JP2806423B2 - 面発光型半導体素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信システムにお
いて光デバイスとして使用可能な面発光型半導体素子に
関する。
いて光デバイスとして使用可能な面発光型半導体素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の面発光型半導体素子は、典型的
には、ＰＯＦ（プラスチック光ファイバ）をベースとし
た光データリンクシステムにおける光源として用いられ
る高輝度の可視光を発生するＬＥＤ（発光ダイオード）
である。このＬＥＤは屋外ディスプレイおよび自動車用
表示器としても用いられ、特に、白熱灯が通常使用され
るような用途に適用される。
には、ＰＯＦ（プラスチック光ファイバ）をベースとし
た光データリンクシステムにおける光源として用いられ
る高輝度の可視光を発生するＬＥＤ（発光ダイオード）
である。このＬＥＤは屋外ディスプレイおよび自動車用
表示器としても用いられ、特に、白熱灯が通常使用され
るような用途に適用される。
【０００３】ＬＥＤの開発当初より、主としてＬＥＤの
効率を高めるために多くの研究が続けられている。主に
結晶品質に依存するＬＥＤの内部量子効率は、従来技術
を用いて、１００％近くまで達成することができる。し
かしその一方では、これまで達成された外部量子効率
は、（可視ＬＥＤに関して）１０％程度にすぎない。発
生した光のかなりの部分は、主として、注入電流ならび
に反射および吸光の非効率な利用によりリストされる。
効率を高めるために多くの研究が続けられている。主に
結晶品質に依存するＬＥＤの内部量子効率は、従来技術
を用いて、１００％近くまで達成することができる。し
かしその一方では、これまで達成された外部量子効率
は、（可視ＬＥＤに関して）１０％程度にすぎない。発
生した光のかなりの部分は、主として、注入電流ならび
に反射および吸光の非効率な利用によりリストされる。
【０００４】ＬＥＤの外部量子効率は、その構造と、接
合部に電流を拡散するために用いられる電極の形状に依
存する。これまで製造されたすべての面発光型ＬＥＤ
は、厚い電流拡散層を備えており、これは、クラッド層
上で、注入電流を電極から活性層に均一に分散するため
に用いられる。用いられる電流拡散層は、低い抵抗率を
もち、発光波長に対して高い透過率を有する。注入電流
はコンタクト層から離れて電流拡散層中に広がることに
なるが、これは主に、用いられる拡散層の厚さに依存す
る。電極下の光を取り出すことはできないので、電流拡
散層が厚いほど、注入電流はより均一になる。その結
果、ＬＥＤの輝度が高められる。上面電極コンタクト層
はまた、ＬＥＤ輝度を高めるためにはできるだけ薄くな
ければならない。
合部に電流を拡散するために用いられる電極の形状に依
存する。これまで製造されたすべての面発光型ＬＥＤ
は、厚い電流拡散層を備えており、これは、クラッド層
上で、注入電流を電極から活性層に均一に分散するため
に用いられる。用いられる電流拡散層は、低い抵抗率を
もち、発光波長に対して高い透過率を有する。注入電流
はコンタクト層から離れて電流拡散層中に広がることに
なるが、これは主に、用いられる拡散層の厚さに依存す
る。電極下の光を取り出すことはできないので、電流拡
散層が厚いほど、注入電流はより均一になる。その結
果、ＬＥＤの輝度が高められる。上面電極コンタクト層
はまた、ＬＥＤ輝度を高めるためにはできるだけ薄くな
ければならない。
【０００５】従来のＬＥＤにおいて、抵抗率を低減する
ために電流拡散層に高濃度ドーピングが施され、これは
通常、ＬＥＤ構造の形成に続いて成長させる。高温拡散
などの後成長プロセスも、抵抗率を低減するために用い
られる。高濃度ドープされた厚い電流拡散層を成長させ
形成することにはいくつかの問題がある。第一に、長時
間の成長はＬＥＤのコストを高くする。第二に、電流拡
散層における高濃度ドーピングは、ＬＥＤの光学特性を
劣化させる。これは、活性層内部にＺｎなどのドーパン
トが拡散されることによる。Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（第１部第
３１巻２４４６〜２４５１ページ）には、電流拡散層と
して高濃度ドープされた厚い層を用いることに関する報
告が掲載されているが、これは、先に述べたと同じ問題
点に直面している。
ために電流拡散層に高濃度ドーピングが施され、これは
通常、ＬＥＤ構造の形成に続いて成長させる。高温拡散
などの後成長プロセスも、抵抗率を低減するために用い
られる。高濃度ドープされた厚い電流拡散層を成長させ
形成することにはいくつかの問題がある。第一に、長時
間の成長はＬＥＤのコストを高くする。第二に、電流拡
散層における高濃度ドーピングは、ＬＥＤの光学特性を
劣化させる。これは、活性層内部にＺｎなどのドーパン
トが拡散されることによる。Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（第１部第
３１巻２４４６〜２４５１ページ）には、電流拡散層と
して高濃度ドープされた厚い層を用いることに関する報
告が掲載されているが、これは、先に述べたと同じ問題
点に直面している。
【０００６】従来の可視光ＬＥＤの典型的な例の一つが
図１１に示されている。また図１２には、この可視光Ｌ
ＥＤの近似的近傍領域放射を示している。図１１におい
て、ｎ型ＧａＡｓ基板であるＧａＡｓ吸光層１の主面上
に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、（ＡｌｘＧ
ａ１−ｘ）ｘＩｎ１−ｘＰからなるｎ型クラッド層４
と、活性層５と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ
０．５Ｐからなるｐ型クラッド層６と、Ａｌ０．７Ｇａ
０．３Ａｓ電流拡散層２９と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層
３０とを順次成長させる。ｐ型ＧａＡｓキャップ層３０
上には電極３１が形成され、ＧａＡｓ吸光層１の対向面
上には電極９´が形成される。従来のＬＥＤでは、伝搬
層の厚さも輝度に対して影響を及ぼす。これは、出射強
度がその位置での電流密度に正比例するからである。出
射パターンは電極３１側面付近で最高強度を有し、電極
３１からの距離が増加するにつれて強度は低くなる。こ
れは中心領域に電流が集中することによる。より厚い電
流拡散層を用いることは、電流分布の均一性を増加させ
る。図１２において、電流拡散層の厚さがそれぞれ異な
るＬＥＤについての近似的近傍領域パターンが示されて
いる。出射強度３５（３４より良好）は電流拡散層がよ
り厚い場合に達成される。
図１１に示されている。また図１２には、この可視光Ｌ
ＥＤの近似的近傍領域放射を示している。図１１におい
て、ｎ型ＧａＡｓ基板であるＧａＡｓ吸光層１の主面上
に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、（ＡｌｘＧ
ａ１−ｘ）ｘＩｎ１−ｘＰからなるｎ型クラッド層４
と、活性層５と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ
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３０とを順次成長させる。ｐ型ＧａＡｓキャップ層３０
上には電極３１が形成され、ＧａＡｓ吸光層１の対向面
上には電極９´が形成される。従来のＬＥＤでは、伝搬
層の厚さも輝度に対して影響を及ぼす。これは、出射強
度がその位置での電流密度に正比例するからである。出
射パターンは電極３１側面付近で最高強度を有し、電極
３１からの距離が増加するにつれて強度は低くなる。こ
れは中心領域に電流が集中することによる。より厚い電
流拡散層を用いることは、電流分布の均一性を増加させ
る。図１２において、電流拡散層の厚さがそれぞれ異な
るＬＥＤについての近似的近傍領域パターンが示されて
いる。出射強度３５（３４より良好）は電流拡散層がよ
り厚い場合に達成される。
【０００７】従来、ウェハー接合技術を用いた、出射光
に対して透光性をもつ厚い基板も用いられている。Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ第６４
巻、２８３９〜２８４１ページには、可視光ＬＥＤにお
いて、接合されたＧａＰウェハーを用いて外部量子効率
を高めることについて報告されている。この例では、吸
光ＧａＡｓウェハーをエッチング除去したあとでＧａＰ
ウェハーを接合する。このＬＥＤ構造において、接合プ
ロセスより前に吸光ウェハーをエッチング除去するプロ
セスを施す必要があるため、接合における再現性は悪化
し、広範なウェハープロセスにおいて種々の問題が生ず
る。この結果、ＬＥＤのコストが増大する。そこで、外
部効率が高く、また、大量生産にも適したＬＥＤ構造を
提供することが非常に望ましい。
に対して透光性をもつ厚い基板も用いられている。Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ第６４
巻、２８３９〜２８４１ページには、可視光ＬＥＤにお
いて、接合されたＧａＰウェハーを用いて外部量子効率
を高めることについて報告されている。この例では、吸
光ＧａＡｓウェハーをエッチング除去したあとでＧａＰ
ウェハーを接合する。このＬＥＤ構造において、接合プ
ロセスより前に吸光ウェハーをエッチング除去するプロ
セスを施す必要があるため、接合における再現性は悪化
し、広範なウェハープロセスにおいて種々の問題が生ず
る。この結果、ＬＥＤのコストが増大する。そこで、外
部効率が高く、また、大量生産にも適したＬＥＤ構造を
提供することが非常に望ましい。
【０００８】III−Ｖ族半導体をベースにした可視光Ｌ
ＥＤ（５７０〜６７０ｎｍの範囲の波長）について、多
数の論文や日本特許が開示され、外部量子効率を増大さ
せるためのさまざまなＬＥＤ構造を論じている。特開平
２−１７４２７２号公報に高輝度ＬＥＤについて開示し
ている。この公報においては、コンタクト層の下にｎ−
ｐ−ｎ−ｐ構造を用いることでＬＥＤの輝度を増大さ
せ、これによりコンタクト層の外部への電流の拡散を容
易にしている。このＬＥＤの主な欠点は、ｐ型コンタク
ト層を形成する前に、活性領域まで達するメサ構造を発
光面内に形成して電流路を形成し、さらに亜鉛（Ｚｎ）
などのドーパントを高温環境で拡散しなければならな
い。Ｚｎ拡散のための後成長高温処理は、活性領域劣化
により、その性能特性に影響を及ぼす。高濃度ｐ型不純
物のドーピングを施した発光面を用いるため、光の大部
分（光エネルギーに依存する）が拡散層内に吸収される
こともある。この種のＬＥＤの製造においては、いくつ
かのプロセスを経由する必要があり、ＬＥＤ製造コスト
が高くなる。それだけでなく、広いコンタクト領域のた
めに誘導キャパシタンスが高くなることから、このＬＥ
Ｄを高速化することが困難になる。
ＥＤ（５７０〜６７０ｎｍの範囲の波長）について、多
数の論文や日本特許が開示され、外部量子効率を増大さ
せるためのさまざまなＬＥＤ構造を論じている。特開平
２−１７４２７２号公報に高輝度ＬＥＤについて開示し
ている。この公報においては、コンタクト層の下にｎ−
ｐ−ｎ−ｐ構造を用いることでＬＥＤの輝度を増大さ
せ、これによりコンタクト層の外部への電流の拡散を容
易にしている。このＬＥＤの主な欠点は、ｐ型コンタク
ト層を形成する前に、活性領域まで達するメサ構造を発
光面内に形成して電流路を形成し、さらに亜鉛（Ｚｎ）
などのドーパントを高温環境で拡散しなければならな
い。Ｚｎ拡散のための後成長高温処理は、活性領域劣化
により、その性能特性に影響を及ぼす。高濃度ｐ型不純
物のドーピングを施した発光面を用いるため、光の大部
分（光エネルギーに依存する）が拡散層内に吸収される
こともある。この種のＬＥＤの製造においては、いくつ
かのプロセスを経由する必要があり、ＬＥＤ製造コスト
が高くなる。それだけでなく、広いコンタクト領域のた
めに誘導キャパシタンスが高くなることから、このＬＥ
Ｄを高速化することが困難になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
提案されたＬＥＤ構造の光出力および結合効率は、短距
離データリンクシステムにおいて用いるには、特に、Ｐ
ＯＦをベースとしたシステムに関与する場合に用いるに
は、十分とは言えない。これは、従来のＬＥＤの出力エ
ネルギーが低く、かつまたＰＯＦとの結合効率が低いか
らである。そこで、低コストで製造でき、大量生産に適
した高輝度可視光ＬＥＤを提供することが強く望まれ
る。
提案されたＬＥＤ構造の光出力および結合効率は、短距
離データリンクシステムにおいて用いるには、特に、Ｐ
ＯＦをベースとしたシステムに関与する場合に用いるに
は、十分とは言えない。これは、従来のＬＥＤの出力エ
ネルギーが低く、かつまたＰＯＦとの結合効率が低いか
らである。そこで、低コストで製造でき、大量生産に適
した高輝度可視光ＬＥＤを提供することが強く望まれ
る。
【００１０】ＰＯＦまたはシリカをベースとしたデータ
リンクシステムやその他のディスプレイシステムに、Ｌ
ＥＤを応用する可能性のためには、上記の問題点を緩和
しなければならない。
リンクシステムやその他のディスプレイシステムに、Ｌ
ＥＤを応用する可能性のためには、上記の問題点を緩和
しなければならない。
【００１１】それ故、本発明の目的は、大量生産に適
し、外部量子効率および結合効率の高い面発光型半導体
素子を提供することである。
し、外部量子効率および結合効率の高い面発光型半導体
素子を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、主面と
この主面に対向する対向面とを有するＧａＡｓ吸光層
（１）と、前記主面上に形成されたｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層（２）と、このｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形成さ
れたＤＢＲ (distributed bragg reflector)ミラー層
（３）と、このＤＢＲミラー層上に形成された、（Ａｌ
ｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッ
ド層（４）と、このｎ型クラッド層上に形成された活性
層（５）と、この活性層上に形成された、（ＡｌｘＧａ
１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層
（６）と、このｐ型クラッド層上に接合された半導体か
らなる透光性ウェハー（８）と、この透光性ウェハーの
上面の所定の領域に形成された上面電極（９または１
３）と、前記対向面に形成されたｎ型コンタクト層（１
１）とを有する面発光型半導体素子（但し、ｘは０．１
以上０．３以下の数を表す）が得られる。
この主面に対向する対向面とを有するＧａＡｓ吸光層
（１）と、前記主面上に形成されたｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層（２）と、このｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形成さ
れたＤＢＲ (distributed bragg reflector)ミラー層
（３）と、このＤＢＲミラー層上に形成された、（Ａｌ
ｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッ
ド層（４）と、このｎ型クラッド層上に形成された活性
層（５）と、この活性層上に形成された、（ＡｌｘＧａ
１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層
（６）と、このｐ型クラッド層上に接合された半導体か
らなる透光性ウェハー（８）と、この透光性ウェハーの
上面の所定の領域に形成された上面電極（９または１
３）と、前記対向面に形成されたｎ型コンタクト層（１
１）とを有する面発光型半導体素子（但し、ｘは０．１
以上０．３以下の数を表す）が得られる。
【００１３】更に本発明によれば、主面とこの主面に対
向する対向面とを有するＧａＡｓ吸光層（１）を準備す
る工程と、前記主面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層
（２）と、ＤＢＲ (distributed bragg reflector)ミラ
ー層（３）と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５
Ｐからなるｎ型クラッド層（４）と、活性層（５）と、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型
クラッド層（６）とを、順次成長させる工程と、このｐ
型クラッド層上に半導体からなる透光性ウェハー（８）
を接合する工程と、この透光性ウェハーの上面の所定の
領域に上面電極（９または１３）を形成する工程と、前
記対向面にｎ型コンタクト層（１１）を形成する工程と
を有する面発光型半導体素子の製造方法（但し、ｘは
０．１以上０．３以下の数を表す）が得られる。
向する対向面とを有するＧａＡｓ吸光層（１）を準備す
る工程と、前記主面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層
（２）と、ＤＢＲ (distributed bragg reflector)ミラ
ー層（３）と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５
Ｐからなるｎ型クラッド層（４）と、活性層（５）と、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型
クラッド層（６）とを、順次成長させる工程と、このｐ
型クラッド層上に半導体からなる透光性ウェハー（８）
を接合する工程と、この透光性ウェハーの上面の所定の
領域に上面電極（９または１３）を形成する工程と、前
記対向面にｎ型コンタクト層（１１）を形成する工程と
を有する面発光型半導体素子の製造方法（但し、ｘは
０．１以上０．３以下の数を表す）が得られる。
【００１４】また本発明によれば、主吸光面とこの主吸
光面に対向する対向吸光面とを有するＧａＡｓ吸光層
（１）と、前記主吸光面上に形成されたｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層（２）と、このｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形
成されたＤＢＲ (distributedbragg reflector)ミラー
層（３）と、主透光面とこの主透光面に対向する対向透
光面とを有し、半導体からなる透光性ウェハー（８）
と、前記主透光面上に形成された格子整合のためのバッ
ファ層（１８）と、このバッファ層上に形成された、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型
クラッド層（４）と、このｎ型クラッド層上に形成され
た活性層（５）と、この活性層上に形成された、（Ａｌ
ｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッ
ド層（６）と、前記透光性ウェハーの前記対向透光面の
所定の領域に形成された上面電極（９または１３）と、
前記ＧａＡｓ吸光層の前記対向吸光面に形成されたｎ型
コンタクト層（１１）とを有し、前記ＤＢＲミラー層の
上面と前記ｐ型クラッド層の上面とが互いに接合されて
いることを特徴とする面発光型半導体素子（但し、ｘは
０．１以上０．３以下の数を表す）が得られる。
光面に対向する対向吸光面とを有するＧａＡｓ吸光層
（１）と、前記主吸光面上に形成されたｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層（２）と、このｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形
成されたＤＢＲ (distributedbragg reflector)ミラー
層（３）と、主透光面とこの主透光面に対向する対向透
光面とを有し、半導体からなる透光性ウェハー（８）
と、前記主透光面上に形成された格子整合のためのバッ
ファ層（１８）と、このバッファ層上に形成された、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型
クラッド層（４）と、このｎ型クラッド層上に形成され
た活性層（５）と、この活性層上に形成された、（Ａｌ
ｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッ
ド層（６）と、前記透光性ウェハーの前記対向透光面の
所定の領域に形成された上面電極（９または１３）と、
前記ＧａＡｓ吸光層の前記対向吸光面に形成されたｎ型
コンタクト層（１１）とを有し、前記ＤＢＲミラー層の
上面と前記ｐ型クラッド層の上面とが互いに接合されて
いることを特徴とする面発光型半導体素子（但し、ｘは
０．１以上０．３以下の数を表す）が得られる。
【００１５】更に本発明によれば、主吸光面とこの主吸
光面に対向する対向吸光面とを有するＧａＡｓ吸光層
（１）を準備する工程と、前記主吸光面上に、ｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層（２）と、ＤＢＲ (distributed bragg
reflector)ミラー層（３）とを、順次成長させる工程
と、透光面とこの主透光面に対向する対向透光面とを有
し、半導体からなる透光性ウェハー（８）を準備する工
程と、前記主透光面上に、格子整合のためのバッファ層
（１８）と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ
からなるｎ型クラッド層（４）と、活性層（５）と、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型
クラッド層（６）とを、順次成長させる工程と、前記Ｄ
ＢＲミラー層の上面と前記ｐ型クラッド層の上面とを互
いに接合する工程と、前記透光性ウェハーの前記対向透
光面の所定の領域に上面電極（９または１３）を形成す
る工程と、前記ＧａＡｓ吸光層の前記対向吸光面に、ｎ
型コンタクト層（１１）を形成する工程とを有すること
を特徴とする面発光型半導体素子の製造方法（但し、ｘ
は０．１以上０．３以下の数を表す）が得られる。
光面に対向する対向吸光面とを有するＧａＡｓ吸光層
（１）を準備する工程と、前記主吸光面上に、ｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層（２）と、ＤＢＲ (distributed bragg
reflector)ミラー層（３）とを、順次成長させる工程
と、透光面とこの主透光面に対向する対向透光面とを有
し、半導体からなる透光性ウェハー（８）を準備する工
程と、前記主透光面上に、格子整合のためのバッファ層
（１８）と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ
からなるｎ型クラッド層（４）と、活性層（５）と、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型
クラッド層（６）とを、順次成長させる工程と、前記Ｄ
ＢＲミラー層の上面と前記ｐ型クラッド層の上面とを互
いに接合する工程と、前記透光性ウェハーの前記対向透
光面の所定の領域に上面電極（９または１３）を形成す
る工程と、前記ＧａＡｓ吸光層の前記対向吸光面に、ｎ
型コンタクト層（１１）を形成する工程とを有すること
を特徴とする面発光型半導体素子の製造方法（但し、ｘ
は０．１以上０．３以下の数を表す）が得られる。
【００１６】
【作用】本発明では、吸光層（吸光ウェハー）をエッチ
ング除去した後でなく、吸光層に対向して、接合された
透光性ウェハーとともにＤＢＲミラー層を用いることに
よって、面発光型半導体素子（ＬＥＤ）の外部効率は著
しく高められる。更に本発明では、接合された透光性ウ
ェハーを用いることにより、活性層内への電流の均一な
拡散が容易になる。また本発明では、ＤＢＲミラー層な
どのミラー層を用いることにより、後方の入射光を前方
に反射することができ、外部量子効率が高まる。本発明
によれば、面発光型半導体素子（ＬＥＤ）自体の高さは
吸光層の厚さを選択することによって調節することがで
きる。コンタクト層を形成する前に、吸光ウェハーを機
械的に研磨することによって、後で選択することもでき
る。面発光型半導体素子（ＬＥＤ）の高さを選択するこ
との利点は、結合効率を最大にし、面発光型半導体素子
（ＬＥＤ）を光データリンクに応用する場合に大いに必
要とされる所望の出射開口数（ＮＡ）を設計するよう
に、レンズを設計することが容易になることである。本
発明による面発光型半導体素子（ＬＥＤ）はディスプレ
イシステムにも適用することができる。
ング除去した後でなく、吸光層に対向して、接合された
透光性ウェハーとともにＤＢＲミラー層を用いることに
よって、面発光型半導体素子（ＬＥＤ）の外部効率は著
しく高められる。更に本発明では、接合された透光性ウ
ェハーを用いることにより、活性層内への電流の均一な
拡散が容易になる。また本発明では、ＤＢＲミラー層な
どのミラー層を用いることにより、後方の入射光を前方
に反射することができ、外部量子効率が高まる。本発明
によれば、面発光型半導体素子（ＬＥＤ）自体の高さは
吸光層の厚さを選択することによって調節することがで
きる。コンタクト層を形成する前に、吸光ウェハーを機
械的に研磨することによって、後で選択することもでき
る。面発光型半導体素子（ＬＥＤ）の高さを選択するこ
との利点は、結合効率を最大にし、面発光型半導体素子
（ＬＥＤ）を光データリンクに応用する場合に大いに必
要とされる所望の出射開口数（ＮＡ）を設計するよう
に、レンズを設計することが容易になることである。本
発明による面発光型半導体素子（ＬＥＤ）はディスプレ
イシステムにも適用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００１８】図１及び図２は本発明の第１の実施例によ
る可視光ＬＥＤを説明するための図である。図１に示し
たように、ｎ型ＧａＡｓ層であるＧａＡｓ吸光層（吸光
ウェハー）１の主面上に、バッファ層としてのｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層２と、ｎ型ＤＢＲ (distributed bragg
reflector)ミラー層３と、ｘ＝０．１〜０．３である
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型
クラッド層４と、活性層５と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）
０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層６と、（Ａ
ｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる薄膜層７
とを順次成長させる。放射波長０．５６５〜０．６５μ
ｍに対して透光性をもつＧａＰからなる透光性ウェハー
８を薄膜層７上に機械的に接合する。図示の透光性ウェ
ハー８はｐ型ＧａＰからなる。
る可視光ＬＥＤを説明するための図である。図１に示し
たように、ｎ型ＧａＡｓ層であるＧａＡｓ吸光層（吸光
ウェハー）１の主面上に、バッファ層としてのｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層２と、ｎ型ＤＢＲ (distributed bragg
reflector)ミラー層３と、ｘ＝０．１〜０．３である
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型
クラッド層４と、活性層５と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）
０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層６と、（Ａ
ｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる薄膜層７
とを順次成長させる。放射波長０．５６５〜０．６５μ
ｍに対して透光性をもつＧａＰからなる透光性ウェハー
８を薄膜層７上に機械的に接合する。図示の透光性ウェ
ハー８はｐ型ＧａＰからなる。
【００１９】このウェハー接合は高温窒素雰囲気下で行
われる。接合に必要な温度は７５０℃以下で１時間以内
である。薄膜層７中に少量のＡｌが含まれていると、比
較的低温でウェハーを接合することが容易となる。薄膜
層７にＡｌが含まれていない場合（即ち、薄膜層７がＧ
ａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる場合）も接合は可能であ
るが、この場合には、比較的高温であることが要求され
る。
われる。接合に必要な温度は７５０℃以下で１時間以内
である。薄膜層７中に少量のＡｌが含まれていると、比
較的低温でウェハーを接合することが容易となる。薄膜
層７にＡｌが含まれていない場合（即ち、薄膜層７がＧ
ａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる場合）も接合は可能であ
るが、この場合には、比較的高温であることが要求され
る。
【００２０】ウェハーの接合プロセスが高温条件下で行
われると、活性層５内へのドーパント拡散がＬＥＤの光
学特性を低下させることがある。活性層５内にドーパン
トが拡散しないようにするには、接合温度且つ接合時間
に依存する厚さをもつ、スペーサ層６１を、活性層５の
形成に続いて設ける。スペーサ層６１としては、ｐ型ク
ラッド層６として用いられる低濃度ドーピングを施した
ｐ型材料と同じ種類のものを用いることができる。
われると、活性層５内へのドーパント拡散がＬＥＤの光
学特性を低下させることがある。活性層５内にドーパン
トが拡散しないようにするには、接合温度且つ接合時間
に依存する厚さをもつ、スペーサ層６１を、活性層５の
形成に続いて設ける。スペーサ層６１としては、ｐ型ク
ラッド層６として用いられる低濃度ドーピングを施した
ｐ型材料と同じ種類のものを用いることができる。
【００２１】ＤＢＲミラー層３には、高屈折率差を有す
る半導体対の薄層（波長／４）を用いることができる。
５９０〜７００ｎｍの範囲の波長を有するＡｌＧａＩｎ
ＰのＬＥＤについては、１５対のＡｌ０．５Ｇａ０．５
Ａｓ／ＡｌＡｓをもつＤＢＲミラー層により、９０％以
上の反射率の達成が容易になる。波長６５０ｎｍの光に
ついて９９．９％の反射率を達成するために、２０対の
ＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓまたは１５対のＡ
ｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）
０．５Ｉｎ０．５Ｐまたは２５対のＡｌ０．５Ｉｎ
０．５Ｐ／Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐまたは１５対のＡｌ
Ａｓ／ＧａＡｓがＤＢＲ材料として用いられる。Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘＰなどのＡｌＰ／ＧａＰ超格子低屈折率材料
からなるＤＢＲは可視光に対して高い反射率を提供し、
また、１００ｎｍより広いストップバンドを提供する。
活性層５において、非ドープバルクまたは多量子井戸を
用いることもできる。
る半導体対の薄層（波長／４）を用いることができる。
５９０〜７００ｎｍの範囲の波長を有するＡｌＧａＩｎ
ＰのＬＥＤについては、１５対のＡｌ０．５Ｇａ０．５
Ａｓ／ＡｌＡｓをもつＤＢＲミラー層により、９０％以
上の反射率の達成が容易になる。波長６５０ｎｍの光に
ついて９９．９％の反射率を達成するために、２０対の
ＡｌＡｓ／Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓまたは１５対のＡ
ｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）
０．５Ｉｎ０．５Ｐまたは２５対のＡｌ０．５Ｉｎ
０．５Ｐ／Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐまたは１５対のＡｌ
Ａｓ／ＧａＡｓがＤＢＲ材料として用いられる。Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘＰなどのＡｌＰ／ＧａＰ超格子低屈折率材料
からなるＤＢＲは可視光に対して高い反射率を提供し、
また、１００ｎｍより広いストップバンドを提供する。
活性層５において、非ドープバルクまたは多量子井戸を
用いることもできる。
【００２２】図２を参照して、透光性ウェハー８接合の
後、透光性ウェハー８の上面の所定の領域に上面電極
（ｐ型コンタクト層）９を形成する。図示の上面電極９
は、透光性ウェハー８の上面の中心部に形成された円筒
形電極である。
後、透光性ウェハー８の上面の所定の領域に上面電極
（ｐ型コンタクト層）９を形成する。図示の上面電極９
は、透光性ウェハー８の上面の中心部に形成された円筒
形電極である。
【００２３】図３は本発明の第２の実施例による可視光
ＬＥＤを説明するための図であり、同様の部分は同様の
参照符号で示されている。図３においては、リング形電
極である上面電極１３が透光性ウェハー８の上面の中心
部に形成されている。光データリンクにおいて使用可能
なＬＥＤは高速動作のためには低キャパシタンスを有し
ていなければならないことから、コンタクト領域は出来
る限り少なくする。図３に示すＬＥＤでは、リング形の
上面電極１３を形成する前に酸化ケイ素層１２が設けら
れる。
ＬＥＤを説明するための図であり、同様の部分は同様の
参照符号で示されている。図３においては、リング形電
極である上面電極１３が透光性ウェハー８の上面の中心
部に形成されている。光データリンクにおいて使用可能
なＬＥＤは高速動作のためには低キャパシタンスを有し
ていなければならないことから、コンタクト領域は出来
る限り少なくする。図３に示すＬＥＤでは、リング形の
上面電極１３を形成する前に酸化ケイ素層１２が設けら
れる。
【００２４】図２及び図３において、ＬＥＤにおいて
は、レーザーダイオードなどその他の光デバイスと比較
して電流密度が高いので、ｐ型電極により主に誘導され
るコンタクト抵抗は、長期間にわたり信頼性ある動作を
行なうためには１オーム程度に低くしなければならな
い。この目的のために、ｐ型コンタクト層として、Ｇａ
Ａｓキャップ層におけるスパイク形成を避けることにお
いてより信頼性のある金属が選択される。ｐ型電極とし
ては、Ａｕ：ＺｎまたはＡｕ：ＢｅまたはＡｕ／Ｎｉま
たはＡｕ／ＣｒまたはＡｕ／Ｐｔ／ＴｉまたはＡｌ：Ａ
ｕ／Ｗ／ＴｉＮ：Ａｕ：Ｚｎを用いることができる。円
筒形の上面電極９またはリング形の上面電極１３を形成
するために、リフトオフまたはイオン粉砕プロセスが用
いられる。
は、レーザーダイオードなどその他の光デバイスと比較
して電流密度が高いので、ｐ型電極により主に誘導され
るコンタクト抵抗は、長期間にわたり信頼性ある動作を
行なうためには１オーム程度に低くしなければならな
い。この目的のために、ｐ型コンタクト層として、Ｇａ
Ａｓキャップ層におけるスパイク形成を避けることにお
いてより信頼性のある金属が選択される。ｐ型電極とし
ては、Ａｕ：ＺｎまたはＡｕ：ＢｅまたはＡｕ／Ｎｉま
たはＡｕ／ＣｒまたはＡｕ／Ｐｔ／ＴｉまたはＡｌ：Ａ
ｕ／Ｗ／ＴｉＮ：Ａｕ：Ｚｎを用いることができる。円
筒形の上面電極９またはリング形の上面電極１３を形成
するために、リフトオフまたはイオン粉砕プロセスが用
いられる。
【００２５】図２及び図３において、ＧａＡｓ吸光層１
の対向面には、ｎ型コンタクト層１１が底面フラットコ
ンタクト層として形成される。
の対向面には、ｎ型コンタクト層１１が底面フラットコ
ンタクト層として形成される。
【００２６】上述した実施例において、ＧａＡｓ吸光層
１はｎ型ＧａＡｓ層である場合を説明したが、ＧａＡｓ
吸光層１はｐ型ＧａＡｓ層でもよい。ＧａＰからなる透
光性ウェハー８については逆のことがあてはまる。即
ち、ｐ型ＧａＰからなる透光性ウェハー８の代りに、ｎ
型ＧａＰからなる透光性ウェハーを用いてもよい。ま
た、ＧａＰからなる透光性ウェハー８の代りに、出射ビ
ームよりも光学バンドギャップが大きいその他の透光性
ウェハーを用いてもよい。例えば、可視光に対しては、
ＳｉＣまたはＺｎＳｅまたはＨｇＳまたはＣｄＳなどの
透光性ウェハーを本実施例において用いることができ
る。
１はｎ型ＧａＡｓ層である場合を説明したが、ＧａＡｓ
吸光層１はｐ型ＧａＡｓ層でもよい。ＧａＰからなる透
光性ウェハー８については逆のことがあてはまる。即
ち、ｐ型ＧａＰからなる透光性ウェハー８の代りに、ｎ
型ＧａＰからなる透光性ウェハーを用いてもよい。ま
た、ＧａＰからなる透光性ウェハー８の代りに、出射ビ
ームよりも光学バンドギャップが大きいその他の透光性
ウェハーを用いてもよい。例えば、可視光に対しては、
ＳｉＣまたはＺｎＳｅまたはＨｇＳまたはＣｄＳなどの
透光性ウェハーを本実施例において用いることができ
る。
【００２７】データリンクシステムにおいてＬＥＤを用
いるためには、ファイバに対する光結合効率がより重要
である。この理由から、最大結合効率が得られるように
発光面を設計しなければならない。結合効率は、主に、
結合されるファイバの種類および用いられるＬＥＤの発
光面など、いくつかの要因に依存する。ファイバとの結
合効率５０％以上を達成するためには、発光面に対する
ファイバコア直径の比が５より大きくなるように、発光
面の直径を設計しなければならない。コアサイズが０．
９８ｍｍで開口数（ＮＡ）が０．５のステップインデッ
クス（ＳＩ）ＰＯＦファイバを用いた場合、７０％をこ
える結合効率を得るには発光面直径が２００μｍ程度に
小さくなければならないことが判明した。図２及び図３
に示すように、透光性ウェハー８の上面の所定の領域に
上面電極（ｐ型コンタクト層）９を形成した後、発光面
１４および１５を被覆するために、透光性ウェハー８の
上面の残りの領域及び透光性ウェハー８の側面にパシベ
ーション層１０を堆積する。パシベーション層１０に
は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または酸化ケイ素（ＳｉＯ
２）または窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）または窒化酸化ケイ
素（ＳｉＯｘＮ１−ｘ）が用いられ、室温または２００
℃以下の温度でこれを堆積する。このパシベーション層
１０は、発光面１４が周囲の水分子や酸素を吸収するの
を防ぐとともに、長期間の作動に対してデバイスを信頼
性あるものとする。接合された厚い透光性ウェハー８を
用いているため、パシベーション層１０で透光性ウェハ
ー８の側面の発光面１５をも被覆する。パシベーション
層１０の厚さは、半導体と空気との屈折率の差により生
じる表面反射を抑えることにもなる。この場合、電極の
ステップカバレッジから、また、出射光の透過率を最大
にするために、ｎλ／２が好ましい。パシベーション層
１０の形成後、ＧａＡｓ吸光層１の裏側を所望の厚さま
で研磨し、ｎ型コンタクト層１１を形成する。ｎ型コン
タクト層１１としては、Ａｕ：Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕが用い
られる。
いるためには、ファイバに対する光結合効率がより重要
である。この理由から、最大結合効率が得られるように
発光面を設計しなければならない。結合効率は、主に、
結合されるファイバの種類および用いられるＬＥＤの発
光面など、いくつかの要因に依存する。ファイバとの結
合効率５０％以上を達成するためには、発光面に対する
ファイバコア直径の比が５より大きくなるように、発光
面の直径を設計しなければならない。コアサイズが０．
９８ｍｍで開口数（ＮＡ）が０．５のステップインデッ
クス（ＳＩ）ＰＯＦファイバを用いた場合、７０％をこ
える結合効率を得るには発光面直径が２００μｍ程度に
小さくなければならないことが判明した。図２及び図３
に示すように、透光性ウェハー８の上面の所定の領域に
上面電極（ｐ型コンタクト層）９を形成した後、発光面
１４および１５を被覆するために、透光性ウェハー８の
上面の残りの領域及び透光性ウェハー８の側面にパシベ
ーション層１０を堆積する。パシベーション層１０に
は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または酸化ケイ素（ＳｉＯ
２）または窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）または窒化酸化ケイ
素（ＳｉＯｘＮ１−ｘ）が用いられ、室温または２００
℃以下の温度でこれを堆積する。このパシベーション層
１０は、発光面１４が周囲の水分子や酸素を吸収するの
を防ぐとともに、長期間の作動に対してデバイスを信頼
性あるものとする。接合された厚い透光性ウェハー８を
用いているため、パシベーション層１０で透光性ウェハ
ー８の側面の発光面１５をも被覆する。パシベーション
層１０の厚さは、半導体と空気との屈折率の差により生
じる表面反射を抑えることにもなる。この場合、電極の
ステップカバレッジから、また、出射光の透過率を最大
にするために、ｎλ／２が好ましい。パシベーション層
１０の形成後、ＧａＡｓ吸光層１の裏側を所望の厚さま
で研磨し、ｎ型コンタクト層１１を形成する。ｎ型コン
タクト層１１としては、Ａｕ：Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕが用い
られる。
【００２８】図４及び図５は本発明の第３の実施例によ
る可視光ＬＥＤを説明するための図である。ここで第１
及び第２の実施例と同様の部分は同じ参照番号によって
示し、繰り返しての説明はここでは省略する。第３の実
施例において、ＧａＡｓ吸光層１上にあるＬＥＤ構造１
７（２、３、４、５、６１、及び６を含む）上に光バン
ドギャップ２．１８〜２．２５ｅＶのＩｎＧａＰからな
る薄膜層１６を成長させる。具体的には、ＩｎｘＧａ
１−ｘＰからなる薄膜層１６を用いることにより、環境
条件および接合プロセスによるｐ型クラッド層６の酸化
を防ぐことができ、ＬＥＤ抵抗の低減を促進することが
できる。ＩｎｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層１６を備え
た透光性ウェハー８を、ＬＥＤ構造１７を有するＧａＡ
ｓ吸光層（吸光ウェハー）１に接合する。この第３の実
施例において、ＧａＰを透光性ウェハー８として用いて
いるが、ＺｎＳｅまたはＳｉＣまたはＣｄＳまたはＺｎ
Ｔｅなどの透光性ウェハーすべてを用いることができ
る。特に、ＺｎＳｅなどの透光性ウェハーをＧａＰウェ
ハーの代わりに用いた場合には、不整合による転位の問
題を克服することができる。このことはまたＬＥＤ抵抗
を低減させ且つ信頼性を高める。
る可視光ＬＥＤを説明するための図である。ここで第１
及び第２の実施例と同様の部分は同じ参照番号によって
示し、繰り返しての説明はここでは省略する。第３の実
施例において、ＧａＡｓ吸光層１上にあるＬＥＤ構造１
７（２、３、４、５、６１、及び６を含む）上に光バン
ドギャップ２．１８〜２．２５ｅＶのＩｎＧａＰからな
る薄膜層１６を成長させる。具体的には、ＩｎｘＧａ
１−ｘＰからなる薄膜層１６を用いることにより、環境
条件および接合プロセスによるｐ型クラッド層６の酸化
を防ぐことができ、ＬＥＤ抵抗の低減を促進することが
できる。ＩｎｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層１６を備え
た透光性ウェハー８を、ＬＥＤ構造１７を有するＧａＡ
ｓ吸光層（吸光ウェハー）１に接合する。この第３の実
施例において、ＧａＰを透光性ウェハー８として用いて
いるが、ＺｎＳｅまたはＳｉＣまたはＣｄＳまたはＺｎ
Ｔｅなどの透光性ウェハーすべてを用いることができ
る。特に、ＺｎＳｅなどの透光性ウェハーをＧａＰウェ
ハーの代わりに用いた場合には、不整合による転位の問
題を克服することができる。このことはまたＬＥＤ抵抗
を低減させ且つ信頼性を高める。
【００２９】図５において、第１の実施例と同様に、ウ
ェハー接合の後、ＬＥＤ構造を完成させるためにｎ型コ
ンタクト層１１およびｐ型コンタクト層からなる上面電
極９を形成する。図示の上面電極９は、透光性ウェハー
８の上面の中心部に形成された円筒形電極である。この
工程に続くその他のプロセスは第１の実施例において述
べたものと同じなので、繰り返しての説明は省略する。
ェハー接合の後、ＬＥＤ構造を完成させるためにｎ型コ
ンタクト層１１およびｐ型コンタクト層からなる上面電
極９を形成する。図示の上面電極９は、透光性ウェハー
８の上面の中心部に形成された円筒形電極である。この
工程に続くその他のプロセスは第１の実施例において述
べたものと同じなので、繰り返しての説明は省略する。
【００３０】図６は本発明の第４の実施例による可視光
ＬＥＤを説明するための図であり、図５の実施例と同様
の部分は同様の参照符号で示されている。図６において
は、図３の実施例と同様に、リング形電極である上面電
極１３が透光性ウェハー８の上面の中心部に形成されて
いる。
ＬＥＤを説明するための図であり、図５の実施例と同様
の部分は同様の参照符号で示されている。図６において
は、図３の実施例と同様に、リング形電極である上面電
極１３が透光性ウェハー８の上面の中心部に形成されて
いる。
【００３１】図７及び図８は本発明の第５の実施例によ
る可視光ＬＥＤを説明するための図である。ここで、第
１〜第４の実施例と同様の部分は同じ参照番号で示し、
繰り返しての説明は省略する。図７において、この例で
は、透光性ウェハー８上にＤＢＲミラー層３をもたない
ＬＥＤ構造２０（ｎ型クラッド層４、活性層５、スペー
サ層６１、及びｐ型クラッド層６を含む））を成長させ
る。格子不整合による転位を避けるため、ＬＥＤ構造２
０を成長させる前にエピタキシャル成長層であるバッフ
ァ層１８を設ける。例えば、ＧａＰを透光性ウェハー８
として使用する場合には、２０ｎｍ厚のＡｌｘＧａ
１−ｘＰ層がバッファ層１８として用いられる。ＬＥＤ
構造２０の成長に続き、図４の薄膜層１６と同様なＩｎ
ｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層１９を成長させる。図７
に示すように、ＧａＡｓ吸光層（吸光ウェハー）１側に
おいて、ｎ型バッファ層２と、ＤＢＲミラー層３と、Ｉ
ｎｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層１９とを、ＧａＡｓ吸
光層（吸光ウェハー）１上に順次成長させ、その後にこ
れを図８に示すように接合する。
る可視光ＬＥＤを説明するための図である。ここで、第
１〜第４の実施例と同様の部分は同じ参照番号で示し、
繰り返しての説明は省略する。図７において、この例で
は、透光性ウェハー８上にＤＢＲミラー層３をもたない
ＬＥＤ構造２０（ｎ型クラッド層４、活性層５、スペー
サ層６１、及びｐ型クラッド層６を含む））を成長させ
る。格子不整合による転位を避けるため、ＬＥＤ構造２
０を成長させる前にエピタキシャル成長層であるバッフ
ァ層１８を設ける。例えば、ＧａＰを透光性ウェハー８
として使用する場合には、２０ｎｍ厚のＡｌｘＧａ
１−ｘＰ層がバッファ層１８として用いられる。ＬＥＤ
構造２０の成長に続き、図４の薄膜層１６と同様なＩｎ
ｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層１９を成長させる。図７
に示すように、ＧａＡｓ吸光層（吸光ウェハー）１側に
おいて、ｎ型バッファ層２と、ＤＢＲミラー層３と、Ｉ
ｎｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層１９とを、ＧａＡｓ吸
光層（吸光ウェハー）１上に順次成長させ、その後にこ
れを図８に示すように接合する。
【００３２】図８に示すように、接合の後、透光性ウェ
ハー８側に、ｐ型コンタクト層からなる上面電極９を形
成する。図示の上面電極９は、透光性ウェハー８の上面
の中心部に形成された円筒形電極である。この工程に続
くその他のプロセスは第１の実施例において述べたもの
と同じなので、繰り返しての説明は省略する。
ハー８側に、ｐ型コンタクト層からなる上面電極９を形
成する。図示の上面電極９は、透光性ウェハー８の上面
の中心部に形成された円筒形電極である。この工程に続
くその他のプロセスは第１の実施例において述べたもの
と同じなので、繰り返しての説明は省略する。
【００３３】図９は本発明の第６の実施例による可視光
ＬＥＤを説明するための図であり、図８の実施例と同様
の部分は同様の参照符号で示されている。図９において
は、リング形電極である上面電極１３が透光性ウェハー
８の上面の中心部に形成されている。
ＬＥＤを説明するための図であり、図８の実施例と同様
の部分は同様の参照符号で示されている。図９において
は、リング形電極である上面電極１３が透光性ウェハー
８の上面の中心部に形成されている。
【００３４】図１０は本発明によるＬＥＤのモールド構
造を説明するための図である。リードフレーム２１上に
本発明によるＬＥＤ２５をワイヤ接合する。モールディ
ング２７が、ファイバとの結合効率を高めるために行わ
れる。本発明によれば、ＬＥＤは高く、また、光は透光
性ウェハー８の前面および側面の両方から出射されるの
で、リードフレーム２１に接触した４５度ミラー層２２
は、側面１５から出射されるビームを反射する必要があ
る。ミラー面２４からの反射の後、すべてのビームをフ
ァイバ２８に集光することができる。レンズ２６は成形
または鋳造によって形成される。結合効率を向上させ且
つパッケージングコストをできる限り低く抑えるために
は、プラスチック材料を用いてレンズ２６を形成する。
ＰＯＦ２８をデータリンクに応用する場合、レンズ２６
の半径（Ｒ）は０．６ｍｍ以下で、レンズ２６ｃの中心
からＬＥＤまでの距離は０．７５ｍｍ程度に短くなけれ
ばならない。成形に用いられる材料は屈折率ｎが１．６
０以下であり、成形プロセスは２００℃以下の温度で行
わなければならない。開口数（ＮＡ）が０．５でコア直
径が０．９８ｍｍのステップインデックス（ＳＩ）ＰＯ
Ｆ２８においてモールド２７を備えたＬＥＤ２５を用い
ることにより、結合効率を８０％以上に高めることがで
きる。レンズ中心２６（ｃ）に対するＬＥＤ２５の位置
決め（ｘ）と、レンズ距離Ｚ１と、ファイバ距離Ｚ２と
は、結合効率に対して重要な役割を果たす。７０％以上
の結合効率を達成するには、Ｚ１およびＺ２の最小値
は、それぞれ０．７ｍｍおよび０．３ｍｍでなければな
らない。データリンクに用いられるＬＥＤにおいては、
ＬＥＤの出射ＮＡがモード分散に対して重要な役割を果
たす。例えば、ＰＯＦを用いる場合に、０．３から０．
１まで出射ＮＡを変化させると、ファイバの帯域幅は３
００ＭＨｚ／ｋｍから５ＭＨｚ／ｋｍまで増大させる。
ＮＡはＬＥＤとレンズ間の距離を変化させることにより
選択することができ、これは、吸光ウェハーまたはリー
ドフレームを機械的に研磨することによって容易に行う
ことができる。
造を説明するための図である。リードフレーム２１上に
本発明によるＬＥＤ２５をワイヤ接合する。モールディ
ング２７が、ファイバとの結合効率を高めるために行わ
れる。本発明によれば、ＬＥＤは高く、また、光は透光
性ウェハー８の前面および側面の両方から出射されるの
で、リードフレーム２１に接触した４５度ミラー層２２
は、側面１５から出射されるビームを反射する必要があ
る。ミラー面２４からの反射の後、すべてのビームをフ
ァイバ２８に集光することができる。レンズ２６は成形
または鋳造によって形成される。結合効率を向上させ且
つパッケージングコストをできる限り低く抑えるために
は、プラスチック材料を用いてレンズ２６を形成する。
ＰＯＦ２８をデータリンクに応用する場合、レンズ２６
の半径（Ｒ）は０．６ｍｍ以下で、レンズ２６ｃの中心
からＬＥＤまでの距離は０．７５ｍｍ程度に短くなけれ
ばならない。成形に用いられる材料は屈折率ｎが１．６
０以下であり、成形プロセスは２００℃以下の温度で行
わなければならない。開口数（ＮＡ）が０．５でコア直
径が０．９８ｍｍのステップインデックス（ＳＩ）ＰＯ
Ｆ２８においてモールド２７を備えたＬＥＤ２５を用い
ることにより、結合効率を８０％以上に高めることがで
きる。レンズ中心２６（ｃ）に対するＬＥＤ２５の位置
決め（ｘ）と、レンズ距離Ｚ１と、ファイバ距離Ｚ２と
は、結合効率に対して重要な役割を果たす。７０％以上
の結合効率を達成するには、Ｚ１およびＺ２の最小値
は、それぞれ０．７ｍｍおよび０．３ｍｍでなければな
らない。データリンクに用いられるＬＥＤにおいては、
ＬＥＤの出射ＮＡがモード分散に対して重要な役割を果
たす。例えば、ＰＯＦを用いる場合に、０．３から０．
１まで出射ＮＡを変化させると、ファイバの帯域幅は３
００ＭＨｚ／ｋｍから５ＭＨｚ／ｋｍまで増大させる。
ＮＡはＬＥＤとレンズ間の距離を変化させることにより
選択することができ、これは、吸光ウェハーまたはリー
ドフレームを機械的に研磨することによって容易に行う
ことができる。
【００３５】上述した好ましい実施例において、ＰＯＦ
をベースとした光システムにおいて実施されるＬＥＤに
ついて説明した。そして、短距離データリンクシステム
における光源としてのＬＥＤ２５の実用可能性を示すた
めにＳＩ−ＰＯＦを用いた。しかしながら、これは全種
類のＰＯＦや従来のシリカファイバをベースとしたシス
テムにおける光源としても用いることができる。それだ
けでなく、屋外における用途にも用いることができる。
好ましい実施例において述べたＬＥＤ構造は０．５から
１．６μｍの範囲の波長を有するＬＥＤにも適用でき
る。
をベースとした光システムにおいて実施されるＬＥＤに
ついて説明した。そして、短距離データリンクシステム
における光源としてのＬＥＤ２５の実用可能性を示すた
めにＳＩ−ＰＯＦを用いた。しかしながら、これは全種
類のＰＯＦや従来のシリカファイバをベースとしたシス
テムにおける光源としても用いることができる。それだ
けでなく、屋外における用途にも用いることができる。
好ましい実施例において述べたＬＥＤ構造は０．５から
１．６μｍの範囲の波長を有するＬＥＤにも適用でき
る。
【００３６】以上、好ましい実施例を用いて本発明を説
明したが、本発明は説明したとおりの形態に限定される
ものではない。上記の形態は本発明の原理を説明するた
めに選択したものであり、種々の実施例において用いる
ことがてき、用途に応じて多様な変形が可能であること
は言うまでもない。
明したが、本発明は説明したとおりの形態に限定される
ものではない。上記の形態は本発明の原理を説明するた
めに選択したものであり、種々の実施例において用いる
ことがてき、用途に応じて多様な変形が可能であること
は言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸光層（吸光ウェハー）にＤＢＲミラー層を設けて透光
性ウェハーを接合した可視ＬＥＤは従来のものと比較し
てより高い出力エネルギーを示した。本発明によれば、
ＡｌＧａＩｎＰをベースとしたＬＥＤの外部効率を３０
％以上に高めることができる。さらに、ＰＯＦとの結合
効率は８０％以上を示した。接合された透光性ウェハー
とＤＢＲミラー層とを有するＬＥＤは光データリンク、
特にＰＯＦデータリンクにおいて有用なだけでなく、屋
外の用途にも有用である。
吸光層（吸光ウェハー）にＤＢＲミラー層を設けて透光
性ウェハーを接合した可視ＬＥＤは従来のものと比較し
てより高い出力エネルギーを示した。本発明によれば、
ＡｌＧａＩｎＰをベースとしたＬＥＤの外部効率を３０
％以上に高めることができる。さらに、ＰＯＦとの結合
効率は８０％以上を示した。接合された透光性ウェハー
とＤＢＲミラー層とを有するＬＥＤは光データリンク、
特にＰＯＦデータリンクにおいて有用なだけでなく、屋
外の用途にも有用である。
【図１】本発明の第１の実施例による可視光ＬＥＤの製
造プロセスを説明するための断面図である。
造プロセスを説明するための断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例による可視光ＬＥＤの断
面図である。
面図である。
【図３】本発明の第２の実施例による可視光ＬＥＤの断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の第３の実施例による可視光ＬＥＤの製
造プロセスを説明するための断面図である。
造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例による可視光ＬＥＤの断
面図である。
面図である。
【図６】本発明の第４の実施例による可視光ＬＥＤの断
面図である。
面図である。
【図７】本発明の第５の実施例による可視光ＬＥＤの製
造プロセスを説明するための断面図である。
造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例による可視光ＬＥＤの断
面図である。
面図である。
【図９】本発明の第６の実施例による可視光ＬＥＤの断
面図である。
面図である。
【図１０】本発明の可視光ＬＥＤのモールド構造を説明
するための断面図である。
するための断面図である。
【図１１】従来の可視光ＬＥＤを説明するための図であ
る。
る。
【図１２】図１１の可視光ＬＥＤの発光の近似的近傍領
域パターンを説明するための図である。
域パターンを説明するための図である。
１ ＧａＡｓ吸光層（吸光ウェハー） ２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ３ ＤＢＲミラー層 ４ ｎ型クラッド層 ５ 活性層 ６ ｐ型クラッド層 ７ 薄膜層 ８ 透光性ウェハー ９ 上面電極 １０ パシベーション層 １１ ｎ型コンタクト層 １３ 上面電極 １８ バッファ層 １９ 薄膜層 ６１ スペーサ層
Claims (18)
- 【請求項１】 主面とこの主面に対向する対向面とを有
するＧａＡｓ吸光層（１）と、 前記主面上に形成されたｎ型ＧａＡｓバッファ層（２）
と、 このｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形成されたＤＢＲ (di
stributed bragg reflector)ミラー層（３）と、 このＤＢＲミラー層上に形成された、（ＡｌｘＧａ
１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層
（４）と、 このｎ型クラッド層上に形成された活性層（５）と、 この活性層上に形成された、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）
０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層（６）と、 このｐ型クラッド層上に接合された半導体からなる透光
性ウェハー（８）と、この透光性ウェハーの上面の所定
の領域に形成された上面電極（９または１３）と、 前記対向面に形成されたｎ型コンタクト層（１１）とを
有する面発光型半導体素子（但し、ｘは０．１以上０．
３以下の数を表す）。 - 【請求項２】 前記透光性ウェハーの上面の残りの領域
および前記透光性ウェハーの側面に形成され、大気中の
水分子や酸素の吸着を避け且つ表面反射を抑えるための
パシベーション層（１０）を更に含むことを特徴とする
請求項１に記載の面発光型半導体素子。 - 【請求項３】 前記透光性ウェハーは、III−Ｖ族半導
体またはII−VI族半導体からなることを特徴とする請求
項１又は２に記載の面発光型半導体素子。 - 【請求項４】 前記ｐ型クラッド層上に形成された、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ又はＧａ
０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる薄膜層（７）を更に含み、
前記透光性ウェハーは、この薄膜層上に接合されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の面発
光型半導体素子。 - 【請求項５】 前記ｐ型クラッド層上に形成された、Ｉ
ｎｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層（１６）を更に含み、
前記透光性ウェハーは、この薄膜層を介して前記ｐ型ク
ラッド層上に接合されており、前記薄膜層は、前記透光
性ウェハーの接合を行う際の前記ｐ型クラッド層の酸化
を避けるためのものであることを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載の面発光型半導体素子。 - 【請求項６】 主面とこの主面に対向する対向面とを有
するＧａＡｓ吸光層（１）を準備する工程と、 前記主面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層（２）と、ＤＢ
Ｒ (distributed bragg reflector)ミラー層（３）と、
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型
クラッド層（４）と、活性層（５）と、（ＡｌｘＧａ
１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層
（６）とを、順次成長させる工程と、 このｐ型クラッド層上に半導体からなる透光性ウェハー
（８）を接合する工程と、 この透光性ウェハーの上面の所定の領域に上面電極（９
または１３）を形成する工程と、 前記対向面にｎ型コンタクト層（１１）を形成する工程
とを有する面発光型半導体素子の製造方法（但し、ｘは
０．１以上０．３以下の数を表す）。 - 【請求項７】 前記透光性ウェハーの上面の残りの領域
および前記透光性ウェハーの側面に、大気中の水分子や
酸素の吸着を避け且つ表面反射を抑えるためのパシベー
ション層（１０）を堆積する工程を更に含むことを特徴
とする請求項６に記載の面発光型半導体素子の製造方
法。 - 【請求項８】 前記透光性ウェハーは、III−Ｖ族半導
体またはII−VI族半導体からなることを特徴とする請求
項６又は７に記載の面発光型半導体素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記ｐ型クラッド層上に、（ＡｌｘＧａ
１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ又はＧａ０．５Ｉｎ０．５
Ｐからなる薄膜層（７）を成長させる工程を更に含み、
前記接合する工程は、この薄膜層上に前記透光性ウェハ
ーを接合する工程であることを特徴とする請求項６〜８
のいずれかに記載の面発光型半導体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 前記ｐ型クラッド層上に、ＩｎｘＧａ
１−ｘＰからなる薄膜層（１６）を成長させる工程を更
に含み、前記接合する工程は、前記透光性ウェハーを、
前記薄膜層を介して前記ｐ型クラッド層上に接合する工
程であり、前記薄膜層は、この接合工程中の前記ｐ型ク
ラッド層の酸化を避けるためのものであることを特徴と
する請求項６〜８のいずれかに記載の面発光型半導体素
子の製造方法。 - 【請求項１１】 主吸光面とこの主吸光面に対向する対
向吸光面とを有するＧａＡｓ吸光層（１）と、 前記主吸光面上に形成されたｎ型ＧａＡｓバッファ層
（２）と、 このｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形成されたＤＢＲ (di
stributed bragg reflector)ミラー層（３）と、 主透光面とこの主透光面に対向する対向透光面とを有
し、半導体からなる透光性ウェハー（８）と、 前記主透光面上に形成された格子整合のためのバッファ
層（１８）と、 このバッファ層上に形成された、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）
０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層（４）と、 このｎ型クラッド層上に形成された活性層（５）と、 この活性層上に形成された、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）
０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層（６）と、 前記透光性ウェハーの前記対向透光面の所定の領域に形
成された上面電極（９または１３）と、 前記ＧａＡｓ吸光層の前記対向吸光面に形成されたｎ型
コンタクト層（１１）とを有し、 前記ＤＢＲミラー層の上面と前記ｐ型クラッド層の上面
とが互いに接合されていることを特徴とする面発光型半
導体素子（但し、ｘは０．１以上０．３以下の数を表
す）。 - 【請求項１２】 前記透光性ウェハーの前記対向透光面
の残りの領域および前記透光性ウェハーの側面に形成さ
れ、大気中の水分子や酸素の吸着を避け且つ表面反射を
抑えるためのパシベーション層（１０）を更に含むこと
を特徴とする請求項１１に記載の面発光型半導体素子。 - 【請求項１３】 前記透光性ウェハーがＧａＰからな
り、前記バッファ層は、格子不整合による転位を避ける
ために、ＡｌｘＧａ１−ｘＰからなることを特徴とする
請求項１１又は１２に記載の面発光型半導体素子。 - 【請求項１４】 前記ｐ型クラッド層の前記上面に形成
された、ＩｎｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層（１９）
と、前記ＤＢＲミラー層の前記上面に形成された、Ｉｎ
ｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層（１９）とを更に含み、
前記ＤＢＲミラー層の前記上面と前記ｐ型クラッド層の
前記上面とは、これら薄膜層を介して、互いに接合され
ており、これら薄膜層は、前記ＤＢＲミラー層と前記ｐ
型クラッド層との接合を行う際の前記ＤＢＲミラー層及
び前記ｐ型クラッド層の酸化を避けるためのものである
ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載の
面発光型半導体素子。 - 【請求項１５】 主吸光面とこの主吸光面に対向する対
向吸光面とを有するＧａＡｓ吸光層（１）を準備する工
程と、 前記主吸光面上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層（２）と、
ＤＢＲ (distributedbragg reflector)ミラー層（３）
とを、順次成長させる工程と、 透光面とこの主透光面に対向する対向透光面とを有し、
半導体からなる透光性ウェハー（８）を準備する工程
と、 前記主透光面上に、格子整合のためのバッファ層（１
８）と、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐから
なるｎ型クラッド層（４）と、活性層（５）と、（Ａｌ
ｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッ
ド層（６）とを、順次成長させる工程と、 前記ＤＢＲミラー層の上面と前記ｐ型クラッド層の上面
とを互いに接合する工程と、 前記透光性ウェハーの前記対向透光面の所定の領域に上
面電極（９または１３）を形成する工程と、 前記ＧａＡｓ吸光層の前記対向吸光面に、ｎ型コンタク
ト層（１１）を形成する工程とを有することを特徴とす
る面発光型半導体素子の製造方法（但し、ｘは０．１以
上０．３以下の数を表す）。 - 【請求項１６】 前記透光性ウェハーの前記対向透光面
の残りの領域および前記透光性ウェハーの側面、大気中
の水分子や酸素の吸着を避け且つ表面反射を抑えるため
のパシベーション層（１０）を堆積する工程を更に含む
ことを特徴とする請求項１５に記載の面発光型半導体素
子の製造方法。 - 【請求項１７】 前記透光性ウェハーがＧａＰからな
り、前記バッファ層は、格子不整合による転位を避ける
ために、ＡｌｘＧａ１−ｘＰからなることを特徴とする
請求項１５又は１６に記載の面発光型半導体素子の製造
方法。 - 【請求項１８】 前記ｐ型クラッド層の前記上面に、Ｉ
ｎｘＧａ１−ｘＰからなる薄膜層（１９）を成長させる
工程と、前記ＤＢＲミラー層の前記上面に、ＩｎｘＧａ
１−ｘＰからなる薄膜層（１９）を成長させる工程とを
更に含み、前記接合する工程は、前記ＤＢＲミラー層の
前記上面と前記ｐ型クラッド層の前記上面とを、これら
薄膜層を介して、互いに接合する工程であり、前記薄膜
層は、この接合工程中の前記ＤＢＲミラー層及び前記ｐ
型クラッド層の酸化を避けるためのものであることを特
徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の面発光型
半導体素子の製造方法。
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| JP5214996A JP2806423B2 (ja) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | 面発光型半導体素子 |
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