JP5247636B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
(1)基板と、該基板の上方に配設されて一次光を発する発光層と、前記基板と前記発光層との間に配設され、前記一次光を反射する少なくとも1層からなる反射膜とを具える発光素子であって、該発光素子は、前記基板と前記反射膜との間に配設される、2層以上の光波長制御層からなる光波長制御多層膜をさらに具え、該光波長制御多層膜は、前記反射膜では完全に反射しきれずに反射膜を透過した一次光により励起される二次光の波長を、基板励起光の波長とは異なる波長域内に制御することができることを特徴とする発光素子。
λ3−230nm≦λ2≦λ3+440nm(λ1<λ2≠λ3)
このとき、例えば、量子井戸のように低Al組成と高Al組成を繰り返すと、量子井戸の閉じ込めが強く、発光効率が高くなるため、層数が少なくても強い二次発光を得ることができる。
λ3−230nm≦λ2≦λ3+440nm(λ1<λ2≠λ3)
λ3−210nm≦λ2≦λ3+240nm(λ1<λ2≠λ3)
λ1+50nm<λ2<λ3−50nm、
またはλ3+50nm<λ2
MOCVD法により、基板(Siドープ、面方位:(100)15°off、厚さ:350μm)上に光波長制御多層膜として、In0.1Ga0.9As/Al0.2Ga0.8Asからなる量子井戸二次光膜(厚さ:70nm)、n−反射膜(厚さ:1.8μm、Al0.45Ga0.55As(42.3nm)/AlAs(47.3nm)の20回繰り返し層、ドーパントSe)、n−クラッド層(厚さ:90nm、Al0.5In0.5P、ドーパントSe)、発光層(厚さ:84nm、In0.53Ga0.47P、アンドープ)、p−クラッド層(厚さ:180nm、Al0.5In0.5P、ドーパントMg)、p−反射膜(厚さ:0.9μm、Al0.45Ga0.55As(42.3nm)/AlAs(47.3nm)の10回繰り返し層、ドーパントC)を順次成長させて本発明に従う発光素子(総厚:3.1μm(基板除く))を形成した。p−反射膜は、n−反射膜と垂直共振器を形成し、発光スペクトルを狭く、よりセンサ用途に好適にするために挿入している。このとき、発光層が発する一次光の波長λ1=640nmである。
前記光波長制御多層膜が、AlxGa1-xAs材料(0≦x≦1)からなり、図3に示すように、前記AlxGa1-xAs材料中のAl組成が、前記基板側から前記反射膜側へ向かう前記二次光分散膜の厚さ方向に、低Al組成と高Al組成との間を20回往復しながら連続的に変化するよう形成した(膜厚2.3μm)こと以外は、実施例1と同様の方法により発光素子を形成した。1周期の厚さは、GaAs基板からの基板励起光λ3(860nm)を反射するように、反射帯域を860nmに設定するために56.7nmとした。この組成パターンは、マスフローメーターの流量設定を連続的に変化させて形成することができる。なお、図3中、縦軸は、前記AlxGa1-xAs材料におけるAl組成の割合(x=1を100%とし、x=0を0%とする。)を示し、横軸は、前記光分散多重膜の、前記基板側からの厚さを示す。このとき、二次発光層のフォトルミネッセンスピーク波長は790nmである。
光波長制御多層膜を形成しないこと以外は、実施例1と同様の方法により発光素子(総厚:3.0μm)を形成した。
光波長制御多層膜が、いわゆるブラッグ反射膜となるように、GaAs(59.7nm)/AlAs(71.7nm)層を20.5回往復しながら階段状に変化するよう形成した(膜厚2.7μm)。1周期の厚さは、GaAs基板からの基板励起光λ3(860nm)を反射するように、反射帯域を860nmに設定したこと以外は、実施例1と同様の方法により発光素子を形成した。
上記実施例1〜2および比較例1〜2について、光波長制御多層膜のみを成長したサンプルのPLスペクトル測定(PHILIPS社製PLM-100)を行った。光源には、D-YAG(YAGの2倍波:Double YAG)レーザー(波長532nm)を用い、サンプルに垂直に入射させた。
上記実施例1〜2および比較例1〜2の発光素子について、発光スペクトル測定を行った。この測定は、スペクトルアナライザ(大塚電子社製 MCPD-3000)を用いて行ったものである。
同様に、比較例2は、基板励起光(860nm)から波長を変化させることなく、波長860nmの位置で二次光を発光しているのに対し、実施例2は、基板励起光(860nm)とは異なる波長790nmの位置で二次光を発光していることがわかる。
なお、二次光の波長による受光感度の変化の傾向および度合いは、本実施例に限らず、用いるフォトダイオードの仕様と制御する二次光波長によって異なり、様々に設計することが可能である。
2 基板
3 発光層
4 反射膜
5 光分散多重膜
6 下側クラッド層
7 上側クラッド層
Claims (5)
- 基板と、該基板の上方に配設されて一次光を発する発光層と、前記基板と前記発光層との間に配設され、前記一次光を反射する少なくとも1層からなる反射膜とを具える発光素子であって、
該発光素子は、前記基板と前記反射膜との間に配設される、2層以上の光波長制御層からなる光波長制御多層膜をさらに具え、該光波長制御多層膜は、前記反射膜では完全に反射しきれずに反射膜を透過した一次光により励起される二次光の波長を、基板励起光の波長とは異なる波長域内に制御することができることを特徴とする発光素子。 - 前記光波長制御多層膜は、前記二次光の中心波長λ2が、前記基板が中心波長λ1である前記一次光により励起された場合の基板励起光の中心波長λ3に対し、前記二次光の中心波長λ2が下記の関係を有するよう制御する請求項1に記載の発光素子。
λ3−230nm≦λ2≦λ3+440nm(λ1<λ2≠λ3) - 前記光波長制御多層膜はInxGa1-xAs/AlyGa1-yAs(0≦x≦1,0≦y≦1)からなる量子井戸二次光膜であり、前記InxGa1-xAs材料中のIn組成は、臨界膜厚以下となるような条件を満たす組成からなる請求項1または2に記載の発光素子。
- 前記光波長制御多層膜はAlxGa1-xAs材料(0≦x≦1)からなる二次光分散膜であり、前記AlxGa1-xAs材料中のAl組成は、前記基板側から前記反射膜側へ向かう前記光波長制御多層膜の厚さ方向に、低Al組成と高Al組成との間を複数回往復しながら連続的に変化させてなる請求項1または2に記載の発光素子。
- 前記光波長制御多層膜の厚さは、0.3nm〜10μmである請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光素子。
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