半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件具有：下部包層(12)，其設(shè)于基板(10)上；有源層部(20)，其設(shè)于下部包層上(12)，包括量子阱層(24)以及在與(24)量子阱層之間隔著第2勢(shì)壘層(22b)配置的多個(gè)量子點(diǎn)(28)；以及上部包層(14)，其設(shè)于有源層部(20)上，量子阱層(24)和多個(gè)量子點(diǎn)(28)之間的間隔(D)小于多個(gè)量子點(diǎn)(28)各自的中心之間的間隔(X)的平均值。
【專利說明】
半導(dǎo)體發(fā)光元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，在尋求適合于例如0CT(0ptical Coherence Tomography:光學(xué)相干層析 成像技術(shù))等光傳感的、發(fā)光波長(zhǎng)范圍較寬的發(fā)光元件。例如，提出了量子阱-量子點(diǎn)的混合 構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光元件(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。該混合構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光元件利用來自 量子阱及量子點(diǎn)的波長(zhǎng)彼此不同的發(fā)光，實(shí)現(xiàn)較寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。并且，已知在自形成的 量子點(diǎn)的周圍形成有應(yīng)變場(chǎng)，在該應(yīng)變場(chǎng)的影響涉及到量子阱層時(shí)，量子阱層的帶隙能量 變化(例如，參照非專利文獻(xiàn)2~4)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 非專利文獻(xiàn)
[0005] 非專利文獻(xiàn) 1: Siming Chen等7人、"Hybrid Quantum We 11/Quantum Dot Structure for Broad Spectral Bandwidth Emitters"、IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTR0NICS、2013年、第 19卷、第4號(hào)
[0006] 非專利文獻(xiàn)2: John Η·Davies、"Quantum dots induced by strain from buried and surface stressors"、APPLIED PHYSICS LETTERS、1999年、第75卷、第26號(hào)、p.4141-4144
[0007] 非專利文獻(xiàn)3 :Μ· Sopanen等2人、"Strain-induced quantum dots by self-organized stressors"、APPLIED PHYSICS LETTERS、1995年、第66卷、第 18號(hào)、p.2363-2366
[0008] 非專利文南犬4 :Η· Lipsanen等2人、"Luminescence from excited states in strain-induced InxGal-xAs quantum dots"、PHYSICS REVIEW B、1995年、第51 卷、第19 號(hào)、p.13868-13871

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的問題
[0010] 在非專利文獻(xiàn)1所記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，將量子阱及量子點(diǎn)各自的發(fā)光疊加， 實(shí)現(xiàn)較寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。因此，為尋求來自量子阱及量子點(diǎn)各自的發(fā)光還有改進(jìn)的余地， 例如在不能得到來自量子點(diǎn)的發(fā)光的波長(zhǎng)范圍中不能擴(kuò)大發(fā)光波長(zhǎng)范圍等。
[0011] 本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，提供能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的發(fā)光波長(zhǎng) 范圍的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0012] 用于解決問題的手段
[0013] 本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的特征在于，該半導(dǎo)體發(fā)光元件具有:下部包層，其設(shè)于 基板上;有源層部，其設(shè)于所述下部包層上，包括量子阱層以及在與所述量子阱層之間隔著 勢(shì)皇層配置的多個(gè)量子點(diǎn)；以及上部包層，其設(shè)于所述有源層部上，所述量子阱層與所述多 個(gè)量子點(diǎn)之間的間隔小于所述多個(gè)量子點(diǎn)各自的中心之間的間隔的平均值。根據(jù)本發(fā)明， 能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。
[0014] 在上述結(jié)構(gòu)中，所述量子阱層與所述多個(gè)量子點(diǎn)之間的間隔為所述多個(gè)量子點(diǎn)各 自的中心之間的間隔的平均值的1/3以上且2/3以下。
[0015] 在上述結(jié)構(gòu)中，所述量子阱層與所述多個(gè)量子點(diǎn)之間的所述勢(shì)皇層的厚度為在所 述量子阱層與所述多個(gè)量子點(diǎn)之間不能流過隧道電流的厚度。
[0016] 在上述結(jié)構(gòu)中，所述量子阱層構(gòu)成為在與所述基板的上表面平行的方向上，由于 所述多個(gè)量子點(diǎn)的應(yīng)變場(chǎng)的影響，帶隙能量得以進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0017] 在上述結(jié)構(gòu)中，所述量子阱層和所述量子點(diǎn)是III-V族化合物半導(dǎo)體層，所述量子 阱層和所述量子點(diǎn)中的至少一方包含作為III族元素的In。
[0018] 在上述結(jié)構(gòu)中，所述量子阱層是InGaAs層，所述量子點(diǎn)是InAs。
[0019] 在上述結(jié)構(gòu)中，所述量子阱層是GaAs層，所述量子點(diǎn)是AlInAs。
[0020] 在上述結(jié)構(gòu)中，所述量子阱層和所述量子點(diǎn)中的至少一方包含作為V族元素的氮。
[0021] 在上述結(jié)構(gòu)中，所述有源層部包含多個(gè)所述量子阱層，所述多個(gè)量子阱層的厚度 彼此不同。
[0022]發(fā)明效果
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。
【附圖說明】
[0024] 圖1(a)是實(shí)施例1的與發(fā)光二極管的端面平行的方向的剖面圖，圖1(b)是與側(cè)面 平行的方向的剖面圖。
[0025] 圖2是示出實(shí)施例1的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。
[0026] 圖3是示出量子點(diǎn)的俯視圖。
[0027] 圖4(a)及圖4(b)是示出比較例1和比較例2的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。
[0028] 圖5(a)及圖5(b)是示出比較例1和比較例2的發(fā)光二極管的電致發(fā)光測(cè)定的測(cè)定 結(jié)果的圖。
[0029] 圖6是示出混合構(gòu)造的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜的示意圖。
[0030] 圖7(a)及圖7(b)是示出實(shí)施例1的發(fā)光二極管的電致發(fā)光測(cè)定的測(cè)定結(jié)果的圖。
[0031] 圖8是用于說明發(fā)光波長(zhǎng)寬度變寬的理由的有源層部的剖面圖。
[0032]圖9是示出實(shí)施例1的變形例1的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。
[0033]圖10是示出實(shí)施例1的變形例2的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。
[0034]圖11是示出實(shí)施例1的變形例3的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面，參照【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施例。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 圖1(a)是實(shí)施例1的與發(fā)光二極管的端面平行的方向的剖面圖，圖1(b)是與側(cè)面 平行的方向的剖面圖。如圖1(a)及圖1(b)所示，實(shí)施例1的發(fā)光二極管100在基板10上設(shè)有 下部包層12?；?0例如是η型GaAs基板。下部包層12例如是η型AlGaAs層。另外，也可以在 基板10與下部包層12之間設(shè)有例如作為η型GaAs層的緩沖層。
[0038] 在下部包層12上設(shè)有有源層部20。關(guān)于有源層部20的詳細(xì)情況在后面進(jìn)行說明。 在有源層部20上設(shè)有上部包層14。上部包層14呈現(xiàn)孤立的突起形狀。上部包層14例如是p型 AlGaAs層。在上部包層14上設(shè)有p電極16,在基板10下面設(shè)有η電極18。？電極16例如是從上 部包層14側(cè)層疊 Au、Zn、Au而形成的金屬膜。η電極18例如是從基板10側(cè)層疊 InGe、Au形成的 金屬膜。另外，也可以在上部包層14與p電極16之間設(shè)有例如作為p型GaAs層的接觸層。
[0039] 圖2是示出實(shí)施例1的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。如圖2所示，有源層部20包 括第1勢(shì)皇層22a~第3勢(shì)皇層22c、量子阱層24、InGaAs層26、潤(rùn)濕層27、和多個(gè)量子點(diǎn)28。在 第1勢(shì)皇層22a上設(shè)有量子阱層24,在量子阱層24上設(shè)有第2勢(shì)皇層22b。在第2勢(shì)皇層22b上 設(shè)有多個(gè)量子點(diǎn)28,在與多個(gè)量子點(diǎn)28相同材料的潤(rùn)濕層27上設(shè)有InGaAs層26。在這些多 個(gè)量子點(diǎn)28及InGaAs層26上設(shè)有第3勢(shì)皇層22c。量子阱層24與多個(gè)量子點(diǎn)28之間的間隔D (即量子阱層24的上表面與多個(gè)量子點(diǎn)28的下端之間的間隔），小于多個(gè)量子點(diǎn)28各自的中 心之間的間隔X的平均值。
[0040] 第1勢(shì)皇層22a~第3勢(shì)皇層22c由帶隙能量比量子阱層24大的材料構(gòu)成，例如是 GaAs層。量子阱層24例如是InGaAs層。多個(gè)量子點(diǎn)28由帶隙能量比第1勢(shì)皇層22a~第3勢(shì)皇 層22c小的材料構(gòu)成，例如由InAs構(gòu)成。潤(rùn)濕層27由與多個(gè)量子點(diǎn)28相同的材料構(gòu)成，例如 由InAs構(gòu)成。多個(gè)量子點(diǎn)28利用以S-K(Stranski-Krastanov)生長(zhǎng)模式為基礎(chǔ)的自形成生 長(zhǎng)法形成。即，通過在第2勢(shì)皇層22b上外延生長(zhǎng)與基板10不同的晶格常數(shù)的材料（例如 InAs)，首先產(chǎn)生二維的層狀生長(zhǎng)，生長(zhǎng)量逐漸增加時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)槿S生長(zhǎng)來形成多個(gè)量子點(diǎn) 28,以便抑制以晶格常數(shù)差為起因的變形能量的增大。
[0041] 圖3是示出量子點(diǎn)的俯視圖。另外，對(duì)InGaAs層26和潤(rùn)濕層27省略了圖示。如圖3所 示，在第1勢(shì)皇層22b上多個(gè)量子點(diǎn)28分散在各處。多個(gè)量子點(diǎn)28的面密度例如是1 X 109~1 X10nCnf2。能夠根據(jù)生長(zhǎng)條件控制多個(gè)量子點(diǎn)28的面密度，在一般的生長(zhǎng)條件下達(dá)到上述 的范圍。并且，在一般的生長(zhǎng)條件下，量子點(diǎn)28的高度例如達(dá)到4~12nm，量子點(diǎn)28的直徑例 如達(dá)到20~30nm，多個(gè)量子點(diǎn)28各自的中心之間的間隔X的平均值例如達(dá)到25~300nm。多 個(gè)量子點(diǎn)28各自的中心之間的間隔X的平均值例如能夠通過計(jì)算多個(gè)量子點(diǎn)28的面密度的 倒數(shù)的平方根來求出。
[0042]在此，說明發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。首先，說明對(duì)比較例1及比較例2的發(fā)光二極管進(jìn)行 的實(shí)驗(yàn)。圖4(a)及圖4(b)是示出比較例1和比較例2的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。如 圖4(a)所示，比較例1的發(fā)光二極管的有源層部80呈現(xiàn)了在第1勢(shì)皇層82a和第2勢(shì)皇層82b 之間夾住了量子阱層84勢(shì)皇勢(shì)皇的構(gòu)造。比較例1的發(fā)光二極管的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相 同，因而省略說明。這樣，比較例1是具有量子阱構(gòu)造的發(fā)光二極管。如圖4(b)所示，比較例2 的發(fā)光二極管的有源層部90呈現(xiàn)如下的構(gòu)造:在第1勢(shì)皇層92a上設(shè)有多個(gè)量子點(diǎn)98,在與 多個(gè)量子點(diǎn)98相同材料的潤(rùn)濕層97上設(shè)有InGaAs層96。并且，在這些多個(gè)量子點(diǎn)98及 InGaAs層96上設(shè)有第2勢(shì)皇層92b。比較例2的發(fā)光二極管的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，因而 省略說明。這樣，比較例2是具有量子點(diǎn)構(gòu)造的發(fā)光二極管。
[0043] 發(fā)明人制作了比較例1及比較例2的發(fā)光二極管，并進(jìn)行了電致發(fā)光測(cè)定。所制作 的比較例1的發(fā)光二極管的具體結(jié)構(gòu)如表1所示，所制作的比較例2的發(fā)光二極管的具體結(jié) 構(gòu)如表2所示。
[0044] [表1]
[0045]
[0046] 如表1所示，所制作的比較例1的發(fā)光二極管的基板10使用η型GaAs基板，在基板10 與下部包層12之間設(shè)置由膜厚200nm的η型GaAs層構(gòu)成的緩沖層。下部包層12使用膜厚 400nm的η型Alo. 35Ga〇. 65As層。構(gòu)成有源層部80的第1勢(shì)皇層82a是膜厚76 · 5nm的GaAs層，量子 阱層84是膜厚7. Onm的Ino. 34Ga〇. 66As層，第2勢(shì)皇層82b是膜厚100nm的GaAs層。上部包層14使 用膜厚400nm的p型Alo.35Gao.65As層。并且，在上部包層14上設(shè)置由膜厚lOOnm的p型GaAs層構(gòu) 成的接觸層。
[0047] [表2]
[0048]
[0049] 如表2所示，所制作的比較例2的發(fā)光二極管將構(gòu)成有源層部90的第1勢(shì)皇層92a設(shè) 為膜厚76.5nm的GaAs層，將多個(gè)量子點(diǎn)98設(shè)為相當(dāng)于供給量0.7nm厚的InAs、設(shè)其高度約為 5nm，將InGaAs層96設(shè)為膜厚1. Onm的Ino.i8Gao.82As層，將第2勢(shì)皇層92b設(shè)為膜厚lOOnm的 GaAs層。并且，多個(gè)量子點(diǎn)98的面密度為2X101()Cnf2。其它方面與表1所示的比較例1的發(fā)光 二極管相同。
[0050] 圖5(a)及圖5(b)是示出比較例1和比較例2的發(fā)光二極管的電致發(fā)光測(cè)定的測(cè)定 結(jié)果的圖。另外，電致發(fā)光測(cè)定是在20°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行，對(duì)比較例1的發(fā)光二極管，按照 40mA刻度將注入電流從OmA提高到400mA而測(cè)定發(fā)光光譜，對(duì)比較例2的發(fā)光二極管，按照 20mA刻度將注入電流從OmA提高到200mA而測(cè)定發(fā)光光譜。如圖5(a)所示，作為具有量子阱 構(gòu)造的發(fā)光二極管的比較例1，在1080nm附近具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)。如圖5(b)所示，作為具有 量子點(diǎn)構(gòu)造的發(fā)光二極管的比較例2,在1190nm附近和1290nm附近具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)。在 1290nm附近具有峰值的發(fā)光是來自基底狀態(tài)的發(fā)光，在1190nm附近具有峰值的發(fā)光是來自 第1激勵(lì)狀態(tài)的發(fā)光。
[0051] 在此，對(duì)在非專利文獻(xiàn)1的混合構(gòu)造的發(fā)光二極管中來自量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)比量 子點(diǎn)短的情況下的發(fā)光光譜進(jìn)行說明。圖6是示出混合構(gòu)造的發(fā)光二極管的發(fā)光光譜的示 意圖。如圖6所示，通過分別產(chǎn)生來自量子阱的發(fā)光和來自量子點(diǎn)的發(fā)光，并使分別來自量 子阱和量子點(diǎn)的發(fā)光疊加，能夠得到較寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。但是，在這種情況下，由于尋求 分別來自量子阱和量子點(diǎn)的發(fā)光，因而存在例如在不能得到來自量子點(diǎn)的發(fā)光的波長(zhǎng)范圍 中不能擴(kuò)大發(fā)光波長(zhǎng)范圍等問題。
[0052]下面，說明對(duì)實(shí)施例1的發(fā)光二極管進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。發(fā)明人制作了使構(gòu)成有源層部20 的第1勢(shì)皇層22a和第2勢(shì)皇層22b的膜厚不同的兩個(gè)試樣(試樣1及試樣2)，進(jìn)行了電致發(fā)光 測(cè)定。所制作的實(shí)施例1的發(fā)光二極管(試樣1及試樣2)的具體結(jié)構(gòu)如表3所示。
[0053] [表 3]
[0054]
[0055]如表3所示，所制作的試樣1將構(gòu)成有源層部20的第1勢(shì)皇層22a設(shè)為膜厚56.5nm的 GaAs層，將量子阱層24設(shè)為膜厚7nm的InQ.34GaQ. 66AS層。將第2勢(shì)皇層22b設(shè)為膜厚35.5nm的 GaAs層，將多個(gè)量子點(diǎn)28設(shè)為相當(dāng)于供給量0.7nm厚的InAs、設(shè)其高度約為5nm，將InGaAs層 26設(shè)為膜厚1 · Onm的In〇. i8Ga〇.82As層，將第3勢(shì)皇層22c設(shè)為膜厚100nm的GaAs層。并且，多個(gè) 量子點(diǎn)28的面密度為2 X101<3Cnf2。即，多個(gè)量子點(diǎn)28各自的中心之間的間隔的平均值為 70nm。其它方面與表1所示的比較例1的發(fā)光二極管相同。
[0056]所制作的試樣2將構(gòu)成有源層部20的第1勢(shì)皇層22a設(shè)為膜厚76.5nm的GaAs層，將 量子阱層24設(shè)為膜厚7nm的In〇. 34Ga〇. 66As層。將第2勢(shì)皇層22b設(shè)為膜厚15 · 5nm的GaAs層，將 多個(gè)量子點(diǎn)28設(shè)為相當(dāng)于供給量0.7nm厚的InAs、設(shè)其高度約為5nm，將InGaAs層26設(shè)為膜 厚l.Onm的In Q.18GaQ.82As層，將第3勢(shì)皇層22c設(shè)為膜厚lOOnm的GaAs層。并且，多個(gè)量子點(diǎn)28 的面密度為5 X 101<3Cnf2。即，多個(gè)量子點(diǎn)28各自的中心之間的間隔的平均值為45nm。其它方 面與表1所示的比較例1的發(fā)光二極管相同。
[0057]圖7(a)及圖7(b)是示出實(shí)施例1的發(fā)光二極管的電致發(fā)光測(cè)定的測(cè)定結(jié)果的圖。 另外，電致發(fā)光測(cè)定是在20°C的環(huán)境溫度下進(jìn)行，對(duì)試樣1按照20mA刻度將注入電流從OmA 提高到300mA而測(cè)定發(fā)光光譜，對(duì)試樣2按照10mA刻度將注入電流從OmA提高到100mA測(cè)定發(fā) 光光譜。如圖7(a)及圖7(b)所示，對(duì)于在1080nm附近具有發(fā)光峰值波長(zhǎng)的來自量子阱的發(fā) 光，可知實(shí)施例1的發(fā)光二極管(試樣1和試樣2)與圖5(a)所不的比較例1的發(fā)光二極管相 比，發(fā)光波長(zhǎng)寬度變寬。實(shí)施例1的發(fā)光二極管的來自量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)寬度（例如3dB帶 寬）與比較例1相比達(dá)到例如2倍左右。另外，在圖7 (b)中，在980nm附近也具有發(fā)光的峰值， 但這是基于什么的發(fā)光尚不明確。
[0058]這樣，在實(shí)施例1中，與比較例1相比，來自量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)寬度變寬，這被認(rèn)為 是基于以下的理由。圖8是用于說明發(fā)光波長(zhǎng)寬度變寬的理由的有源層部的剖面圖。另外， 在圖8中為了使圖清晰而省略了陰影部分。如圖8所示，利用基于S-K模式的自形成生長(zhǎng)法形 成的量子點(diǎn)28在其周邊形成應(yīng)變場(chǎng)(虛線）。量子阱層24與多個(gè)量子點(diǎn)28之間的間隔D小于 多個(gè)量子點(diǎn)28各自的中心之間的間隔X的平均值，因而量子點(diǎn)28的應(yīng)變場(chǎng)的影響在量子阱 層24中的量子點(diǎn)28下方的區(qū)域30中比較大，但在臨近的量子點(diǎn)28的中央部分下方的區(qū)域32 中比較小。如非專利文獻(xiàn)2~4所記載的那樣，量子點(diǎn)28的應(yīng)變場(chǎng)使量子阱層24的帶隙能量 減小。因此，量子阱層24中的量子點(diǎn)28下方的區(qū)域30的帶隙能量比臨近的量子點(diǎn)28的中央 部分下方的區(qū)域32小。即，量子阱在與基板10的上表面平行的方向上，量子阱層24的帶隙能 量得以調(diào)節(jié)。因此，認(rèn)為如圖7(a)及圖7(b)那樣來自量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)寬度變寬。
[0059]根據(jù)實(shí)施例1，有源層部20包括量子阱層24以及在與量子阱層24之間隔著第2勢(shì)皇 層22b配置的多個(gè)量子點(diǎn)28。并且，量子阱層24與多個(gè)量子點(diǎn)28之間的間隔D小于多個(gè)量子 點(diǎn)28各自的中心之間的間隔X的平均值。因此，如在圖8中說明的那樣，量子阱層24在與基板 10的上表面平行的方向上，由于多個(gè)量子點(diǎn)28的應(yīng)變場(chǎng)的影響，帶隙能量得以調(diào)節(jié)。因此， 如圖7(a)及圖7(b)所示能夠擴(kuò)大來自量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)寬度，其結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的發(fā) 光波長(zhǎng)范圍。
[0060] 在非專利文獻(xiàn)1所記載的發(fā)光二極管中，在不能得到分別來自量子阱及量子點(diǎn)的 發(fā)光的波長(zhǎng)范圍中，難以擴(kuò)大發(fā)光波長(zhǎng)范圍，而在實(shí)施例1中，只要能夠得到來自量子阱的 發(fā)光就能夠擴(kuò)大發(fā)光波長(zhǎng)范圍。因此，例如在量子阱層24使用GaAs層時(shí)也能夠擴(kuò)大發(fā)光波 長(zhǎng)范圍，在眼科的〇CT(光學(xué)相干層析成像，Optical Coherence tomography)中所使用的 800~900nm中能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。并且，只要能夠得到來自量子阱的發(fā)光即可， 因而從多個(gè)量子點(diǎn)28不產(chǎn)生發(fā)光時(shí)、例如多個(gè)量子點(diǎn)28由不發(fā)光的材料構(gòu)成時(shí)也沒關(guān)系。 在這種情況下，能夠增強(qiáng)基于注入電流的量子阱的發(fā)光強(qiáng)度。當(dāng)然，也可以使從多個(gè)量子點(diǎn) 28發(fā)光，由此實(shí)現(xiàn)更寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。
[0061] 在量子阱層24與多個(gè)量子點(diǎn)28之間的間隔D過短時(shí)，導(dǎo)致量子阱層24中多個(gè)量子 點(diǎn)28的應(yīng)變場(chǎng)的影響較大的區(qū)域和較小的區(qū)域的尺寸平衡變差。相反，在量子阱層24與多 個(gè)量子點(diǎn)28的間隔D過長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)致在量子阱層24的整個(gè)區(qū)域中接受一樣的多個(gè)量子點(diǎn)28的 應(yīng)變場(chǎng)的影響。鑒于這些情況，從適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)量子阱層24的帶隙能量的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選量子 阱層24與多個(gè)量子點(diǎn)28的間隔D為多個(gè)量子點(diǎn)28各自的中心之間的間隔X的平均值的1/4以 上且3/4以下，比較優(yōu)選1/3以上且2/3以下，更優(yōu)選2/5以上且3/5以下，最優(yōu)選為1/2。
[0062]并且，優(yōu)選量子阱層24與多個(gè)量子點(diǎn)28之間的第2勢(shì)皇層22b的厚度為，在量子阱 層24與多個(gè)量子點(diǎn)28之間不能流過隧道電流的厚度。由此，能夠提高來自量子阱的發(fā)光強(qiáng) 度。
[0063]量子阱層24和量子點(diǎn)28能夠由III-V族化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成，量子阱層24和量子 點(diǎn)28至少一方包含作為III組元素的In。例如，可以是如實(shí)施例1那樣的結(jié)構(gòu)，基板10由GaAs 層構(gòu)成，量子阱層24由InGaAs層構(gòu)成，第1~第3勢(shì)皇層22a~22c由GaAs層構(gòu)成，多個(gè)量子點(diǎn) 28由InAs構(gòu)成，量子講在lOOOnm~1200nm的范圍內(nèi)從量子講進(jìn)行發(fā)光。并且，如上所述量子 阱層24也可以由GaAs層構(gòu)成，在這種情況下，多個(gè)量子點(diǎn)28能夠使用例如AlInAs。
[0064] 并且，例如也可以是基板10由GaAs基板構(gòu)成，量子阱層24由AlGalnP層構(gòu)成，第1~ 第3勢(shì)皇層22a~22c由AlGalnP層構(gòu)成，多個(gè)量子點(diǎn)28由InP構(gòu)成，量子阱在630nm~850nm的 范圍內(nèi)從量子阱進(jìn)行發(fā)光。例如，也可以是基板10由InP基板構(gòu)成，量子阱層24由InGaAsP層 和A1 InGaAs層構(gòu)成，第1~第3勢(shì)皇層22a~22c由InGaAsP層和AlGalnGaAs層構(gòu)成，多個(gè)量子 點(diǎn)28由InAs構(gòu)成，從量子講進(jìn)行1200nm~1700nm的發(fā)光。例如，也可以是量子講層24和量子 點(diǎn)28中的至少一方包含作為V族元素的氮(N)，也可以是基板10由GaN基板構(gòu)成，量子阱層24 由InGaN層構(gòu)成，第1~第3勢(shì)皇層22a~22c由AlGaN層構(gòu)成，多個(gè)量子點(diǎn)28由InN構(gòu)成，從量 子講進(jìn)行300nm~600nm的發(fā)光。
[0065] 圖9是示出實(shí)施例1的變形例1的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。如圖9所示，實(shí) 施例1的變形例1的發(fā)光二極管的有源層部40與實(shí)施例1相比，量子阱層44和多個(gè)量子點(diǎn)48 的位置相反。即，在第1勢(shì)皇層42a上設(shè)有多個(gè)量子點(diǎn)48,在與多個(gè)量子點(diǎn)48相同材料的潤(rùn)濕 層47上設(shè)有InGaAs層46。在這些多個(gè)量子點(diǎn)48及InGaAs層46上設(shè)有第2勢(shì)皇層42b。在第2勢(shì) 皇層42b上設(shè)有量子阱層44，在量子阱層44上設(shè)有第3勢(shì)皇層42c。實(shí)施例1的變形例1的發(fā)光 二極管的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，因而省略說明。
[0066]在實(shí)施例1的變形例1的情況下，通過使量子阱層44與多個(gè)量子點(diǎn)48之間的間隔D (即，量子阱層44的下表面和多個(gè)量子點(diǎn)48的上端之間的間隔）小于多個(gè)量子點(diǎn)48各自的中 心之間的間隔的平均值，也能夠擴(kuò)大來自量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)寬度，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的發(fā)光波 長(zhǎng)范圍。
[0067]圖10是示出實(shí)施例1的變形例2的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。如圖10所示， 實(shí)施例1的變形例2的發(fā)光二極管的有源層部50是組合了實(shí)施例1的發(fā)光二極管的有源層部 20和實(shí)施例1的變形例1的發(fā)光二極管的有源層部40而得到的構(gòu)造。即，在第1勢(shì)皇層52a上 設(shè)有第1量子阱層54a，在第1量子阱層54a上設(shè)有第2勢(shì)皇層52b。在第2勢(shì)皇層52b上設(shè)有多 個(gè)量子點(diǎn)58,在與多個(gè)量子點(diǎn)58相同材料的潤(rùn)濕層57上設(shè)有InGaAs層56。在這些多個(gè)量子 點(diǎn)58及InGaAs層56上設(shè)有第3勢(shì)皇層52c。在第3勢(shì)皇層52c上設(shè)有第2量子阱層54b，在第2量 子阱層54b上設(shè)有第4勢(shì)皇層52d。實(shí)施例1的變形例2的發(fā)光二極管的其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相 同，因而省略說明。
[0068]在實(shí)施例1的變形例2的情況下，也使第1量子阱層54a與多個(gè)量子點(diǎn)58的間隔D1以 及第2量子阱層54b與多個(gè)量子點(diǎn)58之間的間隔D2小于多個(gè)量子點(diǎn)58各自的中心之間的間 隔的平均值。由此，能夠擴(kuò)大來自量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)寬度，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。 [0069]并且，在有源層部50包含多個(gè)量子阱層(第1量子阱層54a和第2量子阱層54b)的情 況下，優(yōu)選第1量子阱層54a和第2量子阱層54b的厚度彼此不同。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)更寬的發(fā)光 波長(zhǎng)范圍。
[0070]圖11是示出實(shí)施例1的變形例3的發(fā)光二極管的有源層部的剖面圖。如圖11所示， 實(shí)施例1的變形例3的發(fā)光二極管的有源層部60呈現(xiàn)了在實(shí)施例1的變形例2的發(fā)光二極管 的有源層部50的上側(cè)及下側(cè)還設(shè)置多個(gè)量子點(diǎn)的構(gòu)造。即，在第1勢(shì)皇層62a上設(shè)有多個(gè)第1 量子點(diǎn)68a，在與多個(gè)第1量子點(diǎn)68a相同材料的第1潤(rùn)濕層67a上設(shè)有第llnGaAs層66a。在這 些多個(gè)第1量子點(diǎn)68a及第llnGaAs層66a上設(shè)有第2勢(shì)皇層62b。在第2勢(shì)皇層62b上設(shè)有第1 量子阱層64a，在第1量子阱層64a上設(shè)有第3勢(shì)皇層62c。在第3勢(shì)皇層62c上設(shè)有多個(gè)第2量 子點(diǎn)68b，在與多個(gè)第2量子點(diǎn)68b相同材料的第2潤(rùn)濕層67b上設(shè)有第2InGaAs層66b。在這些 多個(gè)第2量子點(diǎn)68b及第2InGaAs層66b上設(shè)有第4勢(shì)皇層62d。在第4勢(shì)皇層62d上設(shè)有第2量 子阱層64b，在第2量子阱層64b上設(shè)有第5勢(shì)皇層62e。在第5勢(shì)皇層62e上設(shè)有多個(gè)第3量子 點(diǎn)68c，在與多個(gè)第3量子點(diǎn)68c相同材料的第3潤(rùn)濕層67c上設(shè)有第3InGaAs層66c。在這些多 個(gè)第3量子點(diǎn)68c及第3InGaAs層66c上設(shè)有第6勢(shì)皇層62f。
[0071] 在實(shí)施例1的變形例3的情況下，也使第1量子阱層64a與多個(gè)第1量子點(diǎn)68a之間的 間隔D1小于多個(gè)第1量子點(diǎn)68a各自的中心之間的間隔的平均值。使第1量子阱層64a與多個(gè) 第2量子點(diǎn)68b之間的間隔D2以及第2量子講層64b與多個(gè)第2量子點(diǎn)68b之間的間隔D3小于 多個(gè)第2量子點(diǎn)68b各自的中心之間的間隔的平均值。使第2量子阱層64b與多個(gè)第3量子點(diǎn) 68c之間的間隔D4小于多個(gè)第3量子點(diǎn)68c各自的中心之間的間隔的平均值。由此，能夠擴(kuò)大 來自量子阱的發(fā)光波長(zhǎng)寬度，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。并且，通過使第1量子阱層64a 和第2量子阱層64b的厚度彼此不同，能夠?qū)崿F(xiàn)更寬的發(fā)光波長(zhǎng)范圍。
[0072] 在實(shí)施例1中，示出了下部包層是η型半導(dǎo)體、上部包層是p型半導(dǎo)體的示例，但也 可以是相反的情況，即下部包層是Ρ型半導(dǎo)體、上部包層是η型半導(dǎo)體。
[0073] 以上詳細(xì)說明了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，但本發(fā)明不限于該特定的實(shí)施例，能夠 在權(quán)利要求書所記載的本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形、變更。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件具有： 下部包層，其設(shè)于基板上； 有源層部，其設(shè)于所述下部包層上，包括量子阱層以及在與所述量子阱層之間隔著勢(shì) 皇層配置的多個(gè)量子點(diǎn)；以及 上部包層，其設(shè)于所述有源層部上， 所述量子阱層與所述多個(gè)量子點(diǎn)之間的間隔小于所述多個(gè)量子點(diǎn)各自的中心之間的 間隔的平均值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述量子阱層與所述多個(gè)量子點(diǎn)之間的間隔為所述多個(gè)量子點(diǎn)各自的中心之間的間 隔的平均值的1/3以上且2/3以下。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述量子阱層與所述多個(gè)量子點(diǎn)之間的所述勢(shì)皇層的厚度為在所述量子阱層與所述 多個(gè)量子點(diǎn)之間不能流過隧道電流的厚度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述量子阱層在與所述基板的上表面平行的方向上，由于所述多個(gè)量子點(diǎn)的應(yīng)變場(chǎng)的 影響而使帶隙能量得以調(diào)節(jié)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述量子阱層和所述量子點(diǎn)是III-V族化合物半導(dǎo)體層，所述量子阱層和所述量子點(diǎn) 中的至少一方包含作為III族元素的In。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述量子阱層是InGaAs層，所述量子點(diǎn)是InAs。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述量子阱層是GaAs層，所述量子點(diǎn)是Al InAs。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述量子阱層和所述量子點(diǎn)中的至少一方包含作為V族元素的氮。9. 根據(jù)權(quán)利要求1~8中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述有源層部包含多個(gè)所述量子阱層， 所述多個(gè)量子阱層的厚度彼此不同。
【文檔編號(hào)】H01L33/06GK105934832SQ201580005722
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2015年1月7日
【發(fā)明人】西研, 西研一, 影山健生, 武政敬三, 菅原充, R·霍格, 陳思銘
【申請(qǐng)人】Qd激光公司, 謝菲爾德大學(xué)