JP2649510B2 - 発光半導体装置 - Google Patents
発光半導体装置Info
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- JP2649510B2 JP2649510B2 JP1779486A JP1779486A JP2649510B2 JP 2649510 B2 JP2649510 B2 JP 2649510B2 JP 1779486 A JP1779486 A JP 1779486A JP 1779486 A JP1779486 A JP 1779486A JP 2649510 B2 JP2649510 B2 JP 2649510B2
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- Japan
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- type
- layer
- cladding layer
- led
- gaalas
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は発光半導体装置、特に耐静電破壊性の優れた
通信用のダブルヘテロ接合発光ダイオードに関するもの
である。
通信用のダブルヘテロ接合発光ダイオードに関するもの
である。
（従来の技術） 従来、光通信用発光ダイオード（LED）に要求される
特性は、ファイバとの結合性が良く、遮断周波数が高い
ことの２点である。これらの要求を満たすために、種々
のデバイス構造が提案され、実現されている。
特性は、ファイバとの結合性が良く、遮断周波数が高い
ことの２点である。これらの要求を満たすために、種々
のデバイス構造が提案され、実現されている。
第２図に代表的なLED構造を示す。第２図（ａ）は、
バラス型構造と言われ、ｎ型GaAs基板１上に、ｎ型GaAl
As第１のクラッド層２、ｐ型GaAs活性層３、ｐ型GaAlAs
第２のクラッド層４、ｎ型GaAlAsコンタクト層５の４層
を順次エピタキシャル成長させている。そしてｎ型GaAs
基板１が活性層の発光に対して透明でないため、発光領
域の真上のｎ型GaAs基板１を部分的に除去し、光を取り
出す構造となっている。また、ｎ型GaAlAsコンタクト層
５の中心の直径30μｍφ程度の円形部に対して、選択的
にp+型の不純物を拡散（p+拡散と記す）させることによ
りp+型拡散層６を形成し、この部分以外のｎ型GaAlAsコ
ンタクト層５上にはSiO2膜７を形成し、さらにその上に
ｐ型オーミック電極８を形成することによって、電流を
p+型拡散層６に集中させるLED構造が得られている。
バラス型構造と言われ、ｎ型GaAs基板１上に、ｎ型GaAl
As第１のクラッド層２、ｐ型GaAs活性層３、ｐ型GaAlAs
第２のクラッド層４、ｎ型GaAlAsコンタクト層５の４層
を順次エピタキシャル成長させている。そしてｎ型GaAs
基板１が活性層の発光に対して透明でないため、発光領
域の真上のｎ型GaAs基板１を部分的に除去し、光を取り
出す構造となっている。また、ｎ型GaAlAsコンタクト層
５の中心の直径30μｍφ程度の円形部に対して、選択的
にp+型の不純物を拡散（p+拡散と記す）させることによ
りp+型拡散層６を形成し、この部分以外のｎ型GaAlAsコ
ンタクト層５上にはSiO2膜７を形成し、さらにその上に
ｐ型オーミック電極８を形成することによって、電流を
p+型拡散層６に集中させるLED構造が得られている。
第２図（ｂ）は、厚膜型と言われ、図示されていない
ｎ型GaAs基板上に、一定の厚さのｎ型GaAlAs第１のクラ
ッド層２とｐ型GaAs活性層３とｐ型GaAlAs第２のクラッ
ド層４を順次成長させ、第２図（ａ）と同様にダブルヘ
テロ（D.H.）構造を形成し、こののち、ｎ型GaAs基板を
完全に除去した構造として、発光した光の吸収を防いで
いる。また、ｐ型GaAlAsによる第２のクラッド層４上の
中央部に30ないし40μｍφの円形の開孔窓９を有するSi
O2膜７を形成し、さらにその上にｐ型オーミック電極８
を形成することによって、開孔窓９の部分だけを通じて
電流が注入されるLED構造としている。
ｎ型GaAs基板上に、一定の厚さのｎ型GaAlAs第１のクラ
ッド層２とｐ型GaAs活性層３とｐ型GaAlAs第２のクラッ
ド層４を順次成長させ、第２図（ａ）と同様にダブルヘ
テロ（D.H.）構造を形成し、こののち、ｎ型GaAs基板を
完全に除去した構造として、発光した光の吸収を防いで
いる。また、ｐ型GaAlAsによる第２のクラッド層４上の
中央部に30ないし40μｍφの円形の開孔窓９を有するSi
O2膜７を形成し、さらにその上にｐ型オーミック電極８
を形成することによって、開孔窓９の部分だけを通じて
電流が注入されるLED構造としている。
いずれの構造も、順電流IF＝100mAで、GI50/125の光
ファイバを使用して出力30ないし60μＷが得られ、パル
ス駆動の応答指数である遮断周波数は30ないし50MHzを
実現することができる。
ファイバを使用して出力30ないし60μＷが得られ、パル
ス駆動の応答指数である遮断周波数は30ないし50MHzを
実現することができる。
（発明が解決しようとする問題点） 従来の構造の光通信用LEDには、以下のような欠点を
有している。すなわち、第２図（ａ）に示したバラス型
では選択的なp+型拡散層６を形成しているため、電流狭
窄がほぼ完全であり、大電流まで発光パターンが変化せ
ず、静電破壊電圧もかなり高いが、しかしｎ型GaAs基板
１を部分的に除去するため、残されたエピタキシャル部
の厚さが20μｍ程度で極めて薄く、組立時の取扱が困難
となる。また、内部応力がｎ型GaAs基板１のエッチング
部の穴径によっては、活性層に集中する場合があり、出
力劣化が生じる場合もある。
有している。すなわち、第２図（ａ）に示したバラス型
では選択的なp+型拡散層６を形成しているため、電流狭
窄がほぼ完全であり、大電流まで発光パターンが変化せ
ず、静電破壊電圧もかなり高いが、しかしｎ型GaAs基板
１を部分的に除去するため、残されたエピタキシャル部
の厚さが20μｍ程度で極めて薄く、組立時の取扱が困難
となる。また、内部応力がｎ型GaAs基板１のエッチング
部の穴径によっては、活性層に集中する場合があり、出
力劣化が生じる場合もある。
一方、第２図（ｂ）に示す厚膜型では、内部応力の活
性層への集中は生じないが、電流狭窄が不完全であり、
大電流発光時に発光パターンが変化し、かつｐ型GaAlAs
による第２のクラッド層４の不純物濃度が比較的小さい
ため、順電圧が高い欠点を有している。さらに、この構
造の場合には、サージ電流が生じたときにも、直接に電
流狭窄した発光領域に集中するので、静電破壊レベルが
低くなり、素子信頼性の面からも好ましくない欠点があ
った。
性層への集中は生じないが、電流狭窄が不完全であり、
大電流発光時に発光パターンが変化し、かつｐ型GaAlAs
による第２のクラッド層４の不純物濃度が比較的小さい
ため、順電圧が高い欠点を有している。さらに、この構
造の場合には、サージ電流が生じたときにも、直接に電
流狭窄した発光領域に集中するので、静電破壊レベルが
低くなり、素子信頼性の面からも好ましくない欠点があ
った。
本発明の目的は、従来の欠点を解消し、高光ファイバ
出力およびパルス駆動の限界値としての高遮断周波数を
保ったまま、電流狭窄が完全で、順電圧が低く、かつ静
電破壊電圧が高い、信頼性に優れた発光半導体装置を提
供することである。
出力およびパルス駆動の限界値としての高遮断周波数を
保ったまま、電流狭窄が完全で、順電圧が低く、かつ静
電破壊電圧が高い、信頼性に優れた発光半導体装置を提
供することである。
（問題点を解決するための手段） 本発明の発光半導体装置は、一導電型の活性層と、前
記活性層の一方の面に多層で形成された反対導電型の第
１クラッド層と、前記活性層の他方の面に単層で形成さ
れた一導電型の第２クラッド層と、前記第２クラッド層
上に形成された反対導電型のコンタクト層と、前記コン
タクト層を貫通して前記第２クラッド層に達する一導電
型の高濃度選択拡散領域とを有して、前記選択拡散領域
の側面部にサイリスタ構造部を形成したものである。
記活性層の一方の面に多層で形成された反対導電型の第
１クラッド層と、前記活性層の他方の面に単層で形成さ
れた一導電型の第２クラッド層と、前記第２クラッド層
上に形成された反対導電型のコンタクト層と、前記コン
タクト層を貫通して前記第２クラッド層に達する一導電
型の高濃度選択拡散領域とを有して、前記選択拡散領域
の側面部にサイリスタ構造部を形成したものである。
（作用） 本発明による構造のLEDに、サージ電流のような瞬間
的な大電流が流れると、活性層と同一導電型の拡散層を
通じて電流が流れるが、これ以外に前記拡散層と、活性
層とは反対導電型のコンタクト層とによって形成される
接合に逆バイアスが印加され、ブレークダウンを起こ
し、この部分がサイリスタ領域となって、このサイリス
タ構造部がオン（ON）となって導通するため、この部分
にも電流が瞬時に流れて放電する。すなわち、サージ電
流が流れた場合には、等価的に発光領域が大きくなるた
め、静電破壊レベルが高くなり、高性能で、しかも高信
頼性を有するデバイス構造を実現することができる。
的な大電流が流れると、活性層と同一導電型の拡散層を
通じて電流が流れるが、これ以外に前記拡散層と、活性
層とは反対導電型のコンタクト層とによって形成される
接合に逆バイアスが印加され、ブレークダウンを起こ
し、この部分がサイリスタ領域となって、このサイリス
タ構造部がオン（ON）となって導通するため、この部分
にも電流が瞬時に流れて放電する。すなわち、サージ電
流が流れた場合には、等価的に発光領域が大きくなるた
め、静電破壊レベルが高くなり、高性能で、しかも高信
頼性を有するデバイス構造を実現することができる。
（実施例） 本発明の一実施例を第１図および第３図に基づいて説
明する。
明する。
第１図は本発明の通信用LEDの断面図である。同図に
おいて、第２図に示した従来例と同一部分については同
一符号を付し、その説明を一部省略する。
おいて、第２図に示した従来例と同一部分については同
一符号を付し、その説明を一部省略する。
本発明のLEDは、GaAsを活性層とし、GaAlAsをクラッ
ド層としたダブルヘテロ（D.H.）構造の発光波長0.88μ
ｍの発光半導体装置である。
ド層としたダブルヘテロ（D.H.）構造の発光波長0.88μ
ｍの発光半導体装置である。
第１図において、図示されていないSiドープのｎ型Ga
As基板上に、通常の液相成長法により、成長開始温度90
0℃から820℃の温度範囲に亘ってｎ型GaAlAs第１のクラ
ッド層２の第２薄膜2bを成長させる。このとき、GaAlAs
中のGaAs（１−Ｘ）とAlAs（Ｘ）との組成比、即ち、Al
As混晶比Ｘは、この温度範囲で、Ｘ＝0.36から0.10まで
変化し、この第２薄膜層の厚さは50μｍである。続い
て、820℃から800℃までの温度範囲に亘ってｎ型GaAlAs
第１のクラッド層２の第１薄膜2aを成長させる。このと
きAlAs混晶比Ｘは0.20であり、厚さは15μｍである。次
に800℃でｐ型GaAs活性層３を成長させる。この層の膜
厚は１μｍで、キャリア濃度は１〜３×1018cm-3であ
る。次にｐ型GaAlAs第２のクラッド層４を２μｍの膜厚
に形成する。この層のAlAs混晶比Ｘは、Ｘ＝0.35であ
る。最後に、ｎ型GaAlAsコンタクト層５を0.8μｍの膜
厚に成長させる。この層のAlAs混晶比はＸ＝0.17であ
る。ｎ型GaAlAsコンタクト層５上にSiO2膜７を形成し、
SiO2膜７の中心部に30ないし40μｍφの窓あけを行な
う。次にこの窓を通して、選択的なp+拡散を行ないｐ型
GaAlAsクラッド層４の中央の深さまで届くp+型拡散６を
形成する。なお、このp+拡散には、石英封管法が適用で
き、その拡散源として、Zn3As2を用いる。
As基板上に、通常の液相成長法により、成長開始温度90
0℃から820℃の温度範囲に亘ってｎ型GaAlAs第１のクラ
ッド層２の第２薄膜2bを成長させる。このとき、GaAlAs
中のGaAs（１−Ｘ）とAlAs（Ｘ）との組成比、即ち、Al
As混晶比Ｘは、この温度範囲で、Ｘ＝0.36から0.10まで
変化し、この第２薄膜層の厚さは50μｍである。続い
て、820℃から800℃までの温度範囲に亘ってｎ型GaAlAs
第１のクラッド層２の第１薄膜2aを成長させる。このと
きAlAs混晶比Ｘは0.20であり、厚さは15μｍである。次
に800℃でｐ型GaAs活性層３を成長させる。この層の膜
厚は１μｍで、キャリア濃度は１〜３×1018cm-3であ
る。次にｐ型GaAlAs第２のクラッド層４を２μｍの膜厚
に形成する。この層のAlAs混晶比Ｘは、Ｘ＝0.35であ
る。最後に、ｎ型GaAlAsコンタクト層５を0.8μｍの膜
厚に成長させる。この層のAlAs混晶比はＸ＝0.17であ
る。ｎ型GaAlAsコンタクト層５上にSiO2膜７を形成し、
SiO2膜７の中心部に30ないし40μｍφの窓あけを行な
う。次にこの窓を通して、選択的なp+拡散を行ないｐ型
GaAlAsクラッド層４の中央の深さまで届くp+型拡散６を
形成する。なお、このp+拡散には、石英封管法が適用で
き、その拡散源として、Zn3As2を用いる。
続いて、ｐ型オーミック電極８を形成し、熱処理を行
なったのち、Auのヒートシンク圧着用層を約３μｍ蒸着
する。その後、ｎ型GaAs基板を完全に除去し、ｎ型オー
ミック電極10と光取出し窓を形成する。LEDチップの厚
さは、約70μｍである。このLEDチップをSiサブマウン
トに熱圧着し、ワイヤーボンドを行ない、エポキシ樹脂
を用いて、直径が500μｍの微小球レンズを発光窓の上
部に固定する。次に溶着により、フラットレンズをTO−
18ステムにキャッピングし完成品とする。
なったのち、Auのヒートシンク圧着用層を約３μｍ蒸着
する。その後、ｎ型GaAs基板を完全に除去し、ｎ型オー
ミック電極10と光取出し窓を形成する。LEDチップの厚
さは、約70μｍである。このLEDチップをSiサブマウン
トに熱圧着し、ワイヤーボンドを行ない、エポキシ樹脂
を用いて、直径が500μｍの微小球レンズを発光窓の上
部に固定する。次に溶着により、フラットレンズをTO−
18ステムにキャッピングし完成品とする。
この素子の発光径は、約40μｍφであり、順電流IF＝
100mAで、光出力Po＝5mW、順電圧VF＝1.6Vが得られた。
GI50/125光ファイバを用いて、順電流IF＝100mAで、約5
0μＷのファイバへの入力が得られた。このLEDをパルス
駆動したときに、光の出力が1/2に低下する、いわゆ
る、応答特性の限界を表わす遮断周波数は、40MHzであ
る。素子寿命は、加速通電の結果から、温室で100万時
間以上と推定され、高い信頼性を有している。
100mAで、光出力Po＝5mW、順電圧VF＝1.6Vが得られた。
GI50/125光ファイバを用いて、順電流IF＝100mAで、約5
0μＷのファイバへの入力が得られた。このLEDをパルス
駆動したときに、光の出力が1/2に低下する、いわゆ
る、応答特性の限界を表わす遮断周波数は、40MHzであ
る。素子寿命は、加速通電の結果から、温室で100万時
間以上と推定され、高い信頼性を有している。
本発明のLED構造と従来構造のLEDについて、静電破壊
電圧Vsを調べた結果を第３図に示す。
電圧Vsを調べた結果を第３図に示す。
発光出力が、初期発光出力の90％以下に低下した場
合、故障と判定し、このときの充電電圧を静電破壊電圧
Vsと定義すると、本発明構造のLEDの場合には、充電容
量Ｃ＝100pFで、約1.8KVのVsが得られた。
合、故障と判定し、このときの充電電圧を静電破壊電圧
Vsと定義すると、本発明構造のLEDの場合には、充電容
量Ｃ＝100pFで、約1.8KVのVsが得られた。
一方、従来の厚膜型の３層構造LEDの場合には、静電
破壊電圧Vsは、約800Vと低い。したがって、本発明の構
造を有するLEDは２倍以上の静電破壊電圧を有している
ことがわかる。これは、本発明の場合、p+型拡散層６の
側面で、ｎ型コンタクト層５、ｐ型第２クラッド層４
（ｐ型活性層２を含む）およびｎ型第１クラッド層３で
形成されたサイリスタ構造部がオンとなってサージ電流
を吸収する作用によるものである。静電破壊電圧Vsの値
が大きいほど、サージ電流に対する破壊レベルが高いこ
とを表している。
破壊電圧Vsは、約800Vと低い。したがって、本発明の構
造を有するLEDは２倍以上の静電破壊電圧を有している
ことがわかる。これは、本発明の場合、p+型拡散層６の
側面で、ｎ型コンタクト層５、ｐ型第２クラッド層４
（ｐ型活性層２を含む）およびｎ型第１クラッド層３で
形成されたサイリスタ構造部がオンとなってサージ電流
を吸収する作用によるものである。静電破壊電圧Vsの値
が大きいほど、サージ電流に対する破壊レベルが高いこ
とを表している。
本発明は、上記の５層構造のGaAlAs通信用LEDに限ら
ず、InP基板を使用し、ｎ型InPクラッド層、ｐ形InGaAs
P活性層、ｐ型InPクラッド層、ｎ型InGaAsPコンタクト
層を成長させた長波長用InGaAsPLEDにも広く適用するこ
とができる。
ず、InP基板を使用し、ｎ型InPクラッド層、ｐ形InGaAs
P活性層、ｐ型InPクラッド層、ｎ型InGaAsPコンタクト
層を成長させた長波長用InGaAsPLEDにも広く適用するこ
とができる。
（発明の効果） 本発明によれば、高い光ファイバ出力、高遮断周波数
を維持したまま、サージ電流に対する破壊レベルの高い
デバイス構造を実現することができ、その実用上の効果
は大なるものがある。
を維持したまま、サージ電流に対する破壊レベルの高い
デバイス構造を実現することができ、その実用上の効果
は大なるものがある。
第１図は本発明の一実施例による通信用LEDの断面図、
第２図は従来型の通信用LEDの断面図、第３図は本発明
のLEDと従来型のLEDの静電破壊電圧の発光出力劣化シー
ケンスを表す図である。 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型GaAlAs第１のクラッド
層、2a……ｎ型GaAlAs第１薄膜、2b……ｎ型GaAlAs第２
薄膜、３……ｐ型GaAs活性層、４……ｐ型GaAlAs第２の
クラッド層、５……ｎ型GaAlAsコンタクト層、６……p+
型拡散層、７……SiO2膜、８……ｐ型オーミック電極、
９……開孔窓、10……ｎ型オーミック電極。
第２図は従来型の通信用LEDの断面図、第３図は本発明
のLEDと従来型のLEDの静電破壊電圧の発光出力劣化シー
ケンスを表す図である。 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型GaAlAs第１のクラッド
層、2a……ｎ型GaAlAs第１薄膜、2b……ｎ型GaAlAs第２
薄膜、３……ｐ型GaAs活性層、４……ｐ型GaAlAs第２の
クラッド層、５……ｎ型GaAlAsコンタクト層、６……p+
型拡散層、７……SiO2膜、８……ｐ型オーミック電極、
９……開孔窓、10……ｎ型オーミック電極。
Claims (1)
- 【請求項１】一導電型の活性層と、前記活性層の一方の
面に多層で形成された反対導電型の第１クラッド層と、
前記活性層の他方の面に単層で形成された一導電型の第
２クラッド層と、前記第２クラッド層上に形成された反
対導電型のコンタクト層と、前記コンタクト層を貫通し
て前記第２クラッド層に達する一導電型の高濃度の選択
拡散領域とを有して、前記選択拡散領域の側面部にサイ
リスタ構造部を形成したことを特徴とする発光半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1779486A JP2649510B2 (ja) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | 発光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1779486A JP2649510B2 (ja) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | 発光半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62177984A JPS62177984A (ja) | 1987-08-04 |
| JP2649510B2 true JP2649510B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=11953616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1779486A Expired - Lifetime JP2649510B2 (ja) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | 発光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2649510B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4570728B2 (ja) * | 2000-04-24 | 2010-10-27 | 昭和電工株式会社 | 半導体発光素子用エピタキシャルウェハ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5645087A (en) * | 1979-09-20 | 1981-04-24 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
-
1986
- 1986-01-31 JP JP1779486A patent/JP2649510B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62177984A (ja) | 1987-08-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |