(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信用の発光ユニットにおいて、
１つの基板と、
複数のIII 族窒化物半導体発光素子と、
ｎ配線電極およびｐ配線電極と、
前記ｎ配線電極に接続されたｎパッド電極と、
前記ｐ配線電極に接続されたｐパッド電極と、
を有し、
前記発光ユニットは、
１つの基板の上に前記複数のIII 族窒化物半導体発光素子を形成されたモノリシックであり、
前記ｎ配線電極および前記ｐ配線電極は、
前記複数のIII 族窒化物半導体発光素子を互いに並列に接続しており、
前記III 族窒化物半導体発光素子の発光体積は、
１μｍ3 以上１４μｍ3 以下の範囲内であること
を特徴とする発光ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の発光ユニットにおいて、
前記複数のIII 族窒化物半導体発光素子は、
ｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層の上の発光層と、
前記発光層の上のｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層の上の電流阻止層と、
前記ｐ型半導体層および前記電流阻止層の上の透明電極と、
を有し、
前記発光体積は、
前記透明電極の占める全面積のうち前記電流阻止層の占める面積を除いた第１の領域の面積と、前記発光層の１層のあたりの井戸層の膜厚と、前記発光層における前記井戸層の繰り返し回数と、の積であること
を特徴とする発光ユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発光ユニットにおいて、
前記III 族窒化物半導体発光素子は発光層を有し、
前記発光層は井戸層と障壁層とを有し、
前記障壁層の膜厚は、
１ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲内であること
を特徴とする発光ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の技術分野は、III 族窒化物半導体発光素子を有する発光ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、照明用途の他、光ファイバーモジュール等の光通信あるいは光情報処理等の分野に応用されている。半導体発光素子を光通信等に応用する場合には、電流投入時から発光するまでの応答性がよく、出力が高いものが望まれている。
【０００３】
そのため、応答性のよい半導体発光素子について研究開発がなされてきている。例えば、特許文献１には、微小発光面積でも均一に発光する発光ダイオードについて開示されている。そして、ｐ型半導体層に対する透光性電極のオーミック特性が、ｐ型半導体層に対するｐ側拡散電極のオーミック特性より良くなるように電極材料を選定する旨が開示されている（特許文献１の段落［０００７］、［００２８］−［００２９］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１４１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のように微小発光面積で発光させると発光光量が不足しがちである。また、近年では、より顕著な応答特性を備える発光素子が望まれている。
【０００６】
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、応答性に優れるとともに発光光量の十分な半導体発光素子を有する発光ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様における光通信用の発光ユニットは、１つの基板と、複数のIII 族窒化物半導体発光素子と、ｎ配線電極およびｐ配線電極と、ｎ配線電極に接続されたｎパッド電極と、ｐ配線電極に接続されたｐパッド電極と、を有する。発光ユニットは、１つの基板の上に複数のIII 族窒化物半導体発光素子を形成されたモノリシックである。ｎ配線電極およびｐ配線電極は、複数のIII 族窒化物半導体発光素子を互いに並列に接続している。III 族窒化物半導体発光素子の発光体積は、１μｍ3 以上１４μｍ3 以下の範囲内である。
【０００８】
この発光ユニットでは、III 族窒化物半導体発光素子の発光体積が十分に小さい。そのため、この発光ユニットの応答時間は十分に短い。この発光ユニットの応答時間は、例えば、３ｎｓｅｃ以上１１ｎｓｅｃ以下である。また、半導体発光素子が並列に接続されているため、この発光ユニットは応答性に優れている。そして、この発光ユニットでは十分な発光光量が得られる。
【０００９】
第２の態様における発光ユニットにおいては、複数のIII 族窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層と、ｎ型半導体層の上の発光層と、発光層の上のｐ型半導体層と、ｐ型半導体層の上の電流阻止層と、ｐ型半導体層および電流阻止層の上の透明電極と、を有する。発光体積は、透明電極の占める全面積のうち電流阻止層の占める面積を除いた第１の領域の面積と、発光層の１層のあたりの井戸層の膜厚と、発光層における井戸層の繰り返し回数と、の積である。
【００１０】
第３の態様における発光ユニットは、III 族窒化物半導体発光素子は発光層を有する。発光層は井戸層と障壁層とを有する。障壁層の膜厚は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下の範囲内である。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書では、応答性に優れるとともに発光光量の十分な半導体発光素子を有する発光ユニットが提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態における発光ユニットを示す平面図（その１）である。
【図２】ＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。
【図３】実施形態における発光ユニットを示す平面図（その２）である。
【図４】ＩＶ−ＩＶ断面を示す断面図である。
【図５】実施形態の半導体発光素子の発光層の積層構造を説明するための図である。
【図６】応答時間の定義を説明するためのグラフである。
【図７】発光体積と応答時間との間の関係を示すグラフである。
【図８】発光体積と立上時間Ｔｒとの間の関係を示すグラフである。
【図９】発光体積と立下時間Ｔｆとの間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、具体的な実施形態について、発光ユニットを例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、実施形態に限定されるものではない。また、後述する発光ユニットの各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。
【００１４】
１．発光ユニット
図１は、本実施形態の発光ユニット１を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図である。発光ユニット１は、光ケーブル等に光を入射するためのものである。光ケーブルの内径は、例えば、１ｍｍ程度である。そのため、発光ユニット１の一辺は、例えば、２ｍｍ以下である。発光ユニット１は、モノリシックである。つまり、発光ユニット１は、単一基板上に複数の半導体発光素子１００を形成されたものである。発光ユニット１では、１つの基板Ｓａ１の上に４つの半導体発光素子１００が形成されている。それぞれの半導体発光素子１００は、フェイスアップ型のIII 族窒化物半導体発光素子である。半導体発光素子１００の発光波長は、例えば、５００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲内である。
【００１５】
前述のように、発光ユニット１は、４個の半導体発光素子１００を有している。これらの４個の半導体発光素子１００は互いに並列に接続されている。そのため、これらの半導体発光素子１００は、電源の投入後ほぼ同時に発光を開始する。つまり、この発光ユニット１の応答性はよい。また、半導体発光素子１００が４個並列で接続されているため、この発光ユニット１は十分に明るい。
【００１６】
図１および図２に示すように、発光ユニット１は、基板Ｓａ１と、ｎ型半導体層１１０と、発光層１２０と、ｐ型半導体層１３０と、電流阻止層ＣＢ１と、透明電極ＴＥ１と、ｎコンタクト電極Ｎ１と、ｎ配線電極Ｎ２と、ｎパッド電極Ｎ３と、ｐコンタクト電極Ｐ１と、ｐ配線電極Ｐ２と、ｐパッド電極Ｐ３と、誘電体膜Ｆ１と、を有している。ここで、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２は、４個の半導体発光素子１００を互いに並列に接続している。つまり、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２は、発光ユニット１に対して１個ずつ設けられている。また、ｎパッド電極Ｎ３およびｐパッド電極Ｐ３は、発光ユニット１に対して１個ずつ設けられている。
【００１７】
図３は、発光ユニット１の別の断面を示すための図である。図４は、発光ユニット１のＩＶ−ＩＶ断面を示す断面図である。図４では、その他の誘電体膜の材質は、ＳｉＯ2 と示されている。これらの誘電体膜の材質は、ＳｉＯ2 以外の材質であってもよい。
【００１８】
基板Ｓａ１は、半導体発光素子１００を支持するための支持基板である。そのため、１つの基板Ｓａ１の上に４個の半導体発光素子１００が形成されている。また、成長基板を兼ねていてもよい。基板Ｓａ１の主面の上には凹凸加工があるとよい。基板Ｓａ１の材質は、サファイアである。また、サファイア以外にも、ＳｉＣ、ＳｃＡｌＭｇＯ4 （ＳＣＡＭ）、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＮなどの材質を用いてもよい。
【００１９】
ｎ型半導体層１１０と、発光層１２０と、ｐ型半導体層１３０とは、基板Ｓａ１の上に形成された半導体層である。ｎ型半導体層１１０は、ｎ型コンタクト層と、ｎ側静電耐圧層と、ｎ側超格子層と、を有する。ｎ型半導体層１１０は、ドナーをドープしていないｕｄ−ＧａＮ層等を有していてもよい。ｐ型半導体層１３０は、ｐ側クラッド層と、ｐ型コンタクト層と、を有する。ｐ型半導体層１３０は、アクセプターをドープしていないｕｄ−ＧａＮ層等を有していてもよい。ｎ型半導体層１１０およびｐ型半導体層１３０は、上記以外の構造であってもよい。
【００２０】
電流阻止層ＣＢ１は、電極直下に電流が流れることを阻止するとともに発光面内に電流を拡散させるための層である。電流阻止層ＣＢ１は、ｐ型半導体層１３０と透明電極ＴＥ１との間に形成されている。透明電極ＴＥ１は、ｐ型半導体層１３０の上および電流阻止層ＣＢ１の上に形成されている。透明電極ＴＥ１の材質は、透明導電酸化物である。透明電極ＴＥ１の材質として、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＣＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2 、ＮｂＴｉＯ2 、ＴａＴｉＯ2 、ＳｎＯ2 が挙げられる。また、その他の透明な酸化物であってもよい。
【００２１】
誘電体膜Ｆ１は、半導体層および透明電極ＴＥ１の少なくとも一部を覆っている。また、誘電体膜Ｆ１は、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を覆っている。誘電体膜Ｆ１は、例えば、ＳｉＯ2 である。
【００２２】
ｎコンタクト電極Ｎ１は、ｎ型半導体層１１０のｎ型コンタクト層に接触する電極である。ｎ配線電極Ｎ２は、複数のｎコンタクト電極Ｎ１とｎパッド電極Ｎ３とを電気的に接続するための電極である。ｎ配線電極Ｎ２は、４個の半導体発光素子１００のそれぞれのｎコンタクト電極Ｎ１を電気的に接続する。そのため、ｎ配線電極Ｎ２は、枝状に伸びている線状電極である。例えば、ｎ配線電極Ｎ２は、櫛歯状の電極である。ｎパッド電極Ｎ３は、外部電源と電気的に接続される電極である。
【００２３】
ｐコンタクト電極Ｐ１は、ｐ型半導体層１３０のｐ型コンタクト層に接触する電極である。ｐ配線電極Ｐ２は、複数のｐコンタクト電極Ｐ１とｐパッド電極Ｐ３とを電気的に接続するための電極である。ｐ配線電極Ｐ２は、４個の半導体発光素子１００のそれぞれのｐコンタクト電極Ｐ１を電気的に接続する。そのため、ｐ配線電極Ｐ２は、枝状に伸びている線状電極である。例えば、ｐ配線電極Ｐ２は、櫛歯状の電極である。ｐパッド電極Ｐ３は、外部電源と電気的に接続される電極である。
【００２４】
これらの半導体の積層構造および電極の積層構造は一例である。そのため、半導体の積層構造および電極の積層構造は、上記以外の構成であってもよい。
【００２５】
２．発光層の構造
図５は、本実施形態の発光層１２０の周辺を概念的に示す図である。発光層１２０は、障壁層１２１と、井戸層１２２と、を有する。障壁層１２１と井戸層１２２とは交互に繰り返し形成されている。つまり、発光層は、多重量子井戸層（ＭＱＷ）である。図５では、発光層１２０は、５層の井戸層１２２を有している。これは例示であり、井戸層１２２の個数については、その他の数であってよい。
【００２６】
井戸層１２２は、ＩｎＧａＮ層である。井戸層１２２のＩｎ組成は０．１以上０．４以下である。井戸層１２２の膜厚は、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。障壁層１２１は、ノンドープのＡｌＧａＮ層である。障壁層１２１のＡｌ組成は０．１以上０．３以下である。障壁層１２１の膜厚は、例えば１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
【００２７】
３．発光体積
３−１．発光体積の定義
本実施形態では、発光体積を所望の値とする。発光体積とは、発光層１２０の井戸層１２２において実際に発光する層の全体積のことである。つまり、発光体積は、ｐ型半導体層１３０と透明電極ＴＥ１とが直接接触している第１面Ｒ１の面積と、第１面Ｒ１を基板Ｓａ１に射影したときに含まれる井戸層１２２の全膜厚と、を掛け合わせたものである。
【００２８】
図５には、発光体積となる領域をスラッシュのハッチングで示してある。電流阻止層ＣＢ１の直下の領域は発光しないと考えられる。そのため、透明電極ＴＥ１の占める全面積のうち電流阻止層ＣＢ１の占める面積を除いた領域が第１の領域Ｒ１である。
【００２９】
よって、発光体積については次式のように定義される。
Ｖ１  ＝  Ｓ１  ×  Ｔ１  ×  Ｃ１                    ………（１）
Ｖ１：発光体積
Ｓ１：第１面Ｒ１の面積
Ｔ１：発光層の井戸層における１層あたりの膜厚
Ｃ１：発光層における井戸層の繰り返し回数
【００３０】
３−２．応答時間の定義
図６は、応答時間を示すグラフである。図６に示すように、半導体発光素子１００の明るさが安定する出力を１００％とする。立上時間Ｔｒは、出力が１０％から９０％になるまでにかかる時間である。立下時間Ｔｆは、出力が９０％から１０％になるまでにかかる時間である。そして、応答時間は、立上時間Ｔｒと立下時間Ｔｆとの和である。
【００３１】
３−３．発光体積と応答時間との関係
後述するように、半導体発光素子１００の応答時間と発光体積との間には相関がある。本実施形態では、半導体発光素子１００の発光体積を１μｍ3 以上１４μｍ3 以下の範囲内とする。このときに、半導体発光素子１００の応答時間は、３ｎｓｅｃ以上１１ｎｓｅｃ以下の範囲内である。また、発光体積を１μｍ3 以上１０μｍ3 以下とすると、応答時間は３ｎｓｅｃ以上８ｎｓｅｃ以下である。発光体積を１０μｍ3 以上１４μｍ3 以下とすると、応答時間は８ｎｓｅｃ以上１１ｎｓｅｃ以下である。
【００３２】
このように発光体積と応答時間との間に相関がある。理由は次のようである。ＩｎＧａＮ層を井戸層１２２に形成するとともにそれより大きなバンドギャップをもつ障壁層１２１を形成すると、発光層１２０に歪みがかかり電界が発生する。そのため、電子と正孔とが空間的に分離される。よって、発光面積を小さくしたり、発光層１２０の繰り返し回数を減らすと、発光層内のキャリアの密度が高くなる。そのため、発光層１２０の内部の電界の影響が遮断される。また、発光層１２０の井戸層１２２の膜厚を薄くすると、電子と正孔との間の距離は近くなる。上記のメカニズムにより、発光体積を小さくするほど応答時間は短くなる。
【００３３】
４．発光ユニットの製造方法
４−１．半導体層形成工程
基板Ｓａ１の上に、ｎ型半導体層１１０、発光層１２０、ｐ型半導体層１３０を形成する。より具体的には、基板Ｓａ１の上に、ｎ型コンタクト層、ｎ側静電耐圧層、ｎ側超格子層、発光層、ｐ側クラッド層、ｐ型コンタクト層の順に半導体層を形成する。その際に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、各半導体層の結晶をエピタキシャル成長させる。ここで用いるキャリアガスは、水素（Ｈ2 ）もしくは窒素（Ｎ2 ）もしくは水素と窒素との混合気体（Ｈ2 ＋Ｎ2 ）である。窒素源として、アンモニアガス（ＮＨ3 ）を用いる。Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）を用いる。ｎ型ドーパントガスとして、シラン（ＳｉＨ4 ）を用いる。ｐ型ドーパントガスとして、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 ）を用いる。また、これら以外のガスを用いてもよい。
【００３４】
４−２．電流阻止層形成工程
次に、ｐ型半導体層１３０のｐ型コンタクト層の上に電流阻止層ＣＢ１を形成する。電流阻止層ＣＢ１は、例えば、ＳｉＯ2 である。その際にＣＶＤ法を用いればよい。電流阻止層ＣＢ１の膜厚は、例えば、１００ｎｍである。また、電流阻止層ＣＢ１を所望の位置および形状で形成するために、フォトリソグラフィ技術を用いればよい。
【００３５】
４−３．透明電極形成工程
次に、電流阻止層ＣＢ１およびｐ型コンタクト層の上に透明電極ＴＥ１を形成する。例えば、スパッタリングによりＩＺＯ膜を形成する。透明電極ＴＥ１の膜厚は、例えば、７０ｎｍである。そして、６５０℃の雰囲気温度で透明電極ＴＥ１を熱処理する。
【００３６】
４−４．ｎ型半導体層露出工程
次に、ＩＣＰを用いてｐ型半導体層１３０の一部および発光層１２０の一部を除去する。これにより、ｎ型半導体層１１０の一部を露出させる。
【００３７】
４−５．ドット電極形成工程
次に、ｎコンタクト電極Ｎ１およびｐコンタクト電極Ｐ１を形成する。ここで、例えば、蒸着により、５０ｎｍのＮｉ、１５００ｎｍのＡｕ、１０ｎｍのＡｌを順に形成する。そして、酸素雰囲気中で５５０℃の温度下で熱処理する。圧力は１５Ｐａである。
【００３８】
４−６．配線電極形成工程
次に、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を形成する。例えば、蒸着により、５０ｎｍのＴｉ、１５０００ｎｍのＡｕ、１００ｎｍのＡｌを順に形成する。なお、ｎパッド電極Ｎ３およびｐパッド電極Ｐ３を別途形成してもよい。
【００３９】
４−７．保護膜形成工程
次に、誘電体膜Ｆ１を形成する。誘電体膜Ｆ１により、各半導体層および透明電極ＴＥ１およびｐ配線電極Ｐ２およびｎ配線電極Ｎ２を覆う。例えば、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 を１００ｎｍの膜厚で形成する。
【００４０】
４−８．開口部形成工程
次に、ウェットエッチングにより誘電体膜Ｆ１の一部を開口させる。これにより、誘電体膜Ｆ１を除去するとともにｐ配線電極Ｐ２の一部およびｎ配線電極Ｎ２の一部を露出させる。これらの露出した箇所が、それぞれ、ｐパッド電極Ｐ３とｎパッド電極Ｎ３とになる。
【００４１】
４−９．素子分離工程
次に、ウエハを分割する。これにより、多数の発光ユニット１が製造される。
【００４２】
４−１０．その他の工程
また、各パッド電極に配線する配線工程等その他の工程を実施してもよい。なお、上記の工程は、一例である。そのため、前述した積層構造および数値等はあくまで例である。よって、上記以外の数値等を用いてもよい。
【００４３】
５．変形例
５−１．発光素子の数
本実施形態の発光ユニット１は、１つの基板Ｓａ１の上に４個の半導体発光素子１００を有する。しかし、半導体発光素子１００の数は、その他の個数であってもよい。発光ユニット１は、１つの基板Ｓａ１の上に複数個の半導体発光素子１００を有するとよい。
【００４４】
５−２．発光ユニット
本実施形態の発光ユニット１は、１つの基板Ｓａ１の上に複数個の半導体発光素子１００を有する。つまり、半導体発光素子１００同士は、共通の基板Ｓａ１を介して一体となっている。しかし、このようにモノリシックではない半導体発光素子を用いてもよい。つまり、別体の半導体発光素子を集めて、１つの発光ユニットを製作してもよい。
【００４５】
５−３．単一量子井戸層
本実施形態の発光層１２０は、多重量子井戸層（ＭＱＷ）を有する。しかし、その代わりに、単一量子井戸層（ＳＱＷ）を有していてもよい。その場合には、前述の式（１）において、発光層における井戸層の繰り返し回数Ｃ１は、１である。
【００４６】
５−４．フリップチップ
本実施形態の半導体発光素子１００は、フェイスアップ型の発光素子である。しかし、フリップチップ型の半導体発光素子にも、本技術を適用することができる。
【００４７】
５−５．配線電極
本実施形態の発光装置１は、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を有している。しかし、ｎ配線電極Ｎ２およびｐ配線電極Ｐ２を有さない発光ユニットに対しても、本実施形態の技術を適用することができる。
【００４８】
６．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光ユニット１は、複数の半導体発光素子を並列に接続して搭載したものである。また、発光ユニット１の発光体積は、１μｍ3 以上１４μｍ3 以下である。そのため、１０ｎｓｅｃ程度以下の応答時間で応答する発光ユニット１が実現されている。また、発光ユニット１の明るさは十分に明るい。
【００４９】
なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。積層体の積層構造については、必ずしも図に示したものに限らない。積層構造や各層の繰り返し回数等、任意に選択してよい。また、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、液相エピタキシー法、分子線エピタキシー法等、その他のエピタキシャル成長法により半導体層を形成することとしてもよい。
【実施例】
【００５０】
１．サンプルの作製
サンプルを次のように作成した。サファイア基板の上にＭＯＣＶＤ法によりＡｌＮバッファ層、ｎ型コンタクト層、ｎ側静電耐圧層、ｎ側超格子層、発光層、ｐ側クラッド層、ｐ型コンタクト層、の順に形成した。発光層の井戸層は、ＩｎＧａＮ層であった。井戸層のＩｎ組成は、０．２５であった。発光層の障壁層は、ＡｌＧａＮ層であった。障壁層のＡｌ組成は、０．０８であった。
【００５１】
電流阻止層ＣＢ１として、ＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2 を形成した。透明電極ＴＥ１として、スパッタリングにより膜厚７０ｎｍのＩＺＯを形成した。また、ｎコンタクト電極Ｎ１およびｐコンタクト電極Ｐ１を形成した。誘電体膜Ｆ１として、ＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2 を形成した。
【００５２】
２．測定結果
表１は、各サンプルについて応答時間を測定した結果である。実施例１−８では、発光体積は１μｍ3 以上１４μｍ3 以下である。応答時間は、１０ｎｓｅｃ程度以下である。比較例１−５では、発光体積は１５μｍ3 以上である。応答時間は、１０ｎｓｅｃ程度より長い。
【００５３】
［表１］
サンプル        発光面積      井戸層の膜厚      発光体積      応答時間
（μｍ2 ）      （ｎｍ）        （μｍ3 ）    （ｎｓｅｃ）
実施例１          １０００        １．２          １．２        ３．４
実施例２          ２４００        １．２          ２．９        ３．６
実施例３          ４８００        １．２          ５．８        ５．５
実施例４          １０００        １．７          １．７        ４．１
実施例５          ２４００        １．７          ４．１        ４．３
実施例６          ４８００        １．７          ８．２        ５．８
実施例７          １０００        ３．７          ３．７        ６．０
実施例８          ２４００        ３．７          ８．９        ８．０
比較例１          ４８００        ３．７        １７．８      １１．３
比較例２        ８３２２０        ３．７      ３０７．８      ５３．２
比較例３        ７０６８０        ３．７      ２６１．５      ４３．９
比較例４      １１１１２６        ３．７      ４１１．２      ５７．９
比較例５      １３６７４２        ３．７      ５０５．９      ７６．３
【００５４】
図７は、発光体積と応答時間との間の関係を示すグラフである。図７の横軸は半導体発光素子の発光体積である。図７の縦軸は半導体発光素子の応答時間である。ここでは、発光面積（Ｓ１）、膜厚（Ｔ１）および繰り返し回数（Ｃ１）を種々の値に変更したサンプルを用いた。
【００５５】
そして、発光面積（Ｓ１）が大きく繰り返し回数（Ｃ１）が小さい第１のサンプルと、発光面積（Ｓ１）が小さく繰り返し回数（Ｃ１）が大きい第２のサンプルとで、発光体積が同程度であれば、応答時間は同程度であるという結果を得た。つまり、応答時間は、主に発光体積（Ｖ１）に依存する。
【００５６】
図７に示すように、発光体積が大きいほど応答時間は長い。また、発光体積が小さいほど応答時間は短い。発光体積が１５００μｍ3 の場合には応答時間は１００ｎｓｅｃ程度である。発光体積が１μｍ3 の場合には応答時間は３ｎｓｅｃ程度である。そして、発光体積が１μｍ3 以上１４μｍ3 以下のときに、半導体発光素子の応答時間は３ｎｓｅｃ以上１１ｎｓｅｃ以下の範囲内である。
【００５７】
図８は、発光体積と立上時間Ｔｒとの間の関係を示すグラフである。図８の横軸は半導体発光素子の発光体積である。図８の縦軸は半導体発光素子の立上時間Ｔｒである。
【００５８】
図８に示すように、発光体積が１００μｍ3 以上の場合には、立上時間Ｔｒは１０ｎｓｅｃより長い。発光体積が１４μｍ3 以下の場合には、立上時間Ｔｒは３ｎｓｅｃより短い。
【００５９】
図９は、発光体積と立下時間Ｔｆとの間の関係を示すグラフである。図８の横軸は半導体発光素子の発光体積である。図８の縦軸は半導体発光素子の立下時間Ｔｆである。
【００６０】
図９に示すように、発光体積が１００μｍ3 以上の場合には、立下時間Ｔｆは１０ｎｓｅｃより長い。発光体積が１４μｍ3 以下の場合には、立下時間Ｔｆは１０ｎｓｅｃより短い。
【符号の説明】
【００６１】
１…発光ユニット
１００…半導体発光素子
Ｓａ１…基板
１１０…ｎ型半導体層
１２０…発光層
１３０…ｐ型半導体層
ＣＢ１…電流阻止層
ＴＥ１…透明電極
Ｆ１…誘電体膜
Ｎ１…ｎコンタクト電極
Ｎ２…ｎ配線電極
Ｎ３…ｎパッド電極
Ｐ１…ｐコンタクト電極
Ｐ２…ｐ配線電極
Ｐ３…ｐパッド電極
【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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