(57)【要約】【課題】活性層以外の素子構造条件でも活性層の実効バンドギャップを制御することのできる半導体光学素子を提供する。【解決手段】基板と、基板上のバッファ層と、バッファ層上の第１導電型の第１コンタクト層と、第１コンタクト層上の一部の領域に形成された第１導電型の第１クラッド層と、第１クラッド層上に相互作用パラメータが４０００以上の化合物を含んで形成された活性層と、活性層上の第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層と、第２クラッド層上の第２導電型の第２コンタクト層と、第１コンタクト層上の第１電極と、第２コンタクト層上の第２電極とを有し、第１クラッド層もしくは第２クラッド層の厚さもしくは組成、または第２コンタクト層の厚さにより生じる、活性層の格子不整合を調節することにより、活性層の実効バンドギャップが制御される半導体光学素子を提供する。【選択図】      図２
2004356141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された第１導電型の第１のコンタクト層と、
前記第１のコンタクト層上の一部の領域に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に、相互作用パラメータが４０００以上の化合物を含んで形成された活性層と、
前記活性層上に形成された、第１導電型とは異なる第２導電型の第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層上に形成された、第２導電型の第２のコンタクト層と、
前記第１のコンタクト層上に形成された第１の電極と、
前記第２のコンタクト層上に形成された第２の電極と
を有し、前記第１のクラッド層もしくは前記第２のクラッド層の厚さもしくは組成、または前記第２のコンタクト層の厚さにより生じる、前記活性層の格子不整合を調節することにより、前記活性層の実効バンドギャップが制御される半導体光学素子。
【請求項２】
前記第１のクラッド層または前記第２のクラッド層または前記第２のコンタクト層が各層内に厚さの異なる複数の領域を有し、前記活性層が前記厚さの異なる複数の領域に対応して、異なる実効バンドギャップをもつ複数の領域に分けられる請求項１に記載の半導体光学素子。
【請求項３】
前記活性層がＧａＩｎＮで形成され、前記第１のクラッド層がｎ型不純物を添加したＡｌＧａＮで形成され、前記第２のクラッド層がｐ型不純物を添加したＡｌＧａＮで形成される請求項１または２に記載の半導体光学素子。
【請求項４】
前記第１及び第２のクラッド層の厚さが０〜１００ｎｍであり、前記第２のコンタクト層の厚さが１０〜５００ｎｍであり、前記第１及び第２のクラッド層のＡｌ組成ＹＳがＹＳ＝０〜０．２である請求項３に記載の半導体光学素子。
【請求項５】
第１導電型の第１のクラッド層及び前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２のクラッド層と、
前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に形成された量子井戸構造の活性層と、
前記第２のクラッド層上に形成された第２のコンタクト層と、
前記第１のクラッド層に接続形成された第１の電極及び前記第２のコンタクト層に接続形成された第２の電極と
を有し、前記第１のクラッド層または前記第２のクラッド層または前記第２のコンタクト層は、少なくともいずれかの層の厚さの異なる複数の領域を有し、前記活性層が同一の厚さとした積層構造の半導体光学素子であって、前記層の厚さの異なる複数の領域に対応する前記活性層の領域に対応して、前記活性層が異なる発光ピークの発光または異なる感光波長をもつ半導体光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体光学素子に関し、特に歪みを有する活性層を備えた半導体光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）を用いて多色発光を行う方法として、蛍光体を利用する方法が知られている。たとえば単色発光するＬＥＤの周囲に蛍光体を塗布し、ＬＥＤを励起光源として蛍光体を発光させることにより、ＬＥＤが発する光とは異なる波長の光を取り出す。
【０００３】
蛍光体を用いない方法も提案されている。異なる波長の光を発光する２つの半導体チップを積み重ねて固定し、両者から発せられる光を、電流及び電圧によって制御して混合することで、たとえば白色の光を取り出す。（たとえば特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】
実用新案登録第３０７６５６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体発光素子の場合、通常、発光波長は、活性層（発光層）の組成や厚さで決定される。しかしそれらを制御することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、活性層以外の素子構造条件でも活性層の実効バンドギャップを制御することのできる半導体光学素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、基板と、前記基板上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された第１導電型の第１のコンタクト層と、前記第１のコンタクト層上の一部の領域に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に、相互作用パラメータが４０００以上の化合物を含んで形成された活性層と、前記活性層上に形成された、第１導電型とは異なる第２導電型の第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に形成された、第２導電型の第２のコンタクト層と、前記第１のコンタクト層上に形成された第１の電極と、前記第２のコンタクト層上に形成された第２の電極とを有し、前記第１のクラッド層もしくは前記第２のクラッド層の厚さもしくは組成、または前記第２のコンタクト層の厚さにより生じる、前記活性層の格子不整合を調節することにより、前記活性層の実効バンドギャップが制御される半導体光学素子が提供される。
【０００８】
この半導体光学素子には、発光層ではない層の厚さや組成を制御することにより、発光層を形成する材料や発光層の構造等によって定まる発光層の発光波長とは異なる波長の光を発する半導体発光素子が含まれる。
【０００９】
また、本発明の他の観点によれば、第１導電型の第１のクラッド層及び前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に形成された量子井戸構造の活性層と、前記第２のクラッド層上に形成された第２のコンタクト層と、前記第１のクラッド層に接続形成された第１の電極及び前記第２のコンタクト層に接続形成された第２の電極とを有し、前記第１のクラッド層または前記第２のクラッド層または前記第２のコンタクト層は、少なくともいずれかの層の厚さの異なる複数の領域を有し、前記活性層が同一の厚さとした積層構造の半導体光学素子であって、前記層の厚さの異なる複数の領域に対応する前記活性層の領域に対応して、前記活性層が異なる発光ピークの発光または異なる感光波長をもつ半導体光学素子が提供される。
【００１０】
この半導体光学素子は、第１のクラッド層または第２のクラッド層または第２のコンタクト層が、少なくともいずれかの層の厚さの異なる複数の領域を有しているため、その厚さの異なる複数の領域に対応する活性層の複数の領域に異なる量の歪みが生じ、活性層の複数の領域が異なる発光ピークの発光または異なる感光波長をもつ。
【００１１】
【発明の実施の形態】
たとえばＩｎ元素を含む窒素化合物結晶を発光層として使用した半導体発光素子においては、発光層内部の状態が発光に大きな影響を与える。たとえば発光層がＧａＩｎＮを井戸層とした量子構造を有するＬＥＤの場合、光は発光層からスポット状に発せられる。発光がスポット状であることは、ＧａＮ−ＩｎＮの非混和性が高いため、高いＩｎ組成を有したＧａＩｎＮ結晶層（発光層）が組成揺らぎ（Ｉｎ組成の高いＧａＩｎＮ領域とＩｎ組成の低いＧａＩｎＮ領域が混在している状態）を生じ、Ｉｎ組成の高い（バンドギャップの狭い）ＧａＩｎＮ領域で選択的に電子とホールの再結合が起きることに起因すると考えられる。キャリアが格子欠陥に捕らわれる前に、Ｉｎ組成の高いＧａＩｎＮ領域に到達すれば、高い量子効率で発光が行われる。高密度で高Ｉｎ組成の揺らぎをつくることができれば、長波長の明るい光を発する半導体発光素子を製造することができるであろう。
【００１２】
図１は、化合物の相互作用パラメータを示す表である。表には、相互作用パラメータを単位「ｃａｌ／ｍｏｌ」で示した。相互作用パラメータは、化合物の非混和性を表し、値が大きいほど混晶結晶の各要素が交わりにくいことを示す。
【００１３】
ＩｎＮを含む化合物（ＧａＮ−ＩｎＮ及びＡｌＮ−ＩｎＮ）は相互作用パラメータが大きい（それぞれ９２２３ｃａｌ／ｍｏｌ及び１５３４０ｃａｌ／ｍｏｌ）、すなわち非混和性が高いことがわかる。組成揺らぎは、相互作用パラメータが４０００ｃａｌ／ｍｏｌ以上である化合物で生じやすい。
【００１４】
Ｉｎ元素材料を多く供給することでは、高密度で高Ｉｎ組成の揺らぎをつくることは難しい。本願発明者は、半導体発光素子の発光層と、発光層を挟むクラッド層との格子定数の差を大きくし、ＧａＮ−ＩｎＮの非混和性を強調することにより、Ｉｎ組成の揺らぎ現象を増大させ、半導体発光素子の発光波長を長波長化させる手法を研究した。本願発明者は、Ｓｉを添加しｎ型としたＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）層上に、井戸層（発光層）として不純物を添加しないＧａＩｎＮ（ＧａＩｎＮ：ｕｎ）層を成長させるよりも、Ｓｉを添加しｎ型としたＡｌＧａＮ（ＡｌＧａＮ：Ｓｉ）層上にＧａＩｎＮ：ｕｎを成長させた方が、格子不整合率が高くなって、ＧａＩｎＮにストレスがかかり、Ｉｎの組成揺らぎが起こりやすくなるであろうと考え、以下に記すような実験を行ってその考えの正しさを確認し、ＧａＩｎＮ井戸層をＡｌＧａＮクラッド層で挟んだ、長波長の光を発することのできる半導体発光素子を作製した。
【００１５】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、単一量子井戸を有するＬＥＤの製造工程を示す概略図である。
【００１６】
図２（Ａ）を参照する。サファイア基板１１を１０００℃で１０分間サーマルアニールし、サファイア基板１１上に不純物を添加しないＧａＮ多結晶（ＧａＮ：ｕｎ）からなるバッファ層１２を、たとえば５５０℃で成長させる。バッファ層１２の厚さは、たとえば２０ｎｍである。バッファ層１２上に、Ｓｉを添加してｎ型としたＧａＮ（ＧａＮ：Ｓｉ）で形成されるｎ型コンタクト層１３を、たとえば１０３０℃で、厚さ２μｍに成長させる。ｎ型コンタクト層１３上には、Ｓｉの添加によりｎ型とされた、ＡｌとＧａとの組成比が１：９（ＹＳ１＝０．１）であるＧａＮより格子定数の小さいＡｌＧａＮ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ：Ｓｉ）で形成されるｎ型クラッド層１４を、たとえば１０３０℃で、厚さ５０ｎｍに成長させる。ｎ型クラッド層１４上に、ＩｎとＧａとの組成比が２：８（ＸＳ１＝０．２）で、不純物が添加されていないＧａＮより格子定数の大きいＧａＩｎＮ（Ｇａ０．８Ｉｎ０．２Ｎ：ｕｎ）層である井戸層１５を７５０℃で形成する。厚さは、たとえば２．５ｎｍである。井戸層１５は活性層（発光層）であり、ＸＳ１＝０．２とはＧａＩｎＮ層中の平均Ｉｎ組成を示す。井戸層１５上には、ｐ型クラッド層１６、たとえばＡｌとＧａとの組成比が１：９（ＹＳ１＝０．１）で、Ｍｇを添加することによりｐ型とした、ＧａＮより格子定数の小さい厚さ５０ｎｍのＡｌＧａＮ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ：Ｍｇ）層を１０００℃で成長させる。ｐ型クラッド層１６上に、ｐ型コンタクト層１７、たとえばＭｇを添加することでｐ型としたＧａＮ（ＧａＮ：Ｍｇ）層を１０００℃で、厚さ２５０ｎｍに成長させる。
【００１７】
図２（Ｂ）を参照する。図２（Ａ）に示す積層構造の一部をｎ型コンタクト層１３までエッチングし、露出したｎ型コンタクト層１３の表面上に、ＴｉとＡｌの合金でｎ側電極１８を形成する。また、ｐ型コンタクト層１７表面上に、ＮｉとＡｕの合金でｐ側電極１９を形成し、ＬＥＤを得る。これを第１のサンプル２１と呼ぶ。
【００１８】
第１のサンプル２１に順方向に３．８Ｖの電圧を印加して２０ｍＡの電流を流し、ＥＬ測定を行ったところ、発光波長５００ｎｍ，発光強度１ｃｄのＥＬ光を発した。
【００１９】
次に、ｎ型クラッド層１４もしくはｐ型クラッド層１６の層厚もしくは組成、またはｐ型コンタクト層１７の層厚が、第１のサンプル２１と異なる第２〜第６のサンプルを作製した。
【００２０】
図３は、第１〜第６のサンプルについて、発光波長とピーク強度を比較した表である。各サンプルのピーク強度は、第１のサンプルのピーク強度で規格化した。
【００２１】
第２のサンプルの欄を参照する。第１のサンプル２１と異なる点は、ｎ型クラッド層１４及びｐ型クラッド層１６の厚さを、ともに１００ｎｍに形成したことである。その他の構成は第１のサンプル２１と等しい。
【００２２】
第２のサンプルに順方向に２０ｍＡの電流を流し、ＥＬ測定を行った。発光波長５１０ｎｍ、ピーク強度が０．２４である発光が認められた。
【００２３】
この実験結果から、発光層の格子定数より格子定数の小さいクラッド層の層厚を厚くすると、発光ピークが長波長側にシフトすることが確認される。クラッド層の格子定数は、クラッド層が薄いほど下地のＧａＮ：Ｓｉに近づき、クラッド層が厚いほどクラッド層本来の格子定数に近づく。このため、クラッド層が厚いほどクラッド層と井戸層との格子不整合率が大きくなり、井戸層中のＩｎＮの組成揺らぎが大きくなって、発光される光の波長が長くなると考えられる。
【００２４】
第３及び第４のサンプルの欄を参照する。第３及び第４のサンプルは、第２のサンプルと、ｎ型クラッド層１４及びｐ型クラッド層１６の組成が異なるＬＥＤである。第３のサンプルは両クラッド層の組成がＹＳ１＝０．０５、第４のサンプルはＹＳ１＝０．１５である。その他の構成は、第２のサンプルと等しい。両クラッド層の組成がＹＳ１＝０．１である第２のサンプルの発光波長が５１０ｎｍであったのに対して、第３のサンプルの発光波長は５００ｎｍ、第４のサンプルのそれは５３０ｎｍであった。また、第３のサンプルのピーク強度は０．９、第４のサンプルのそれは０．０６５であった。
【００２５】
この実験結果から、クラッド層のＡｌが増大するほど、発光ピークが長波長側にシフトすることがわかる。クラッド層中のＡｌが増えるほど、クラッド層と井戸層との格子不整合率が高くなり、井戸層中のＩｎＮの組成揺らぎが大きくなるためと考えられる。
【００２６】
第５のサンプルの欄を参照する。第１のサンプル２１と異なる点は、ｎ型クラッド層１４が形成されておらず（ｎ型クラッド層１４の層厚が０）、ｎ型コンタクト層１３上に井戸層１５が積層されていることである。その他の構成は第１のサンプル２１と等しい。
【００２７】
第６のサンプルの欄を参照する。第５のサンプルと異なる点は、ｐ型コンタクト層１７の厚さである。第５のサンプルのそれが２５０ｎｍであるのに対し、第６のサンプルのそれは１００ｎｍである。
【００２８】
第５のサンプル及び第６のサンプルに、順方向に２０ｍＡの電流を流し、ＥＬ測定を行った。発光波長は、それぞれ４８０ｎｍ、５００ｎｍであった。また、第５のサンプルのピーク強度は１．４、第６のサンプルのそれは０．５６であった。
【００２９】
ｐ型コンタクト層１７が薄いと、発光ピークが長波長化することがわかる。これは、最表面層であるｐ型コンタクト層１７が薄くなるほど、クラッド層が与える井戸層への歪みが増大するためである。よってｐ型コンタクト層１７が薄くなるほど、井戸層中のＩｎＮの組成揺らぎが大きくなり、狭いバンドギャップ部で発光するため、発光波長が長くなると考えられる。
【００３０】
図３に示した表より、次のことがわかるであろう。まず、井戸層の構成が同一のＬＥＤであっても、井戸層とその上下の層との間で生じる格子不整合の度合いを強調するほど、発光する光の波長は長波長側にシフトする。また、ｐ型コンタクト層１７の層厚を薄くすることによっても、発光波長は長波長側にシフトする。
【００３１】
なお、本願発明者は、（ａ）井戸層の上下に積層されるクラッド層を、井戸層との格子定数差を大きくして形成したＬＥＤ、（ｂ）井戸層の下のクラッド層だけを、井戸層との格子定数差を大きくして形成したＬＥＤ、（ｃ）井戸層の上のクラッド層だけを、井戸層との格子定数差を大きくして形成したＬＥＤ、の３つについて、発光波長を調べた。その結果、発光波長は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順で長波長化を起こした。
【００３２】
以上より、ＬＥＤの活性層（発光層、井戸層）に与える歪み量を制御することにより、ＬＥＤの発光波長を制御することができる。
【００３３】
本願発明者が、実験を繰り返した結果、図２（Ｂ）に示した第１のサンプル２１と同様の積層構造を有するＬＥＤにおいて、ｎ型クラッド層１４及びｐ型クラッド層１６のＡｌ組成をＹＳ１＝０〜０．２の範囲で変化させ、両クラッド層の層厚を０〜１００ｎｍの範囲で変化させ、更に、ｐ型コンタクト層１７の層厚を１０〜５００ｎｍの範囲で変化させることによって、発光波長を５０ｎｍの範囲で変化させられることがわかった。活性層自身の成長条件を変えることによっても発光波長は制御できるため、波長制御の範囲はより広くすることができる。
【００３４】
なお、基板に対する発光位置を揃えるためには、発光層（井戸層）の下方の層ではなく、上方の層の層厚を変化させることが好ましい。
【００３５】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例による半導体発光素子３１の製造工程を示す概略図である。
【００３６】
図４（Ａ）を参照する。図４（Ａ）に示す積層構造は、図２（Ａ）に示した積層構造と全く同じものである。まず、図２（Ａ）を用いて説明した製造工程と全く同じ製造工程によって、図２（Ａ）に示した積層構造と全く同じ積層構造を作製する。
【００３７】
図４（Ｂ）を参照する。次に、図４（Ａ）に示す積層構造の一部（周辺部）をｎ型コンタクト層１３までエッチングする。また、ｐ型コンタクト層１７の一部をエッチングし、ｐ型コンタクト層１７を厚さの異なる２つの領域１７ａ，１７ｂに分ける。ｐ型コンタクト層１７上面における領域１７ａ、領域１７ｂの面積比はたとえば２：１である。ｐ型コンタクト層１７の領域１７ａにおける厚さはたとえば１００ｎｍ、領域１７ｂにおける厚さはたとえば２５０ｎｍである。更に、露出したｎ型コンタクト層１３の表面上に、ＴｉとＡｌの合金でｎ側電極１８を形成し、ｐ型コンタクト層１７表面上に、ＮｉとＡｕの合金でｐ側電極１９を形成して、半導体発光素子３１を得る。
【００３８】
図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）の４Ｃ−４Ｃ線に沿った断面図である。井戸層１５のうち、ｐ型コンタクト層１７の領域１７ａの下方に位置する領域を領域１５ａと定義し、領域１７ｂの下方に位置する領域を領域１５ｂと定義する。
【００３９】
半導体発光素子３１に、順方向に２０ｍＡの電流を流し、ＥＬ測定を行ったところ、４８０ｎｍの青発光領域と５００ｎｍの青緑発光領域とからなる、ブロードな発光ピークが得られた。また、波形分離計算の結果、４８０ｎｍの光のピーク強度を１としたとき、５００ｎｍの光のピーク強度は０．７であった。発光像を観察した結果、４８０ｎｍにピーク強度をもつ光は井戸層１５の領域１５ｂから発光され、５００ｎｍにピーク強度をもつ光は井戸層１５の領域１５ａから発光されることが判明した。
【００４０】
半導体発光素子３１は、たとえばエッチングにより、ｐ型コンタクト層１７に厚さの異なる領域を形成するだけで、発光色の制御を可能にした半導体発光素子である。ｐ型コンタクト層１７内に、層厚の異なる複数の領域を設けることによって、井戸層１５（発光層）内にそれら複数の領域に対応して、波長の異なる光を発する複数の発光領域（異なる実効バンドギャップをもつ複数の領域）を形成し、複数の波長位置にピーク強度をもつ発光を得ることができる。
【００４１】
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施例による半導体発光素子３２の概略図である。図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示す半導体発光素子３１と異なる点は、ｐ型コンタクト層１７の層厚の異なる２つの領域１７ａ，１７ｂが、その下方の層とともに、電気的に分離されていることである。
【００４２】
図５（Ａ）を参照する。図４（Ａ）に示す積層構造の一部をｎ型コンタクト層１３までエッチングし、ｎ型クラッド層１４からｐ型コンタクト層１７までの積層構造を、２つの電気的に分離された領域に分ける。また、分離されたｐ型コンタクト層１７の一方をエッチングし、ｐ型コンタクト層１７を厚さの異なる２つの領域１７ａ，１７ｂに分ける。２つの領域１７ａ，１７ｂの面積比及び層厚は、たとえば図４（Ｂ）及び（Ｃ）を用いて説明した半導体発光素子３１におけるそれらと等しい。更に、ｐ型コンタクト層１７のそれぞれの領域１７ａ，１７ｂ表面上に、ＮｉとＡｕの合金でｐ側電極１９ａ，１９ｂを形成し、露出したｎ型コンタクト層１３の表面上に、ＴｉとＡｌの合金でｎ側電極１８を形成し、半導体発光素子３２を得る。
【００４３】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿った断面図である。半導体発光素子３２においては、ｐ型コンタクト層１７の領域１７ａの下方に、ｐ型クラッド層１６の領域１６ａ、井戸層１５の領域１５ａ、ｎ型クラッド層の領域１４ａが形成され、ｐ型コンタクト層１７の領域１７ｂの下方に、各層の領域１６ｂ，１５ｂ，１４ｂが形成される。
【００４４】
半導体発光素子３２に、順方向に、２０ｍＡの電流を流し、ＥＬ測定を行った。ｎ側電極１８とｐ側電極１９ａとの間に電圧を印加し、ｐ型コンタクト層１７の層厚が薄い方の領域１７ａの下方の井戸層１５ａに電流を流したとき、波長５００ｎｍの青緑発光が観測された。また、ｎ側電極１８とｐ側電極１９ｂとの間に電圧を印加し、ｐ型コンタクト層１７の層厚が厚い方の領域１７ｂの下方の井戸層１５ｂに電流を流したとき、波長４８０ｎｍの青発光が観測された。発光のピーク強度は、４８０ｎｍの光のピーク強度を１としたとき、５００ｎｍの光のそれは０．６であった。前述の半導体発光素子３１に比べて、５００ｎｍの光のピーク強度が小さいのは、ｐ型コンタクト層１７の層厚の異なる２つの領域１７ａ、１７ｂを、その下方の層とともに電気的に分離するためにサンプルにエッチングを施す際のエッチングダメージのためであると思われる。
【００４５】
更に、井戸層１５の２つの領域１５ａ，１５ｂで同時に発光させたとき、発光ピークが波長４８０ｎｍの青発光領域と波長５００ｎｍの青緑発光領域とからなるブロードな発光ピークを有する発光が得られた。波形分離計算を行ったところ、４８０ｎｍの光と５００ｎｍの光とのピーク強度比は、１：０．６であった。
【００４６】
半導体発光素子３２は、たとえばエッチングにより、ｐ型コンタクト層１７に厚さの異なる領域を形成し、それらの領域及びその下方の井戸層１５を分離することによって、井戸層１５の各領域から発光される単色光、及びそれらの単色光を合成して得られる光を発光させることができる。上記例では、ｐ型コンタクト層１７内に層厚の異なる２つの領域を設け、井戸層１５にそれらの層厚の異なる領域に対応して２つの発光領域を形成したが、井戸層１５に２より大きい複数の発光領域を形成し、各発光領域から発せられる単色光、及びそれらの単色光を任意に組み合わせて得られる色の光を発光させることができる。
【００４７】
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、第３の実施例による半導体発光素子３３の概略図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示した半導体発光素子３２から発光される単色光を合成して得られる色を改良するために、井戸層１５に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各単色を発光する小面積の領域を均等に分布させるテクスチャ構造を採用する。
【００４８】
図６（Ａ）は、半導体発光素子３３の平面図である。図には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光領域をそれぞれ３つ形成した場合を示したが、形成する発光領域の数は任意である。
【００４９】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ線に沿った断面図である。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各発光が得られるように、たとえばエッチングにより、井戸層１５の各発光領域の上方に位置するｐ型コンタクト領域１７の層厚を調整している。
【００５０】
第１〜第３の実施例においては、エッチングによりｐ型コンタクト層１７の厚さを制御することで、所望の発光波長の光を得たが、ｐ型コンタクト層１７またはｎ型クラッド層１４またはｐ型クラッド層１６の層厚を、たとえば選択エッチングや選択成長により制御することで所望の波長の光を発することのできる半導体発光素子を製造することができる。製造工程の簡略化のためには、最上層のｐ型コンタクト層１７の層厚を制御することが望ましい。このように、井戸層１５（発光層）以外の層の厚さを制御することにより、異なる発光波長を有する半導体発光素子を作製することができる。また、発光波長の制御は層厚ではなく、ｎ型クラッド層１４またはｐ型クラッド層１６のＡｌ組成比を変更することによって行うことも可能である。
【００５１】
また、第１〜第３の実施例においては、井戸層１５（活性層、発光層）がＧａＩｎＮで形成される場合を述べたが、井戸層１５（活性層、発光層）を形成する材料は、非混和性の高い材料であればよい。相互作用パラメータが４０００ｃａｌ／ｍｏｌ以上の材料であることが望ましい。
【００５２】
更に、以上の説明においては、半導体発光素子の発光層（活性層）以外の層の厚さまたは組成を制御することによって、発光層（活性層）からの発光波長が制御できることを述べたが、この技術的思想は実効バンドギャップを制御する観点から半導体受光素子についても応用することができる。活性層が受ける歪みにより活性層の実効バンドギャップが変化し、それによって、半導体発光素子の場合は発光される光の波長が変化し、半導体受光素子の場合は、受光の際に感光する感光波長領域が変化する。
【００５３】
図７に、第４の実施例による半導体受光素子を示す。図７（Ａ）は、半導体受光素子３４の平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線に沿った断面図である。半導体受光素子３４の構造は、第３の実施例による半導体発光素子３３と同様である。共通で使用するｎ側電極１８とｐ側電極１９ａ，ｂ，ｃとを論理回路４０に接続する。
【００５４】
半導体受光素子３４に任意のスペクトルをもつ光が入射した場合、そのスペクトルを反映して、分離された各領域に電流が流れる。各電極間に流れる電流を測定することにより、入射光のスペクトルや発光強度分布を測定することができる。
【００５５】
半導体受光素子３４は、半導体発光素子３３と同様に、活性層以外の素子条件（ｎ型クラッド層もしくはｐ型クラッド層の厚さもしくは組成、またはｐ型コンタクト層の厚さ）を変化させることで、活性層の実効バンドギャップを変化させ、感光波長領域を調整した半導体受光素子である。半導体受光素子３４の活性層は、異なる感光波長領域（実効バンドギャップ）をもつ複数の領域に分けられている。
【００５６】
図２（Ｂ）に示した半導体発光素子の第１のサンプル２１、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示した半導体発光素子３１、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示した半導体発光素子３２に対応する半導体受光素子も、活性層以外の素子条件を変化させることにより、感光波長領域を調整することができる。
【００５７】
なお、実施例のｎ型領域とｐ型領域とは、反転させてもよい。
【００５８】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、活性層以外の素子構造条件でも活性層の実効バンドギャップを制御できる半導体光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】化合物の相互作用パラメータを示す表である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、単一量子井戸を有するＬＥＤの製造工程を示す概略図である。
【図３】第１〜第６のサンプルを比較した表である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施例による半導体発光素子の製造工程を示す概略図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施例による半導体発光素子の概略図である。
【図６】（Ａ）は、半導体発光素子３３の平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】（Ａ）は、半導体受光素子３４の平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１１  サファイア基板
１２  バッファ層
１３  ｎ型コンタクト層
１４  ｎ型クラッド層
１４ａ，ｂ  領域
１５  井戸層
１５ａ，ｂ  領域
１６  ｐ型クラッド層
１６ａ，ｂ  領域
１７  ｐ型コンタクト層
１７ａ，ｂ  領域
１８  ｎ側電極
１９、１９ａ，ｂ，ｃ  ｐ側電極
２１  第１のサンプル
３１、３２、３３  半導体発光素子
３４  半導体受光素子
４０  論理回路
【図１】
2004356141.tif 000003
【図２】
2004356141.tif 000004
【図３】
2004356141.tif 000005
【図４】
2004356141.tif 000006
【図５】
2004356141.tif 000007
【図６】
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【図７】
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