JPH08236807A - 半導体発光素子及び半導体発光素子アレイチップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、デバイスの材料及び構造によら
ず、面発光型及び端面発光型を問わず、デバイスの寿命
が短く信頼性に乏しいという問題を発生することなく、
発光素子単体や発光素子アレイチップ単体での光出力の
温度による変動を小さくでき、更に高歩留まりで得るこ
とができるようにすることを目的とする。 【構成】 この発明は、光出射部にモノリシックに設け
た多層透過膜２７が、発光層２４から放射される光の発
光強度が低い時の発光波長で高い透過率となり、発光層
２４から放射される光の発光強度が高い時の発光波長で
低い透過率となる透過率の発光波長依存性を有する半導
体膜であるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信装置、光情報処理
装置等に用いられる半導体発光素子及び半導体発光素子
アレイチップに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体発光素子は、電流注入型の
デバイスであり、電流注入によって自己発熱して温度が
上昇してしまう。また、半導体発光素子は、自己発熱や
周囲の熱源による加熱で動作温度が上昇すると、発光強
度が低下するという特性を有する。しかし、このように
半導体発光素子からの光出力が動作温度により変動する
ことは、実用上大きな問題である。

【０００３】この問題を解決する方法としては、厳密な
半導体発光素子からの光出力の制御が必要である場合に
は、一般に、半導体発光素子の光出力をモニター素子で
モニタして半導体発光素子の光出力が一定の出力となる
ようにＡＰＣ（オートパワーコントロール）回路を設け
ることにより、半導体発光素子からの光出力を温度変化
に対して一定にしている。

【０００４】しかし、このＡＰＣ回路では、モニター素
子やその他の回路を設けるので、装置が複雑になった
り、コストがかかったりするという問題がある。さら
に、アレイ状半導体発光素子では、ビット毎の光出力制
御が必要であるので、かなりの手間がかかるという問題
がある。このため、半導体発光素子自身の光出力の温度
による変動を低減させることが望まれている。

【０００５】半導体発光素子単体において、光出力の温
度による変動を低減させる方法としては、一般に、注入
キャリアのオーバーフローを低減するためにヘテロ障壁
を高くする方法、つまり、ダブルヘテロ接合においてバ
ンドギャップ差を大きくとること、クラッド層のキャリ
ア濃度を高くすること等を行って光出力の温度による変
動を低減する方法が用いられている。しかし、このよう
な方法だけでは、十分であるとは言えない。

【０００６】そこで、光出力の温度による変動を非常に
小さくするために、活性層の禁制帯幅を変化させるとと
もに活性層の禁制帯幅が相対的に狭い領域に非発光中心
となる不純物をドープした構造の半導体発光素子が提案
されている（特公平５ー７７３１０号公報参照）。この
半導体発光素子では、活性層に注入されたキャリアは低
温では禁制帯幅が相対的に狭い領域に多く存在し、温度
が上昇するとキャリアのエネルギー分布の範囲が広が
る。つまり、一般に発光効率の高い状態である低温では
非発光中心の影響を大きく受けるが、発光効率が低下す
る高温では非発光中心の影響は小さくなる。このため、
見かけ上の光出力の温度による変動を小さくできる。

【０００７】また、信頼性などに影響を与えないように
するため光の取り出し方に工夫をした構造の半導体発光
素子が提案されている。例えば、特開平４ー１３２２７
４号公報には、発光層に対して光取り出し部とは反対と
なる位置に、発光層から放射される光の強度及びスペク
トルの温度による変化を補償する波長依存性を有する反
射器を有する発光ダイオードが記載されている。この発
光ダイオードでは、発光層は発光する光の強度及びスペ
クトルが温度に依存して変化する特性を有する。一方、
反射器は、発光層から放射される光の強度及びスペクト
ルの温度による変化を補償する波長依存性を有する。つ
まり、例えば、動作温度の上昇によって発光強度が低下
し、且つ、発光層から放射される光の中心波長が長波長
側に移動する特性を有する場合、反射器は発光層から放
射される光の中心波長よりも長波長側で高い反射率とな
る発光波長依存性を有する。

【０００８】また、実開昭６１ー１８５８号公報には、
面発光型のデバイスと端面発光型のデバイスの両方に応
用できる例として、発光素子の発する光をレンズ系を通
して出射させ、そのレンズ系に透過率が透過光の波長が
長くなるほど増大する光学フィルタを設けた発光ダイオ
ード光源が記載されている。この発光ダイオード光源で
は、見かけ上の光出力の温度による変動を小さくでき
る。また、光学フィルタは発光素子とは独立に形成され
ていて実装時に組み立てるものであり、発光素子は面発
光型、端面発光型のいずれでもかまわない。

【０００９】また、特開平５ー２８３７３５号公報に
は、モノリシックに光学フィルタを設け、光出力の温度
による変動を小さくした発光素子が記載されている。図
１０はその発光素子の１例を示す。ｐ型不純物が拡散さ
れたｐ型半導体層１１がｎ型半導体層１２上に形成さ
れ、ｐ型半導体層１１の上面にｐ側電極１３が設けられ
てｐ型半導体層１１の上にＳｉＮｘ膜１４が形成され、
ｎ型半導体層１２の下にｎ側電極１５が設けられて発光
素子が構成される。更に、ＳｉＮｘ膜１４の上に屈折率
が違うＴｉＯ₂の膜１６とＳｉＯ₂の膜１７とが交互に計
２０層積層され、これらにより光学フィルタ１８が構成
される。この発光素子では、高温になると、発光波長が
長波長側にシフトするので、光学フィルタ１８の透過率
が透過光の波長が長くなるほど増大するようにＴｉＯ₂
の膜１６とＳｉＯ₂の膜１７の厚さを形成すれば見かけ
上の光出力の温度による変動を小さくできる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記特公平５ー７７３
１０号公報記載の半導体発光素子では、活性層に非発光
中心となる不純物をドープした構造であるので、その非
発光中心が元になって通電による結晶欠陥の増殖が進み
易くなり、光量劣化を引き起こす原因となる。このた
め、デバイスの寿命が短く、信頼性に乏しいという問題
がある。また、上記実開昭６１ー１８５８号公報記載の
発光ダイオード光源では、光学フィルタは発光素子と独
立に形成されていて実装時に組み立てるものであるの
で、部品点数が増えることになり、好ましくない。更
に、モノリシック集積素子のような同一チップ上で光を
やりとりするような構造のデバイスに応用するのはむず
かしい。

【００１１】上記特開平５ー２８３７３５号公報記載の
発光素子では、光学フィルタ１８の材料として誘電体多
層膜を用いているので、光学フィルタ１８は半導体層の
外側にしか形成できず、電極は誘電体多層膜の上には形
成できないから多様なデバイスに応用することができな
い。また、屈折率が違う複数の薄膜１６，１７を交互に
積層した光学フィルタ１８の波長対透過率特性曲線は、
各層の膜厚、屈折率に非常に敏感である。ところが、現
在の技術では、化合物半導体の上にＴｉＯ₂の膜、Ｓｉ
Ｏ₂の膜、Ａｌ₂Ｏ₃の膜等を用いた誘電体多層膜を狙い
通りの厚さに、しかもウェハー面内で均一に再現性良く
形成することは非常に難しいので、ばらつきが大きく、
歩留まりが低いという欠点がある。

【００１２】また、上記特開平４ー１３２２７４号公報
記載の発光ダイオードでは、活性層で発生した光は活性
層自身で吸収してしまうので、面発光型のデバイスには
応用可能であるが、共振器長（素子長）の長い端面発光
型のデバイスでは効果が小さいという問題がある。本発
明は、デバイスの材料及び構造によらず、面発光型及び
端面発光型を問わず、デバイスの寿命が短く信頼性に乏
しいという問題を発生することなく、発光素子単体や発
光素子アレイチップ単体での光出力の温度による変動を
小さくすることができ、更に高歩留まりで得ることがで
きる半導体発光素子及び半導体発光素子アレイチップを
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、発光強度及び発光波長の中
心が温度に依存して変化する特性を有する発光層と、こ
の発光層からの光を外部へ放射する光出射部にモノリシ
ックに屈折率の異なる複数の薄膜を順次に積層してなる
多層透過膜とを有し、該多層透過膜を通して外部に光を
照射する半導体発光素子において、前記多層透過膜は、
前記発光層から放射される光の発光強度が低い時の発光
波長で高い透過率となり、前記発光層から放射される光
の発光強度が高い時の発光波長で低い透過率となる透過
率の発光波長依存性を有する半導体膜であることを特徴
とするものである。

【００１４】請求項２記載の発明は、動作温度の上昇に
よって発光強度が低下し、且つ、放射する光の中心波長
が動作温度の上昇によって長波長側に移動する特性を有
する発光層と、この発光層からの光を外部へ放射する光
出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄膜を順
次に積層してなる多層透過膜とを有し、該多層透過膜を
通して外部に光を照射する半導体発光素子において、前
記多層透過膜は、前記発光層から放射される光の中心波
長よりも長波長側で高い透過率となる透過率の発光波長
依存性を有する半導体膜であることを特徴とするもので
ある。

【００１５】請求項３記載の発明は、動作温度の上昇に
よって発光強度が低下し、且つ、放射する光の中心波長
が動作温度の上昇によって長波長側に移動する特性を有
する発光層と、この発光層からの光を外部へ放射する光
出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄膜を順
次に積層してなる多層透過膜とを有し、該多層透過膜を
通して外部に光を照射する半導体発光素子において、前
記多層透過膜は、透過率の発光波長依存性における極小
値であって波長λ₁の光に対して透過率が極小となる値
Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合う極値であって波長λ
₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過率が極大となる値Ｙ₂と
の間に前記発光層の発光波長λ₀が入ってλ₁＜λ₀＜λ₂
となるようにλ₁を選んで各層の厚さがλ₁に対して４分
の１波長となるように構成した半導体膜であることを特
徴とするものである。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１，２また
は３記載の半導体発光素子において、前記多層透過膜が
前記発光層に対して基板と反対側となるように前記発光
層及び前記多層透過膜を前記基板上に積層したことを特
徴とするものである。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１，２また
は３記載の半導体発光素子において、前記多層透過膜が
前記発光層に対して基板と同じ側となるように前記発光
層及び前記多層透過膜を前記基板上に積層したことを特
徴とするものである。

【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１，２，
３，４または５記載の半導体発光素子において、前記多
層透過膜を構成する各半導体膜は１原子層づつ成長させ
る原子層成長法により形成したものであることを特徴と
するものである。

【００１９】請求項７記載の発明は、発光強度及び発光
波長の中心が温度に依存して変化する特性を有する発光
層と、この発光層からの光を外部へ放射する光出射部に
モノシリックに屈折率の異なる複数の薄膜を順次に積層
してなる多層透過膜とを有し、前記多層透過膜を通して
外部に光を照射する半導体発光素子において、前記多層
透過膜は、前記発光層から放射される光の発光強度が低
い時の発光波長で高い透過率となり、前記発光層から放
射される光の発光強度が高い時の発光波長で低い透過率
となる透過率の発光波長依存性を有し、前記発光層から
の光を外部へ放射する光出射部が積層端面であって該積
層端面上に前記多層透過膜を形成したことを特徴とする
ものである。

【００２０】請求項８記載の発明は、動作温度の上昇に
よって発光強度が低下し、且つ、放射する光の中心波長
が動作温度の上昇によって長波長側に移動する特性を有
する発光層と、この発光層からの光を外部へ放射する光
出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄膜を順
次に積層してなる多層透過膜とを有し、該多層透過膜を
通して外部に光を照射する半導体発光素子において、前
記多層透過膜は、前記発光層から放射される光の中心波
長よりも長波長側で高い透過率となる透過率の発光波長
依存性を有し、前記発光層からの光を外部へ放射する光
出射部が積層端面であって該積層端面上に前記多層透過
膜を形成したことを特徴とするものである。

【００２１】請求項９記載の発明は、動作温度の上昇に
よって発光強度が低下し、且つ、放射する光の中心波長
が動作温度の上昇によって長波長側に移動する特性を有
する発光層と、この発光層からの光を外部へ放射する光
出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄膜を順
次に積層してなる多層透過膜とを有し、該多層透過膜を
通して外部に光を照射する半導体発光素子において、前
記多層透過膜は、透過率の発光波長依存性における極小
値であって波長λ₁の光に対して透過率が極小となる値
Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合う極値であって波長λ
₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過率が極大となる値Ｙ₂と
の間に前記発光層の発光波長λ₀が入ってλ₁＜λ₀＜λ₂
となるようにλ₁を選んで各層の厚さがλ₁に対して４分
の１波長となるように構成し、前記発光層からの光を外
部へ放射する光出射部が積層端面であって該積層端面上
に前記多層透過膜を形成したことを特徴とするものであ
る。

【００２２】請求項１０記載の発明は、請求項７記載の
半導体発光素子において、光出射部となる積層端面とは
反対側の積層端面上に屈折率の異なる複数の薄膜を順次
に積層してなる多層反射膜を有し、該多層反射膜は、前
記発光層から放射される光の発光強度が低い時の発光波
長で高い反射率となり、前記発光層から放射される光の
発光強度が高い時の発光波長で低い反射率となる反射率
の発光波長依存性を有することを特徴とするものであ
る。

【００２３】請求項１１記載の発明は、請求項８，９記
載の半導体発光素子において、光出射部となる積層端面
とは反対側の積層端面上に屈折率の異なる複数の薄膜を
順次に積層してなる多層反射膜を有し、該多層反射膜
は、前記発光層から放射される光の中心波長よりも長波
長側で高い反射率となる反射率の発光波長依存性を有す
ることを特徴とするものである。

【００２４】請求項１２記載の発明は、請求項７，８ま
たは９記載の半導体発光素子において、光出射部となる
積層端面とは反対側の積層端面上に前記多層透過膜と同
様な多層膜上に金属膜を積層してなる多層反射膜を有す
ることを特徴とするものである。

【００２５】請求項１３記載の発明は、請求項１，２，
３，４，５，６，７，８，９，１０，１１または１２記
載の半導体発光素子をモノリシックに並べたことを特徴
とするものである。

【００２６】

【作用】請求項１記載の発明では、発光層は発光強度及
び発光波長の中心が温度に依存して変化し、発光層から
の光が多層透過膜を通して外部に照射される。多層透過
膜は、発光層から放射される光の発光強度が低い時の発
光波長で高い透過率となり、発光層から放射される光の
発光強度が高い時の発光波長で低い透過率となる。この
ため、発光強度の温度による変化が補償され、温度変化
に対する発光強度の変化が少なくなる。更に、多層透過
膜が半導体膜であることにより、電極を多層透過膜の上
に形成できるなど、多層透過膜の形成位置の制約が少な
くなる。

【００２７】請求項２記載の発明では、発光層は、動作
温度の上昇によって発光強度が低下し、且つ、放射する
光の中心波長が動作温度の上昇によって長波長側に移動
する。発光層からの光は多層透過膜を通して外部に照射
され、多層透過膜は発光層から放射される光の中心波長
よりも長波長側で高い透過率となる。このため、温度上
昇による発光強度の低下が補償される。更に、多層透過
膜が半導体膜であることにより、電極を多層透過膜の上
に形成できるなど、多層透過膜の形成位置の制約が少な
くなる。

【００２８】請求項３記載の発明では、発光層は、動作
温度の上昇によって発光強度が低下し、且つ、放射する
光の中心波長が動作温度の上昇によって長波長側に移動
する。発光層からの光は多層透過膜を通して外部に照射
される。この多層透過膜は、透過率の発光波長依存性に
おける極小値であって波長λ₁の光に対して透過率が極
小となる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合う極値であって
波長λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過率が極大となる
値Ｙ₂との間に発光層の発光波長λ₀が入ってλ ₁＜λ₀＜
λ₂となるようにλ₁を選んで各層の厚さがλ₁に対して
４分の１波長となるように構成されていることにより、
発光層から放射される光の中心波長よりも長波長側で高
い透過率となる。このため、温度上昇による発光強度の
低下が補償される。更に、多層透過膜が半導体膜である
ことにより、電極を多層透過膜の上に形成できるなど、
多層透過膜の形成位置の制約が少なくなる。

【００２９】請求項４記載の発明では、請求項１，２ま
たは３記載の半導体発光素子において、発光層及び多層
透過膜が基板上に積層されて多層透過膜が発光層に対し
て基板と反対側となり、温度上昇による発光強度の低下
が補償される。

【００３０】請求項５記載の発明では、請求項１，２ま
たは３記載の半導体発光素子において、発光層及び多層
透過膜が基板上に積層されて多層透過膜が発光層に対し
て基板と同じ側となり、温度上昇による発光強度の低下
が補償される。

【００３１】請求項６記載の発明では、請求項１，２，
３，４または５記載の半導体発光素子において、多層透
過膜を構成する各半導体膜は、１原子層づつ成長させる
原子層成長法により形成したものであり、歩留まりが良
く、多層透過膜が膜厚制御性良く形成されて温度変化に
対して発光強度の変化が少ない。

【００３２】請求項７記載の発明では、発光層は発光強
度及び発光波長の中心が温度に依存して変化し、発光層
からの光が多層透過膜を通して積層端面より外部に照射
される。この多層透過膜は、発光層から放射される光の
発光強度が低い時の発光波長で高い透過率となり、発光
層から放射される光の発光強度が高い時の発光波長で低
い透過率となる。このため、発光強度の温度による変化
が補償され、発光強度の変化が少なくなる。

【００３３】請求項８記載の発明では、発光層は、動作
温度の上昇によって発光強度が低下し、且つ、放射する
光の中心波長が動作温度の上昇によって長波長側に移動
する。発光層からの光は多層透過膜を通して積層端面よ
り外部に照射され、この多層透過膜は発光層から放射さ
れる光の中心波長よりも長波長側で高い透過率となる。
このため、温度上昇による発光強度の低下が補償され
る。

【００３４】請求項９記載の発明では、発光層は、動作
温度の上昇によって発光強度が低下し、且つ、放射する
光の中心波長が動作温度の上昇によって長波長側に移動
する。発光層からの光は多層透過膜を通して積層端面よ
り外部に照射される。多層透過膜は、透過率の発光波長
依存性における極小値であって波長λ₁の光に対して透
過率が極小となる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合う極値
であって波長λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過率が極
大となる値Ｙ₂との間に発光層の発光波長λ₀が入ってλ
₁＜λ₀＜λ₂となるようにλ₁を選んで各層の厚さがλ₁
に対して４分の１波長となるように構成したことによ
り、発光層から放射される光の中心波長よりも長波長側
で高い透過率となり、温度上昇による発光強度の低下が
補償される。

【００３５】請求項１０記載の発明では、請求項７記載
の半導体発光素子において、光出射部となる積層端面と
は反対側の積層端面上に屈折率の異なる複数の薄膜を順
次に積層してなる多層反射膜は発光層から放射される光
の発光強度が低い時の発光波長で高い反射率となり、発
光層から放射される光の発光強度が高い時の発光波長で
低い反射率となる。このため、多層反射膜による反射光
が利用され、温度変化に対して発光強度の変化が少なく
なる。

【００３６】請求項１１記載の発明では、請求項８，９
記載の半導体発光素子において、光出射部となる積層端
面とは反対側の積層端面上に屈折率の異なる複数の薄膜
を順次に積層してなる多層反射膜は発光層から放射され
る光の中心波長よりも長波長側で高い反射率となる。こ
のため、多層反射膜による反射光が利用され、温度変化
に対して発光強度の変化が少なくなる。

【００３７】請求項１２記載の発明では、請求項７，８
または９記載の半導体発光素子において、光出射部とな
る積層端面とは反対側の積層端面上に多層透過膜と同様
な多層膜上に金属膜を積層してなる多層反射膜による反
射光が利用され、温度変化に対して発光強度の変化が少
なくなる。さらに、金属膜以外は多層透過膜と多層反射
膜を同時に形成可能となる。

【００３８】請求項１３記載の発明では、モノリシック
に並べられている請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９，１０，１１または１２記載の半導体発光素子
は、他の素子の動作による発熱の影響が小さく、チップ
内に温度分布が生じてもチップ内の光出力の分布が小さ
い。

【００３９】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す。この第１
実施例は、請求項１，２，３，４，６記載の発明の実施
例であり、面発光型発光ダイオードからなる半導体発光
素子の例であって図１中の太い矢印の方向へ光を放出す
る。この面発光型発光ダイオードは、ｎ型ＧａＡｓから
なる基板２１の上にＭＯＣＶＤ法等を用いてｎ型ＧａＡ
ｓからなるバッファ層２２、ｎ型Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ
からなるクラッド層２３、発光層であるＡｌ_0.19Ｇａ
_0.81Ａｓからなる活性層２４、ｐ型Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａ
ｓからなるクラッド層２５、ｐ＋型Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａ
ｓからなる電流拡散層２６が順次に積層されて発光部が
形成されている。これはダブルヘテロ構造となってい
る。そして、更にその発光部における電流拡散層２６の
上にはＡｌＡｓ／Ａｌ_0.42Ｇａ_0.58ＡｓからなるＮ層の
多層透過膜２７が形成されている。この多層透過膜２７
は、温度が上昇して発光部の発光波長が長波長側にシフ
トした時に透過率が上昇するように材料及びその膜厚と
屈折率が選択されており、光出射端面上に積層されてい
る。

【００４０】ここで、多層膜の反射率と透過率の計算方
法として、マトリックス計算を用いた電磁気学的解法に
ついて説明する。屈折率ｎ、厚さｄの薄膜に波長λの光
が入射角φ₀で入射すると、これに対応するマトリック
スは、

【００４１】

【数１】

【００４２】となる。ただし、δ＝２π／λｎｄcosφ₁
で、φ₁は薄膜内での屈折率であり、ｗはｎcosφ（ｐ成
分）及びｎ／cosφ（ｓ成分）である。Ｎ層の多層膜に
対するマトリックスは、

【００４３】

【数２】

【００４４】とすると、多層膜の反射率Ｒおよび透過率
Ｔは

【００４５】

【数３】

【００４６】で表わされる。ここで、ω₀、ω_gは屈折率
ｎ₀の媒質ならびに屈折率ｎ_gの基板に対する値である。

【００４７】図２は多層膜としての多層透過膜２７の厚
さを波長λ₁に対して４分の１波長となる厚さとして
（４）式を用いて多層膜２７の透過率を求めた時の概念
図を示す。図２から分かるように多層膜２７は波長λ₁
で透過率が極小値Ｙ₁となる。また、図２に示す波長対
透過率特性曲線は波打っており、多層膜２７は波長λ₁
より長い波長λ₂で透過率が極大値Ｙ₂をとっている。こ
こで、第１実施例では、多層膜としての多層透過膜２７
が活性層２４からの光を外部へ放射する光出射部に設け
られ、実際に使われている温度範囲で発光波長がλ₁か
らλ₂までの間にあるので、温度が上昇して光出力の中
心波長λ₀が長波長側にシフトした時に光出力に対する
多層膜２７の透過率が高くなり、発光強度の温度依存性
が補償されることになる。つまり、多層膜２７は、半導
体発光素子の発光強度の温度依存性を補償するために、
光出力の中心波長がλ₀である半導体発光素子に対して
λ₀がλ₁からλ₂までの間に入るようなλ₁を選んで各層
の厚さをそのλ₁に対して４分の１波長となるように決
めらいる。

【００４８】この第１実施例では、具体的にはＡＬＥ
（Ａtomic Ｌayer Ｅpitaxy）法により、屈折率ｎ＝
３．０３のｐ型ＡｌＡｓからなる層２８と、屈折率ｎ＝
３．４３のｐ型Ａｌ_0.42Ｇａ_0.58Ａｓからなる層２９と
を交互に積層してＮ層の多層薄膜からなる多層透過膜２
７を形成している。すなわち、多層透過膜２７は、初め
にｐ型ＡｌＡｓからなる層２８を５６１Å積み、次にｐ
型Ａｌ_0.42Ｇａ_0.58Ａｓからなる層２９を４９６Å積
み、この順番で２つの層２８，２９を交互に合計６ペア
形成している。

【００４９】そして、第１実施例では、多層透過膜２７
の上にｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０を形成し
ている。このコンタクト層３０は選択的にエッチングさ
れており、コンタクト層３０の上にのみｐ側電極３１が
形成されている。また、基板２１の下側にはｎ側電極３
２が形成されている。この第１実施例の面発光型発光ダ
イオードは、おもに、活性層２４からの光を多層透過膜
２７を通して外部へ放射し、つまり、多層透過膜２７上
においてコンタクト層３０がエッチングで除去された部
分から室温で中心波長約７４０ｎｍの光を外部に照射す
る。

【００５０】この第１実施例の面発光型発光ダイオード
では、多層透過膜２７が無い場合の発光特性は図３及び
図４に示す通りである。つまり、発光出力は図３に示す
ように温度の上昇とともに低下し、発光出力の温度依存
性は活性層２４とクラッド層２３，２５とのバンドギャ
ップエネルギー差がそれほど大きくないことから比較的
大きくなる。また、発光スペクトルは発光ピークの高さ
が温度の上昇とともに低下すると同時に発光スペクトル
全体が温度の上昇とともに長波長側にシフトする。

【００５１】図５は第１実施例における上記条件の多層
透過膜２７の発光波長に対する透過率の計算結果を示
す。多層透過膜２７は活性層２４から放射される光の中
心波長（ピーク波長）よりも長波長側で（第１実施例で
は７８５ｎｍまでの波長で）高い透過率を持っている。
また、発光波長に対する多層透過膜２７の透過率は透過
率の変化が大きいところ、つまり、透過率曲線の傾きが
大きいところに設定されている。

【００５２】このように多層透過膜２７は、その半導体
材料、膜厚および屈折率を第１実施例の面発光型発光ダ
イオードからの光出力の中心波長よりも短波長側に透過
率の極小値がきて光出力の中心波長よりも長波長側に透
過率の極大値がくるように選んでいる。つまり、多層透
過膜２７は、膜厚が発光ピーク波長よりも幾分短い波長
に対して４分の１となるように選んでいる。

【００５３】この場合、多層透過膜２７の膜厚と屈折率
は正確に制御する必要がある。なぜならば、このような
多層透過膜２７の波長対透過率特性曲線は多層透過膜２
７の膜厚と屈折率に対して非常に敏感であるからであ
る。図６は多層透過膜２７の膜厚を上述の最適値、最適
値±１０％とした例での波長対透過率特性の計算結果を
示す。この図６から分かるように多層透過膜２７の膜厚
が最適値からずれると、上述した効果が無くなってしま
うので、多層透過膜２７の膜厚と屈折率は正確に制御す
る必要がある。このような観点から、多層透過膜２７の
作製は、通常のＭＯＣＶＤ法を用いて形成できるが、単
原子層づつ制御可能なＡＬＥ（Ａtomic Ｌayer Ｅpitax
y）法を用いて形成すると、各層の膜厚をロット間、ウ
エハ面内で厳密に制御できるので、望ましい。

【００５４】また、本実施例のような構造では、１台で
ＡＬＥ法、ＭＯＣＶＤ法の両方の成長モードで結晶を成
長できる装置を用いて、多層透過膜２７は各層の膜厚を
厳密に制御できるＡＬＥ法で形成して発光部は成長速度
がＡＬＥ法より大きく且つ発光効率を高くできるＭＯＣ
ＶＤ法で形成することが望ましい。もちろん、多層透過
膜２７の材料は発光層のエネルギーバンドギャップより
大きなエネルギーバンドギャップを有する材料であるこ
とが望ましい。

【００５５】図７は本実施例において活性層２４から多
層透過膜２７を通して放射される光の発光強度の温度依
存性を示す。本実施例では、多層透過膜２７を形成した
ために発光強度の温度依存性が平坦になっており、発光
強度の温度上昇による影響が打ち消されていることが分
かる。また、波長対透過率特性曲線の傾きが更に大きく
なるような条件の多層透過膜２７を用いれば、更に発光
強度の温度依存性が平坦になる。また、多層透過膜２７
の材料としては、例えば半導体膜上に誘電体膜を形成す
る構造のように半導体膜と誘電体膜を組み合わせて形成
してもかまわない。

【００５６】この第１実施例は、請求項１記載の発明の
実施例であって、発光強度及び発光波長の中心が温度に
依存して変化する特性を有する発光層としての活性層２
４と、この発光層２４からの光を外部へ放射する光出射
部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄膜２８，２
９を順次に積層してなる多層透過膜２７とを有し、該多
層透過膜２７を通して外部に光を照射する半導体発光素
子において、多層透過膜２７は、発光層２４から放射さ
れる光の発光強度が低い時の発光波長で高い透過率とな
り、発光層２４から放射される光の発光強度が高い時の
発光波長で低い透過率となる透過率の発光波長依存性を
有する半導体膜であるので、デバイスの寿命が短く信頼
性に乏しいという問題を発生することなく、発光強度の
温度による変化を補償することができて温度変化に対す
る発光強度の変化を少なくすることができ、温度分布や
周囲温度の変動に対して安定に動作する光集積素子、光
通信システム等を実現できる。更に、多層透過膜が半導
体膜であることにより、エピタキシャル成長可能な半導
体層の上ならどこでも多層透過膜を形成でき、また、電
極を多層透過膜の上に形成できるなど多層透過膜の形成
位置の制約が少なくてデバイスの材料及び構造によら
ず、面発光型及び端面発光型を問わずに様々なデバイス
に適用できる。

【００５７】また、第１実施例は、請求項２記載の発明
の実施例であって、動作温度の上昇によって発光強度が
低下し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇
によって長波長側に移動する特性を有する発光層として
の活性層２４と、この発光層２４からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜２８，２９を順次に積層してなる多層透過膜２７とを
有し、該多層透過膜２７を通して外部に光を照射する半
導体発光素子において、多層透過膜２７は、発光層２４
から放射される光の中心波長よりも長波長側で高い透過
率となる透過率の発光波長依存性を有する半導体膜であ
るので、デバイスの寿命が短く信頼性に乏しいという問
題を発生することなく、温度上昇による発光強度の低下
を補償することができ、温度分布や周囲温度の変動に対
して安定に動作する光集積素子、光通信システム等を実
現できる。更に、多層透過膜が半導体膜であることによ
り、エピタキシャル成長可能な半導体層の上ならどこで
も多層透過膜を形成でき、また、電極を多層透過膜の上
に形成できるなど多層透過膜の形成位置の制約が少なく
てデバイスの材料及び構造によらず、面発光型及び端面
発光型を問わずに様々なデバイスに適用できる。

【００５８】また、第１実施例は、請求項３記載の発明
の実施例であって、動作温度の上昇によって発光強度が
低下し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇
によって長波長側に移動する特性を有する発光層として
の活性層２４と、この発光層２４からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜２８，２９を順次に積層してなる多層透過膜２７とを
有し、該多層透過膜２７を通して外部に光を照射する半
導体発光素子において、多層透過膜２７は、透過率の発
光波長依存性における極小値であって波長λ₁の光に対
して透過率が極小となる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合
う極値であって波長λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過
率が極大となる値Ｙ₂との間に発光層２４の発光波長λ₀
が入ってλ₁＜λ₀＜λ₂となるようにλ₁を選んで各層の
厚さがそのλ₁に対して４分の１波長となるように構成
した半導体膜であるので、デバイスの寿命が短く信頼性
に乏しいという問題を発生することなく、温度上昇によ
る発光強度の低下を補償することができて温度変化に対
する発光強度の変化を少なくすることができ、温度分布
や周囲温度の変動に対して安定に動作する光集積素子、
光通信システム等を実現できる。更に、多層透過膜が半
導体膜であることにより、エピタキシャル成長可能な半
導体層の上ならどこでも多層透過膜を形成でき、また、
電極を多層透過膜の上に形成できるなど多層透過膜の形
成位置の制約が少なくてデバイスの材料及び構造によら
ず、面発光型及び端面発光型を問わずに様々なデバイス
に適用できる。

【００５９】また、第１実施例は、請求項４記載の発明
の実施例であって、請求項１，２または３記載の半導体
発光素子において、多層透過膜２７が発光層２４に対し
て基板２１と反対側となるように発光層２４及び多層透
過膜２７を基板２１上に積層したので、上述のように温
度変化に対する発光強度の変化を少なくすることができ
る。

【００６０】また、第１実施例は、請求項６記載の発明
の実施例であって、請求項１，２，３，４または５記載
の半導体発光素子において、多層透過膜２７を構成する
各半導体膜２８，２９は１原子層づつ成長させる原子層
成長法により形成したものであるので、歩留まりが良
く、多層透過膜２７を膜厚制御性良く形成できて温度変
化に対して発光強度の変化を少なくできる。

【００６１】本発明の第２実施例は、請求項１，２，
３，４，６記載の発明の他の実施例であり、面発光型発
光ダイオードからなる半導体発光素子の例である。この
第２実施例の第１実施例と違うところは、多層透過膜２
７の各層の厚さである。第２実施例では、ＡＬＥ（Ａto
mic Ｌayer Ｅpitaxy）法により、屈折率ｎ＝３．０３
のｐ型ＡｌＡｓからなる層２８と、屈折率ｎ＝３．４３
のｐ型Ａｌ_0.42Ｇａ_0.58Ａｓからなる層２９とを交互に
積層してＮ層の多層薄膜からなる多層透過膜２７を形成
しているが、初めにｐ型ＡｌＡｓからなる層２８を５４
５Å積み、次にｐ型Ａｌ_0.42Ｇａ_0.58Ａｓからなる層２
９を４８１Å積み、この順番で２つの層２８，２９を交
互に合計６ペア形成して多層透過膜２７を形成してい
る。

【００６２】この第２実施例の面発光型発光ダイオード
では、多層透過膜２７が無い場合の発光特性は、第１実
施例において多層透過膜２７が無い場合の発光特性と同
様である。本実施例において上述した条件の多層透過膜
２７の発光波長に対する透過率の計算結果は図８に示す
ようになる。多層透過膜２７は活性層２４から放射され
る光のピーク波長よりも長波長側で高い透過率を持って
いる。このように、第２実施例では、その発光波長より
も短波長側に透過率の極小値が来て発光波長よりも長波
長側に透過率の極大値が来るように多層透過膜２７の材
料及び膜厚、屈折率を選んでいる。つまり、多層透過膜
２７の膜厚は発光波長よりも幾分短い波長に対して４分
の１波長となるようにしてある。

【００６３】そして、第２実施例において第１実施例と
違うところは多層透過膜２７の透過率が第１実施例に比
べて高くなるように設定されていることである。つま
り、発光波長が透過率の極大値に近いことである。第２
実施例では、第１実施例に比べて全般に透過率が高いの
で、光出力が高い。ただし、第２実施例では、第１実施
例に比べて透過率の変化率は小さくなるので、温度特性
の改善効果は小さい。このような第２実施例は、おも
に、高い光出力が必要であって、ある程度の温度特性の
改善効果があれば良いような場合に適用される。このよ
うに多層透過膜２７の各層の厚さは用途に応じて選べば
良い。第２実施例では、上述した第１実施例と同様な効
果が得られる。

【００６４】上記のように第１実施例及び第２実施例の
半導体発光素子では、活性層２４及び多層透過膜２７を
基板２１上に積層して多層透過膜２７を活性層２４に対
して基板２１とは反対側に設けた構造であるが、逆に多
層透過膜２７を活性層２４に対して基板２１とは同じ側
に設ける構造、つまり、基板２１側から光を取り出す構
造でも第１実施例及び第２実施例と同様な効果が得られ
る。ただし、この構造は、発光波長に対して光学的に透
明な基板を用いるか、基板の一部を除去して光取り出し
部を形成する必要がある。

【００６５】図９は基板側から光を取り出す構造を持つ
本発明の第３実施例を示す。この第３実施例は、請求項
１，２，３，５，６記載の発明の他の実施例であり、面
発光型発光ダイオードからなる半導体発光素子の例であ
る。第３実施例は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板３２の上
にＭＯＣＶＤ法等を用いてｎ型ＧａＡｓからなるバッフ
ァ層３３を形成し、次にＡＬＥ（Ａtomic Ｌayer Ｅpit
axy）法等により、屈折率ｎ＝３．０３のｐ型ＡｌＡｓ
からなる層３４と、屈折率ｎ＝３．４３のｐ型Ａｌ_0.42
Ｇａ_0.58Ａｓからなる層３５とを交互に積層してＮ層の
多層薄膜からなる多層透過膜３６を形成している。この
場合、初めにｐ型ＡｌＡｓからなる層３４を５６１Å積
み、次にｐ型Ａｌ_0.42Ｇａ_0.58Ａｓからなる層３５を４
９６Å積み、この順番で２つの層３４，３５を交互に合
計６ペア形成して多層透過膜３６を形成している。

【００６６】次に、多層透過膜３６の上にＭＯＣＶＤ法
等を用いてｎ型Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓからなるクラッド
層３７、発光層であるＡｌ_0.19Ｇａ_0.81Ａｓからなる活
性層３８、ｐ型Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓからなるクラッド
層３９、ｐ＋型Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓからなる電流拡散
層４０、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層４１が順次
に積層されて発光部が形成されている。これはダブルヘ
テロ構造となっている。そして、コンタクト層４１の上
にはｐ側電極４２が形成され、また、基板３２側にはｎ
側電極４３が形成されている。さらに、基板３２及びバ
ッファ層３３は選択的にエッチングされて光取り出し部
４４が形成されている。

【００６７】このような第３実施例の面発光型発光ダイ
オードは、おもに、活性層３８からの光を多層透過膜３
６を通して光取り出し部４４より外部へ放射し、つま
り、多層透過膜３６上において基板３２及びバッファ層
３３がエッチングで除去された光取り出し部４４から室
温で中心波長約７４０ｎｍの光を外部に照射する。もち
ろん、多層透過膜３６の材料は、発光層のエネルギーバ
ンドギャップより大きなエネルギーバンドギャップを有
する材料であることが望ましい。

【００６８】多層透過膜３６は、温度上昇により光出力
の中心波長が長波長側にシフトした時に透過率が上昇す
るように材料、膜厚および屈折率が選ばれている。すな
わち、第３実施例では、第１実施例及び第２実施例と同
様に、多層透過膜３６は波長λ₁で透過率が極小値Ｙ₁と
なって波長λ₁より長い波長λ₂で透過率が極大値Ｙ₂を
とり、実際に使われている温度範囲で発光部の発光波長
がλ₁からλ₂までの間にある。そして、温度が上昇して
光出力の中心波長λ₀が長波長側にシフトした時に光出
力に対する多層透過膜３６の透過率が高くなり、発光強
度の温度依存性が補償されることになる。つまり、多層
透過膜３６は、半導体発光素子の発光強度の温度依存性
を補償するために、光出力の中心波長がλ₀である半導
体発光素子に対してλ₀がλ₁からλ₂までの間に入るよ
うなλ₁を選んで各層の厚さをそのλ₁に対して４分の１
波長となるように決めている。

【００６９】ここで、第１実施例及び第２実施例と同様
な理由により、多層透過膜３６は通常のＭＯＣＶＤ法を
用いて作製できるが、単原子層づつ制御可能なＡＬＥ
（Ａtomic Ｌayer Ｅpitaxy）法を用いて形成すると、
各層の膜厚をロット間、ウエハ面内で厳密に制御できる
ので、望ましい。また、本実施例のような構造では、１
台でＡＬＥ法、ＭＯＣＶＤ法の両方の成長モードで結晶
を成長できる装置を用いて、多層透過膜３６は各層の膜
厚を厳密に制御できるＡＬＥ法で形成して発光部は成長
速度がＡＬＥ法より大きく且つ発光効率を高くできるＭ
ＯＣＶＤ法で形成することが望ましい。このように、第
３実施例では、多層透過膜３６は半導体膜であることに
より結晶層の上であれば基板の直上でも各層の間でも最
上部でも形成することができ、応用できるデバイスの幅
が広くなる。

【００７０】このように、第３実施例は、請求項１記載
の発明の実施例であって、発光強度及び発光波長の中心
が温度に依存して変化する特性を有する発光層としての
活性層３８と、この発光層３８からの光を外部へ放射す
る光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄膜
３４，３５を順次に積層してなる多層透過膜３６とを有
し、該多層透過膜３６を通して外部に光を照射する半導
体発光素子において、多層透過膜３６は、発光層３８か
ら放射される光の発光強度が低い時の発光波長で高い透
過率となり、発光層３８から放射される光の発光強度が
高い時の発光波長で低い透過率となる透過率の発光波長
依存性を有する半導体膜であるので、デバイスの寿命が
短く信頼性に乏しいという問題を発生することなく、発
光強度の温度による変化を補償することができて温度変
化に対する発光強度の変化を少なくすることができ、温
度分布や周囲温度の変動に対して安定に動作する光集積
素子、光通信システム等を実現できる。更に、多層透過
膜が半導体膜であることにより、エピタキシャル成長可
能な半導体層の上ならどこでも多層透過膜を形成でき、
また、電極を多層透過膜の上に形成できるなど多層透過
膜の形成位置の制約が少なくてデバイスの材料及び構造
によらず、面発光型及び端面発光型を問わずに様々なデ
バイスに適用できる。

【００７１】また、第３実施例は、請求項２記載の発明
の実施例であって、動作温度の上昇によって発光強度が
低下し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇
によって長波長側に移動する特性を有する発光層として
の活性層３８と、この発光層３８からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜３４，３５を順次に積層してなる多層透過膜３６とを
有し、該多層透過膜３６を通して外部に光を照射する半
導体発光素子において、多層透過膜３６は、発光層３８
から放射される光の中心波長よりも長波長側で高い透過
率となる透過率の発光波長依存性を有する半導体膜であ
るので、デバイスの寿命が短く信頼性に乏しいという問
題を発生することなく、温度上昇による発光強度の低下
を補償することができ、温度分布や周囲温度の変動に対
して安定に動作する光集積素子、光通信システム等を実
現できる。更に、多層透過膜が半導体膜であることによ
り、エピタキシャル成長可能な半導体層の上ならどこで
も多層透過膜を形成でき、また、電極を多層透過膜の上
に形成できるなど多層透過膜の形成位置の制約が少なく
てデバイスの材料及び構造によらず、面発光型及び端面
発光型を問わずに様々なデバイスに適用できる。

【００７２】また、第３実施例は、請求項３記載の発明
の実施例であって、動作温度の上昇によって発光強度が
低下し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇
によって長波長側に移動する特性を有する発光層として
の活性層３８と、この発光層３８からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜３４，３５を順次に積層してなる多層透過膜３６とを
有し、該多層透過膜３６を通して外部に光を照射する半
導体発光素子において、多層透過膜３６は、透過率の発
光波長依存性における極小値であって波長λ₁の光に対
して透過率が極小となる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合
う極値であって波長λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過
率が極大となる値Ｙ₂との間に発光層３８の発光波長λ₀
が入ってλ₁＜λ₀＜λ₂となるようにλ₁を選んで各層の
厚さがそのλ₁に対して４分の１波長となるように構成
した半導体膜であるので、デバイスの寿命が短く信頼性
に乏しいという問題を発生することなく、温度上昇によ
る発光強度の低下を補償することができて温度変化に対
する発光強度の変化を少なくすることができ、温度分布
や周囲温度の変動に対して安定に動作する光集積素子、
光通信システム等を実現できる。更に、多層透過膜が半
導体膜であることにより、エピタキシャル成長可能な半
導体層の上ならどこでも多層透過膜を形成でき、また、
電極を多層透過膜の上に形成できるなど多層透過膜の形
成位置の制約が少なくてデバイスの材料及び構造によら
ず、面発光型及び端面発光型を問わずに様々なデバイス
に適用できる。

【００７３】また、第３実施例は、請求項５記載の発明
の実施例であって、請求項１，２または３記載の半導体
発光素子において、多層透過膜３６が発光層３８に対し
て基板３２と同じ側となるように発光層３８及び多層透
過膜３６を基板３２上に積層したので、上述のように温
度変化に対する発光強度の変化を少なくすることができ
る。

【００７４】また、第１実施例は、請求項６記載の発明
の実施例であって、請求項１，２，３，４または５記載
の半導体発光素子において、多層透過膜３６を構成する
各半導体膜３４，３５は１原子層づつ成長させる原子層
成長法により形成したものであるので、歩留まりが良
く、多層透過膜３６を膜厚制御性良く形成できて温度変
化に対して発光強度の変化を少なくできる。

【００７５】図１１は本発明の第４実施例を示す。この
第４実施例は、請求項７，８，９記載の発明の実施例で
あり、端面発光型発光ダイオードからなる端面発光型半
導体発光素子の例であって図１１中の太い矢印の方向へ
光を放出する。この端面発光型発光ダイオードは、ｎ型
ＧａＡｓからなる基板５１の上にＭＯＣＶＤ法等を用い
てｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層５２、ｎ型Ａｌ_0.45
Ｇａ_0.55Ａｓからなるクラッド層５３、発光層であるＡ
ｌ_0.19Ｇａ_0.81Ａｓからなる活性層５４、ｐ型Ａｌ_0.45
Ｇａ_0.55Ａｓからなるクラッド層５５、ｐ型ＧａＡｓか
らなるコンタクト層５６が順次に積層されており、ダブ
ルヘテロ構造となっている。

【００７６】また、コンタクト層５６上にはｐ側電極５
７が形成され、基板５１の下側にはｎ側電極５８が形成
されている。このような端面発光型発光ダイオードの本
体は、おもに、へきかい法等により得られた光出射端面
から室温で波長７４５ｎｍの発光が得られる。この端面
発光型発光ダイオードの本体は光出射端面となる積層端
面上に多層透過膜５９が形成され、この多層透過膜５９
は温度が上昇して端面発光型発光ダイオードの本体の発
光波長が長波長側にシフトした時に透過率が上昇するよ
うに材料とその膜厚及び屈折率が選ばれている。

【００７７】多層透過膜５９は、温度上昇により光出力
の中心波長が長波長側にシフトした時に透過率が上昇す
るように材料、膜厚および屈折率が選ばれている。すな
わち、第４実施例では、第１実施例と同様に、多層透過
膜５９は図２に示すように透過率特性曲線が波打ってお
り、波長λ₁で透過率が極小値Ｙ₁となって波長λ₁より
長い波長λ₂で透過率が極大値Ｙ₂をとる。この場合、端
面発光型発光ダイオードが実際に使われている温度範囲
で本体の発光波長がλ₁からλ₂までの間にある。そし
て、温度が上昇して光出力の中心波長λ₀が長波長側に
シフトした時に光出力に対する多層透過膜５９の透過率
が高くなり、発光強度の温度依存性が補償されることに
なる。つまり、多層透過膜５９は、発光強度の温度依存
性を補償するために、光出力の中心波長がλ₀である端
面発光型発光ダイオードの本体に対してλ₀がλ₁からλ
₂までの間に入るようなλ₁を選んで各層の厚さをそのλ
₁に対して４分の１波長となるように決めている。

【００７８】この第４施例では、具体的には屈折率ｎ＝
１．４６のＳｉＯ₂からなる層６０と、屈折率ｎ＝２．
４のＴｉＯ₂からなる層６１とを交互に積層してＮ層の
多層薄膜からなる多層透過膜５９を形成している。すな
わち、多層透過膜５９は、スパッタ法等により、初めに
ＳｉＯ₂からなる層６０を９６７Å積み、次にＴｉＯ₂か
らなる層６１を５８９Å積み、これを交互に合計３ペア
積層している。

【００７９】この第４実施例の端面発光型発光ダイオー
ドでは、多層透過膜５９が無い場合の発光特性は図１２
及び図１３に示す通りであり、発光出力が図１２に示す
ように温度の上昇とともに低下する。この端面発光型発
光ダイオードは、活性層５４とクラッド層５３，５５の
バンドギャップエネルギー差がそれほど大きくないの
で、温度依存性が比較的大きくなる。また、発光スペク
トルは発光ピークの高さが温度の上昇とともに低下する
と同時に発光スペクトル全体が温度の上昇とともに長波
長側にシフトする。

【００８０】第４実施例における上記条件の多層透過膜
５９の発光波長に対する透過率の計算結果は図１４に示
すようになる。多層透過膜５９は活性層５４から放射さ
れる光のピーク波長λ₀よりも長波長側で高い透過率を
持っている。また、発光波長に対する多層透過膜５９の
透過率は透過率の変化が大きいところ、つまり、波長対
透過率特性曲線の傾きが大きいところに設定されてい
る。

【００８１】このように多層透過膜５９は、材料、膜厚
および屈折率を端面発光型発光ダイオードの本体からの
光出力のピーク波長よりも短波長側に透過率の極小値が
きて光出力の中心波長よりも長波長側に透過率の極大値
がくるように選んでいる。つまり、多層透過膜５９は、
膜厚が発光ピーク波長よりも幾分短い波長に対して４分
の１となるようにしてある。

【００８２】図１５は本実施例において活性層５４から
多層透過膜５９を通して放射される光の発光強度の温度
依存性を示す。本実施例では、多層透過膜５９を形成し
たために発光強度の温度依存性が平坦になっており、発
光強度の温度上昇による影響が打ち消されていることが
分かる。また、波長対透過率特性曲線の傾きが更に大き
くなるような条件の多層透過膜５９を用いれば、更に発
光強度の温度依存性が平坦になる。

【００８３】この第４実施例は、請求項７記載の発明の
実施例であって、発光強度及び発光波長の中心が温度に
依存して変化する特性を有する発光層としての活性層５
４と、この発光層５４からの光を外部へ放射する光出射
部にモノシリックに屈折率の異なる複数の薄膜６０，６
１を順次に積層してなる多層透過膜５９とを有し、多層
透過膜５９を通して外部に光を照射する半導体発光素子
において、多層透過膜５９は、発光層５４から放射され
る光の発光強度が低い時の発光波長で高い透過率とな
り、発光層５４から放射される光の発光強度が高い時の
発光波長で低い透過率となる透過率の発光波長依存性を
有し、発光層５４からの光を外部へ放射する光出射部が
積層端面であって該積層端面上に多層透過膜５９を形成
したので、デバイスの寿命が短く信頼性に乏しいという
問題を発生することなく、発光強度の温度による変化を
補償することができて温度変化に対する発光強度の変化
を少なくすることができ、温度分布や周囲温度の変動に
対して安定に動作する光集積素子、光通信システム等を
実現できる。

【００８４】このように、従来の光出射面とは反対側に
反射率の波長依存性を有する反射器を用いたものでは、
活性層が反射器で反射された光を吸収してしまうことに
より、端面発光型発光ダイオードでは光の強度及びスペ
クトルの温度による変化を補償するという効果が小さか
ったが、第４実施例では、積層端面上に多層透過膜５９
を形成したことにより、端面発光型発光ダイオードでも
高い温度特性の改善効果が得られる。

【００８５】また、第４実施例は、請求項８記載の発明
の実施例であって、動作温度の上昇によって発光強度が
低下し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇
によって長波長側に移動する特性を有する発光層として
の活性層５４と、この発光層５４からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜６０，６１を順次に積層してなる多層透過膜５９とを
有し、該多層透過膜５９を通して外部に光を照射する半
導体発光素子において、多層透過膜５９は、発光層５４
から放射される光の中心波長よりも長波長側で高い透過
率となる透過率の発光波長依存性を有し、発光層５４か
らの光を外部へ放射する光出射部が積層端面であって該
積層端面上に多層透過膜５４を形成したので、デバイス
の寿命が短く信頼性に乏しいという問題を発生すること
なく、発光強度の温度による変化を補償することができ
て温度変化に対する発光強度の変化を少なくすることが
でき、温度分布や周囲温度の変動に対して安定に動作す
る光集積素子、光通信システム等を実現できる。

【００８６】また、第４実施例は、請求項９記載の発明
の実施例であって、動作温度の上昇によって発光強度が
低下し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇
によって長波長側に移動する特性を有する発光層として
の活性層５４と、この発光層５４からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜６０，６１を順次に積層してなる多層透過膜５９とを
有し、該多層透過膜５９を通して外部に光を照射する半
導体発光素子において、多層透過膜５９は、透過率の発
光波長依存性における極小値であって波長λ₁の光に対
して透過率が極小となる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合
う極値であって波長λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過
率が極大となる値Ｙ₂との間に発光層５４の発光波長λ₀
が入ってλ₁＜λ₀＜λ₂となるようにλ₁を選んで各層の
厚さがそのλ₁に対して４分の１波長となるように構成
し、発光層５４からの光を外部へ放射する光出射部が積
層端面であって該積層端面上に多層透過膜５９を形成し
たので、デバイスの寿命が短く信頼性に乏しいという問
題を発生することなく、発光強度の温度による変化を補
償することができて温度変化に対する発光強度の変化を
少なくすることができ、温度分布や周囲温度の変動に対
して安定に動作する光集積素子、光通信システム等を実
現できる。

【００８７】本発明の第５実施例は、請求項７，８，９
記載の発明の他の実施例であり、端面発光型発光ダイオ
ードからなる半導体発光素子の例である。この第５実施
例の第４実施例と違うところは、多層透過膜５９の各層
の厚さである。第５実施例では、屈折率ｎ＝１．４６の
ＳｉＯ₂からなる層６０と、屈折率ｎ＝２．４のＴｉＯ₂
からなる層６１とを交互に積層して多層透過膜５９を形
成しているが、この多層透過膜５９は、スパッタ法等に
より、初めにＳｉＯ₂からなる層６０を９２５Å積み、
次にＴｉＯ₂からなる層６１を５６３Å積み、これを交
互に合計３ペア積層している。

【００８８】この第５実施例の端面発光型発光ダイオー
ドでは、多層透過膜５９が無い場合の発光特性は、第４
実施例において多層透過膜５９が無い場合の発光特性と
同様である。図１６は本実施例において上述した条件の
多層透過膜５９の発光波長に対する透過率の計算結果を
示す。多層透過膜５９は活性層５４から放射される光の
ピーク波長よりも長波長側で高い透過率を持っている。
このように、第５実施例では、その発光波長よりも短波
長側に透過率の極小値が来て発光波長よりも長波長側に
透過率の極大値が来るように多層透過膜５９の材料及び
膜厚、屈折率を選んでいる。つまり、多層透過膜５９の
膜厚は発光波長よりも幾分短い波長に対して４分の１波
長となるようにしてある。

【００８９】そして、第５実施例において第４実施例と
違うところは多層透過膜５９の透過率が第４実施例に比
べて高くなるように設定されていることである。つま
り、発光波長が透過率の極大値に近いことである。第５
実施例では、第４実施例に比べて全般に透過率が高いの
で、光出力が高い。ただし、第５実施例では、第４実施
例に比べて、透過率の変化率は小さくなるので、温度特
性の改善効果は小さい。このような第５実施例は、おも
に、高い光出力が必要であって、ある程度の温度特性の
改善効果があれば良いような場合に適用される。このよ
うに多層透過膜５９の各層の厚さは用途に応じて選べば
良い。第５実施例では、上述した第４実施例と同様な効
果が得られる。

【００９０】図１７は本発明の第６実施例を示す。この
第６実施例は、請求項１０，１１記載の発明の実施例で
あり、端面発光型発光ダイオードからなる半導体発光素
子の例である。この端面発光型発光ダイオードは、ｎ型
ＧａＡｓからなる基板６２の上にＭＯＣＶＤ法等を用い
てｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層６３、ｎ型Ａｌ_{0. 45}
Ｇａ_0.55Ａｓからなるクラッド層６４、発光層であるＡ
ｌ_0.19Ｇａ_0.81Ａｓからなる活性層６５、ｐ型Ａｌ_0.45
Ｇａ_0.55Ａｓからなるクラッド層６６、ｐ型ＧａＡｓか
らなるコンタクト層６７が順次に積層されており、ダブ
ルヘテロ構造となっている。

【００９１】また、コンタクト層６７上にはｐ側電極６
８が形成され、基板６２の下側にはｎ側電極６９が形成
されている。このような端面発光型発光ダイオードの本
体は、おもに、へきかい法等により得られた光出射端面
から室温で波長７４５ｎｍの発光が得られる。この端面
発光型発光ダイオードの本体は光出射端面となる積層端
面上に多層透過膜７０が形成され、この多層透過膜７０
は温度が上昇して端面発光型発光ダイオードの本体の発
光波長が長波長側にシフトした時に透過率が上昇するよ
うに材料とその膜厚及び屈折率が選ばれている。

【００９２】すなわち、第６実施例では、第１実施例と
同様に、多層膜７０は図２に示すように波長対透過率特
性曲線が波打っており、波長λ₁で透過率が極小値Ｙ₁と
なって波長λ₁より長い波長λ₂で透過率が極大値Ｙ₂を
とる。この場合、端面発光型発光ダイオードが実際に使
われている温度範囲で本体の発光波長がλ₁からλ₂まで
の間にある。そして、温度が上昇して光出力の中心波長
λ₀が長波長側にシフトした時に光出力に対する多層透
過膜７０の透過率が高くなり、発光強度の温度依存性が
補償されることになる。つまり、多層透過膜７０は、発
光強度の温度依存性を補償するために、光出力の中心波
長がλ₀である端面発光型発光ダイオードの本体に対し
てλ₀がλ₁からλ₂までの間に入るようなλ₁を選んで各
層の厚さをそのλ₁に対して４分の１波長となるように
決めている。

【００９３】この第６施例では、具体的には屈折率ｎ＝
１．４６のＳｉＯ₂からなる層７１と、屈折率ｎ＝２．
４のＴｉＯ₂からなる層７２とを交互に積層してＮ層の
多層薄膜からなる多層透過膜７０を形成している。すな
わち、多層透過膜７０は、スパッタ法等により、初めに
ＳｉＯ₂からなる層７１を９４７Å積み、次にＴｉＯ₂か
らなる層７２を５７９Å積み、これを交互に合計３ペア
積層している。

【００９４】更に、端面発光型発光ダイオードの本体に
おける光出射端面とは反対側の積層端面上には多層反射
膜７３が形成され、この多層反射膜７３は温度が上昇し
て端面発光型発光ダイオードの本体の発光波長が長波長
側にシフトした時に反射率が上昇するように材料とその
膜厚及び屈折率が選ばれている。具体的には、第６実施
例では、屈折率ｎ＝１．４６のＳｉＯ₂からなる層７４
と、屈折率ｎ＝２．４のＴｉＯ₂からなる層７５とを交
互に積層して多層反射膜７３を形成している。すなわ
ち、多層反射膜７３は、スパッタ法等により、初めにＳ
ｉＯ₂からなる層７４を１５３６Å積み、次にＴｉＯ₂か
らなる層７５を９３８Å積み、これを交互に合計３ペア
積層している。

【００９５】この第６実施例では、活性層６５からの光
は、多層透過膜７０を通して光出射端面から外部に放射
されるとともに、多層反射膜７３で反射されて活性層６
５および多層透過膜７０を通して光出射端面から外部に
放射される。また、第６実施例の端面発光型発光ダイオ
ードでは、多層透過膜７０及び多層反射膜７３が無い場
合の発光特性は第４実施例と同様に図１２及び図１３に
示す通りであり、発光出力が図１２に示すように温度の
上昇とともに低下する。この端面発光型発光ダイオード
は、活性層６５とクラッド層６４，６６のバンドギャッ
プエネルギー差がそれほど大きくないので、温度依存性
が比較的大きくなる。また、発光スペクトルは発光ピー
クの高さが温度の上昇とともに低下すると同時に発光ス
ペクトル全体が温度の上昇とともに長波長側にシフトす
る。

【００９６】第６実施例における上記条件の多層透過膜
７０の発光波長に対する透過率の計算結果は図１４に示
すようになる。多層透過膜７０は活性層６５から放射さ
れる光のピーク波長よりも長波長側で高い透過率を持っ
ている。このように多層透過膜７０は、その半導体材
料、膜厚および屈折率を端面発光型発光ダイオードの本
体からの光出力のピーク波長よりも短波長側に透過率の
極小値がきて光出力のピーク波長よりも長波長側に透過
率の極大値がくるように選んでいる。つまり、多層透過
膜７０は、膜厚が発光ピーク波長よりも幾分短い波長に
対して４分の１となるようにしてある。

【００９７】また、本実施例における上記条件の多層反
射膜７３の発光波長に対する反射率の計算結果を図１８
に示す。多層反射膜７３は活性層６５から放射される光
のピーク波長よりも長波長側で高い反射率を持ってい
る。このように多層反射膜７３は、その半導体材料、膜
厚および屈折率を端面発光型発光ダイオードの本体から
の光出力のピーク波長よりも短波長側に反射率の極小値
がきて光出力のピーク波長よりも長波長側に反射率の極
大値がくるように選んでいる。つまり、多層反射膜７３
は、膜厚が発光ピーク波長よりも幾分短い波長に対して
４分の１となるようにしてある。

【００９８】この多層透過膜７０及び多層反射膜７３を
有する第６実施例の発光強度の温度依存性を図１９に示
す。第６実施例では、多層反射膜７３を形成したために
多層透過膜７０と多層反射膜７３との相乗効果により温
度特性が第５実施例に比べて更に平坦になっており、温
度上昇による影響が打ち消されていることが分かる。ま
た、波長に対する透過率及び反射率の傾きが更に大きく
なる条件を満たす多層透過膜７０及び多層反射膜７３を
用いれば、更に温度特性が平坦になる。

【００９９】このように、従来の光出射面とは反対側に
反射率の波長依存性を有する反射器を用いたものでは、
活性層が反射器で反射された光を吸収してしまうことに
より、端面発光型発光ダイオードでは光の強度及びスペ
クトルの温度による変化を補償するという効果が小さか
ったが、第６実施例では、多層透過膜７０及び多層反射
膜７３を形成したことにより、端面発光型発光ダイオー
ドでも高い温度特性の改善効果が得られる。もちろん、
端面発光型発光ダイオードだけでなく、面発光型発光ダ
イオードでも多層透過膜及び多層反射膜を形成して同様
な効果を得ることが可能である。

【０１００】この第６実施例は、請求項１０記載の発明
の実施例であって、請求項７記載の半導体発光素子にお
いて、光出射部となる積層端面とは反対側の積層端面上
に屈折率の異なる複数の薄膜７４，７５を順次に積層し
てなる多層反射膜７３を有し、該多層反射膜７３は、発
光層６５から放射される光の発光強度が低い時の発光波
長で高い透過率となり、発光層６５から放射される光の
発光強度が高い時の発光波長で低い透過率となる透過率
の発光波長依存性を有するので、多層反射膜７３による
反射光を利用することができ、第４実施例に比べて温度
変化に対して発光強度の変化が少なくなる。

【０１０１】また、第６実施例は、請求項１１記載の発
明の実施例であって、請求項８，９記載の半導体発光素
子において、光出射部となる積層端面とは反対側の積層
端面上に屈折率の異なる複数の薄膜７４，７５を順次に
積層してなる多層反射膜７３を有し、該多層反射膜７３
は、発光層６５から放射される光の中心波長よりも長波
長側で高い反射率となる反射率の発光波長依存性を有す
るので、多層反射膜７３による反射光を利用することが
でき、第４実施例に比べて温度変化に対して発光強度の
変化が少なくなる。

【０１０２】図２０は本発明の第７実施例を示す。この
第７実施例は、請求項１２記載の発明の実施例であり、
端面発光型発光ダイオードからなる半導体発光素子の例
である。この端面発光型発光ダイオードは、ｎ型ＧａＡ
ｓからなる基板７６の上にＭＯＣＶＤ法等を用いてｎ型
ＧａＡｓからなるバッファ層７７、ｎ型Ａｌ_0.45Ｇａ
_0.55Ａｓからなるクラッド層７８、発光層であるＡｌ
_0.19Ｇａ_0.81Ａｓからなる活性層７９、ｐ型Ａｌ_0.45Ｇ
ａ_0.55Ａｓからなるクラッド層８０、ｐ型ＧａＡｓから
なるコンタクト層８１が順次に積層されており、ダブル
ヘテロ構造となっている。このようなエピウエハはレジ
スト等をエッチングマスクとして塩素ガス等をエッチン
グガスに用いたドライエッチング法等により、突起状の
端面発光型発光ダイオードウエハに形成している。

【０１０３】この端面発光型発光ダイオードウエハはド
ライエッチング法等により光出射端面となる積層端面が
形成されて端面発光型発光ダイオードの本体となり、こ
の本体は光出射端面から室温で波長７４５ｎｍの発光が
得られる。この端面発光型発光ダイオードの本体は光出
射端面およびこれとは反対側の積層端面上に多層膜８
２，８３が形成され、この多層膜８２，８３は温度が上
昇して端面発光型発光ダイオードの本体の発光波長が長
波長側にシフトした時に透過率が上昇するように材料と
その膜厚及び屈折率が選ばれている。多層膜８２は多層
透過膜となって多層膜８３は多層反射膜の一部となり、
活性層７９からの光は、多層透過膜８２を通して光出射
端面から外部に放射されるとともに、多層反射膜で反射
されて活性層７９および多層透過膜８２を通して光出射
端面から外部に放射される。

【０１０４】すなわち、第７実施例では、第１実施例と
同様に、多層膜８２，８３は図２に示すように波長対透
過率特性曲線が波打っており、波長λ₁で透過率が極小
値Ｙ₁となって波長λ₁より長い波長λ₂で透過率が極大
値Ｙ₂をとる。この場合、端面発光型発光ダイオードが
実際に使われている温度範囲で本体の発光波長がλ₁か
らλ₂までの間にある。そして、温度が上昇して光出力
の中心波長λ₀が長波長側にシフトした時に光出力に対
する多層膜８２，８３の透過率が高くなり、発光強度の
温度依存性が補償されることになる。つまり、多層膜８
２，８３は、発光強度の温度依存性を補償するために、
光出力の中心波長がλ₀である端面発光型発光ダイオー
ドの本体に対してλ₀がλ₁からλ₂までの間に入るよう
なλ₁を選んで各層の厚さをそのλ₁に対して４分の１波
長となるように決めている。

【０１０５】この第７施例では、具体的には屈折率ｎ＝
１．４６のＳｉＯ₂からなる層８４と、屈折率ｎ＝２．
４のＴｉＯ₂からなる層８５とを交互に積層してＮ層の
多層薄膜からなる多層膜８２，８３を形成している。す
なわち、多層膜８２，８３は、プラズマＣＶＤ法等によ
り、突起状の端面発光型発光ダイオードウエハ上に、初
めにＳｉＯ₂からなる層８４を９４７Å積み、次にＴｉ
Ｏ₂からなる層８５を５７８Å（それぞれ積層端面上で
の厚さ）積み、これを交互に合計３ペア積層している。
この場合、多層膜８２，８３は端面発光型発光ダイオー
ドウエハの積層端面以外の平面部にも積層される。

【０１０６】そして、コンタクト層８１上の多層膜の一
部にコンタクトホール８６が開けられてそこにｐ側電極
８７が形成され、光出射端面上の多層膜８２が多層透過
膜となって光出射端面とは反対側の積層端面上の多層膜
８３が多層反射膜の一部となる。多層膜８３上にはＡｌ
膜（金属膜）８９が形成され、この多層膜８３およびＡ
ｌ膜８９により多層反射膜が形成されている。更に、基
板７６の下側にはｎ側電極８８が形成されている。もち
ろん、上記金属膜８９はＡｌ膜でなくてもかまわない。
また、ｐ側電極８７はコンタクト層８１とオーミックな
接触が得られない場合などには別途電極を形成してもか
まわない。

【０１０７】この第７実施例の端面発光型発光ダイオー
ドでは、多層透過膜８２及び多層反射膜８３が無い場合
の発光特性は第４実施例と同様に図１２及び図１３に示
す通りであり、発光出力が図１２に示すように温度の上
昇とともに低下する。この端面発光型発光ダイオード
は、活性層７９とクラッド層７８，８０のバンドギャッ
プエネルギー差がそれほど大きくないので、温度依存性
が比較的大きくなる。また、発光スペクトルは発光ピー
クの高さが温度の上昇とともに低下すると同時に発光ス
ペクトル全体が温度の上昇とともに長波長側にシフトす
る。

【０１０８】第７実施例における上記条件の多層透過膜
８２の発光波長に対する透過率の計算結果は図１４に示
すようになる。多層透過膜８２は活性層７９から放射さ
れる光のピーク波長λ₀よりも長波長側で高い透過率を
持っている。このように多層透過膜８２は、材料、膜厚
および屈折率を端面発光型発光ダイオードの本体からの
光出力のピーク波長よりも短波長側に透過率の極小値が
きて光出力の中心波長よりも長波長側に透過率の極大値
がくるように選んでいる。つまり、多層透過膜８２は、
膜厚が発光ピーク波長よりも幾分短い波長に対して４分
の１となるようにしてある。

【０１０９】また、本実施例における上記条件の多層反
射膜８３の発光波長に対する反射率は多層反射膜８３を
形成する誘電体多層膜の透過率が高いほど高くなるの
で、多層反射膜８３は活性層７９から放射される光のピ
ーク波長よりも長波長側で高い反射率を持っている。こ
のように多層透過膜８２及び多層反射膜８３を有する第
７実施例の発光強度の温度依存性は、第６実施例と同様
な作用により、第４実施例に比べて平坦になる。

【０１１０】このように、従来の光出射面とは反対側に
反射率の波長依存性を有する反射器を用いたものでは、
活性層が反射器で反射された光を吸収してしまうことに
より、端面発光型発光ダイオードでは光の強度及びスペ
クトルの温度による変化を補償するという効果が小さか
ったが、第７実施例では、多層透過膜８２及び多層反射
膜８３を形成したことにより、端面発光型発光ダイオー
ドでも高い温度特性の改善効果が得られる。更に、多層
反射膜８３は、多層透過膜８２と同様の多層膜８４，８
５上に金属膜８９を積層して構成しているので、金属膜
８９以外を同時に形成可能である。また、多層透過膜８
２と同じ多層膜８４，８５上の金属膜８９（多層反射膜
８３の一部）をｐ側電極８７と同時に形成することが可
能である。このため、温度変化に対して発光強度の変化
の少ない半導体発光素子を容易に作製することができ
る。

【０１１１】このように第７実施例は、請求項１２記載
の発明の実施例であって、請求項７，８または９記載の
半導体発光素子において、光出射部となる積層端面とは
反対側の積層端面上に多層透過膜８２と同様な多層膜８
４，８５上に金属膜８９を積層してなる多層反射膜８３
を有するので、多層反射膜８３による反射光を利用する
ことができ、温度変化に対して発光強度の変化が少なく
なる。さらに、金属膜８９以外は多層透過膜８２と多層
反射膜８３を同時に形成可能となる。

【０１１２】図２１は本発明の第８実施例を示す。この
第８実施例は、請求項１３記載の発明の実施例であり、
半導体発光ダイオードアレイチップからなる半導体発光
素子アレイチップの例である。この第８実施例は、６４
ビット分の半導体発光ダイオードからなる半導体発光素
子９１₁〜９１₆₄を一列にモノリシックに並べた半導体
発光ダイオードアレイチップ９２であり、半導体発光ダ
イオード９１₁〜９１_{6 4}は上記第１実施例乃至第７実施
例のいずれかと同様なものである。また、第８実施例
は、半導体発光ダイオード９１₁〜９１₆₄の個別電極９
３₁〜９３₆₄がそれぞれメタル配線９４₁〜９４₆₄により
ワイヤボンディングパット９５₁〜９５₆₄に接続されて
いる。

【０１１３】このように、第８実施例は、請求項１３記
載の発明の実施例であって、請求項１〜１２のいずれか
に記載の温度変化に対して発光強度の少ない半導体発光
ダイオード９１₁〜９１₆₄がモノリシックに並んでいる
ので、半導体発光ダイオード９１₁〜９１₆₄は互いに他
の素子が動作することによって生ずる発熱の影響が小さ
い。つまり、チップ９２内に温度分布が生じてもチップ
９２内の発光出力の分布を小さくすることができ、温度
変化に対して発光強度の少なく、発光強度分布の少ない
均一な半導体発光ダイオードアレイチップ９２を得るこ
とができる。この半導体発光ダイオードアレイチップ９
２の応用例として例えば半導体発光ダイオードアレイチ
ップ９２をアレイ状に並べてプリンタヘッドを構成すれ
ば、印字品質や記録濃度の均一な印字が可能となるプリ
ンタを実現できる。

【０１１４】上記第１実施例乃至第８実施例のＡｌＧａ
Ａｓ系半導体発光素子は多層透過膜が無い場合に高温で
光出力が低下して発光波長が長波長側に移動するような
発光強度と発光スペクトルの温度依存性を有するデバイ
スの一例に過ぎず、発光強度と発光スペクトルに温度依
存性を有するデバイスであればどのような温度依存性を
有していても本発明を適用することができる。また、他
の構造のデバイス、他の材料のデバイスにも同様に本発
明を適用することができる。

【０１１５】また、本発明の多層透過膜については、例
えば上記実施例のように温度上昇時に発光波長が長波長
側にシフトして発光強度が低下するようなデバイスにお
いては長波長側で透過率が上昇するように設計すればよ
い。また、上記実施例の多層透過膜は厚さと屈折率の違
う２種類の材料をペアとして繰り返して形成した例であ
るが、多層透過膜は同じものを繰り返して形成せずに厚
さと屈折率の違う物を重ねるようにしてもよい。つま
り、デバイスの発光波長に対して透過性がある屈折率の
違う２種類以上の材料を選び、その厚さもそれぞれ適切
に選んで多層透過膜として半導体発光素子の光出射面上
に積層すればよい。また、デバイスの発光強度の温度依
存性が大きい場合は波長対透過率特性曲線の傾きが大き
くなる条件で材料およびその厚さを選んで多層透過膜と
して半導体発光素子の光出射面上に積層すればよい。

【０１１６】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、発光強度及び発光波長の中心が温度に依存して変化
する特性を有する発光層と、この発光層からの光を外部
へ放射する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複
数の薄膜を順次に積層してなる多層透過膜とを有し、該
多層透過膜を通して外部に光を照射する半導体発光素子
において、前記多層透過膜は、前記発光層から放射され
る光の発光強度が低い時の発光波長で高い透過率とな
り、前記発光層から放射される光の発光強度が高い時の
発光波長で低い透過率となる透過率の発光波長依存性を
有する半導体膜であるので、デバイスの寿命が短く信頼
性に乏しいという問題を発生することなく、発光強度の
温度による変化を補償することができ、温度変化に対す
る発光強度の変化が少なくなる。更に、多層透過膜が半
導体膜であることにより、電極を多層透過膜の上に形成
できるなど、多層透過膜の形成位置の制約が少なくてデ
バイスの材料及び構造によらず、面発光型及び端面発光
型を問わずに様々なデバイスに適用できる。

【０１１７】請求項２記載の発明によれば、動作温度の
上昇によって発光強度が低下し、且つ、放射する光の中
心波長が動作温度の上昇によって長波長側に移動する特
性を有する発光層と、この発光層からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜を順次に積層してなる多層透過膜とを有し、該多層透
過膜を通して外部に光を照射する半導体発光素子におい
て、前記多層透過膜は、前記発光層から放射される光の
中心波長よりも長波長側で高い透過率となる透過率の発
光波長依存性を有する半導体膜であるので、デバイスの
寿命が短く信頼性に乏しいという問題を発生することな
く、温度上昇による発光強度の低下を補償することがで
きる。更に、多層透過膜が半導体膜であることにより、
電極を多層透過膜の上に形成できるなど、多層透過膜の
形成位置の制約が少なくてデバイスの材料及び構造によ
らず、面発光型及び端面発光型を問わずに様々なデバイ
スに適用できる。

【０１１８】請求項３記載の発明によれば、動作温度の
上昇によって発光強度が低下し、且つ、放射する光の中
心波長が動作温度の上昇によって長波長側に移動する特
性を有する発光層と、この発光層からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜を順次に積層してなる多層透過膜とを有し、該多層透
過膜を通して外部に光を照射する半導体発光素子におい
て、前記多層透過膜は、透過率の発光波長依存性におけ
る極小値であって波長λ₁の光に対して透過率が極小と
なる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合う極値であって波長
λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過率が極大となる値Ｙ₂
との間に前記発光層の発光波長λ₀が入ってλ₁＜λ₀＜
λ₂となるようにλ₁を選んで各層の厚さがλ₁に対して
４分の１波長となるように構成した半導体膜であるの
で、デバイスの寿命が短く信頼性に乏しいという問題を
発生することなく、温度上昇による発光強度の低下を補
償することができる。更に、多層透過膜が半導体膜であ
ることにより、電極を多層透過膜の上に形成できるな
ど、多層透過膜の形成位置の制約が少なくてデバイスの
材料及び構造によらず、面発光型及び端面発光型を問わ
ずに様々なデバイスに適用できる。

【０１１９】請求項４記載の発明によれば、請求項１，
２または３記載の半導体発光素子において、前記多層透
過膜が前記発光層に対して基板と反対側となるように前
記発光層及び前記多層透過膜を前記基板上に積層したの
で、温度上昇による発光強度の低下を補償することがで
きる。

【０１２０】請求項５記載の発明によれば、請求項１，
２または３記載の半導体発光素子において、前記多層透
過膜が前記発光層に対して基板と同じ側となるように前
記発光層及び前記多層透過膜を前記基板上に積層したの
で、温度上昇による発光強度の低下を補償することがで
きる。

【０１２１】請求項６記載の発明によれば、請求項１，
２，３，４または５記載の半導体発光素子において、前
記多層透過膜を構成する各半導体膜は１原子層づつ成長
させる原子層成長法により形成したものであるので、歩
留まりが良く、多層透過膜を膜厚制御性良く形成するこ
とができて温度変化に対して発光強度の変化が少なくな
る。

【０１２２】請求項７記載の発明によれば、発光強度及
び発光波長の中心が温度に依存して変化する特性を有す
る発光層と、この発光層からの光を外部へ放射する光出
射部にモノシリックに屈折率の異なる複数の薄膜を順次
に積層してなる多層透過膜とを有し、前記多層透過膜を
通して外部に光を照射する半導体発光素子において、前
記多層透過膜は、前記発光層から放射される光の発光強
度が低い時の発光波長で高い透過率となり、前記発光層
から放射される光の発光強度が高い時の発光波長で低い
透過率となる透過率の発光波長依存性を有し、前記発光
層からの光を外部へ放射する光出射部が積層端面であっ
て該積層端面上に前記多層透過膜を形成したので、デバ
イスの寿命が短く信頼性に乏しいという問題を発生する
ことなく、発光強度の温度による変化を補償することが
でき、発光強度の変化が少なくなる。更に、多層透過膜
が半導体膜であることにより、電極を多層透過膜の上に
形成できるなど、多層透過膜の形成位置の制約が少なく
てデバイスの材料及び構造によらずに様々なデバイスに
適用できる。

【０１２３】請求項８記載の発明によれば、動作温度の
上昇によって発光強度が低下し、且つ、放射する光の中
心波長が動作温度の上昇によって長波長側に移動する特
性を有する発光層と、この発光層からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜を順次に積層してなる多層透過膜とを有し、該多層透
過膜を通して外部に光を照射する半導体発光素子におい
て、前記多層透過膜は、前記発光層から放射される光の
中心波長よりも長波長側で高い透過率となる透過率の発
光波長依存性を有し、前記発光層からの光を外部へ放射
する光出射部が積層端面であって該積層端面上に前記多
層透過膜を形成したので、デバイスの寿命が短く信頼性
に乏しいという問題を発生することなく、温度上昇によ
る発光強度の低下を補償することができる。更に、多層
透過膜が半導体膜であることにより、電極を多層透過膜
の上に形成できるなど、多層透過膜の形成位置の制約が
少なくてデバイスの材料及び構造によらずに様々なデバ
イスに適用できる。

【０１２４】請求項９記載の発明によれば、動作温度の
上昇によって発光強度が低下し、且つ、放射する光の中
心波長が動作温度の上昇によって長波長側に移動する特
性を有する発光層と、この発光層からの光を外部へ放射
する光出射部にモノリシックに屈折率の異なる複数の薄
膜を順次に積層してなる多層透過膜とを有し、該多層透
過膜を通して外部に光を照射する半導体発光素子におい
て、前記多層透過膜は、透過率の発光波長依存性におけ
る極小値であって波長λ₁の光に対して透過率が極小と
なる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁と隣合う極値であって波長
λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対して透過率が極大となる値Ｙ₂
との間に前記発光層の発光波長λ₀が入ってλ₁＜λ₀＜
λ₂となるようにλ₁を選んで各層の厚さがλ₁に対して
４分の１波長となるように構成し、前記発光層からの光
を外部へ放射する光出射部が積層端面であって該積層端
面上に前記多層透過膜を形成したので、デバイスの寿命
が短く信頼性に乏しいという問題を発生することなく、
温度上昇による発光強度の低下を補償することができ
る。更に、多層透過膜が半導体膜であることにより、電
極を多層透過膜の上に形成できるなど、多層透過膜の形
成位置の制約が少なくてデバイスの材料及び構造によら
ずに様々なデバイスに適用できる。

【０１２５】請求項１０記載の発明によれば、請求項７
記載の半導体発光素子において、光出射部となる積層端
面とは反対側の積層端面上に屈折率の異なる複数の薄膜
を順次に積層してなる多層反射膜を有し、該多層反射膜
は、前記発光層から放射される光の発光強度が低い時の
発光波長で高い反射率となり、前記発光層から放射され
る光の発光強度が高い時の発光波長で低い反射率となる
反射率の発光波長依存性を有するので、多層反射膜によ
る反射光を利用することができ、温度変化に対して発光
強度の変化が少なくなる。

【０１２６】請求項１１記載の発明によれば、請求項
８，９記載の半導体発光素子において、光出射部となる
積層端面とは反対側の積層端面上に屈折率の異なる複数
の薄膜を順次に積層してなる多層反射膜を有し、該多層
反射膜は、前記発光層から放射される光の中心波長より
も長波長側で高い反射率となる反射率の発光波長依存性
を有するので、多層反射膜による反射光を利用すること
ができ、温度変化に対して発光強度の変化が少なくな
る。

【０１２７】請求項１２記載の発明によれば、請求項
７，８または９記載の半導体発光素子において、光出射
部となる積層端面とは反対側の積層端面上に前記多層透
過膜と同様な多層膜上に金属膜を積層してなる多層反射
膜を有するので、多層反射膜による反射光を利用するこ
とができ、温度変化に対して発光強度の変化が少なくな
る。さらに、金属膜以外は多層透過膜と多層反射膜を同
時に形成可能となる。

【０１２８】請求項１３記載の発明によれば、請求項
１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１また
は１２記載の半導体発光素子をモノリシックに並べたの
で、各半導体発光素子は他の素子の動作による発熱の影
響が小さく、チップ内に温度分布が生じてもチップ内の
光出力の分布が小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図２】多層膜の透過率を求めた時の概念図である。

【図３】同第１実施例で多層透過膜が無い場合の温度対
光出力特性を示す特性曲線図である。

【図４】同第１実施例で多層透過膜が無い場合の温度対
ピーク波長特性を示す特性曲線図である。

【図５】同第１実施例における多層透過膜の発光波長に
対する透過率の計算結果を示す図である。

【図６】多層透過膜の膜厚を最適値、最適値±１０％と
した例での発光波長に対する透過率の計算結果を示す図
である。

【図７】上記第１実施例において活性層から多層透過膜
を通して放射される光の発光強度の温度依存性を示す特
性曲線図である。

【図８】本発明の第２実施例における多層透過膜の発光
波長に対する透過率の計算結果を示す図である。

【図９】本発明の第３実施例を示す断面図である。

【図１０】従来の半導体発光素子を示す断面図である。

【図１１】本発明の第４実施例を示す断面図である。

【図１２】同第４実施例の端面発光型発光ダイオードで
多層透過膜が無い場合の温度対光出力特性を示す特性曲
線図である。

【図１３】同第４実施例の端面発光型発光ダイオードで
多層透過膜が無い場合の温度対ピーク波長特性を示す特
性曲線図である。

【図１４】同第４実施例における多層透過膜の発光波長
に対する透過率の計算結果を示す図である。

【図１５】同第４実施例において活性層から多層透過膜
を通して放射される光の発光強度の温度依存性を示す特
性曲線図である。

【図１６】本発明の第５実施例における多層透過膜の発
光波長に対する透過率の計算結果を示す図である。

【図１７】本発明の第６実施例を示す断面図である。

【図１８】同第６実施例における多層反射膜の発光波長
に対する反射率の計算結果を示す図である。

【図１９】同第６実施例の発光強度の温度依存性を示す
特性曲線図である。

【図２０】本発明の第７実施例を示す断面図である。

【図２１】本発明の第８実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

２１，３２ 基板 ２３，２５，３７，３９，５３，５５，６４，６６，７
８，８０ クラッド層 ２４，３８，５４，６５，７９ 活性層 ２７，３６，５９，７０，８２ 多層透過膜 ７３，８３ 多層反射膜 ９１₁〜９１₆₄ 半導体発光素子

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光強度及び発光波長の中心が温度に依存
   して変化する特性を有する発光層と、この発光層からの
   光を外部へ放射する光出射部にモノリシックに屈折率の
   異なる複数の薄膜を順次に積層してなる多層透過膜とを
   有し、該多層透過膜を通して外部に光を照射する半導体
   発光素子において、前記多層透過膜は、前記発光層から
   放射される光の発光強度が低い時の発光波長で高い透過
   率となり、前記発光層から放射される光の発光強度が高
   い時の発光波長で低い透過率となる透過率の発光波長依
   存性を有する半導体膜であることを特徴とする半導体発
   光素子。
2. 【請求項２】動作温度の上昇によって発光強度が低下
   し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇によ
   って長波長側に移動する特性を有する発光層と、この発
   光層からの光を外部へ放射する光出射部にモノリシック
   に屈折率の異なる複数の薄膜を順次に積層してなる多層
   透過膜とを有し、該多層透過膜を通して外部に光を照射
   する半導体発光素子において、前記多層透過膜は、前記
   発光層から放射される光の中心波長よりも長波長側で高
   い透過率となる透過率の発光波長依存性を有する半導体
   膜であることを特徴とする半導体発光素子。
3. 【請求項３】動作温度の上昇によって発光強度が低下
   し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇によ
   って長波長側に移動する特性を有する発光層と、この発
   光層からの光を外部へ放射する光出射部にモノリシック
   に屈折率の異なる複数の薄膜を順次に積層してなる多層
   透過膜とを有し、該多層透過膜を通して外部に光を照射
   する半導体発光素子において、前記多層透過膜は、透過
   率の発光波長依存性における極小値であって波長λ₁の
   光に対して透過率が極小となる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁
   と隣合う極値であって波長λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対し
   て透過率が極大となる値Ｙ₂との間に前記発光層の発光
   波長λ₀が入ってλ₁＜λ₀＜λ₂となるようにλ₁を選ん
   で各層の厚さがλ₁に対して４分の１波長となるように
   構成した半導体膜であることを特徴とする半導体発光素
   子。
4. 【請求項４】請求項１，２または３記載の半導体発光素
   子において、前記多層透過膜が前記発光層に対して基板
   と反対側となるように前記発光層及び前記多層透過膜を
   前記基板上に積層したことを特徴とする半導体発光素
   子。
5. 【請求項５】請求項１，２または３記載の半導体発光素
   子において、前記多層透過膜が前記発光層に対して基板
   と同じ側となるように前記発光層及び前記多層透過膜を
   前記基板上に積層したことを特徴とする半導体発光素
   子。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４または５記載の半導
   体発光素子において、前記多層透過膜を構成する各半導
   体膜は１原子層づつ成長させる原子層成長法により形成
   したものであることを特徴とする半導体発光素子。
7. 【請求項７】発光強度及び発光波長の中心が温度に依存
   して変化する特性を有する発光層と、この発光層からの
   光を外部へ放射する光出射部にモノシリックに屈折率の
   異なる複数の薄膜を順次に積層してなる多層透過膜とを
   有し、前記多層透過膜を通して外部に光を照射する半導
   体発光素子において、前記多層透過膜は、前記発光層か
   ら放射される光の発光強度が低い時の発光波長で高い透
   過率となり、前記発光層から放射される光の発光強度が
   高い時の発光波長で低い透過率となる透過率の発光波長
   依存性を有し、前記発光層からの光を外部へ放射する光
   出射部が積層端面であって該積層端面上に前記多層透過
   膜を形成したことを特徴とする半導体発光素子。
8. 【請求項８】動作温度の上昇によって発光強度が低下
   し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇によ
   って長波長側に移動する特性を有する発光層と、この発
   光層からの光を外部へ放射する光出射部にモノリシック
   に屈折率の異なる複数の薄膜を順次に積層してなる多層
   透過膜とを有し、該多層透過膜を通して外部に光を照射
   する半導体発光素子において、前記多層透過膜は、前記
   発光層から放射される光の中心波長よりも長波長側で高
   い透過率となる透過率の発光波長依存性を有し、前記発
   光層からの光を外部へ放射する光出射部が積層端面であ
   って該積層端面上に前記多層透過膜を形成したことを特
   徴とする半導体発光素子。
9. 【請求項９】動作温度の上昇によって発光強度が低下
   し、且つ、放射する光の中心波長が動作温度の上昇によ
   って長波長側に移動する特性を有する発光層と、この発
   光層からの光を外部へ放射する光出射部にモノリシック
   に屈折率の異なる複数の薄膜を順次に積層してなる多層
   透過膜とを有し、該多層透過膜を通して外部に光を照射
   する半導体発光素子において、前記多層透過膜は、透過
   率の発光波長依存性における極小値であって波長λ₁の
   光に対して透過率が極小となる値Ｙ₁と、この極小値Ｙ₁
   と隣合う極値であって波長λ₂（λ₂＞λ₁）の光に対し
   て透過率が極大となる値Ｙ₂との間に前記発光層の発光
   波長λ₀が入ってλ₁＜λ₀＜λ₂となるようにλ₁を選ん
   で各層の厚さがλ₁に対して４分の１波長となるように
   構成し、前記発光層からの光を外部へ放射する光出射部
   が積層端面であって該積層端面上に前記多層透過膜を形
   成したことを特徴とする半導体発光素子。
10. 【請求項１０】請求項７記載の半導体発光素子におい
    て、光出射部となる積層端面とは反対側の積層端面上に
    屈折率の異なる複数の薄膜を順次に積層してなる多層反
    射膜を有し、該多層反射膜は、前記発光層から放射され
    る光の発光強度が低い時の発光波長で高い反射率とな
    り、前記発光層から放射される光の発光強度が高い時の
    発光波長で低い反射率となる反射率の発光波長依存性を
    有することを特徴とする半導体発光素子。
11. 【請求項１１】請求項８，９記載の半導体発光素子にお
    いて、光出射部となる積層端面とは反対側の積層端面上
    に屈折率の異なる複数の薄膜を順次に積層してなる多層
    反射膜を有し、該多層反射膜は、前記発光層から放射さ
    れる光の中心波長よりも長波長側で高い反射率となる反
    射率の発光波長依存性を有することを特徴とする半導体
    発光素子。
12. 【請求項１２】請求項７，８または９記載の半導体発光
    素子において、光出射部となる積層端面とは反対側の積
    層端面上に前記多層透過膜と同様な多層膜上に金属膜を
    積層してなる多層反射膜を有することを特徴とする半導
    体発光素子。
13. 【請求項１３】請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９，１０，１１または１２記載の半導体発光素子を
    モノリシックに並べたことを特徴とする半導体発光素子
    アレイチップ。