JP2003332615A

JP2003332615A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2003332615A
Application number: JP2002134678A
Authority: JP
Inventors: Michio Kondo; 道雄近藤; Yoshiyuki Mizuno; 義之水野
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】環境温度の変化に伴う発光強度の低下を可及
的に抑えた共鳴空洞型の半導体発光素子を提供する。【解決手段】ノッチフィルタと、反射層５４とによっ
て構成される光共振器により、活性層５８を含む発光層
により発生させられた光が互いに異なる２つの共振波長
をもって光共振させられる。かかる２つの共振波長が、
半導体発光素子５０に所望される発光波長λから長波長
側および短波長側にそれぞれ所定波長だけずれた値に設
定されることにより、たとえば光通信に寄与するその進
行方向と発光面８０の中心における法線との成す角φが
所定の角度範囲内である光のとり得る波長域を、発光出
力をほとんど低下させることなく拡大することができる
為、上記発光層により発生させられる光のフォトルミネ
センス強度のピーク波長が温度変化に伴って長波長側あ
るいは短波長側へと推移したとしても、常温と同程度の
光強度の光を供給することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばプラスチ
ック光ファイバ（ＰＯＦ：ＰｌａｓｔｉｃＯｐｔｉｃ
ａｌＦｉｂｅｒ）に光を供給する為の光源などに好適
に用いられる共鳴空洞型の半導体発光素子の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光通信に不可欠な伝達媒体である光ファ
イバの一態様として、プラスチック光ファイバ（以下、
ＰＯＦと称する）が知られている。かかるＰＯＦは、た
とえばポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）から成
るコアがフッ素樹脂から成るクラッドにその外周を被覆
されて構成されたものであり、石英系の材料から成る光
ファイバと比較して開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が高い、口径を広くし易い、価格
が安いなどの利点を有している。その一方で、伝送損失
がたとえば０．２ｄＢ／ｍ程度と比較的大きい為、伝送
距離が比較的短いホームユースあるいは自動車機器など
に多用されている。

【０００３】そのようなＰＯＦの伝送損失は、伝送され
る光の波長に依存するものであり、赤外線領域には電子
準位の励起による強い吸収があり、紫外線領域にはプラ
スチック材料中の原子間収縮運動に基づく多数の振動吸
収ピークがある。従って、最も低損失となる波長は可視
光領域に存在し、たとえば０．６２〜０．６８μｍ程度
の波長域において伝送損失が可及的に低く抑えられる。

【０００４】かかるＰＯＦに光を供給する為の光源とし
て、たとえば図１に示すような面発光型ＬＥＤ１０が好
適に用いられる。図において、面発光型ＬＥＤ１０は、
ｎ−ＧａＡｓ単結晶から成る基板１２上に順次結晶成長
させられたｎ−ＡｌＡｓ単結晶およびｎ−ＡｌＧａＡｓ
単結晶が交互に３２対積層された基板側反射層１４、ｉ
−ＡｌＩｎＧａＰ単結晶から成る第１バリア層１６、ｉ
−ＩｎＧａＰ単結晶から成る活性層１８、ｉ−ＡｌＩｎ
ＧａＰ単結晶から成る第２バリア層２０、ｐ−ＡｌＡｓ
単結晶およびｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶が交互に８対積層
された発光面側反射層２２、ｐ−ＧａＡｓ単結晶から成
るクラッド層２４、およびｎ−ＡｌＧａＡｓ単結晶から
成る電流阻止層２６と、基板１２の下面および電流阻止
層２６の上面にそれぞれ固着された下部電極２８および
上部電極３０とから構成されている。なお、上記電流阻
止層２６上に設けられた上部電極３０の内周側に位置す
る領域には、たとえばエッチングなどの手段により凹部
３２が形成されており、その底面が発光面３４に対応す
る。また、上記クラッド層２４および電流阻止層２６に
おける図１に斜線で示す領域には、たとえばＺｎなどの
ｐ型ドーパントが高濃度で拡散された高濃度拡散領域３
６が形成されることにより、その領域内においては上記
クラッド層２４の導電性が高められると共に、上記電流
阻止層２６の導電型が反転させられてｐ型とされ、上記
凹部３２に対応する部分のみが通電可能とされた電流狭
窄構造が形成されている。また、上記第１バリア層１６
の下面から上記第２バリア層２０の上面に至るまでの光
学的厚み寸法すなわち物理的厚みと屈折率との積は、面
発光型ＬＥＤ１０に所望される発光波長λたとえば０．
６５μｍ程度とされている。

【０００５】以上のように構成された面発光型ＬＥＤ１
０では、下部電極２８および上部電極３０間に電圧を印
加されることにより、上述の通電可能領域を通る経路で
電流が流れ、これによって上記活性層１８が励起されて
発光させられる。このとき、上記第１バリア層１６、活
性層１８、および第２バリア層２０は１対の反射層１４
および２２によって構成される光共振器内に設けられて
いることから、共振条件を満足する上記波長λ程度の光
が上記発光面３４から好適に放出される。すなわち、図
１に示す面発光型ＬＥＤ１０は、λ共振器を備えた共鳴
空洞型発光ダイオード（ＲＣ−ＬＥＤ）である。

【０００６】図２は、前記面発光型ＬＥＤ１０がＰＯＦ
３８に光を供給する為の光源として用いられる様子を示
す概略図である。この図に示すように、前記面発光型Ｌ
ＥＤ１０は、凸レンズ４０と一体に形成された屈折率が
たとえば１．５の合成樹脂部材４２に包囲されてその内
部に、上記発光面３４がその凸レンズ４０側に向き且つ
その発光面３４の中心における法線が上記凸レンズ４０
の光軸と略一致するように設けられている。また、上記
合成樹脂部材４２は、上記凸レンズ４０の光軸が上記Ｐ
ＯＦ３８の端面近傍における軸心と略一致するように配
設される。前記面発光型ＬＥＤ１０から放出された光Ｌ
は、上記凸レンズ４０によって屈折させられ、上記ＰＯ
Ｆ３８におけるコア４４の端面に入射させられる。その
コア４４の外周はクラッド４６により被覆されており、
上記光Ｌは、そのコア４４とクラッド４６との境界にお
いて反射させられ、かかる反射が繰り返されることによ
り１方向に伝送される。

【０００７】ところで、光ファイバは一般に所定の開口
数ＮＡを有する。その開口数ＮＡは上記コア４４の屈折
率をｎ₁、上記クラッド４６の屈折率をｎ₂として次の数
式１で与えられる。かかる値は同時に、上記コア４４の
端面の法線と上記光Ｌの進行方向とが成す角すなわち入
射角をθとして、数式２で示される上記光Ｌの入射角許
容範囲を定めるものであり、この範囲を逸脱した光Ｌは
上記コア４４とクラッド４６との境界において反射され
ず上記クラッド４６を透過する為、上記１方向に伝送さ
れず光通信に寄与しない。

【０００８】［数式１］ＮＡ≡（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）^1/2 ［数式２］ＮＡ≧ｓｉｎθ

【０００９】かかる開口数ＮＡは、たとえば０．３〜
０．５程度であり、前記ＰＯＦ３８においては０．３程
度であると考えると、前記入射角θは１７．５°程度ま
で許容されるものとなる。また、前記凸レンズ４０は、
前記合成樹脂部材４２内においてその進行方向と前記発
光面３４の中心における法線との成す角φが３５°であ
る光Ｌが、空気中に射出された際にその進行方向と前記
発光面の中心における法線との成す角θが１７．５°と
なるように光Ｌを屈折させるものであると考える。すな
わち、前記合成樹脂部材４２内においてその進行方向と
前記発光面の中心における法線との成す角φが３５°以
下である光Ｌが前記ＰＯＦ３８による光通信に寄与する
運びとなる。

【００１０】図３は、前記第２バリア層２０の内部から
前記発光面側反射層２２に向けてそれらの境界面に垂直
に進行する光Ｌの波長とその方向における反射率との関
係を示すグラフであり、図４は、前記第１バリア層１６
の内部から前記基板側反射層１４に向けてそれらの境界
面に垂直に進行する光Ｌの波長とその方向における反射
率との関係を示すグラフである。この２つのグラフは２
０℃程度の温度雰囲気におけるものであり、何れのグラ
フも鎖線で示す波長０．６６μｍ付近において最大値を
とっていることがわかる。図５は、空気中から前記面発
光型ＬＥＤ１０の発光面３４に向けて垂直に進行する光
Ｌの波長とその方向における反射率との関係を示すグラ
フである。このグラフは、図３および図４のグラフと同
じく２０℃程度の温度雰囲気におけるものであり、鎖線
で示す波長０．６６μｍ付近において反射率が最大値か
ら局域的に低下する波長域（以下、キャビティモードと
称する）が存在することがわかる。かかるキャビティモ
ードは前記面発光型ＬＥＤ１０の内部光共振器において
共振させられ且つ前記発光面３４から出力される発光波
長λとよく一致するものであり、図６に示すように、そ
の光Ｌの進行方向と前記発光面３４の中心における法線
との成す角φによって一義的に定まるものである。すな
わち、前記１対の反射層１４および２２によって構成さ
れる光共振器により光共振させられる波長は前記発光面
３４の中心における法線との成す角φによって異なり、
そのように光共振させられる波長がその角度における発
光波長に対応するものと考えられる。なお、図６は、前
記面発光ＬＥＤ１０を２０℃程度の空気中にて発光させ
た際の関係を示しており、前記合成樹脂部材４２内にお
いては、図６におけるそれぞれの角度と対応する角度φ
において同様のキャビティモードのずれが生じる。

【００１１】図７は、２０℃程度の温度雰囲気における
光Ｌの進行方向と前記発光面３４の中心における法線と
の成す角の変化によるキャビティモードの推移を説明す
るグラフであり、活性層１８において発生させられる光
の波長とフォトルミネセンス（ＰＬ）強度との関係を
（ｓ）に併記している。ここで、（ａ）は空気中から前
記面発光型ＬＥＤ１０の発光面３４に向けて垂直に進行
する光Ｌの波長とその方向における反射率との関係を示
すグラフであり、（ｂ）は同じく発光面３４に向けてそ
の法線と成す角が４０°となるようにすなわち前記合成
樹脂部材４２内において成す角φが２０°となるように
進行する光Ｌの波長とその方向における反射率との関係
を示すグラフであり、（ｃ）は同じく発光面３４に向け
てその法線と成す角が７０°となるようにすなわち前記
合成樹脂部材４２内において成す角φが３５°となるよ
うに進行する光Ｌの波長とその方向における反射率との
関係を示すグラフである。この図に示すように、前記キ
ャビティモードは前述の成す角φが２０°の光Ｌにおい
ては波長０．６５μｍ付近に存在し、成す角φが３５°
の光Ｌにおいては波長０．６４μｍ付近に存在する。す
なわち、前述のように光通信に寄与するその進行方向と
前記発光面３４の中心における法線との成す角φが０〜
３５°の光Ｌは、波長０．６４〜０．６６μｍの波長域
にそれぞれキャビティモードの中心を有するものであ
り、前記活性層１８において発生させられる光の内、か
かる波長域に含まれる光は、前記１対の反射層１４およ
び２２によって構成される光共振器により光共振させら
れ、何れかの角度φにおいて射出させられ、前記凸レン
ズ４０を経てＰＯＦ３８による光通信に寄与する。
（ｓ）のグラフにおいて、斜線で示された部分がそのよ
うにＰＯＦ３８による光通信に寄与する波長域であり、
その面積は前記ＰＯＦ３８により伝送される光強度（伝
送損失を考えない値）に対応する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図７の（ｓ）
に示す活性層１８により発生させられる光のフォトルミ
ネセンス強度は温度に依存するものであり、その値が最
大となるピーク波長は、温度上昇に伴って、たとえば
０．１２ｎｍ／℃程度の変化率で長波長側へと推移する
ものである。図８は、１００℃程度の温度雰囲気におけ
る光Ｌの進行方向と前記発光面の中心における法線との
成す角φの変化によるキャビティモードの推移を説明す
るグラフであり、活性層１８において発生させられる光
の波長とフォトルミネセンス強度との関係を（ｓ）に併
記している。ここで、（ａ）〜（ｃ）は、図７における
（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応する。なお、かかる
（ａ）〜（ｃ）のグラフもまた温度上昇により若干変化
するものであるが、フォトルミネセンス強度の推移に比
べて十分に小さなものである為、図においてはその変化
を無視した。この図に示すように、１００℃程度の温度
雰囲気においては、（ｓ）に示すフォトルミネセンス強
度のピーク波長が長波長側に推移することにより、斜線
で示される面積が２０℃程度の温度雰囲気におけるそれ
よりも小さくなっていることがわかる。同様に、たとえ
ば−６０℃程度といった温度雰囲気においてもかかる斜
線で示される面積は小さくなる。これは、従来の面発光
型ＬＥＤ１０がたとえば前記ＰＯＦ３８に光を供給する
為の光源として用いられた場合、その温度変化によって
前記ＰＯＦ３８により伝送される光強度が低下すること
を示している。

【００１３】前記ＰＯＦ３８は、前述のように、自動車
機器などに使用されるものである為、たとえばエンジン
ルーム内において１００℃付近の温度雰囲気に置かれる
ことが想定され、また寒冷地においては氷点下における
作動が求められる。すなわち、たとえば−６０〜１００
℃程度の温度範囲においては常温とほとんど変わらない
光強度をもって光が伝送されることが望ましいが、その
ように好適な伝送を実現する半導体発光素子は、未だ開
発されていないのが現状であった。

【００１４】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであり、その目的とするところは、環境温度の変
化に伴う発光強度の低下を可及的に抑えた共鳴空洞型の
半導体発光素子を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための第１の手段】かかる目的を達成
する為に、本第１発明の要旨とするところは、量子井戸
構造の発光層と、その発光層により発生させられた光を
反射する為の反射層とを備えて構成された共鳴空洞型の
半導体発光素子であって、第１多層膜層および第２多層
膜層と、その第１多層膜層および第２多層膜層の間に挟
まれて設けられたスペーサ層とから成るノッチフィルタ
を備え、そのノッチフィルタと前記反射層との間に前記
発光層が挟まれて設けられていることを特徴とするもの
である。

【００１６】

【第１発明の効果】このようにすれば、前記ノッチフィ
ルタと、前記反射層とによって構成される光共振器によ
り、前記発光層により発生させられた光が互いに異なる
２つの共振波長をもって光共振させられる。かかる２つ
の共振波長が、前記半導体発光素子に所望される発光波
長から長波長側および短波長側にそれぞれ所定波長だけ
ずれた値に設定されることにより、たとえば光通信に寄
与するその進行方向と発光面の中心における法線との成
す角が所定の角度範囲内である光のとり得る波長域を、
発光出力をほとんど低下させることなく拡大することが
できる為、前記発光層により発生させられる光のフォト
ルミネセンス強度のピーク波長が温度変化に伴って長波
長側あるいは短波長側へと推移したとしても、常温と同
程度の光強度を備えた光を供給することが可能となる。
すなわち、環境温度の変化に伴う発光強度の低下を可及
的に抑えた半導体発光素子を提供することができる。

【００１７】

【第１発明の他の態様】ここで、好適には、前記ノッチ
フィルタは、前記発光層よりも発光面側に設けられたも
のである。このようにすれば、前記半導体発光素子を比
較的簡単に作製でき、前記発光面から好適な放出光が得
られるという利点がある。

【００１８】また、好適には、前記第１多層膜層および
第２多層膜層は、それぞれ積層数が異なるものである。
このようにすれば、その第１多層膜層および第２多層膜
層の積層数を適宜設定することにより、前記半導体発光
素子に所望される発光波長に好適に対応したノッチフィ
ルタが構成されるという利点がある。

【００１９】また、好適には、前記半導体発光素子は垂
直キャビティ型面発光レーザである。このようにすれ
ば、指向性に優れた光を供給することが可能な半導体発
光素子を提供することができるという利点がある。

【００２０】

【課題を解決するための第２の手段】また、前記課題を
解決する為に、本第２発明の要旨とするところは、量子
井戸構造の発光層が、その発光層により発生させられた
光を反射する為の１対の反射層の間に挟まれて設けられ
た共鳴空洞型の半導体発光素子であって、その半導体発
光素子の発光面に光を照射した際に、その光の反射率が
最大値から局域的に低下する波長域が少なくとも２つ存
在することを特徴とするものである。

【００２１】

【第２発明の効果】このようにすれば、半導体発光素子
の発光面に光を照射した際に、その光の反射率が最大値
から局域的に低下する少なくとも２つの波長域が存在
し、かかる波長域それぞれの中心波長が、前記半導体発
光素子に所望される発光波長から長波長側および短波長
側にそれぞれ所定波長だけずれた値に設定されることに
より、たとえば光通信に寄与するその進行方向と発光面
の中心における法線との成す角が所定の角度範囲内であ
る光のとり得る波長域を、発光出力をほとんど低下させ
ることなく拡大することができる為、前記発光層により
発生させられる光のフォトルミネセンス強度のピーク波
長が温度変化に伴って長波長側あるいは短波長側へと推
移したとしても、常温と同程度の光強度を備えた光を供
給することが可能となる。すなわち、環境温度の変化に
伴う発光強度の低下を可及的に抑えた半導体発光素子を
提供することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関
して、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていな
い。

【００２３】図９は、図１に示す従来の面発光型ＬＥＤ
１０に印加される電流と配光パターンとの関係を示す図
である。かかる図において、半円の径方向はその電流が
流された際の発光出力の最大値を１．０とした発光出力
の相対値を、半円の周方向は発光面３４の法線と光Ｌの
進行方向とが成す角をそれぞれ示す。この図に示すよう
に、半導体発光素子に印可される電流と配光パターンと
の関係は、ラビットイヤと呼ばれる兎の耳状の線図を形
成する。上記面発光型ＬＥＤ１０に印加される電流が１
０ｍＡから２０ｍＡ、５０ｍＡへと上昇するに従い、か
かるラビットイヤが狭まっているすなわち上記面発光型
ＬＥＤ１０の発光面３４から放出される放出光のとる角
度範囲が狭まっていることがわかるが、これはより大き
な電流が印加されることにより、上記面発光型ＬＥＤ１
０においてより高い発熱が発生していることに起因する
ものである。

【００２４】すなわち、半導体発光素子の配光パターン
は温度依存性を呈するものであり、図１０に、図１に示
す従来の面発光型ＬＥＤ１０の温度と配光パターンとの
関係をさらに詳しく示す。ここでは、図２に示すような
ＰＯＦ３８に光を供給する為の点光源として用いられる
半導体発光素子に態様を近づける為、屈折率１．５の合
成樹脂材料に包囲されてその内に設けられた上記面発光
型ＬＥＤ１０に、２０ｍＡの電流を印加してその合成樹
脂材料中を進行する光の測定をおこなった。なお、図９
は、空気中を進行する光を測定したものであり、図１０
のラビットイヤが図９に比べておしなべて狭まっている
のはそのように屈折率が異なる為である。この図１０に
示すように、上記面発光型ＬＥＤ１０の温度が２０℃か
ら８０℃、１００℃、１２０℃、１５０℃へと上昇する
に従い、上記ラビットイヤが狭まっているすなわち上記
面発光型ＬＥＤ１０の発光面３４から放出される放出光
のとる角度範囲が狭まっていることがわかる。

【００２５】かかる図９および図１０から明らかなよう
に、半導体発光素子の発光面から放出される放出光のと
る角度範囲はその温度上昇によって狭まる。これはすな
わち、半導体発光素子が図２に示すようなＰＯＦ３８に
光を供給する為の点光源として用いられる場合、その温
度上昇に伴い発光面から放出される放出光が絞られてそ
のＰＯＦ３８に入射し易くなることを意味している。し
かし、その一方で、放出光の利得幅（発光スペクトルの
ピーク波長における利得に対して所定割合以上の利得が
得られる波長域の幅）は、図７と図８とを比較して示し
たように、たとえば１００℃以上といった比較的高温に
おいては常温に比べて狭まる為、放出光のとる角度範囲
が上述のように狭くなったとしても、上記ＰＯＦ３８に
おいて光通信に寄与する光強度は実質的に低下する。と
ころで、図２に示す凸レンズ４０は、たとえば合成樹脂
部材４２内においてその進行方向と前記発光面の中心に
おける法線との成す角φが３５°である光Ｌが、空気中
に射出された際にその進行方向と前記発光面の中心にお
ける法線との成す角θが１７．５°となるように光Ｌを
屈折させるものであり、上記ＰＯＦ３８は、たとえばそ
の成す角θが１７．５°以下の光を許容するものであ
る。すなわち、ＰＯＦ３８に光を供給する為の光源とし
て用いられる従来の半導体発光素子は、そのような配光
パターンの温度依存性を予め考慮した上で、専ら常温す
なわち２０℃前後で好適に作動するように設計されてい
るのである。

【００２６】図１１は、本発明の第１実施例である半導
体発光素子５０の構成を示す図である。図において、半
導体発光素子５０は、ｎ−ＧａＡｓ単結晶から成る基板
５２上に、たとえばＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａ
ｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ：有機金属化学気相成長）法などのエピタキシャ
ル成長技術によって順次結晶成長させられたｎ−ＡｌＧ
ａＡｓ単結晶およびｎ−ＡｌＡｓ単結晶が交互に３２対
積層された反射層５４、ｉ−ＡｌＩｎＧａＰ単結晶から
成る第１バリア層５６、ｉ−ＩｎＧａＰ単結晶から成る
活性層５８、ｉ−ＡｌＩｎＧａＰ単結晶から成る第２バ
リア層６０、ｐ−ＡｌＡｓ単結晶およびｐ−ＡｌＧａＡ
ｓ単結晶が交互に９対積層された第１多層膜層６２、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ単結晶から成るスペーサ層６４、ｐ−Ａ
ｌＡｓ単結晶およびｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶が交互に９
対積層された第２多層膜層６６、ｐ−ＧａＡｓ単結晶か
ら成るクラッド層６８、およびｎ−ＡｌＧａＡｓ単結晶
から成る電流阻止層７０と、基板５２の下面および電流
阻止層７０の上面にそれぞれ固着された下部電極７２お
よび上部電極７４とから構成されている。なお、上記電
流阻止層７０上に設けられた上部電極７４の内周側に位
置する領域には、たとえばエッチングなどの手段により
凹部７６が形成されており、上記クラッド層６８および
電流阻止層７０における図１１に斜線で示す領域には、
たとえばＺｎなどのｐ型ドーパントが高濃度で拡散され
た高濃度拡散領域７８が形成されることにより、その領
域内においては上記クラッド層６８の導電性が高められ
ると共に、上記電流阻止層７０の導電型が反転させられ
てｐ型とされ、上記凹部７６に対応する部分のみが通電
可能とされた電流狭窄構造が形成されている。

【００２７】本実施例の半導体発光素子５０の常温にお
ける前記発光面８０に垂直な光の発光波長の設計値λを
１．０とした場合、それぞれの半導体層の光学的厚み寸
法すなわち物理的厚みと屈折率との積の相対値は、たと
えばそれぞれの光学的厚みが０．２５であるｎ−ＡｌＧ
ａＡｓ単結晶およびｎ−ＡｌＡｓ単結晶が３２対積層さ
れた上記反射層５４が光学的厚みで１６．０（ｎ−Ａｌ
ＧａＡｓ単結晶の屈折率が約３．５、ｎ−ＡｌＡｓ単結
晶の屈折率が約３．１であるので、物理的厚みが約４．
９）、上記第１バリア層５６の下面から上記第２バリア
層６０の上面に至るまでが同様に１．０（ｉ−ＡｌＩｎ
ＧａＰ単結晶の屈折率が約３．３であるので、物理的厚
みが約０．３）、それぞれの光学的厚みが０．２５で
あるｐ−ＡｌＡｓ単結晶およびｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶
が９対（ｐ−ＡｌＡｓ単結晶が便宜上１層多く設けられ
ている）積層された上記第１多層膜層６２が同様に４．
７５（物理的厚みが約１．４）、上記スペーサ層６４が
同様に０．５（物理的厚みが約０．１４）、それぞれの
光学的厚みが０．２５であるｐ−ＡｌＡｓ単結晶および
ｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶が９対積層された上記第２多層
膜層６６が同様に４．５（物理的厚みが約１．４）、上
記クラッド層６８の下面から上記電流阻止層７０におけ
る凹部７６の底面すなわち発光面８０に至るまでが同様
に０．５（物理的厚みが約０．１４）とされたものであ
る。本実施例においては、上記第１バリア層５６、活性
層５８、および第２バリア層６０が量子井戸構造の発光
層を、上記第１多層膜層６２、スペーサ層６４、および
第２多層膜層６６がノッチフィルタをそれぞれ構成して
いる。

【００２８】以上のように構成された半導体発光素子５
０では、下部電極７２および上部電極７４間に電圧を印
加されることにより、上述の通電可能領域を通る経路で
電流が流れ、これによって上記活性層５８が励起されて
発光させられる。このとき、上記第１バリア層５６、活
性層５８、および第２バリア層６０は前記反射層５４と
上記ノッチフィルタにより構成される光共振器内に設け
られていることから、共振条件を満足する光が上記発光
面８０から好適に放出される。すなわち、図１１に示す
半導体発光素子５０は、内部光共振器を備えた共鳴空洞
型発光ダイオード（ＲＣ−ＬＥＤ）であり、上記ノッチ
フィルタが総体的に発光面８０側の反射層に対応する。

【００２９】図１２は、前記第２バリア層６０の内部か
ら前記第１多層膜層６２に向けてそれらの境界面に垂直
に進行する光Ｌの波長とその方向における反射率との関
係を示すグラフであり、図１３は、前記第１バリア層５
６の内部から前記反射層５４に向けてそれらの境界面に
垂直に進行する光Ｌの波長とその方向における反射率と
の関係を示すグラフである。この２つのグラフは２０℃
程度の温度雰囲気におけるものであり、図１２のグラフ
は、０．６４〜０．６８μｍ程度の波長域において最大
値をとり、波長０．６６μｍ付近において反射率がその
最大値から局域的に低下していることがわかる。そのよ
うな波長０．６６μｍ付近における反射率の局域的な低
下は、前記半導体発光素子５０に前記ノッチフィルタが
設けられていることによるものと考えられる。また、図
１３のグラフは、０．６４〜０．６８μｍ程度の波長域
において最大値をとっていることがわかる。

【００３０】図１４の（ａ）は、空気中から前記半導体
発光素子５０の発光面８０に向けて垂直に進行する光Ｌ
の波長とその方向における反射率との関係を示すグラフ
である。このグラフは、図１２および図１３のグラフと
同じく２０℃程度の温度雰囲気におけるものであり、
０．６５５μｍ付近および０．６６５μｍ付近において
反射率が最大値から局域的に低下する波長域すなわちキ
ャビティモードがそれぞれ存在することがわかる。これ
は、図１２に示した前記第２バリア層６０の内部から前
記第１多層膜層６２に向けての反射率が、波長０．６６
μｍ付近においてその最大値から局域的に低下している
ことによるものと考えられ、すなわち前記半導体発光素
子５０に前記ノッチフィルタが設けられていることによ
り、前記半導体発光素子５０の発光面８０に光を照射し
た際に、その光の反射率が最大値から局域的に低下する
波長域が２つ発生するものと考えられる。

【００３１】前記活性層５８で発生させられた光は、前
記反射層５４と前記ノッチフィルタにより構成された光
共振器により光共振させられるものであり、その光共振
には、図１２に示す前記第２バリア層６０の内部から前
記第１多層膜層６２に向けた反射率と、図１３に示す前
記第１バリア層５６の内部から前記反射層５４に向けた
反射率とが関わってくる。すなわち、図１２および図１
３に示す発光面８０に垂直な光においては、図１４の
（ａ）においてキャビティモードが現れている０．６５
５μｍ付近および０．６６５μｍ付近の２つの波長をも
って、上記光共振器により光共振がおこなわれているも
のと考えられる。ここで、図１２および図１３における
かかる２つの波長を鎖線で示す。図１２から明らかなよ
うに、かかる２つの波長においては、前記第２バリア層
６０の内部から前記第１多層膜層６２に向けた反射率は
０．８〜０．９程度であるが、そのような反射率であれ
ば十分な光共振がおこなわれ、前記発光層５８により発
生させられた光が互いに異なる２つの共振波長をもって
光共振させられるのである。

【００３２】図１４は、本実施例の半導体発光素子５０
が、図２に示すようにＰＯＦ３８に光を供給する為の光
源として用いられた際に、２０℃程度の温度雰囲気にお
ける光Ｌの進行方向と前記発光面８０の中心における法
線との成す角φの変化によるキャビティモードの推移を
説明するグラフであり、活性層５８において発生させら
れる光の波長とフォトルミネセンス（ＰＬ）強度との関
係を（ｓ）に併記している。ここで、（ａ）は空気中か
ら前記半導体発光素子５０の発光面８０に向けて垂直に
進行する光Ｌの波長とその方向における反射率との関係
を示すグラフであり、（ｂ）は同じく発光面８０に向け
てその法線と成す角が４０°となるようにすなわち前記
合成樹脂部材４２内において成す角φが２０°となるよ
うに進行する光Ｌの波長とその方向における反射率との
関係を示すグラフであり、（ｃ）は同じく発光面８０に
向けてその法線と成す角が７０°となるようにすなわち
前記合成樹脂部材４２内において成す角φが３５°とな
るように進行する光Ｌの波長とその方向における反射率
との関係を示すグラフである。この図に示すように、前
記キャビティモードは前述の成す角φが２０°の光Ｌに
おいては波長０．６４５μｍ付近および０．６５５μｍ
付近に存在し、成す角φが３５°の光Ｌにおいては波長
０．６３５μｍ付近および０．６４５μｍ付近に存在す
る。すなわち、前述のように光通信に寄与するその進行
方向と前記発光面８０の中心における法線との成す角φ
が０〜３５°の光Ｌは、波長０．６３５〜０．６６５μ
ｍの波長域にそれぞれキャビティモードの中心を有する
ものであり、前記活性層５８において発生させられる光
の内、かかる波長域に含まれる光は、前記反射層５４と
前記ノッチフィルタにより構成される光共振器により光
共振させられ、何れかの角度φにおいて射出させられ、
前記凸レンズ４０を経てＰＯＦ３８による光通信に寄与
する。（ｓ）のグラフにおいて、斜線で示された部分が
そのようにＰＯＦ３８による光通信に寄与する波長域で
あり、その面積は前記ＰＯＦ３８により伝送される光強
度（伝送損失を考えない値）に対応する。

【００３３】前記活性層５８により発生させられる光の
フォトルミネセンス強度は温度に依存するものであり、
その値が最大となるピーク波長は、温度上昇に伴って、
たとえば０．１２ｎｍ／℃程度の変化率で長波長側へと
推移するものである。図１５は、１００℃程度の温度雰
囲気における光Ｌの進行方向と前記発光面８０の中心に
おける法線との成す角φの変化によるキャビティモード
の推移を説明するグラフであり、活性層５８において発
生させられる光の波長とフォトルミネセンス強度との関
係を（ｓ）に併記している。ここで、（ａ）〜（ｃ）
は、図１４における（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応す
る。なお、かかる（ａ）〜（ｃ）のグラフもまた温度上
昇により若干変化するものであるが、フォトルミネセン
ス強度の推移に比べて十分に小さなものである為、図に
おいてはその変化を無視した。この図に示すように、本
実施例の半導体発光素子５０によれば、前記ＰＯＦ３８
により伝送される光強度に対応する斜線で示される面積
が、１００℃程度の温度雰囲気におけるものと２０℃程
度の温度雰囲気におけるものとでほとんど変わらないこ
とがわかる。同様に、たとえば−６０℃程度といった温
度雰囲気においても、かかる斜線で示される面積は常温
におけるそれと大差なく、本実施例のように、前述の２
つの共振波長が、前記半導体発光素子５０に所望される
発光波長λから長波長側および短波長側にそれぞれ所定
波長だけずれた値に設定されることにより、たとえば光
通信に寄与するその進行方向と発光面８０の中心におけ
る法線との成す角φが所定の角度範囲内である光のとり
得る波長域を、発光出力をほとんど低下させることなく
拡大することができるのである。

【００３４】図１６は、図１に示す従来の面発光型ＬＥ
Ｄ１０を、図２に示すようにＰＯＦ３８に光を供給する
為の光源として用いた際の、環境温度と光通信に寄与す
る光強度との関係を示すグラフである。また、図１７
は、本実施例の半導体発光素子５０を、図２に示すよう
にＰＯＦ３８に光を供給する為の光源として用いた際
の、環境温度と光通信に寄与する光強度との関係を示す
グラフである。図１６に示すように、従来の面発光型Ｌ
ＥＤ１０においては、環境温度が８０℃程度あるいは−
４０℃程度において光強度が４０％程度減少しているの
に対し、図１７に示すように、本実施例の半導体発光素
子５０においては、かかる温度においても光強度が２０
％程度しか減少していないことがわかる。このように、
本実施例の半導体発光素子５０では、前記発光層５８に
より発生させられる光のフォトルミネセンス強度のピー
ク波長が温度変化に伴って長波長側あるいは短波長側へ
と推移した際の光強度の減少が、従来の半導体発光素子
と比較して１／２程度に抑えられていることがわかる。

【００３５】このように、本第１実施例によれば、前記
ノッチフィルタと、前記反射層５４とによって構成され
る光共振器により、前記活性層５８を含む発光層により
発生させられた光が互いに異なる２つの共振波長をもっ
て光共振させられる。かかる２つの共振波長が、前記半
導体発光素子５０に所望される発光波長λから長波長側
および短波長側にそれぞれ所定波長だけずれた値に設定
されることにより、たとえば光通信に寄与するその進行
方向と発光面８０の中心における法線との成す角φが所
定の角度範囲内である光のとり得る波長域を、発光出力
をほとんど低下させることなく拡大することができる
為、前記活性層５８を含む発光層により発生させられる
光のフォトルミネセンス強度のピーク波長が温度変化に
伴って長波長側あるいは短波長側へと推移したとして
も、常温と同程度の光強度の光を供給することが可能と
なる。すなわち、環境温度の変化に伴う発光強度の低下
を可及的に抑えた半導体発光素子５０を提供することが
できる。

【００３６】また、本第１実施例によれば、半導体発光
素子５０の発光面８０に光を照射した際に、その光の反
射率が最大値から局域的に低下する少なくとも２つの波
長域が存在し、かかる波長域それぞれの中心波長が、前
記半導体発光素子５０に所望される発光波長λから長波
長側および短波長側にそれぞれ所定波長だけずれた値に
設定されることにより、たとえば光通信に寄与するその
進行方向と発光面８０の中心における法線との成す角φ
が所定の角度範囲内である光のとり得る波長域を、発光
出力をほとんど低下させることなく拡大することができ
る為、前記活性層５８を含む発光層により発生させられ
る光のフォトルミネセンス強度のピーク波長が温度変化
に伴って長波長側あるいは短波長側へと推移したとして
も、常温と同程度の光強度の光を供給することが可能と
なる。

【００３７】また、好適には、前記ノッチフィルタは、
前記活性層５８を含む発光層よりも発光面８０側に設け
られたものである為、前記半導体発光素子５０を比較的
簡単に作製でき、前記発光面８０から好適な放出光が得
られるという利点がある。

【００３８】続いて、本発明の他の実施例について説明
する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、前述の
第１実施例と共通する部分については同一の符号を付し
てその説明を省略する。

【００３９】図１８は、本発明の第２実施例である内部
共振器を備えた共鳴空洞（ＲＣ）型の半導体発光素子９
０の構成を示す図である。かかる半導体発光素子９０
は、たとえばその発光波長λが０．９０μｍ程度に設定
されたものであり、図において、半導体発光素子９０
は、基板５２上に順次結晶成長させられたｎ−ＡｌＡｓ
単結晶およびｎ−ＧａＡｓ単結晶が交互に３６対積層さ
れた反射層９２、ｉ−ＧａＡｓ単結晶から成る第１バリ
ア層９４、ｉ−ＩｎＧａＡｓ単結晶から成る活性層９
６、ｉ−ＧａＡｓ単結晶から成る第２バリア層９８、ｐ
−ＡｌＡｓ単結晶およびｐ−ＧａＡｓ単結晶が交互に１
４対積層された第１多層膜層１００、ｐ−ＧａＡｓ単結
晶から成るスペーサ層１０２、ｐ−ＡｌＡｓ単結晶およ
びｐ−ＧａＡｓ単結晶が交互に１０対積層された第２多
層膜層１０４、クラッド層６８、電流阻止層７０と、基
板５２の下面および電流阻止層７０の上面にそれぞれ固
着された下部電極７２および上部電極７４とから構成さ
れている。

【００４０】かかる半導体発光素子９０において、それ
ぞれの半導体層の光学的厚み寸法は、上記反射層９２、
第１多層膜層１００、および第２多層膜層１０４の他は
前述の第１実施例においてそれぞれ対応する半導体層と
等しく、本実施例の半導体発光素子５０の発光波長の設
計値λを１．０とした場合、それぞれの光学的厚みが
０．２５であるｎ−ＡｌＡｓ単結晶およびｎ−ＧａＡｓ
単結晶が３６対（ｎ−ＡｌＡｓ単結晶が便宜上１層多く
設けられている）積層された上記反射層９２が光学的厚
みで１８．２５（ｎ−ＡｌＡｓ単結晶の屈折率が約３．
０、ｎ−ＧａＡｓ単結晶の屈折率が約３．６であるの
で、物理的厚みが約５．６）、それぞれの光学的厚みが
０．２５であるｐ−ＡｌＡｓ単結晶およびｐ−ＧａＡｓ
単結晶が１４対（ｐ−ＡｌＡｓ単結晶が便宜上１層多く
設けられている）積層された上記第１多層膜層１００が
同様に７．２５（物理的厚みが約２．２）、それぞれの
光学的厚みが０．２５であるｐ−ＡｌＡｓ単結晶および
ｐ−ＧａＡｓ単結晶が１０対積層された上記第２多層膜
層１０４が同様に５．０（物理的厚みが約１．５）とさ
れたものである。

【００４１】以上のように構成された半導体発光素子９
０では、下部電極７２および上部電極７４間に電圧を印
加されることにより、その反射層９２とノッチフィルタ
とにより構成される光共振器により、前記発光面８０に
垂直な放射光について、たとえば０．８９５μｍ付近お
よび０．９０５μｍ付近の２つの波長をもって、上記光
共振器により光共振がおこなわれる。すなわち、図１８
に示すような構成によれば、上記光共振器により光共振
させられる２つの共振波長が、前記半導体発光素子９０
に所望される発光波長λから長波長側および短波長側に
それぞれ０．００５μｍ程度だけずれた値とされる。

【００４２】このように、本第２実施例によれば、半導
体発光素子９０を構成する半導体層の材料および厚み寸
法などを適宜選択することにより、上記光共振器により
光共振させられる２つの波長が、本実施例の半導体発光
素子９０に所望される発光波長λから長波長側および短
波長側にそれぞれ所定波長だけずれた値に設定される。
それにより、たとえば光通信に寄与するその進行方向と
発光面８０の中心における法線との成す角φが所定の角
度範囲内である光のとり得る波長域を、発光出力をほと
んど低下させることなく拡大することができる。すなわ
ち、前記半導体発光素子９０に所望される発光波長λに
合わせた構成とすることにより、任意の発光波長λに関
して、環境温度の変化に伴う発光強度の低下を可及的に
抑制することができる。

【００４３】図１９は、本発明の第３実施例である内部
共振器を備えた共鳴空洞型の半導体発光素子１１０の構
成を示す図である。図において、半導体発光素子１１０
は、基板５２上に順次結晶成長させられたｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ単結晶およびｎ−ＡｌＡｓ単結晶が交互に３６対積
層された反射層１１２、ｉ−ＡｌＧａＡｓ単結晶から成
る第１バリア層１１４、ｉ−ＧａＡｓ単結晶から成る活
性層１１６、ｉ−ＡｌＧａＡｓ単結晶から成る第２バリ
ア層１１８、ｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶およびｐ−ＡｌＡ
ｓ単結晶が交互にｘ対積層された第１多層膜層１２０、
ｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶から成るスペーサ層１２２、ｐ
−ＡｌＧａＡｓ単結晶およびｐ−ＡｌＡｓ単結晶が交互
にｙ対積層された第２多層膜層１２４、クラッド層６
８、電流阻止層７０と、基板５２の下面および電流阻止
層７０の上面にそれぞれ固着された下部電極７２および
上部電極７４とから構成されている。

【００４４】かかる半導体発光素子１１０において、そ
れぞれの半導体層の光学的厚み寸法は、上記反射層１１
２、第１多層膜層１２０、および第２多層膜層１２４の
他は前述の第１実施例および第２実施例においてそれぞ
れ対応する半導体層と等しく、本実施例の半導体発光素
子１１０の発光波長の設計値λを１．０とした場合、そ
れぞれの光学的厚みが０．２５であるｎ−ＡｌＧａＡｓ
単結晶およびｎ−ＡｌＡｓ単結晶が３６対（ｎ−ＡｌＡ
ｓ単結晶が便宜上１層多く設けられている）積層された
上記反射層１１２が光学的厚みで１８．２５、それぞれ
の光学的厚みが０．２５であるｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶
およびｐ−ＡｌＡｓ単結晶がｘ対（ｐ−ＡｌＧａＡｓ単
結晶が便宜上１層多く設けられている）積層された上記
第１多層膜層１００が同様に０．２５（２ｘ−１）、そ
れぞれの光学的厚みが０．２５であるｐ−ＡｌＧａＡｓ
単結晶およびｐ−ＡｌＡｓ単結晶がｙ対積層された上記
第２多層膜層１０４が同様に０．５ｙとされたものであ
る。

【００４５】前記第１多層膜層１２０の積層数ｘおよび
第２多層膜層１２４の積層数ｙは、前記半導体発光素子
１１０の特性に影響を与える。図２０は、前記半導体発
光素子１１０における第２多層膜層１２４の積層数ｙを
１０対に固定し、空気中からその発光面８０に向けて垂
直に進行する光Ｌの波長とその方向における反射率との
関係を示すグラフであり、（ａ）は前記第１多層膜層１
２０の積層数ｘを８対としたもの、（ｂ）は１２対とし
たものである。この図に示すように、前記第１多層膜層
１２０の積層数ｘを増加させることにより、前記キャビ
ティモードが深くなっているすなわちその波長域におい
て反射率がより低下していることがわかる。前記キャビ
ティモードの深さは光共振のＱ値（振動系の共振の鋭さ
を表す量）に関係するものであり、かかるキャビティモ
ードが深くなるのに伴って光共振のＱ値が増大する。ま
た、図２１は、前記半導体発光素子１１０における第１
多層膜層１２０の積層数ｘを１０対に固定し、空気中か
らその発光面８０に向けて垂直に進行する光Ｌの波長と
その方向における反射率との関係を示すグラフであり、
（ａ）は前記第２多層膜層１２４の積層数ｙを１０対と
したもの、（ｂ）は１４対としたものである。この図に
示すように、前記第２多層膜層１２４の積層数ｙを増加
させることにより、前記２つのキャビティモードの相互
間隔が狭まっていることがわかる。

【００４６】上記光共振のＱ値は、前記活性層１１６を
含む発光層の利得によりその最適値が異なり、また、前
記半導体発光素子１１０に予想される環境温度によって
は、かかるキャビティモードの相互間隔を狭めた方が好
ましい場合も考えられる。ちなみに、前記第１多層膜層
１２０および第２多層膜層１２４の積層数を増大させた
場合、製造公差を大きくできる為に製造が容易になる。
このように、本実施例によれば、前記第１多層膜層１２
０および第２多層膜層１２４は、それぞれ積層数が異な
るものである為、その第１多層膜層１２０および第２多
層膜層１２４の積層数を適宜設定することにより、前記
半導体発光素子１１０に所望される発光波長λなどの特
性に好適に対応したノッチフィルタが構成されるのであ
る。

【００４７】次に、本発明の第４実施例である内部共振
器を備えた共鳴空洞型の半導体発光素子１３０について
説明する。かかる半導体発光素子１３０は、図１９に示
す構成において、反射層１１２の積層数が４８対、第１
多層膜層１２０および第２多層膜層１２４の積層数が２
５対とされたものである。そのように構成された半導体
発光素子１３０は、たとえばその発光波長λが０．８３
μｍ程度の垂直キャビティ型面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ）として機能する。すなわち、本実施例の半導体発光
素子１３０においては、活性層１１６を含む発光層によ
り発生させられた光が、反射層１１２とノッチフィルタ
により構成された光共振器によりレーザ共振させられる
ものであり、たとえば開口数ＮＡが比較的低い石英系の
光ファイバに光を供給する為の光源あるいはレーザポイ
ンタ（レーザ光によりホワイトボードなどにおける任意
の点を指示する機器）の光源などとしても好適に用いる
ことができ、そのような光学機器の環境温度の変化に伴
う発光強度の低下を可及的に抑制することができる。

【００４８】このように、本実施例の前記半導体発光素
子１３０は、垂直キャビティ型面発光レーザである為、
指向性に優れた光を供給することが可能な半導体発光素
子１３０を提供することができるという利点がある。

【００４９】図２２は、本発明の第５実施例である内部
共振器を備えた共鳴空洞型の半導体発光素子１４０の構
成を示す図である。図において、半導体発光素子１４０
は、基板５２上に順次結晶成長させられたｎ−ＡｌＡｓ
単結晶およびｎ−ＡｌＧａＡｓ単結晶が交互に３６対積
層された反射層１４２、ｉ−ＡｌＧａＡｓ単結晶から成
る第１バリア層１４４、ｉ−ＧａＡｓ単結晶から成る活
性層１４６、ｉ−ＡｌＧａＡｓ単結晶から成る第２バリ
ア層１４８、ｐ−ＡｌＡｓ単結晶およびｐ−ＡｌＧａＡ
ｓ単結晶が交互にｘ対積層された第１多層膜層１５０、
ｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶から成る第１スペーサ層１５
２、ｐ−ＡｌＡｓ単結晶およびｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶
が交互にｙ対積層された第２多層膜層１５４、ｐ−Ａｌ
ＧａＡｓ単結晶から成る第２スペーサ層１５６、ｐ−Ａ
ｌＡｓ単結晶およびｐ−ＡｌＧａＡｓ単結晶が交互にｚ
対積層された第３多層膜層１５８、クラッド層６８、電
流阻止層７０と、基板５２の下面および電流阻止層７０
の上面にそれぞれ固着された下部電極７２および上部電
極７４とから構成されている。なお、本実施例において
は、上記第１多層膜層１５０、第１スペーサ層１５２、
および第２多層膜層１５４が第１ノッチフィルタを、上
記第２多層膜層１５４、第２スペーサ層１５６、および
第３多層膜層１５８が第２ノッチフィルタをそれぞれ構
成している。

【００５０】図２３は、上記半導体発光素子１４０にお
いて、上記第１多層膜層１５０の積層数ｘ、第２多層膜
層１５４の積層数ｙ、および第３多層膜層１５８の積層
数ｚを何れも１４対とした際に、空気中からその発光面
８０に向けて垂直に進行する光Ｌの波長とその方向にお
ける反射率との関係を示すグラフである。この図に示す
ように、本実施例の半導体発光素子１４０によれば、そ
の発光面８０に光を照射した際に、その光の反射率が最
大値から局域的に低下するキャビティモードが３つ現れ
ていることがわかる。そのように、本発明の半導体発光
素子にｎ個のノッチフィルタが設けられている場合、そ
の半導体発光素子の発光面に光を照射した際にｎ＋１個
のキャビティモードが現れるものと考えられる。本実施
例の半導体発光素子１４０は、所望される発光波長λが
０．８３μｍ程度とされたものであり、中央のキャビテ
ィモードの中心波長がかかる発光波長λと略一致するよ
うに、その他のキャビティモードの中心波長が、発光波
長λから長波長側および短波長側にそれぞれ所定波長だ
けずれた値に設定されることにより、前述の第１実施例
などと同様に環境温度の変化に伴う発光強度の低下を可
及的に抑えることができる。

【００５１】図２４は、前記半導体発光素子１４０にお
いて、前記第１多層膜層１５０の積層数ｘを７対、第２
多層膜層１５４の積層数ｙを１４対、および第３多層膜
層１５８の積層数ｚを７対とした際に、空気中からその
発光面８０に向けて垂直に進行する光Ｌの波長とその方
向における反射率との関係を示すグラフである。この図
に示すように、そのような積層数の組み合わせによれ
ば、波長０．８３μｍ付近に現れた中央のキャビティモ
ードが、他のキャビティモードに比べて傾斜が緩やかで
深さも浅くなっている。前述の第１実施例などにおいて
は、キャビティモードに対応する波長において、量子井
戸構造の発光層により発生させられた光が光共振させら
れることにより誘導放射（特定の遷移に合致する周波数
をもって入射する放射が引金となって生じる励起準位か
らより低い準位への量子遷移による電磁波の放出）が引
き起こされていたわけであるが、図２４に示す中央のキ
ャビティモードに対応する波長付近の光は誘導放射によ
るものではなく、ほとんど自然放射に近いものとなる。
それにより、前記発光面８０から放出される放出光は、
波長０．８２μｍ付近および０．８４μｍ付近の誘導放
射による光と、波長０．８３μｍ付近の自然放射による
光とが混合されたものとなるが、前記発光層の利得が小
さい場合などはそのような構成により却って高い発光強
度が得られることも考えられる。

【００５２】このように、本実施例によれば、前記ｎ個
のノッチフィルタと、前記反射層１４２とによって構成
される光共振器により、前記活性層１４６を含む発光層
により発生させられた光が互いに異なるｎ＋１個の共振
波長をもって光共振させられる。かかるｎ個の共振波長
（所望される発光波長λと一致するものを除く）が、前
記半導体発光素子１４０に所望される発光波長λから長
波長側および短波長側にそれぞれ所定波長だけずれた値
に設定されることにより、たとえば光通信に寄与するそ
の進行方向と発光面８０の中心における法線との成す角
φが所定の角度範囲内である光のとり得る波長域を、発
光出力をほとんど低下させることなく拡大することがで
きる為、前記活性層１４６を含む発光層により発生させ
られる光のフォトルミネセンス強度のピーク波長が温度
変化に伴って長波長側あるいは短波長側へと推移したと
しても、常温と同程度の光強度の光を供給することが可
能となる。また、前記ｎ個のノッチフィルタを構成する
ｎ＋１層の多層膜層それぞれの層数を適宜設定すること
により、たとえば前記発光面８０から誘導放出による光
と自然放出による光とが混合された光を放出させること
ができるなどといった利点がある。

【００５３】以上、本発明の好適な実施例を図面に基づ
いて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、さらに別の態様においても実施される。

【００５４】図２５は、前述の第１実施例の半導体発光
素子５０における発光面付近の構成および電流狭窄構造
を変更した実施例である半導体発光素子１６０の構成を
示す図である。かかる半導体発光素子１６０において
は、前記半導体発光素子５０における前記第２多層膜層
６６に対応する多層膜層が、半導体多層膜層１６２およ
び誘電体多層膜層１６４とされている。図に示すよう
に、かかる誘電体多層膜層１６４は、上記半導体多層膜
層１６２の上面に設けられた上部電極７４の内周側に積
層されており、その上面が発光面１６６に対応する。ま
た、基板５２における反射層５４との境界付近から上記
半導体多層膜層１６２の中央付近に至るまでの領域に、
上記発光面１６６に対応する部分を除いて水素イオンが
局所的に注入されることにより、図において斜線で示す
領域が水素注入領域１６８とされて電流狭窄構造が形成
されている。本発明は、このような構成によるものであ
ってもよく、半導体多層膜のみで構成されていた前記第
２多層膜層６６の一部が誘電体多層膜で代替されること
により、より少ない積層数すなわち厚みにおいて半導体
発光素子１６０に所望の特性を付与することができると
いう利点がある。

【００５５】また、図２６は、上面および下面から光が
放出される半導体発光素子１７０の構成を示す図であ
る。かかる半導体発光素子１７０は、たとえばサファイ
アなどの透光性基板１７２上に形成された第１多層膜層
１７４と、スペーサ層１７６と、第２多層膜層１７８
と、第１バリア層５６と、活性層５８と、第２バリア層
６０と、第３多層膜層１８０とを備えて構成されてお
り、上記第１多層膜層１７４、スペーサ層１７６、およ
び第２多層膜層１７８がノッチフィルタを構成し、上記
第３多層膜層１８０が反射層に対応する。また、上記第
３多層膜層１８０の上面から上記第２多層膜層１７８の
中央付近に至るまでの側部がたとえばメサエッチングな
どの手段により除去されており、それにより露出させら
れた第２多層膜層１７８の上面に下部電極７２が、第３
多層膜層１８０の上面に上部電極７４がそれぞれ設けら
れている。そのように構成された半導体発光素子１７０
においては、上記透光性基板１７２の下面および上記第
３多層膜層１８０の上面における上記上部電極７４の内
周側がそれぞれ発光面１８２および１８４に対応し、上
面および下面から光が放出される。本発明は、そのよう
な半導体発光素子１７０に適用されてもよく、さらに
は、上記第１多層膜層１７４がＳｉＯ₂などの電気絶縁
性の誘電体多層膜から成るものであっても構わない。

【００５６】また、前述の実施例においては、単一の量
子井戸構造から成る発光層を備えた半導体発光素子５０
などに本発明が適用された実施例について説明したが、
本発明は、たとえば前記ノッチフィルタと反射層との間
に複数層の活性層を備えた多重量子井戸構造を備えた半
導体発光素子に用いられても当然に構わない。

【００５７】また、前述の実施例においては、発光波長
λが専ら可視光域に設定された半導体発光素子５０など
に本発明が適用された実施例について説明したが、本発
明は、発光波長λがたとえば紫外線域あるいは赤外線域
など、可視光域を逸脱する波長域に設定された半導体発
光素子に用いられても構わない。

【００５８】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内において、種々の変更が加えら
れて実施されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】量子井戸構造の発光層を備えた従来の面発光型
ＬＥＤの構成を示す図である。

【図２】図１に示す面発光型ＬＥＤがＰＯＦに光を供給
する為の光源として用いられる様子を示す概略図であ
る。

【図３】図１に示す面発光型ＬＥＤにおいて、第２バリ
ア層の内部から発光面側反射層に向けてそれらの境界面
に垂直に進行する光の波長とその方向における反射率と
の関係を示すグラフである。

【図４】図１に示す面発光型ＬＥＤにおいて、第１バリ
ア層の内部から基板側反射層に向けてそれらの境界面に
垂直に進行する光の波長とその方向における反射率との
関係を示すグラフである。

【図５】図１に示す面発光型ＬＥＤにおいて、空気中か
らその発光面に向けて垂直に進行する光の波長とその方
向における反射率との関係を示すグラフである。

【図６】図１に示す面発光型ＬＥＤにおいて、光の進行
方向と発光面の中心における法線との成す角の変化によ
るキャビティモードのずれを示すグラフである。

【図７】図１に示す面発光型ＬＥＤにおいて、２０℃程
度の温度雰囲気における光の進行方向と発光面の中心に
おける法線との成す角の変化によるキャビティモードの
推移を説明するグラフである。

【図８】図１に示す面発光型ＬＥＤにおいて、１００℃
程度の温度雰囲気における光の進行方向と発光面の中心
における法線との成す角の変化によるキャビティモード
の推移を説明するグラフである。

【図９】図１に示す面発光型ＬＥＤに印加される電流と
配光パターンとの関係を示す図である。

【図１０】図１に示す面発光型ＬＥＤの用いられる環境
温度と配光パターンとの関係を示す図である。

【図１１】本発明の第１実施例である半導体発光素子の
構成を示す図である。

【図１２】図１１に示す半導体発光素子において、第２
バリア層の内部から第１多層膜層に向けてそれらの境界
面に垂直に進行する光の波長とその方向における反射率
との関係を示すグラフである。

【図１３】図１１に示す半導体発光素子において、第１
バリア層の内部から反射層に向けてそれらの境界面に垂
直に進行する光の波長とその方向における反射率との関
係を示すグラフである。

【図１４】図１１に示す半導体発光素子において、２０
℃程度の温度雰囲気における光の進行方向と発光面の中
心における法線との成す角の変化によるキャビティモー
ドの推移を説明するグラフである。

【図１５】図１１に示す半導体発光素子において、１０
０℃程度の温度雰囲気における光の進行方向と発光面の
中心における法線との成す角の変化によるキャビティモ
ードの推移を説明するグラフである。

【図１６】図１に示す面発光型ＬＥＤを、図２に示すよ
うにＰＯＦに光を供給する為の光源として用いた際の、
環境温度と光通信に寄与する光強度との関係を示すグラ
フである。

【図１７】図１１に示す半導体発光素子を、図２に示す
ようにＰＯＦに光を供給する為の光源として用いた際
の、環境温度と光通信に寄与する光強度との関係を示す
グラフである。

【図１８】本発明の第２実施例である半導体発光素子の
構成を示す図である。

【図１９】本発明の第３実施例および第４実施例である
半導体発光素子の構成を示す図である。

【図２０】第３実施例の半導体発光素子における第２多
層膜層の積層数を１０対に固定し、空気中からその発光
面に向けて垂直に進行する光の波長とその方向における
反射率との関係を示すグラフである。

【図２１】第３実施例の半導体発光素子における第１多
層膜層の積層数を１０対に固定し、空気中からその発光
面に向けて垂直に進行する光の波長とその方向における
反射率との関係を示すグラフである。

【図２２】本発明の第５実施例である半導体発光素子の
構成を示す図である。

【図２３】第５実施例の半導体発光素子において、第１
多層膜層の積層数、第２多層膜層の積層数、および第３
多層膜層の積層数を何れも１４対とした際に、空気中か
らその発光面に向けて垂直に進行する光の波長とその方
向における反射率との関係を示すグラフである。

【図２４】第５実施例の半導体発光素子において、第１
多層膜層の積層数を７対、第２多層膜層の積層数を１４
対、および第３多層膜層の積層数を７対とした際に、空
気中からその発光面に向けて垂直に進行する光の波長と
その方向における反射率との関係を示すグラフである。

【図２５】第１実施例の半導体発光素子における発光面
付近の構成および電流狭窄構造を変更した実施例である
半導体発光素子の構成を示す図である。

【図２６】上面および下面から光が放出される半導体発
光素子の構成を示す図である。

【符号の説明】

５０、９０、１１０、１３０、１４０、１６０、１７
０：半導体発光素子５４、９２、１１２、１４２：反射層５８、９６、１１６、１４６：活性層６２、１００、１２０、１５０、１７４：第１多層膜層６４、１０２、１２２、１７６：スペーサ層６６、１０４、１２４、１５４、１７８：第２多層膜層８０、１６６、１８２、１８４：発光面１５２：第１スペーサ層（スペーサ層）１５６：第２スペーサ層（スペーサ層）１５８：第３多層膜層１６２：半導体多層膜層（第２多層膜層）１６４：誘電体多層膜層（第２多層膜層）１８０：第３多層膜層（反射層）Ｌ：光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F041 AA09 AA14 CA05 CA12 CA34 CA35 CA36 CA39 CA65 CB03 CB15 EE03 FF14 5F073 AA07 AA73 AB17 AB28 BA02 CA04 CB02 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】量子井戸構造の発光層と、該発光層によ
り発生させられた光を反射する為の反射層とを備えて構
成された共鳴空洞型の半導体発光素子であって、第１多層膜層および第２多層膜層と、該第１多層膜層お
よび第２多層膜層の間に挟まれて設けられたスペーサ層
とから成るノッチフィルタを備え、該ノッチフィルタと前記反射層との間に前記発光層が挟
まれて設けられていることを特徴とする半導体発光素
子。
【請求項２】前記ノッチフィルタは、前記発光層より
も発光面側に設けられたものである請求項１の半導体発
光素子。
【請求項３】前記第１多層膜層および第２多層膜層
は、それぞれ積層数が異なるものである請求項１または
２の半導体発光素子。
【請求項４】前記半導体発光素子は垂直キャビティ型
面発光レーザである請求項１から３の何れかの半導体発
光素子。
【請求項５】量子井戸構造の発光層が、該発光層によ
り発生させられた光を反射する為の１対の反射層の間に
挟まれて設けられた共鳴空洞型の半導体発光素子であっ
て、該半導体発光素子の発光面に光を照射した際に、該光の
反射率が最大値から局域的に低下する波長域が少なくと
も２つ存在することを特徴とする半導体発光素子。