JPH08162670A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH08162670A JPH08162670A JP33111194A JP33111194A JPH08162670A JP H08162670 A JPH08162670 A JP H08162670A JP 33111194 A JP33111194 A JP 33111194A JP 33111194 A JP33111194 A JP 33111194A JP H08162670 A JPH08162670 A JP H08162670A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 n型GaAsからなる基板(1)上に、閉じ
込め層(2)、n側バリア層(3)、量子井戸層
(4)、p側バリア層(5)、閉じ込め層(6)、Zn
S0.06Se0.94層(7)、ZnSe層(8)p
電極(9)とn電極(10)とから成る。量子井戸層
(4)以外の半導体成長層は基板(1)に格子整合して
いる。p側バリア層(5)とn側バリア層(3)とを構
成するZnCdSSe系のバンドラインナップはタイプ
2であり、閉じ込め層(2)、(6)を構成するZnM
gSSe系はタイプ1である。量子井戸層(4)は歪の
効果により価電子帯端(11)の位置が高く、伝導帯端
(12)の位置が低くなっている。 【効果】 実用的な緑青色レ−ザや発光ダイオ−ドが得
られるもので、室温で安定に動作するものである。
込め層(2)、n側バリア層(3)、量子井戸層
(4)、p側バリア層(5)、閉じ込め層(6)、Zn
S0.06Se0.94層(7)、ZnSe層(8)p
電極(9)とn電極(10)とから成る。量子井戸層
(4)以外の半導体成長層は基板(1)に格子整合して
いる。p側バリア層(5)とn側バリア層(3)とを構
成するZnCdSSe系のバンドラインナップはタイプ
2であり、閉じ込め層(2)、(6)を構成するZnM
gSSe系はタイプ1である。量子井戸層(4)は歪の
効果により価電子帯端(11)の位置が高く、伝導帯端
(12)の位置が低くなっている。 【効果】 実用的な緑青色レ−ザや発光ダイオ−ドが得
られるもので、室温で安定に動作するものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体、特に2
−6族化合物の発光ダイオ−ド、半導体レ−ザに関す
る。
−6族化合物の発光ダイオ−ド、半導体レ−ザに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の2−6族化合物半導体レ−ザとし
て、クラッド層、光ガイド層、量子井戸層が、それぞれ
ZnMgSSe、ZnSSe、ZnCdSeからなる分
離閉じ込めヘテロ(SCH)構造のレ−ザがあり、室温
でのレ−ザ発振が得られているものである(ジャパニ−
ズ、ジャ−ナル、オブ、アプライド、フィジックス(J
apanese Journal of Applie
d Physics)第33巻第頁L938〜第頁L9
40、1994年)。
て、クラッド層、光ガイド層、量子井戸層が、それぞれ
ZnMgSSe、ZnSSe、ZnCdSeからなる分
離閉じ込めヘテロ(SCH)構造のレ−ザがあり、室温
でのレ−ザ発振が得られているものである(ジャパニ−
ズ、ジャ−ナル、オブ、アプライド、フィジックス(J
apanese Journal of Applie
d Physics)第33巻第頁L938〜第頁L9
40、1994年)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術において、Mg組成が10%以上のZnMgSS
eは、p型の抵抗が高くなってしまうため、クラッド層
でのキャリアの閉じ込めを大きくすることができない。
また、Mgを含まない2−6族化合物半導体のバンドラ
インナップは、一般にタイプ2と呼ばれる関係にあり、
格子整合した材料系では再結合確率の高い量子井戸構造
ができないため、格子長の違う材料系からなる歪量子井
戸を用いている。このため、量子井戸の閉じ込めを大き
くすることができない。
来技術において、Mg組成が10%以上のZnMgSS
eは、p型の抵抗が高くなってしまうため、クラッド層
でのキャリアの閉じ込めを大きくすることができない。
また、Mgを含まない2−6族化合物半導体のバンドラ
インナップは、一般にタイプ2と呼ばれる関係にあり、
格子整合した材料系では再結合確率の高い量子井戸構造
ができないため、格子長の違う材料系からなる歪量子井
戸を用いている。このため、量子井戸の閉じ込めを大き
くすることができない。
【0004】このように従来技術においては、キャリア
に対して、クラッド層の閉じ込めも量子井戸による閉じ
込めも不十分なために、発振しきい値電流が高く、室温
での寿命が短いという問題を有していた。本発明の目的
は、キャリアの閉じ込めを大きくして、室温で安定に動
作する半導体発光素子を提供することにある。
に対して、クラッド層の閉じ込めも量子井戸による閉じ
込めも不十分なために、発振しきい値電流が高く、室温
での寿命が短いという問題を有していた。本発明の目的
は、キャリアの閉じ込めを大きくして、室温で安定に動
作する半導体発光素子を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも閉
じ込め層、量子井戸層、p側バリア層、n側バリア層と
を有し、各層の価電子帯端のエネルギ−位置が前記量子
井戸層で最も高く、前記p側バリア層、前記n側バリア
層、前記閉じ込め層の順に低く、伝導帯端のエネルギ−
位置が前記量子井戸層で最も低く、前記n側バリア層、
前記p側バリア層、前記閉じ込め層の順に高いバンド構
造であり、前記p側バリア層と前記n側バリア層とのバ
ンドラインナップがタイプ2であり、前記閉じ込め層と
前記p側バリア層とのバンドラインナップがタイプ1で
あり、前記閉じ込め層と前記n側バリア層とのバンドラ
インナップがタイプ1であり、電流注入により前記p側
バリア層より前記量子井戸層へ正孔を注入し、前記n側
バリアより電子を注入し、前記量子井戸層において再結
合することを特徴とする半導体発光素子である。
じ込め層、量子井戸層、p側バリア層、n側バリア層と
を有し、各層の価電子帯端のエネルギ−位置が前記量子
井戸層で最も高く、前記p側バリア層、前記n側バリア
層、前記閉じ込め層の順に低く、伝導帯端のエネルギ−
位置が前記量子井戸層で最も低く、前記n側バリア層、
前記p側バリア層、前記閉じ込め層の順に高いバンド構
造であり、前記p側バリア層と前記n側バリア層とのバ
ンドラインナップがタイプ2であり、前記閉じ込め層と
前記p側バリア層とのバンドラインナップがタイプ1で
あり、前記閉じ込め層と前記n側バリア層とのバンドラ
インナップがタイプ1であり、電流注入により前記p側
バリア層より前記量子井戸層へ正孔を注入し、前記n側
バリアより電子を注入し、前記量子井戸層において再結
合することを特徴とする半導体発光素子である。
【0006】また、本発明は、上記半導体発光素子にお
いて、p側バリア層、n側バリア層がZnCdSSe系
で構成され、閉じ込め層がZnMgSSe系で構成され
ていることを特徴とする半導体発光素子である。本発明
において、バンドラインナップがタイプ1とは、ヘテロ
接合を形成する第1の材料と第2の材料との価電子帯端
と伝導帯端の真空準位からのエネルギー位置を比べた時
に、価電子帯端が第1の材料より第2の材料で高くなっ
ている時に、伝導帯端が第1の材料より第2の材料で低
くなっている関係をいい、GaAs/AlGaAs接合
や、ZnSSe/ZnMgSSe接合などがこれにあた
る。これに対し、バンドラインナップがタイプ2とは、
価電子帯端が第1の材料より第2の材料で高くなってい
る時に、伝導帯端が第1の材料より第2の材料で高くな
っている関係をいい、ZnCdSSe系や、ZnCdS
eTe系の2−6族化合物半導体のヘテロ接合がこれに
あたる。
いて、p側バリア層、n側バリア層がZnCdSSe系
で構成され、閉じ込め層がZnMgSSe系で構成され
ていることを特徴とする半導体発光素子である。本発明
において、バンドラインナップがタイプ1とは、ヘテロ
接合を形成する第1の材料と第2の材料との価電子帯端
と伝導帯端の真空準位からのエネルギー位置を比べた時
に、価電子帯端が第1の材料より第2の材料で高くなっ
ている時に、伝導帯端が第1の材料より第2の材料で低
くなっている関係をいい、GaAs/AlGaAs接合
や、ZnSSe/ZnMgSSe接合などがこれにあた
る。これに対し、バンドラインナップがタイプ2とは、
価電子帯端が第1の材料より第2の材料で高くなってい
る時に、伝導帯端が第1の材料より第2の材料で高くな
っている関係をいい、ZnCdSSe系や、ZnCdS
eTe系の2−6族化合物半導体のヘテロ接合がこれに
あたる。
【0007】
【作用】本発明においては、p側バリア層とn側バリア
層とのバンドラインナップがタイプ2であって、価電子
帯端および伝導帯端のエネルギ−位置関係がp側バリア
層に比べn側バリア層で低くなっている。このため、p
側バリア層から量子井戸層に注入された正孔はn側バリ
ア層へは拡散せず、また、n側バリア層から量子井戸層
に注入された電子はp側バリア層へ拡散せず、量子井戸
層で効率よく再結合する。量子井戸層は歪を導入するこ
とにより、正孔と電子の両方を閉じ込めることができ
る。このような構造は、バンドラインナップがタイプ2
である材料系で初めて可能となる。さらに、閉じ込め層
はキャリアと光の閉じ込めを強くする。
層とのバンドラインナップがタイプ2であって、価電子
帯端および伝導帯端のエネルギ−位置関係がp側バリア
層に比べn側バリア層で低くなっている。このため、p
側バリア層から量子井戸層に注入された正孔はn側バリ
ア層へは拡散せず、また、n側バリア層から量子井戸層
に注入された電子はp側バリア層へ拡散せず、量子井戸
層で効率よく再結合する。量子井戸層は歪を導入するこ
とにより、正孔と電子の両方を閉じ込めることができ
る。このような構造は、バンドラインナップがタイプ2
である材料系で初めて可能となる。さらに、閉じ込め層
はキャリアと光の閉じ込めを強くする。
【0008】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図1は本発明の一実施例を示す断面図、図2はバ
ンドラインナップを示す図である。まず、図1について
説明すると半導体発光素子は、n型GaAsからなる基
板(1)上に、閉じ込め層(2)、n側バリア層
(3)、量子井戸層(4)、p側バリア層(5)、閉じ
込め層(6)、ZnS0.06Se0.94層(7)、
ZnSe層(8)p電極(9)とn電極(10)とから
成るものである。
する。図1は本発明の一実施例を示す断面図、図2はバ
ンドラインナップを示す図である。まず、図1について
説明すると半導体発光素子は、n型GaAsからなる基
板(1)上に、閉じ込め層(2)、n側バリア層
(3)、量子井戸層(4)、p側バリア層(5)、閉じ
込め層(6)、ZnS0.06Se0.94層(7)、
ZnSe層(8)p電極(9)とn電極(10)とから
成るものである。
【0009】これについて具体的に示す。n型GaAs
からなる基板(1)上に、塩素ドープZn0.91Mg
0.09S0.16Se0.84(層厚1μm、塩素濃
度5×1017cm−3)からなる閉じ込め層(2)、
塩素ド−プZn0.9Cd0.1S0.22Se
0.78(層厚100nm、塩素濃度1×1017cm
−3)からなるn側バリア層(3)、Zn0.75Cd
0.25Se(層厚7nm)からなる歪のある量子井戸
層(4)、窒素ド−プZnS0.06Se0.94(層
厚100nm、窒素濃度4×1017cm−3)からな
るp側バリア層(5)、窒素ドープZn0.91Mg
0.09S0.16Se0.84(層厚0.5μm、窒
素濃度1×1017cm−3)からなる閉じ込め層
(6)、ZnS0.06Se0.94層(7)(層厚
0.6μm、窒素濃度4×1017cm−3)、ZnS
e層(8)(層厚100nm、窒素濃度1×1018c
m−3)を分子線結晶成長法(MBE)により成長させ
る。次いで、真空蒸着により金を蒸着してp電極(9)
とn電極(10)とを形成し、へき開により共振器を形
成して緑青色半導体レ−ザを作製した。量子井戸層
(4)以外の半導体成長層は基板(1)に格子整合して
いる。
からなる基板(1)上に、塩素ドープZn0.91Mg
0.09S0.16Se0.84(層厚1μm、塩素濃
度5×1017cm−3)からなる閉じ込め層(2)、
塩素ド−プZn0.9Cd0.1S0.22Se
0.78(層厚100nm、塩素濃度1×1017cm
−3)からなるn側バリア層(3)、Zn0.75Cd
0.25Se(層厚7nm)からなる歪のある量子井戸
層(4)、窒素ド−プZnS0.06Se0.94(層
厚100nm、窒素濃度4×1017cm−3)からな
るp側バリア層(5)、窒素ドープZn0.91Mg
0.09S0.16Se0.84(層厚0.5μm、窒
素濃度1×1017cm−3)からなる閉じ込め層
(6)、ZnS0.06Se0.94層(7)(層厚
0.6μm、窒素濃度4×1017cm−3)、ZnS
e層(8)(層厚100nm、窒素濃度1×1018c
m−3)を分子線結晶成長法(MBE)により成長させ
る。次いで、真空蒸着により金を蒸着してp電極(9)
とn電極(10)とを形成し、へき開により共振器を形
成して緑青色半導体レ−ザを作製した。量子井戸層
(4)以外の半導体成長層は基板(1)に格子整合して
いる。
【0010】つぎに、図2について説明する。価電子帯
端(11)および伝導帯端(12)のエネルギ−位置は
図2に示す通りであり、p側バリア層(5)とn側バリ
ア層(3)とを構成するZnCdSSe系のバンドライ
ンナップはタイプ2であり、閉じ込め層(2)、(6)
を構成するZnMgSSe系はタイプ1である。量子井
戸層(4)は歪の効果により価電子帯端(11)の位置
が高く、伝導帯端(12)の位置が低くなっている。電
流注入により、正孔はp側バリア層(5)から量子井戸
層(4)へと流れるが、n側バリア層(3)の価電子帯
端(11)がp側バリア層(5)の価電子帯端(11)
より60meV低いため、n側バリア層(3)へは拡散
せず、量子井戸層(4)に蓄積する。
端(11)および伝導帯端(12)のエネルギ−位置は
図2に示す通りであり、p側バリア層(5)とn側バリ
ア層(3)とを構成するZnCdSSe系のバンドライ
ンナップはタイプ2であり、閉じ込め層(2)、(6)
を構成するZnMgSSe系はタイプ1である。量子井
戸層(4)は歪の効果により価電子帯端(11)の位置
が高く、伝導帯端(12)の位置が低くなっている。電
流注入により、正孔はp側バリア層(5)から量子井戸
層(4)へと流れるが、n側バリア層(3)の価電子帯
端(11)がp側バリア層(5)の価電子帯端(11)
より60meV低いため、n側バリア層(3)へは拡散
せず、量子井戸層(4)に蓄積する。
【0011】電子は、n側バリア層(3)から量子井戸
層(4)へと流れるが、p側バリア層(5)の伝導帯端
(12)がn側バリア層(3)の伝導帯端(12)より
80meV高いため、p側バリア層(5)へは拡散せ
ず、量子井戸層(4)に蓄積する。量子井戸層(4)で
は、注入された正孔と電子が高い効率で再結合する。閉
じ込め層(2)、(6)のバンドギャップは2.8eV
であり、屈折率が小さいので、キャリアと光を閉じ込め
ることができる。このようにして作製した半導体レ−ザ
の発振しきい値電流密度は300A/cm2と低く、実
用的な緑青色半導体レ−ザが実現された。
層(4)へと流れるが、p側バリア層(5)の伝導帯端
(12)がn側バリア層(3)の伝導帯端(12)より
80meV高いため、p側バリア層(5)へは拡散せ
ず、量子井戸層(4)に蓄積する。量子井戸層(4)で
は、注入された正孔と電子が高い効率で再結合する。閉
じ込め層(2)、(6)のバンドギャップは2.8eV
であり、屈折率が小さいので、キャリアと光を閉じ込め
ることができる。このようにして作製した半導体レ−ザ
の発振しきい値電流密度は300A/cm2と低く、実
用的な緑青色半導体レ−ザが実現された。
【0012】上述の実施例では、活性層して単一の量子
井戸を用いたが、これに限らず、多重量子井戸を用いて
もよい。また、p側バリア層とn側バリア層にZnCd
SSe系混晶を用いたが、これに限らず超格子や他の混
晶系を用いたり、閉じ込め層とp側またはn側バリア層
との間に光ガイド層を設けてもよい。また、上述の実施
例では、本発明を半導体レ−ザに用いたが、これに限ら
ず、発光ダイオ−ドに用いてもよい。
井戸を用いたが、これに限らず、多重量子井戸を用いて
もよい。また、p側バリア層とn側バリア層にZnCd
SSe系混晶を用いたが、これに限らず超格子や他の混
晶系を用いたり、閉じ込め層とp側またはn側バリア層
との間に光ガイド層を設けてもよい。また、上述の実施
例では、本発明を半導体レ−ザに用いたが、これに限ら
ず、発光ダイオ−ドに用いてもよい。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
p側バリア層とn側バリア層とのバンドラインナップが
タイプ2であって、価電子帯端および伝導帯端のエネル
ギ−位置関係がp側バリア層に比べn側バリア層で低く
なってので、p側バリア層から量子井戸層に注入された
正孔はn側バリア層へは拡散せず、また、n側バリア層
から量子井戸層に注入された電子はp側バリア層へ拡散
せず、量子井戸層で効率よく再結合するものである。ま
た、量子井戸層は歪を導入することにより、正孔と電子
の両方を閉じ込めることができるものであり、キャリア
の閉じ込めを大きくして、室温で安定に動作するという
効果を奏するもので、実用的な緑青色レ−ザや発光ダイ
オ−ドが得られるものである。
p側バリア層とn側バリア層とのバンドラインナップが
タイプ2であって、価電子帯端および伝導帯端のエネル
ギ−位置関係がp側バリア層に比べn側バリア層で低く
なってので、p側バリア層から量子井戸層に注入された
正孔はn側バリア層へは拡散せず、また、n側バリア層
から量子井戸層に注入された電子はp側バリア層へ拡散
せず、量子井戸層で効率よく再結合するものである。ま
た、量子井戸層は歪を導入することにより、正孔と電子
の両方を閉じ込めることができるものであり、キャリア
の閉じ込めを大きくして、室温で安定に動作するという
効果を奏するもので、実用的な緑青色レ−ザや発光ダイ
オ−ドが得られるものである。
【図1】 本発明の実施例を示す断面図である。
【図2】 バンドラインナップを示す図である。
1 基板 2 閉じ込め層 3 n側バリア層 4 量子井戸層 5 p側バリア層 6 閉じ込め層 7 ZnS0.06Se0.94層 8 ZnSe層 9 p電極 10 n電極 11 価電子帯端 12 伝導帯端
Claims (2)
- 【請求項1】 少なくとも閉じ込め層、量子井戸層、p
側バリア層、n側バリア層とを有し、各層の価電子帯端
のエネルギ−位置が前記量子井戸層で最も高く、前記p
側バリア層、前記n側バリア層、前記閉じ込め層の順に
低く、伝導帯端のエネルギ−位置が前記量子井戸層で最
も低く、前記n側バリア層、前記p側バリア層、前記閉
じ込め層の順に高いバンド構造であり、前記p側バリア
層と前記n側バリア層とのバンドラインナップがタイプ
2であり、前記閉じ込め層と前記p側バリア層とのバン
ドラインナップがタイプ1であり、前記閉じ込め層と前
記n側バリア層とのバンドラインナップがタイプ1であ
り、電流注入により前記p側バリア層より前記量子井戸
層へ正孔を注入し、前記n側バリアより電子を注入し、
前記量子井戸層において再結合することを特徴とする半
導体発光素子。 - 【請求項2】 p側バリア層、n側バリア層がZnCd
SSe系で構成され、閉じ込め層がZnMgSSe系で
構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導
体発光素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33111194A JP2661576B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | 半導体発光素子 |
US08/569,287 US5670789A (en) | 1994-12-08 | 1995-12-08 | Semiconductor light-emitting device with quantum well structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33111194A JP2661576B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08162670A true JPH08162670A (ja) | 1996-06-21 |
JP2661576B2 JP2661576B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=18239987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33111194A Expired - Fee Related JP2661576B2 (ja) | 1994-12-08 | 1994-12-08 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JP2661576B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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JP3698402B2 (ja) * | 1998-11-30 | 2005-09-21 | シャープ株式会社 | 発光ダイオード |
JP5236847B2 (ja) * | 2001-08-10 | 2013-07-17 | 克巳 岸野 | Ii−vi族化合物半導体結晶および光電変換機能素子 |
KR101836122B1 (ko) * | 2011-08-24 | 2018-04-19 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08116132A (ja) * | 1994-08-23 | 1996-05-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2724827B2 (ja) * | 1987-07-02 | 1998-03-09 | 国際電信電話株式会社 | 赤外発光素子 |
US5276698A (en) * | 1990-09-20 | 1994-01-04 | Sumitomo Electric Ind., Ltd. | Semiconductor laser having an optical waveguide layer including an AlGaInP active layer |
US5237581A (en) * | 1990-11-14 | 1993-08-17 | Nec Corporation | Semiconductor multilayer reflector and light emitting device with the same |
EP0575684A1 (en) * | 1992-06-22 | 1993-12-29 | International Business Machines Corporation | Decoupled optic and electronic confinement laser diode |
JPH0773140B2 (ja) * | 1993-02-09 | 1995-08-02 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ |
JPH077218A (ja) * | 1993-06-15 | 1995-01-10 | Sony Corp | 半導体レーザ |
-
1994
- 1994-12-08 JP JP33111194A patent/JP2661576B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-12-08 US US08/569,287 patent/US5670789A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08116132A (ja) * | 1994-08-23 | 1996-05-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2661576B2 (ja) | 1997-10-08 |
US5670789A (en) | 1997-09-23 |
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