JPH06151955A - 半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子

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JPH06151955A
JPH06151955A JP31420992A JP31420992A JPH06151955A JP H06151955 A JPH06151955 A JP H06151955A JP 31420992 A JP31420992 A JP 31420992A JP 31420992 A JP31420992 A JP 31420992A JP H06151955 A JPH06151955 A JP H06151955A
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JP
Japan
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light emitting
layer
light
semiconductor
emitting device
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JP31420992A
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English (en)
Inventor
Takehisa Koyama
剛久 小山
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射層を含む半導体結晶層を基板上に構成
し、かつこの半導体結晶層を基板上に複数個形成した半
導体発光素子において、発光効率を向上させることでよ
り均一性のある高発光出力の半導体発光素子とする。 【構成】 基板2上にバッファ層3、反射層4を形成さ
せ、その反射層4の上に第一クラッド層5、発光層6、
第二クラッド層7、コンタクト層8をMOCVD法、ま
たはMBE法等を用いて順次積層し、電極10を除いた
半導体結晶境界面に膜厚d=λp /(4・n)なる反射
防止膜14を形成した構造とする。このように、光出力
面11にSiNよりなる反射防止膜を形成することによ
って、光出力面11での反射がほとんど無くなり、発光
効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、メサ構造の半導体結晶
をアレイ化した面発光型半導体発光素子に関する。
【0001】
【従来の技術】近年、半導体発光素子を光プリンタ用光
源あるいは光を用いた情報用素子に使用するために高密
度に集積するための技術が提案または開発されている。
これらの発光素子は発光ダイオードをリニアに集積する
ことでアレイ化した半導体発光素子を用いているが、プ
リンタの小型化、高画質化によってより高い集積度が求
められてきている。半導体発光素子の集積度を高くする
には、基板上のそれぞれの素子の間隔を50μm以下に
しなくてはならない。従来より、素子を電気的に分離す
る方法として、エッチング液を用いて素子と素子の間に
分離溝を形成する方法や、素子と素子との間に不純物を
拡散させて行う方法などがあった。上記のように、素子
と素子との間隔を50μm以下にするには、エッチング
や、拡散の性質上、分離溝の深さ、または不純物拡散に
よる拡散深さを10μm以下程度にする必要がある。
【0002】従来、半導体発光素子アレイは10μm以
上の膜厚の成長に適している液相成長法を用いて薄膜を
形成させるため、10μm以下の薄膜を形成すると膜厚
の均一性に欠け、特に分離された発光素子の発光出力の
ばらつきを十分に小さくすることは困難であった。そこ
で近年、有機金属気相成長法(MOCVD法)や分子線
エピタキシー法(MBE法)等、数μm程度の半導体結
晶製膜に適する製造方法が開発された。この技術によっ
て、結晶層の薄膜制御性が向上し、均一性のある薄膜を
製造できるようになった。しかし、この有機金属気相成
長法、及び分子線エピタキシー法は薄膜制御性には優れ
ているが逆に10μm以上の厚膜を製造するのには適し
ていない。よって基板として用いるGaAs結晶をエッ
チング除去できるまでの厚膜を成長させることができな
いため、基板を取り除くことができず、基板の光吸収に
よる光出力の損失を招いた。また、基板を除去できるだ
けの厚膜を生成する場合でも、基板上の素子を電気的に
分離するためのメサエッチングは、素子の高集積のため
に基板上の厚膜の途中で停止しなければならなので、分
離溝の深さの均一性に欠け、その結果分離された素子の
インピーダンスにばらつきが生じ、結局発光出力がばら
ついてしまった。
【0003】そこで、本出願人は、半導体発光素子を基
板上で二重ヘテロ構造で構成するに当たり、基板による
光の吸収による発光損失を無くすために二重ヘテロ構造
と基板との間に反射層を設けて基板による光吸収を無く
して発光出力を向上させると共に、メサエッチングの均
一性を向上させることで発光出力のばらつきを無くした
高出力の半導体発光素子を提案した(整理番号4040
00885、平成4年8月27日出願「半導体発光素子
及びその製造方法」)。以下、添付図面と共に、その半
導体発光素子について説明する。
【0004】図2は、従来の半導体発光素子の構造の一
例を示す側断面図である。同図において、従来例の半導
体発光素子21は、n−GaAs基板2上に、n−Ga
Asバッファ層3、反射層4、n−Al0.7 Ga0.3
s第一クラッド層5、p−Al0.3 Ga0.7 As発光層
6、p−Al0.7 Ga0.3 As第二クラッド層7を順次
積層した半導体結晶層を分離溝によって分離した複数個
の発光素子13を有し、基板2の下面全面にはN型電極
が設置され、かつ個々の発光素子13の第二クラッド層
7の上面にはコンタクト層8を介して電極10が設置さ
れている。
【0005】ここで、上記反射層4は、例えば光波干渉
によって発光層6より発生した光を反射することのでき
る半導体結晶層である。この反射層4を基板2と発光層
6との間に形成させることで、発光層6から基板2側に
発生された光は、この反射層4によって反射されるため
基板2による光吸収を無くすことができる。また、屈折
率の異なる半導体結晶を規則的に多数積層することでそ
の反射特性は向上する。そして、その半導体結晶の屈折
率差が大きく、また積層数が多いほど反射特性は向上す
る。また、光波干渉によって光の反射を行うこの反射層
4の半導体結晶層の膜厚dは、d=λp /(4n1
(λp は反射層4の反射中心波長、n1 は半導体結晶層
の屈折率)で与えられる。
【0006】このような半導体発光素子21において、
個々の発光素子13の発光層6から上側に出力された光
はそのまま光出力面11から外部に出るが、下側に出力
された光は、反射層4によって反射された後に光出力面
11から外部へ出力される。これによって、発光層6か
ら下側に出力された光は反射層4に反射され、基板2に
吸収されない構造となっている。
【0007】このように、発光層6を伝導型の異なる半
導体結晶層で挟み込むように接合した二重ヘテロ構造で
形成し、かつ基板2と、クラッド層5との間に、発光層
6よりも禁制帯幅が大きく伝導型が基板2と同一であ
り、かつ少なくとも2種以上の異なる屈折率を有した半
導体結晶を複数組積層した反射層4を設けたので、高発
光出力の半導体発光素子21を得ることができ、また、
反射層4を設けることで二重ヘテロ構造を薄く形成でき
るので、高集積度を実現でき、かつ分離溝の深さを一定
に保つことができるので発光素子13にばらつきがない
半導体発光素子21を得ることができた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな構造の半導体発光素子21において、その発光スペ
クトルを測定してみると図4に示す結果が得られた。同
図に示すように、その発光スペクトルは、周期的に発光
出力の低いところが発生している。これは、半導体結晶
と発光素子13外部との屈折率差が大きいために、半導
体結晶と外部との境界面である光出力面11において出
力しようとする光が反射されて半導体結晶内に戻され、
この光が反射層4で反射し、発光層6で発生して光出力
面11から出力した光と干渉することにより、出力する
光が減衰してしまうために起こる現象である。このよう
な現象は、従来のLPE法で作成した半導体発光素子に
も発生するが、LPE法による膜成形は、その膜厚が厚
く均一にならないので光出力面11は平面ではないた
め、光出力面11で光は乱反射してしまい、また光出力
面11で反射されたとしても反射層4を有していないの
で、その反射された光は吸収、または散乱されてしま
い、それ程大きな問題となって現れなかった。
【0009】しかし、MOCVD法や、MBE法などの
膜厚制御性及び均一性に優れた結晶成長法で作成した半
導体発光素子21は、その半導体結晶と外部との光出力
面11が限りなく平面に近いので、この光出力面11で
反射される光は乱反射されることもなく半導体結晶内に
戻され、反射層4により更に反射して、出力する光と干
渉を起こしてしまう。さらに、この半導体発光素子21
の反射層4と光出力面11との間で、光が多重反射現象
を起こしていまうので、このような現象が顕著に発生し
てしまい、発光効率が低下していた。即ち、発光出力向
上と均一性のある発光出力とを得るために反射層4を形
成しても、逆にこのような発光出力の損失を招いてしま
った。また、この発光出力の損失により、発光出力のば
らつきが、少なからずも発生していた。
【0010】そこで、本発明は上記の点に着目してなさ
れたものであって、反射層を含む半導体結晶層を基板上
に構成し、かつこの半導体結晶層を分離溝によって基板
上で分離してアレイ化した構造の半導体発光素子におい
て、光出力面での反射を最小限に抑えることにより、周
期的に発生している発光出力の低下を改善して発光効率
を向上させ、高発光出力の半導体発光素子を提供するこ
とを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するための手段として、発光層で発生した光をこの発
光層と平行な面に形成した光出力面へ反射するための反
射層、前記発光層と基板との間に形成し、かつ、前記発
光層と反射層とを含む半導体結晶層を前記基板上に複数
個形成した半導体発光装置において、前記半導体発光素
子は、少なくとも前記光出力面上に前記半導体発光素子
から出力する光の発光中心波長に最大透過率を有する反
射防止膜を形成してあることを特徴とする半導体発光素
子を提供しようとするものである。
【0012】また、本発明は、上記目的を達成するため
の手段として、前記半導体発光素子において、前記反射
防止膜は、屈折率の違う膜を少なくとも1層以上積層し
たものであり、かつ、少なくともその内の一層の膜厚d
がd=λp /(4・n)(λp は発光中心波長、nは反
射防止膜の屈折率)であることを特徴とする半導体発光
素子を提供しようとするものである。
【0013】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の一実施例
を説明する。なお従来例において説明した部分と同様の
箇所はその説明を省略する。図1は、本発明の半導体発
光素子の構造の一例を示す側断面図である。同図におい
て、本実施例の半導体発光素子1は、前述した従来例の
半導体発光素子21と比べ、反射防止膜14を電極10
を除いた半導体結晶境界面に形成したところが異なる。
この反射防止膜14は、SiNを上記半導体発光素子2
1へCVD法(気相成長法)により積層したものであ
る。
【0014】上述したように、半導体結晶と外部とで
は、その屈折率が不連続であるために光出力面11で光
が反射して半導体結晶内より外部へ出力しようとする光
と干渉することにより発光出力を損失していた。上記反
射層14は、この反射光を光波干渉により無くすもので
ある。その条件は、反射防止膜14の膜厚dが、d=λ
p /(4・n)(λp は半導体発光素子1の発光中心波
長、nは反射防止膜SiNの屈折率)でなくてはならな
い。このように反射防止膜14の膜厚dを設定したと
き、波長λp の光が、外部へ効率良く出力される。
【0015】このように、光出力面11にSiNよりな
る反射防止膜を形成することによって、光出力面11で
の反射はほとんど無くなる。この半導体発光素子1の発
光スペクトルを図2に示す。同図に示すように、従来の
半導体発光素子21の発光スペクトルで見られた周期的
な発光出力の低下は改善され、良好に光を出力している
のが分かる。即ち、反射層4を有した半導体発光素子1
に反射防止膜14を形成させることで、発光効率を向上
させることができる。
【0016】また、本実施例では反射層14を1層のも
のとして説明したが、この反射防止膜14は、屈折率の
違う膜を複数積層することで反射防止の効果が更に良く
なる。このように反射防止膜14を複数積層したときも
同様に、それぞれの反射防止膜14の膜厚dは、前述し
た条件により設定される。
【0017】また、同図に示すように上記の反射防止膜
14の形成部分は、光出力面11上だけでなく、メサ構
造をなす分離溝にまで及んでいるため、半導体結晶の酸
化防止膜としての役割もある。
【0018】なお、本実施例で用いた具体的な数値や、
材料名等は説明のために使用したにすぎないものであっ
て、本発明に係わる半導体発光素子1は、それらに限定
されることはなく、半導体発光素子1が使用される状況
において適宜変更可能である。
【0019】
【発明の効果】基板上で順次積層して構成した半導体結
晶層を、この半導体結晶内の発光層で発生した光を光出
力面方向へ反射するための反射層と、二重ヘテロ構造の
半導体結晶層とで構成した半導体発光素子において、光
出力面上に前記半導体発光素子から出力する光の発光中
心波長に最大透過率を有する反射防止膜を形成して光出
力面での反射を最小限に抑えているので、発光層で発生
した光を効率よく出力させることができ、より均一性の
ある高発光出力の半導体発光素子とすることができると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体発光素子の構造の一例を示す側
断面図である。
【図2】半導体発光装置1の発光スペクトルを示す図で
ある。
【図3】従来の半導体発光素子の構造の一例を示す側断
面図である。
【図4】半導体発光装置21の発光スペクトルを示す図
である。
【符号の説明】
1 半導体発光素子 2 基板 4 反射層 5 第一クラッド層 6 発光層 7 第二クラッド層 11 光出力面 14 反射防止膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光層で発生した光をこの発光層と平行な
    面に形成した光出力面へ反射するための反射層を前記発
    光層と基板との間に形成し、かつ、前記発光層と反射層
    とを含む半導体結晶層を前記基板上に複数個形成した半
    導体発光素子において、 前記半導体発光素子は、少なくとも前記光出力面上に前
    記半導体発光素子から出力する光の発光中心波長に最大
    透過率を有する反射防止膜を形成してあることを特徴と
    する半導体発光素子。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体発光素子において、 前記反射防止膜は、屈折率の違う膜を少なくとも1層以
    上積層したものであり、 かつ、少なくともそのうちの一層の膜厚dが d=λp /(4・n)(λp は発光中心波長、nは反射
    防止膜の屈折率) であることを特徴とする半導体発光素子。 【0001】
JP31420992A 1992-10-29 1992-10-29 半導体発光素子 Pending JPH06151955A (ja)

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