JP2872741B2

JP2872741B2 - 端面発光型ダイオード及びその製造方法

Info

Publication number: JP2872741B2
Application number: JP8939190A
Authority: JP
Inventors: 昭大的場; 孝志坪田; 正男小林; 洋治細井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH03288477A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は端面発光型ダイオード及びその製造方法に
関するものである。

（従来の技術）端面発光型ダイオードは、シングルモード光ファイバ
に対しても実用レベルの光結合出力が得られる等の利点
を有している。

しかし、この種のダイオードは、いわゆるストライプ
構造の発光部を有しており、その構造が半導体レーザの
構造に類似していることから、動作温度が低い場合や駆
動電流を増加させて光出力を高めた場合等に、発光部で
誘導放出が生じてしまうことがあった。このように誘導
放出が起きると、自然放出光を出力するべき端面発光型
ダイオードがレーザ光を出力してしまうことになり問題
となる。

そこで、誘導放出の発生を抑えるための種々の試みが
従来からなされていた。

このような試みがなされている端面発光型ダイオード
の一例としては、例えばこの出願の出願人に係る文献
（カンファレンスオンレーザーズアンドエレク
トロオプティクス（CLEO:Conference on Lasers and
Electro Optics）、THM39（1988）p.356〜357）に開示
されているInGaAsP/InP系の端面発光型ダイオードがあ
った。第４図は、この端面発光型ダイオードを発光部が
縦割となるよう切って概略的に示した斜視図である。

この端面発光型ダイオードは、基本的には、電流注入
により発光するストライプ構造の発光部11と、該発光部
11の一端から生ずる光を吸収するため発光部11のストラ
イプ方向延長上に設けられたストライプ構造の光吸収部
13とを具えた構造になっていた。その詳細な構造は以下
に説明するようなものであった。

この端面発光型ダイオードでは、第１導電型のInP基
板21（この場合、ｐ−InP基板21）上に、第２導電型の
電流狭窄層23（ｎ-InP層23）及び第１導電型の電流狭窄
層25（ｐ-InP層25）がこの順に積層されていた。さらに
この基板21の所定領域にはｐ−InP層25表面からｐ−InP
基板21に至る深さを有するストライプ状の溝でストライ
プ方向と直交する方向に切った断面がＶ字状である第１
のＶ溝27が形成されていた。さらに、基板21の第１のＶ
溝27が形成された領域から離間する領域には、第１のＶ
溝27とストライプが同軸になるように第２のＶ溝29が形
成されていた。さらに、これら第１及び第２のＶ溝27、
29内及びこれら溝間の基板部分上には、ｐ−InP下側ク
ラッド層31、ｐ−InGaAsP活性層33及びｎ−InP上側クラ
ッド層35がこの順で積層されいわゆるDH構造が構成され
ていた。ただし、第１及び第２のＶ溝27、29間の領域で
は溝が無い分下側クラッド層等は溝内の部分より高い位
置になるため、第１のＶ溝内の活性層33aと第２のＶ溝
内の活性層33bとは、電流狭窄層として形成したInP層2
3、25の部分23a、25aにより分離されていた。

さらに、この端面発光型ダイオードでは、ｎ−InP上
側クラッド層上にｎ−InGaAsPキャップ層37が形成さ
れ、このキャップ層37の、第１のＶ溝27と対向する領域
上にはｎ側電極38が設けられそれ以外の領域上は、SiO₂
膜39で覆われていた。さらに、ｐ−InP基板21の下側に
はｐ側電極41が設けられていた。

この端面発光型ダイオードの駆動時には、電流は、キ
ャップ層37のSiO₂膜39から露出する部分にのみ狭窄され
るようになり第１のＶ溝27に有効に注入される。この結
果、第１のＶ溝27の領域が発光部11となる。また、第２
のＶ溝29内の活性層33bは、第１のＶ溝27内の活性層33a
と同一組成（活性層33bはそのバンドギャップが33aの発
光波長より短い材料で構成してもよい。）であるが、当
該ダイオード駆動時にはバンドフィリング（band filli
ng）効果により光を吸収するようになる。

従って、この端面発光型ダイオードでは、発光部11で
生じた光のうち光吸収部13側に向かう光は光吸収部13に
吸収されるため、当該ダイオードの光吸収部13側端面で
の光反射が防止され、誘導放出による共振器モードが防
止できた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述した従来の端面発光型ダイオード
では、発光部と光吸収部とがｎ−InP上側クラッド層を
介してつながっていたため、発光部に電流を流すと電流
の一部は光吸収部13にも漏れてしまい、発光部の発光波
長に対する光吸収部の吸収係数が小さくなってしまうと
いう問題点があった。

このため、光が当該端面発光型ダイオードの光吸収部
側の端面に到達するまでに十分な光減衰量を得るため
に、このダイオードでは光吸収部の長さを400μｍにも
する必要があり素子寸法が大きくなってしまった。さら
に、発光部から光吸収部への漏れ電流を減少させるため
に、発光部及び光吸収部間の分離領域（第３図中23a、2
5aで示した部分）の長さを150μｍにもする必要があ
り、発光部長が150μｍであることから素子全長は700μ
ｍにも達してしまった。

また、上述した従来の端面発光型ダイオードでは、発
光部及び光吸収部の活性層33a、33bは分離領域（InP層2
3a、25a）によって分断されているため発光部で生じた
光のうちの光吸収部側へ向かう光は発光部と分離領域と
の界面において反射され発光部側へフィードバックされ
てしまう。このため、発光部に高電流注入した場合は、
誘導放出による発振が生じてしまう恐れがあった。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、
従ってこの発明の目的は、活性層に不連続がなく、ま
た、発光部と光吸収部との電気的な分離も十分に行なえ
る構造を有する端面発光型ダイオードと、これを簡易に
製造出来る方法とを提供することにある。

（課題を解決するための手段）この目的の達成を図るため、この出願の第１発明によ
れば、第１導電型の基板と、この基板上に形成された第１導
電型の下側クラッド層、活性層及び第２導電型の上側ク
ラッド層とを具える下地に、ストライプ構造の発光部
と、この発光部の一端から生ずる光を吸収するためのス
トライプ構造の光吸収部とを具える端面発光型ダイオー
ドにおいて、下地の発光部と光吸収部との間に当たる部分にこの部
分表面から上側クラッド層に達しかつ活性層まで達しな
い深さまで第１導電型の不純物を拡散させて形成した分
離部を具え、下地の光吸収部に当たる部分にこの部分表面から活性
層に達する深さまで又は下側クラッド層に達する深さま
で第１導電型の不純物を拡散させて成ることを特徴とす
る。

また、この出願の第２発明によれば、第１導電型の基板と、この基板上に形成された第１導
電型の下側クラッド層、活性層及び第２導電型の下側ク
ラッド層とを具える下地に、ストライプ構造の発光部
と、この発光部の一端から生ずる光を吸収するためのス
トライプ構造の光吸収部とを具える端面発光型ダイオー
ドであって、前述の下地の発光部及び光吸収部間に当た
る部分にこの部分表面から上側クラッド層に達しかつ活
性層まで達しない深さまで第１導電型の不純物を拡散さ
せて形成した分離部を具え、前述の下地の光吸収部に当
たる部分にこの部分表面から活性層に達する深さまで又
は下側クラッド層に達する深さまで第１導電型の不純物
を拡散させて成る端面発光型ダイオードを製造するに当
たり、第１導電型の不純物の拡散を、以下の又はの手順
で行なうことを特徴とする。

上側クラッド層の光吸収部に対応する部分の膜厚を
発光部及び光吸収部間に対応する部分の膜厚より薄く
し、然る後、この上側クラッド層上方から前述の下地に
対し第１導電型の不純物を導入する。

上側クラッド層の発光部及び光吸収部間に対応する
部分上に薄膜を形成し、然る後、この上側クラッド層上
方から前述の下地に対し第１導電型の不純物を導入す
る。

（作用）この第１発明の構成によれば、第２導電型の上側クラ
ッド層の、発光部及び光吸収部間の部分は厚さ方向のほ
とんどの領域が第１導電型の不純物拡散層から成る分離
部となるので、上側クラッド層の発光部及び光吸収部間
分離抵抗は不純物拡散層がない場合に比べ高くなる。

また、光吸収部においては、第１導電型の拡散層によ
って各層とも同一導電型（第１導電型）になるためリー
ク電流があったとしても発光は生じない。このため発光
に起因する吸収係数の低下は生じない。さらに光吸収部
の活性層には不純物が拡散されるので不純物の光吸収作
用により光吸収部の吸収係数の増加が図れる。

また、第２発明の構成によれば、発光部及び光吸収部
間における下地表面から活性層までの距離の方が、光吸
収部における下地表面から活性層までの距離より長く出
来る。従って、発光部及び光吸収部間の領域と光吸収部
の領域とに同一工程で第１導電型の不純物を拡散させて
も両領域での拡散層の先端と活性層との位置関係を両領
域で異ならせることが出来る。このため、分離部及び光
吸収部各々の拡散層を同一工程で形成できる。

（実施例）以下、図面を参照して第１発明の端面発光型ダイオー
ドの実施例と第２発明の製造方法の実施例とにつき説明
する。

なお、以下の説明で用いる各図はこれら発明を理解で
きる程度に各構成成分の寸法、形状及び配置関係を概略
的に示してある。

構造説明先ず、第１発明の端面発光型ダイオード（以下、ダイ
オードと略称することもある。）実施例について説明す
る。

第１図（Ａ）〜（Ｄ）はその説明に供する図であり、
第１図（Ａ）はこのダイオードの斜視図、第１（Ｂ）は
このダイオードを第１図（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿って切っ
て示した断面図、第１図（Ｃ）は第１図（Ａ）のII-II
線に沿って切って示した断面図、第１図（Ｄ）は第１図
（Ａ）のIII-III線に沿って切って示した断面図であ
る。なお、第１図（Ｃ）及び（Ｄ）では、図面が複雑化
するのを回避するため断面を示すハッチングは不純物拡
散層以外は省略してある。

この実施例の端面発光型ダイオードは、ｐ−InP基板5
1上にｎ−InP電流狭窄層53、ｐ−InP電流狭窄層55を順
次に具える。さらに、ｐ−InP電流狭窄層55表面からｐ
−InP基板51に至る深さを有しストライプ幅が２μｍ程
度のストライプ状の溝でストライプ方向と直交する方向
の断面がＶ字状の溝57を具える。さらにこのＶ溝57上に
はｐ−InP下側クラッド層59、ｐ−InGaAsP活性層61及び
ｎ−InP上側クラッド層63を具える。活性層61はＶ溝57
内においてストライプ方向と直交する断面が三日月状と
なっている。

なお、この実施例では省略しているが、ｎ−InP上側
クラッド層63上にｎ−InGaAsPキャップ層を設けても良
い。

さらに、この実施例の端面発光型ダイオードにおいて
は、基板51、下側クラッド層59、活性層61及び上側クラ
ッド層63で構成された下地に、Ｖ溝57のストライプ方向
に沿って発光部65と、発光部65及び光吸収部69を分離す
るための分離部67と、発光部65の一端から生ずる光を吸
収するための光吸収部69とを具える。発光部65の長さｌ
₁、分離部67の長さｌ₂、光吸収部69の長さｌ₃は、これ
に限られるものではないが、この実施例ではｌ₁≒150μ
ｍ、ｌ₂≒25μｍ、ｌ₃≒300μｍとしてある。

またｎ−InP上側クラッド層63の、発光部65に対応す
る領域上にはｎ側電極71が、ｐ−InP基板51の裏面には
ｐ側電極73がそれぞれ設けてある。ｐ側及びｎ側電極7
1、73間に電圧を印加するとｎ側電極71下のDH（ダブル
ヘテロ）接合部に電流が注入され発光が生じる。

また、分離部67は、上側クラッド層63の分離部形成予
定領域に対しｐ型不純物例えばZnを活性層61に達しない
深さまで拡散させて形成したものである（第１図（Ｄ）
参照）。

また、光吸収部69は、基本的には発光部65と同様な構
造となっているが、上側クラッド層63表面から下側クラ
ッド層59に至るまでｐ型不純物を拡散させてある点で異
なっている（第１図（Ｃ）参照）。

なお、光吸収部69におけるｐ型不純物の拡散深さは、
この実施例では下側クラッド層まで至る深さとしている
が、活性層がこの実施例のようにｐ型の場合は、活性層
まで達する深さとしても目的は達成できる。

製造方法説明次に、第２発明の実施例について、この第２発明の製
造方法を第１図を用いて説明した端面発光型ダイオード
の製造に適用した例により、説明する。第２図（Ａ）〜
（Ｃ）はその説明に供する製造工程図であり、実施例の
製造方法中の主な工程における素子の様子を第１図
（Ａ）に対応する斜視図により示した工程図である。

先ず、例えば液相成長法により、ｐ−InP基板51上に
ｎ−InP電流狭窄層53及びｐ−InP電流狭窄層55を順次に
成長させる（第２図（Ａ））。

次に、公知の成膜技術、フォトリソグラフィ技術及び
エッチング技術により、ｐ−InP電流狭窄層55上にＶ溝
形成予定領域は露出する例えばSiO₂から成るマスク（図
示せず）を形成し、その後、例えば公知のウェットエッ
チング技術によりｐ−InP電流狭窄層55及びｎ−InP電流
狭窄層53を基板51に至る深さまでエッチングして、スト
ライプ状のＶ溝57を形成する（第２図（Ｂ））。

次に、Ｖ溝57形成済みの構造体上に、例えば液相成長
法により、ｐ−InP下側クラッド層59、ｐ−InGaAsP活性
層61及びｎ−InP上側クラッド層63を順次に成長させ
る。次に、ｎ−InP上側クラッド層63上にこれの光吸収
部69（第１図（Ａ）参照）に対応する部分は露出しそれ
以外の部分は覆うマスク（図示せず）を形成し、その後
この上側クラッド層のマスクから露出する部分を例えば
公知のウェットエッチング技術により所定量エッチング
する。ここで所定のエッチング量とは、後に行なう分離
部用のZn拡散層及び光吸収部用のZn拡散層の形成を同一
工程で実施する際、前者の拡散層の先端は活性層まで達
しさせず後者の拡散層の先端は少なくとも活性層まで達
しさせることが出来るよう上側クラッド層の厚みに局所
的な差がつけられる量のことである。

次にこのマスクを除去する。このエッチングにより、
上側クラッド層63の光吸収部69に対応する部分の厚みは
他の部分より薄くなる（第２図（Ｃ））。

次に、上側クラッド層63上に、これの分離部67（第１
図（Ａ）参照）形成予定領域に対応する部分及び光吸収
部69に対応する部分は露出する窓を有する例えばSiO₂、
Al₂Ｏ₃、SiN₄等から選ばれた材料から成るマスクを公知
の技術により形成する。

次に、このマスク付きのウエハをZn₃Ｐ₄又はZnP₂等の
拡散ソースと共に石英アンプル中に封じ込め、600℃の
温度で１時間程度の熱処理をし、Znをウエハの上記マス
クから露出する部分に拡散させる。この際、上側クラッ
ド層63の厚みは分離部形成予定領域に対応する部分の方
が光吸収部に対応する部分より厚くなっているので、上
記Zn拡散処理による拡散層の先端は分離部67においては
活性層61まで達せず光吸収部69においては下側クラッド
層59にまで達する。この結果、同一の拡散工程で所望の
２種類の拡散層を形成出来る（第１図（Ａ）、（Ｃ）、
（Ｄ）参照）。

次に、公知の方法により上側クラッド層63の所定領域
上にｎ側電極71を、ｐ−InP基板51裏面にｐ側電極73を
それぞれ形成して、実施例の端面発光型ダイオードを得
ることが出来る。

なお、分離部67を構成するZn拡散層及び光吸収部69の
Zn拡散層を同一の拡散工程で作製する方法は、上述の方
法に限られるものではなく、例えば以下に説明する方法
でも良い。第３図はその説明に供する図である。

上側クラッド層63の成長終了後にこの上側クラッド層
63上に例えばｎ−InGaAsPキャップ層81を所定の膜厚で
成長させ、このキャップ層81の光吸収部69に対応する部
分のみを公知の方法により選択的に除去して、この構造
体上に実施例同様に拡散マスクを形成しZn拡散処理を行
なう方法である。この場合も、分離部形成予定領域で
は、キャップ層がある分光吸収部に比べ、活性層上の半
導体層の厚みが厚いので拡散層の先端は活性層までは至
らない。なお、ここで云うキャップ層の所定の膜厚と
は、第２図（Ｃ）を用いて説明した上側クラッド層に局
所的な膜厚差をつけることと同等な効果が得られる膜厚
のことである。

上述においては、この第１発明の端面発光型ダイオー
ドの実施例と、第２発明の端面発光型ダイオードの製造
方法の実施例とにつきそれぞれ説明したが、これら発明
は上述の実施例のみに限定されるものではなく以下に説
明するような種々の変更を加えることができる。

例えば、上述の実施例の基板、各半導体及び不純物の
導電型を実施例とは反対の導電型にしても実施例と同様
な効果が得られること明らかである。また、不純物拡散
層形成に用いた不純物はZnに限られるものではなく任意
好適なものに変更できる。

また、上述の実施例は、第１及び第２発明をInGaAsP/
InP系の端面発光型ダイオードに適用した例であった
が、この発明は他の材料で構成した端面発光型ダイオー
ド例えばGaAs系のものに対しても適用できることは明ら
かである。

また、上述の実施例では、第１及び第２発明をＶ溝を
有する内部電流狭窄型の端面発光型ダイオードに適用し
ていたが、これら発明は他の構造のもの例えば溝形状が
違うもの、BH型のもの等に広く適用できることは明らか
である。

（発明の効果）上述した説明からも明らかなように、この出願の第１
発明の端面発光型ダイオードによれば、発光部及び光吸
収部間のリーク電流経路となっていた上側クラッド層に
対しこれの発光部及び光吸収部間に反対導電型の不純物
拡散層から成る分離部を設け電気抵抗を高めているので
拡散層が無い場合に比べリーク電流が低減できる。ま
た、従来の分離領域に比べこの発明の分離部は分離効果
が大であるので、分離部の小型化が図れる。実際、従来
は150μｍもあった分離領域は、本発明実施例において
は25μｍ程度で良くなっている。これがため、当該端面
発光型ダイオードの小型化が図れる。

また、光吸収部においては、不純物拡散層によって各
層が同一導電型となるので光吸収部にリーク電流が流れ
ても発光は生じず、従って発光による吸収係数低下は生
じない。さらに不純物拡散層の不純物の光吸収作用によ
り光吸収部の吸収係数の向上が図れる。このため、光吸
収部の光吸収効率が向上するので300μｍ程度の長さ
（従来の3/4の長さ）の光吸収部でも所望の光吸収が行
なえ発振抑制が行なえる。

また、発光部と光吸収部の活性層は連続させることが
出来るので、従来問題であった発光部と吸収領域との間
に不連続な面が生じることもないので、内部反射の問題
も生じない。

また、第２発明の製造方法によれば、分離部を構成す
る不純物拡散層と、光吸収部の吸収効率を高めるための
不純物拡散層とを同一の工程で形成することができるの
で、第１発明の端面発光型ダイオードを簡易に製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例の端面発光型ダイオー
ドの構造説明に供する図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、製造方法の実施例の説明に供
する工程図、第３図は、製造方法の他の実施例の説明に供する図、第４図は、従来の端面発光型ダイオードの構造説明に供
する分解斜視図である。 51……ｐ−InP基板 53……ｎ−InP電流狭窄層 55……ｐ−InP電流狭窄層 57……Ｖ溝 59……ｐ−InP下側クラッド層 61……ｐ−InGaAsP活性層 63……ｎ−InP上側クラッド層 65……発光部、67……分離部 69……光吸収部、71……ｎ側電極 73……ｐ側電極 81……ｎ−InGaAsPキャップ層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者細井洋治東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内 (56)参考文献特開平１−161781（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 33/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の基板と、該基板上に形成され
た第１導電型の下側クラッド層、活性層及び第２導電型
の上側クラッド層とを具える下地に、ストライプ構造の
発光部と、該発光部の一端から生ずる光を吸収するため
のストライプ構造の光吸収部とを具える端面発光型ダイ
オードにおいて、下地の発光部と光吸収部との間に当たる部分に該部分表
面から上側クラッド層に達しかつ活性層まで達しない深
さまで第１導電型の不純物を拡散させて形成した分離部
を具え、前記下地の光吸収部に当たる部分に該部分表面から前記
活性層に達する深さまで又は下側クラッド層に達する深
さまで第１導電型の不純物を拡散させて成ることを特徴とする端面発光型ダイオード。
【請求項２】第１導電型の基板と、該基板上に形成され
た第１導電型の下側クラッド層、活性層及び第２導電型
の下側クラッド層とを具える下地に、ストライプ構造の
発光部と、該発光部の一端から生ずる光を吸収するため
のストライプ構造の光吸収部とを具える端面発光型ダイ
オードであって、前記下地の前記発光部及び光吸収部間
に当たる部分に該部分表面から上側クラッド層に達しか
つ活性層まで達しない深さまで第１導電型の不純物を拡
散させて形成した分離部を具え、前記下地の光吸収部に
当たる部分に該部分表面から前記活性層に達する深さま
で又は下側クラッド層に達する深さまで第１導電型の不
純物を拡散させて成る端面発光型ダイオードを製造する
のに当たり、前記第１導電型の不純物の拡散を、以下の又はの手
順で行なうことを特徴とする端面発光型ダイオードの製
造方法。上側クラッド層の光吸収部に対応する部分の膜厚を
発光部及び光吸収部間に対応する部分の膜厚より薄く
し、然る後、該上側クラッド層上方から前記下地に対し
第１導電型の不純物を導入する。上側クラッド層の発光部及び光吸収部間に対応する
部分上に薄膜を形成し、然る後、該上側クラッド層上方
から前記下地に対し第１導電型の不純物を導入する。