(57)【要約】【課題】外部量子効率に優れた酸化亜鉛系半導体発光素子を提供する。【解決手段】酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる基板１１上に、発光層を有するＺｎＯ系半導体結晶層１３を備えた半導体発光素子１０において、基板１１と発光層との間に、発光層より放射された光を反射する反射層１２を設ける。ＺｎＯ系半導体結晶層１３よりＺｎＯ基板１１に向かって放射された光を反射して素子外部に放出させることができるので、発光素子の外部量子効率の向上を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛からなる基板上に酸化亜鉛系半導体結晶から構成される発光層を備える半導体発光素子であって、
前記基板と前記発光層との間に、発光層より放射された光を反射する反射層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板と発光層との間に設けられた反射層は、酸化亜鉛と酸化亜鉛マグネシウムとを１周期層以上積層させたものである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】
前記基板と発光層との間に設けられた反射層は、ｎ型の導電性を示すものであることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記発光層は、３７０ｎｍ以下の波長の光を放射するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記発光層は、少なくとも一部が酸化亜鉛または酸化亜鉛マグネシウムから構成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記基板と発光層との間に設けられた反射層を第一の反射層とし、さらに前記発光層の前記基板と反対の側に第二の反射層を設けて、第一の反射層と第二の反射層とで共振器を構成し、発光層より放射された光の少なくとも一部を、第一の反射層と第二の反射層とにより共振させて発光素子の外部へ放出させるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
第一の反射層および第二の反射層は、これら第一の反射層と第二の反射層との間で共振させた光を、反転分布を生じた状態で発光素子の外部へ放出させるものであることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第二の反射層は、酸化亜鉛と酸化亜鉛マグネシウムとを１周期層以上積層させたものであることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第二の反射層は、ｐ型の導電性を示すものであることを特徴とする請求項８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、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発光素子に関し、特に、酸化亜鉛系半導体結晶から構成される発光層を備える半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色発光素子や紫外線発光素子などに用いられるIII-Ｖ族窒化物半導体結晶に代わる新しい結晶材料として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系半導体結晶が注目されている。
ここで、発光素子とは、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）、レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）、およびそれらの基本原理を応用した素子が含まれる。
また、酸化亜鉛系半導体結晶とは、酸化亜鉛（ノンドープＺｎＯ）、酸化亜鉛マグネシウム（ＺｎＭｇＯ）、酸化亜鉛カドミウム（ＺｎＣｄＯ）のようなＺｎＯを母体とした結晶が含まれる。
【０００３】
ＺｎＯ系半導体結晶によって青色発光素子や紫外線発光素子を実現するにあたり、ＺｎＯ系半導体結晶には高い結晶品質と非常に平坦な結晶表面が要求される。従来、ＺｎＯ系半導体結晶は、サファイア基板やシリコン基板の上に成長させる技術が一般的であったが、使用する基板とＺｎＯ系半導体結晶との間に大きな格子不整合が存在するために、高い結晶品質と平坦な結晶表面を得ることが困難であった。また、この格子不整合が遠因となり、ｐ型の導電性を示すＺｎＯ系半導体結晶の成長が困難であった。つまり、サファイア基板やシリコン基板の上にＺｎＯ系半導体発光素子を作製することは極めて困難であった。
【０００４】
しかしながら、近年、水熱合成法や化学気相輸送法で高品質なＺｎＯ基板を作製できる技術が確立され、このＺｎＯ基板上にＺｎＯ系半導体結晶を成長させると、極めて高い結晶品質と平坦な結晶表面が得られることが分かり始めた。また、このＺｎＯ基板を使用すれば、アクセプタ不純物として窒素（Ｎ）をドーピングすることにより、比較的簡単にｐ型の導電性を示すＺｎＯ系半導体結晶が得られることも分かり始めた。
【０００５】
非特許文献１に記載されている発光素子の構造を図７に示す。図７の半導体発光素子５０は、ｎ型の導電性を示すＺｎＯ基板５１上に、Ｎをドープしたｐ型の導電性を示すＺｎＯ系半導体結晶層５２を成長させてｐｎ接合を形成し、ここに金属電極５３，５４を介して順電流を流すことにより紫外線の発光を得ている。
また、特許文献１に記載されている発光素子の構造を図８に示す。図８の半導体発光素子６０は、ｎ型の導電性を示すＺｎＯ基板６１上に、ｎ型クラッド層６２としてＺｎＭｇＯ、発光層６３としてＺｎＯ、ｐ型クラッド層６４としてＺｎＭｇＯを順次積層してダブルヘテロ構造を形成し、ここに金属電極６５，６６を介して順電流を流すことにより紫外線の発光を得ている。
【０００６】
この他、発光素子を実現するためには、例えば図９のように、発光層７３をＺｎＭｇＯやＺｎＣｄＯのような混晶で構成したり、図１０のように、発光層８３をＺｎＯ／ＺｎＭｇＯのような量子井戸で構成することも考えられる。
図９の半導体発光素子７０は、ＺｎＯ基板７１上に、ｎ型クラッド層７２としてＺｎＯ、発光層７３としてＺｎＣｄＯ、ｐ型クラッド層７４としてＺｎＯを順次積層し、さらに金属電極７５，７６を設けたもの、もしくは、ＺｎＯ基板７１上に、ｎ型クラッド層７２としてＺｎ１−ｙＭｇｙＯ、発光層７３としてＺｎ１−ｘＭｇｘＯ、ｐ型クラッド層７４としてＺｎ１−ｙＭｇｙＯを順次積層し（ｘおよびｙはＺｎＭｇＯの混晶比を示し、ｘ＜ｙである。）、さらに金属電極７５，７６を設けたものである。
図１０の半導体発光素子８０は、ＺｎＯ基板８１上に、ｎ型クラッド層８２としてＺｎＭｇＯ、発光層８３としてＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ量子井戸、ｐ型クラッド層８４としてＺｎＭｇＯを順次積層し、さらに金属電極８５，８６を設けたものである。
【非特許文献１】岩手日報社、“酸化亜鉛ＬＥＤ開発  岩手大グループ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１７年１０月１３日、［平成１８年８月７日検索］、インターネット  <URL:  http://www.iwate-np.co.jp/news/y2005/m10/d13/NippoNews_12.html>
【特許文献１】特開２００４−９５６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらのＺｎＯ系半導体発光素子において、特に、ＺｎＯ基板と同等かそれよりも大きなバンドギャップエネルギーを持つ結晶より放射される光は、その一部がＺｎＯ基板に吸収される。その結果、素子外部に放出される光量が小さくなる、すなわち、外部量子効率が大きく低下してしまう問題がある。
ここで、放射とは、素子に投入した電力が素子内部で光に変換されることを意味し、放出とは、素子内部で放射された光が素子外部へ取り出されることを意味する。
また、外部量子効率とは、素子に投入した電力エネルギーに対する、素子外部へ取り出された光エネルギーの効率を意味する。
例えば、図７に示した発光素子５０の場合、ｐｎ接合部で発光した光（図１１中、矢印で示す。）は四方に放射され、その一部は、ＺｎＯ基板５１に到達する。ＺｎＯ基板に到達した光は、ある一定の吸収率でＺｎＯ基板に吸収される（図１１参照）。従って、当該発光素子の外部量子効率は低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外部量子効率に優れた酸化亜鉛系半導体発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、酸化亜鉛からなる基板上に酸化亜鉛系半導体結晶から構成される発光層を備える半導体発光素子であって、前記基板と前記発光層との間に、発光層より放射された光を反射する反射層が設けられていることを特徴とする半導体発光素子を提供する。
前記基板と発光層との間に設けられた反射層は、酸化亜鉛と酸化亜鉛マグネシウムとを１周期層以上積層させたものであることが好ましい。
前記基板と発光層との間に設けられた反射層は、ｎ型の導電性を示すものであることが好ましい。
前記発光層は、３７０ｎｍ以下の波長の光を放射するものであることが好ましい。
前記発光層は、少なくとも一部が酸化亜鉛または酸化亜鉛マグネシウムから構成されていることが好ましい。
【００１０】
前記基板と発光層との間に設けられた反射層を第一の反射層とし、さらに前記発光層の前記基板と反対の側に第二の反射層を設けて、第一の反射層と第二の反射層とで共振器を構成し、発光層より放射された光の少なくとも一部を、第一の反射層と第二の反射層とにより共振させて発光素子の外部へ放出させるように構成されていることが好ましい。
第一の反射層および第二の反射層は、これら第一の反射層と第二の反射層との間で共振させた光を、反転分布を生じた状態で発光素子の外部へ放出させるものであることが好ましい。
前記第二の反射層は、酸化亜鉛と酸化亜鉛マグネシウムとを１周期層以上積層させたものであることが好ましい。
前記第二の反射層は、ｐ型の導電性を示すものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体発光素子によれば、ＺｎＯ系半導体結晶よりＺｎＯ基板に向かって放射された光を反射して素子外部に放出させることができるので、発光素子の外部量子効率を向上することができる。
基板と発光層との間に設けられた反射層を、ＺｎＯとＺｎＭｇＯとを１周期層以上積層させてなる分布ブラッグ反射型ミラーにより構成した場合、ＺｎＯ基板との格子不整合がほとんどなくなり、高品質の反射層とすることができる。また、分布ブラッグ反射型ミラーにおける高屈折率層と低屈折率層との比屈折率差と積層周期数を調節することにより、所望の反射率を実現することができる。このとき、ＺｎＯとＺｎＭｇＯとから構成される反射層がｎ型の導電性を示すものである場合、素子構造が簡便となる。
【００１２】
ＺｎＯ系半導体結晶より構成した発光層から放出される光の波長が３７０ｎｍ以下である場合、基板と発光層との間に反射層を設けることにより、外部量子効率の向上がより顕著なものとなる。また、このとき、発光層の少なくとも一部をＺｎＯまたはＺｎＭｇＯで構成した場合、発光層から放出される光の波長を３７０ｎｍ以下とすることができる。
【００１３】
基板と発光層との間に設けた第一の反射層と、発光層の基板と反対の側に設けた第二の反射層とで共振器を構成し、発光層より放射された光の少なくとも一部を共振させて発光素子の外部へ放出させるように構成した場合、より発光スペクトル幅の狭い発光素子とすることができる。また、第一の反射層および第二の反射層の反射率を適当に設定することにより、反転分布の状態を作り出すことができ、極めて発光輝度の高い素子を得ることができる。
【００１４】
第二の反射層を、ＺｎＯとＺｎＭｇＯとを１周期層以上積層させてなる分布ブラッグ反射型ミラーにより構成した場合、高屈折率層と低屈折率層との比屈折率差と積層周期数を調節することにより、所望の反射率を実現することができる。このとき、ＺｎＯとＺｎＭｇＯとから構成される第二の反射層がｐ型の導電性を示すものである場合、素子構造が簡便となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の第一形態例に係る半導体発光素子を模式的に示す。この半導体発光素子１０は、ＺｎＯ基板１１と、このＺｎＯ基板１１の上に設けられた反射層１２と、この反射層１２の上に設けられたＺｎＯ系半導体結晶層１３と、ＺｎＯ基板１１の裏面に設けられた第一の金属電極１４と、ＺｎＯ系半導体結晶層１３の上に設けられた第二の金属電極１５とを備えて構成され、ＺｎＯ系半導体結晶層１３は、発光層（図示略）を備えている。
【００１６】
この半導体発光素子１０に順電流を流すことにより、図２に示すように、発光層を備えたＺｎＯ系半導体結晶層１３より四方に光が放射される。ここで、発光層よりＺｎＯ基板に向かって放射された光は、ＺｎＯ基板と発光層との間に設けられた反射層１２により反射されて素子の上面および側面より素子外部へと放出されることになる。この結果、発光素子の外部量子効率が向上する。
【００１７】
図３に、第一形態例に係る半導体発光素子の構造の一例を模式的に示す。この構造例に係る半導体発光素子１０Ａにおいて、ＺｎＯ基板１１としては、水熱合成法で作製したｎ型の導電性を示すＺｎＯ基板が用いられている。
【００１８】
このＺｎＯ基板１１上に、反射層１２として、ＺｎＯとＺｎＭｇＯとを１周期層以上積層させてなる分布ブラッグ反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）ミラー（以下、ＤＢＲミラーという。）が設けられている。より詳細には、このＤＢＲミラーは、高屈折率層であるＺｎＯ層と、低屈折率層であるＺｎＭｇＯ層を、１／４波長に相当する膜厚で任意の周期積層したものである。第一形態例に係る半導体発光素子において、ＺｎＯ基板と発光層との間に設けられた反射層１２は、発光層より放射される光を反射できるものであればいかなるものでも構わないが、本構造例のように、ＺｎＯとＺｎＭｇＯとで構成したＤＢＲミラー（以下、ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラーという。）とすることにより、ＺｎＯ基板１１との格子不整合がほとんどなくなり、高品質な反射層となる。また、ＤＢＲミラーにおける高屈折率層と低屈折率層との比屈折率差と積層周期数を調節することにより、ＤＢＲミラーの反射率をいかようにでも設定することができる。ここで比屈折率差は、ＺｎＭｇＯにおけるＺｎとＭｇの混晶比を調節して低屈折率層であるＺｎＭｇＯ層の屈折率を変化させることにより、調節することができる。さらに、ＤＢＲミラーを構成するＺｎＯ層とＺｎＭｇＯ層とに、例えばガリウム（Ｇａ）のようなドーパントを混入させておくことにより、ｎ型の導電性を示すものとしておくことが望ましい。これにより、後述する発光層が、より簡便な構造となる。
【００１９】
この構造例におけるＺｎＯ系半導体結晶層１３は、ＺｎＭｇＯからなるｎ型クラッド層１６と、ＺｎＯからなる発光層１７と、ＺｎＭｇＯからなるｐ型クラッド層１８とから構成され、ダブルヘテロ構造を形成している。
なお、ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラー、ｎ型ＺｎＭｇＯクラッド層１６、ＺｎＯ発光層１７、ｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層１８は、例えば分子線エピタキシ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法、レーザ分子線エピタキシ（レーザＭＢＥ）法、有機金属気相エピタキシ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）法などで成長させることが可能である。
【００２０】
ＺｎＯ基板１１の裏面に設けられる第一の金属電極１４は、ＺｎＯ基板１１とオーミック接触となる金属材料から構成されている。また、ＺｎＯ系半導体結晶層１３（詳しくはｐ型クラッド層１８）の表面に設けられる第二の金属電極１５は、ＺｎＯ系半導体結晶層１３（詳しくはｐ型クラッド層１８）とオーミック接触となる金属材料から構成されている。これらの金属電極１４，１５は、真空蒸着法や電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ：ＥＢ）蒸着法で作製することが可能である。さらに、必要であれば、フォトグラフィー技術とエッチングプロセスを用いて、所定の形状にパターニングしても良い。
【００２１】
この構造例に係る半導体発光素子１０Ａに順電流を流すことにより、ＺｎＯ発光層１７より約３７０ｎｍの波長の光が放射される。ＺｎＯ基板１１は、この波長の光に対して比較的高い吸収率を持っているので、反射層１２がない場合は、発光層１７よりＺｎＯ基板１１に向かって放射された光の一部が吸収され、その結果として外部量子効率が低下する。しかし、ＺｎＯ基板１１と発光層１７との間に反射層１２を設けると、ＺｎＯ基板１１に向かって放射された光を該反射層１２で反射して素子の上面および側面へ放出させることができる。この結果、発光素子の外部量子効率が向上する。
【００２２】
上述の例では、発光層１７がＺｎＯからなる場合を説明したが、本発明の効果を奏する発光層１７は、ＺｎＯ発光層に限定されるものではない。ＺｎＯ基板１１が比較的高い吸収率を持つ３７０ｎｍ以下の波長の光を放射する発光層であれば、同様に有効である。
少なくとも一部がＺｎＯまたはＺｎＭｇＯから構成され、かつ３７０ｎｍ以下の波長の光を放射する発光層の具体例としては、上述のＺｎＯの他、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯからなる量子井戸、Ｚｎ１−ｘＭｇｘＯ／Ｚｎ１−ｙＭｇｙＯからなる量子井戸（ｘおよびｙはＺｎＭｇＯの混晶比を示し、ｘ＜ｙである。）等が挙げられ、いずれの場合においても、本発明の構成によって優れた効果を発揮できるものである。
【００２３】
次に、本発明の第二形態例に係る半導体発光素子について説明する。
図４は、本発明の第二形態例に係る半導体発光素子を模式的に示す。この半導体発光素子２０は、ＺｎＯ基板２１と、このＺｎＯ基板２１の上に設けられた第一の反射層２２と、この第一の反射層２２の上に設けられたＺｎＯ系半導体結晶層２３と、ＺｎＯ系半導体結晶層２３の上に設けられた第二の反射層２４と、ＺｎＯ基板１１の裏面に設けられた第一の金属電極２５と、第二の反射層２４の上に設けられた第二の金属電極２６とを備えて構成され、ＺｎＯ系半導体結晶層２３は、発光層（図示略）を備えている。
【００２４】
第一の反射層２２と第二の反射層２４との間に設けられるＺｎＯ系半導体結晶層２３は、その実効光路長が、発光層から放射される光の波長にほぼ合致するように設計され、発光層から放射される光の少なくとも一部が、第一の反射層２２と第二の反射層２４との間で共振する構造としている。この半導体発光素子２０に順電流を流すことにより、発光層より放射された光の少なくとも一部は、第一の反射層２２と第二の反射層２４との間で共振して発光素子の外部へ放出される。
なお、ＺｎＯ基板２１、第一の反射層２２、ＺｎＯ系半導体結晶層２３、第一の金属電極２５、第二の金属電極２６の構成は、第一形態例に係るＺｎＯ基板１１、反射層１２、ＺｎＯ系半導体結晶層１３、第一の金属電極１４、第二の金属電極１５の構成と同様であるので、重複する説明を省略する。
【００２５】
図５に、第二形態例に係る半導体発光素子の構造の第一の例を模式的に示す。この構造例に係る半導体発光素子２０Ａにおいて、ＺｎＯ系半導体結晶層２３は、ＺｎＭｇＯからなるｎ型クラッド層２７と、ＺｎＯからなる発光層２８と、ＺｎＭｇＯからなるｐ型クラッド層２９とから構成されている。
【００２６】
第一の反射層２２は、ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラーであり、さらに好ましくは、ｎ型導電性を示すものである。
ｐ型クラッド層２９の表面に設けられた半透明／半透過金属電極２４Ａは、第二形態例に係る半導体発光素子の第二の反射層２４と第二の金属電極２６を兼ねるものである。
【００２７】
また、ｎ型ＺｎＭｇＯクラッド層２７、ＺｎＯ発光層２８、ｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層２９の総膜厚を実効光路長とみなして、ＺｎＯ発光層２８から放射される光の波長にほぼ合致するように膜厚設計を行い、ＺｎＯ発光層２８から放射された光の少なくとも一部が、ＤＢＲミラーと半透明／半透過金属電極との間で共振する構造としている。このような構成とすれば、ＺｎＯ系半導体結晶層２３の内部で共振された光を素子外部へ放出するようにすることができる。
【００２８】
さらに、この構造例の半導体発光素子２０Ａにおいて、共振器により共振された光は、ＺｎＯ系半導体結晶層２３の内部で誘導放出を起こすことができる。一般に、誘導放出光は、発光スペクトル幅が非常に狭いため、単色性が比較的高い光を得ることができる。また、誘導放出される光の波長は、実効共振器長に依存する。一般的に、実効共振器長は発光素子温度に対する変化が小さいため、結果として、発光素子から放出される光の発光波長の温度依存性を極めて小さくすることができる。紫外線発光素子や青色発光素子と蛍光体を組み合わせて白色発光素子を実現する場合、紫外線発光素子や青色発光素子の発光波長の変化によって、白色発光素子の色合いや発光強度を大きく変化させてしまうことが知られている。このため、共振器によって光を誘導放出させる本構造によれば、白色発光素子へ応用する場合に、白色発光素子の色合いや発光強度の変化を低減させることが期待でき、非常に有用である。
【００２９】
図６に、第二形態例に係る半導体発光素子の構造の第二の例を模式的に示す。この構造例に係る半導体発光素子２０Ｂは、ＺｎＯ基板２１上に、ｎ型ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラーからなる第一の反射層２２、ｎ型ＺｎＭｇＯクラッド層２７、ＺｎＯ発光層２８、ｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層２９、ｐ型ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラーからなる第二の反射層２４を順次積層し、さらに、ＺｎＯ基板２１の裏面に第一の金属電極２５、第二の反射層２４の上に第二の金属電極２６とを備えている。
ここで、ｐ型ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラーとは、ＺｎＯとＺｎＭｇＯとを１周期層以上積層させて設けたＤＢＲミラーにおいて、例えば窒素（Ｎ）のようなドーパントを混入させておくことにより、ｐ型の導電性を示すものである。
【００３０】
また、ｎ型ＺｎＭｇＯクラッド層２７、ＺｎＯ発光層２８、ｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層２９の総膜厚を実効光路長とみなして、ＺｎＯ発光層２８から放射される光の波長にほぼ合致するように膜厚設計を行い、ＺｎＯ発光層２８から放射された光の少なくとも一部が、ｎ型ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラーとｐ型ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラーとの間で共振する構造としている。
【００３１】
また、発光素子の特定の領域のみに電流注入を行えるように、イオン注入法などにより、発光素子の一部に絶縁部３０を設けて電流狭窄構造としている。
さらに、発光素子の上面には、素子内部より放射された光を素子外部に取り出すための光取出し部３１を設けている。
【００３２】
このような構造を持つ半導体発光素子２０Ｂにおいて、２つのＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ  ＤＢＲミラーの反射率を適当に設計することにより、ＺｎＯ系半導体結晶層２３の内部で反転分布を生じた状態を起こし、誘導放出光のみを素子外部へ放出させることができる。誘導放出光のみが素子外部へ放出される場合、その発光スペクトル幅はきわめて狭く、単色性が極めて高い光を得ることができる。また、開口断面積の限られた光取出し部３１より放出された光は、極めて指向性が高いため、高輝度な光が必要な場合に極めて有用である。
【００３３】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、本発明において、発光層を含むＺｎＯ系半導体結晶層の構造は、上記の各構造例で例示したものに限定されるものではない。この他、図７、図８、図９、図１０で例示した構造でも構わない。
【００３４】
また、本発明において、反射層１２、第一の反射層２２、第二の反射層２４として用いるＤＢＲミラーは、ＺｎＯ／ＺｎＭｇＯからなるものに限定されるものではない。この他、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＯ、酸硫化亜鉛（ＺｎＯＳ）、酸セレン化亜鉛（ＺｎＯＳｅ）等のＺｎＯ系半導体結晶層を、組み合わせる層が同じ屈折率とならない限り、いかなる組み合わせで用いても構わないし、あるいは、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＯＳ、ＺｎＯＳｅ等のＺｎＯ系混晶から一種を選択し、組成比を変えて組み合わせたものでも構わない。前者の例としては、高屈折率層をＺｎＣｄＯ、低屈折率層をＺｎＯで構成したものが挙げられる。また、後者の例としては、高屈折率層をＺｎ１−ｘＭｇｘＯ、低屈折率層をＺｎ１−ｙＭｇｙＯ（ｘおよびｙはＺｎＭｇＯの混晶比を示し、ｘ＜ｙである。）で構成したものが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、およびそれらの基本原理を応用した素子を含む、各種の半導体発光素子として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第一形態例に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体発光素子における反射層の効果を説明する説明図である。
【図３】第一形態例に係る半導体発光素子の構造の一例を示す断面図である。
【図４】第二形態例に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図５】第二形態例に係る半導体発光素子の第一の構造例を示す断面図である。
【図６】第二形態例に係る半導体発光素子の第二の構造例を示す断面図である。
【図７】非特許文献１に記載された半導体発光素子を示す断面図である。
【図８】特許文献１に記載された半導体発光素子を示す断面図である。
【図９】その他の半導体発光素子の第一の例を示す断面図である。
【図１０】その他の半導体発光素子の第二の例を示す断面図である。
【図１１】図７に示す半導体発光素子において、発光層から放射された光の吸収がされる様子を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０，１０Ａ…第一形態例に係る半導体発光素子、１１…ＺｎＯ基板、１２…反射層、１３…ＺｎＯ系半導体結晶層、１７…発光層、２０，２０Ａ，２０Ｂ…第二形態例に係る半導体発光素子、２１…ＺｎＯ基板、２２…第一の反射層、２３…ＺｎＯ系半導体結晶層、２４…第二の反射層、２８…発光層。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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