JPH08340132A

JPH08340132A - 面発光ダイオード

Info

Publication number: JPH08340132A
Application number: JP8918396A
Authority: JP
Inventors: Kumaaru Dotsuto Ochiyutsuto; クマールドットオチュット; Akira Suzuki; 明鈴木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1996-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】高い光出力が得られ、かつ高速化が可能な面
発光レーザを提供する。【構成】ｎ形ＧａＡｓ基板１にｎ形バッファ層２、ｎ
形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＡｓ_0.5Ｐクラッド層、活
性層、ｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＡｓ_0.5Ｐクラッ
ド層、電流拡散層６、ｐ形ＧａＡｓキャップ層７を１５
０ｎｍ以上の誘電体層８を蒸着したのち、発光面１２の
窓を形成しリフトオフ工程によりｐ形コンタクト電極
（リング電極）を作製する。このときリング電極の直径
を光ファイバのコアおよび開口数により最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック光フ
ァイバ（ＰＯＦ）を用いた光データリンクシステムにお
いて光源として使用する高輝度可視発光ダイオードに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】面発光型発光ダイオードは、電流注入用
の電極側より光を取り出す場合、その電極の形により外
部量子効率が決まる。光出力を高めるには、電極を小さ
くし、発光面積を広くしなければならない。

【０００３】素子の中央部に方形の又は円形電極を有す
る従来型発光ダイオードは製作が容易であるという利点
はあるものの電流が最も集中し、最も輝度が高い、中心
部分の発光成分を電極自体が遮光してしまうため、外部
量子効率が低下してしまうといった欠点を有していた。
又、電極の外側からの発光成分は光ファイバへの結合効
率が低いため、光データリンクシステムに必要な光ファ
イバへの結合光パワーを得ることは困難であった。従来
例について発光ダイオードの平面および断面図を図１３
に示している。図１３では、ｎ形ＧａＡｓバッファ層
２、ｎ形（Ａｌ_xＧａ_1-x）_aＩｎ_1-aＰ層３、活性層
４、ｐ形（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層５、電流
拡散層６、およびｐ形ＧａＡｓキャップ層７がｎ形Ｇａ
Ａｓ基板１上に形成されている。ｐ形ＧａＡｓキャップ
層７の上部には、これまで、方形または円形の電極金属
２６を含む電極２５が形成されている。また、電流拡散
層６としては、厚いＡｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓが用いられて
いる。図１４には、この発光ダイオードの発光面２７か
らの近視野光放射パターンが示されている。

【０００４】上述の通り、この発光ダイオードから放射
される光の輝度２９は、電極の周辺部で最大となり、電
極から離れた位置において低下しているが、このことか
ら、発光に寄与する電流の分布は主に電極直下の領域に
集中していることがわかる。

【０００５】この場合、当然、光出力２８を強くするこ
とはできない。

【０００６】図１５には、電極の直下に電流が集中する
ことを防ぐためにブロック層３０を用いた例を示してい
る。この場合、２段階の結晶成長が必要であることか
ら、時間がかかるうえに、発光ダイオードの生産コスト
も上昇する。それだけでなく、素子中央部に位置する電
極によって素子中心部から光を取り出すことができない
ことから、コアの大きいファイバを用いた場合でも高い
結合効率を得ることができなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】III −Ｖ半導体を用い
た可視発光ダイオード（５８０〜６７０ｎｍの範囲内の
波長）に関して、多くの報告例がある。いずれの場合
も、電流注入のための電極として、方形または円形の電
極を素子中央部に用いている。

【０００８】代表的な一例が、ＪａｐａｎｅｓｅＪｏ
ｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓの第
１部、第３１巻、Ｎｏ．８、ｐｐ−２４４６−２４５
１、１９９２年に発表された菅原他の文献に見ることが
できる。この文献では、電流の注入を行うために、十字
形の電極が用いられている。それだけでなく、電極直下
への電流の集中を防ぐために、ブロック層も使用されて
いる。しかし、この十字形電極の使用によって可能にな
る光の出力は、なお光データリンクシステムに必要な水
準を下回るものであった。注入電極の外部への電流拡散
を高めるためには、抵抗率の低い厚みのあるウィンドゥ
層が必要である。しかし、このような層を使用しても、
注入電極外部への電流拡散はなお不十分であった。

【０００９】ＰＯＦを用いたデータリンクシステムなど
に、方形、円形、または十字形電極を用いた従来型発光
ダイオードを用いた場合、ＰＯＦへの結合効率が低いた
め、データリンクシステムに必要な結合光パワーが得ら
れなかった。すなわちＰＯＦを用いたデータリンクシス
テムに用いる場合、高輝度であるだけでなく、結合効率
も高い発光ダイオードを設計することが重要である。

【００１０】キムの特開平２−１７４２７２号公報に
は、高輝度発光ダイオードが開示されている。電極直下
にｎ−ｐ−ｎ−ｐ構造を用いることによって、電極直下
に集中した電流を発光面に拡散できるため、発光ダイオ
ードの輝度は上昇する。しかし、この発明の欠点は、電
極を形成する前に、電流経路の作成のため活性領域まで
のメサ構造を再成長前に作成することにあり、さらに、
再成長中にドーパントの亜鉛（Ｚｎ）が活性層へ拡散さ
れるという点である。

【００１１】活性領域までのメサの形成とＺｎの放散
は、活性層の発光効率に影響する。又、素子の作製に複
雑な工程が必要なことから、発光ダイオードの製造コス
トも高くなる。

【００１２】また、田尻の特開平３−１９０２８７号公
報には、高輝度発光ダイオード配列が開示されている。
ここでは、ワイヤボンディングの容易化を図るため、メ
サ形成後に上層に電極コンタクトを形成している。この
ケースでは、光の出力を高めるために電極コンタクトの
形を変えている。この発明は、発光ダイオード配列とあ
らゆる点で関連性があり、電極の形成前にメサ構造を要
することから、厚みのある電極コンタクト領域を形成し
ないかぎり、電極の形成には様々な困難を伴う。そけだ
けでなく、発光ダイオードの組み立てコストが増大し、
単一の発光ダイオードを作成するうえで完全に非実用的
なものとなる。

【００１３】加藤の特開平４−１７４５６７号公報で
は、プリンタに用いる高輝度発光ダイオード配列が開示
されている。この発明は、基板から戻った光を反射する
下部分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）である。このケース
では、面発光型レーザの作成と同じ考え方が実行されて
いる。このＤＢＲでは、基板に向かって放射する８８０
ｎｍの波長を持つ光を反射するために、領域のＧａＡｓ
／ＡｌＡｓの組み合わせが使用されている。

【００１４】このＤＢＲに適用される種類と組み合わせ
の数は、出力される光の波長によって異なり、このタイ
プのＤＢＲは、波長６００〜６５０ｎｍの波長が認識さ
れる可視発光ダイオードに使用することはできない。

【００１５】このタイプの発光ダイオード配列は、プリ
ンタでの使用であれば可能かもしれないが、データリン
クシステムなどへの使用は不可能である。それは、上部
電極の形が上記の従来型発光ダイオードのものと同じで
あり、ファイバとの結合効率が極めて低いためである。

【００１６】ニッタ他の特開平４−２５９２６３号公報
には、ＩｎＡｌＧａＰベースの可視発光ダイオードが開
示されている。この発明では、活性領域へのＺｎの拡散
を防止するために、活性領域で使用される層よりもバン
ドギャップの大きいＩｎＧａＰの追加層が使用されてい
る。また、電流拡散のための追加層は全く使用されてい
ない。上述の理由により、中央に円形の電極があるこの
タイプの可視発光ダイオードは、短距離データリンクシ
ステムでは使用できない。

【００１７】以上説明した通り、従来の発光ダイオード
の構造は、特にＰＯＦを用いたデータシステムでの使用
には不十分な光の出力と結合効率しか得られないという
欠点を有していた。したがって、ＰＯＦへの結合効率が
高い高輝度発光ダイオードの実現が期待されている。さ
らに、システムコストを低く抑えるために、発光ダイオ
ードを低コストで生産することも重要である。

【００１８】上記問題点は、ＰＯＦを用いた短距離デー
タリンクシステムの光源として発光ダイオードを使用す
るために解決しなければならない問題である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の面発光ダイオー
ドは、第１導電型基板上に第１導電型バッファ層、第１
導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層、第
２導電型電流拡散層、第２導電型キャップ層を有する面
発光ダイオードにおいて、前記第２導電型キャップ層上
にリング電極が形成されていることを特徴とする。

【００２０】この構造により、発光面に電流をより均一
に分配することができ上記の課題を軽減することができ
る。

【００２１】また前記リング電極が２重以上形成されて
いることを特徴とする。さらに前記電流拡散層と第２導
電型クラッド層との間に第１導電型電流ブロック層を有
し、前記電流ブロック層は前記リング電極の下方に形成
されていることを特徴とする。

【００２２】また前記第１バッファ層と前記第１導電型
クラッド層の間にＤＢＲ層が形成されていることを特徴
とする。さらに前記電流拡散層にイオン注入により高抵
抗層が形成されていることを特徴とする。

【００２３】また前記第２導電型キャップ層上に層厚が
ｎ・λ／４ (λは発振波長、ｎ＝２ｍ＋１ (ｍは整
数））の絶縁体層が形成され、前記絶縁体層上の金属層
の被覆により発光面が規定され、前記第２導電型キャッ
プ層上の前記発光面にリング電極が設けられていること
を特徴とする。さらに前記電流拡散層と前記第２導電型
キャップ層の間にノンドープ又は低濃度のＧａＩｎＰエ
ッチングストッパー層を設けることを特徴とする。

【００２４】また上記の面発光ダイオードがリードフレ
ーム上に装着され、前記リードフレーム上屈折率が１．
６以下のレンズ一体型モールドを有することを特徴とす
る。さらに面発光ダイオードが１次元又は２次元配列と
なっていることを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、添
付の図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２６】図１は、第１実施形態による面発光ダイオ
ードの構造を示す説明図である。ｎ形ＧａＡｓバッファ
層２、ｎ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッ
ド層３、活性層４、ｐ形（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐクラッド層５、電流拡散層６、およびドーピング
濃度の高いｐ形ＧａＡｓキャップ層７が基板ｎ形ＧａＡ
ｓ１上に形成される。活性層４として、所望の波長を有
する（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐベースの材料が
使用可能である。電流拡散層６としては、活性層として
使用されるものよりもバンドギャップが大きく、かつそ
の下にあるｐ形クラッド層と同じ形の格子定数を有する
ドーピング濃度の高いｐ形 III−Ｖ族の半導体を使用で
きる。

【００２７】ここで注意しなければならないのは、エピ
タキシャル成長が行われる間、厚い電流拡散層６とキャ
ップ層７に濃度の高いドーピングを行う必要があること
から、活性層へのドーパント拡散によって発光ダイオー
ドの発光効率が悪化する可能性があることである。ドー
パントが活性層に拡散するのを防ぐため、電流拡散層６
およびキャップ層７の厚さによってその厚さが決まるド
ーピング濃度の低いスペーサ層５ａが、活性層４の形成
後に用いられる。

【００２８】エピタキシャル成長後に、１５０ｎｍ以上
の厚さの窒化ケイ素または酸化ケイ素などの誘電体層が
３００℃未満の温度で蒸着される。

【００２９】その後、発光面１２用に誘導体層８にウィ
ンドゥを開ける。次に、リフトオフ工程によりｐ形コン
タクト電極９が形成される。ｐ形コンタクト領域の形成
後、ワインボンディングの容易化を図るため、Ａｕ電極
１０がｐ形コンタクト領域上またはワイヤボンディング
が行われる箇所に部分的に形成される。

【００３０】その次に、バッシベーション層１４によっ
て発光面１２が被覆される。バッシベーション層１４に
は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ₂）、または窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）が使用可能であ
り、室温または２００℃未満の温度で蒸着する。このバ
ッシベーション層１４は、発光面１２が大気から水の分
子や酸素を吸収するのを防ぎ、長時間の動作に対する素
子の信頼性を高める働きをする。

【００３１】バッシベーション層１４の形成後、基板の
裏側を約１００μｍまで研磨し、ｎ形コンタクト領域１
１が形成される。ｎ形コンタクト領域１１には、Ａｕ：
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕが使用可能である。研磨した基板の裏
側にｎ形コンタクト領域を形成した後、パッケージング
のため、各発光ダイオードのマーキングが行われる。提
示された発光ダイオードのリング形電極を使用すると、
光出力や結合効率が向上するだけでなく、面発光ダイオ
ードの製造コストを低く抑えることができる。

【００３２】本発明で採用されている電極形状の平面図
が図２に示されている。この発光ダイオードでは、電流
濃度がレーザダイオードなどの他の光素子に比べて高い
ことから、ｐ形電極のコンタクト抵抗を、１Ω（オー
ム）以下にする必要がある。そのために、ｐ形電極とし
て、ＧａＡｓキャップ層におけるスパイクの形成を回避
するうえでより信頼性の高い金属被覆法の選択が必要で
ある。ｐ形電極には、Ａｕ：ＺｎまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕが使用可能であり、これによってＣｒ：Ａｕなどの従
来型の金属被覆法に比べて信頼性が高くなる。

【００３３】データリンクシステムに発光ダイオードを
使用する場合、ファイバとの光結合効率が重要になる。
このため、ファイバに多くの光を結合できるように発光
面を設計しなければならない。

【００３４】この結合効率は、主に、ファイバの種類と
使用される面発光ダイオードの発光面等の要因によって
決まる。面発光ダイオードの場合、外側よりも中央の領
域に光が多く集まるように発光面を設計しなければなら
ず、これは、上部電極の形状によるところが大きい。結
合効率は、上部電極の形状を最適化することによって最
適化が可能である。

【００３５】前述の通り、中央部に電極が位置する従来
型の場合、光出力は、発光ダイオードの外側に拡がり、
結合効率が低くなる。ところが、図２に示すようなリン
グ形電極を使用した場合、光を中央部から取り出すこと
ができ、従来型発光ダイオードを使用した場合に比べて
結合効率が高くなる。

【００３６】リングの直径が、結合効率を決める。一般
に、ファイバを用いて最大の結合効率（≧５０％）を得
るためには、発光面に対するファイバコアの直径の比率
が５を上回るようにリングの直径を設計しなければなら
ない。例えばコアのサイズが０．９８ｍｍで開口数（Ｎ
Ａ）が０．５のステップインデックス形（ＳＩ）ＰＯＦ
ファイバを使用した場合、７０％を上回る結合効率を得
るためにはリングの直径を１００μｍ程度にすればよ
い。

【００３７】発光面に電流をより均一に分配することに
よって軽減することができ、これは、電極の形状を適正
に設計することにより実現可能である。発光面に関して
最適化された直径を有するリング形状電極を用いると、
電流は、発光面上をより均一に分配可能である。発光面
が広い場合、均一な電流拡散を維持するには、リングを
２つ以上使用すればよい。その速度と光出力は、リング
数とリング間のキャップによって決まる。リング間のキ
ャップを最適化することにより、光の出力を最大にし、
かつ高速化が可能になる。

【００３８】又、光出力を大きくするために、リングの
幅をできるだけ狭くしなければならない。コンタクト抵
抗がコンタクト面積に左右されることから、図２ (ｂ）
（ｃ）のように２重または３重のリングを使用して、コ
ンタクト抵抗の低減を図ることも可能である。

【００３９】図３ (ａ）にリング電極を２重にした面発
光ダイオードの概略図を示す。

【００４０】ｎ型ＧａＡｓ基板上１にｎ型ＧａＡｓ層
２、ｎ型（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
３、活性層４、ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
クラッド層５、高濃度ｐ型ＡｌＧａＡｓ電流拡散層６、
高濃度ｐ型ＧａＡｓキャップ層７のエピタキシャル成長
する。活性層４は（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの
ダブルヘテロ構造で波長が６５０ｎｍとなるようにＡｌ
の組成を規定している。

【００４１】エピタキシャル成長の後、キャップ層７を
エッチングしウィンドゥを形成し、ｐ型電極としてＣｒ
／Ａｕ、Ａｕ／Ｚｎをアロイする。ｎ電極としてはＧｅ
−Ｎｉ−Ａｕを用いている。

【００４２】電極層、直径及びリングの数は発光ダイオ
ードから出射される光に影響を与える。図３ (ｂ）はリ
ング電極間のスペースの違いによる光取り出し効率への
影響を示す図である。図中、縦軸に光取り出し効率
（％）、横軸にリング電極間のスペース（μｍ）とし、
電極幅６．０μｍにおける２重のリング電極及び３重の
リング電極のリング電極間スペースの変化による発光効
率の変化を表している。また同一リング電極における電
流拡散層の層厚との関係も表している。電流拡散層の層
厚は２．０μｍと７．０μｍとした。

【００４３】図中、スペースが０での値は中央に電極が
置かれた従来の発光ダイオードを示す。図からわかるよ
うに、中央に電極が置かれた従来の発光ダイオードは、
リング電極を採用した発光ダイオードよりも発光効率が
低くなっている。

【００４４】リング電極間スペースを大きくすることに
より、リング電極を用いた発光ダイオードの光取り出し
効率は増加するが、スペースを大きくさせ過ぎると光取
り出し効率は逆に減少してくる。したがって電極のリン
グの数によって電極間のスペースを定めることにより発
光効率を最大にすることができる。

【００４５】図４は第２実施形態による面発光ダイオー
ドの構造を示す説明図であり、同図において同類の部品
は第１実施形態における同類の参照数字によって示され
ているため、ここでは説明の繰り返しは省略されてい
る。

【００４６】第２実施形態では、発光ダイオードの作成
に、２段階のエピタキシャル成長を必要とする。ｐ形ク
ラッド層５の成長後、ブロック層１５の生成が行われ、
その次に、パターンの形成が行われる。ブロック層１５
は、電極領域下への電流の集中を防止し、クラッド層３
に使用されているのと同じｎ形材料が使用できる。ブロ
ック層１５のパターンが作成された後、電流拡散層６と
ｐ形コンタクト領域に対するＧａＡｓ７のドーピング濃
度の高いキャップ層の生成が行われる。

【００４７】他の工程は、第１実施形態においてすでに
説明していることから、説明は省略する。ただし、ここ
では、ブロック層のパターンの真下に当たる位置にｐ形
コンタクト電極を作成しなければならない。ｐ形コンタ
クト領域に上部リング形電極のあるブロック層を用いる
ことにより、光出力が向上する。

【００４８】図５は、第３実施形態による面発光ダイオ
ードを示す説明図であり、同図において同類の部品は第
１実施形態における同類の参照数字によって示されてい
るため、ここでは説明の繰り返しを省略している。

【００４９】第３実施形態では、クラッド層３、活性層
４、および電流拡散層６を生成する前に、ｎ形バッファ
層にｎ形ＤＢＲ鏡１６が生成される。反射鏡として使用
されるＤＢＲは、屈折率差の大きい１６ (１）および１
６ (２）による複数の対の半導体から成る。この対の半
導体の数と種類によって、ＤＢＲ反射鏡から反射される
光の量も決まってくる。また、ＤＢＲとして使用される
半導体の各層は、活性領域から放射される光に関して吸
収が低くなければならない。

【００５０】図６は、近似の反射特性と共にＤＢＲ層を
示した説明図である。前記の通り、各対において使用さ
れる半導体の種類だけでなく対の数も、出力される光の
波長によって決まる。面発光ダイオードを初めとする光
素子では、放出スペクトルが広い波長域を含むことか
ら、広い波長域において最大の反射率が得られるよう
に、ＤＢＲに使用する半導体の種類を選択しなければな
らない。図６ (ｂ）に示すように、光の最大反射率を得
るためには、λ₁からλ₂までの範囲内の波長を持たな
ければならない。例えば、６５０ｎｍの発光ダイオード
を設計する場合、１５対のＡｌＡｓ／（Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを使用すると、波長が５９０〜７
１０ｎｍの範囲内にある光を１００％反射できる。表１
は、面発光ダイオードの設計に使用可能なＤＢＲの対の
種類と反射特性をまとめたものである。

【００５１】

【表１】ＤＢＲの設計において、抵抗を最小限に抑えるためパラ
ボリックあるいはグレーデッド接合の形成も、その反射
特性と同様に重要である。ＤＢＲ接合をグレード化する
には、表１に示す対に適合するスーパーラティスまたは
グレーデッド接合の利用が可能である。ＤＢＲ１６の形
成後、ｎ形クラッド層３、活性層４、ｐ形クラッド層
５、電流拡散層６、およびｐ形ＧａＡｓキャップ層７な
どの他の層が、単一の室内に生成される。この後の工程
については、第１実施形態に説明したものと同じである
ことから、説明の繰り返しはここでは省略する。

【００５２】図７は、第４実施形態による面発光ダイオ
ードの提示された構造を示す説明図であり、同図におい
て同類の部品は第１、第２、および第３実施形態におけ
る同類の参照数字によって示されているため、ここで
は、説明の繰り返しを省略している。

【００５３】ここでは、ＤＢＲ１６の形成後、ｎ形クラ
ッド層３、活性層４、ｐ形クラッド層５、およびブロッ
ク層１５が生成される。ｐ形コンタクトの位置に、ブロ
ック層パターン１５ (１）も作成される。この後の工程
は、第２実施形態においてすでに説明されていることか
ら、ここでは説明の繰り返しを省略する。

【００５４】図８は、第５実施形態による面発光ダイオ
ードの提示された構造を示す説明図であり、同図におい
て同様の部品は第１実施形態における同類の参照数字に
よって示されているため、ここでは説明の繰り返しを省
略している。

【００５５】第５実施形態では、酸化ケイ素または窒化
ケイ素などの誘電体層８の蒸着前に、発光面１２を厚い
絶縁塗料で被膜した後、イオン注入領域１７が形成され
る。このイオン注入は、ワイヤボンディング領域１８下
の電流拡散を回避するために、１８の箇所に抵抗率の高
い領域を形成する目的で行われる。厚い拡散層６を用い
た場合、電流は、領域１８まで分散し、外部効率はあま
り上昇しない。ブロック層にイオン注入を行うと、外部
量子効率の改善に効果的である。この後の工程は、第１
実施形態においてすでに説明してあるため、ここでは説
明の繰り返しを省略している。

【００５６】図９は第６実施形態による面発光ダイオー
ドの構造を示す説明図である。

【００５７】図中、１はＧａＡｓ基板、２はｎ型バッフ
ァ層、３はｎ型クラッド層、４は活性層、５はｐ型クラ
ッド層、５ａはスペーサ層、６は電流拡散層、７はｐ型
キャップ層、８は誘電体層、９ (１）はｐ型コンタクト
Ｃｒ／Ａｕ電極、９ (２）はｐ型コンタクトＡｕ／Ｚｎ
電極、１０はＡｕ電極を示す。

【００５８】第６実施形態の構造をさらに詳しく説明す
る。ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層
２、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド
層３、活性層４、ノンドープ（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐスペーサ層５ａ、ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５、電流拡散層６、およびド
ーピング濃度の高いｐ型ＧａＡｓキャップ層７が形成さ
れている。ここで活性層４としては、所望の波長となる
（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ材料を用いてバルク
あるいは多重量子井戸構造とすることができる。また、
スペーサ層は、ノンドープでなくともよくｐ型クラッド
層３程度の低濃度であればよい。

【００５９】さらに電極とのコンタクトに用いられる高
濃度ＧａＡｓキャップ層７の厚さは、発光光の吸収を防
ぐために、１００Å以下としている。エピタキシャル成
長の後、ＳｉＮ_xやＳｉＯ₂などの誘電体層８が２００
度以下の温度で蒸着される。半導体と空気の屈折率の違
いを利用して反射効果を減らすため絶縁体層８の厚さを
ｎ・λ／４としている。ここでは、λは発振波長、ｎ＝
２ｍ＋１（ｍは整数）である。

【００６０】高濃度ＧａＡｓキャップ層７上の発光面は
リング電極と誘電体層により形成され、各リング電極は
発光面内の誘電体層の外のｐ型コンタクト電極９及びＡ
ｕ電極１０と電気的に接続されている。誘電体層８の発
光面となる領域の外周をリング状にエッチングし、ｐ型
コンタクトＣｒ／Ａｕ電極９ (１）をリフトオフにより
形成する。さらに発光面内の誘電体層にリング電極形成
のためのエッチングを行い、ｐ型コンタクトＡｕ／Ｚｎ
電極９ (２）を形成し、さらにワイヤボンディング形成
の容易化のためＡｕ１０がｐ型コンタクトＡｕ／Ｚｎ電
極９ (２）上あるいはワイヤボンディングが形成された
一部にメッキされ、リフトオフによりリング電極が形成
される。ｐ型コンタクト電極９としては、Ａｕ：Ｚｎ又
はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ又はＣｒ／Ａｕなど用いることがで
きる。

【００６１】上記では電極構造は３層としたが、ｐ型コ
ンタクト電極９（１）としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ又はＣｒ
／Ａｕを用い、その上に厚いＡｕを形成することにより
２層電極とすることも可能である。さらにこの材料では
Ａｕ１０メッキ工程を用いずに蒸着等を用いてＣｒ／Ａ
ｕに続き連続的に形成することも可能である。

【００６２】次に基板１の裏を１００μｍまで研磨し、
ｎ型コンタクト電極１１を形成する。ｎ型コンタクトに
はＡｕ：Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕが使用可能である。研磨した
基板の裏側にｎコンタクトを形成した後、パッケージン
グのため各発光ダイオードのマーキングが行われる。

【００６３】第６実施形態では誘電体層８がバッシベー
ション層として働き、発光面の保護膜の役割を果たすた
めバッシベーション層を形成する工程を加える必要はな
い、結果として面発光ダイオードの製造コストを下げる
ことが可能となる。

【００６４】また実施の形態は第４の実施の形態に示さ
れたｎ型バッファ層とｎ型クラッド層３の間にＤＢＲ層
１５を有する構造の面発光ダイオードや、第５の実施の
形態にあるような電流拡散層６に電流狭窄を有する構造
の面発光ダイオードにも適用可能である。

【００６５】図１１は第７実施形態による面発光ダイオ
ードの構造の説明図であり、同図において同類の部品は
第４実施形態における同類の参照数字によって示されて
いるためここでは繰り返しの説明を省略している。

【００６６】ここでは、ＤＢＲ１６の形成後、ｎ型クラ
ッド層３、活性層４、ノンドープあるいは低濃度スペー
サ層５ａ、ｐ型クラッド層５、および電流拡散層６、ノ
ンドープ又は低濃度ＧａＩｎＰエッチングストッパー層
３１、高濃度ｐ型キャップ層７を形成する。第４実施形
態と異なる部分は電流拡散層６と高濃度ｐ型キャップ層
７の間にノンドープ又は低濃度ＧａＩｎＰエッチングス
トッパー層３１を設けた点である。ノンドープ又は低濃
度ＧａＩｎＰエッチングストッパー層３１は２００Å以
下の膜厚としている。

【００６７】このエッチングストッパー層３１を設ける
ことにより、第７実施形態では高濃度ｐ型キャップ層７
のエッチングの際のエッチングストッパーの役割を果た
すとともに、ノンドープ又は低濃度のため高濃度ｐ型キ
ャップ層７の成長の際に不純物（例えばＺｎ）が電流拡
散層６、ｐ型クラッド層５を通じて活性層に拡散するこ
とを防ぐことができる。

【００６８】上記の実施形態では第４実施形態を用いて
説明したが、これに限られるものでもなく第１、第２、
第３、第５実施形態でも適用可能である。

【００６９】図１１は、第８実施形態による面発光ダイ
オードのモールドパッケージ構造を示す説明図であり、
同図において同類の部品は第１、第２、第３、第４、第
５、第６および第７実施形態における同類の参照数字に
よって示されているため、ここでは説明の繰り返しを省
略している。

【００７０】第８実施形態では、リードフレーム２０上
に面発光ダイオード１９を接着した後、ＰＯＦとの結合
を容易にするため、モールド２１が形成される。また、
モールド２１の一部に、レンズ２２が作成される。結合
効率を改善し、かつパッケージ化のコストをできるだけ
低く抑えるために、使用されるレンズ２２も、成形品に
使用される材料と同じ種類のものによって作成される。

【００７１】ＰＯＦベースのシステムに使用する場合、
半径（Ｒ）を有するレンズ２２が≦０．６ｍｍでなけれ
ばならず、レンズ２２ (ｃ）の中心部から面発光ダイオ
ード１９までの距離が０．７５ｍｍ程度の短さでなけれ
ばならない。

【００７２】モールドに使用される材料は、屈折率ｎ≦
１．６０であり、２００℃未満の温度で形成されなけれ
ばならない。開口数（ＮＡ）が０．５でコアの直径が
０．９８ｍｍのステップインデックス形（ＳＩ）ＰＯＦ
に発光ダイオード１９のこのモールド構造２１を使用す
ると、結合効率が７０％を越える程度まで上昇する。

【００７３】図１２は、第９実施形態による面発光ダイ
オード配列を示す説明図であり、同図において同類の部
品は第１、第２、および第３実施形態における同類の参
照数字によって示されているため、ここでは説明の繰り
返しを省略している。

【００７４】第９実施形態では、所望の数による１次元
または２次元配列２３または２４の形態に多くの面発光
ダイオードが形成されるが、これは、大規模チャネル光
データリンクシステムに限られず、プリンタまたは表示
システムなどにも利用可能でる。単一の面発光ダイオー
ド１９では、リング形の電極が使用されていることか
ら、狭い面積に非常に多くの面発光ダイオード配列が作
成可能である。

【００７５】必要な工程については、第１実施形態にお
いて説明したものと同じであることから、ここでは説明
の繰り返しを省略している。

【００７６】以上の実施形態により、ＰＯＦを用いた光
システムに必要な面発光ダイオードについて説明した。
本発明の発光ダイオードは、あらゆる種類のＰＯＦまた
は従来型のシリカファイバベースのシステムに光源とし
て使用することができる。さらに０．５〜１．６μｍの
範囲内にある波長を有する面発光ダイオードにも適用可
能である。

【００７７】本発明による以上の好適な実施形態に関す
る説明は、例示ならびに解説のためになされたものであ
り、ここに開示した厳密な形態にのみ本発明を限定する
ものではない。この説明は、本発明の原理について最善
の説明を行うために選択され記述されたものであり、多
様な実施形態に利用することができ、意図された特定の
用途に合わせた種々の変形が可能である。

【００７８】

【発明の効果】リング形電極を用いた面発光ダイオード
は、従来品と比較して光出力が高い。さらに、この面発
光ダイオードは、ＰＯＦによって７０％を上回る結合効
率が実現可能である。発光面において１以上のリング形
電極を使用することにより、接触領域の外側に電流を均
一に拡散し、面発光ダイオードの輝度を高め、かつ従来
の面発光ダイオードよりも高い結合効率への上昇が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による面発光ダイオード
を示す説明図である。

【図２】複数のリング電極を有する面発光ダイオードを
示す平面図である。

【図３】２重リング電極を用いた面発光ダイオードの概
略図とリング電極間隔と発光効率との関係を示す図であ
る。

【図４】本発明の第２実施形態のブロック層を有する面
発光ダイオードを示す説明図である。

【図５】本発明の第３実施形態の下部ＤＢＲ層を有する
面発光ダイオードを示す説明図である。

【図６】第３および第４実施形態に用いられる反射特性
と共にＤＢＲの構造を示す説明図である。

【図７】本発明の第４実施形態によるＤＢＲ層およびブ
ロック層を有する面発光ダイオードを示す説明図であ
る。

【図８】本発明の第５実施形態による外部量子効率の向
上を目的とする陽子注入層を伴う面発光ダイオードを示
す説明図である。

【図９】本発明の第６実施形態による面発光ダイオード
を示す説明図である。

【図１０】本発明の第７実施形態による面発光ダイオー
ドを示す説明図である。

【図１１】本発明の第８実施形態による面発光ダイオー
ドのモールドパッケージ構造を示す説明図である。

【図１２】本発明の第９実施形態によるリング電極を伴
った面発光ダイオード配列を示す説明図である。

【図１３】従来の面発光ダイオードの概略図である。

【図１４】従来の面発光ダイオードの近似の近視野パタ
ーンを示す説明図である。

【図１５】従来の面発光ダイオードの構造を示す説明図
である。

【符号の説明】

１ＧａＡｓ基板２ｎ形バッファ層３ｎ形クラッド層４活性層５ｐ形クラッド層５ａスペーサ層６電流拡散層７ｐ形ＧａＡｓキャップ層８誘電体層９ｐ形コンタクト電極１０Ａｕ電極１１ｎ形電極１２発光面１３発光光出力１４バッシベーション層１５ブロック層１６ＤＢＲ層１７イオン注入領域１８ワイヤボンディング領域１９面発光ダイオード２０リードフレーム２１成形品２２レンズ２２ (ｃ）レンズ中心部２３２次元配列２４２次元配列２５電極２６電極金属２７発光面２８光出力２９光の輝度３０ブロック層３１エッチングストッパー層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型基板上に第１導電型バッファ
層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッ
ド層、第２導電型電流拡散層、第２導電型キャップ層を
有する面発光ダイオードにおいて、前記第２導電型キャ
ップ層上にリング電極が形成されていることを特徴とす
る面発光ダイオード。
【請求項２】前記リング電極が２重以上形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の面発光ダイオード。
【請求項３】前記電流拡散層と第２導電型クラッド層
との間に第１導電型電流ブロック層を有し、前記電流ブ
ロック層は前記リング電極の下方に形成されていること
を特徴とする請求項１又は２記載の面発光ダイオード。
【請求項４】前記第１バッファ層と前記第１導電型ク
ラッド層の間にＤＢＲ層が形成されていることを特徴と
する請求項１又は２又は３記載の面発光ダイオード。
【請求項５】前記電流拡散層にイオン注入により高抵
抗層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２
又は３記載の面発光ダイオード。
【請求項６】前記第２導電型キャップ層上に層厚がｎ
・λ／４ (λは発振波長、ｎ＝２ｍ＋１ (ｍは整数））
の絶縁体層が形成され、前記絶縁体層上の金属層の被覆
により発光面が規定され、前記第２導電型キャップ層上
の前記発光面にリング電極が設けられていることを特徴
とする請求項１又は２又は３又は４又は５記載の面発光
ダイオード。
【請求項７】前記電流拡散層と前記第２導電型キャッ
プ層の間にノンドープ又は低濃度のＧａＩｎＰエッチン
グストッパー層を設けることを特徴とする請求項１又は
２又は３又は４又は５記載の面発光ダイオード。
【請求項８】請求項１乃至７記載の面発光ダイオード
がリードフレーム上に装着され、前記リードフレーム上
屈折率が１．６以下のレンズ一体型モールドを有するこ
とを特徴とする面発光ダイオード。
【請求項９】請求項１乃至８記載の面発光ダイオード
が１次元又は２次元配列となっていることを特徴とする
面発光ダイオード。