(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる多層反射膜が直接接するように複数形成され、これらの多層反射膜の最上層の上に、この最上層と同じ材料系からなる活性層を含む１以上の層数からなる発光層が形成され、この発光層上に発光層と同程度の格子定数を持つ材料系からなる多層反射膜が形成され、ここに、発光層上に形成された発光層と同程度の格子定数を持つ多層反射膜が発光層と同じ材料系であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
発光層上に、発光層と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる多層反射膜が複数形成され、ここに、これらの多層反射膜のうち最も発光層側の多層反射膜の材料が発光層と同じ材料系であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
発光層に接する多層反射膜を構成する層が、多層反射膜を構成するもう一方の層よりもエネルギーギャップが大きいことを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
半導体基板がGaAsであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
半導体基板上に形成する半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜が(AlyGa1-y)zIn1-zP（0≦y≦1, 0≦z≦1）を含み発光層が(Aly'Ga1-y’)z'In1-z'P（0≦y'≦1, 0≦z'≦1）であることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【請求項６】
半導体基板上に形成する半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜がAlxGa1-xAs（0≦x≦1）を含むことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
発光層上に備える発光層と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜がAlxGa1-xAs（0≦x≦1）を含むことを特徴とする請求項５または６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
半導体基板上に形成される半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜の最上層と同じ材料系の多層反射膜とその下の別の材料系からなる多層反射膜の界面と活性層の距離が０.３μｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１記載の半導体発光素子。
【請求項９】
活性層が量子井戸層であることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光伝送用（特にIEEE1394用）および表示用等に用いられる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信や半導体発光素子情報表示パネル等に半導体発光素子が広く用いられている。これらの半導体発光素子は発光効率が高いこと、光通信用の半導体発光素子においてはさらに応答速度が高速であることが重要であり近年開発が盛んに行われている。
通常の面発光型のＬＥＤは高速応答性はあまりよくなく、１００Ｍｂｐｓ〜２００Ｍｂｐｓ程度が限界である。そこで、レゾナントキャビティー（Resonant Cavity）型ＬＥＤあるいは面発光レーザーと呼ばれる半導体発光素子が開発されている。これらの半導体発光素子は、２つのミラーで形成された共振器において発生する定在波の腹の位置が発光層になるようにすることにより、高速応答および高効率を実現する半導体発光素子である。特に最近、比較的短い距離の通信に光ファイバー（ＰＯＦ）が利用されはじめ、このＰＯＦの低損失な波長領域である６５０ｎｍでの高効率な発光が可能なAlGaInP系の半導体材料を発光層とするレゾナントキャビティー型ＬＥＤや面発光レーザーが開発されている［High Brightness Visible Resonant Cavity Light Emitting Diode: IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS VOL.10 NO.12 DECEMBER 1998］。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来レゾナントキャビティー型ＬＥＤや面発光レーザーは定在波の腹の位置に精度よく活性層を形成する必要があるため、波長程度の長さの共振器長で素子が作製されていた。その結果、基板側分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector; ＤＢＲ）と活性層との距離が非常に小さくなっていた。
【０００４】
発光層がAlGaInP系の場合、１００％近い反射率が必要な基板側にはAlGaAs系の材料からなるＤＢＲが採用される。これは、６５０ｎｍの発光波長に対して透明な材料でＤＢＲを形成する場合、AlGaAs系の材料の方がAlGaInP系の材料よりも高屈折率側の層と低屈折率側の層との屈折率差が大きくなるからである。
【０００５】
ところが、AsとPのＶ族元素が切り替わる界面は結晶性が悪いため、AsとPの切り換え界面から活性層までの距離が小さいAlGaInP系のレゾナントキャビティー型ＬＥＤや面発光レーザーは内部量子効率が低下してしまうという問題があった。通常構造のＬＥＤについても同様の問題があり、AsとPの切り換え界面から活性層までの距離がある一定値以下になると効率が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記問題点を解決するために、AsとPのＶ族元素の切り換えによる結晶性の低い界面から活性層までの距離を大きくして活性層の結晶性低下を抑制することにより、高効率な発光が可能な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ために請求項１の半導体発光素子は、半導体基板上に、半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる多層反射膜を複数形成し、この多層反射膜上にこの多層反射膜の最上層と同じ材料系からなる活性層を含む１以上の層数からなる発光層を備えることを特徴とする。
この請求項１の発明の半導体発光素子では、発光層と異なる材料系の多層反射膜により高い反射率を確保し、その上に発光層と同じ材料系の多層反射膜を形成した後、発光層を形成するので、材料系の切り替え界面から活性層までの距離を大きくすることにより活性層の結晶性低下を避けることができる。
【０００８】
請求項２の半導体発光素子は、請求項１の半導体発光素子において、発光層上に発光層と同程度の格子定数を持つ材料系からなる多層反射膜を備えることを特徴とする。
この請求項２の半導体発光素子では、発光層上の多層反射膜が発光層と同程度の格子定数を持つ材料系からなるので、容易に鏡面状態が得られ、少ない層数で高い反射率を得ることができる。
【０００９】
請求項３の半導体発光素子は、請求項２の半導体発光素子において、発光層上の発光層と同程度の格子定数を持つ多層反射膜が発光層と同じ材料系であることを特徴とする。
この請求項３の半導体発光素子では、発光層上の多層反射膜が発光層と同じ材料系であるので、発光層と格子定数が同じで材料系が異なる多層反射膜の場合よりも作製が容易である。
【００１０】
請求項４の半導体発光素子は、請求項２の半導体発光素子において、発光層上に、発光層と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる多層反射膜を複数形成し、この多層反射膜の最も発光層側の材料が発光層と同じ材料系であることを特徴とする。
この請求項４の半導体発光素子では、発光層よりも上の発光層とは直接接しない場所に発光層とは異なる材料系の多層反射膜を備えるので、発光層よりも上の多層反射膜の反射率を少ない層数で高くすることができる。
【００１１】
請求項５の半導体発光素子は、請求項１ないし４に記載の半導体発光素子において、発光層に接する多層反射膜を構成する層が、多層反射膜を構成するもう一方の層よりもエネルギーギャップが大きいことを特徴とする。
この請求項５の半導体発光素子では、よりエネルギーギャップの大きな材料が発光層に接するので、キャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【００１２】
請求項６の半導体発光素子は、請求項１ないし５に記載の半導体発光素子において、半導体基板がGaAsであることを特徴とする。
この請求項６の半導体発光素子では、GaAs基板に格子整合することができるAlGaAs系、AlGaInP系、ZnSe系等の材料を使用することができる。
【００１３】
請求項７の半導体発光素子は、請求項６に記載の半導体発光素子において半導体基板上に形成する半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜が(AlyGa1-y)zIn1-zP（0≦y≦1, 0≦z≦1）を含み発光層が(Aly'Ga1-y')z'In1-z'P（0≦y'≦1, 0≦z'≦1）であることを特徴とする。この請求項７の半導体発光素子では、発光層とそれに接する多層反射膜にAlGaInP系の材料を使用し、yおよびz、y'およびz'を任意に変化させることによって、緑色から赤色の波長領域の半導体発光素子を作製することができる。
【００１４】
請求項８の半導体発光素子は、請求項７に記載の半導体発光素子において、半導体基板上に形成する半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜がAlxGa1-xAs（0≦x≦1）を含むことを特徴とする。
この請求項８の半導体発光素子では、AlxGa1-xAs（0≦x≦1）からなる多層反射膜は緑色から赤色の波長領域に対して、(AlyGa1-y)zIn1-zP（0≦y≦1, 0≦z≦1）からなる多層反射膜よりも反射率が高いので、少ない層数で高い反射率を得ることができる。
【００１５】
請求項９の半導体発光素子は、請求項７および８に記載の半導体発光素子において発光層上に備える発光層と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜がAlxGa1-xAs（0≦x≦1）を含むことを特徴とする。
この請求項９の半導体発光素子では、AlxGa1-xAs（0≦x≦1）からなる多層反射膜は緑色から赤色の波長領域に対して、(AlyGa1-y)zIn1-zP（0≦y≦1, 0≦z≦1）からなる多層反射膜よりも反射率が高いので、少ない層数で高い反射率を得ることができる。
【００１６】
請求項１０の半導体発光素子は、請求項１ないし９に記載の半導体発光素子において半導体基板上に形成される半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜の最上層と同じ材料系の多層反射膜とその下の別の材料系からなる多層反射膜の界面と活性層の距離が０．３μｍ以上であることを特徴とする。
この請求項１０の半導体発光素子では、多層反射膜の最上層と同じ材料系の多層反射膜とその下の別の材料系からなる多層反射膜の界面と活性層の距離が０．３μｍ以上であるので、高い結晶性の活性層を形成することができる。
【００１７】
請求項１１の半導体発光素子は、請求項１ないし１０に記載の半導体発光素子において活性層が量子井戸層であることを特徴とする。
この請求項１１の半導体発光素子では、活性層が量子井戸であるので、量子井戸活性層を使用するレゾナントキャビティー型ＬＥＤおよび面発光レーザー等に適用し効率の高い半導体発光素子を作製することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。
本実施例において、ＤＢＲは、２つの層を交互に多数積層することにより構成される。例えば、層ａおよび層ｂからなるＤＢＲには、１の層ａおよび１の層ｂを１ペアとし、
ａｂ/ａｂ/・・・/ａｂのように、全てがペアである構成と、
ａｂ/ａｂ/・・・/ａｂ/ａのように、最後の層だけペアにならない構成とがある。前者の場合のペア数は、例えば、１０などの整数で表記されるが、後者の場合のペア数は、例えば、１０．５ペアと表記される。
【００１９】
実施例１
図１（ａ）は本実施例で得られる半導体発光素子の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ―Ｙでの断面図である。図２は本実施例の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。図３（ａ）は本実施例の半導体発光素子の製造工程を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ―Ｙでの断面図である。
【００２０】
この半導体発光素子はAlGaInP系のものであり、図２に示すように、ｎ型のGaAs基板1上にｎ型のGaAsバッファー層2（厚さ１μｍ）、ｎ型のAl0.5Ga0.5Asとｎ型のAlAsとからなる２０．５ペアのＤＢＲ3、ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pとからなる５ペアのＤＢＲ4、ｎ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第１クラッド層5（厚さ約０．２μｍ）、井戸層が８０ÅのGaInPとバリア層が２００Åの(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pとからなる量子井戸活性層6、ｐ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第２クラッド層7（厚さ１μｍ）、ｐ型のAl0.5Ga0.5As電流拡散層8（厚さ７μｍ）、ｐ型のGaAs cap層9（厚さ０．０１μｍ）を有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition; ＭＯＣＤＶ）法により順次積層した。
【００２１】
ここで、ｎ型のAl0.5Ga0.5Asとｎ型のAlAsの２０．５ペアのＤＢＲ3およびｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５ペアのＤＢＲ4は反射スペクトルの中心が６５０ｎｍになるようにした。そして、量子井戸活性層6のピーク波長を６５０ｎｍになるようにした。また、ｎ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第１クラッド層5の層厚はＤＢＲでの反射光と活性層での発光光の干渉ピークが６５０ｎｍになるようにした。
【００２２】
その後、図３に示すように、ｐ型のGaAs cap層9を硫酸／過酸化水素系エッチャントで除去した後、ｐ型のAl0.5Ga0.5As電流拡散層8上にAuZn/Mo/Auをスパッタし、フォトリソグラフィーによりパターニングし表面電極を形成した。その後、熱処理することによりｐ型電極10が得られた。
【００２３】
そして、図１に示すように、GaAs基板を約２８０μｍまで研磨し、この研磨した面にAuGe/Auを蒸着し、熱処理することによりｎ型電極11を形成した。このようにして得られた半導体発光素子の光出力は、３０ｍＡにて１.４５ｍＷであった。ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５ペアのＤＢＲ4がない構造の素子の光出力が、３０ｍＡにて０．４４ｍＷであったのに比べて、約３倍の光出力向上が達成された。ｎ型のAl0.5Ga0.5Asとｎ型のAlAsの２０．５ペアのＤＢＲ3の反射率は９０％以上であるので、この３倍の光出力向上に対して、ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５ペアのＤＢＲ4を加えることによる反射率向上による寄与は小さく、As/Pの切り換え界面から活性層までの距離が大きくなったことによる活性層の結晶性向上の寄与が大きい。
【００２４】
ｎ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第１クラッド層が約０．２μｍの場合における光出力のｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P ＤＢＲのペア数依存性を図４に示す。
１ペアは約０．１μｍであるので、図４より光出力の低下を１／２までに抑制するためにはAlGaAs系ＤＢＲとAlGaInP系ＤＢＲとの界面から活性層までの距離を０．３μｍ以上にする必要があることが分る。
【００２５】
実施例２
図５（ａ）は本実施例で得られる半導体発光素子の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ―Ｙでの断面図である。図６は本実施例の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。図７（ａ）および図８（ａ）は本実施例の半導体発光素子の製造工程を示す平面図であり、図７（ｂ）および図８（ｂ）は、それぞれ、図７（ａ）および図８（ａ）のＸ―Ｙでの断面図である。
【００２６】
この半導体発光素子はAlGaInP系のものであり、図６に示すようにｎ型のGaAs基板21上にｎ型のGaAsバッファー層22（厚さ１μｍ）、ｎ型のAl0.5Ga0.5Asとｎ型のAlAsの３０．５ペアのＤＢＲ23、ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ24、ｎ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第１クラッド層25、井戸層が５０ÅのGaInPの量子井戸活性層26、ｐ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第２クラッド層27、ｐ型のAl0.5In0.5Pとｐ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの１２．５ ペアのＤＢＲ28、ｐ型のAlGaInP中間層29（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第１電流拡散層30（厚さ１μｍ）、ｎ型のAl0.01Ga0.98In0.01P電流狭窄層31（厚さ０．３μｍ）、ｎ型のGaAs cap層32（厚さ０．０１μｍ）をＭＯＣＤＶ法により順次積層した。
【００２７】
ここで、ｎ型のAl0.5Ga0.5Asとｎ型のAlAsの３０．５ペアのＤＢＲ23、ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ24およびｐ型のAl0.5In0.5Pとｐ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの１２．５ペアのＤＢＲ28は反射スペクトルの中心が６６５ｎｍになるようにした。また、ＤＢＲ24およびＤＢＲ28で形成される共振器の共振波長も６６５ｎｍになるように共振器長を調整した。本実施例では共振器長を２波長分とした。さらに量子井戸活性層26の位置は共振器中に生じる定在波の腹の位置にくるようにし、発光ピーク波長は６６５ｎｍになるようにした。
【００２８】
その後、図７に示すように、ｎ型のGaAs cap層32を硫酸／過酸化水素系エッチャントで除去した後、フォトリソグラフィーおよび、硫酸／過酸化水素系エッチャントによりｎ型Al0.01Ga0.98In0.01P電流狭窄層31をｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第１電流拡散層30に達するまでエッチングした。このときのエッチングで７０μｍφの円形状の電流経路を形成した。
【００２９】
その後、図８に示すように、ｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第２電流拡散層33（厚さ７μｍ）をｎ型のAl0.01Ga0.98In0.01P電流狭窄層31およびｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第１電流拡散層30上に再成長する。
【００３０】
その後、図５に示すように、ｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第２電流拡散層33上にAuGe/Auを蒸着し、フォトリソグラフィーおよびAuエッチャントによるエッチングにより表面電極を形成した。その後、熱処理することによりｐ型電極34が得られた。そして、GaAs基板を約２８０μｍまで研磨し、この研磨した面にAuBe/Auを蒸着し、熱処理することによりｎ型電極35を形成した。
【００３１】
このようにして得られた半導体発光素子はの光出力は、３０ｍＡにて３．５ｍＷであった。ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ24がない構造の素子の光出力が３０ｍＡにて１．８ｍＷであったのに比べて、約２倍の光出力向上が達成された。
【００３２】
本実施例では、ｎ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第１クラッド層25の厚さが約０．３μｍであるために光出力向上が約２倍となっている。ｎ型のAl0.5Ga0.5Asとｎ型のAlAsの３０．５ペアのＤＢＲ23の反射率は９８％程度であるので、この約２倍の光出力向上に対して、ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ24を加えることによる反射率向上による寄与は小さく、As/Pの切り換え界面から活性層までの距離が大きくなったことによる活性層の結晶性向上の寄与が大きい。
【００３３】
また、発光層に接するＤＢＲ層をよりエネルギーギャップの大きいAl0.5In0.5Pにすることでキャリアの閉じ込めが向上し、発光層に接するＤＢＲ層が(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの場合よりも４〜６％程度光出力が向上している。
【００３４】
実施例３
図９（ａ）は本実施例で得られる半導体発光素子の平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ―Ｙでの断面図である。図１０は本実施例の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。図１１（ａ）および図１２（ａ）は本実施例の半導体発光素子の製造工程を示す平面図であり、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）は、それぞれ、図１１（ａ）および図１２（ａ）のＸ―Ｙでの断面図である。
【００３５】
この半導体発光素子はAlGaInP系のものであり、図１０に示すように、ｎ型のGaAs基板41上にｎ型のGaAsバッファー層42（厚さ１μｍ）、ｎ型のAl0.5Ga0.5Asとｎ型のAlAsの５５．５ペアのＤＢＲ43、ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Ｐの５．５ペアのＤＢＲ44、ｎ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第１クラッド層45、井戸層が５０ÅのGaInPの量子井戸活性層46、ｐ型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P第２クラッド層47、ｐ型のAl0.5In0.5Pとｐ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ48、ｐ型のAl0.5Ga0.5Asとｐ型のAlAsの１０．５ ペアのＤＢＲ49、ｐ型のAl0.5In0.5Pとｐ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの１．５ペアのＤＢＲ50、ｐ型のAlGaInP中間層51（厚さ０．１５μｍ）、ｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第１電流拡散層52（厚さ１μｍ）、ｎ型のAl0.01Ga0.98In0.01P電流狭窄層53（厚さ０．３μｍ）、ｎ型のGaAs cap層54（厚さ０．０１μｍ）をＭＯＣＤＶ法により順次積層した。
【００３６】
ここで、ｎ型のAl0.5Ga0.5Asとｎ型のAlAsの５５．５ペアのＤＢＲ43、ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ44、ｐ型のAl0.5In0.5Pとｐ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ48、ｐ型のAl0.5Ga0.5Asとｐ型のAlAsの１０．５ペアのＤＢＲ49およびｐ型のAl0.5In0.5Pとｐ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの１．５ペアのＤＢＲ50は反射スペクトルの中心が６６５ｎｍになるようにした。また、ｎ型のAl0.5In0.5Pとｎ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ44およびｐ型のAl0.5In0.5P とｐ型の(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5Pの５．５ペアのＤＢＲ48の最もGaInPの量子井戸活性層46側の層はAl0.5In0.5Pとした。そして、ＤＢＲ44およびＤＢＲ48で形成される共振器の共振波長も６６５ｎｍになるように共振器長を調整した。本実施例では共振器長を２波長分とした。さらに量子井戸活性層46の位置は共振器中に生じる定在波の腹の位置にくるようにし、発光ピーク波長は６６５ｎｍになるようにした。
【００３７】
その後、図１１に示すように、ｎ型のGaAs cap層54を硫酸／過酸化水素系エッチャントで除去した後、フォトリソグラフィーおよび、硫酸／過酸化水素系エッチヤントによりｎ型Al0.01Ga0.98In0.01P電流狭窄層53をｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第１電流拡散層52に達するまでエッチングした。このときのエッチングで７０μｍφの円形状の電流経路を形成した。
【００３８】
その後、図１２に示すようにｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第２電流拡散層55（厚さ７μｍ）をｎ型のAl0.01Ga0.98In0.01P電流狭窄層53およびｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第１電流拡散層52上に再成長した。
【００３９】
その後、図９に示すようにｐ型のAl0.01Ga0.98In0.01P第２電流拡散層55上にAuBe/Auを蒸着し、フォトリソグラフィーおよびAuエッチャントによるエッチングにより表面電極を形成した。その後、熱処理することによりｐ型電極56が得られた。そして、GaAs基板を約２８０μｍまで研磨し、この研磨した面にAuGe/Auを蒸着し、熱処理することによりｎ型電極57を形成した。
【００４０】
このようにして得られた半導体発光素子の上下の多層反射膜の反射率は、実施例２で得られた半導体素子の上下の多層反射膜の反射率よりも向上した。すなわち、発光層の基板側の多層反射層の反射率が、実施例２では９８〜９９％（ＤＢＲ２３およびＤＢＲ２４の反射率の合計）であったのが、本実施例においては９９％以上（ＤＢＲ４３およびＤＢＲ２４の反射率の合計）となり、また、発光層の基板と反対側の多層反射層の反射率が、実施例２では７０％（ＤＢＲ２８）であったのが、本実施例においては９５％程度（ＤＢＲ４８、ＤＢＲ４９およびＤＢＲ５０の反射率の合計）となった。そのため、発光光の半値幅は約１／２になっている。これは、本実施例の半導体発光素子は、光ファイバーを使用した通信にはより適した光源であることを意味している。発光層の上側のＤＢＲはAlGaInP系の材料であると９０％以上の反射率を得るためには２０ペア以上層数が必要になり、この時の反射スペクトルの半値幅も２０〜３０ｎｍと狭い。本実施例ではAlGaAs系ＤＢＲをAlGaInP系ＤＢＲの中間に入れることによって少ない層数で高い反射率および広い反射スペクトル幅を得ることができた。光出力は実施例２のものと同程度のものが得られた。
【００４１】
本実施例はレゾナントキャビティー構造のＬＥＤであるが、表面側ＤＢＲの反射率を更に向上させて、発光部径を小さくすることで、面発光レーザーを作製することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上明らかなように、請求項１の発明の半導体発光素子は、半導体基板上に、半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる多層反射膜を複数形成し、この多層反射膜上にこの多層反射膜の最上層と同じ材料系からなる活性層を含む１以上の層数からなる発光層を備える。このことによって、活性層の結晶性低下を避けることができる。
【００４３】
また、請求項２の半導体発光素子は、請求項１の半導体発光素子において、発光層上に発光層と同程度の格子定数を持つ材料系からなる多層反射膜を備える。このことによって、容易に鏡面状態が得られ、少ない層数で高い反射率を得ることができる。
【００４４】
また、請求項３の半導体発光素子は、請求項２の半導体発光素子において、発光層上の発光層と同程度の格子定数を持つ多層反射膜が発光層と同じ材料系である。このことによって、発光層と格子定数が同じで材料系が異なる多層反射膜の場合よりも作製が容易である。
【００４５】
また、請求項４の半導体発光素子は、請求項２に記載の半導体発光素子において、発光層上に、発光層と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる多層反射膜を複数形成し、この多層反射膜の最も発光層側の材料が発光層と同じ材料系である。このことによって、発光層よりも上の多層反射膜の反射率を少ない層数で高くすることができる。
【００４６】
また、請求項５の半導体発光素子は、請求項１ないし４に記載の半導体発光素子において、発光層に接する多層反射膜を構成する層が、多層反射膜を構成するもう一方の層よりもエネルギーギャップが大きい。このことによって、キャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【００４７】
また、請求項６の半導体発光素子は、請求項１ないし５に記載の半導体発光素子において、半導体基板がGaAsである。このことによって、GaAs基板に格子整合することができるAlGaAs系、AlGaInP系、ZnSe系等の材料を使用することができる。
【００４８】
また、請求項７の半導体発光素子は、請求項６に記載の半導体発光素子において、半導体基板上に形成する半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜が(AlyGa1-y)zIn1-zP（0≦y≦1, 0≦z≦1）を含み発光層が(Aly'Ga1-y')z'In1-z'P（0≦y'≦1, 0≦z'≦1）である。yおよびz、y'およびz'を変化させることによって、緑色から赤色の波長領域の半導体発光素子を作製することができる。
【００４９】
また、請求項８の半導体発光素子は、請求項７に記載の半導体発光素子において、半導体基板上に形成する半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜がAlxGa1‐xAs（0≦x≦1）を含む。このことによつて、緑色から赤色の波長領域に対して、(AlyGa1-y)zIn1-zP（0≦y≦1, 0≦z≦1）からなる多層反射膜よりも少ない層数で高い反射率を得ることができる。
【００５０】
また、請求項９の半導体発光素子は、請求項７および８に記載の半導体発光素子において発光層上に備える発光層と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜がAlxGa1‐xAs（0≦x≦1）を含む。このことによって、緑色から赤色の波長領域に対して、(AlyGa1-y)zIn1-zP（0≦y≦1, 0≦z≦1）からなる多層反射膜よりも少ない層数で高い反射率を得ることができる。
【００５１】
また、請求項１０の半導体発光素子は、請求項１ないし９に記載の半導体発光素子において半導体基板上に形成される半導体基板と同程度の格子定数を持ち、屈折率を変えることのできる少なくとも２種類の材料系を使用し、それぞれが単一の材料系からなる複数の多層反射膜の最上層と同じ材料系の多層反射膜とその下の別の材料系からなる多層反射膜の界面と活性層の距離が０．３μｍ以上である。このことによって、高い結晶性の活性層を形成することができる。
【００５２】
また、請求項１１の半導体発光素子は、請求項１ないし１０に記載の半導体発光素子において活性層が量子井戸層である。このことによって、高効率のレゾナントキャビティー型ＬＥＤや面発光レーザーを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１実施例による半導体発光素子の平面図およびそのＸ―Ｙ断面図である。
【図２】  図１の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】  図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１の半導体発光素子の製造工程を示す平面図およびそのＸ―Ｙ断面図である。
【図４】  光出力のn-AlGaInP系ＤＢＲペア数依存性を示す図である。
【図５】  図５（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の第２実施例による半導体発光素子の平面図およびそのＸ―Ｙ断面図である。
【図６】  図５の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】  図７（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図５の半導体発光素子の製造工程を示す平面図およびそのＸ―Ｙ断面図である。
【図８】  図８（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図５の半導体発光素子の製造工程を示す平面図およびそのＸ―Ｙ断面図である。
【図９】  図９（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本発明の第３実施例による半導体発光素子の平面図およびそのＸ―Ｙ断面図である。
【図１０】  図９の半導体発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図１１】  図１１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図９の半導体発光素子の製造工程を示す平面図およびそのＸ―Ｙ断面図である。
【図１２】  図１２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図９の半導体発光素子の製造工程を示す平面図およびそのＸ―Ｙ断面図である。
【符号の説明】
1、21、41・・・n-GaAs基板、2、22、42・・・n-GaAsバッファー層、3、23、43・・・n-AlGaAs系ＤＢＲ、4、24、44・・・n-AlGaInP系ＤＢＲ、
5、25、45・・・n-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層、6、26、46・・・量子井戸活性層、7、27、47・・・p-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pクラッド層、8・・・ p-Al0.5Ga0.5As電流拡散層、9・・・p-GaAs cap層、10、34、56・・・ｐ型電極、11、35、57・・・ｎ型電極、28、48、50・・・p-AlGaInP系ＤＢＲ、29、51・・・p-AlGaInP中間層、30、52・・・p-AlGaInP第１電流拡散層、31、53・・・n-AlGaInP電流狭窄層、32、54・・・n-GaAs cap層、33、55・・・p-AlGaInP第２電流拡散層、49・・・p-AlGaAs系ＤＢＲ。
【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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【図１２】
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