JPH10233557A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH10233557A JPH10233557A JP4983497A JP4983497A JPH10233557A JP H10233557 A JPH10233557 A JP H10233557A JP 4983497 A JP4983497 A JP 4983497A JP 4983497 A JP4983497 A JP 4983497A JP H10233557 A JPH10233557 A JP H10233557A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は長波長帯レーザーを発光する信頼性の
良好な半導体発光素子を提供する。 【解決手段】半導体発光素子１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２
上に、発振波長１．３μｍの１／４の光学距離に対応し
た膜厚でｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＡｓが交互に積層され
たｎ型半導体多層膜反射鏡３、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド
層４とｐ型ＧａＩｎＰクラッド層５に挟まれたアンドー
プＩｎＧａＮＡｓ活性層６及びｐ型ＧａＡｓコンタクト
層７が順次結晶成長により形成され、コンタクト層７の
表面に、波長１．３μｍの１／４の光学距離に対応した
膜厚でＳｉＯ2 とα−Ｓｉを交互に積層した多層膜反射
鏡８が形成されている。多層膜反射鏡８は、その中央部
を円柱状に残してエッチング処理され、その後、水素イ
オンが注入されて、高抵抗領域９が形成されている。
良好な半導体発光素子を提供する。 【解決手段】半導体発光素子１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２
上に、発振波長１．３μｍの１／４の光学距離に対応し
た膜厚でｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＡｓが交互に積層され
たｎ型半導体多層膜反射鏡３、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド
層４とｐ型ＧａＩｎＰクラッド層５に挟まれたアンドー
プＩｎＧａＮＡｓ活性層６及びｐ型ＧａＡｓコンタクト
層７が順次結晶成長により形成され、コンタクト層７の
表面に、波長１．３μｍの１／４の光学距離に対応した
膜厚でＳｉＯ2 とα−Ｓｉを交互に積層した多層膜反射
鏡８が形成されている。多層膜反射鏡８は、その中央部
を円柱状に残してエッチング処理され、その後、水素イ
オンが注入されて、高抵抗領域９が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
関し、詳細には、光伝送や光接続等に用いられる長波長
帯の半導体発光素子に関する。
関し、詳細には、光伝送や光接続等に用いられる長波長
帯の半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体発光素子、特に、垂直共振器型面
発光半導体レーザーは、基板と垂直方向に光を取り出す
ことのできる半導体レーザーであり、素子サイズを小型
にできるため、低い閾電流で動作し、２次元アレイ化が
容易であるという特徴を有している。垂直共振器型面発
光半導体レーザーは、従来、その材料として、ＩｎＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ材料系が主に使用されていた。
発光半導体レーザーは、基板と垂直方向に光を取り出す
ことのできる半導体レーザーであり、素子サイズを小型
にできるため、低い閾電流で動作し、２次元アレイ化が
容易であるという特徴を有している。垂直共振器型面発
光半導体レーザーは、従来、その材料として、ＩｎＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓ材料系が主に使用されていた。
【０００３】従来の垂直共振器型面発光半導体レーザー
としては、例えば、特開平５−１９０９７９号公報に記
載されている面発光半導体レーザーがある。この面発光
半導体レーザーは、図５に示すように、半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板１０１上に、λ／４厚のＧａＡｓ／ＡｌＡｓが１
５対積層されたｎ型多層膜反射鏡１０２、ｎ型Ａｌ0. 25
Ｇａ0.75Ａｓクラッド層１０３、厚さが３００オングス
トロームÅのノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層１０
４、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓクラッド層１０５、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１０６、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａ
ｓメサガイド層１０７、λ／４厚のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
が１５対積層されたｐ型多層膜反射鏡１０８が順に積層
されている。そして、ｎ型多層膜反射鏡１０２の上面ま
でエッチングにより除去されたエッチング面に、ＡｕＧ
ｅ−Ｎｉからなる電極１０９が蒸着され、さらに、より
小さいサイズで、コンタクト層１０６上面までエッチン
グにより除去されたエッチング面に、Ｃｒ／Ａｕからな
る電極１１０が蒸着されている。また、活性層１０４の
両脇には、水素イオン注入により高抵抗領域層１１１が
形成されている。
としては、例えば、特開平５−１９０９７９号公報に記
載されている面発光半導体レーザーがある。この面発光
半導体レーザーは、図５に示すように、半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板１０１上に、λ／４厚のＧａＡｓ／ＡｌＡｓが１
５対積層されたｎ型多層膜反射鏡１０２、ｎ型Ａｌ0. 25
Ｇａ0.75Ａｓクラッド層１０３、厚さが３００オングス
トロームÅのノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層１０
４、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓクラッド層１０５、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１０６、ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａ
ｓメサガイド層１０７、λ／４厚のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
が１５対積層されたｐ型多層膜反射鏡１０８が順に積層
されている。そして、ｎ型多層膜反射鏡１０２の上面ま
でエッチングにより除去されたエッチング面に、ＡｕＧ
ｅ−Ｎｉからなる電極１０９が蒸着され、さらに、より
小さいサイズで、コンタクト層１０６上面までエッチン
グにより除去されたエッチング面に、Ｃｒ／Ａｕからな
る電極１１０が蒸着されている。また、活性層１０４の
両脇には、水素イオン注入により高抵抗領域層１１１が
形成されている。
【０００４】この面発光半導体レーザーは、活性層１０
４にＧａＡｓ基板１０１と格子不整合を有するＩｎＧａ
Ａｓを用いており、発振波長は、０．９８μｍとなって
いる。
４にＧａＡｓ基板１０１と格子不整合を有するＩｎＧａ
Ａｓを用いており、発振波長は、０．９８μｍとなって
いる。
【０００５】したがって、この面発光半導体レーザーの
発振波長を石英系光ファイバに適した長波長帯にするに
は、活性層１０４のＩｎ0.2Ｇａ0.8ＡｓのＩｎ組成を大
きくする必要があるが、ＧａＡｓ基板１０１との格子不
整合度が大きくなるため、活性層１０４近傍に転位が入
りやすくなる。その結果、発振波長を１μｍより長波長
に伸ばすことは困難である。
発振波長を石英系光ファイバに適した長波長帯にするに
は、活性層１０４のＩｎ0.2Ｇａ0.8ＡｓのＩｎ組成を大
きくする必要があるが、ＧａＡｓ基板１０１との格子不
整合度が大きくなるため、活性層１０４近傍に転位が入
りやすくなる。その結果、発振波長を１μｍより長波長
に伸ばすことは困難である。
【０００６】また、従来、発振波長が、１．３μｍ〜
１．６μｍの長波長帯の半導体レーザーの材料として
は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の材料が一般に用いられ
ている。しかし、この材料系では、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐの伝導帯バンド不連続が小さいため、電子がオーバー
フローしやすいという性質がある。その結果、端面発光
型半導体レーザーにおいても、ＡｌＧａＡｓ材料系に比
較して、温度特性が低下している。
１．６μｍの長波長帯の半導体レーザーの材料として
は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系の材料が一般に用いられ
ている。しかし、この材料系では、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐの伝導帯バンド不連続が小さいため、電子がオーバー
フローしやすいという性質がある。その結果、端面発光
型半導体レーザーにおいても、ＡｌＧａＡｓ材料系に比
較して、温度特性が低下している。
【０００７】さらに、垂直共振型面発光半導体レーザー
において、反射鏡をＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ半導体多層
膜で形成する場合には、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの屈折
率差が小さいため、高反射率を得るには、対数を増やす
必要がある。ところが、ＩｎＧａＡｓＰ４元混晶は、熱
抵抗が高い材料であるため、膜厚が厚くなると、素子の
放熱が悪くなり、温度特性が低下し、ＩｎＧａＡｓＰ系
長波長帯垂直共振器型半導体レーザーでは、高温動作が
困難になるという問題があった。
において、反射鏡をＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ半導体多層
膜で形成する場合には、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの屈折
率差が小さいため、高反射率を得るには、対数を増やす
必要がある。ところが、ＩｎＧａＡｓＰ４元混晶は、熱
抵抗が高い材料であるため、膜厚が厚くなると、素子の
放熱が悪くなり、温度特性が低下し、ＩｎＧａＡｓＰ系
長波長帯垂直共振器型半導体レーザーでは、高温動作が
困難になるという問題があった。
【０００８】このＩｎＧａＡｓＰ系を用いた長波長帯垂
直共振器型面発光半導体レーザーの従来例としては、特
開平６−１３２６０５号公報に記載された長波長帯面発
光半導体レーザーがある。この長波長帯面発光半導体レ
ーザーは、図６に示すように構成されており、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１２１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ
歪層１２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層１２３、１．
５５μｍの光学波長の１／４の膜厚でｎ型ＩｎＡｌＡｓ
とＩｎＧａＡｓＰとが交互に２７．５対積層された光反
射層１２４、ｎ型ＩｎＧａＰクラッド層１２５、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓ活性層１２６、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層１
２７、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層が成長されてい
る。その後、１．５５μｍの光学波長の１／４の膜厚で
ＳｉＯ2 とＴｉＯ2 を交互に１２対蒸着して第二光反射
層（ＤＢＲ層）１２８が形成され、その後、素子系５０
μｍのドーナツ上にｎ型光反射層１２４までエッチング
して、ポリイミドで素子間の絶縁と平坦化を施してい
る。そして、上端には、ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕの電極１２
９が形成され、基板１２１側に、ＳｉＯ2 の反射防止膜
１３０とＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極１３１が蒸着されてい
る。
直共振器型面発光半導体レーザーの従来例としては、特
開平６−１３２６０５号公報に記載された長波長帯面発
光半導体レーザーがある。この長波長帯面発光半導体レ
ーザーは、図６に示すように構成されており、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１２１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ
歪層１２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓバッファ層１２３、１．
５５μｍの光学波長の１／４の膜厚でｎ型ＩｎＡｌＡｓ
とＩｎＧａＡｓＰとが交互に２７．５対積層された光反
射層１２４、ｎ型ＩｎＧａＰクラッド層１２５、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓ活性層１２６、ｐ型ＩｎＧａＰクラッド層１
２７、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層が成長されてい
る。その後、１．５５μｍの光学波長の１／４の膜厚で
ＳｉＯ2 とＴｉＯ2 を交互に１２対蒸着して第二光反射
層（ＤＢＲ層）１２８が形成され、その後、素子系５０
μｍのドーナツ上にｎ型光反射層１２４までエッチング
して、ポリイミドで素子間の絶縁と平坦化を施してい
る。そして、上端には、ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕの電極１２
９が形成され、基板１２１側に、ＳｉＯ2 の反射防止膜
１３０とＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極１３１が蒸着されてい
る。
【０００９】この長波長帯面発光半導体レーザーは、バ
ッファ層１２３とバッファ層１２３より上の半導体層
は、ＩｎＰ基板１２１の格子定数よりも小さくなってお
り、ＧａＡｓに近い格子定数に設定されている。したが
って、光反射層１２４に用いられているＩｎＡｌＡｓと
ＩｎＧａＡｓＰの屈折率差が大きくなるため、ＩｎＰ／
ＩｎＧａＡｓＰに比較して、少ない対数で高反射率が得
られる。
ッファ層１２３とバッファ層１２３より上の半導体層
は、ＩｎＰ基板１２１の格子定数よりも小さくなってお
り、ＧａＡｓに近い格子定数に設定されている。したが
って、光反射層１２４に用いられているＩｎＡｌＡｓと
ＩｎＧａＡｓＰの屈折率差が大きくなるため、ＩｎＰ／
ＩｎＧａＡｓＰに比較して、少ない対数で高反射率が得
られる。
【００１０】また、従来、垂直共振器型面発光半導体レ
ーザーとして、特開平５−２９１６９８号公報に記載さ
れている面型光半導体素子及びその製造方法がある。こ
の面型光半導体素子は、図７に示すように、ｎ型ＧａＡ
ｓ１４１基板上に、λ／４厚のＡｌＡｓとＧａＡｓが交
互に積層されて形成されたｎ型ＤＢＲ１４２、ｎ型Ｉｎ
Ｐバッファ層１４３、ｎ型ＩｎＰクラッド層１４４、ｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ層１４５、アンドープＩｎＧａＡｓ活
性層１４６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１４７、ｐ型ＩｎＰ
クラッド層１４８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１
４９が形成されている。そして、１５０は、λ／４厚の
α−ＳｉとＳｉＯ2 が繰り返し積層されて形成されたＤ
ＢＲ、１５１は、ＳｉＮ絶縁層、１５２は、Ｃｒ／Ａｕ
からなるｐ側電極、１５３は、ＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａｕか
らなるｎ側電極である。
ーザーとして、特開平５−２９１６９８号公報に記載さ
れている面型光半導体素子及びその製造方法がある。こ
の面型光半導体素子は、図７に示すように、ｎ型ＧａＡ
ｓ１４１基板上に、λ／４厚のＡｌＡｓとＧａＡｓが交
互に積層されて形成されたｎ型ＤＢＲ１４２、ｎ型Ｉｎ
Ｐバッファ層１４３、ｎ型ＩｎＰクラッド層１４４、ｎ
型ＩｎＧａＡｓＰ層１４５、アンドープＩｎＧａＡｓ活
性層１４６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層１４７、ｐ型ＩｎＰ
クラッド層１４８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１
４９が形成されている。そして、１５０は、λ／４厚の
α−ＳｉとＳｉＯ2 が繰り返し積層されて形成されたＤ
ＢＲ、１５１は、ＳｉＮ絶縁層、１５２は、Ｃｒ／Ａｕ
からなるｐ側電極、１５３は、ＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａｕか
らなるｎ側電極である。
【００１１】この面型光半導体素子は、基板１４１にＧ
ａＡｓを用いることにより、ｎ型ＤＢＲ層１４２の材料
として、屈折率差を大きくとることのできるＡｌＡｓ／
ＧａＡｓを使用することができる。そして、５５０℃と
いう低温でＩｎＰバッファ層１４３を形成することによ
り、その上に、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系半導体層を鏡
面状に成長させている。
ａＡｓを用いることにより、ｎ型ＤＢＲ層１４２の材料
として、屈折率差を大きくとることのできるＡｌＡｓ／
ＧａＡｓを使用することができる。そして、５５０℃と
いう低温でＩｎＰバッファ層１４３を形成することによ
り、その上に、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系半導体層を鏡
面状に成長させている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−１３２６０５号公報及び特開平５−２９１６９
８号公報に記載された長波長帯垂直共振器型面発光半導
体レーザーにあっては、半導体多層膜反射鏡の対数を少
なくするために、いずれも活性層とその上下のクラッド
層の格子定数を基板の格子定数から大きくずらしている
ため、転位が入りやすく、半導体発光素子の信頼性、特
に、長期信頼性が低下するという問題があった。
開平６−１３２６０５号公報及び特開平５−２９１６９
８号公報に記載された長波長帯垂直共振器型面発光半導
体レーザーにあっては、半導体多層膜反射鏡の対数を少
なくするために、いずれも活性層とその上下のクラッド
層の格子定数を基板の格子定数から大きくずらしている
ため、転位が入りやすく、半導体発光素子の信頼性、特
に、長期信頼性が低下するという問題があった。
【００１３】そこで、請求項１記載の発明は、第１導電
型ＧａＡｓ基板上に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）
とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）材料で半導体多層膜
反射鏡を形成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電
型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟まれた活性層
を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜
ｂ＜１、０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚
さで屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層して上
部誘電体多層膜反射鏡を形成することにより、半導体発
光素子の放熱特性を向上させるとともに、ＩｎＧａＮＡ
ｓＰ活性層とクラッド層との伝導帯バンド不連続を大き
くして、活性層からクラッド層への電子のオーバーフロ
ーを抑制し、温度特性の良好な半導体発光素子を提供す
ることを目的とし、また、Ｎを数％含むＩｎＧａＮＡｓ
Ｐで活性層を形成することにより、ＩｎＧａＡｓＰより
もエネルギーバンドギャップを狭くし、かつ、ＧａＡｓ
基板に格子整合させ、ＧａＡｓ基板とクラッド層界面及
びクラッド層と活性層界面の転位密度を減少させて、Ｇ
ａＡｓ基板上に長波長帯発光層を形成し、信頼性の良好
な半導体発光素子を提供することを目的としている。
型ＧａＡｓ基板上に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）
とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）材料で半導体多層膜
反射鏡を形成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電
型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟まれた活性層
を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜
ｂ＜１、０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚
さで屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層して上
部誘電体多層膜反射鏡を形成することにより、半導体発
光素子の放熱特性を向上させるとともに、ＩｎＧａＮＡ
ｓＰ活性層とクラッド層との伝導帯バンド不連続を大き
くして、活性層からクラッド層への電子のオーバーフロ
ーを抑制し、温度特性の良好な半導体発光素子を提供す
ることを目的とし、また、Ｎを数％含むＩｎＧａＮＡｓ
Ｐで活性層を形成することにより、ＩｎＧａＡｓＰより
もエネルギーバンドギャップを狭くし、かつ、ＧａＡｓ
基板に格子整合させ、ＧａＡｓ基板とクラッド層界面及
びクラッド層と活性層界面の転位密度を減少させて、Ｇ
ａＡｓ基板上に長波長帯発光層を形成し、信頼性の良好
な半導体発光素子を提供することを目的としている。
【００１４】請求項２記載の発明は、第１導電型ＧａＡ
ｓ基板上に、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を
交互に積層して第１導電型の下部半導体多層膜反射鏡を
形成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッ
ド層と第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉｎ
aＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型またはアンドープ
の上部半導体多層膜反射鏡を形成することにより、半導
体発光素子の積層構成を、１回の結晶成長で全て作製
し、簡単、かつ、容易な作製工程で作製することのでき
る温度特性が良好で、かつ、信頼性の良好な半導体発光
素子を提供することを目的としている。
ｓ基板上に、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を
交互に積層して第１導電型の下部半導体多層膜反射鏡を
形成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッ
ド層と第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉｎ
aＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型またはアンドープ
の上部半導体多層膜反射鏡を形成することにより、半導
体発光素子の積層構成を、１回の結晶成長で全て作製
し、簡単、かつ、容易な作製工程で作製することのでき
る温度特性が良好で、かつ、信頼性の良好な半導体発光
素子を提供することを目的としている。
【００１５】請求項３記載の発明は、第１導電型ＧａＡ
ｓ基板上に、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を
交互に積層して第１導電型の下部半導体多層膜反射鏡を
形成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッ
ド層及び第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉ
ｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜
１、０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さで
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型またはアン
ドープの上部半導体多層膜反射鏡を形成し、これら上部
半導体多層膜反射鏡と下部半導体多層膜反射鏡との間の
共振器領域の厚さを、光学波長の１／２の整数倍に設定
し、かつ、活性層が光の定在波の腹に位置するように形
成することにより、ＧａＡｓ基板に格子整合する長波長
材料であるＩｎＧａＮＡｓＰで活性層を形成し、その上
下に形成する半導体多層膜反射鏡を、屈折率差を大きく
とることのできるＧａＡｓとＡｌＡｓで作製して、高反
射率の反射鏡を作成するとともに、上部と下部の半導体
多層膜反射鏡の間の共振器領域の厚さを光学波長の１／
２の整数倍に設定し、かつ、活性層を光の定在波の腹に
位置するようにして、長波長帯の自然放出光を抑制し、
高効率ダイオードや微小共振器半導体レーザーとして動
作させることのできる信頼性の良好な半導体発光素子を
提供することを目的としている。
ｓ基板上に、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を
交互に積層して第１導電型の下部半導体多層膜反射鏡を
形成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッ
ド層及び第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉ
ｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜
１、０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さで
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型またはアン
ドープの上部半導体多層膜反射鏡を形成し、これら上部
半導体多層膜反射鏡と下部半導体多層膜反射鏡との間の
共振器領域の厚さを、光学波長の１／２の整数倍に設定
し、かつ、活性層が光の定在波の腹に位置するように形
成することにより、ＧａＡｓ基板に格子整合する長波長
材料であるＩｎＧａＮＡｓＰで活性層を形成し、その上
下に形成する半導体多層膜反射鏡を、屈折率差を大きく
とることのできるＧａＡｓとＡｌＡｓで作製して、高反
射率の反射鏡を作成するとともに、上部と下部の半導体
多層膜反射鏡の間の共振器領域の厚さを光学波長の１／
２の整数倍に設定し、かつ、活性層を光の定在波の腹に
位置するようにして、長波長帯の自然放出光を抑制し、
高効率ダイオードや微小共振器半導体レーザーとして動
作させることのできる信頼性の良好な半導体発光素子を
提供することを目的としている。
【００１６】請求項４記載の発明は、ＩｎaＧａ1-aＮb
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層に隣接する半導体層を、Ｉｎ1-pＧａpＡｓq
Ｐ1-q（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１）で形成することによ
り、ＩｎＧａＡｓＰの結晶成長をＩｎＧａＮＡｓＰと同
様な低温で行っても、光学的特性の低下を抑制すること
ができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ表面のＮの再蒸発
を防止し、信頼性をさらに向上させることのできる半導
体発光素子を提供することを目的としている。
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層に隣接する半導体層を、Ｉｎ1-pＧａpＡｓq
Ｐ1-q（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１）で形成することによ
り、ＩｎＧａＡｓＰの結晶成長をＩｎＧａＮＡｓＰと同
様な低温で行っても、光学的特性の低下を抑制すること
ができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ表面のＮの再蒸発
を防止し、信頼性をさらに向上させることのできる半導
体発光素子を提供することを目的としている。
【００１７】請求項５記載の発明は、ＩｎaＧａ1-aＮb
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層として、格子定数がＧａＡｓ基板よりも大き
く、かつ、その層厚が臨界膜厚よりも小さいものを使用
することにより、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層を、ＧａＡｓ
基板の格子定数に一致するように弾性変形して、圧縮歪
を内在させ、微分利得係数を増大させて、閾電流密度を
低減させることのできる信頼性の良好な半導体発光素子
を提供することを目的としている。
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層として、格子定数がＧａＡｓ基板よりも大き
く、かつ、その層厚が臨界膜厚よりも小さいものを使用
することにより、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層を、ＧａＡｓ
基板の格子定数に一致するように弾性変形して、圧縮歪
を内在させ、微分利得係数を増大させて、閾電流密度を
低減させることのできる信頼性の良好な半導体発光素子
を提供することを目的としている。
【００１８】請求項６記載の発明は、ＩｎaＧａ1-aＮb
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層として、その格子定数がＧａＡｓ基板よりも
小さく、かつ、その層厚が臨界膜厚よりも小さいものを
使用することにより、従来の長波長帯ＩｎＧａＮＡｓＰ
材料系では、ＧａＡｓ基板に対して圧縮歪を内在させる
ことしかできなかったものを、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層
を、ＧａＡｓ基板の格子定数に一致するように弾性変形
して、引張歪を内在させ、微分利得係数を増大させて、
閾電流密度を低減させることのできる信頼性の良好な半
導体発光素子を提供することを目的としている。
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層として、その格子定数がＧａＡｓ基板よりも
小さく、かつ、その層厚が臨界膜厚よりも小さいものを
使用することにより、従来の長波長帯ＩｎＧａＮＡｓＰ
材料系では、ＧａＡｓ基板に対して圧縮歪を内在させる
ことしかできなかったものを、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層
を、ＧａＡｓ基板の格子定数に一致するように弾性変形
して、引張歪を内在させ、微分利得係数を増大させて、
閾電流密度を低減させることのできる信頼性の良好な半
導体発光素子を提供することを目的としている。
【００１９】請求項７記載の発明は、ＩｎaＧａ1-aＮb
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層に近接して、ＡｌＡｓ層を形成し、ＩｎaＧ
ａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０
≦ｃ＜１）活性層への電流注入領域以外のＡｌＡｓ層を
酸化して電流狭窄構造に形成することにより、ＡｌＡｓ
を選択的に酸化させる手法を用いて、電流注入領域を、
フォトリソグラフィ工程によるパターニング面積よりも
狭く限定し、また、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層に近接して
ＡｌＡｓの酸化膜を形成して電流狭窄を行い、微小な領
域に電流を集中させて、ＡｌＡｓの酸化膜により表面再
結合電流を抑制し、閾電流密度をより一層低減させるこ
とのできる半導体発光素子を提供することを目的として
いる。
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層に近接して、ＡｌＡｓ層を形成し、ＩｎaＧ
ａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０
≦ｃ＜１）活性層への電流注入領域以外のＡｌＡｓ層を
酸化して電流狭窄構造に形成することにより、ＡｌＡｓ
を選択的に酸化させる手法を用いて、電流注入領域を、
フォトリソグラフィ工程によるパターニング面積よりも
狭く限定し、また、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層に近接して
ＡｌＡｓの酸化膜を形成して電流狭窄を行い、微小な領
域に電流を集中させて、ＡｌＡｓの酸化膜により表面再
結合電流を抑制し、閾電流密度をより一層低減させるこ
とのできる半導体発光素子を提供することを目的として
いる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の半
導体発光素子は、第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長
の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡ
ｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層された第１
導電型の下部半導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整
合する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層に
挟まれたＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４
の厚さで屈折率の異なる２種類の誘電体が交互に積層さ
れた上部誘電体多層膜反射鏡と、を備えることにより、
上記目的を達成している。
導体発光素子は、第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長
の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡ
ｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層された第１
導電型の下部半導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整
合する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層に
挟まれたＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４
の厚さで屈折率の異なる２種類の誘電体が交互に積層さ
れた上部誘電体多層膜反射鏡と、を備えることにより、
上記目的を達成している。
【００２１】上記構成によれば、第１導電型ＧａＡｓ基
板上に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ
1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）材料で半導体多層膜反射鏡を形
成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッド
層と第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉｎa
Ｇａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さで屈折
率の異なる２種類の誘電体を交互に積層して上部誘電体
多層膜反射鏡を形成しているので、半導体発光素子の放
熱特性を向上させることができるとともに、ＩｎＧａＮ
ＡｓＰ活性層とクラッド層との伝導帯バンド不連続を大
きくして、活性層からクラッド層への電子のオーバーフ
ローを抑制し、半導体発光素子の温度特性を向上させる
ことができる。また、Ｎを数％含むＩｎＧａＮＡｓＰで
活性層を形成しているので、ＩｎＧａＡｓＰよりもエネ
ルギーバンドギャップを狭くすることができるととも
に、ＧａＡｓ基板に格子整合させることができ、ＧａＡ
ｓ基板とクラッド層界面やクラッド層と活性層界面の転
位密度を減少させて、ＧａＡｓ基板上に長波長帯発光層
を形成することができる。したがって、半導体発光素子
の信頼性を向上させることができる。
板上に、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ
1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）材料で半導体多層膜反射鏡を形
成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッド
層と第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉｎa
Ｇａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さで屈折
率の異なる２種類の誘電体を交互に積層して上部誘電体
多層膜反射鏡を形成しているので、半導体発光素子の放
熱特性を向上させることができるとともに、ＩｎＧａＮ
ＡｓＰ活性層とクラッド層との伝導帯バンド不連続を大
きくして、活性層からクラッド層への電子のオーバーフ
ローを抑制し、半導体発光素子の温度特性を向上させる
ことができる。また、Ｎを数％含むＩｎＧａＮＡｓＰで
活性層を形成しているので、ＩｎＧａＡｓＰよりもエネ
ルギーバンドギャップを狭くすることができるととも
に、ＧａＡｓ基板に格子整合させることができ、ＧａＡ
ｓ基板とクラッド層界面やクラッド層と活性層界面の転
位密度を減少させて、ＧａＡｓ基板上に長波長帯発光層
を形成することができる。したがって、半導体発光素子
の信頼性を向上させることができる。
【００２２】すなわち、基板にＧａＡｓを用いているた
め、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡ
ｓ（ｘ＜ｙ≦１）材料で半導体多層膜反射鏡を形成する
ことができ、屈折率差を大きく取ることができる。した
がって、少ない層数で高反射率を得ることができ、ま
た、Ａｌ組成ｘ、ｙをそれぞれ０と１に近づけると、各
半導体層の熱抵抗が小さくなり、放熱特性を向上させる
ことができる。
め、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡ
ｓ（ｘ＜ｙ≦１）材料で半導体多層膜反射鏡を形成する
ことができ、屈折率差を大きく取ることができる。した
がって、少ない層数で高反射率を得ることができ、ま
た、Ａｌ組成ｘ、ｙをそれぞれ０と１に近づけると、各
半導体層の熱抵抗が小さくなり、放熱特性を向上させる
ことができる。
【００２３】また、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧ
ａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ等のバンドギャップエネルギー
の大きい材料を、クラッド層として使用することがで
き、活性層とバンド不連続を大きくすることができる。
ａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ等のバンドギャップエネルギー
の大きい材料を、クラッド層として使用することがで
き、活性層とバンド不連続を大きくすることができる。
【００２４】さらに、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-bは、Ｉｎ
aＧａ1-aＡｓに数％程度Ｎを含む４元混晶であり、Ｉｎ
ＧａＡｓは、ＧａＡｓ基板よりも格子定数が大きくなる
が、ＧａＮは、ＧａＡｓ基板よりも格子定数が小さい材
料である。したがって、ＩｎＧａＡｓとＧａＮの混晶で
あるＩｎＧａＮＡｓは、ＧａＡｓ基板に格子整合させる
ことが可能であるとともに、ＩｎＧａＮＡｓ結晶は、Ｎ
を数％含有させると、エネルギーバンドギャップが、Ｉ
ｎＧａＡｓよりも狭くなるという性質を有している。し
たがって、波長１．２μｍ以上の長波長帯の発光波長を
有する材料を、ＧａＡｓ基板に対して格子整合させるこ
とが可能となる。その結果、ＧａＡｓ基板とクラッド層
界面の転位密度及びクラッド層と活性層界面の転位密度
を、減少させることができる。
aＧａ1-aＡｓに数％程度Ｎを含む４元混晶であり、Ｉｎ
ＧａＡｓは、ＧａＡｓ基板よりも格子定数が大きくなる
が、ＧａＮは、ＧａＡｓ基板よりも格子定数が小さい材
料である。したがって、ＩｎＧａＡｓとＧａＮの混晶で
あるＩｎＧａＮＡｓは、ＧａＡｓ基板に格子整合させる
ことが可能であるとともに、ＩｎＧａＮＡｓ結晶は、Ｎ
を数％含有させると、エネルギーバンドギャップが、Ｉ
ｎＧａＡｓよりも狭くなるという性質を有している。し
たがって、波長１．２μｍ以上の長波長帯の発光波長を
有する材料を、ＧａＡｓ基板に対して格子整合させるこ
とが可能となる。その結果、ＧａＡｓ基板とクラッド層
界面の転位密度及びクラッド層と活性層界面の転位密度
を、減少させることができる。
【００２５】さらに、Ｎを含むＩｎＧａＮＡｓは、Ａｌ
ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等とヘテロ接合を形成する
と、伝導帯の価電子帯に対するバンド不連続比が大きく
なる。その結果、上記のバンド不連続を大きくできる効
果と合わせて、活性層からクラッド層への電子のオーバ
ーフローを抑制することができる。
ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等とヘテロ接合を形成する
と、伝導帯の価電子帯に対するバンド不連続比が大きく
なる。その結果、上記のバンド不連続を大きくできる効
果と合わせて、活性層からクラッド層への電子のオーバ
ーフローを抑制することができる。
【００２６】また、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-bにＰを加え
たＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc５元混晶においても、
ＩｎＧａＮＡｓと同様にＧａＡｓ基板に格子整合させる
ことが可能である。ただし、Ｐ組成を大きくするほど、
エネルギーバンドギャップが小さくなるため、発光波長
を長波長化するのが困難となる。
たＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc５元混晶においても、
ＩｎＧａＮＡｓと同様にＧａＡｓ基板に格子整合させる
ことが可能である。ただし、Ｐ組成を大きくするほど、
エネルギーバンドギャップが小さくなるため、発光波長
を長波長化するのが困難となる。
【００２７】請求項２記載の発明の半導体発光素子は、
第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長の１／４の厚さで
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層された第１導電型の下部半
導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整合する第１導電
型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟まれたＩｎa
Ｇａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）が交互に積層された第２導電型またはアンドー
プの上部半導体多層膜反射鏡と、を備えることにより、
上記目的を達成している。
第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長の１／４の厚さで
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層された第１導電型の下部半
導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整合する第１導電
型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟まれたＩｎa
Ｇａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）が交互に積層された第２導電型またはアンドー
プの上部半導体多層膜反射鏡と、を備えることにより、
上記目的を達成している。
【００２８】上記構成によれば、第１導電型ＧａＡｓ基
板上に、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交
互に積層して第１導電型の下部半導体多層膜反射鏡を形
成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッド
層と第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉｎa
Ｇａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型またはアンドープ
の上部半導体多層膜反射鏡を形成しているので、半導体
発光素子の積層構成を、１回の結晶成長で全て作製する
ことができ、簡単、かつ、容易な作製工程で半導体発光
素子を作製することができるとともに、半導体発光素子
の温度特性を向上させることができ、かつ、半導体発光
素子の信頼性を向上させることができる。
板上に、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交
互に積層して第１導電型の下部半導体多層膜反射鏡を形
成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッド
層と第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉｎa
Ｇａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型またはアンドープ
の上部半導体多層膜反射鏡を形成しているので、半導体
発光素子の積層構成を、１回の結晶成長で全て作製する
ことができ、簡単、かつ、容易な作製工程で半導体発光
素子を作製することができるとともに、半導体発光素子
の温度特性を向上させることができ、かつ、半導体発光
素子の信頼性を向上させることができる。
【００２９】請求項３記載の発明の半導体発光素子は、
第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長の１／４の厚さで
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層させた第１導電型の下部半
導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整合する第１導電
型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟まれたＩｎa
Ｇａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）が交互に積層された第２導電型またはアンドー
プの上部半導体多層膜反射鏡と、を備え、前記上部半導
体多層膜反射鏡と前記下部半導体多層膜反射鏡との間の
共振器領域の厚さが、光学波長の１／２の整数倍に設定
され、かつ、前記活性層が、光の定在波の腹に位置する
ように形成することにより、上記目的を達成している。
第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長の１／４の厚さで
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層させた第１導電型の下部半
導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整合する第１導電
型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟まれたＩｎa
Ｇａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）が交互に積層された第２導電型またはアンドー
プの上部半導体多層膜反射鏡と、を備え、前記上部半導
体多層膜反射鏡と前記下部半導体多層膜反射鏡との間の
共振器領域の厚さが、光学波長の１／２の整数倍に設定
され、かつ、前記活性層が、光の定在波の腹に位置する
ように形成することにより、上記目的を達成している。
【００３０】上記構成によれば、第１導電型ＧａＡｓ基
板上に、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交
互に積層して第１導電型の下部半導体多層膜反射鏡を形
成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッド
層及び第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉｎ
aＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型またはアンドープ
の上部半導体多層膜反射鏡を形成し、これら上部半導体
多層膜反射鏡と下部半導体多層膜反射鏡との間の共振器
領域の厚さを、光学波長の１／２の整数倍に設定し、か
つ、活性層が光の定在波の腹に位置するように形成して
いるので、ＧａＡｓ基板に格子整合する長波長材料であ
るＩｎＧａＮＡｓＰで活性層を形成し、その上下に形成
する半導体多層膜反射鏡を、屈折率差を大きくとること
のできるＧａＡｓとＡｌＡｓで作製して、高反射率の反
射鏡を作成することができるとともに、上部と下部の半
導体多層膜反射鏡の間の共振器領域の厚さを光学波長の
１／２の整数倍に設定し、かつ、活性層を光の定在波の
腹に位置するようにして、長波長帯の自然放出光を抑制
することができ、高効率ダイオードや微小共振器半導体
レーザーとして動作させることができるとともに、半導
体発光素子の信頼性を向上させることができる。
板上に、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交
互に積層して第１導電型の下部半導体多層膜反射鏡を形
成し、ＧａＡｓ基板と格子整合する第１導電型クラッド
層及び第２導電型クラッド層に挟まれた活性層を、Ｉｎ
aＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型またはアンドープ
の上部半導体多層膜反射鏡を形成し、これら上部半導体
多層膜反射鏡と下部半導体多層膜反射鏡との間の共振器
領域の厚さを、光学波長の１／２の整数倍に設定し、か
つ、活性層が光の定在波の腹に位置するように形成して
いるので、ＧａＡｓ基板に格子整合する長波長材料であ
るＩｎＧａＮＡｓＰで活性層を形成し、その上下に形成
する半導体多層膜反射鏡を、屈折率差を大きくとること
のできるＧａＡｓとＡｌＡｓで作製して、高反射率の反
射鏡を作成することができるとともに、上部と下部の半
導体多層膜反射鏡の間の共振器領域の厚さを光学波長の
１／２の整数倍に設定し、かつ、活性層を光の定在波の
腹に位置するようにして、長波長帯の自然放出光を抑制
することができ、高効率ダイオードや微小共振器半導体
レーザーとして動作させることができるとともに、半導
体発光素子の信頼性を向上させることができる。
【００３１】すなわち、自然放出光を有効に制御するた
めには、反射鏡の反射率を１に近づける必要があるが、
従来のＩｎＧａＡｓＰ材料系を用いた長波長帯素子にお
いては、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの屈折率差が小さいた
め、多層膜反射鏡の対数が多くなり、膜厚ゆらぎが生じ
て高い反射率を得ることが困難であった。ところが、本
請求項の半導体発光素子では、ＧａＡｓ基板に格子整合
する長波長帯材料であるＩｎＧａＡｓＰ活性層を使用し
ているので、その上下に形成する半導体多層膜反射鏡
を、例えば、屈折率差を大きくとることのできるＧａＡ
ｓとＡｌＡｓで作製することができ、高反射率の反射鏡
を作製することができる。
めには、反射鏡の反射率を１に近づける必要があるが、
従来のＩｎＧａＡｓＰ材料系を用いた長波長帯素子にお
いては、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの屈折率差が小さいた
め、多層膜反射鏡の対数が多くなり、膜厚ゆらぎが生じ
て高い反射率を得ることが困難であった。ところが、本
請求項の半導体発光素子では、ＧａＡｓ基板に格子整合
する長波長帯材料であるＩｎＧａＡｓＰ活性層を使用し
ているので、その上下に形成する半導体多層膜反射鏡
を、例えば、屈折率差を大きくとることのできるＧａＡ
ｓとＡｌＡｓで作製することができ、高反射率の反射鏡
を作製することができる。
【００３２】上記各場合において、例えば、請求項４に
記載するように、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰ
c （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に隣
接する半導体層は、Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦
１、０≦ｑ≦１）であってもよい。
記載するように、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰ
c （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に隣
接する半導体層は、Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦
１、０≦ｑ≦１）であってもよい。
【００３３】上記構成によれば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ
1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活
性層に隣接する半導体層を、Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ
1-q（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１）で形成しているので、
ＩｎＧａＡｓＰの結晶成長をＩｎＧａＮＡｓＰと同様な
低温で行っても、光学的特性の低下を抑制することがで
きるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ表面のＮの再蒸発を防
止することができ、半導体発光素子の信頼性をさらに向
上させることができる。
1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活
性層に隣接する半導体層を、Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ
1-q（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１）で形成しているので、
ＩｎＧａＡｓＰの結晶成長をＩｎＧａＮＡｓＰと同様な
低温で行っても、光学的特性の低下を抑制することがで
きるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ表面のＮの再蒸発を防
止することができ、半導体発光素子の信頼性をさらに向
上させることができる。
【００３４】すなわち、ＩｎＧａＮＡｓＰをＭＯＶＰＥ
（Metal Organic Vapor Phase Epitaxial growth）法で
結晶成長させる場合、Ｎは、蒸気圧が非常に高い材料で
あるため、結晶中に取り込まれにくい。そこで、Ｎ組成
を数％と大きくするためには、結晶成長温度を低くする
必要がある。一方、Ａｌは、Ｏ2 との反応が活性である
ため、Ａｌを構成元素に含む化合物半導体をＩｎＧａＮ
ＡｓＰと同様な低温で結晶成長させると、原料や配管中
の残留酸素と結びついて深い準位を形成して膜の光学特
性が低下してしまう。それを防止するために、Ａｌを構
成元素として含むＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰの結晶
成長においては、結晶成長温度を高くしなければならな
い。
（Metal Organic Vapor Phase Epitaxial growth）法で
結晶成長させる場合、Ｎは、蒸気圧が非常に高い材料で
あるため、結晶中に取り込まれにくい。そこで、Ｎ組成
を数％と大きくするためには、結晶成長温度を低くする
必要がある。一方、Ａｌは、Ｏ2 との反応が活性である
ため、Ａｌを構成元素に含む化合物半導体をＩｎＧａＮ
ＡｓＰと同様な低温で結晶成長させると、原料や配管中
の残留酸素と結びついて深い準位を形成して膜の光学特
性が低下してしまう。それを防止するために、Ａｌを構
成元素として含むＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰの結晶
成長においては、結晶成長温度を高くしなければならな
い。
【００３５】しかし、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層に隣接し
て、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ等のＡｌを含む材料
をＩｎＧａＮＡｓＰの成長温度より高温で結晶成長させ
ると、昇温中に、下地のＩｎＧａＮＡｓＰ結晶からＮが
再蒸発してしまい、格子定数やバンドギャップエネルギ
ーが変化してしまう。
て、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ等のＡｌを含む材料
をＩｎＧａＮＡｓＰの成長温度より高温で結晶成長させ
ると、昇温中に、下地のＩｎＧａＮＡｓＰ結晶からＮが
再蒸発してしまい、格子定数やバンドギャップエネルギ
ーが変化してしまう。
【００３６】ところが、本請求項のように、活性層に隣
接する半導体層を、Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦
１、０≦ｑ≦１）で形成すると、ＩｎＧａＡｓＰの結晶
成長をＩｎＧａＮＡｓＰと同様な低温で行っても、光学
的特性の低下を抑制することができるとともに、ＩｎＧ
ａＮＡｓＰ表面のＮの再蒸発を防止することができ、半
導体発光素子の信頼性をさらに向上させることができ
る。
接する半導体層を、Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦
１、０≦ｑ≦１）で形成すると、ＩｎＧａＡｓＰの結晶
成長をＩｎＧａＮＡｓＰと同様な低温で行っても、光学
的特性の低下を抑制することができるとともに、ＩｎＧ
ａＮＡｓＰ表面のＮの再蒸発を防止することができ、半
導体発光素子の信頼性をさらに向上させることができ
る。
【００３７】また、例えば、請求項５に記載するよう
に、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層は、その格子定数が前
記ＧａＡｓ基板よりも大きく、かつ、その層厚が臨界膜
厚よりも小さいものであってもよい。
に、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層は、その格子定数が前
記ＧａＡｓ基板よりも大きく、かつ、その層厚が臨界膜
厚よりも小さいものであってもよい。
【００３８】上記構成によれば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ
1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活
性層として、格子定数がＧａＡｓ基板よりも大きく、か
つ、その層厚が臨界膜厚よりも小さいものを使用してい
るので、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層を、ＧａＡｓ基板の格
子定数に一致するように弾性変形して、圧縮歪を内在さ
せることができ、半導体発光素子の信頼性を向上させる
ことができるとともに、微分利得係数を増大させて、閾
電流密度を低減させることができる。
1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活
性層として、格子定数がＧａＡｓ基板よりも大きく、か
つ、その層厚が臨界膜厚よりも小さいものを使用してい
るので、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層を、ＧａＡｓ基板の格
子定数に一致するように弾性変形して、圧縮歪を内在さ
せることができ、半導体発光素子の信頼性を向上させる
ことができるとともに、微分利得係数を増大させて、閾
電流密度を低減させることができる。
【００３９】さらに、例えば、請求項６に記載するよう
に、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層は、その格子定数が前
記ＧａＡｓ基板よりも小さく、かつ、その層厚が臨界膜
厚よりも小さいものであってもよい。
に、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層は、その格子定数が前
記ＧａＡｓ基板よりも小さく、かつ、その層厚が臨界膜
厚よりも小さいものであってもよい。
【００４０】上記構成によれば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ
1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活
性層として、その格子定数がＧａＡｓ基板よりも小さ
く、かつ、その層厚が臨界膜厚よりも小さいものを使用
しているので、従来の長波長帯ＩｎＧａＮＡｓＰ材料系
では、ＧａＡｓ基板に対して圧縮歪を内在させることし
かできなかったものを、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層を、Ｇ
ａＡｓ基板の格子定数に一致するように弾性変形して、
引張歪を内在させることができ、半導体発光素子の信頼
性を向上させることができるとともに、微分利得係数を
増大させて、閾電流密度を低減させることができる。
1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活
性層として、その格子定数がＧａＡｓ基板よりも小さ
く、かつ、その層厚が臨界膜厚よりも小さいものを使用
しているので、従来の長波長帯ＩｎＧａＮＡｓＰ材料系
では、ＧａＡｓ基板に対して圧縮歪を内在させることし
かできなかったものを、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層を、Ｇ
ａＡｓ基板の格子定数に一致するように弾性変形して、
引張歪を内在させることができ、半導体発光素子の信頼
性を向上させることができるとともに、微分利得係数を
増大させて、閾電流密度を低減させることができる。
【００４１】また、例えば、請求項７に記載するよう
に、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に近接して、ＡｌＡｓ
層が形成され、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０
≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層への電流注
入領域以外の前記ＡｌＡｓ層が酸化されて電流狭窄構造
に形成されていてもよい。
に、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に近接して、ＡｌＡｓ
層が形成され、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０
≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層への電流注
入領域以外の前記ＡｌＡｓ層が酸化されて電流狭窄構造
に形成されていてもよい。
【００４２】上記構成によれば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ
1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活
性層に近接して、ＡｌＡｓ層を形成し、ＩｎaＧａ1-aＮ
bＡｓ1 -b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層への電流注入領域以外のＡｌＡｓ層を酸化し
て電流狭窄構造に形成しているので、ＡｌＡｓを選択的
に酸化させる手法を用いて、電流注入領域を、フォトリ
ソグラフィ工程によるパターニング面積よりも狭く限定
することができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層に
近接してＡｌＡｓの酸化膜を形成し、電流狭窄を行っ
て、微小な領域に電流を集中させ、ＡｌＡｓの酸化膜に
より表面再結合電流を抑制して、閾電流密度をより一層
低減させることができる。
1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活
性層に近接して、ＡｌＡｓ層を形成し、ＩｎaＧａ1-aＮ
bＡｓ1 -b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層への電流注入領域以外のＡｌＡｓ層を酸化し
て電流狭窄構造に形成しているので、ＡｌＡｓを選択的
に酸化させる手法を用いて、電流注入領域を、フォトリ
ソグラフィ工程によるパターニング面積よりも狭く限定
することができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層に
近接してＡｌＡｓの酸化膜を形成し、電流狭窄を行っ
て、微小な領域に電流を集中させ、ＡｌＡｓの酸化膜に
より表面再結合電流を抑制して、閾電流密度をより一層
低減させることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。
【００４４】図１は、本発明の半導体発光素子の第１の
実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項１
及び請求項４に対応するものである。図１は、本発明の
半導体発光素子の第１の実施の形態を適用した半導体発
光素子１の正面断面図である。
実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項１
及び請求項４に対応するものである。図１は、本発明の
半導体発光素子の第１の実施の形態を適用した半導体発
光素子１の正面断面図である。
【００４５】図１において、半導体発光素子１は、ｎ型
ＧａＡｓ基板（第１導電型ＧａＡｓ基板）２上に、ｎ型
半導体多層膜反射鏡（第１導電型の下部半導体多層膜反
射鏡）３が形成されており、ｎ型半導体多層膜反射鏡３
は、発振波長１．３μｍの１／４の光学距離に対応した
膜厚で、ｎ型ＧａＡｓ［ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜
１）］とｎ型ＡｌＡｓ［ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦
１）］を交互に積層することにより形成されている。
ＧａＡｓ基板（第１導電型ＧａＡｓ基板）２上に、ｎ型
半導体多層膜反射鏡（第１導電型の下部半導体多層膜反
射鏡）３が形成されており、ｎ型半導体多層膜反射鏡３
は、発振波長１．３μｍの１／４の光学距離に対応した
膜厚で、ｎ型ＧａＡｓ［ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜
１）］とｎ型ＡｌＡｓ［ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦
１）］を交互に積層することにより形成されている。
【００４６】ｎ型半導体多層膜反射鏡３上に、ｎ型Ｇａ
ＩｎＰクラッド層（第１導電型クラッド層）４とｐ型Ｇ
ａＩｎＰクラッド層（第２導電型クラッド層）５に挟ま
れたアンドープＩｎＧａＮＡｓ活性層（ＩｎaＧａ1-aＮ
bＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層）６及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層７が、有
機金属気相成長法により順次結晶成長させて形成されて
おり、最上層のｐ型ＧａＡｓコンタクト層７の表面に、
波長１．３μｍの１／４の光学距離に対応した膜厚でＳ
ｉＯ2 とα−Ｓｉを交互に積層した多層膜反射鏡（誘電
体多層膜反射鏡）８が形成されている。
ＩｎＰクラッド層（第１導電型クラッド層）４とｐ型Ｇ
ａＩｎＰクラッド層（第２導電型クラッド層）５に挟ま
れたアンドープＩｎＧａＮＡｓ活性層（ＩｎaＧａ1-aＮ
bＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層）６及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層７が、有
機金属気相成長法により順次結晶成長させて形成されて
おり、最上層のｐ型ＧａＡｓコンタクト層７の表面に、
波長１．３μｍの１／４の光学距離に対応した膜厚でＳ
ｉＯ2 とα−Ｓｉを交互に積層した多層膜反射鏡（誘電
体多層膜反射鏡）８が形成されている。
【００４７】この多層膜反射鏡８は、その中央部をドラ
イエッチングにより円柱状に残してエッチング処理さ
れ、半導体発光素子１は、さらに、円柱状の多層膜反射
鏡８により覆われていない部分に、水素イオンが注入さ
れて、高抵抗領域９が形成されている。この水素イオン
注入においては、高抵抗となる部分が活性層６の近傍と
なるように、イオン打ち込み深さを制御する。
イエッチングにより円柱状に残してエッチング処理さ
れ、半導体発光素子１は、さらに、円柱状の多層膜反射
鏡８により覆われていない部分に、水素イオンが注入さ
れて、高抵抗領域９が形成されている。この水素イオン
注入においては、高抵抗となる部分が活性層６の近傍と
なるように、イオン打ち込み深さを制御する。
【００４８】そして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７の表
面に、Ｃｒ／Ａｕからなるｐ側電極１０を形成され、ｎ
型ＧａＡｓ基板２の裏面に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕから
なるｎ側電極１１が形成されている。
面に、Ｃｒ／Ａｕからなるｐ側電極１０を形成され、ｎ
型ＧａＡｓ基板２の裏面に、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕから
なるｎ側電極１１が形成されている。
【００４９】本実施の形態の半導体発光素子１において
は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板２と格子整合するＧａ
0.51Ｉｎ0.49ＰとＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ0.04Ａｓ0.96をそ
れぞれクラッド層４、５と活性層６にしたダブルヘテロ
構造を含んでおり、ＩｎＧａＮＡｓのエネルギーバンド
ギャップを、１．３μｍとしている。
は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板２と格子整合するＧａ
0.51Ｉｎ0.49ＰとＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ0.04Ａｓ0.96をそ
れぞれクラッド層４、５と活性層６にしたダブルヘテロ
構造を含んでおり、ＩｎＧａＮＡｓのエネルギーバンド
ギャップを、１．３μｍとしている。
【００５０】したがって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層７
と接しているｐ側電極１０から注入された電流は、高抵
抗領域９で円形領域に集中され、ｐ型ＩｎＧａＮＡｓ活
性層５に注入される。ｐ型ＩｎＧａＮＡｓ活性層５に注
入されたキャリアは、波長１．３μｍ近傍で発光・再結
合し、発生した光は、上部多層膜反射鏡８と下部多層膜
反射鏡３の間で共振して、レーザー発振する。そして、
レーザー光は、図１に矢印で示すように、ｎ型ＧａＡｓ
基板２に対して、垂直方向に取り出される。
と接しているｐ側電極１０から注入された電流は、高抵
抗領域９で円形領域に集中され、ｐ型ＩｎＧａＮＡｓ活
性層５に注入される。ｐ型ＩｎＧａＮＡｓ活性層５に注
入されたキャリアは、波長１．３μｍ近傍で発光・再結
合し、発生した光は、上部多層膜反射鏡８と下部多層膜
反射鏡３の間で共振して、レーザー発振する。そして、
レーザー光は、図１に矢印で示すように、ｎ型ＧａＡｓ
基板２に対して、垂直方向に取り出される。
【００５１】また、半導体発光素子１においては、ｎ型
半導体多層膜反射鏡３の材料として、ＧａＡｓとＡｌＡ
ｓを用いており、この組み合わせでは、ＩｎＰとＩｎＧ
ａＡｓＰの組み合わせに比較して、約２倍の屈折率差
（Δｎ＝０．５）が得られる。したがって、高反射率を
より少ない層数で実現することができる。また、ｎ型半
導体多層膜反射鏡３として、２元化合物を用いているた
め、ＩｎＧａＡｓＰ４元混晶に比較して、１桁程度熱抵
抗を小さくすることができ、放熱特性を向上させること
ができる。
半導体多層膜反射鏡３の材料として、ＧａＡｓとＡｌＡ
ｓを用いており、この組み合わせでは、ＩｎＰとＩｎＧ
ａＡｓＰの組み合わせに比較して、約２倍の屈折率差
（Δｎ＝０．５）が得られる。したがって、高反射率を
より少ない層数で実現することができる。また、ｎ型半
導体多層膜反射鏡３として、２元化合物を用いているた
め、ＩｎＧａＡｓＰ４元混晶に比較して、１桁程度熱抵
抗を小さくすることができ、放熱特性を向上させること
ができる。
【００５２】さらに、半導体発光素子１においては、ク
ラッド層４、５として、ｎ型ＧａＡｓ基板２に格子整合
するバンドギャップ波長約０．６６μｍのＧａＩｎＰを
使用しているため、バンドギャップ波長１．３μｍのＩ
ｎＧａＮＡｓ活性層６とのバンド不連続差を大きくとる
ことができる。したがって、ＩｎＧａＮＡｓ活性層６へ
の電子のオーバーフローを抑制することができ、半導体
発光素子１の温度特性を向上させることができる。
ラッド層４、５として、ｎ型ＧａＡｓ基板２に格子整合
するバンドギャップ波長約０．６６μｍのＧａＩｎＰを
使用しているため、バンドギャップ波長１．３μｍのＩ
ｎＧａＮＡｓ活性層６とのバンド不連続差を大きくとる
ことができる。したがって、ＩｎＧａＮＡｓ活性層６へ
の電子のオーバーフローを抑制することができ、半導体
発光素子１の温度特性を向上させることができる。
【００５３】また、上記半導体発光素子１の層構成は、
長波長帯でありながら、ｎ型ＧａＡｓ基板２に対して、
格子整合系で構成できることが特徴となっており、ｎ型
ＧａＡｓ基板２とクラッド層４、５の界面やクラッド層
４、５と活性層６の界面の転位密度が減少し、半導体発
光素子１の信頼性を向上させることができる。
長波長帯でありながら、ｎ型ＧａＡｓ基板２に対して、
格子整合系で構成できることが特徴となっており、ｎ型
ＧａＡｓ基板２とクラッド層４、５の界面やクラッド層
４、５と活性層６の界面の転位密度が減少し、半導体発
光素子１の信頼性を向上させることができる。
【００５４】なお、本実施の形態においては、ＩｎＧａ
ＮＡｓのＮ原料として、ジメチルヒドラジンを使用した
ところ、ジメチルヒドラジンは、ＮＨ3 に比較して、低
温で分解するため、６００℃の成長温度で数％のＮ組成
が得られた。そして、クラッド層４、５であるＧａＩｎ
ＰもＩｎＧａＮＡｓ活性層６と同じ６００℃で結晶成長
させることができ、界面のＩｎＧａＮＡｓ結晶からＮが
再蒸発することを防止することができる。さらに、Ａｌ
を含まないＧａＩｎＰ結晶は、６００℃の成長温度で充
分な光学特性を得ることができる。
ＮＡｓのＮ原料として、ジメチルヒドラジンを使用した
ところ、ジメチルヒドラジンは、ＮＨ3 に比較して、低
温で分解するため、６００℃の成長温度で数％のＮ組成
が得られた。そして、クラッド層４、５であるＧａＩｎ
ＰもＩｎＧａＮＡｓ活性層６と同じ６００℃で結晶成長
させることができ、界面のＩｎＧａＮＡｓ結晶からＮが
再蒸発することを防止することができる。さらに、Ａｌ
を含まないＧａＩｎＰ結晶は、６００℃の成長温度で充
分な光学特性を得ることができる。
【００５５】したがって、本実施の形態の半導体発光素
子１によれば、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌ
yＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）材料で半導体多層膜反射鏡
３を形成し、ＧａＡｓ基板２と格子整合する第１導電型
クラッド層４と第２導電型クラッド層５に挟まれた活性
層６を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層６し、光学波長の１／
４の厚さで屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層
して上部誘電体多層膜反射鏡８を形成しているので、半
導体発光素子１の放熱特性を向上させることができると
ともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層６とクラッド層４、５
との伝導帯バンド不連続を大きくして、活性層６からク
ラッド層４、５への電子のオーバーフローを抑制するこ
とができ、半導体発光素子１の温度特性を向上させるこ
とができる。また、Ｎを数％含むＩｎＧａＮＡｓＰで活
性層６を形成しているので、ＩｎＧａＡｓＰよりもエネ
ルギーバンドギャップを狭くすることができ、かつ、Ｇ
ａＡｓ基板２に格子整合させ、ＧａＡｓ基板２とクラッ
ド層４、５との界面やクラッド層４、５と活性層６との
界面の転位密度を減少させて、ＧａＡｓ基板２上に長波
長帯発光層を形成し、半導体発光素子１の信頼性を向上
させることができる。
子１によれば、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌ
yＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）材料で半導体多層膜反射鏡
３を形成し、ＧａＡｓ基板２と格子整合する第１導電型
クラッド層４と第２導電型クラッド層５に挟まれた活性
層６を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、
０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層６し、光学波長の１／
４の厚さで屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層
して上部誘電体多層膜反射鏡８を形成しているので、半
導体発光素子１の放熱特性を向上させることができると
ともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層６とクラッド層４、５
との伝導帯バンド不連続を大きくして、活性層６からク
ラッド層４、５への電子のオーバーフローを抑制するこ
とができ、半導体発光素子１の温度特性を向上させるこ
とができる。また、Ｎを数％含むＩｎＧａＮＡｓＰで活
性層６を形成しているので、ＩｎＧａＡｓＰよりもエネ
ルギーバンドギャップを狭くすることができ、かつ、Ｇ
ａＡｓ基板２に格子整合させ、ＧａＡｓ基板２とクラッ
ド層４、５との界面やクラッド層４、５と活性層６との
界面の転位密度を減少させて、ＧａＡｓ基板２上に長波
長帯発光層を形成し、半導体発光素子１の信頼性を向上
させることができる。
【００５６】図２は、本発明の半導体発光素子の第２の
実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項２
及び請求項４に対応するものである。図２は、本発明の
半導体発光素子の第２の実施の形態を適用した半導体発
光素子２０の正面断面図である。
実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項２
及び請求項４に対応するものである。図２は、本発明の
半導体発光素子の第２の実施の形態を適用した半導体発
光素子２０の正面断面図である。
【００５７】図２において、半導体発光素子２０は、ｎ
型ＧａＡｓ基板（第１導電型ＧａＡｓ基板）２１上に、
ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜反射鏡（第１導電型化の
下部半導体多層膜反射鏡）２２、ｎ型ＧａＩｎＰクラッ
ド層（第１導電型クラッド層）２３、ＩｎＧａＮＡｓ／
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層（ＩｎaＧａ1-aＮb
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層）２４、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層（第１導
電型クラッド層）２５、ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜
反射鏡（第２導電型の上部半導体多層膜反射鏡）２６及
びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７が順次形成されてい
る。そして、電流狭窄のために、半導体発光素子２０の
中央部の円形領域を除いて水素イオンが注入されて、高
抵抗領域２８が形成されている。このとき、高抵抗とな
る領域が活性層２４の近傍となるように、イオン打ち込
み深さを制御している。そして、ｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層２７上には、ｐ側電極２９が形成され、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板２１裏面には、光取出部分３０を除いてｎ側電極
３１が形成されている。
型ＧａＡｓ基板（第１導電型ＧａＡｓ基板）２１上に、
ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜反射鏡（第１導電型化の
下部半導体多層膜反射鏡）２２、ｎ型ＧａＩｎＰクラッ
ド層（第１導電型クラッド層）２３、ＩｎＧａＮＡｓ／
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層（ＩｎaＧａ1-aＮb
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層）２４、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層（第１導
電型クラッド層）２５、ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜
反射鏡（第２導電型の上部半導体多層膜反射鏡）２６及
びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７が順次形成されてい
る。そして、電流狭窄のために、半導体発光素子２０の
中央部の円形領域を除いて水素イオンが注入されて、高
抵抗領域２８が形成されている。このとき、高抵抗とな
る領域が活性層２４の近傍となるように、イオン打ち込
み深さを制御している。そして、ｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層２７上には、ｐ側電極２９が形成され、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板２１裏面には、光取出部分３０を除いてｎ側電極
３１が形成されている。
【００５８】すなわち、半導体発光素子２０は、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板２１と格子整合するＧａＩｎＰをクラッド層
４，５とし、ＩｎＧａＡｓＰを障壁層、ＩｎＧａＮＡｓ
を量子井戸活性層２４としている。ＩｎＧａＮＡｓ量子
井戸活性層２４のエネルギーバンドギャップは、１．２
５μｍである。
ａＡｓ基板２１と格子整合するＧａＩｎＰをクラッド層
４，５とし、ＩｎＧａＡｓＰを障壁層、ＩｎＧａＮＡｓ
を量子井戸活性層２４としている。ＩｎＧａＮＡｓ量子
井戸活性層２４のエネルギーバンドギャップは、１．２
５μｍである。
【００５９】したがって、本実施の形態の半導体発光素
子２０によれば、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７と接し
ているｐ側電極２９から注入された電流は、高抵抗領域
２８により円形領域に集中し、量子井戸活性層２４で発
生した光は、上部多層膜反射鏡２６と下部多層膜反射鏡
２２の間でレーザー発振し、図２に矢印で示すように、
ｐ型ＧａＡｓ基板２１に対して垂直方向に取り出され
る。
子２０によれば、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７と接し
ているｐ側電極２９から注入された電流は、高抵抗領域
２８により円形領域に集中し、量子井戸活性層２４で発
生した光は、上部多層膜反射鏡２６と下部多層膜反射鏡
２２の間でレーザー発振し、図２に矢印で示すように、
ｐ型ＧａＡｓ基板２１に対して垂直方向に取り出され
る。
【００６０】そして、半導体発光素子２０は、上部多層
膜反射鏡２６と下部多層膜反射鏡２２が両方ともＧａＡ
ｓとＡｌＡｓで構成されているため、全層の構成を１回
の結晶成長で実現することができ、作製工程が容易であ
る。また、ＧａＡｓとＡｌＡｓは、比較的熱抵抗が小さ
い材料であるため、放熱性にも優れている。
膜反射鏡２６と下部多層膜反射鏡２２が両方ともＧａＡ
ｓとＡｌＡｓで構成されているため、全層の構成を１回
の結晶成長で実現することができ、作製工程が容易であ
る。また、ＧａＡｓとＡｌＡｓは、比較的熱抵抗が小さ
い材料であるため、放熱性にも優れている。
【００６１】さらに、半導体発光素子２０においては、
ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸活性層２４に隣接している障壁
層の材料として、ＩｎＧａＡｓＰを用いているため、Ｉ
ｎＧａＮＡｓとＩｎＧａＡｓＰの結晶成長温度を、６０
０℃で一定とすることにより、結晶の成長途中で、Ｉｎ
ＧａＮＡｓ結晶からＮが再蒸発することを防止すること
ができるとともに、Ａｌを含まないＩｎＧａＡｓＰ結晶
を使用しているため、６００℃の成長温度でも光学特性
を向上させることができる。
ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸活性層２４に隣接している障壁
層の材料として、ＩｎＧａＡｓＰを用いているため、Ｉ
ｎＧａＮＡｓとＩｎＧａＡｓＰの結晶成長温度を、６０
０℃で一定とすることにより、結晶の成長途中で、Ｉｎ
ＧａＮＡｓ結晶からＮが再蒸発することを防止すること
ができるとともに、Ａｌを含まないＩｎＧａＡｓＰ結晶
を使用しているため、６００℃の成長温度でも光学特性
を向上させることができる。
【００６２】このように、本実施の形態によれば、第１
導電型ＧａＡｓ基板２１上に、光学波長の１／４の厚さ
でＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導電型の下部半導
体多層膜反射鏡２２を形成し、ＧａＡｓ基板２１と格子
整合する第１導電型クラッド層２３と第２導電型クラッ
ド層２５に挟まれた活性層２４を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡ
ｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）
で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1 -xＡｓ
（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交
互に積層して第２導電型の上部半導体多層膜反射鏡２６
を形成しているので、半導体発光素子２０の積層構成
を、１回の結晶成長で全て作製でき、半導体発光素子２
０を簡単、かつ、容易な作製工程で作製することができ
るとともに、半導体発光素子２０の温度特性を向上さ
せ、かつ、信頼性を向上させることができる。
導電型ＧａＡｓ基板２１上に、光学波長の１／４の厚さ
でＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導電型の下部半導
体多層膜反射鏡２２を形成し、ＧａＡｓ基板２１と格子
整合する第１導電型クラッド層２３と第２導電型クラッ
ド層２５に挟まれた活性層２４を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡ
ｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）
で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1 -xＡｓ
（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交
互に積層して第２導電型の上部半導体多層膜反射鏡２６
を形成しているので、半導体発光素子２０の積層構成
を、１回の結晶成長で全て作製でき、半導体発光素子２
０を簡単、かつ、容易な作製工程で作製することができ
るとともに、半導体発光素子２０の温度特性を向上さ
せ、かつ、信頼性を向上させることができる。
【００６３】図３は、本発明の半導体発光素子の第３の
実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項
３、請求項４及び請求項６に対応するものである。図３
は、本発明の半導体発光素子の第３の実施の形態を適用
した半導体発光素子３０の正面断面図である。
実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項
３、請求項４及び請求項６に対応するものである。図３
は、本発明の半導体発光素子の第３の実施の形態を適用
した半導体発光素子３０の正面断面図である。
【００６４】図３において、半導体発光素子４０は、ｎ
型ＧａＡｓ基板（第１導電型ＧａＡｓ基板）４１上に、
ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡（第１導電
型の下部半導体多層膜反射鏡）４２、ｎ型ＧａＩｎＰク
ラッド層（第１導電型クラッド層）４３、ＧａＮＡｓ引
張歪量子井戸活性層（ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰ
c（０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層）４
４、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層（第２導電型クラッド
層）４５、ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡
（第２導電型の上部半導体多層膜反射鏡）４６及びｐ型
ＧａＡｓコンタクト層４７が順次形成されている。そし
て、半導体発光素子４０は、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
４７からＧａＮＡｓ引張歪量子井戸活性層４４を通って
ｎ型半導体多層膜反射鏡４２の途中まで、円柱状にドラ
イエッチングが行われ、電流を円柱状の領域に狭窄する
ために、当該円柱状にドライエッチングの行われたｎ型
半導体多層膜反射鏡４２の上面及び当該円柱状の側面に
ＳｉＮ絶縁膜４８が形成されている。そして、ＳｉＮ絶
縁膜４８の表面とｐ型コンタクト層４７の上面に、Ｃｒ
／Ａｕからなるｐ側電極４９が形成され、ｎ型ＧａＡｓ
基板４１の裏面に、光取出部分５０を除いてＡｕＧｅ／
Ｎｉ／Ａｕからなるｎ側電極５１が形成されている。さ
らに、半導体発光素子４０は、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド
層４３、ＧａＮＡｓ引張歪量子井戸活性層４４及びｐ型
ＧａＩｎＰクラッド層４５を合わせた厚さが、光学波長
の１波長分に設定され、ＧａＮＡｓ引張歪量子井戸活性
層４４の位置が、光の定在波の腹に位置するように形成
されている。
型ＧａＡｓ基板（第１導電型ＧａＡｓ基板）４１上に、
ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡（第１導電
型の下部半導体多層膜反射鏡）４２、ｎ型ＧａＩｎＰク
ラッド層（第１導電型クラッド層）４３、ＧａＮＡｓ引
張歪量子井戸活性層（ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰ
c（０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層）４
４、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層（第２導電型クラッド
層）４５、ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡
（第２導電型の上部半導体多層膜反射鏡）４６及びｐ型
ＧａＡｓコンタクト層４７が順次形成されている。そし
て、半導体発光素子４０は、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
４７からＧａＮＡｓ引張歪量子井戸活性層４４を通って
ｎ型半導体多層膜反射鏡４２の途中まで、円柱状にドラ
イエッチングが行われ、電流を円柱状の領域に狭窄する
ために、当該円柱状にドライエッチングの行われたｎ型
半導体多層膜反射鏡４２の上面及び当該円柱状の側面に
ＳｉＮ絶縁膜４８が形成されている。そして、ＳｉＮ絶
縁膜４８の表面とｐ型コンタクト層４７の上面に、Ｃｒ
／Ａｕからなるｐ側電極４９が形成され、ｎ型ＧａＡｓ
基板４１の裏面に、光取出部分５０を除いてＡｕＧｅ／
Ｎｉ／Ａｕからなるｎ側電極５１が形成されている。さ
らに、半導体発光素子４０は、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド
層４３、ＧａＮＡｓ引張歪量子井戸活性層４４及びｐ型
ＧａＩｎＰクラッド層４５を合わせた厚さが、光学波長
の１波長分に設定され、ＧａＮＡｓ引張歪量子井戸活性
層４４の位置が、光の定在波の腹に位置するように形成
されている。
【００６５】半導体発光素子４０は、ＧａＮＡｓ引張歪
量子井戸活性層４４の自然放出強度がマイクロ共振器と
の相互作用で強くなり、長波長帯の高効率発光ダイオー
ドとして動作する。また、半導体発光素子４０は、レー
ザーモードで動作させた場合には、発振閾値の低い微小
共振器レーザーとして動作する。
量子井戸活性層４４の自然放出強度がマイクロ共振器と
の相互作用で強くなり、長波長帯の高効率発光ダイオー
ドとして動作する。また、半導体発光素子４０は、レー
ザーモードで動作させた場合には、発振閾値の低い微小
共振器レーザーとして動作する。
【００６６】すなわち、本実施の形態の半導体発光素子
４０においては、ｎ型ＧａＡｓ基板４１上に、格子定数
が近い長波長帯材料であるＧａＮＡｓを活性層４４に使
用しているので、長波長帯のバンドギャップを有する活
性層４４に近接して、屈折率差を大きくとることのでき
るＧａＡｓとＡｌＡｓの多層膜反射鏡４２、４６を形成
することができ、反射鏡４２、４６の反射率を９９％程
度まで高くすることができる。その結果、半導体発光素
子４０は、長波長帯の自然放出光を有効に制御するマイ
クロ共振器とし動作させることができる。
４０においては、ｎ型ＧａＡｓ基板４１上に、格子定数
が近い長波長帯材料であるＧａＮＡｓを活性層４４に使
用しているので、長波長帯のバンドギャップを有する活
性層４４に近接して、屈折率差を大きくとることのでき
るＧａＡｓとＡｌＡｓの多層膜反射鏡４２、４６を形成
することができ、反射鏡４２、４６の反射率を９９％程
度まで高くすることができる。その結果、半導体発光素
子４０は、長波長帯の自然放出光を有効に制御するマイ
クロ共振器とし動作させることができる。
【００６７】また、半導体発光素子４０は、ＧａＮＡｓ
活性層４４の格子定数が、ｎ型ＧａＡｓ基板４１よりも
小さくなり、１％の引張歪を内在させたものとなってい
る。したがって、価電子帯のバンド構造が変形し、活性
層４４の微分利得係数が増大する。その結果、無歪の場
合に比べて、閾電流値をより一層低減させることができ
る。なお、半導体発光素子４０は、活性層４４の厚さ
を、１０ｎｍと臨界膜厚より薄く設定しており、転位の
発生を抑制している。
活性層４４の格子定数が、ｎ型ＧａＡｓ基板４１よりも
小さくなり、１％の引張歪を内在させたものとなってい
る。したがって、価電子帯のバンド構造が変形し、活性
層４４の微分利得係数が増大する。その結果、無歪の場
合に比べて、閾電流値をより一層低減させることができ
る。なお、半導体発光素子４０は、活性層４４の厚さ
を、１０ｎｍと臨界膜厚より薄く設定しており、転位の
発生を抑制している。
【００６８】このように、本実施の形態の半導体発光素
子４０は、第１導電型ＧａＡｓ基板４１上に、光学波長
の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡ
ｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導
電型の下部半導体多層膜反射鏡４２を形成し、ＧａＡｓ
基板４１と格子整合する第１導電型クラッド層４３及び
第２導電型クラッド層４５に挟まれた活性層４４を、Ｉ
ｎaＧａ1-aＮbＡｓ1 -b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜
１、０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さで
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型の上部半導
体多層膜反射鏡４６を形成し、これら上部半導体多層膜
反射鏡４６と下部半導体多層膜反射鏡４２との間の共振
器領域の厚さを、光学波長の１／２の整数倍に設定し、
かつ、活性層４４が光の定在波の腹に位置するように形
成しているので、ＧａＡｓ基板４１に格子整合する長波
長材料であるＩｎＧａＮＡｓＰで活性層４４を形成し、
その上下に形成する半導体多層膜反射鏡４２、４６を、
屈折率差を大きくとることのできるＧａＡｓとＡｌＡｓ
で作製して、高反射率の反射鏡４２、４６を作成するこ
とができるとともに、上部と下部の半導体多層膜反射鏡
４２、４６の間の共振器領域の厚さを光学波長の１／２
の整数倍に設定し、かつ、活性層４４を光の定在波の腹
に位置するようにして、長波長帯の自然放出光を抑制す
ることができ、高効率ダイオードや微小共振器半導体レ
ーザーとして動作させることができるとともに、半導体
発光素子４０の信頼性を向上させることができる。
子４０は、第１導電型ＧａＡｓ基板４１上に、光学波長
の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡ
ｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導
電型の下部半導体多層膜反射鏡４２を形成し、ＧａＡｓ
基板４１と格子整合する第１導電型クラッド層４３及び
第２導電型クラッド層４５に挟まれた活性層４４を、Ｉ
ｎaＧａ1-aＮbＡｓ1 -b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜
１、０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さで
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第２導電型の上部半導
体多層膜反射鏡４６を形成し、これら上部半導体多層膜
反射鏡４６と下部半導体多層膜反射鏡４２との間の共振
器領域の厚さを、光学波長の１／２の整数倍に設定し、
かつ、活性層４４が光の定在波の腹に位置するように形
成しているので、ＧａＡｓ基板４１に格子整合する長波
長材料であるＩｎＧａＮＡｓＰで活性層４４を形成し、
その上下に形成する半導体多層膜反射鏡４２、４６を、
屈折率差を大きくとることのできるＧａＡｓとＡｌＡｓ
で作製して、高反射率の反射鏡４２、４６を作成するこ
とができるとともに、上部と下部の半導体多層膜反射鏡
４２、４６の間の共振器領域の厚さを光学波長の１／２
の整数倍に設定し、かつ、活性層４４を光の定在波の腹
に位置するようにして、長波長帯の自然放出光を抑制す
ることができ、高効率ダイオードや微小共振器半導体レ
ーザーとして動作させることができるとともに、半導体
発光素子４０の信頼性を向上させることができる。
【００６９】図４は、本発明の半導体発光素子の第４の
実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項
２、請求項４、請求項５及び請求項７に対応するもので
ある。図４は、本発明の半導体発光素子の第４の実施の
形態を適用した半導体発光素子６０の正面断面図であ
る。
実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項
２、請求項４、請求項５及び請求項７に対応するもので
ある。図４は、本発明の半導体発光素子の第４の実施の
形態を適用した半導体発光素子６０の正面断面図であ
る。
【００７０】図４において、半導体発光素子６０は、ｎ
型ＧａＡｓ基板（第１導電型ＧａＡｓ基板）６１上に、
ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡（第１導電
型の下部半導体多層膜反射鏡）６２、ｎ型ＧａＩｎＰク
ラッド層（第１導電型クラッド層）６３、ＩｎＧａＮＡ
ｓ／ＧａＡｓ圧縮歪量子井戸活性層（ＩｎaＧａ1-aＮb
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層）６４、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層（第２導
電型クラッド層）６５、ｐ型ＡｌＡｓ層６６、ｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層６７、アンドープＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
半導体多層膜反射鏡（アンドープの上部半導体多層膜反
射鏡）６８が順次形成されている。そして、半導体発光
素子６０は、表面からｐ型ＧａＩｎＰクラッド層６５上
面までが円形にエッチングされ、さらに、小さいサイズ
で、表面からｐ型ＧａＡｓコンタクト層６７上面までが
円形にエッチングされている。
型ＧａＡｓ基板（第１導電型ＧａＡｓ基板）６１上に、
ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡（第１導電
型の下部半導体多層膜反射鏡）６２、ｎ型ＧａＩｎＰク
ラッド層（第１導電型クラッド層）６３、ＩｎＧａＮＡ
ｓ／ＧａＡｓ圧縮歪量子井戸活性層（ＩｎaＧａ1-aＮb
Ａｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜
１）活性層）６４、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層（第２導
電型クラッド層）６５、ｐ型ＡｌＡｓ層６６、ｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層６７、アンドープＧａＡｓ／ＡｌＡｓ
半導体多層膜反射鏡（アンドープの上部半導体多層膜反
射鏡）６８が順次形成されている。そして、半導体発光
素子６０は、表面からｐ型ＧａＩｎＰクラッド層６５上
面までが円形にエッチングされ、さらに、小さいサイズ
で、表面からｐ型ＧａＡｓコンタクト層６７上面までが
円形にエッチングされている。
【００７１】その後、ＡｌＡｓ層６６をエッチング側面
から選択的に酸化することにより、ＡｌＡｓ酸化膜６９
が形成され、電流を円柱状の領域に狭窄するために、ｎ
型ＧａＩｎＰクラッド層６５の上面及び当該ｐ型ＡｌＡ
ｓ層６６とｐ型ＧａＡｓコンタクト層６７の円柱状の側
面にＳｉＮ絶縁膜７０が形成されいる。そして、ＳｉＮ
絶縁膜７０の表面とｐ型ＧａＡｓコンタクト層６７の上
面及びアンドープＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射
鏡の表面に、Ｃｒ／Ａｕからなるｐ側電極７１が形成さ
れ、ｎ型ＧａＡｓ基板６１の裏面に、光取出部分７２を
除いてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ側電極７３が形
成されている。
から選択的に酸化することにより、ＡｌＡｓ酸化膜６９
が形成され、電流を円柱状の領域に狭窄するために、ｎ
型ＧａＩｎＰクラッド層６５の上面及び当該ｐ型ＡｌＡ
ｓ層６６とｐ型ＧａＡｓコンタクト層６７の円柱状の側
面にＳｉＮ絶縁膜７０が形成されいる。そして、ＳｉＮ
絶縁膜７０の表面とｐ型ＧａＡｓコンタクト層６７の上
面及びアンドープＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射
鏡の表面に、Ｃｒ／Ａｕからなるｐ側電極７１が形成さ
れ、ｎ型ＧａＡｓ基板６１の裏面に、光取出部分７２を
除いてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ側電極７３が形
成されている。
【００７２】半導体発光素子６０においては、エッチン
グされたアンドープ半導体多層膜反射鏡６８の周辺のｐ
型コンタクト層６７からホールが多層膜反射鏡６８を通
らずに、活性層６４に注入される。したがって、素子抵
抗が低減され、半導体発光素子６０の発熱が抑制され
る。また、上部の半導体多層膜反射鏡６８は、電流を流
さないため、アンドープで形成することができ、反射鏡
６８の光の吸収損失を低減することができる。
グされたアンドープ半導体多層膜反射鏡６８の周辺のｐ
型コンタクト層６７からホールが多層膜反射鏡６８を通
らずに、活性層６４に注入される。したがって、素子抵
抗が低減され、半導体発光素子６０の発熱が抑制され
る。また、上部の半導体多層膜反射鏡６８は、電流を流
さないため、アンドープで形成することができ、反射鏡
６８の光の吸収損失を低減することができる。
【００７３】また、選択的に酸化して形成されたＡｌＡ
ｓ酸化膜６９は、エッチングした円形の面積よりも狭い
領域に電流を狭窄する働きをし、半導体発光素子６０の
発振閾電流値を低減することができる。また、半導体発
光素子６０においては、ＧａＡｓ基板６１に格子整合可
能な長波長帯材料であるＩｎＧａＮＡｓを活性層６４に
使用しているので、長波長帯のバンドギャップを有する
活性層６４に近接して、表面再結合電流が小さく、良好
なＡｌＡｓ酸化膜を形成することができる。
ｓ酸化膜６９は、エッチングした円形の面積よりも狭い
領域に電流を狭窄する働きをし、半導体発光素子６０の
発振閾電流値を低減することができる。また、半導体発
光素子６０においては、ＧａＡｓ基板６１に格子整合可
能な長波長帯材料であるＩｎＧａＮＡｓを活性層６４に
使用しているので、長波長帯のバンドギャップを有する
活性層６４に近接して、表面再結合電流が小さく、良好
なＡｌＡｓ酸化膜を形成することができる。
【００７４】さらに、半導体発光素子６０においては、
ＩｎＧａＮＡｓ活性層６４の格子定数をｎ型ＧａＡｓ基
板６１よりも大きくなるように組成を制御して、１％の
圧縮歪を活性層６４に内在させているので、活性層６４
の微分利得係数が増大し、無歪の場合に比較して、閾電
流値がより一層低減する。なお、活性層６４の厚さは、
８ｎｍと臨界膜厚よりも薄く設定されており、転位の発
生を抑制することができる。
ＩｎＧａＮＡｓ活性層６４の格子定数をｎ型ＧａＡｓ基
板６１よりも大きくなるように組成を制御して、１％の
圧縮歪を活性層６４に内在させているので、活性層６４
の微分利得係数が増大し、無歪の場合に比較して、閾電
流値がより一層低減する。なお、活性層６４の厚さは、
８ｎｍと臨界膜厚よりも薄く設定されており、転位の発
生を抑制することができる。
【００７５】このように、本実施の形態の半導体発光素
子６０は、第１導電型ＧａＡｓ基板６１上に、光学波長
の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡ
ｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導
電型の下部半導体多層膜反射鏡６２を形成し、ＧａＡｓ
基板６１と格子整合する第１導電型クラッド層６３と第
２導電型クラッド層６５に挟まれた活性層６４を、Ｉｎ
aＧａ1-aＮbＡｓ1-b -cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）を交互に積層してアンドープの上部半導体多層
膜反射鏡６８を形成しているので、半導体発光素子６０
の積層構成を、１回の結晶成長で全て作製することがで
き、簡単、かつ、容易な作製工程で作製することができ
るとともに、半導体発光素子６０の温度特性を向上させ
つつ、信頼性を向上させることができる。
子６０は、第１導電型ＧａＡｓ基板６１上に、光学波長
の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡ
ｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導
電型の下部半導体多層膜反射鏡６２を形成し、ＧａＡｓ
基板６１と格子整合する第１導電型クラッド層６３と第
２導電型クラッド層６５に挟まれた活性層６４を、Ｉｎ
aＧａ1-aＮbＡｓ1-b -cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、
０≦ｃ＜１）で形成し、光学波長の１／４の厚さでＡｌ
xＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜
ｙ≦１）を交互に積層してアンドープの上部半導体多層
膜反射鏡６８を形成しているので、半導体発光素子６０
の積層構成を、１回の結晶成長で全て作製することがで
き、簡単、かつ、容易な作製工程で作製することができ
るとともに、半導体発光素子６０の温度特性を向上させ
つつ、信頼性を向上させることができる。
【００７６】また、半導体発光素子６０は、ＩｎaＧａ
1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦
ｃ＜１）活性層６４に隣接する半導体層を、Ｉｎ1-pＧ
ａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１）で形成して
いるので、ＩｎＧａＡｓＰの結晶成長をＩｎＧａＮＡｓ
Ｐと同様な低温で行っても、光学的特性の低下を抑制す
ることができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ表面のＮの
再蒸発を防止し、半導体発光素子６０の信頼性をさらに
向上させることができる。
1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦
ｃ＜１）活性層６４に隣接する半導体層を、Ｉｎ1-pＧ
ａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１）で形成して
いるので、ＩｎＧａＡｓＰの結晶成長をＩｎＧａＮＡｓ
Ｐと同様な低温で行っても、光学的特性の低下を抑制す
ることができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ表面のＮの
再蒸発を防止し、半導体発光素子６０の信頼性をさらに
向上させることができる。
【００７７】さらに、半導体発光素子６０は、ＩｎaＧ
ａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０
≦ｃ＜１）活性層６４として、格子定数がＧａＡｓ基板
６１よりも大きく、かつ、その層厚が臨界膜厚より小さ
いものを使用しているので、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層６
４を、ＧａＡｓ基板６１の格子定数に一致するように弾
性変形して、圧縮歪を内在させ、微分利得係数を増大さ
せることができ、閾電流密度を低減させて、半導体発光
素子６０の信頼性を向上させることができる。
ａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０
≦ｃ＜１）活性層６４として、格子定数がＧａＡｓ基板
６１よりも大きく、かつ、その層厚が臨界膜厚より小さ
いものを使用しているので、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層６
４を、ＧａＡｓ基板６１の格子定数に一致するように弾
性変形して、圧縮歪を内在させ、微分利得係数を増大さ
せることができ、閾電流密度を低減させて、半導体発光
素子６０の信頼性を向上させることができる。
【００７８】また、半導体発光素子６０は、ＩｎaＧａ
1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦
ｃ＜１）活性層６４に近接して、ＡｌＡｓ層６６を形成
し、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜
ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層６４への電流注入領域以外
のＡｌＡｓ層６６を酸化して電流狭窄構造に形成してい
るので、ＡｌＡｓ層６６を選択的に酸化させる手法を用
いて、電流注入領域を、フォトリソグラフィ工程による
パターニング面積よりも狭く限定することができるとと
もに、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層６４に近接してＡｌＡｓ
層６６の酸化膜６９を形成し、電流狭窄を行って、微小
な領域に電流を集中させ、ＡｌＡｓ層６６の酸化膜６９
により表面再結合電流を抑制して、閾電流密度をより一
層低減させることができる。
1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦
ｃ＜１）活性層６４に近接して、ＡｌＡｓ層６６を形成
し、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０＜
ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層６４への電流注入領域以外
のＡｌＡｓ層６６を酸化して電流狭窄構造に形成してい
るので、ＡｌＡｓ層６６を選択的に酸化させる手法を用
いて、電流注入領域を、フォトリソグラフィ工程による
パターニング面積よりも狭く限定することができるとと
もに、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層６４に近接してＡｌＡｓ
層６６の酸化膜６９を形成し、電流狭窄を行って、微小
な領域に電流を集中させ、ＡｌＡｓ層６６の酸化膜６９
により表面再結合電流を抑制して、閾電流密度をより一
層低減させることができる。
【００７９】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。
【００８０】
【発明の効果】請求項１記載の発明の半導体発光素子に
よれば、第１導電型ＧａＡｓ基板上に、ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）材
料で半導体多層膜反射鏡を形成し、ＧａＡｓ基板と格子
整合する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層
に挟まれた活性層を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰ
c （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）で形成し、
光学波長の１／４の厚さで屈折率の異なる２種類の誘電
体を交互に積層して上部誘電体多層膜反射鏡を形成して
いるので、半導体発光素子の放熱特性を向上させること
ができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層とクラッド
層との伝導帯バンド不連続を大きくして、活性層からク
ラッド層への電子のオーバーフローを抑制し、半導体発
光素子の温度特性を向上させることができる。また、Ｎ
を数％含むＩｎＧａＮＡｓＰで活性層を形成しているの
で、ＩｎＧａＡｓＰよりもエネルギーバンドギャップを
狭くすることができるとともに、ＧａＡｓ基板に格子整
合させることができ、ＧａＡｓ基板とクラッド層界面や
クラッド層と活性層界面の転位密度を減少させて、Ｇａ
Ａｓ基板上に長波長帯発光層を形成することができる。
したがって、半導体発光素子の信頼性を向上させること
ができる。
よれば、第１導電型ＧａＡｓ基板上に、ＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）材
料で半導体多層膜反射鏡を形成し、ＧａＡｓ基板と格子
整合する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層
に挟まれた活性層を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰ
c （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）で形成し、
光学波長の１／４の厚さで屈折率の異なる２種類の誘電
体を交互に積層して上部誘電体多層膜反射鏡を形成して
いるので、半導体発光素子の放熱特性を向上させること
ができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層とクラッド
層との伝導帯バンド不連続を大きくして、活性層からク
ラッド層への電子のオーバーフローを抑制し、半導体発
光素子の温度特性を向上させることができる。また、Ｎ
を数％含むＩｎＧａＮＡｓＰで活性層を形成しているの
で、ＩｎＧａＡｓＰよりもエネルギーバンドギャップを
狭くすることができるとともに、ＧａＡｓ基板に格子整
合させることができ、ＧａＡｓ基板とクラッド層界面や
クラッド層と活性層界面の転位密度を減少させて、Ｇａ
Ａｓ基板上に長波長帯発光層を形成することができる。
したがって、半導体発光素子の信頼性を向上させること
ができる。
【００８１】請求項２記載の発明の半導体発光素子によ
れば、第１導電型ＧａＡｓ基板上に、光学波長の１／４
の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ
1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導電型の
下部半導体多層膜反射鏡を形成し、ＧａＡｓ基板と格子
整合する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層
に挟まれた活性層を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰ
c （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）で形成し、
光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜
１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層し
て第２導電型またはアンドープの上部半導体多層膜反射
鏡を形成しているので、半導体発光素子の積層構成を、
１回の結晶成長で全て作製することができ、簡単、か
つ、容易な作製工程で半導体発光素子を作製することが
できるとともに、半導体発光素子の温度特性を向上させ
ることができ、かつ、半導体発光素子の信頼性を向上さ
せることができる。
れば、第１導電型ＧａＡｓ基板上に、光学波長の１／４
の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ
1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導電型の
下部半導体多層膜反射鏡を形成し、ＧａＡｓ基板と格子
整合する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層
に挟まれた活性層を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰ
c （０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）で形成し、
光学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜
１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層し
て第２導電型またはアンドープの上部半導体多層膜反射
鏡を形成しているので、半導体発光素子の積層構成を、
１回の結晶成長で全て作製することができ、簡単、か
つ、容易な作製工程で半導体発光素子を作製することが
できるとともに、半導体発光素子の温度特性を向上させ
ることができ、かつ、半導体発光素子の信頼性を向上さ
せることができる。
【００８２】請求項３記載の発明の半導体発光素子によ
れば、第１導電型ＧａＡｓ基板上に、光学波長の１／４
の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ
1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導電型の
下部半導体多層膜反射鏡を形成し、ＧａＡｓ基板と格子
整合する第１導電型クラッド層及び第２導電型クラッド
層に挟まれた活性層を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc
（０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）で形成し、光
学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜
１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層し
て第２導電型またはアンドープの上部半導体多層膜反射
鏡を形成し、これら上部半導体多層膜反射鏡と下部半導
体多層膜反射鏡との間の共振器領域の厚さを、光学波長
の１／２の整数倍に設定し、かつ、活性層が光の定在波
の腹に位置するように形成しているので、ＧａＡｓ基板
に格子整合する長波長材料であるＩｎＧａＮＡｓＰで活
性層を形成し、その上下に形成する半導体多層膜反射鏡
を、屈折率差を大きくとることのできるＧａＡｓとＡｌ
Ａｓで作製して、高反射率の反射鏡を作成することがで
きるとともに、上部と下部の半導体多層膜反射鏡の間の
共振器領域の厚さを光学波長の１／２の整数倍に設定
し、かつ、活性層を光の定在波の腹に位置するようにし
て、長波長帯の自然放出光を抑制することができ、高効
率ダイオードや微小共振器半導体レーザーとして動作さ
せることができるとともに、半導体発光素子の信頼性を
向上させることができる。
れば、第１導電型ＧａＡｓ基板上に、光学波長の１／４
の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ
1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層して第１導電型の
下部半導体多層膜反射鏡を形成し、ＧａＡｓ基板と格子
整合する第１導電型クラッド層及び第２導電型クラッド
層に挟まれた活性層を、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc
（０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）で形成し、光
学波長の１／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜
１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）を交互に積層し
て第２導電型またはアンドープの上部半導体多層膜反射
鏡を形成し、これら上部半導体多層膜反射鏡と下部半導
体多層膜反射鏡との間の共振器領域の厚さを、光学波長
の１／２の整数倍に設定し、かつ、活性層が光の定在波
の腹に位置するように形成しているので、ＧａＡｓ基板
に格子整合する長波長材料であるＩｎＧａＮＡｓＰで活
性層を形成し、その上下に形成する半導体多層膜反射鏡
を、屈折率差を大きくとることのできるＧａＡｓとＡｌ
Ａｓで作製して、高反射率の反射鏡を作成することがで
きるとともに、上部と下部の半導体多層膜反射鏡の間の
共振器領域の厚さを光学波長の１／２の整数倍に設定
し、かつ、活性層を光の定在波の腹に位置するようにし
て、長波長帯の自然放出光を抑制することができ、高効
率ダイオードや微小共振器半導体レーザーとして動作さ
せることができるとともに、半導体発光素子の信頼性を
向上させることができる。
【００８３】請求項４記載の発明の半導体発光素子によ
れば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に隣接する半導体層を、
Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１）で
形成しているので、ＩｎＧａＡｓＰの結晶成長をＩｎＧ
ａＮＡｓＰと同様な低温で行っても、光学的特性の低下
を抑制することができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ表
面のＮの再蒸発を防止することができ、半導体発光素子
の信頼性をさらに向上させることができる。
れば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に隣接する半導体層を、
Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１）で
形成しているので、ＩｎＧａＡｓＰの結晶成長をＩｎＧ
ａＮＡｓＰと同様な低温で行っても、光学的特性の低下
を抑制することができるとともに、ＩｎＧａＮＡｓＰ表
面のＮの再蒸発を防止することができ、半導体発光素子
の信頼性をさらに向上させることができる。
【００８４】請求項５記載の発明の半導体発光素子によ
れば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層として、格子定数がＧａ
Ａｓ基板よりも大きく、かつ、その層厚が臨界膜厚より
も小さいものを使用しているので、ＩｎＧａＮＡｓＰ活
性層を、ＧａＡｓ基板の格子定数に一致するように弾性
変形して、圧縮歪を内在させることができ、半導体発光
素子の信頼性を向上させることができるとともに、微分
利得係数を増大させて、閾電流密度を低減させることが
できる。
れば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層として、格子定数がＧａ
Ａｓ基板よりも大きく、かつ、その層厚が臨界膜厚より
も小さいものを使用しているので、ＩｎＧａＮＡｓＰ活
性層を、ＧａＡｓ基板の格子定数に一致するように弾性
変形して、圧縮歪を内在させることができ、半導体発光
素子の信頼性を向上させることができるとともに、微分
利得係数を増大させて、閾電流密度を低減させることが
できる。
【００８５】請求項６記載の発明の半導体発光素子によ
れば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層として、その格子定数が
ＧａＡｓ基板よりも小さく、かつ、その層厚が臨界膜厚
よりも小さいものを使用しているので、従来の長波長帯
ＩｎＧａＮＡｓＰ材料系では、ＧａＡｓ基板に対して圧
縮歪を内在させることしかできなかったものを、ＩｎＧ
ａＮＡｓＰ活性層を、ＧａＡｓ基板の格子定数に一致す
るように弾性変形して、引張歪を内在させることがで
き、半導体発光素子の信頼性を向上させることができる
とともに、微分利得係数を増大させて、閾電流密度を低
減させることができる。
れば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層として、その格子定数が
ＧａＡｓ基板よりも小さく、かつ、その層厚が臨界膜厚
よりも小さいものを使用しているので、従来の長波長帯
ＩｎＧａＮＡｓＰ材料系では、ＧａＡｓ基板に対して圧
縮歪を内在させることしかできなかったものを、ＩｎＧ
ａＮＡｓＰ活性層を、ＧａＡｓ基板の格子定数に一致す
るように弾性変形して、引張歪を内在させることがで
き、半導体発光素子の信頼性を向上させることができる
とともに、微分利得係数を増大させて、閾電流密度を低
減させることができる。
【００８６】請求項７記載の発明の半導体発光素子によ
れば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に近接して、ＡｌＡｓ層
を形成し、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜
１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層への電流注入領域
以外のＡｌＡｓ層を酸化して電流狭窄構造に形成してい
るので、ＡｌＡｓを選択的に酸化させる手法を用いて、
電流注入領域を、フォトリソグラフィ工程によるパター
ニング面積よりも狭く限定することができるとともに、
ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層に近接してＡｌＡｓの酸化膜を
形成し、電流狭窄を行って、微小な領域に電流を集中さ
せ、ＡｌＡｓの酸化膜により表面再結合電流を抑制し
て、閾電流密度をより一層低減させることができる。
れば、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に近接して、ＡｌＡｓ層
を形成し、ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜
１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層への電流注入領域
以外のＡｌＡｓ層を酸化して電流狭窄構造に形成してい
るので、ＡｌＡｓを選択的に酸化させる手法を用いて、
電流注入領域を、フォトリソグラフィ工程によるパター
ニング面積よりも狭く限定することができるとともに、
ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層に近接してＡｌＡｓの酸化膜を
形成し、電流狭窄を行って、微小な領域に電流を集中さ
せ、ＡｌＡｓの酸化膜により表面再結合電流を抑制し
て、閾電流密度をより一層低減させることができる。
【図１】本発明の半導体発光素子の第１の実施の形態を
適用した半導体発光素子の正面断面図。
適用した半導体発光素子の正面断面図。
【図２】本発明の半導体発光素子の第２の実施の形態を
適用した半導体発光素子の正面断面図。
適用した半導体発光素子の正面断面図。
【図３】本発明の半導体発光素子の第３の実施の形態を
適用した半導体発光素子の正面断面図。
適用した半導体発光素子の正面断面図。
【図４】本発明の半導体発光素子の第４の実施の形態を
適用した半導体発光素子の正面断面図。
適用した半導体発光素子の正面断面図。
【図５】従来の半導体発光素子の一例の正面断面図。
【図６】従来の半導体発光素子の他の例の正面断面図。
【図７】従来の半導体発光素子のさらに他の例の正面断
面図。
面図。
１ 半導体発光素子 ２ ｎ型ＧａＡｓ基板 ３ ｎ型半導体多層膜反射鏡 ４ ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層 ５ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層 ６ アンドープＩｎＧａＮＡｓ活性層 ７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ８ 多層膜反射鏡 ９ 高抵抗領域 １０ ｐ型電極 １１ ｎ型電極 ２０ 半導体発光素子 ２１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜反射鏡 ２３ ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層 ２４ ＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活
性層 ２５ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層 ２６ ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜反射鏡 ２７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ２８ 高抵抗領域 ２９ ｐ側電極 ３０ 光取出部分 ３１ ｎ側電極 ４０ 半導体発光素子 ４１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ４２ ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡 ４３ ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層 ４４ ＧａＮＡｓ引張歪量子井戸活性層 ４５ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層 ４６ ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡 ４７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ４８ ＳｉＮ絶縁膜 ４９ ｐ側電極 ５０ 光取出部分 ５１ ｎ側電極 ６０ 半導体発光素子 ６１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ６２ ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡 ６３ ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層 ６４ ＩｎＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ圧縮歪量子井戸活性層 ６５ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層 ６６ ｐ型ＡｌＡｓ層 ６７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ６８ アンドープＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射
鏡 ６９ ＡｌＡｓ酸化膜 ７０ ＳｉＮ絶縁膜 ７１ ｐ側電極 ７２ 光取出部分 ７３ ｎ側電極
性層 ２５ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層 ２６ ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層膜反射鏡 ２７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ２８ 高抵抗領域 ２９ ｐ側電極 ３０ 光取出部分 ３１ ｎ側電極 ４０ 半導体発光素子 ４１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ４２ ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡 ４３ ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層 ４４ ＧａＮＡｓ引張歪量子井戸活性層 ４５ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層 ４６ ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡 ４７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ４８ ＳｉＮ絶縁膜 ４９ ｐ側電極 ５０ 光取出部分 ５１ ｎ側電極 ６０ 半導体発光素子 ６１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ６２ ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射鏡 ６３ ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層 ６４ ＩｎＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ圧縮歪量子井戸活性層 ６５ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層 ６６ ｐ型ＡｌＡｓ層 ６７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ６８ アンドープＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体多層膜反射
鏡 ６９ ＡｌＡｓ酸化膜 ７０ ＳｉＮ絶縁膜 ７１ ｐ側電極 ７２ 光取出部分 ７３ ｎ側電極
Claims (7)
- 【請求項１】第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長の１
／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌy
Ｇａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層された第１導
電型の下部半導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整合
する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟
まれたＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４の
厚さで屈折率の異なる２種類の誘電体が交互に積層され
た上部誘電体多層膜反射鏡と、を備えたことを特徴とす
る半導体発光素子。 - 【請求項２】第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長の１
／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌy
Ｇａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層された第１導
電型の下部半導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整合
する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟
まれたＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４の
厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層された第２導電型また
はアンドープの上部半導体多層膜反射鏡と、を備えたこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項３】第１導電型ＧａＡｓ基板と、光学波長の１
／４の厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌy
Ｇａ1-yＡｓ（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層させた第１導
電型の下部半導体多層膜反射鏡と、前記基板と格子整合
する第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層に挟
まれたＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦ａ＜１、０
＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層と、光学波長の１／４の
厚さでＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ＜１）とＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（ｘ＜ｙ≦１）が交互に積層された第２導電型また
はアンドープの上部半導体多層膜反射鏡と、を備え、前
記上部半導体多層膜反射鏡と前記下部半導体多層膜反射
鏡との間の共振器領域の厚さが、光学波長の１／２の整
数倍に設定され、かつ、前記活性層が、光の定在波の腹
に位置するように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４】前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦
ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に隣接する半
導体層は、Ｉｎ1-pＧａpＡｓqＰ1-q（０≦ｐ≦１、０≦
ｑ≦１）であることを特徴とする請求項１から請求項３
のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦
ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層は、その格子
定数が前記ＧａＡｓ基板よりも大きく、かつ、その層厚
が臨界膜厚よりも小さいことを特徴とする請求項１から
請求項４のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦
ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層は、その格子
定数が前記ＧａＡｓ基板よりも小さく、かつ、その層厚
が臨界膜厚よりも小さいことを特徴とする請求項１から
請求項４のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-cＰc （０≦
ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層に近接して、
ＡｌＡｓ層が形成され、前記ＩｎaＧａ1-aＮbＡｓ1-b-c
Ｐc（０≦ａ＜１、０＜ｂ＜１、０≦ｃ＜１）活性層へ
の電流注入領域以外の前記ＡｌＡｓ層が酸化されて電流
狭窄構造に形成されていることを特徴とする請求項１か
ら請求項６のいずれかに記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4983497A JPH10233557A (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4983497A JPH10233557A (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10233557A true JPH10233557A (ja) | 1998-09-02 |
Family
ID=12842124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4983497A Pending JPH10233557A (ja) | 1997-02-18 | 1997-02-18 | 半導体発光素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10233557A (ja) |
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