JPH1022524A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出射光の最大出力が大きく，発光効率および
高速応答性の優れた半導体発光素子を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１上に，ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ下
部クラッド層２，ｐ−ＧａＩｎＰ活性層４，ＡｌＧａＰ
上部第１クラッド層５およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部第
２クラッド層７を順次エピタキシャル成長させる。ｎ−
ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層２の一部として活性層４
に接する位置に超格子層３を設け，ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
上部第２クラッド層７の一部としてＡｌＧａＰ上部第１
クラッド層５に接する位置に多重量子障壁層６を設け
る。ＡｌＧａＰ上部第１クラッド層５は共鳴トンネリン
グ防止層である。活性層４の層厚は0.1 μｍ〜2.0 μｍ
程度に薄く設定する。超格子層３に形成された活性層４
に通じるミニバンドによって，活性層４に電子が効率よ
く注入される。活性層４に効率よく注入された電子が共
鳴トンネリング防止層および多重量子障壁層６によって
高められたポテンシャル障壁により効率よく活性層４内
に閉じ込められ，電子閉じ込め効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】この発明は半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】半導体発光素子に要求される
性能の一つに，高速応答性がある。たとえば，発光ダイ
オードを光通信装置の電気信号−光信号変換素子として
用いた場合に，高速応答性のよい発光ダイオードは単位
時間あたりに送出することのできる情報量が多いので，
高速データ通信や大容量データ伝送に適した光ディバイ
スになる。

【０００３】従来，発光ダイオードの高速応答を実現す
るために，発光ダイオードの活性層中の不純物濃度を高
めたり，活性層の層厚を薄く（薄膜化）するなどの方法
がとられている。しかしながら，これらの方法は高速応
答は実現するが，それに伴って発光ダイオードから出射
する光の最大出力の低下を生じさせていた。特に活性層
の薄膜化によって高速応答性のよい発光ダイオードが比
較的簡単に実現されるが，それに伴って出射光の最大出
力が著しく低下する。

【０００４】半導体発光素子においては，発光に寄与す
る注入電子またはホールを活性層に効率よく閉じ込める
ために，ダブルへテロ接合構造がよく用いられる。注入
されたキャリアは，活性層とクラッド層とのヘテロ接合
面におけるポテンシャル障壁によって閉じ込められる。
活性層に閉じ込めることのできるキャリア量を超えて活
性層にキャリアを注入しても出射光には寄与せず，上記
ポテンシャル障壁を超えた分のキャリアは活性層からオ
ーバーフローする。活性層の層厚を薄くした場合，活性
層に閉じ込めることのできるキャリア量が減少するの
で，出射光の最大出力が低下する。

【０００５】

【発明の開示】この発明は，出射光の最大出力が大き
く，発光効率および高速応答性の優れた半導体発光素子
を提供するものである。

【０００６】この発明による半導体発光素子は，活性層
とその両側に設けられたクラッド層とを含む半導体発光
素子において，一方のクラッド層には上記活性層に通じ
るミニバンドが形成されるように超格子層が設けられ，
他方のクラッド層には多重量子障壁層が設けられ，上記
活性層と上記多重量子障壁層との間に共鳴トンネリング
防止層が設けられていることを特徴とする。好ましく
は，活性層の層厚が0.1μｍから2.0 μｍに設定され
る。

【０００７】一方のクラッド層に形成される超格子層に
は活性層に通じるミニバンドが形成されるので，ミニバ
ンドを通して活性層に効率よくキャリアが注入される。
活性層に効率よく注入されたキャリアは，他方のクラッ
ド層の多重量子障壁層によって形成された高いポテンシ
ャル障壁によって反射される。このためキャリアのオー
バーフローが生じにくく，効率よく活性層内に閉じ込め
られる。さらに活性層と上記多重量子障壁層との間の共
鳴トンネリング防止層によって，活性層内に閉じ込めら
れたキャリアが多重量子障壁層に漏れ出すことがない。
このことによってもキャリアの閉じ込め効率が向上す
る。活性層への効率のよいキャリアの注入によって活性
層の発光効率が高められ，高いポテンシャル障壁および
共鳴トンネリング防止層によってキャリアの閉じ込め効
率が向上するので，発光効率が高くかつ最大出力が大き
い光を出射させることができる。しかも，高速応答を図
るために活性層を薄膜化しても発光効率を高く維持しか
つ光出力を大きくすることが可能である。

【０００８】この発明の一実施態様では，上記活性層に
通じるミニバンドのエネルギ準位が，上記活性層に近づ
くにつれて低くなるように形成される。これはたとえば
上記活性層に接して設けられた超格子層の各層厚が上記
活性層に近づくにつれて順次厚くなるように形成するこ
とにより実現される。活性層に近づくにつれてミニバン
ドが高いエネルギ準位から低いエネルギ準位へ下るよう
に形成されるので，活性層にキャリアを効率よく注入す
ることができる。

【０００９】この発明の他の実施態様では，上記活性層
に少なくとも１つの量子井戸層が設けられる。これによ
って活性層の発光波長が短波長化し，かつしきい値電流
密度を下げることができる。

【００１０】この発明によるさらに他の実施態様では，
上記活性層と発光素子の光取り出し面との間に電流狭搾
構造が設けられる。光取り出し領域の真下に電流が集中
して流れるように活性層と光取り出し面との間に電流狭
窄構造を形成することによって，活性層が一層効率よく
発光し，光取り出し効率も向上する。

【００１１】この発明によるさらに他の実施態様では，
上記活性層で発生した光のうち，半導体基板側へ放射さ
れる光を上記光取り出し領域へ反射させる反射層が設け
られる。活性層から光取り出し領域と反対側へ出射した
光を反射させて光取り出し領域から外部へ取り出すこと
ができるので，光取り出し効率を向上させることができ
る。このような反射層はたとえば多層反射膜により実現
される。

【００１２】この発明による半導体発光素子は微小発光
径とすることが可能で，出射光の最大出力を大きくする
ことができるので，光学検知装置，光学的情報処理装
置，その他の光学機器に用いることによって，光学的性
能の良好な各種光学装置を製作することができる。さら
に高速応答性を有するので，光通信装置等に用いること
によって高速データ通信や大容量データ伝送を行うこと
ができる。

【００１３】

【実施例】

第１実施例 図１は第１実施例による発光ダイオードを示すものであ
り，(A) は発光ダイオードの構造を模式的に示す断面
図，(B) はその伝導帯のエネルギ・バンド・ギャップを
示している。

【００１４】この発光ダイオードはＭＢＥ法（Molecula
r Beam Epitaxy：分子線エピタキシ法），ＭＯＣＶＤ法
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金
属気相成長法），ＬＰＥ法（Liquid Phase Epitaxy：液
相成長法）などを用いて，ＧａＡｓ基板１上に，ｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＰ下部クラッド層２，ｐ−ＧａＩｎＰ活性層
４，ＡｌＧａＰ上部第１クラッド層５およびｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰ上部第２クラッド層７を順次積層させた構造を
もつ。ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層２の一部とし
て活性層４に接する位置に超格子層３が設けられてい
る。ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層７の一部と
してＡｌＧａＰ上部第１クラッド層５に接する位置に多
重量子障壁層６が設けられている。上部第２クラッド層
７の上面にｐ側電極８が，ＧａＡｓ基板１の下面にｎ側
電極９がそれぞれ形成されている。上部第２クラッド層
７の上面のｐ側電極８が形成されている部分を除く中央
部の領域が光取り出し領域10である。必要ならば，基板
１と下部クラッド層２との間に多層反射膜層11を設け
る。活性層４の層厚は，0.1 μｍ〜2.0 μｍ程度に薄く
設定される。

【００１５】超格子層３は，超格子井戸層３ａと超格子
障壁層３ｂとが交互に複数層積層されて形成されて構成
されている。超格子井戸層３ａのエネルギ・ギャップは
小さく，超格子障壁層３ｂのエネルギ・ギャップは大き
い。超格子井戸層３ａとしてｎ−ＧａＩｎＰが用いら
れ，超格子障壁層３ｂとしてｐ−ＡｌＧａＩｎＰが用い
られている。超格子層３は，超格子（Superlattice）ま
たは多重量子障壁（Multi-Quantum Barrier: MQB）と呼
ばれる積層構造をもつ。これはエネルギ・ギャップの異
なる２種類の半導体材料からなる薄い層が交互に複数組
積層されて実現される。

【００１６】超格子層３は超格子構造を有するので，そ
のエネルギ・バンド構造中にミニバンドが形成される。
超格子層３が活性層４に接して設けられているので，ミ
ニバンドは活性層４に通じるように形成される。後述す
る多重量子障壁層６と区別するために活性層４に通じる
ミニバンドが形成された半導体層を超格子層３と呼ぶ。

【００１７】さらに超格子層３は多重量子障壁構造を有
するので，活性層４と超格子層３とのヘテロ界面には高
いポテンシャル障壁が形成される。多重量子障壁構造に
よって形成されるポテンシャル障壁は，単層のクラッド
層によるポテンシャル障壁を超える高さをもつ。

【００１８】多重量子障壁層６は，超格子井戸層６ａと
超格子障壁層６ｂとが交互に複数層積層されて形成され
て構成されている。超格子井戸層６ａのエネルギ・ギャ
ップは小さく，超格子障壁層６ｂのエネルギ・ギャップ
は大きい。超格子井戸層６ａとしてｎ−ＧａＩｎＰが用
いられ，超格子障壁層６ｂとしてｐ−ＡｌＧａＩｎＰが
用いられている。多重量子障壁層６も超格子（Superlat
tice）または多重量子障壁（Multi-Quantum Barrier: M
QB）と呼ばれる積層構造をもつ。

【００１９】多重量子障壁層６も超格子構造をもつの
で，そのエネルギ・バンド構造中にミニバンドが形成さ
れる。しかしながら，多重量子障壁層６と活性層４との
間には上部第１クラッド層５が形成されているので，多
重量子障壁層６のエネルギ構造中に形成されるミニバン
ドは活性層４には通じていない。上部第１クラッド層５
のエネルギ・ギャップが大きく，かつ厚い層厚をもって
形成されているからである。

【００２０】上部第１クラッド層５は活性層４中のキャ
リアがトンネル効果によって多重量子障壁層６に漏れ出
すことも防止する。すなわち，上部第１クラッド層５は
共鳴トンネリング防止層を形成している。

【００２１】さらに多重量子障壁層６は多重量子障壁構
造をもつので，活性層４と共鳴トンネリング防止層５と
のヘテロ界面には，高いポテンシャル障壁が形成され
る。高いポテンシャル障壁によって，活性層からクラッ
ド層にオーバーフローするキャリアに対する反射率が高
められる。多重量子障壁構造による高いポテンシャル障
壁と上記の上部第１クラッド層（共鳴トンネリング防止
層）５とによって，多重量子障壁層６側のキャリアの閉
じ込め効率は一層高められる。

【００２２】多重量子障壁層６におけるポテンシャル障
壁は，多重量子障壁を構成する井戸層６ａと障壁層６ｂ
との間のポテンシャル差に強く依存している。好ましく
は，多重量子障壁層６を構成する超格子井戸層６ａのｎ
−ＧａＩｎＰのＩｎの組成比を0.5 より大きくする。こ
のことによって多重量子障壁層６におけるポテンシャル
障壁は充分に高められる。このことは超格子層３につい
ても同様である。

【００２３】超格子層３と多重量子障壁層６とは異なる
材料で形成することもできる。たとえば，超格子層３を
構成する超格子井戸層３ａにｎ−ＧａＩｎＰ，超格子障
壁層３ｂにｐ−ＡｌＧａＩｎＰを用い，多重量子障壁層
６を構成する超格子井戸層６ａにｎ−ＩｎＧａＡｓ，超
格子障壁層６ｂにｐ−ＩｎＰを用いることができる。

【００２４】ｐ側電極８とｎ側電極９との間に電流を流
すと，発光ダイオードを構成する半導体層にはキャリア
が注入される。以下，電子の注入の例を説明する。電子
は価電子帯（図示略）から伝導帯に励起され，ｎ側電極
９側からｐ側電極８側へ流れる。

【００２５】価電子帯（図示略）から超格子層３の部分
の伝導帯に励起された電子は，超格子井戸層３ａ中に閉
じ込められることなくミニバンドを通して活性層４に効
率よく運び込まれる。

【００２６】ミニバンドによる活性層４への効率のよい
電子の注入は，活性層４の温度上昇を抑制させるという
効果をもたらす。一般に発光ダイオードは活性層の温度
上昇によって発光効率が低下する。ミニバンドによる効
率のよい電子の注入によって活性層４の温度上昇が抑え
られるので，活性層４の発光効率の低下を防止すること
ができる。

【００２７】超格子層３に形成されたミニバンドを通し
て活性層４に効率よく運び込まれた電子と，活性層４に
おいて価電子帯（図示略）から直接に伝導帯に励起され
た電子は，活性層４と上部第１クラッド層５とのヘテロ
界面に形成された高いポテンシャル障壁で効率よく反射
される。このため活性層４内に多くの電子が閉じ込めら
れ電子閉じ込め効率が向上する。共鳴トンネリング防止
層と多重量子障壁層６によって高められたポテンシャル
障壁による電子閉じ込め効率の増加分を，活性層４を薄
くすることにより生じる電子閉じ込め効率の減少分より
も上回らせることができる。

【００２８】ミニバンドを通して効率よく電子が活性層
４に注入されるので，活性層４の発光効率が高められ
る。さらに活性層４を薄くすることによって発光ダイオ
ードの高速応答性を向上させつつ，共鳴トンネリング防
止層および高いポテンシャル障壁によって電子閉じ込め
効率を向上させることができる。したがって，高速応答
性を有し，かつ発光効率が高く光出力の最大値の大きい
発光ダイオードが実現される。高出力の光が光取り出し
領域10から外部に取り出される。

【００２９】活性層４は，井戸層と障壁層とを交互に積
層した量子井戸構造にしてもよい。この量子井戸構造
は，単一量子井戸，多重量子井戸のどちらでもよい。活
性層４に量子井戸構造を設けることによって，活性層４
の発光波長が短波長化され，しきい値電流密度を下げる
ことができる。

【００３０】活性層４で発生した光の一部は基板１に向
い，吸収される。鎖線11で示すように基板１と下部クラ
ッド層２との間に多層反射膜層を設けることにより，活
性層４で発生した光のうち光取り出し領域10とは反対側
に向う光をこの反射膜で反射させ，光取り出し領域10か
ら取り出すことができる。これにより光取り出し効率を
高めることができる。この多層反射膜層11は，Ａｌ_0.1
Ｇａ_0.9 Ａｓ層およびＡｌＡｓ層を交互に積層して形成
されている。

【００３１】多層反射膜層11は屈折率の異なる２つの層
を一単位として，この単位層を10〜30層積層することに
より構成される。これらの屈折率の異なる２つの層の屈
折率をそれぞれｎ₁ ，ｎ₂ とし，それらの膜厚をそれぞ
れｄ₀₁，ｄ₀₂とし，活性層４の発光波長をλ₀ とする
と，これらは次式によって関係づけられる。

【００３２】

【数１】ｄ₀₁＝λ₀ ／（４ｎ₁ ） …式１ ｄ₀₂＝λ₀ ／（４ｎ₂ ） …式２

【００３３】第２実施例 図２は第２実施例による発光ダイオードを示すものであ
り，(A) はその構造を模式的に示す断面図，(B) はその
エネルギ・バンド・ギャップを示している。この発光ダ
イオードは，図１に示す発光ダイオードと超格子層の構
造が異なっている。

【００３４】超格子層３を構成する超格子井戸層３ａと
超格子障壁層３ｂは，ｎ側電極９側から活性層４側に向
うにつれて，層厚が徐々に厚くなるように形成されてい
る。層厚の薄い箇所では，ミニバンドの上端（上部禁制
帯）のエネルギ準位とミニバンドの下端（下部禁制帯）
のエネルギ準位との間のエネルギ幅（ミニバンドの幅）
は広く，膜厚が厚くなるにしたがって狭いものになる。
また上部禁制帯および下部禁制帯のエネルギ準位は，超
格子井戸層３ａと超格子障壁層３ｂの層厚が厚くなるに
伴って，どちらも低いエネルギ準位に移っていく。ミニ
バンドのエネルギ幅やそのエネルギ準位は，超格子層３
を構成する超格子井戸層３ａまたは超格子障壁層３ｂに
他の半導体材料を用いるなど，他の方法によって変化さ
せることもできる。超格子井戸層３ａと超格子障壁層３
ｂは，これらの層厚が最も厚い箇所においてもミニバン
ドが形成されるための条件（電子の波動関数がつながる
程度の厚さ）を満たしていることはいうまでもない。

【００３５】ｐ側およびｎ側電極８，９間に電流を流す
と，超格子層３に注入された電子はミニバンドを通して
高いエネルギ準位から低いエネルギ準位へ向かい，効率
的に活性層４に運び込まれる。このため発光層４が効率
よく発光する。

【００３６】図示されたミニバンドは大きい段差をもっ
て形成されているが，超格子層３の層厚をゆるやかに変
化させることによってさらに滑らかにエネルギ幅やエネ
ルギ準位が変化するミニバンドを形成することも可能で
ある。

【００３７】上記の第１および第２実施例において，活
性層４の電子閉じ込めのためにｐ−クラッド層側に共鳴
トンネリング防止層が設けられている。活性層４におけ
るホールに着目すれば，その閉じ込めのためには，ｎ−
クラッド層側に共鳴トンネリング防止層が設けられる。
この場合には，ｐ−クラッド層側に活性層４に通じるミ
ニバンドが形成され，ｐ側電極から活性層に効率よくホ
ールが運び込まれる。活性層に効率よく運び込まれたホ
ールは，ｎ−クラッド層側の活性層のヘテロ界面におい
て効率よく反射される。

【００３８】第３実施例 図３は第３実施例を示すもので，発光ダイオードの構造
を模式的に示す断面図である。

【００３９】この発光ダイオードの構造をその製造工程
に沿って説明する。まずＭＢＥ法，ＭＯＣＶＤ法，ＬＰ
Ｅ法などにより，ＧａＡｓ基板21の上に多層反射膜層3
1，ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層22，超格子層2
3，ｐ−ＧａＩｎＰ活性層24，ＡｌＧａＩｎＰ第１クラ
ッド層25，多重量子障壁層26およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
上部第２クラッド層27を順次エピタキシャル成長させて
半導体チップを形成する。

【００４０】次に上部第２クラッド層27の上面の光取出
し領域20を形成しようとする領域をレジスト皮膜によっ
て覆い，このレジスト皮膜をマスクとして半導体チップ
にｎ型イオンを打込む。イオンの打込みは，第２上部ク
ラッド層27内にイオン打込み領域32の上端および下端が
くるようにする。これによって，第２上部クラッド層27
内にｎ型の反転層（イオン打込み領域）32が形成され，
第２上部クラッド層27の反転層32が形成されていない部
分が電流通路領域33となる。

【００４１】この後，上述したレジスト皮膜を除去し，
上部第２クラッド層27の上面に光取出し領域20の開口パ
ターンと一致するようにレジスト皮膜を新たに形成し，
その上から金属を蒸着する。その後，レジストをその上
面に蒸着された金属と一緒に除去する。残った金属がｐ
側電極28になる。ＧａＡｓ基板21の下面にはｎ側電極29
を形成する。

【００４２】ｐ側電極28とｎ側電極29との間に電流を流
すと，反転層32の下面と第２上部クラッド層27との間は
逆バイアスのｐｎ接合となるので，ｐ側電極28から注入
された電流は反転層32に囲まれた電流通路領域33にのみ
流れる。活性層24の電流通路領域33と対応する領域のみ
に電流が注入されて発光する。活性層24で発光した光
は，光取出し領域20から外部へ出射する。すなわち，電
流狭搾構造の半導体発光素子が構成されており，活性層
が効率よく発光する。

【００４３】光取り出し領域20を電流通路領域33に対応
させて小さく形成することができる。小さな光取り出し
領域を形成することによって，発光径の小さな出射光を
得ることができる。

【００４４】応用例 この発明による半導体発光素子は，上述のように出射す
る光の最大出力が大きく，高速応答を行うことができ，
微小発光径を有するので，多くの光学装置，光通信装
置，光学的処理装置等に応用することができる。

【００４５】図４は，上記実施例の発光ダイオードを備
えた光ファイバ型距離センサの概略図を示している。

【００４６】この光ファイバ型距離センサは，発光ダイ
オード41，投光用光ファイバ42，受光用光ファイバ43，
受光素子44および信号処理装置45から構成されている。

【００４７】信号処理装置45によって与えられる電気信
号によって発光ダイオード41が駆動され，発光ダイオー
ド41が発光する。発光ダイオード41から出射された光は
投光用光ファイバ42内にその一端から導入され，他端か
ら被対象物46に投射される。

【００４８】被対象物46からの反射光は受光用光ファイ
バ43内に導入され，受光素子43の受光面に入射する。受
光素子44の受光信号が信号処理装置45に与えられる。信
号処理装置45は受光信号の振幅に基づいて，投光用，受
光用光ファイバ42，43の被対象物46側の先端部分から被
対象物46までの距離Ｓを算出する。

【００４９】このような距離センサにおいては，受光素
子44が検知可能な受信信号レベルの範囲内で距離測定が
行われる。発光ダイオード41の発光径を小さくすること
ができるので，発光ダイオードと光ファイバとは高い光
結合効率を得ることができる。さらに発光ダイオード41
は出射光の最大出力が大きい。したがって，発光ダイオ
ード41を用いた距離センサは測定可能な距離を延ばすこ
とができる。

【００５０】図５は，上記実施例の発光ダイオードを備
えた光通信装置の概略図を示している。

【００５１】この光通信装置は，投光回路51，発光ダイ
オード52，光ファイバ53，受光素子54および受光回路55
から構成されている。

【００５２】投光回路51は入力された送信すべき信号に
基づいて駆動電流を変化させ，発光ダイオード52が出射
する光の光変調（強度変調）を行う。発光ダイオード52
から出射された光は光ファイバ53内に導入され，光ファ
イバ53内を伝送された後，受光素子54によって受光され
る。受光素子54の受光信号は受光回路55に与えられ，そ
こで所定の信号に変換されて（たとえば，ディジタル・
データに変換されて）外部に出力される。光伝送に用い
られる光ファイバ53には必要に応じて光増幅器，コネク
タ等が接続され，光ファイバケーブルの延長等が行われ
る。

【００５３】発光ダイオード52は，微小発光径を有し出
射光の最大出力が大きいので，発光ダイオードと光ファ
イバとの高い光結合効率を得ることができる。また高速
応答性を有するので，高速かつ大容量のデータ通信およ
びデータ伝送を行うことができる。光ファイバには，好
ましくはプラスチック・ファイバが用いられる。プラス
チック・ファイバは低損失でＳ／Ｎ比が高いので，精度
のよい光伝送を行うことができる。

【００５４】上記の光通信装置では一方に投光回路が設
けられ，他方に受光回路が設けられている。これは一方
向通信の構成である。上記投光回路と上記受光回路の両
方の機能を備えた投受光回路を少なくとも２組用意し，
それらの投光回路の発光ダイオードと受光回路の受光素
子をそれぞれ２本の光ファイバで光接続するように構成
してもよい。これにより双方向の光通信が可能となる。

【００５５】図６(A) は上記実施例の発光ダイオードを
備えたバーコード・リーダを示している。同図(B) はバ
ーコード・リーダの受光素子によって検知された受光
（バーコード）信号を示している。

【００５６】このバーコード・リーダは，発光ダイオー
ド61，投光側集光レンズ62，回転多面鏡66，モータ67，
走査レンズ63，受光側集光レンズ64および受光素子65を
備えている。

【００５７】発光ダイオード61の出射光は，投光側集光
レンズ62によって集光された後，回転多面鏡66の鏡面に
入射する。回転多面鏡66の鏡面からの反射光は，走査レ
ンズ63を通って投射される。回転多面鏡66はモータ67に
よって一方向に一定速度で回転駆動される。鏡面が多面
体であって一方向に一定速度で回転しているので，走査
レンズ63からの投射光はバーコードａ上を走査する。

【００５８】バーコードａからの反射光は，受光側集光
レンズ64によって集光され，受光素子65に入射する。受
光素子65は入射される光の光強度の応じた受光信号（バ
ーコード信号）を出力し，その受光信号が信号処理装置
（図示略）に与えられる。信号処理装置はバーコードａ
の認識，その他の信号処理を行う。

【００５９】発光ダイオード61は発光径が小さく最大出
力の大きい光を出射することができる（約10μｍ）。発
光径がバーコードの線幅の最小値（0.2 ｍｍ）よりも小
さいので，どのような幅のバーコードも高精度に読み取
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示すもので，(A) は発光ダイオー
ドの構成を模式的に示す断面図，(B) はそのエネルギ・
バンド・ギャップを示す。

【図２】第２実施例を示すもので，(A) は発光ダイオー
ドの構成を模式的に示す断面図，(B) はそのエネルギ・
バンド・ギャップを示す。

【図３】第３実施例を示すもので，発光ダイオードの構
成を模式的に示す断面図である。

【図４】応用例を示すもので，光ファイバ距離センサ装
置の構成を示す。

【図５】応用例を示すもので，光通信装置の構成を示
す。

【図６】応用例を示すもので，(A) はバーコード・リー
ダの構成を，(B) は受光素子の受光信号（バーコード検
知信号）を示す。

【符号の説明】

１，21 ＧａＡｓ基板 ２，22 ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ３，23 超格子層 ４，24 ｐ−ＧａＩｎＰ活性層 ５，25 ＡｌＧａＰ上部第１クラッド層 ６，26 多重量子障壁層 ７，27 ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層 ８，28 ｐ側電極 ９，29 ｎ側電極 10，20 光取り出し領域 11，31 多層反射膜層 32 反転層 33 電流通路領域 41，52，61 発光ダイオード 44，54，65 受光素子

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層とその両側に設けられたクラッド
   層とを含む半導体発光素子において，一方のクラッド層
   には上記活性層に通じるミニバンドが形成されるように
   超格子層が設けられ，他方のクラッド層には多重量子障
   壁層が設けられ，上記活性層と上記多重量子障壁層との
   間に共鳴トンネリング防止層が設けられていることを特
   徴とする，半導体発光素子。
2. 【請求項２】 上記活性層の層厚が0.1 μｍから2.0 μ
   ｍである請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 【請求項３】 上記活性層に通じるミニバンドのエネル
   ギ準位が，上記活性層に近づくにつれて低くなるように
   形成されていることを特徴とする，請求項１または２に
   記載半導体発光素子。
4. 【請求項４】 上記活性層に通じるミニバンドが形成さ
   れる超格子層の各層厚が，上記活性層に近づくにつれて
   順次厚くなるように形成されている，請求項１または２
   に記載の半導体発光素子。
5. 【請求項５】 上記活性層に少なくとも１つの量子井戸
   層が設けられている，請求項１から４のいずれか一項に
   記載の半導体発光素子。
6. 【請求項６】 上記活性層と発光素子の光取り出し面と
   の間に電流狭搾構造が設けられている，請求項１から５
   のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
7. 【請求項７】 上記活性層で発生した光のうち，半導体
   基板側へ放射される光を上記光取り出し領域へ反射する
   反射層が設けられている，請求項１から６のいずれか一
   項に記載の半導体発光素子。
8. 【請求項８】 半導体発光素子と，上記半導体発光素子
   から出射する光が一端に導入される第１の光ファイバ
   と，上記第１の光ファイバの他端から出射し被対象物に
   投射された光の反射光が一端に導入される第２の光ファ
   イバと，上記第２の光ファイバの他端から出射する光を
   受光する受光素子とを備えた光学式センサ装置におい
   て，上記半導体発光素子が請求項１から７のいずれか一
   項に記載の半導体発光素子である，光学式センサ装置。
9. 【請求項９】 請求項１から７のいずれか一項に記載の
   半導体発光素子を備え，外部から入力された信号に基づ
   いて上記半導体発光素子から出射される光を変調して出
   力する投光回路，上記半導体発光素子からの光が一端に
   導入される光通信路，および上記光通信路を通して伝送
   された光を受光する受光素子を備え，上記受光素子の受
   光信号を処理する受光回路，とを備えた光通信装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から７のいずれか一項に記載
    の半導体発光素子を備え，外部から入力された信号に基
    づいて上記半導体発光素子から出射される光を変調して
    第１の光通信路に出力する投光回路，および第２の光通
    信路を通して伝送された光を受光する受光素子を備え，
    上記受光素子の受光信号を処理する受光回路，とを備え
    た光通信装置。
11. 【請求項１１】 光を投射する投光部と，上記投光部に
    よって投射された光を走査する光走査部と，上記光走査
    部によって走査された光のバーコードからの反射光を受
    光する受光部とを備えたバーコード・リーダにおいて，
    上記投光部の光源に請求項１から７のいずれか一項に記
    載の半導体発光素子が用いられている，バーコード・リ
    ーダ。