JPH03201574A - 端面放射型発光ダイオード - 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、光通信システム等における発光素子として用
いられる端面放射型発光ダイオードに関するものである
。

（従来の技術〉 従来、このような分野の技術としては、文献シーエルイ
ーオー（ＣＬＥＯ：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　Ｌａ５ｅ
ｒｓ　　ＥＩＪｅｃｔｒｏ　　Ｏｐｔ　１ｃｓ）、ＴＨ
Ｍ３９　（１９８８＞ｐ、３５６〜３５７〉に記載され
るものがあった。以下、その構成を図を用いて説明する
。

第２図は、前記文献に記載された従来の端面放射型発光
ダイオードの一構成例を示すものであり、その一部を縦
割りに分解して概略的に示した斜視図である。

この端面放射型発光ダイオード（以下、発光ダイオード
という〉１７は、適当な厚みに研磨されたＰ−ＩｎＰか
らなる基板１を有している。基板１上には、Ｎ−ＩｎＰ
からなる電流狭窄層２ａ及びＰ−ＩｎＰからなる電流狭
窄層２ｂを順次結晶成長させて電流ブロック層２が形成
されている。

電流ブロック層２が形成された基板１上には、Ｖ講３及
びＶ講４が所定の間隔を隔てて設けられている。さらに
、Ｖ溝３，４内には、Ｐ−ＩｎＰからなる下側クラッド
層５が形成されている。下側クラッド層５上には、Ｐ−
ＩｎＧａＡｓＰによって、Ｖ渭３内に活性層６が、Ｖ溝
４内に光吸収層７がそれぞれ形成されている。■溝３，
４を含む電流ブロック層２上には、Ｎ−ＩｎＰからなる
上側クラッド層８、及びＮ−ＩｎＧａＡｓＰからなるコ
ンタクト層９が順次形成されている。さらに、コンタク
ト層９−ヒには、■講３に対応する領域にＮ型のオーミ
ック電極１０が、それ以外の領域には、５ｉ０２からな
る絶縁膜１１が形成されている。基板１の下側には、Ｐ
型のオーミック電極１２が形成されている。

以上の構成において、Ｖ？Ｓ３の領域により発光部１３
が形成され、Ｖ講４の領域により光吸収部１４が形成さ
れている。発光部１３には、活性層６の長さが、例えば
１５０μｍになるような位置に光出射面となる端面１５
が襞間等により形成されている。さらに、光吸収部１４
には、光吸収層７の長さが、例えば１５０μｍになるよ
うな位置に端面１６が襞間等によって形成されている。

なお、この発光ダイオード１７の製造に際しては、ウェ
ハにより複数の発光ダイオード１７を一体化形成した後
、各発光ダイオード１７をチップ化する。　以上のよう
に構成される発光ダイオード１７は、次のように動作す
る。

例えば、発光ダイオード１７は、光通信システムの光源
として用いられる。その場合、発光ダイオード１７は、
図示しない光ファイバに接続され、所定強度の光を出力
したり、あるいはその光の出力を停止したりすることに
より、発光ダイオード１７から光ファイバへ光信号を伝
送することができる。

発光ダイオード１７から光を出射する場合、オーミック
電極１０．１２間に電圧を印加して活性層６に電流を流
す。これにより、活性層６に自然放出によって光が発生
し、その光は、微小スポット径となって端面↑５から該
光ファイバへ出射される。この時、活性層６で発生した
自然放出による光の一部は、電流ブロック層２を介して
光吸収部１４へ入射するが、この光は光吸収部１４によ
って吸収されるので、活性層６における誘導放出が抑制
される。

（発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記構成の発光ダイオードでは、次のよ
うな課題があった。

発光ダイオード１７では、光吸収層７の長さが短いと、
光吸収部１４によって十分な光吸収効果が得られない。

光吸収部１４によって光の吸収が十分に行われないと、
活性Ｊｇ６から光吸収層７に入射した光が、例えば端面
１６で反射し、反射光となって活性層６に再び戻ってし
まうおそれがある。この反射光が活性層６に戻ると、そ
の反射光と活性層６で発生した自然放出による光とが相
互作用を起こし、活性層６に誘導放出が発生してしまう
。この誘導放出が発生すると発光部１３でレーザ発振が
起こり、発光ダイオード１７にレーザー発振のモードで
ある共振器モードが特性上観測される。この共振器モー
ドが出現すると、端面↓５から出射される光の光出力は
増大してしまう。

光出力の大幅な増大によって、光信号強度が変化し、正
常な光信号の伝送が行われなくなってしまうという問題
が発生する。

この問題を解決するためは、光吸収部１４の光吸収層７
を十分に長くすればよいが、光吸収ＪＭ７を十分に長く
した場合、発光ダイオード１７は、素子容量が大きくな
り、高速応答性が劣化してしまう。さらに、発光ダイオ
ード１７の製造時にウニへ当りのチップの取り数が少な
くなり、製造コストが高くなってしまう。

本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、光吸
収層により、高速応答性が劣化する点、製造コストがか
さむ点について解決した端面放射型発光ダイオードを提
供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、基板上に形成され
た電流狭窄用の電流ブロック層と、前記電流ブロック層
よりも高屈折率の材料で形成された活性層とを備え、前
記活性層は、前記ブロック層に囲まれた後端部及び側部
と、ストライプ方向に伝搬する光を出射する前端部とを
有するストライブ構造の端面放射型発光ダイオードにお
いて、前記後端部に対して前記前端部と対向する位置に
あって前記ストライプ方向と所定の傾斜角度をなす切断
面を前記電流ブロック層に設けたものである。

（作用） 本発明によれば、以−Ｅのように端面放射型発光ダイオ
ードを構成したので、活性層の後端部に対して活性層の
前端部と対向する位置における電流ブロック層に、該活
性層のストライプ方向と所定の傾斜角度をなす切断面が
設けられる。この切断面は、電流注入ｔこよって活性層
に発生した光が、電流ブロック層を介して該切断面に達
すると、所定の傾斜角度に起因してその光を散乱させ、
あるいは切断面における電流ブロック層と外部空間との
屈折率差に起因してその光の外部空間への出射を促進す
る。

したがって、前記課題を解決できるのである。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例を示す端面放射型発光ダイオ
ードの一構成例を示すものであり、その一部を縦割りに
分解して概略的に示した斜視図である。

この発光ダイオード３５は、所定の厚みに研磨され７′
：Ｐ−ＩｎＰからなる基板２１を有している。

基板２１．上には、Ｎ−ＩｎＰからなる電流狭窄層２２
ａ及びＰ−ＩｎＰからなる電流狭窄層２２ｂによって電
流ブロック層２２が形戒されている。

電流ブロック層２２が形成された基板２Ｌヒには、■溝
２３が形戒されている。Ｖ溝２３内には、Ｐ−ＩｎＰか
らなる下側クラッドＮ２４が形成されている。■講２３
内の下側クラッド層２４上には、Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰか
らなる活性層２５が形成されている。この活性層２５は
、前端部２５ａ、後端部２５ｂ及び側部２５ｃを有し、
後端部２５ｂから前端部２５ａへのストライプ方向に長
いストライプｊｆ４造を成している。例えば、活性Ｍ２
５のストライプ方向に垂直な断面形状は三日月形をして
いる。活性層２５の側部２５ｃは、電流ブロック層２２
によって囲まれており、活性層２５の後端部２５ｂには
、電流ブロック層２２の一部である端部領域２２ｃが位
置している。

さらに、活性層２５を含む電流ブロック層２２上には、
Ｎ−ＩｎＰからなる上側クラッド層２６が形成され、そ
の上側クラッド層２６上には、Ｎ−Ｉ　ｎＧａＡｓＰか
らなるコンタクト層２７が形成されている。コンタクト
層２７上には、Ｖ講２３に対応する領域にＮ型のオーミ
ック電極２８、それ以外の領域にはＳ　ｉ　０２からな
る絶縁膜２９が形成されている。

オーミック電極２８及び絶縁膜２９上の一部には、ワイ
ヤボンディングができる程度の広さでＴｉ　−Ｐｔ−Ａ
ｌｌからなるボンディング電極３０が形成されている。

ボンディング電極３０は、発光部３１への電流狭窄を図
るために、極力絶縁膜２つにまたがらないような位置に
設けられている。

基板２１の下側には、Ｐ型のオーミック電極３１が形戒
されている。

以上の構成において、Ｖ溝２３の領域により発光部３２
が形成されている。発光部３２には、活性層２５の前端
部２５ａにおいて、光出射面である端面３３が襞間等に
よって形成されている。さらに、電流ブロック層２２の
端部領域２２ｃには、活性層２５の後端部２５ｂに対し
て前端部２５ａと対向する位置に襞間等の手段により、
切断面３４が形成されている。この切断面３４は、例え
ば活性層２５のストライプ方向に対するｘｚ面内での傾
斜角度が１１１Ａ面に対しておよそ７０度に設定されて
いる。この切断面３４は、例えば電流ブロック層２２、
上側クラッド層２６、コンタクト層２７及びｔＰ！、縁
ＷＡ２９にわたって形戒されている。また、基板２１に
は、切断面３４の形成時において露出部２１ａが形成さ
れている。

以上のように構成される発光ダイオード３５は、例えば
次のような工程によって製造される。

洗浄済みのＰ−ＩｎＰからなる基板２１上に、例えば液
相成長法（Ｌ　Ｐ　Ｅ法）、または有機金属気相成長法
ＣＭＯＣＶＤ法〉等を用いてＮ−ＩｎＰからなる電流狭
窄層２２ａ、及びＰ’−ＩｎＰからなる電流狭窄層２２
ｂを順次結晶成長させて、電流ブロック層２２を形成す
る。この電流ブロック層２２の結晶成長表面に、図示し
ないが、′例えばＳ　ｉ　０２を用いてＶ溝２３形成用
のマスクパターンを作製し、そのマスクパターンをマス
クとして、例えば塩酸、リン酸系のエツチング液を用い
たウェットエツチングによりＶ溝２３を形成する。

その後、例えば、ＬＰＥ法を用いた結晶成長により、■
溝２３内に、Ｐ−ＩｎＰからなる下側クラッド層２４、
及びＰ−ＩｎＧａＡｓＰからなる三日月形の活性Ｎ２５
を選択的に形成する。さらに、■溝２３を含む電流ブロ
ック層２２上に、Ｎ−ＩｎＰからなる上側クラッド層２
６及びＮ−ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層２７を
形成する。

さらに、コンタクト層２７上に、例えぽＳｉＯ２膜を全
面形威し、リングラフィ技術等を用いてオーミック電極
形成領域２９ａがエツチング除去された絶縁！２９を形
成する。この電極形成領域２９ａに、例えばＡｕ−Ｇｅ
、Ｎｉ、Ａｕを用いたリフトオフ法等により、例えばＮ
型のオーミ・・／り電極２８を形成する。さらに、オー
ミック電極２８及び絶縁：Ｊｌ（２９上の一部にボンデ
ィング電極３０を形成する。

以上のようにしてウェハの基板２１上に一体化形成され
た複数の発光ダイオード３５の各端部領域２２ｃ間領域
における絶縁膜２つを、例えばＨＦ系のエツチング液を
用いたウニ・・ｌトエ・ソチングで除去した後、その部
分にフロム系のエツチング液等を用いたエツチングを、
例えば基板２１が露出するまで施して、露出部２１ａ及
び切断面３４を形成する。この時、フロム系のエツチン
グ液を用いると、切断面３４は、１１１Ａ面に対して約
７０度位の傾斜角度をもって形成される。この後、基板
２上の下側を襞間しやすい厚みに研磨し、この研磨面に
Ａｕ−Ｚｎ等を蒸着した後、オーミックコンタクトをは
かるために熱処理を施ずとＰ型のオーミック電極３１が
形成される。

最後に、襞間機等を用いて、活性層２５が所定の長さに
なるように端面３３を形成し、露出部２１ａに襞間等を
施すことによって、チップ化された発光ダイオード３５
が出来上がり、製造工程が完了する。

次に、この発光ダイオード３５の動作を第゛３図を用い
て説明する。

第３図は、第１図の端面放射型発光ダイオードの部分断
面図であり、この部分断面図には、その断面内部におけ
る光の進路を概略的に示しである。

例えば、発光ダイオード３５は、光通信システムの光源
として用いられて、活性層２５の前端部２５ａを介して
図示しない光ファイバに接続される。その後、発光ダイ
オード３５をオン・オフ制御して、即ち、所定強度の光
Ｌ１を出力したり、あるいはその光Ｌ１の出力を停止し
たりすることにより、光ファイバを介して光信号を伝送
させることができる。

発光ダイオード３５から光Ｌ１を出射させる場合、ボン
ディング電極３０に接続されたオーミック電極２８と、
オーミック電極３）との間に電圧を印加して活性層２５
に電流を流す。これにより、活性層２５に自然放出によ
る光１−１が発生し、その光Ｌ１は、がｊ端部２５ａを
介して光ファイバへ出射される。さらに、活性層２５に
は、自然放出によって、活性層２５の後端部２５ｂへ伝
搬する光Ｌ２が発生する。この先Ｌ２は、活性層２５の
後端部２５ｂを介して電流ブロック層２２の端部領域２
２ｃに入射する。この時、活性層２５及び電流ブロック
層２２界面において、その界面の屈折率差等に起因して
光Ｌ２は、活性層２５から端部領域２２ｃへ入射しやす
く、また界面を通過する光Ｌ２は、その界面及び端部領
域２２ｃ内に散乱する。活性層２５から端部領域２２ｃ
へ入射し、Ｘ方向へ直進した光Ｌ３は、切断面３４に達
する。

ところが、切断面３４は、ストライプ方向に対して傾斜
角度をもっているので、その切断面３４に伝搬した光Ｌ
３等に対して光散乱を起こさせる。

さらに、切断面３４は、その切断面３４と外部空間との
界面における屈折率差に起因して、その切断面３４に伝
搬した光Ｌ３等を外部へ出射じゃずくする。

本実施例では、次のような利点を有している。

（Ａ＞電流ブロック層２２の端部領域２２ｃに、ストラ
イプ方向に対して傾斜角度を有する切断面３４を設けた
。このため、例えば活性層２５゛から端部領域２２ｃに
入射して切断面３４に達した光Ｌ３は、その切断面３４
で散乱されると共に、切断面３３における電流ブロック
層２２の屈折率と外部空間の屈折率（例えば空気の屈折
率）との差に起因して、外部空間へ放出されやすくなる
。よって、活性層２５から端部領域２２ｃに入射した光
Ｌ３等が、再び活性層２５へ戻るのを防止できる。した
がって、発光ダイオード３５は、活性層２５内部におい
て共振器モードが立つことがなくなり、低温領域から高
温領域にわたって安定した光出力特性が得られる。

（Ｂ）本実施例では、従来の端面放射型発光ダイオード
１７における光吸収部１４を設けない。そのため、発光
ダイオード３５の素子寸法が短くなり、高速応答が可能
になる。さらには、ウニへ当りの取り数が増大し、製造
コストの削減を図ることができる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。

（ａ＞切断面３４の傾斜角度、形成部位、及び切断面３
４の面の形状は、図示のものに限定されず、種々の変形
が可能である。例えば、切断面３４は、ストライプ方向
に対してｘｙ平面内で所定の傾斜角度をもつように設定
してもよい。また、その切断面３４の面の形状は、湾曲
をもたせたりしてもよい。さらに、切断面３４は、活性
層２５からの光の到達部位に応じて形成部位を特定する
ことも可能である。

（ｂ）本実施例では、Ｖ講２３に活性層２５が形成され
た′Ｊｆｆ４造の発光ダイオード３５について説明した
が、本発明は、例えばＢＨ（ＢｕｒｉｅｄＨｅｔｅｒｏ
）構造や、ＤＣ−ＰＢＨ（Ｄｏｕｂｌｅ　　Ｃｈａｎｎ
ｅｌ　　Ｐｌａｎａｒ　　Ｂｕｒｉｅｄ　　Ｈｅｔｅｒ
ｏ）ｌｉ造等の他の構造を有する端面放射型発光ダイオ
ードにも幅広く適用が可能である。

（Ｃ）発光ダイオード３５は、端面３３及び切断面３４
に反射防止膜を設けてもよい。その場合には、端面３３
及び切断面３４での光の反射防止効果が促進される。

（ｄ）本実施例では、製造上基板２↓に露出部２１ａが
できたが、製造技術の改善により、この露出部２１ａを
除去することも可能である。その場合、例えば活性層２
５からの光Ｌ３等が、切断面３４を介してその露出部２
１ａにより反射して再び端部領域２２ｃに戻ることがな
くなる。

（ｅ）発光ダイオード３５の構造及びその構成材料は、
−例を示したものであり、前記実施例のものに限定され
るものではない。例えば基板２１と、電流狭窄層２２ａ
との間に、Ｐ−Ｉｎによるバッファ層を付加したりなど
することが可能である。

また、その構造及び構成材料の変更等に件って上記実施
例に示した製造方法も変更可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、ストライ
プ方向に対し、て所定の傾斜角度をなす切断面を設けた
ので、該切断面は光散乱面として機能する。さらに、該
切断面は、該電流ブロック層と外部空間との屈折率差に
起因して、活性層から電流ブロック層を介して該切断面
に達した光を外部へ出射しやすくする。

したがって、該端面放射型発光ダイオードでは、活性層
に起こる誘導放出が抑制され、レーザー発振のモードで
ある共振器モードの出現が防止される。さらに、該端面
放射型発光ダイオードの寸法の短縮化が図れ、高速応答
化及び低コスト化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す端面放射型発光ダイオー
ドの斜視図、第２図は従来の端面放射型発光ダイオード
の斜視図、第３図は第１図の部分的な断面図である。 ２１・・・基板、２２・・・電流ブロック層、２３・・
・■溝、２５・・・活性層、２５ａ・・・前端部、２５
ｂ・・・後端部、２５ｃ・・・側部、３４・・・切断面
。 ２１；基液 １２ 従来の箔面放射型発光ダイオード′ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に形成された電流狭窄用の電流ブロック層と、前
   記電流ブロック層よりも高屈折率の材料で形成された活
   性層とを備え、前記活性層は、前記ブロック層に囲まれ
   た後端部及び側部と、ストライプ方向に伝搬する光を出
   射する前端部とを有するストライプ構造の端面放射型発
   光ダイオードにおいて、 前記後端部に対して前記前端部と対向する位置にあって
   前記ストライプ方向と所定の傾斜角度をなす切断面を前
   記電流ブロック層に設けたことを特徴とする端面放射型
   発光ダイオード。