JPH0217681A - 電流狭窄型発光ダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はダブルヘテロ構造を有する面発光型の発光ダイ
オードに係り、特に、動作電流の通電領域を絞って発光
部を小さ（した電流狭窄型発光ダイオードに関するもの
である。

従来の技術 基板上に第１クラッド層、活性層、および第２クラッド
層が順次積層され、その基板と第２クラッド層との間に
動作電流が通電されることにより活性層内で発生した光
をその活性層と平行な光取出し面から取り出す面発光型
ダブルヘテロ構造の発光ダイオードが広く知られている
。そして、このような発光ダイオードの一種に、動作電
流の通電領域を絞って発光部を小さくしたバラス（Ｂｕ
ｒｒｕｓ）型の発光ダイオードがある。

第３図に示されている発光ダイオード５０はその−例で
、ｎ−ＧａＡｓ基板５２上（図では下側）にはｎ　　Ａ
　Ｊ！　＠、　：ｌｌＧ　ａ　＠、　＆ＳＡ　Ｓから成
る第１クラッドＮ５４．ｐ−ＧａＡｓから成る活性層５
６゜Ｐ　　Ａ　ｌ　１１．３＋ＩＧ　ａ　ｏ、　ｂｓＡ
　ｓから成る第２クラッドＮ５８．およびｐ−ＧａＡｓ
から成るコンタクト層６０が、各々５μｍ、０．５μｍ
、　２μｍ、０．１μｍの膜厚で設けられている。また
、基板５２の中央部がエツチング等によって取り除かれ
ることにより、活性層５６内で発生した光を取り出すた
めの光取出し面６２が設けられるとともに、その基板５
２にはＡｕ−Ｇｅのｎ型オーミック電極６４が取り付け
られる一方、コンタクト層６０上にはＳｉｇｈ絶縁膜６
６が形成されるとともに、その絶縁膜６６の中央には開
口６８が形成されてＡｕ−Ｚｎのｐ型オーミック電極７
０が取り付けられている。

そして、このような発光ダイオード５０においては、上
記一対の電極６４．７０間に順方向、すなわち電極７０
から電極６４に向って動作電流が通電されることにより
、活性層５６内において光が発生させられ、その光が光
取出し面６２から取り出されるが、絶縁膜６６の存在に
よって動作電流の通電領域は開口６８内に限定されるた
め、活性層５６内における発光部が小さ（なるとともに
、光取出し面６２から外れる光が少なくなって高い光取
出し効率が得られる。このため、例えば光ファイバとの
接続時における光フアイバ入力が大幅に向上させられ、
光フアイバ用の光源として好適に用いられる。なお、上
記開口６８の大きさは、接続される光ファイバのコア径
等に基づいて定められる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、かかるバラス型の発光ダイオードは、基
板側から光を取り出すアップサイド−ダウン構造である
ため、ステムにボンディングする際に周縁部にはみ出し
た導電性ペーストにより絶縁膜の外側から動作電流がリ
ークし、そのｍ縁膜による電流狭窄作用が得られなくな
る恐れがあった。また、基板の中央部を大きく取り除く
必要があるため、加工が面倒であるとともに、中央部の
板厚が極めて薄くなるため、発光部に応力が加えられる
ことによって光出力が低下するという問題があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、ボンディングの際の導電性ペース
トによるリークの恐れがないとともに、応力による光出
力の低下が少なく、しかも加工が容易な電流狭窄型の発
光ダイオードを提供することにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するために、本発明は、基板上に第１
クラッド層、活性層、および第２クラッド層が順次積層
され、その基板とその第２クラッド層との間に動作電流
が通電されることによりその活性層内で発生した光をそ
の第２クラッド層側に設けられた光取出し面から取り出
す面発光型ダブルヘテロ構造の発光ダイオードにおいて
、前記第１クラッド層と前記基板との間および／または
その第１クラッド層と前記活性層との間に、予め定めら
れた通電領域を除いて前記動作電流の流れを阻害する電
流狭窄層を設けたことを特徴とする。

なお、上記電流狭窄層は、例えば前記第１クラッド層と
導電形が反対の半導体、或いは電気抵抗を高くする不純
物がドーピングされた半導体に、前記通を領域に対応す
る部分に開口を設けることによって好適に構成される。

但し、第１クラッド層と活性層の導電形が異なる場合に
それ等の間に電流狭窄層を設ける場合には、第１クラッ
ド層と導電形が反対の半導体を形成しても電流狭窄作用
は得られないため、電気抵抗を高くする不純物がドーピ
ングされた半導体等を用いることとなる。

作用および発明の効果 このような電流狭窄型の発光ダイオードにおいては、第
１クラッド層と基板との間、或いは第１クラッド層と活
性層との間、若しくはそれ等の双方に設けられる電流狭
窄層により、予め定められた通電領域のみを動作電流が
流されるため、その通電領域に対応して活性層の発光部
が小さくされるとともに光取出し効率が向上する。しか
も、基板と反対側に光取出し面が設けられるアップサイ
ドーアップ構造であるため、ステムにボンディングする
際に導電性ペーストが周縁部にはみ出しても、基板の板
厚が厚いためその導電性ペーストが電流狭窄層まで達す
る恐れはなく、導電性°ペーストによる動作電流のリー
クが防止されて常に良好な電流狭窄作用が得られるので
ある。また、電流狭窄層を設けるだけで良いため、基板
を取り除くための面倒な加工が不要になるとともに、高
い機械的強度が得られて応力による光出力の低下が軽減
される。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例である電流狭窄型発光ダイオ
ード１０の構造図で、ｐ−ＧａＡｓ基板１２上には、中
央に直径５０μｍの開口１４が形成されたｎ−ＧａＡｓ
半導体１６．　　ｐ　　Ａｌｏ、５ｓＧａ、、、、ｆｉ
、Ｓから成る第１クラッド層１８．ｐ−ＧａＡｓから成
る活性層２０．　　ｎ　　Ａｊ！ｏ、１ｓＧａ。、６ｍ
、Ａｓから成る第２クラッド層２２．およびｎ−ＧａＡ
ｓから成るコンタクト層２４が、各々２μｍ、２μｍ、
０．５μｍ、５μｍ、０．１μｍの膜厚で順次積層され
ている。コンタクトＪｉ２４上には更に、上記開口１４
の真上の部分に同じ直径寸法の開口２６が形成された５
ｉＯｚ絶縁膜２８が０．１μｍの膜厚で設けられている
とともに、その絶縁膜２８上には、内周縁部がコンタク
ト層２４に接触させられる状態でＡｕ−Ｇｅのｎ型オー
ミック電極３０が取り付けられており、この電極３０の
内側に活性層２０と平行な光取出し面３２が形成されて
いる。また、基板１２にはＡｕ−Ｚｎのｐ型オーミック
電極３４が取り付けられている。

なお、上記半導体１６．第１クラッド層１８．活性層２
０．第２クラッド層２２．およびコンタクト層２４のキ
ャリア濃度は、それぞれｌＸｌ０１？ｃｒ”、ｌＸｌ０
”Ｃｍ−３２Ｘ１０”ｃｍ−’　　ｌＸｌ０　”ｃｍ−
”、　　５　Ｘ　１０　”ｃｒａ−”である、また、第
１クラッド層１８．活性Ｎ２０．および第２クラッド層
２２によってダブルヘテロ構造が構成されている。

このような発光ダイオード１０は、例えば以下のように
して製造される。

すなわち、先ず、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ；
Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で、Ｓｅドープによ
り基板１２の全面に半導体１６を成長温度７００°Ｃで
成長させた後、フォトリソグラフ技術によりエツチング
液（ＮＨ，ＯＨ＋ＨｚＯｔ　＋ＨｔＯ）で開口１４を形
成する。その後、再び上記有機金属化学気相成長法によ
り、第１クラッド層１８および活性層２０をＺｎドープ
により、また、第２クラッド層２２およびコンタクト層
２４をＳｅドープにより、それぞれ成長温度８００°Ｃ
で順次成長させる。

次に、化学気相成長（ＣＶＪＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｒ　Ｄｅｐ。

５ｉｔｉｏｎ）法で、絶縁膜２８をコンタクト７１２４
の全面にコーティングした後、フォトリソグラフ技術に
よりエツチング液（ＨＦ水溶液）で開口２６を形成する
。最後に、電極３０．３４をそれぞれ蒸着した後、４０
０°ＣＸ５分のアニール（熱処理）を施すことにより、
目的とする発光ダイオード１０が製造される。

そして、このような発光ダイオードｌＯは、上記一対の
電極３０．３４間に順方向、すなわち電極３４から電極
３０に向って動作電流が流されることにより、活性Ｊｉ
２０内において光が発生させられ、その光が光取出し面
３２から取り出される。

この時、半導体１６と第１クラッド７１１８との間では
電流の向きが逆バイアスとなるため、動作電流はその半
導体１６を通って第１クラッド７１１Ｂへ流れることは
なく、半導体１６の開口１４内のみにおいて基板１２か
ら直接第１クラッド層１８へ流される。本実施例では、
この半導体１６が電流狭窄層に相当し、開口１４の内側
部分が通電領域に相当する。

また、電極３０は開口２６が設けられた絶縁膜２日上に
設けられ、開口２６内の周縁部においてコンタクトＮ２
４に接触させられているため、前記開口１４内を通過し
た動作電流は、その後拡がることなく第１クラッド１！
１Ｂから活性層２０゜第２グラツド層２２．およびコン
タクト１１２４を通って電極３０へ流される。このため
、活性層２０内における発光部の領域は、前記開口１４
．２６と略同じ大きさの範囲、すなわち直径５０μｍの
範囲内に限定される。

このように、本実施例の発光ダイオード１０においては
、活性層２０内における発光部が小さいため、光取出し
面３２から外れる光が少なくなって高い光取出し効率が
得られるとともに、光ファイバとの接続時における光フ
アイバ入力が大幅に向上させられ、光フアイバ用の光源
として好適に用いられるのである。

因に、かかる発光ダイオード１０（本発明品）と、前記
半導体１６および絶縁膜２日が設けられていない全面発
光型の従来品とを用いて、それ等をそれぞれＴθ１８ス
テムにマウントするとともに、コア径５０μｍ、ＮＡ（
開口数＝受光角θ１．８）０．２．端面フラットのＧ１
−５０型マルチモードフアイバに直接結合法にて結合し
、ファイバへの入力（μＷ）を測定したところ、第１表
の結果が得られた。かかる結果から、本発明品は従来品
に比較してファイバ入力が大幅に向上していることが判
る。なお、動作電流ＩＦ　（ｍＡ）、光出力（外部発光
出力）Ｐａ　　（ｍＷ）は表の通りである。

第　　１　　表 一方、本実施例の発光ダイオード１０は、基板１２と反
対側に光取出し面３２が設けられ、基板１２側において
ステムにマウントされるアップサイド−アップ構造であ
るため、ステムにボンディングする際に導電性ペースト
が周縁部にはみ出しても、基板１２の板厚が厚い（通常
は数百μｍ）ためその導電性ペーストが半導体１６まで
達する恐れはなく、導電性ペーストによる基板１２と第
１クラッド層１８との間の動作電流のリークが防止され
て、半導体１６による電流狭窄作用が常に良好に得られ
るのである。また、基板１２上に半導体１６を形成して
開口１４を設けるだけで良いため、バラス型の発光ダイ
オードのように基板１２を取り除くための面倒な加工が
必要ないとともに、高い機械的強度が得られて応力によ
る光出力の低下が軽減される。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実
施例において前記第１実施例と共通する部分には同一の
符号を付して詳しい説明を省略する。

第２図の電流狭窄型発光ダイオード４０は、前記半導体
１６および絶縁膜２８を設ける替わりに、前記第１クラ
ッド層１８と活性１！２０との間に、直径５０ａｍの開
口４２が形成された２μｍ程度の厚さのｎ−ＧａＡｓ半
導体４４を設けることにより、活性層２０内における通
電領域すなわち発光部の領域を直径的５０μｍの範囲内
に限定するようにしたものである。この実施例では、半
導体４４が電流狭窄層に相当し、開口４２の内側部分が
通電領域に相当する。なお、かかる発光ダイオード４０
は、例えば前記有機金属化学気相成長法等により、第１
クラッド層１８を基板１２上に成長させた後、半導体４
４を形成するとともにフォトリソグラフ技術等により開
口４２を形成し、その後、再び有機金属化学気相成長法
等により活性層２０．第２クラッドＮ２２およびコンタ
クト層２４を成長させれば良い、また、コンタクト層２
４上には、前記絶縁膜２８と同様に上記開口４２の真上
に略同じ大きさの開口４６を有する電極４８が設けられ
、その間口４６内が光取出し面３２とされる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明した
が、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例では何れも電流狭窄層としてｎ型の
半導体１６．４４が設けられているが、単結晶半導体を
成長させるとともに電気抵抗を高くする不純物、例えば
Ｆｅなどをドーピングした電流狭窄層を設けることもで
きる。これは、請求項３に記載の電流狭窄型発光ダイオ
ードに相当する。

また、前記実施例ではｎ型半導体１６．４４に開口１４
．４２を形成するようになっているが、Ｚｎなどのアク
セプタを局部的にドーピングすることにより、開口１４
．４２を形成することなく通電領域を設けることも可能
である。逆にｐ型半導体を形成して、通電領域以外の部
分にＳｅなどのドナー、或いは電気抵抗を高くする不純
物をドーピングして電流狭窄層を設けることもできる。

また、前記第１実施例では絶縁膜２８を介して電極３０
が蒸着されているが、第１クラッドＮ１８からコンタク
ト層２４までの膜厚は極めて薄いため、絶縁膜２８が無
くても開口１４内を通過してから動作電流の通電領域が
大きく拡がることはなく、第２実施例のように絶縁膜２
８を省略しても本発明が目的とする効果は充分に得られ
る。

また、前記実施例では有機金属化学気相成長法を利用し
た製造法について説明したが、分子線エピタキシー法、
気相エピタキシー法、液相エピタキシー法を利用したも
のなど、他の種々の製造法を採用できる。

また、前記実施例ではＧ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ａ　ｅ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓダブルヘテロ構造の発光ダイオード１０．
４０について説明したが、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡ
ｓＰなどから成るダブルヘテロ構造の発光ダイオードに
も本発明は同様に適用され得る。

また、発光ダイオード１０．４０の各層の膜厚や組成比
率、開口１４，２６，４２．４６の大きさ等についても
適宜変更できる。

また、前記実施例では第１クラッドＮ１８がｐ型半導体
にて構成されているが、第１クラッド層１８がｎ型半導
体の発光ダイオードにも本発明は同様に適用され得る。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電流狭窄型発光ダイオ
ードの構造図である。第２図は本発明の他の実施例の構
造図である。第３図は従来のバラス型発光ダイオードの
構造図である。 ０．４０：電流狭窄型発光ダイオード ２：基板　　　　　　１４．４２：開口６．４４；半導
体（電流狭窄層） ８：第１クラッド層　２０：活性層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に第１クラッド層、活性層、および第２ク
   ラッド層が順次積層され、該基板と該第２クラッド層と
   の間に動作電流が通電されることにより該活性層内で発
   生した光を該第２クラッド層側に設けられた光取出し面
   から取り出す面発光型ダブルヘテロ構造の発光ダイオー
   ドにおいて、前記第１クラッド層と前記基板との間およ
   び／または該第１クラッド層と前記活性層との間に、予
   め定められた通電領域を除いて前記動作電流の流れを阻
   害する電流狭窄層を設けたことを特徴とする電流狭窄型
   発光ダイオード。
2. （２）前記電流狭窄層は、前記第１クラッド層と導電形
   が反対の半導体であって前記通電領域に対応する部分に
   開口が設けられたものである請求項１に記載の電流狭窄
   型発光ダイオード。
3. （３）前記電流狭窄層は、電気抵抗を高くする不純物が
   ドーピングされた半導体であって前記通電領域に対応す
   る部分に開口が設けられたものである請求項１に記載の
   電流狭窄型発光ダイオード。