(57)【要約】【課題】  本発明は、発光領域で発光した光の出射効率を高め、さらに、基板上の所定のバッファ層を省いたIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る半導体発光素子１００は、III族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子であり、基板１と、半導体層１０と、多層反射層３と、多層反射層の下側の境界面での反射光と基板の下側の境界面での反射光との位相を整合させる位相整合層２と、を備え、基板の厚さを所定の厚さとしたときに、発光領域１３で発光した光のうち、多層反射層の下側の境界面での反射光、位相整合層の下側の境界面での反射光及び基板の下側の境界面での反射光が相互に干渉した干渉光の光量が極大となるように位相整合層の厚さを設定したことを特徴とする。【選択図】図１
2006054330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わされるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子であって、
ＳｉＣからなる基板と、該基板の上側に配置され発光領域を有する半導体層と、前記基板と前記半導体層との間に配置され前記発光領域で発光した光を反射する多層反射層と、前記基板と前記多層反射層との間に配置され前記発光領域で発光した光を反射して、前記発光領域で発光した光のうち、前記多層反射層の下側の境界面での反射光と前記基板の下側の境界面での反射光との位相を整合させる位相整合層と、を備え、
前記基板の厚さを所定の厚さとしたときに、前記発光領域で発光した光のうち、前記多層反射層の下側の境界面での反射光、前記位相整合層の下側の境界面での反射光及び前記基板の下側の境界面での反射光が相互に干渉した干渉光の光量が極大となるように前記位相整合層の厚さを設定したことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板のキャリア密度を１０１９ｃｍ−３以下としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記多層反射層の層数を２０ペア以上としたことを特徴とする請求項１又は２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、III族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子では、ＳｉＣ等の材料からなる基板上に、バッファ層と、発光領域を有する半導体層と、を順に有し、さらに発光領域で発光した光の出射効率を高めるために、基板と半導体層との間に多層反射層を有している（例えば、特許文献１参照。）。発光領域で発光した光のうち基板側に向かう光を多層反射層で反射するために、出射効率が高まるというものである。
【特許文献１】特開２００３−２７３３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、多層反射層は、発光領域で発光した光を１００％は反射できず、数％は多層反射層の下側の境界面から漏出させる。このとき、基板としてＳｉＣからなる基板を使用した場合、多層反射層の下側の境界面から漏出した光は、基板中を伝搬して基板の下側の境界面で反射する。そして基板の下側の境界面で反射した反射光は、基板の上側の境界面で多層反射層の下側の境界面から漏出した光と干渉する。そのため、基板の厚さによっては、基板の下側の境界面で反射した反射光と多層反射層の下側の境界面から漏出した光は基板の上側の境界面で干渉し、光の出射効率を落とす原因となる。特許文献１に記載された発明では、基板の厚さに対する知見が無いため、光の出射効率が著しく低下する場合があると考えられる。
【０００４】
そこで、本発明では、発光領域で発光した光の出射効率を下げる原因となる基板の下側での反射光の影響を低減し、発光領域で発光した光の出射効率を高め、さらに、基板と発光領域を有する半導体層との間のバッファ層を省いたIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、位相整合層を用いて、位相整合層の厚さを変化させることにより、発光領域で発光した光の強度が基板の上側の境界面で周期的に変化することに注目して本発明を完成させた。
【０００６】
すなわち、本発明に係る半導体発光素子は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わされるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子であって、ＳｉＣからなる基板と、該基板の上側に配置され発光領域を有する半導体層と、前記基板と前記半導体層との間に配置され前記発光領域で発光した光を反射する多層反射層と、前記基板と前記多層反射層との間に配置され前記発光領域で発光した光を反射して、前記発光領域で発光した光のうち、前記多層反射層の下側の境界面での反射光と前記基板の下側の境界面での反射光との位相を整合させる位相整合層と、を備え、前記基板の厚さを所定の厚さとしたときに、前記発光領域で発光した光のうち、前記多層反射層の下側の境界面での反射光、前記位相整合層の下側の境界面での反射光及び前記基板の下側の境界面での反射光が相互に干渉した干渉光の光量が極大となるように前記位相整合層の厚さを設定したことを特徴とする。
【０００７】
なお、多層反射層の下側の境界面及び位相整合層の下側の境界面は外見上明確とならない場合がある。しかし、発光領域で発光した光は、屈折率の差が顕著となる媒質の境界部分で反射する。そのため、多層反射層の下側の境界面は、多層反射層と多層反射層の下側に配置された層との屈折率の差が顕著となる部分に存在することとなる。また、位相整合層の下側の境界面は、位相整合層と位相整合層の下側に配置された層との屈折率の差が顕著となる部分に存在することとなる。
【０００８】
上記半導体発光素子において、前記基板のキャリア密度を１０１９ｃｍ−３以下とすることが望ましい。
【０００９】
また、上記半導体発光素子において、前記多層反射層の層数を２０ペア以上とすることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されない。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る半導体発光素子の概略構成図である。本実施形態に係る半導体発光素子１００は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わされるIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体発光素子であり、ＳｉＣからなる基板１と、基板１の上側に配置され発光領域１３を有する半導体層１０と、基板１と半導体層１０との間に配置され発光領域１３で発光した光を反射する多層反射層３と、基板１と多層反射層３との間に配置され発光領域１３で発光した光を反射して、発光領域１３で発光した光のうち、多層反射層３の下側の境界面での反射光と基板１の下側の境界面での反射光との位相を整合させる位相整合層２と、を備える。この他に、基板１の下側の境界面に形成した第２電極１１と、半導体層１０の上側の面に形成した上部多層反射層９と、上部多層反射層９の上側の面に形成した第１電極１２と、を有する。
【００１２】
発光領域１３を有する半導体層１０は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる。本実施形態では、半導体層１０は、第２導電型半導体層４と第１導電型半導体層８とを順に備えた層であり、さらに、第２導電型半導体層４と第１導電型半導体層８との間に活性層５を備えたダブルヘテロ接合としている。ダブルヘテロ接合とすることで、正孔と電子との結合性を高めて活性層５での発光効率を向上させることができる。
【００１３】
第２導電型半導体層４は、ｎ型又はｐ型のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるIII族窒化物系化合物半導体からなり、単層であっても多層であってもよい。また、層厚も設計変数に応じて適宜調整する。例えば、図１に示される例では、第２導電型半導体層４は、単層のｎ型又はｐ型のＧａＮからなる層を適用しているが、他の働きを持つ層、例えば、第２導電型半導体層４の極性に合わせて、正孔又は電子バリア層などを有してもよい。
【００１４】
活性層５は、バルク構造によるもの、あるいは単一量子井戸構造や多重量子井戸構造など、その種類は問わない。図１に示される例では、Ｉｎ１−ｙＧａｙＮ（ただし、０≦ｙ≦１）からなるバルク結晶によるものを適用しているが、単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造を適用してもよい。単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造を適用する場合には、井戸層としてバンドギャップの小さい層、障壁層としてバンドギャップの大きい層を交互に積層して単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造を構成することとなる。例えば、井戸層として、Ｉｎ１−ｙＧａｙＮ（ただし、０≦ｙ≦１）からなる層、障壁層として、ＡｌｘＧａｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）からなる層を適用することが可能である。量子井戸構造を適用することで、電子の閉じ込め効果により活性層５での発光効率を向上させることができる。
【００１５】
第１導電型半導体層８は、第２導電型半導体層４と反対の極性を有し、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるIII族窒化物系化合物半導体からなり、単層であっても多層であってもよい。また、層厚も設計変数に応じて適宜調整する。例えば、図１に示される実施形態では、第２導電型半導体層４と反対の極性を持つＡｌｘＧａｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）クラッド層６と、第２導電型半導体層４と反対の極性を持つＧａＮコンタクト層７と、からなる２層構造をしているが、コンタクト層７としての機能及びクラッド層６としての機能を発揮する単層であってもよいし、超格子構造を有する層であってもよい。さらに、他の働きを持つ層、例えば、第１導電型半導体層８の極性に合わせて、正孔又は電子バリア層（不図示）などを有してもよい。
【００１６】
また、図１に示す上部多層反射層９は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる低屈折率を有する層と同窒化物系化合物半導体からなる高屈折率を有する層とを交互に積層している。そして、発光領域１３で発光した光を低反射率で反射する。上部多層反射層９を設けることで、発光領域１３で発光した光を上部多層反射層９と多層反射層３との間で交互に反射させて、半導体層１０の厚さ分の共振器長さに対応する波長のみを増幅してレーザとして上部多層反射層９の上側の境界面から取り出すことができる。
【００１７】
また、図１に示す多層反射層３は、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるIII族窒化物系化合物半導体からなる低屈折率を有する層及び同窒化物系化合物半導体からなる高屈折率を有する層を交互に積層している。そして、発光領域１３で発光した光を高反射率で反射する。一般的にＤＢＲ分布ブラッグ反射層と呼ばれている。多層反射層３の各層の厚みは、発光領域１３で発光される光の波長等のパラメータによって決まり、λ／（４ｎ）（ただし、λ：発光領域１３から発光される光の波長、ｎ：多層反射層３の各層の屈折率）により求められる。また、多層反射層３の各層の屈折率は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの比率によって変えることができ、適宜所望の組成にすることで、種々の反射率を有する多層反射層３を形成することができる。
【００１８】
この多層反射層３は、その層数を２０ペア以上とすることが望ましい。多層反射層３は、多層反射層３の層数を増やすと反射率が高くなる。多層反射層３の下側の境界面から漏出する光の光量が減少するからである。そのため、多層反射層３の層数を２０ペア以上とすることで、発光領域１３で発光した光の多層反射層３の上側の境界面での反射率を約６０％以上と十分高くすることができる。
【００１９】
ここで、図２に、図１に示す多層反射層３の層数を変化させた場合、発光領域１３で発光した光が多層反射層３で反射するときの反射特性を示す。図２では、横軸は、図１に示す発光領域１３で発光した光の波長を示し、縦軸は、多層反射層３の上側の境界面での反射率を示している。
【００２０】
図２によると、図１に示す多層反射層３の層数が増加するに従って反射率が増加することがわかる。そして多層反射層３の層数を２０ペア以上とすることで、多層反射層３での反射率が６０％以上となり、十分な反射率を得られることがわかる。
【００２１】
また、図１に示す基板１は、ＳｉＣからなる。また、位相整合層２は、多層反射層３と基板１との間に配置でき且つ屈折率が多層反射層３及び基板１の屈折率と差があれば、いずれのものであってもよい。発光領域１３で発光した光を多層反射層３の下側の境界面で反射させ且つ位相整合層２の下側の境界面で反射させるためである。この位相整合層２は、例えば窒化アルミニウム（ＡＩＮ）からなる。また、位相整合層２は、例えばスパッタリングにより形成することができる。
【００２２】
発光領域１３で発光した光は、従来技術において説明したように多層反射層３の下側の境界面から漏出し、さらに基板１を伝搬して基板１の下側の境界面で反射する。基板１の下側の境界面での反射光は、基板１の上側の境界面で多層反射層３の下側の境界面での反射光と干渉する。そのため、位相整合層２を設けない場合、発光領域１３で発光する光の１／４波長の偶数倍若しくは奇数倍を基板１の屈折率で除算した長さに基板１の厚さを設定することによって、基板１の下側の境界面での反射光と多層反射層３の下側の境界面での反射光は強めあう。しかし、基板１の厚さは、発光領域１３で発光する光の波長に比べて約２００倍以上大きいため、光の半波長程度の誤差は当然に存在することとなる。そこで、位相整合層２を設けて発光領域１３で発光した光のうち、多層反射層３の下側の境界面での反射光と基板１の下側の境界面での反射光との位相を整合させることとした。位相整合層２は、例えばスパッタリングにより徐々に結晶成長させて形成するため、厚さを容易に調節しながら形成することができ、基板１の形成誤差を補うことができる。
【００２３】
そして、位相整合層２の厚さは、基板１の厚さを所定の厚さとしたときに、発光領域１３で発光した光のうち、多層反射層３の下側の境界面での反射光、位相整合層２の下側の境界面での反射光及び基板１の下側の境界面での反射光が相互に干渉した干渉光の光量が極大となるように設定した。
【００２４】
ここで、多層反射層３の屈折率と位相整合層２の屈折率、位相整合層２の屈折率と基板１の屈折率の大小関係を、例えば（多層反射層３の屈折率（２．５））＞（位相整合層２の屈折率（２．０９））、（位相整合層２の屈折率（２．０９））＜（基板１の屈折率（２．５５））とした場合を想定する。この場合、発光領域１３で発光した光は、多層反射層３と位相整合層２との境界では、屈折率が大きい媒質から小さい媒質へ光が入射するため位相は反転しない。また、位相整合層２と基板１との境界では、屈折率が小さい媒質から大きい媒質へ光が入射するため位相は反転する。また、基板１と第２電極１１との境界面では、第２電極１１の上側の境界面で電場が０となることから、位相は反転する。
【００２５】
なお、本実施形態では、第２電極１１を基板１の下側に設けているが、第２電極１１を基板１の下側に設けない場合もある。例えば、基板１の面積を、基板1上に配置されている各層からはみ出すようにして、基板１上の当該はみ出した部分に第２電極を設ける場合が例示できる。この場合、基板１の下側は空気となる。そのため、基板１に入射する光は、基板１の下側の境界面において屈折率が大きい媒質から小さい媒質への入射となるため、基板１の下側の境界面で位相は反転しないこととなる。
【００２６】
上記条件の場合、発光領域１３で発光した光が多層反射層３の下側の境界面で干渉したときの干渉光の光量は、以下のように導出することができる。まず、発光領域１３で発光した光のうち、多層反射層３の下側の境界面での反射光をＩ０、位相整合層２の下側の境界面での反射光をＩ１、基板１の下側の境界面での反射光をＩ２とする。また、Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２は、光量（つまり、振幅）がそれぞれ等しいと仮定した。このとき、発光領域１３で発光した光が各層を通過することによる光の位相差を考慮して、Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２は、それぞれ以下の数式１〜数式３で表すことができる。数式１〜数式３では、発光領域１３で発光した光の光速をｃ、発光領域１３で発光した光の波長をλ、位相整合層２の厚さをｄ１（≠０）、位相整合層２の屈折率をｎ１、基板１の厚さをｄ２（≠０）、基板１の屈折率をｎ２とした。なお、数式２及び数式３におけるαは数式４、βは数式５でそれぞれ表される。
【数１】
2006054330.tif 000003
【数２】
2006054330.tif 000004
【数３】
2006054330.tif 000005
【数４】
2006054330.tif 000006
【数５】
2006054330.tif 000007
【００２７】
数式２のＩ１の位相項おいて、位相整合層２の厚さによる位相差αにπが足されているのは、位相整合層２の下側の境界面で位相が反転するからである。また、数式３のＩ２においても同様に、位相整合層２の厚さ及び基板１の厚さによる位相差（α＋β）にπが足されているのは、基板１の下側の境界面で位相が反転するからである。また、本実施形態では、屈折率の設定上、位相整合層２の下側の境界面及び基板１の下側の境界面で、発光領域１３で発光した光の位相は反転するが、屈折率を別の値に設定することによって、発光領域１３で発光した光は、多層反射層３の下側の境界面でも位相は反転しうる。そのため、位相が反転する場合には、数式１のＩ０の式について位相項にπを足し合わせる。また、屈折率を別の値に設定すること又は半導体発光素子１００を別の構成とすることによって、発光領域１３で発光した光は、位相整合層２の下側の境界面及び基板１の下側の境界面で位相が反転しない場合もある。この場合は、数式２及び３のＩ１及びＩ２の式について位相項に足し合わされているπを削除すればよい。
【００２８】
数式１〜数式３から、発光領域１３で発光した光の多層反射層３の下側の境界面での干渉光Ｉｉは、以下の数式６で表すことができる。
【数６】
2006054330.tif 000008
【００２９】
従って、干渉光Ｉｉの光量Ｉｃは、数式６の第１項及び第２項の各係数を２乗して足し合わせたものを平方することによって、数式７で表すことができる。なお、数式７におけるＡは数式８、Δは数式９によってそれぞれ表される。
【数７】
2006054330.tif 000009
【数８】
2006054330.tif 000010
【数９】
2006054330.tif 000011
【００３０】
数式７によれば、β、つまり基板１の厚さｄ２を所定の厚さとした場合、発光領域１３で発光した光の多層反射層３の下側の境界面での干渉光の光量Ｉｃは、α、つまり位相整合層２の厚さｄ１によって、極大と極小を繰り返す周期関数となることがわかる。そのため、数式７で示される干渉光の光量Ｉｃが極大となる位相整合層２の厚さｄ１を選択することによって、多層反射層３の下側の境界面での干渉光の光量を極大とすることができる。また、発光領域１３で発光した光のうち、多層反射層３の下側の境界面での反射光と基板１の下側の境界面での反射光との位相を、位相整合層２を設けることによって整合させることができることがわかる。また、基板１の厚さｄ２について、予め形成誤差を測定することができるため、基板１の厚さｄ２についての形成誤差を基にして位相整合層２の厚さｄ１を設定して形成することができる。
【００３１】
ここで、基板１の厚さｄ２をｄ２＝１００μｍ、基板１の屈折率をｎ２＝２．５５、位相整合層２の屈折率ｎ１＝２．０９とした場合に、数式７で示される干渉光の光量Ｉｃを位相整合層２の厚さｄ１に対してグラフ化した図を図５に示す。図１に示す発光領域１３で発光した光の光量を１００％とするため、図５では、数式７で示される干渉光の光量Ｉｃの最大値を１００％とし、位相整合層２の厚さｄ１に対して数式７に示す干渉光の光量Ｉｃ（％）を換算した。図５に示すように、位相整合層２の厚さｄ１の増加と共に、干渉光の光量Ｉｃが周期的に変化することがわかる。このとき、干渉光の光量が極大Ｉｍａｘとなる条件は、数式１０で表すことができる。そして、数式１０より、位相整合層２の厚さｄ１は、数式１１で表すことができる。
【数１０】
2006054330.tif 000012
【数１１】
2006054330.tif 000013
【００３２】
以上のように位相整合層２の厚さを設定することによって、発光領域１３で発光した光のうち、多層反射層３の下側の境界面での反射光、位相整合層２の下側の境界面での反射光及び基板１の下側の境界面での反射光が相互に干渉した干渉光の光量を極大とすることができる。そのため、光量が極大となった干渉光を半導体発光素子１００から出射させることができ、半導体発光素子１００からの出射効率を向上させることができる。
【００３３】
また、図１に示す基板１のキャリア密度は、１０１９ｃｍ−３以下とすることが望ましい。基板１のキャリア密度は、発光領域１３で発光した光が基板１中で吸収される吸収率に関係する。すなわち、基板１のキャリア密度の増加に伴って、基板１の吸収率は増加する。ここで、図３に、基板１の光吸収係数の変化により、発光領域１３で発光した光が基板１の下側の境界面で反射するときの反射特性を示す。図３（ａ）は、光吸収係数が８ｃｍ−１の場合の反射特性で、図３（ｂ）は、光吸収係数が１００ｃｍ−１の場合の反射特性である。図３（ａ）及び（ｂ）では、横軸は、図１に示す発光領域１３で発光した光の波長を示し、縦軸は発光領域１３で発光した光の基板１の下側の境界面での反射率を示す。また、各グラフにおいて、点線は、多層反射層３が１００％の反射率を有する場合に、発光領域１３で発光した光が多層反射層３の上側の境界面で反射する反射光のスペクトル曲線を示す。
【００３４】
図３（ａ）及び（ｂ）によると、基板１の光吸収係数が１００ｃｍ−１の場合、基板１中での光吸収量が多いために、スペクトル曲線が全体的に下がり、十分な反射率を得られない。一方、基板１の光吸収係数が８ｃｍ−１の場合、基板１の下側の境界面で反射した反射光のスペクトル曲線が多層反射層３で反射した光のスペクトル曲線と略一致し、十分な反射率を得られている。このように、発光領域１３で発光した光の基板１の下側の境界面での反射率を増加させるためには、基板１の光吸収係数はなるべく低い方が望ましいことがわかる。つまり、基板１のキャリア密度はなるべく低い方が望ましい。
【００３５】
また、図４に、図１に示す基板１のキャリア密度を変化させたときに、発光領域１３で発光した光が基板１中で吸収されるときの吸収特性を示す。図４では、横軸は、図１に示す基板１のキャリア密度を示し、縦軸は、基板１中で光が吸収されるときの光吸収係数を示す。
【００３６】
図４によると、図１に示す基板１のキャリア密度を増加させるに従って、光吸収係数が増加することがわかる。そして、基板１のキャリア密度を１０１９ｃｍ−３以下とすることで、光吸収係数が３０ｃｍ−１以下となる。光吸収係数が３０ｃｍ−１以下である場合、発光領域１３で発光した光は基板１中を通り抜けることによって約４５％以下の光量が減少する。光の減衰量が４５％以下であると、基板１の下側の境界面で反射した反射光が半導体発光素子１００の発光効率に影響を与える十分な光量を得られる。また、光の減衰量が４５％以下であると、多層反射層３の下側の境界面での反射光と干渉して弱めあった場合にも弱めあった干渉光への寄与率が大きくなる。そのため、基板１のキャリア密度を１０１９ｃｍ−３以下とすることで、前述のように多層反射層３の下側の境界面で強めあった干渉光の光量を大きくすることができる。従って、強めあった干渉光を半導体発光素子１００から出射させることによって、半導体発光素子１００からの出射効率を向上させることができる。
【００３７】
また、図１に示す、第１電極１２は、上部多層反射層９と電気的に接続されており、上部多層反射層９とオーミックコンタクトをとれるものであればよい。例えば、第１電極１２としてＴｉ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｕ、ＺｎＯ、ＩＴＯなどを適用することができる。いずれの材料も電気伝導度が高く、半導体発光素子１００の消費電力が増加することがない。
【００３８】
また、図１に示す、第２電極１１は、基板１に電気的に接続されており、基板１とオーミックコンタクトをとれるものであればよい。例えば、第２電極１１としてＴｉ／Ａｌ、Ｎｉ／Ａｕ、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の材料からなる電極を適用することができる。いずれの材料も電気伝導度が高く、半導体発光素子１００の消費電力が増加することがない。
【００３９】
以上説明したように、半導体発光素子１００は、基板１上に、位相整合層２と、多層反射層３と、半導体層１０と、を順に有している。従来では、基板１と半導体層１０との格子定数を合わせるために基板１と半導体層１０との間に、低温で形成した低温バッファ層を設けていた。即ち、本実施形態に係る半導体発光素子１００は、上記の低温バッファ層を省いた構成である。
【００４０】
ここで、本実施形態に係る半導体発光素子の作成方法を、図１を参照しながら具体的な数値を示して説明する。
【００４１】
まず、ＳｉＣからなる基板１の厚さを設定する。ここでは、発光領域１３で発光する光の波長は４５０ｎｍで、基板１の屈折率は２．５５である。基板１の厚さは、１００μｍとする。また、基板１のキャリア密度を１０１９ｃｍ−３とした。この基板１上に、位相整合層２としての窒化アルミニウム（ＡＩＮ）をスパッタリングにより形成する。この位相整合層２の厚さは、発光領域１３で発光した光のうち、多層反射層３の下側の境界面での反射光、位相整合層２の下側の境界面での反射光及び基板１の下側の境界面での反射光が相互に干渉した干渉光の光量が極大となる厚さとする。本実施形態では、ＡＩＮの屈折率が２．０９、基板１の屈折率が２．５５で、基板１の厚さを１００μｍとしたため、位相整合層２の厚さは、数式１１より、例えば、４６７ｎｍ（ｋ１＝３）とする。
【００４２】
次に、形成した位相整合層２の上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＮＨ３を原料として、比較的低温で、ｎ型Ｉｎ１−ｙＧａｙＮ（例えばｘ＝０、ｙ＝０．９８）とｎ型ＡｌＧａＮ（例えばｘ＝０．２、ｙ＝０．８）からなる多層反射層３を、２０ペアで合計４０層形成する。各層の層厚は、それぞれ３５ｎｍ程度とする。その後、層厚が０．１〜５μｍ程度の、ｎ型ＧａＮからなる第２導電型半導体層４を形成する。
【００４３】
次に、ノンドープ又はｎ型若しくはｐ型のＩｎｙＧａ１−ｙＮ（例えば、ｙ＝０．０６）からなる活性層５を０．０５〜０．１μｍ程度の厚さで形成する。ついで、ｐ型ＡｌＧａＮ（例えばｚ＝０．１５）からなるクラッド層６を０．０１〜０．３μｍ程度で形成し、さらにｐ型のＧａＮからなるコンタクト層７を０．１〜０．２μｍ程度の厚さで形成する。本実施例では、クラッド層６及びコンタクト層７を第１導電型半導体層８とした。
【００４４】
前述の第２導電型半導体層４をｎ型とするためには、Ｓｉ、Ｇｅ、ＴｅをＳｉＨ４、ＧｅＨ４、ＴｅＨ４などの不純物原料ガスとして反応ガス内に混入する。ただし、ｎ型の場合は不純物を混入しなくても成膜時に窒素が蒸発しやすく自然にｎ型になるため、その性質を利用してもよい。
【００４５】
次に、第１導電型半導体層８上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩ、ＮＨ３を原料として、比較的低温で、ｎ型Ｉｎ１−ｙＧａｙＮ（例えばｘ＝０、ｙ＝０．９８）とｎ型ＡｌＧａＮ（例えばｘ＝０．２、ｙ＝０．８）からなる上部多層反射層９を、５ペアで合計１０層形成した。各層の層厚は、それぞれ３５ｎｍ程度とする。
【００４６】
その後、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの保護膜（不図示）を半導体層１０の成長膜表面全面に設け、４００〜８００℃、２０〜６０分間程度のアニールを行い、ｐ型であるクラッド層６の活性化を行う。なお、保護膜を設けることなくアニールしてもよい。
【００４７】
ついで、第１電極１２および第２電極１１として、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｌなどの金属膜をスパッタリングや蒸着などにより形成する。最終的に基板１をラッピングした後、各チップをダイシングして、半導体発光素子１００が完成する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態に係る半導体発光素子の概略構成図である。
【図２】多層反射層の層数を変化させたときに、発光領域で発光した光が多層反射層で反射するときの反射特性を示した図である。
【図３】基板の光吸収係数の変化により、発光領域で発光した光が基板の下側の境界面で反射するときの反射特性を示した図である。（ａ）は光吸収係数が８ｃｍ−１の場合の反射特性で、（ｂ）は光吸収係数が１００ｃｍ−１の場合の反射特性である。
【図４】基板のキャリア密度を変化させたときに、発光領域で発光した光が基板中で吸収されるときの吸収特性を示した図である。
【図５】干渉光の光量Ｉｃを位相整合層の厚さに対してグラフ化した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  基板
２  位相整合層
３  多層反射層
４  第２導電型半導体層
５  活性層
６  クラッド層
７  コンタクト層
８  第１導電型半導体層
９  上部多層反射層
１０  半導体層
１１  第２電極
１２  第１電極
１３  発光領域
１００  半導体発光素子
【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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