JP2007299949A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

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Toshihide Izumitani
敏英 泉谷
Motoi Suhara
基 須原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element capable of suppressing a deterioration in optical output. <P>SOLUTION: The semiconductor light-emitting element comprises an n-type DBR layer 13 for reflecting a light having a constant wavelength; a light emitting region layer 17 having a light emitting layer 15 for emitting the light having the same wavelength formed on the n-type DBR layer 13; a high-resistance region 20 formed on the side of the layer 17 by a proton injection; a p-type DBR layer 22 contacting on the layer 17 and the region 20, having a proton diffused in the vicinity of the interface with the region 20 and substantially having a function of a current diffusion, and reflecting the light having the identical wavelength; a p-side electrode 25 formed on the p-type DBR layer 22 and over the layer 17 through a p-type contact layer 24; and an n-side electrode 29 formed under the n-type DBR layer 13 opposite to the p-side electrode 25. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device.

近年、III−V属化合物半導体を利用した発光ダイオード(LED、Light Emitting Diode)や半導体レーザ(LD、Laser Diode)が光通信機器、マルチメディア関連機器、LED表示パネル等に使用され急速に普及してきている。   In recent years, light emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) using III-V compound semiconductors have been used in optical communication devices, multimedia-related devices, LED display panels, etc., and have been rapidly spreading. ing.

光通信は、一般的には、赤外領域の波長の光素子と石英系光ファイバーとを用いた長距離(幹線系等)の大容量光通信が知られている。しかし、この数年、可視光のLEDを含む光素子とプラスチック光ファイバー(POF、Plastic Optical Fiber)とを用いた10〜100m程度の短距離の光通信が注目されている。中でも、低価格なアクリル系ポリマーのPOFの低損失領域が赤色波長帯、例えば、660nm帯にあることから、ホームネットワーク、車内LAN、FA(Factory Automation)機器等の高速POFデータリンク用途に向け、赤色の半導体発光素子の高速化及び低価格化が期待されている。   Optical communication is generally known as long-distance (trunk system, etc.) large-capacity optical communication using an optical element having a wavelength in the infrared region and a silica-based optical fiber. However, in recent years, short-distance optical communication of about 10 to 100 m using an optical element including a visible light LED and a plastic optical fiber (POF) has attracted attention. Above all, since the low-loss area of low-cost acrylic polymer POF is in the red wavelength band, for example, the 660 nm band, for high-speed POF data link applications such as home network, in-vehicle LAN, FA (Factory Automation) equipment, High speed and low price of red semiconductor light emitting devices are expected.

そこで、伝送速度500M〜1Gbpsクラスの可視光短距離光通信のIII−V属化合物半導体発光素子として期待されているのが、レゾナントキャビティ(Resonant Cavity)型LED(RC型LED)である。このRC型LEDは、いわば垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL、Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)と従来のLEDの中間とも言える特徴を持つ発光素子で、その高速応答性に向けた開発が進められている。   Therefore, a resonant cavity type LED (RC type LED) is expected as a group III-V compound semiconductor light-emitting device for visible light short-distance optical communication having a transmission rate of 500 M to 1 Gbps. This RC type LED is a light emitting device that has a characteristic that can be said to be intermediate between a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) and a conventional LED, and its development for high-speed response is progressing. It has been.

例えば、高速な半導体発光素子として、下側DBR(Distributed Bragg Reflector)層、下側DBR層上に形成され電流注入により光を放射する発光層、発光層上に形成され下側DBR層よりも反射率の低い上側DBR層、上側DBR層上に形成された電流拡散層、及び、電流拡散層上に形成されたバンドギャップが電流拡散層よりも狭いコンタクト層を有し、電流拡散層、上側DBR層、及び発光層にプロトンを注入して形成された高抵抗化領域を備えた発光素子が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。   For example, as a high-speed semiconductor light emitting element, a lower DBR (Distributed Bragg Reflector) layer, a light emitting layer that emits light by current injection formed on the lower DBR layer, and a light emitting layer that is formed on the light emitting layer and reflects more than the lower DBR layer An upper DBR layer having a low rate, a current diffusion layer formed on the upper DBR layer, and a contact layer having a narrower band gap than the current diffusion layer formed on the current diffusion layer. A light-emitting element including a layer and a high-resistance region formed by injecting protons into the light-emitting layer is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

開示された半導体発光素子は、高速応答性を有するものの、電流注入により光を放射し続けると、光出力の低下が起こり、比較的短時間で、高速POFデータリンク用途等に要求される基準を満たせない恐れがある。特に、高温高湿条件では、光出力の低下に至る時間は、一層短時間であることが見出されている。
特開2004−281559号公報
Although the disclosed semiconductor light-emitting device has high-speed response, if light is continuously emitted by current injection, the light output decreases, and the standard required for high-speed POF data link applications, etc., in a relatively short time. There is a fear that it cannot be satisfied. In particular, under high temperature and high humidity conditions, it has been found that the time required to decrease the light output is even shorter.
JP 2004-281559 A

本発明は、光出力の劣化を抑制することが可能な半導体発光素子を提供する。   The present invention provides a semiconductor light emitting device capable of suppressing degradation of light output.

本発明の一態様の半導体発光素子は、一定の波長の光を反射する第1の反射膜と、前記第1の反射膜の上に形成された前記波長の光を放射する発光層を有する発光領域層と、前記発光領域層の側部にイオン注入により形成された高抵抗領域と、前記発光領域層及び前記高抵抗領域の上に接して、前記高抵抗領域との界面近傍に拡散された前記注入元素を有し、前記波長の光を反射する第2の反射膜と、前記第2の反射膜の上、且つ、前記発光領域層の上方にコンタクト層を介して形成された第1の電極と、前記第1の電極とは反対側の前記第1の反射膜の下方に形成された第2の電極とを備えていることを特徴とする。   A semiconductor light-emitting element of one embodiment of the present invention includes a first reflective film that reflects light having a certain wavelength and a light-emitting layer that is formed on the first reflective film and emits light having the wavelength. A region layer, a high-resistance region formed by ion implantation on a side of the light-emitting region layer, and in contact with the light-emitting region layer and the high-resistance region, diffused in the vicinity of the interface with the high-resistance region A second reflective film having the implanted element and reflecting the light of the wavelength; and a first reflective film formed on the second reflective film and above the light emitting region layer via a contact layer. An electrode and a second electrode formed below the first reflective film on the side opposite to the first electrode are provided.

また、本発明の別の態様の半導体発光素子は、一定の波長の光を反射する第1の反射膜と、前記第1の反射膜の上に形成された前記波長の光を放射する発光層を有する発光領域層と、前記発光領域層の上に接して、前記波長の光を反射する第2の反射膜と、前記発光領域層及び第2の反射膜の側部にイオン注入により形成された高抵抗領域と、前記第2の反射膜及び前記高抵抗領域の上に接して、前記高抵抗領域との界面近傍に拡散された前記注入元素を有する電流拡散層と、前記電流拡散層の上、且つ、前記発光領域層の上方にコンタクト層を介して形成された第1の電極と、前記第1の電極とは反対側の前記第1の反射膜の下方に形成された第2の電極とを備えていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device including a first reflective film that reflects light having a certain wavelength, and a light emitting layer that emits light having the wavelength formed on the first reflective film. A light emitting region layer having a light emitting region layer, a second reflective film that is in contact with the light emitting region layer and reflects the light of the wavelength, and a side portion of the light emitting region layer and the second reflective film is formed by ion implantation. A high-resistance region, a current diffusion layer having the implanted element in contact with the second reflective film and the high-resistance region and diffused in the vicinity of the interface with the high-resistance region; and A first electrode formed on the light emitting region layer via a contact layer, and a second electrode formed below the first reflective film on the opposite side of the first electrode. And an electrode.

また、本発明の別の態様の半導体発光素子は、第1の電流拡散層と、前記第1の電流拡散層の上に形成された一定の波長の光を放射する発光層を有する発光領域層と、前記発光領域層の側部にイオン注入により形成された高抵抗領域と、前記発光領域層及び前記高抵抗領域の上に接して、前記高抵抗領域との界面近傍に拡散された前記注入元素を有する第2の電流拡散層と、前記第2の電流拡散層の上、且つ、前記発光領域層の上方にコンタクト層を介して形成された第1の電極と、前記第1の電極とは反対側の前記第1の電流拡散層の下方に形成された第2の電極とを備えていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device having a first current diffusion layer and a light emitting region layer formed on the first current diffusion layer and emitting a light having a predetermined wavelength. And a high resistance region formed by ion implantation on the side of the light emitting region layer, and the implantation diffused in the vicinity of the interface with the high resistance region in contact with the light emitting region layer and the high resistance region A second current diffusion layer having an element; a first electrode formed on the second current diffusion layer and above the light emitting region layer through a contact layer; and the first electrode, And a second electrode formed below the first current diffusion layer on the opposite side.

本発明によれば、光出力の劣化を抑制することが可能な半導体発光素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor light-emitting device which can suppress deterioration of optical output can be provided.

発明者らは、半導体発光素子の高温高湿環境下における劣化現象を検討し、以下のような知見を得た。なお、検討した半導体発光素子101は、図8に示すように、上記特許文献1に記載された半導体層の構造と類似した構造を有するRC型LEDであって、表面の半導体層の高抵抗領域120とp型コンタクト層124の両方に接してリング状の部分、及び、リングの内側に十字形の細線が接続された電極125が形成されている。   The inventors examined the deterioration phenomenon of the semiconductor light emitting device in a high temperature and high humidity environment, and obtained the following knowledge. The studied semiconductor light emitting device 101 is an RC type LED having a structure similar to the structure of the semiconductor layer described in Patent Document 1, as shown in FIG. A ring-shaped portion in contact with both 120 and the p-type contact layer 124, and an electrode 125 having a cross-shaped thin wire connected to the inside of the ring are formed.

この半導体発光素子101は、通電劣化時、p側電極125近傍の半導体層に変質が確認できる。この変質は、高温となった半導体層の表面が水分と反応した、いわゆる酸化であることが確認されている。酸化は、表面のp側電極125の細線部分が起点になっている。   The semiconductor light emitting device 101 can be confirmed to be altered in the semiconductor layer in the vicinity of the p-side electrode 125 when the energization is deteriorated. It has been confirmed that this alteration is so-called oxidation in which the surface of the semiconductor layer that has reached a high temperature has reacted with moisture. Oxidation starts from the thin line portion of the p-side electrode 125 on the surface.

酸化のメカニズムは次のように推測される。半導体発光素子101は、光出力を高く取るために、表面のp側電極を細線構造として、発光領域内部まで電流を効率良く供給する構造になっている。リング状をなすp側電極125の周辺部は高抵抗領域120に接しているため、注入される電流は、リング状のp側電極125の内側及び十字形の細線部分に集中する。その結果、p側電極125の内側及び十字形の細線部分に局所的な発熱が起こり、同時に、電流によるイオンの発生及び泳動が起こる。すなわち、半導体発光素子101の表面に付着した水分の中の水酸イオン及び酸素イオン等は、電流による電界により表面から浸透し、ジュール熱も加わり、発熱が酸化による変質を促進していると考えられる。   The mechanism of oxidation is assumed as follows. The semiconductor light emitting device 101 has a structure in which a current is efficiently supplied to the inside of the light emitting region with a p-side electrode on the surface as a thin line structure in order to obtain high light output. Since the peripheral portion of the ring-shaped p-side electrode 125 is in contact with the high resistance region 120, the injected current is concentrated on the inside of the ring-shaped p-side electrode 125 and the cross-shaped thin line portion. As a result, local heat generation occurs inside the p-side electrode 125 and in the cross-shaped thin line portion, and at the same time, generation and migration of ions due to current occur. That is, it is considered that hydroxide ions and oxygen ions in water adhering to the surface of the semiconductor light emitting element 101 penetrate from the surface by an electric field due to current, Joule heat is also added, and heat generation promotes alteration due to oxidation. It is done.

この、酸化による半導体層の変質は、RC型LEDに限定されるものではなく、VCSELや従来のDBR層を備えていないLED等においても起こり得る。   This alteration of the semiconductor layer due to oxidation is not limited to the RC type LED, but may also occur in an LED that does not include a VCSEL or a conventional DBR layer.

なお、以下の説明では、理解を容易にするために、共振波長λFPと、PL発光波長(発光層からの発光波長)λPLとは等しいものとして説明する。しかし、厳密には、PL発光波長λPLは、温度の上昇と共に長波長にシフトする。DBR層による共振波長λFPも温度の上昇と共に長波長にシフトする。λPLのシフトの方がλFPのシフトより大きいので、ある温度で両波長が一致するように、室温でのλFPをλPLより幾分長波長(5〜10nm)に調整してある。 In the following description, the resonance wavelength λ FP and the PL light emission wavelength (the light emission wavelength from the light emitting layer) λ PL are assumed to be equal to facilitate understanding. Strictly speaking, however, the PL emission wavelength λ PL shifts to a longer wavelength as the temperature increases. The resonance wavelength λ FP due to the DBR layer also shifts to a longer wavelength as the temperature rises. Since towards the shift of lambda PL is larger than the shift of the lambda FP, as both wavelengths coincide at a certain temperature, it is adjusted somewhat longer wavelength (5 to 10 nm) than the PL to lambda FP at room temperature lambda.

以下、上述の知見を基に得られた本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、図において、同一の構成要素には同一の符号を付す。   Examples of the present invention obtained based on the above knowledge will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.

本発明の実施例1に係る半導体発光素子について、その製造方法を加えて、図1乃至図3を参照して説明する。図1は半導体発光素子の構造を模式的に示す図で、図1(a)は正面方向の断面図、図1(b)は半導体発光素子を上方から見た平面図で、A−A線に沿った断面の一部が図1(a)の断面図に相当する。図2は半導体発光素子の製造工程を、工程順に模式的に示す断面図である。図3は半導体発光素子の注入電流の流れを模式的に示す図である。   A semiconductor light emitting device according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a semiconductor light emitting device, FIG. 1 (a) is a sectional view in the front direction, FIG. 1 (b) is a plan view of the semiconductor light emitting device viewed from above, and a line AA. A part of the cross section along the line corresponds to the cross sectional view of FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of the semiconductor light emitting device in the order of steps. FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of injection current of the semiconductor light emitting device.

図1(a)に示すように、半導体発光素子1は、n型GaAs基板11の主面上に、n型のバッファ層12を介して形成された第1の反射膜であるn型DBR層13、n型DBR層13の上に順次形成されたn型クラッド層14と発光層15とp型クラッド層16とからなる発光領域層17、発光領域層17の側部及びn型DBR層13の上部にプロトン注入により形成された高抵抗領域20、発光領域層17及び高抵抗領域20の上に接して形成された電流拡散の機能も有する第2の反射膜であるp型DBR層22、p型DBR層22の上、且つ、前記発光領域層17の上方にp型コンタクト層24を介して形成された第1の電極であるp側電極25、及び、p側電極25とは反対側のn型GaAs基板11の下側(裏面側)に形成された第2の電極であるn側電極29を主要構成要素として有している。   As shown in FIG. 1A, the semiconductor light emitting device 1 includes an n-type DBR layer that is a first reflective film formed on the main surface of an n-type GaAs substrate 11 via an n-type buffer layer 12. 13, a light emitting region layer 17 composed of an n-type cladding layer 14, a light emitting layer 15 and a p-type cladding layer 16 sequentially formed on the n-type DBR layer 13, a side portion of the light emitting region layer 17, and the n-type DBR layer 13. A p-type DBR layer 22 as a second reflective film having a function of current diffusion formed on and in contact with the high-resistance region 20, the light-emitting region layer 17 and the high-resistance region 20 formed by proton implantation. A p-side electrode 25 that is a first electrode formed on the p-type DBR layer 22 and above the light emitting region layer 17 via a p-type contact layer 24, and the side opposite to the p-side electrode 25 Formed on the lower side (back side) of the n-type GaAs substrate 11 The n-side electrode 29 is a second electrode has as main components.

n型GaAs基板11の主面上に、GaAsからなるn型のバッファ層12が形成されている。n型DBR層13は、AlGaAs系、すなわち、Al0.5Ga0.5AsとAl0.95Ga0.05Asを交互に積層した構造で、繰り返し数は40ペアである(後述参照)。n型及びp型クラッド層14、16は、それぞれ、n型及びp型のIn0.5(Ga0.5Al0.50.5Pである。発光層15は、発光ピーク波長が約665nmとなるように調整されたアンドープのInGaAlP系MQW構造である。 On the main surface of the n-type GaAs substrate 11, an n-type buffer layer 12 made of GaAs is formed. The n-type DBR layer 13 is AlGaAs-based, that is, a structure in which Al 0.5 Ga 0.5 As and Al 0.95 Ga 0.05 As are alternately stacked, and the number of repetitions is 40 pairs (see later). . The n-type and p-type cladding layers 14 and 16 are n-type and p-type In 0.5 (Ga 0.5 Al 0.5 ) 0.5 P, respectively. The light emitting layer 15 has an undoped InGaAlP-based MQW structure adjusted so that an emission peak wavelength is about 665 nm.

発光領域層17は、発光層15、n型及びp型クラッド層14、16からなる直径100μmの平面的には円形、3次元的には、円柱状をなす領域である。高抵抗領域20は、一部が、発光領域層17に対して平行な位置において、この円柱状をなす領域を取り囲み、一部が、n型DBR層13の上部において、発光領域層17側から連続して形成されている。高抵抗領域20は、発光領域層17側から選択的にプロトンをイオン注入して高抵抗化されている。従って、発光領域層17に対して平行な位置において、発光領域層17と連続する部分は、発光領域層17と同じ主成分を有し、n型DBR層13の上部において、発光領域層17側から連続して形成された部分はn型DBR層13と同じ主成分を有している。なお、高抵抗領域20の下側をなすn型DBR層13への広がり部分は、最小限に抑制されてもよい。   The light emitting region layer 17 is a region formed of the light emitting layer 15 and the n-type and p-type clad layers 14 and 16 having a diameter of 100 μm in a planar shape and a three-dimensional columnar shape. A part of the high resistance region 20 surrounds this cylindrical region at a position parallel to the light emitting region layer 17, and part of the high resistance region 20 from the light emitting region layer 17 side above the n-type DBR layer 13. It is formed continuously. The high resistance region 20 is increased in resistance by selectively ion-implanting protons from the light emitting region layer 17 side. Therefore, a portion continuous with the light emitting region layer 17 at a position parallel to the light emitting region layer 17 has the same main component as the light emitting region layer 17, and on the light emitting region layer 17 side above the n-type DBR layer 13. The portion formed continuously from the above has the same main component as the n-type DBR layer 13. Note that a portion extending to the n-type DBR layer 13 below the high resistance region 20 may be suppressed to a minimum.

p型DBR層22は、発光領域層17及び高抵抗領域20に接して直上にあり、n型DBR層13と同様な組成でp型にドープされた積層構造をなし、繰り返し数は10ペア、膜厚は約1μmである。高抵抗領域20に接するp型DBR層22は、後述するように、プロトンのイオン注入の影響は受けず、結晶成長時の熱の影響等によりプロトンの拡散が見られる程度である。   The p-type DBR layer 22 is directly above and in contact with the light emitting region layer 17 and the high-resistance region 20, has a laminated structure doped with p-type with the same composition as the n-type DBR layer 13, and the number of repetitions is 10 pairs. The film thickness is about 1 μm. As will be described later, the p-type DBR layer 22 in contact with the high-resistance region 20 is not affected by proton ion implantation, and has a degree of proton diffusion due to the influence of heat during crystal growth.

n型及びp型DBR層13、22は、光学的には、屈折率の高いAl0.5Ga0.5Asと、屈折率の低いAl0.95Ga0.05Asとを、反射すべき光の光学波長の1/4の膜厚として、交互に積層されている。下側のn型DBR層13は、99.9%以上の反射率を有し、光を放射する上側のp型DBR層22は、約95%の反射率を有している。また、n型及びp型DBR層13、22は、電気的には、2〜4×1018cm−3と高濃度に、n型DBR層13にはシリコンが、p型DBR層22には炭素がドープされ、低抵抗化が図られている。 The n-type and p-type DBR layers 13 and 22 optically reflect Al 0.5 Ga 0.5 As having a high refractive index and Al 0.95 Ga 0.05 As having a low refractive index. The film thicknesses are alternately stacked so that the film thickness is ¼ of the optical wavelength of the power. The lower n-type DBR layer 13 has a reflectance of 99.9% or more, and the upper p-type DBR layer 22 that emits light has a reflectance of about 95%. In addition, the n-type and p-type DBR layers 13 and 22 are electrically high in concentration of 2 to 4 × 10 18 cm −3 , the n-type DBR layer 13 is made of silicon, and the p-type DBR layer 22 is made of Carbon is doped to reduce the resistance.

p型コンタクト層24は、GaAs層に、不純物として炭素が2×1019cm−3と高濃度にドープされ、膜厚が20nm程度に形成されている。p型コンタクト層24は、注入電流に対して抵抗が低く、しかも、発光波長の吸収を抑制するために薄く形成されている。 The p-type contact layer 24 is formed by doping a GaAs layer with carbon as an impurity at a high concentration of 2 × 10 19 cm −3 and having a film thickness of about 20 nm. The p-type contact layer 24 has a low resistance to the injection current and is formed thin in order to suppress absorption of the emission wavelength.

図1(b)に示すように、p側電極25は、AuZnを主材料として、p型コンタクト層24とオーミックコンタクトが形成される。リング状の電極内径が95μm、幅が5μmに形成され、リング内側の十字状細線は幅が3μmである。p側電極25は、近接して配置されたボンディングパッド26に接続されている。リング状のp側電極25は、円形の発光領域層17と高抵抗領域20との境界に、上面から見て中心をほぼ一致させて重なる関係にある。n側電極29は、n型GaAs基板11の主面の反対側に、基板厚を調整した後、AuGeを主材料として、全面にオーミックコンタクトが形成されている。   As shown in FIG. 1B, the p-side electrode 25 is made of AuZn as a main material, and the p-type contact layer 24 and an ohmic contact are formed. The inner diameter of the ring-shaped electrode is 95 μm and the width is 5 μm, and the cross-shaped thin wire inside the ring has a width of 3 μm. The p-side electrode 25 is connected to a bonding pad 26 that is disposed close to the p-side electrode 25. The ring-shaped p-side electrode 25 overlaps the boundary between the circular light emitting region layer 17 and the high resistance region 20 so that the centers thereof substantially coincide with each other when viewed from above. The n-side electrode 29 has an ohmic contact formed on the entire surface with AuGe as the main material after adjusting the substrate thickness on the opposite side of the main surface of the n-type GaAs substrate 11.

次に、半導体発光素子1の製造方法を説明する。まず、図2(a)に示すように、1回目の結晶成長が行われる。n型GaAs基板11の主面上に、n型のバッファ層12、n型DBR層13、n型クラッド層14、発光層15、p型クラッド層16を順次成長し、その後、連続して、例えば、膜厚約0.7μmのn型InGaP調整層18、及び、例えば、膜厚約0.1μmのn型GaAs保護層19を、MOCVD(有機金属気相成長)法により形成する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting element 1 will be described. First, as shown in FIG. 2A, the first crystal growth is performed. On the main surface of the n-type GaAs substrate 11, an n-type buffer layer 12, an n-type DBR layer 13, an n-type cladding layer 14, a light emitting layer 15, and a p-type cladding layer 16 are sequentially grown. For example, the n-type InGaP adjustment layer 18 having a thickness of about 0.7 μm and the n-type GaAs protective layer 19 having a thickness of about 0.1 μm are formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).

MOCVD法では、In原料はトリメチルインジウム(TMI)、Ga原料はトリメチルガリウム(TMG)、Al原料はトリメチルアルミニウム(TMA)、As原料はアルシン(AsH)、P原料はホスフィン(PH)等の有機金属原料及び半導体材料ガスを使用する周知の方法が採用されている。n型ドーパントの原料にはシラン(SiH)、p型ドーパントの原料にはジメチル亜鉛(DMZ)または4臭化炭素(CBr)等を利用することができる。 In the MOCVD method, In material is trimethylindium (TMI), Ga material is trimethylgallium (TMG), Al material is trimethylaluminum (TMA), As material is arsine (AsH 3 ), P material is phosphine (PH 3 ), etc. A well-known method using an organic metal raw material and a semiconductor material gas is employed. Silane (SiH 4 ) can be used as the n-type dopant material, and dimethylzinc (DMZ) or carbon tetrabromide (CBr 4 ) can be used as the p-type dopant material.

図2(b)に示すように、発光領域となる予定の直径100μmの円形領域のn型GaAs保護層19上に、例えば、シリコン酸化膜からなるマスク層31を形成し、n型GaAs保護層19の上方から、プロトンをイオン注入する。このとき、イオン注入の加速エネルギーは、例えば、150keVに設定される。n型クラッド層14及び発光層15に、プロトンの濃度のピークが来るように、n型InGaP調整層18及びn型GaAs保護層19の膜厚は調整されている。発光領域層17にあるpn接合部分が高抵抗化される。なお、ドーズ量は、例えば、1×1015cm−2とした。 As shown in FIG. 2B, a mask layer 31 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the n-type GaAs protective layer 19 in a circular region with a diameter of 100 μm to be a light emitting region, and the n-type GaAs protective layer is formed. Proton ions are implanted from above 19. At this time, the acceleration energy of ion implantation is set to 150 keV, for example. The film thicknesses of the n-type InGaP adjustment layer 18 and the n-type GaAs protective layer 19 are adjusted so that the proton concentration peaks in the n-type cladding layer 14 and the light emitting layer 15. The resistance of the pn junction portion in the light emitting region layer 17 is increased. In addition, the dose amount was set to 1 × 10 15 cm −2 , for example.

図2(c)に示すように、マスク層31、n型InGaP調整層18及びn型GaAs保護層19は、順次、エッチング除去される。プロトンがマスク層31で遮蔽された発光領域層17が形成され、同時に、プロトンが注入された高抵抗領域20が選択的に形成される。   As shown in FIG. 2C, the mask layer 31, the n-type InGaP adjustment layer 18, and the n-type GaAs protective layer 19 are sequentially etched away. The light emitting region layer 17 in which protons are shielded by the mask layer 31 is formed, and at the same time, the high resistance region 20 into which protons are implanted is selectively formed.

図2(d)に示すように、2回目の結晶成長が行われる。表面に露出している平坦なp型クラッド層16及び高抵抗領域20の上に、p型DBR層22及びGaAsからなるp型コンタクト層24が、順次、MOCVD法により形成される。また、p型コンタクト層24の上に、例えば、n型InGaAlPからなる保護層(図示略)が形成される。   As shown in FIG. 2D, the second crystal growth is performed. A p-type DBR layer 22 and a p-type contact layer 24 made of GaAs are sequentially formed on the flat p-type cladding layer 16 and the high resistance region 20 exposed on the surface by MOCVD. Further, a protective layer (not shown) made of, for example, n-type InGaAlP is formed on the p-type contact layer 24.

この2回目の結晶成長は、前の工程で形成されている高抵抗領域20を維持しながら、新たに成長する結晶の品質を維持することが必要となる。すなわち、高抵抗領域20のプロトンが拡散する程の高温にすることなく、p型DBR層22及びp型コンタクト層24の結晶性を悪化させる程の低温ではない温度範囲での結晶成長である。選択した温度範囲は、500〜550℃である。   In the second crystal growth, it is necessary to maintain the quality of the newly grown crystal while maintaining the high resistance region 20 formed in the previous step. That is, crystal growth in a temperature range that is not low enough to deteriorate the crystallinity of the p-type DBR layer 22 and the p-type contact layer 24 without increasing the temperature so that protons in the high-resistance region 20 diffuse. The selected temperature range is 500-550 ° C.

発明者らの検討では、上述またはそれに類するプロトン打ち込み条件の試料は、約550℃より上昇すると回復現象が発生し、抵抗率が下がって行く。つまり、イオン注入後は550℃以下の温度でのプロセスのみ可能ということである。   According to the study by the inventors, the above-mentioned or similar proton implantation condition sample undergoes a recovery phenomenon when the temperature rises above about 550 ° C., and the resistivity decreases. In other words, after ion implantation, only a process at a temperature of 550 ° C. or lower is possible.

また、2回目の結晶成長で積層するp型DBR層22は、光を取り出す側の反射層及び電気伝導を目的とする層であり、また、p型コンタクト層24は電気伝導を目的とする層であるため、例えば、発光層15を含む発光領域層17のような高品質の結晶である必要は必ずしもない。発光領域層17を高品質の結晶とするためには、例えば、700℃で成長する必要があるが、p型DBR層22及びp型コンタクト層24は500℃で成長したものでも十分機能を果たすことが見出された。しかも、AlGaAsとGaAsは、比較的低温でも高濃度の炭素ドーピングが可能となり、p型の電気伝導層には適するものとなるという知見を得て、アルシン(AsH)の供給量を調整することにより、有機金属自体の炭素のオートドーピングを行い、AlGaAs系のp型DBR層22は2〜4×1018cm−3、GaAsからなるp型コンタクト層24は2×1019cm−3にドーピングを行った。 The p-type DBR layer 22 stacked in the second crystal growth is a reflective layer on the light extraction side and a layer intended for electrical conduction, and the p-type contact layer 24 is a layer intended for electrical conduction. Therefore, for example, it is not always necessary to be a high quality crystal like the light emitting region layer 17 including the light emitting layer 15. In order to make the light emitting region layer 17 a high-quality crystal, for example, it is necessary to grow it at 700 ° C., but the p-type DBR layer 22 and the p-type contact layer 24 function sufficiently even if grown at 500 ° C. It was found. Moreover, AlGaAs and GaAs can be doped with a high concentration of carbon even at a relatively low temperature, and the supply amount of arsine (AsH 3 ) is adjusted by obtaining the knowledge that AlGaAs and GaAs are suitable for p-type electrically conductive layers. Then, auto doping of carbon of the organic metal itself is performed, and the AlGaAs p-type DBR layer 22 is doped to 2 × 4 18 cm −3 and the p-type contact layer 24 made of GaAs is doped to 2 × 10 19 cm −3 . Went.

そして、2回目の結晶成長後、保護層が除去され、表面に露出したp型コンタクト層24の上に、内側に十字形を有するリング状のp側電極25及び円形のボンディングパッド26が、AuZn等の蒸着及びリフトオフ技術により形成された(図1(b)参照)。次に、n側電極29は、n型GaAs基板11の主面の反対側に、基板厚を薄く調整した後、AuGe等が全面に蒸着され、形成された。以上の製造工程を経て、図1(a)及び図1(b)に示すような、1辺が250〜300μmの概略直方体の半導体発光素子1が形成される。   After the second crystal growth, the protective layer is removed, and a ring-shaped p-side electrode 25 having a cross shape on the inside and a circular bonding pad 26 are formed on the Au-Zn layer on the p-type contact layer 24 exposed on the surface. It formed by the vapor deposition and lift-off techniques, etc. (refer FIG.1 (b)). Next, the n-side electrode 29 was formed on the opposite side of the main surface of the n-type GaAs substrate 11 by adjusting the substrate thickness to be thin and then depositing AuGe or the like on the entire surface. Through the above manufacturing process, a substantially rectangular parallelepiped semiconductor light emitting device 1 having a side of 250 to 300 μm is formed as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

上述した半導体発光素子1は、n型DBR層13の上に、n型クラッド層14と発光層15とp型クラッド層16とからなる発光領域層17を有し、発光領域層17の側部及びn型DBR層13の上部にプロトン注入により形成された高抵抗領域20、発光領域層17及び高抵抗領域20の上に接して形成された電流拡散層の機能も有するp型DBR層22、最上面に内側に十字形を有するリング状のp側電極55を備えるRC型LEDである。   The semiconductor light emitting device 1 described above has a light emitting region layer 17 composed of an n type cladding layer 14, a light emitting layer 15, and a p type cladding layer 16 on an n type DBR layer 13, and a side portion of the light emitting region layer 17. And a p-type DBR layer 22 having a function of a high-resistance region 20 formed by proton implantation on the n-type DBR layer 13, a light-emitting region layer 17, and a current diffusion layer formed on and in contact with the high-resistance region 20, The RC LED includes a ring-shaped p-side electrode 55 having a cross shape on the inner side on the top surface.

この半導体発光素子1は、p側及びn側電極25、29から発光層15に電流が注入され、発光層15から波長665nm付近の光が放射される。この光は、反射膜としての上下のn型及びp型DBR層13、22によって反射され、共振されて、フォトンリサイクリング効果により、発光スペクトル幅が約5nmまで狭められる。図1の半導体発光素子1では、発光層15からの光に対する反射率は、下側のn型DBR層13が99.9%と高いのに対し、上側のp型DBR層22が約95%と低い。このため、共振された光は、反射率が低い上側のp型DBR層22を介して、上側のp側電極25側に放射される。   In the semiconductor light emitting device 1, current is injected from the p-side and n-side electrodes 25 and 29 into the light emitting layer 15, and light having a wavelength of about 665 nm is emitted from the light emitting layer 15. This light is reflected by the upper and lower n-type and p-type DBR layers 13 and 22 as reflection films, resonated, and the emission spectrum width is narrowed to about 5 nm by the photon recycling effect. In the semiconductor light emitting device 1 of FIG. 1, the reflectance of light from the light emitting layer 15 is as high as 99.9% in the lower n-type DBR layer 13, whereas the reflectance in the upper p-type DBR layer 22 is about 95%. And low. Therefore, the resonated light is radiated to the upper p-side electrode 25 side through the upper p-type DBR layer 22 having a low reflectance.

半導体発光素子1は、樹脂封止されてないパッケージに塔載され、動作試験及び高温高湿試験に掛けられた。10mAのDCで駆動すると、半導体発光素子1の光出力は、1.5mWとなった。これは、同様な条件でパッケージ化された比較のための半導体発光素子101と比べて、約25%の光出力の向上となる。また、パッケージ温度60℃、湿度90%で、10mAの連続通電試験を行った。試験開始時の光出力に対する1000時間後の光出力の低下は、0.1dB以内であることが判明した。これは、例えば、同条件での要求仕様の一例である1dB以内を十分クリアしており、劣化が抑制されたことを示すものである。   The semiconductor light emitting device 1 was mounted in a package not sealed with resin and subjected to an operation test and a high temperature and high humidity test. When driven by DC of 10 mA, the light output of the semiconductor light emitting device 1 was 1.5 mW. This is an improvement in light output of about 25% compared to the comparative semiconductor light emitting device 101 packaged under similar conditions. In addition, a continuous current test of 10 mA was performed at a package temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%. It was found that the decrease in light output after 1000 hours with respect to the light output at the start of the test was within 0.1 dB. This indicates, for example, that it is sufficiently cleared within 1 dB, which is an example of the required specification under the same conditions, and indicates that the deterioration is suppressed.

なお、この高温高湿試験において、半導体発光素子1の劣化が抑制される理由は、従来例と比較して、次のように推測される。半導体発光素子1の高抵抗領域20は、上部のp側電極25と下部のn側電極29の間、特に、p側電極25から約1μm離間した位置にあって、電流通路を狭窄する作用を有する。   In the high temperature and high humidity test, the reason why the deterioration of the semiconductor light emitting element 1 is suppressed is estimated as follows compared to the conventional example. The high resistance region 20 of the semiconductor light emitting device 1 is located between the upper p-side electrode 25 and the lower n-side electrode 29, particularly at a position about 1 μm away from the p-side electrode 25, and acts to narrow the current path. Have.

図3に示すように、p側電極25とn側電極29との間に通電されると、電流35は、炭素が高濃度にドープされて低抵抗化されたp型コンタクト層24及びp型DBR層22を通り、発光領域層17にあるpn接合部に供給される。p側電極25からの電流35を妨げるものは、半導体発光素子1の表面近傍には存在しない。すなわち、従来、半導体発光素子101では、イオン注入で形成された高抵抗領域120を有し、高抵抗領域120が接したp側電極125の表面の細線部分等を起点として発生していた酸化による変質が、半導体発光素子1では、発生せず、その結果、光出力の低下は起こらないと推測される。   As shown in FIG. 3, when a current is passed between the p-side electrode 25 and the n-side electrode 29, the current 35 is generated by the p-type contact layer 24 and the p-type that have been doped with carbon at a high concentration to reduce the resistance. It passes through the DBR layer 22 and is supplied to the pn junction in the light emitting region layer 17. What prevents the current 35 from the p-side electrode 25 does not exist in the vicinity of the surface of the semiconductor light emitting device 1. That is, conventionally, the semiconductor light emitting device 101 has a high resistance region 120 formed by ion implantation, and is due to oxidation that has occurred starting from a thin line portion on the surface of the p-side electrode 125 in contact with the high resistance region 120. It is presumed that the alteration does not occur in the semiconductor light emitting device 1, and as a result, the light output does not decrease.

また、従来に比較して、光出力の向上が図れる理由は、次のように推測される。半導体発光素子1は、p側電極25のp型コンタクト層24との接触面を全て有効に使って接触抵抗を低減し、炭素が高濃度にドープされたp型コンタクト層24及びp型DBR層22が低抵抗化され、比較的多くの電流が、比較的均一にpn接合部に供給された結果であると考えられる。   The reason why the light output can be improved as compared with the conventional case is presumed as follows. The semiconductor light emitting device 1 effectively reduces the contact resistance by effectively using the contact surface of the p-side electrode 25 with the p-type contact layer 24, and the p-type contact layer 24 and the p-type DBR layer doped with carbon at a high concentration. This is considered to be a result of the resistance of the 22 being reduced and a relatively large amount of current being supplied to the pn junction relatively uniformly.

また、半導体発光素子1は、高速応答性が実現されている。n型クラッド層14及び発光層15に、プロトンの濃度のピークが来るように、n型InGaP調整層18及びn型GaAs保護層19の膜厚は調整されている。このpn接合部分が効率よく高抵抗化された結果、接合の容量は低減化されたことによる。   In addition, the semiconductor light emitting element 1 realizes high-speed response. The film thicknesses of the n-type InGaP adjustment layer 18 and the n-type GaAs protective layer 19 are adjusted so that the proton concentration peaks in the n-type cladding layer 14 and the light emitting layer 15. This is because the capacitance of the junction is reduced as a result of efficiently increasing the resistance of the pn junction.

本発明の実施例2に係る半導体発光素子について、図4を参照しながら説明する。図4は半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。実施例1と同様な半導体層構造を基に、n型及びp型DBR層を厚くして、VCSELに適用している点が、実施例1とは異なっている。以下、実施例1と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。   A semiconductor light emitting device according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the semiconductor light emitting device. The difference from Example 1 is that the n-type and p-type DBR layers are thickened and applied to the VCSEL based on the same semiconductor layer structure as in Example 1. In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different components will be described.

図4に示すように、半導体発光素子2は、実施例1の半導体発光素子1と多くの構成要素が同じであるが、主に、n型DBR層43、発光領域層17の径、p型DBR層52、及びp側電極55が異なっている。   As shown in FIG. 4, the semiconductor light emitting device 2 has many of the same components as the semiconductor light emitting device 1 of Example 1, but mainly includes the n-type DBR layer 43, the diameter of the light emitting region layer 17, and the p-type. The DBR layer 52 and the p-side electrode 55 are different.

n型DBR層43は、AlGaAs系、すなわち、Al0.5Ga0.5AsとAl0.95Ga0.05Asを交互に積層した構造で、繰り返し数は50ペアである。 The n-type DBR layer 43 is AlGaAs-based, that is, a structure in which Al 0.5 Ga 0.5 As and Al 0.95 Ga 0.05 As are alternately stacked, and the number of repetitions is 50 pairs.

発光領域層17は、直径が10μmと小さくされた他は、半導体発光素子1と同様である。その結果、高抵抗領域20は、直径10μmの発光領域層17の側部を、半導体発光素子1と同様に取り囲んでいる。   The light emitting region layer 17 is the same as the semiconductor light emitting element 1 except that the diameter is reduced to 10 μm. As a result, the high resistance region 20 surrounds the side portion of the light emitting region layer 17 having a diameter of 10 μm similarly to the semiconductor light emitting element 1.

p型DBR層52は、発光領域層17及び高抵抗領域20に接して直上にあり、n型DBR層13と同様な組成でp型にドープされた積層構造をなし、繰り返し数は30ペア、膜厚は約3μmである。   The p-type DBR layer 52 is in direct contact with the light-emitting region layer 17 and the high-resistance region 20, has a laminated structure doped with p-type with the same composition as the n-type DBR layer 13, and has 30 pairs of repetitions. The film thickness is about 3 μm.

p側電極55は、リング状をなし、リングの内径が9μm、幅が5μmに形成されている。p側電極55は、近接して配置されたボンディングパッド(図示略)に接続されている。リング状のp側電極55は、円形の発光領域層17と高抵抗領域20との境界に、上面から見て、中心をほぼ一致させて重なる関係にある。   The p-side electrode 55 has a ring shape, and the inner diameter of the ring is 9 μm and the width is 5 μm. The p-side electrode 55 is connected to a bonding pad (not shown) arranged close to the p-side electrode 55. The ring-shaped p-side electrode 55 overlaps the boundary between the circular light emitting region layer 17 and the high resistance region 20 so that the centers are substantially coincided with each other when viewed from above.

半導体発光素子2の製造方法は、実施例1の半導体発光素子1とほぼ同様である。ただし、n型及びp型DBR層43、52は厚く結晶成長される。p型DBR層52は膜厚約3μmと厚くなるが、このp型DBR層52を成長する前に、プロトン注入により高抵抗領域20を形成することができるために、プロトン注入条件の変更等は必要ない。また、発光領域層17の直径が10μmと小さく、それに見合うp側電極55も小さくなるので、使用するマスクパターン等を変更して形成する。その結果、1辺が250〜300μmの概略直方体の半導体発光素子2が形成される。   The manufacturing method of the semiconductor light emitting device 2 is substantially the same as that of the semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment. However, the n-type and p-type DBR layers 43 and 52 are thickly grown. Although the p-type DBR layer 52 is as thick as about 3 μm, the high-resistance region 20 can be formed by proton implantation before the p-type DBR layer 52 is grown. unnecessary. Moreover, since the diameter of the light emitting region layer 17 is as small as 10 μm and the corresponding p-side electrode 55 is also small, it is formed by changing the mask pattern used. As a result, a substantially rectangular parallelepiped semiconductor light emitting element 2 having one side of 250 to 300 μm is formed.

上述した半導体発光素子2は、n型DBR層43の上に、n型クラッド層14と発光層15とp型クラッド層16とからなる発光領域層17を有し、発光領域層17の側部及びn型DBR層43の上部にプロトン注入により形成された高抵抗領域20、発光領域層17及び高抵抗領域20の上に接して形成された電流拡散層の機能も有するp型DBR層52、最上面にリング状のp側電極55を備えるVCSELである。   The semiconductor light emitting device 2 described above has a light emitting region layer 17 composed of an n type cladding layer 14, a light emitting layer 15, and a p type cladding layer 16 on an n type DBR layer 43, and a side portion of the light emitting region layer 17. A p-type DBR layer 52 having a function of a high-resistance region 20 formed by proton implantation on the n-type DBR layer 43, a light-emitting region layer 17 and a current diffusion layer formed on and in contact with the high-resistance region 20; The VCSEL includes a ring-shaped p-side electrode 55 on the uppermost surface.

この半導体発光素子2は、p側及びn側電極55、29から発光層15に電流が注入され、発光層15から波長665nmの光が放射される。この光は、反射膜としての上下のn型及びp型DBR層43、52によって反射され、共振されて、誘導放出が起こり、レーザ光となる。半導体発光素子2では、発光層15からの光に対する反射率は、下側のn型DBR層43が99.95%と高いのに対し、上側のp型DBR層52が約99%と幾分低い。このため、共振された光は、反射率が低い上側のp型DBR層52を介して、上側のp側電極55側に放射される。   In the semiconductor light emitting device 2, current is injected from the p-side and n-side electrodes 55 and 29 into the light emitting layer 15, and light having a wavelength of 665 nm is emitted from the light emitting layer 15. This light is reflected by the upper and lower n-type and p-type DBR layers 43 and 52 serving as a reflective film, resonated, and stimulated emission occurs to become laser light. In the semiconductor light emitting device 2, the reflectance with respect to the light from the light emitting layer 15 is as high as 99.95% in the lower n-type DBR layer 43, whereas the reflectance of the upper p-type DBR layer 52 is approximately 99%. Low. Therefore, the resonated light is radiated to the upper p-side electrode 55 side through the upper p-type DBR layer 52 having a low reflectance.

半導体発光素子2の動作試験では、発振しきい値電流約2.5mA、最高発振温度60℃と、この波長帯のLDとしては、良好な特性が得られた。VCSELである半導体発光素子2は、RC型LEDである実施例1の半導体発光素子1と一概に比較することはできない。そこで、従来の半導体発光素子101とほぼ同様な半導体層構造を有し、発光領域層の径を10μmとしたVCSELを作製して、比較した。その結果、本実施例の半導体発光素子2は、2000時間の通電発振後もしきい値の変動は小さく、近視野像にも異常は見られなかった。半導体発光素子2の表面には、p側電極55の細線部分を起点するような酸化は見られず、劣化は起こってない。一方、従来の半導体発光素子101では、1000時間で表面に変色が観察され、発振不能な素子が発生した。   In the operation test of the semiconductor light emitting device 2, the oscillation threshold current was about 2.5 mA, the maximum oscillation temperature was 60 ° C., and good characteristics were obtained as the LD of this wavelength band. The semiconductor light emitting device 2 that is a VCSEL cannot be compared with the semiconductor light emitting device 1 of Example 1 that is an RC type LED. Therefore, a VCSEL having a semiconductor layer structure substantially similar to that of the conventional semiconductor light emitting element 101 and having a light emitting region layer diameter of 10 μm was manufactured and compared. As a result, in the semiconductor light emitting device 2 of this example, the fluctuation of the threshold value was small even after 2000-hour energization oscillation, and no abnormality was observed in the near-field image. On the surface of the semiconductor light emitting device 2, no oxidation is observed starting from the thin line portion of the p-side electrode 55, and no deterioration occurs. On the other hand, in the conventional semiconductor light emitting device 101, discoloration was observed on the surface in 1000 hours, and an element that was not able to oscillate was generated.

また、半導体発光素子2は、プロトン注入時のダメージの影響を受けにくいので、良好な特性を有している。つまり、高抵抗領域20を作製するとき、プロトンを注入する加速エネルギーが約150keVと小さく、そのダメージも小さく抑えられている。一方、従来の半導体発光素子101とほぼ同様な半導体層構造を有するVCSELでは、高抵抗領域を作製するとき、既に成長済みのp型DBR層を介してプロトンを注入するために、相当高い加速エネルギーが必要となり、このプロトン注入によるダメージが、発振特性を劣化させている可能性が考えられる。   Further, the semiconductor light emitting device 2 has good characteristics because it is not easily affected by damage during proton implantation. That is, when the high resistance region 20 is manufactured, the acceleration energy for injecting protons is as small as about 150 keV, and the damage is suppressed to a small level. On the other hand, in a VCSEL having a semiconductor layer structure substantially similar to that of the conventional semiconductor light emitting device 101, when a high resistance region is produced, protons are injected through the already grown p-type DBR layer. Therefore, there is a possibility that the damage due to the proton injection deteriorates the oscillation characteristics.

また、プロトン注入による半導体発光素子2は、偏波制御のため傾斜基板を用いても、結晶の異方性の影響は小さい。つまり、いわゆる選択酸化型のVCSELは、偏波制御のため傾斜基板を用いると、選択酸化に異方性が生じ、異方性の影響を考慮しなければならないという別の問題が発生するが、半導体発光素子2では異方性の問題が抑制されるので、煩雑な工程を必要としない。   In addition, the semiconductor light emitting device 2 by proton implantation has a small influence of crystal anisotropy even when an inclined substrate is used for polarization control. That is, in the so-called selective oxidation type VCSEL, when a tilted substrate is used for polarization control, anisotropy occurs in selective oxidation, and another problem arises that the influence of anisotropy must be considered. In the semiconductor light emitting element 2, since the problem of anisotropy is suppressed, a complicated process is not required.

また、半導体発光素子2は、従来の半導体発光素子101よりスロープ効率が改善されている。光出力の向上が図られている。半導体発光素子1と同様に、p側電極55のp型コンタクト層24との接触面を全て有効に使って接触抵抗を低減し、炭素が高濃度にドープされたp型コンタクト層24及びp型DBR層52が低抵抗化され、比較的多くの電流が、比較的均一にpn接合部に供給された結果であると考えられる。   Further, the slope efficiency of the semiconductor light emitting element 2 is improved as compared with the conventional semiconductor light emitting element 101. The light output is improved. Similar to the semiconductor light emitting device 1, the contact surface of the p-side electrode 55 with the p-type contact layer 24 is effectively used to reduce contact resistance, and the p-type contact layer 24 and p-type doped with carbon at a high concentration. The resistance of the DBR layer 52 is reduced, and a relatively large amount of current is considered to be a result of being supplied to the pn junction relatively uniformly.

また、半導体発光素子2は、pn接合部分が効率よく高抵抗化されるので、接合の容量は低減化され、高速応答性が実現されている。   In the semiconductor light emitting device 2, the pn junction portion is efficiently increased in resistance, so that the junction capacitance is reduced and high-speed response is realized.

本発明の実施例3に係る半導体発光素子について、図5を参照しながら説明する。図5は半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。実施例1とは、p型DBR層の形態が異なっている。以下、実施例1と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。   A semiconductor light-emitting device according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the semiconductor light emitting device. The p-type DBR layer is different from the first embodiment. In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different components will be described.

図5に示すように、半導体発光素子3は、実施例1の半導体発光素子1と多くの構成要素が同じであるが、主に、p型DBR層62、p型電流拡散層63、及びp側電極65が異なっている。   As shown in FIG. 5, the semiconductor light emitting device 3 has the same components as the semiconductor light emitting device 1 of Example 1, but mainly includes a p-type DBR layer 62, a p-type current diffusion layer 63, and a p-type current diffusion layer 63. The side electrodes 65 are different.

p型DBR層62は、発光領域層17の上に、Al0.5Ga0.5AsとAl0.95Ga0.05Asを交互に6ペア積層した構造で、1回目の結晶成長で形成されている。成長後、調整層及び保護層(図示略)等を介して、p型DBR層62の上方から、プロトン注入が実行され、p型DBR層62の側部も、高抵抗領域20に組み込まれている。側部を高抵抗領域20に囲まれた、プロトンが注入されてない円柱状の領域は、上部から、p型DBR層62、発光領域層17、及びn型DBR層13の上部である。 The p-type DBR layer 62 has a structure in which six pairs of Al 0.5 Ga 0.5 As and Al 0.95 Ga 0.05 As are alternately stacked on the light emitting region layer 17 in the first crystal growth. Is formed. After the growth, proton implantation is performed from above the p-type DBR layer 62 through the adjustment layer, the protective layer (not shown), and the like, and the side portion of the p-type DBR layer 62 is also incorporated into the high resistance region 20. Yes. A columnar region surrounded by the high resistance region 20 and not injected with protons is an upper portion of the p-type DBR layer 62, the light emitting region layer 17, and the n-type DBR layer 13 from above.

p型電流拡散層63は、p型DBR層62及び高抵抗領域20の上に、2回目の結晶成長で形成される。炭素が2〜4×1018cm−3の濃度にドープされたp型のAl0.7Ga0.3Asからなる膜厚約0.6μm単層である。 The p-type current diffusion layer 63 is formed on the p-type DBR layer 62 and the high resistance region 20 by the second crystal growth. It is a monolayer of about 0.6 μm thick made of p-type Al 0.7 Ga 0.3 As doped with carbon at a concentration of 2 to 4 × 10 18 cm −3 .

p側電極65は、p型電流拡散層63の上のp型コンタクト層24上に、リングの内径が110μm、幅が5μmのリング状に形成されている。p側電極65は、近接して配置されたボンディングパッド(図示略)に接続されている。リング状のp側電極65は、p型DBR層62と高抵抗領域20との円形の境界に対して、上面から見て中心をほぼ一致させて外側にリング内径が配置されている。p側電極65の材料等は、半導体発光素子1のp側電極25と同様である。   The p-side electrode 65 is formed on the p-type contact layer 24 on the p-type current diffusion layer 63 in a ring shape having an inner diameter of 110 μm and a width of 5 μm. The p-side electrode 65 is connected to a bonding pad (not shown) arranged close to the p-side electrode 65. The ring-shaped p-side electrode 65 has a ring inner diameter arranged on the outer side with the center substantially coincided with the circular boundary between the p-type DBR layer 62 and the high resistance region 20 when viewed from above. The material of the p-side electrode 65 is the same as that of the p-side electrode 25 of the semiconductor light emitting device 1.

半導体発光素子3の製造方法は、一部上述したように、p型DBR層62を1回目の結晶成長で形成する。プロトン注入時、発光領域層17のpn接合部の表面からの位置を、実施例1とほぼ同じにするために、n型InGaP調整層(図示略)の厚さを、約0.1μmとなるように薄く形成する。その後、実施例1とほぼ同じ条件で、プロトン注入を行う。   In part of the method for manufacturing the semiconductor light emitting device 3, as described above, the p-type DBR layer 62 is formed by the first crystal growth. At the time of proton injection, the thickness of the n-type InGaP adjustment layer (not shown) is about 0.1 μm so that the position of the light emitting region layer 17 from the surface of the pn junction is substantially the same as in Example 1. So thin. Thereafter, proton implantation is performed under substantially the same conditions as in Example 1.

2回目の結晶成長は、p型DBR層62及び高抵抗領域20の上に、p型電流拡散層63が成長される。また、p側電極65は、径が大きくなるので、使用するマスクパターン等を変更して形成する。他の製造方法は、実施例1の半導体発光素子1の製造方法とほぼ同様である。その結果、1辺が250〜300μmの概略直方体の半導体発光素子3が形成される。   In the second crystal growth, the p-type current diffusion layer 63 is grown on the p-type DBR layer 62 and the high resistance region 20. Moreover, since the diameter of the p-side electrode 65 is increased, the p-side electrode 65 is formed by changing the mask pattern to be used. Other manufacturing methods are almost the same as the manufacturing method of the semiconductor light emitting device 1 of the first embodiment. As a result, a substantially rectangular semiconductor light emitting element 3 having a side of 250 to 300 μm is formed.

上述した半導体発光素子3は、発光領域層17の上に、p型DBR層62を有し、発光領域層17とp型DBR層62の側部、及びn型DBR層13の上部にプロトン注入により形成された高抵抗領域20、p型DBR層62及び高抵抗領域20の上に接して形成されたp型電流拡散層63、最上面にリング状のp側電極65を備えるRC型LEDである。   The semiconductor light emitting element 3 described above has a p-type DBR layer 62 on the light emitting region layer 17, and protons are injected into the side portions of the light emitting region layer 17 and the p type DBR layer 62 and on the n type DBR layer 13. RC type LED including a high resistance region 20 formed by the above, a p type DBR layer 62 and a p type current diffusion layer 63 formed on and in contact with the high resistance region 20, and a ring-shaped p-side electrode 65 on the uppermost surface. is there.

この半導体発光素子3は、実施例1の半導体発光素子1と同様に動作試験及び高温高湿試験に掛けられた。半導体発光素子3では、発光層15からの光に対する反射率は、下側のn型DBR層13が99.9%と高いのに対し、上側のp型DBR層62が約90%と低い。このため、共振された光は、反射率が低い上側のp型DBR層62を介して、上側のp側電極65側に放射される。   This semiconductor light emitting device 3 was subjected to an operation test and a high temperature and high humidity test in the same manner as the semiconductor light emitting device 1 of Example 1. In the semiconductor light emitting device 3, the reflectance with respect to the light from the light emitting layer 15 is as high as 99.9% for the lower n-type DBR layer 13, and as low as about 90% for the upper p-type DBR layer 62. Therefore, the resonated light is radiated to the upper p-side electrode 65 side through the upper p-type DBR layer 62 having a low reflectance.

10mAのDCで駆動されると、半導体発光素子3の光出力は、半導体発光素子1に比較して約5〜10%の向上が見られる。また、パッケージ温度60℃、湿度90%で、10mAの連続通電試験では、半導体発光素子1と同様な結果が得られる。半導体発光素子1と比較して、上側のp型DBR層62の繰り返し数は少ないので、共振効果は低下するものの、p型DBR層62の上に、電流拡散のためのp型電流拡散層63を形成したことにより、電流拡散の効果は大きくなる。その結果、リング状のp側電極65から発光領域層17のpn接合部へ、より均一化された電流が供給され、また、内径を大きくしたリング状のp側電極65により、放射光の取り出しが妨げられる割合が減少したことによって、光出力の向上となる。   When driven by DC of 10 mA, the light output of the semiconductor light emitting device 3 is improved by about 5 to 10% as compared with the semiconductor light emitting device 1. Further, in a continuous current test of 10 mA at a package temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%, the same result as that of the semiconductor light emitting device 1 is obtained. Since the number of repetitions of the upper p-type DBR layer 62 is smaller than that of the semiconductor light emitting device 1, the resonance effect is reduced, but the p-type current diffusion layer 63 for current diffusion is formed on the p-type DBR layer 62. As a result of the formation, the effect of current diffusion is increased. As a result, a more uniform current is supplied from the ring-shaped p-side electrode 65 to the pn junction portion of the light emitting region layer 17 and the emitted light is extracted by the ring-shaped p-side electrode 65 having an enlarged inner diameter. The light output is improved by reducing the ratio of obstruction.

その他に、実施例1の半導体発光素子1と同様な効果を有している。   In addition, the same effects as those of the semiconductor light emitting device 1 of Example 1 are obtained.

本発明の実施例4に係る半導体発光素子について、図6を参照しながら説明する。図6は半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。実施例1とは、n型及びp型DBR層をn型及びp型電流拡散層に置き換えた点が異なっている。以下、実施例1と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。   A semiconductor light-emitting device according to Example 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the semiconductor light emitting device. The difference from Example 1 is that the n-type and p-type DBR layers are replaced with n-type and p-type current spreading layers. In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different components will be described.

図6に示すように、半導体発光素子4は、実施例1の半導体発光素子1と多くの構成要素が同じであるが、主に、n型電流拡散層73及びp型電流拡散層82が異なっている。   As shown in FIG. 6, the semiconductor light emitting device 4 has many of the same components as the semiconductor light emitting device 1 of Example 1, but mainly differs in the n-type current diffusion layer 73 and the p-type current diffusion layer 82. ing.

n型電流拡散層73は、n型のバッファ層12の上に、n型の不純物、例えば、シリコンが高濃度にドープされたn型のAl0.7Ga0.3Asからなる膜厚約4μmの単層である。 The n-type current diffusion layer 73 is formed on the n-type buffer layer 12 with an n-type impurity such as n-type Al 0.7 Ga 0.3 As doped with silicon at a high concentration. A single layer of 4 μm.

p型電流拡散層82は、発光領域層17及び高抵抗領域20の上に、2回目の結晶成長で形成される。炭素が2〜4×1018cm−3の濃度にドープされたp型のAl0.7Ga0.3Asからなる膜厚約1μmの単層である。 The p-type current diffusion layer 82 is formed on the light emitting region layer 17 and the high resistance region 20 by the second crystal growth. It is a single layer having a thickness of about 1 μm made of p-type Al 0.7 Ga 0.3 As doped with carbon at a concentration of 2 to 4 × 10 18 cm −3 .

半導体発光素子4の製造方法は、n型電流拡散層73を1回目の結晶成長で形成し、p型電流拡散層82を2回目の結晶成長で形成する。実施例1のn型及びp型DBR層を置き換えて、それぞれ、これらの単層を結晶成長する。   In the method for manufacturing the semiconductor light emitting device 4, the n-type current diffusion layer 73 is formed by the first crystal growth, and the p-type current diffusion layer 82 is formed by the second crystal growth. The n-type and p-type DBR layers of Example 1 are replaced, and these single layers are crystal-grown, respectively.

上述した半導体発光素子4は、n型のバッファ層12の上にn型電流拡散層73を有し、発光領域層17の側部及びn型電流拡散層73の上部にプロトン注入により形成された高抵抗領域20、発光領域層17及び高抵抗領域20の上に接して形成されたp型電流拡散層82、最上面に十字形の細線が内側に接続されたリング状のp側電極25を備えるLEDである。   The semiconductor light-emitting element 4 described above has an n-type current diffusion layer 73 on the n-type buffer layer 12, and is formed by proton injection on the side of the light-emitting region layer 17 and on the top of the n-type current diffusion layer 73. A p-type current diffusion layer 82 formed on and in contact with the high-resistance region 20, the light-emitting region layer 17 and the high-resistance region 20, and a ring-shaped p-side electrode 25 with a cross-shaped thin wire connected to the innermost surface on the top surface. It is LED provided.

この半導体発光素子4は、実施例1の半導体発光素子1と同様に動作試験及び高温高湿試験に掛けられた。半導体発光素子4では、n型及びp型DBR層を備えていないので、半導体発光素子1のような意図的な反射は起こらず、発光した光は、発光領域層17の円柱に沿った上側から強く放射され、同時に、側面からも放射される。   This semiconductor light emitting device 4 was subjected to an operation test and a high temperature and high humidity test in the same manner as the semiconductor light emitting device 1 of Example 1. Since the semiconductor light emitting device 4 does not include the n-type and p-type DBR layers, intentional reflection does not occur as in the semiconductor light emitting device 1, and the emitted light is emitted from the upper side along the cylinder of the light emitting region layer 17. Strongly radiated and simultaneously radiated from the side.

10mAのDCで駆動されると、半導体発光素子4の光出力は、半導体発光素子1に比較して約10%の向上が見られた。また、パッケージ温度60℃、湿度90%で、10mAの連続通電試験では、半導体発光素子1と同様な結果が得られている。半導体発光素子1と比較して、発光領域層17の上側に接するp型電流拡散層82を形成したことにより、電流拡散の効果は大きくなる。その結果、十字形の細線が内側に接続されたリング状のp側電極25から発光領域層17のpn接合部へ、より均一化された電流が供給されることによって、光出力の向上となる。ただし、共振構造をなくしたことによるフォトンリサイクリング効果がないため、出力の改善は約10%にとどまる。   When driven by DC of 10 mA, the light output of the semiconductor light emitting device 4 was improved by about 10% compared to the semiconductor light emitting device 1. Further, in a 10 mA continuous energization test at a package temperature of 60 ° C. and a humidity of 90%, the same result as that of the semiconductor light emitting device 1 was obtained. Compared with the semiconductor light emitting element 1, the effect of current diffusion is increased by forming the p-type current diffusion layer 82 in contact with the upper side of the light emitting region layer 17. As a result, the light output is improved by supplying a more uniform current from the ring-shaped p-side electrode 25 having the cruciform thin line connected to the inside to the pn junction of the light emitting region layer 17. . However, since there is no photon recycling effect due to the elimination of the resonant structure, the output improvement is only about 10%.

なお、発光領域層17とp側電極25との間にある、p型電流拡散層82は、厚い方がpn接合部へより均一化された電流が供給されることが分かっているが、p型電流拡散層82の厚さが約5μmを越えると、電流の経路が長くなり、抵抗が増加して、駆動電圧が増加し、高速動作が難しくなることが分かった。逆に、p型電流拡散層83は、薄くなると、抵抗が小さくなるものの、pn接合部へ均一化された電流が供給されにくくなり、約0.5μmを下回ると光出力は低下することも分かった。   It is known that a thicker p-type current diffusion layer 82 between the light emitting region layer 17 and the p-side electrode 25 supplies a more uniform current to the pn junction. It has been found that when the thickness of the type current diffusion layer 82 exceeds about 5 μm, the current path becomes longer, the resistance increases, the drive voltage increases, and high-speed operation becomes difficult. On the contrary, when the p-type current diffusion layer 83 becomes thin, the resistance decreases, but it becomes difficult to supply a uniform current to the pn junction, and the light output decreases below about 0.5 μm. It was.

また、半導体発光素子4は、実施例1の半導体発光素子1と比較して、n型及びp型DBR層を不要とするので、構造が簡単で、生産歩留まりは高くなる。n型クラッド層14及び発光層15に、プロトンの濃度のピークが来るように、高抵抗領域20が形成された結果、接合の容量は低減化されているので、250Mbps程度の高速応答性が実現されている。実施例1の半導体発光素子1より伝送速度が小さくなるが、低価格用途に適用可能である。その他に、実施例1の半導体発光素子1と同様な効果を有している。   Further, the semiconductor light emitting device 4 does not require the n-type and p-type DBR layers as compared with the semiconductor light emitting device 1 of Example 1, so that the structure is simple and the production yield is increased. As a result of the formation of the high resistance region 20 so that the proton concentration peaks in the n-type cladding layer 14 and the light emitting layer 15, the junction capacity is reduced, so that high-speed response of about 250 Mbps is realized. Has been. Although the transmission speed is lower than that of the semiconductor light emitting device 1 of Example 1, it is applicable to low-cost applications. In addition, the same effects as those of the semiconductor light emitting device 1 of Example 1 are obtained.

次に、本発明の実施例4の変形例を図7を参照しながら説明する。図7は半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図である。実施例4とは、n型GaAs基板をn型GaP基板に置き換えた点が異なっている。以下、実施例4と同一構成部分には同一の符号を付して、その説明は省略し、異なる構成部分について説明する。   Next, a modification of the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the semiconductor light emitting device. The difference from Example 4 is that the n-type GaAs substrate is replaced with an n-type GaP substrate. Hereinafter, the same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different components will be described.

図7に示すように、半導体発光素子5は、上述の半導体発光素子4と多くの構成要素が同じであるが、主に、n型GaP基板71及び接着層72が異なっている。   As shown in FIG. 7, the semiconductor light emitting device 5 has the same components as the semiconductor light emitting device 4 described above, but mainly differs in the n-type GaP substrate 71 and the adhesive layer 72.

n型GaP基板71は、n型GaAs基板を置き換えた位置に配置され、n型電流拡散層73とは、接着層72を介して、接合されている。   The n-type GaP substrate 71 is disposed at a position where the n-type GaAs substrate is replaced, and is bonded to the n-type current diffusion layer 73 via the adhesive layer 72.

半導体発光素子3の製造方法は、実施例4の半導体発光素子4とは大きく異なっている。図示を省略するが、1回目の結晶成長で、pn接合を逆の方向から、例えば、n型GaAs基板上に、バッファ層、n型InGaP調整層、p型クラッド層16、発光層15、n型クラッド層14、n型電流拡散層73、及びn型接着層72が順次成長される。次に、n型接着層72に接して、高温処理により、n型GaP基板71が接着される。次に、n型GaAs基板及びバッファ層がエッチング除去され、n型InGaP調整層が露出される。以降は、半導体発光素子4と同様に、n型InGaP調整層の上方からプロトンのイオン注入、n型InGaP調整層の除去後、次に、2回目の結晶成長が行われる。なお、表面を保護するための保護層及びエッチング停止層等は省略されている。   The manufacturing method of the semiconductor light emitting device 3 is greatly different from that of the semiconductor light emitting device 4 of the fourth embodiment. Although illustration is omitted, in the first crystal growth, the buffer layer, the n-type InGaP adjustment layer, the p-type cladding layer 16, the light emitting layer 15, and the n-type GaAs substrate are formed on the n-type GaAs substrate in the reverse direction. The mold cladding layer 14, the n-type current diffusion layer 73, and the n-type adhesive layer 72 are grown sequentially. Next, the n-type GaP substrate 71 is bonded to the n-type adhesive layer 72 by high-temperature processing. Next, the n-type GaAs substrate and the buffer layer are etched away, and the n-type InGaP adjustment layer is exposed. Thereafter, similarly to the semiconductor light emitting element 4, after the ion implantation of protons from above the n-type InGaP adjustment layer and the removal of the n-type InGaP adjustment layer, the second crystal growth is performed. A protective layer for protecting the surface, an etching stop layer, and the like are omitted.

上述した半導体発光素子5は、n型GaP基板71の上にn型接着層72を介してn型電流拡散層73を有し、発光領域層17の側部及びn型電流拡散層73の上部にプロトン注入により形成された高抵抗領域20、発光領域層17及び高抵抗領域20の上に接して形成されたp型電流拡散層82、最上面に十字形の細線が内側に接続されたリング状のp側電極25を備えるLEDである。   The semiconductor light-emitting element 5 described above has an n-type current diffusion layer 73 on an n-type GaP substrate 71 via an n-type adhesive layer 72, and has a side portion of the light emitting region layer 17 and an upper portion of the n-type current diffusion layer 73. A high resistance region 20 formed by proton implantation, a p-type current diffusion layer 82 formed on and in contact with the light emitting region layer 17 and the high resistance region 20, and a ring having a cross-shaped thin line connected to the inside on the top surface. It is LED provided with the shape p-side electrode 25. FIG.

この半導体発光素子5は、実施例4の半導体発光素子4と同様に動作試験及び高温高湿試験に掛けられた。半導体発光素子5は、半導体発光素子4と同様な効果を有している。その他に、発光波長に透明なn型GaP基板71を備えているので、発光した光は、発光領域層17の円柱形状に沿った上側からばかりでなく、下側のn型GaP基板71の側面からも放出され、実施例4の半導体発光素子4の約1.5倍の光出力を示す。   This semiconductor light emitting device 5 was subjected to an operation test and a high temperature and high humidity test in the same manner as the semiconductor light emitting device 4 of Example 4. The semiconductor light emitting element 5 has the same effect as the semiconductor light emitting element 4. In addition, since the n-type GaP substrate 71 transparent to the emission wavelength is provided, the emitted light is not only from the upper side along the cylindrical shape of the light emitting region layer 17 but also from the side surface of the lower n-type GaP substrate 71. And the light output is about 1.5 times that of the semiconductor light emitting device 4 of Example 4.

本発明は、上述した各実施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内で、種々、変形して実施することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、実施例では、半導体発光素子は、n型GaAs基板またはn型GaP基板の上に、n型の半導体層、発光層、次にp型の半導体層が形成されているが、逆に、p型GaAs基板またはp型GaP基板の上に、p型の半導体層、活性層、次にn型の半導体層が形成されていてもよい。   For example, in the embodiment, the semiconductor light emitting device has an n type semiconductor layer, a light emitting layer, and then a p type semiconductor layer formed on an n type GaAs substrate or an n type GaP substrate. A p-type semiconductor layer, an active layer, and then an n-type semiconductor layer may be formed on the p-type GaAs substrate or the p-type GaP substrate.

また、実施例では、発光波長は約665nmの赤色のRC型LED、VCSEL、通常のLEDの例を説明したが、他の波長、例えば、近赤外で発光する同様な半導体発光素子、あるいは、赤色より短波長で発光する同様な半導体発光素子に適用することは可能である。   Further, in the embodiment, an example of a red RC LED, a VCSEL, and a normal LED having an emission wavelength of about 665 nm has been described. However, a similar semiconductor light emitting element that emits light at other wavelengths, for example, near infrared, or It is possible to apply to a similar semiconductor light emitting element that emits light with a shorter wavelength than red.

また、実施例では、p型DBR層、p型電流拡散層、p型コンタクト層等に炭素をオートドーピングする例を説明したが、炭素を他の半導体材料ガス等から供給してもよいし、他の不純物、例えば、亜鉛等を使用することも可能である。   In the embodiment, an example in which carbon is auto-doped in the p-type DBR layer, the p-type current diffusion layer, the p-type contact layer, etc. has been described. However, carbon may be supplied from other semiconductor material gas, It is also possible to use other impurities, such as zinc.

また、実施例では、RC型LED及びVCSELの下側のn型DBR層を、Al0.5Ga0.5AsとAl0.95Ga0.05Asを交互に積層した繰り返し数40〜50ペアで構成する例を示したが、反射率が99.9%以上であれば、他の反射膜で置き換えることは可能である。 In the example, the n-type DBR layer on the lower side of the RC type LED and the VCSEL has a repetition number of 40 to 50 in which Al 0.5 Ga 0.5 As and Al 0.95 Ga 0.05 As are alternately laminated. Although an example in which a pair is formed is shown, if the reflectance is 99.9% or more, it can be replaced with another reflective film.

本発明は、以下の付記に記載されるような構成が考えられる。
(付記1) 一定の波長の光を反射する第1の反射膜と、前記第1の反射膜の上に形成された前記波長の光を放射する発光層を有する発光領域層と、前記発光領域層の側部にイオン注入により形成された高抵抗領域と、前記発光領域層及び前記高抵抗領域の上に接して、前記高抵抗領域との界面近傍に拡散された前記注入元素を有し、前記波長の光を反射する第2の反射膜と、前記第2の反射膜の上、且つ、前記発光領域層の上方にコンタクト層を介して形成された第1の電極と、前記第1の電極とは反対側の前記第1の反射膜の下方に形成された第2の電極とを備えている半導体発光素子。
The present invention can be configured as described in the following supplementary notes.
(Additional remark 1) The light emitting area | region which has the 1st reflective film which reflects the light of a fixed wavelength, the light emitting layer which radiates | emits the light of the said wavelength formed on the said 1st reflective film, and the said light emitting area | region A high resistance region formed by ion implantation on the side of the layer, and the implanted element in contact with the light emitting region layer and the high resistance region and diffused in the vicinity of the interface with the high resistance region; A second reflective film that reflects the light of the wavelength; a first electrode formed on the second reflective film and above the light emitting region layer through a contact layer; A semiconductor light emitting device comprising: a second electrode formed below the first reflective film on the side opposite to the electrode.

(付記2) 前記発光領域層と前記第1の電極との間にある層は、キャリア濃度が1×1018cm−3以上2×1019cm−3以下である付記1に記載の半導体発光素子。 (Supplementary note 2) The semiconductor light-emitting device according to supplementary note 1, wherein the layer between the light emitting region layer and the first electrode has a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more and 2 × 10 19 cm −3 or less. element.

(付記3) 前記波長は665nmである付記1に記載の半導体発光素子。 (Supplementary note 3) The semiconductor light-emitting element according to supplementary note 1, wherein the wavelength is 665 nm.

(付記4) 前記高抵抗領域と前記第1の電極との間にある層は、ドーパントが炭素であるp型のGaAs及びAlGaAsの少なくとも1つである付記1に記載の半導体発光素子。 (Supplementary note 4) The semiconductor light emitting element according to supplementary note 1, wherein the layer between the high resistance region and the first electrode is at least one of p-type GaAs and AlGaAs whose dopant is carbon.

(付記5) 前記第1の電極は、リング状をなしている付記1に記載の半導体発光素子。 (Supplementary note 5) The semiconductor light emitting element according to supplementary note 1, wherein the first electrode has a ring shape.

(付記6) 前記発光領域層に垂直な方向から見て、前記発光領域層の中心とリング状の前記第1の電極の中心とは、実質的に一致する付記4に記載の半導体発光素子。 (Supplementary note 6) The semiconductor light emitting element according to supplementary note 4, wherein a center of the light emitting region layer and a center of the ring-shaped first electrode substantially coincide with each other when viewed from a direction perpendicular to the light emitting region layer.

(付記7) 前記第1の電極は、前記リングの内側に、更に、十字状の電極が接続されている付記5に記載の半導体発光素子。 (Additional remark 7) The said 1st electrode is a semiconductor light-emitting device of Additional remark 5 by which the cross-shaped electrode is further connected inside the said ring.

(付記8) 前記第2の反射膜は、屈折率の高い反射膜と屈折率の低い反射膜の繰り返し数が5ペア以上50ペア以下である付記1に記載の半導体発光素子。 (Additional remark 8) The said 2nd reflective film is a semiconductor light-emitting element of Additional remark 1 whose repetition number of a reflective film with a high refractive index and a reflective film with a low refractive index is 5 pairs or more and 50 pairs or less.

本発明の実施例1に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す図で、図1(a)は正面方向断面図、図1(b)は半導体発光素子を上方から見た平面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor light-emitting device based on Example 1 of this invention, FIG.1 (a) is front sectional drawing, FIG.1 (b) is the top view which looked at the semiconductor light-emitting device from the upper direction. 本発明の実施例1に係る半導体発光素子の製造工程を、工程順に模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the semiconductor light-emitting device based on Example 1 of this invention in order of a process. 本発明の実施例1に係る半導体発光素子の注入電流の流れを模式的に示す図。The figure which shows typically the flow of the injection current of the semiconductor light-emitting device concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor light-emitting device based on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor light-emitting device based on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor light-emitting device based on Example 4 of this invention. 本発明の実施例4の変形例に係る半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the structure of the semiconductor light-emitting device concerning the modification of Example 4 of this invention. 従来の半導体発光素子の構造を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the conventional semiconductor light-emitting device typically.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3、4、5、101 半導体発光素子
11、111 n型GaAs基板
12、112 バッファ層
13、43、113 n型DBR層
14、114 n型クラッド層
15、115 発光層
16、116 p型クラッド層
17、117 発光領域層
18 n型InGaP調整層
19 n型GaAs保護層
20、120 高抵抗領域
22、52、62、112 p型DBR層
24、124 p型コンタクト層
25、55、65、125 p側電極
26 ボンディングパッド
29、129 n側電極
31 マスク層
35 電流
63、82 p型電流拡散層
71 n型GaP基板
72 n型接着層
73 n型電流拡散層
1, 2, 3, 4, 5, 101 Semiconductor light emitting device 11, 111 n-type GaAs substrate 12, 112 buffer layers 13, 43, 113 n-type DBR layers 14, 114 n-type cladding layers 15, 115 Light-emitting layers 16, 116 p-type cladding layer 17, 117 light emitting region layer 18 n-type InGaP adjustment layer 19 n-type GaAs protective layer 20, 120 high-resistance regions 22, 52, 62, 112 p-type DBR layers 24, 124 p-type contact layers 25, 55, 65, 125 p-side electrode 26 bonding pad 29, 129 n-side electrode 31 mask layer 35 current 63, 82 p-type current diffusion layer 71 n-type GaP substrate 72 n-type adhesive layer 73 n-type current diffusion layer

Claims (5)

一定の波長の光を反射する第1の反射膜と、
前記第1の反射膜の上に形成された前記波長の光を放射する発光層を有する発光領域層と、
前記発光領域層の側部にイオン注入により形成された高抵抗領域と、
前記発光領域層及び前記高抵抗領域の上に接して、前記高抵抗領域との界面近傍に拡散された前記注入元素を有し、前記波長の光を反射する第2の反射膜と、
前記第2の反射膜の上、且つ、前記発光領域層の上方にコンタクト層を介して形成された第1の電極と、
前記第1の電極とは反対側の前記第1の反射膜の下方に形成された第2の電極と、
を備えていることを特徴とする半導体発光素子。
A first reflective film that reflects light of a certain wavelength;
A light emitting region layer having a light emitting layer that emits light of the wavelength formed on the first reflective film;
A high resistance region formed by ion implantation on the side of the light emitting region layer;
A second reflective film that is in contact with the light emitting region layer and the high resistance region and has the implanted element diffused in the vicinity of the interface with the high resistance region, and reflects light of the wavelength;
A first electrode formed on the second reflective film and above the light emitting region layer via a contact layer;
A second electrode formed below the first reflective film on the opposite side of the first electrode;
A semiconductor light emitting device comprising:
一定の波長の光を反射する第1の反射膜と、
前記第1の反射膜の上に形成された前記波長の光を放射する発光層を有する発光領域層と、
前記発光領域層の上に接して、前記波長の光を反射する第2の反射膜と、
前記発光領域層及び第2の反射膜の側部にイオン注入により形成された高抵抗領域と、
前記第2の反射膜及び前記高抵抗領域の上に接して、前記高抵抗領域との界面近傍に拡散された前記注入元素を有する電流拡散層と、
前記電流拡散層の上、且つ、前記発光領域層の上方にコンタクト層を介して形成された第1の電極と、
前記第1の電極とは反対側の前記第1の反射膜の下方に形成された第2の電極と、
を備えていることを特徴とする半導体発光素子。
A first reflective film that reflects light of a certain wavelength;
A light emitting region layer having a light emitting layer that emits light of the wavelength formed on the first reflective film;
A second reflective film that is in contact with the light emitting region layer and reflects light of the wavelength;
A high resistance region formed by ion implantation on the side of the light emitting region layer and the second reflective film;
A current diffusion layer having the implanted element in contact with the second reflective film and the high resistance region and diffused in the vicinity of the interface with the high resistance region;
A first electrode formed on the current diffusion layer and above the light emitting region layer via a contact layer;
A second electrode formed below the first reflective film on the opposite side of the first electrode;
A semiconductor light emitting device comprising:
第1の電流拡散層と、
前記第1の電流拡散層の上に形成された一定の波長の光を放射する発光層を有する発光領域層と、
前記発光領域層の側部にイオン注入により形成された高抵抗領域と、
前記発光領域層及び前記高抵抗領域の上に接して、前記高抵抗領域との界面近傍に拡散された前記注入元素を有する第2の電流拡散層と、
前記第2の電流拡散層の上、且つ、前記発光領域層の上方にコンタクト層を介して形成された第1の電極と、
前記第1の電極とは反対側の前記第1の電流拡散層の下方に形成された第2の電極と、
を備えていることを特徴とする半導体発光素子。
A first current spreading layer;
A light emitting region layer having a light emitting layer that emits light of a certain wavelength formed on the first current spreading layer;
A high resistance region formed by ion implantation on the side of the light emitting region layer;
A second current diffusion layer having the implanted element in contact with the light emitting region layer and the high resistance region and diffused in the vicinity of the interface with the high resistance region;
A first electrode formed on the second current spreading layer and above the light emitting region layer via a contact layer;
A second electrode formed below the first current diffusion layer on the opposite side of the first electrode;
A semiconductor light emitting device comprising:
前記注入されるイオンはプロトンであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。   4. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the implanted ions are protons. 前記発光領域層と前記第1の電極との間にある層は、厚さが0.5μm以上5μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体発光素子。   5. The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein a layer between the light-emitting region layer and the first electrode has a thickness of 0.5 μm to 5 μm. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010114404A (en) * 2008-10-08 2010-05-20 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface emitting laser, and method of manufacturing the same
WO2020177026A1 (en) * 2019-03-01 2020-09-10 厦门市三安光电科技有限公司 Light-emitting diode and manufacturing method therefor

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