JP2002111051A - 垂直共振器型半導体発光素子 - Google Patents
垂直共振器型半導体発光素子Info
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- JP2002111051A JP2002111051A JP2000299424A JP2000299424A JP2002111051A JP 2002111051 A JP2002111051 A JP 2002111051A JP 2000299424 A JP2000299424 A JP 2000299424A JP 2000299424 A JP2000299424 A JP 2000299424A JP 2002111051 A JP2002111051 A JP 2002111051A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の高抵抗半導体を電流狭窄に用いた垂直
共振器型半導体発光素子は、発光領域周辺部におけるｐ
ｎ接合などによる付加的な容量が大きく、素子の高速動
作が困難である。 【解決手段】 本発明は発光領域周辺部において、素子
表面から活性層にいたるまでのすべての半導体層を高抵
抗化することにより、周辺部での付加的なｐｎ接合を取
り除くとともに、コンタクト電極直下での電流広がりを
最小限にすることにより、素子の低容量化・高速動作が
可能となる。
共振器型半導体発光素子は、発光領域周辺部におけるｐ
ｎ接合などによる付加的な容量が大きく、素子の高速動
作が困難である。 【解決手段】 本発明は発光領域周辺部において、素子
表面から活性層にいたるまでのすべての半導体層を高抵
抗化することにより、周辺部での付加的なｐｎ接合を取
り除くとともに、コンタクト電極直下での電流広がりを
最小限にすることにより、素子の低容量化・高速動作が
可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板と垂直方向に
光を出射する垂直共振器型の半導体発光素子に関する。
光を出射する垂直共振器型の半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】共振器型発光ダイオード（以下ＲＣＬＥ
Ｄ(Resonant-Cavity Light EmittingDiode) と記す）
は、垂直共振器型面発光レーザ（以下ＶＣＳＥＬ(Verti
cal-Cavity Surface-Emitting Laser)と記す）と類似な
構造をした発光素子で、光出射側の反射率を低く設定す
ることにより、レーザ発振させないでＬＥＤモードで動
作する発光素子である。ＲＣＬＥＤは、通常のＬＥＤと
比べると、共振器構造の効果により、1)発光スペクトル
線幅が狭い、2)出射光の指向性が高い、3)自然放出によ
るキャリア寿命が短い、などの特徴がある。このため、
ＲＣＬＥＤは、通常のＬＥＤと比べて、光ＬＡＮや光デ
ータリンク向けの送信光源として非常に適しており、特
に伝送速度が１００Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓ程度において
重要な役割を果たす発光素子である。
Ｄ(Resonant-Cavity Light EmittingDiode) と記す）
は、垂直共振器型面発光レーザ（以下ＶＣＳＥＬ(Verti
cal-Cavity Surface-Emitting Laser)と記す）と類似な
構造をした発光素子で、光出射側の反射率を低く設定す
ることにより、レーザ発振させないでＬＥＤモードで動
作する発光素子である。ＲＣＬＥＤは、通常のＬＥＤと
比べると、共振器構造の効果により、1)発光スペクトル
線幅が狭い、2)出射光の指向性が高い、3)自然放出によ
るキャリア寿命が短い、などの特徴がある。このため、
ＲＣＬＥＤは、通常のＬＥＤと比べて、光ＬＡＮや光デ
ータリンク向けの送信光源として非常に適しており、特
に伝送速度が１００Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓ程度において
重要な役割を果たす発光素子である。
【０００３】図５は従来例であり、特開平５−２１８５
００に示されているものと概略同一構成のＲＣＬＥＤの
構造断面図である。以下、この従来例のＲＣＬＥＤの作
成法を簡単にのべる。まず半導体基板５０９上に、バッ
ファ層５０８、屈折率の異なる半導体を交互に積層して
なる下部ＤＢＲ（Distibuted Bragg Reflector）ミラー
５０７、下部クラッド層５０６、活性層５０５、上部ク
ラッド層５０３を順次結晶成長する。次いで、電流閉じ
込めのための高抵抗半導体を形成するために、酸素を選
択的にイオン注入して、酸素注入領域５０４を形成した
後、上部ＤＢＲミラー５０２を結晶成長する。次いで、
裏面研磨と表面電極５０１と裏面電極５０９の形成とを
行い図５のようなＲＣＬＥＤが作成される。このとき、
下部ＤＢＲミラーの反射率を約９９％、上部DBRミラー
の反射率を約９０％ととし、活性層で発光した光は上部
ＤＢＲミラー側から選択的に取り出せる構造とする。ま
た、基板表面から外部に光が取り出すために、表面電極
は、電流が閉じ込められる発光領域の直上に開口を設け
る。
００に示されているものと概略同一構成のＲＣＬＥＤの
構造断面図である。以下、この従来例のＲＣＬＥＤの作
成法を簡単にのべる。まず半導体基板５０９上に、バッ
ファ層５０８、屈折率の異なる半導体を交互に積層して
なる下部ＤＢＲ（Distibuted Bragg Reflector）ミラー
５０７、下部クラッド層５０６、活性層５０５、上部ク
ラッド層５０３を順次結晶成長する。次いで、電流閉じ
込めのための高抵抗半導体を形成するために、酸素を選
択的にイオン注入して、酸素注入領域５０４を形成した
後、上部ＤＢＲミラー５０２を結晶成長する。次いで、
裏面研磨と表面電極５０１と裏面電極５０９の形成とを
行い図５のようなＲＣＬＥＤが作成される。このとき、
下部ＤＢＲミラーの反射率を約９９％、上部DBRミラー
の反射率を約９０％ととし、活性層で発光した光は上部
ＤＢＲミラー側から選択的に取り出せる構造とする。ま
た、基板表面から外部に光が取り出すために、表面電極
は、電流が閉じ込められる発光領域の直上に開口を設け
る。
【０００４】ＲＣＬＥＤはＬＥＤモードで発光する光を
用いるので、素子の応答速度は活性層でのキャリア寿命
で概ね決まる。このため、発光領域が小さいほど、電流
密度（キャリア密度）が高く、キャリア寿命が短いの
で、高速応答性は優れる。一方、十分な光出力を得るた
めには、発光領域を大きくする必要がある。通常、１０
０Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓ程度の伝送速度で用いるＲＣＬ
ＥＤの発光径は、３０〜１００μｍ程度大きさであり、
発光径が１０μｍ程度のＶＣＳＥＬと比べると素子サイ
ズは非常に大きくなる。このため、ＲＣＬＥＤでは、発
光領域の大きさに起因した容量は非常に大きい。
用いるので、素子の応答速度は活性層でのキャリア寿命
で概ね決まる。このため、発光領域が小さいほど、電流
密度（キャリア密度）が高く、キャリア寿命が短いの
で、高速応答性は優れる。一方、十分な光出力を得るた
めには、発光領域を大きくする必要がある。通常、１０
０Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓ程度の伝送速度で用いるＲＣＬ
ＥＤの発光径は、３０〜１００μｍ程度大きさであり、
発光径が１０μｍ程度のＶＣＳＥＬと比べると素子サイ
ズは非常に大きくなる。このため、ＲＣＬＥＤでは、発
光領域の大きさに起因した容量は非常に大きい。
【０００５】ところで、図５の従来例のＲＣＬＥＤ構造
では、発光領域での容量に加えて、周辺部での容量も非
常に大きい。これは、素子周辺部の大部分の領域がｐ−
ｉ−ｎ構造となっていることと、表面電極５０１から注
入される電流が非常に広がり幅を持っていることによ
る。このため、比較的大きな発光領域での容量に加え、
周辺部の容量により、素子全体の容量は非常に大きい
く、高速動作させるのが困難である。また、駆動用ＩＣ
の設計も非常に難しくなる。
では、発光領域での容量に加えて、周辺部での容量も非
常に大きい。これは、素子周辺部の大部分の領域がｐ−
ｉ−ｎ構造となっていることと、表面電極５０１から注
入される電流が非常に広がり幅を持っていることによ
る。このため、比較的大きな発光領域での容量に加え、
周辺部の容量により、素子全体の容量は非常に大きい
く、高速動作させるのが困難である。また、駆動用ＩＣ
の設計も非常に難しくなる。
【０００６】従来構造のＲＣＬＥＤにおいて、素子の低
容量化を図る方法としては、素子周辺部をメサ状に加工
することや、ワイアボディングのためのボンディングパ
ッドと素子表面の間にＳｉＯ2膜を挿入することなどが
考えられる。しかしながら、これらは製造工程が複雑に
なるため、製造歩留まり低下とコスト上昇を避けて通れ
ない。
容量化を図る方法としては、素子周辺部をメサ状に加工
することや、ワイアボディングのためのボンディングパ
ッドと素子表面の間にＳｉＯ2膜を挿入することなどが
考えられる。しかしながら、これらは製造工程が複雑に
なるため、製造歩留まり低下とコスト上昇を避けて通れ
ない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
垂直共振器型半導体発光素子は、発光領域における容量
に加え、発光領域周辺部の付加的な容量が非常に大き
く、素子全体の容量が非常に大きいという問題があっ
た。このため、素子の高速動作が難しいという課題と、
加えて、駆動用のＩＣの設計マージンが小さく設計が難
しいという課題があった。
垂直共振器型半導体発光素子は、発光領域における容量
に加え、発光領域周辺部の付加的な容量が非常に大き
く、素子全体の容量が非常に大きいという問題があっ
た。このため、素子の高速動作が難しいという課題と、
加えて、駆動用のＩＣの設計マージンが小さく設計が難
しいという課題があった。
【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、活性層の上下に半導体ＤＢＲミラーを配置す
るとともに、高抵抗半導体を電流狭窄に用いた垂直共振
器型発光素子において、発光領域周辺部における付加的
な容量を低減し、高速動作を可能とすることを目的とす
る。
たもので、活性層の上下に半導体ＤＢＲミラーを配置す
るとともに、高抵抗半導体を電流狭窄に用いた垂直共振
器型発光素子において、発光領域周辺部における付加的
な容量を低減し、高速動作を可能とすることを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板と、この基板上に形成された第１の
半導体分布ブラッグ反射型ミラーと、この第１の半導体
分布ブラッグ反射型ミラー上に形成された少なくとも発
光層となる活性層を含む半導体層と、この活性層を含む
半導体層上に形成された第２の半導体分布ブラッグ反射
型ミラーと、基板上に設けられた半導体層の最終層に接
触する電極とを具備し、発光領域周辺部において、少な
くとも、基板表面の電極に接触する半導体層と、活性層
および活性層に隣接する半導体層が、高抵抗化されてい
ることを特徴とする垂直共振器型半導体発光素子を提供
する。
に、本発明は、基板と、この基板上に形成された第１の
半導体分布ブラッグ反射型ミラーと、この第１の半導体
分布ブラッグ反射型ミラー上に形成された少なくとも発
光層となる活性層を含む半導体層と、この活性層を含む
半導体層上に形成された第２の半導体分布ブラッグ反射
型ミラーと、基板上に設けられた半導体層の最終層に接
触する電極とを具備し、発光領域周辺部において、少な
くとも、基板表面の電極に接触する半導体層と、活性層
および活性層に隣接する半導体層が、高抵抗化されてい
ることを特徴とする垂直共振器型半導体発光素子を提供
する。
【００１０】このように構成された本発明の垂直共振器
型半導体発光素子は、発光領域の周辺部が素子表面から
活性層にいたるまで、すべて高抵抗化されているため、
接合容量に起因する付加的な容量がなく、素子全体の容
量は発光領域のｐｎ接合のみで決まる。このため、低容
量で高速動作が可能であるとともに、駆動用ＩＣの設計
マージンが大きく、容易に設計できる。加えて、素子の
作製工程は非常に簡単で、低コスト性も優れている。な
お、高抵抗半導体層の形成に、プロトン注入を用いる
と、基板表面から数μｍ程度までの高抵抗化が非常に容
易であるとともに、イオン半径が小さいのでイオン注入
による素子に与える損傷が小さく、素子の信頼性確保が
容易である。さらに、活性層から素子表面までの厚さを
１．５μｍ以下に設定しておくと、２００ｋＶ以下の低
加速電圧のイオン注入で活性層まで高抵抗化が可能であ
り、制御性の高い汎用の低加速エネルギーのイオン注入
装置で素子作製が可能となる。
型半導体発光素子は、発光領域の周辺部が素子表面から
活性層にいたるまで、すべて高抵抗化されているため、
接合容量に起因する付加的な容量がなく、素子全体の容
量は発光領域のｐｎ接合のみで決まる。このため、低容
量で高速動作が可能であるとともに、駆動用ＩＣの設計
マージンが大きく、容易に設計できる。加えて、素子の
作製工程は非常に簡単で、低コスト性も優れている。な
お、高抵抗半導体層の形成に、プロトン注入を用いる
と、基板表面から数μｍ程度までの高抵抗化が非常に容
易であるとともに、イオン半径が小さいのでイオン注入
による素子に与える損傷が小さく、素子の信頼性確保が
容易である。さらに、活性層から素子表面までの厚さを
１．５μｍ以下に設定しておくと、２００ｋＶ以下の低
加速電圧のイオン注入で活性層まで高抵抗化が可能であ
り、制御性の高い汎用の低加速エネルギーのイオン注入
装置で素子作製が可能となる。
【００１１】また、もう一つの本発明は、基板と、この
基板上に形成された第１の半導体分布ブラッグ反射型ミ
ラーと、この第１の半導体分布ブラッグ反射型ミラー上
に形成された少なくとも発光層となる活性層を含む半導
体層と、この活性層を含む半導体層上に形成された第２
の半導体分布ブラッグ反射型ミラーと、発光領域周辺部
に形成された電流閉じ込めのための高抵抗半導体領域と
を具備し、光出射領域を凸部とした凸型形状をなすとと
もに、基板表面側電極におけるオーミック電極部は凸部
上に設けられ、ボンディングパッド部は凸部周辺部にお
いて高抵抗半導体に接触して設けられたこと特徴とする
垂直共振器型半導体発光素子を提供する。
基板上に形成された第１の半導体分布ブラッグ反射型ミ
ラーと、この第１の半導体分布ブラッグ反射型ミラー上
に形成された少なくとも発光層となる活性層を含む半導
体層と、この活性層を含む半導体層上に形成された第２
の半導体分布ブラッグ反射型ミラーと、発光領域周辺部
に形成された電流閉じ込めのための高抵抗半導体領域と
を具備し、光出射領域を凸部とした凸型形状をなすとと
もに、基板表面側電極におけるオーミック電極部は凸部
上に設けられ、ボンディングパッド部は凸部周辺部にお
いて高抵抗半導体に接触して設けられたこと特徴とする
垂直共振器型半導体発光素子を提供する。
【００１２】このように構成された本発明の垂直共振器
型半導体発光素子は、高抵抗半導体領域を活性近傍の基
板の内部にのみ形成し、基板の一部をエッチング除去し
て高抵抗半導体を露出させ、高抵抗半導体上にボンディ
ングパッドを形成することが特徴であり、素子周辺部の
付加的な容量は小さい。さらに、電流注入のためのコン
タクト電極は面積の広い低抵抗半導体上に形成するの
で、位置あわせが非常に容易である。
型半導体発光素子は、高抵抗半導体領域を活性近傍の基
板の内部にのみ形成し、基板の一部をエッチング除去し
て高抵抗半導体を露出させ、高抵抗半導体上にボンディ
ングパッドを形成することが特徴であり、素子周辺部の
付加的な容量は小さい。さらに、電流注入のためのコン
タクト電極は面積の広い低抵抗半導体上に形成するの
で、位置あわせが非常に容易である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を用いて説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第1の実施形態に
係わるＲＣＬＥＤの概略構成を示す断面図である。また
図２は同じく第1の実施形態に係わるＲＣＬＥＤの素子
表面の電極パターン図である。図1は、図２におけるＡ
−Ａ'での断面図に相当する。素子表面の電極は、内部
に光取り出し窓２０１の開口部を有するリング状コンタ
クト電極２０２とワイアボンディングのためのボンディ
ングパッド２０３とにより構成されている。本実施例
は、活性層にＩｎＧａＡｌＰ系多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造を用いた発光波長が約６６０ｎｍの赤色ＲＣＬＥＤ
で、製造方法を簡単に説明すると以下の通りである。
を用いて説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第1の実施形態に
係わるＲＣＬＥＤの概略構成を示す断面図である。また
図２は同じく第1の実施形態に係わるＲＣＬＥＤの素子
表面の電極パターン図である。図1は、図２におけるＡ
−Ａ'での断面図に相当する。素子表面の電極は、内部
に光取り出し窓２０１の開口部を有するリング状コンタ
クト電極２０２とワイアボンディングのためのボンディ
ングパッド２０３とにより構成されている。本実施例
は、活性層にＩｎＧａＡｌＰ系多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造を用いた発光波長が約６６０ｎｍの赤色ＲＣＬＥＤ
で、製造方法を簡単に説明すると以下の通りである。
【００１４】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１０に、ｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層１０９、ＡｌＧａＡｓ系ｎ型ＤＢＲミ
ラー１０６、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０５、発
光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎ
ＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層１０８、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層１０４、ＡｌＧａＡｓ系ｐ型ＤＢＲミラー１
０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０２をＭＯＣＶＤ法
により順次結晶成長する。このとき、ＡｌＧａＡｓ系Ｄ
ＢＲミラーは、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓとＡｌ
０．５Ｇａ０．５Ａｓを交互に積層した構造で、繰り返
し数は、ｎ型ＤＢＲミラーでは４０、ｐ型ＤＢＲミラー
では１０とした。また、活性層上下のＤＢＲミラーによ
り構成される共振器構造の共振波長は約６６０ｎｍとな
るようにした。次に、発光領域となる直径７０μｍの円
形領域を除いた領域に選択的にプロトンをイオン注入し
て高抵抗領域１０７を形成する。このとき、イオン注入
の加速電圧は、２００ｋＶ、１３０ｋＶ、６０ｋＶの３
段階に設定し、それぞれの加速電圧でのドーズ量をすべ
て１×１０１５ｃｍ−２とした。次に、ｐ側電極１０１
を形成する。リングコンタクト部の電極内径は６０μｍ
とし、幅５μｍのリング状領域でオーミックコンタクト
が形成される。次に、基板の厚さが約１５０μｍの厚さ
となるまで裏面研磨を施した後に、ｎ側電極１１１を形
成して、素子構造が完成する。なお基板表面最終層のＧ
ａＡｓコンタクト層は、波長６６０ｎｍの光を吸収する
ので、厚さを５ｎｍと十分薄くした。
ａＡｓバッファ層１０９、ＡｌＧａＡｓ系ｎ型ＤＢＲミ
ラー１０６、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０５、発
光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎ
ＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層１０８、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層１０４、ＡｌＧａＡｓ系ｐ型ＤＢＲミラー１
０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０２をＭＯＣＶＤ法
により順次結晶成長する。このとき、ＡｌＧａＡｓ系Ｄ
ＢＲミラーは、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓとＡｌ
０．５Ｇａ０．５Ａｓを交互に積層した構造で、繰り返
し数は、ｎ型ＤＢＲミラーでは４０、ｐ型ＤＢＲミラー
では１０とした。また、活性層上下のＤＢＲミラーによ
り構成される共振器構造の共振波長は約６６０ｎｍとな
るようにした。次に、発光領域となる直径７０μｍの円
形領域を除いた領域に選択的にプロトンをイオン注入し
て高抵抗領域１０７を形成する。このとき、イオン注入
の加速電圧は、２００ｋＶ、１３０ｋＶ、６０ｋＶの３
段階に設定し、それぞれの加速電圧でのドーズ量をすべ
て１×１０１５ｃｍ−２とした。次に、ｐ側電極１０１
を形成する。リングコンタクト部の電極内径は６０μｍ
とし、幅５μｍのリング状領域でオーミックコンタクト
が形成される。次に、基板の厚さが約１５０μｍの厚さ
となるまで裏面研磨を施した後に、ｎ側電極１１１を形
成して、素子構造が完成する。なお基板表面最終層のＧ
ａＡｓコンタクト層は、波長６６０ｎｍの光を吸収する
ので、厚さを５ｎｍと十分薄くした。
【００１５】本実施形態においては、活性層から基板表
面までの厚さは約１μｍであり、上記の条件でプロトン
をイオン注入すると、基板表面から深さ１．５μｍ付近
の領域までがすべて高抵抗化される。したがって、プロ
トンが注入された発光領域周辺部においては、ｐｎ接合
が存在しないため接合容量が発生しない。また、基板表
面においても、電流は発光領域直上の幅５μｍのリング
領域のみから注入されるため、電流広がりが十分小さ
く、発光領域のｐｎ接合以外の付加的な容量がほとんど
発生しない。作製した素子の容量を、ゼロバイアス状態
で測定すると約３ｐＦであり、ＬＥＤとしてはきわめて
低容量であった。同一素子サイズの従来構造のＲＣＬＥ
Ｄにおける素子容量は約７０ｐＦであり、本実施形態の
ＬＥＤを用いることにより素子容量は２０分の１以下に
低減された。また、注入電流が２０ｍＡのとき、動作電
圧は約２．１Ｖと十分低く、光出力は約２ｍＷと十分大
きかった。さらに、作製したＲＣＬＥＤを、ピーキング
回路と逆バイアス回路を内蔵する駆動ＩＣで駆動するこ
とで、約１Ｇｂｐｓまでの高速変調が可能であった。な
お、素子容量が約７０ｐＦときわめて大きい従来構造の
ＲＣＬＥＤでは、素子の変調帯域はＣＲ時定数で制限さ
れるために、ピーキング・逆バイアスを用いて駆動して
も、変調帯域は約２５０Ｍｂｐｓ程度であり、本実施形
態のＬＥＤを用いることで約４倍の高速化が可能となっ
た。 （第２の実施形態）図３は、本発明の第２の実施形態に
係わるＲＣＬＥＤの概略構成を示す断面図である。第１
の実施形態と同様に、活性層にＩｎＧａＡｌＰ系多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造を用いた発光波長が約６６０ｎｍ
の赤色ＲＣＬＥＤで、製造方法を説明すると以下の通り
である。
面までの厚さは約１μｍであり、上記の条件でプロトン
をイオン注入すると、基板表面から深さ１．５μｍ付近
の領域までがすべて高抵抗化される。したがって、プロ
トンが注入された発光領域周辺部においては、ｐｎ接合
が存在しないため接合容量が発生しない。また、基板表
面においても、電流は発光領域直上の幅５μｍのリング
領域のみから注入されるため、電流広がりが十分小さ
く、発光領域のｐｎ接合以外の付加的な容量がほとんど
発生しない。作製した素子の容量を、ゼロバイアス状態
で測定すると約３ｐＦであり、ＬＥＤとしてはきわめて
低容量であった。同一素子サイズの従来構造のＲＣＬＥ
Ｄにおける素子容量は約７０ｐＦであり、本実施形態の
ＬＥＤを用いることにより素子容量は２０分の１以下に
低減された。また、注入電流が２０ｍＡのとき、動作電
圧は約２．１Ｖと十分低く、光出力は約２ｍＷと十分大
きかった。さらに、作製したＲＣＬＥＤを、ピーキング
回路と逆バイアス回路を内蔵する駆動ＩＣで駆動するこ
とで、約１Ｇｂｐｓまでの高速変調が可能であった。な
お、素子容量が約７０ｐＦときわめて大きい従来構造の
ＲＣＬＥＤでは、素子の変調帯域はＣＲ時定数で制限さ
れるために、ピーキング・逆バイアスを用いて駆動して
も、変調帯域は約２５０Ｍｂｐｓ程度であり、本実施形
態のＬＥＤを用いることで約４倍の高速化が可能となっ
た。 （第２の実施形態）図３は、本発明の第２の実施形態に
係わるＲＣＬＥＤの概略構成を示す断面図である。第１
の実施形態と同様に、活性層にＩｎＧａＡｌＰ系多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造を用いた発光波長が約６６０ｎｍ
の赤色ＲＣＬＥＤで、製造方法を説明すると以下の通り
である。
【００１６】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３１０に、ｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層３０９、ＡｌＧａＡｓ系ｎ型ＤＢＲミ
ラー３０６、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３０５、発
光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎ
ＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層３０８、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層３０４、ＡｌＧａＡｓ系ｐ型ＤＢＲミラー３
０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３０２をＭＯＣＶＤ法
により順次結晶成長する。このとき、ＡｌＧａＡｓ系Ｄ
ＢＲミラーは、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓとＡｌ
０．５Ｇａ０．５Ａｓを交互に積層した構造で、繰り返
し数は、ｎ型ＤＢＲミラーでは４０、ｐ型ＤＢＲミラー
では１０とした。また、活性層上下のＤＢＲミラーによ
り構成される共振器構造の共振波長は約６６０ｎｍとな
るようにした。次に、発光領域となる直径７０μｍの円
形領域を除いた領域に選択的にプロトンをイオン注入し
て高抵抗領域３０７を形成する。このとき、イオン注入
の加速電圧は、２００ｋＶ、ドーズ量は３×１０１５ｃ
ｍ−２とし、イオン注入後に５００℃で１０分のアニー
ルを行った。次に、非プロトン注入領域である発光領域
と同心で直径９０μｍを除く領域において、約０．５μ
ｍのエッチングを施し、メサを形成する。次に、ｐ側電
極３０１を形成する。リングコンタクト電極部は、内径
は６０μｍおよび外径８０μｍとし、幅１０μｍのリン
グとした。また、ワイアボンディング用のボンディング
パッドは、メサの外側の領域に形成した。次に、基板の
厚さが約１５０μｍの厚さとなるまで裏面研磨を施した
後に、ｎ側電極３１１を形成して、素子構造が完成す
る。
ａＡｓバッファ層３０９、ＡｌＧａＡｓ系ｎ型ＤＢＲミ
ラー３０６、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層３０５、発
光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎ
ＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層３０８、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層３０４、ＡｌＧａＡｓ系ｐ型ＤＢＲミラー３
０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３０２をＭＯＣＶＤ法
により順次結晶成長する。このとき、ＡｌＧａＡｓ系Ｄ
ＢＲミラーは、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓとＡｌ
０．５Ｇａ０．５Ａｓを交互に積層した構造で、繰り返
し数は、ｎ型ＤＢＲミラーでは４０、ｐ型ＤＢＲミラー
では１０とした。また、活性層上下のＤＢＲミラーによ
り構成される共振器構造の共振波長は約６６０ｎｍとな
るようにした。次に、発光領域となる直径７０μｍの円
形領域を除いた領域に選択的にプロトンをイオン注入し
て高抵抗領域３０７を形成する。このとき、イオン注入
の加速電圧は、２００ｋＶ、ドーズ量は３×１０１５ｃ
ｍ−２とし、イオン注入後に５００℃で１０分のアニー
ルを行った。次に、非プロトン注入領域である発光領域
と同心で直径９０μｍを除く領域において、約０．５μ
ｍのエッチングを施し、メサを形成する。次に、ｐ側電
極３０１を形成する。リングコンタクト電極部は、内径
は６０μｍおよび外径８０μｍとし、幅１０μｍのリン
グとした。また、ワイアボンディング用のボンディング
パッドは、メサの外側の領域に形成した。次に、基板の
厚さが約１５０μｍの厚さとなるまで裏面研磨を施した
後に、ｎ側電極３１１を形成して、素子構造が完成す
る。
【００１７】このようにして作製したＲＣＬＥＤでは、
プロトンを注入した領域は、素子の内部でのみ高抵抗で
あり、素子表面付近は低抵抗となる。また、約０．５μ
ｍのエッチングを施した領域では高抵抗が露出される。
したがって、電流注入のためのリング電極は低抵抗領域
上に、またボンディングパッドは高抵抗領域上に形成さ
れる。また、第１の実施形態と同様に、発光領域周辺部
にはｐｎ接合は存在しない。したがって、素子の容量は
十分に小さく、第１の実施形態とほぼ同じ特性のＲＣＬ
ＥＤ得ることができた。比較的広い低抵抗領域でリング
状のオーミックコンタクトを形成するため、表面電極形
成時の位置合わせが非常に容易になることが、第２の実
施形態のＲＣＬＥＤにおける特徴である。 （第３の実施形態）図４は、本発明の第３の実施形態に
係わるＲＣＬＥＤの概略構成を示す断面図である。第１
および第２の実施形態と同様に、活性層にＩｎＧａＡｌ
Ｐ系多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を用いた発光波長が約
６６０ｎｍの赤色ＲＣＬＥＤで、製造方法を説明すると
以下の通りである。
プロトンを注入した領域は、素子の内部でのみ高抵抗で
あり、素子表面付近は低抵抗となる。また、約０．５μ
ｍのエッチングを施した領域では高抵抗が露出される。
したがって、電流注入のためのリング電極は低抵抗領域
上に、またボンディングパッドは高抵抗領域上に形成さ
れる。また、第１の実施形態と同様に、発光領域周辺部
にはｐｎ接合は存在しない。したがって、素子の容量は
十分に小さく、第１の実施形態とほぼ同じ特性のＲＣＬ
ＥＤ得ることができた。比較的広い低抵抗領域でリング
状のオーミックコンタクトを形成するため、表面電極形
成時の位置合わせが非常に容易になることが、第２の実
施形態のＲＣＬＥＤにおける特徴である。 （第３の実施形態）図４は、本発明の第３の実施形態に
係わるＲＣＬＥＤの概略構成を示す断面図である。第１
および第２の実施形態と同様に、活性層にＩｎＧａＡｌ
Ｐ系多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を用いた発光波長が約
６６０ｎｍの赤色ＲＣＬＥＤで、製造方法を説明すると
以下の通りである。
【００１８】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板４１０に、ｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層４０９、ＡｌＧａＡｓ系ｎ型ＤＢＲミ
ラー４０６、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４０５、発
光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎ
ＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層４０８、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層４０４、ＡｌＧａＡｓ系ｐ型ＤＢＲミラー４
０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０２をＭＯＣＶＤ法
により順次結晶成長する。このとき、ＡｌＧａＡｓ系Ｄ
ＢＲミラーは、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓとＡｌ
０．５Ｇａ０．５Ａｓを交互に積層した構造で、繰り返
し数は、ｎ型ＤＢＲミラーでは４０、ｐ型ＤＢＲミラー
では１０とした。また、活性層上下のＤＢＲミラーによ
り構成される共振器構造の共振波長は約６６０ｎｍとな
るようにした。次に、発光領域となる直径７０μｍの円
形領域を除いた領域に選択的にプロトンをイオン注入し
て第１の高抵抗領域４０７を形成する。このとき、イオ
ン注入の加速電圧は２００ｋＶに設定し、ドーズ量は３
×１０１５ｃｍ−２とし、イオン注入後に５００℃で１
０分のアニールを行った。次に、第１の高抵抗領域４０
７と同心で直径が９０μｍの円形領域を除いた領域に選
択的にプロトンをイオン注入して第２の高抵抗領域４１
２を形成する。このとき、イオン注入の加速電圧は４０
ｋＶに設定し、ドーズ量は１×１０１５ｃｍ−２とし
た。次に、ｐ側電極４０１を形成する。リングコンタク
ト部の電極内径は７０μｍとし、幅１０μｍのリング状
領域でオーミックコンタクトが形成される。次に、基板
の厚さが約１５０μｍの厚さとなるまで裏面研磨を施し
た後に、ｎ側電極４１１を形成して、素子構造が完成す
る。なお基板表面最終層のＧａＡｓコンタクト層は、波
長６６０ｎｍの光を吸収するので、厚さを５ｎｍと十分
薄くした。
ａＡｓバッファ層４０９、ＡｌＧａＡｓ系ｎ型ＤＢＲミ
ラー４０６、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４０５、発
光ピーク波長が６５０ｎｍとなるように調整されたＩｎ
ＧａＡｌＰ系ＭＱＷ活性層４０８、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層４０４、ＡｌＧａＡｓ系ｐ型ＤＢＲミラー４
０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０２をＭＯＣＶＤ法
により順次結晶成長する。このとき、ＡｌＧａＡｓ系Ｄ
ＢＲミラーは、Ａｌ０．９５Ｇａ０．０５ＡｓとＡｌ
０．５Ｇａ０．５Ａｓを交互に積層した構造で、繰り返
し数は、ｎ型ＤＢＲミラーでは４０、ｐ型ＤＢＲミラー
では１０とした。また、活性層上下のＤＢＲミラーによ
り構成される共振器構造の共振波長は約６６０ｎｍとな
るようにした。次に、発光領域となる直径７０μｍの円
形領域を除いた領域に選択的にプロトンをイオン注入し
て第１の高抵抗領域４０７を形成する。このとき、イオ
ン注入の加速電圧は２００ｋＶに設定し、ドーズ量は３
×１０１５ｃｍ−２とし、イオン注入後に５００℃で１
０分のアニールを行った。次に、第１の高抵抗領域４０
７と同心で直径が９０μｍの円形領域を除いた領域に選
択的にプロトンをイオン注入して第２の高抵抗領域４１
２を形成する。このとき、イオン注入の加速電圧は４０
ｋＶに設定し、ドーズ量は１×１０１５ｃｍ−２とし
た。次に、ｐ側電極４０１を形成する。リングコンタク
ト部の電極内径は７０μｍとし、幅１０μｍのリング状
領域でオーミックコンタクトが形成される。次に、基板
の厚さが約１５０μｍの厚さとなるまで裏面研磨を施し
た後に、ｎ側電極４１１を形成して、素子構造が完成す
る。なお基板表面最終層のＧａＡｓコンタクト層は、波
長６６０ｎｍの光を吸収するので、厚さを５ｎｍと十分
薄くした。
【００１９】この第３の実施形態のＲＣＬＥＤでは、第
１の実施形態と比べると作製工程は複雑であるが、１）
オーミック電極の面積が広いので位置合わせ精度に余裕
がある、２）ｐ側ＤＢＲ中の電流経路が広いので低抵抗
化が可能である、第１の実施形態にはない特徴を有す
る。
１の実施形態と比べると作製工程は複雑であるが、１）
オーミック電極の面積が広いので位置合わせ精度に余裕
がある、２）ｐ側ＤＢＲ中の電流経路が広いので低抵抗
化が可能である、第１の実施形態にはない特徴を有す
る。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の垂直共振
器型半導体発光素子は、発光領域の周辺部が素子表面か
ら活性層にいたるまで、すべて高抵抗化されているた
め、接合容量に起因する付加的な容量がなく、素子全体
の容量は発光領域のｐｎ接合のみで決まる。このため、
素子容量が非常に小さく高速動作が可能であるととも
に、駆動用ＩＣも容易に設計することが可能である。加
えて、素子の作製工程は非常に簡単で、低コスト性も優
れている。
器型半導体発光素子は、発光領域の周辺部が素子表面か
ら活性層にいたるまで、すべて高抵抗化されているた
め、接合容量に起因する付加的な容量がなく、素子全体
の容量は発光領域のｐｎ接合のみで決まる。このため、
素子容量が非常に小さく高速動作が可能であるととも
に、駆動用ＩＣも容易に設計することが可能である。加
えて、素子の作製工程は非常に簡単で、低コスト性も優
れている。
【図１】第１の実施形態に係わるRCLEDの概略構成を示
す断面図。
す断面図。
【図２】第１の実施形態に係わるRCLEDの表面電極パタ
ーン図。
ーン図。
【図３】第２の実施形態に係わるRCLEDの概略構成を示
す断面図。
す断面図。
【図４】第２の実施形態に係わるRCLEDの概略構成を示
す断面図。
す断面図。
【図５】従来の実施形態に係わるRCLEDの概略構成を示
す断面図。
す断面図。
101,301,401…ｐ電極 102,302,402…ｐ型GaAsコンタクト層 103,303,403…AlGaAs系ｐ側DBRミラー 104,304,404…ｐ型InGaAlPクラッド層 105,305,405…ｎ型InGaAlPクラッド層 106,306,406…AlGaAs系ｎ側DBRミラー 107,307…プロトン注入領域 108,308,408…InGaAlP系ＭＱＷ活性層 109,309,409…ｎ型GaAsバッファ層 110,310,410…ｎ型GaAs基板 111,311,411…ｎ電極 201…光取り出し窓 202…リングコンタクト電極 203…ボンディングパッド 407…第１のプロトン注入領域 412…第２のプロトン注入領域 501…表面電極 502…上部DBRミラー 503…上部クラッド層 504…酸素注入領域 505…活性層 506…下部クラッド層 507…下部DBRミラー 508…バッファ層 509…半導体基板 510…裏面電極
Claims (5)
- 【請求項１】基板と、この基板上に形成された第１の半
導体分布ブラッグ反射型ミラーと、この第１の半導体分
布ブラッグ反射型ミラー上に形成された少なくとも発光
層となる活性層を含む半導体層と、この活性層を含む半
導体層上に形成された第２の半導体分布ブラッグ反射型
ミラーと、前記基板上に設けられた半導体層の最終層に
接触する電極とを具備し、前記発光層の発光領域周辺部
において、少なくとも、基板表面の電極に接触する半導
体層と、前記活性層および活性層に隣接する半導体層
が、高抵抗化されていることを特徴とする垂直共振器型
半導体発光素子。 - 【請求項２】前記高抵抗化された活性層および活性層に
隣接する半導体層が、同一マスクを用いた一度のプロト
ン注入工程により形成されていることを特徴とする請求
項１記載の垂直共振器型半導体発光素子。 - 【請求項３】前記活性層より上側に形成される半導体層
の合計の厚さが、１．５μｍ以下であることを特徴とす
る請求項１記載の垂直共振器型半導体発光素子。 - 【請求項４】前記基板の表面側電極が、高抵抗化された
半導体層と高抵抗化されていない半導体層の両方の領域
に接触していることを特徴とする、請求項１記載の垂直
共振器型半導体発光素子。 - 【請求項５】基板と、この基板上に形成された第１の半
導体分布ブラッグ反射型ミラーと、この第１の半導体分
布ブラッグ反射型ミラー上に形成された少なくとも発光
層となる活性層を含む半導体層と、この活性層を含む半
導体層上に形成された第２の半導体分布ブラッグ反射型
ミラーと、発光領域周辺部に形成された電流閉じ込めの
ための高抵抗半導体領域とを具備し、光出射領域を凸部
とした凸型形状をなすとともに、基板表面側電極におけ
るオーミック電極部は凸部上に設けられ、ボンディング
パッド部は凸部周辺部において高抵抗半導体に接触して
設けられたこと特徴とする垂直共振器型半導体発光素
子。
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|---|---|---|---|
| JP2000299424A JP3638515B2 (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 垂直共振器型半導体発光素子 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP2002111051A true JP2002111051A (ja) | 2002-04-12 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2008039655A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 微小対象物放出光検出装置 |
| JP2009033157A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-02-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 半導体チップ及び半導体チップ製造方法 |
| WO2010008209A3 (ko) * | 2008-07-15 | 2010-05-14 | 고려대학교 산학협력단 | 수직구조 반도체 발광소자 제조용 지지기판 및 이를 이용한 수직구조 반도체 발광소자 |
| JP2016039317A (ja) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | 富士ゼロックス株式会社 | 半導体発光素子、光源ヘッド、および画像形成装置 |
| CN112259653A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-22 | 北京工业大学 | 共振腔微阵列高效率发光二极管芯片 |
| WO2021066116A1 (ja) * | 2019-10-02 | 2021-04-08 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 点光源型発光ダイオード及びその製造方法 |
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-
2000
- 2000-09-29 JP JP2000299424A patent/JP3638515B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2009033157A (ja) * | 2007-07-12 | 2009-02-12 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 半導体チップ及び半導体チップ製造方法 |
| WO2010008209A3 (ko) * | 2008-07-15 | 2010-05-14 | 고려대학교 산학협력단 | 수직구조 반도체 발광소자 제조용 지지기판 및 이를 이용한 수직구조 반도체 발광소자 |
| CN102099934B (zh) * | 2008-07-15 | 2013-06-05 | Lg伊诺特有限公司 | 用于制造垂直构造的半导体发光装置的支撑衬底以及使用该支撑衬底的半导体发光装置 |
| US8946745B2 (en) | 2008-07-15 | 2015-02-03 | Lg Innotek Co., Ltd. | Supporting substrate for manufacturing vertically-structured semiconductor light-emitting device and semiconductor light-emitting device using the supporting substrate |
| JP2016039317A (ja) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | 富士ゼロックス株式会社 | 半導体発光素子、光源ヘッド、および画像形成装置 |
| WO2021066116A1 (ja) * | 2019-10-02 | 2021-04-08 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 点光源型発光ダイオード及びその製造方法 |
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| CN112259653A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-22 | 北京工业大学 | 共振腔微阵列高效率发光二极管芯片 |
| CN112259653B (zh) * | 2020-09-15 | 2023-07-11 | 北京工业大学 | 共振腔微阵列高效率发光二极管芯片 |
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