JP2783210B2 - 面発光型ダイオード - Google Patents
面発光型ダイオードInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光通信システム
に用いられる光デバイスに関し、特に、オプティカル・
データリンク・システムに基づくＰＯＦにおいて高い結
合効率で光源として用いられる高輝度可視ＬＥＤに関す
るものである。このＬＥＤは、屋外表示装置や自動車の
指示計として用いることもできる。
に用いられる光デバイスに関し、特に、オプティカル・
データリンク・システムに基づくＰＯＦにおいて高い結
合効率で光源として用いられる高輝度可視ＬＥＤに関す
るものである。このＬＥＤは、屋外表示装置や自動車の
指示計として用いることもできる。
【０００２】
【従来の技術】従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）の光出
力効率には、接合に電流を注入させるために用いられる
電極の構造および形状が関係している。これまでに製造
されてきたすべての面発光型ＬＥＤは、中央に設けられ
た矩形または円形の上部電極を有している。その面積と
形状は、光出力効率に重要な役割をはたしており、光出
力効率の増大には、電極面積が小さくて、発光面が広い
ことが要求される。
力効率には、接合に電流を注入させるために用いられる
電極の構造および形状が関係している。これまでに製造
されてきたすべての面発光型ＬＥＤは、中央に設けられ
た矩形または円形の上部電極を有している。その面積と
形状は、光出力効率に重要な役割をはたしており、光出
力効率の増大には、電極面積が小さくて、発光面が広い
ことが要求される。
【０００３】従来のＬＥＤでは、中央に設けられた矩形
／円形の電極を用いることは製造を容易にするが、出力
ビームのガウスパターンを分裂させ、特にビームを拡げ
て、電極周縁に放射パターンを集中させる。放射パター
ンは、電極からの距離が増大するにしたがって、減少す
る。これは、電流が中央部に集中し、電極から遠くへは
分布しないからである。達成されるビーム強度は、その
場所での電流密度に正比例する。このように広いビーム
パターンを有する従来のＬＥＤは、オプティカル・デー
タリンク・システムに用いることはできない。というの
は、大きなコア・ファイバを用いても、その放射パター
ンの故に結合効率が、低くなってしまうためである。
／円形の電極を用いることは製造を容易にするが、出力
ビームのガウスパターンを分裂させ、特にビームを拡げ
て、電極周縁に放射パターンを集中させる。放射パター
ンは、電極からの距離が増大するにしたがって、減少す
る。これは、電流が中央部に集中し、電極から遠くへは
分布しないからである。達成されるビーム強度は、その
場所での電流密度に正比例する。このように広いビーム
パターンを有する従来のＬＥＤは、オプティカル・デー
タリンク・システムに用いることはできない。というの
は、大きなコア・ファイバを用いても、その放射パター
ンの故に結合効率が、低くなってしまうためである。
【０００４】代表的な一例を、図１６および図１７に示
す。図１６（ａ），（ｂ）は、ＬＥＤ上面と、その概略
近視野放射に沿った断面を示している。図１６におい
て、ｎ形ＧａＡｓバッファ層２，ｎ形（Ａｌx Ｇ
ａ1-x ）Ｉｎ1-x Ｐ層３，活性層４，ｐ形（Ａｌx Ｇａ
1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層５，電流注入層７，ｐ形ＧａＡ
ｓキャップ層８が、ｎ形ＧａＡｓ基板１上に連続的に成
長される。ｐ形コンタクトには、従来、矩形，円形，ま
たは十字形の電極２８が用いられる。電流注入層７とし
ては、通常、厚いＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓが用いられる。
す。図１６（ａ），（ｂ）は、ＬＥＤ上面と、その概略
近視野放射に沿った断面を示している。図１６におい
て、ｎ形ＧａＡｓバッファ層２，ｎ形（Ａｌx Ｇ
ａ1-x ）Ｉｎ1-x Ｐ層３，活性層４，ｐ形（Ａｌx Ｇａ
1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層５，電流注入層７，ｐ形ＧａＡ
ｓキャップ層８が、ｎ形ＧａＡｓ基板１上に連続的に成
長される。ｐ形コンタクトには、従来、矩形，円形，ま
たは十字形の電極２８が用いられる。電流注入層７とし
ては、通常、厚いＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓが用いられる。
【０００５】図１７には、中央に設けられた矩形または
円形の電極を有するＬＥＤに対する、強度３０の概略近
視野パターンが示されている。図示のように、光強度３
０は、電極縁部の周辺で最大となり、電極から遠ざかる
位置では低くなる。このことは、電流が電極コンタクト
の下側に主に集中することを示している。この場合、光
を期待どおりに増強することは不可能である。電極周辺
での電流集中を避けるためには、通常、ＡｌＧａＡｓ層
（電流注入層）７の前にブロック層を用いる。図１８
は、ブロック層３１を有する従来のＬＥＤの他の例を示
している。再成長の要求は、ＬＥＤの製造コストを高く
する。さらに、円形電極の場合の中央部の暗さは、大き
なコア・ファイバを用いても、結合効率を低くする。高
い結合効率を与え、大量生産に適したＬＥＤ構造を提供
することが、おおいに望まれている。
円形の電極を有するＬＥＤに対する、強度３０の概略近
視野パターンが示されている。図示のように、光強度３
０は、電極縁部の周辺で最大となり、電極から遠ざかる
位置では低くなる。このことは、電流が電極コンタクト
の下側に主に集中することを示している。この場合、光
を期待どおりに増強することは不可能である。電極周辺
での電流集中を避けるためには、通常、ＡｌＧａＡｓ層
（電流注入層）７の前にブロック層を用いる。図１８
は、ブロック層３１を有する従来のＬＥＤの他の例を示
している。再成長の要求は、ＬＥＤの製造コストを高く
する。さらに、円形電極の場合の中央部の暗さは、大き
なコア・ファイバを用いても、結合効率を低くする。高
い結合効率を与え、大量生産に適したＬＥＤ構造を提供
することが、おおいに望まれている。
【０００６】中央に設けられた矩形／円形の電極を有す
る、III −Ｖ族半導体による可視ＬＥＤ（５８０〜６７
０nmの波長）については、多くの文献および特許公報に
開示されている。いずれの場合も、中央に設けられた矩
形または円形の電極が、電流注入のための上部コンタク
トとして用いられている。代表的な例の１つを、菅原ら
による論文「Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｐａｒｔ１，Ｖｏｌ．３
１，ｎｏ．８，ｐｐ−２４４６−２４５１，１９９２」
に見つけることができる。この論文では、電流注入のた
めの十字形電極が面発光型ＬＥＤに用いられている。そ
れだけでなく、電流がコンタクトの下側に集中するのを
防止するためにブロック層を用いている。
る、III −Ｖ族半導体による可視ＬＥＤ（５８０〜６７
０nmの波長）については、多くの文献および特許公報に
開示されている。いずれの場合も、中央に設けられた矩
形または円形の電極が、電流注入のための上部コンタク
トとして用いられている。代表的な例の１つを、菅原ら
による論文「Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｐａｒｔ１，Ｖｏｌ．３
１，ｎｏ．８，ｐｐ−２４４６−２４５１，１９９２」
に見つけることができる。この論文では、電流注入のた
めの十字形電極が面発光型ＬＥＤに用いられている。そ
れだけでなく、電流がコンタクトの下側に集中するのを
防止するためにブロック層を用いている。
【０００７】しかしながら光出力効率は、その実際的な
応用をまだ越えていない。コンタクト外への電流注入を
増大させるためには、低抵抗の厚いウィンドウ層が必要
とされる。この厚い層を用いても、コンタクト外への電
流注入は、或るレベルに制限され、光強度は実際に応用
するには、かなり低いものである。この種のＬＥＤは、
屋外での応用に用いるには問題はないかもしれない。し
かし、特にＰＯＦに基づく短距離データリンク・システ
ムのような応用では、従来のＬＥＤの使用は、低結合効
率を示し、通信システムに基づくＰＯＦには従来のＬＥ
Ｄは実際的ではない。データリンクの応用に基づくＰＯ
Ｆに対しては、高輝度を有するだけでなく、高結合効率
を示すＬＥＤを設計することが、おおいに望まれてい
る。さらに、製造コストは、システムのコストを下げる
ためには、でき得るかぎり低くしなければならない。
応用をまだ越えていない。コンタクト外への電流注入を
増大させるためには、低抵抗の厚いウィンドウ層が必要
とされる。この厚い層を用いても、コンタクト外への電
流注入は、或るレベルに制限され、光強度は実際に応用
するには、かなり低いものである。この種のＬＥＤは、
屋外での応用に用いるには問題はないかもしれない。し
かし、特にＰＯＦに基づく短距離データリンク・システ
ムのような応用では、従来のＬＥＤの使用は、低結合効
率を示し、通信システムに基づくＰＯＦには従来のＬＥ
Ｄは実際的ではない。データリンクの応用に基づくＰＯ
Ｆに対しては、高輝度を有するだけでなく、高結合効率
を示すＬＥＤを設計することが、おおいに望まれてい
る。さらに、製造コストは、システムのコストを下げる
ためには、でき得るかぎり低くしなければならない。
【０００８】特開平第２−１７４２７２号公報は、高輝
度ＬＥＤを開示している。この発明によれば、コンタク
ト外へ電流が拡がることを助ける構造のｎ−ｐ−ｎ−ｐ
構造を採用して、ＬＥＤの輝度を増大している。この発
明の主な欠点は、ｐ形コンタクトを作製する前に、活性
領域までのメサ構造を発光面に作製して、電流路を作ら
なければならず、また、亜鉛（Ｚｎ）のようなドーパン
トを高温環境で拡散しなければならないことである。Ｚ
ｎ拡散のための後成長高温処理は、活性領域の劣化の故
に、その性能特性に影響を与える。高ｐドープの発光面
が用いられるので、光の大半は（光のエネルギーによ
り）、拡散層に吸収されるおそれがある。この種のＬＥ
Ｄの製造においては、数回の処理を行うことが必要とな
り、これがＬＥＤの製造コストを高くする。それだけで
なく、広いコンタクト領域の故に、発生した高キャパシ
タンスのため、高速のＬＥＤを作ることも困難である。
度ＬＥＤを開示している。この発明によれば、コンタク
ト外へ電流が拡がることを助ける構造のｎ−ｐ−ｎ−ｐ
構造を採用して、ＬＥＤの輝度を増大している。この発
明の主な欠点は、ｐ形コンタクトを作製する前に、活性
領域までのメサ構造を発光面に作製して、電流路を作ら
なければならず、また、亜鉛（Ｚｎ）のようなドーパン
トを高温環境で拡散しなければならないことである。Ｚ
ｎ拡散のための後成長高温処理は、活性領域の劣化の故
に、その性能特性に影響を与える。高ｐドープの発光面
が用いられるので、光の大半は（光のエネルギーによ
り）、拡散層に吸収されるおそれがある。この種のＬＥ
Ｄの製造においては、数回の処理を行うことが必要とな
り、これがＬＥＤの製造コストを高くする。それだけで
なく、広いコンタクト領域の故に、発生した高キャパシ
タンスのため、高速のＬＥＤを作ることも困難である。
【０００９】特開平第３−１９０２８７号公報は、高輝
度ＬＥＤアレイを開示している。このＬＥＤアレイで
は、ワイヤ・ボンディングを容易にするために、メサ形
成に続いて、コンタクトを上部層に作製している。この
場合、コンタクトの形状は、高い光出力を達成するため
に変更されている。この発明は、ＬＥＤアレイに関する
ものであり、電極の形成前にメサ構造が必要とされるの
で、厚いコンタクトが作製されなければ、電極形成を行
うことは難しい。ＬＥＤの製造コストが拡大するだけで
なく、単一のＬＥＤを作製するには全く実際的でない。
度ＬＥＤアレイを開示している。このＬＥＤアレイで
は、ワイヤ・ボンディングを容易にするために、メサ形
成に続いて、コンタクトを上部層に作製している。この
場合、コンタクトの形状は、高い光出力を達成するため
に変更されている。この発明は、ＬＥＤアレイに関する
ものであり、電極の形成前にメサ構造が必要とされるの
で、厚いコンタクトが作製されなければ、電極形成を行
うことは難しい。ＬＥＤの製造コストが拡大するだけで
なく、単一のＬＥＤを作製するには全く実際的でない。
【００１０】特開平第５−２１１３４５号公報は、ＬＥ
Ｄを開示している。この発明では、化合物半導体の反対
導電形（ｐ形またはｎ形）のブロック層と、高温での拡
散とを用いて、ＬＥＤを製造している。さらに、このＬ
ＥＤに用いられる上部電極形状は、低い結合効率の故
に、オプティカル・データリンク・システムにおいて光
源として用いるには、実際的でない。さらに、高温処理
は、ドーピング拡散および結晶欠陥の故に、光学的特性
を低下する。
Ｄを開示している。この発明では、化合物半導体の反対
導電形（ｐ形またはｎ形）のブロック層と、高温での拡
散とを用いて、ＬＥＤを製造している。さらに、このＬ
ＥＤに用いられる上部電極形状は、低い結合効率の故
に、オプティカル・データリンク・システムにおいて光
源として用いるには、実際的でない。さらに、高温処理
は、ドーピング拡散および結晶欠陥の故に、光学的特性
を低下する。
【００１１】特開平第４−１７４５６７号公報は、プリ
ンタに用いる高輝度ＬＥＤアレイを開示している。この
発明では、基板からの戻り光を反射するために、底部の
分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ）が用いられている。この
場合、面発光型レーザを製造するのと同じ考え方が実施
される。ＤＢＲに対しては、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓの対を
用いて、８８０nm波長の光を反射して基板の方へ行くよ
うにする。ＤＢＲに用いられる対の種類および数は、出
力放射波長とは無関係でなければならず、このＤＢＲ
は、６００〜６５０nm波長が関係する可視ＬＥＤに用い
ることはできない。このＬＥＤアレイは、プリンタに用
いることはできるが、データリンク・システムに用いる
ことはできない。これは、上部電極形状が、前述した従
来のＬＥＤの電極形状に同じであるからであり、ファイ
バとの結合効率は、このＬＥＤを用いる結果、非常に低
くなる。
ンタに用いる高輝度ＬＥＤアレイを開示している。この
発明では、基板からの戻り光を反射するために、底部の
分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ）が用いられている。この
場合、面発光型レーザを製造するのと同じ考え方が実施
される。ＤＢＲに対しては、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓの対を
用いて、８８０nm波長の光を反射して基板の方へ行くよ
うにする。ＤＢＲに用いられる対の種類および数は、出
力放射波長とは無関係でなければならず、このＤＢＲ
は、６００〜６５０nm波長が関係する可視ＬＥＤに用い
ることはできない。このＬＥＤアレイは、プリンタに用
いることはできるが、データリンク・システムに用いる
ことはできない。これは、上部電極形状が、前述した従
来のＬＥＤの電極形状に同じであるからであり、ファイ
バとの結合効率は、このＬＥＤを用いる結果、非常に低
くなる。
【００１２】特開平第４−２５９２６３号公報は、Ｉｎ
ＡｌＧａＰを用いた可視ＬＥＤを開示している。この発
明では、活性層に用いられる層のバンドギャップより広
いバンドギャップを有するＩｎＧａＰの追加層を、活性
領域へのＺｎ拡散を避けるために用いている。電流注入
のための追加層は用いていない。前述したように、中央
に設けられた円形電極を有するこの種の可視ＬＥＤは、
短距離のデータリンク・システムには用いることができ
ない。
ＡｌＧａＰを用いた可視ＬＥＤを開示している。この発
明では、活性層に用いられる層のバンドギャップより広
いバンドギャップを有するＩｎＧａＰの追加層を、活性
領域へのＺｎ拡散を避けるために用いている。電流注入
のための追加層は用いていない。前述したように、中央
に設けられた円形電極を有するこの種の可視ＬＥＤは、
短距離のデータリンク・システムには用いることができ
ない。
【００１３】前述したように、これまでに提案されたＬ
ＥＤ構造の光出力と結合効率は、特にＰＯＦに基づくシ
ステムが関係する短距離データリンク・システムに用い
るには不十分である。したがって、低コストで製造で
き、大量生産に適した高輝度可視ＬＥＤを設計すること
がおおいに望まれている。
ＥＤ構造の光出力と結合効率は、特にＰＯＦに基づくシ
ステムが関係する短距離データリンク・システムに用い
るには不十分である。したがって、低コストで製造で
き、大量生産に適した高輝度可視ＬＥＤを設計すること
がおおいに望まれている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述した問題は、ＰＯ
Ｆ、またはシリカをベースとしたデータリンク・システ
ム、または他の表示システムにおける潜在的な応用に対
して軽減されなければならない。
Ｆ、またはシリカをベースとしたデータリンク・システ
ム、または他の表示システムにおける潜在的な応用に対
して軽減されなければならない。
【００１５】これらの問題は、発光面に電流を均一に分
布させることによって軽減することができる。ボンディ
ング領域の方へ電流が拡がるのを阻止すれば、電流は発
光面の接合にのみ注入することができる。円形発光面を
用いて、出力ビームの形状をファイバ・コアと一致さ
せ、これにより結合効率を増大させる。発光面の直径を
最適化する（その選択は、ファイバの寸法に依存する）
ことによって、一様な発光パターンを実現することもで
きる。本発明のＬＥＤは、また、表示システムにも有用
である。
布させることによって軽減することができる。ボンディ
ング領域の方へ電流が拡がるのを阻止すれば、電流は発
光面の接合にのみ注入することができる。円形発光面を
用いて、出力ビームの形状をファイバ・コアと一致さ
せ、これにより結合効率を増大させる。発光面の直径を
最適化する（その選択は、ファイバの寸法に依存する）
ことによって、一様な発光パターンを実現することもで
きる。本発明のＬＥＤは、また、表示システムにも有用
である。
【００１６】
【発明の実施の形態】この発明の実施例を、図面に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
【００１７】
【実施例１】図１は、第１実施例である可視ＬＥＤの構
造を示す説明図である。（ａ）は断面図、（ｂ）は上面
図である。図示のように、バッファ層であるｎ−ＧａＡ
ｓ層２と、ｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層
３と、活性層４と、ｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ層５と、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層６（ｘ≧０．９）
の薄層と、電流注入層Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層７と、高
ドープｐ−ＧａＡｓキャップ層８とを、基板ｎ−ＧａＡ
ｓ層１上に連続的に成長させる。活性層４として、所望
波長の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐをベースとし
た材料のバルクまたは多重量子井戸を用いる。電流注入
層７としてＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ≧０．７）を用い
る。電流注入層は、活性層として用いられる材料のバン
ドギャップより広いバンドギャップを有するｐ形のIII
−Ｖ族化合物半導体で、かつ、下側ｐ形クラッド層と格
子整合するものとする。
造を示す説明図である。（ａ）は断面図、（ｂ）は上面
図である。図示のように、バッファ層であるｎ−ＧａＡ
ｓ層２と、ｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層
３と、活性層４と、ｐ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ層５と、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層６（ｘ≧０．９）
の薄層と、電流注入層Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層７と、高
ドープｐ−ＧａＡｓキャップ層８とを、基板ｎ−ＧａＡ
ｓ層１上に連続的に成長させる。活性層４として、所望
波長の（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐをベースとし
た材料のバルクまたは多重量子井戸を用いる。電流注入
層７としてＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ≧０．７）を用い
る。電流注入層は、活性層として用いられる材料のバン
ドギャップより広いバンドギャップを有するｐ形のIII
−Ｖ族化合物半導体で、かつ、下側ｐ形クラッド層と格
子整合するものとする。
【００１８】エピタキシャル成長の際に、電流注入層７
とキャップ層８に高ドーピングが必要であるので、活性
層へのドーパントの拡散が、ＬＥＤの光学的特性を悪化
させる。ドーパントが活性層に拡散するのを防止するた
めには、電流注入層７とキャップ層８の厚さに基づく厚
さのスペーサ層５（１）を、活性層４に続いて形成す
る。スペーサ層としては、ｐ形クラッド層６として用い
られる低ドープの同じ種類のｐ形材料を用いることがで
きる。
とキャップ層８に高ドーピングが必要であるので、活性
層へのドーパントの拡散が、ＬＥＤの光学的特性を悪化
させる。ドーパントが活性層に拡散するのを防止するた
めには、電流注入層７とキャップ層８の厚さに基づく厚
さのスペーサ層５（１）を、活性層４に続いて形成す
る。スペーサ層としては、ｐ形クラッド層６として用い
られる低ドープの同じ種類のｐ形材料を用いることがで
きる。
【００１９】クラッド層５（２）までのメサエッチング
後、ＡｌＧａＡｓ層の一部６（２）の一部に選択酸化物
成長を行う。これは、ウォータ・バブリングによって実
現される蒸気環境で４００℃以上の温度で、試料を加熱
することによって行うことができる。ＡｌＧａＡｓのＡ
ｌの組成比は０．９より大きいので、層６（２）に選択
酸化物成長を行うことができる。メサ・エッジからの酸
化物成長は、時間とは無関係であり、開口部（非酸化物
部分）６（１）が、発光面１２の直径に等しくなるよう
に、選択しなければならない。
後、ＡｌＧａＡｓ層の一部６（２）の一部に選択酸化物
成長を行う。これは、ウォータ・バブリングによって実
現される蒸気環境で４００℃以上の温度で、試料を加熱
することによって行うことができる。ＡｌＧａＡｓのＡ
ｌの組成比は０．９より大きいので、層６（２）に選択
酸化物成長を行うことができる。メサ・エッジからの酸
化物成長は、時間とは無関係であり、開口部（非酸化物
部分）６（１）が、発光面１２の直径に等しくなるよう
に、選択しなければならない。
【００２０】電流は、開口部６（１）を経て接合に注入
される。好適な実施例では、ＡｌＧａＡｓ層６の薄層が
用いられるが、この薄層は、クラッド層５と格子整合
し、選択酸化物（例えばＡｌＡｓ）が可能であるIII −
Ｖ族化合物半導体を用いる。エピタキシャル成長後、１
５０nm以上の厚さの、窒化シリコンまたは酸化シリコン
９を、５００℃以下の温度で堆積する。続いて、絶縁体
層９に発光面１２のための窓を開ける。次に、ｐ形コン
タクト電極１０（１０（１）および１０（２））を、リ
フト・オフ法を用いて作成する。
される。好適な実施例では、ＡｌＧａＡｓ層６の薄層が
用いられるが、この薄層は、クラッド層５と格子整合
し、選択酸化物（例えばＡｌＡｓ）が可能であるIII −
Ｖ族化合物半導体を用いる。エピタキシャル成長後、１
５０nm以上の厚さの、窒化シリコンまたは酸化シリコン
９を、５００℃以下の温度で堆積する。続いて、絶縁体
層９に発光面１２のための窓を開ける。次に、ｐ形コン
タクト電極１０（１０（１）および１０（２））を、リ
フト・オフ法を用いて作成する。
【００２１】ＬＥＤでは、電流密度は、レーザダイオー
ドのような光デバイスの電流密度と比べて高いので、ｐ
形電極により主に生じる接触抵抗は、長時間の信頼性の
ある動作のためには１オームというように小さくなけれ
ばならない。このためには、ｐ形コンタクトとして、Ｇ
ａＡｓキャップ層内になんらかのスパイクが形成される
ことを避けるように、より信頼性のあるメタライゼーシ
ョンを選択しなければならない。ｐ形コンタクトとし
て、Ａｕ：ＺｎまたはＴｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ／Ｚ
ｎ／Ａｕを用いることができ、Ｃｒ：Ａｕのような通常
種類のメタライゼーションと比べて、かなり高い信頼性
を示す。
ドのような光デバイスの電流密度と比べて高いので、ｐ
形電極により主に生じる接触抵抗は、長時間の信頼性の
ある動作のためには１オームというように小さくなけれ
ばならない。このためには、ｐ形コンタクトとして、Ｇ
ａＡｓキャップ層内になんらかのスパイクが形成される
ことを避けるように、より信頼性のあるメタライゼーシ
ョンを選択しなければならない。ｐ形コンタクトとし
て、Ａｕ：ＺｎまたはＴｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ／Ｚ
ｎ／Ａｕを用いることができ、Ｃｒ：Ａｕのような通常
種類のメタライゼーションと比べて、かなり高い信頼性
を示す。
【００２２】データリンク・システムにＬＥＤを用いる
ためには、ファイバとの光結合効率が、考慮される。こ
のため、最大結合効率が達成されるように、発光面は設
計されなければならない。結合効率は、主にいくつかの
ファクタ、すなわち用いるファイバの種類、および用い
るＬＥＤの発光面に関係する。ＬＥＤの場合、より多く
の光が外側ではなく中央領域に集中するように、発光面
は設計されなければならない。そして、結合効率は、発
光面の直径（すなわち上部電極の直径）の選択に一層関
係する。結合効率を、発光面に相当する上部電極の直径
を最適にすることによって、最大にすることができる。
ためには、ファイバとの光結合効率が、考慮される。こ
のため、最大結合効率が達成されるように、発光面は設
計されなければならない。結合効率は、主にいくつかの
ファクタ、すなわち用いるファイバの種類、および用い
るＬＥＤの発光面に関係する。ＬＥＤの場合、より多く
の光が外側ではなく中央領域に集中するように、発光面
は設計されなければならない。そして、結合効率は、発
光面の直径（すなわち上部電極の直径）の選択に一層関
係する。結合効率を、発光面に相当する上部電極の直径
を最適にすることによって、最大にすることができる。
【００２３】前述したように、主に中央部に設けられて
いる従来の電極を用いる場合には、出力光はＬＥＤの外
縁に拡大され、結合効率を低下させる。リング状電極
と、ボンディング領域１６の下側の電流ブロッキングと
が用いられる場合には、光を中央に集中させることがで
き、これは、従来のＬＥＤを用いる場合の結合効率に比
べて、結合効率を高くすることができる。円形発光面と
共に円形電極の設計は、また、結合効率とその輝度を増
大させる重要なファクタである。出力パワーを増大させ
るためには、電極の直径（発光面の直径）を最適にしな
ければならない。
いる従来の電極を用いる場合には、出力光はＬＥＤの外
縁に拡大され、結合効率を低下させる。リング状電極
と、ボンディング領域１６の下側の電流ブロッキングと
が用いられる場合には、光を中央に集中させることがで
き、これは、従来のＬＥＤを用いる場合の結合効率に比
べて、結合効率を高くすることができる。円形発光面と
共に円形電極の設計は、また、結合効率とその輝度を増
大させる重要なファクタである。出力パワーを増大させ
るためには、電極の直径（発光面の直径）を最適にしな
ければならない。
【００２４】図２は、発光面の直径が光出力効率にどの
ように関係するかを、電流注入量（ＡｌＧａＡｓ）の厚
さの関数として示す。厚い電流注入層を用いると、一定
の発光面面積に対し、より高い輝度を与える。しかし、
発光面が広くなると、光出力効率は、厚い電流注入層を
有するＬＥＤのそれに近くなる。ファイバとの最大結合
効率（≧５０％）を達成するには、発光面の直径は、フ
ァイバ・コアの直径と発光面との比が５以上となるよう
に、設計しなければならない。０．９８mmのコア寸法
と、０．５の開口数（ＮＡ）を有するステップ・インデ
ックス（ＳＩ）ＰＯＦファイバが用いられるならば、用
いられるリング直径（発光面）は、８０％以上の結合効
率を達成するには、１００μm 以下と小さくなければな
らない。
ように関係するかを、電流注入量（ＡｌＧａＡｓ）の厚
さの関数として示す。厚い電流注入層を用いると、一定
の発光面面積に対し、より高い輝度を与える。しかし、
発光面が広くなると、光出力効率は、厚い電流注入層を
有するＬＥＤのそれに近くなる。ファイバとの最大結合
効率（≧５０％）を達成するには、発光面の直径は、フ
ァイバ・コアの直径と発光面との比が５以上となるよう
に、設計しなければならない。０．９８mmのコア寸法
と、０．５の開口数（ＮＡ）を有するステップ・インデ
ックス（ＳＩ）ＰＯＦファイバが用いられるならば、用
いられるリング直径（発光面）は、８０％以上の結合効
率を達成するには、１００μm 以下と小さくなければな
らない。
【００２５】ｐ形コンタクトを作製した後に、ワイヤ・
ボンディングを容易にするために、Ａｕ１０（２）を、
ｐ形コンタクト上に、またはワイヤ・ボンディングが行
われる部分上にメッキする。続いて、パシベーション層
１３によって、発光面１２を被覆する。パシベーション
層１３には、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）または酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）または窒化シリコン（ＳｉＮx ）を用い
ることができる。パシベーション層は、室温または２０
０℃以下の温度で堆積しなければならない。このパシベ
ーション層１３は、発光面１２が、周囲からの水分子ま
たは酸素を吸収するのを防止して、デバイスに、長期間
の動作に対して信頼性を与える。パシベーション層を形
成した後、基板の裏面を約１５０μm 研磨して、ｎ形コ
ンタクト１１を作製する。ｎ形コンタクト１１には、Ａ
ｕ：Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いることができる。研磨され
た基板の裏面にｎ形コンタクトを作製した後、各ＬＥＤ
を、パッケージングのためにスクライブする。ブロック
層（この場合、選択的ＡｌＧａＡｓ酸化物）の使用およ
びＬＥＤの簡単な構造は、光出力パワーおよび結合効率
を改善するだけでなく、ＬＥＤの製造コストを最小にす
る。
ボンディングを容易にするために、Ａｕ１０（２）を、
ｐ形コンタクト上に、またはワイヤ・ボンディングが行
われる部分上にメッキする。続いて、パシベーション層
１３によって、発光面１２を被覆する。パシベーション
層１３には、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）または酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）または窒化シリコン（ＳｉＮx ）を用い
ることができる。パシベーション層は、室温または２０
０℃以下の温度で堆積しなければならない。このパシベ
ーション層１３は、発光面１２が、周囲からの水分子ま
たは酸素を吸収するのを防止して、デバイスに、長期間
の動作に対して信頼性を与える。パシベーション層を形
成した後、基板の裏面を約１５０μm 研磨して、ｎ形コ
ンタクト１１を作製する。ｎ形コンタクト１１には、Ａ
ｕ：Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを用いることができる。研磨され
た基板の裏面にｎ形コンタクトを作製した後、各ＬＥＤ
を、パッケージングのためにスクライブする。ブロック
層（この場合、選択的ＡｌＧａＡｓ酸化物）の使用およ
びＬＥＤの簡単な構造は、光出力パワーおよび結合効率
を改善するだけでなく、ＬＥＤの製造コストを最小にす
る。
【００２６】図３は、第２実施例のＬＥＤを示す図であ
る。図３においては、第１実施例と同じ参照番号により
示されている。第２実施例では、クラッド層３，活性層
４，電流注入層７を成長させる前に、バッファ層２上に
分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ）ミラー１４を、成長させ
る。ミラーとして用いられるＤＢＲは、高い反射率差を
有する１４（１）と１４（２）の半導体対より構成され
ている。半導体対の数および種類は、ＤＢＲミラーの反
射のレベルを決定する。ＤＢＲとして用いられる半導体
層は、放射光に対して低い吸収性を有するものを用い
る。図４（ａ），（ｂ）は、ＤＢＲを、その概略の反射
率特性とともに示す説明例を示す。前述したように、半
導体対の数、および半導体対に用いられる種類は、出力
光の波長に関係する。光デバイス、特にＬＥＤでは、発
光スペクトルが広い波長をカバーするので、用いるＤＢ
Ｒは、広い波長域で高い反射率を有さなければならな
い。図４（ｂ）に示すように、λ1 〜λ2 の広い波長内
で最大反射率が達成されなければならない。このこと
は、ウェハ領域にわたって最大反射率を達成するのを助
け、一方では、厚さの不均一性（もしあれば）によるＤ
ＢＲ反射率の変移が存在する。６５０nmのＬＥＤを設計
する場合、ＤＢＲの材料としては、ＡｌＡｓ，Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（ｘ≧０．４５），（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≧０．４５），Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ，ま
たはＧａＡｓを用いることができる。単一ＤＢＲまたは
個別ＤＢＲを用いて、広い波長域を実現できる。
る。図３においては、第１実施例と同じ参照番号により
示されている。第２実施例では、クラッド層３，活性層
４，電流注入層７を成長させる前に、バッファ層２上に
分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ）ミラー１４を、成長させ
る。ミラーとして用いられるＤＢＲは、高い反射率差を
有する１４（１）と１４（２）の半導体対より構成され
ている。半導体対の数および種類は、ＤＢＲミラーの反
射のレベルを決定する。ＤＢＲとして用いられる半導体
層は、放射光に対して低い吸収性を有するものを用い
る。図４（ａ），（ｂ）は、ＤＢＲを、その概略の反射
率特性とともに示す説明例を示す。前述したように、半
導体対の数、および半導体対に用いられる種類は、出力
光の波長に関係する。光デバイス、特にＬＥＤでは、発
光スペクトルが広い波長をカバーするので、用いるＤＢ
Ｒは、広い波長域で高い反射率を有さなければならな
い。図４（ｂ）に示すように、λ1 〜λ2 の広い波長内
で最大反射率が達成されなければならない。このこと
は、ウェハ領域にわたって最大反射率を達成するのを助
け、一方では、厚さの不均一性（もしあれば）によるＤ
ＢＲ反射率の変移が存在する。６５０nmのＬＥＤを設計
する場合、ＤＢＲの材料としては、ＡｌＡｓ，Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（ｘ≧０．４５），（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ≧０．４５），Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ，ま
たはＧａＡｓを用いることができる。単一ＤＢＲまたは
個別ＤＢＲを用いて、広い波長域を実現できる。
【００２７】表１および表２は、波長が６５０nmの可視
ＬＥＤを設計するときに用いることのできる半導体対の
種類およびＤＢＲの特性の要約である。
ＬＥＤを設計するときに用いることのできる半導体対の
種類およびＤＢＲの特性の要約である。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】ＤＢＲを設計する際には、傾斜接合を形成
して、その抵抗を最小にすることも、その反射特性と同
様に重要である。このためには、半導体対と整合する超
格子または傾斜接合を用いる。ＤＢＲ１４の形成に続い
て、図３に示すように、ｎ形クラッド層３，活性層４，
ｐ形クラッド層５，電流注入層７，ｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層８を、１つのチャンバ内で連続的に成長させる。こ
の工程に続く他のプロセスは、第１実施例において説明
したと同様であり、したがって繰り返しての説明は、こ
こでは省略する。
して、その抵抗を最小にすることも、その反射特性と同
様に重要である。このためには、半導体対と整合する超
格子または傾斜接合を用いる。ＤＢＲ１４の形成に続い
て、図３に示すように、ｎ形クラッド層３，活性層４，
ｐ形クラッド層５，電流注入層７，ｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層８を、１つのチャンバ内で連続的に成長させる。こ
の工程に続く他のプロセスは、第１実施例において説明
したと同様であり、したがって繰り返しての説明は、こ
こでは省略する。
【００３１】図５は、第３実施例のＬＥＤの構造を示す
図である。この図では、第１実施例と同じ番号によっ
て、同じ部材を示す。したがって、再度の説明は行わな
い。第３の実施例では、メサ・エッチングは不必要であ
る。酸化シリコンまたは窒化シリコンのような絶縁体層
９を堆積する前に、厚いレジスト、または選択的にエッ
チングできる他の種類の材料によって、発光面１２を被
覆した後に、プロトン注入１５を行う。プロトン注入
は、高い抵抗領域を作って、ボンディング領域１６の方
へ電流が拡がるのを避けるために行われる。第１実施例
で用いた選択酸化物層６（２）は、第３実施例では必要
とされない。ブロック層とともにイオン注入を用いるこ
とは、光出力および結合効率を増大させるのに役立つ。
これに続くプロセスは、第１実施例で既に説明したの
で、再度の説明は省略する。
図である。この図では、第１実施例と同じ番号によっ
て、同じ部材を示す。したがって、再度の説明は行わな
い。第３の実施例では、メサ・エッチングは不必要であ
る。酸化シリコンまたは窒化シリコンのような絶縁体層
９を堆積する前に、厚いレジスト、または選択的にエッ
チングできる他の種類の材料によって、発光面１２を被
覆した後に、プロトン注入１５を行う。プロトン注入
は、高い抵抗領域を作って、ボンディング領域１６の方
へ電流が拡がるのを避けるために行われる。第１実施例
で用いた選択酸化物層６（２）は、第３実施例では必要
とされない。ブロック層とともにイオン注入を用いるこ
とは、光出力および結合効率を増大させるのに役立つ。
これに続くプロセスは、第１実施例で既に説明したの
で、再度の説明は省略する。
【００３２】図６は、第４実施例のＬＥＤ構造を示す図
である。図では、第１，第２および第３実施例での同じ
参照番号によって同じ部材を示しており、したがって繰
り返して説明を行わない。第４実施例では、ＤＢＲ１４
の形成後に、ｎ形クラッド層３，活性層４，ｐ形クラッ
ド層５を連続して成長させる。電流ブロック領域を、イ
オン注入１５によって作る。これに続くプロセスは、第
２実施例で既に説明したので、再度の説明は省略する。
である。図では、第１，第２および第３実施例での同じ
参照番号によって同じ部材を示しており、したがって繰
り返して説明を行わない。第４実施例では、ＤＢＲ１４
の形成後に、ｎ形クラッド層３，活性層４，ｐ形クラッ
ド層５を連続して成長させる。電流ブロック領域を、イ
オン注入１５によって作る。これに続くプロセスは、第
２実施例で既に説明したので、再度の説明は省略する。
【００３３】図７は、第５実施例のＬＥＤ構造を示す図
である。図では、第１実施例での同じ参照番号によって
同じ部材を示しており、したがって繰り返して説明を行
わない。第５実施例では、第１実施例で用いた薄層６は
使用しない。本実施例では、面積が発光面よりわずかに
広いメサ構造を用いて接合に電流を注入する。ボンディ
ング部１７は、メサ構造の外側にある。メサ・エッチン
グ後に、絶縁層９を堆積する。これに続くプロセスは、
第１実施例で既に説明したので、再度の説明は省略す
る。その簡単な構造によって、このＬＥＤを低コストで
作ることができ、このＬＥＤはメサ・スケールの製造に
適している。
である。図では、第１実施例での同じ参照番号によって
同じ部材を示しており、したがって繰り返して説明を行
わない。第５実施例では、第１実施例で用いた薄層６は
使用しない。本実施例では、面積が発光面よりわずかに
広いメサ構造を用いて接合に電流を注入する。ボンディ
ング部１７は、メサ構造の外側にある。メサ・エッチン
グ後に、絶縁層９を堆積する。これに続くプロセスは、
第１実施例で既に説明したので、再度の説明は省略す
る。その簡単な構造によって、このＬＥＤを低コストで
作ることができ、このＬＥＤはメサ・スケールの製造に
適している。
【００３４】図８は、第６実施例のＬＥＤ構造を示す図
である。図では、第１，第２および第５実施例での同じ
参照番号によって同じ部材を示しており、したがって繰
り返して説明を行わない。第６実施例では、ＤＢＲ１４
の成長に続いて、ｎ形クラッド層３，活性層４，ｐ形ク
ラッド層５，電流注入層７，およびキャップ層８を、Ｄ
ＢＲ上に連続的に成長させる。これに続くプロセスは、
第１実施例で既に説明したので、再度の説明は省略す
る。
である。図では、第１，第２および第５実施例での同じ
参照番号によって同じ部材を示しており、したがって繰
り返して説明を行わない。第６実施例では、ＤＢＲ１４
の成長に続いて、ｎ形クラッド層３，活性層４，ｐ形ク
ラッド層５，電流注入層７，およびキャップ層８を、Ｄ
ＢＲ上に連続的に成長させる。これに続くプロセスは、
第１実施例で既に説明したので、再度の説明は省略す
る。
【００３５】図９は、第７実施例のＬＥＤ構造を示す図
である。図では、第１実施例での同じ参照番号によって
同じ部材を示しており、したがって繰り返して説明を行
わない。この実施例では、薄層６およびメサ・エッチン
グは必要である。この第７実施例では、ＬＥＤを作製す
るのに、２つのエピタキシャル成長工程が必要である。
ｐ形クラッド層５を形成した後、ブロック層１８を成長
させ、続いてパターンを作製する。ブロック層１８は、
ボンディング領域１６の下側に電流が集中するのを防止
するのに役立つ。ブロック層１８として、クラッド層３
と同じｎ形材料を用いることができる。ブロック層１８
をパターニングした後、電流注入層７、およびｐ形コン
タクトのためのＧａＡｓの高ドープ・キャップ層８を続
いて成長させる。これに続くプロセスは、第１実施例で
既に説明したので、再度の説明は省略する。ブロック層
の使用は、電流をボンディング層の方に拡げることな
く、接合に注入するのを助け、光出力効率を増大する。
である。図では、第１実施例での同じ参照番号によって
同じ部材を示しており、したがって繰り返して説明を行
わない。この実施例では、薄層６およびメサ・エッチン
グは必要である。この第７実施例では、ＬＥＤを作製す
るのに、２つのエピタキシャル成長工程が必要である。
ｐ形クラッド層５を形成した後、ブロック層１８を成長
させ、続いてパターンを作製する。ブロック層１８は、
ボンディング領域１６の下側に電流が集中するのを防止
するのに役立つ。ブロック層１８として、クラッド層３
と同じｎ形材料を用いることができる。ブロック層１８
をパターニングした後、電流注入層７、およびｐ形コン
タクトのためのＧａＡｓの高ドープ・キャップ層８を続
いて成長させる。これに続くプロセスは、第１実施例で
既に説明したので、再度の説明は省略する。ブロック層
の使用は、電流をボンディング層の方に拡げることな
く、接合に注入するのを助け、光出力効率を増大する。
【００３６】図１０は、第８実施例のＬＥＤ構造を示す
図である。図では、第１，第２および第７実施例での同
じ参照番号によって同じ部材を示しており、したがって
繰り返して説明を行わない。第８実施例では、ＤＢＲ１
４の成長に続いて、ｎ形クラッド層３，活性層４，ｐ形
クラッド層５，ブロック層１８を連続して成長させる。
これに続くプロセスは、第２実施例で既に説明したの
で、再度の説明は省略する。
図である。図では、第１，第２および第７実施例での同
じ参照番号によって同じ部材を示しており、したがって
繰り返して説明を行わない。第８実施例では、ＤＢＲ１
４の成長に続いて、ｎ形クラッド層３，活性層４，ｐ形
クラッド層５，ブロック層１８を連続して成長させる。
これに続くプロセスは、第２実施例で既に説明したの
で、再度の説明は省略する。
【００３７】図１１は、第９実施例のＬＥＤ構造を示す
図である。図では、第１実施例での同じ参照番号によっ
て同じ部材を示しており、したがって繰り返して説明を
行わない。第１実施例で用いられた薄層６，メサ・エッ
チング，パシベーション層１３は、本実施例では用いな
い。第６実施例では、約１００オングストロームの厚さ
のＧａＡｓの薄層１９を用いて、ｐ形コンタクトを作
り、放射光の吸収を避けるようにする。さらに、リング
（一重または二重以上）形状の上部電極を用いると共に
電流注入層にイオン注入を行い高抵抗領域を形成し、電
流注入層７に電流を均一に拡散させる。絶縁材料９の堆
積に続いて、リング状の窓を絶縁材料内に設けて、ｐ形
コンタクトのためにＡｕ：ＺｎまたはＮｉ／Ｚｎ／Ａｕ
またはＣｒ：Ａｕの蒸着を行う。リフトオフにより、発
光面２０上にリング状電極を作製する。続いて、ボンデ
ィング領域２１上にＣｒ：Ａｕを蒸着し、全電極部上に
Ａｕメッキ２２を行って、ＬＥＤを作製する。ボンディ
ング部およびパシベーション層に絶縁材料を用いるの
で、放射光に対して吸収が起こらないように、絶縁材料
を選ぶべきである。例えば、６５０nmＬＥＤに対して
は、酸化シリコンまたはアルミナを、絶縁材料１９とし
て用いることができる。本実施例によれば、ＬＥＤの製
造に数個の工程が必要とされるのみであるので、チップ
の製造コストを最小にすることができる。本実施例では
電流注入層にイオン注入により高抵抗領域を形成した
が、酸化物ブロック層、絶縁性ブロック層でもよい。
図である。図では、第１実施例での同じ参照番号によっ
て同じ部材を示しており、したがって繰り返して説明を
行わない。第１実施例で用いられた薄層６，メサ・エッ
チング，パシベーション層１３は、本実施例では用いな
い。第６実施例では、約１００オングストロームの厚さ
のＧａＡｓの薄層１９を用いて、ｐ形コンタクトを作
り、放射光の吸収を避けるようにする。さらに、リング
（一重または二重以上）形状の上部電極を用いると共に
電流注入層にイオン注入を行い高抵抗領域を形成し、電
流注入層７に電流を均一に拡散させる。絶縁材料９の堆
積に続いて、リング状の窓を絶縁材料内に設けて、ｐ形
コンタクトのためにＡｕ：ＺｎまたはＮｉ／Ｚｎ／Ａｕ
またはＣｒ：Ａｕの蒸着を行う。リフトオフにより、発
光面２０上にリング状電極を作製する。続いて、ボンデ
ィング領域２１上にＣｒ：Ａｕを蒸着し、全電極部上に
Ａｕメッキ２２を行って、ＬＥＤを作製する。ボンディ
ング部およびパシベーション層に絶縁材料を用いるの
で、放射光に対して吸収が起こらないように、絶縁材料
を選ぶべきである。例えば、６５０nmＬＥＤに対して
は、酸化シリコンまたはアルミナを、絶縁材料１９とし
て用いることができる。本実施例によれば、ＬＥＤの製
造に数個の工程が必要とされるのみであるので、チップ
の製造コストを最小にすることができる。本実施例では
電流注入層にイオン注入により高抵抗領域を形成した
が、酸化物ブロック層、絶縁性ブロック層でもよい。
【００３８】図１２は、第１０実施例のＬＥＤを示す図
である。図では、第１，第２および第９実施例での同じ
参照番号によって同じ部材を示しており、したがって繰
り返して説明を行わない。第１０実施例では、ＤＢＲ１
４の成長に続いて、ｎ形クラッド層３，活性層４，ｐ形
クラッド層５，電流注入層７，ＧａＡｓ薄層１９を連続
して成長させる。これに続くプロセスは、第１実施例お
よび第９実施例で既に説明したので、再度の説明は省略
する。
である。図では、第１，第２および第９実施例での同じ
参照番号によって同じ部材を示しており、したがって繰
り返して説明を行わない。第１０実施例では、ＤＢＲ１
４の成長に続いて、ｎ形クラッド層３，活性層４，ｐ形
クラッド層５，電流注入層７，ＧａＡｓ薄層１９を連続
して成長させる。これに続くプロセスは、第１実施例お
よび第９実施例で既に説明したので、再度の説明は省略
する。
【００３９】図１３は、第１１実施例のＬＥＤのモール
ド構造を示す図である。第１１実施例では、リーフ・フ
レーム２４上にＬＥＤをボンディングした後、結合効率
を増大させるために、モールディング２５を行う。モー
ルディング２５を行うときに、レンズ２６を作製する。
結合効率を改善し、パッケージング・コストをできるだ
け低くするためには、使用されるレンズを、モールディ
ング材料と同じ種類の材料で作る。ＰＯＦ２７に基づく
データリンク応用では、レンズ２６の半径（Ｒ）は、≦
０．６mmとし、レンズの中心２６（ｃ）からＬＥＤの距
離を、０．７５mm以下と小さくしなければならない。モ
ールディングに用いられる材料は、ｎ≦１．６０の屈折
率を有し、２００℃以下の温度で作製しなければならな
い。
ド構造を示す図である。第１１実施例では、リーフ・フ
レーム２４上にＬＥＤをボンディングした後、結合効率
を増大させるために、モールディング２５を行う。モー
ルディング２５を行うときに、レンズ２６を作製する。
結合効率を改善し、パッケージング・コストをできるだ
け低くするためには、使用されるレンズを、モールディ
ング材料と同じ種類の材料で作る。ＰＯＦ２７に基づく
データリンク応用では、レンズ２６の半径（Ｒ）は、≦
０．６mmとし、レンズの中心２６（ｃ）からＬＥＤの距
離を、０．７５mm以下と小さくしなければならない。モ
ールディングに用いられる材料は、ｎ≦１．６０の屈折
率を有し、２００℃以下の温度で作製しなければならな
い。
【００４０】図１４および図１５は、図１３に示したモ
ールド・レンズの評価結果を示す。０．５以下の開口数
（ＮＡ）と０．９mm以下の直径を有するステップ・イン
デックス（ＳＩ）ＰＯＦ２７に、モールド２５を有する
ＬＥＤ２３を用いると、結合効率を８０％以上に増大で
きることがわかる。レンズ中心２６（ｃ），レンズ距離
Ｚ1 ，ファイバ距離Ｚ2 に対するＬＥＤ２３の位置（Ｘ
1 ）は、結合効率に重要な役割をはたす。結合効率８０
％以上を得るためにはＺ2 は７．５mm以下とすることが
望ましい。９０％以上の結合効率を達成するには、最小
レンズ距離Ｚ1は０．７mmでなければならない。
ールド・レンズの評価結果を示す。０．５以下の開口数
（ＮＡ）と０．９mm以下の直径を有するステップ・イン
デックス（ＳＩ）ＰＯＦ２７に、モールド２５を有する
ＬＥＤ２３を用いると、結合効率を８０％以上に増大で
きることがわかる。レンズ中心２６（ｃ），レンズ距離
Ｚ1 ，ファイバ距離Ｚ2 に対するＬＥＤ２３の位置（Ｘ
1 ）は、結合効率に重要な役割をはたす。結合効率８０
％以上を得るためにはＺ2 は７．５mm以下とすることが
望ましい。９０％以上の結合効率を達成するには、最小
レンズ距離Ｚ1は０．７mmでなければならない。
【００４１】前述した好適な実施例では、ＰＯＦに基づ
くオプティカル・システムに使用できるＬＥＤについて
説明した。ＳＩ ＰＯＦは、短距離データリンク・シス
テムの光源としての本発明のＬＥＤ２３の使用可能性を
示すために用いた。しかし、すべての種類のＰＯＦまた
は通常のシリカ・ファイバに基づくシステムに、本発明
のＬＥＤを用いることもできる。また、屋外での応用に
用いることもできる。好適な実施例で説明したＬＥＤ構
造は、０．５〜１．６μm の波長のＬＥＤに適用するこ
ともできる。
くオプティカル・システムに使用できるＬＥＤについて
説明した。ＳＩ ＰＯＦは、短距離データリンク・シス
テムの光源としての本発明のＬＥＤ２３の使用可能性を
示すために用いた。しかし、すべての種類のＰＯＦまた
は通常のシリカ・ファイバに基づくシステムに、本発明
のＬＥＤを用いることもできる。また、屋外での応用に
用いることもできる。好適な実施例で説明したＬＥＤ構
造は、０．５〜１．６μm の波長のＬＥＤに適用するこ
ともできる。
【００４２】本発明の好適な実施例についての記述は、
説明のためになされたものであり、本発明を開示したも
のに限定することを意図するものではない。前記の記述
は、本発明の原理を最も良く説明するために選ばれ述べ
られたものであり、種々の実施例に用いることができ、
企図した特定の使用に適した種々の変形例を実施するこ
ともできる。
説明のためになされたものであり、本発明を開示したも
のに限定することを意図するものではない。前記の記述
は、本発明の原理を最も良く説明するために選ばれ述べ
られたものであり、種々の実施例に用いることができ、
企図した特定の使用に適した種々の変形例を実施するこ
ともできる。
【００４３】
【発明の効果】ボンディング領域の下側にブロック層を
有する可視ＬＥＤは、従来開発されてきたＬＥＤと比べ
て、より高い出力パワーを示した。本発明のＬＥＤは、
また、ＰＯＦとの８０％以上の結合効率を示した。円形
表面とともに円形電極を用いることは、コンタクト外に
電流を一様に拡散させることに役立ち、ＬＥＤを高輝度
にし、結合効率を従来のＬＥＤよりも増大させる。
有する可視ＬＥＤは、従来開発されてきたＬＥＤと比べ
て、より高い出力パワーを示した。本発明のＬＥＤは、
また、ＰＯＦとの８０％以上の結合効率を示した。円形
表面とともに円形電極を用いることは、コンタクト外に
電流を一様に拡散させることに役立ち、ＬＥＤを高輝度
にし、結合効率を従来のＬＥＤよりも増大させる。
【図１】第１実施例でのＬＥＤを示す図である。
【図２】光出力効率への発光面寸法の依存性を示す計算
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図３】ＤＢＲと、ブロック層としての選択酸化物層と
を有する第２実施例のＬＥＤを示す図である。
を有する第２実施例のＬＥＤを示す図である。
【図４】第２，第４，第６，第８，第１２実施例に用い
られるＤＢＲの構造を、その反射率特性とともに示す図
である。
られるＤＢＲの構造を、その反射率特性とともに示す図
である。
【図５】イオン注入ブロック層を有する第３実施例のＬ
ＥＤを示す図である。
ＥＤを示す図である。
【図６】イオン注入ブロック層と底部ＤＢＲとを有する
第４実施例のＬＥＤを示す図である。
第４実施例のＬＥＤを示す図である。
【図７】ボンディング部の下側に電流が拡がるのを避け
るためにエッチングされたメサを有する第５実施例のＬ
ＥＤを示す図である。
るためにエッチングされたメサを有する第５実施例のＬ
ＥＤを示す図である。
【図８】底部ＤＢＲを有するメサ・エッチングされた第
６実施例のＬＥＤの構造を示す図である。
６実施例のＬＥＤの構造を示す図である。
【図９】光出力効率を改善するためのブロック層を有す
る第７実施例のＬＥＤを示す図である。
る第７実施例のＬＥＤを示す図である。
【図１０】底部電極を有する第８実施例のＬＥＤを示す
図である。
図である。
【図１１】リング状電極を有する第９実施例のＬＥＤを
示す図である。
示す図である。
【図１２】リング状電極と底部ＤＢＲとを有する第１０
実施例のＬＥＤを示す図である。
実施例のＬＥＤを示す図である。
【図１３】第１１実施例のＬＥＤのモールド構造を、Ｐ
ＯＦとともに示す図である。
ＯＦとともに示す図である。
【図１４】結合効率が、レンズ距離と、ファイバ距離と
にどのように依存するかを示す計算を示すグラフであ
る。
にどのように依存するかを示す計算を示すグラフであ
る。
【図１５】結合効率が、レンズ距離と、ファイバ距離と
にどのように依存するかを示す計算を示すグラフであ
る。
にどのように依存するかを示す計算を示すグラフであ
る。
【図１６】従来の可視ＬＥＤの概略図である。
【図１７】図１６のＬＥＤの概略近視野パターンを示す
図である。
図である。
【図１８】従来のＬＥＤの構造を示す概略図である。
１ 基板 ２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ３ ｎ−クラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ−クラッド層 ６ ブロック層 ７ 電流注入層 ８ 高濃度ｐ−キャップ層 ９ 絶縁層 １１ ｎ−コンタクト １２ 発光面 １３ パッシベーション １４ ＤＢＲ １６ ボンディング領域 １８ ブロック層 １９ ＧａＡｓ薄膜 ２１ ボンディング領域 ２２ Ａｕメッキ ２３ ＬＥＤ ２４ リーフフレーム ２６ レンズ ２７ ＰＯＦ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−15035（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−291365（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−211345（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−259263（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−17683（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−206588（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−259508（ＪＰ，Ａ) 米国特許5400354（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (15)
- 【請求項１】 第１導電型ＧａＡｓ基板上に、第１導電
型ＧａＡｓバッファ層、第１導電型（Ａｌ1-X ＧａX
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層、（Ａｌ1-XＧａX ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのバルク又は量子井戸構造の活性層、
第２導電型クラッド層、第２導電型薄膜ＡｌX Ｇａ
1-X Ａｓ（０．９≦Ｘ≦１）、第２導電型ＡｌX Ｇａ
1-X Ａｓ（０．７≦Ｘ≦１）電流注入層、高濃度第２
導電型キャップ層が順次積層された面発光型ダイオード
であって、前記第２導電型クラッド層までエッチングさ
れたメサ構造を有し、前記第２導電型薄膜には中央部を
残してメサ側面まで選択酸化されたブロック層が形成さ
れていることを特徴とする面発光型ダイオード。 - 【請求項２】 発光面の直径が１００μm 以下である
ことを特徴とする請求項１記載の面発光型ダイオード。 - 【請求項３】 第１導電型基板上に第１導電型バッファ
層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッ
ド層、第２導電型薄膜、第２導電型電流注入層、高濃度
第２導電型キャップ層が順次積層された面発光型ダイオ
ードであって、前記第２導電型クラッド層までエッチン
グされたメサ構造を有し、前記第２導電型薄膜には中央
部を残してメサ側面まで選択酸化されたブロック層が形
成され、発光面側の電極が１重以上のリング電極を有
し、放射光に対し透明性を有する絶縁材料によりリング
電極以外の発光面が覆われていることを特徴とする面発
光型ダイオード。 - 【請求項４】 第１導電型基板上に第１導電型バッファ
層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッ
ド層、第２導電型電流注入層、高濃度第２導電型キャッ
プ層が順次積層された面発光型ダイオードであって、前
記第２導電型電流注入層にイオン注入により高抵抗領域
が形され、発光面側の電極が１重以上のリング電極を有
し、放射光に対し透明性を有する絶縁材料によりリング
電極以外の発光面が覆われていることを特徴とする面発
光型ダイオード。 - 【請求項５】 第１導電型基板上に第１導電型バッファ
層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッ
ド層、第２導電型電流注入層、高濃度第２導電型キャッ
プ層が順次積層された面発光型ダイオードであって、発
光面直径より一回り大きい直径で、前記第２導電型クラ
ッド層までエッチングされたメサ構造と、発光面側の電
極が１重以上のリング電極を有し、放射光に対し透明性
を有する絶縁材料によりリング電極以外の発光面が覆わ
れていることを特徴とする面発光型ダイオード。 - 【請求項６】 第１導電型基板上に第１導電型バッファ
層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッ
ド層、第２導電型電流注入層、高濃度第２導電型キャッ
プ層を順次積層された面発光型ダイオードであって、前
記第２導電型電流注入層の第２導電型クラッド層近傍に
リング状の第１導電型又は絶縁性ブロック層が形成さ
れ、発光面側の電極が１重以上のリング電極を有し、放
射光に対し透明性を有する絶縁材料によりリング電極以
外の発光面が覆われていることを特徴とする面発光型ダ
イオード。 - 【請求項７】 前記絶縁材料は酸化シリコン又は窒化シ
リコン又はアルミナであることを特徴とする請求項３、
４、５又は６記載の面発光型ダイオード。 - 【請求項８】 前記第１導電型バッファ層上に分布ブラ
ッグ反射層（ＤＢＲ）ミラーが形成されていることを特
徴とする請求項３、４、５、６又は７記載の面発光型ダ
イオード。 - 【請求項９】 前記分布ブラッグ反射層（ＤＢＲ）ミラ
ーはＡｌＡｓ／（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ又はＡｌＡｓ／Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ又はＡｓ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ／（Ａｓ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5
Ｐ又はＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ／Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ又
はＡｌＡｓ／ＧａＡｓからなることを特徴とする請求項
３、４、５、６、７又は８記載の面発光型ダイオード。 - 【請求項１０】 第１導電型基板上に第１導電型バッフ
ァ層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラ
ッド層、第２導電型薄膜、第２導電型電流注入層、高濃
度第２導電型キャップ層が順次積層された面発光型ダイ
オードであって、前記第２導電型クラッド層までエッチ
ングされたメサ構造を有し、前記第２導電型薄膜には中
央部を残してメサ側面まで選択酸化されたブロック層が
形成され、屈折率が１．６以下の材料により形成されレ
ンズの直径０．６mm以下、面発光型ダイオードの発光面
からレンズ中心の頂点までの距離を０．７５mm以下とす
るモールド・レンズを有することを特徴とする面発光型
ダイオード。 - 【請求項１１】 第１導電型基板上に第１導電型バッフ
ァ層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラ
ッド層、第２導電型電流注入層、高濃度第２導電型キャ
ップ層が順次積層された面発光型ダイオードであって、
前記第２導電型電流注入層にイオン注入により高抵抗領
域が形成され、屈折率が１．６以下の材料により形成さ
れレンズの直径０．６mm以下、面発光型ダイオードの発
光面からレンズ中心の頂点までの距離を０．７５mm以下
とするモールド・レンズを有することを特徴とする面発
光型ダイオード。 - 【請求項１２】 第１導電型基板上に第１導電型バッフ
ァ層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラ
ッド層、第２導電型電流注入層、高濃度第２導電型キャ
ップ層が順次積層された面発光型ダイオードであって、
発光面直径より一回り大きい直径で、前記第２導電型ク
ラッド層までエッチングされたメサ構造と、屈折率が
１．６以下の材料により形成されレンズの直径０．６mm
以下、面発光型ダイオードの発光面からレンズ中心の頂
点までの距離を０．７５mm以下とするモールド・レンズ
を有することを特徴とする面発光型ダイオード。 - 【請求項１３】 第１導電型基板上に第１導電型バッフ
ァ層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラ
ッド層、第２導電型電流注入層、高濃度第２導電型キャ
ップ層を順次積層された面発光型ダイオードであって、
前記第２導電型電流注入層の第２導電型クラッド層近傍
にリング状の第１導電型又は絶縁性ブロック層が形成さ
れ、屈折率が１．６以下の材料により形成されレンズの
直径０．６mm以下、面発光型ダイオードの発光面からレ
ンズ中心の頂点までの距離を０．７５mm以下とするモー
ルド・レンズを有することを特徴とする面発光型ダイオ
ード。 - 【請求項１４】 屈折率が１．６以下の材料により形成
され、レンズの直径０．６mm以下、面発光型ダイオード
の発光面からレンズ中心の頂点までの距離を０．７５mm
以下とするモールド・レンズを有することを特徴とする
請求項３、４、５、６、７又は８記載の面発光型ダイオ
ード。 - 【請求項１５】 ８０％以上の結合効率を得るために開
口数（ＮＡ）０．５以下、直径１．０mm以下を有するス
テップ・インデックス（ＳＩ）ＰＯＦ端面とレンズまで
の距離を７．５mm以下とすることを特徴とする請求項１
４記載の面発光型ダイオード。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22612695A JP2783210B2 (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 面発光型ダイオード |
| US08/706,517 US5821569A (en) | 1995-09-04 | 1996-09-04 | Surface-emission type light-emitting diode and fabrication process therefor |
| US09/061,622 US5972731A (en) | 1995-09-04 | 1998-04-16 | Surface-emission type light-emitting diode and fabrication process therefor |
| US09/272,740 US6063643A (en) | 1995-09-04 | 1999-03-08 | Surface-emission type light-emitting diode and fabrication process thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22612695A JP2783210B2 (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 面発光型ダイオード |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0974219A JPH0974219A (ja) | 1997-03-18 |
| JP2783210B2 true JP2783210B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
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