(57)【要約】【課題】素子抵抗の低減を図ることができる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ＤＢＲ層２４を備える。ｎ型ＤＢＲ層２４は、Ａｌ組成比が４５％未満の低Ａｌ組成比層２４ａと、Ａｌ組成比が４５％以上の高Ａｌ組成比層２４ｂと、それらの間に配置され、低Ａｌ組成比層２４ａと接触する第１端面及び高Ａｌ組成比層２４ｂと接触する第２端面を有する谷間散乱層２４ｃ，２４ｅと、を有する。谷間散乱層２４ｃ，２４ｅのＡｌ組成比が、低Ａｌ組成比層２４ａのＡｌ組成比以上であって第１端面において４５％以下、第２端面において４５％以上であり、第２端面におけるＡｌ組成比は、第２端面と高Ａｌ組成比層２４ｂとの界面がヘテロ界面とみなせる程度に高Ａｌ組成比層のＡｌ組成比よりも小さい。【選択図】図５
2014011261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、電流が供給されることによって発光する領域を有する活性層と、
前記活性層を挟んで配置される、ｎ型の導電型を有する第１のミラー部及びｐ型の導電型を有する第２のミラー部と、
を備え、
前記第１のミラー部は、
ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比が４５％未満の低Ａｌ組成比層と、
ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比が４５％以上の高Ａｌ組成比層と、
前記低Ａｌ組成比層と前記高Ａｌ組成比層との間に配置され、前記低Ａｌ組成比層と接触する第１端面及び前記高Ａｌ組成比層と接触する第２端面を有するＡｌＧａＡｓからなる中間層と、
を有し、
前記中間層のＡｌ組成比が、前記低Ａｌ組成比層のＡｌ組成比以上であって前記第１端面において４５％以下、前記第２端面において４５％以上であり、
前記第２端面におけるＡｌ組成比は、前記第２端面と前記高Ａｌ組成比層との界面がヘテロ界面もしくはヘテロ界面とみなせる程度に、前記高Ａｌ組成比層のＡｌ組成比よりも小さい半導体発光素子。
【請求項２】
前記中間層のＡｌ組成比が、前記第１端面から前記第２端面に向かって連続的又は階段状に増加する請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記低Ａｌ組成比層のＡｌ組成比と前記第１端面のＡｌ組成比とに差異が設けられ、前記低Ａｌ組成比層と前記第１端面との界面において不連続にＡｌ組成比が変化する請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記低Ａｌ組成比層のＡｌ組成比が、前記低Ａｌ組成比層の中央から両端面に向って連続的又は階段状に増加する請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記低Ａｌ組成比層と前記第１端面との界面において連続的にＡｌ組成比が変化する請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記中間層のＡｌ組成比が、１５％〜５５％である請求項１〜５の何れか一項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子の一例として、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical  Cavity  Surface  Emitting  Laser）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ＶＣＳＥＬは、電流が供給されることによって発光する活性層の上下に半導体のミラー層を設けることによって、半導体基板に対して垂直方向に共振器が構成される発光素子である。ＶＣＳＥＬのミラー層として、異なるバンドギャップを有する２種類の化合物半導体層を１ユニットとし、当該ユニットを複数積層して構成された分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ：Distributed  Bragg  Reflector）が用いられる。
【０００３】
特許文献１の半導体発光素子は、素子の低抵抗化を図るべく、異なるバンドギャップを有する化合物半導体層間に、価電子帯エネルギーを連続的に変化させた組成傾斜層、または、階段状に変化させた複数の層から構成された階段状組成変化層、またはこれらの組合せによって構成された中間層を備える。この中間層は、ＡｌＧａＡｓからなり、２つの領域が形成される。第１の領域は、ＤＢＲを構成する２種類の化合物半導体層のうち、バンドギャップエネルギーの小さな層に接する側に形成され、第２の領域は、ＤＢＲを構成する２種類の化合物半導体層のうち、バンドギャップエネルギーの大きな層に接する側に形成される。ここで、第１の領域のＡｌ組成比の大きさを不連続とし、第２の領域のＡｌ組成比の変化量（Ａｌ組成傾斜率）を小さく抑えるように構成することで、バンドギャップエネルギーの大きな層に発生する価電子帯エネルギーのスパイクを平坦化させて、素子抵抗を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５９４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の半導体発光素子は、有効質量の重い正孔が受けるポテンシャルバリアの影響を改善するものであるため、導電型がｐ型のＤＢＲの低抵抗化に関する試みである。近年のＶＣＳＥＬの高出力化に伴い、素子全体の動作電力を可能な限り低減させることが重要となっていることから、導電型がｎ型のＤＢＲの低抵抗化についても低抵抗化を検討する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、ＡｌＧａＡｓの伝導帯バンド構造に着目し、低抵抗化に最適なＡｌ組成比を有する中間層を検討し、低Ａｌ組成比層と高Ａｌ組成比層との間に、Γ谷とＸ谷とのエネルギー差が谷間フォノンのエネルギーと同程度となるＡｌ組成比の領域を多く含む中間層を形成することで、ｎ型のＤＢＲの電気抵抗を下げられることを見いだした。
【０００７】
すなわち、本発明の一側面に係る半導体発光素子は、基板、活性層、第１のミラー部及び第２のミラー部を備える。活性層は、基板上に形成され、電流が供給されることによって発光する領域を有する。第１のミラー部はｎ型の導電型を有し、第２のミラー部はｐ型の導電型を有する。第１のミラー部及び第２のミラー部は、活性層を挟んで配置される。第１のミラー部は、ＡｌＧａＡｓからなる低Ａｌ組成比層、高Ａｌ組成比層及び中間層を備える。低Ａｌ組成比層は、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比が４５％未満である。高Ａｌ組成比層は、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成比が４５％以上である。中間層は、ＡｌＧａＡｓからなり、低Ａｌ組成比層と高Ａｌ組成比層との間に配置され、低Ａｌ組成比層と接触する第１端面及び高Ａｌ組成比層と接触する第２端面を有する。中間層のＡｌ組成比は、低Ａｌ組成比層のＡｌ組成比以上であって第１端面において４５％以下、第２端面において４５％以上である。そして、第２端面におけるＡｌ組成比は、第２端面と高Ａｌ組成比層との界面がヘテロ界面もしくはヘテロ界面とみなせる程度に、高Ａｌ組成比層のＡｌ組成比よりも小さい。
【０００８】
本発明の一側面に係る半導体発光素子では、中間層のＡｌ組成比は、低Ａｌ組成比層のＡｌ組成比以上であって第１端面において４５％以下、第２端面において４５％以上であり、第２端面におけるＡｌ組成比が、高Ａｌ組成比層との界面がヘテロ界面もしくはヘテロ界面とみなせる程度に、高Ａｌ組成比層のＡｌ組成比に比べて小さくされている。このため、中間層のＡｌ組成比を線形に変化させて低Ａｌ組成比層と高Ａｌ組成比層とのＡｌ組成比の不連続性を解消させた場合に比べて、第２端面におけるＡｌ組成比が４５％に近い値となることから、中間層にＡｌ組成比が４５％近傍となる領域、すなわちΓ谷とＸ谷とのエネルギー差が谷間フォノンのエネルギーと同程度となる領域を多く含むことができる。このため、谷間の電子の移動が容易となりｎ型のＤＢＲの低抵抗化を図ることが可能となる。
【０００９】
一実施形態では、中間層のＡｌ組成比が、第１端面から第２端面に向かって連続的又は階段状に増加してもよい。このように構成することで、中間層と低Ａｌ組成比層との界面、又は、中間層と高Ａｌ組成比層との界面でのエネルギー障壁を減少させることができる。
【００１０】
一実施形態では、低Ａｌ組成比層のＡｌ組成比と第１端面のＡｌ組成比とに差異が設けられ、低Ａｌ組成比層と第１端面との界面において不連続にＡｌ組成比が変化してもよい。このように構成することで、中間層のＡｌ組成比を線形に変化させて低Ａｌ組成比層と高Ａｌ組成比層とのＡｌ組成比の不連続性を解消させた場合に比べて、第１端面におけるＡｌ組成比が４５％に近い値となることから、中間層にＡｌ組成比が４５％近傍となる領域をより多く含むことができる。
【００１１】
一実施形態では、低Ａｌ組成比層のＡｌ組成比が、低Ａｌ組成比層の中央から両端面に向って連続的又は階段状に増加してもよい。また、低Ａｌ組成比層と第１端面との界面において連続的にＡｌ組成比が変化してもよい。このように構成することで、中間層のＡｌ組成比を線形に変化させて低Ａｌ組成比層と高Ａｌ組成比層とのＡｌ組成比の不連続性を解消させた場合に比べて、第１端面におけるＡｌ組成比が４５％に近い値となることを実現しつつ、低Ａｌ組成比層と第１端面との界面におけるＡｌ組成比の不連続性を解消させることができる。
【００１２】
一実施形態では、中間層のＡｌ組成比が、１５％〜５５％であってもよい。すなわち、中間層としてＡｌ組成比が１５％〜５５％となるように構成することで、Γ谷とＸ谷とのエネルギー差が谷間フォノンのエネルギーと同程度となる領域を多く含むことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導電型がｎ型のＤＢＲを用いた半導体発光素子において、素子抵抗の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る半導体発光素子１の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した半導体発光素子１のII−II線における側断面図である。
【図３】図２に示した半導体発光素子１の側断面図のＤＢＲ層の構造を示す拡大図である。
【図４】ＡｌＧａＡｓにおける伝導帯バンドのバンド端エネルギーのＡｌ組成比依存性である。
【図５】第１実施形態に係る半導体発光素子のＤＢＲ層のＡｌ組成比を説明する概要図である。
【図６】第２実施形態に係る半導体発光素子のＤＢＲ層のＡｌ組成比を説明する概要図である。
【図７】比較例に係るＤＢＲ層のＡｌ組成比を説明する概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る半導体発光素子の構成を示す斜視図、図２は、図１に示した半導体発光素子のII−II線における側断面図である。図１及び図２に示した半導体発光素子１は、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり、例えば光源装置として好適に利用されるものである。
【００１７】
図１，２に示すように、半導体発光素子１は、活性層２１を含む積層体を有する。半導体発光素子１は、上面に電極５１が形成されている。電極５１には、該電極５１の一部領域を円形の開口とすることによって発光窓部５１ｂが形成されている。半導体発光素子１は、活性層２１で発生した光を発光窓部５１ｂから出射するＶＣＳＥＬである。
【００１８】
基板１１は、半導体基板であり、例えばｎ型のＧａＡｓ基板が用いられる。活性層２１は、電流が供給されることによって所定の発光スペクトルで発光する発光層である。このような活性層２１としては、例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの半導体積層構造で構成された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi  Quantum  Well）活性層を用いることができる。積層体は、この活性層２１から発せられた光を垂直に共振させる垂直共振器の全て又は一部を構成している。
【００１９】
積層体において、活性層２１の基板１１側には、ｎ型ＤＢＲ層（第１のミラー部）２４が形成されている。ｎ型ＤＢＲ層２４は、活性層２１から発光された光を反射する機能を備えており、例えばＡｌ組成比が異なるＡｌＧａＡｓ層が交互に積層された半導体多層構造が用いられる。
【００２０】
また、積層体において、活性層２１の下方（基板１１側の反対側）にｐ型ＤＢＲ層（第２のミラー部）２５が形成されている。すなわち、ｐ型ＤＢＲ層２５は、ｎ型ＤＢＲ層２４との間に活性層２１が配置されるように形成されている。このｐ型ＤＢＲ層２５は、ｎ型ＤＢＲ層２４と同様に、活性層２１から発生された光を反射する機能を備えており、例えばＡｌ組成比が異なるＡｌＧａＡｓ層が交互に積層された半導体多層構造が用いられる。
【００２１】
ｐ型ＤＢＲ層２５の下方には、キャップ層５０が設けられている。キャップ層５０は例えばＧａＡｓ等の半導体で形成される。キャップ層５０の下方には、電流を供給する電極６０が設けられている。
【００２２】
このように、図１，２に示すＶＣＳＥＬにおいて、ｎ型ＤＢＲ層２４とｐ型ＤＢＲ層２５との間に活性層２１が介在するため、活性層２１で発生された光がｎ型ＤＢＲ層２４とｐ型ＤＢＲ層２５との間で共振する垂直共振器が形成される。また、ｐ型ＤＢＲ層２５は、ｎ型ＤＢＲ層２４に比べて反射率が高く構成され、これにより、基板１１の裏面側（基板１１の上方）に形成された発光窓部５１ｂから共振した光の一部を出射する構成となっている。すなわち、ＶＣＳＥＬに電流が供給されると、活性層２１に供給され、活性層２１が発光する。そして、発生した光が垂直共振器によって共振され発光窓部５１ｂから出力される。
【００２３】
次に、半導体発光素子１のｎ型ＤＢＲ層の構造の詳細を説明する。図３は、ｎ型ＤＢＲ層２４の一部拡大図である。図３に示すように、ｎ型ＤＢＲ層２４では、半導体層である低Ａｌ組成比層２４ａ及び高Ａｌ組成比層２４ｂが一ユニットとして複数積層されている。すなわち、低Ａｌ組成比層２４ａ及び高Ａｌ組成比層２４ｂが交互に複数積層されている。低Ａｌ組成比層２４ａ及び高Ａｌ組成比層２４ｂは、ＡｌＧａＡｓからなる。低Ａｌ組成比層２４ａは、Ａｌ組成比が４５％未満の層である。高Ａｌ組成比層２４ｂは、Ａｌ組成比が４５％以上の層である。
【００２４】
低Ａｌ組成比層２４ａと高Ａｌ組成比層２４ｂとの間には、谷間散乱層（中間層）２４ｃ、２４ｅが配置されている。谷間散乱層２４ｃ、２４ｅは、第１端面及び第２端面を有する。第１端面は、低Ａｌ組成比層２４ａと接触する。第２端面は、高Ａｌ組成比層２４ｂと接触する。谷間散乱層２４ｃ、２４ｅは、ＡｌＧａＡｓからなり、厚さ方向の位置に依存してＡｌ組成比が傾斜的又は段階的に変更されている。ＡｌＧａＡｓは、伝導帯のブリルアンゾーンのＸ点及びΓ点にエネルギーの谷（底）がある。Γ谷とＸ谷とは固有の波数が異なるため、谷間の移動にはエネルギーが一致するだけでなく運動量保存則を満たす必要がある。この電子の谷間の移動は、谷間フォノンと呼ばれる波数の大きなフォノンとの散乱により生じる。谷間散乱層２４ｃ、２４ｅは、Ｘ谷とΓ谷との谷間における電子の移動（散乱）を促進するための層である。
【００２５】
ここで、ＡｌＧａＡｓにおける伝導帯バンドのバンド端エネルギーのＡｌ組成比依存性を説明する。図４に示すように、伝導帯の最低エネルギーはＡｌ組成比に依存する。Γ谷のバンド端エネルギーはＡｌ組成比に依存して単調増加する。一方、Ｘ谷のバンド端エネルギーはＡｌ組成比に依存してなだらかに減少する。このため、Γ谷のバンド端エネルギーとＸ谷のバンド端エネルギーとは点Ｐ１（Ａｌ組成比４５％）で同一となる。すなわち、Ａｌ組成比が４５％を超えるまでは伝導帯の最低エネルギーはΓ谷に存在する。一方、Ａｌ組成比が４５％を超えた場合には伝導帯の最低エネルギーはＸ谷に存在する。これは、ｎ型ＤＢＲ層２４に電流が流れる際には、Γ谷とＸ谷との間で電子が移動することを意味する。このため、Ａｌ組成比が４５％又はこれに近い値となる領域を谷間散乱層２４ｃ、２４ｅに多く含むことが低抵抗化には重要である。
【００２６】
谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比は、低Ａｌ組成比層２４ａのＡｌ組成比以上である。また、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比は、高Ａｌ組成比層２４ｂのＡｌ組成比以下である。これらの条件は、低Ａｌ組成比層２４ａから高Ａｌ組成比層２４ｂへ電子を移動させるための基本的な条件であって、エネルギー障壁を小さくするためのものである。そして、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比は、低Ａｌ組成比層２４ａと隣接する第１端面において４５％以下である。例えば１５％以上であって４５％以下の範囲とされる。また、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比は、高Ａｌ組成比層２４ｂと隣接する第２端面において４５％以上である。例えば４５％以上であって５５％以下の範囲とされる。これらの条件は、Ａｌ組成比が４５％又はこれに近い値となる領域を谷間散乱層２４ｃ、２４ｅに含むための条件である。また、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅ内で最低エネルギーがΓ点からＸ点へ変化するようにするための条件でもある。さらに、第２端面におけるＡｌ組成比は、第２端面と高Ａｌ組成比層との界面がヘテロ界面もしくはヘテロ界面とみなせる程度に、高Ａｌ組成比層のＡｌ組成比よりも小さくされている。界面での組成比の傾き（Ａｌ組成比変化/変化領域の厚さ）が無限大に近いほどヘテロ界面であるとみなすことができるが、ＤＢＲ層の厚さスケールを考慮すると、界面での組成比の傾きが１０〜２０［％／ｎｍ］以上であれば、ヘテロ界面とみなしてもよい。この条件は、Ａｌ組成比が４５％又はこれに近い値となる領域を谷間散乱層２４ｃ、２４ｅに多く含むための条件である。例えば、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比が、第１端面から第２端面に向かって連続的又は階段状に増加する場合を考える。この場合、第２端面におけるＡｌ組成比が高Ａｌ組成比層のＡｌ組成比よりもヘテロ界面とみなせる程度に小さくされているため、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比を線形に変化させて低Ａｌ組成比層２４ａと高Ａｌ組成比層２４ｂとのＡｌ組成比の不連続性を解消させた場合に比べて、第２端面におけるＡｌ組成比が、４５％又は４５％より大きく４５％に近い値となる。すなわち、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅにＡｌ組成比が４５％近傍となる領域、言い換えればΓ谷とＸ谷とのエネルギー差が谷間フォノンのエネルギーと同程度となる領域を多く含むことができる。このため、谷間の電子の移動が容易となりｎ型のＤＢＲの低抵抗化を図ることが可能となる。
【００２７】
なお、上記のように第２端面におけるＡｌ組成比を変化させた場合には、Ａｌ組成比が４５％近傍の領域を谷間散乱層２４ｃ、２４ｅが多く含むことになる反面、第２端面と高Ａｌ組成比層２４ｂとの界面のＡｌ組成比に不連続性が生まれることになる。しかし、高いＡｌ組成比の場合には、最低エネルギーはＸ谷であって、Γ谷に比べてＡｌ組成比の変化に応じたエネルギーの変化が少ない。そして、Ａｌ組成比が高くなるほど、Ｘ谷のエネルギーは減る方向にある。このため、高Ａｌ組成比層２４ｂ側のＡｌ組成比の急峻な差は電子の移動すなわち電気抵抗には寄与しない。
【００２８】
一実施形態では、低Ａｌ組成比層２４ａのＡｌ組成比と第１端面のＡｌ組成比とに差異が設けられ、低Ａｌ組成比層２４ａと第１端面との界面において不連続にＡｌ組成比が変化させることもできる。上記と同様に、例えば、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比が、第１端面から第２端面に向かって連続的又は階段状に増加する場合を考える。この場合、第１端面におけるＡｌ組成比が、低Ａｌ組成比層２４ａのＡｌ組成比よりも不連続に変化して高い値を有することになる。従って、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比を線形に変化させて低Ａｌ組成比層２４ａと高Ａｌ組成比層２４ｂとのＡｌ組成比の不連続性を解消させた場合に比べて、第１端面におけるＡｌ組成比が４５％に近い値となる。すなわち、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅにＡｌ組成比が４５％近傍となる領域、言い換えればΓ谷とＸ谷とのエネルギー差が谷間フォノンのエネルギーと同程度となる領域を多く含むことができる。このため、谷間の電子の移動が容易となりｎ型のＤＢＲの低抵抗化を図ることが可能となる。
【００２９】
以下、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比の一例を説明する。図５は、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比の層厚さ依存性を示すグラフである。なお、ｎ型ＤＢＲ層２４は周期的な積層体であるため、図５では低Ａｌ組成比層２４ａ、谷間散乱層２４ｃ、高Ａｌ組成比層２４ｂ、谷間散乱層２４ｅのみを図示している。
【００３０】
図５では、一例として、低Ａｌ組成比層２４ａの層厚さを４０．６ｎｍ、Ａｌ組成比を１０％、高Ａｌ組成比層２４ｂの層厚さを５１．０ｎｍ、Ａｌ組成比を９０％としている。また、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅの層厚さを一例として３０．０ｎｍとしている。谷間散乱層２４ｃ、２４ｅは組成対称性を有するため、以下では谷間散乱層２４ｃのみについて説明する。
【００３１】
図５に示すように、谷間散乱層２４ｃは、低Ａｌ組成比層２４ａと接触する第１端面のＡｌ組成比が２０％とされている。このＡｌ組成比は、低Ａｌ組成比層２４ａのＡｌ組成比１０％以上であって、４５％以下である。第１端面のＡｌ組成比を２０％とすることで、低Ａｌ組成比層２４ａのＡｌ組成比１０％との間に、Ａｌ組成比で１０％の差異が設けられ、低Ａｌ組成比層２４ａと第１端面との界面において不連続にＡｌ組成比が変化する。
【００３２】
そして、谷間散乱層２４ｃは、半導体積層方向において（低Ａｌ組成比層２４ａに隣接する第１端面側から高Ａｌ組成比層２４ｂに隣接する第２端面側に向かって）連続的に線形にＡｌ組成比が変化する。そして、谷間散乱層２４ｃは、高Ａｌ組成比層２４ｂと接触する第２端面のＡｌ組成比が５０％とされている。このＡｌ組成比は、高Ａｌ組成比層２４ｂのＡｌ組成比９０％以下であって、４５％以上である。第２端面のＡｌ組成比を５０％とすることで、高Ａｌ組成比層２４ｂのＡｌ組成比９０％との間に、Ａｌ組成比で４０％の差異が設けられ、高Ａｌ組成比層２４ｂと第２端面との界面において不連続にＡｌ組成比が変化する。上述の通り、界面での組成比の傾き（Ａｌ組成比変化/変化領域の厚さ）が１０〜２０［％／ｎｍ］以上であればヘテロ界面とみなすことができるため、図５に示す高Ａｌ組成比層２４ｂと第２端面との界面はテヘロ界面であるとみなせる程度のＡｌ組成比の差異が存在する。
【００３３】
次に、第１実施形態に係る半導体発光素子１の作用効果を説明する。図７は、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比を線形に変化させて低Ａｌ組成比層２４ａと高Ａｌ組成比層２４ｂとのＡｌ組成比の不連続性を解消させた比較例である。図７に示すように、従来の谷間散乱層２４ｃは、そのＡｌ組成比が１０％から９０％へ線形に変化しているため、層厚さに対するＡｌ組成比の変化が大きい。一方、図５に示す第１実施形態に係る半導体発光素子１の谷間散乱層２４ｃは、そのＡｌ組成比が２０％から５０％へ線形に変化している。このため、図７に示す従来例に比べて谷間散乱層２４ｃ、２４ｅにＡｌ組成比が４５％近傍となる領域、すなわちΓ谷とＸ谷とのエネルギー差が谷間フォノンのエネルギーと同程度となる領域を多く含むことができる。このため、谷間の電子の移動が容易となりｎ型のＤＢＲの低抵抗化を図ることが可能となる。
【００３４】
以上、第１実施形態に係る半導体発光素子１によれば、単純な傾斜組成比を持つ中間層に比べ、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅを導入することにより、ｎ型のＤＢＲの電気抵抗を抑制することができる。ｎ型のＤＢＲの電気抵抗は、ＡｌＧａＡｓへのドープ量が小さい場合に大きくなる傾向にある。このため、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅの導入は、ドープ量が小さい領域に対して特に有効である。ｎ型のＤＢＲの電気抵抗を抑制することによって、半導体発光素子１の動作電圧を下げることができるため、消費電力を抑制しつつ発熱量を抑えることが可能となる。そして、発熱量を抑制することで、半導体発光素子１の最大出力および電気光変換効率を上げることが可能となる。
【００３５】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る半導体発光素子１は、第１実施形態に係る半導体発光素子１とほぼ同様に構成され、低Ａｌ組成比層２４ａのＡｌ組成比を一定ではなく半導体積層方向に変化させる点が相違する。以下では第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
【００３６】
図６は、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅのＡｌ組成比の層厚さ依存性を示すグラフである。なお、ｎ型ＤＢＲ層２４は周期的な積層体であるため、図６では低Ａｌ組成比層２４ａ、谷間散乱層２４ｃ、高Ａｌ組成比層２４ｂ、谷間散乱層２４ｅのみを図示している。
【００３７】
図６では、一例として、低Ａｌ組成比層２４ａの層厚さを３７．０ｎｍ、高Ａｌ組成比層２４ｂの層厚さを５５．４ｎｍ、Ａｌ組成比を９９％としている。また、谷間散乱層２４ｃ、２４ｅの層厚さを一例として３０．０ｎｍとしている。なお、低Ａｌ組成比層２４ａ及び高Ａｌ組成比層２４ｂの膜厚は、第１実施形態で説明した図７に示す従来例のｎ型ＤＢＲ層２４の反射スペクトルの形状（主に反射率が高くなる波長領域）と同様な形状を有する反射スペクトルとなるように、谷間散乱層以外の層の厚さを調整した結果である。谷間散乱層２４ｃ、２４ｅの組成及びその変化は第１実施形態と同様である。
【００３８】
低Ａｌ組成比層２４ａは、そのＡｌ組成比が、低Ａｌ組成比層２４ａの中央から両端面に向って連続的に増加している。すなわち、低Ａｌ組成比層２４ａの中央ではＡｌ組成比が０％であり、両端面では２０％である。このため、低Ａｌ組成比層２４ａのＡｌ組成比の平均値は、第１実施形態と同一の１０％となる。そして、谷間散乱層２４ｃの第１端面におけるＡｌ組成比は２０％であるため、低Ａｌ組成比層２４ａと谷間散乱層２４ｃの第１端面との界面において連続的にＡｌ組成比が変化する。なお、Ａｌ組成比は、中央から両端面に向って階段状に変化させてもよい。また、低Ａｌ組成比層２４ａと谷間散乱層２４ｃの第１端面との界面において不連続的にＡｌ組成比が変化してもよい。
【００３９】
第１実施形態においては、図５に示すように、第１端面におけるＡｌ組成比を不連続に変化させた場合には、Ａｌ組成比が４５％近傍の領域を谷間散乱層２４ｃ、２４ｅが多く含むことになる反面、第１端面と低Ａｌ組成比層２４ａとの界面のＡｌ組成比に不連続性が生まれることになる。図４に示すように、低Ａｌ組成比層２４ａ側のＡｌ組成比の場合、電子はＡｌ組成比に伴ってエネルギーが大きく変化するΓ谷に存在するため、界面のＡｌ組成比が不連続な場合には抵抗の一因となる可能性がある。これに対して、第２実施形態に係る半導体発光素子１によれば、低Ａｌ組成比層２４ａ及び第１端面の組成比に連続性を持たせることができるので、低抵抗化を図ることが可能となる。
【００４０】
なお、上述した実施形態は、本発明に係る半導体発光素子の一例を示すものである。本発明に係る半導体発光素子は、各実施形態に係る半導体発光素子に限られるものではなく、各実施形態に係る半導体発光素子を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００４１】
例えば、上述した実施形態では、ＶＣＳＥＬに採用する例を説明したが、これに限られることはなく、ＤＢＲを採用する光発光素子であれば適用することができる。
【００４２】
また、上述した実施形態において、活性層２１とｎ型ＤＢＲ層２４との間、及び、活性層２１とｐ型ＤＢＲ層２５との間に、クラッド層を形成してもよい。また、ｐ型ＤＢＲ層２５に、プロトン等のイオン注入によって絶縁領域を形成し、該絶縁領域に囲まれた電流狭窄領域を形成してもよい。また、積層体、積層体の一部又は素子の一部をメサ構造としてもよい。さらに、基板１１の一部又は全部を除去して半導体発光素子１を形成してもよい。
【００４３】
また、上述した実施形態では、ｎ型の基板１１を用いた半導体発光素子１について説明したが、ｐ型の基板を用いて、実施形態における導電型（ｎ型とｐ型）を入れ替えて構成される半導体発光素子に適用した場合であっても、素子抵抗の低減及び応答性能の改善を図ることができる。
【００４４】
さらに、上述した第２実施形態では、低Ａｌ組成比層２４ａと谷間散乱層２４ｃの第１端面との界面において連続的にＡｌ組成比が変化する例を説明したが、低Ａｌ組成比層２４ａと谷間散乱層２４ｃの第１端面との界面において不連続的にＡｌ組成比が変化する場合であってもよい。
【００４５】
［実施例］
本発明者等は、上記効果を実証すべく、シミュレーションを行った。
（低抵抗化の確認）
モンテカルロシミュレーションにより、ｎ型ＤＢＲの１周期あたりに０．０４［Ｖ］印加した場合の電流密度を計算した。シミュレーションの対象となるｎ型ＤＢＲは以下の通りである。
（実施例１）
図５に示すＡｌ組成比のｎ型ＤＢＲを用いた（第１実施形態）。
（実施例２）
図６に示すＡｌ組成比のｎ型ＤＢＲを用いた（第２実施形態）。なお、第２実施形態で説明したように、膜厚を調整した結果、反射スペクトルは実施例１と同一である。
（比較例）
図７に示すＡｌ組成比のｎ型ＤＢＲを用いた。
【００４６】
平均電子密度を５×１０１７［ｃｍ−３］とした時に得られた結果を表１に示す。
【表１】
2014011261.tif 000003
表１に示すように、単純な傾斜組成の中間層を導入した比較例に対し、谷間散乱層を導入した実施例１では電気抵抗が半分程度になる結果が得られた。このことから、単なる傾斜構造ではなく、谷間のフォノンエネルギーを考慮した谷間散乱層の有効性が確認された。さらに、低Ａｌ組成比層と谷間散乱層とのＡｌ組成比に連続性を持たせた実施例２では、電気抵抗が１／３程度になることが確認された。
【００４７】
（反射率の確認）
比較例と実施例２の反射率を計算した。比較例及び実施例２のＤＢＲを、それぞれ真空とＧａＡｓとで挟んだ状態でシミュレーションし、反射率を見積った。その結果、比較例の最大反射率が９１．６％、実施例２の最大反射率が９２．３％となった。よって、谷間散乱層を導入しても、反射率の低下が問題となることが無いことが確認された。
【符号の説明】
【００４８】
１…半導体発光素子、１１…基板、２１…活性層、２４，２５…ＤＢＲ層（第１，第２のミラー層）、２４ａ…低Ａｌ組成比層、２４ｂ…高Ａｌ組成比層、２４ｃ，２４ｅ…谷間散乱層（中間層）。
【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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