JP2010245312A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な波長の光の放射を抑制できる発光素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る発光素子１は、活性層２２０が上方に設けられた半導体基板１０と、半導体基板１０と活性層２２０との間に設けられ、活性層２２０が発する光を反射する第１反射層２６０と、半導体基板１０と第１反射層２６０との間に設けられ、第１反射層２６０が反射する光とは異なる波長の光を反射する第２反射層２６２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子に関する。特に、本発明は、高輝度の発光素子に関する。

従来、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層と、（Ａｌ_ＸＧａ_１−Ｘ）_ＹＩｎ_１−ＹＰ（ただし、０≦Ｘ≦１、０．４≦Ｙ≦０．６）層とＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＡｓ（ただし、０≦Ｘ≦１）層の組み合わせで構成されるｎ型光反射層と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、ｐ型ＧａＩｎＰ介在層と、ｐ型ＧａＰ電流分散層とがこの順に形成された発光素子であって、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層は、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層とｐ型ＧａＩｎＰ介在層とに接していない部分に、ドーパント抑制層を有する発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の発光素子は、上記構成を備えることにより、高輝度を実現しつつ相対出力及び逆方向電圧の信頼性を向上させることができる。

特開２００７−４２７５１号公報

しかし、特許文献１に記載の発光素子は、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層から発せられる光がＧａＡｓ基板に到達すると、ＧａＡｓ基板が当該光により励起され、ＧａＡｓ基板からＧａＡｓのバンドギャップに相当する光が発光素子の外部にまで放射される場合がある。

したがって、本発明の目的は、不要な波長の光の放射を抑制できる発光素子を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、半導体基板と、半導体基板の上方に設けられる活性層を有する発光層部と、半導体基板と活性層との間に設けられ、活性層が発する光を反射する第１反射層と、半導体基板と第１反射層との間に設けられ、第１反射層が反射する光とは異なる波長の光を反射する第２反射層とを備える発光素子が提供される。

また、上記発光素子は、第２反射層は、第１反射層が反射する光の波長よりも長い波長の光を反射することができる。

また、上記発光素子は、活性層は、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とで挟まれて発光層部を構成し、第２クラッド層の活性層の反対側に介在層を介して設けられる第２導電型の電流分散層を更に備えると共に、介在層は、第２クラッド層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと、電流分散層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成されてもよい。

また、上記発光素子は、第１反射層は、屈折率が互いに異なる一方の第１半導体層と他方の第１半導体層とからなる第１ペア層を含み、かつ、一方の第１半導体層及び他方の第１半導体層はいずれも、活性層が発する光のエネルギー以上のバンドギャップエネルギーを有し、第２反射層は、屈折率が互いに異なる一方の第２半導体層と他方の第２半導体層とからなる第２ペア層を含み、かつ、一方の第２半導体層及び他方の第２半導体層のいずれか一方が、活性層が発する光のエネルギーに対して同等か小さいバンドギャップエネルギーを有してもよい。

また、上記発光素子は、第１反射層を構成する一方の第１半導体層と他方の第１半導体層、及び第２反射層を構成する一方の第２半導体層と他方の第２半導体層とはいずれも、半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有してもよい。

また、上記発光素子は、第１反射層を構成する一方の第１半導体層及び他方の第１半導体層はそれぞれ、活性層が発する光のピーク波長をλ_ｐ１とし、一方の第１半導体層及び他方の第１半導体層それぞれの屈折率をｎ_１とした場合に、厚さｄ_１＝λ_ｐ１／（４×ｎ_１）×ｘ （但し、０．７≦ｘ≦１．３）の関係式を満たす厚さｄ_１をそれぞれ有してもよい。

また、上記発光素子は、第２反射層を構成する一方の第２半導体層及び他方の第２半導体層はそれぞれ、波長λ_ｐ２を８５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲とし、一方の第２半導体層及び他方の第２半導体層それぞれの屈折率をｎ_２とした場合に、厚さｄ_２＝λ_ｐ２／（４×ｎ_２）×ｘ （但し、０．７≦ｘ≦１．３）の関係式を満たす厚さｄ_２をそれぞれ有してもよい。

また、上記発光素子は、第１反射層は、第１ペア層を１０対以上２０対以下含み、第２反射層は、第２ペア層を２対以上５対以下含んでもよい。

また、上記発光素子は、半導体基板は、活性層が発する光が入射した場合、光の波長より長い波長の光を発してもよい。

また、上記発光素子は、半導体基板と第２反射層との間にバッファ層を更に備え、バッファ層は、半導体基板のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有してもよい。

また、上記発光素子は、活性層は、多重量子井戸構造からなり、活性層と第１クラッド層との間に設けられ、第１クラッド層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の第１挿入層と、活性層と第２クラッド層との間に設けられ、第２クラッド層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の第２挿入層とを更に備えてもよい。

本発明に係る発光素子によれば、不要な波長の光の放射を抑制できる発光素子を提供できる。

本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面である。 本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の第１反射層及び第２反射層の部分断面を拡大した模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面である。 本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面である。 比較例に係る発光素子において、第１反射層の第１ペア層のペア数と発光出力との関係を示す図である。 実施例１及び比較例に係る発光素子において、２０ｍＡ通電時の第１反射層の第１ペア層のペア数と、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合との関係を示す図である。 実施例１及び比較例に係る発光素子において、６０ｍＡ通電時の第１反射層の第１ペア層のペア数と、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合との関係を示す図である。 実施例２において、アンドープ（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚と発光素子の順方向電圧との関係を示す図である。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面を示す。

（発光素子１の構造の概要）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、第１導電型としてのｎ型の半導体基板１０と、半導体基板１０の上方に設けられ、所定の波長の光を発する活性層２２０を含む半導体積層構造２０と、半導体積層構造２０の半導体基板１０の反対側の表面の一部に設けられるワイヤーボンディング用パッドとしての表面電極１００と、半導体基板１０の半導体積層構造２０の反対側の面（すなわち、半導体基板１０の裏面）にオーミック接触して設けられる裏面電極１１０とを備える。

また、半導体積層構造２０は、半導体基板１０の表面に接して設けられるｎ型のバッファ層２００と、バッファ層２００の上方に設けられるｎ型クラッド層２１０と、ｎ型クラッド層２１０上に設けられる活性層２２０と、活性層２２０上に設けられる第２導電型としてのｐ型クラッド層２３０と、ｐ型クラッド層２３０上に設けられる介在層２４０と、介在層２４０上に設けられるｐ型の電流分散層２５０とを有する。なお、ｎ型クラッド層２１０、活性層２２０、及びｐ型クラッド層２３０からなる積層部分を、本実施の形態においては発光層部と称する。表面電極１００は、電流分散層２５０の介在層２４０の反対側の表面の一部にオーミック接触して設けられる。

更に、第１の実施の形態に係る半導体積層構造２０は、半導体基板１０と活性層２２０との間に、活性層２２０が発する光を反射する第１反射層２６０と、第１反射層２６０と半導体基板１０との間に設けられ、第１反射層２６０が反射する光とは異なる波長の光を反射する第２反射層２６２とを有する。第１の実施の形態において、第２反射層２６２は、第１反射層２６０が反射する光の波長よりも長い波長の光を反射する。

（半導体基板１０）
半導体基板１０は、活性層２２０が発する光が入射した場合に、当該光の波長より長い波長の光を発する化合物半導体から形成される。具体的に、半導体基板１０は、活性層２２０が発する光のエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する化合物半導体から形成される。例えば、半導体基板１０は、活性層２２０が発する光の波長が赤色領域の波長（すなわち、６００ｎｍから７００ｎｍ程度）である場合、所定のキャリア濃度を有するＧａＡｓから形成される。この場合、半導体基板１０は、赤色光が入射すると励起されて、赤外光を外部に放出する。

（バッファ層２００、ｎ型クラッド層２１０、活性層２２０、ｐ型クラッド層２３０）
バッファ層２００は、半導体基板１０に接して設けられる。例えば、バッファ層２００は、半導体基板１０がｎ型のＧａＡｓ基板から形成される場合、ｎ型のＧａＡｓから形成される。また、ｎ型クラッド層２１０と、活性層２２０と、ｐ型クラッド層２３０とはそれぞれ、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される三元系、又は四元系のＩＩＩ族化合物半導体材料から形成される。なお、第１の実施の形態に係る活性層２２０は、例えば、ノンドープのＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＰ単層（但し、０≦ｘ≦１）から形成することができる。

（介在層２４０）
介在層２４０は、ｐ型クラッド層２３０を構成する半導体材料と電流分散層２５０を構成する半導体材料とが互いに異なる場合に、ｐ型クラッド層２３０と電流分散層２５０とのヘテロ界面の電位障壁を低減する半導体材料から形成される。具体的に、介在層２４０は、ｐ型クラッド層２３０の活性層２２０の反対側に設けられると共に、ｐ型クラッド層２３０を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと電流分散層２５０を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される。例えば、介在層２４０は、ｐ型のＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＰから形成される。発光素子１が介在層２４０を備えることにより、発光素子１の順方向電圧を低減できる。

（電流分散層２５０）
電流分散層２５０は、発光素子１に供給された電流が活性層２２０に略均一に供給されるように、当該電流を分散させる。また、電流分散層２５０は、活性層２２０が発する光を透過する半導体材料から形成される。例えば、電流分散層２５０は、ｐ型のＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＰ（但し、０．８≦ｘ≦１）から形成することができ、一例として、ｐ型のＧａＰから形成される。

（第１反射層２６０）
第１反射層２６０は、活性層２２０が発する光の第１反射層２６０による吸収を抑制して、第１反射層２６０自体の光反射効果を向上させるべく、活性層２２０が発する光に対して透明な複数の第１半導体層が積層されて形成される。具体的に、第１反射層２６０は、一方の第１半導体層と、一方の第１半導体層を構成する半導体材料の屈折率とは異なる屈折率の半導体材料からなる他方の第１半導体層との複数の第１ペア層から形成される。本実施の形態において第１反射層２６０が有する第１ペア層は、２０対以下であることが好ましい。また、第１ペア層は、５対以上、好ましくは１０対以上であることが好ましい。また、第１反射層２６０を構成する第１ペア層は、半導体基板１０を構成する半導体材料のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される。

ここで、一方の第１半導体層の厚さｄ_１は、活性層２２０が発する光のピーク波長をλ_ｐ１として、当該一方の第１半導体層の屈折率をｎ_１とした場合に、厚さｄ_１＝λ_ｐ１／（４×ｎ_１）×ｘ（但し、０．７≦ｘ≦１．３）の関係式を満たす厚さを有する。また、他方の第１半導体層の厚さも、一方の第１半導体層の厚さと同様の関係式を満たす厚さを有する。例えば、第１半導体層の厚さｄ_１は、３５ｎｍ以上６５ｎｍ以下、好ましくは、４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下の厚さにする。そして、第１反射層２６０を構成する一方の第１半導体層及び他方の第１半導体層はそれぞれ、活性層２２０が発する光に対して透明な半導体材料から形成され（すなわち、一方の第１半導体層及び他方の第１半導体層はいずれも、活性層２２０が発する光のエネルギー以上のバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される）、一方の第１半導体層と他方の第１半導体層とからなる第１ペア層の積層により、活性層２２０が発する光を反射する。

ここで、第１反射層２６０は活性層２２０が発する光を反射するので、一方の第１半導体層の屈折率と他方の第１半導体層の屈折率との屈折率差は大きい方が好ましい。よって、一方の第１半導体層の屈折率より他方の第１半導体層の屈折率が大きくなるように、一方の第１半導体層を構成する半導体材料と他方の第１半導体層を構成する半導体材料とを用いる。一例として、第１反射層２６０の一方の第１半導体層は、ＡｌＡｓから形成される。そして、他方の第１半導体層は、活性層２２０が発する光に対して透明になるようにＡｌの組成を変化させたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（但し、０．４≦ｘ≦０．６）から形成される。したがって、第１反射層２６０は、ＡｌＡｓ／Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓを第１ペア層として、複数の第１ペア層から形成される。

すなわち、本実施の形態においては、第１反射層２６０に含まれる他方の第１半導体層の組成を活性層２２０が発する光の波長に応じて変化させる。そして、一方の第１半導体層と他方の第１半導体層とからなる第１ペア層を積層させることによって、第１反射層２６０は、複数の第１ペア層の積層によって活性層２２０が発する光を反射する。なお、複数の第１半導体層のそれぞれは、活性層２２０から発せられる光に対して透明である。

例えば、一方の第１半導体層をＡｌＡｓから形成すると共に、他方の第１半導体層をＡｌＧａＡｓから形成する場合について説明する。斯かる場合、活性層２２０が発する光に対して複数の第１半導体層を透明にすべく、一方の第１半導体層をＡｌＡｓから形成すると共に、ＡｌＧａＡｓから形成される他方の第１半導体層のＡｌ組成を変化させ、当該光を透過するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓから形成する。

一例として、活性層２２０が発する光の波長が約５９０ｎｍである場合、他方の第１半導体層は、Ａｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓから形成する。また、活性層２２０が発する光の波長が約６２０ｎｍである場合、他方の第１半導体層は、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓから形成する。そして、活性層２２０が発する光の波長が約６４０ｎｍである場合、他方の第１半導体層は、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓから形成することができる。なお、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓのｘの値の増加（すなわち、Ａｌ組成の増加）に伴って、他方の第１半導体層の屈折率は低下する。

なお、活性層２２０が発する光の波長が５９０ｎｍの場合、波長が６４０ｎｍ等の場合に比べて他方の第１半導体層の屈折率は大きいので、一方の第１半導体層の屈折率と他方の第１半導体層の屈折率との屈折率差は、波長が５９０ｎｍより長い場合に比べて低下する。この場合、第１反射層２６０自体の反射率が低下する。したがって、斯かる場合、反射率の低下に反比例するように第１ペア層のペア数を増加させることにより、第１反射層２６０の反射率の低下を抑制できる。

（第２反射層２６２）
第２反射層２６２は、複数の第２半導体層が積層されて形成される。具体的に、第２反射層２６２は、一方の第２半導体層と、一方の第２半導体層を構成する半導体材料の屈折率とは異なる屈折率の半導体材料からなる他方の第２半導体層との複数の第２ペア層から形成される。そして、一方の第２半導体層、他方の第２半導体層のいずれか一方は、活性層２２０を含む発光層部が発する光のエネルギーと同等か、又は当該エネルギーより小さいバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される。また、本実施の形態において第２反射層２６２が有する第２ペア層は、５対以下であることが好ましい。また、第２ペア層は、２対以上であることが好ましい。なお、第２ペア層の数は、第１ペア層の数に応じて変化させることができる。例えば、第１ペア層の数を減少させる一方で、第２ペア層の数を増加させることができる。また、第２反射層２６２を構成する第２ペア層は、半導体基板１０を構成する半導体材料のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される。

ここで、一方の第２半導体層の厚さｄ_２は、波長λ_ｐ２としてλ_ｐ２＝８５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下に規定して、当該一方の第２半導体層の屈折率をｎ_２にした場合に、厚さｄ_２＝λ_ｐ２／（４×ｎ_２）×ｘ（但し、０．７≦ｘ≦１．３）の関係式を満たす厚さを有する。また、他方の第２半導体層の厚さも、一方の第２半導体層の厚さと同様の関係式を満たす厚さを有する。例えば、第２半導体層の厚さｄ_２は、４９ｎｍ以上９０ｎｍ以下、好ましくは、６３ｎｍ以上７７ｎｍ以下の厚さにする。そして、第２反射層２６２を構成する一方の第２半導体層は、活性層２２０が発する光に対して透明な半導体材料から形成され、第２反射層２６２を構成する他方の第２半導体層は、活性層２２０が発する光に対して半透明な（当該光を吸収する）半導体材料から形成される。そして、一方の第２半導体層と他方の第２半導体層とからなる第２ペア層の積層により、活性層２２０が発する光及び当該光の波長よりも長い波長の光を反射する。

ここで、本実施の形態に係る「透明」及び「半透明」について説明する。まず、所定の半導体層が「透明」であるとは、発光層部から放射される光のピーク波長に相当するバンドギャップより大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から当該半導体層が形成されていることを意味する。また、所定の半導体層が「半透明」であるとは、発光層部から放射される光のピーク波長に相当するバンドギャップ以下のバンドギャップを有する半導体材料から当該半導体層が形成されていることを意味する。すなわち、「半透明」の半導体層は、当該ピーク波長よりも長波側の波長に相当するバンドギャップを有する半導体材料から形成され、発光層部から放射される光に対して透明ではないものの、一部の光を透過する半導体層である。

そして、第２反射層２６２は、活性層２２０が発する光に対して透明な材料からなる一方の第２半導体層と当該光に対して半透明な材料からなる他方の第２半導体層とを含むので、一方の第２半導体層の屈折率と他方の第２半導体層の屈折率との屈折率差を第１反射層２６０の場合に比べて大きくすることができる。一例として、第２反射層２６２の一方の第２半導体層は、ＡｌＡｓから形成される。そして、他方の第２半導体層は、活性層２２０が発する光に対して半透明になるようにＡｌの組成を変化させたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（但し、０．１≦ｘ≦０．５）から形成される。例えば、他方の第２半導体層は、活性層２２０が発する光の波長が６２０ｎｍ程度の場合、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（但し、０．１≦ｘ≦０．４）から形成され、波長が５９０ｎｍ程度の場合、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（但し、０．１≦ｘ≦０．５）から形成される。したがって、第２反射層２６２は、ＡｌＡｓ／Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓを第２ペア層として、複数の第２ペア層から形成される。

他方の第２半導体層として、活性層２２０が発する光に対して半透明な半導体材料を用いる理由は以下のとおりである。すなわち、例えば活性層２２０が発する光が赤色領域の波長を有する光の場合、他方の第２半導体層を構成するＡｌＧａＡｓのＡｌ組成を低くすることにより、一方の第２半導体層の赤色光に対する屈折率と他方の第２半導体層の赤色光に対する屈折率との屈折率差を大きくすることができるからである。そして、詳細は後述するが、活性層２２０が発する光が半導体基板１０（例えば、ＧａＡｓ基板）に到達することにより半導体基板１０が励起されて半導体基板１０から放射される放射光（例えば、赤外光）を、第２反射層２６２によって半導体基板１０側に効率よく反射できるからである。また、他方の第２半導体層として、活性層２２０が発する光に対して半透明な半導体材料を用いる理由は、第１反射層２６０を透過した光をバッファ層２００、及び半導体基板１０にまで到達させないようにするためでもある。

なお、他方の第２半導体層をＧａＡｓから形成せずにＡｌＧａＡｓから形成する理由は、以下のとおりである。まず、半導体基板１０と同様に、活性層２２０が発する光によって励起されて当該光の波長よりも長い波長の放射光を放射する半導体材料から他方の第２半導体層を形成すると、他方の第２半導体層からも放射光が放射されてしまうからである。また、活性層２２０が発する光によって他方の第２半導体層が励起されたとしても、間接遷移型のＡｌＧａＡｓを用いて他方の第２半導体層を形成することにより、他方の第２半導体層から放射される放射光を低減できるからである。更に、ＡｌＧａＡｓはＧａＡｓに比べて結晶性が低下していることから、活性層２２０が発する光によって仮にＡｌＧａＡｓが励起されたとしても、光に変換されずに熱に変換されるからである。

（表面電極１００、裏面電極１１０）
表面電極１００は、電流分散層２５０にオーミック接触する材料から形成される。具体的に、表面電極１００は、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料から選択される少なくとも１つのｐ型電極用の金属材料を含んで形成される。例えば、表面電極１００は、電流分散層２５０側からＡｕＢｅ、Ｎｉ、Ａｕの順に積層された積層構造を有して形成することができる。なお、表面電極１００は、電流分散層２５０の介在層２４０の反対側の面、すなわち、発光素子１の光取り出し面の一部に設けられる。また、一例として表面電極１００は、発光素子１の上面視にて略円形に形成される。

裏面電極１１０は、半導体基板１０にオーミック接触する材料から形成される。具体的に、裏面電極１１０は、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料から選択される少なくとも１つのｎ型電極用の金属材料を含んで形成される。例えば、裏面電極１１０は、半導体基板１０側からＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕの順に積層された積層構造を有して形成することができる。なお、裏面電極１１０は、半導体基板１０の裏面の略全面に形成される。

（発光素子１の製造方法）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、半導体基板１０を準備する。そして、半導体基板１０上に、例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ法）によって複数の化合物半導体層（すなわち、バッファ層２００、第２反射層２６２、第１反射層２６０、ｎ型クラッド層２１０、活性層２２０、ｐ型クラッド層２３０、介在層２４０、電流分散層２５０）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の半導体積層構造２０を形成する。これにより、エピタキシャルウエハが製造される。

なお、半導体基板１０上にバッファ層２００を形成することにより、ＭＯＶＰＥ装置内に残留している、前回の結晶成長時に用いたドーパントの影響（すなわち、炉内メモリーの影響）をキャンセルできる。これにより、エピタキシャルウエハを安定的に製造することができる。また、バッファ層２００を半導体基板１０上にエピタキシャル成長させることで、バッファ層２００上にエピタキシャル成長させる化合物半導体層の結晶性を向上させることができる。

次に、フォトリソグラフィー法、成膜法（例えば、真空蒸着法、スパッタ法等）を用いて、エピタキシャルウエハの表面、すなわち、電流分散層２５０の表面の一部に表面電極１００を形成する。続いて、半導体基板１０の裏面の略全面に裏面電極１１０を形成する。更に、表面電極１００と電流分散層２５０との間、及び裏面電極１１０と半導体基板１０裏面との間のそれぞれをオーミック接触させるべく、所定の雰囲気下（例えば、窒素雰囲気等の不活性雰囲気下）、所定の温度、所定の時間、アロイ処理を実施する。

更に、発光素子１のサイズに合わせて表面電極１００及び裏面電極１１０が設けられたエピタキシャルウエハをダイシングすることにより、複数の発光素子１が製造される。なお、ダイシング処理後に、複数の発光素子１の端面にエッチング処理を施すことにより、ダイシングによる機械的ダメージを除去することもできる。

このようにして製造される発光素子１は、例えば、発光波長が６３０ｎｍの赤色領域の光を発する発光ダイオードである。そして、発光素子１の上面視における形状は略矩形であり、上面視における寸法は、一例として、３００μｍ角である。

なお、ＭＯＶＰＥ法において用いる原料は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物、及びアルシン（ＡｓＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型のドーパントの原料は、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）を用いることができる。そして、ｐ型のドーパントの原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いることができる。

また、ｎ型のドーパントの原料として、セレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型のドーパントの原料として、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。

また、半導体基板１０上の半導体積層構造２０は、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）等を用いて成長することもできる。

（第１反射層２６０及び第２反射層２６２の機能）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１の第１反射層２６０及び第２反射層２６２の部分断面を拡大した模式的な図を示す。

活性層２２０から半導体基板１０側に向かって活性層２２０から放射された光３０は、第１反射層２６０によって光取り出し面である電流分散層２５０の表面に向けて反射される（図２の反射光３２）。具体的には、活性層２２０から半導体基板１０の表面側に放射された光３０のうち第１反射層２６０に垂直に入射する光は、第１反射層２６０によって光取り出し面側に反射される。ここで、第１反射層２６０に入射して第１反射層２６０で反射しきれずに第１反射層２６０を透過した光は、第２反射層２６２に入射する。

そして、第２反射層２６２において、他方の第２半導体層を活性層２２０が発した光に対して半透明な材料（すなわち、完全には透明ではない材料）にすることで、一方の第２半導体層の屈折率と他方の第２半導体層の屈折率との屈折率差を大きくすることができ、第２反射層２６２の反射率を向上させることができる。これにより、第２反射層２６２に入射した光は第２反射層２６２により反射される。更に、第２反射層２６２で反射しきれずに第２反射層２６２に入射した光は、半透明に形成された他方の第２半導体層に吸収される。これにより、第１反射層２６０を透過した光が半導体基板１０に到達することが抑制される。したがって、第２反射層２６２を備えることにより活性層２２０が発した光のうち半導体基板１０側に向かう光を減少させることができるので、半導体基板１０に到達する光を低減することができる。この結果、半導体基板１０において発生する放射光を低減できる。なお、仮に、第２反射層２６２を光が透過して半導体基板１０に当該光が到達することにより半導体基板１０から放射光が放射された場合であっても、第２反射層２６２は、当該放射光を半導体基板１０側に再び反射させることができる。以上より、他方の第２半導体層を活性層２２０が発した光に対して半透明な材料から形成することで、第２反射層２６２を構成する第２ペア層のペア数を低減させることができる。

また、第１反射層２６０及び第２反射層２６２を透過した一部の光がバッファ層２００及び／又は半導体基板１０に到達すると、バッファ層２００及び／又は半導体基板１０は光励起される。そして、バッファ層２００及び／又は半導体基板１０は活性層２２０が発した光の波長よりも長い波長の光を放射する（以下、「放射光」という）。そして、放射光は、バッファ層２００及び／又は半導体基板１０から電流分散層２５０側に向けて伝搬するものの、上記のとおり当該放射光は、第２反射層２６２によってバッファ層２００及び／又は半導体基板１０側に反射される。これにより、発光素子１の光取り出し面から放射光が外部に放射されることが抑制される。

また、活性層２２０が発した光のうち、第１反射層２６０に斜め方向から入射した光４０について説明する。第１反射層２６０に斜め方向から入射した光４０は、第１反射層２６０を透過して、第２反射層２６２側に向かって第１反射層２６０内を伝搬する。ここで、第１反射層２６０内の光４０の光路長は、第１反射層２６０に対して垂直に入射する光３０に比べて長くなる。したがって、第１反射層２６０において光４０は、実際の波長よりも長い波長の光４０として認識される。

そして、第２反射層２６２は、第１反射層２６０が反射する光の波長よりも長い波長の光を反射するように設計されているので、第１反射層２６０に斜め入射した光４０は、第２反射層２６２によって光取り出し面側に反射される（例えば、図２の反射光４２）。例えば、活性層２２０が発した光の波長が６２０ｎｍである場合を説明する。この場合、第１反射層２６０を波長６２０ｎｍの光を反射するように設計すると、波長６２０ｎｍの光は、第１反射層２６０に垂直に入射したときに光取り出し面側に反射される。一方、第１反射層２６０に斜め入射した光（例えば、入射角が４５°）は、第１反射層２６０中を伝搬する。入射角が４５°なので、斜め入射した光の第１反射層２６０中における光路長は、第１反射層２６０の厚さをＤ１とした場合に、Ｄ１に２の１／２乗を乗じた長さとなる。これにより、第１反射層２６０に入射角４５°で入射した光の見かけの波長は８８０ｎｍになる。

ここで、第２反射層２６２が反射する光の波長を８５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度に設定しておけば、第１反射層２６０に斜めに入射した光は、第２反射層２６２によって光取り出し面側に反射されることになる。したがって、本実施の形態に係る第２反射層２６２は、活性層２２０が発した光によって励起されたバッファ層２００及び／又は半導体基板１０から放射される放射光を半導体基板１０側に反射すると共に、第１反射層２６０に斜めに入射した光を光取り出し面側に反射させるという機能を有する。

（変形例）
本実施形態に係る発光素子１は、波長が６３０ｎｍの赤色を含む光を発するが、発光素子１が発する光の波長はこの波長に限定されない。半導体積層構造２０の活性層２２０の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子１を形成することもできる。活性層２２０が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等の波長範囲の光が挙げられる。

更に、発光素子１が備える半導体基板１０及び半導体積層構造２０は、半導体基板１０及び半導体積層構造２０の導電型を、本実施の形態の反対にすることもできる。例えば、半導体基板１０、バッファ層２００、第１反射層２６０、第２反射層２６２、及びｎ型クラッド層２１０の導電型をｐ型に代えると共に、ｐ型クラッド層２３０、介在層２４０、及び電流分散層２５０の導電型をｎ型に代えることもできる。

また、表面電極１００の上面視における形状は、本実施の形態に係る形状に限られず、上面視にて四角形、菱形、多角形等の形状にすることもできる。更に、表面電極１００に細線電極、枝電極を付加することもできる。また、発光素子１の平面寸法は上記の実施形態に限られない。例えば、発光素子１の平面寸法は、縦寸法及び横寸法がそれぞれ１ｍｍを超える寸法となるように設計することもできる。また、発光素子１の使用用途に応じて、縦寸法及び横寸法を適宜変更してすることができる。一例として、発光素子１の平面寸法を、縦寸法の方が横寸法より短くなるように設計すると、発光素子１の上面視における形状は、略長方形となる。

また、活性層２２０は量子井戸構造を有して形成することもできる。量子井戸構造は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造のいずれの構造からも形成することができる。

また、活性層２２０を多重量子井戸構造にすると共に、活性層２２０とｎ型クラッド層２１０との間に、ｎ型クラッド層２１０のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の第１挿入層としての半導体層又はアンドープ半導体層を更に形成することもできる。また、活性層２２０を多重量子井戸構造にすると共に、活性層２２０とｐ型クラッド層２３０との間に、ｐ型クラッド層２３０のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の第２挿入層としての半導体層又はアンドープ半導体層を更に形成することもできる。なお、活性層２２０を多重量子井戸構造にして、活性層２２０とｎ型クラッド層２１０との間に、ｎ型クラッド層２１０のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の半導体層、又はアンドープ半導体層を形成すると共に、活性層２２０とｐ型クラッド層２３０との間に、ｐ型クラッド層２３０のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の半導体層、又はアンドープ半導体層を更に形成することもできる。

また、第１反射層２６０は、所定の関係式で規定される膜厚を有する２つの層からなる複数の第１ペア層から形成されるが、一方の第１半導体層の膜厚と他方の第１半導体層の膜厚とのバランスを調整して、所望の波長の光を反射するようにすることもできる。第２反射層２６２についても、一方の第２半導体層の膜厚と他方の第２半導体層の膜厚とのバランスを調整して、所望の波長の光を反射するようにすることができる。

また、第２反射層２６２は、第２ペア層であるＡｌＡｓ／Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓにおいて、Ａｌ組成比を徐々に変化させることもできる。例えば、半導体基板１０側から活性層２２０側に向かってｘの値が徐々に小さくなるようにＡｌ組成を連続的、又は段階的に変えることもできる。また、第１反射層２６０の第１ペア層のペア数、及び第２反射層２６２の第２ペア層のペア数は、活性層２２０の発光波長に応じて調整することができる。例えば、発光波長が赤色領域の波長より短波長の場合、第１ペア層のペア数を増加させると共に、第２ペア層のペア数を減少させることができる。これは、発光波長が赤色領域の波長より短波長になった場合には活性層２２０発光効率が低下するので、発光素子１の光取り出し効率を向上させるには、第１ペア層のペア数を増加させて第１反射層２６０の反射率を向上させることが有効だからである。また、発光効率が低下しているので半導体基板１０側に向かう光は、発光波長が赤色領域の場合に比べて相対的に少なくなるので、第２ペア層のペア数を減少させることができるからである。

更に、発光素子１に投入されるべき電流に応じて、第１反射層２６０の第１ペア層のペア数、及び第２反射層２６２の第２ペア層のペア数を変化させることができる。例えば、発光素子１に投入されるべき電流の増加に伴って、第１反射層２６０の第１ペア層のペア数を増加させる。これにより、電流の増加に応じて活性層２２０が発する光の強度が増加した場合であっても、第１反射層２６０は、光取り出し面側に当該光を適切に反射できる。なお、斯かる場合において第１反射層２６０の第１ペア層のペア数を十分に増加させた場合、半導体基板１０側に到達する光の量は第１ペア層のペア数が少ない場合に比べて相対的に減少するので、第２反射層２６２の第２ペア層のペア数は必ずしも増加させることを要さない。一方、斯かる場合において第１反射層２６０の第１ペア層のペア数を増加させない場合には、半導体基板１０側に到達する光の量が増加するので、第２反射層２６２の第２ペア層のペア数を増加させることが好ましい。

なお、活性層２２０が発する光のエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する化合物半導体からバッファ層２００を形成する場合、当該光がバッファ層２００に入射することによりバッファ層２００は励起される。そして、バッファ層２００は、当該光の波長よりも長い波長の光を放射する。したがって、本実施の形態においては、バッファ層２００のキャリア濃度を制御して、バッファ層２００から放射される放射光の強度を低下させてもよい。例えば、バッファ層２００のキャリア濃度を半導体基板１０のキャリア濃度より低いキャリア濃度に制御することができる。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１は、活性層２２０が発した光を反射する第１反射層２６０を備えると共に、半導体基板１０から放射される放射光を半導体基板１０側に反射する第２反射層２６２を半導体基板１０と第１反射層２６０との間に備えるので、活性層２２０が発した光を効率よく発光素子１の外部に取り出すことができると共に、活性層２２０が発した光の波長よりも長い波長の光（不要な波長の光）を半導体基板１０側に反射させることができる。これにより、発光素子１は、例えば、活性層２２０が赤色領域の光を発光すると共に、半導体基板１０がＧａＡｓから形成される場合に、半導体基板１０から放射される波長８５０ｎｍ以上８９０ｎｍ以下程度の赤外光が発光素子１の外部に放射されることを抑制できる。したがって、本実施の形態に係る発光素子１は、フォトダイオード等の光センサ類の誤作動を抑制することができる発光素子として、また、スキャナー用の高輝度の発光素子として提供することができる。

すなわち、第１の実施の形態に係る発光素子１は、ＧａＡｓからなる半導体基板１０に赤色領域の波長の光が到達した場合に、ＧａＡｓのバンドギャップに相当する波長域の光、つまり、赤外光が半導体基板１０から放射光として放射された場合であっても、この放射光は第２反射層２６２により再び半導体基板１０側に反射される。また、発光素子１において、第１反射層２６０及び第２反射層２６２はいずれも、ＧａＡｓを含んでいない。したがって、第１反射層２６０及び第２反射層２６２に活性層２２０が発した光が入射した場合であっても、第１反射層２６０及び第２反射層２６２からＧａＡｓのバンドギャプに相当する波長域の光が放射されることがない。これにより、本実施の形態に係る発光素子１によれば、放射光が外部に放射されることを抑制できる。

また、本実施の形態に係る発光素子１は、第２反射層２６２において、第１反射層２６０が反射する光の波長よりも長い波長の光が反射される。したがって、第１反射層２６０に斜めに入射した光は、第２反射層２６２によって光取り出し面側に反射される。これにより、第１の実施の形態に係る発光素子１によれば、発光素子１の光出力を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る発光素子１は、活性層２２０が発する光に対して透明な一方の第２半導体層と当該光に対して半透明な他方の第２半導体層とから第２反射層２６２を構成するので、第２反射層２６２自体の反射率を向上させることができ、第２ペア層のペア数を低減できる。これにより、第１の実施の形態に係る発光素子１を低コストで製造できる。更に、発光素子１は、第２反射層２６２が有する他方の第２半導体層を活性層２２０が発した光に対して半透明な材料から形成することで、第２ペア層のペア数を増加させなくても半導体基板１０が放射する放射光に対する反射率を、放射光が光取り出し面側に到達しない程度に高めることができる。これにより、原料の削減、製造時間の削減をすることができ、製造コストを低減することができる。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面を示す。

第２の実施の形態に係る発光素子２は、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、活性層２２０が第１アンドープ層２７０と第２アンドープ層２７２とによって挟まれている点を除き、発光素子１と同様の構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態に係る発光素子２は、半導体基板１０と、半導体基板１０上に形成されるバッファ層２００と、バッファ層２００上に形成される第２反射層２６２と、第２反射層２６２上に形成される第１反射層２６０と、第１反射層２６０上に形成されるｎ型クラッド層２１０と、ｎ型クラッド層２１０上に形成される第２アンドープ層２７２と、第２アンドープ層２７２上に形成される活性層２２０と、活性層２２０上に形成される第１アンドープ層２７０と、第１アンドープ層２７０上に形成されるｐ型クラッド層２３０と、ｐ型クラッド層２３０上に形成される介在層２４０と、介在層２４０上に形成される電流分散層２５０とを備える。第２の実施の形態においては、第１の実施の形態に係る半導体積層構造２０に第１アンドープ層２７０及び第２アンドープ層２７２が挿入された半導体積層構造２２が形成される。

第１アンドープ層２７０は、ｐ型クラッド層２３０中のｐ型ドーパントが活性層２２０中に拡散することを抑制する。また、第２アンドープ層２７２は、ｎ型クラッド層２１０中のｎ型ドーパントが活性層２２０中に拡散することを抑制する。第１アンドープ層２７０及び第２アンドープ層２７２は、例えば、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｙＩｎ_１−ｙＰから形成される。活性層２２０を第１アンドープ層２７０と第２アンドープ層２７２とで挟むことにより、ｐ型クラッド層２３０及びｎ型クラッド層２１０から活性層２２０中へのドーパントの拡散を抑制できるので、発光素子２の信頼性を向上させることができる。

なお、第２の実施の形態に係る発光素子２においては、活性層２２０を第１アンドープ層２７０と第２アンドープ層２７２とによって挟んだ構造としたが、第２の実施の形態の変形例においては、第１アンドープ層２７０又は第２アンドープ層２７２のいずれか一方を形成しない発光素子を形成することもできる。

［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面を示す。

第２の実施の形態に係る発光素子３は、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、バッファ層２００を備えていない点を除き、発光素子１と同様の構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態に係る発光素子３は、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、バッファ層２００を備えていない。すなわち、発光素子３は、第１の実施の形態に係る半導体積層構造２０からバッファ層２００を除いた半導体積層構造２４が、半導体基板１０上に形成された構成を備える。したがって、第１反射層２６０によって反射しきれずに第１反射層２６０を透過した光３０の一部は、半導体基板１０に到達する。そして、半導体基板１０に到達した当該光によって半導体基板１０は光励起され、活性層２２０が発した光の波長よりも長い波長の放射光を放射する。そして、放射光は、半導体基板１０から電流分散層２５０側に向けて伝搬するものの、第２反射層２６２によって半導体基板１０側に反射される。

（実施例１）
実施例１においては、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１と同様に図１に示した構造を備えると共に、以下の構造を有する発光素子をＭＯＶＰＥ法により製造した。なお、製造した実施例１に係る発光素子は、６２０ｎｍ付近の波長の橙色光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

すなわち、実施例１に係る発光素子は、上面視にて３００μｍ角のチップ形状を有するＬＥＤである。具体的に、実施例１に係る発光素子は、ｎ型のＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層と、ｎ型の第２反射層と、ｎ型の第１反射層と、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層と、アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層と、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層と、ｐ型Ｇａ_０．６Ｉｎ_０．４Ｐ介在層と、ｐ型ＧａＰ電流分散層とをこの順に備える。

また、実施例１において、ｎ型の第１反射層は、ｎ型ＡｌＡｓ（膜厚：約５０ｎｍ）とｎ型Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ（膜厚：約４５ｎｍ）とからなる第１ペア層を、１０ペア（すなわち、１０対で２０層）積層させた構造にした。更に、ｎ型の第２反射層は、透明なｎ型ＡｌＡｓ（膜厚：約７０ｎｍ）と半透明なｎ型Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓ（膜厚：約６０ｎｍ）とからなる第２ペア層を、２ペア（すなわち、２対で４層）積層させた構造にした。

また、表面電極（すなわち、ｐ型電極）は、電流分散層側からＡｕＢｅ／Ｎｉ／Ａｕの順に積層させた構造を有すると共に、直径が１２０μｍの略円形に形成した。なお、ＡｕＢｅの膜厚は５０ｎｍ、Ｎｉの膜厚は６０ｎｍ、Ａｕの膜厚は１０００ｎｍにした。更に、裏面電極（すなわち、ｎ型電極）は、ＧａＡｓ基板の裏面側からＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの順に積層させた構造を有すると共に、裏面全面に形成した。なお、ＡｕＧｅの膜厚は５０ｎｍ、Ｎｉの膜厚は６０ｎｍ、Ａｕの膜厚は３００ｎｍにした。そして、表面電極及び裏面電極の合金化処理であるアロイ処理は、窒素ガス雰囲気中、４００℃、５分間で実施した。

このような構造を有する実施例１に係る発光素子を所定のステムにダイボンディングした後、表面電極とステムの所定の接続領域とをワイヤーボンディングすることにより、評価用の発光素子を製造した。

（比較例）
比較例に係る発光素子は、実施例１に係る発光素子と異なり、第２反射層を設けない点を除き、略同一の構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

比較例に係る発光素子は、第１反射層の第１ペア層のペア数を１０ペアとした発光素子（比較例１に係る発光素子）と、第１反射層の第１ペア層のペア数を１２ペアとした発光素子（比較例２に係る発光素子）との２種類を製造した。このように第１ペア層のペア数を変えた２種類の発光素子を製造した理由は、第１ペア層のペア数を増加によるＧａＡｓ基板からの放射光の強度の変化について確認するためである。

（実施例１と比較例１との比較：発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合）
実施例１に係る発光素子の発光スペクトルを２０ｍＡ通電にて測定した結果、６２０ｎｍ近傍に強い発光ピーク（以下、「発光ピーク」という）が観察され、８７５ｎｍ近傍に極めて微弱な発光ピーク（以下、「放射ピーク」という）が観察された。発光ピークは活性層が発した光に基づくピークであり、放射ピークはバッファ層及びＧａＡｓ基板からの放射光に基づくピークである。この測定時において、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合（放射ピーク強度／発光ピーク強度×１００）は０．３１％であった。これは、後述する比較例１及び２に係る発光素子に比べて、ＧａＡｓ基板からの放射光（赤外光）を約５０％程度抑制できることを示す。

また、実施例１に係る発光素子の発光スペクトルを６０ｍＡ通電にて測定した結果、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合（放射ピーク強度／発光ピーク強度×１００）は０．５０％であった。これにより、通電電流を増加させた場合でも、通電電流が小さい場合（例えば、２０ｍＡ通電）と同様に、ＧａＡｓ基板からの放射光（赤外光）を抑制できることが示された。なお、２０ｍＡ通電時における発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合（放射ピーク強度／発光ピーク強度×１００）は、０．５％以下が好ましく、０．４％以下がより好ましい。また、６０ｍＡ通電時における発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合（放射ピーク強度／発光ピーク強度×１００）は、０．８％以下が好ましく、０．６％以下がより好ましい。

一方、比較例１及び２に係る発光素子の発光スペクトルを２０ｍＡ通電にて測定した結果、いずれも、６２０ｎｍ近傍に強い発光ピークが観察され、８７５ｎｍ近傍に放射ピークが観察された。

そして、比較例１に係る発光素子の発光スペクトルを２０ｍＡ通電にて測定した結果、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合（放射ピーク強度／発光ピーク強度×１００）は０．５８％であった。また、比較例２に係る発光素子においては、０．５４％であった。比較例１及び２に係る発光素子はいずれも、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合が０．５％を超えていた。また、比較例１及び２の結果から分かるように、単に第１反射層の第１ペア層のペア数を増加させただけでは、放射光を低減する効果は小さいことが確認された。なお、比較例１に係る発光素子の発光スペクトルを６０ｍＡ通電にて測定した結果、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合は０．８７％であり、比較例２においては、０．８０％と非常に高い値であった。

（実施例１と比較例１との比較：発光出力）
実施例１に係る発光素子の２０ｍＡ通電時における発光出力は１．７０ｍＷであった。一方、比較例１に係る発光素子（第１反射層が１０ペアのみの発光素子）の２０ｍＡ通電時における発光出力は１．６３８ｍＷであった。実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１に係る発光素子の光出力は約４％高出力化した。また、比較例２に係る発光素子（第１反射層が１２ペアのみの発光素子）の２０ｍＡ通電時における発光出力は１．７１１ｍＷであった。実施例１と比較例２とを比較すると、実施例１に係る発光素子の光出力は比較例２に係る発光素子と同程度であった。

この光出力の比較から、比較例１に係る発光素子の第１反射層のペア数と、実施例１に係る発光素子の第１反射層中の第１ペア層のペア数と第２反射層中の第２ペア層のペア数との合計数とが同数である場合、実施例１に係る発光素子の発光出力と比較例１に係る発光素子の発光出力とは同程度であるものの、実施例１においてはＧａＡｓ基板からの放射光を低減できることが確認された。これにより、実施例において、第１反射層の第１ペア層のペア数が比較例１に比べて少ない場合であっても、第２反射層の存在により発光出力を向上できることが示された。これは、図２の上記説明のとおり、第１反射層に斜め入射した光を第２反射層によって光取り出し面側に反射させることができることに起因する効果である。

このように、比較例１及び２においては、ＧａＡｓ基板から発光素子外部に放射される放射光の強度が高いものであった。また、比較例２のように、単に第１反射層の第１ペア層のペア数を増加させた場合であっても、発光出力自体は向上するものの、放射光を低減する効果は非常に小さいものであった。

図５は、比較例に係る発光素子において、第１反射層の第１ペア層のペア数（以下、「第１反射層ペア数」という）と発光出力との関係を示す。

図５を参照すると分かるように、比較例に係る発光素子において、第１反射層ペア数を２０ペア程度にした場合に、発光出力の増加は飽和傾向を示した。したがって、比較例１及び２において、第１ペア層のペア数を更に増加させたとしても、製造コストの増加、及び順方向電圧の増加等に鑑みると、発光出力の増加には限界があることが示された。

（実施例１：屈折率差）
また、実施例１に係る発光素子の第２反射層において、一方の第２半導体層（ＡｌＡｓ）は透明層であり、他方の第２半導体層（Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓ）は半透明の層である。そして、一方の第２半導体層（ＡｌＡｓ）の屈折率と他方の第２半導体層（Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓ）の屈折率との屈折率差は０．６０５である。一方、第１反射層において、一方の第１半導体層（ＡｌＡｓ）の屈折率と他方の第１半導体層（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓ）の屈折率との屈折率差は０．３８０である。したがって、実施例１においては、第２反射層における屈折率差の方が第１反射層における屈折率差より大きいので、第２反射層における反射効率が第１反射層に比べて高い。これにより、実施例１に係る発光素子の発光出力は、比較例１に係る発光素子に比べて高くなったと考えられる。

（実施例１：信頼性）
更に、実施例１に係る発光素子の順方向動作電圧は、２０ｍＡ通電時において１．９４Ｖであった。また、実施例１に係る発光素子の信頼性試験を以下のように実施した。すなわち、室温、５０ｍＡ通電の条件下で１６８時間通電した後の発光出力（通電後発光出力）を、通電前の発光出力（通電前発光出力）と比べたところ、通電前発光出力と通電後発光出力とは同一であった。つまり、相対出力（通電後発光出力／通電前発光出力×１００）は、１００％であった。

以上のように実施例１に係る発光素子は、比較例２と同程度の発光出力、順方向電圧で発光する共に、信頼性が高く、かつ、ＧａＡｓ基板からの放射光を低減できることが示された。

図６Ａ及び図６Ｂは、実施例１及び比較例に係る発光素子において、第１反射層の第１ペア層のペア数（以下、「第１反射層ペア数」という）と、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合（放射ピーク強度／発光ピーク強度×１００、以下、「放射光比率」という）との関係を示す。具体的に、図６Ａは、２０ｍＡ通電時における関係を示しており、図６Ｂは、６０ｍＡ通電時における関係を示す。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、実施例１においては、２０ｍＡ通電時、６０ｍＡ通電時のいずれにおいても、第１反射層の第１ペア層のペア数を増加させるに従い、第１反射層ペア数が２０に至る前に、放射光比率を略０％にまで低減できることが分かる。一方、比較例においては、第１反射層ペア数を２０ペアにした場合であっても、放射光比率を０％にはできなかった。したがって、実施例１のように第１反射層のみならず第２反射層を備えることによる放射光の低減の効果が明確に示された。

（実施例２）
実施例１においては、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子２と同様に図３に示した構造を備えると共に、以下の構造を有する発光素子をＭＯＶＰＥ法により製造した。なお、実施例２に係る発光素子は、実施例１に係る発光素子と異なり、活性層が２つのアンドープ層によって挟まれている点を除き、実施例１に係る発光素子と同様の構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

実施例２に係る発光素子は、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層とアンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層との間、及びアンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層とｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層との間のそれぞれに、厚さが１００ｎｍのアンドープ（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐをそれぞれ挿入した構造を備える。

実施例２に係る発光素子の発光スペクトルを２０ｍＡ通電にて測定した結果、６２０ｎｍ近傍に強い発光ピークが観察され、８７５ｎｍ近傍に極めて微弱な放射ピークが観察された。この測定時において、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合（放射ピーク強度／発光ピーク強度×１００）は０．３２％であった。これは、比較例１及び２に係る発光素子に比べて、ＧａＡｓ基板からの放射光（赤外光）を約５０％程度抑制できることを示す。

また、実施例２に係る発光素子の発光スペクトルを６０ｍＡ通電にて測定した結果、発光ピーク強度に対する放射ピーク強度の割合（放射ピーク強度／発光ピーク強度×１００）は０．５１％であった。これにより、通電電流を増加させた場合でも、通電電流が小さい場合（例えば、２０ｍＡ通電）と同様に、ＧａＡｓ基板からの放射光（赤外光）を抑制できることが示された。

また、実施例２に係る発光素子の２０ｍＡ通電時における発光出力は１．８１ｍＷであった。これは、実施例１に係る発光素子に比べて約６％高出力化できたことを示している。実施例２において光出力が高出力化した理由は、活性層をアンドープ（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層で挟むことにより、活性層へのドーパントの拡散が抑制されたことに起因する。しかしながら、実施例２に係る発光素子の順方向電圧は１．９６Ｖであり、実施例１よりも高い結果となった。そこで、アンドープ層の膜厚を最適化すべく、アンドープ（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚と順方向電圧との関係を調査した。

図７は、実施例２において、アンドープ（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚と発光素子の順方向電圧との関係を示す。

表１は、実施例２において、アンドープ（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚と発光素子の順方向電圧との関係を示す。

図７及び表１を参照すると、アンドープ（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の膜厚は２００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚がより好ましい。すなわち、活性層を挟む２つのアンドープ（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の合計膜厚は４００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下がより好ましい。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組み合わせの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２、３ 発光素子
１０ 半導体基板
２０、２２、２４ 半導体積層構造
３０ 光
３２ 反射光
４０ 光
４２ 反射光
２００ バッファ層
２１０ ｎ型クラッド層
２２０ 活性層
２３０ ｐ型クラッド層
２４０ 介在層
２５０ 電流分散層
２６０ 第１反射層
２６２ 第２反射層
２７０ 第１アンドープ層
２７２ 第２アンドープ層
１００ 表面電極
１１０ 裏面電極

Claims (11)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の上方に設けられる活性層を有する発光層部と、
   前記半導体基板と前記活性層との間に設けられ、前記活性層が発する光を反射する第１反射層と、
   前記半導体基板と前記第１反射層との間に設けられ、前記第１反射層が反射する光とは異なる波長の光を反射する第２反射層と
   を備える発光素子。
2. 前記第２反射層は、前記第１反射層が反射する光の波長よりも長い波長の光を反射する請求項１に記載の発光素子。
3. 前記活性層は、第１導電型の第１クラッド層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とで挟まれて前記発光層部を構成し、
   前記第２クラッド層の前記活性層の反対側に介在層を介して設けられる第２導電型の電流分散層を更に備えると共に、前記介在層は、前記第２クラッド層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと、前記電流分散層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成される請求項２に記載の発光素子。
4. 前記第１反射層は、屈折率が互いに異なる一方の第１半導体層と他方の第１半導体層とからなる第１ペア層を含み、かつ、前記一方の第１半導体層及び前記他方の第１半導体層はいずれも、前記活性層が発する光のエネルギー以上のバンドギャップエネルギーを有し、
   前記第２反射層は、屈折率が互いに異なる一方の第２半導体層と他方の第２半導体層とからなる第２ペア層を含み、かつ、前記一方の第２半導体層及び前記他方の第２半導体層のいずれか一方が、前記活性層が発する光のエネルギーに対して同等か小さいバンドギャップエネルギーを有する請求項３に記載の発光素子。
5. 前記第１反射層を構成する前記一方の第１半導体層と前記他方の第１半導体層、及び前記第２反射層を構成する前記一方の第２半導体層と前記他方の第２半導体層とはいずれも、前記半導体基板のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する請求項４に記載の発光素子。
6. 前記第１反射層を構成する前記一方の第１半導体層及び前記他方の第１半導体層はそれぞれ、前記活性層が発する光のピーク波長をλ_ｐ１とし、前記一方の第１半導体層及び前記他方の第１半導体層それぞれの屈折率をｎ_１とした場合に、
   厚さｄ_１＝λ_ｐ１／（４×ｎ_１）×ｘ （但し、０．７≦ｘ≦１．３）
   の関係式を満たす厚さｄ_１をそれぞれ有する請求項５に記載の発光素子。
7. 前記第２反射層を構成する前記一方の第２半導体層及び前記他方の第２半導体層はそれぞれ、波長λ_ｐ２を８５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲とし、前記一方の第２半導体層及び前記他方の第２半導体層それぞれの屈折率をｎ_２とした場合に、
   厚さｄ_２＝λ_ｐ２／（４×ｎ_２）×ｘ （但し、０．７≦ｘ≦１．３）
   の関係式を満たす厚さｄ_２をそれぞれ有する請求項６に記載の発光素子。
8. 前記第１反射層は、前記第１ペア層を１０対以上２０対以下含み、
   前記第２反射層は、前記第２ペア層を２対以上５対以下含む請求項７に記載の発光素子。
9. 前記半導体基板は、前記活性層が発する光が入射した場合、前記光の波長より長い波長の光を発する請求項８に記載の発光素子。
10. 前記半導体基板と前記第２反射層との間にバッファ層
    を更に備え、
    前記バッファ層は、前記半導体基板のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する請求項９に記載の発光素子。
11. 前記活性層は、多重量子井戸構造からなり、
    前記活性層と前記第１クラッド層との間に設けられ、前記第１クラッド層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の第１挿入層と、
    前記活性層と前記第２クラッド層との間に設けられ、前記第２クラッド層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度の第２挿入層と
    を更に備える請求項１０に記載の発光素子。

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