(57)【要約】【課題】近赤外線の光を除去または減少させ外部に出させない構造の発光素子及び発光素子用エピタキシャルウエハを提供すること。【解決手段】半導体基板を用いて作製する発光素子において、分布ブラッグ反射器２で発生した近赤外線（波長７００〜１１００ｎｍ）を、分布ブラッグ反射器２から外部へ取り出される光の光路中に設置した近赤外線吸収機能を有する材料（分布ブラッグ反射器１０等）で除去または減少させる構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を用いて作製する発光素子において、
分布ブラッグ反射器で発生した近赤外線（波長７００〜１１００ｎｍ）を、分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に設置した近赤外線吸収機能を有する材料で除去または減少させる構成としたことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
ｎ型のＧａＡｓ基板上に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）系の化合物半導体層からなる分布ブラッグ反射器、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、電流拡散層を有する発光素子において、
上記分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に、近赤外線吸収機能を有する材料を設置したことを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光素子において、
上記分布ブラッグ反射器を構成する化合物半導体層に、ＧａＡｓ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）層、または（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）層を含むことを特徴とするとする発光素子。
【請求項４】
半導体基板を用いて作製する発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、
分布ブラッグ反射器で発生した近赤外線（波長７００〜１１００ｎｍ）を、分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に設置した近赤外線吸収機能を有する材料で除去または減少させる構成としたことを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項５】
ｎ型のＧａＡｓ基板上に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）系の化合物半導体層からなる分布ブラッグ反射器、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、電流拡散層を有する発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、
上記分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に近赤外線吸収機能を有する材料を設置したことを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項６】
請求項４又は５記載の発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、
上記分布ブラッグ反射器を構成する化合物半導体層に、ＧａＡｓ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）層、または（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）層を含むことを特徴とする発光素子用エピタキシャルウエハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子及び発光素子用エピタキシャルウエハに係り、特にピーク波長域が５５０ｎｍ（黄緑）から６５０ｎｍ（赤）までのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード及びその発光ダイオード用エピタキシャルウエハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャルウエハで製造する高輝度の５５０ｎｍ（黄緑）から６５０ｎｍ（赤）にわたるピーク波長を有する発光ダイオードの需要が大幅に伸びている。主な需要は、交通信号、自動車用テールランプ、屋外表示板等である。
【０００３】
図２に発光波長６３０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオード用エピタキシャルウエハの典型的な構造（従来例）を示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２に示すように、従来のＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、有機金属気相成長法（以下、「ＭＯＶＰＥ法」と称する。）によって、ブラッグ型の多層反射膜から成る分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）２２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層２４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５、ｐ型ＧａＰ電流拡散層２６を順次積層し、ｎ型基板２１の裏面全面に裏面電極（ｎ側共通電極）２７を、ｐ型電流分散層表面の一部に表面電極（ｐ側オーミック接触電極）２８を設けた構造となっている。  ２３〜２５がＡｌＧａＩｎＰ４元ダブルヘテロ構造部分（発光部）をなす。
【０００５】
分布ブラッグ反射器２２は、ＬＥＤの発光波長をλ、屈折率をｎとしたときに、高屈折率膜のλ／４ｎ膜と低屈折率膜のλ／４ｎ膜を交互に積層した多層膜で構成され、活性層から発生した光のうち下向き（ＧａＡｓ基板方向）に進む光を上向き（光取出し面方向）に反射させ、光取り出し効率を向上させる機能を有する。この効果により、それを具備しない場合に比べて５０％以上（場合によっては１００％程度）の輝度向上が実現できる。
【０００６】
ＡｌＧａＩｎＰ混晶を発光層とするＬＥＤにおいて、上記分布ブラッグ反射器２２を構成する材料には、ＧａＡｓ層とＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）層の組合せ、ＧａＡｓ層と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）層の組合せ等が一般的に用いられている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２３７６１６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＡｌＧａＩｎＰ系発光ダイオードは、活性層で発光した波長の光のみを外部に放出するのが理想である。
【０００９】
しかしながら、実際にはＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）のＧａＡｓ層で意図していない近赤外線発光（発光波長８６０ｎｍ）が起こり、その近赤外線が活性層で発光したメインの光（発光波長６３０ｎｍ）と合わせて外部に出てしまう。図３にスペクトルを示す。
【００１０】
近赤外線（発光波長８６０ｎｍ）の強度は、メインの光（発光波長６３０ｎｍ）の約１／１０である。この近赤外線は、世の中に普及している赤外線を利用しているセンサーに対して誤動作を促す可能性がある。
【００１１】
また、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）を具備していない発光ダイオードの場合でも、ＧａＡｓ基板が活性層からの光で励起されて、意図しない励起光（約８６０ｎｍ）が発生するため、同様の現象が発生する。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、この近赤外線の光を除去または減少させ外部に出させない構造の発光素子及び発光素子用エピタキシャルウエハを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る発光素子は、半導体基板を用いて作製する発光素子において、分布ブラッグ反射器で発生した近赤外線（波長７００〜１１００ｎｍ）を、分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に設置した近赤外線吸収機能を有する材料で除去または減少させる構成としたことを特徴とする。
【００１５】
これは、下記請求項４の発光素子用エピタキシャルウエハの場合と同様に、第一導電型基板の上に活性層を第一導電型下クラッド層と第二導電型上クラッド層で挟んだ発光部を形成し、第一導電型下クラッド層と基板との間に、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した多層膜から成る第一導電型の分布ブラッグ反射器を挿入した構造の発光素子において、又は第一導電型基板の上に活性層を第一導電型下クラッド層と第二導電型上クラッド層で挟んだ発光部を形成し、その上に第二導電型電流分散層を形成し、第一導電型下クラッド層と基板との間に第一導電型の分布ブラッグ反射器を挿入した構造の発光素子において、分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に、近赤外線吸収機能を有する材料を設置し、これにより分布ブラッグ反射器のＧａＡｓ層又はＧａＡｓ基板で発光した近赤外線を除去または減少させ、外部に出ない様にする形態を含むものである。
【００１６】
請求項２の発明に係る発光素子は、ｎ型のＧａＡｓ基板上に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）系の化合物半導体層からなる分布ブラッグ反射器、ｎ型クラッド層、活性層、Ｐ型クラッド層、電流拡散層を有する発光素子において、上記分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に、近赤外線吸収機能を有する材料を設置したことを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発光素子において、上記分布ブラッグ反射器を構成する化合物半導体層に、ＧａＡｓ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）層、または（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）層を含むことを特徴とするとする。
【００１８】
請求項４の発明に係る発光素子用エピタキシャルウエハは、半導体基板を用いて作製する発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、分布ブラッグ反射器で発生した近赤外線（波長７００〜１１００ｎｍ）を、分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に設置した近赤外線吸収機能を有する材料で除去または減少させる構成としたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明に係る発光素子用エピタキシャルウエハは、ｎ型のＧａＡｓ基板上に、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）系の化合物半導体層からなる分布ブラッグ反射器、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、電流拡散層を有する発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、上記分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に近赤外線吸収機能を有する材料を設置したことを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項４又は５記載の発光素子用エピタキシャルウエハにおいて、上記分布ブラッグ反射器を構成する化合物半導体層に、ＧａＡｓ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）層、または（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）層を含むことを特徴とする。
【００２１】
＜発明の要点＞
本発明では、分布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に、近赤外線吸収機能を有する材料を設置し、これにより分布ブラッグ反射器のＧａＡｓ層又はＧａＡｓ基板で発光した近赤外線を除去または減少させ、外部に出ない様にする。
【００２２】
近赤外線吸収機能を有する材料としては、近赤外線領域（８６０ｎｍ近傍）のみ反射し、メインの波長（６３０ｎｍ近傍）の光は反射しない機能を有するブラッグ型の多層反射膜（分布ブラッグ反射器）がある。
【００２３】
分布ブラッグ反射器は、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）系の化合物半導体層から構成される。代表的には、ＧａＡｓ層と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）１−ｙＩｎｙＰ（０≦ｘ、ｙ≦１）層の組合せ、ＧａＡｓ層とＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）層の組合せ等が用いられる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態においては、分布ブラッグ反射器のＧａＡｓ層又はＧａＡｓ基板で発光した近赤外線（波長７００〜１１００ｎｍ）を外部に出ない様に、分布ブラッグ反射器（第一ＤＢＲ層）の上に、近赤外線領域を反射する機能を有する材料として、別のブラッグ型の多層反射膜（分布ブラッグ反射器）（第二ＤＢＲ層）を積層する。但し、この第二ＤＢＲ層は、近赤外線領域（８６０ｎｍ近傍）のみ反射する機能を有するものとし、メインの波長を反射する機能は有しないものとする。
【００２６】
本発明の実施形態を、図１を用いて説明する。図１に示すように、本発明にかかる発光波長６３０ｎｍ付近の赤色ＬＥＤチップは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法によって、６３０ｎｍ近傍を反射するブラッグ型の多層反射膜から成る分布ブラッグ反射器２（ＤＢＲ１）、８６０ｎｍ近傍を反射するブラッグ型の多層反射膜から成る分布ブラッグ反射器１０（ＤＢＲ２）、ｎ型（Ａｌ０．７  Ｇａ０．３  ）ＩｎＰ層からなるｎ型クラッド層３、アンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７  ）ＩｎＰ層からなる活性層４、ｐ型（Ａｌ０．７  Ｇａ０．３  ）ＩｎＰ層からなるｐ型クラッド層５、ｐ型ＧａＰ層からなる電流拡散層６を順次形成してある。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面全面に裏面電極（ｎ側共通電極）７を、ｐ型電流分散層６の表面の一部に表面電極（ｐ側オーミック接触電極）８を設けた構造となっている。
【００２７】
３〜５がＡｌＧａＩｎＰ４元ダブルヘテロ構造部分（発光部）をなす。
【００２８】
上記分布ブラッグ反射器２（ＤＢＲ１）はｎ型ＡｌＧａＡｓ層とｎ型ＡｌＧａＡｓ層の組を２０ペア重ねたものからなる。この分布ブラッグ反射器２（ＤＢＲ１）は所望波長の６３０ｎｍ近傍の光を反射することを目的として設計されるが、図３に示すように結果として５５０〜６５０ｎｍの範囲の光をも反射するＧａＡｓ／ＡｌＧａＩｎＰ系のＤＢＲとなっている。
【００２９】
また本発明の特徴である第二ＤＢＲ層のｎ型ＡｌＧａＡｓ系分布ブラッグ反射器１０は、異なる混晶比のＡｌＧａＡｓ層とｎ型ＡｌＧａＡｓ層の組を２０ペア重ねたものからなる。このｎ型ＡｌＧａＡｓ系分布ブラッグ反射器１０（ＤＢＲ２）は、図３の第二ピーク波長である近赤外線領域（８６０ｎｍ近傍）の光を除去することを目的として、この近赤外線領域（８６０ｎｍ近傍）の光のみ反射し、メインの波長（６３０ｎｍ近傍）の光は反射しない機能を有するものとして設計されるが、実際には７００〜１１００ｎｍの光を反射する分布ブラッグ反射器として構成される。
【００３０】
上記したとおり、ＤＢＲ層を２層に分けることにより、下側（ＧａＡｓ基板側）のＤＢＲ１は、活性層で発光したメインの光（波長６３０ｎｍ）を効率よく反射することができ、一方上側（光取出し面方向）のＤＢＲ２は、ＤＢＲ１で発光したメインの光（波長６３０ｎｍ）は透過させるがＤＢＲ１のＧａＡｓ層もしくはＧａＡｓ基板で発光した近赤外線（波長８６０ｎｍ）を反射する構成とすることにより、近赤外線（波長８６０ｎｍ）が取り出されない構造の発光ダイオードを得ることができる。
【００３１】
このような効果は、上記ＤＢＲ２の代わりに、他の近赤外線吸収機能を有する材料を設けることによっても達成することができる。
【００３２】
上記実施例ではｐサイドアップのＬＥＤアレイを例として説明したが、本発明はｐ型ＧａＡｓ基板上に形成したｎサイドアップ構造のＬＥＤアレイに対しても適用可能である。
【００３３】
なお、エピタキシャル層のドーパントとして何を用いるかは本発明に直接関係がないが、ｐ型ドーパントとしては、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃおよびそれら複数の組み合わせも採用可能である。また、ｎ型ドーパントとしては、Ｓｅ以外にＴｅ等の採用およびその組み合わせも採用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発光素子及び発光素子用エピタキシャルウエハは、布ブラッグ反射器から外部へ取り出される光の光路中に、近赤外線吸収機能を有する材料を設置し、これにより分布ブラッグ反射器のＧａＡｓ層又はＧａＡｓ基板で発光した近赤外線を除去または減少させ、外部に出ない様にしたものである。従って、本発明によれば、近赤外線が外部に出てしまうことによる弊害、例えば赤外線が世の中に普及している赤外線を利用しているセンサーに対して誤動作を促す可能性をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子用エピタキシャルウエハの構造を示した断面図である。
【図２】従来の発光素子用エピタキシャルウエハの構造を示した断面図である。
【図３】発光波長６３０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系発光素子の発光スペクトルを示した図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  分布ブラッグ反射器（第一ＤＢＲ層）
３  ｎ型クラッド層
４  活性層
５  ｐ型クラッド層
６  ｐ型電流拡散層
７  下部電極
８  上部電極
１０  分布ブラッグ反射器（第二ＤＢＲ層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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