JPH06125111A

JPH06125111A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JPH06125111A
Application number: JP21052193A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Watabe; 信一渡部; Kazuyuki Tadatomo; 一行只友; Hiroaki Okagawa; 広明岡川
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1993-08-25
Publication date: 1994-05-06
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JP3139890B2

Abstract

(57)【要約】【構成】裏面に下部電極７を有する半導体基板１と、
ｐｎ接合部Ｘと、基板とｐｎ接合部との間に配置される
第１の光反射層２と、上部電極６と、ｐｎ接合部と上部
電極との間に配置され上部電極へ向かう光を実質的に反
射しえる第２の光反射層８とを備えることを特徴とし、
好適にはｐｎ接合部Ｘと第２の光反射層８間に、ｐｎ接
合部に形成される発光層よりも広いバンドギャップを有
する半導体層を設けてなる半導体発光素子である。【効果】上部電極に吸収される光量を大幅に減少で
き、上部電極に向かう光を効果的に素子外部へ取り出せ
るようになるので、ｐｎ接合部にて発光した光を無駄な
く効果的に素子外部へ取り出せて、従来の発光素子より
も約５０％輝度が向上した高輝度のものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子に関
し、詳しくは発光が上部電極に吸収されることが防止さ
れて効果的に発光を取り出せる構成としてなる高輝度を
有する発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子に
関する。

【０００２】

【従来技術】近年、ＬＥＤ等の表面放射型半導体発光素
子の高輝度化をはかるため、ダブルヘテロ構造とした半
導体発光素子のｐｎ接合部と基板との間に、Ｂｒａｇｇ
光反射層を設けた構成として、ｐｎ接合部で発光した光
のうち基板側へ向かう光を上記Ｂｒａｇｇ光反射層にて
光取出面方向へ反射させて、光を効率よく取り出せる構
成とした半導体発光素子が知られている。

【０００３】図７は、上記従来の半導体発光素子の構成
を示す断面図である。同図において、Ｈは半導体発光素
子を示し、第１導電型の半導体基板１上に、平板状Ｂｒ
ａｇｇ光反射層２、第１導電型の半導体クラッド層３、
半導体活性層４および第２導電型の半導体クラッド層５
が、それぞれ０．０１乃至数十μｍオーダーの厚さに設
けられている。上記半導体発光素子Ｈにおいては、第１
導電型の半導体クラッド層３と半導体活性層４とで発光
層となるｐｎ接合部Ｘが形成され、上記第２導電型の半
導体クラッド層５の表面（光取出面）Ａに上部電極６
が、一方、上記基板１の裏面に下部電極７がそれぞれ設
けられている。

【０００４】上記構造によれば、上部電極６と下部電極
７との間に駆動電流が流されると、ｐｎ接合部Ｘにて発
光するようになる。上記発光のうち光取出面Ａへ向かう
光は、上記光取出面Ａから放射される。一方、基板１側
へ向かう光は、平板状光反射層２によって光取出面Ａへ
向かって反射されて、この光も光取出面Ａから放射され
るようになる。したがって、ｐｎ接合部Ｘにて発光した
光が、基板１に吸収されることなく素子外部に取り出す
ことができて、半導体発光素子Ｈの輝度を向上できるよ
うになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記光取出
面Ａへ向かう光は光取出面Ａ上に形成された上部電極６
が障害（影部）となり吸収されるので、発光素子外部に
取り出せる光量が低減し半導体発光素子Ｈの輝度を十分
に向上できない問題がある。このように、基板とｐｎ接
合部との間に光反射層を設けた半導体発光素子の構造に
よっても、半導体発光素子を高輝度化するには限界があ
り、市場ではさらに高輝度の発光素子の開発が強く望ま
れている。そこで上記市場の要望に応じて様々な改良が
提案されているが、そのような高輝度を有する発光素子
は未だ開発されていないのが現状である。

【０００６】本発明の目的は、上記課題を解消しｐｎ接
合部にて発光した光を効率よく素子外部に取り出すこと
ができ、高輝度化が可能なＬＥＤ等の半導体発光素子を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する半導
体発光素子は、裏面に下部電極を有する半導体基板と、
ｐｎ接合部と、基板とｐｎ接合部との間に配置される第
１の光反射層と、上部電極と、ｐｎ接合部と上部電極と
の間に配置され上部電極へ向かう光を実質的に反射しえ
る第２の光反射層とを備えることを特徴とし、好適には
ｐｎ接合部と第２の光反射層間に、上記ｐｎ接合部に形
成される発光層のバンドギャップよりも広いバンドギャ
ップを有する半導体層を設けてなるものである。

【０００８】本発明の半導体発光素子は、前記従来のｐ
ｎ接合部と基板との間に、光反射層を設けた構成の半導
体発光素子において、ｐｎ接合部と上部電極との間に、
第２の光反射層を形成したことを特徴とする。図１は、
上記半導体発光素子の構造を示す模式断面図である。な
お、以下の説明においては、前記図７と同一箇所には同
一の符号を付して説明する。同図において、半導体発光
素子Ｈ１は、半導体基板１上に、光反射層２、半導体ク
ラッド層３、半導体活性層４および半導体クラッド層５
が順次積層されている。上記半導体発光素子Ｈ１におい
ては、クラッド層３と活性層４とで発光層となるｐｎ接
合部Ｘが形成され、また、上記半導体クラッド層５の光
取出面Ａには上部電極６が、一方、上記基板１の裏面に
は下部電極７がそれぞれ設けられている。さらに、本発
明では光取出面Ａと上部電極６間の上部電極直下部に
は、第２の光反射層８が形成されている。

【０００９】上記構成の半導体発光素子Ｈ１によると、
ｐｎ接合部Ｘが発光したとき、光取出面Ａへ向かう光
は、上記光取出面Ａから放射される。一方、基板１側へ
向かう光は、平板状光反射層２によって光取出面Ａへ向
かって反射されて、この光も光取出面Ａから放射される
ようになる。これらの光取出面Ａへ向かう光の一部は、
光取出面Ａ上の上部電極６に向かう。しかしながら、該
上部電極６の直下部には第２の光反射層が形成されてい
るので、上記上部電極６に向かう光は反射されるように
なる。このように、上部電極６に向かう光が上部電極６
に吸収されることが防止されるようになるので、半導体
発光素子Ｈは、ｐｎ接合部Ｘにて発光した光を無駄なく
素子外部に取り出せるようになり、半導体発光素子Ｈの
輝度が向上するようになる。

【００１０】本発明の半導体発光素子において、基板を
構成する半導体材料としては、特に制限はなく、通常Ｌ
ＥＤ等の基板材料として用いられるものがいずれも好適
に使用できる。その具体例としては、ＩｎＰ系，ＧａＡ
ｓ系，ＧａＰ系，ＡｌＧａＡｓ系，ＧａＩｎＰ系，Ｇａ
ＩｎＡｓ系等の各種ｐ型またはｎ型半導体が挙げられ
る。

【００１１】上記基板１上に形成される第１の光反射層
２としては、ｐｎ接合部Ｘにて発光する光を反射できる
層であればよいが、自然放出光を利用しているＬＥＤの
発光スペクトルの半値全幅は、３０〜８０meＶ程度の範
囲を有していることが多く、すなわち、発光波長に広が
りがあることから、その反射波長帯域はできるだけ広い
ことが望ましい。

【００１２】上記光反射層としては、それぞれ屈折率の
異なる２種類以上の材料からなる多層構造を有するＢｒ
ａｇｇ反射層、導電性の半導体材料や絶縁膜からなる電
気的導通を保つために多くの穴を有している反射層等が
あるが、ＭＯＣＶＤ等のエピタキシャル成長のプロセス
中で形成させることができ、膜厚の制御性も良好である
Ｂｒａｇｇ反射層とすることが好ましい。

【００１３】上記Ｂｒａｇｇ反射層は、特定の屈折率
ｎ、厚さｄ（ｄ＝λ／４ｎで定められる；ただし、λは
発光層の中心発光波長）を有する一つの層と、この層と
は屈折率の異なるもう一つの層とのペアで構成される。
反射率を高めるには、上記のペアを複数形成すればよ
い。また、反射帯域幅を広くするには、屈折率が上記の
ペアとは異なるペアを複数形成するか、あるいは厚さの
異なるペアを複数形成すればよい。一般的にＢｒａｇｇ
反射層は、上記のペアを２〜２００対、通常は４〜６０
対程度積層して形成される。この場合、発光部から遠ざ
かる方向に、中心波長λが段階的に長くなるように、反
射層を設けることが好ましい。

【００１４】上記構成のＢｒａｇｇ反射層は、特定波長
の光が最大反射率となる波長選択性、即ち光干渉作用に
よって光を反射するようになる。具体的には、例えば屈
折率が３．６５のＧａＡｓと屈折率が３．４２のＧａ_0.
₅Ａｌ_0.5Ａｓとを、ＧａＡｓ（厚さ４３nm）／Ｇａ
_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ（厚さ４６nm）を一対または上記のよ
うに複数対形成すれば、６３０nm帯の光反射層が形成で
きる。

【００１５】また、上記第１の光反射層２上に形成する
クラッド層３，５および活性層４としては、具体的に
は、例えばＧａＡｓ基板を使用する場合、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＧａＩｎＰおよび／またはＡｌＧａＡｓが使用で
き、ＧａＰ基板を使用する場合は、ＡｌＧａＰが使用で
きる。また、ＩｎＰ基板を使用する場合、ＩｎＧａＡｓ
Ｐが使用できる。さらにＧａＮ基板を使用する場合に
は、ＡｌＧａＮが使用できる。さらに、ＧａＰ基板やＧ
ａＡｓ基板上にＺｎＳｅＳ，ＺｎＣｄＳｅ，ＭｇＺｎＳ
ｅＳをＭＢＥ法等で成長させた構成のものも使用でき
る。上記構成では、クラッド層５の上面が半導体発光素
子の光取り出し面Ａとなる。

【００１６】第２の光反射層８は、上記光取り出し面Ａ
と上部電極６との間に形成される。上記第２の光反射層
８は、光取出面Ａへ向かう光のうち、実質的に上部電極
６へ向かう光を反射しえる形状、大きさであればよく、
上部電極６の底部面積より多少大きくても小さくてもよ
いが、上部電極６と平面的にほぼ同じ大きさにし、上部
電極６の直下に設けるようにすると、上部電極６へ向か
う光を確実に反射できるようになり好ましい。この第２
の光反射層は、前記第１の光反射層と同様にして形成さ
れる。

【００１７】上記光反射層および半導体層は、半導体基
板上に各材料をエピタキシャル成長させてえられる。こ
のエピタキシャル成長方法としては、例えばＭＯＣＶＤ
法，ＭＢＥ法，ＬＰＥ法等の公知の方法を用いることが
できる。

【００１８】上部電極６は、上記第２の光反射層上に形
成される。一方、下部電極７は、上記半導体基板１の裏
面に形成される。上記電極材料としては、ＡｕＢｅ，Ａ
ｕＳｎ，ＡｕＧｅ，ＡｕＺｎ等が使用され、電極は真空
蒸着，スパッタリング等の方法によって形成される。
本発明の半導体発光素子の構造としては、Ｈｏｍｏ型，
シングルヘテロ（ＳＨ）型，ダブルヘテロ（ＤＨ）型，
量子井戸構造等が挙げられる。特にＤＨ型は、発光部と
なる活性層上下に成長したクラッド層がその光を吸収せ
ず、注入されたキャリアが効果的に閉じ込められて発光
効率が上がり、発光素子の輝度をより向上できるので好
ましい。

【００１９】なお、本発明では、図３の模式断面図に示
すように、クラッド層９と第２の光反射層８との間に、
発光した光を吸収しないように発光層のバンドギャップ
よりも広いバンドギャップを有する化合物半導体層１０
を電流拡散層として形成することができる。この化合物
半導体としては、公知のIII −Ｖ族（ＧａＡｓ，Ｇａ
Ｐ，ＩｎＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＧａＡｌＰ等）、IV−IV族
（ＳｉＣ）、Ｉ−III −VI₂族（ＣｕＩｎＳｅ₂，Ｃｕ
ＧａＳｅ₂，ＡｇＧｕＳ₂等）が使用でき、公知のＣＶ
Ｄ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法、ＭＯＶＰＥ法等
の方法によって上記層１０が形成できる。

【００２０】上記化合物半導体層１０を形成する構成に
よれば、上部電極６から注入された電流が効果的にｐｎ
接合部Ｘに広がり、ｐｎ接合部全体で発光が得られ、ク
ラッド層９が薄い場合に電極直下の活性層への部分的な
キャリア注入によって、発光効率が低下するという問題
を解消できる。

【００２１】なお、上記半導体層１０を基板の代用と
し、その上にｐｎ接合部および第１の光反射層を成長さ
せ、反対面に第２の光反射層を成長させ、それぞれ電極
を付加して発光素子を構成することもできる。また、上
記半導体層１０としては、エピタキシャル成長が容易で
厚膜の層が得られ易く、かつ、バンドギャップが広いと
いう特性があるＧａＰが特に好ましい。

【００２２】本発明においては、第１および第２の光反
射層としては、平板状の形状で差し支えないが、上記第
１または第２の光反射層にて反射した光が第２または第
１の光反射層に再帰反射して光共振現象が生じることが
あるので、該光が再帰反射しない反射層形状とすること
が好ましい。このような光反射層の形状としては、上記
平板状光反射層では、表面に凹凸を形成したり、光反射
層を例えば図４に示す切妻屋根状、図５に示すピラミッ
ド状、図６に示すドーム状等の斜面部Ｓが形成される立
体形状に形成すればよい。上記光反射層の構成によれ
ば、光が再帰反射せず光共振現象が回避できるようにな
り、光を効果的に取り出せるようになり好ましい。

【００２３】上記斜面部を有する立体形状の光反射層
は、予め成長用基板にフォトリソグラフィーを用いてパ
ターニングを行い、ウエットまたはドライにより異方性
エッチングを行い基板表面を所望の形状に加工するか、
あるいは、ＭＢＥ法，ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長に
よって、基板表面に基板の結晶面とは異なった結晶面を
有するエピタキシャル層を成長することによって形成す
ることができる。

【００２４】

【作用】以上説明したように、本発明の半導体発光素子
によれば、上部電極へ向かう光を確実に反射でき光が上
部電極に吸収されることが大幅に抑制されて、効果的に
素子外部へ取り出されるようになる。また、光反射層を
再帰反射しない形状としたので、光が第１と第２の光反
射層にて共振することが防止されるようになり、光を素
子外部に効率的に取り出せるようになる。したがって、
本発明の半導体発光素子は、ｐｎ接合部にて発光した光
を無駄なく効果的に素子外部に取り出せるようになり、
従来の発光素子よりも輝度が大幅に向上した高輝度のも
のとなる。さらに、光取り出し面と第２の光反射層との
間に、バンドギャップが広い化合物半導体層を形成する
と、電流が効果的に拡散し発光面積が拡大するようにな
り、輝度が向上するようになる。

【００２５】

【実施例】以下、実施例を示し本発明の半導体発光素子
をより具体的に説明する。実施例１図１は、一実施例による半導体発光素子の構成を示す模
式断面図である。この半導体発光素子Ｈ１は、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、ＧａＡｓ層とＡｌ_0.45Ｇａ_0. ₅₅Ａｓ層
との多対積層体からなるｎ型の第１の光反射層２と、こ
の第１の光反射層２の上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層３と、このクラッド層３の上にｐ型ＧａＩｎＰ活性層
４と、さらにこの活性層４の上にｐ型ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層５とが順次積層され、上記クラッド層５の表面
（光取り出し面）Ａ上には、上記第１の光反射層と同一
構造のｐ型の第２の光反射層８を介してＡｕＢｅよりな
る上部電極６が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基
板１の裏面にはＡｕＳｎよりなる下部電極７が形成され
ている。

【００２６】上記半導体発光素子Ｈ１は、次のようにし
て製造した。即ち、厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、エピタキシャルによって厚さ０．２μｍのｎ型
ＧａＡｓバッファー層を成長させた後、ＧａＡｓとＡｌ
_0.45Ｇａ_0.55Ａｓのそれぞれの原料ガスを基板１上へ交
互供給して、ＧａＡｓ層とＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ層とを
一対として２０対交互積層して反射層を形成した。な
お、反射帯域幅を広げるために、ＧａＡｓ層は４４〜４
９ｎｍ、Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ層は４８〜５３ｎｍの範
囲で厚さを変化させた。ついでこの第１の光反射層２上
に厚さ３μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、厚さ
１μｍのｎ型ＧａＩｎＰ活性層４、厚さ１０μｍのｐ型
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５を順次成長させた。この組
成は、ＧａＡｓと格子整合し６５０nmに相当するバンド
ギャップを有するように調製されたものである。さらに
上記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５の光取出面Ａ上
に、上記第１の光反射層と同様の構造の厚さ１．９μｍ
のｐ型の第２の光反射層を形成し、ついで、上記第２の
光反射層８上にＡｕＢｅを真空蒸着した後、パターニン
グ処理を施し、さらに、エッチング処理を施して、該光
取出面Ａの略中央部に直径１００μｍの円形状の第２の
光反射層８および上部電極６を形成した。一方、ウエハ
ー（基板）裏面にＡｕＳｎを真空蒸着して下部電極７を
形成した後、該ウエハーをダイシングしてチップ化し、
３５０μｍ×３５０μｍの光取出面を有する半導体発光
素子Ｈを作製した。

【００２７】比較例１上記実施例１において、第２の光反射層８を設けない以
外は全て同様にして、図７に示す構成の半導体発光素子
Ｈを作製した。

【００２８】実施例２〜４上記実施例１の半導体発光素子において、第１の光反射
層２の形状を、図４に示す切妻屋根状（実施例２）、図
５に示すピラミッド状（実施例３）、図６に示すドーム
状（実施例４）とし、斜面部Ｓを有する立体形状にそれ
ぞれ形成した以外は全て同様にして、半導体発光素子を
製造した。なお、上記斜面部Ｓを有する立体形状の第１
の光反射層２は、それぞれ次のようにして作製した。即
ち、予め成長用基板にフォトリソグラフィーを用いてパ
ターニングを行い、ウエットまたはドライにより異方性
エッチングを行い基板表面を所望の形状に加工した。こ
の他にＭＢＥ法，ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長によっ
て、基板表面に基板の結晶面とは異なった結晶面を有す
るエピタキシャル層を成長することによって形成するこ
ともできる。

【００２９】（発光試験）上記実施例１〜４および比較
例１で得られた各半導体発光素子に、上部電極と下部電
極間に２０ｍＡの電流を流し発光させた。そのときの輝
度を輝度測定計（フォトメーターモデル５５０−１Ｅ
Ｇ＆Ｇ社製）を用いて測定したところ、表１に示す結果
が得られた。

【００３０】

【表１】

【００３１】上記表１から明らかなように、実施例の半
導体発光素子は、比較例のものよりも約５０％輝度が向
上したものであった。

【００３２】実施例５図２は、他の実施例によるホモ型半導体発光素子の構成
を示す模式断面図である。このホモ型半導体発光素子Ｈ
２は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＧａＡｓバッファー層
（図示せず）と、ＧａＡｓ層とＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ層
との多対積層体からなるｎ型の第１の反射層２と、この
第１の反射層２の上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層３と、この
層３の上にｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層４とが順次積層され、
このｐ型層４の表面を光取り出し面Ａとして、その上に
上記第１の反射層と同一構造のｐ型の第２の反射層８を
介してＡｕＢｅよりなる上部電極６が形成されている。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはＡｕＳｎよりなる
下部電極７が形成されている。上記ホモ型半導体発光素
子Ｈ２は、次のようにして製造した。即ち、厚さ３５０
μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１上に、エピタキシャルによっ
て厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＡｓバッファー層を成長さ
せた後、ＧａＡｓとＧａ_0.3Ａｌ_0.7Ａｓのそれぞれの
原料ガスを基板１上へ交互供給して、厚さ３７〜４３ｎ
ｍのｎ型ＧａＡｓ層と厚さ４１〜４７ｎｍのｎ型Ｇａ
_0.3Ａｌ_0.7Ａｓ層とを一対として２２対積層し、ｎ型
の第１の光反射層２を形成した。その上に途中中央部に
ｐｎ接合部Ｘを有する１５μｍのＩｎＧａＡｌＰ層２０
（３，４）を成長させた。この組成は、ＧａＡｓと格子
整合し５９０nmに相当するバンドギャップを有するよう
に調製されたものである。さらにその上に上記第１の光
反射層と同一構造のｐ型の第２の光反射層８を介して上
部電極を、また、基板裏面に下部電極をそれぞれ実施例
１と同様にして形成した。

【００３３】比較例２上記実施例５において、第２の光反射層８を設けない以
外は全て同様にして、半導体発光素子を作製した。

【００３４】実施例６〜８上記実施例５の半導体発光素子において、第１の光反射
層２の形状を、前記のように切妻屋根状、ピラミッド
状、ドーム状とし、斜面部Ｓを有する立体形状にそれぞ
れ形成した以外は全て同様にして、半導体発光素子を製
造した。得られた各半導体発光素子を前記と同様にして
その輝度を測定したところ、表２に示す結果が得られ
た。

【００３５】

【表２】

【００３６】上記表２から明らかなように、実施例の半
導体発光素子は、比較例のものよりも約５０％輝度が向
上したものであった。

【００３７】実施例９この実施例による半導体発光素子は、上記図２と同様の
積層構造を有し、ＳＨ型構造を形成したものである。前
記実施例５と相違するところは、層４をクラッド層とし
てｐ型ＡｌＧａＰを用い、層３をｎ型ＡｌＧａＩｎＰの
活性層としたことである。上記ＳＨ型半導体発光素子
は、実施例５と同様にして次のようにして製造した。即
ち、厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１上に、エピタ
キシャルによって厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＡｓバッフ
ァー層を成長させた後、厚さ３７〜４３ｎｍのｎ型Ｇａ
Ａｓ層と厚さ４１〜４７ｎｍのｎ型Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7Ａ
ｓ層とを一対として１８対積層してｎ型の第１の光反射
層を形成した。その上に５μｍのＩｎＧａＡｌＰ層を成
長させた。この組成は、ＧａＡｓと格子整合し５９０nm
に相当するバンドギャップを有するように調製されたも
のである。さらにその上にｐ型ＡｌＧａＰクラッド層を
形成させた後、上記第１の光反射層と同一構造のｐ型の
第２の光反射層８を介して上部電極を、また、基板裏面
に下部電極をそれぞれ実施例１と同様にして形成した。
なお、この発光素子においては、ｐ側のオーミックコン
タクトを取り易くするために、最上層に厚さ０．５μｍ
のＧａＡｓ層を形成した。

【００３８】比較例３上記実施例９において、第２の光反射層８を設けない以
外は全て同様にして、半導体発光素子を作製した。

【００３９】実施例１０〜１２上記実施例９の半導体発光素子において、第１の光反射
層２の形状を、前記のように切妻屋根状、ピラミッド
状、ドーム状とし、斜面部Ｓを有する立体形状にそれぞ
れ形成した以外は全て同様にして、半導体発光素子を製
造した。得られた各半導体発光素子を前記と同様にして
その輝度を測定したところ、表３に示す結果が得られ
た。

【００４０】

【表３】

【００４１】上記表３から明らかなように、実施例の半
導体発光素子は、比較例のものよりも約５０％輝度が向
上したものであった。

【００４２】実施例１３この実施例による半導体発光素子は図３に示すＤＨ型構
造としたものである。この半導体発光素子Ｈ３は、ｎ型
ＧａＡｓ基板１上に、ＧａＡｓバッファー層（図示せ
ず）と、ＩｎＧａＰ層とＩｎＡｌＰ層との多対積層体か
らなるｎ型の第１の光反射層２と、この第１の光反射層
２の上にｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３と、このクラ
ッド層３の上にノンドープＩｎＧａＡｌＰ活性層４と、
この活性層４の上にｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層９
と、さらのその上に組成傾斜層（図示せず）を介してｐ
型ＧａＰ層１０が順次積層され、このｐ型ＧａＰ層１０
上には、ＧａＰ層とＡｌＧａＰ層との多対積層体からな
るｐ型の第２の光反射層８を介してＡｕＢｅよりなる上
部電極６が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１
の裏面にはＡｕＳｎよりなる下部電極７が形成されてい
る。上記ＤＨ型半導体発光素子Ｈ３は、次のようにして
製造した。即ち、厚さ３００μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１
上に、エピタキシャルによって厚さ０．５μｍのｎ−Ｇ
ａＡｓバッファー層を成長させた後、厚さ３８〜４４ｎ
ｍのｎ型ＩｎＧａＰ層と厚さ４２〜４７ｎｍのｎ型Ｉｎ
ＡｌＰ層とを一対として２５対積層したｎ型の第１の光
反射層２を形成した。その上に５μｍのｎ型ＩｎＧａＡ
ｌＰクラッド層３を成長させ、さらに０．８μｍのノン
ドープＩｎＧａＡｌＰ活性層４を形成した。その上に３
μｍのｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層９を成長させ、
０．２μｍの組成傾斜層を介して２０μｍのｐ型ＧａＰ
層１０を形成した。さらにその上に厚さ４３〜４８nmの
ｐ型ＧａＰ層と厚さ４６〜５１nmのｐ型ＡｌＧａＰ層と
を一対として２５対積層したｐ型の第２の光反射層８を
介して上部電極を、また、基板裏面に下部電極をそれぞ
れ実施例１と同様にして形成した。上記各層の組成は、
ＧａＡｓと格子整合し、かつ、発光部は５７０nm相当の
バンドギャップを持つように調製されたものである。

【００４３】比較例４上記実施例１３において、第２の光反射層８を設けない
以外は全て同様にして、半導体発光素子を作製した。

【００４４】実施例１４〜１６上記実施例１３の半導体発光素子において、第１の光反
射層２の形状を、前記のように切妻屋根状、ピラミッド
状、ドーム状とし、斜面部Ｓを有する立体形状にそれぞ
れ形成した以外は全て同様にして、半導体発光素子を製
造した。得られた各半導体発光素子を前記と同様にして
その輝度を測定したところ、表４に示す結果が得られ
た。

【００４５】

【表４】

【００４６】上記表４から明らかなように、実施例の半
導体発光素子は、比較例のものよりも約５０％輝度が向
上したものであった。

【００４７】実施例１７この実施例による半導体発光素子は図３に示すＤＨ型構
造と同じ構造としたものである。上記実施例１３と相違
するところは、ｎ型の第１の光反射層２として、ＺｎＳ
_0.07Ｓｅ_0.93層とＺｎ_0.87Ｍｇ_0.13Ｓ_0.07Ｓｅ_0.93層と
の多対積層体を用いたこと、また、この第１の光反射層
２の上にｎ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド層３と、この
クラッド層３の上にノンドープＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳ
ｅ多重量子井戸構造の発光層４と、さらにこの発光層４
の上にｐ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド層９と、さらの
その上に組成傾斜層を介してｐ型ＺｎＳｅ層１０が順次
積層されているところである。この構成の半導体発光素
子は、青色系発光をするものである。上記ＤＨ型半導体
発光素子は、次のようにして製造した。即ち、厚さ３５
０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＢＥ法によって厚さ
０．１μｍのｎ−ＧａＡｓバッファー層を成長させた
後、ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93とＺｎ_0.87Ｍｇ_0.13Ｓ_0.18Ｓｅ
_0.82のそれぞれの原料ガスを基板１上へ交互供給して、
厚さ４１〜４７ｎｍのｎ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93層と厚さ
４２〜４９ｎｍのｎ型Ｚｎ_0.87Ｍｇ_0.13Ｓ_0.18Ｓｅ_0.82
層とを一対として３２対積層したｎ型の第１の光反射層
を形成した。その上に２μｍのｎ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93
クラッド層を成長させ、さらに０．４μｍのノンドープ
ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ多重量子井戸構造の発光層を形
成した。その上に２μｍのｐ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラ
ッド層を成長させ、０．１μｍの組成傾斜層を介して３
μｍのｐ型ＺｎＳｅ層を形成した。さらにその上に、第
１の光反射層と同一構造のｐ型の第２の光反射層８を介
して上部電極を、また、基板裏面に下部電極をそれぞれ
実施例１と同様にして形成した。

【００４８】比較例５上記実施例１７において、第２の光反射層８を設けない
以外は全て同様にして、半導体発光素子を作製した。

【００４９】実施例１８〜２０上記実施例１７の半導体発光素子において、第１の光反
射層２の形状を、前記のように切妻屋根状、ピラミッド
状、ドーム状とし、斜面部Ｓを有する立体形状にそれぞ
れ形成した以外は全て同様にして、半導体発光素子を製
造した。得られた各半導体発光素子を前記と同様にして
その輝度を測定したところ、表５に示す結果が得られ
た。

【００５０】

【表５】

【００５１】上記表５から明らかなように、実施例の半
導体発光素子は、比較例のものよりも約５０％輝度が向
上したものであった。

【００５２】実施例２１この実施例による半導体発光素子は、上記実施例１７と
同様に青色系発光をするものである。上記実施例１７と
相違するところは、ｎ型の第１の光反射層２として、Ｚ
ｎＳｅとＭｇＳとの多対積層体を用いているところであ
る。上記ＤＨ型半導体発光素子は、次のようにして製造
した。即ち、厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板上に、
ＭＢＥ法によって厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッフ
ァー層を成長させた後、厚さ３７〜４４ｎｍのｎ型Ｚｎ
Ｓｅ層と厚さ３９〜４６ｎｍのｎ型ＭｇＳ層とを一対と
して１５対積層してｎ型の第１の光反射層２を形成し
た。その上に２μｍのｎ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッド
層３を成長させ、さらに０．４μｍのノンドープＺｎＣ
ｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ多重量子井戸構造の発光層４を形成
した。その上に２μｍのｐ型ＺｎＳ_0.07Ｓｅ_0.93クラッ
ド層９を成長させ、０．０５μｍの組成傾斜層を介して
５μｍのｐ型ＺｎＳｅ層１０を形成した。さらにその上
に、第１の光反射層と同様の構造のｐ型の第２の光反射
層８を介して上部電極を、また、基板裏面に下部電極を
それぞれ実施例１と同様にして形成した。

【００５３】比較例６上記実施例２１において、第２の光反射層８を設けない
以外は全て同様にして、半導体発光素子を作製した。

【００５４】実施例２２〜２４上記実施例２１の半導体発光素子において、第１の光反
射層２の形状を、前記のように切妻屋根状、ピラミッド
状、ドーム状とし、斜面部Ｓを有する立体形状にそれぞ
れ形成した以外は全て同様にして、半導体発光素子を製
造した。得られた各半導体発光素子を前記と同様にして
その輝度を測定したところ、表６に示す結果が得られ
た。

【００５５】

【表６】

【００５６】上記表６から明らかなように、実施例の半
導体発光素子は、比較例のものよりも約５０％輝度が向
上したものであった。

【００５７】

【発明の効果】本発明の半導体発光素子によれば、上部
電極に吸収される光量を大幅に減少でき、上部電極へ向
かう光を効果的に素子外部へ取り出せるようになるの
で、ｐｎ接合部にて発光した光を無駄なく効果的に素子
外部に取り出せて、従来の発光素子よりも約５０％輝度
が向上した高輝度のものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による半導体発光素子の構造
を示す模式断面図である。

【図２】本発明の他の実施例による半導体発光素子の構
造を示す模式断面図である。

【図３】本発明のその他の実施例による半導体発光素子
の構造を示す模式断面図である。

【図４】本発明の半導体発光素子における第１の光反射
層の形状を示す一部切欠模式側断面図である。

【図５】本発明の半導体発光素子における第１の光反射
層の他の形状を示す一部切欠模式側断面図である。

【図６】本発明の半導体発光素子における第１の光反射
層のその他の形状を示す一部切欠模式側断面図である。

【図７】従来の半導体発光素子の構造を示す模式断面図
である。

【符号の説明】

１基板２第１の光反射層３クラッド層４活性層５クラッド層６上部電極７下部電極８第２の光反射層Ａ光取り出し面Ｘｐｎ接合部Ｈ１半導体発光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏面に下部電極を有する半導体基板と、
ｐｎ接合部と、基板とｐｎ接合部との間に配置される第
１の光反射層と、上部電極と、ｐｎ接合部と上部電極と
の間に配置され上部電極へ向かう光を実質的に反射しえ
る第２の光反射層とからなる半導体発光素子。
【請求項２】ｐｎ接合部と第２の光反射層間に、上記
ｐｎ接合部に形成される発光層のバンドギャップよりも
広いバンドギャップを有する半導体層を設けてなる請求
項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】広いバンドギャップの半導体層がＧａＰ
を主成分とする半導体である請求項２記載の半導体発光
素子。
【請求項４】第１および第２の光反射層が、それぞれ
２種の異なる化合物半導体の多対積層体からなる光干渉
型の光反射層である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】ｐｎ接合部が、第１導電型の化合物半導
体からなる第１のクラッド層と、第２導電型の化合物半
導体からなる第２のクラッド層との間に、化合物半導体
からなる活性層を配置したダブルヘテロ構造で構成され
ている請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】半導体基板が、ＧａＡｓ基板である請求
項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】ｐｎ接合部が、第１導電型のＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層とＡｌＧａＩｎＰ活性層と第２導電型の
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とで形成されるものである請
求項５記載の半導体発光素子。
【請求項８】光干渉型の光反射層が、ＧａＡｓ層とＡ
ｌＧａＡｓ層との多対積層体から構成されてなる請求項
４記載の半導体発光素子。
【請求項９】第２の光反射層が、上部電極の直下に、
かつ、上部電極と平面的にほぼ同じ大きさに設けられる
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１０】第１の光反射層が斜面部を有する立体
形状である請求項１記載の半導体発光素子。