JPH06326358A

JPH06326358A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH06326358A
Application number: JP25850293A
Authority: JP
Inventors: Shiro Sato; 史朗佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1994-11-25
Also published as: US5428227A

Abstract

(57)【要約】【目的】光の放射角を制御できる光出射部形状や層構成
を有する半導体発光素子を提供する。【構成】半導体基板１０１上に形成され、その基板面に
平行に形成された接合部を有する半導体積層構造（１０
２，１０３，１０４，１０５）からなり、該接合部近傍
を光発生部とし、そこへ電流を注入できるようになって
いて、該接合部に概ね垂直な光出射端面を有する半導体
発光素子において、光出射端面１０８の半導体基板１０
１と平行方向の形状が概ね円弧（又は双曲線）状をして
おり、半導体積層構造の上部に形成された電流注入用電
極１０６が、円弧状の光出射端面１０８の曲率中心Ａよ
りも少なくとも離れた位置に設けられていることを特徴
する。【効果】光出射端面を円弧状としたことにより、出射光
の基板に対し水平方向の半値全角を光出射端面が直線状
である場合よりも小さくでき光ファイバーやレンズ系と
の結合効率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル複写機、ファ
クシミリ、光プリンター等に用いられる固体光書き込み
用光源、光通信や光情報処理等における光ファイバー用
光源等として応用される半導体発光素子（ＬＥＤ）に関
し、特に、光の放射角を制御するように光出射部形状や
層構成を工夫した端面発光型の半導体発光素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上に形成された積層構造より
なり、接合部に略垂直な端面から光を出射する端面発光
型半導体発光素子（以下、端面型ＬＥＤと記す）が開発
されており、デジタル複写機、ファクシミリ、光プリン
ター等に用いられる固体光書き込み用光源、光通信や光
情報処理等における光ファイバー用光源等として応用さ
れている。この端面型ＬＥＤから放出される光は、基板
と平行方向ではほぼランバート分布に従って半値角約１
２０°の放射角を有する。そのため、例えば端面型ＬＥ
Ｄの光を低損失に光ファイバーに結合させるため、ファ
イバー先端を球状に整形したり、レンズを介して光を挿
入したりするが、結合効率の向上には限度がある。ま
た、放出された光をレンズ系を介して利用する場合、利
用効率を高くしようとすればレンズの開口数（ＮＡ）を
大きくする必要があり、レンズ設計上問題が多い。

【０００３】特に端面型ＬＥＤ場合、基板に対し垂直方
向の光の放射全角は層構造を最適化することにより、容
易に２５°以下にすることができるのでファイバーやレ
ンズとの光の結合効率を上げるためには基板と平行方向
の放射角を小さくする必要がある。一方、半導体レーザ
の場合、基板に対し垂直方向の光の放射全角の方が基板
と平行方向の放射全角より大きく、端面型ＬＥＤの場合
と逆である。そのため基板に対し垂直方向の光を絞るこ
とがファイバーやレンズとの光の結合効率を上げるため
には有効な手段となる。何れにせよ、発光素子とレンズ
等の光学素子をハイブリットに組合せるには高精度の位
置合わせが必要なため、再現性や歩留まりが悪く、かつ
高価な治具等も必要になる。

【０００４】発光素子とレンズの位置合わせを省く方法
として、同一半導体基板上に端面発光型発光素子とレン
ズをモノリシックに形成する方法が提案されている。例
えば、文献”ＯｐｌｕｓＥ，１９９１年３月号，１
１２ページ”に掲載されているマイクロレンズ集積形半
導体レーザー（図９参照）のように、端面発光型発光素
子の光出射端面前方に、石英系材料からなるレンズを同
一ＧａＡｓ基板上に形成したものがある。これは次のよ
うに形成される。半導体基板１上に光を生じる活性層２
を含む半導体積層構造が形成され、光を出射する端面が
基板に対し垂直に活性層が露出するように形成される。
さらにその端面の前方の半導体基板上にシリコン酸化
膜、窒化膜等の膜が積層され、さらにレンズ形状にドラ
イエッチングされることにより発光素子４とレンズがモ
ノリシックに形成されたデバイスが完成する。しかし、
この場合発光素子を形成する半導体プロセス終了後に新
たに他の材料系のプロセスが必要となって、工程が増え
かつ複雑になる。そのため、歩留まりや再現性、アレー
化した場合の均一性が悪くなる等の問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みなされたものであって、ファイバーやレンズとの光の
結合効率を上げるために、端面型ＬＥＤの基板と平行方
向の放出光の放射全角を小さくできるようにするため、
発光素子とレンズ系を組み合わせて用いようとするデバ
イスの作成の際の問題を克服し回避することのできる新
規な構成の半導体発光素子を提供することを目的とす
る。また、さらに光の結合効率を上げる必要のある場合
には、基板に対し垂直方向の光も絞ることのできる、容
易に作成できる新規な構成の半導体発光素子を提供する
ことを目的とする。また、従来技術の項にも示されてい
るが、発光素子とレンズ系をハイブリッドに組み立てる
際の問題、すなわち、高精度の位置合わせの必要性、再
現性や歩留まりが悪く、かつ高価な治具等も必要になる
などの問題を回避し、また図９の従来例のような他の異
なる材料系の組み合わせによるモノリシック化の場合の
工程が増えかつ複雑になる等の問題を克服かつ回避する
ことのできる新規な構成の半導体発光素子を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の半導体発光素子は、半導体基板上に形成
され、その基板面に平行に形成された接合部を有する半
導体積層構造からなり、該接合部近傍を光発生部とし、
そこへ電流を注入できるようになっていて、該接合部に
概ね垂直な光出射端面を有する半導体発光素子におい
て、上記光出射端面の半導体基板と平行方向の形状が概
ね円弧状をしており、半導体積層構造の上部に形成され
た電流注入用電極が、円弧状の光出射端面の曲率中心よ
りも少なくとも離れた位置に設けられていることを特徴
する。

【０００７】請求項２の半導体発光素子は、上記半導体
発光素子において、半導体積層構造の上部に形成された
電流注入用電極が、円弧状の光出射端面の曲率中心より
も少なくとも３μｍ以上離れた位置に設けられているこ
とを特徴とする。

【０００８】請求項３の半導体発光素子は、上記半導体
発光素子において、半導体積層構造の上部に形成された
電流注入用電極が、円弧状の光出射端面の曲率中心より
も少なくとも離れた位置に設けられていて、光出射端面
と電流注入用電極との間に接合部近傍の光発生部に達し
ない深さまで半導体積層構造上部から溝が設けられてい
ることを特徴とする。

【０００９】請求項４の半導体発光素子は、上記半導体
発光素子において、上部に電流注入用電極を有する半導
体積層構造と、電極より先の光出射端面との間の電極を
有さない半導体積層構造の高さが異なっていて、電流注
入用電極を有する半導体積層構造内で発生した光が、光
を発生した半導体層よりもより禁制帯幅の広い該電極を
有さない半導体積層構造の層内を通過できるようになっ
ていることを特徴とする。

【００１０】請求項５の半導体発光素子は、上記半導体
発光素子において、上部に電流注入用電極を有する半導
体積層構造と、電極より先の光出射端面との間の電極を
有さない半導体積層構造の積層構造が同一であって、上
部に電流注入用電極を有する半導体積層構造が乗ってい
る部分の半導体基板部と、電極より先の光出射端面との
間の電極を有さない半導体積層構造が乗っている部分の
半導体基板部の高さが異なっており段差が形成されてい
ることを特徴とする。

【００１１】請求項６の半導体発光素子は、上記半導体
発光素子において、上部に電流注入用電極を有する半導
体積層構造の光の出射方向に対し垂直方向の幅よりも、
電極より先の光出射端面との間の電極を有さない半導体
積層構造の光の出射方向に対し垂直方向の幅が広いこと
を特徴とする。

【００１２】請求項７から請求項１２の発明に基づく半
導体発光素子は、光出射端面形状を双曲線状とすること
により、請求項１から請求項６の発明によるところの円
弧状よりも球面収差を少なくしようというものである。
以上が基板と平行方向の放出光の放射全角を小さくでき
るようにするためになされた発明である。

【００１３】請求項１３から請求項１９の発明に基づく
半導体発光素子は、基板に対し垂直方向の光を絞ること
のできるものである。すなわち、光を発生する層の上下
に形成されたより禁制帯幅の広い光を透過させる層内に
基板に対し垂直方向に屈折率分布を設けてレンズ機能を
持たせようというものである。請求項１４，１５は屈折
率分布のさせ方に関するものである。請求項１６は光を
発生する部分とレンズ機能を果たさせる部分を別々に設
けたもので、レンズ機能を果たす部分で光を発生しない
ようにしてある。レンズ機能を持たせた部分の光の通過
する長さを変えることにより、焦点位置を制御すること
ができる。そうすることにより光の絞り方を変えること
ができる。発光出力は素子長により影響されるため、光
出力部とレンズ機能部とを独立に制御することが必要
で、本発明により達成される。

【００１４】請求項１７，１８は電流注入用電極を上部
に持たないレンズ機能のみを果たす部分の光の通過域
に、光を発生する層と同じ層があると、その層は吸収層
として働くので光出射端面から取り出せる光が大きな損
失を受ける。そのため、光を発生する層と同じ層の高さ
が発光層の上あるいは下となるようにして、かつ発光層
の上下のより禁制帯幅の広い層、いわゆるクラッド層の
高さと発光層の高さを一致させるようにして、通過する
光の吸収を少なくするようになされている。請求項１９
は、更にレンズ機能のみを果たす部分の光の通過域のク
ラッド層内に、発光層の高さと一致するところの屈折率
を最も高くするようにして、光の吸収による損失の少な
いレンズ機能を果たさせるものである。

【００１５】請求項２０から請求項２３は、請求項１，
４，７，１０の半導体発光素子において、基板と平行方
向の放出光の放射全角を小さく、かつ基板に対し垂直方
向の光をも絞ることができるようにして、ファイバーや
レンズとの光の結合効率をさらに良くする発明である。
平行方向の放出光に関しては、光出射端面を円弧あるい
は双曲線等のレンズ状とすることにより絞ることがで
き、垂直方向の放出光に関しては、光が通過する半導体
層に屈折率分布を設けることにより絞ることが可能とな
る。

【００１６】

【作用】以下、本発明の構成、動作及び作用について詳
細に説明する。本発明の半導体発光素子においては、第
一導電型半導体基板上に、下から上に第一導電型半導体
クラッド層、光発生部である半導体活性層、第二導電型
半導体クラッド層、比較的低抵抗の第二導電型半導体電
極層を少なくとも含む半導体積層構造が形成されてい
る。その半導体積層構造の前後左右のうち少なくとも三
方（前左右）が半導体基板に対し概ね垂直な面で形成さ
れている。そのうちの前面が光出射端面となっていて、
基板に対して平行方向の形状が概ね凸型の円弧状をして
いる。その円弧の曲率中心より離れた位置の半導体積層
構造上には電流注入用の第二導電型用電極金属層が接触
して形成されている。一方、概ね凸型の円弧状の端面と
第二導電型用電極金属層との間の半導体積層構造上に
は、電流注入用の第二導電型用電極金属層が接触してい
る部分は無い（請求項１）。尚、第一導電型半導体基板
裏面には第一導電型用電極金属層が形成されている。ま
た、第一導電型用電極金属層と第二導電型用電極金属層
との間に電流を流すと、活性層で生じた光が概ね凸型の
円弧状をした端面から放出される。この放出光の基板に
対し水平方向の半値全角は、基板に対して平行方向の形
状が概ね直線である端面の場合よりも小さくなる。

【００１７】しかし、電流注入用の第二導電型用電極金
属層の接触部分と円弧状の光出射端面の曲率中心との距
離が近すぎると、注入されたキャリヤーが横方向に拡散
して、該曲率中心と該円弧状の端面の間の部分の活性層
内に入りその部分で光を生じる。この光は端面の形状の
せいで放出光の基板に対し水平方向の半値全角を広げる
効果を持つので好ましくない。そのため、第二導電型用
電極金属層の接触部分と該曲率中心との距離をキャリヤ
ーの拡散長より大きくすることによって、曲率中心と該
円弧状の端面の間の部分にキャリヤーが注入されてその
領域で光が生じることを抑制することができる。通常、
キャリヤーの拡散長は３μｍ程度なので、少なくとも３
μｍ離すことが望ましい（請求項２）。そうすることに
より、よりいっそう放出光の水平方向の半値全角を小さ
くすることができる。

【００１８】上記曲率中心と上記円弧状の端面の間の部
分の活性層内に入る注入キャリヤーを更に少なくする方
法として、第二導電型用電極金属層の接触部分の、光出
射端面側のすぐそばに、光出射方向と直角に、活性層に
達しない深さまで上から溝を形成する手段がある（請求
項３）。この手段によってもよりいっそう出射光の水平
方向の半値全角を小さくすることができる。

【００１９】電流注入用の第二導電型用電極金属層の接
触部分が乗っている半導体積層構造から発生した光は、
該第二導電型用電極金属層の接触部分が乗っていない半
導体積層構造内を通過して該円弧状の端面から出力光と
して取り出される。その際、通過域での出力光の吸収に
よるロスを少なくする必要がある。そのためには、活性
層を構成する半導体層よりも禁制帯幅の広い半導体層で
通過域が構成されていることが望ましい。そのために
は、通過域の少なくとも活性層を取り除いてから第二導
電型クラッド層を積層して、第二導電型用電極金属層の
接触部分が乗っている半導体積層構造と該第二導電型用
電極金属層の接触部分が乗っていない半導体積層構造の
高さが異なるようにすることによって、禁制帯幅のより
広い半導体層のみで構成された通過域が構成できる（請
求項４）。その結果、よりいっそう出射光の水平方向の
半値全角を小さくすることができると同時に、出射光強
度も向上させることができる。

【００２０】上記半導体発光素子において、同一半導体
基板上で、電流注入用の第二導電型用電極金属層の接触
部分が乗っている光を発生する半導体積層構造が積層さ
れている部分の基板の高さと、該第二導電型用電極金属
層の接触部分が乗っていない光の通過域となっている半
導体積層構造が積層されている部分の基板の高さが異な
るように段差を設け、それぞれの半導体積層構造は同一
とする。さらに、光を発生する半導体積層構造の活性層
の高さは、活性層の上あるいは下のより禁制帯幅の広い
半導体層の高さに相当するように、段差の高さが構成さ
れていることが望ましい（請求項５）。そうすることに
よって、半導体積層構造作製の途中に、層の作製を中断
してある層を取り除く等の工程を入れること無く、光の
通過域として活性層より禁制帯幅のより広い半導体層を
作成することができ、素子作製が容易になると共に、よ
りいっそう出射光の水平方向の半値全角を小さくするこ
とができると同時に、出射光強度も向上させることがで
きる。

【００２１】また、上記半導体発光素子においては、上
部の電流注入用電極を有する半導体積層構造の光の出射
方向に対し垂直方向の幅よりも、電極より先の光出射端
面との間の電極を有さない半導体積層構造の光の出射方
向に対し垂直方向の幅を広くすることができる（請求項
６）。電流注入用電極を有する光を発生する半導体積層
構造から発生する光はあらゆる方向に放射されるので、
全反射角よりも広い角度で放射された光は半導体積層構
造の幅より外側へ放出される。これらの光は、電極より
先の光出射端面との間の電極を有さない光の通過域の半
導体積層構造を通過できないので、概ね円弧状の光出射
端面からの取り出し光として利用できない。しかし本発
明のように、光の通過域の半導体積層構造の幅をより広
くすることによって、同じ幅であれば外側へ放出されて
しまう光も概ね円弧状の光出射端面からの取り出し光と
することができ、よりいっそう出射光強度を向上させる
ことができる。

【００２２】次に、請求項１と同様の半導体積層構造を
有する半導体発光素子において、光出射端面となってい
る基板に対して概ね垂直な面の基板に対し水平方向の形
状が凸型の双曲線状をなしており、半導体積層構造上部
に形成された電流注入用電極が、双曲線状の光出射端面
とそうでない基板に対し概ね垂直な素子側面との交点か
ら光の出射方向に対して垂直に下ろした垂線より、該光
出射端面と反対方向のより後側に設けられている。この
素子の第一導電型用電極金属層と第二導電型用金属層と
の間に電流を流すと、活性層で生じた光が凸型の双曲線
状をした端面から放出される。この光の基板に対し水平
方向の半値全角は、基板に対して平行方向の形状が概ね
直線である端面の場合よりも小さくなり、かつ請求項１
に基づく発明よりも放出光の球面収差が小さくなり、光
の収束性をより向上させることができる（請求項７）。
しかし、請求項２の作用のところにも示したが、出射端
面に近いところで発生した光はむしろ放出光の放射角を
広げる効果を持つので好ましくない。注入キャリヤの拡
散長も考慮すると、双曲線状の光出射端面とそうでない
基板に対し概ね垂直な素子側面との交点から光の出射方
向に対して垂直に下ろした垂線より、該光出射端面と反
対方向のより後側に少なくなくとも３μｍ離して第二導
電型用電極金属層を設けることによって、よりいっそう
放出光の水平方向の半値全角を小さくすることができる
（請求項８）。また、請求項９から請求項１２に関して
は、請求項３から請求項６に基づく発明と同様の作用、
効果を有するが、光出射端面形状を双曲線状とすること
により、球面収差を少なくして収束性を良くすることが
できる。

【００２３】次に、請求項１３から請求項１９の発明に
基づく半導体発光素子は、端面から放出された光の基板
に対し垂直方向の放射角を絞ることを目的になされたも
のである。請求項１３の発明に基づく半導体発光素子
は、第一導電型の半導体基板上に、第一導電型の半導体
クラッド層、光を発生する半導体活性層、第二導電型の
半導体クラッド層、第二導電型の半導体電極層が順次積
層されていて、その上に第二導電型用電極金属層、半導
体基板裏面に第一導電型用電極金属層が設けられてい
て、両電極金属層間に通電できるようになっている。
尚、半導体クラッド層は活性層よりも広い禁制帯幅を有
していていわゆるダブルヘテロ構造となっている。さら
に半導体クラッド層の屈折率は活性層から遠ざかるにつ
れて小さくなるようになっている。尚、活性層の屈折率
はクラッド層よりも大きい。したがって、通電すること
により活性層で生じた光の一部はクラッド層にしみだ
し、層内を導波する。この時、屈折率分布を持つクラッ
ド層はグラジエントインデックスレンズ（Ｇradient Ｉ
ndex Ｌens）と同様の作用をする。そのため光の放射角
を制御することができる。

【００２４】グラジエントインデックスレンズ（Ｇradi
ent Ｉndex Ｌens）はその長さを調整することにより、
等倍結像素子とすることができる。その原理を図１１に
示す。図１１において、Ｌは半径ｒ、屈折率及び屈折率
分布から決まる周期である。ここで、レンズ長がＬの場
合、レンズ端の像（白矢印）の等倍正立像が他端に得ら
れる（ａ図）。レンズ長がＬ／４の場合、倒立実像が得
られる（ｂ図）。レンズ長がＬ／２の場合、レンズ端の
像（白矢印）の等倍倒立像が他端に得られる（ｃ図）。
レンズ長が３Ｌ／４の場合、正立実像が得られる（ｄ
図）。よってレンズ長を変化させることにより任意の位
置に焦点を結ばせることができる。例えば屈折率分布ｎ
が、ｎ＝ｎ₀(１−Ａｒ²／２）・・・（１）と表わせる場合、Ｌ＝２π／√Ａ・・・（２）と表わすことができる。

【００２５】本発明に基づく屈折率分布を有するクラッ
ド層は厚さ方向のみに屈折率分布を有する平板型のグラ
ジエントインデックスレンズとして作用するので、基板
面に平行に線状に焦点を結ばせることができる。特に請
求項１６に基づく発明によれば、いわゆるダブルヘテロ
構造の発光部の先に、同じ構造の非発光部からなるレン
ズ機能のみを果たす部分を任意の長さに設けることによ
り、効果的に基板に垂直方向の放出光を発光部の幅（活
性層の厚さ＋エバネッセント波）まで絞ることができ
る。また、本発明は発光部とレンズ部の長さを別々に設
定できるので、発光部の長さに依存する光出力強度と放
出光の絞り方を別個に制御できる利点を有する。

【００２６】請求項１７，１８，１９は、上記半導体発
光素子において、レンズ機能のみを果たす部分の活性層
と同じ半導体からなる層は、発生した光の吸収層として
機能するので、その層による吸収をなくす目的で発明さ
れたものである。本発明は、第二導電型用電極金属層の
接触部分が乗ってない光の通過域、すなわちレンズ機能
のみを果たす部分の高さが、発光部と異なるように形成
されている。すなわち、それぞれの領域の半導体積層部
が乗っている半導体基板の高さが異なっていて発光部の
活性層の高さが、レンズ機能のみを果たす部分の、より
禁制帯幅の広いクラッド層の高さとなるように構成され
ている。基板の段差形状を保持したまま半導体積層構造
をその上に形成することはガスを用いた有機金属気相成
長法や高真空中でのＭＢＥ法で可能であるので、これら
の手法を用いれば良い。特に請求項１９は発光部の活性
層の高さに相当するレンズ機能のみを果たす部分のクラ
ッド層内にレンズ機能を効果的に生じさせるように、活
性層の高さに相当する位置のクラッド層の屈折率を最も
高くし、そこから遠ざかるにつれ、すなわち活性層の方
へ及び電極用半導体層の方へと屈折率が低くなっていく
よう設定されている。ただし活性層に接するクラッド層
の屈折率は活性層のそれより低く設定されている。そう
することにより、発光光は吸収を受けることなく、レン
ズ機能部を通過して外部に取り出せる。

【００２７】次に、請求項２０から請求項２３は、基板
に対し水平方向の光の放射角を小さくする本発明と、基
板に対し垂直方向の光の放射角を絞る本発明の両方を半
導体発光素子に適用することにより、より一層光を絞る
ようにしたものであって、レンズやファイバーとの光の
結合効率をさらに良くすることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の第１の実施例を示す図であって、
（ａ）は半導体発光素子の斜視図、（ｂ）は半導体発光
素子の上面図、（ｃ）は半導体発光素子のＣ−Ｃ’線断
面図である。図１（ａ），（ｃ）に示すように、本実施
例の半導体発光素子においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０
１上に、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓクラッド層１０２（厚
さ１μｍ、キャリヤー濃度２×１０¹⁷）、ＧａＡｓ活性
層１０３（厚さ０．２μｍ、キャリヤー濃度１×１
０¹⁵）、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓクラッド層１０４（厚
さ１μｍ、キャリヤー濃度５×１０¹⁷）、ｐ型ＧａＡｓ
電極層１０５（厚さ０．３μｍ、キャリヤー濃度６×１
０¹⁸）が順次、有機金属気相成長法で積層されていて、
いわゆるダブルヘテロ構造が構成されている。

【００２９】図１（ｂ）の上面図に示されるように、光
出射方向１１０の光出射端面１０８は基板１０１に垂直
でかつ基板１０１と平行方向では点Ａを曲率中心とする
円弧状に形成されている。尚、本実施例では半径２４μ
ｍの円弧である。積層構造の他の三側面は互いに直交す
るように、基板１０１に対し垂直に形成されている。こ
れら基板１０１に垂直な三側面及び光出射端面１０８
は、塩素系ガスを用いたドライエッチング法で形成され
る。曲率中心Ａから光出射端面１０８と反対方向に距離
Ｄ（本実施例では５μｍ）離れたところから光出射端面
と反対方向の積層構造上にはＡｕ−Ｚｎ／Ａｕからなる
電極１０６が積層されている。一方、基板１０１の裏面
にはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる電極１０７が形成
されている。そして、この上下の電極間に通電すること
により光出力１１０を円弧状の端面１０８から得られ
る。

【００３０】ここで、図７は従来の端面発光型半導体発
光素子と本実施例の半導体発光素子の光出力の半値全角
のデータを示すものであって、（ａ）は従来例の結果
で、光出射端面を光出力方向に対し垂直で平面にした場
合であり、半値全角として約１２０°が得られた。一
方、（ｂ）は本実施例の結果で、半値全角として約７６
°が得られ、光出射端面を円弧状にした効果が得られ
た。

【００３１】次に、図２は本発明の第２の実施例を示す
図であって、図１（ｃ）と同様に半導体発光素子の断面
図である。本実施例の半導体発光素子においては、ｐ型
ＧａＡｓ電極層１０５の上にシリコン酸化膜１０９が積
層されていて、その中心が光の出射方向と平行に幅１０
μｍにストライプ状に開けられていて、その上にＡｕ−
Ｚｎ／Ａｕからなる電極１０６が積層されている。こう
することにより、注入電流が素子の中心付近に集中する
ため、発生した光も素子の中心付近に存在する。そのた
め、光出射端面１０８の円弧より外側へ逃げてしまう光
が少なくなり、相対的に円弧部分を通過する光が多くな
り出力光を大きくすることができる。

【００３２】次に、図３は本発明の第３の実施例を示す
半導体発光素子の斜視図であって、第１の実施例と同様
の層構造のものに対して適用したものである。本実施例
の半導体発光素子においては、ｐ型ＧａＡｓ電極層１０
５上のＡｕ−Ｚｎ／Ａｕからなる電極１０６の光出射端
面側に沿って、その外側に幅５μｍで深さ０．６μｍの
断面形状が概略矩形の溝３１０が、光の出射方向に対し
直角にｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓクラッド層１０４に達す
るように設けられている。尚、この溝３１０は上側電極
金属１０６に接してなくてもよい。また、ｐ型ＧａＡｓ
電極層１０５が最も低抵抗であるため、少なくとも電極
層の厚さよりも深く溝が設けられていればよい。そうす
ることによって、上側電極１０６と光出射端面１０８間
の半導体積層構造への電流の注入が効果的に抑制され
る。尚、本実施例が第２の実施例に対しても適用できる
ことは言うまでもない。

【００３３】次に、図４は本発明の第４の実施例を示す
図であって、（ａ）は半導体発光素子の斜視図、（ｂ）
は半導体発光素子のＣ−Ｃ’線断面図、（ｃ）は半導体
発光素子のＥ−Ｅ’線断面図である。本実施例の半導体
発光素子においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、
ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓクラッド層１０２（厚さ１μ
ｍ、キャリヤー濃度２×１０¹⁷）、ＧａＡｓ活性層１０
３（厚さ０．２μｍ、キャリヤー濃度１×１０¹⁵）が有
機金属気相成長法で積層された後、円弧状光出射端面と
電極との間の、光を発生させずに通過だけさせるように
した領域となる部分の活性層をウェットエッチングで取
り除いた後、再度その上に有機金属気相成長法でｐ型Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓクラッド層１０４（厚さ１μｍ、キャ
リヤー濃度５×１０¹⁷）、ｐ型ＧａＡｓ電極層１０５
（厚さ０．３μｍ、キャリヤー濃度６×１０¹⁸）を積層
し、円弧状光出射端面と他の三側面を基板に対し垂直に
塩素系ガスを用いたドライエッチング法で形成する。こ
の場合、積層法として有機金属気相成長法を用いている
ため、ウェットエッチングで形成された段差が保持され
たままで積層でき、最上層の電極層１０５にも同様の段
差が形成される。尚、ウェットエッチング液としては硫
酸過酸化水素水溶液、アンモニア系水溶液を用いること
ができる。Ａｕ−Ｚｎ／Ａｕからなる電極１０６は活性
層１０３のある部分の上にのみ設けられている。図４
（ｂ）に示す断面Ｃ−Ｃ’の部分はいわゆるダブルヘテ
ロ構造であり、図４（ｃ）に示す断面Ｅ−Ｅ’の部分は
ダブルヘテロ構造から活性層を取り除いた構造となって
いる。活性層１０３の上下のクラッド層１０２，１０４
の禁制帯幅は活性層のそれより広いため、活性層１０３
で生じた光に対して透明とすることができるので、円弧
状光出射端面からの光取り出し効率を高くすることがで
きる。

【００３４】次に、図５は本発明の第５の実施例を示す
半導体発光素子の斜視図であって、半導体積層構造は第
１の実施例と同様であるが、円弧状光出射端面と電極と
の間の、光を発生させずに通過だけさせるようした領域
となる部分の基板面と、ｐ型ＧａＡｓ電極層１０５（厚
さ０．３μｍ、キャリヤー濃度６×１０¹⁸）が積層され
ている基板面の間に段差５１０が設けられていて、その
上に有機金属気相成長法でいわゆるダブルヘテロ構造が
積層されている。本実施例では（１００）ＧａＡｓ基板
を用いており、光出射方向に対し垂直方向を下記Ｚ方向
として、

【数１】硫酸：過酸化水素：水＝１：８：１の溶液を用いると順
メサ形状の段差５１０が光出射方向に対し垂直方向に形
成される。また、その上に積層された半導体層にも同様
の段差５２０が形成される。すなわち、本実施例では電
極部分を高くしている。ただし、この段差の高さはｐ型
Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓクラッド層１０４の厚さよりも小さ
くせねばならない。そうすることにより、活性層１０３
で発生した光５３０はより禁制帯の幅の広い層を通過し
て光出力として取り出せるようになる。こうすることに
より、途中での成長中断なしに光通過領域を活性層より
広い禁制帯幅の層とすることができる。

【００３５】次に、図６は本発明の第６の実施例を示す
半導体発光素子の斜視図である。本実施例では、第５の
実施例と同様の方法で段差６１０を設け、さらに積層構
造上にも同様の段差６２０が設けられている。ただし第
５の実施例とは逆に本実施例では電極部分を低くしてい
る。ただしこの段差の高さはｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓク
ラッド層１０２の厚さよりも小さくせねばならない。こ
うすることにより第５の実施例と同様の効果が期待でき
る。

【００３６】次に、図８は本発明の第７の実施例を示す
半導体発光素子の上面図である。本実施例では、円弧状
光出射端面１０８と電極１０６との間の、光を発生させ
ずに通過だけさせるようにした領域となる半導体積層構
造の部分の光の出射方向１１０に対し直角方向の幅が、
電極１０６が乗っている半導体積層構造の部分の幅より
広くなっている。尚、点Ａは円弧状の端面１０８の曲率
中心である。電極１０６は曲率中心Ａより、円弧状端面
１０８から遠いところに設けられている。それらの幅が
同じである場合、電流注入用電極１０６を有する光を発
生する半導体積層構造から発生する光はあらゆる方向に
放射されるので、全反射角よりも広い角度で放射された
光は半導体積層構造の幅より外側へ放出される。これら
の光は、電極より先の光出射端面との間の電極を有さな
い光の通過域の半導体積層構造を通過できないので、概
ね円弧状の光出射端面からの取り出し光として利用でき
ない。しかし、本実施例のように、光の通過域の半導体
積層構造の幅を電極１０６が乗っている半導体積層構造
の部分の幅より広くすることによって、同じ幅であれば
外側へ放出されてしまう光も概ね円弧状の光出射端面１
０８からの取り出し光とすることができ、よりいっそう
放出光強度を向上させることができる。

【００３７】次に、図１２は本発明の第８の実施例を示
す図であって、（ａ）は半導体発光素子の上面図、
（ｂ）は（ａ）図のＣ−Ｃ’線断面図である。本実施例
の半導体発光素子においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１２０
１上に、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓクラッド層１２０２、
ＧａＡｓ活性層１２０３、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓクラ
ッド層１２０４、ｐ型ＧａＡｓ電極層１２０５が順次、
有機金属気相成長法で積層されていて、いわゆるダブル
ヘテロ構造が構成されている。また、１２０６が上部電
極、１２０７が下部電極である。本実施例の半導体発光
素子においては、層構造は図１に示した第１の実施例と
同じであるが、基板に対し光出射端面１２０８の水平方
向の形状が双曲線状となっている。尚、Ｄは双曲線部と
直線部の境界から上部電極１２０６までの距離を示して
いる。尚、図１２の実施例と同様に、図３、図４、図
５、図６、図８の各実施例において、光出射端面の水平
方向（基板に対し平行方向）の形状を双曲線状としても
よく、双曲線状とした方が円弧状の場合よりも球面収差
を小さくすることができる。

【００３８】次に、図１３は本発明の第９の実施例を示
す図であって、（ａ）は半導体発光素子の斜視図、
（ｂ），（ｃ）は（ａ）図のＤ−Ｄ’線断面のＡｌ組成
及び屈折率分布を示している。ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成
と屈折率の関係は図１０に示す関係がある。尚、組成及
び屈折率分布はｎ型ＧａＡｓ基板１３０１上の半導体積
層構造についてのみ示した。また（ｂ）図、（ｃ）図共
に縦軸は層の厚さを、横軸にＡｌ組成及び対応する屈折
率を示した。本実施例の半導体発光素子においては、ｎ
型ＧａＡｓ基板１３０１上にＡｌ組成０．４から０．０
７まで連続的に変化させたｎ型クラッド層１３０２（厚
さ２μｍ）、ＧａＡｓ活性層１３０３（厚さ０．０５μ
ｍ）、Ａｌ組成０．４から０．０７まで連続的に変化さ
せたｐ型クラッド層１３０４（厚さ２μｍ）、ｐ型Ｇａ
Ａｓ電極層１３０５（厚さ０．５μｍ）が順次積層され
ている。尚、上部及び下部の電極金属１３０６及び１３
０７は第１の実施例と同様である。屈折率分布は（ｃ）
図に示すように、Ａｌ組成０．４の３．３２１からＡｌ
組成０．０７の３．５６まで前述の（１）式に従うよう
に設定されている。また、（２）式からｒ＝２μｍであ
るので、Ｌ＝３４．２μｍとなる。従って、レンズ機能
のみを果たす部分の長さＭがＬに対して相対的にどうか
によって、図１１に示されたように基板に対し水平方向
の発光部の倒立像、正立像が素子端面上、あるいはそこ
から離れた位置に得られる。但しこの場合、水平方向に
は光を集める手段が講じられていないので、横方向に大
きく広がった像が得られる。

【００３９】次に、図１４は本発明の第１０の実施例を
示す図であって、（ａ）は半導体発光素子の斜視図、
（ｂ），（ｃ）は（ａ）図のＤ−Ｄ’線断面のＡｌ組成
及び屈折率分布を示している。ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成
と屈折率の関係は図１０に示す関係がある。尚、組成及
び屈折率分布はｎ型ＧａＡｓ基板１４０１上の半導体積
層構造についてのみ示した。また（ｂ）図、（ｃ）図共
に縦軸は層の厚さを、横軸にＡｌ組成及び対応する屈折
率を示した。本実施例の半導体発光素子においては、ｎ
型ＧａＡｓ基板１４０１上に、Ａｌ組成０．４のｎ型ク
ラッド層１４０２（厚さ２μｍ）、Ａｌ組成０．１８の
ＡｌＧａＡｓからなる活性層１４０３（厚さ０．０５μ
ｍ）、Ａｌ組成０．４から０．２まで変化させたｐ型ク
ラッド層１４０４（厚さ２μｍ）、ｐ型ＧａＡｓ電極層
１４０５（厚さ０．５μｍ）が順次積層されている。
尚、上部及び下部の電極金属１４０６及び１４０７は第
１の実施例と同様である。本実施例では基板の段差１４
１０は１μｍに形成されているのでｐ型クラッド層の丁
度真中の位置に発光部の活性層の位置がくる。そのため
真中の位置のＡｌ組成が０．４（屈折率３．３２１）
で、活性層及び電極層に接する部分のＡｌ組成が０．２
（屈折率３．４５２）に設定されている。この場合、前
述の（１）式、（２）式よりＬ＝２３．０μｍとなる。
従って、レンズ機能のみを果たす部分の長さＭがＬに対
して相対的にどうかによって、図１１に示されたように
基板に対し水平方向の発光部の倒立像、正立像が素子端
面上、あるいはそこから離れた位置に得られる。但しこ
の場合、水平方向には光を集める手段が講じられていな
いので、横方向に大きく広がった像が得られる。

【００４０】次に、本発明の第１１の実施例は、図１に
示した第１の実施例のｎ型クラッド層１０４、ｐ型クラ
ッド層１０２の組成をそれぞれＡｌ組成０．４から０．
２まで変化させて図１３の（ｂ），（ｃ）と同じ組成分
布及び屈折率分布を持たせたものである。こうすること
により基板に対し水平方向の発光部の倒立像、正立像が
素子端面上、あるいはそこから離れた位置に得られ、か
つその像の水平方向の広がりを発光部の幅とほぼ同様ま
で狭めることができる。また同様にして、図５に示した
実施例において、図１４の（ｂ），（ｃ）と同じ組成分
布及び屈折率分布を持たせることもでき、同様の効果が
得られる。

【００４１】尚、本発明による半導体発光素子の実施例
としては、基板に対し水平方向の光の放射角を狭める方
策として、水平方向の端面の形状が、光の出射方向に対
し必ず凸型の正確な円弧あるいは双曲線である必要はな
く、必要とする光の絞り方の程度が緩くて良い場合は端
面形状が光の出射方向に対し凸型であれば良い。

【００４２】また、本発明による半導体発光素子の実施
例として半導体積層構造をＧａＡｓ活性層、ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層の例で説明したが、ＡｌＧａＡｓ活性層
で、より広い禁制帯幅を持つＡｌＧａＡｓクラッド層に
も適用できる。またＩｎＰ基板からなり、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層、ＩｎＧａＰ活性層を有する系にも適用でき
る。そのほか、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、Ｇａ
ＡｓＰ、ＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣａＺｎＳ、ＺｎＳ
Ｓｅからなる活性層を有する半導体積層構造にも本発明
は適用できる。また本発明は発光素子のアレー構造にも
適用できる。また成膜方法としては分子線エピタキシャ
ル成長法（ＭＢＥ法）も適用できる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の半導体
発光素子においては、光出射端面の半導体基板と平行方
向の形状が概ね円弧状をしており、半導体積層構造の上
部に形成された電流注入用電極が、円弧状の光出射端面
の曲率中心よりも少なくとも離れた位置に設けられてい
るため、概ね凸型の円弧状をした端面から出射される光
の基板に対し水平方向の半値全角は、基板に対して平行
方向の形状が概ね直線である端面の場合よりも小さくす
ることができる。従って、光ファイバーやレンズ等との
結合効率を向上することができ、光の利用効率を向上で
きる。また、発光素子とレンズ系を組み合わせて用いよ
うとするデバイス作製の際の問題を克服し回避すること
ができる。

【００４４】請求項２の半導体発光素子においては、半
導体積層構造の上部に形成された電流注入用電極が、円
弧状の光出射端面の曲率中心よりも少なくとも３μｍ以
上離れた位置に設けられているため、曲率中心と円弧状
の光出射端面との間の部分にキャリヤーが注入されてそ
の領域で光が生じることを抑制することができるので、
よりいっそう出射光の水平方向の半値全角を小さくする
ことができる。

【００４５】請求項３の半導体発光素子においては、半
導体積層構造の上部に形成された電流注入用電極が、円
弧状の光出射端面の曲率中心よりも少なくとも離れた位
置に設けられていて、光出射端面と電流注入用電極との
間に接合部近傍の光発生部に達しない深さまで半導体積
層構造上部から溝が設けられているため、曲率中心と円
弧状の光出射端面との間の部分の活性層内に入る注入キ
ャリヤーをさらに少なくすることができるので、よりい
っそう出射光の水平方向の半値全角を小さくすることが
できる。

【００４６】請求項４の半導体発光素子においては、上
部に電流注入用電極を有する半導体積層構造と、電極よ
り先の光出射端面との間の電極を有さない半導体積層構
造の高さが異なっていて、電流注入用電極を有する半導
体積層構造内で発生した光が、光を発生した半導体層よ
りもより禁制帯幅の広い該電極を有さない半導体積層構
造の層内を通過できるようになっているため、よりいっ
そう出射光の水平方向の半値全角を小さくすることがで
きると同時に、出射光強度も向上させることができる。

【００４７】請求項５の半導体発光素子においては、上
部に電流注入用電極を有する半導体積層構造と、電極よ
り先の光出射端面との間の電極を有さない半導体積層構
造の積層構造が同一であって、上部に電流注入用電極を
有する半導体積層構造が乗っている部分の半導体基板部
と、電極より先の光出射端面との間の電極を有さない半
導体積層構造が乗っている部分の半導体基板部の高さが
異なっており段差が形成されていることにより、素子作
製が容易になると共に、よりいっそう出射光の水平方向
の半値全角を小さくすることができると同時に、出射光
強度も向上させることができる。

【００４８】請求項６の半導体発光素子においては、上
部に電流注入用電極を有する半導体積層構造の光の出射
方向に対し垂直方向の幅よりも、電極より先の光出射端
面との間の電極を有さない半導体積層構造の光の出射方
向に対し垂直方向の幅を広くしたことにより、同じ幅で
あれば外側へ放出されてしまう光を概ね円弧状の光出射
端面からの取り出し光とすることができ、よりいっそう
出射光強度を向上させることができる。

【００４９】請求項７の半導体発光素子においては、請
求項１の効果に加えて、球面収差をより小さくできる効
果を有する。請求項８の半導体発光素子においては、請
求項２の半導体発光素子とほぼ同様に、双曲面状の端面
と電極から電流が注入される部分との間が充分離れてい
るので、双曲面状の端面により広げられてしまう出力光
の成分を減らすことができ、基板に対し水平方向の放出
光の角度を効果的に小さくできる。そして更に球面収差
をより小さくすることができる。請求項９の半導体発光
素子においては、形成された溝により電流が出射端面側
に流れ込むのを止めているので、請求項８の半導体発光
素子よりより効果的に曲面状の端面により広げられてし
まう出力光の成分を減らすことができ、基板に対し水平
方向の放出光の角度を効果的に小さくできる。そして更
に球面収差をより小さくすることができる。

【００５０】請求項１０の半導体発光素子においては、
請求項４の効果と同様に、活性層による光吸収を少なく
できるので、光出力を大きくできる。そして更に球面収
差をより小さくすることができる。請求項１１の半導体
発光素子においては、請求項５と同様の効果があること
に加えて、更に球面収差をより小さくすることができ
る。請求項１２の半導体発光素子においては、請求項６
と同様の効果があることに加えて、更に球面収差をより
小さくすることができる。

【００５１】請求項１３の半導体発光素子においては、
光出射端面から放出された光の、基板に対し垂直方向の
放射角を絞ることができる。請求項１４，１５の半導体
発光素子においては、より効果的に光出射端面から放出
された光の、基板に対し垂直方向の放射角を絞ることが
できるが、請求項１４の発明により、絞る度合いをより
大きくすることができる。請求項１６の半導体発光素子
においては、発光部の長さと光の放出角を制御するレン
ズ機能を果たす部分を独立に制御できるので、光出力強
度を任意に設定でき、かつレンズ機能を果たす部分の長
さを調節することにより、基板に対し垂直方向の放出角
を絞るばかりでなく、任意の位置に焦点を結ばせること
ができる。

【００５２】請求項１７，１８の半導体発光素子におい
ては、請求項１６の効果に加えて、レンズ機能部を通過
する光が発光部の活性層と同じ層を通過しないようにさ
れているので、光吸収が少なく、より強い出力光を得る
ことができる。さらに請求項１８では、レンズ部の積層
構造が発光部と同じであるため素子の積層構造形成が容
易となる。請求項１９の半導体発光素子においては、レ
ンズ部のクラッド層の屈折率分布の最も高いところを発
光部の活性層の位置と一致させているので、基板に対し
垂直方向の放出角を絞ることがより効果的になされ、か
つレンズ機能部を通過する光が発光部の活性層と同じ層
を通過しないようにされているので、光吸収が少なく、
より強い出力光を得ることができる。

【００５３】請求項２０の半導体発光素子においては、
請求項１の発明による効果に加えて請求項１３の効果が
得られ、基板に対し水平垂直両方の放出光の角度を狭め
ることができる。請求項２１の半導体発光素子において
は、請求項４の発明による効果に加えて請求項１７，１
８，１９のそれぞれの効果が得られ、基板に対し水平垂
直両方の放出光の角度を狭めることができる。請求項２
２の半導体発光素子においては、請求項７の発明による
効果に加えて請求項１３の効果が得られ、基板に対し水
平垂直両方の放出光の角度を狭めることができる。請求
項２３の半導体発光素子においては、請求項１０の発明
による効果に加えて請求項１３の効果が得られ、基板に
対し水平垂直両方の放出光の角度を狭めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図であって、
（ａ）は半導体発光素子の斜視図、（ｂ）は半導体発光
素子の上面図、（ｃ）は半導体発光素子のＣ−Ｃ’線断
面図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す半導体発光素子の
断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す半導体発光素子の
斜視図である。

【図４】本発明の第４の実施例を示す図であって、
（ａ）は半導体発光素子の斜視図、（ｂ）は半導体発光
素子のＣ−Ｃ’線断面図、（ｃ）は半導体発光素子のＥ
−Ｅ’線断面図である。

【図５】本発明の第５の実施例を示す半導体発光素子の
斜視図である。

【図６】本発明の第６の実施例を示す半導体発光素子の
斜視図である。

【図７】従来の端面発光型半導体発光素子と第一の実施
例の半導体発光素子の光出力の半値全角のデータを示す
図であって、（ａ）は従来の光出射端面が平面の場合、
（ｂ）は本発明の光出射端面が円弧状の場合である。

【図８】本発明の第７の実施例を示す半導体発光素子の
上面図である。

【図９】従来技術の一例を示すマイクロレンズ集積型半
導体レーザーの斜視図である。

【図１０】ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成と屈折率の関係を示
す図である。

【図１１】屈折率分布型レンズの長さと得られる像の関
係を示す図である。

【図１２】本発明の第８の実施例を示す図であって、
（ａ）は半導体発光素子の上面図、（ｂ）は半導体発光
素子のＣ−Ｃ’線断面図である。

【図１３】本発明の第９の実施例を示す図であって、
（ａ）は半導体発光素子の斜視図、（ｂ），（ｃ）は
（ａ）に示す半導体発光素子のＤ−Ｄ’線断面のＡｌ組
成及び屈折率分布を示す図である。

【図１４】本発明の第１０の実施例を示す図であって、
（ａ）は半導体発光素子の斜視図、（ｂ），（ｃ）は
（ａ）に示す半導体発光素子のＤ−Ｄ’線断面のＡｌ組
成及び屈折率分布を示す図である。

【符号の説明】

１０１，１２０１，１３０１，１４０１・・・半導体基
板１０２，１２０２，１３０２，１４０２・・・下部クラ
ッド層１０３，１２０３，１３０３，１４０３・・・活性層１０４，１２０４，１３０４，１４０４・・・上部クラ
ッド層１０５，１２０５，１３０５，１４０５・・・電極用半
導体層１０６，１２０６，１３０６，１４０６・・・上部金属
電極１０７，１２０７，１３０７，１４０７・・・下部金属
電極１０８・・・円弧状の光出射端面１０９・・・絶縁膜層１１０・・・光出射方向３１０・・・溝５１０，５２０，６１０，６２０，１４１０・・・段差１２０８・・・双曲線状の光出射端面Ａ・・・曲率中心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成され、その基板面に平
行に形成された接合部を有する半導体積層構造からな
り、該接合部近傍を光発生部とし、そこへ電流を注入で
きるようになっていて、該接合部に概ね垂直な光出射端
面を有する半導体発光素子において、上記光出射端面の
半導体基板と平行方向の形状が概ね円弧状をしており、
半導体積層構造の上部に形成された電流注入用電極が、
円弧状の光出射端面の曲率中心よりも少なくとも離れた
位置に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】請求項１記載の半導体発光素子において、
半導体積層構造の上部に形成された電流注入用電極が、
円弧状の光出射端面の曲率中心よりも少なくとも３μｍ
以上離れた位置に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３】請求項１、請求項２記載の半導体発光素子
において、半導体積層構造の上部に形成された電流注入
用電極が、円弧状の光出射端面の曲率中心よりも少なく
とも離れた位置に設けられていて、光出射端面と電流注
入用電極との間に接合部近傍の光発生部に達しない深さ
まで半導体積層構造上部から溝が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４】請求項１、請求項２、請求項３記載の半導
体発光素子において、上部に電流注入用電極を有する半
導体積層構造と、電極より先の光出射端面との間の電極
を有さない半導体積層構造の高さが異なっていて、電流
注入用電極を有する半導体積層構造内で発生した光が、
光を発生した半導体層よりもより禁制帯幅の広い該電極
を有さない半導体積層構造の層内を通過できるようにな
っていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】請求項４記載の半導体発光素子において、
上部に電流注入用電極を有する半導体積層構造と、電極
より先の光出射端面との間の電極を有さない半導体積層
構造の積層構造が同一であって、上部に電流注入用電極
を有する半導体積層構造が乗っている部分の半導体基板
部と、電極より先の光出射端面との間の電極を有さない
半導体積層構造が乗っている部分の半導体基板部の高さ
が異なっており段差が形成されていることを特徴とする
半導体発光素子。
【請求項６】請求項１〜５記載の半導体発光素子におい
て、上部に電流注入用電極を有する半導体積層構造の光
の出射方向に対し垂直方向の幅よりも、電極より先の光
出射端面との間の電極を有さない半導体積層構造の光の
出射方向に対し垂直方向の幅が広いことを特徴とする半
導体発光素子。
【請求項７】請求項１記載の半導体発光素子において、
光出射端面の半導体基板と平行方向の形状が双曲線状を
しており、半導体積層構造上部に形成された電流注入用
電極が、双曲線状の光出射端面とそうでない基板に対し
概ね垂直な素子側面との交点から光の出射方向に対して
垂直に下ろした垂線より、該光出射端面と反対方向のよ
り後側に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８】請求項７記載の半導体発光素子において、
半導体積層構造上部に形成された電流注入用電極が、双
曲線状の光出射端面とそうでない基板に対し概ね垂直な
素子側面との交点から光の出射方向に対して垂直に下ろ
した垂線より、該光出射端面と反対方向のより後側に設
けられており、その垂線から少なくとも３μｍ離れてい
ることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】請求項７、請求項８記載の半導体発光素子
において、半導体積層構造上部に形成された電流注入用
電極が、双曲線状の光出射端面とそうでない基板に対し
概ね垂直な素子側面との交点から光の出射方向に対して
垂直に下ろした垂線より、該光出射端面と反対方向のよ
り後側に設けられており、光出射端面と電流注入用電極
との間に光発生部に達しない深さまで半導体積層構造上
部から溝が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１０】請求項７、請求項８、請求項９記載の半
導体発光素子において、上部に電流注入用電極を有する
半導体積層構造と、電極より先の光出射端面との間の電
極を有さない半導体積層構造の高さが異なっていて、電
流注入用電極を有する半導体積層構造内で発生した光
が、光を発生した半導体層よりもより禁制帯幅の広い該
電極を有さない半導体積層構造の層内を通過できるよう
になっていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】請求項１０記載の半導体発光素子におい
て、上部に電流注入用電極を有する半導体積層構造と、
電極より先の光出射端面との間の電極を有さない半導体
積層構造が同一であって、上部に電流注入用電極を有す
る半導体積層構造が乗っている部分の半導体基板部の高
さが異なっており段差が形成されていることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項１２】請求項７〜１１記載の半導体発光素子に
おいて、上部に電流注入用電極を有する半導体積層構造
の光の出射方向に対し垂直方向の幅よりも、電極より先
の光出射端面との間の電極を有さない半導体積層構造の
光の出射方向に対し垂直方向の幅が広いことを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項１３】半導体基板上に形成され、その基板面に
平行に形成された接合部を有する半導体積層構造からな
り、その積層構造が、光を発生する活性層と、それを活
性層よりも広い禁制帯幅でより小さい屈折率を有する層
（いわゆるクラッド層）で上下に挾む構造、すなわちダ
ブルヘテロ構造からなり、活性層へ電流を注入できるよ
うになっていて、基板に対して概ね垂直な光出射端面を
有する半導体発光素子において、上記活性層を挾む上下
の層が、活性層から遠ざかるにつれて、屈折率が小さく
なるように構成されていることを特徴とする半導体発光
素子。
【請求項１４】請求項１３記載の半導体発光素子におい
て、活性層を挾む上下の層、いわゆるクラッド層内の屈
折率分布が連続していることを特徴とする半導体発光素
子。
【請求項１５】請求項１３記載の半導体発光素子におい
て、活性層を挾む上下の層、いわゆるクラッド層内の屈
折率分布が階段状であることを特徴とする半導体発光素
子。
【請求項１６】請求項１３記載の半導体発光素子におい
て、半導体積層構造の上部に電流注入用電極がある部分
と、半導体積層構造の光出射端面との間に電流注入用電
極のない半導体積層構造が形成されていることを特徴と
する半導体発光素子。
【請求項１７】請求項１３記載の半導体発光素子におい
て、上部に電流注入用電極を有する半導体積層構造と、
電極より先の光出射端面との間の電極を有さない半導体
積層構造の高さが異なっていて、電流注入用電極を有す
る半導体積層構造内で発生した光が、光を発生した半導
体層よりも禁制帯幅の広い該電極を有さない半導体積層
構造の層内を通過できるようになっていることを特徴と
する半導体発光素子。
【請求項１８】請求項１７記載の半導体発光素子におい
て、上部に電流注入用電極を有する半導体積層構造と、
電極より先の光出射端面との間の電極を有さない半導体
積層構造が同一であって、上部に電流注入用電極を有す
る半導体積層構造が乗っている部分の半導体基板部の高
さが異なっており段差が形成されていることを特徴とす
る半導体発光素子。
【請求項１９】請求項１７、請求項１８記載の半導体発
光素子において、上部に電流注入用電極を有する半導体
積層構造の活性層の高さに相当する、電極より先の光出
射端面との間の電極を有さない半導体積層構造のいわゆ
るクラッド層内の屈折率分布が、活性層の高さに一致す
るところの屈折率が最も高く、そこから上下方向では屈
折率が小さくなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２０】請求項１記載の半導体発光素子におい
て、光発生部の上下の層が請求項１３の要件を満たすこ
とを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２１】請求項４記載の半導体発光素子におい
て、光発生部の上下の層が請求項１７，１８，１９の要
件を満たすことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２２】請求項７記載の半導体発光素子におい
て、光発生部の上下の層が請求項１３の要件を満たすこ
とを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２３】請求項１０記載の半導体発光素子におい
て、光発生部の上下の層が請求項１３の要件を満たすこ
とを特徴とする半導体発光素子。