(57)【要約】【課題】本発明は、低い駆動電圧で高輝度の発光をさせることができ、消費電力の低減が可能となるとともに、発光効率の高い半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】クラッド層１０６の表面上には、発光層１０３が形成されており、当該発光層１０３の中央部表面上には、発光層１０３のバンドギャップエネルギーより小さいバンドギャップエネルギーを有する電流層１０５が形成されている。発光層１０３と１０５の間にはバリア層は設けられておらず、電流層１０５は、ガイド層１０４の上下に流れる電流を中央部に集める働きをするため、発光層１０３のうち、電流層１０５に接する部分に電流が集中して通過する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の表面上に形成された発光層と、前記発光層の中央部表面上に形成された電流層と、前記発光層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記電流層を挟み込むように前記電流層に隣接して設けられたガイド層と、前記電流層、及び前記ガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
基板と、前記基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の中央部表面上に形成された電流層と、前記第１のクラッド層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記電流層を挟み込むように前記電流層に隣接して設けられたガイド層と、前記電流層、及び前記ガイド層の表面上に形成された発光層と、前記発光層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１および第２のクラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記電流層および前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、前記電流層のバンドギャップエネルギーは、前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記電流層と前記発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、前記電流層は発光しないことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記電流層と前記発光層は同一種類の半導体化合物により構成されており、前記電流層を構成する半導体化合物の組成比は、前記発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記同一種類の半導体化合物はＩｎを含む窒化物半導体であり、前記電流層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比は、前記発光層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比と異なることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、前記発光層による光の出力を制御することを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記発光層により単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、または量子ドット構造のいずれかの構造が構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記電流層は、イオン注入法により前記ガイド層にＩｎまたはＡｌを注入することにより形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
基板と、前記基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の中央部表面上に形成された第１の電流層と、前記第１のクラッド層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記第１の電流層を挟み込むように前記第１の電流層に隣接して設けられた第１のガイド層と、前記第１の電流層、及び前記第１のガイド層の表面上に形成された発光層と、前記発光層の中央部表面上に形成された第２の電流層と、前記発光層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記第２の電流層を挟み込むように前記第２の電流層に隣接して設けられた第２のガイド層と、前記第２の電流層、及び前記第２のガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１および第２のクラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記第１、および前記第２の電流層および前記発光層の各々が有するバンドギャップエネルギーよりも大きく、前記第１及び第２の電流層のバンドギャップエネルギーは、前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第１及び第２の電流層と、前記発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、前記第１及び第２の電流層は発光しないことを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第１及び第２の電流層と前記発光層は同一種類の半導体化合物により構成されており、前記第１及び第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比は、前記発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記同一種類の半導体化合物はＩｎを含む窒化物半導体であり、前記第１及び第２の電流層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比は、前記発光層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比と異なることを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第１及び第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、前記発光層による光の出力を制御することを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記発光層により単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、または量子ドット構造のいずれかの構造が構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第１及び第２の電流層は、イオン注入法により前記第１及び第２のガイド層にＩｎまたはＡｌを注入することにより形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記第２のクラッド層の表面上にコンタクト層が形成されており、前記第２のクラッド層及び前記コンタクト層の一部にプロトン、酸素又は水素をイオン注入することにより電流狭窄層が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
基板と、前記基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の中央部表面上に形成されたガイド層と、前記第１のクラッド層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記ガイド層を挟み込むように前記ガイド層に隣接して設けられた電流層と、前記電流層、及び前記ガイド層の表面上に形成された発光層と、前記発光層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２０】
基板と、前記基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の表面上に形成された発光層と、前記発光層の中央部表面上に形成されたガイド層と、前記発光層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記ガイド層を挟み込むように前記ガイド層に隣接して設けられた電流層と、前記電流層、及び前記ガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２１】
前記第１および第２のクラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記電流層および前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、前記電流層のバンドギャップエネルギーは、前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１９または２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
前記電流層と前記発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、前記電流層は発光しないことを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光素子。
【請求項２３】
前記電流層と前記発光層は同一種類の半導体化合物により構成されており、前記電流層を構成する前記半導体化合物の組成比は、前記発光層を構成する前記半導体化合物の組成比と異なることを特徴とする請求項１９または２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２４】
前記同一種類の半導体化合物はＩｎを含む窒化物半導体であり、前記電流層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比は、前記発光層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比と異なることを特徴とする請求項２３に記載の半導体発光素子。
【請求項２５】
前記電流層を構成する前記半導体化合物の組成比を変えることにより、前記発光層による光の出力を制御することを特徴とする請求項２３に記載の半導体発光素子。
【請求項２６】
前記電流層は、イオン注入法により前記ガイド層にＩｎまたはＡｌを注入することにより形成されたことを特徴とする請求項１９または２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２７】
基板と、前記基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の中央部表面上に形成された第１のガイド層と、前記第１のクラッド層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記ガイド層を挟み込むように前記ガイド層に隣接して設けられた第１の電流層と、前記第１の電流層、及び前記第１のガイド層の表面上に形成された発光層と、前記発光層の中央部表面上に形成された第２の電流層と、前記発光層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記第２の電流層を挟み込むように前記第２の電流層に隣接して設けられた第２のガイド層と、前記第２の電流層、及び前記第２のガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２８】
基板と、前記基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の中央部表面上に形成された第１の電流層と、前記第１のクラッド層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記電流層を挟み込むように前記電流層に隣接して設けられた第１のガイド層と、前記第１の電流層、及び前記第１のガイド層の表面上に形成された発光層と、前記発光層の中央部表面上に形成された第２のガイド層と、前記発光層の前記中央部以外の表面上に形成され、前記第２のガイド層を挟み込むように前記第２のガイド層に隣接して設けられた第２の電流層と、前記第２の電流層、及び前記第２のガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２９】
前記第１および第２のクラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記第１、第２の電流層および前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、前記第１、第２の電流層のバンドギャップエネルギーは、前記発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項２７または２８に記載の半導体発光素子。
【請求項３０】
前記第１、第２の電流層と前記発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、前記第１、第２の電流層は発光しないことを特徴とする請求項２９に記載の半導体発光素子。
【請求項３１】
前記第１、第２の電流層と前記発光層は同一種類の半導体化合物により構成されており、前記第１、第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比は、前記発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なることを特徴とする請求項２７または２８に記載の半導体発光素子。
【請求項３２】
前記同一種類の半導体化合物はＩｎを含む窒化物半導体であり、前記第１、第２の電流層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比は、前記発光層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比と異なることを特徴とする請求項３１に記載の半導体発光素子。
【請求項３３】
前記第１、第２の電流層を構成する前記半導体化合物の組成比を変えることにより、前記発光層による光の出力を制御することを特徴とする請求項３１に記載の半導体発光素子。
【請求項３４】
前記第１、第２の電流層は、イオン注入法により前記ガイド層にＩｎまたはＡｌを注入することにより形成されたことを特徴とする請求項２７または２８に記載の半導体発光素子。
【請求項３５】
ＧａＮ系の材料からなる発光層を含んだ積層構造を有するＧａＮ系の半導体発光素子であって、前記積層構造内には。ＧａＮ系の材料からなり、前記発光層の一部に電流を局部的に集中して流すための電流層が形成され、前記電流層のバンドギャップエネルギーは前記発光層バンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とするＧａＮ半導体発光素子。
【請求項３６】
前記電流層と前記発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、前記電流層は発光しないことを特徴とする請求項３５に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関する。特に、低い駆動電圧で、効率の良い発光が得られる半導体素子に関する。
ここで、半導体素子とは、ダブルへテロ構造を有する発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）、半導体レーザダイオード（以下、ＬＤという）、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）等の光を発する半導体素子をいう。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子、発光ダイオード等の半導体発光素子を用いた高輝度タイプの発光素子が量産されるようになり、特に、上記窒化物半導体を用いた発光素子は、その混晶比を変化させることにより、紫外領域から赤外領域まで発光色を調整することができる。
【０００３】
又、これらの半導体発光素子は、一般にバンドギャップの小さな発光層をバンドギャップの大きなクラッド層で挟み込んだダブルへテロ構造となっている。このような構造を取るのは、キャリアの反転分布を容易にし、発光層にキャリアを閉じこめて、発振に要求される誘導放出による光の増幅を生じさせるためである。
【０００４】
図８に従来の半導体発光素子の模式的な概略図を示す。この半導体発光素子は、ＧａＮ系の半導体レーザ素子であり、ＧａＮ基板５０１上に、ｎ型のＧａＮからなるコンタクト層５０２、ｎ型のＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層５０３、発光層５０４、ｐ型のＧａＡｌＮからなるｐ型クラッド層５０５、ｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層５０６を順次形成した半導体発光素子である。又、ｐ型コンタクト層５０６の表面上にはｐ側電極５０７が形成されており、基板５０１の裏面にはｎ電極５０８が形成されている。
【０００５】
又、この半導体発光素子は、いわゆるストライプ構造を有するダブルへテロ構造となっており、ｐ型のクラッド層５０５、及びｐ型のコンタクト層５０６の一部に高抵抗を有する電流狭窄層５０９が設けられている。これは、特性の良い半導体レーザを実現するためには、発光層に効率よく電流を注入する必要があるため、電流路以外の領域を高抵抗にすることにより、発光層の一部のみに電流を注入し、しきい値電流を低減させ、その部分のみで利得を得るためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のダブルへテロ構造を有する半導体発光素子においては、出射されるレーザは電流狭窄層５０９の間で楕円状に発光するため、当該レーザの形状は垂直方向に長い楕円形状になってしまい、又、光ピックアップにおいては、上記楕円状ビームの中心付近だけを利用するため、垂直方向に長く広がった光は無効部分が多いという問題があった。又、空間的ホールバーニングによるキンクが生じると、光密度の高い部分はキャリア密度が低くなるとともに屈折率が高くなるため、光が活性層にセルフフォーカスする際、発光パターンが光の出力とともに広がってしまうという問題があった。又、図８の構造において、発振部を狭めることにより、レーザビームの近円化を行うと、光損失が増大するとともに発熱による出力の飽和が発生してしまうため、しきい値電流が上昇してしまい、その結果、低い駆動電圧で、高出力のレーザ光を得ることが困難であった。ここで、上述した従来のレーザにおける高出力化を制限する要因のうち、空間的ホールバーニングによるキンクに対しては、発光層とクラッド層（又は、ガイド層）の屈折率差を小さくして光を水平方向に広げることにより、発振中央部の光密度を低減することが有効であるものと考えられ、又、発熱による出力飽和に対しては、しきい値電流を低減するとともに、実屈折率ガイド構造とすることが有効であるものと考えられる。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決し、駆動電圧が低く、発光効率の高い半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の半導体発光素子は、基板と、基板上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の表面上に形成された発光層と、発光層の中央部表面上に形成された電流層と、発光層の前記中央部以外の表面上に形成され、電流層を挟み込むように電流層に隣接して設けられたガイド層と、電流層、及びガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする。
【０００９】
又、本発明の第２の半導体発光素子は、基板と、基板上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の中央部表面上に形成された電流層と、第１のクラッド層の中央部以外の表面上に形成され、電流層を挟み込むように電流層に隣接して設けられたガイド層と、電流層、及びガイド層の表面上に形成された発光層と、発光層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、第１および第２のクラッド層のバンドギャップエネルギーは、電流層および発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、電流層のバンドギャップエネルギーは、発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
又、電流層と発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、電流層は発光しないことを特徴とする。
【００１２】
又、電流層と発光層は同一種類の半導体化合物により構成されており、電流層を構成する半導体化合物の組成比は、発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なることを特徴とする。
【００１３】
又、同一種類の半導体化合物はＩｎを含む窒化物半導体であり、電流層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比は、発光層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比と異なることを特徴とする。
【００１４】
又、電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、発光層による光の出力を制御することを特徴とする。
【００１５】
又、発光層により単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、または量子ドット構造のいずれかの構造が構成されていることを特徴とする。
【００１６】
又、電流層は、イオン注入法によりガイド層にＩｎまたはＡｌを注入することにより形成されたことを特徴とする。
【００１７】
次に、本発明の第３の半導体発光素子は、基板と、基板上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の中央部表面上に形成された第１の電流層と、第１のクラッド層の中央部以外の表面上に形成され、第１の電流層を挟み込むように第１の電流層に隣接して設けられた第１のガイド層と、第１の電流層、及び第１のガイド層の表面上に形成された発光層と、発光層の中央部表面上に形成された第２の電流層と、発光層の中央部以外の表面上に形成され、第２の電流層を挟み込むように第２の電流層に隣接して設けられた第２のガイド層と、第２の電流層、及び第２のガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする。
【００１８】
ここで、第１および第２のクラッド層のバンドギャップエネルギーは、第１、および第２の電流層および発光層の各々が有するバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１及び第２の電流層のバンドギャップエネルギーは、発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする。
【００１９】
又、第１及び第２の電流層と、発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、第１及び第２の電流層は発光しないことを特徴とする。
【００２０】
又、第１及び第２の電流層と発光層は同一種類の半導体化合物により構成されており、第１及び第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比は、発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なることを特徴とする。
【００２１】
又、同一種類の半導体化合物はＩｎを含む窒化物半導体であり、第１及び第２の電流層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比は、発光層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比と異なることを特徴とする。
【００２２】
又、第１及び第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、発光層による光の出力を制御することを特徴とする。
【００２３】
又、発光層により単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、または量子ドット構造のいずれかの構造が構成されていることを特徴とする。
【００２４】
又、第１及び第２の電流層は、イオン注入法により第１及び第２のガイド層にＩｎまたはＡｌを注入することにより形成されたことを特徴とする。
【００２５】
又、第２のクラッド層の表面上にコンタクト層が形成されており、第２のクラッド層及びコンタクト層の一部にプロトン、酸素又は水素をイオン注入することにより電流狭窄層が設けられていることを特徴とする。
【００２６】
次に、本発明の第４の半導体発光素子は、基板と、基板上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の中央部表面上に形成されたガイド層と、第１のクラッド層の中央部以外の表面上に形成され、ガイド層を挟み込むようにガイド層に隣接して設けられた電流層と、電流層、及びガイド層の表面上に形成された発光層と、発光層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする。
【００２７】
又、本発明の第５の半導体発光素子は、基板と、基板上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の表面上に形成された発光層と、発光層の中央部表面上に形成されたガイド層と、発光層の前記中央部以外の表面上に形成され、ガイド層を挟み込むようにガイド層に隣接して設けられた電流層と、電流層、及びガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする。
【００２８】
ここで、第１および第２のクラッド層のバンドギャップエネルギーは、電流層および発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、電流層のバンドギャップエネルギーは、発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする。
【００２９】
又、電流層と発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、電流層は発光しないことを特徴とする。
【００３０】
又、電流層と発光層は同一種類の半導体化合物により構成されており、電流層を構成する半導体化合物の組成比は、発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なることを特徴とする。
【００３１】
又、同一種類の半導体化合物はＩｎを含む窒化物半導体であり、電流層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比は、発光層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比と異なることを特徴とする。
【００３２】
又、電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、発光層による光の出力を制御することを特徴とする。
【００３３】
又、電流層は、イオン注入法によりガイド層にＩｎまたはＡｌを注入することにより形成されたことを特徴とする。
【００３４】
次に、本発明の第６の半導体発光素子は、基板と、基板上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の中央部表面上に形成された第１のガイド層と、第１のクラッド層の中央部以外の表面上に形成され、ガイド層を挟み込むようにガイド層に隣接して設けられた第１の電流層と、第１の電流層、及び第１のガイド層の表面上に形成された発光層と、発光層の中央部表面上に形成された第２の電流層と、発光層の前記中央部以外の表面上に形成され、第２の電流層を挟み込むように第２の電流層に隣接して設けられた第２のガイド層と、第２の電流層、及び第２のガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする。
【００３５】
又、本発明の第７の半導体発光素子は、基板と、基板上に形成された第１のクラッド層と、第１のクラッド層の中央部表面上に形成された第１の電流層と、第１のクラッド層の中央部以外の表面上に形成され、電流層を挟み込むように電流層に隣接して設けられた第１のガイド層と、第１の電流層、及び第１のガイド層の表面上に形成された発光層と、発光層の中央部表面上に形成された第２のガイド層と、発光層の中央部以外の表面上に形成され、第２のガイド層を挟み込むように第２のガイド層に隣接して設けられた第２の電流層と、第２の電流層、及び第２のガイド層の表面上に形成された第２のクラッド層を備えたことを特徴とする。
【００３６】
ここで、第１および第２のクラッド層のバンドギャップエネルギーは、第１、第２の電流層および発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第１、第２の電流層のバンドギャップエネルギーは、発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする。
【００３７】
又、第１、第２の電流層と発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、第１、第２の電流層は発光しないことを特徴とする。
【００３８】
又、第１、第２の電流層と発光層は同一種類の半導体化合物により構成されており、第１、第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比は、発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なることを特徴とする。
【００３９】
又、同一種類の半導体化合物はＩｎを含む窒化物半導体であり、第１、第２の電流層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比は、発光層を構成する窒化物半導体のＩｎ組成比と異なることを特徴とする。
【００４０】
又、第１、第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、発光層による光の出力を制御することを特徴とする。
【００４１】
又、第１、第２の電流層は、イオン注入法によりガイド層にＩｎまたはＡｌを注入することにより形成されたことを特徴とする。
【００４２】
次に、本発明の第８の半導体発光素子は、ＧａＮ系の材料からなる発光層を含んだ積層構造を有するＧａＮ系の半導体発光素子であって、積層構造内には。ＧａＮ系の材料からなり、発光層の一部に電流を局部的に集中して流すための電流層が形成され、電流層のバンドギャップエネルギーは発光層バンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする。
【００４３】
ここで、電流層と発光層のバンドギャップエネルギーの差は０．３ｅＶ以下であって、電流層は発光しないことを特徴とする。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導体発光素子の第１の実施形態である半導体レーザ素子の基本的な構成を示す概略図である。
【００４５】
図１において、１０１はｎ型のＧａＮからなる基板であり、この基板１０１上にｎ型のＧａＮからなるコンタクト層１０２、ｎ型のＧａＡｌＮからなるクラッド層１０６が順次積層されている。ここで、クラッド層１０６は、例えば、Ｇａ０．８２Ａｌ０．１８Ｎからなり、３．９ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する。クラッド層１０６の表面上には、例えば、Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｎからなり、バンドギャップエネルギー２．７ｅＶで青色のレーザ光（波長４００〜４５０ｎｍ）を発光する発光層（又は、活性層）１０３が形成されている。又、当該発光層１０３の中央部表面上には、例えばｐ型のＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｎからなり、２．６５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する電流層１０５が形成されている。又、発光層１０３と電流層１０５間の距離は３０Å〜７０Åで構成されており、発光層１０３と電流層１０５の間にはバリア層は設けられていない。発光層１０３の表面のうち、電流層１０５が形成されている中央部以外の表面上には、ｐ型のＧａＮからなり、３．４ｅＶのバンドギャップエネルギーを有するガイド層１０４が、電流層１０５を挟み込むように、当該電流層１０５に隣接して形成されている。
【００４６】
上記ｎ型のコンタクト層１０２、ｎ型のクラッド層１０６、発光層１０３、及びｐ型のガイド層１０４は、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）等により、基板１０１上に順次形成されたものである。又、電流層１０５は、上述のＭＯＣＶＤ法により形成されたガイド層１０４の中央部に、Ｉｎをイオン注入法により注入することにより形成したものである。より具体的には、注入物質であるＩｎを含むソーズガスをアーク放電によりプラズマ化させた後、質量分析器により注入物質イオンを分離し、このイオンをｐ型ガイド層１０４の中央部に加速電圧５０〜２００ＫｅＶで打ち込むことにより電流層１０５を形成する。電流層１０５を形成後は、当該電流層１０５の電気的活性化等を行うため、窒素等の不活性ガス雰囲気中で熱処理（アニール）を行う（約８００℃）。尚、当該電流層１０５は、上述のＭＯＣＶＤ法により形成されたガイド層１０４の中央部をフォトリソグラフィー等によりエッチングし除去した後、ＭＯＣＶＤ法により発光層１０３の表面上に形成しても良い。又、電流層１０５は、Ｉｎの代わりにＡｌをイオン注入法により注入することにより形成しても良い。
【００４７】
又、前記電流層１０５、及びガイド層１０４上に、ｐ型のＧａＡｌＮからなるクラッド層１０７が形成されている。ここで、クラッド層１０７は、ｎ型のクラッド層１０６と同様に、例えばＧａ０．８２Ａｌ０．１８Ｎからなり、３．９ｅＶのバンドギャップエネルギーを有するものである。本実施形態に係る半導体レーザ素子は、バンドギャップエネルギーの小さい発光層１０３をバンドギャップエネルギーの大きな２つのクラッド層１０６、１０７により挟み込んだダブルへテロ構造となっている。このクラッド層１０７の上には、ｐ型のＧａＮからなるｐ型のコンタクト層１０８、及びＡｕなどからなるｐ側電極１０９が順次形成されており、基板１０１の裏面には、Ａｌなどからなるｎ側電極１１０が形成されている。
【００４８】
このｐ型クラッド層１０７、及びｐ型のコンタクト層１０８は、ＭＯＣＶＤ法により順次形成されたものであり、ｐ型電極１０９、及びｎ型電極１１０は、各々Ａｕ、Ａｌからなる金属膜をスパッタリング法等により、ｐ型電極１０９についてはｐ型コンタクト層１０８の表面上に、ｎ型電極１１０についてはｎ型のＧａＮ基板の裏面上に各々形成されたものである。
【００４９】
尚、上記構成のうち、電流層１０５の屈折率は２．８５、発光層１０３の屈折率は２．８６、ガイド層１０４の屈折率は２．６７、ｐ型のクラッド層１０７の屈折率は２．２３である。
【００５０】
ここで、本発明の半導体発光素子においては、電流層１０５が電流集中層として作用する点に特徴がある。
【００５１】
即ち、図１に示した半導体レーザの構成で、ｐ側電極１０９とｎ側電極１１０の間に、電流層１０５のバンドギャップエネルギーである２．６５ｅＶまで徐々に印加電圧を上げてゆくと、電流層１０５は、バンドギャップエネルギーが最も小さい（２．６５ｅＶ）ため、ｎ側コンタクト層１０２側からｐ側へと流れる電子は、まず、最も小さいバンドギャップエネルギー（２．６５ｅＶ）を有する電流層１０５の伝導帯へと流れ込み、ｐ側のコンタクト層１０８側からｎ側へと流れる正孔は、ｐ型のコンタクト層１０８側からｎ側へと流れ、電流層１０５の荷電子帯へと流れ込む。
【００５２】
ここで、上述のごとく、本実施形態においては、電流層１０５のバンドギャップエネルギーである２．６５ｅＶに相当する電圧が印加されており、発光層１０３のバンドギャップエネルギーに相当する２．７ｅＶの電圧が印加されていないが、電流層１０５は、バンドギャップエネルギーが最も小さい層であるとともに、電流層１０５を挟み込むように形成されているガイド１０４のバンドギャップエネルギーと電流層１０５のバンドギャップエネルギーの差が大きいため、当該ガイド層１０４は電流制限層として作用することになる。従って、ｐ側電極１０９から注入された電流は、選択的に電流層１０５を流れようとする。即ち、電流層１０５はガイド層１０４の上下に流れる電流を発光層１０３の中央部（発光層１０３のうち、電流層１０５に接する部分）に集める働きを行うことになる（電流集中作用）。従って、ｐ側電極１０９から注入された電流が発光層１０３に無駄なく流れるようになるため、発光層１０３の中央部の電流密度が増加し、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、発光層１０３のバンドギャップエネルギーである２．７ｅＶよりも低減することができるようになる。その結果、電流層１０５のみならず、発光層１０３の荷電子帯にも電子が流れ込むことになり、発光層１０３の伝導帯にも正孔が流れ込むことになる。
【００５３】
電流層１０５の伝導帯内に流れ込んだ電子は、ｐ側電極１０９の方へと引っ張られるが、電流層１０５の表面上に形成されたｐ型のクラッド層１０７のバンドギャップエネルギーは上述のごとく３．９ｅＶであり、電流層１０５のバンドギャップエネルギー（２．６５ｅＶ）よりも大きいため、当該ｐ型のクラッド層１０７がキャリア（ここでは、電子）閉じこめ層として作用し、その結果、電子は電流層１０５の伝導帯内に閉じこめられることになる。
【００５４】
又、発光層１０３に流れ込んだ電子は、ｐ側電極１０９の方へと引っ張られるが、図１より明らかな様に、発光層１０３の表面上に形成されたｐ型のガイド層１０４のバンドギャップエネルギーは、上述のごとく３．４ｅＶであり、発光層１０３のバンドギャップエネルギー（２．７ｅＶ）よりも大きいため、当該ｐ型ガイド層１０４がキャリア（ここでは、電子）閉じこめ層として作用し、その結果、電子は発光層１０３の伝導帯内に閉じこめられることになる。
【００５５】
次に、電流層１０５の荷電子帯へと流れ込んだ正孔は、ｎ側電極１１０の方へと引っ張られるが、電流層１０５のバンドギャップエネルギーは、上述のごとく２．６５ｅＶであり、電流層１０５からみてｎ側に形成されている発光層１０３のバンドギャップエネルギー（２．７ｅＶ）と比較して０．０５ｅＶしか小さくないため、発光層１０３は、電流層１０５のキャリア（ここでは正孔）閉じこめ層として作用することができず、電流層１０５の荷電子帯内に流れ込んだ正孔は、発光層１０３の荷電子帯内に流れ込み、電流層１０５の荷電子帯内には閉じこめられないことになる。
【００５６】
一方、発光層１０３の荷電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ側電極１１０の方へと引っ張られるが、図１より明らかな様に、発光層１０３のｎ側表面上に形成されたｎ型のクラッド層１０６のバンドギャップエネルギーは、上述のごとく３．９ｅＶであり、発光層１０３のバンドギャップエネルギー（２．７ｅＶ）よりも大きいため、当該ｎ型クラッド層１０６がキャリア（ここでは、正孔）閉じこめ層として作用し、その結果、正孔は発光層１０３の荷電子帯内に閉じこめられることになる。
【００５７】
即ち、電流層１０５の荷電子帯内には正孔は閉じこめられていないため、電流層１０５内では電子と正孔の有効な再結合は行われず、電流層１０５においてはレーザ発光は起こらないが、発光層１０３の伝導帯に電子が、荷電子帯に正孔が閉じこめられているため、発光層１０３において電子と正孔の有効な再結合が行われ、青色（例えば、波長４００ｎｍ〜４５０ｎｍ）のレーザ光が発せられることになる。
【００５８】
以上に説明した様に、本発明によれば、電流層１０５は、バンドギャップエネルギーが最も小さい（２．６５ｅＶ）ため、ガイド層１０４の上下に流れる電流を中央部に集める働き（電流集中作用）をすることになる。従って、当該発光層１０３のうち、電流層１０５に接する部分に電流が集中して通過するようになるため、しきい値電流の低減が実現されることになる。
【００５９】
即ち、本発明においては、発光層１０３と電流層１０５の間にバリア層を設けることなく、これらの発光層１０３、１０５が直接接する構成となっているおり、又、上述のごとく発光層１０３は、バンドギャップエネルギーの大きなｎ型クラッド層１０６とｐ型ガイド層１０４により挟まれているため、発光層１０３と電流層１０５のうち、大きいバンドギャップエネルギーを有する発光層１０３の、当該バンドギャップエネルギーに相当する２．７ｅＶの電圧を両電極１０９、１１０間に印加しさえすれば、発光層１０３によりレーザ発振が可能となる。従って、発光層間にバリア層を設け、電気的に両発光層を直列接続した構造となっている従来の半導体レーザに比し、低い駆動電圧により、レーザ発振を行うことができるが、本実施形態では、上述の電流層１０５の電流集中作用により、ｐ側電極１０９から注入された電流が無駄なく流れるため、発光層１０３の中央部の電流密度が増加し、しきい値電流が低減されることになる。従って、駆動電圧を前述の２，７ｅＶよりも更に低減することが可能になる。
【００６０】
又、発光層１０３（屈折率は、２．８６）と電流層１０５（屈折率は、２．８５）の屈折率の差が小さいため、発光されるレーザ光は電流層１０５側に広がり、その結果、発光が円状になり、レーザビームの近円化が可能になる。
【００６１】
又、上述のごとく、ガイド層１０４の屈折率は２．６７と小さく、光吸収がないため、実屈折率ガイド型構造を実現できる。その結果、レーザビームの近円化を行った場合であっても、上記電流層１０５によるしきい値電流の低減効果と相まって、発熱による出力飽和を回避できるため、低い駆動電圧で、高出力のレーザ光を得ることが可能になる。
【００６２】
尚、上記の実施形態では、発光層１０３と電流層１０５のバンドギャップエネルギーの差を０．０５ｅＶとしたが、当該バンドギャップエネルギーの差は、電流層１０５においてレーザ発光が起こらない範囲、即ち、発光層１０３が電流層１０５のキャリア閉じこめ層として作用しない０．３ｅＶ以下となるようにすれば良い。
【００６３】
又、上記実施形態では、電流層１０５を構成する半導体化合物の組成をＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｎとしたが、発光層１０３と電流層１０５のバンドギャップエネルギーの差が０．３ｅＶ以下となる範囲内で、前記電流層１０５を構成するＩｎＧａＮの組成比を変えることにより、しきい値電流を制御することができるため、結果として、前記発光層１０３による光の出力を制御することができる。又、電流層１０５を形成する際に、当該電流層１０５の形成範囲を調節することにより、前記発光層１０３による光の出力を制御することもできる。尚、発光層１０３による光の出力を上げた場合であっても、電流層１０５によりレーザの円形状は保たれるため、レーザビームの形状は広がることなく高出力化が可能となる。
【００６４】
又、図１に示した半導体レーザ素子においては、発光層１０３の表面上にガイド１０４と電流層１０５を設ける構成としたが、発光層１０３と、ガイド層１０４及び電流層１０５を入れ替えて、ガイド層１０４と電流層１０５の表面上に発光層１０３を形成する構成としても良い。
【００６５】
次に、図面を参照して、本発明の第２の実施形態を詳細に説明する。図２は、本発明に係る半導体発光素子の第２の実施形態である半導体レーザ素子の基本的な構成を示す概略図である。
【００６６】
本実施形態における半導体レーザ素子の基本的構成は、ｎ型クラッド層１０６の中央部表面上に、例えばｎ型のＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｎからなり、２．６５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する電流層１１２が形成されている点、及び、クラッド層１０６の表面のうち、電流層１１２が形成されている中央部以外の表面上には、ｎ型のＧａＮからなり、３．４ｅＶのバンドギャップエネルギーを有するガイド層１１１が、電流層１１２を挟み込むように、当該電流層１０５に隣接して形成されている点以外は図１に示した第１の実施形態と全く同様の構成となっている。即ち、本実施形態においては、発光層１０３の中央部の上下に電流層１０５、１１２を形成しており、発光層１０３を２つの電流層１０５、１１２により挟み込む構成となっている点に特徴がある。尚、電流層１１２は、電流層１０５と同様の形成方法、即ち、ガイド層１１１の中央部に、Ｉｎ又はＡｌをイオン注入法により注入することにより形成したものである。又、電流層１１２の屈折率は、電流層１０５と同様に２．８５であり、ガイド層１１１の屈折率は、ガイド層１０４と同様に２．６７である。
【００６７】
上記構成により、本実施形態においては、発光層１０３の中央部の上下に形成された電流層１０５、１１２のバンドギャップエネルギーが最も小さい（２．６５ｅＶ）ため、電流層１０５がガイド層１０４の上下に流れる電流を中央部に集める働き（電流集中作用）をするとともに、電流層１１２がガイド層１１１の上下に流れる電流を中央部に集める働き（電流集中作用）をすることになる。従って、当該発光層１０３のうち、電流層１０５、１１２に接する部分に電流が集中して通過するようになるため、電流層１０５のみが設けられている第１の実施形態に比し、ｐ側電極１０９から注入された電流が更に無駄なく流れることとなり、結果として、しきい値電流の更なる低減が実現されることになる。
【００６８】
即ち、電流層１０５、１１２による電流集中作用の相乗効果により、第１の実施形態に比し、しきい値電流が更に低減されるため、駆動電圧を前述の２．７ｅＶよりも更に低減することが可能となる。
【００６９】
又、本実施形態においては、図１に示した半導体発光素子と同様に、発光層１０３と電流層１０５、１１２の屈折率の差が小さく、又、発光層１０３は電流層１０５と１１２に挟まれる構造となっているため、発光されるレーザ光は発光層１０３の垂直上下方向へと広がり、又、ガイド層１０４、１１１により実屈折率ガイド構造となっているため、発光層１０３の発振中央部での光密度が低減されることになる。従って、空間的ホールバーニングによるキンクが原因となって生じる不都合を回避することができるようになる。又、発光層１０３の発振中央部での光密度が低減されるため、電流層１０５、１１２の屈折率が下がるとともに、キャリア密度が上昇することになる。その結果、上記キャリア密度が低い場合に発生する、発光層１０３からｐ型クラッド層１０７へのキャリアオーバーフローを防止することができる。
【００７０】
又、上述のごとく、ガイド層１０４の屈折率は２．６７と小さく、光吸収がないため、実屈折率ガイド型構造を実現できる。その結果、レーザビームの近円化を行った場合であっても、上記電流層１０５によるしきい値電流の低減効果と相まって、発熱による出力飽和を回避できるため、低い駆動電圧で、高出力のレーザ光を得ることが可能になる。又、発光層１０３による光の出力を上げた場合であっても、電流層１０５、１１２によりレーザの円形状は保たれるため、レーザビームの形状は広がることなく高出力化が可能となる。
【００７１】
又、前述のごとく、電流層１０５を形成する際に、当該電流層１０５の形成範囲を調節することにより、前記発光層１０３による光の出力を制御することができるが、発光層１０３より発光されるレーザ光は、発光層１０３の垂直上下方向へと広げることができるため、電流層１０５、１１２を形成する際に、発光層１０３より発光されるレーザ光が更に円形状になる様に、電流層１０５、１１２の形成範囲を調整することにより、高出力化を行うこともできる。
【００７２】
尚、図２においては、端面発光型の半導体レーザを説明したが、図３に示す様に、図２に示したｐ型クラッド層１０７とｐ型ガイド層１０８の一部に高抵抗な電流狭窄部１１３を形成した面発光型のレーザとしても良い。この場合、電流狭窄部１１３は、ｐ型クラッド層１０７とｐ型ガイド層１０８の一部にプロトン、酸素又は水素等をイオン注入法により注入して高抵抗化し、形成することができる。より具体的には、注入物質であるプロトン等を含むソーズガスをアーク放電によりプラズマ化させた後、質量分析器により注入物質イオンを分離し、このイオンをｐ型クラッド層１０７とｐ型ガイド層１０８の一部に加速電圧５０〜２００ＫｅＶで打ち込むことにより電流狭窄層１１３を形成する。注入エネルギーにより不純物分布の深さを、イオン電流により添加不純物量（ドーズ量）を制御することができる。又、加速電圧を制御することにより不純物層の厚さも決定することができる。電流狭窄層１１３を形成後は、イオン注入した不純物の電気的活性化等を行うため、窒素等の不活性ガス雰囲気中で熱処理（アニール）を行う（約８００℃）。又、ｐ型クラッド層１０７に形成された電流狭窄部１１３においては、Ａｌ組成を変化させる（例えば、Ｇａ０．７Ａｌ０．３Ｎに変化させる）ことにより高抵抗化を行うこともできる。
【００７３】
この面発光型の半導体レーザ素子においては、ｐ側電極１０９から注入された電流は、電流狭窄層１１３によりクラッド層１０７とコンタクト層１０８の中央部に狭窄され、電流層１０５が電流注入領域となる。従って、電流層１０５がガイド層１０４の上下に流れる電流を中央部に集める電流集中作用と、電流層１１２がガイド層１１１の上下に流れる電流を中央部に集める電流集中作用との相乗効果により、発光層１０３のうち、電流層１０５、１１２に接する部分に電流が集中して通過するようになるため、しきい値電流の更なる低減が実現されることになる。
【００７４】
又、本実施形態においては、図２に示した半導体発光素子と同様に、発光層１０３と電流層１０５、１１２の屈折率の差が小さく、又、発光層１０３は電流層１０５と１１２に挟まれる構造となっているため、発光されるレーザ光は発光層１０３の垂直上下方向へと広がり、又、ガイド層１０４、１１１により実屈折率ガイド構造となっているため、発光層１０３の発振中央部での光密度が低減されることになる。従って、発光層１０３による発光が円状になり、レーザビームの近円化が可能になるとともに、空間的ホールバーニングによるキンクが原因となって生じる不都合を回避することができるようになる。
【００７５】
次に、図面を参照して、本発明の第３の実施形態を詳細に説明する。図４は、本発明に係る半導体発光素子の第３の実施形態であるＬＥＤの基本的な構成を示す概略図である。
【００７６】
本実施形態では、図１のｎ型のコンタクト層１０２が形成されていない点、及びガイド層１０４と電流層１０５とを入れ替えて形成している点以外は図１に示した第１の実施形態と全く同様の構成となっている。即ち、図４のＬＥＤでは、発光層１０３の中央部表面上にガイド層１０４が形成され、発光層１０３の表面のうち、ガイド層１０４が形成されている中央部以外の表面上には、電流層１０５がガイド層１０４を挟み込むようにガイド層１０４に隣接して形成されているが、これは、ＬＥＤの場合は、第１の実施形態で示した半導体レーザとは異なり、バンドギャップエネルギーが小さい電流層１０５を発光層１０３の中央部表面上に形成し、発光層１０３の中央部の電流密度を増加させる必要がなく、又、ＬＥＤの場合、電流層１０５の表面上において広範囲にわたり電流密度を増加させた方が発光効率が向上するためである。尚、図１に示した第１の実施形態と同様に、発光層１０３と電流層１０５の間にはバリア層は設けられていない。
【００７７】
上記構成により、本実施形態においては、発光層１０３の表面上に広範囲にわたって形成された電流層１０５のバンドギャップエネルギーが最も小さい（２．６５ｅＶ）ため、ｐ側電極１０９により注入された電流は、電流層１０５に集中して注入されることになる（電流集中作用）。従って、当該発光層１０３のうち、電流層１０５に接する広範囲な部分に電流が集中して通過するようになるため、しきい値電流の低減が実現されることになる。
【００７８】
即ち、本実施形態では、発光層１０３は、発光層１０３の有するバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するガイド層１０４とｎ型クラッド層１０６に挟まれているため、駆動電圧は２．７ｅＶとなるが、前述の電流層１０５の電流集中作用により、ｐ側電極１０９から注入された電流が無駄なく流れるため、しきい値電流が低減されることになる。その結果、駆動電圧を前述の２，７ｅＶよりも低減することが可能になり、駆動電圧が低く、発光効率の高いＬＥＤを実現することができる。
【００７９】
尚、図４に示したＬＥＤにおいては、発光層１０３の表面上にガイド１０４と電流層１０５を設けたが、図５に示す様に、発光層１０３と、ガイド層１０４及び電流層１０５を入れ替えて、ガイド層１０４と電流層１０５の表面上に発光層１０３を形成する構成としても良い。
【００８０】
次に、図面を参照して、本発明の第４の実施形態を詳細に説明する。図６は、本発明に係る半導体発光素子の第４の実施形態であるＬＥＤの基本的な構成を示す概略図である。
【００８１】
本実施形態では、図４のクラッド層１０６と発光層１０３の間に、電流層１１４、及びガイド層１１５が形成されている点以外は図４に示した第３の実施形態と全く同様の構成となっている。即ち、図６のＬＥＤでは、クラッド層１０６の中央部表面上には、例えばｎ型のＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｎからなり、２．６５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する電流層１１４が形成されている。又、電流層１１４が形成されている中央部以外の表面上には、ｎ型のＧａＮからなり、３．４ｅＶのバンドギャップエネルギーを有するガイド層１１５が、電流層１１４を挟み込むように、当該電流層１１４に隣接して形成されている。尚、電流層１１４の屈折率は、電流層１０５と同様に２．８５であり、ガイド層１１５の屈折率は、ガイド層１０４と同様に２．６７である。
【００８２】
本実施形態にかかるＬＥＤにおいては、電流層１１４のバンドギャップエネルギー（２．６５ｅＶ）は電流層１０５と同様に最も小さいため、ｐ側電極１０９から注入され、電流層１０５の電流集中作用により発光層１０３の中央部以外の領域に導入された電流は、電流層１１４による電流集中作用により、発光層１０３の中央部にも集められることになる。その結果、電流層１１４が電流注入領域となるため、発光層１０３のうち、電流層１０５と接していない領域である発光層１０３の中央部にも効率よく電流が集中することになる。
【００８３】
従って、電流層１０５による電流集中作用と、電流層１１４による電流集中作用との相乗効果により、発光層１０３の全体に電流が集中して通過するようになるため、しきい値電流を更に低減させることができ、その結果、駆動電圧が低く、発光効率が更に高いＬＥＤを実現することができる。
【００８４】
尚、図６に示したＬＥＤにおいては、図４のクラッド層１０６と発光層１０３の間に、電流層１１４、及びガイド層１１５を設けた構成としたが、図７に示す様に、図５に示したＬＥＤの発光層１０３とｐ型クラッド層１０７の間に電流層１１４及びガイド層１１５を設けた構成としても良い。この場合は、ｐ側電極１０９から注入された電流は、電流層１１４による電流集中作用により、発光層１０３の中央部に集められた後、電流層１０５による電流集中作用により、発光層１０３の表面のうち、電流層１１４と接している中央部以外にも効率よく電流が集中することになる。
【００８５】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【００８６】
例えば、本発明の実施形態では、ＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子について説明したが、他の半導体材料、例えば、ＩｎＧａＡｌＮのＮの一部又は全部をＡｓおよび／またはＰ等で置換した材料や、ＧａＡｓ系化合物半導体を用いた半導体発光素子にも本発明を適用できる。
【００８７】
又、本発明の実施形態では、ダブルヘテロ構造を説明したが、発光層の形態を単一量子井戸構造（ＳＱＷ）、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）や量子ドットを含む構成としても良い。
【００８８】
更に、本発明の実施形態では、ＧａＮ系発光素子の構造を説明するために、便宜上、基板が下層側に位置し、これにＧａＮ系結晶層が上方へ積み重ねられる構造とし、下層側をｎ型、上層側をｐ型として説明を行ったが、ｎ型を上層側、ｐ型を下層側とした構成としても良い。
【００８９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した様に、本発明の半導体発光素子によれば、発光層と同一種類の半導体化合物より形成された電流層を設け、発光層と電流層間にバリア層を設けることなく電流層と発光層が直接接する構成となっており、かつ、半導体発光素子を構成する各層のうち、バンドギャップエネルギーの最も小さい電流層を電流集中層として利用することができる。従って、発光層のうち、電流層に接する部分に電流が集中して通過するようになるため、しきい値電流の低減が可能になり、低い駆動電圧で高輝度の発光をできるようになるため、結果として半導体発光素子の発光効率が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体発光素子の第１の実施形態である半導体レーザ素子の基本的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る半導体発光素子の第２の実施形態である半導体レーザ素子の基本的な構成を示す概略図である。
【図３】第２の実施形態に係る半導体レーザ素子に電流狭窄部を形成した面発光型の半導体レーザ素子の基本的な構成を示す概略図である。
【図４】本発明に係る半導体発光素子の第３の実施形態であるＬＥＤの基本的な構成を示す概略図である。
【図５】第３の実施形態に係るＬＥＤの変型例の構成を示す概略図である。
【図６】本発明に係る半導体発光素子の第４の実施形態であるＬＥＤの基本的な構成を示す概略図である。
【図７】第４の実施形態に係るＬＥＤの変型例の構成を示す概略図である。
【図８】従来の半導体発光素子の模式的な概略図である。
【符号の説明】
１０１：基板
１０３：発光層
１０５、１１２、１１４：電流層
１０６：ｎ型クラッド層
１０７：ｐ型クラッド層
１０９：ｐ側電極
１１０：ｎ側電極
１１３：電流狭窄部
【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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