JPH05315640A - 端面放射型発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

端面放射型発光ダイオード及びその製造方法

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JPH05315640A
JPH05315640A JP11461692A JP11461692A JPH05315640A JP H05315640 A JPH05315640 A JP H05315640A JP 11461692 A JP11461692 A JP 11461692A JP 11461692 A JP11461692 A JP 11461692A JP H05315640 A JPH05315640 A JP H05315640A
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JP
Japan
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emitting diode
light emitting
clad
cladding
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JP11461692A
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Yasumasa Kashima
保昌 鹿島
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シングルモードファイバとの高効率結合を達
成できる端面放射型発光ダイオードとその製造方法を提
供する。 【構成】 n−InP基板1と、この上に形成されたn
−InPクラッド層2と、この上に形成されたInGa
AsP活性層3と、この上に形成されたp−InPクラ
ッド層4と、この上に形成されたp−InGaAsPコ
ンタクト層6とを有し、クラッド層4内に一端を素子端
面に一致させたストライプ状の電流注入部4cが形成さ
れるように、クラッド層4に接するn−InP電流ブロ
ック層5を形成している。電流ブロック層5とクラッド
層4は、ホトリソグラフィ技術や結晶成長法の利用によ
り製作できるので、ストライプ状の電流注入部4cの幅
を狭くでき、このため、活性層から放射される発光ビー
ムのスポット径が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、中・短距離中
容量光通信システム、光計測器、及び光ファイバセンサ
等に組み込まれる端面放射型発光ダイオードに関し、さ
らに詳細には、光ファイバとの高効率結合を可能とする
端面放射型発光ダイオードの構造及びその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】発光ダイオードと光ファイバとの高効率
結合を達成するためには、発光ダイオードの発光ビーム
のスポット径を小さくする必要がある。このように発光
ビームのスポット径を小さくすることを目的とする端面
放射型発光ダイオードとしては、例えば、アイ イー
イー イー、トランザクションズ、オン、エレクトロ
ン、デバイスズ、Vol.ED 30、No.4、35
4〜358頁、1983年4月(IEEE TRANS
ACTIONS ON ELECTRON DEVIC
ES,Vol.ED 30,No.4,April,1
983)に論文発表されたものがある。図2はこの論文
に開示された発光ダイオードの外観斜視図であり、図3
は図2のA部拡大図である。
【0003】図2又は図3に示されるように、この発光
ダイオードには、n−InP基板11上の全面を覆うよ
うに形成されたn−InPクラッド層12と、この上に
形成されたInGaAsP活性層13と、さらに上に形
成されたp−InPクラッド層14とが備えられてい
る。さらに、この発光ダイオードには、クラッド層14
上にストライプ状に形成されたp−InGaAsPコン
タクト層15と、その上に形成されたAuZnコンタク
ト層16と、これらストライプ状の層15と16を覆う
ように形成されたTi膜17とAu膜18とが備えられ
ている。
【0004】この発光ダイオードでは、駆動電流は、A
u膜18から、Ti膜17、ストライプ状のコンタクト
層16と15、クラッド層14を通り、活性層13に流
れ込み、さらに、クラッド層12を通って基板11に流
れる。この場合、Au膜18からの駆動電流は、主に、
活性層13の内ストライプ状のコンタクト層16と15
の真下部分に流れるので、この電流注入部13aの端面
から外部に向けて光が放射される。
【0005】尚、ストライプ状の電流注入部13aの後
方の駆動電流の注入されない部分13bは、素子後方に
向かう光を実効的に吸収して、素子後方端面における多
重散乱を抑制して、光出射端面から放射される光を自然
発光成分とする役割を持つ。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記端
面放射型発光ダイオードでは、ストライプ状のコンタク
ト層16と15の間、及びコンタクト層15とクラッド
層14との間にオーミック接触を形成することにより電
流狭窄を行っており、このストライプ状の電極部分の幅
は50μm程度と広かった。さらに素子内部のクラッド
層14において電流が広がるために活性層13における
電流注入部13aの幅は50μm以上になり、発光ビー
ムのスポット径が50μm以上になった。このため、従
来の発光ダイオードは、コア径8〜10μmのシングル
モードファイバに効率よく結合することができなかっ
た。
【0007】そこで、本発明は上記課題を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、シン
グルモードファイバとの高効率結合を達成することがで
きる端面放射型発光ダイオードとその製造方法を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る端面放射型
発光ダイオードは、半導体基板と、上記半導体基板上に
形成された第一のクラッド層と、上記第一のクラッド層
上に形成された活性層と、上記活性層上に形成された第
二のクラッド層と、上記第二のクラッド層上に形成され
たコンタクト層とを有し、上記活性層に電流を流すこと
により、上記活性層から外部に向けて光を放射する端面
放射型発光ダイオードにおいて、上記第二のクラッド層
内に一端を素子端面に一致させたストライプ状の電流注
入部が形成されるように、上記第二のクラッド層に接す
る電流ブロック層を備えたことを特徴としている。
【0009】また、本発明に係る端面放射型発光ダイオ
ードの製造方法は、半導体基板上に第一のクラッド層を
形成する工程と、上記第一のクラッド層上に活性層を形
成する工程と、上記活性層上に第二のクラッド層の下層
を形成する工程と、上記第二のクラッド層の下層上の全
面に電流ブロック層を形成する工程と、上記電流ブロッ
ク層上の全面にエッチングマスクを形成する工程と、ホ
トリソグラフィ技術により、上記エッチングマスクから
一端が素子端面に一致するストライプ状の部分を除去し
て、上記電流ブロック層をストライプ状に露出させる工
程と、上記電流ブロック層の上記エッチングマスクで覆
われていない部分をエッチング除去して、上記第二のク
ラッド層の下層を露出させる工程と、上記エッチングマ
スクを除去する工程と、上記電流ブロック層と上記露出
した第二のクラッド層の下層との上に、さらに第二のク
ラッド層を成長させる工程と、上記第二のクラッド層の
上にコンタクト層を形成する工程と、を有することを特
徴としている。
【0010】
【作用】本発明に係る端面放射型発光ダイオードにおい
ては、第二のクラッド層内に一端を素子端面に一致させ
たストライプ状の電流注入部が形成されるように、第二
のクラッド層に接する電流ブロック層を形成している。
このように活性層のすぐ上に位置する第二のクラッド層
内に電流ブロック層を形成する場合には、第二のクラッ
ド層の下層における駆動電流の広がりが少なく、発光ビ
ームのスポット径を小さくできる。
【0011】また、この発光ダイオードにおける電流ブ
ロック層や第二のクラッド層は、ホトリソグラフィ技術
や結晶成長法の利用により製作できるので、ストライプ
状の電流注入部の幅を極めて狭く、例えば、数μmにす
ることができる。このため、活性層から放射される発光
ビームのスポット径を小さくできる。
【0012】また、本発明に係る端面放射型発光ダイオ
ードの製造方法においては、電流ブロック層を形成する
ときに、ホトリソグラフィ技術や結晶成長法を用いてい
るので、ストライプ状の電流注入部の幅を極めて狭くす
ることができ、活性層から放射される発光ビームのスポ
ット径を小さくできる。
【0013】
【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
【0014】図1は、本発明に係る端面放射型発光ダイ
オードの一実施例の構造を示す斜視図である。同図に示
されるように、本実施例の発光ダイオードは、n−In
P基板1と、この基板1上の全面を覆うように形成され
たn−InPクラッド層2と、このクラッド層2上の全
面を覆うように形成されたInGaAsP活性層3と、
この活性層3上の全面を覆うように形成されたp−In
Pクラッド層4とを有している。ここで、活性層3の厚
さは約0.1μmである。
【0015】また、クラッド層4の厚さ方向の中央部付
近には、クラッド層4と同一の結晶InPからなり、か
つ、異なる導電型のn型であるn−InP電流ブロック
層5が形成されている。この電流ブロック層5は、クラ
ッド層4の下層4aと上層4bとの間に挟まれる位置に
形成されている。また、電流ブロック層5は、一端を素
子端面に一致させたストライプ状の電流注入部4cが形
成されるように、平面形状がほぼコ字状に形成されてい
る。尚、電流ブロック層の抜け幅W、即ち、電流注入部
4cの幅は数μm〜数十μmであり、この電流注入部4
cによりクラッド層4の下層4aと上層4bとは接続さ
れている。
【0016】さらに、クラッド層4上にはp−InGa
AsPコンタクト層6が形成されている。このコンタク
ト層6は、その上に形成されるAuGeNi合金層等の
電極(図示せず)とオーミック接触を得るための層であ
る。
【0017】上記構成を有する本実施例の発光ダイオー
ドにおいては、駆動電流は、図示しない電極から、コン
タクト層6、クラッド層4の上層4b,ストライプ状の
電流注入部4c,クラッド層4の下層4aを通り、活性
層3に流れ込み、さらに、クラッド層2を通って基板1
に流れる。この場合、駆動電流は、活性層3の内のスト
ライプ状の電流注入部4cの真下部分に主に流れるの
で、この電流注入部3aの端面から外部に向けて光が放
射される。
【0018】図4(a)乃至(d)は、図1の発光ダイ
オードの製造方法を説明するためのものであり、図1を
B−B線で切る断面を概略的に示す図である。図1の発
光ダイオードは次の手順で製造される。
【0019】先ず、同図(a)に示されるように、n−
InP基板1上の全面にn−InPクラッド層2を1μ
m厚に形成し、その上の全面にInGaAsP活性層3
を0.1μm〜0.2μm厚に形成する。次に、活性層
3上の全面にp−InPクラッド層の下層4aを0.5
μm厚に形成し、この上の全面にn−InP電流ブロッ
ク層5を1μm厚に形成する。尚、上記各層の形成には
液相成長又は有機金属気相成長等の結晶成長法が用いら
れる。
【0020】次に、電流ブロック層5上の全面にエッチ
ングマスクであるSiO層6を形成し、その後、図4
(b)に示されるように、ホトリソグラフィ技術により
このSiO層6から、一端を素子端面に一致させたス
トライプ状の部分6aをエッチング除去する。
【0021】次に、HCl系の化学エッチング又はドラ
イエッチングにより、電流ブロック層5のSiO層6
で覆われていない部分をエッチング除去して、図4
(c)に示されるように、クラッド層の下層4aを露出
させる。この場合、電流ブロック層5の抜け幅Wは、S
iO層6の抜け幅により調節でき、2μm〜20μm
の範囲内の寸法に設定できる。
【0022】次に、図4(d)に示されるように、Si
層6を除去し、電流ブロック層5と露出したクラッ
ド層の下層4aとの上に、この下層4aと同じp−In
Pにより電流注入部4cとクラッド層の上層4bを形成
し、さらにクラッド層4の上層4b上にコンタクト層5
を形成する。そして、図には示されていないが、n−I
nP基板1の底面、及びコンタクト層5の上面のそれぞ
れには、AuGeNi及びAuZnを蒸着し、熱処理を
施してによりオーミック接触を得る。
【0023】以上説明したように図1の端面放射型発光
ダイオードにおいては、クラッド層4内に一端を素子端
面に一致させたストライプ状の電流注入部4cが形成さ
れるように、電流ブロック層5を形成している。このよ
うに活性層3のすぐ上に位置するクラッド層4内に電流
ブロック層5を形成する場合には、クラッド層4の下層
4aにおける駆動電流の広がりが少なく、発光ビームの
スポット径を小さくできる。また、電流ブロック層5を
形成するときに、ホトリソグラフィ技術や結晶成長法を
用いるので、ストライプ状の電流注入部4cの幅を極め
て狭くすることができ、活性層3から放射される発光ビ
ームのスポット径を小さくできる。このためシングルモ
ードファイバとの高効率結合が可能になる。
【0024】尚、図1の実施例の説明及び図4に基づく
製造方法の説明においては、基板1及びクラッド層2と
してn−InPを、クラッド層4としてp−InPを用
いた場合について説明したが、基板1及びクラッド層2
としてp−InPを、クラッド層4としてn−InPを
用いてもよい。
【0025】また、本実施例の効果を確認するため、図
1の発光ダイオードを実際に製作し、シングルモードフ
ァイバとの結合特性を測定した。ここで、図5は実測に
用いられた素子の寸法を示す平面図であり、図6は発光
ダイオードの駆動電流とファイバ出力との関係を示す特
性曲線Cと、発光ダイオードの駆動電流と結合効率との
関係を示す特性曲線Dを示す。
【0026】図5に示されるように、実測に用いられた
発光ダイオードは、長さが500μm、電流注入部4c
の幅が8μm、電流注入部4cの長さが150μmであ
る。また、結合させたシングルモードファイバのコア径
は10μm、先球径は15μmであり、測定温度は25
℃である。図6からわかるように、駆動電流が100m
Aの時のシングルモードファイバの出力は約14μWで
あり、結合効率は約5%であった。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の発光ダイ
オードによれば、又は本発明に係る製造方法により製造
された発光ダイオードによれば、ストライプ状の電流注
入部の幅を極めて狭くできる等の理由により、活性層の
狭い範囲に駆動電流を流すことができるので、活性層か
ら放射される発光ビームのスポット径を小さくできる。
このため、シングルモードファイバとの結合効率を高め
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る端面放射型発光ダイオードの一実
施例の構造を示す斜視図である。
【図2】従来の発光ダイオードの外観斜視図である。
【図3】図2のA部拡大図である。
【図4】図1の発光ダイオードの製造方法を説明するた
めの製造工程図である。
【図5】実測に用いられた素子の寸法を示す平面図であ
る。
【図6】図5の発光ダイオードの特性曲線を示すグラフ
である。
【符号の説明】 1 n−InP基板(半導体基板) 2 n−InPクラッド層(第一のクラッド層) 3 InGaAsP活性層 4 p−InPクラッド層(第二のクラッド層) 4a 下層 4b 上層 4c 電流注入部 5 電流ブロック層 6 p−InGaAsPコンタクト層

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 上記半導体基板上に形成された第一のクラッド層と、 上記第一のクラッド層上に形成された活性層と、 上記活性層上に形成された第二のクラッド層と、 上記第二のクラッド層上に形成されたコンタクト層とを
    有し、 上記活性層に電流を流すことにより、上記活性層から外
    部に向けて光を放射する端面放射型発光ダイオードにお
    いて、 上記第二のクラッド層内に一端を素子端面に一致させた
    ストライプ状の電流注入部が形成されるように、上記第
    二のクラッド層に接する電流ブロック層を備えたことを
    特徴とする端面放射型発光ダイオード。
  2. 【請求項2】 上記電流ブロック層が、上記第二のクラ
    ッド層の厚さ方向の中央部付近において上記第二のクラ
    ッド層の下層と上層とに挟まれるように、上記第二のク
    ラッド層と同一の結晶であり、かつ、異なる導電型の半
    導体によって構成されている請求項1記載の端面放射型
    発光ダイオード。
  3. 【請求項3】 上記電流ブロック層の平面形状がほぼコ
    字状である請求項1記載の端面放射型発光ダイオード。
  4. 【請求項4】 上記第二のクラッド層がp型InPによ
    り構成され、上記ブロック層がn型InPにより構成さ
    れている請求項2記載の端面放射型発光ダイオード。
  5. 【請求項5】 上記第二のクラッド層がn型InPによ
    り構成され、上記ブロック層がp型InPにより構成さ
    れている請求項2記載の端面放射型発光ダイオード。
  6. 【請求項6】 半導体基板上に第一のクラッド層を形成
    する工程と、 上記第一のクラッド層上に活性層を形成する工程と、 上記活性層上に第二のクラッド層の下層を形成する工程
    と、 上記第二のクラッド層の下層上の全面に電流ブロック層
    を形成する工程と、 上記電流ブロック層上の全面にエッチングマスクを形成
    する工程と、 ホトリソグラフィ技術により、上記エッチングマスクか
    ら一端が素子端面に一致するストライプ状の部分を除去
    して、上記電流ブロック層をストライプ状に露出させる
    工程と、 上記電流ブロック層の上記エッチングマスクで覆われて
    いない部分をエッチング除去して、上記第二のクラッド
    層の下層を露出させる工程と、 上記エッチングマスクを除去する工程と、 上記電流ブロック層と上記露出した第二のクラッド層の
    下層との上に、さらに第二のクラッド層を成長させる工
    程と、 上記第二のクラッド層の上にコンタクト層を形成する工
    程と、 を有することを特徴とする端面放射型発光ダイオードの
    製造方法。
  7. 【請求項7】 上記電流ブロック層が、上記第二のクラ
    ッド層と同一の結晶であり、かつ、異なる導電型の半導
    体からなる請求項6記載の端面放射型発光ダイオードの
    製造方法。
  8. 【請求項8】 上記エッチングマスクが、SiO層で
    ある請求項6記載の端面放射型発光ダイオードの製造方
    法。
  9. 【請求項9】 上記第二のクラッド層がp型InPによ
    り構成され、上記ブロック層がn型InPにより構成さ
    れる請求項7記載の端面放射型発光ダイオードの製造方
    法。
  10. 【請求項10】 上記第二のクラッド層がn型InPに
    より構成され、上記ブロック層がp型InPにより構成
    される請求項7記載の端面放射型発光ダイオードの製造
    方法。
JP11461692A 1992-05-07 1992-05-07 端面放射型発光ダイオード及びその製造方法 Withdrawn JPH05315640A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697493A (ja) * 1992-09-14 1994-04-08 Rohm Co Ltd スーパールミネッセントダイオード
JP2006054216A (ja) * 2004-08-09 2006-02-23 Rohm Co Ltd 発光ダイオードチップおよびそれを備えたチップ型発光素子

Cited By (3)

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