JPH10270799A - 発光素子 - Google Patents

発光素子

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JPH10270799A
JPH10270799A JP6882597A JP6882597A JPH10270799A JP H10270799 A JPH10270799 A JP H10270799A JP 6882597 A JP6882597 A JP 6882597A JP 6882597 A JP6882597 A JP 6882597A JP H10270799 A JPH10270799 A JP H10270799A
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JP
Japan
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light emitting
light
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wavelength
type cladding
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JP6882597A
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English (en)
Inventor
Yuji Hishida
有二 菱田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0614—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by electric field, i.e. whereby an additional electric field is used to tune the bandgap, e.g. using the Stark-effect

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光波長以外の素子特性を変化させることな
く発光波長を十分な幅で変化させることができる発光素
子を提供することである。 【解決手段】 発光素子はｎ型クラッド層６、発光層７
およびｐ型クラッド層８からなる発光部および光励起ｎ
−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４からなる波長変換部を備え
る。光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４はｐ型ＧａＮ層
とｎ型ＧａＮ層とが交互に複数周期積層されてなる。発
光部駆動用電極９と共通電極１０との間に電圧を印加す
ると、発光層７が発光する。発光層７からの発光が光励
起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４で吸収され、発光再結合
が行われる。共通電極１０と波長可変用電極１１との間
に電圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層
４に外部電場が印加される。発光再結合により発生する
光のエネルギーは外部電場の大きさまたは有無により変
化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光波長が可変で
ある発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子、発光ダイオード等の
発光素子では、その発光波長は基本的には素子に固有で
あり、温度変化により波長の変動がある。意図的に発光
波長を変化させる方法として、素子温度を変化させる方
法や、量子井戸を用いた発光層において複数の量子準位
間での遷移確率を変化させることにより発光波長を変化
させる方法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、素子温
度を変化させる方法や、量子準位間での遷移確率を変化
させる方法により発光波長を変化させると、発光波長以
外の素子特性まで変化するという難点がある。また、こ
のような方法で発光波長を変化させると、発光波長の変
化の幅が小さい。
【０００４】本発明の目的は、発光波長以外の素子特性
を変化させることなく発光波長を十分な幅で変化させる
ことができる発光素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る発光素子は、所定の波長の光を発生する発光
部と、発光部により発生された光を吸収し、吸収した光
を外部電場の大きさまたは有無に基づく波長の光に変換
して出射する波長変換部とを備えたものである。
【０００６】本発明に係る発光素子においては、発光部
により発生された光が波長変換部で吸収され、その光が
波長変換部により外部電場の大きさまたは有無に基づく
波長の光に変換されて外部に出射される。
【０００７】これにより、外部電場の大きさまたは有無
によって出射される光の波長を変化させることができ
る。したがって、光の波長以外の素子特性を変化させる
ことなく光の波長を十分な幅で変化させることができ
る。
【０００８】特に、波長変換部は、複数のｎ型層および
複数のｐ型層が交互に積層されてなってもよい。また、
波長変換部は、発光部からの光で励起された電子および
正孔の再結合により光を出射してもよい。
【０００９】この場合、波長変換部のエネルギーバンド
に山および谷からなる内部電場が形成される。発光部か
らの光の吸収により伝導帯および価電子帯に電子−正孔
対が生成される。これらの電子および正孔は、内部電場
によりそれぞれ伝導帯の谷および価電子帯の山に移動す
ることにより空間的に分離され、同時にエネルギーを失
った後、発光再結合する。
【００１０】再結合で発生する光のエネルギーは、外部
電場の大きさまたは有無により変化する。したがって、
外部電場の大きさまたは有無により発光波長を変化させ
ることができる。
【００１１】発光素子が、波長変換部に外部電場を印加
するための電極をさらに備えてもよい。この場合、電極
に電圧を印加することにより波長変換部に外部電場を印
加することができ、電圧の大きさまたは電圧の印加の有
無により波長変換部から出射される光の波長を変化させ
ることができる。
【００１２】発光部が発光ダイオードからなってもよ
い。あるいは、発光部が半導体レーザ素子からなっても
よい。
【００１３】また、波長変換部が光共振器構造を有して
もよい。その場合、波長変換部からレーザ光が出射され
る。発光部および波長変換部が、光共振器内に設けられ
てもよい。この場合、発光部からレーザ光が発生され、
波長変換部からは波長変換されたレーザ光が出射され
る。発光部および波長変換部が、同一基板上に形成され
ることが好ましい。
【００１４】第２の発明に係る電子機器は、第１の発明
に係る発光素子を備えたものである。それにより、発光
波長を他の素子特性を変化させることなく十分な幅で変
化させることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例にお
ける発光素子の模式的断面図である。本実施例の発光素
子では、発光部が発光ダイオードからなる。
【００１６】図１において、Ａｌ2 Ｏ3 からなる基板１
上に、ｐ型またはｎ型ＧａＮからなるコンタクト層２、
層厚２０００ÅのＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦１）から
なる半絶縁層３、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４お
よび層厚２０００ÅのＡｌxＧａ1-x Ｎ（０＜ｘ≦１）
からなる半絶縁層５が順に形成されている。光励起ｎ−
ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４は、層厚３００Åのｐ型ＧａＮ
層（アクセプタ濃度１０19ｃｍ-3）と層厚３００Åのｎ
型ＧａＮ層（ドナー濃度１０19ｃｍ-3）とが交互に１０
周期積層されてなる。
【００１７】半絶縁層５上には、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ
からなるｎ型クラッド層６、ＧａＮからなる発光層７お
よびｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層８が
順に形成されている。
【００１８】ｐ型クラッド層８からコンタクト層２の所
定深さまでの一部領域が除去され、コンタクト層２上に
電極形成領域１２が形成されている。また、ｐ型クラッ
ド層８からｎ型クラッド層６の所定深さまでの一部領域
が除去され、ｎ型クラッド層６上に電極形成領域１３が
形成されている。ｐ型クラッド層８上に発光部駆動用電
極９が形成され、ｎ型クラッド層６の電極形成領域１３
上に共通電極１０が形成され、コンタクト層２の電極形
成領域１２上に波長可変用電極１１が形成されている。
【００１９】本実施例の発光素子では、ｎ型クラッド層
６、発光層７およびｐ型クラッド層８からなる発光ダイ
オードが発光部となり、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光
層４が波長変換部となる。
【００２０】図１の発光素子では、発光部駆動用電極９
と共通電極１０との間に電圧を印加すると、発光層７が
発光する。また、共通電極１０と波長可変用電極１１と
の間に電圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発
光層４に外部電場が印加される。
【００２１】図２は図１の発光素子における光励起ｎ−
ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４の一部の構造および電場が印加
されていない状態のエネルギーバンド構造を示す図であ
る。
【００２２】図２に示すように、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ
積層発光層４はｎ型ＧａＮ層４ａとｐ型ＧａＮ層４ｂと
が交互に積層されてなる。電場が印加されていない状態
では、伝導帯の谷２０１の下部に正にイオン化した不純
物の準位が局在し、価電子帯の山２０２の上部に負にイ
オン化した不純物の準位が局在する。なお、ｎ型ＧａＮ
層４ａおよびｐ型ＧａＮ層４ｂの不純物濃度が高い場合
には、バンドの曲がりが大きくなり、電場が印加されな
い状態でも、伝導帯の谷２０１および価電子帯の山２０
２にキャリアが存在する。
【００２３】図３は光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４
に電場が印加されていない状態で発光層７からの発光に
より光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４が光励起された
場合のエネルギーバンド構造図である。
【００２４】発光層７からの発光は、光励起ｎ−ｉ−ｐ
−ｉ積層発光層４で吸収され、電子ｅ−正孔ｈ対となる
（励起光吸収）。これらの電子ｅおよび正孔ｈは、内部
電場により空間的に分離され、電子ｅは伝導帯の谷２０
１に移動し、正孔ｈは価電子帯の山２０２に移動し、同
時にエネルギーを失った後、発光再結合を行う。
【００２５】この場合、入射光のエネルギーは発光層７
および光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４の材料である
ＧａＮのバンドギャップエネルギーに等しいため、入射
光は光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４で効率良く吸収
され、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｎ型クラッド層６
およびＡｌx Ｇａ1-x Ｎからなる半絶縁層５では吸収さ
れない。ここで、発光層７からの発光が、光励起ｎ−ｉ
−ｐ−ｉ積層発光層４に達するまでの間にｎ型クラッド
層６や半絶縁層５で吸収されない理由は、ｎ型クラッド
層６および半絶縁層５を構成する材料のバンドギャップ
エネルギーが、発光層７からの光のエネルギーよりも大
きいからである。
【００２６】発光再結合により発生する光のエネルギー
は、ＧａＮのバンドギャップエネルギーよりも小さく、
波長６５０ｎｍ付近にピークを有する幅広（ブロード）
な赤色発光が起こる。そのため、発光再結合で発生する
光は発光部駆動用電極９、共通電極１０および波長可変
用電極１１以外では吸収されず、効率良く外部へ取り出
される。
【００２７】図４は光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４
に電場が印加された状態で発光層７からの発光により光
励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４が光励起された場合の
エネルギーバンド構造図である。ここでは、共通電極１
０に対して波長可変用電極１１に電圧３０Ｖが印加され
ている。
【００２８】発光層７からの発光は、光励起ｎ−ｉ−ｐ
−ｉ積層発光層４で吸収され、電子ｅ−正孔ｈ対となる
（励起光吸収）。これらの電子ｅおよび正孔ｈは、内部
電場により空間的に分離され、同時にエネルギーを失っ
た後、発光再結合を行う。
【００２９】この場合にも、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層
発光層４に電場が印加されていない場合と同様に、入射
光のエネルギーは、発光層７および光励起ｎ−ｉ−ｐ−
ｉ積層発光層４の材料であるＧａＮのエネルギーバンド
ギャップエネルギーと等しいため、入射光は光励起ｎ−
ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４で効率良く吸収され、ｎ型Ａｌ
x Ｇａ1-x Ｎからなるｎ型クラッド層６およびＡｌx Ｇ
ａ1-x Ｎからなる半絶縁層５では吸収されない。ここ
で、発光層７からの発光が、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層
発光層４に達するまでの間にｎ型クラッド層６や半絶縁
層５で吸収されない理由も、ｎ型クラッド層６および半
絶縁層５を構成する材料のバンドギャップエネルギー
が、発光層７からの光のエネルギーよりも大きいからで
ある。
【００３０】発光再結合により発生する光のエネルギー
は、ＧａＮのバンドギャップエネルギーよりも小さい
が、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４に電場が印加さ
れていない場合に比べて大きくなり、波長４７０ｎｍ付
近にピークを有する幅広（ブロード）な青色発光が起こ
る。
【００３１】このように、波長可変用電極１１への電圧
の印加の有無により、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層
４中の再結合で発生する光の波長を変化させることがで
きる。また、波長可変用電極１１へ印加する電圧の大き
さを変化させることにより、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層
発光層４中の再結合で発生する光の波長を任意にかつ連
続的に変化させることができる。
【００３２】なお、ｎ型クラッド層６の代わりにｐ型Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層を用い、ｐ型ク
ラッド層８の代わりにｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｎ
型クラッド層を用いてもよい。
【００３３】図５および図６は本発明の第２の実施例に
おける発光素子の製造方法を示す工程断面図である。本
実施例の発光素子では、発光部がストライプ型レーザ素
子からなる。
【００３４】まず、図５（ａ）に示すように、Ａｌ2 Ｏ
3 からなる基板２１上に、ｎ型Ａｌ x Ｇａ1-x Ｎからな
るｎ型クラッド層２２、ＧａＮからなる発光層２３およ
びｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｐ型クラッド層２４を
順に形成する。
【００３５】次に、図５（ｂ）に示すように、ｐ型クラ
ッド層２４からｎ型クラッド層２２の所定深さまでの一
部領域を塩素系ガスを用いたＲＩＥ法（反応性イオンエ
ッチング法）により除去する。これにより、ｎ型クラッ
ド層２２が露出する。
【００３６】次に、図５（ｃ）に示すように、ｐ型クラ
ッド層２４上および露出したｎ型クラッド層２２上に、
ＧａＮからなる高抵抗層２５、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積
層発光層２６、ＧａＮからなる高抵抗層２７およびｐ型
ＧａＮ（アクセプタ濃度１×１０19ｃｍ-3）またはｎ型
ＧａＮ（ドナー濃度１×１０19ｃｍ-3）からなるコンタ
クト層２８をＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
により順に形成する。
【００３７】光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層２６の形
成条件としては、成長温度を７８０℃とし、固体ソース
であるＧａの蒸気圧を５×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｎ（高周波
プラズマによる活性化窒素ガス）の圧力を１×１０-4Ｔ
ｏｒｒとする。また、Ｍｇ噴射用セルの温度を１７０℃
とし、Ｓｉ噴射用セルの温度を１０００℃とする。
【００３８】その後、図６（ｄ）に示すように、ＲＩＥ
法によりｎ型クラッド層２２の端面側の領域を除いてコ
ンタクト層２８、高抵抗層２７、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ
積層発光層２６および高抵抗層２５を除去する。それに
より、分離用溝２９で互いに分離された発光部３０およ
び波長変換部３１が形成される。分離用溝２９の幅Ｌ１
は例えば１０μｍとする。波長変換部３１の両方の端面
３２，３３をミラー加工し、ファブリペロー共振器（光
共振器）を形成する。
【００３９】最後に、図６（ｅ）に示すように、ｐ型ク
ラッド層２４上にＡｕからなる発光部駆動用電極３４を
形成し、分離用溝３５内のｎ型クラッド層２２上にＴｉ
からなる共通電極３５を形成し、コンタクト層２８上に
Ａｕからなる波長可変用電極３６を形成する。
【００４０】本実施例の発光素子では、ｎ型クラッド層
２２、発光層２３およびｐ型クラッド層２４からなるス
トライプ型レーザ素子が発光部３０となり、共振器構造
の光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４が波長変換部３１
となる。
【００４１】図６の発光素子では、発光部駆動用電極３
４と共通電極３５との間に電圧を印加すると、発光層２
３が発光する。それにより、発光層２３の両端面からレ
ーザ光が出射される。また、共通電極３５と波長可変用
電極３６との間に電圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−ｐ
−ｉ積層発光層２６に外部電場が印加される。これによ
り、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４の両端面３２，
３３から波長可変なレーザ光が出射される。
【００４２】なお、ｎ型クラッド層２２およびｐ型クラ
ッド層２４の代わりにそれぞれｐ型クラッド層およびｎ
型クラッド層を設けてもよい。また、ｐ型コンタクト層
２８の代わりにｎ型コンタクト層を設けてもよい。
【００４３】図７は本発明の第３の実施例における発光
素子の模式的断面図である。本実施例の発光素子では、
光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層がレーザ素子構造を有
する。
【００４４】Ａｌ2 Ｏ3 からなる基板４１上に、ｎ型Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｎ型クラッド層４２、ＧａＮか
らなる発光層４３およびｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなる
ｐ型クラッド層４４が順に形成されている。
【００４５】ｐ型クラッド層４４上には、高抵抗半導体
多層膜ミラー４５、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４
６および誘電体多層膜ミラー４７が順に形成されてい
る。高抵抗半導体多層膜ミラー４５は、例えばＡｌＧａ
Ｎ層とＧａＮ層とが交互に積層されてなる。また、光励
起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４６は、ｐ型ＧａＮ層とｎ
型ＧａＮ層とが交互に積層されてなる。
【００４６】誘電体多層膜ミラー４７、光励起ｎ−ｉ−
ｐ−ｉ積層発光層４６および高抵抗半導体多層膜ミラー
４５の一部領域が除去され、ｐ型クラッド層４４が露出
している。また、誘電体多層膜ミラー４７からｎ型クラ
ッド層４２の所定の深さまでの一部領域が除去され、ｎ
型クラッド層４２が露出している。誘電体多層膜ミラー
４７上に波長可変用電極４８が形成され、ｐ型クラッド
層４４上に共通電極４９が形成され、ｎ型クラッド層４
２上に発光部駆動用電極５０が形成されている。
【００４７】本実施例の発光素子では、ｎ型クラッド層
４２、発光層４３およびｐ型クラッド層４４からなる発
光ダイオードが発光部となる。また、高抵抗半導体多層
膜ミラー４５および誘電体多層膜ミラー４７により垂直
共振器が構成され、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層４
６が波長変換部となる。
【００４８】図７の半導体素子では、発光部駆動用電極
５０と共通電極４９との間に電圧を印加すると、発光層
４３が発光する。また、共通電極４９と波長可変用電極
４８との間に電圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ
積層発光層４６に外部電場が印加される。これにより、
発光素子の上面および下面から波長可変なレーザ光５
１，５２が出射される。
【００４９】なお、誘電体多層膜ミラー４７の代わりに
半導体多層膜ミラーを用いてもよい。
【００５０】図８は本発明の第４の実施例における発光
素子の模式的断面図である。本実施例の発光素子では、
光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層がレーザ素子構造を有
する。
【００５１】図８において、Ａｌ2 Ｏ3 からなる基板６
１上に、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｎ型クラッド層
６２、ＧａＮからなる発光層６３およびｐ型Ａｌx Ｇａ
1-xＮからなるｐ型クラッド層６４が順に形成されてい
る。
【００５２】ｐ型クラッド層６４上には、高抵抗半導体
層６５、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層６６および誘
電体多層膜ミラー６７が順に形成されている。また、基
板６１の下面に、誘電体多層膜ミラー６８が形成されて
いる。
【００５３】誘電体多層膜ミラー６７、光励起ｎ−ｉ−
ｐ−ｉ積層発光層６６および高抵抗半導体層６５の一部
領域が除去され、ｐ型クラッド層６４が露出している。
また、誘電体多層膜ミラー６７からｎ型クラッド層６２
の所定深さまでの一部領域が除去され、ｎ型クラッド層
６２が露出している。誘電体多層膜ミラー６７上に波長
可変用電極６９が形成され、ｐ型クラッド層６４上に共
通電極７０が形成され、ｎ型クラッド層６２上に発光部
駆動用電極７１が形成されている。
【００５４】本実施例の発光素子では、ｎ型クラッド層
６２、発光層６３およびｐ型クラッド層６４からなる発
光ダイオードが発光部となる。また、誘電体多層膜ミラ
ー６８および誘電体多層膜ミラー６７が垂直共振器を構
成し、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層６６が波長変換
部となる。
【００５５】図８の半導体レーザ素子では、発光部駆動
用電極７１と共通電極７０との間に電圧を印加すると、
発光部６３が発光する。また、共通電極７０と波長可変
用電極６９との間に電圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−
ｐ−ｉ積層発光層６６に外部電場が印加される。それに
より、発光素子の上面および下面から波長可変なレーザ
光が出射される。
【００５６】なお、誘電体多層膜ミラー６７，６８の代
わりに半導体多層膜ミラーを用いてもよい。
【００５７】図９は本発明の第５の実施例における発光
素子の模式的断面図である。本実施例の発光素子では、
光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層がレーザ素子構造を有
する。
【００５８】Ａｌ2 Ｏ3 からなる基板８１上に、ｎ型Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ｎからなるｎ型クラッド層８２、ＧａＮか
らなる発光層８３およびｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎからなる
ｐ型クラッド層８４が順に形成されている。ｐ型クラッ
ド層８４上に、高抵抗層８５、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積
層発光層８６および高抵抗層８７が順に形成されてい
る。
【００５９】高抵抗層８７、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層
発光層８６および高抵抗層８５の一部領域が除去され、
ｐ型クラッド層８４が露出している。また、高抵抗層８
７からｎ型クラッド層８２の所定深さまでの一部領域が
除去され、ｎ型クラッド層８２が露出している。
【００６０】高抵抗層８７上に波長可変用電極８８が形
成され、ｐ型クラッド層８４上に共通電極８９が形成さ
れ、ｎ型クラッド層８２上に発光部駆動用電極９０が形
成されている。
【００６１】光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層８６の両
方の端面９１，９２には、ミラー加工により共振面が形
成されている。
【００６２】本実施例の発光素子では、ｎ型クラッド層
８２、発光層８３およびｐ型クラッド層８４からなる発
光ダイオードが発光部となる。また、共振器構造を有す
る光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層８６が波長変換部と
なる。
【００６３】図９の半導体レーザ素子では、発光部駆動
用電極９０と共通電極８９との間に電圧を印加すると、
発光層８３が発光する。また、共通電極８９と波長可変
用電極８８との間に電圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−
ｐ−ｉ積層発光層８６に外部電場が印加される。それに
より、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層８６の両端面９
１，９２から波長可変なレーザ光が出射される。
【００６４】図１０は本発明の第６の実施例における発
光素子の模式的断面図である。本実施例の発光素子で
は、発光部が面発光レーザ素子からなる。
【００６５】Ａｌ2 Ｏ3 からなる基板１０１上に、半導
体多層膜ミラー１０２、ｎ型クラッド層１０３、発光層
１０４およびｐ型クラッド層１０５が順に形成されてい
る。ｐ型クラッド層１０５上には、高抵抗半導体多層膜
ミラー１０６、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層１０７
および誘電体多層膜ミラー１０８が順に形成されてい
る。
【００６６】誘電体多層膜ミラー１０８からｐ型クラッ
ド層１０５の所定深さまでの一部領域が除去され、ｐ型
クラッド層１０５が露出している。また、誘電体多層膜
ミラー１０８からｎ型クラッド層１０３の所定深さまで
の一部領域が除去され、ｎ型クラッド層１０３が露出し
ている。
【００６７】誘電体多層膜ミラー１０８上に波長可変用
電極１０９が形成され、ｐ型クラッド層１０５上に共通
電極１１０が形成され、ｎ型クラッド層１０３上に発光
部駆動用電極１１１が形成されている。
【００６８】本実施例の発光素子では、半導体多層膜ミ
ラー１０２および高抵抗半導体多層膜ミラー１０６によ
り垂直共振器が構成され、高抵抗半導体多層膜ミラー１
０６および誘電体多層膜ミラー１０８により垂直共振器
が構成される。この場合、ｐ型クラッド層１０３、発光
層１０４およびｎ型クラッド層１０５からなる面発光レ
ーザ素子が発光部となり、垂直共振器構造の光励起ｎ−
ｉ−ｐ−ｉ積層発光層１０７が波長変換部となる。
【００６９】図１０の半導体レーザ素子では、発光部駆
動用電極１１１と共通電極１１０との間に電圧を印加す
ると、発光部１０４から上下方向にレーザ光が出射され
る。また、共通電極１１０と波長可変用電極１０９との
間に電圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光
層１０７に外部電場が印加される。それにより、発光素
子の上面および下面から波長可変なレーザ光が出射され
る。
【００７０】なお、誘電体多層膜ミラー１０８の代わり
に半導体多層膜ミラーを用いてもよい。
【００７１】図１１は本発明の第７の実施例における発
光素子の模式的断面図である。本実施例の発光素子で
は、発光部が面発光レーザ素子からなる。
【００７２】Ａｌ2 Ｏ3 からなる基板１２１上に、ｎ型
クラッド層１２２、発光層１２３およびｐ型クラッド層
１２４が順に形成されている。ｐ型クラッド層１２４上
には、高抵抗半導体多層膜ミラー１２５、光励起ｎ−ｉ
−ｐ−ｉ積層発光層１２６および誘電体多層膜ミラー１
２７が順に形成されている。
【００７３】誘電体多層膜ミラー１２７からｐ型クラッ
ド層１２４の所定深さまでの一部領域が除去され、ｐ型
クラッド層１２４が露出している。また、誘電体多層膜
ミラー１２７からｎ型クラッド層１２２の所定深さまで
の一部領域が除去され、ｎ型クラッド層１２２が露出し
ている。一方、基板１２１の下面には、誘電体多層膜ミ
ラー１２８が形成されている。
【００７４】誘電体多層膜ミラー１２７上に波長可変用
電極１２９が形成され、ｐ型クラッド層１２４上に共通
電極１３０が形成され、ｎ型クラッド層１２２上に発光
部駆動用電極１３１が形成されている。
【００７５】本実施例の発光素子では、誘電体多層膜ミ
ラー１２８および高抵抗半導体多層膜ミラー１２５によ
り垂直共振器が構成され、高抵抗半導体多層膜ミラー１
２５および誘電体多層膜ミラー１２７により垂直共振器
が構成される。この場合、ｎ型クラッド層１２２、発光
層１２３およびｐ型クラッド層１２４からなる面発光レ
ーザ素子が発光部となり、垂直共振器構造の光励起ｎ−
ｉ−ｐ−ｉ積層発光層１２６が波長変換部となる。
【００７６】図１１の半導体レーザ素子では、発光部駆
動用電極１３１と共通電極１３０との間に電圧を印加す
ると、発光部１２３から上下方向にレーザ光が出射され
る。また、共通電極１３０と波長可変用電極１２９との
間に電圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光
層１２６に外部電場が印加される。それにより、発光素
子の上面および下面から波長可変なレーザ光が出射され
る。
【００７７】なお、誘電体多層膜ミラー１２７，１２８
の代わりに半導体多層膜ミラーを用いてもよい。
【００７８】図１２は本発明の第８の実施例における発
光素子の模式的断面図である。本実施例の発光素子で
は、発光部が面発光レーザ素子からなる。
【００７９】Ａｌ2 Ｏ3 からなる基板１４１上に、半導
体多層膜ミラー１４２、ｎ型クラッド層１４３、発光層
１４４およびｐ型クラッド層１４５が順に形成されてい
る。ｐ型クラッド層１４５上には、高抵抗半導体多層膜
ミラー１４６、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層１４７
および高抵抗層１４８が順に形成されている。
【００８０】高抵抗層１４８からｐ型クラッド層１４５
の所定深さまでの一部領域が除去され、ｐ型クラッド層
１４５が露出している。また、高抵抗層１４８からｎ型
クラッド層１４３の所定深さまでの一部領域が除去さ
れ、ｎ型クラッド層１４３が露出している。
【００８１】高抵抗層１４８上に波長可変用電極１４９
が形成され、ｐ型クラッド層１４５上に共通電極１５０
が形成され、ｎ型クラッド層１４３上に発光部駆動用電
極１５１が形成されている。光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層
発光層１４７の両方の端面１５２，１５３には、ミラー
加工により共振器面が形成されている。
【００８２】本実施例の発光素子では、半導体多層膜ミ
ラー１４２および高抵抗半導体多層膜ミラー１４６が垂
直共振器を構成する。この場合、ｎ型クラッド層１４
３、発光層１４４およびｐ型クラッド層１４５からなる
面発光レーザ素子が発光部となる。また、垂直共振器構
造の光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層１４７が波長変換
部となる。
【００８３】図１２の発光素子では、発光部駆動用電極
１５１と共通電極１５０との間に電圧を印加すると、発
光部１４４から上下方向にレーザ光が出射される。ま
た、共通電極１５０と波長可変用電極１４９との間に電
圧を印加すると、光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層１４
７に外部電場が印加される。それにより、光励起ｎ−ｉ
−ｐ−ｉ積層発光層１４７の両端面１５２，１５３から
波長可変なレーザ光が出射される。
【００８４】上記第１〜第８の実施例では、単に発光波
長を変えることができるだけでなく、波長変換用の電圧
を変調することにより疑似的に任意のスペクトル形状を
有する発光（白色、金色、茶色、ピンク色など、混色に
より得られる色）を１個の発光素子で発生することが可
能となる。
【００８５】また、波長変換用の電圧を変調と同期させ
て発光部の発光強度を変調させてもよい。
【００８６】本発明の発光素子は、フルカラーディスプ
レイ、パイロットランプ、インジケータ、光化学反応光
源、分析機器光源、色センサ用光源、紙幣判定機用光
源、色見本、光通信用光源、医療機器、光コンピュー
タ、信号、照明等の種々の電子機器に用いることができ
る。
【００８７】なお、上記実施例では、ｎ型層およびｐ型
層を交互に積層することにより光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積
層発光層を形成しているが、ｎ型層とｐ型層との間にノ
ンドーブのｉ層を挿入してもよい。
【００８８】本発明の発光素子の材料としては、種々の
直接遷移型半導体を用いることができ、例えばＧａＮ、
ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、Ａｌ
Ｓｂ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＡｌＧａＮ、
ＡｌＩｎＮ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂおよびこれらの混
晶（ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮＡｓ、Ｇ
ａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、
ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＰＡｓ、ＡｌＩ
ｎＰＡｓ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＳ
ｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩ
ｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＳｂ、ＡｌＧａＳ
ｂ、ＡｌＧａＩｎＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＩｎ
ＮＡｓＳｂ、ＡｌＧａＮＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＮＳＡ
ｓＳｂ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＡｌＩｎＮＳｂ、ＡｌＧａＮ
Ｓｂ、ＡｌＧａＩｎＮＳｂ等）、ＢｅＳ、ＢｅＳｅ、Ｂ
ｅＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＺｎＯ、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴ
ｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅおよびこれらの混晶
（ＢｅＭｇＳ、ＢｅＭｇＳｅ、ＢｅＭｇＴｅ、ＢｅＺｎ
Ｓ、ＢｅＺｎＳｅ、ＢｅＺｎＴｅ、ＢｅＣｄＳ、ＢｅＣ
ｄＳｅ、ＢｅＣｄＴｅ、ＢｅＨｇＳ、ＢｅＨｇＳｅ、Ｂ
ｅＨｇＴｅ、ＭｇＺｎＳ、ＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＴ
ｅ、ＭｇＣｄＳ、ＭｇＣｄＳｅ、ＭｇＣｄＴｅ、ＭｇＨ
ｇＳ、ＭｇＨｇＳｅ、ＭｇＨｇＴｅ、ＺｎＣｄＯ、Ｚｎ
ＣｄＳ、ＺｎＣｄＳｅ、ＺｎＣｄＴｅ、ＺｎＨｇＯ、Ｚ
ｎＨｇＳ、ＺｎＨｇＳｅ、ＺｎＨｇＴｅ、ＣｄＨｇＳ、
ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＢｅＭｇＺｎＳ、ＢｅＭ
ｇＺｎＳｅ、ＢｅＭｇＺｅＴｅ、ＢｅＭｇＣｄＳ、Ｂｅ
ＭｇＣｄＳｅ、ＢｅＭｇＣｄＴｅ、ＢｅＭｇＨｇＳ、Ｂ
ｅＭｇＨｇＳｅ、ＢｅＭｇＨｇＴｅ、ＢｅＳＳｅ、Ｂｅ
ＳｅＴｅ、ＢｅＳＴｅ、ＭｇＳＳｅ、ＭｇＳｅＴｅ、Ｍ
ｇＳＴｅ、ＺｎＯＳ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅＴｅ、Ｚｎ
ＳＴｅ、ＺｎＯＳｅ、ＺｎＯＴｅ、ＣｄＳＳｅ、ＣｄＳ
ｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＨｇＳＳｅ、ＨｇＳｅＴｅ、Ｈｇ
ＳＴｅ等）を用いることができる。
【００８９】ただし、波長変換部を構成する材料のバン
ドギャップエネルギーが発光部から発生される光のエネ
ルギーとほぼ同じかまたはそれ以下となるように、材料
を選択する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における発光素子の模式
的断面図である。
【図２】図１の発光素子における光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ
積層発光層の一部の構造および電場が印加されていない
状態のエネルギーバンド構造を示す図である。
【図３】光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層に電場が印加
されていない状態で発光層からの発光により光励起ｎ−
ｉ−ｐ−ｉ積層発光層が光励起された場合のエネルギー
バンド構造図である。
【図４】光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層に電場が印加
された状態で発光層からの発光により光励起ｎ−ｉ−ｐ
−ｉ積層発光層が光励起された場合のエネルギーバンド
構造図である。
【図５】本発明の第２の実施例における発光素子の製造
方法を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例における発光素子の製造
方法を示す工程断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例における発光素子の模式
的断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例における発光素子の模式
的断面図である。
【図９】本発明の第５の実施例における発光素子の模式
的断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施例における発光素子の模
式的断面図である。
【図１１】本発明の第７の実施例における発光素子の模
式的断面図である。
【図１２】本発明の第８の実施例における発光素子の模
式的断面図である。
【符号の説明】
４，２６，４６，６６，８６，１０７，１２６，１４７
光励起ｎ−ｉ−ｐ−ｉ積層発光層 ７，２３，４３，６３，８３，１０４，１２３ 発光層 ９，３４，５０，７１，９０，１１１，１３１ 発光部
駆動用電極 １０，３５，４９，７０，８９，１１０，１３０ 共通
電極 １１，３６，４８，６９，８８，１０９，１２９ 波長
可変用電極

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の波長の光を発生する発光部と、 前記発光部により発生された光を吸収し、吸収した光を
    外部電場の大きさまたは有無に基づく波長の光に変換し
    て出射する波長変換部とを備えたことを特徴とする発光
    素子。
  2. 【請求項２】 前記波長変換部は、複数のｎ型層および
    複数のｐ型層が交互に積層されてなることを特徴とする
    請求項１記載の発光素子。
  3. 【請求項３】 前記波長変換部は、前記発光部からの光
    で励起された電子および正孔の再結合により光を出射す
    ることを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。
  4. 【請求項４】 前記波長変換部に外部電場を印加するた
    めの電極をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３
    のいずれかに記載の発光素子。
  5. 【請求項５】 前記発光部は、発光ダイオードからなる
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光
    素子。
  6. 【請求項６】 前記発光部は、半導体レーザ素子からな
    ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発
    光素子。
  7. 【請求項７】 前記波長変換部は、光共振器構造を有す
    ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発
    光素子。
  8. 【請求項８】 前記発光部および前記波長変換部は、光
    共振器内に設けられたことを特徴とする請求項１〜６の
    いずれかに記載の発光素子。
  9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の発光素
    子を備えた電子機器。
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