JP3184440B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光インターコネク
ション等に用いられる端面発光型の半導体発光装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、端面発光型半導体発光装置にお
いては、光出射面として劈開面が広く用いられている。
劈開面は基本的に原子オーダーで平滑なミラーであるた
め、光出射面として非常に有効である。しかしその反
面、劈開は欠けや傷を全くつけずに行なうことは難し
く、量産性や歩留りの点で問題となっている。このた
め、近年、光出射面形成として劈開を用いずにエッチン
グで行なうことが研究されている。エッチングによる光
出射面形成は、基板内の発光素子全てに対して一括で形
成できるため、劈開法にはない量産性や高い歩留りを有
する特徴を持っている。また、その出射面の平滑性も、
劈開面と遜色ないものになりつつある。以下、エッチン
グによる光出射端面を有する半導体発光装置の従来例に
ついて述べる。

【０００３】図１５は、従来のエッチングミラー半導体
レーザの一例を示す図である（特開平３−３０３８１号
公報参照）。図中の符号１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型
ＩｎＰクラッド層、３はundope−ＩｎＧａＡｓＰ活性
層、４はｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、５はｐ型ＩｎＰ
クラッド層、６はｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、７
はｎ型電極、８はｐ型電極、９はエッチング端面（反射
鏡）である。図１５の半導体レーザにおいては、活性層
厚とガイド層厚を足し合わせた厚さを０．３μｍにする
ことにより、エッチング端面９のわずかな傾きによる端
面反射率の低下を極力抑えている。また図より、エッチ
ング端面９より前方にＩｎＰ基板１が張り出しており、
光出射面と素子端面が段になっているのがわかる。これ
は、エッチングによる光出射面を有する半導体発光装置
において共通の構造的特徴となっている。

【０００４】次に図１６は、光半導体素子をサブマウン
トに接着した光半導体装置の一例を示す図である（特開
平２−１３７３８９号公報参照）。図中の符号１０は光
半導体素子、１１はサブマウント、１２はステム、１３
はメタライズ電極、１４は発光点、１５はろう材であ
る。上記公報中で指摘されているように、発光点１４よ
り前方にろう材のような障壁物が存在すると、発光点か
ら出射された光は散乱されてしまう。図１５において述
べたエッチング端面より前方にある基板面においても、
これと同様に、光の反射，散乱，干渉などの現象が生じ
てしまう場合がある。

【０００５】次に図１７は、エッチングによる光出射端
面を有する半導体発光装置の別の例を示す図である（特
開平５−１３６４５９号公報参照）。図１７において、
符号１６は基板、１７は端面発光型発光ダイオードアレ
イ、１８は発光層（活性層）、１９はｐ側電極、２０は
ｎ側電極である。この発明においては、 ＬX2＜ＬZ2／tanθ ；(ＬX2≠ＬZ2／tanθ)，(0≦θ≦90°) ＬX1＜ＬZ1／tanθ ；(ＬX1≠ＬZ1／tanθ)，(0≦θ≦90°) という幾何学的関係を満たすように、光出射面前方の基
板形状を階段状に構成している。そのため、発光端面か
ら出射された光が、テラス面で遮られることがないた
め、光利用効率が高くなるという特徴を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１８に示すように光
出射面１０７前方に基板面１０６が存在する構造の半導
体発光装置１０１においては、光出射面１０７から出た
光が前方の基板面１０６で反射される場合、反射された
光と光出射面から出た光との間で干渉が生じる。そのた
め、光出射方向が基板側に対して数度上に傾くことにな
る。このような半導体発光装置１０１を光ファイバー１
０３と接続する場合、光ファイバー１０３の受光角が狭
いため（例えば、開口数ＮＡ＝０．２のときには受光全
角＝２３°）、半導体発光装置１０１の光出射方向の数
度の傾きでも、光ファイバー１０３との光結合効率が著
しく低下してしまう。図１７に示した構造はこの干渉の
影響を低減することを考慮した構造となっているが、実
際の半導体発光装置においては光放射分布が広角側にも
すそを引いているため、干渉の影響を完全に無くすこと
は困難である。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、光出射方向の傾きによる光ファイバーとの光結合
効率の低下を生じさせないような構造の半導体発光装置
を提供することを課題（目的）としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１における半導体発光装置は、基準
平面に対して平行な活性層面を有し、該基準平面と垂直
に、かつ活性層面より下側までエッチングして形成した
光出射面を持つ端面発光型半導体発光装置であって、光
出射端面前方の基板上面が光出射面より前方に進むに従
って活性層面より離れる方向に傾いており、光出射面よ
り前方の基板上面と基準平面のなす角度が垂直方向の光
放射分布の半値半角よりも大きく、かつ光出射面下の基
板を光出射面より奥側までアンダーカットエッチングし
た構成となっている。

【０００９】また、本発明の請求項２における半導体発
光装置は、請求項１記載の半導体発光装置において、光
出射面下の基板が光出射面より奥側までアンダーカット
エッチングされており、基板上面の傾斜が光出射面より
奥側から始まっている構造にするものである。

【００１０】本発明の請求項３における半導体発光装置
は、活性層面より下側までエッチングして形成した光出
射面を持つ端面発光型半導体発光装置であって、光出射
面前方の基板上面が光出射面より前方に進むに従って活
性層面より離れる方向に傾いており、光出射面前方の基
板上面と本装置のダイボンディングする面とのなす角度
φを、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ） とした構成になっている。ここで、λは半導体発光装置
の発光波長、ｎは半導体発光装置より光が出射された側
の媒質の屈折率、ｄは光出射面の活性層位置から光出射
面前方の基板上面に垂線を降ろした距離を表している。

【００１１】さらに、本発明の請求項４における半導体
発光装置は、活性層面より下側までエッチングして形成
した光出射面とエッチング側面を有するメサ形状の端面
発光型半導体発光装置であって、光出射面前方の基板上
面が光出射面より前方に進むに従って活性層面より離れ
る方向に傾いており、光出射面前方の基板上面と基板の
エッチングした底面とのなす角度φを、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ） とした構成となっている。

【００１２】さらに、本発明の請求項５における半導体
発光装置は、活性層面より下側までエッチングして形成
した光出射面を持つ端面発光型半導体発光装置であっ
て、基板厚さが光出射面から遠い部分ほど厚くなってお
り、基板裏面を水平面に設置したとき、光出射面前方の
基板上面と該水平面のなす角度φが、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) となるような構成となっている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明の請求項１の半導体
発光装置は、基準平面に対して平行な活性層面を有し、
該基準平面と垂直に、かつ活性層面より下側までエッチ
ングして形成した光出射面を持つ端面発光型半導体発光
装置である。そのため、光出射面前方の基板の影響がな
い場合には、光放射分布のピーク位置は、光出射面に対
して垂直方向に向くことになる。さらに、本装置では、
図１［ａ］に示すように、光出射面１０７前方の基板上
面１０６が、光出射面１０７より前方に進むに従って活
性層１０２面より離れる方向に傾いており、光出射面１
０７より前方の基板上面１０６と基準平面のなす角度が
光放射分布の半値半角よりも大きくなっている。そのた
め、光出射面から出射される光の大部分である、光放射
分布の半値角内の光の成分に関しては、光出射面前方の
基板上面１０６で反射されないため、干渉の対象となら
ない。そして、図１７に示した従来構造では光出射面近
傍のテラス面が水平になっているのに対して、本装置で
は端面から離れるほど広角側にずれていく。これによ
り、光放射角分布の広角成分の光が基板面１０６で反射
された場合にも、基準面に対してより低角で反射するた
め、光出射方向の傾きを小さくできる。また、光出射面
１０７の前方の基板の長さをより短くしたほうが、干渉
が少なくなるのは当然である。

【００１４】さらに請求項１の半導体発光装置において
は、上記の構成に加えて、光出射面下の基板を光出射面
より奥側までアンダーカットエッチングした構成として
いる。より具体的には、請求項２の構成のように、光出
射面下の基板が光出射面より奥側までアンダーカットエ
ッチングされており、基板上面の傾斜が光出射面より奥
側から始まっている構造にしている。すなわち、請求項
１，２の半導体発光装置においては、図１［ａ］の構成
に加えて、図１［ｂ］に示すように、光出射面１０７下
の基板を光出射面より奥側までアンダーカットエッチン
グしている。そのため、基準面と光出射面１０７前方の
基板上面１０６とのなす角度が同じ場合でも、図１
［ａ］の装置に比べて光出射面１０７の活性層１０２位
置から前方の基板面１０６までの距離が遠くなる。その
ため光出射面１０７から出射された光は、基板のより前
方で反射される。従って光出射面前方の基板長さが同じ
であれば、基板面１０６で反射を受ける光の成分がより
少なくなる。

【００１５】次に、請求項３の半導体発光装置の構成及
び作用について述べる。半導体発光装置の光出射面での
光の干渉条件は、次式で表される。 ２ｎｄsinθ／λ ＋１／２＝ｍ （ｍ＝１，２，３,・・・
・) これより、ｍ＝１のときの干渉条件を満足する角度φ
は、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ） となる。すなわち、最も光出力の高い１次の干渉ピーク
は、光出射面前方の基板上面に対してφの仰角で出射さ
れる。一方、請求項３の半導体発光装置においては、図
１［ｃ］に示すように、半導体発光装置１０１の基板裏
面を導電性接着剤１０４でステム１０５にダイボンディ
ングした場合に、光出射面１０７前方の基板上面１０６
が、ダイボンディング面に対してφと同じ俯角をなした
構成となっている。従って、垂直方向光放射分布のピー
ク光である１次の干渉光は、ダイボンディング面に対し
て平行に出射される。

【００１６】請求項４に示した半導体発光装置は、活性
層面より下側までエッチングして形成した光出射面とエ
ッチング側面を有するメサ形状の端面発光型半導体発光
装置である。そして、光出射面前方の基板上面と基板の
エッチング底面とのなす角度φを、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) としている。このようなメサ型の半導体発光装置１０１
を、図１［ｄ］に示すようにジャンクションダウン方式
でステム１０５に実装する場合には、基板のエッチング
底面がダイボンディング面になる。すると垂直方向光放
射分布のピーク光は、請求項３の装置と同様に、ダイボ
ンディング面に対して平行に出射される。

【００１７】請求項５に示した半導体発光装置は、ジャ
ンクションアップの実装方式に適合している。ジャンク
ションアップ実装では、基板裏面がステム１０５に接着
される面となる。そこで本装置では、図１［ｅ］に示す
ように基板厚さが光出射面１０７から遠い部分ほど厚く
なっており、基板裏面を水平なステム面に設置したと
き、光出射面１０７前方の基板上面１０６と該水平面の
なす角度φが、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ） となるように設定している。これにより図１［ｅ］に示
すように、干渉による光出射方向の傾きが、基板の傾き
で補償されて、１次の干渉光はボンディングする面に対
して平行に出射される。尚、基板裏面の形状は、水平面
に設置したとき所定の角度φだけ傾けばよいので、必ず
しも斜平面である必要はなく、光出射面から遠いほど基
板厚さが厚くなる階段形状でもよい。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について、図
面を参照して説明する。 ［実施例１］ 図２は、本発明に係る半導体発光装置の一構成例を示す
断面図であり、光出射面前方に突き出した基板面に傾斜
を設けた例である。図２において、２０１はｎ型ＧａＡ
ｓ基板、２０２はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、２０３
はundope−ＧａＡｓ活性層、２０４はｐ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層、２０５はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、２０
６はｎ側電極、２０７はｐ側電極である。また、２０８
はドライエッチングで形成した光出射面であり、２０９
は光出射面前方に突き出した基板面（以後、この部分を
テラスと呼ぶ）となっている。

【００１９】図３は、図２に示した半導体発光装置の作
製工程を示した図である。尚、本発明の主要部分は素子
の端面近傍の形状であるため、電流狭窄部分に関しては
示していない。電流狭窄方法としては、酸化膜ストライ
プ構造や、ｐｎ逆バイアス接合を用いたブロック構造な
ど、発光装置の目的、性能に合わせて適切な手段を選ぶ
ことができる。

【００２０】最初に、図３［ａ］に示すように、ｎ型
（００１）ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層２０２，undope−ＧａＡｓ活性層２０３，ｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０４，ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層２０５をエピタキシャル成長させる。結晶成長の
手段としては、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用
いて行なった。

【００２１】続いて、フォトリソグラフィーによりパタ
ーン形成を行なった窒化ケイ素層をマスクとしてケミカ
ルエッチングを行なう。エッチング液は、ブロム・メタ
ノール系の異方性エッチング液を用いた。このエッチン
グ液は、（１００）面に対して（１１１）面のエッチン
グ速度が遅いため、エッチングを進めるに従い（１１
１）面が表面に表れる。そこで、溝を＜１１￣０＞方向
に平行に形成しておけば、ケミカルエッチングした形状
は図３［ｂ］に示すようなＶ溝形状となる。尚、上記の
１￣はバー付き数字の代わりに用いた記号である。

【００２２】次に、レジストをマスクとして、ＥＣＲ−
ＲＩＢＥ（electron cyclotron resonance - reactive
ion beam etching）装置により、ｎ型クラッド層２０２
下までドライエッチングを行ない光出射面２０８を形成
する。このエッチング方法によれば、結晶面方位によら
ず、活性層にほぼ垂直で平滑なエッチング形状が得られ
る（図３［ｃ］）。その後、ｐ側電極２０７とｎ側電極
２０６を形成し、最後にダイシングにより、素子を分離
する（図３［ｄ］）。

【００２３】以上の工程により作製した半導体発光装置
においては、ケミカルエッチングで作製したテラス２０
９と基板の主平面のなす角度Ψは結晶構造により決ま
り、約５５°となる。一方、半導体レーザの垂直方向光
放射分布の半値半角θは典型的に１０〜３０°であるた
め、テラス２０９の傾きよりも小さい。従って、光放射
分布の半値角内の光成分は、テラス２０９での反射が生
じないため、干渉に寄与しない。またテラス２０９の傾
きが５５°と大きいため、光放射分布の半値角よりも大
きい角度成分の光においてもテラス２０９で反射される
割合は従来構造に比べて非常に小さくなっている。

【００２４】図４は、実施例１の半導体発光装置をジャ
ンクションアップ方式でステム１０５に実装した時の状
態を示す断面図である。光出射面２０８から出射された
光はテラス２０９による反射、干渉の影響をほとんど受
けずに光ファイバーに光を入力できるため、光結合効率
の低下が生じない。

【００２５】［実施例２］ 図５は、本発明の請求項１，２に記載した半導体発光装
置の実施例を示す断面図である。図２に示した発光装置
と異なっている点は、光出射面２０８近傍で基板２０１
が光出射面２０８より奥側にアンダーカットエッチング
されており、基板上面（テラス）２０９の傾斜が光出射
面２０８より奥側から始まっている点である。

【００２６】図５に示した半導体発光装置の作製工程
は、図２の装置とは異なっている。以下、図６を参照し
つつ説明する。最初に、図６［ａ］に示すように、ｎ型
（００１）ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層２０２，undope−ＧａＡｓ活性層２０３，ｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０４，ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層２０５をＭＯＣＶＤにより順次エピタキシャル成
長させる。

【００２７】続いて、フォトリソグラフィーによりパタ
ーンニングを行なったレジストをマスクとして、ＥＣＲ
−ＲＩＢＥ装置により、ｎ型クラッド層２０２下までド
ライエッチングを行ない垂直な光出射面２０８を形成す
る（図６［ｂ］）。このとき、ストライプ溝は＜１１￣
０＞方向に形成しておく。

【００２８】次に、窒化ケイ素層で光出射面２０８を覆
った後にブロム・メタノール系の異方性エッチング液で
ケミカルエッチングを行なう。ストライブ溝を＜１１￣
０＞方向に形成したため、ケミカルエッチングした形状
は図６［ｃ］に示すような斜めのテラス２０９となる。
またこの方法では、ケミカルエッチングの性質上、光出
射面より後方までアンダーエッチングされる。その後、
窒化ケイ素層を除去してｐ側電極２０７とｎ側電極２０
６を形成し、最後にダイシングにより、素子を分離する
（図６［ｄ］）。

【００２９】以上の工程により作製した半導体発光装置
においては、ケミカルエッチングで作製したテラス２０
９と基板の主平面のなす角度Ψは約５５°となり、一般
に半導体レーザの垂直方向光放射分布の半値半角θより
も大きい。従って、光放射分布の半値角内の光成分はテ
ラス２０９での反射が生じないため、干渉に寄与しな
い。さらにテラス２０９が光出射面２０８よりも後方ま
で入り込んでいるため、活性層２０３の光出射面位置か
らテラス面までの距離が遠くなり、光放射分布の半値角
よりも大きい角度成分の光がテラス２０９で反射される
割合が図２の発光装置よりも更に小さくなっている。

【００３０】図１９は、半導体発光装置の垂直方向の光
放射角分布の一例であって、［ａ］はドライエッチング
により端面形成して水平なテラスを有する半導体発光装
置の光放射角分布であり、［ｂ］は実施例２に示す半導
体発光装置の光放射角分布である。水平なテラスを有す
る場合には、光放射角分布のピーク位置が正の側に約１
０度傾いている。それに対して、ケミカルエッチングで
テラスを作製した場合には、テラス面での光の反射の影
響がほとんどないため、干渉が生じず、光は基準平面と
平行に放射されている。

【００３１】図７は、実施例２の半導体発光装置をジャ
ンクションダウン方式でステム１０５に実装した時の状
態を示す断面図である。ジャンクションダウン方式で
も、実施例１と同様に光出射面２０８から出射された光
は、テラス２０９で反射、干渉の影響を受けることなく
光ファイバーに入力される。

【００３２】［実施例３］図８は、本発明の請求項３記
載の半導体発光装置の実施例を示す断面図である。図８
において、８０１はｐ型ＧａＡｓ基板、２０４はｐ型Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層、２０３はundope−ＧａＡｓ活性
層、２０２はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、８０２はｎ
型ＧａＡｓコンタクト層、２０６，２０７はそれぞれ素
子に電流を注入するためのｎ側及びｐ側電極である。本
実施例では、第１，第２の実施例と異なりｐ型基板を使
用しているため、ｐ型層とｎ型層の積層順序が逆になっ
ている。また２０８はドライエッチングにより形成され
た光出射面、２０９は光出射面より前方に張り出したテ
ラスである。テラス２０９は基板主平面に対して所定の
角度φで傾いている。

【００３３】次に図８に示した半導体発光装置の作製方
法を、図９を参照しつつ説明する。最初に、図９［ａ］
に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板８０１上にＭＯＣＶＤ
により、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０４，undope−
ＧａＡｓ活性層２０３，ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２
０２，ｎ型ＧａＡｓコンタクト層８０２を順次エピタキ
シャル成長させる。

【００３４】次に、Ｃｒマスクを用いてＥＣＲ−ＲＩＢ
Ｅ装置により斜めドライエッチングを行なう（図９
［ｂ］）。このとき、イオンビームと基板とのなす角度
を調節することにより、基板の主平面と斜めにエッチン
グした斜面とのなす角度φを所定の値、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) に設定する。ここで、λは半導体発光装置の発光波長、
ｎは半導体発光装置より光が出射された側の媒質の屈折
率、ｄは光出射面の活性層位置からテラスに垂線を降ろ
した距離である。

【００３５】続いて、ＥＣＲ−ＲＩＢＥにより、ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層２０４下まで垂直にドライエッチ
ングを行ない光出射面２０８を形成する（図９
［ｃ］）。このときエッチングの深さｔは、 ｔ＝ｄ／cosφ となるように制御する必要がある。また、エッチングレ
ートが基板面内で均一であるため、図９［ｂ］で形成し
た斜面は、その角度を保ったまま深さｔだけ基板の下側
にシフトする。その後、ｎ側電極２０６とｐ側電極２０
７の形成を行ない、ダイシングにより素子を切り出す
（図９［ｄ］）。

【００３６】エッチング深さｔをｔ＝ｄ／cosφに設定
した場合、光出射面２０８から出た光とテラス２０９で
反射された光との１次の干渉条件は、 ２ｎｄsinθ／λ＝１／２ となる。従って、１次の干渉光は、反射面であるテラス
２０９に対して、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) の角度方向に出力される。例えばｄ＝２μｍに設定し、
ＧａＡｓの発光波長８７０ｎｍを空気（ｎ＝１）に対し
て出射する場合、φ＝６．２°となる。また、光学樹脂
（ｎ＝１．４６）に対して光を出射した場合、φ＝４．
３°となる。本装置では、テラス２０９の傾きを基板の
主平面に対してφと同じ角度になるように設定している
ため、垂直方向光放射分布の最大強度である１次の干渉
光は、基板主平面と平行に出射される。従って、本発光
装置を図１［ｃ］に示したように、ジャンクションダウ
ンまたはジャンクションアップ方式でステム１０５に実
装した場合、光放射分布のピーク光をダイボンディング
面に対して平行に出射できるため、光結合効率の低下が
なく、光を有効に光ファイバーに入力させることが可能
となる。

【００３７】図２０は、テラス２０９の傾き角を変えた
ときに光ファイバーに入力される光強度を示した図であ
る。光強度は傾き角０のときの値を１として規格化して
いる。図に示すように、テラス２０９の傾き角をφと同
じ角度（この場合はφ＝８度）にしたときに、光ファイ
バーに入力される光出力が最も大きくなっており、傾き
角０の場合に比べて約３５％光出力が増加している。

【００３８】［実施例４］図１０は、本発明の請求項４
記載の半導体発光装置の実施例を示す斜視図である。図
１０において、８０１はｐ型ＧａＡｓ基板、２０４はｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層、２０３はundope−ＧａＡｓ
活性層、２０２はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、８０２
はｎ型ＧａＡｓコンタクト層である。図に示すように、
本装置はドライエッチングにより発光部分をメサ形状に
形成したメサ型発光装置である。２０８はドライエッチ
ングにより形成された光出射面であり、１００１は基板
のドライエッチングした底面である。また、１００２は
メサ部分にのみ電流を狭窄するための酸化ケイ素層であ
り、２０６，２０７はそれぞれ素子に電流を注入するた
めのｎ側及びｐ側電極である。また、２０９は光出射面
より前方に張り出したテラスであり、エッチング底面に
対して所定の角度φ、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) で傾いている。

【００３９】エッチング深さｔをｔ＝ｄ／cosφに設定
した場合、光出射面２０８から出た光とテラス２０９で
反射された光との１次の干渉光は、反射面であるテラス
２０９に対して、φ＝arcsin(λ／４ｎｄ)の方向に出力
される。本装置では、テラス２０９の傾きを基板のエッ
チング底面１００１に対してφと同じ角度になるように
設定している。これにより、垂直方向光放射分布の最大
強度である１次の干渉光は基板のエッチング底面１００
１と平行に出射される。

【００４０】図１１は、図１０の半導体発光装置をケイ
素（Ｓｉ）のＶ溝基板に実装した時の状態を示す図であ
り、図１１［ａ］は側面断面図、［ｂ］は正面断面図で
ある。図中において、２０３はＧａＡｓ活性層、１０３
は光ファイバー、１０４は導電性接着剤、１１０２はＳ
ｉ基板、１１０１はＳｉ基板の上表面である。本実施例
の半導体発光装置は、エッチング底面１００１が導電性
接着剤１０４を介してＳｉ基板の上表面１１０１にジャ
ンクションダウン方式で接着されている。また、メサ型
の発光部分はＳｉ基板１１０２のＶ溝内に位置するよう
に固定されている。ここで、光ファイバー１０３もＳｉ
基板１１０２のＶ溝内に実装した場合、光ファイバー１
０３と発光装置とのアライメントが容易になる。そし
て、発光装置から出射された垂直方向光放射分布のピー
ク光は、光ファイバーと平行になるため、光結合効率の
低下が抑制される。

【００４１】［実施例５］図１２は、本発明の請求項５
記載の半導体発光装置の実施例を示す側面断面図であ
る。図１２において、１２０１は半絶縁性ＧａＡｓ基
板、２０５はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、２０４はｐ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層、２０３はundope−ＧａＡｓ活
性層、２０２はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、８０２は
ｎ型ＧａＡｓコンタクト層、２０６はｎ側電極、２０７
はｐ側電極である。本実施例では、第３，第４の実施例
と異なり、半絶縁性基板を使用しており、ｐ側及びｎ側
の電極２０６，２０７を両方とも基板１２０１の表面に
形成している。１００２は酸化ケイ素層であり、発光部
への電流狭窄の役割を果たすと同時に、ｎ側電極とｐ側
電極を絶縁する役割も担っている。また、２０８はドラ
イエッチングで形成した光出射面であり、２０９は光出
射面前方に張り出したテラスである。テラス面は、基板
の主平面と平行に形成されている。本装置の特徴として
は、光出射面側の基板裏面がエッチングされて、基板１
２０１の厚さが薄くなった階段形状１２０２になってい
る点である。

【００４２】図１３は、図１２に示した半導体発光装置
の作製工程を示した図である。以下、この図を参照しつ
つ作製工程を説明する。最初に、図１３［ａ］に示すよ
うに、半絶縁性ＧａＡｓ基板１２０１上にｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層２０５，ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２０
４，undope−ＧａＡｓ活性層２０３，ｎ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層２０２，ｎ型ＧａＡｓコンタクト層８０２を
ＭＯＣＶＤにより順にエピタキシャル成長させる。

【００４３】次に、レジストをマスクとしてＥＣＲ−Ｒ
ＩＢＥ装置により垂直にドライエッチングを行ない、光
出射面２０８を形成する（図１３［ｂ］）。このとき、
エッチング深さｄを制御してエッチングした底面がｐ型
コンタクト層２０５になるようにする。

【００４４】続いて、酸化ケイ素層１００２のパターン
ニングを行ない、ｎ側電極２０６とｐ側電極２０７を形
成する（図１３［ｃ］）。ｐ側電極２０７は、ドライエ
ッチングして表面を露出させたｐ型コンタクト層２０５
上に形成する。その後、光出射面側の基板裏面をケミカ
ルエッチングし、階段形状１２０２を形成する（図１３
［ｄ］）。ここで図１２に示すように、発光装置のエッ
チング深さをｈ、エッチング幅をＬとしたとき、次の関
係になるように形成する。 ｈ／Ｌ＝tanφ φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) そして最後に、素子をダイシングにより切り出す。

【００４５】ドライエッチング深さがｄのとき、光出射
面２０８から出た光とテラス２０９で反射された光との
１次の干渉光は、仰角φ＝arcsin(λ／４ｎｄ)の方向に
出力される。一方本装置では、基板裏面が階段形状１２
０２となっており、エッチング深さｈとエッチング幅Ｌ
が、ｈ／Ｌ＝tanφ となるように設計して作製した。そ
のため、水平面に基板裏面を設置したとき、基板は水平
面に対して俯角φだけ傾くことになる。これにより、光
放射分布の最大強度である１次の干渉光は、該水平面に
対して平行に出射されることになる。

【００４６】図１４は、図１２に示した半導体発光装置
をステム１０５に実装した時の状態を示す図である。図
において、１０３は光ファイバー、１０５はステム、１
４０１は接着剤である。ここでは、ステム１０５に図１
２の発光装置をジャンクションアップ方式で実装してい
る。電極は全て表面から取り出しているため、接着剤１
４０１は導電性である必要はない。図に示すように、半
導体発光装置から出射された１次の干渉光は、ステムの
上面に対して平行に出力され、光ファイバー１０３端面
に対して垂直に入射させることができる。従って、光結
合効率の低下を抑制することが可能である。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を有する。請求
項１，２の半導体発光装置においては、光出射面より前
方の基板上面と基準平面のなす角度が光放射分布の半値
半角よりも大きくなっているため、光出射面から出射さ
れる光の大部分である光放射分布の半値角内の光の成分
は、光出射面前方の基板上面で反射されず、干渉に寄与
しない。さらに、光放射角分布の広角成分の光が基板面
で反射される場合にも、基準面に対してより低角に反射
するため、光出射方向の傾きの影響をより小さくでき
る。これにより、光ファイバーに対して出射光の傾きを
小さくできるため、光結合効率の低下を抑制できる。

【００４８】そして請求項１に示す半導体発光装置にお
いては、上記構成に加えて、光出射面下の基板を光出射
面より奥側までアンダーカットエッチングした構成とし
ており、より具体的には、請求項２に示す半導体発光装
置のように、光出射面下の基板が光出射面より奥側まで
アンダーカットエッチングされており、基板上面の傾斜
が光出射面より奥側から始まっている構造にしているの
で、光出射面の活性層位置から前方の基板面までの距離
が遠くなるため、基板面で反射を受ける光の成分がより
少なくなり、更に干渉の影響を低減できる。

【００４９】請求項３，４，５に示した半導体発光装置
においては、光出射面前方の基板上面と装置をダイボン
ディングする面とのなす角φをφ＝arcsin(λ／４ｎｄ)
と設定したため、干渉による光出射方向の傾きが補償さ
れ、最も光出力の高い１次の干渉光がダイボンディング
面に対して平行に出射される。これにより、光ファイバ
ーに対して光出射方向の傾きがなくなり、光結合効率の
低下を抑制できる。

【００５０】さらに請求項４に示した半導体発光装置は
メサ形状の端面発光型半導体発光装置であり、光出射面
前方の基板上面と基板のエッチング底面とのなす角を、
φ＝arcsin(λ／４ｎｄ)としているため、基板のエッチ
ング底面でダイボンディングするジャンクションダウン
実装に適している。

【００５１】さらに請求項５に示した半導体発光装置
は、基板厚さが光出射面から遠いほど厚くなっており、
基板裏面を水平面に設置したとき光出射面前方の基板上
面と該水平面のなす角度をφ＝arcsin(λ／４ｎｄ)に設
定しているため、ジャンクションアップ実装に適してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体発光装置の動作及び作用を
説明するための図である。

【図２】本発明の第１の実施例による半導体発光装置の
断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例による半導体発光装置の
作製工程の説明図である。

【図４】本発明の第１の実施例による半導体発光装置の
実装時の状態を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施例による半導体発光装置の
断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例による半導体発光装置の
作製工程の説明図である。

【図７】本発明の第２の実施例による半導体発光装置の
実装時の状態を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施例による半導体発光装置の
断面図である。

【図９】本発明の第３の実施例による半導体発光装置の
作製工程の説明図である。

【図１０】本発明の第４の実施例による半導体発光装置
の斜視図である。

【図１１】本発明の第４の実施例による半導体発光装置
の実装時の状態を示す図である。

【図１２】本発明の第５の実施例による半導体発光装置
の断面図である。

【図１３】本発明の第５の実施例による半導体発光装置
の作製工程の説明図である。

【図１４】本発明の第５の実施例による半導体発光装置
の実装時の状態を示す図である。

【図１５】従来のエッチングミラー半導体レーザの一例
を示す断面図である。

【図１６】従来の半導体発光装置の実装時の状態を示す
図である。

【図１７】従来のエッチング端面発光ダイオードの断面
図である。

【図１８】従来の端面発光型半導体発光装置の課題の説
明図である。

【図１９】半導体発光装置の垂直方向の光放射角分布の
一例を示す図であって、［ａ］はドライエッチングによ
り端面形成して水平なテラスを有する半導体発光装置の
光放射角分布であり、［ｂ］は実施例２に示す半導体発
光装置の光放射角分布である。

【図２０】半導体発光装置のテラスの傾き角を変えたと
きに光ファイバーに入力される光強度を示した図であ
る。

【符号の説明】

１：ｎ型ＩｎＰ基板 ２：ｎ型ＩｎＰクラッド層 ３：undope−ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ４：ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層 ５：ｐ型ＩｎＰクラッド層 ６：ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ７：ｎ型電極 ８：ｐ型電極 ９：エッチング反射鏡 １０：半導体発光素子 １１：サブマウント １２：ステム １３：メタライズ電極 １４：発光点 １５：ろう材 １６：基板 １７：端面発光型ダイオードアレイ １８：発光層 １９：ｐ側電極 ２０：ｎ側電極 １０１：半導体発光装置 １０２：活性層 １０３：光ファイバー １０４：導電性接着剤 １０５：ステム １０６：基板面 １０７：光出射面 ２０１：ｎ型ＧａＡｓ基板 ２０２：ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２０３：undope−ＧａＡｓ活性層 ２０４：ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２０５：ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ２０６：ｎ側電極 ２０７：ｐ側電極 ２０８：光出射面 ２０９：テラス（光出射面前方の基板面） ８０１：ｐ型ＧａＡｓ基板 ８０２：ｎ型ＧａＡｓコンタクト層 １００１：エッチング底面 １００２：酸化ケイ素層 １１０１：Ｓｉ基板の上面 １１０２：Ｖ溝を形成したＳｉ基板 １２０１：半絶縁性ＧａＡｓ基板 １２０２：階段形状の基板裏面 １４０１：接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−318183（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−152074（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−136459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−128581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−109383（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−182292（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−250186（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/42 H01L 33/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準平面に対して平行な活性層面を有し、
   該基準平面と垂直に、かつ活性層面より下側までエッチ
   ングして形成した光出射面を持つ端面発光型半導体発光
   装置において、 光出射面前方の基板上面が光出射面より前方に進むに従
   って活性層面より離れる方向に傾いており、光出射面よ
   り前方の基板上面と基準平面のなす角度が垂直方向の光
   放射分布の半値半角よりも大きく、かつ光出射面下の基
   板を光出射面より奥側までアンダーカットエッチングし
   たことを特徴とする半導体発光装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の半導体発光装置において、
   光出射面下の基板が光出射面より奥側までアンダーカッ
   トエッチングされており、基板上面の傾斜が光出射面よ
   り奥側から始まっていることを特徴とする半導体発光装
   置。
3. 【請求項３】活性層面より下側までエッチングして形成
   した光出射面を持つ端面発光型半導体発光装置におい
   て、 光出射面前方の基板上面が光出射面より前方に進むに従
   って活性層面より離れる方向に傾いており、光出射面前
   方の基板上面と本装置のダイボンディングする面とのな
   す角度φを、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) 但し、λ：半導体発光装置の発光波長． ｎ：半導体発光装置より光が出射された側の媒質の屈折率． ｄ：光出射面の活性層位置から光出射面前方の基板上面に垂線を降ろ した距離． としたことを特徴とする半導体発光装置。
4. 【請求項４】活性層面より下側までエッチングして形成
   した光出射面とエッチング側面を有するメサ形状の端面
   発光型半導体発光装置において、 光出射面前方の基板上面が光出射面より前方に進むに従
   って活性層面より離れる方向に傾いており、光出射面前
   方の基板上面と基板のエッチング底面とのなす角度φ
   を、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) 但し、λ：半導体発光装置の発光波長． ｎ：半導体発光装置より光が出射された側の媒質の屈折率． ｄ：光出射面の活性層位置から光出射面前方の基板上面に垂線を降ろ した距離． としたことを特徴とする半導体発光装置。
5. 【請求項５】活性層面より下側までエッチングして形成
   した光出射面を持つ端面発光型半導体発光装置におい
   て、 基板厚さが光出射面から遠い部分ほど厚くなっており、
   基板裏面を水平面に設置したとき、光出射面前方の基板
   上面と該水平面のなす角度φが、 φ＝arcsin(λ／４ｎｄ) 但し、λ：半導体発光装置の発光波長． ｎ：半導体発光装置より光が出射された側の媒質の屈折率． ｄ：光出射面の活性層位置から光出射面前方の基板上面に垂線を降ろ した距離． となるようにしたことを特徴とする半導体発光装置。