JPH05299692A - 端面発光型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高電流を注入した場合や、低温度下で動作さ
せる場合でも、発光ダイオード装置を大きくすることな
くＦＰモードによるレーザ発振を抑圧する。 【構成】 この発光ダイオード装置２１は、活性層２５
をｐ型及びｎ型のクラッド層２４，２６で挟んだＤＨ構
造の発光ダイオード装置であり、活性層２５の長手方向
の一端側において、斜めに交差するｐ型吸収層２９は、
クラッド層２４，２６側に向かって屈折率が連続的に小
さくなっている。そして、この吸収層２９の下側には、
ｐ型コンタクト層３０、ｐ型電極３３が形成されてお
り、ｎ型のクラッド層２４上には、ｎ型バッファ層２
３、絶縁層３１及びｎ型電極３２が形成されており、こ
の絶縁層３１の一部はストライプ状にエッチングされて
電極コンタクト部分３４を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信を行う際に光源
として使用するのに好適な端面発光型発光ダイオード装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、端面発光型発光ダイオード装置
から大出力のインコヒーレント光を取り出そうとする場
合、ファブリペロー（ＦＰ）モードによるレーザ発振を
抑圧することが重要となる。そして、このレーザ発振を
抑圧する方法として、端面ＡＲコート、非励起領域（吸
収領域）の形成、端面斜めエッチング、端面埋込みな
ど、活性領域への光の帰還を低下させる種々の方法が行
われてきた。

【０００３】この非励起領域を形成した従来の端面発光
型発光ダイオード装置の一例を図４と共に説明する。同
図（Ａ）は従来の発光ダイオード装置１の上面図であ
り、同図（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。同図に示す
発光ダイオード装置１は、ｎ型基板２上にｎ型クラッド
層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層
６及び絶縁層７を順次積層し、絶縁層７の一部をストラ
イプ状にエッチングして電極コンタクト部分８を形成し
た後、この上にｐ型オーミック電極９を形成すると共に
ｎ型基板２の表面にｎ型オーミック電極１０を形成した
ものである。そして、電極コンタクト部分８においてｐ
型オーミック電極９とｐ型コンタクト層６とが電気的に
接続されているので、この部分に電流が流れ、そのほぼ
真下の活性層４が発光を行う活性領域１１となり、他の
部分の活性層４が吸収領域１２となる。

【０００４】このような構造の発光ダイオード装置１で
は、活性層４の活性領域１１にて発光された光が、端面
１３より外部へ出力されると共に吸収領域１２側へも出
力される。そして、この吸収領域１２に入射した光は、
この部分を進行するのに従って減衰していき、端面１４
に達する前にほとんどの光が吸収されてしまう。その結
果、ＦＰモードによるレーザ発振を抑圧し、安定したイ
ンコヒーレント光を出力することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した発
光ダイオード装置１は、大出力の光を得るために高電流
を注入した場合や、低温度下で動作させた場合、吸収領
域１２における光の吸収量を超える量の光が入射した
り、吸収量が減少したりして、吸収領域１２側に入射し
た光が完全に減衰されず、一部の光が端面１４に達して
そこで反射し、再び活性領域１１に戻って、ＦＰモード
によるレーザ発振が起きるという問題点があった。そし
て、光の吸収量を上げるためには、吸収領域１２を十分
に長くする必要があり、発光ダイオード装置１がかなり
大きくなってしまうという課題があった。

【０００６】そこで本発明は、従来とほぼ同じ大きさで
高電流を流した場合でもＦＰモードによるレーザ発振を
防止することのできる発光ダイオード装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、活性層の上下をこの活性層よりもバンド
ギャップエネルギが大きく、かつ屈折率の小さいｐ型及
びｎ型のクラッド層で挟まれたダブルヘテロ構造の端面
発光型半導体装置において、前記活性層に形成された直
線状の活性領域の長手方向の一端側に、前記活性層と斜
め方向に交差し、かつ、積層方向に対して屈折率が変化
する吸収層を備えたことを特徴とする端面発光型半導体
装置を提供しようとするものである。

【０００８】

【実施例】本発明の端面発光型半導体装置の一実施例で
ある発光ダイオード装置を図面と共に説明する。図１
（Ａ）は本発明の一実施例である発光ダイオード装置２
１の上面図であり、同図（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図であ
る。同図に示す発光ダイオード装置２１は、アンドープ
ＡｌＧａＡｓ活性層２５をｐ型及びｎ型のＡｌ_0.7 Ｇａ
_0.3 Ａｓクラッド層２４，２６で挟んだダブルへテロ
（ＤＨ）構造の発光ダイオード装置であり、活性層２５
の長手方向の一端側において、斜めに交差するｐ型Ａｌ
_x Ｇａ_1-x Ａｓ吸収層２９は、ＡｌＡｓ混晶比ｘがクラ
ッド層２４，２６側からｐ型コンタクト層３０側に向か
ってｘ＝０．７（Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓ）からｘ＝０
（ＧａＡｓ）まで連続的に変化して積層されており、同
図（Ｂ）には混晶比ｘの値が等しい面（以下、等混晶比
面と呼ぶ）を“ｘ＝”の形式で示している。そして、混
晶比ｘの値が大きくなるほど屈折率が小さくなるので、
吸収層２９はクラッド層２４，２６側に向かって屈折率
が連続的に小さくなっている。そして、この吸収層２９
の図（Ｂ）中下側には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３
０、ｐ型電極３３が形成されており、ｎ型のＡｌ_0.7 Ｇ
ａ_0.3 Ａｓクラッド層２４上には、ｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層（コンタクト層）２３、ＳｉＮ絶縁層３１及びｎ型
電極３２が形成されており、この絶縁層３１の一部は同
図（Ａ）のようなストライプ状にエッチングされて電極
コンタクト部分３４を形成しており、この電極コンタク
ト部分３４ではｎ型バッファ層２３とｎ型電極３２とが
直接接触している。

【０００９】このような構成の発光ダイオード装置２１
の発光状態を図２と共に説明する。ｎ型電極３２とｐ型
電極３３との間にバイアスをかけて電流を流すと、電極
コンタクト部分３４のほぼ真下の活性層２５が活性領域
３５となってキャリアが注入され、このキャリアの再結
合により活性層２５の半導体材料（ＡｌＧａＡｓ）のバ
ンドギャップエネルギに応じた波長の光が発光される。
そして、この発光ダイオード装置２１は、活性層２５を
ｐ型及びｎ型のクラッド層２４，２６で挟んだＤＨ構造
をしているので、この活性領域３５から発光した光は、
活性層２５内を導波され、端面３６より外部へ出力され
ると共に、斜めに交差する吸収層２９側へも出力され
る。

【００１０】このとき、活性層２５に接する側の吸収層
２９のＡｌＡｓ混晶比ｘは、０．７であり、ｐ型クラッ
ド層２６と同じ組成比であるが、活性層２５との屈折率
の差は小さいので、本実施例のように活性層２５内を導
波される光の進行方向に対して斜めに接している場合に
は、ほとんど反射されずに吸収層２９内に入射される。
なお、クラッド層２４，２６は、活性層２５の長手方向
に対して平行に接しているため、光の進行方向に対して
もほぼ平行となり、発光される光の入射角度が極めて大
きくなるので、境界部分で反射して光を活性層２５内に
閉込めて導波させることができる。この吸収層２９内に
入射される光は、吸収層２９の等混晶比面に対して斜め
に入射されるので、進行するのに従って吸収層２９の屈
折率が徐々に大きくなっていくため、光の進路は下方に
曲がりながら減衰していくことになる。このとき、端面
３７までの距離を短くすると、光が吸収層２９を通過す
る間に全て吸収されずに端面３７に到達するが、端面３
７にて反射される光は再度吸収層２９を通過して下方に
曲がりながら減衰して行くので活性領域３５には入射さ
れず、端面３７が共振面として働くことはない。その結
果、高電流を注入した場合や、低温度下で動作させる場
合でも、発光ダイオード装置を小さくしたままＦＰモー
ドによるレーザ発振を抑圧することができ、安定したイ
ンコヒーレント光を出力することができる。

【００１１】次に、図１に示す発光ダイオード装置２１
の製造方法を図３（Ａ）〜（Ｆ）と共に説明する。ま
ず、同図（Ａ）に示すようにｎ型ＧａＡｓ基板２２上に
ＭＯＣＶＤ法によって０．６μｍのｎ型ＧａＡｓバッフ
ァ層２３、２μｍのｎ型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓクラッド
層２４、０．１μｍのアンドープＡｌＧａＡｓ活性層２
５、１μｍのｐ型Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓクラッド層２
６、及び０．１μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層２７を順
次積層し、無機酸化物であるＳｉＮ（またはＳｉＯ₂ ）
をマスク２８として硫酸系のエッチング液を用いてｎ型
クラッド層２４の途中まで化学エッチングを行い、同図
（Ｂ）に示すような斜め段差を形成する。引き続き、マ
スク２８を除去後、同図（Ｃ）に示すように再びＭＯＣ
ＶＤ法によって６μｍのｐ型Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ吸収層
２９を全面に積層する。このときｐ型Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａ
ｓ吸収層２９のＡｌＡｓ混晶比ｘを積層方向にｘ＝０．
７（Ａｌ_0.7 Ｇａ_0.3 Ａｓ）からｘ＝０（ＧａＡｓ）ま
で連続的に変化させながら積層する。

【００１２】次に、同図（Ｄ）に示すように液晶成長法
によって、この吸収層２９上に約２００μｍのｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層３０を積層する。そして、同図（Ｅ）
に示すようにｎ型基板２２側からｎ型バッファ層２３の
途中までエッチングを行い、ｎ型基板２２を除去する。
なお、最初にｎ型バッファ層２３を結晶成長させるとき
に、このｎ型バッファ層２３の途中に薄いＡｌＧａＡｓ
層（またはＡｌＡｓ層）を挿入しておき、これを利用し
て選択エッチングをすることにより、常に一定の厚さま
でのエッチングが可能となる。最後に、同図（Ｆ）に示
すように露出したｎ型バッファ層２３上に無機酸化物で
あるＳｉＮ（またはＳｉＯ₂ ）の薄膜である絶縁層３１
をＲＦスパッタ法またはＣＶＤ法などで積層し、活性領
域として利用する活性層２５の真上の絶縁層３１をスト
ライプ状に除去して、その部分のｎ型バッファ層２３を
再度露出させる。そして、この面にｎ型電極３２を形成
した後、反対側のコンタクト層３０上にもｐ型電極３３
を形成する。このようにして、図１（Ａ），（Ｂ）に示
すような発光ダイオード装置２１を製造することができ
る。なお、図３（Ｆ）に示す発光ダイオード装置２１
は、図１（Ｂ）に示したものとは、上下左右を逆にして
示している。

【００１３】また、本実施例では、吸収層２９のＡｌＡ
ｓ混晶比ｘを積層方向に連続的に変化させているが、Ａ
ｌＡｓ混晶比ｘを段階的に変化させて幾つかの層に分け
た状態にしても良い。さらに、本実施例では、製造の容
易な電極ストライプ構造を使用した利得導波型の発光装
置について説明したが、ブロック層を埋込み成長させて
より高性能とした屈折率導波型の発光装置としても良
く、半導体材料も、ＡｌＧａＡｓ系の他に、ＩｎＧａＰ
系、ＩｎＧａＡｌＰ系など他の半導体材料を用いても良
い。そして、製造方法も上記実施例で使用した液相成長
法、ＭＯＣＶＤ法のほか、ＭＢＥ法などの結晶成長法を
使用しても良い。

【００１４】

【発明の効果】本発明の端面発光型半導体装置は、活性
層に形成された直線状の活性領域の長手方向の一端側
に、活性層と斜め方向に交差し、かつ、積層方向に対し
て屈折率が変化する吸収層を備えているので、活性層で
発光して吸収層内に入射される光は、曲がりながら減衰
していき、活性領域３５には戻らない。このため、高出
力を得るために高電流を注入した場合や、低温度下で動
作させる場合でも、発光ダイオード装置の大きさを大き
くすることなくＦＰモードによるレーザ発振を抑圧する
ことができ、安定した高出力のインコヒーレント光を出
力することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）は本発明の端面発光型半導体装
置の一実施例を示す上面図及び断面図である。

【図２】本発明の発光状態を説明するための断面図であ
る。

【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の一実施例の製造方法
を示す工程図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は従来例を示す上面図及び断面
図である。

【符号の説明】

１，２１ 発光ダイオード装置（端面発光型半導体装
置） ２，２２ ｎ型基板 ３，２４ ｎ型クラッド層 ４，２５ 活性層 ５，２６ ｐ型クラッド層 ６，３０ ｐ型コンタクト層 ７，３１ 絶縁層 ８，３４ 電極コンタクト部分 ９，３３ ｐ型電極（ｐ型オーミック電極） １０，３２ ｎ型電極（ｎ型オーミック電極） １１，３５ 活性領域 １２ 吸収領域 １３，１４，３６，３７ 端面 ２３ ｎ型バッファ層（コンタクト層） ２７ ｐ型キャップ層 ２８ マスク ２９ 吸収層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性層の上下をこの活性層よりもバンドギ
   ャップエネルギが大きく、かつ屈折率の小さいｐ型及び
   ｎ型のクラッド層で挟まれたダブルヘテロ構造の端面発
   光型半導体装置において、 前記活性層に形成された直線状の活性領域の長手方向の
   一端側に、前記活性層と斜め方向に交差し、かつ、積層
   方向に対して屈折率が変化する吸収層を備えたことを特
   徴とする端面発光型半導体装置。