JPS5815947B2 - ジヨウホウデンソウヨウ ハツコウダイオ−ド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、同一ウェハ上に複数の発光ダイオード素子を
形成し、且つ各発光ダイオード素子の発光波長を異なる
ようにして、光ファイバと結合させた情報伝送用発光ダ
イオードに関するものである。

光信号により情報を伝送する光信号伝送方式が既に実用
化されており、その光源とし発光ダイオードが使用され
ているが、発光ダイオードは、半導体レーザに比較して
構成が簡単であるから安価であり、又注入電流を直接変
調して変調光信号を出力することができるもので、比較
的効率が良く、短距離通信用として多く使用されている
。

又光信号を伝送する光ヅアイバは直径が１００μｍ程度
の細いものであるから、発光ダイオードとの結合の問題
が生じる。

又伝送情報量が多い場合や、情報の種類が多い場合等に
於ては、複数個の発光ダイオードを設けて、それぞれに
光ファイバを結合して、同時に多数の情報を伝送するこ
とが考えられる。

しかし、発光ダイオードとの光ファイバの結合は高精度
が要求される為、コネクタ部分が高価になり、多数の発
光ダイオード及び光ファイバを設けた場合には、非常に
高価になる欠点があった。

又電気信号の処理回路としては、集積回路（ＩＣ）、大
規模集積回路（ＬＳＩ）等が用いられて小型化されてい
るが、多数の発光ダイオードに対してそれぞれ光コネク
タにより光ファイバと結合したとき、大型になる欠点が
ある。

本発明は、同一のウェハ上に複数の発光ダイオード素子
を形成し、且つそれぞれの発光波長を異なるようにして
、波長多重による情報伝送も可能となるようにすること
を目的とするものである。

以下実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の説明図であり、１は発光ダ
イオードの駆動部、２は発光ダイオード、２−１は電極
、２−２は発光ダイオード素子、３は光ファイバ、４は
光伝送結合部である。

発光ダイオード２は、同一ウェハ上に複数個の発光ダイ
オード素子２−２をアレイ状に形成したものであり、各
発光ダイオード素子２−２に対応して光ファイバ３を結
合した場合を示している。

又斉発光ダイオード素子２−２は発光波長が相違するよ
うに構吸されているものである。

又駆動部１は各発光ダイオード素子２−２対応に駆動す
ることができる構成を有するものである。

同一ウェハ上に複数個の発光ダイオード素子をアレイ状
に形成して、それぞれに対応して光ファイバ３を結合し
たことにより、光ファイバ３の直径を例えば１００μｍ
とし、発光ダイオード素子２−２を並べた長さを１ｃｍ
とすると、１００本の光ファイバを設けることができる
。

又１．５Ｖ１１０ｍＡで駆動し、ｉｏμＷの出力で情報
伝送を行うことも可能となる。

第２図ａは本発明の実施例の要部断面図であり、ｂは組
成比の一例を示すものであって、半導体基板としてｎ型
のＧａＡｓを用い、その上に液相成長等によりｎ型のＧ
ａ、イＡＡ、−Ａｓを成長させ、Ｚｎの選択拡散により
ｐ型頭域を形成した場合を示すものである。

同図に於て、５ａ〜５ｃは電極、６はメサエッチングす
る前のＧａＡｓの基板、６ａ〜６ｃは基板部分、７はメ
サエッチングする前のＧａ１−ｘＡｌｘＡｓの成長層、
７ａ〜７ｃは成長層部分、８はｐ型又はｎ型のＧａＡ７
Ａｓの成長層、９，９ａ〜９ｃはＺｎ等のｐ型不純物の
拡散領域、１０は電極、２Ａ〜２Ｃは発光ダイオド素子
である。

成長層７は基板６上に液相成長により形成したとき、Ａ
ｌの組成比Ｘは、成長に伴って基板６側から次第に小さ
くなるものであり、例えば基板６側でｘ＝０．２以上か
ら成長に伴って次第に小さくなり、ｘ＝０．１以下とな
る。

なおこの成長層７は液相成長以外で形成する場合も、第
２図すに示すような組成比が厚さ方向に変化する層とす
るものであり、このような組成比の分布を得ることは技
術的に容易である。

又成長層８は新たに成長させるものであるから、例オば
ｘ＝０．３となる。

即ち第２図すに示す組成分布とすることができる。

なおこの成長層８も液相成長以外の手段で形成すること
も可能であり、又省略することも可能である。

前述のように、基板６上に成長層７，８を成長させた後
、成長層８側からｐ型不純物の選択拡散を行うもので、
その選択拡散の深さをそれぞれの発光ダイオード素子対
応に異なるようにするものである。

即ち発光ダイオード素子２Ａに於ては、Ａ７の組成比Ｘ
が、Ｘ二０．１となる深さにＺｎ等の不純物を選択拡散
して拡散領域９ａを形成し、発光ダイオード２Ｂに於て
は、ｘ＝０．１５となる深さに拡散領域９ｂを形成し、
発光ダイオード２Ｃに於ては、ｘ＝０．２となる深さに
拡散領域９ｃを形成する。

又拡散領域９は電極１０とのコンタクト抵抗を低減する
為のもので、省略することも可能である。

このような拡散処理が終了した後、電極１０を形成し、
又基板６に電極５ａ〜５ｃを形成し、例えばこれらの電
極５ａ〜５ｃをマスクとして、基板６側からエツチング
を行い、成長層８に達するまでエツチングする。

それにより各発光ダイオード素子２Ａ〜２Ｃが同一ウェ
ハ上に形成されることになる。

各発光ダイオード素子２Ａ〜２で、は、ｎ型の成長層部
分７ａ〜７ｃにそれぞれ拡散深さの異なる拡散領域９ａ
〜９ｃが形成されていることにより、ｐｎ接合面はＡＩ
の組成比の異なる部分に形成されることにより、例えば
発光ダイオード素子２Ａは８５００Ａ、発光ダイオード
素子２Ｂは８０００人、発光ダイオード素子２Ｃは７５
００Ａの発光波長を中心とした発光スペクトルを有する
ものとなる。

なお基板６は最初数ｉｏｏμｍ以上の厚さを有するもの
であり、拡散処理が終了し、電極１０を形成した後に、
ラッピング等により３００μｍ程度以下の厚さとし、そ
の後に電極５ａ〜５ｃを形成する為の金属を蒸着等によ
り全面に形成し、各電極に分離するパターニングを行う
ことが好適である。

ヌ基板６を薄くし、且つメサエッチングを行うことにな
るので５、電極１０をメッキ等により比較的厚くして、
全体の機械的強度が得られるようにすることが望ましい
。

第３図は発光ダイオード素子対応に光ファイバを結合さ
せた実施例の説明図であり、発光ダイオード素子２Ａ〜
２Ｆをウェハ上に形成し、それぞれの発光波長λ１〜λ
６が異なるように形成した場合に、各発光ダイオード素
子２Ａ〜２Ｆ対応に光ファイバ１１を結合させた構成を
示すものである。

各発光ダイオード素子の電極５は端子１４ａ〜１４ｆに
接続され、これらの端子を介して駆動部と接続される。

又１２は光ファイバ１１の位置合せに利用し得るように
形成した絶縁膜であり、各発光ダイオード素子間の光干
渉を防止し得るように形成することもできる。

又１３は光フアイバ１１間に設けた遮光膜であり、光フ
ァイバ１１を密接して配置したときの光フアイバ１１間
の干渉を防止する為のものである。

なお複数の発光ダイオード素子毎に発光波長を同じよう
にすることも可能である。

例えば発光ダイオード素子２Ａの発光波長λ１と発光ダ
イオード素子２Ｄの発光波長λ４とを同じくし、発光ダ
イオード素子２Ｂの発光波長λ２と発光ダイオード素子
２Ｅの発光波長λ、とを同じくすることもできる。

第４図は複数個の発光ダイオード素子対応に光ファイバ
を結合させた実施例の説明図であり、第３図と同一符号
は同一部分を示す。

この実施例に於ては、３個の発光ダイオード素子対応に
１本の光ファイバ１１ａ、１１ｂを結合させた場合を示
し、波長λ１〜λ３の光信号が同一の光ファイバ１１ａ
により伝送されることになる。

この場合、各発光ダイオード素子２Ａ〜２Ｃからの発光
波長が異なるので、１本の光ファイバ１１ａで同時に各
発光ダイオード素子２Ａ〜２Ｃからの出力光を伝送して
も、相互の干渉がなく、波長多重伝送と同様にして情報
を伝送することができる。

又他の３個の発光ダイオード素子２Ｄ〜２Ｆの発光波長
λ４〜λ、を発光ダイオード素子２Ａ〜２Ｃの発光波長
λ１〜λ３と異なるようにすることは勿論であるが、同
一とすることもできる。

即ち複数の発光ダイオード素子を１本の光ファイバに結
合し、その複数の発光ダイオード素子を群として、群内
の発光ダイオード素子の発光波長を異なるようにし、各
群は同一の波長となるようにすることも可能である。

第５図は発光ダイオード素子と光ファイバとの結合部分
の説明図であり、発光ダイオード素子２Ｃを例として説
明する。

拡散領域９ｃと成長層部分７ｃとの結合面が発光面とな
るので、光ファイバ１１の中心がその発光面と一致する
ように、発光ダイオード素子２Ｃに対して光ファイバ１
１を配置する。

又基板部分６ｃに接続された電極５ｃば、拡散領域９ｃ
に対向する部分以外がＳｉｏ２．等の絶縁膜１５で被覆
されており、発光ダイオード素子２Ｃの駆動電流は、電
極５ｃと電極１０との間を流れ、Ａｌの組成比Ｘが０．
１となる深さの拡散領域９ｃと成長層部分７ｃとの接合
面にその駆動電流が流れて、効率良く発光させることが
できる。

第６図は光ファイバの伝送損失の一例の特性曲線図であ
り、７０００Ａ〜９０００Ａの波長範囲では１０ｄｂ／
ｋｍ以下の損失であり、この波長範囲内では波長多重伝
送も充分可能である。

以上説明したように、本発明は、同一ウェハ上の厚さ方
向に順次組成比が変化している層７に、それぞれ不純物
拡散等による不純物導入部の深さを異なるように形成し
て、それぞれ発光波長が異なる発光ダイオード素子２Ａ
〜２Ｆをアレイ状に構成し、各発光ダイオード素子或い
は複数の発光ダイオード素子に対応して光ファイバ１１
を結合させたものであり、ウェハ上に複数の発光ダイオ
ード素子をアレイ状に形成し、発光波長が異なることに
より、隣接発光ダイオード素子の発光出力が相互に干渉
することが少なくなり、結合する光ファイバの直径に対
応して高密度に発光ダイオード素子を形成することがで
きる。

又発光波長が異なる複数の発光ダイオード素子に対して
１本の光ファイバを結合し、波長多重伝送を行うことも
容易となる利点がある。

又選択拡散等により不純物導入部の深さを異なるように
することは容易であるから、発光波長の異なる発光ダイ
オード素子を構成することは容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図ａ。 ｂは本発明の実施例の要部断面図及びＡｌの組成比の説
明図、第３図及び第４図は本発明の実施例のアレイ状の
発光ダイオード素子と光ファイバとの結合の説明図、第
５図は本発明の実施例の発光ダイオード素子の発光面と
光ファイバとの位置合せの説明図、第６図は光ファイバ
の損失特性曲線図である。 ２Ａ〜２Ｆは発光ダイオード素子、５，５ａ〜５ｃは電
極、６は基板、６ａ〜６ｃは基板部分、７は成長層、７
ａ〜７ｃは成長層部分、８は成長層、９，９ａ〜９ｃは
拡散領域、１０Ｉは電極である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 同一ウェハ上の厚さ方向に順次組成比が変化してい
   る層に、それぞれ不純物導入部の深さを異なるように形
   成して、それぞれ発光波長が異なる発光ダイオード素子
   を構成し、各発光ダイオード素子或いは複数の発光ダイ
   オード素子に対応して光ファイバを結合させたことを特
   徴とする情報伝送用発光ダイオード。