CN105934832B - 半导体发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明的半导体发光元件具有：下部包层(12)，其设于基板(10)上；有源层部(20)，其设于下部包层上(12)，包括量子阱层(24)以及在与(24)量子阱层之间隔着第2势垒层(22b)配置的多个量子点(28)；以及上部包层(14)，其设于有源层部(20)上，量子阱层(24)和多个量子点(28)之间的间隔(D)小于多个量子点(28)各自的中心之间的间隔(X)的平均值。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光元件。
背景技术
近年来，在寻求适合于例如OCT(Optical Coherence Tomography：光学相干层析成像技术)等光传感的、发光波长范围较宽的发光元件。例如，提出了量子阱-量子点的混合构造的半导体发光元件(例如，参照非专利文献1)。该混合构造的半导体发光元件利用来自量子阱及量子点的波长彼此不同的发光，实现较宽的发光波长范围。并且，已知在自形成的量子点的周围形成有应变场，在该应变场的影响涉及到量子阱层时，量子阱层的带隙能量变化(例如，参照非专利文献2～4)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Siming Chen等7人、“Hybrid Quantum Well/Quantum DotStructure for Broad Spectral Bandwidth Emitters”、IEEE JOURNAL OF SELECTEDTOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS、2013年、第19卷、第4号
非专利文献2：John H.Davies、“Quantum dots induced by strain from buriedand surface stressors”、APPLIED PHYSICS LETTERS、1999年、第75卷、第26号、p.4141-4144
非专利文献3：M.Sopanen等2人、“Strain-induced quantum dots by self-organized stressors”、APPLIED PHYSICS LETTERS、1995年、第66卷、第18号、p.2363-2366
非专利文献4：H.Lipsanen等2人、“Luminescence from excited states instrain-induced InxGa1-xAs quantum dots”、PHYSICS REVIEW B、1995年、第51卷、第19号、p.13868-13871
发明内容
发明要解决的问题
在非专利文献1所记载的半导体发光元件中，将量子阱及量子点各自的发光叠加，实现较宽的发光波长范围。因此，为寻求来自量子阱及量子点各自的发光还有改进的余地，例如在不能得到来自量子点的发光的波长范围中不能扩大发光波长范围等。
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供能够实现较宽的发光波长范围的半导体发光元件。
用于解决问题的手段
本发明的半导体发光元件的特征在于，该半导体发光元件具有：下部包层，其设于基板上；有源层部，其设于所述下部包层上，包括量子阱层以及在与所述量子阱层之间隔着势垒层配置的多个量子点；以及上部包层，其设于所述有源层部上，所述量子阱层与所述多个量子点之间的间隔小于所述多个量子点各自的中心之间的间隔的平均值。根据本发明，能够实现较宽的发光波长范围。
在上述结构中，所述量子阱层与所述多个量子点之间的间隔为所述多个量子点各自的中心之间的间隔的平均值的1/3以上且2/3以下。
在上述结构中，所述量子阱层与所述多个量子点之间的所述势垒层的厚度为在所述量子阱层与所述多个量子点之间不能流过隧道电流的厚度。
在上述结构中，所述量子阱层构成为在与所述基板的上表面平行的方向上，由于所述多个量子点的应变场的影响，带隙能量得以进行调节。
在上述结构中，所述量子阱层和所述量子点是III-V族化合物半导体层，所述量子阱层和所述量子点中的至少一方包含作为III族元素的In。
在上述结构中，所述量子阱层是InGaAs层，所述量子点是InAs。
在上述结构中，所述量子阱层是GaAs层，所述量子点是AlInAs。
在上述结构中，所述量子阱层和所述量子点中的至少一方包含作为V族元素的氮。
在上述结构中，所述有源层部包含多个所述量子阱层，所述多个量子阱层的厚度彼此不同。
发明效果
根据本发明，能够实现较宽的发光波长范围。
附图说明
图1(a)是实施例1的与发光二极管的端面平行的方向的剖面图，图1(b)是与侧面平行的方向的剖面图。
图2是示出实施例1的发光二极管的有源层部的剖面图。
图3是示出量子点的俯视图。
图4(a)及图4(b)是示出比较例1和比较例2的发光二极管的有源层部的剖面图。
图5(a)及图5(b)是示出比较例1和比较例2的发光二极管的电致发光测定的测定结果的图。
图6是示出混合构造的发光二极管的发光光谱的示意图。
图7(a)及图7(b)是示出实施例1的发光二极管的电致发光测定的测定结果的图。
图8是用于说明发光波长宽度变宽的理由的有源层部的剖面图。
图9是示出实施例1的变形例1的发光二极管的有源层部的剖面图。
图10是示出实施例1的变形例2的发光二极管的有源层部的剖面图。
图11是示出实施例1的变形例3的发光二极管的有源层部的剖面图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施例。
实施例1
图1(a)是实施例1的与发光二极管的端面平行的方向的剖面图，图1(b)是与侧面平行的方向的剖面图。如图1(a)及图1(b)所示，实施例1的发光二极管100在基板10上设有下部包层12。基板10例如是n型GaAs基板。下部包层12例如是n型AlGaAs层。另外，也可以在基板10与下部包层12之间设有例如作为n型GaAs层的缓冲层。
在下部包层12上设有有源层部20。关于有源层部20的详细情况在后面进行说明。在有源层部20上设有上部包层14。上部包层14呈现孤立的突起形状。上部包层14例如是p型AlGaAs层。在上部包层14上设有p电极16，在基板10下面设有n电极18。p电极16例如是从上部包层14侧层叠Au、Zn、Au而形成的金属膜。n电极18例如是从基板10侧层叠InGe、Au形成的金属膜。另外，也可以在上部包层14与p电极16之间设有例如作为p型GaAs层的接触层。
图2是示出实施例1的发光二极管的有源层部的剖面图。如图2所示，有源层部20包括第1势垒层22a～第3势垒层22c、量子阱层24、InGaAs层26、润湿层27、和多个量子点28。在第1势垒层22a上设有量子阱层24，在量子阱层24上设有第2势垒层22b。在第2势垒层22b上设有多个量子点28，在与多个量子点28相同材料的润湿层27上设有InGaAs层26。在这些多个量子点28及InGaAs层26上设有第3势垒层22c。量子阱层24与多个量子点28之间的间隔D(即量子阱层24的上表面与多个量子点28的下端之间的间隔)，小于多个量子点28各自的中心之间的间隔X的平均值。
第1势垒层22a～第3势垒层22c由带隙能量比量子阱层24大的材料构成，例如是GaAs层。量子阱层24例如是InGaAs层。多个量子点28由带隙能量比第1势垒层22a～第3势垒层22c小的材料构成，例如由InAs构成。润湿层27由与多个量子点28相同的材料构成，例如由InAs构成。多个量子点28利用以S-K(Stranski-Krastanov)生长模式为基础的自形成生长法形成。即，通过在第2势垒层22b上外延生长与基板10不同的晶格常数的材料(例如InAs)，首先产生二维的层状生长，生长量逐渐增加时，转变为三维生长来形成多个量子点28，以便抑制以晶格常数差为起因的变形能量的增大。
图3是示出量子点的俯视图。另外，对InGaAs层26和润湿层27省略了图示。如图3所示，在第1势垒层22b上多个量子点28分散在各处。多个量子点28的面密度例如是1×109～1×1011cm-2。能够根据生长条件控制多个量子点28的面密度，在一般的生长条件下达到上述的范围。并且，在一般的生长条件下，量子点28的高度例如达到4～12nm，量子点28的直径例如达到20～30nm，多个量子点28各自的中心之间的间隔X的平均值例如达到25～300nm。多个量子点28各自的中心之间的间隔X的平均值例如能够通过计算多个量子点28的面密度的倒数的平方根来求出。
在此，说明发明人进行的实验。首先，说明对比较例1及比较例2的发光二极管进行的实验。图4(a)及图4(b)是示出比较例1和比较例2的发光二极管的有源层部的剖面图。如图4(a)所示，比较例1的发光二极管的有源层部80呈现了在第1势垒层82a和第2势垒层82b之间夹住了量子阱层84势垒势垒的构造。比较例1的发光二极管的其它结构与实施例1相同，因而省略说明。这样，比较例1是具有量子阱构造的发光二极管。如图4(b)所示，比较例2的发光二极管的有源层部90呈现如下的构造：在第1势垒层92a上设有多个量子点98，在与多个量子点98相同材料的润湿层97上设有InGaAs层96。并且，在这些多个量子点98及InGaAs层96上设有第2势垒层92b。比较例2的发光二极管的其它结构与实施例1相同，因而省略说明。这样，比较例2是具有量子点构造的发光二极管。
发明人制作了比较例1及比较例2的发光二极管，并进行了电致发光测定。所制作的比较例1的发光二极管的具体结构如表1所示，所制作的比较例2的发光二极管的具体结构如表2所示。
[表1]
如表1所示，所制作的比较例1的发光二极管的基板10使用n型GaAs基板，在基板10与下部包层12之间设置由膜厚200nm的n型GaAs层构成的缓冲层。下部包层12使用膜厚400nm的n型Al0.35Ga0.65As层。构成有源层部80的第1势垒层82a是膜厚76.5nm的GaAs层，量子阱层84是膜厚7.0nm的In0.34Ga0.66As层，第2势垒层82b是膜厚100nm的GaAs层。上部包层14使用膜厚400nm的p型Al0.35Ga0.65As层。并且，在上部包层14上设置由膜厚100nm的p型GaAs层构成的接触层。
[表2]
如表2所示，所制作的比较例2的发光二极管将构成有源层部90的第1势垒层92a设为膜厚76.5nm的GaAs层，将多个量子点98设为相当于供给量0.7nm厚的InAs、设其高度约为5nm，将InGaAs层96设为膜厚1.0nm的In0.18Ga0.82As层，将第2势垒层92b设为膜厚100nm的GaAs层。并且，多个量子点98的面密度为2×1010cm-2。其它方面与表1所示的比较例1的发光二极管相同。
图5(a)及图5(b)是示出比较例1和比较例2的发光二极管的电致发光测定的测定结果的图。另外，电致发光测定是在20℃的环境温度下进行，对比较例1的发光二极管，按照40mA刻度将注入电流从0mA提高到400mA而测定发光光谱，对比较例2的发光二极管，按照20mA刻度将注入电流从0mA提高到200mA而测定发光光谱。如图5(a)所示，作为具有量子阱构造的发光二极管的比较例1，在1080nm附近具有发光峰值波长。如图5(b)所示，作为具有量子点构造的发光二极管的比较例2，在1190nm附近和1290nm附近具有发光峰值波长。在1290nm附近具有峰值的发光是来自基底状态的发光，在1190nm附近具有峰值的发光是来自第1激励状态的发光。
在此，对在非专利文献1的混合构造的发光二极管中来自量子阱的发光波长比量子点短的情况下的发光光谱进行说明。图6是示出混合构造的发光二极管的发光光谱的示意图。如图6所示，通过分别产生来自量子阱的发光和来自量子点的发光，并使分别来自量子阱和量子点的发光叠加，能够得到较宽的发光波长范围。但是，在这种情况下，由于寻求分别来自量子阱和量子点的发光，因而存在例如在不能得到来自量子点的发光的波长范围中不能扩大发光波长范围等问题。
下面，说明对实施例1的发光二极管进行的实验。发明人制作了使构成有源层部20的第1势垒层22a和第2势垒层22b的膜厚不同的两个试样(试样1及试样2)，进行了电致发光测定。所制作的实施例1的发光二极管(试样1及试样2)的具体结构如表3所示。
[表3]
如表3所示，所制作的试样1将构成有源层部20的第1势垒层22a设为膜厚56.5nm的GaAs层，将量子阱层24设为膜厚7nm的In0.34Ga0.66As层。将第2势垒层22b设为膜厚35.5nm的GaAs层，将多个量子点28设为相当于供给量0.7nm厚的InAs、设其高度约为5nm，将InGaAs层26设为膜厚1.0nm的In0.18Ga0.82As层，将第3势垒层22c设为膜厚100nm的GaAs层。并且，多个量子点28的面密度为2×1010cm-2。即，多个量子点28各自的中心之间的间隔的平均值为70nm。其它方面与表1所示的比较例1的发光二极管相同。
所制作的试样2将构成有源层部20的第1势垒层22a设为膜厚76.5nm的GaAs层，将量子阱层24设为膜厚7nm的In0.34Ga0.66As层。将第2势垒层22b设为膜厚15.5nm的GaAs层，将多个量子点28设为相当于供给量0.7nm厚的InAs、设其高度约为5nm，将InGaAs层26设为膜厚1.0nm的In0.18Ga0.82As层，将第3势垒层22c设为膜厚100nm的GaAs层。并且，多个量子点28的面密度为5×1010cm-2。即，多个量子点28各自的中心之间的间隔的平均值为45nm。其它方面与表1所示的比较例1的发光二极管相同。
图7(a)及图7(b)是示出实施例1的发光二极管的电致发光测定的测定结果的图。另外，电致发光测定是在20℃的环境温度下进行，对试样1按照20mA刻度将注入电流从0mA提高到300mA而测定发光光谱，对试样2按照10mA刻度将注入电流从0mA提高到100mA测定发光光谱。如图7(a)及图7(b)所示，对于在1080nm附近具有发光峰值波长的来自量子阱的发光，可知实施例1的发光二极管(试样1和试样2)与图5(a)所示的比较例1的发光二极管相比，发光波长宽度变宽。实施例1的发光二极管的来自量子阱的发光波长宽度(例如3dB带宽)与比较例1相比达到例如2倍左右。另外，在图7(b)中，在980nm附近也具有发光的峰值，但这是基于什么的发光尚不明确。
这样，在实施例1中，与比较例1相比，来自量子阱的发光波长宽度变宽，这被认为是基于以下的理由。图8是用于说明发光波长宽度变宽的理由的有源层部的剖面图。另外，在图8中为了使图清晰而省略了阴影部分。如图8所示，利用基于S-K模式的自形成生长法形成的量子点28在其周边形成应变场(虚线)。量子阱层24与多个量子点28之间的间隔D小于多个量子点28各自的中心之间的间隔X的平均值，因而量子点28的应变场的影响在量子阱层24中的量子点28下方的区域30中比较大，但在临近的量子点28的中央部分下方的区域32中比较小。如非专利文献2～4所记载的那样，量子点28的应变场使量子阱层24的带隙能量减小。因此，量子阱层24中的量子点28下方的区域30的带隙能量比临近的量子点28的中央部分下方的区域32小。即，量子阱在与基板10的上表面平行的方向上，量子阱层24的带隙能量得以调节。因此，认为如图7(a)及图7(b)那样来自量子阱的发光波长宽度变宽。
根据实施例1，有源层部20包括量子阱层24以及在与量子阱层24之间隔着第2势垒层22b配置的多个量子点28。并且，量子阱层24与多个量子点28之间的间隔D小于多个量子点28各自的中心之间的间隔X的平均值。因此，如在图8中说明的那样，量子阱层24在与基板10的上表面平行的方向上，由于多个量子点28的应变场的影响，带隙能量得以调节。因此，如图7(a)及图7(b)所示能够扩大来自量子阱的发光波长宽度，其结果是能够实现较宽的发光波长范围。
在非专利文献1所记载的发光二极管中，在不能得到分别来自量子阱及量子点的发光的波长范围中，难以扩大发光波长范围，而在实施例1中，只要能够得到来自量子阱的发光就能够扩大发光波长范围。因此，例如在量子阱层24使用GaAs层时也能够扩大发光波长范围，在眼科的OCT(光学相干层析成像，Optical Coherence tomography)中所使用的800～900nm中能够实现较宽的发光波长范围。并且，只要能够得到来自量子阱的发光即可，因而从多个量子点28不产生发光时、例如多个量子点28由不发光的材料构成时也没关系。在这种情况下，能够增强基于注入电流的量子阱的发光强度。当然，也可以使从多个量子点28发光，由此实现更宽的发光波长范围。
在量子阱层24与多个量子点28之间的间隔D过短时，导致量子阱层24中多个量子点28的应变场的影响较大的区域和较小的区域的尺寸平衡变差。相反，在量子阱层24与多个量子点28的间隔D过长时，导致在量子阱层24的整个区域中接受一样的多个量子点28的应变场的影响。鉴于这些情况，从适当地调节量子阱层24的带隙能量的观点考虑，优选量子阱层24与多个量子点28的间隔D为多个量子点28各自的中心之间的间隔X的平均值的1/4以上且3/4以下，比较优选1/3以上且2/3以下，更优选2/5以上且3/5以下，最优选为1/2。
并且，优选量子阱层24与多个量子点28之间的第2势垒层22b的厚度为，在量子阱层24与多个量子点28之间不能流过隧道电流的厚度。由此，能够提高来自量子阱的发光强度。
量子阱层24和量子点28能够由III-V族化合物半导体层构成，量子阱层24和量子点28至少一方包含作为III组元素的In。例如，可以是如实施例1那样的结构，基板10由GaAs层构成，量子阱层24由InGaAs层构成，第1～第3势垒层22a～22c由GaAs层构成，多个量子点28由InAs构成，量子阱在1000nm～1200nm的范围内从量子阱进行发光。并且，如上所述量子阱层24也可以由GaAs层构成，在这种情况下，多个量子点28能够使用例如AlInAs。
并且，例如也可以是基板10由GaAs基板构成，量子阱层24由AlGaInP层构成，第1～第3势垒层22a～22c由AlGaInP层构成，多个量子点28由InP构成，量子阱在630nm～850nm的范围内从量子阱进行发光。例如，也可以是基板10由InP基板构成，量子阱层24由InGaAsP层和AlInGaAs层构成，第1～第3势垒层22a～22c由InGaAsP层和AlGaInGaAs层构成，多个量子点28由InAs构成，从量子阱进行1200nm～1700nm的发光。例如，也可以是量子阱层24和量子点28中的至少一方包含作为V族元素的氮(N)，也可以是基板10由GaN基板构成，量子阱层24由InGaN层构成，第1～第3势垒层22a～22c由AlGaN层构成，多个量子点28由InN构成，从量子阱进行300nm～600nm的发光。
图9是示出实施例1的变形例1的发光二极管的有源层部的剖面图。如图9所示，实施例1的变形例1的发光二极管的有源层部40与实施例1相比，量子阱层44和多个量子点48的位置相反。即，在第1势垒层42a上设有多个量子点48，在与多个量子点48相同材料的润湿层47上设有InGaAs层46。在这些多个量子点48及InGaAs层46上设有第2势垒层42b。在第2势垒层42b上设有量子阱层44，在量子阱层44上设有第3势垒层42c。实施例1的变形例1的发光二极管的其它结构与实施例1相同，因而省略说明。
在实施例1的变形例1的情况下，通过使量子阱层44与多个量子点48之间的间隔D(即，量子阱层44的下表面和多个量子点48的上端之间的间隔)小于多个量子点48各自的中心之间的间隔的平均值，也能够扩大来自量子阱的发光波长宽度，能够实现较宽的发光波长范围。
图10是示出实施例1的变形例2的发光二极管的有源层部的剖面图。如图10所示，实施例1的变形例2的发光二极管的有源层部50是组合了实施例1的发光二极管的有源层部20和实施例1的变形例1的发光二极管的有源层部40而得到的构造。即，在第1势垒层52a上设有第1量子阱层54a，在第1量子阱层54a上设有第2势垒层52b。在第2势垒层52b上设有多个量子点58，在与多个量子点58相同材料的润湿层57上设有InGaAs层56。在这些多个量子点58及InGaAs层56上设有第3势垒层52c。在第3势垒层52c上设有第2量子阱层54b，在第2量子阱层54b上设有第4势垒层52d。实施例1的变形例2的发光二极管的其它结构与实施例1相同，因而省略说明。
在实施例1的变形例2的情况下，也使第1量子阱层54a与多个量子点58的间隔D1以及第2量子阱层54b与多个量子点58之间的间隔D2小于多个量子点58各自的中心之间的间隔的平均值。由此，能够扩大来自量子阱的发光波长宽度，能够实现较宽的发光波长范围。
并且，在有源层部50包含多个量子阱层(第1量子阱层54a和第2量子阱层54b)的情况下，优选第1量子阱层54a和第2量子阱层54b的厚度彼此不同。由此，能够实现更宽的发光波长范围。
图11是示出实施例1的变形例3的发光二极管的有源层部的剖面图。如图11所示，实施例1的变形例3的发光二极管的有源层部60呈现了在实施例1的变形例2的发光二极管的有源层部50的上侧及下侧还设置多个量子点的构造。即，在第1势垒层62a上设有多个第1量子点68a，在与多个第1量子点68a相同材料的第1润湿层67a上设有第1InGaAs层66a。在这些多个第1量子点68a及第1InGaAs层66a上设有第2势垒层62b。在第2势垒层62b上设有第1量子阱层64a，在第1量子阱层64a上设有第3势垒层62c。在第3势垒层62c上设有多个第2量子点68b，在与多个第2量子点68b相同材料的第2润湿层67b上设有第2InGaAs层66b。在这些多个第2量子点68b及第2InGaAs层66b上设有第4势垒层62d。在第4势垒层62d上设有第2量子阱层64b，在第2量子阱层64b上设有第5势垒层62e。在第5势垒层62e上设有多个第3量子点68c，在与多个第3量子点68c相同材料的第3润湿层67c上设有第3InGaAs层66c。在这些多个第3量子点68c及第3InGaAs层66c上设有第6势垒层62f。
在实施例1的变形例3的情况下，也使第1量子阱层64a与多个第1量子点68a之间的间隔D1小于多个第1量子点68a各自的中心之间的间隔的平均值。使第1量子阱层64a与多个第2量子点68b之间的间隔D2以及第2量子阱层64b与多个第2量子点68b之间的间隔D3小于多个第2量子点68b各自的中心之间的间隔的平均值。使第2量子阱层64b与多个第3量子点68c之间的间隔D4小于多个第3量子点68c各自的中心之间的间隔的平均值。由此，能够扩大来自量子阱的发光波长宽度，能够实现较宽的发光波长范围。并且，通过使第1量子阱层64a和第2量子阱层64b的厚度彼此不同，能够实现更宽的发光波长范围。
在实施例1中，示出了下部包层是n型半导体、上部包层是p型半导体的示例，但也可以是相反的情况，即下部包层是p型半导体、上部包层是n型半导体。
以上详细说明了本发明的优选的实施例，但本发明不限于该特定的实施例，能够在权利要求书所记载的本发明的宗旨的范围内进行各种变形、变更。
Claims (9)
1.一种半导体发光元件，其特征在于，所述半导体发光元件具有：
下部包层，其设于基板上；
有源层部，其设于所述下部包层上，包括量子阱层以及在与所述量子阱层之间隔着势垒层配置的多个量子点；以及
上部包层，其设于所述有源层部上，
所述量子阱层与所述多个量子点之间的间隔为所述多个量子点各自的中心之间的间隔的平均值的1/4以上且3/4以下。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述量子阱层与所述多个量子点之间的间隔为所述多个量子点各自的中心之间的间隔的平均值的1/3以上且2/3以下。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述量子阱层与所述多个量子点之间的所述势垒层的厚度为在所述量子阱层与所述多个量子点之间不能流过隧道电流的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述量子阱层在与所述基板的上表面平行的方向上，由于所述多个量子点的应变场的影响而使带隙能量得以调节。
5.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述量子阱层和所述量子点是III-V族化合物半导体层，所述量子阱层和所述量子点中的至少一方包含作为III族元素的In。
6.根据权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述量子阱层是InGaAs层，所述量子点是InAs。
7.根据权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述量子阱层是GaAs层，所述量子点是AlInAs。
8.根据权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述量子阱层和所述量子点中的至少一方包含作为V族元素的氮。
9.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述有源层部包含多个所述量子阱层，
多个所述量子阱层的厚度彼此不同。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6573527B1 (en) * | 1996-04-05 | 2003-06-03 | Fujitsu Limited | Quantum semiconductor device including quantum dots and a fabrication process thereof |
| CN101038946A (zh) * | 2006-03-16 | 2007-09-19 | 中国科学院半导体研究所 | 半导体量子点/量子阱导带内跃迁材料结构 |
| CN101589478A (zh) * | 2006-09-08 | 2009-11-25 | 新加坡科技研究局 | 可调波长发光二极管 |
| CN101821861A (zh) * | 2007-10-12 | 2010-09-01 | 新加坡科技研究局 | 不含磷的基于氮化物的红和白发光二极管的制造 |
| CN202534677U (zh) * | 2012-04-13 | 2012-11-14 | 苏辉 | 基于量子点和量子阱材料混合结构的超辐射发光管 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6816525B2 (en) * | 2000-09-22 | 2004-11-09 | Andreas Stintz | Quantum dot lasers |
| EP1419519A4 (en) * | 2001-07-31 | 2006-12-13 | Univ Illinois | QUANTIC POINT QUANTIC POINT SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING SAME |
| TWI235504B (en) * | 2003-03-19 | 2005-07-01 | Chung Shan Inst Of Science | The structure and fabrication method of infrared quantum dot light emitting diode |
| JP4526252B2 (ja) * | 2003-08-26 | 2010-08-18 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及びその製造方法 |
| KR100631980B1 (ko) * | 2005-04-06 | 2006-10-11 | 삼성전기주식회사 | 질화물 반도체 소자 |
| JP4996186B2 (ja) * | 2006-09-25 | 2012-08-08 | 株式会社東芝 | 半導体装置および化合物半導体基板とその製造方法 |
| JP4861112B2 (ja) * | 2006-09-27 | 2012-01-25 | 富士通株式会社 | 光半導体装置及びその製造方法 |
| JP2008235442A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Fujitsu Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP4538516B2 (ja) | 2008-08-08 | 2010-09-08 | 防衛省技術研究本部長 | 光半導体装置 |
| JP5366328B2 (ja) * | 2010-11-18 | 2013-12-11 | 防衛省技術研究本部長 | 量子ドット型赤外線検知器及び赤外線イメージセンサ |
| JP5704987B2 (ja) * | 2011-03-25 | 2015-04-22 | 富士フイルム株式会社 | 波長変換素子および光電変換装置 |
| EP2523218A2 (en) * | 2011-05-09 | 2012-11-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Solar Cell |
| GB2492771A (en) * | 2011-07-11 | 2013-01-16 | Univ Sheffield | broadband optical device structure and method of fabrication thereof |
| JP2013239690A (ja) * | 2012-04-16 | 2013-11-28 | Sharp Corp | 超格子構造、前記超格子構造を備えた半導体装置および半導体発光装置、ならびに前記超格子構造の製造方法 |
| CN105518951B (zh) * | 2013-07-03 | 2018-06-01 | 英菲尼斯有限责任公司 | 用于扫频源光学相干层析成像***的波长可调谐垂直腔面发射激光器 |
| KR20160069393A (ko) * | 2014-12-08 | 2016-06-16 | 엘지전자 주식회사 | 광 변환 복합재의 제조방법, 광 변환 복합재, 이를 포함하는 광 변환 필름, 백라이트 유닛 및 표시장치 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6573527B1 (en) * | 1996-04-05 | 2003-06-03 | Fujitsu Limited | Quantum semiconductor device including quantum dots and a fabrication process thereof |
| CN101038946A (zh) * | 2006-03-16 | 2007-09-19 | 中国科学院半导体研究所 | 半导体量子点/量子阱导带内跃迁材料结构 |
| CN101589478A (zh) * | 2006-09-08 | 2009-11-25 | 新加坡科技研究局 | 可调波长发光二极管 |
| CN101821861A (zh) * | 2007-10-12 | 2010-09-01 | 新加坡科技研究局 | 不含磷的基于氮化物的红和白发光二极管的制造 |
| CN202534677U (zh) * | 2012-04-13 | 2012-11-14 | 苏辉 | 基于量子点和量子阱材料混合结构的超辐射发光管 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Coupled strained-layer InGaAs quantum-well improvement of an InAs quantum dot AlGaAs-GaAs-InGaAs-InAs heterostructure laser";T.Chung et al;《APPLIED PHYSICS LETTERS》;20011231;第79卷(第27期);第4500页第1栏第27行-第4502最后1行，附图1-2 * |
| "Midinfrared intraband electroluminescence from AlInAs quantum dots";N. Ulbrich et al;《APPLIED PHYSICS LETTERS》;20030825;第83卷(第8期);第1530页第1栏第3段 * |
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