JP2005005558A - 半導体発光素子及び半導体発光素子用エピタキシャルウェハ - Google Patents

Abstract

【課題】ＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を一対のペアとした光反射層からの赤外発光を抑制した高輝度の半導体発光素子を提供すること。
【解決手段】半導体基板１上に順次形成した第一光反射層３及び第二光反射層１０と、その上に設けられたｐｎ接合を有する活性層５を含む発光部を備えた半導体発光素子において、前記第二光反射層１０がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）と（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）とを交互に積層した多層膜からなり、それぞれの膜厚が、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率であり１：１で形成され、また前記第一光反射層３がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓとが交互に積層された多層膜からなり、その各Ａｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）の膜厚が、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率の１５０〜１０５％であり、且つ各ＧａＡｓの膜厚が発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率の５０〜９５％あり、各Ａｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓの一対の膜厚が発光ピーク波長の２／４とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い反射率を有する光反射層を備え、且つ該光反射層から発光する８６０〜８８０ｎｍ帯の赤外光を外部に放出することを抑止することで、フォトダイオード等の光センサ類の誤動作を防止する高輝度の半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウェハを用いて製造する高輝度の赤色から緑色の発光ダイオードの需要が大幅に伸びている。主な需要は、携帯電話の液晶用バックライト、表示灯、交通用信号灯、自動車のブレーキランプなどである。ＡｌＧａＩｎＰは、窒化物を除くＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体の中で最大のバンドギャップを有する直接遷移型半導体であり、従来のＧａＰや、ＡｌＧａＡｓなどの間接遷移型半導体を用いた発光ダイオードと比較して、赤色から緑色に相当する可視波長域において高輝度の発光が可能である。また一般に製造販売されている高輝度発光ダイオードの内部量子効率は極めて高い値にあり、これまで以上の高輝度化を求めるには、内部量子効率を向上させるよりも外部量子効率を向上させた方が効果的であり、その方法として、特開平１１−８７７６７号公報や特開平３−１１４２７７号公報、特開平７−８６６３８号公報（特許文献１〜３）等に開示されたものがある。
【０００３】
前記開示例の典型的な構造を、図４に示す。この図４の全てのエピタキシャル層は、有機金属気相成長法（以降ＭＯＶＰＥ法と書く）によって成長されている。図４における発光ダイオードでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１の上にｎ型ＧａＡｓバッファ層が成長され、その上にｎ型光反射層３が積層されている。ｎ型光反射層３は、活性層５から前記ｎ型ＧａＡｓ基板１に向かう光を反対方向へ反射させる役割を担い、これにより、光がｎ型ＧａＡｓ基板１に吸収されることなく発光ダイオードの外部に取り出せる。
【０００４】
例えば、前記開示例では、ｎ型光反射層３の構成は、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層とＧａＡｓ層をペアとしたものと、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層と（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層をペアとしたものの、何れかが用いられている。このｎ型光反射層３での光反射率を良くするためには、異なる半導体材料Ａ、及びＢの屈折率の差が大きければ大きいほど光反射の効果が大きい。つまり屈折率差を考慮すると、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層とＧａＡｓ層のペアで製作した光反射層の方が優れている（ＡｌＩｎＰ屈折率＝約３．１１、Ａｌ_０．４ＧａＩｎＰ屈折率＝約３．３８、ＧａＡｓの屈折率は約３．８５）。また、前記ｎ型光反射層３は、ペア数が多ければ多いほど、光反射効果は大きくなる。因みにｎ型光反射層３のｎ型ＧａＡｓ層及びｎ型ＡｌＩｎＰ層の各々の膜厚は、ｎ型ＧａＡｓ層の屈折率Ｃ、ｎ型ＡｌＩｎＰ層の屈折率をＤとすると、発光波長λに対して、λ／４×Ｃ、λ／４×Ｄと設計される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−８７７６７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平３−１１４２７７号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平７−８６６３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、ＧａＡｓペアの光反射層には、大きな問題があった。それは、活性層５のバンドギャップに相当する波長域の光（以下、第一放射光と称す）に加え、ＧａＡｓのバンドギャップに相当する波長域の光、つまり強い赤外光（８６０〜８８０ｎｍ）を同時に放出することである。同時に強い赤外光（第二放射光）を放出する原因は、活性層５から放射された光の内、ｎ型ＧａＡｓ基板１、及びｎ型光反射層３側へ向かった光は、その殆どがｎ型光反射層３によってその反対側である、主光取り出し面へ反射される。しかし一部の第一放射光は、ｎ型光反射層３を構成するＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、ＧａＡｓのＧａＡｓ層に入る。そこでＧａＡｓ層に入った第一放射光によって光励起され、ＧａＡｓ層のバンドギャップに相当する光を放出するからである。即ち、ｎ型光反射層３のペアの片方にＧａＡｓ層を用いた半導体発光素子では、どうしても強い第二放射光を放出してしまう。従って、このような半導体発光素子の周囲に存在する一般的な半導体フォトダイオードにおいては、該半導体発光素子から放射される赤外光（第二放射光）に反応し、誤動作を招くことがあった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、高輝度の半導体発光素子を得る為に備えた高反射率光反射層、詳しくはＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を一対のペアとした光反射層を擁する半導体発光素子において、該光反射層からの赤外発光現象が見出される点に鑑み、これを改善、抑制することを可能とする高輝度の半導体発光素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１１】
請求項１の発明に係る半導体発光素子は、半導体基板上に直接に又はバッファ層を介して順次形成した第一光反射層及び第二光反射層と、その上に設けられたｐｎ接合を有する活性層を含む発光部を備えた半導体発光素子において、前記活性層側の第二光反射層がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）と（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）とを交互に積層した多層膜からなり、該第二光反射層のそれぞれの膜厚が、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率であり１：１で形成され、また前記半導体基板側の第一光反射層がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓとが交互に積層された多層膜からなり、その第一光反射層の各Ａｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）の膜厚が、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率の１５０〜１０５％であり、且つ各ＧａＡｓの膜厚が発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率の５０〜９５％あり、各Ａｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓの一対の膜厚が発光ピーク波長の２／４であることを特徴とする。
【００１２】
なお、活性層側の第二光反射層の二種類の多層膜は（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなることもできる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体発光素子において、前記活性層側の第二光反射層がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）と（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）を一対とする膜を、少なくとも５対以上積層して成り、また、前記半導体基板側の第一光反射層がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓを一対とする膜を、少なくとも５対以上積層して成ることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体発光素子において、活性層に多重量子井戸を用いたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子用のエピタキシャル層構造を有することを特徴とする。
【００１６】
＜発明の要点＞
本発明では、活性層側の第二光反射層を、ＡｌＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとを交互に積層した多層膜から構成し、それぞれの膜厚を、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率であり１：１で形成する。また半導体基板側の第一光反射層をＡｌＩｎＰとＧａＡｓとが交互に積層された多層膜から構成し、その各ＡｌＩｎＰの膜厚を、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率の１５０〜１０５％とし、且つ各ＧａＡｓの膜厚を発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率の５０〜９５％とし、各ＡｌＩｎＰとＧａＡｓの一対の膜厚を発光ピーク波長の２／４とする。
【００１７】
上記構成とする理由は、次による。すなわち、発光部から半導体基板の方向に向かって放射された第一放射光を、発光した光に対して透明である前記発光部側に設けられた前記ＧａＡｓを含まない第二光反射層で、ある程度の光を、主光取り出し面である上面側に反射させてしまう。これにより、前記半導体基板側に設けられた屈折率差が大きく、光反射帯域が広く、且つ光反射効率の良い前記ＧａＡｓを含む第一光反射層に入る前記第一放射光を減らす。そして、その第一放射光による前記第一光反射層の一部であるＧａＡｓ層での光励起による第二放射光である赤外光を抑制する。このようにすることによって、高輝度、且つ所望の発光波長域以外の光を放射すること無く、単色性に優れた半導体発光素子を得ることが可能となる。
【００１８】
説明を補足するに、第一導電型半導体基板側に設けるＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層を一対として用いた第一光反射層は、前記ＧａＡｓ層が発光した光に対して透明ではなく、一方の前記ＡｌＩｎＰ層は透明である。このため第一光反射層の一対のＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の内、ＧａＡｓ層の膜厚を薄くして、その分ＡｌＩｎＰ層の膜厚を厚くすれば、光吸収が減少するので、発光出力を高くすることが出来る。但し、第一光反射層のＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の膜厚の和、つまり第一光反射層一対の膜厚の和が発光波長の２／４になっていなければ、光反射層としての効果が薄れる。また、第一光反射層の前記一対の膜厚の和が発光波長の２／４であっても、あまりにもバランスが悪いと、光反射効果が薄れる。従って、第一光反射層のＧａＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の膜厚のバランスには、適正値がある。好ましくは、第一光反射層一対の膜厚が、発光波長の２／４であり、ＧａＡｓ層膜厚とＡｌＩｎＰ層の膜厚が５０％：１５０％〜９５％：１０５％である。より好ましくは、ＧａＡｓ層膜厚とＡｌＩｎＰ層の膜厚が６０％：１４０％〜８０％：１２０％である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２０】
半導体基板上に直接に又はバッファ層を介して設けられた光反射層と、その上に活性層をクラッド層で挟んで形成した発光部を備えた半導体発光素子において、前記光反射層を、半導体基板側のＧａＡｓを含む第一光反射層と、前記活性層側のＧａＡｓを含まないＰ系化合物から成る第二光反射層とで構成する。すなわち、第一光反射層と第二光反射層は、それぞれ互いに異なる屈折率を有する２種類の膜を一対として、この対が複数積層されてなり、且つ前記複数の対が、活性層側の第二光反射層では、発光波長に対して透明な半導体材料の組み合わせであり、また、半導体基板側の第一光反射層では、発光波長に対して透明な半導体材料と、透明ではない半導体材料の組み合わせにより形成される。
【００２１】
具体的には、図１に示すように、第一導電型半導体基板１上に直接に又はバッファ層２を介して第一光反射層３及び第二光反射層１０を順次形成し、その上に第一（下部）クラッド層４、活性層５、第二（上部）クラッド層６、更に電流分散層７を順次積層し、その上に表面電極９を、また基板の裏面に全面又は部分電極（裏面電極）８を形成した半導体発光素子において、活性層側の第二光反射層１０を、Ａｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）と（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）を交互に積層した多層膜から構成し、また半導体基板側の第一光反射層３をＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓを交互に積層した多層膜から構成する。代表的には、第二光反射層１０は、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐと（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐとを交互に積層して構成し、また第一光反射層３はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５ＰとＧａＡｓとが交互に積層して構成する。また第一導電型半導体基板１はＧａＡｓから、第一及び第二クラッド層４、６は（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）から、そして活性層５は（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）から構成する。
【００２２】
第一導電型半導体基板側に設けるＧａＡｓ層とＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層を一対として用いた第一光反射層３は、ＧａＡｓ層が発光した光に対して透明ではなく、一方のＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層は透明である。このため第一光反射層３の一対のＧａＡｓ層とＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の内、ＧａＡｓ層の膜厚を薄くして、その分Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚を厚くし、光吸収を減少させる。
【００２３】
但し、第一光反射層３のＧａＡｓ層とＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚の和、つまり第一光反射層３一対の膜厚の和は発光波長の２／４とする。これを外れると、光反射層としての効果が薄れるためである。また、第一光反射層３の一対の膜厚の和が発光波長の２／４であっても、あまりにもバランスが悪いと、光反射効果が薄れるので、ＧａＡｓ層膜厚とＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚は５０％：１５０％〜９５％：１０５％、より好ましくは、６０％：１４０％〜８０％：１２０％とする。
【００２４】
なお、活性層側の第二光反射層１０のそれぞれの膜厚は、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率であり１：１とする。
【００２５】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、従来例及び実施例１、２の半導体発光素子を試作した。
【００２６】
［従来例］
図４に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色帯発光ダイオードを製作した。
【００２７】
製作の過程は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法でｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型第一光反射層３、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層４、アンドープ（Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層５、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層６、ｐ型ＧａＰ電流分散層７を順次成長させた。因みに上記ｎ型光反射層３は、ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（約５０ｎｍ）とｎ型ＧａＡｓ（約４０ｎｍ）を順次積層した構造とし、そのペア数は１５ペアとした。そして、このエピタキシャルウェハ上面には直径１２５μｍの円形のｐ側電極９を、マトリックス状に蒸着で形成した。ｐ型電極（表面電極）９は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着した。更にエピタキシャルウェハ底面には、全面にｎ側電極８を形成した。ｎ型電極（裏面電極）８は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分行った。
【００２８】
その後、このエピタキシャルウェハをダイシング等でチップサイズ３００μｍ角のチップ形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行って半導体発光素子を製作した。この従来例の半導体発光素子の製作方法は、前述した開示例と殆ど同じである。
【００２９】
この半導体発光素子の発光スペクトルを測定した結果、６３０ｎｍ近傍と８７０ｎｍ近傍に発光を観測した。この従来例における発光スペクトルを図５に示す。この時の強度比は６３０ｎｍ：８７０ｎｍ＝１４：１であり、非常に強い赤外発光が起きていることが確認された。更に、この半導体発光素子の特性を調べた結果、発光出力は、２．５３ｍＷ、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は、１．９５Ｖであった。
【００３０】
［実施例１］
本発明の第一の実施例にかかる、図１に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色帯発光ダイオードを製作した。
【００３１】
製作の過程は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法でｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型第一光反射層３、ｎ型第二光反射層１０、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層４、アンドープ（Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層５、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層６、ｐ型ＧａＰ電流分散層７を順次成長させた。
【００３２】
因みに、上記ｎ型第一光反射層３は、ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（約５０ｎｍ）とｎ型ＧａＡｓ（約４０ｎｍ）を順次積層した構造とし、そのペア数は１０ペアとした。更に、前記ｎ型第二光反射層１０は、ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（約５０ｎｍ）とｎ型（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６）_０．５ＩｎＰ（約４７ｎｍ）を順次積層した構造とし、そのペア数は５ペアとした。
【００３３】
そして、このエピタキシャルウェハ上面には、直径１２５μｍの円形のｐ側電極９を、マトリックス状に蒸着で形成した。ｐ型電極（表面電極）９は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着した。更にエピタキシャルウェハ底面には、全面にｎ側電極（裏面電極）８を形成した。ｎ型電極８は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分行った。
【００３４】
その後、このエピタキシャルウェハをダイシング等でチップサイズ３００μｍ角のチップ形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行って半導体発光素子を製作した。
【００３５】
この半導体発光素子の発光スペクトルを測定した結果、６３０ｎｍ近傍に強い発光を、８７０ｎｍ近傍に極めて微弱な発光を観測した。本実施例における発光スペクトルを図２に示す。この時の強度比は６３０ｎｍ：８７０ｎｍ＝９０：１であり、ＧａＡｓ基板、及び第一光反射層中に含まれるＧａＡｓによる赤外発光が抑制されていることが確認された。
【００３６】
更に、この半導体発光素子の特性を調べた結果、発光出力は、２．５１ｍＷ、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は、１．９５Ｖであった。このため、従来例とほぼ同程度の発光出力、順方向動作電圧であり、且つ赤外発光を大幅に低減することが出来た。発光出力が従来例より、若干低くなった様に見えるが、これはバラツキの範囲であり、発光出力は同等である。
【００３７】
［実施例２］
本発明の第二の実施例にかかる、図１に示した構造の発光波長６３０ｎｍ付近の赤色帯発光ダイオードを製作した。
【００３８】
製作の過程は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法でｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型第一光反射層３、ｎ型第二光反射層１０、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層４、アンドープ（Ａｌ_０．１０Ｇａ_０．９０）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層５、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層６、ｐ型ＧａＰ電流分散層７を順次成長させた。
【００３９】
因みに上記ｎ型第一光反射層３は、ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（約６３ｎｍ）とｎ型ＧａＡｓ（約２７ｎｍ）を順次積層した構造とし、そのペア数は１０ペアとした。更に、上記ｎ型第二光反射層１０は、ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（約５０ｎｍ）とｎ型（Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（約４７ｎｍ）を順次積層した構造とし、そのペア数は５ペアとした。
【００４０】
そして、このエピタキシャルウェハ上面には、直径１２５μｍの円形のｐ側電極（表面電極）９を、マトリックス状に蒸着で形成した。ｐ型電極９は、金・亜鉛、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍの順に蒸着した。更にエピタキシャルウェハ底面には、全面にｎ側電極８を形成した。ｎ型電極（裏面電極）８は、金・ゲルマニウム、ニッケル、金を、それぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ、５００ｎｍの順に蒸着し、その後、電極の合金化であるアロイを、窒素ガス雰囲気中４００℃で５分行った。
【００４１】
その後、このエピタキシャルウェハをダイシング等でチップサイズ３００μｍ角のチップ形状に加工し、更にダイボンディング、ワイヤボンディングを行って半導体発光素子を製作した。つまり、ｎ型第一光反射層３のＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚を変えた以外は、前記実施例１と同じである。
【００４２】
この半導体発光素子の発光スペクトルを測定した結果は、前記実施例１と同等であった（図２参照）。更に、この半導体発光素子の特性を調べた結果、発光出力は２．６５ｍＷ、順方向動作電圧（２０ｍＡ通電時）は、１．９６Ｖであった。
【００４３】
＜最適条件について＞
第一光反射層３は、活性層５から半導体基板１に向かって放射された第一放射光を反対方向へ反射する役割を持ち、高出力の半導体発光素子を得るには前記第一放射光に対し高い反射率が必要になる。本発明における第一光反射層３のペア数と第一放射光反射率の関係図を図３に示す。図から分かるように、充分な光反射効果を有し、高い発光出力を得るためには、少なくとも５ペア以上の第一光反射層３を設けることが望ましい。
【００４４】
また、ＧａＡｓを含まないＰ系化合物から成る第二光反射層１０も、ペア数が少なくなると活性層５から半導体基板１に向かって放射された第一放射光の反射率が悪くなり、第一光反射層３に達する第一反射光が増加し、第一光反射層３の一部であるＧａＡｓ層での光励起による第二放射光（赤外光）を抑制する効果が薄れてしまう。このため第二放射光を抑制するためには、第二光反射層１０のペア数を多くすれば多くするほど程良い。つまり、ほぼ完全に第二反射光を抑止するには、第二光反射層１０のペア数を増加させれば良い。しかし、第二光反射層１０のペア数を多くすると、コストが高くなる。また反射率の高い第一光反射層３の効果が少なくなる。このため第二光反射層１０のペア数にも最適値がある。よって、第二光反射層１０のペア数は、少なくとも２ペア以上積層することが望ましい。より好ましくは、製造コスト等の兼ね合いから、５〜１５ペアにするのが良い。
【００４５】
＜他の実施例、変形例＞
本発明の実施例においては、アンドープ活性層についてのみ例を示したが、当然の如く活性層の導電型はｎ型であってもｐ型であっても同様の効果が得られることは容易に類推出来る。
【００４６】
また本発明の実施例においては、第一導電型をｎ型とし、第二導電型をｐ型としたが、第一導電型をｐ型とし、第二導電型をｎ型としても同様の効果があることは容易に類推出来る。更に実施例では、表面電極の形状は、円形であるが、異形状、例えば四角，菱形，多角形等でも同様の効果が出ることが、容易に類推できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体基板の上に設けられた光反射層と、この光反射層の上に設けられたｐｎ接合を有する活性層を含む発光部が形成された半導体発光素子において、前記光反射層を、ＧａＡｓを含む第一光反射層と、ＧａＡｓを含まないＰ系化合物から成る第二光反射層とで構成していることから、前記第一光反射層及び前記半導体基板から放射される赤外光を、半導体発光素子の外部に放出することなく発光させることができ、単色性に優れた半導体発光素子を得ることが出来る。即ち、前述した赤外光を抑止することによって、従来危惧されたフォトダイオードなどの光センサ類を用いた装置、家庭用電化製品、更には自動車関連の機器類などで誤動作を未然に防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる発光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図３】本発明の実施例にかかる６３０ｎｍ帯赤色半導体発光素子における第一光反射層のペア数とその光反射率の関係を示す図である。
【図４】従来例にかかるＡｌＧａＩｎＰ系ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【図５】従来例にかかる発光スペクトルの測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ ＧａＡｓバッファ層
３ 第一光反射層
４ クラッド層
５ 活性層
６ クラッド層
７ 電流分散層
１０ 第二光反射層

Claims (4)

1. 半導体基板上に直接に又はバッファ層を介して順次形成した第一光反射層及び第二光反射層と、その上に設けられたｐｎ接合を有する活性層を含む発光部を備えた半導体発光素子において、
   前記活性層側の第二光反射層がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）と（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）とを交互に積層した多層膜からなり、該第二光反射層のそれぞれの膜厚が、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率であり１：１で形成され、
   また、前記半導体基板側の第一光反射層がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓとが交互に積層された多層膜からなり、
   その第一光反射層の各Ａｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）の膜厚が、発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率の１５０〜１０５％であり、且つ各ＧａＡｓの膜厚が発光ピーク波長の１／４×半導体材料の屈折率の５０〜９５％あり、各Ａｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓの一対の膜厚が発光ピーク波長の２／４であることを特徴とする半導体発光素子。
2. 請求項１記載の半導体発光素子において、
   前記活性層側の第二光反射層がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）と（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）を一対とする膜を、少なくとも５対以上積層して成り、
   また、前記半導体基板側の第一光反射層がＡｌ_ＸＩｎ_１−ＸＰ（０≦Ｘ≦１）とＧａＡｓを一対とする膜を、少なくとも５対以上積層して成ることを特徴とする半導体発光素子。
3. 請求項１又は２記載の半導体発光素子において、
   活性層に多重量子井戸を用いたことを特徴とする半導体発光素子。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子用のエピタキシャル層構造を有することを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。

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