JPH04236468A - 光通信用発光ダイオ−ド素子 - Google Patents
光通信用発光ダイオ−ド素子Info
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- JPH04236468A JPH04236468A JP3004567A JP456791A JPH04236468A JP H04236468 A JPH04236468 A JP H04236468A JP 3004567 A JP3004567 A JP 3004567A JP 456791 A JP456791 A JP 456791A JP H04236468 A JPH04236468 A JP H04236468A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信用発光ダイオ−ド
素子に関わり、特にその応答速度を速くする構造に関す
る。
素子に関わり、特にその応答速度を速くする構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図４は光通信において送信側の発光源と
して用いられる従来の発光ダイオ−ド素子の断面図であ
る。この構造は、次の三点において典型的構造である。
して用いられる従来の発光ダイオ−ド素子の断面図であ
る。この構造は、次の三点において典型的構造である。
【０００３】（１） 発光層５をこれよりも屈折率の
大きなクラッド層４、６でサンドイッチする。
大きなクラッド層４、６でサンドイッチする。
【０００４】（２） 前記クラッド層４、６のうち一
方を通して光を取り出す。
方を通して光を取り出す。
【０００５】（３） 前記発光層への電流注入を数十
［μｍ］径の円形孔３の内部のみに限定する。
［μｍ］径の円形孔３の内部のみに限定する。
【０００６】具体的には、該構造は以下の構成要素によ
り構成される。１は厚さ約１００［μｍ］のｐ導電型Ｇ
ａＡｓ結晶から成る基板、２は厚さ約１．５［μｍ］の
ｎ導電型ＧａＡｓ結晶から成る電流阻止層、３は電流阻
止層表面から穿たれた直径約４０［μｍ］、深さ２［μ
ｍ］の円形孔、４は該円形孔内部での厚さが約２．５［
μｍ］のｐ導電型Ａｌ０．２５５Ｇａ０．７５Ａｓ結晶
から成る第１クラッド層、５は厚さ約０．３［μｍ］の
ｐ導電型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ結晶から成る発
光層、６は厚さ約６［μｍ］のｎ導電型Ａｌ０．２５Ｇ
ａ０．７５Ａｓ結晶から成る第２クラッド層、７は厚さ
１［μｍ］のｎ導電型ＧａＡｓ結晶から成るオ−ム性接
触層、８は前記円形孔３に対向する位置の前記オ−ム性
接触層７を除去して得られた径約９０［μｍ］の円形孔
から成る窓である。更に９は前記オ−ム接触層表面に設
けられ、これとオ−ム性接触するｎ側電極金属層、１０
は前記基板の裏面に設けられ、これとオ−ム性接触する
ｐ側電極金属層である。 該ｐ側電極金属層１０とヒ−トシンク（ｈｅａｔ ｓｉ
ｎｋ） １２とは融着金属１１を介して固着されている
。
り構成される。１は厚さ約１００［μｍ］のｐ導電型Ｇ
ａＡｓ結晶から成る基板、２は厚さ約１．５［μｍ］の
ｎ導電型ＧａＡｓ結晶から成る電流阻止層、３は電流阻
止層表面から穿たれた直径約４０［μｍ］、深さ２［μ
ｍ］の円形孔、４は該円形孔内部での厚さが約２．５［
μｍ］のｐ導電型Ａｌ０．２５５Ｇａ０．７５Ａｓ結晶
から成る第１クラッド層、５は厚さ約０．３［μｍ］の
ｐ導電型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ結晶から成る発
光層、６は厚さ約６［μｍ］のｎ導電型Ａｌ０．２５Ｇ
ａ０．７５Ａｓ結晶から成る第２クラッド層、７は厚さ
１［μｍ］のｎ導電型ＧａＡｓ結晶から成るオ−ム性接
触層、８は前記円形孔３に対向する位置の前記オ−ム性
接触層７を除去して得られた径約９０［μｍ］の円形孔
から成る窓である。更に９は前記オ−ム接触層表面に設
けられ、これとオ−ム性接触するｎ側電極金属層、１０
は前記基板の裏面に設けられ、これとオ−ム性接触する
ｐ側電極金属層である。 該ｐ側電極金属層１０とヒ−トシンク（ｈｅａｔ ｓｉ
ｎｋ） １２とは融着金属１１を介して固着されている
。
【０００７】前記ｐ側電極金属層１０を接地して前記ｎ
側電極金属層９に負電位を印加すると、前記電流阻止層
２と前記第１クラッド層４との間のｐｎ接合が逆バイア
スされ、従って前記発光層５を横断する電流が前記円形
孔３直上にほぼ制限される。半導体結晶のバンドギャッ
プは発光層５よりも二つのクラッド層４、６の方が大き
いので、発光層への該電流注入により生じた過剰少数キ
ャリアは発光層の中に閉じ込められる。このように過剰
少数キャリアを三次元的に限定し、よって少数キャリア
密度を大きくすることにより、光出力の電流変調応答速
度を速くすることが可能となる。また、発光領域も該領
域に限定される。この様に径が限定された光を前記窓８
から取り出すことにより、レンズもしくは光ファイバ−
に対する高い光結合が容易に得られる。
側電極金属層９に負電位を印加すると、前記電流阻止層
２と前記第１クラッド層４との間のｐｎ接合が逆バイア
スされ、従って前記発光層５を横断する電流が前記円形
孔３直上にほぼ制限される。半導体結晶のバンドギャッ
プは発光層５よりも二つのクラッド層４、６の方が大き
いので、発光層への該電流注入により生じた過剰少数キ
ャリアは発光層の中に閉じ込められる。このように過剰
少数キャリアを三次元的に限定し、よって少数キャリア
密度を大きくすることにより、光出力の電流変調応答速
度を速くすることが可能となる。また、発光領域も該領
域に限定される。この様に径が限定された光を前記窓８
から取り出すことにより、レンズもしくは光ファイバ−
に対する高い光結合が容易に得られる。
【０００８】発光ダイオ−ド素子の構造の他の従来例を
図５に示す。この構造は、前掲（１）、（２）、（３）
の三点においては図４に示した従来例と同じであるが、
結晶材料がＧａＩｎＰＡｓであることと窓に対向する領
域のみに発光層を残したいわゆるメサ構造であることと
が第１の従来例とは異なる。すなわち、２１は厚さ約１
００［μｍ］のｎ導電型ＩｎＰ結晶から成る基板、２２
は厚さ約１．５［μｍ］のｎ導電型ＩｎＰ結晶から成る
バッファ層、２３は厚さ約０．８［μｍ］のｐ導電型Ｉ
ｎ０．４７Ｇａ０．５３Ｐ結晶から成る発光層、２４は
厚さ約４［μｍ］のｎ導電型ＩｎＰ結晶から成る第２ク
ラッド層である。前記基板２１とバッファ層２２とは共
同して第１クラッド層としての作用をする。また、前記
第２クラッド層２４表面から基板に達する蝕刻により、
直径約３０［μｍ］のメサ２５が形成されている。素子
上面は電流通路となるべきメサ２５頂部の一部を除いて
厚さ０．２［μｍ］のＳｉＯ２ からなる絶縁膜２６で
覆われている。２７は前記第２クラッド層２４とオ−ム
性接触するｐ側電極金属層、２８は前記基板２１とオ−
ム性接触するｎ側電極金属層、２９はｎ側電極金属層２
８に設けられ、前記電流通路に対向する位置に開けられ
た窓孔である。前記ｐ側電極金属層２７とヒ−トシンク
３０とは融着金属３１を介して固着されている。
図５に示す。この構造は、前掲（１）、（２）、（３）
の三点においては図４に示した従来例と同じであるが、
結晶材料がＧａＩｎＰＡｓであることと窓に対向する領
域のみに発光層を残したいわゆるメサ構造であることと
が第１の従来例とは異なる。すなわち、２１は厚さ約１
００［μｍ］のｎ導電型ＩｎＰ結晶から成る基板、２２
は厚さ約１．５［μｍ］のｎ導電型ＩｎＰ結晶から成る
バッファ層、２３は厚さ約０．８［μｍ］のｐ導電型Ｉ
ｎ０．４７Ｇａ０．５３Ｐ結晶から成る発光層、２４は
厚さ約４［μｍ］のｎ導電型ＩｎＰ結晶から成る第２ク
ラッド層である。前記基板２１とバッファ層２２とは共
同して第１クラッド層としての作用をする。また、前記
第２クラッド層２４表面から基板に達する蝕刻により、
直径約３０［μｍ］のメサ２５が形成されている。素子
上面は電流通路となるべきメサ２５頂部の一部を除いて
厚さ０．２［μｍ］のＳｉＯ２ からなる絶縁膜２６で
覆われている。２７は前記第２クラッド層２４とオ−ム
性接触するｐ側電極金属層、２８は前記基板２１とオ−
ム性接触するｎ側電極金属層、２９はｎ側電極金属層２
８に設けられ、前記電流通路に対向する位置に開けられ
た窓孔である。前記ｐ側電極金属層２７とヒ−トシンク
３０とは融着金属３１を介して固着されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】第１の従来構造の発光
ダイオ−ド素子では、発光領域内部に少数キャリアを閉
じ込めるためのバンド構造が発光領域の径方向には存在
しないので、該発光領域周辺から外部に向かって少数キ
ャリアは拡散する。このため発光領域はキャリア濃度の
相対的に低い、従って少数キャリア寿命の相対的に長い
、数μｍ幅の帯に囲まれることになるので、素子の応答
速度が遅くなる問題がある。一方、第２の従来構造にお
いては、発光領域の径方向の大きさが幾何学的に限定さ
れているので、この様な少数キャリアの拡散は存在せず
従って応答速度の遅くなる問題はない。しかし、ｐｎ接
合を含む発光領域側面が格子整合を取り得ない酸化膜な
どと接合する構造であるので、素子の信頼性が劣化する
問題がある。
ダイオ−ド素子では、発光領域内部に少数キャリアを閉
じ込めるためのバンド構造が発光領域の径方向には存在
しないので、該発光領域周辺から外部に向かって少数キ
ャリアは拡散する。このため発光領域はキャリア濃度の
相対的に低い、従って少数キャリア寿命の相対的に長い
、数μｍ幅の帯に囲まれることになるので、素子の応答
速度が遅くなる問題がある。一方、第２の従来構造にお
いては、発光領域の径方向の大きさが幾何学的に限定さ
れているので、この様な少数キャリアの拡散は存在せず
従って応答速度の遅くなる問題はない。しかし、ｐｎ接
合を含む発光領域側面が格子整合を取り得ない酸化膜な
どと接合する構造であるので、素子の信頼性が劣化する
問題がある。
【００１０】この発明は上記の点に鑑みて為されたもの
で、その目的は、素子信頼性を損なうことなく、発光領
域周辺から外部への少数キャリアの拡散を抑制し、これ
により高信頼高応答速度の通信用発光ダイオ−ド素子を
提供することにある。
で、その目的は、素子信頼性を損なうことなく、発光領
域周辺から外部への少数キャリアの拡散を抑制し、これ
により高信頼高応答速度の通信用発光ダイオ−ド素子を
提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明は本質的に、基
板の主面上ほぼ全体に存在する発光層を、光を取り出す
ための窓周辺部に対向する位置において欠損させたもの
である。このような発光層は、例えば基板の表面に発光
領域を投影した形状の孔（凹部）もしくは凸部を設け、
その上に発光層を含む多層膜をエピタキシャル成長する
ことにより形成することができる。
板の主面上ほぼ全体に存在する発光層を、光を取り出す
ための窓周辺部に対向する位置において欠損させたもの
である。このような発光層は、例えば基板の表面に発光
領域を投影した形状の孔（凹部）もしくは凸部を設け、
その上に発光層を含む多層膜をエピタキシャル成長する
ことにより形成することができる。
【００１２】
【作用】発光層が窓周辺部に対向する位置において欠損
しているので、発光領域に注入された少数キャリアは該
発光領域の径方向にもバンド構造により閉じ込められる
。これによって高応答速度の通信用発光ダイオ−ドが得
られる。また発光領域の周辺はすべて格子整合したヘテ
ロ界面で囲まれているので、高信頼の通信用発光ダイオ
−ドが得られる。
しているので、発光領域に注入された少数キャリアは該
発光領域の径方向にもバンド構造により閉じ込められる
。これによって高応答速度の通信用発光ダイオ−ドが得
られる。また発光領域の周辺はすべて格子整合したヘテ
ロ界面で囲まれているので、高信頼の通信用発光ダイオ
−ドが得られる。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明を実施例によ
り説明する。なお、参照する図面において、図４、図５
と同一の部分については同一の参照符号を付す。
り説明する。なお、参照する図面において、図４、図５
と同一の部分については同一の参照符号を付す。
【００１４】図１はこの発明の第１の実施例に係わる光
通信用発光ダイオ−ド素子の断面図である。
通信用発光ダイオ−ド素子の断面図である。
【００１５】第１の実施例は、図４に示した第１の従来
例の通信用発光ダイオ−ド素子に本発明を適用した例で
ある。基板１上には、第１クラッド層４、発光層５、第
２クラッド層６およびオ−ム性接触層７から成る多層膜
が形成されている。この多層膜を成す第１クラッド層４
からオ−ム性接触層７までの４つの層はそれぞれ、例え
ば液相結晶成長により形成される。又、この多層膜中、
ｐ導電型の発光層５の一面に接してｎ導電型の第２クラ
ッド層６が形成されており、これによりｐｎ接合が設け
られる。オ−ム性接触層７には、これを円形に除去する
ことにより得られた窓孔８が設けられており、この窓孔
８の周辺部に対応する位置で前記発光層５に欠損部１３
が形成されている。
例の通信用発光ダイオ−ド素子に本発明を適用した例で
ある。基板１上には、第１クラッド層４、発光層５、第
２クラッド層６およびオ−ム性接触層７から成る多層膜
が形成されている。この多層膜を成す第１クラッド層４
からオ−ム性接触層７までの４つの層はそれぞれ、例え
ば液相結晶成長により形成される。又、この多層膜中、
ｐ導電型の発光層５の一面に接してｎ導電型の第２クラ
ッド層６が形成されており、これによりｐｎ接合が設け
られる。オ−ム性接触層７には、これを円形に除去する
ことにより得られた窓孔８が設けられており、この窓孔
８の周辺部に対応する位置で前記発光層５に欠損部１３
が形成されている。
【００１６】上記構造を得るには、液相結晶成長の際に
前記第１の従来例に比べて第１クラッド層４の成長厚さ
を薄くし、また発光層５の成長に用いる溶液の過飽和度
を小さくする。この様な結晶成長条件では、基板１にも
ともと設けてあった円形孔３の作用により発光層５に欠
損部１３が形成され、この結果、発光層５に所望の欠損
部１３を有するダイオ−ド素子が得られる。
前記第１の従来例に比べて第１クラッド層４の成長厚さ
を薄くし、また発光層５の成長に用いる溶液の過飽和度
を小さくする。この様な結晶成長条件では、基板１にも
ともと設けてあった円形孔３の作用により発光層５に欠
損部１３が形成され、この結果、発光層５に所望の欠損
部１３を有するダイオ−ド素子が得られる。
【００１７】図２はこの発明の第２の実施例に係わる光
通信用発光ダイオ−ド素子の断面図である。
通信用発光ダイオ−ド素子の断面図である。
【００１８】第２の実施例は、図５に示した第２の従来
例の通信用発光ダイオ−ド素子に本発明を適用した例で
ある。本例は第１の実施例とは異なり、基板２１に凸部
を設けることにより、発光層２３に所望の欠損部３２を
得るものである。本例でも、バッファ層２２、発光層２
３および第２クラッド層２４の形成にはそれぞれ、液相
結晶成長が用いられ、これにより発光層２３を含む多層
膜が形成される。又、液相結晶成長の際には、前記第２
の従来例に比べてバッファ層２２の成長厚さが薄くされ
、また発光層２３の成長に用いる溶液の過飽和度が小さ
く設定される。これにより、第１の実施例と同様に、発
光層２３に所望の欠損部３２を形成できる。
例の通信用発光ダイオ−ド素子に本発明を適用した例で
ある。本例は第１の実施例とは異なり、基板２１に凸部
を設けることにより、発光層２３に所望の欠損部３２を
得るものである。本例でも、バッファ層２２、発光層２
３および第２クラッド層２４の形成にはそれぞれ、液相
結晶成長が用いられ、これにより発光層２３を含む多層
膜が形成される。又、液相結晶成長の際には、前記第２
の従来例に比べてバッファ層２２の成長厚さが薄くされ
、また発光層２３の成長に用いる溶液の過飽和度が小さ
く設定される。これにより、第１の実施例と同様に、発
光層２３に所望の欠損部３２を形成できる。
【００１９】図３はこの発明の第３の実施例に係わる光
通信用発光ダイオ−ド素子の断面図である。
通信用発光ダイオ−ド素子の断面図である。
【００２０】第３の実施例は、第２の実施例と結晶成長
法のみが異なる例である。すなわち、結晶成長法には有
機金属気相成長法を用いている。有機金属気相成長法を
用いた場合には、凸部を有する基板２１上に形成される
多層膜が、凸部に沿って鋭角的に形成される点を除けば
第２の実施例と同様な素子構造と特性が得られた。
法のみが異なる例である。すなわち、結晶成長法には有
機金属気相成長法を用いている。有機金属気相成長法を
用いた場合には、凸部を有する基板２１上に形成される
多層膜が、凸部に沿って鋭角的に形成される点を除けば
第２の実施例と同様な素子構造と特性が得られた。
【００２１】以上説明した第１乃至第３の実施例いずれ
においても、素子信頼性が損なわれることなく遮断周波
数にして５０％以上の応答速度の改善が得られた。
においても、素子信頼性が損なわれることなく遮断周波
数にして５０％以上の応答速度の改善が得られた。
【００２２】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、基板の
主面上ほぼ全体に存在する発光層を、窓周辺部に対向す
る位置において欠損させることにより、信頼性を損なう
ことなく、発光領域周辺からの少数キャリアの拡散が抑
制される。これにより高応答速度の光通信用発光ダイオ
−ド素子を提供できる。
主面上ほぼ全体に存在する発光層を、窓周辺部に対向す
る位置において欠損させることにより、信頼性を損なう
ことなく、発光領域周辺からの少数キャリアの拡散が抑
制される。これにより高応答速度の光通信用発光ダイオ
−ド素子を提供できる。
【図１】この発明の第１の実施例に係わる光通信用発光
ダイオ−ド素子の断面図。
ダイオ−ド素子の断面図。
【図２】この発明の第２の実施例に係わる光通信用発光
ダイオ−ド素子の断面図。
ダイオ−ド素子の断面図。
【図３】この発明の第３の実施例に係わる光通信用発光
ダイオ−ド素子の断面図。
ダイオ−ド素子の断面図。
【図４】第１の従来例に係わる光通信用発光ダイオ−ド
素子の断面図。
素子の断面図。
【図５】第２の従来例に係わる光通信用発光ダイオ−ド
素子の断面図。
素子の断面図。
１…ｐ導電型の基板、２…ｎ導電型の電流阻止層、３…
円形孔、４…ｐ導電型の第１クラッド層、５…ｐ導電型
の発光層、６…ｎ導電型の第２クラッド層、７…ｎ導電
型のオ−ム性接触層、８…窓孔、９、１０…電極金属層
、１１…融着金属、１２…ヒ−ト・シンク、１３…発光
層の欠損部、２１…ｎ導電型の基板、２２…ｎ導電型の
バッファ層、２３…ｐ導電型の発光層、２４…ｐ導電型
の第２クラッド層、２５…メサ、２６…絶縁膜、２７、
２８…電極金属層、２９…窓孔、３０…ヒ−ト・シンク
、３１…融着金属、３２…発光層の欠損部。
円形孔、４…ｐ導電型の第１クラッド層、５…ｐ導電型
の発光層、６…ｎ導電型の第２クラッド層、７…ｎ導電
型のオ−ム性接触層、８…窓孔、９、１０…電極金属層
、１１…融着金属、１２…ヒ−ト・シンク、１３…発光
層の欠損部、２１…ｎ導電型の基板、２２…ｎ導電型の
バッファ層、２３…ｐ導電型の発光層、２４…ｐ導電型
の第２クラッド層、２５…メサ、２６…絶縁膜、２７、
２８…電極金属層、２９…窓孔、３０…ヒ−ト・シンク
、３１…融着金属、３２…発光層の欠損部。
Claims (1)
- 【請求項１】 化合物半導体結晶から成る基板と、化
合物半導体結晶から成り前記基板の一主面のほぼ全面に
渡って形成された発光層を含む多層膜と、前記発光層の
一面にほぼ一致して設けられたｐｎ接合と、前記発光層
に電流を注入するための電流注入手段と、前記発光層に
注入される電流を、前記主面上の一部分に限定するため
の電流阻止層と、前記基板もしくは前記多層膜表面に設
けられ、前記電流が注入されることにより前記発光層に
生じた光を前記主面とほぼ直交する方向に取り出すため
の窓と、から構成される光通信用発光ダイオ−ド素子に
おいて、前記窓周辺部に対応する位置で前記発光層が欠
損したことを特徴とする光通信用発光ダイオ−ド素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3004567A JPH04236468A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | 光通信用発光ダイオ−ド素子 |
| US08/133,281 US5345092A (en) | 1991-01-18 | 1993-10-07 | Light emitting diode including active layer having first and second active regions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3004567A JPH04236468A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | 光通信用発光ダイオ−ド素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04236468A true JPH04236468A (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=11587616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3004567A Pending JPH04236468A (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | 光通信用発光ダイオ−ド素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPH04236468A (ja) |
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- 1991-01-18 JP JP3004567A patent/JPH04236468A/ja active Pending
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5345092A (en) | 1994-09-06 |
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