JPH118406A

JPH118406A - 面発光素子

Info

Publication number: JPH118406A
Application number: JP16114897A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Mizuno; 義之水野
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高い外部量子効率と高い応答速度とが共に得ら
れる面発光素子を提供する。【解決手段】複数のバリア層１６〜２８は、複数の活性
層１８〜２６の間に位置して積層方向に向かってバンド
構造が傾斜させられた第２バリア層２０および第３バリ
ア層２４を含んで構成される。そのため、これら第２バ
リア層２０および第３バリア層２４では価電子帯上端の
エネルギＥv および伝導帯下端のエネルギＥc が傾斜さ
せられていることから、注入されたキャリアがそれらバ
リア層２０、２４のエネルギの傾斜に沿って速やかに移
動させられるため、駆動電圧の印加が停止させられる発
光停止時においてバリア層２０、２４に残存するキャリ
アの移動速度が高められる。したがって、多重量子井戸
構造とされた発光ダイオードにおいて立ち下がり時間ｔ
_fが短くなって、高い外部量子効率と高い応答速度とを
共に備えた面発光素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）や垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ）等の面発光素子の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に複数の障壁層（バリア層）およ
び複数の井戸層が交互に配置されて構成される量子井戸
構造の発光層を含む複数の化合物半導体層が積層されて
成り、それら複数の化合物半導体層の両面側に設けられ
た一対の電極間に通電することにより、発光層で発生し
た光を基板とは反対側の化合物半導体層の表面から取り
出す形式の面発光素子が知られている。このような多重
量子井戸構造の発光層を備えた面発光素子によれば、単
なるｐｎ接合やダブルヘテロ接合構造の面発光素子に比
較して応答速度が高められるという利点がある。特に、
発光層の両側に化合物半導体の混晶比が傾斜させられた
傾斜層が備えられる場合には、発光層内において価電子
帯上端および伝導帯下端のエネルギが傾斜させられるこ
とから、注入されたキャリアが速やかに傾斜に沿って発
光層に向かって移動させられるため、応答速度が一層高
められる。例えば、IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTER
S,VOL.4,NO.1,JANUARY 1992 の27〜28頁に記載されてい
る歪量子井戸発光ダイオードがそれである。

【０００３】また、上記のような量子井戸構造の発光層
を備えた面発光素子において、発光層で発生した光を反
射する光共振器を構成する一対の反射層がその発光層を
挟んで備えられたものが知られている。例えば、特開平
４−１６７４８４号公報に記載されている光半導体装置
等がそれである。このような光共振器を備えた面発光素
子にはＲＣ−ＬＥＤ（共鳴空洞発光ダイオード）或いは
ＶＣＳＥＬと呼ばれるものがあり、発光層内の電子波と
光共振器内の光波が結合し、共振モードのみの光が発光
層で発生する所謂キャビティＱＥＤ効果によって、強指
向性および狭線幅の光が射出されることとなるため、結
晶表面での全反射がなく高い外部量子効率（すなわち光
出力）が得られるという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の実験結果によれば、上記公報に記載されるような
光共振器構造を前記のような多重量子井戸構造の発光層
を備えた面発光素子に適用すると、例え前記傾斜層が備
えられていても多重量子井戸構造による応答速度の向上
効果が十分に得られないことが明らかとなった。すなわ
ち、発光を開始させる際の立ち上がり時間ｔ_r(rise ti
me) には十分な改善効果が得られる一方、発光を停止さ
せるために駆動電圧をバイアス電圧に戻す際の立ち下が
り時間ｔ_f(fall time) が長くなって十分な応答性が得
られないのである。光共振器構造を構成して高い光出力
を得るためには、光共振器内に形成される定在波の腹に
井戸層を位置させる必要があることから、井戸層間の障
壁層の厚さが1/2 波長に略等しい数百(nm)程度と厚くさ
れる。そのため、駆動電圧の非印加時における発光層内
でのキャリア［ホール（正孔）または電子］の移動速度
が拡散速度に依存することから、バイアス電圧に戻した
際に障壁層に残存するキャリアが拡散して井戸層内で再
結合するまでの時間すなわちｔ_fが長くなるのである。
この問題は、二種のキャリアのうち質量が大きいホール
が移動させられる価電子帯側において顕著である。

【０００５】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的とするところは、高い外部量
子効率と高い応答速度とが共に得られる面発光素子を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、複数の障壁層および
複数の井戸層が交互に配置されて構成される量子井戸構
造の発光層と、その発光層を挟んで設けられてその発光
層で発生した光を反射させる光共振器を構成する一対の
反射層とを含む複数の化合物半導体層が積層されて成
り、その発光層で発生した光をそれら複数の化合物半導
体層の表面から取り出す形式の面発光素子であって、
(a) 前記複数の障壁層は、前記複数の井戸層の間に位置
して積層方向に向かってバンド構造が傾斜させられた傾
斜障壁層を含むことにある。

【０００７】

【発明の効果】このようにすれば、複数の障壁層は、複
数の井戸層の間に位置して積層方向に向かってバンド構
造が傾斜させられた傾斜障壁層を含んで構成される。そ
のため、傾斜障壁層では価電子帯上端のエネルギおよび
伝導帯下端のエネルギが傾斜させられていることから、
注入されたキャリアがそれらのエネルギの傾斜に沿って
速やかに移動させられるため、駆動電圧の印加が停止さ
せられる発光停止時において傾斜障壁層に残存するキャ
リアの移動速度が高められ、発光層内におけるキャリア
の移動速度が全体として高められる。したがって、多重
量子井戸構造とされた面発光素子において立ち下がり時
間ｔ_fが短くなって、高い外部量子効率と高い応答速度
とを共に備えた面発光素子が得られる。このような効果
は、キャリアのうち有効質量が大きく移動速度が電子に
比較して遅いホールが移動させられる価電子帯上端にお
いて顕著である。

【０００８】因みに、従来の多重量子井戸構造の面発光
素子においては、発光層内の障壁層はバンド構造すなわ
ち価電子帯上端および伝導帯下端のエネルギが、キャリ
アの移動方向である化合物半導体層の積層方法に平坦と
されていた。そのため、発光停止時に平坦なバンドの層
ができてキャリアの移動速度が専ら拡散速度に依存する
ことから、光共振器構造を構成するために井戸層間に位
置する障壁層が厚くされる場合に応答速度が低下させら
れていたのである。

【０００９】なお、上記傾斜障壁層のエネルギの傾斜方
向は、駆動電圧印加時のキャリアの移動方向に沿って低
くなる方向に限られず、その反対方向に傾斜させられ、
或いは、積層方向すなわち厚さ方向の中間位置から両方
向に低くなるように傾斜させられるものでもよい。すな
わち、上記傾斜障壁層は井戸層の間に位置しており、立
ち下がり時間ｔ_fは駆動電圧の非印加時におけるキャリ
アの移動速度（井戸層内で再結合させられるまでの時
間）に依存する。そのため、傾斜障壁層内に残るキャリ
アが何れかの井戸層内に速やかに移動すれば応答速度の
改善効果が得られることから、傾斜方向が印加時のキャ
リアの移動方向と相違しても何ら支障は生じないのであ
る。また、傾斜障壁層は、バンド構造すなわち価電子帯
上端および伝導帯下端のエネルギが連続的に変化させら
れるものであっても、段階的に変化させられるものであ
ってもよい。

【００１０】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記複数の障壁
層のうち、前記複数の井戸層の間に位置する全てが前記
傾斜障壁層として構成される。このようにすれば、井戸
層の間に位置する全ての障壁層のバンド構造が傾斜させ
られていることから、発光停止時にそれら障壁層内に残
存するキャリアの全てが速やかに井戸層内で再結合させ
られるため、一層応答速度が高められる。更に好適に
は、前記複数の障壁層のうち、前記複数の井戸層の外側
に位置するものも隣接する井戸層に向かってバンド構造
が傾斜させられた傾斜層として構成される。このように
すれば、発光層内に備えられている全ての障壁層のバン
ド構造が傾斜させられることから、発光停止時において
発光層内に残存する全てのキャリアが速やかに移動させ
られ且つ井戸層内で再結合させられるため、一層応答速
度が高められる。

【００１１】また、好適には、前記傾斜障壁層は、前記
積層方向に向かって化合物半導体の混晶比が変化させら
れることによりバンドギャップエネルギが傾斜させられ
たものである。このようにすれば、混晶比の傾斜によっ
て形成されるバンドギャップエネルギの傾斜に従ってバ
ンド構造すなわち価電子帯上端および伝導帯下端のエネ
ルギが傾斜させられることとなる。

【００１２】また、好適には、前記傾斜障壁層は、前記
積層方向に向かって不純物濃度が変化させられることに
よりバンドギャップエネルギが傾斜させられたものであ
る。このようにすれば、不純物濃度の傾斜によって形成
されるキャリア濃度の傾斜に従ってバンドギャップエネ
ルギが傾斜させられ、バンド構造すなわち価電子帯上端
および伝導帯下端のエネルギが真空準位に対して傾斜す
るように変位させられることから、バンド構造が傾斜さ
せられた傾斜障壁層が備えられる。

【００１３】また、好適には、前記傾斜障壁層のバンド
構造すなわち価電子帯上端および伝導帯下端のエネルギ
の傾斜は、前記複数の井戸層それぞれにキャリアが到達
する障壁層当たり0.05〜0.1(eV) 程度とされる。すなわ
ち、傾斜が大きいほど応答速度が向上させられることと
なるが、障壁層の価電子帯上端のエネルギの最小値が小
さく且つ伝導帯下端のエネルギの最大値が大きくなるほ
ど、すなわちバンドギャップエネルギが大きくなるほ
ど、駆動電圧（順方向電圧）が高くなることから、消費
電力を低減して高い信頼性を確保できる1.6 〜2.5(V)程
度の駆動電圧に止めるためには上記の範囲が望ましいの
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例におい
て、各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。

【００１５】図１は、本発明の面発光素子の一実施例で
ある面発光型発光ダイオード（以下、単に発光ダイオー
ドという）１０の構成を示す図である。図において、発
光ダイオード１０は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Orga
nic Chemical Vapor Deposition ：有機金属化学気相成
長）法等のエピタキシャル成長技術によって、基板１２
上に順次結晶成長させられた基板側反射層１４、第１バ
リア層１６、第１活性層１８、第２バリア層２０、第２
活性層２２、第３バリア層２４、第３活性層２６、第４
バリア層２８、放射面側反射層３０、クラッド層３２、
および電流阻止層３４と、基板１２の下面および電流阻
止層３４の上面にそれぞれ固着された下部電極３６およ
び上部電極３８とから構成されている。

【００１６】上記基板１２は、例えば350(μm)程度の厚
さのn-GaAs単結晶から成る化合物半導体である。また、
基板側反射層１４は、例えば70(nm)程度の厚さのn-AlAs
単結晶から成る化合物半導体と、例えば60(nm)程度の厚
さのn-Al_0.2Ga_0.8As単結晶から成る化合物半導体とを、
前者が基板１２側となるように交互に例えば３０組積層
して構成された所謂ｎ型の分布反射型半導体多層膜反射
層（ＤＢＲ）である。なお、この基板側反射層１４を構
成する各層の厚さは、第１活性層１８乃至第３活性層２
６（以下、特に区別しないときは活性層１８〜２６とい
う）で発生する光のピーク波長（個々の光のピーク波長
ではなく、後述の合成された光のピーク波長）の 1/4波
長程度となるように決定されている。

【００１７】また、第１バリア層１６乃至第４バリア層
２８（以下、特に区別しないときはバリア層１６〜２８
という）は、何れもi-Al_xGa_1-xAs単結晶から成る化合
物半導体である。各層の厚さは、第１バリア層１６およ
び第４バリア層２８が、それぞれ58(nm)程度に、第２バ
リア層２０および第３バリア層２４が、それぞれ116(n
m)程度とされている。したがって、活性層１８〜２６相
互の間隔ｄ₁₂、ｄ₂₃は、何れも116 (nm)程度にされてい
る。これらの間隔ｄ₁₂、ｄ₂₃は、後述の合成ピーク波長
すなわち共振波長の1/2 波長程度の値である。上記第１
バリア層１６乃至第４バリア層２８のAlの混晶比ｘは、
図２に示されるように、基板側反射層１４から放射面側
反射層３０に向かう方向において、第１、第２バリア層
１６、２０がそれぞれ直線的に少なくされている一方、
第３、第４バリア層２４、２８がそれぞれ直線的に多く
されている。すなわち、第３、第４バリア層２４、２８
は、放射面側反射層３０から基板側反射層１４に向かう
方向においてAlの混晶比ｘが直線的に少なくされてい
る。具体的には、それぞれの混晶比ｘは、第１バリア層
１６が基板側反射層１４との界面において0.4 程度、第
１活性層１８との界面において0.2 程度に、第２バリア
層２０が第１活性層１８との界面において0.4程度、第
２活性層２２との界面において0.2 程度に、第３バリア
層２４が第２活性層２２との界面において0.2 程度、第
３活性層２６との界面において0.4 程度に、第４バリア
層２８が第３活性層２６との界面において0.2 程度、放
射面側反射層３０との界面において0.4 程度にそれぞれ
設定されている。

【００１８】また、活性層１８〜２６は、何れも、i-Ga
As単結晶から成る化合物半導体によって構成された所謂
量子井戸である。各層の厚さは、例えば第１活性層１８
が7.5(nm) 程度、第２活性層２２が9.0(nm) 程度、第３
活性層２６が12.5(nm)程度とされている。そのため、活
性層１８、２２、２６の発光スペクトルの常温における
ピーク波長は、それぞれ838(nm) 程度、846(nm) 程度、
856(nm) 程度である。本実施例においては、活性層１８
〜２６および上記のバリア層１６〜２８が、量子井戸構
造の発光層を構成する複数の井戸層および複数の障壁層
にそれぞれ相当する。

【００１９】また、放射面側反射層３０は、例えば厚さ
が70(nm)程度のp-AlAs単結晶から成る化合物半導体と、
例えば厚さが60(nm)程度のp-Al_0.2Ga_0.8As単結晶から成
る化合物半導体とが、後者が第４バリア層２８側となる
ように交互に１０組積層されて構成された前記基板側反
射層１４と同様なＤＢＲである。本実施例においては、
これら基板側反射層１４および放射面側反射層３０が一
対の反射層に相当し、それらの間隔すなわち光共振器長
は、真空中（すなわち屈折率ｎ＝１）における長さに換
算した値で例えばＬ＝1260(nm)程度、すなわち後述の合
成光スペクトルのピーク波長（＝841[nm] ）の1.5 倍程
度の長さとされている。このため、活性層１８〜２６で
発生した光は、それら基板側反射層１４および放射面側
反射層３０において繰り返し反射されることとなり、図
に示されるように定在波４０を形成することとなる。す
なわち、基板側反射層１４および放射面側反射層３０
は、発光層で発生した光を繰り返し反射する光共振器を
構成する。このとき、光共振器長およびバリア層１６〜
２８の厚さが前述のように設定されていることから、図
に示されるように、活性層１８〜２６は全て定在波４０
の腹に位置する。

【００２０】また、クラッド層３２は、例えば厚さが2
(μm)程度のp-Al_0.2Ga_0.8As単結晶から成る化合物半導
体であり、電流阻止層３４は例えば厚さが1(μm)程度の
n-Al_0. ₂Ga_0.8As単結晶から成る化合物半導体である。こ
れらクラッド層３２の中央部上層側および電流阻止層３
４の表層側の図に斜線で示される一部には、ｐ型のドー
パントである不純物（例えばZn等）が高濃度で拡散され
た高濃度拡散領域４２が形成されており、その斜線に示
される高濃度拡散領域４２内においては、クラッド層３
２の導電性が高められると共に、電流阻止層３４の導電
型が反転させられてｐ型半導体にされている。このた
め、発光ダイオード１０には、電流阻止層３４の導電型
がクラッド層３２との境界まで反転させられた中央部の
通電可能領域を通る経路のみで通電可能な電流狭窄構造
が形成されている。

【００２１】また、前記下部電極３６は、例えば1(μm)
程度の厚さであって、例えば基板１２の下面全面にその
基板１２側から順にAu−Ge合金、NiおよびAuが積層形成
されたものである。また、上部電極３８は、例えば1(μ
m)程度の厚さであって、電流阻止層３４の表面４４の中
央部の円形領域を除く周縁部にその電流阻止層３４側か
ら順にAu−Zn合金およびAuが積層形成されたものであ
る。これら下部電極３６および上部電極３８は、何れも
オーミック電極である。

【００２２】また、上記電流阻止層３４の上部電極３８
の内周側に位置する円形領域には、例えば、直径50 (μ
m)程度の凹部４６が設けられている。前記の通電可能領
域はこの凹部４６の直下に同様な径寸法で設けられてお
り、光が射出される光取出部４８の直径と通電可能領域
の直径とは略同様である。なお、この凹部４６は、表面
４４側から不純物を拡散する際に通電可能領域を形成す
る範囲の拡散深さを深くする目的で、例えばエッチング
等によって形成されたものである。

【００２３】以上のように構成される発光ダイオード１
０は、例えば、以下のようにして製造される。先ず、例
えばＭＯＣＶＤ法によって基板１２上に基板側反射層１
４乃至電流阻止層３４を順次結晶成長させてエピタキシ
ャルウェハを作製する。次いで、電流阻止層３４の表面
４４のうち、中央部の例えば直径 50(μm)程度の円形領
域を除く部分にレジストを形成し、例えばアンモニアと
過酸化水素水とから成るエッチング液を用いて、表面４
４側からエッチング処理をする。これにより、電流阻止
層３４の中央部のみが選択的にエッチングされて前記凹
所４６が形成される。

【００２４】その後、レジストを除去して、例えば封管
拡散法等の熱拡散によって表面４４からZnの拡散処理を
行うことにより、凹所４６が形成されている部分はクラ
ッド層３２の中間の深さまで、凹所４６が形成されてい
ない部分は電流阻止層３４の中間の深さまで、それぞれ
Znがドーピングされ、前記の高濃度拡散領域４２が形成
される。なお、上記の封管拡散法は、エピタキシャルウ
ェハを拡散ソース（例えばZnAs₂）と共に石英アンプル
内に真空封入して、電気炉等で600(℃) 程度の温度で24
時間程度加熱するものである。この後、下部電極３６お
よび上部電極３８を形成し、更に、ダイシングによって
個々の発光ダイオードに対応するブロック毎に切断する
ことにより、前記の発光ダイオード１０が得られる。な
お、発光ダイオード１０は、例えば図示しないＴＯ１８
フラットステム等にダイボンディングされ且つシールさ
れた状態で用いられる。

【００２５】上記の発光ダイオード１０を使用するに際
しては、上部電極３８に正電圧が、下部電極３６に負電
圧がそれぞれ印加されることにより、前記の通電可能領
域を通る経路で発光ダイオード１０に上側から下側に向
かって電流が流れて活性層１８、２２、２６が励起され
て発光させられ、駆動電圧の印加が停止されることによ
り発光が停止させられる。このとき、発光層を構成する
バリア層１６〜２８は、前記図２に示されるように何れ
もAlの混晶比ｘが傾斜させられていることから、図３に
バンド構造を示されるように、発光層内においてバリア
層１６〜２８の伝導帯下端のエネルギＥc および価電子
帯上端のエネルギＥv が何れもキャリア（伝導帯側にお
いては電子、価電子帯側においては正孔すなわちホー
ル）の移動方向に沿って活性層１８〜２６の何れかに向
かって低くなるように傾斜させられている。すなわち、
本実施例においては、活性層１８〜２６の間に位置する
バリア層２０、２４は何れもバンド構造が傾斜させられ
た傾斜障壁層に相当し、更に、活性層１８〜２６の外側
に位置するバリア層１６、２８もバンド構造が傾斜した
傾斜層として構成されている。そのため、発光停止時に
おいて、その時まで注入されてバリア層１６〜２８に蓄
積されたキャリアが、上記エネルギの傾斜に沿って速や
かに活性層１８〜２６に移動させられてそこで再結合さ
せられることから、駆動電圧の印加を停止してから発光
が実際に停止するまでの立ち下がり時間ｔ_fが短くされ
て、高い応答速度が得られる。

【００２６】なお、上記のバンド構造において、伝導帯
下端のエネルギＥc は、第１バリア層１６および第２バ
リア層２０がそれぞれ3.37〜3.22(eV)程度、第３バリア
層２４および第４バリア層２８がそれぞれ3.22〜3.37(e
V)程度の範囲で傾斜させられている。また、価電子帯上
端のエネルギＥv は、第１バリア層１６および第２バリ
ア層２０がそれぞれ1.45〜1.55(eV)程度、第３バリア層
２４および第４バリア層２８がそれぞれ1.55〜1.45(eV)
程度の範囲で傾斜させられている。すなわち、第１バリ
ア層１６乃至第４バリア層２８のバンド構造の傾斜状態
は、キャリアの有効質量が大きい価電子帯上端のエネル
ギの傾斜の大きさがバリア層当たり0.1(eV) 程度と十分
に大きく、また、伝導帯下端のエネルギの傾斜が価電子
帯上端とは反対方向となって、第１バリア層１６乃至第
４バリア層２８にそれぞれ残る電子と正孔が活性層１８
乃至２６のうちの同一のものに移動させられるように設
定されている。

【００２７】しかも、３つの量子井戸から成る活性層１
８〜２６によって構成された発光層は、一対の反射層１
４、３０によって形成される光共振器（微小共振器）内
に設けられていることから、それら活性層１８〜２６で
発生し得るのは、共振条件を満足する波長の発光スペク
トル幅が狭い光のみとなる。ところが、発光ダイオード
１０の発光層を構成する活性層１８〜２６は、相互に異
なる厚さで設けられた量子井戸であることから、前記の
それぞれの発光ピーク（すなわちそれぞれを単独で発光
層として用いた場合の単層発光ピーク）が相互に異なる
ものとなって、射出される発光スペクトルは、それらが
重ね合わされた利得幅が広く出力が高い光となる。合成
された光のスペクトルのピーク波長（合成ピーク波長）
すなわち利得のピーク波長は、例えば841(nm) 程度であ
る。

【００２８】要するに、本実施例においては、複数のバ
リア層１６〜２８は、複数の活性層１８〜２６の間に位
置して積層方向に向かってバンド構造が傾斜させられた
傾斜障壁層に相当する第２バリア層２０および第３バリ
ア層２４を含んで構成される。そのため、これら第２バ
リア層２０および第３バリア層２４では価電子帯上端の
エネルギＥv および伝導帯下端のエネルギＥc が傾斜さ
せられていることから、注入されたキャリアがそれらバ
リア層２０、２４のエネルギの傾斜に沿って速やかに移
動させられるため、駆動電圧の印加が停止させられる発
光停止時においてバリア層２０、２４に残存するキャリ
アの移動速度が高められる。したがって、多重量子井戸
構造とされた発光ダイオード１０において立ち下がり時
間ｔ_fが短くなって、高い外部量子効率と高い応答速度
とを共に備えた面発光素子が得られる。しかも、本実施
例においては、活性層１８〜２６の外側に位置するバリ
ア層１６、２８もバンド構造が傾斜させられた傾斜層と
して構成されていることから、発光停止時にこれらに残
存するキャリアも同様に速やかに移動させられ且つ再結
合させられるため、一層高い応答速度が得られる。

【００２９】これに対して、従来の多重量子井戸構造の
発光ダイオードにおいては、図４にバンド構造を示され
るように、発光層に設けられるバリア層のうち活性層１
８〜２６相互の間に位置するバリア層５０、５２は、バ
ンド構造すなわち価電子帯上端および伝導帯下端のエネ
ルギＥv 、Ｅc が平坦とされていた。そのため、発光停
止時に平坦なバンドの層ができてキャリアの移動速度が
専ら拡散速度に依存することとなって、活性層１８〜２
６間に位置するバリア層２０、２４が厚くされる光共振
器構造を備えた発光ダイオードにおいては、応答速度が
低下させられていたのである。なお、上記従来の発光ダ
イオードでは、第１バリア層１６および第４バリア層２
８のエネルギＥv 、Ｅc が一点鎖線で示されるように平
坦にされるとは限られず、実線で示されるように傾斜構
造とされる場合もあったが、何れにしても井戸層１８乃
至２６間に位置するバリア層（第２バリア層５０、第３
バリア層５２）はエネルギＥv 、Ｅc が平坦とされてい
たことから、上記の問題が生じていた。

【００３０】また、本実施例においては、バリア層１６
〜２８の伝導帯下端および価電子帯上端におけるバリア
層当たりのエネルギの傾斜は、価電子帯では0.1(eV) 程
度、伝導帯では0.15(eV)程度とされる。したがって、バ
ンドギャップエネルギの最大値が十分に低く保たれて、
駆動電圧の増大が抑制されている。

【００３１】次に、本発明の他の実施例を説明する。な
お、以下の説明において、前述の実施例と共通する部分
は省略する。

【００３２】図５乃至図７は、それぞれ他の実施例の面
発光素子の要部である発光層のバンド構造を示す図であ
って、前記実施例の図３に対応する図である。図５にお
いて、活性層１８〜２６の間に位置するバリア層５４、
５６は、例えば、Alの混晶比ｘがバリア層５４において
は第１活性層１８から第２活性層２２に向かうに従って
大きくされ、バリア層５６においては第２活性層２２か
ら第３活性層２６に向かうに従って小さくされることに
より、価電子帯上端のエネルギＥv および伝導帯下端の
エネルギＥc の傾斜方向が前記図３とそれぞれ反対にさ
れている。このため、発光停止時において、バリア層５
４、５６に残存しているキャリアは、図３の場合とは反
対に、バリア層５４上のものが第１活性層１８に向かっ
て、バリア層５６上のものが第３活性層２６に向かって
それぞれ移動させられるが、このようにしても、駆動電
圧の印加が停止される際にキャリアが速やかに移動させ
られて活性層１８〜２６内で再結合させられることか
ら、前記実施例と同様に応答速度が向上させられる。

【００３３】また、図６に示される実施例においては、
発光層内に２つの活性層６２、６４が備えられており、
それらの間に位置するバリア層５８は、厚み方向（積層
方向すなわちキャリアの移動方向）の中央部から両活性
層６２、６４に向かって、価電子帯上端のエネルギＥv
および伝導帯下端のエネルギＥc が傾斜するバンド構造
とされている。このようにしても、発光停止時にバリア
層５８上に残留するキャリアが速やかに活性層６２、６
４内に移動させられることから、応答速度の向上効果が
同様に得られる。なお、本発明は、前記図３等に示され
るように３つの活性層１８〜２６を備える場合だけでな
く、活性層が複数備えられている面発光素子であれば、
図に示されるように２つの活性層６２、６４が備えられ
る場合や、４つ以上の活性層が備えられる場合にも同様
に適用されるのである。

【００３４】また、図７に示される実施例は、例えば、
バリア層６０の不純物濃度を積層方向に沿って変化させ
ることにより、バンドギャップエネルギを一定にしたま
ま、バンド構造すなわち伝導帯下端および価電子帯上端
のエネルギＥc 、Ｅv を傾斜させたものである。この場
合は、両者の傾斜方向が互いに反対となるが、このよう
にしても発光停止時にバリア層６０上に残留するキャリ
アが速やかに活性層６２、６４内に移動させられること
から、応答速度の向上効果が同様に得られる。すなわ
ち、バンド構造すなわち伝導帯下端および価電子帯上端
のエネルギＥc 、Ｅv を傾斜させる方法は、混晶比を変
化させる方法に限られず、不純物濃度を変化させること
によってもよい。

【００３５】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。

【００３６】例えば、実施例においては、本発明が発光
ダイオード１０に適用された場合について説明したが、
例えばＶＣＳＥＬ等の他の面発光素子の光共振器にも本
発明は同様に適用される。

【００３７】また、実施例においては、活性層１８等が
GaAsから構成されたAlGaAs系の発光ダイオード１０に本
発明が適用された場合について説明したが、各半導体層
が GaAsP単結晶や InGaAsP単結晶等の化合物半導体から
構成される場合にも、本発明は同様に適用される。

【００３８】また、実施例においては、半導体多層膜反
射層から成る基板側反射層１４および放射面側反射層３
０によって一対の反射層を構成したが、誘電体薄膜や金
属薄膜等から一対の反射層を構成してもよい。

【００３９】また、実施例においては、表面４４の中央
部に設けられた光取出部４８のみから光を取り出す点光
源用の発光ダイオード１０に本発明が適用された場合を
説明したが、表面４４の略全面から光を取り出す全面発
光型の発光ダイオード等にも本発明は同様に適用され
る。

【００４０】また、実施例においては、バリア層１６等
のエネルギの傾斜が価電子帯においてバリア層当たり0.
1(eV) 程度とされていたが、この値は順方向電圧がそれ
ほど高くならない範囲で適宜変更できる。

【００４１】また、実施例においては、バリア層１６〜
２８等の全てが傾斜構造とされていたが、少なくとも活
性層１８〜２６相互の間に位置するバリア層の一部が傾
斜構造とされていれば、本発明の効果を得ることができ
る。例えば、複数の活性層１８〜２６の外側に位置する
バリア層１６、２８は何れも傾斜構造とされていなくと
もよく、また、バリア層２０、２４の一方だけ、すなわ
ち複数の活性層の間に備えられている複数のバリア層の
うちの一部だけが傾斜構造とされていても本発明の効果
を得ることができる。

【００４２】また、実施例においては、活性層１８〜２
６の膜厚が相互に異なるものとされることにより、発光
層内にピーク波長が相互に異なる３つの井戸層が備えら
れていたが、発光層を構成する複数の井戸層は、何れも
同様なピーク波長となるように膜厚が設定されていても
良く、或いは、一部のピーク波長が同様にされると共に
残部のピーク波長が相違するように膜厚が設定されてい
ても差し支えない。

【００４３】その他、一々例示はしないが、本発明は、
その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面発光素子の一実施例の発光ダイオー
ドの構成を示す図である。

【図２】図１の発光ダイオードの発光部の混晶比の傾斜
を説明する図である。

【図３】図１の発光ダイオードのバンド構造の要部を説
明する図である。

【図４】従来の発光ダイオードのバンド構造の要部を説
明する図３に対応する図である。

【図５】本発明の他の実施例のバンド構造の要部を説明
する図である。

【図６】本発明の更に他の実施例のバンド構造の要部を
説明する図である。

【図７】本発明の更に他の実施例のバンド構造の要部を
説明する図である。

【符号の説明】

１０：発光ダイオード（面発光素子）｛１４：基板側反射層、３０：放射面側反射層｝（一対
の反射層）｛１８：第１活性層、２２：第２活性層、２６：第３活
性層｝（複数の井戸層）｛２０：第２バリア層、２４：第３バリア層｝（傾斜障
壁層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の障壁層および複数の井戸層が交互
に配置されて構成される量子井戸構造の発光層と、該発
光層を挟んで設けられて該発光層で発生した光を反射さ
せる光共振器を構成する一対の反射層とを含む複数の化
合物半導体層が積層されて成り、該発光層で発生した光
を該複数の化合物半導体層の表面から取り出す形式の面
発光素子であって、前記複数の障壁層は、前記複数の井戸層の間に位置して
積層方向に向かってバンド構造が傾斜させられた傾斜障
壁層を含むことを特徴とする面発光素子。
【請求項２】前記傾斜障壁層は、前記積層方向に向か
って化合物半導体の混晶比が変化させられることにより
バンドギャップエネルギが傾斜させられたものである請
求項１の面発光素子。
【請求項３】前記傾斜障壁層は、前記積層方向に向か
って不純物濃度が変化させられることによりバンドギャ
ップエネルギが傾斜させられたものである請求項１の面
発光素子。