体を用いた超格子においても基本的には同様な振舞が
見られる。例えば、G a P / Z n5Se、A
EP/ZnSSe、、Si/GaP、A1 A s /
 Z n S eのような半導体材料の組合せによる超
格子が光素子用材料として有用である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、間接遷移型半導体を超格
子構造にすることにより又は間接遷移型半導体の超格子
構造に圧力を印加することにより間接遷移型半導体を直
接遷移型半導体に転移させたことにより、通常のI[[
/V族直接遷移型半導体よりも大きな可視光領域のバン
ドギャップを有すると共に光との相互作用を大きくでき
るので、高効率な光素子を実現することができる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図はGa P/Aj2 P(001)超格子の構造
変化による間接遷移/直接遷移間の転移の様子を示す説
明図、第2図はGaP/AIP超格子のr点における振
動子強度の構造依存性を示すグラフ、第3図はGa P
/A/! P(001)超格子の直接ギャップの大きさ
の構造依存性を示すグラフ、第4図〜第6図はGa P
/A6 P(001)超格子に超格子軸方向、静水的又
は超格子面内方向に10kbarの圧力を印加したとき
の間接遷移/直接遷移間の転移の様子についての解析結
果を示す説明図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)間接遷移型半導体を超格子構造にすることにより
    又は間接遷移型半導体の超格子構造に圧力を印加するこ
    とにより前記間接遷移型半導体を直接遷移型半導体に転
    移させたことを特徴とする可視光領域光素子用材料。
  2. (2)超格子はGaP/AlP(001)の超格子であ
    り、一超格子周期中に含まれるGaP分子層数mとAl
    P分子層数nとの組合せ(m、n)が(1、1)(1、
    3)、(1、5)、(3、3)、(5、1)、(1、7
    )、(3、5)、(5、3)、(7、1)であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の可視光領域光素
    子用材料。
  3. (3)超格子はGaP/AlP(001)の超格子であ
    り、一超格子周期中に含まれるGaP分子層数mとAl
    P分子層数nとの組合せとして、m、nが奇数であり、
    m+n≦12であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の可視光領域光素子用材料。
JP62039236A 1987-02-24 1987-02-24 可視光領域光素子用材料 Pending JPS63207186A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62039236A JPS63207186A (ja) 1987-02-24 1987-02-24 可視光領域光素子用材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62039236A JPS63207186A (ja) 1987-02-24 1987-02-24 可視光領域光素子用材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63207186A true JPS63207186A (ja) 1988-08-26

Family

ID=12547494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62039236A Pending JPS63207186A (ja) 1987-02-24 1987-02-24 可視光領域光素子用材料

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63207186A (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57187986A (en) * 1981-05-15 1982-11-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light emitting element
JPS59197187A (ja) * 1983-04-07 1984-11-08 エヌ・ベ−・フイリツプス・フル−イランペンフアブリケン 半導体装置
JPS61244086A (ja) * 1985-04-22 1986-10-30 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57187986A (en) * 1981-05-15 1982-11-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light emitting element
JPS59197187A (ja) * 1983-04-07 1984-11-08 エヌ・ベ−・フイリツプス・フル−イランペンフアブリケン 半導体装置
JPS61244086A (ja) * 1985-04-22 1986-10-30 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gleiter Nanostructured materials: state of the art and perspectives
Li et al. Electronic states of InAs/GaAs quantum ring
Solinas et al. Semiconductor-based geometrical quantum gates
Gaponenko Optical properties of semiconductor nanocrystals
D'andrea et al. Excitons in semiconductor confined systems
Rindani et al. Gauge-invariant description of massive higher-spin particles by dimensional reduction
Maenosono Modeling photoinduced fluorescence enhancement in semiconductor nanocrystal arrays
Tanaka et al. Electron trapping in a one-dimensional semiconductor quantum wire with multiple impurities
Yalameha et al. Highly stable full Heusler order Cs (Na, K) 2Bi with diverse topological phases controlled by strain engineering
JPS63207186A (ja) 可視光領域光素子用材料
Ko et al. A single plasmon router based on the V-type three-level quantum dot sandwiched between two plasmonic waveguides
Kronmüller Recent developments in high-tech magnetic materials
Sato et al. Hyperfine interactions and magnetism of 3d transition-metal-impurities in II–VI and III–V compound-based diluted magnetic semiconductors
Stepanyuk et al. Magnetic bistability of supported Mn clusters
Osada Resonant tunneling tuned by magnetic field orientations in anisotropic multilayer systems
Scott Self-assembly and switching in ferroelectrics and multiferroics
Kayanuma et al. Wannier excitons on a microsphere
Yndurain et al. Absence of surface states in oxidized Si
Kłos et al. Conditions of coexistence of Tamm and Shockley states in a superlattice with a perturbed surface
Kim et al. Anomalous luminescence peak shift of SiGe/Si quantum well induced by self-assembled Ge islands
Yahiro et al. Growth mode of (111) oriented spinel type ZnFe2O4 thin film by laser-molecular beam epitaxy technique
Wen-Fang et al. Negatively charged exciton X− in GaAs quantum dots
El Khou et al. Effects of an external electric field on the electronic and optical properties of a Cylindrical ZnS/ZnO multi-layer quantum dot with a parabolic potential
EP1271569A2 (en) Zinc blende type CrSb compound, method for fabricating the same, and multilayered structure
Huang et al. Gap solitons and resonant kinks in Heisenberg ferromagnetic chains with bond alternation