JPH05275746A - 波長可変発光ダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光ダイオードの発光色を電圧により効率良
く可変すること。 【構成】 発光ダイオード領域Ｂの最上半導体層１１１
上にエピ成長により光吸収制御半導体領域Ａを形成。領
域Ｂの発光した光を領域Ａに透過させる。領域Ａは３つ
の量子井戸Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の幅及び各障壁の幅は伝導
帯における量子準位が整合された共鳴状態において各量
子井戸における電子の波動関数が相互作用を有する程度
に形成。且つ、各量子井戸の幅及び物質は、電界を印加
しない状態又は適切な電界を接合に垂直に印加した状態
で、伝導帯においてのみ各量子井戸における量子準位が
整合された共鳴状態となるように設定。接合に垂直な方
向の電界成分を制御して光吸収スペクトル特性を変化さ
せ、透過光を吸収。電圧制御により透過光のスペクトル
が可変。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は量子井戸を用いて光吸収
スペクトルを電気的に制御可能とすることにより光の視
認色を可変とした半導体発光ダイオードに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発光ダイオードの発光色を変化さ
せる方法としては、色素を混入した樹脂フィルタを用い
る方法がある。又、異なる発光色の発光ダイオードを複
数組合わせる方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フィルタを用
いる方法は、発光源の発光色と異なる色の光を得ること
は出来るが、発光色は変化させることはできない。又、
異なる発光色の発光ダイオードを複数組み合わせる方法
は、それぞれの発光源チップを集積化するため、集積化
に問題がある。又、この方法も各発光ダイオードチップ
の発光強度を変化させることで、混合された光の視認色
を変化させるために、発光色の可変の程度に制限があ
る。又、通常、発光ダイオードの光のスペクトルは広
く、吸収スペクトルを変化させることで、光のピーク波
長を変化させることができる。

【０００４】本発明の目的は、電力消費の少ない全く新
しい原理に基づく光吸収特性を利用した電圧により容易
に発光スペクトルの変化できる可変波長半導体発光ダイ
オードを実現することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、半導体層の接合面から光を放射する発
光ダイオードにおいて、光を放射する半導体層の接合面
を有する発光ダイオード領域と、発光ダイオード領域で
発光された光を入射する光吸収制御半導体領域とを有
し、光吸収制御半導体領域は、バンドギャップの異なる
異種半導体の接合により形成され、エネルギーダイヤグ
ラムにおいてエネルギー障壁により囲まれた量子準位を
有する少なくとも３つの量子井戸から成り、各量子井戸
の幅及び各障壁の幅は、各量子井戸において伝導帯また
は価電子帯のいずれか一方のバンドにおける量子準位が
整合された共鳴状態において各量子井戸における電子の
波動関数が相互作用を有する程度に形成され、且つ、各
量子井戸の幅及び物質は、電界を印加しない状態又は適
切な電界を接合に垂直に印加した状態で、一方のバンド
においてのみ、そのバンドにおける各量子井戸における
量子準位が整合された共鳴状態となるように設定されて
おり、電界の接合に垂直な方向の成分を制御することに
より光吸収を変化させる装置で構成されたことを特徴と
する。

【０００６】

【作用】発光ダイオード領域と光吸収制御半導体領域と
が接合されている。発光ダイオード領域で発光された光
は、光吸収制御半導体領域に入射し、そこで、スペクト
ルの変調を受ける。光吸収制御半導体領域は電界により
吸収スペクトルを変化でき、これにより光吸収制御半導
体領域を通過した光のピーク波長を電圧により可変制御
できる。この光吸収制御半導体領域は、少なくとも３重
の量子井戸を有している。

【０００７】光吸収制御半導体領域は次の作用を有す
る。各量子井戸を構成する物質を同一物質とした場合に
は、各量子井戸に形成される量子準位はその量子井戸の
幅に応じて変化する。よって、３つの量子井戸の幅を適
切に設計することにより、電界を印加しない状態で、各
量子井戸の量子準位が等しくならずに、最も準位の接近
した量子準位が量子井戸の配置順に増加又は減少し、且
つ、接合に垂直方向に電界を印加した時に、各量子井戸
の近接した量子準位が同一準位となるようにすることが
できる。電界をかけた状態で、各量子井戸の量子準位が
同一準位となり、しかも、３つの量子井戸で、電子の波
動関数が相互に重なった状態となると、微小エネルギー
差だけ分離した３つの量子準位が、３つの量子井戸を連
続的に接続した状態となる。この状態が共鳴状態であ
る。このような共鳴状態を一方のバンド、例えば、伝導
帯側でのみ発生させて、価電子帯では非共鳴状態とする
ことにより、光吸収係数を飛躍的に増加させることがで
きた。この時の光吸収は、各量子井戸の価電子帯の量子
準位（光吸収に主に寄与する準位は基底準位）と、共鳴
状態の伝導帯における３つの各量子準位間の直接遷移に
よる。

【０００８】又、各量子井戸に形成される量子準位は、
その量子井戸を構成する物質によって変化させることが
できる。よって、量子井戸の幅を変化させる代わりに、
各量子井戸を構成する物質を異にして、適切な電界が印
加された時に、一方のバンドにおいてのみ共鳴状態が生
起するようにできる。更に、各量子井戸の幅と物質を異
にして、適切な電界が印加された時に、一方のバンドに
おいてのみ共鳴状態が生起するようにできる。

【０００９】又、各量子井戸の物質を変化させた場合に
は、電界を印加しない状態で、一方のバンドにおいての
み、共鳴状態とすることができる。上記の共鳴状態は印
加された電界を変化させることにより、又は、無電界状
態で共鳴状態が発生している場合には、電界を印加する
ことにより、非共鳴状態とすることができる。

【００１０】このように接合に垂直な方向の電界を制御
することにより、ある吸収ピークを有する光吸収特性を
持たせることができる。よって、発光ダイオード領域で
発光された光が光吸収制御半導体領域を通過する間に、
光スペクトルの変調を受け、光吸収制御半導体領域を通
過した光のピーク波長が電圧により可変制御される。

【００１１】

【発明の効果】本発明は、共鳴状態で各量子井戸におけ
る電子の波動関数が相互作用をする程度に量子井戸の
幅、障壁の幅が決定された少なくとも３つの量子井戸を
有し、接合に垂直な方向の電界成分を制御することで、
一方のバンドにおいてのみ、各量子井戸の量子準位が連
続した状態、即ち、共鳴状態と非共鳴状態とを生起させ
て、光吸収を制御するようにした光吸収制御半導体領域
を発光ダイオード領域と共に形成し、発光ダイオード領
域で発光された光を光吸収制御半導体領域を通過させる
ように構成した発光ダイオードである。従って、電界の
変化に応じて、光吸収制御半導体領域において光吸収ス
ペクトルの大きな変化が得られ、光吸収制御半導体領域
を通過する光のスペクトル、即ち、光のピーク波長を電
界制御により可変することができる。また、量子井戸に
は流れる電流は少ないので、ピーク波長可変のための電
力損失が少ない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。第１実施例 図１は本実施例にかかる半導体装置の構成を示した断面
図である。厚さ４５０μｍの半絶縁性のＧａＡｓ基板１
３０上に、ＭＢＥ法によるエピタキシャル成長により、
厚さ５００ｎｍのｉ−ＧａＡｓ層１１８、層１１８上に
１原子層の厚さに面上まばらに面密度１×１０¹²cm^-2で
シリコンをドープしたδドープ層１１７、その上に１０
０ｎｍのｉ−ＧａＡｓ層１１６を形成する。層１１８、
δドープ層１１７、層１１６は電極層として機能する。
δドープ層１１７は発光ダイオード領域Ｂに均一に電界
を印加する作用をし、層１１６は極めて薄いので、電流
はこの層１１６を垂直に流れる。

【００１３】続いて、厚さ１０００ｎｍにｐ−Ａｌ_y Ｇ
ａ_1-y Ａｓ（ｙ＝０．１５）、厚さ１０００ｎｍのｎ−
Ａｌ_y Ｇａ_1-y Ａｓを成長させて、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層
１１５、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１１４を形成する。層１１
５、１１４でｐｎ接合による発光ダイオードが形成され
る。電流注入によりこのｐｎ接合面から光が放射され
る。

【００１４】次に、厚さ１００ｎｍのｉ−ＧａＡｓ層１
１３、層１１３上に１原子層の厚さに面上まばらに面密
度１×１０¹²cm^-2でシリコンをドープしたδドープ層１
１２、その上に１００ｎｍのｉ−ＧａＡｓ層１１１を形
成する。層１１３、δドープ層１１２、層１１１は電極
層として機能する。δドープ層１１２は発光ダイオード
領域Ｂ及び光吸収制御半導体領域Ａに均一に電界を印加
する作用をし、層１１３、１１１は極めて薄いので、電
流はこの層１１６を垂直に流れる。以上のように、層１
１１─１１８により発光ダイオード領域Ｂが形成され
る。

【００１５】次に、次のようにして光吸収制御半導体領
域Ａが形成される。ｉ−ＧａＡｓ層１１１の上に、厚さ
１００ｎｍにｉ−Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（ｘ＝０．３）、
厚さ６ｎｍにｉ−ＧａＡｓ、厚さ２ｎｍにｉ−Ａｌ_x Ｇ
ａ_1-x Ａｓ、厚さ１５ｎｍにｉ−ＧａＡｓ、厚さ２ｎｍ
にｉ−Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ、厚さ５ｎｍにｉ−ＧａＡ
ｓ、厚さ１００ｎｍにｉ−Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓを成長さ
せ、それぞれ、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層２０、ｉ−ＧａＡｓ
層１９、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１８、ｉ−ＧａＡｓ層１
７、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１６、ｉ−ＧａＡｓ層１５、ｉ
−ＡｌＧａＡｓ層１４を形成する。

【００１６】上記の多重層２０−１４により、３重量子
井戸構造が出来上がる。ｉ−ＧａＡｓ層１５が第１量子
井戸Ｑ１、ｉ−ＧａＡｓ層１７が第２量子井戸Ｑ２、ｉ
−ＧａＡｓ層１９が第３量子井戸Ｑ３であり、ｉ−Ａｌ
ＧａＡｓ層１４、２０は両端の電位障壁Ｖｕ、Ｖｄであ
り、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１６、１８は各量子井戸を分離
する中間の電位障壁Ｖ１、Ｖ２である。

【００１７】次に、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層１４の上にｉ−
ＧａＡｓを１０ｎｍ成長させてｉ−ＧａＡｓ層１３を形
成し、その上にｎ−ＧａＡｓを１００ｎｍ成長させてｎ
−ＧａＡｓ層１２を形成する。この層１３、１２は光吸
収制御半導体領域Ａに対する電極層として機能する。こ
のようにして、エピタキシャル膜構造が完成する。

【００１８】次に、発光ダイオード領域Ｂ及び光吸収制
御半導体領域Ａの共通電極の形成部分に当たる光吸収制
御半導体領域Ａの層１２−２０及び発光ダイオード領域
Ｂの電極形成部分に当たる光吸収制御半導体領域Ａの層
１２−２０、発光ダイオード領域Ｂの層１１１−１１５
を、それぞれ、エッチングして、ｉ−ＧａＡｓ層１１１
及びｉ−ＧａＡｓ層１１６を露出させる。そして、それ
らの露出部にＡｕＧｅ合金およびＡｕの２層構造（それ
ぞれ５０ｎｍ、２００ｎｍ）を、又、ｎ−ＧａＡｓ層１
２の上にＡｕを真空蒸着し、水素および窒素雰囲気中で
４００℃２分間の合金化処理を施し、オーム性接触の共
通電極１１９、発光ダイオード領域用電極１２０、光吸
収制御半導体領域用電極１１を得る。電極１１は厚さ２
０ｎｍに構成しているので、光は電極１１を透過するこ
とができる。

【００１９】電極１２０が共通電極１１９に対して正電
位となるように電源３０により電圧を印加してｐｎ接合
に電流を注入させることにより、ｐｎ接合面から光が放
射される。この光は光吸収制御半導体領域Ａの各層を垂
直に通過する。

【００２０】次に、光吸収制御半導体領域Ａにおける光
吸収機構について説明する。図２は、３重量子井戸に電
界が印加されていない状態でのエネルギーバンド図であ
る。伝導帯及び価電子帯のそれぞれにおいて、ＡｌＧａ
Ａｓ層１４、１６、１８、２０から成る電位障壁Ｖｕ、
Ｖ１、Ｖ２、Ｖｄと、ＧａＡｓ層１５、１７、１９から
成る第１、第２、第３量子井戸Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が形成
されている。

【００２１】第１量子井戸Ｑ１の伝導帯では、厚さ５ｎ
ｍに対応した準位の基底量子準位Lc１₀ 、第２量子井戸
Ｑ２の伝導帯では、厚さ１５ｎｍに対応した準位の基底
量子準位Lc２₀ と第１励起量子準位Lc２₁ 、第３量子井
戸Ｑ３の伝導帯では、厚さ６ｎｍに対応した準位の基底
量子準位Lc３₀ が形成される。又、第１量子井戸Ｑ１の
価電子帯では、厚さ５ｎｍに対応した準位の基底量子準
位Lv１₀ 、第２量子井戸Ｑ２の価電子帯では、厚さ１５
ｎｍに対応した準位の基底量子準位Lv２₀ 、第３量子井
戸Ｑ３の価電子帯では、厚さ６ｎｍに対応した準位の基
底量子準位Lv３₀ が形成される。又、他の励起量子準位
は、光吸収に支配的でないので図示されていない。この
ように、量子井戸では、井戸の幅が薄くなると、電子は
ある離散的な準位に拘束される。

【００２２】この状態の時、３つの量子井戸Ｑ１、Ｑ
２、Ｑ３の伝導帯において、量子準位は同一準位をとっ
ていない（連続していない）。よって、各量子井戸間で
電子が中間障壁Ｖ１、Ｖ２を通ってドリフトできない。
即ち、光吸収は、第１量子井戸Ｑ１において、価電子帯
の量子準位Lv１₀ と伝導帯の量子準位Lc１₀ との間、第
２量子井戸Ｑ２において、価電子帯の量子準位Lv２₀ と
伝導帯の量子準位Lc２₀、Lc２₁ との間、第３量子井戸
Ｑ３において、価電子帯の量子準位Lv３₀ と伝導帯の量
子準位Lc３₀ との間での直接遷移によるものである。即
ち、３つの量子井戸Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は互いに相互作用
せず、それぞれの量子井戸の価電子帯、伝導帯中の量子
準位間のエネルギーを持った光が入射すると電子の価電
子帯から伝導帯への遷移がそれぞれ個別に起こる。よっ
て、この状態での光吸収係数は小さい。

【００２３】ところが、電極１１が共通電極１１９対し
て正電位となるよう電源３１によりに電圧を印加する
と、ｎ−ＧａＡｓ層１２及びδドープ層１１２が電極層
として機能して、３重量子井戸ＴＱＷの接合面に一様に
且つ垂直に電界が印加される。すると、図４の（ａ）に
示すように、伝導帯において各量子井戸Ｑ１、Ｑ２、Ｑ
３における基底量子準位Lc１₀ 、第１励起量子準位Lc２
₁ 、基底量子準位Lc３₀が同一準位をとる電界が存在す
る。逆に言えば、ある電界の値に対して、３つの量子準
位が同一準位をとって整合するように、各量子井戸Ｑ
１、Ｑ２、Ｑ３の幅が設計されている。このとき、価電
子帯では、図４の（ｂ）に示すように、伝導帯で量子準
位が整合される電界では量子準位は整合しない。負の電
界が印加された時に、３つの量子井戸における価電子帯
の量子準位が整合する。このように、伝導帯でのみ各量
子井戸の量子準位が整合すると、各量子井戸の電子の波
動関数は、相互作用を起こすこととなり、中間障壁Ｖ
１、Ｖ２を通って、電子は任意の量子井戸における量子
準位に存在し得る。この状態で、３つの量子井戸の場合
には、微小エネルギー差だけ分離した３つの準位Ｅ１、
Ｅ２、Ｅ３に別れる（縮退が解けて３準位に分離す
る）。

【００２４】この状態では、光吸収は、図３に示すよう
に、第３量子井戸Ｑ３の価電子帯における基底量子準位
Lv３₀ と、３つの量子井戸の伝導帯に共通に広がった量
子準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３間の直接遷移ＴＥ１、ＴＥ２、
ＴＥ３により起こる。よって、電子は価電子帯から光吸
収によりどの量子井戸の伝導帯の量子準位にも遷移でき
る。このような状態が共鳴状態である。この共鳴状態に
おいて、光吸収率は極めて大きくなる。本発明者の観測
では、同一物質の同一幅の２つの量子井戸を有する半導
体装置の光吸収係数に比べて、約１００倍に向上した。

【００２５】正確には、これら３つの量子準位Ｅ１、Ｅ
２、Ｅ３の共鳴条件は僅かに異なるため、３本の吸収ス
ペクトルが同時に観測されることは困難であり、電界の
大きさにより、吸収スペクトルにおける吸収ピークの波
長が変化する。即ち、光吸収に最も支配的な電子遷移を
僅かに印加電界の大きさを変化させることで、遷移ＴＥ
１、ＴＥ２、ＴＥ３のうちの任意の１つに選択すること
ができる。

【００２６】図５は本実施例の光吸収制御半導体領域Ａ
に光を入射させて電子を励起させて励起電子に基づく光
導電率を、印加電圧と入射光の波長を変化させて測定し
た特性図である。この特性図は光吸収制御半導体領域Ａ
の光吸収スペクトルを表している。バイアス電圧を２．
５Ｖから２．９Ｖまで変化させた。２．５Ｖの時、７６
０ｎｍに光導電率ピークＰ１が現れ、２．９Ｖの時、光
導電率ピークＰ１が消失し、７６５ｎｍに光導電率ピー
クＰ２が現れる。中間の２．７Ｖでは、両光導電率ピー
クＰ１、Ｐ２が弱く観測される。このように、わずか
０．４Ｖのバイアス電圧の変化で、光導電率ピークの波
長、即ち、光吸収ピークの波長、あるピーク波長に注目
した場合には、その吸収係数の強度を制御できるという
優れた特性が観測された。

【００２７】このようにして、光がこの光吸収特性を有
する光吸収制御半導体領域Ａの量子井戸Ｑ３、Ｑ２、Ｑ
１を通過すると、透過光のスペクトルは発光ダイオード
領域Ｂで発光された光のスペクトルから図５に示すスペ
クトルが減少されたものとなる。従って、この電圧可変
の光吸収特性を利用すれば、透過光のスペクトルは光吸
収制御半導体領域Ａに印加される電圧の大きさにより変
化させることができる。

【００２８】第２実施例 本実施例は光吸収制御半導体領域Ａの構成を変化させた
ものである。図６は第２実施例にかかる光吸収制御半導
体領域Ａのエネルギーバンド構造図である。この実施例
では第１量子井戸Ｑ１、第２量子井戸Ｑ２、第３量子井
戸Ｑ３において、それぞれで異なる物質の半導体を用い
る。第１量子井戸Ｑ１はＩｎＧａＡｓ、第２量子井戸Ｑ
２はＡｌＧａＡｓ、第３量子井戸Ｑ３はＧａＡｓ、障壁
Ｖｕ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｄは、Ａｌ組成の大きいＡｌＧａ
Ａｓである。そして、各量子井戸Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の幅
を調節することで、無電界状態で、それぞれの量子井戸
の伝導帯においてのみ基底量子準位が一致（整合）する
ようになっている。価電子帯では量子準位を一致させな
い。このような構造においては、電界を印加しない状態
で、３つの量子井戸の伝導帯のみ共鳴状態とすることが
できる。伝導帯における共鳴状態では、整合した量子準
位は、微小エネルギー幅だけ離れた３つの量子準位Ｅ
１、Ｅ２、Ｅ３に分離し、縮退の解けた状態となる。

【００２９】このような構造においては、光吸収による
電子の直接遷移は、第１量子井戸Ｑ１の価電子帯におけ
る基底量子準位Lv１₀ と各量子井戸の伝導帯に共通に広
がった３つの量子準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３との間の遷移Ｔ
１₁ 、Ｔ１₂ 、Ｔ１₃ と、第２量子井戸Ｑ２の価電子帯
における基底量子準位Lv２₀ と各量子井戸の伝導帯に共
通に広がった３つの量子準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３との間の
遷移Ｔ２₁ 、Ｔ２₂ 、Ｔ２₃ と、第３量子井戸Ｑ３の価
電子帯における基底量子準位Lv３₀ と各量子井戸の伝導
帯に共通に広がった３つの量子準位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３と
の間の遷移Ｔ３₁ 、Ｔ３₂ 、Ｔ３₃ とがある。

【００３０】従って、準位の異なる３つの量子井戸Ｑ
１、Ｑ２、Ｑ３の価電子帯の量子準位からの遷移Ｔ１、
Ｔ２、Ｔ３に応じた３つの波長の光の吸収が起こる。よ
って、各量子井戸毎に、異なる波長で１本づつの光吸収
ピークを持つ吸収特性におけるピーク波長、ピーク波長
の吸収係数を、印加電界の大きさによって、変化させる
ことができる。換言すれば、この装置は、一つの構造で
同時に３本の吸収線を持ち、それぞれ、わずかづつ異な
る３つの吸収線の切替えが電気的に可能となる。従っ
て、光吸収制御半導体領域Ａを通過した光のスペクトル
を微小電圧変化により制御することが可能となる。よっ
て、微小電圧変化により光のスペクトルを微妙に変化さ
せることができる。

【００３１】第３実施例 図７は第３実施例に係る発光ダイオードの構造を示した
断面図である。本実施例では、半絶縁性のＧａＡｓ基板
２３０上に５００ｎｍのｉ−ＧａＡｓ層２１８、δドー
プ層２１７、厚さ１００ｎｍのｉ−ＧａＡｓ層２１６が
形成されている。δドープ層２１７が光吸収制御半導体
領域Ａに対する電極層として機能する。そして、ｉ−Ｇ
ａＡｓ層２１６の上に第１実施例と同一構成の光吸収制
御半導体領域Ａ（層２２０─２１４、第１実施例の層２
０─１４に対応して電位障壁Ｖｄ、第３量子井戸Ｑ３、
電位障壁Ｖ２、第２量子井戸Ｑ２、電位障壁Ｖ１、第１
量子井戸Ｑ１、電位障壁Ｖｕで構成）が形成されてい
る。

【００３２】次に、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層２１４の上に１
０００ｎｍの厚さにｉ−Ａｌ_y Ｇａ_1-y Ａｓ（ｙ＝０．
１５）層４０が形成される。その層４０は光導波層とし
て機能する。光導波層４０の上に、１００ｎｍの厚さに
ｉ−ＧａＡｓ層３１１、δドープ層３１２、１００ｎｍ
の厚さにｉ−ＧａＡｓ層３１３が形成される。各層は第
１実施例の層１１１、１１２、１１３に対応し、光吸収
制御半導体領域Ａ及び発光ダイオード領域Ｂに対する共
通電極層として機能する。

【００３３】次に、ｉ−ＧａＡｓ層３１１の上にｐ−Ａ
ｌＧａＡｓ層３１５、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３１４がそれ
ぞれ１０００ｎｍの厚さに形成される。各層は第１実施
例の層１１５、１１４に対応する。次に、層３１４の上
に１００ｎｍの厚さにｎ−ＧａＡｓ層３１６（第１実施
例の層１２に対応）を形成する。次に、図示する形状に
エッチングする。そして、ｎ−ＧａＡｓ層３１６及び露
出したｉ−ＧａＡｓ層３１３上にＡｕＧｅとＡｕの２重
構造から成る発光ダイオード領域用電極３１８及び３１
９が形成される。同様に、露出したｉ−ＧａＡｓ層３１
３及び露出したｉ−ＧａＡｓ層２１６上に光吸収制御半
導体領域用電極３２０及び３２２が形成される。次に、
下層程広くエッチングする逆メサエッチングを行う。そ
して、この端面に酸化膜、ナイトライドあるいはアルミ
ニウムを蒸着して反射膜３２３を形成する。

【００３４】このような構造の発光ダイオードにおい
て、電極３１９を電極３１８に対して正電位となるよう
に電源３２により電圧を印加すると、ｐｎ接合に電流が
注入されて光が放射される。この光は接合面に垂直に進
行して反射膜３２３で反射され、基板２３０に平行な方
向に進行する。この時、光は光導波層４０を層面に平行
な方向に伝搬するが、光導波層４０に接合する光吸収制
御半導体領域Ａは極めて薄く構成されているので、光吸
収制御半導体領域Ａに漏れる光も存在する。即ち、光導
波層４０の上下の界面で多重反射しながら光は進行する
が、下界面を透過した光が光吸収制御半導体領域Ａに漏
れて各層で反射され、もとの光導波層４０に戻る。よっ
て、光導波層４０を伝搬する間に光は光吸収制御半導体
領域Ａにおいて所定の吸収スペクトルに応じて吸収され
ることになる。よって、第１実施例と同様に電極３２０
と電極３２２の間に印加される電圧の大きさに応じて、
光導波層４０を伝搬する光のスペクトルを変調すること
ができる。即ち、光導波層４０を伝搬する光のスペクト
ルを電圧により変化させることができる。

【００３５】尚、上記実施例では、発光スペクトルを変
化させる装置について述べたが、共鳴状態において光吸
収制御半導体領域Ａに流れる電流を電極１１と１１９
間、電極３２２と３２０間で測定することで、特定の波
長を有する光の強度を測定する受光装置に応用すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な第１実施例に係る発光ダイオ
ードの構造を示した構造図。

【図２】その発光ダイオードにおける光吸収制御半導体
領域の無電界時におけるエネルギーバンドの構造を示し
た説明図。

【図３】光吸収制御半導体領域の電界印加時におけるエ
ネルギーバンドの構造を示した説明図。

【図４】電界に対する量子レベルの変移の様子を理論に
より求めた結果を示す説明図で、図（ａ）は伝導帯のエ
ネルギー準位の電界依存性、図（ｂ）は価電子帯のエネ
ルギー準位の電界依存性を各々示す。

【図５】光吸収制御半導体領域における印加電界を変化
させた時の光導電率の波長特性を測定した特性図。

【図６】第２実施例の発光ダイオードに係る光吸収制御
半導体領域のエネルギーバンド構造を示した説明図。

【図７】第３実施例の発光ダイオードの構造を示した断
面図。

【符号の説明】

Ｑ１…第１量子井戸 Ｑ２…第２量子井戸 Ｑ３…第３量子井戸 Ｖｕ、Ｖｄ、Ｖ１、Ｖ２…電位障壁 Lc１₀ …第１量子井戸の伝導帯の基底量子準位 Lc２₀ …第２量子井戸の伝導帯の基底量子準位 Lc２₁ …第２量子井戸の伝導帯の第１励起量子準位 Lc３₀ …第３量子井戸の伝導帯の基底量子準位 Ａ…光吸収制御半導体領域 Ｂ…発光ダイオード領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体層の接合面から光を放射する発光
   ダイオードにおいて、 光を放射する半導体層の接合面を有する発光ダイオード
   領域と、 前記発光ダイオード領域で発光された光を入射する光吸
   収制御半導体領域とを有し、 前記光吸収制御半導体領域は、 バンドギャップの異なる異種半導体の接合により形成さ
   れ、エネルギーダイヤグラムにおいてエネルギー障壁に
   より囲まれた量子準位を有する少なくとも３つの量子井
   戸から成り、 各量子井戸の幅及び各障壁の幅は、各量子井戸において
   伝導帯または価電子帯のいずれか一方のバンドにおける
   量子準位が整合された共鳴状態において各量子井戸にお
   ける電子の波動関数が相互作用を有する程度に形成さ
   れ、且つ、各量子井戸の幅及び物質は、電界を印加しな
   い状態又は適切な電界を前記接合に垂直に印加した状態
   で、一方のバンドにおいてのみ、そのバンドにおける各
   量子井戸における量子準位が整合された共鳴状態となる
   ように設定されており、 電界の前記接合に垂直な方向の成分を制御することによ
   り光吸収を変化させる装置で構成された波長可変発光ダ
   イオード。