(57)【要約】【課題】導体多層膜を構成する第１の半導体膜と第２の半導体膜を異なる材料で形成した場合に生じる歪みやヘテロスパイクなどの問題を解消する。【解決手段】本発明の半導体発光素子１は、ｎ型クラッド層６、活性層７及びｐ型クラッド層８からなる発光レーザ構造部２と、互いに屈折率の異なる第１の半導体膜と第２の半導体膜とを交互に積層した構造を有する半導体多層膜３と、一対の電極４，５とを有する。そして、半導体多層膜３を構成する第１の半導体膜及び第２の半導体膜のうち、第１の半導体膜に含まれる不純物の濃度と第２の半導体膜に含まれる不純物の濃度を変えることで、それら２つの半導体膜に屈折率差をもたせた構成となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに屈折率の異なる第１の半導体膜と第２の半導体膜とを交互に積層した構造を有し、前記第１の半導体膜に含まれる不純物の濃度と前記第２の半導体膜に含まれる不純物の濃度が異なる半導体多層膜を備える
半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１の半導体膜と前記第２の半導体膜は、互いに同じ半導体材料で形成されている
請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記半導体多層膜は、結晶基板の上に形成され、
前記第１の半導体膜と前記第２の半導体膜は、前記結晶基板の基板材料と格子整合する材料で形成されている
請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の半導体膜と前記第２の半導体膜は、前記結晶基板と同一の材料で形成されている
請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
互いに屈折率の異なる第１の半導体膜と第２の半導体膜とを交互に積層した構造を有し、前記第１の半導体膜に含まれる不純物の濃度と前記第２の半導体膜に含まれる不純物の濃度が異なる半導体多層膜を備える半導体発光素子を光源として用いた
電子機器。
【請求項６】
互いに屈折率の異なる第１の半導体膜と第２の半導体膜とを交互に積層した半導体多層膜を結晶基板の上に形成するにあたって、
前記第１の半導体膜に含まれる不純物の濃度と前記第２の半導体膜に含まれる不純物の濃度が異なるように、前記第１の半導体膜を成膜する第１の成膜工程と前記第２の半導体膜を成膜する第２の成膜工程を繰り返す
半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１の成膜工程及び前記第２の成膜工程において、前記第１の半導体膜と前記第２の半導体膜を、同じ半導体材料を用いて形成する
請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１の成膜工程及び前記第２の成膜工程において、前記第１の半導体膜と前記第２の半導体膜を、前記結晶基板の基板材料と格子整合する材料で形成する
請求項６又は７記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１の成膜工程及び前記第２の成膜工程において、前記第１の半導体膜と前記第２の半導体膜を、前記結晶基板の基板材料と同一の材料で形成する
請求項８記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)構造の光取出し効率を高める光反射層やＶＣＳＥＬ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)構造の反射鏡として、半導体多層膜を用いた反射鏡が知られている。半導体多層膜は、互いに屈折率の異なる第１の半導体膜と第２の半導体膜を交互に積層した構造になっている。このような構造は、ＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)構造と呼ばれている。
【０００３】
従来は、第１の半導体膜と第２の半導体膜に屈折率の差をもたせるために、第１の半導体膜と第２の半導体膜を異なる材料で形成している。本明細書においては、材料の同一性を、元素組成の同一性だけでなく、元素組成比の同一性とあわせて判断するものとする。このため、「異なる材料」とは、元素組成の異なる材料の他に、元素組成比の異なる材料も含む。また、「同じ材料（同一の材料）」とは、元素組成と元素組成比の両方が同じ材料をいう。
【０００４】
第１の半導体膜と第２の半導体膜を異なる材料で形成する場合、元素組成の異なる材料の組み合わせとしては、例えば、第１の半導体膜をＧａＡｓで形成し、第２の半導体膜をＡｌＡｓで形成する場合がある。また、元素組成比の異なる材料の組み合わせとしては、例えば、第１の半導体膜をＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓで形成し、第２の半導体膜をＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓで形成する場合がある。また、特許文献１には、ＩｎＰ基板に、ＩｎＰ層と、ＩｎＰを含むＧａＰＳｂ層とを交互に積層して半導体多層膜を形成する技術や、ＩｎＰ基板に、ＡｌＰＳｂ層と、ＩｎＰを含むＧａＰＳｂ層とを交互に積層して半導体多層膜を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−６５２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体多層膜を構成する第１の半導体膜と第２の半導体膜を異なる材料で形成する場合は、格子定数やバッドギャップの異なる材料を交互に積層することになる。このため、格子歪みによるエピタキシャル欠陥が生じたり、ヘテロ障壁におけるヘテロスパイクによって導電特性が悪化したりする問題がある。例えば、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長によって、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる第１の半導体膜と、ＧａＮからなる第２の半導体膜とを交互に積層して半導体多層膜を形成した場合は、−７０００ｐｐｍを超える格子歪み（引っ張り歪み）と、約４００ｍｅＶのバンドギャップ差に由来するヘテロ障壁が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、半導体多層膜を構成する第１の半導体膜と第２の半導体膜を異なる材料で形成した場合に生じる歪みやヘテロスパイクなどの問題を解消することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体発光素子は、互いに屈折率の異なる第１の半導体膜と第２の半導体膜とを交互に積層した構造を有し、前記第１の半導体膜に含まれる不純物の濃度と前記第２の半導体膜に含まれる不純物の濃度が異なる半導体多層膜を備えるものである。また、本発明に係る電子機器は、上記構成の半導体発光素子を光源として用いたものである。
【０００９】
本発明に係る半導体発光素子とこれを用いた電子機器においては、第１の半導体膜に含まれる不純物の濃度と第２の半導体膜に含まれる不純物の濃度を変えることにより、半導体多層膜を構成する各々の半導体膜を異なる材料で形成しなくても、屈折率の異なる２つの半導体層を交互に積層した構造の半導体多層膜が実現される。
【００１０】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、互いに屈折率の異なる第１の半導体膜と第２の半導体膜とを交互に積層した半導体多層膜を結晶基板の上に形成するにあたって、前記第１の半導体膜に含まれる不純物の濃度と前記第２の半導体膜に含まれる不純物の濃度が異なるように、前記第１の半導体膜を成膜する第１の成膜工程と前記第２の半導体膜を成膜する第２の成膜工程を繰り返すものである。
【００１１】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、第１の半導体膜に含まれる不純物の濃度と第２の半導体膜に含まれる不純物の濃度が異なるように、第１の成膜工程と第２の成膜工程を繰り返すことにより、屈折率の異なる２つの半導体層を交互に積層した構造の半導体多層膜が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体多層膜を構成する第１の半導体膜と第２の半導体膜を異なる材料で形成しなくても、それらの半導体膜に屈折率差を生じさせることができる。これにより、第１の半導体膜と第２の半導体膜を同じ材料で形成することができる。このため、半導体膜の材料の違いによって生じる歪みやヘテロスパイクなどの問題を解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の構成例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す半導体多層膜の構造を拡大した図である。
【図３】半導体膜における不純物濃度と屈折率変化量の関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】半導体多層膜のバンド構造を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の構成例を示す概略断面図である。
【図７】図６に示す半導体多層膜の構造を拡大した図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を説明するための図である。
【図９】本発明の他の適用例を説明する図である。
【図１０】本発明のさらに他の適用例を説明する図である。
【図１１】本発明が適用される液晶表示装置（電子機器の一例）の外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は以下に記述する実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
【００１５】
本発明の実施の形態については、以下の順序で説明する。
１．第１の実施の形態（ＧａＡｓ材料系を用いた場合）
２．第２の実施の形態（ＧａＮ材料系を用いた場合）
３．適用例
【００１６】
本明細書で記述する元素記号の一覧を以下に示す。
Ｇａ：ガリウム
Ａｓ：ヒ素
Ａｌ：アルミニウム
Ｐ：リン
Ｉｎ：インジウム
Ｎ：窒素
Ｚｎ：亜鉛
Ｓｉ：シリコン
Ｓｂ：アンチモン
【００１７】
＜１．第１の実施の形態＞
［半導体発光素子の構成］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の構成例を示す概略断面図である。図示した半導体発光素子１は、発光ダイオード構造部２と、半導体多層膜３と、一対の電極４，５とを備えた構成となっている。発光ダイオード構造部２は、ｎ型のクラッド層６と、活性層７と、ｐ型のクラッド層８とを、順に積層した構造になっている。活性層７は、発光ダイオードの発光層を構成するものである。活性層７は、互いに導電型の異なる２つのクラッド層６，８によってサンドイッチ状に挟まれたｐｎ接合層となっており、このｐｎ接合層が発光層として機能する。
【００１８】
クラッド層６、活性層７及びクラッド層８は、例えば、半導体発光素子１がＡｌＧａＩｎＰ系の赤色発光ダイオードを構成するものであるとすると、次のような材料によって形成される。すなわち、クラッド層６はｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層によって形成され、活性層７はＧａＩｎＰ層によって形成され、クラッド層７はｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層によって形成される。
【００１９】
半導体多層膜３は、単一の導電型（図例ではｐ型）の半導体膜（詳細は後述）を積層することで形成されている。電極４は、ｎ側の電極としてｎ型のクラッド層６の外側面に形成されている。電極４には光取り出し用の窓（開口）９が設けられている。電極５は、ｐ側の電極として半導体多層膜３の外側面に形成されている。２つの電極４，５の間では、電極４から電極５に向かって、ｎ型のクラッド層６、活性層７、ｐ型のクラッド層８及び半導体多層膜３が、順に積層した構造になっている。
【００２０】
上記構成からなる半導体発光素子１においては、一対の電極４，５に順方向の電圧を加えると、ｎ側の電極４から供給される電子がクラッド層６を介して活性層７に到達する一方、ｐ側の電極５から供給される正孔が半導体多層膜３及びクラッド層８を介して活性層７に到達する。こうしてｎ側とｐ側から活性層７に送り込まれた電子と正孔は、当該活性層７で再結合し、これに伴うエネルギーの放出によって光を発生する。活性層７で発生した光は、電極４に設けられた窓９から外部に取り出される。また、活性層７で発生した光の一部は、半導体多層膜３で反射されることにより、窓９を通して外部に取り出される。
【００２１】
［半導体多層膜の構成］
図２は図１に示す半導体多層膜の構造を拡大した図である。図示のように、半導体多層膜３は、互いに屈折率の異なる第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２とを交互に積層した構造（ＤＢＲ構造）になっている。ここで、第１の半導体膜１１の膜厚をｄ１とし、第２の半導体膜１２の膜厚をｄ２とすると、これらの膜厚は次式の条件を満たすように設定されている。
【００２２】
ｄ１＝λ／（４×ｎ１）
ｄ２＝λ／（４×ｎ２）
ここで、λは発光ダイオードの発光波長（ピーク波長）、ｎ１は発光波長λにおける第１の半導体膜１１の屈折率、ｎ２は発光波長λにおける第２の半導体膜１２の屈折率である。
【００２３】
半導体多層膜３を構成する第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２は、互いに同じ半導体材料（化合物半導体）で形成されている。具体的には、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２がそれぞれIII−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓの半導体膜（ｐ型半導体膜）で形成されている。また、半導体多層膜３には、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２に屈折率の差を生じさせるために、不純物が導入（添加）されている。不純物としては、例えばＺｎが用いられている。ここで不純物として添加するＺｎは、半導体膜をｐ型とするためのアクセプタとして添加される。半導体膜に不純物を導入するにあたっては、当該半導体膜に含まれる不純物の濃度が変わっても、当該半導体膜を形成する半導体材料（化合物半導体）の元素組成や元素組成比は変わらないものとする。
【００２４】
第１の半導体膜１１に含まれる不純物の濃度と第２の半導体膜１２に含まれる不純物の濃度は異なっている。具体的には、例えば、第１の半導体膜１１には相対的に低い濃度で不純物が導入され、第２の半導体膜１２には相対的に高い濃度で不純物が導入されている。このため、第２の半導体膜１２に含まれる不純物の濃度は、第１の半導体膜１１に含まれる不純物の濃度よりも高くなっている。ただし、本例とは逆に、第１の半導体膜１１に含まれる不純物の濃度が、第２の半導体膜１２に含まれる不純物の濃度よりも高くなっていてもよい。
【００２５】
半導体膜は、不純物の導入によって光学的に屈折率が変化する性質がある。半導体膜に不純物を導入すると、これに伴うキャリア濃度の増大によってプラズマ効果が発生し、その結果として半導体膜の屈折率が低下する。本発明では、この性質を利用して、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２に屈折率差を持たせている。ここでは一例として、第１の半導体膜１１に相対的に低い濃度で不純物を導入し、第２の半導体膜１２に相対的に高い濃度で不純物を導入している。このため、第１の半導体膜１１は相対的に高い屈折率を有し、第２の半導体膜１２は相対的に低い屈折率を有している。
【００２６】
図３は半導体膜における不純物濃度と屈折率変化量の関係を示す図である。図３から分かるように、半導体膜に導入される不純物濃度が高くなると、それにしたがって半導体膜の屈折率が低下する方向で変化する。例えば、不純物濃度が３×１０19／ｃｍ3のときの屈折率は、不純物濃度がゼロ（ノンドープ）のときの屈折率と比較して約−０．０５になっており、不純物濃度が８×１０19／ｃｍ3のときの屈折率は約−０．１１になっている。不純物濃度が相対的に低い半導体膜に関しては、実質的に不純物を導入しない、ノンドープの半導体膜としてもよい。ただし、その場合は電気的に半導体膜の抵抗率が大きくなって電流注入効率が低下する懸念がある。このため、第１の半導体膜１１においては、電気的に十分な導電性を持たせるために、少なくとも１×１０17／ｃｍ3程度の濃度で不純物を導入することが望ましい。図３の関係からして、例えば、第１の半導体膜１１における不純物濃度を１×１０17／ｃｍ3とし、第２の半導体膜１２における不純物濃度を８×１０19／ｃｍ3とした場合は、両者の間に０．１０程度の屈折率差を生じさせることが可能である。
【００２７】
半導体多層膜３を反射鏡として機能させるうえでは、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２に少なくとも０．０５程度の屈折率差を生じさせることが望ましく、半導体多層膜３の厚さを抑えるうえでは０．１０程度の屈折率差を生じさせることが望ましい。これに対して、ＧａＡｓの半導体膜を成膜するときに、不純物としてＺｎを添加する場合は、その不純物濃度を１×１０20／ｃｍ3程度まで制御することができる（例えば、SJ Bass, PE Oliver - Gallium Arsenide and Related Compounds (St. Louis), 1976を参照）。このため、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２に実用上求められる屈折率差を生じさせることが可能である。
【００２８】
［半導体発光素子の製造方法］
半導体発光素子１を製造する場合は、図４に示すように、結晶基板１０の上にエピタキシャル成長法によってクラッド層６、活性層７、クラッド層８、半導体多層膜３を順に積層して形成する。半導体多層膜３を形成する工程では、第１の半導体膜１１を成膜する第１の成膜工程と第２の半導体膜１２を成膜する第２の成膜工程とを交互に繰り返す。
【００２９】
その際、第１の成膜工程及び第２の成膜工程において、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を、それぞれ同じ半導体材料（本例ではＧａＡｓ）を用いて形成する。また、エピタキシャル成長に用いる結晶基板（エピタキシャル成長基板）１０としては、２元混晶のＧａＡｓ基板を用いる。結晶基板１０にＧａＡｓ基板を用いた場合は、結晶基板１０と同一の材料となるＧａＡｓの膜で第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を形成する。
【００３０】
また、第１の半導体膜１１に含まれる不純物（本例ではＺｎ）の濃度と第２の半導体膜１２に含まれる不純物（本例ではＺｎ）の濃度が異なるように、上記第１の成膜工程と上記第２の成膜工程を繰り返す。これにより、第１の成膜工程で第１の半導体膜１１に導入される不純物の濃度と、第２の成膜工程で第２の半導体膜１２に導入される不純物の濃度を変える。具体的には、第２の半導体膜１２に導入される不純物の濃度が、第１の半導体膜１１に導入される不純物の濃度よりも高くなるように、各々の成膜工程で不純物濃度を変える。また、これとは逆に、第１の半導体膜１１に導入される不純物の濃度が、第２の半導体膜１２に導入される不純物の濃度よりも高くなるように、各々の成膜工程で不純物濃度を変えてもよい。各々の成膜工程で半導体膜に導入される不純物の濃度は、エピタキシャル成長装置の反応室（成長室）に供給する不純物の量に依存したものとなる。このため、第２の半導体膜１２に導入される不純物の濃度を、第１の半導体膜１１に導入される不純物の濃度よりも高くする場合は、第１の成膜工程では、反応室に供給する不純物の量を相対的に少なくし、第２の成膜工程では、反応室に供給する不純物の量を相対的に多くする。
【００３１】
不純物の供給量の切り換えは、例えば、次のような手法で行えばよい。すなわち、第１の成膜工程で使用する不純物供給系と、第２の成膜工程で使用する不純物供給系を、エピタキシャル成長装置に別々に設けておく。そして、第１の成膜工程から第２の成膜工程に切り換えるとき、又は、第２の成膜工程から第１の成膜工程に切り換えるときに、それにあわせて、使用する不純物供給系を切り換える。ちなみに、第１の半導体膜１１をノンドープの半導体膜で形成する場合は、第１の成膜工程を行なうときに不純物の供給を停止し、第２の成膜工程を行なうときに不純物の供給を実施することになる。
【００３２】
結晶基板１０の上にクラッド層６、活性層７、クラッド層８及び半導体多層膜３を形成した後は、上記図１に示すように、結晶基板１０を除去した後、ｎ側とｐ側にそれぞれ電極４と電極５を形成し、かつｎ側の電極４に光取り出し用の窓９を形成する。結晶基板１０を除去する理由は、活性層７で電子と正孔の再結合により発生する光が赤色光で、この赤色光をＧａＡｓ基板からなる結晶基板１０が吸収する特性を有するためである。
【００３３】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子１では、第１の半導体膜１１に含まれる不純物の濃度と第２の半導体膜１２に含まれる不純物の濃度を変えることにより、屈折率の異なる２つの半導体層（高屈折率層と低屈折率層）を交互に積層したＤＢＲ構造の半導体多層膜３を実現している。このため、半導体多層膜３を反射鏡として機能させるにあたって、半導体多層膜３を構成する第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を同じ材料で形成することができる。
【００３４】
これにより、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を交互に積層して半導体多層膜３を形成する場合に、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２が格子定数の等しい材料で形成されるため、半導体多層膜３の内部に格子定数の違いによる歪みが発生しなくなる。また、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を多層に積層した場合でも、半導体多層膜３の内部に歪みが蓄積されることがなくなる。このため、所望の反射率に応じて半導体多層膜３の層数を設定する際の自由度を高めることができる。特に、結晶基板１０と同じ材料で第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を形成した場合は、結晶基板１０に対して歪みのない半導体多層膜３を実現することができる。
【００３５】
また、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２がバンドギャップの等しい材料で形成されるため、半導体多層膜３のバンド構造は、図５に示すように、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２のヘテロ界面が連続性を有するものとなる。このため、異なる材料で２つの半導体膜を形成した場合に生じるヘテロスパイク（各々の材料のバンドギャップ差に伴うヘテロ障壁に由来）を回避することができる。その結果、半導体発光素子１の電流注入効率を高めることが可能となる。
【００３６】
なお、第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２は、結晶基板１０と同じ材料で形成することが好ましいものの、結晶基板１０と異なる材料で形成する場合でも、結晶基板１０と格子整合（格子定数が一致）する材料であれば、上記歪みの発生や蓄積を回避することができる。この点は、後述する第２の実施の形態についても同様である。
【００３７】
例えば、ＧａＡｓからなる結晶基板１０の上に第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を形成する場合は、結晶基板１０の基板材料と格子整合する材料として、当該基板材料と同じＧａＡｓの他に、ＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰなどの３元混晶の半導体材料や、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓなどの４元混晶の半導体材料を用いることができる。
【００３８】
また、ＧａＮからなる結晶基板１０の上に第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を形成する場合は、結晶基板１０の基板材料と格子整合する材料として、当該基板材料と同じＧａＮの他に、ＡｌＩｎＮなどの３元混晶の半導体材料や、ＡｌＧａＩｎＮなどの４元混晶の半導体材料を用いることができる。
【００３９】
また、ＩｎＰからなる結晶基板１０の上に第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を形成する場合は、結晶基板１０の基板材料と格子整合する材料として、当該基板材料と同じＩｎＰの他に、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰＳｂなどの３元混晶の半導体材料や、ＡｌＧａＰＳｂ、ＧａＩｎＡｓＰなどの４元混晶の半導体材料を用いることができる。
【００４０】
第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を３元混晶又は４元混晶の半導体材料で形成する場合は、その元素組成だけでなく、元素組成比も等しい材料を用いて第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を形成するものとする。その際、３元混晶の半導体材料を用いる場合は、ある１点の元素組成比で基板材料と格子整合させることになる。また、４元混晶の半導体材料を用いる場合は、元素組成比を適宜選択することで基板材料と格子整合させることになる。
【００４１】
＜２．第２の実施の形態＞
［半導体発光素子の構成］
図６は本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の構成例を示す概略断面図である。図示した半導体発光素子２１は、結晶基板２２と、半導体多層膜２３と、発光ダイオード構造部２４と、一対の電極２５，２６とを備えた構成となっている。結晶基板２２は、２元混晶のＧａＮ基板によって構成されている。半導体多層膜２３は、単一の導電型（図例ではｎ型）の半導体膜（詳細は後述）を積層することで形成されている。
【００４２】
発光ダイオード構造部２４は、ｎ型のクラッド層２７と、活性層２８と、ｐ型のクラッド層２９とを、順に積層した構造になっている。活性層２８は、発光ダイオードの発光層を構成するものである。活性層８は、互いに導電型の異なる２つのクラッド層２７，２９によってサンドイッチ状に挟まれたｐｎ接合層となっており、このｐｎ接合層が発光層として機能する。
【００４３】
クラッド層２７、活性層２８及びクラッド層２９は、例えば、次のような材料によって形成される。すなわち、クラッド層２７はｎ型のＧａＮ層によって形成され、活性層２８はＩｎＧａＮ層によって形成され、クラッド層２９はｐ型のＧａＮ層によって形成される。クラッド層２７及びクラッド層２９に関しては、ＧａＮ層にかえて、ＡｌＧａＮ層によって形成してもよい。
【００４４】
電極２５はｐ側の電極としてｐ型のクラッド層２９上の外側面に形成されている。電極２５には光取り出し用の窓（開口）３０が設けられている。電極２６は、ｎ側の電極として結晶基板２２の外側面に形成されている。２つの電極２５，２６の間では、電極２６から電極２５に向かって、結晶基板２２上に、半導体多層膜２３、クラッド層２７、活性層２８及びクラッド層２９が、順に積層した構造になっている。
【００４５】
上記構成からなる半導体発光素子２１においては、一対の電極２５，２６に順方向の電圧を加えると、ｎ側の電極２６から供給される電子が半導体多層膜２３及びクラッド層２７を介して活性層２８に到達する一方、ｐ側の電極２５から供給される正孔がクラッド層２９を介して活性層２８に到達する。こうしてｎ側とｐ側から活性層２８に送り込まれた電子と正孔は、当該活性層２８で再結合し、これに伴うエネルギーの放出によって光を発生する。活性層２８で発生した光は、電極２５に設けられた窓３０から外部に取り出される。また、活性層２８で発生した光の一部は、半導体多層膜２３で反射されることにより、窓３０を通して外部に取り出される。
【００４６】
［半導体多層膜の構成］
図７は図６に示す半導体多層膜の構造を拡大した図である。図示のように、半導体多層膜２３は、互いに屈折率の異なる第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２とを交互に積層した構造（ＤＢＲ構造）になっている。第１の半導体膜３１の膜厚ｄ１と、第２の半導体膜３２の膜厚ｄ２は、第１の実施の形態と同様に設定されている。
【００４７】
半導体多層膜２３を構成する第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２は、互いに同じ半導体材料（化合物半導体）で形成されている。具体的には、第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２がそれぞれIII−Ｖ族化合物半導体（窒化物半導体）であるＧａＮの半導体膜（ｎ型半導体膜）で形成されている。ここで結晶基板２２の基板材料はＧａＮであることから、第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２は、結晶基板２２と同一の材料で形成されている。また、半導体多層膜２３には、第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２に屈折率の差を生じさせるために、不純物が導入されている。不純物としては、例えばＳｉが用いられている。ここで不純物として添加するＳｉは、半導体膜をｎ型とするためのドナーとして添加されるものである。半導体膜にＳｉを添加すると、元素の置換（この場合はＧａとＳｉの置換）によりキャリア（電子）が発生するため、半導体膜中のキャリア濃度が増大する。
【００４８】
第１の半導体膜３１に含まれる不純物の濃度と第２の半導体膜３２に含まれる不純物の濃度は異なっている。具体的には、例えば、上記第１の実施の形態と同様に、第１の半導体膜３１には相対的に低い濃度で不純物が導入され、第２の半導体膜３２には相対的に高い濃度で不純物が導入されている。このため、第２の半導体膜３２に含まれる不純物の濃度は、第１の半導体膜３１に含まれる不純物の濃度よりも高くなっている。こうした不純物濃度の違いにより、第１の半導体膜３１は相対的に高い屈折率を有し、第２の半導体膜３２は相対的に低い屈折率を有している。
【００４９】
［半導体発光素子の製造方法］
半導体発光素子２１を製造する場合は、図８に示すように、結晶基板２２の上にエピタキシャル成長法によって半導体多層膜２３（第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２を含む）、クラッド層２７、活性層２８、クラッド層２９を順に積層し形成する。半導体多層膜２３を形成する工程では、第１の半導体膜３１を成膜する第１の成膜工程と第２の半導体膜３２を成膜する第２の成膜工程とを交互に繰り返す。
【００５０】
その際、第１の成膜工程及び第２の成膜工程において、第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２を、それぞれ同じ半導体材料（本例ではＧａＮ）を用いて形成する。また、エピタキシャル成長に用いる結晶基板（エピタキシャル成長基板）２２としては、前述したように２元混晶のＧａＮ基板を用いる。結晶基板２２にＧａＮ基板を用いた場合は、結晶基板２２と同一の材料となるＧａＮの膜で第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２を形成する。
【００５１】
また、第１の半導体膜１１に含まれる不純物（本例ではＳｉ）の濃度と第２の半導体膜１２に含まれる不純物（本例ではＳｉ）の濃度が異なるように、上記第１の成膜工程と上記第２の成膜工程を繰り返す。これにより、第１の成膜工程で第１の半導体膜３１に導入される不純物の濃度と、第２の成膜工程で第２の半導体膜３２に導入される不純物の濃度を変える。具体的には、第２の半導体膜３２に導入される不純物の濃度が、第１の半導体膜３１に導入される不純物の濃度よりも高くなるように、各々の成膜工程で不純物濃度を変える。例えば、第１の半導体膜３１の不純物濃度を１×１０17／ｃｍ3程度とし、第２の半導体膜３２の不純物濃度を１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3程度とする。各々の半導体膜３１，３２に導入する不純物の濃度は、上記第１の実施の形態と同様の手法で制御すればよい。
【００５２】
結晶基板２２の上に、半導体多層膜２３、クラッド層２７、活性層２８及びクラッド層２９を積層した後は、上記図６に示すように、ｐ側とｎ型にそれぞれ電極２５と電極２６を形成し、かつｐ側の電極２５に光取り出し用の窓３０を形成する。
【００５３】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子２１では、第１の半導体膜３１に含まれる不純物の濃度と第２の半導体膜３２に含まれる不純物の濃度を変えることにより、屈折率の異なる２つの半導体層（高屈折率層と低屈折率層）を交互に積層したＤＢＲ構造の半導体多層膜２３を実現している。このため、半導体多層膜２３を反射鏡として機能させるにあたって、半導体多層膜２３を構成する第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２を同じ材料で形成することができる。したがって、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５４】
なお、上記第１の実施の形態で採用した半導体発光素子１の構成は、結晶基板１０としてＧａＡｓ基板の代わりにＧａＮ基板を用い、当該基板材料と同じ材料（又は格子整合する材料）で第１の半導体膜１１と第２の半導体膜１２を形成した場合にも採用可能である。同様に、第２の実施の形態で採用した半導体発光素子２１の構成は、結晶基板２２としてＧａＮ基板の代わりにＧａＡｓ基板を用い、当該基板材料と同じ材料（又は格子整合する材料）で第１の半導体膜３１と第２の半導体膜３２を形成した場合にも採用可能である。こうした点は、結晶基板の基板材料として、他の化合物半導体材料、例えばＩｎＰを用いた場合でも同様である。
【００５５】
＜３．適用例＞
上記各実施の形態においては、発光ダイオード構造部を有する半導体発光素子に適用した場合について説明したが、本発明に係る半導体発光素子はこれに限らない。例えば、図９に示すように、結晶基板４１の上に、第１の半導体多層膜４２、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）構造部４３及び第２の半導体多層膜４４を順に積層した構造の半導体発光素子（面発光レーザ素子）４０にも適用可能である。ここで記述するＶＣＳＥＬ構造部４３は、図示しない活性層（発光層）を含み、この活性量の下側と上側に第１の半導体多層膜４２と第２の半導体多層膜４４が形成されている。また、他の半導体発光素子として、例えば図１０に示すように、結晶基板５１上にレーザ構造部（内部に発光層を含む）５２を形成し、それらの端面の反射率を制御するために、当該端面部にエピタキシャル再成長によって半導体多層膜５３を形成した半導体発光素子５０にも適用可能である。
【００５６】
また、本発明は半導体発光素子を用いた電子機器にも適用可能である。例えば、照明装置、液晶表示装置、レーザプリンタ等の電子機器の光源として、上記の半導体発光素子を用いた構成を採用することが可能である。
【００５７】
図１１は本発明が適用される液晶表示装置（電子機器の一例）の外観を示す斜視図である。図示した液晶表示装置は、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１と、当該映像表示画面部１０１の背面側から光を照射するバックライト（不図示）とを備えている。そして、このバックライトの光源として本発明の半導体発光素子を用いることにより、液晶表示装置が作製されている。
【符号の説明】
【００５８】
１，２１…半導体発光素子、３，２３…半導体多層膜、７，２８…活性層（発光層）、１０，２２…結晶基板、１１，３１…第１の半導体膜、１２，３２…第２の半導体膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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