JPS5931077A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JPS5931077A
JPS5931077A JP57141401A JP14140182A JPS5931077A JP S5931077 A JPS5931077 A JP S5931077A JP 57141401 A JP57141401 A JP 57141401A JP 14140182 A JP14140182 A JP 14140182A JP S5931077 A JPS5931077 A JP S5931077A
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JP
Japan
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light emitting
emitting region
light
hole
semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP57141401A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirobumi Namisaki
浪崎 博文
Shigeki Horiuchi
堀内 茂樹
Etsuji Omura
悦司 大村
Wataru Suzaki
須崎 渉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS5931077A publication Critical patent/JPS5931077A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体発光装置の構造に関するものである
光通信などに用いられる半導体発光装置、すなわち半導
体レーザや発光ダイオード(LED)の光出力は非常に
細い光フアイバ内に効率よく導かれなくてはならない。
ところが、一般の半導体発光装置は、空間的にきわめて
広がった出力を出すため、効率の高い結合を得ることは
なかなか困難で、種々の方法が試みられているが、それ
ぞれ一長一短がある。
第1図は従来のレンズ付き面発光型発光ダイオードの一
例の要部の断面図である。第1図において、(1)はn
型GaAs基板、+21 、 (:llおよび(4)は
n型GaAs基板+11上に順次形成されたn型oaA
Aas層、p型またはn型のGaAs層からなる活性層
およびp型GaAAAs層、(5)はn型GaAs基板
+1]上に接着したn側電極、(6)はp型GaAtA
s層(4)上に接着したp側電極である。出力は図示の
上方の内窓を通して取り出されるが、このままでは非常
に広がった光となり、例えば50μm幅のコアを有する
ファイバにはほとんど入射しない。そのため、広がった
光ビームを集光するために発光部上部に球レンズ(7)
が設置されている。球レンズ(7)と発光部との相対位
置を合わせるため、あらかじめ、p型GaAtAθ層(
4)にエツチング穴(41)が設けられており、接着材
(8)をつけた球レンズ(7)をp型GaAlAs層(
4)上に置くと、球レンズ(7)が自動的にエツチング
穴(41)にはまるため、球レンズ(7)の位置を正確
に決定できる。このような構造によって、出方は集光さ
れ、非常に径の小さなファイバにもがなりの効率で結合
することができる。
しかしながら、このような面発光型の発光ダイオードは
そもそも発光の輝度が低いので、小さな面積に光を集光
するには不利な構造である。すなわち、出力を大きくす
るためには発光面積を犬きくする必要があるが、発光面
積が大きくなると、球レンズ(7)による集光効率が低
下するためである。
輝度の高い発光ダイオードとしては、いわゆる線発光型
が知られている。第2図は従来のレンズ付き緑発光型発
光ダイオードの一例の要部を示し、第2図(a)は平面
図、第2図(b)は第2図(a)の1lB−11B線に
おける断面図である。第2図において、第1図と同一符
号は第1図にて示したものと同様のものを表わしている
。第2図に示す線発光型は面発光型と異なり、活性層(
3)に平行な方向から出力を取り出すものである。輝度
を高めるために、一部のみにp側電極(6a)を接触さ
せ、いわゆるストライプ構造となっている。この構造は
、半導体レーザのストライプ構造と同一または類似して
いる。このような構造の発光ダイオードの端面に、第2
図に示すように、接着材(8)で球レンズ(7)を固定
した構造が従来知られている。
しかしながら、この構造においては、球レンズ(7)を
接着させる結晶面が側面であるため、位置決めのための
エツチング穴などを設けることが通常のウェハプロセス
では困難である。このため出力を測定しながら球レンズ
(71の接着を行う必要があり、きわめて困難な作業を
必要とする。
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、帯
状または棒状の発光領域を有する半導体結晶の発光領域
の軸方向の端部に、側面の少なくとも一部が発光領域に
その軸方向にほぼ垂直な角度で接すると共に発光領域と
反対側の側面に開口部を有するエツチング穴を設けてこ
のエツチング穴にレンズを設置し、レンズの光軸と発光
領域の軸とを一致させることによって、光ファイバへの
結合効率が高く、容易かつ精度高く製作することができ
る半導体発光装置を提供することを目的としたものであ
る。
以下、実施例に基づいてこの発明を説明する。
第3図はこの発明によるレンズ付き線発光型発光ダイ副
−ドの一実施例の要部を示し、第3図(a)は平面図、
第3図(b) 、 (0)はそれぞれ第3図(a)の[
1B−1[B線および++1(! −n1cJ #にお
ける断面図である。
第3図において、第1図および第2図と同一符号は第1
図および第2図にて示したものと同様のものを表わして
いる。(9)は半導体チップのストライプ状のpHll
電極(6a)の方向の一方の端部に設けられたエツチン
グ穴である。エツチング穴(9)はその底から活性層(
3)の中央塘での距離が球レンズ(7)の半径に等しく
発光領域と反対側には球レンズ(7)の一部を露出させ
る開口部を有するように設定されている。エツチング穴
(9)の側壁のうち、少なくとも発光領域〔活性#(3
)中の電流が流れて発光する部分〕に接する近傍は、出
射ビームが大きく曲らないよう、発光領域の軸にほぼ垂
直な面となっている。このようにすると、線発光型の発
光素子において、きわめて容易に、がっ精度よく球レン
ズ(7)を取り付けることができ、その結果、大きな出
力をファイバに入れることができる半導体発光装置が得
られる。
上記の半導体発光装置の製作方法の概俊を次に説明する
まず、通常の半導体発光装置と同様に、n型GaAs基
板fil、n 温GaAtAsJwI(2)、p mま
たはn型のGaAsからなる活性層(3)およびp呈G
aAtA3 Fi(41からなる多結晶層、n側電極(
5)、p側電極(6a)などを形成する。この段階では
、一つのチップとして扱うのではなく、通常の半導体装
置と同様に多数のチップが並んでいるウェハ状態で取り
扱う。次に、写真製版技術により球レンズ(7)が入る
べきエツチング穴(9)を形成する。このエツチングも
通常の半導体装置製作技術であり、数μmのオーダのき
わめて高い精度を容易に確保することができる。エッチ
ップに反応性イオンエツチングなどの手法を用いれは、
容易に垂直な側壁をもったエツチング穴(9)を形成で
きる。また、結晶方位を選定すれば、B (a%)−メ
タノール液などを用いて化学エツチングすることも可能
である。エツチング穴(9)の深さも、エツチング条件
を選定することによって容易に1μm以下の1差で任意
の深さを得ることができる。次に、ウェハから一つ一つ
のチップを切り出し、適当なステムにチップをハンダ付
けした後、エボ操シ樹脂などの+&着材(8)をつけた
球レンズ(7)をエツチング穴(9)に入れる。球レン
ズ(71が内接するより若干エツチング穴(9)を大き
くしておけば、球レンズ(71は接着材(8i (7)
 %面張力によって自動的にエツチング穴(9)の中央
におさまる。
各部の大きさなどは、用途−庖望%性などによって異な
るが、例えは、開口数(NA=sinψ富ψは受光角)
 = 0.2のファイバに直結する場合を考えると、ま
ず、球レンズ(7)として屈折率n = 2の高屈折率
ガラスを用いると、焦点はほぼ球の表面にくるから、発
光領域の球レンズ(7)fllIの端面の各発光点から
の光は、球レンズ(7)によって、はぼ平行t(ヒーム
に変換される。従って、球レンズ(7)の径をD−50
μmとすると、発光領域の端面の一辺の犬外さをd≦1
0μmにすれば、球レンズ(7)を通った光の角度は最
大d/D = 0.2ラジアンとなり、はとんどの光が
ファイバに入ることになる。通常、図示のようなGaA
s層をGaAtAs層で挾んだいわゆるダブルへテロ接
合構造においては、発光領域の端面の接合に垂直な方向
の幅は数μm以下になる場合が多い。接合に平行な方向
の端面の幅はストライブの幅で決足できlOμm程度は
比較的容易にできる。球レンズ(7)の直径が50μm
であれば、エツチング穴(9)の深さは太きくでも30
 /7 m以下であって、チップの厚さが通常、100
μm程度であるから、これも容易に形成することがで春
、エツチング穴(9)付近でチップが割れてしまうよう
なことも起こらない。
以上のように、きわめて容易な製造工程によって、ファ
イバへの結合出力か大きい半導体発光装置を得ることが
できる。
以上の説明では、便宜上、発光ダイオードを例に取って
説明したが、それに限られるわけではなく、半導体レー
ザについても同様に適用できることは、その構造から明
らかである。また、発光領域を帯状に制限するストライ
プ構造には、種々のものが知られており、以上の説明に
用いた電極ストライブ型以外のストライプ構造にもこの
発明を適用することができる。また、帯状でなくとも棒
状の発光領域を有するものにも、この発明を適用するこ
とができる。
さらに、上記の説明では、ダブルへテロ構造のものを例
に取って説明したが、同種の材料からなるpn接合を有
する、いわゆるホモ接合や、一つのへテロ接合を有する
シングルへテロ接合構造などにも適用できることは、説
明から明らかである。
また、材料も、GaAθやGaAlAsのみでなく、例
えば、工nPや工nGaAsPなどの■−v族結晶およ
びその混晶、Zn8θなどの■−■族結晶およびその混
晶などを用いても同様の効果が得られることも明らかで
ある。
さらに、集光用の球レンズも必ずしも真球であることを
要せず、類似の形状、例えば回転だ臼体などを用いても
よい。この場合、エツチング穴は、レンズに合った形に
することはもちろんである。
レンズの材質もガラスに限ることはなく、たとえば、石
英、サファイヤなどを用いることができるのはいう壕で
もない。
以上詳述したように、この発明による半導体発光装置番
中≠兵は、帯状または棒状の発光領域を有する半導体結
晶の発光領域の軸方向の端部に、側面の少なくとも一部
が発光領域にその軸方向に垂直な角度で接すると共に、
発光領域と反対側の集面に開口部を有するエツチング穴
を設けてこのエツチング穴に集光レンズを設置し、集光
レンズの光軸と発光領域の軸とを一致させたので、光フ
ィバへの結合効率が高く、しかも、容易かつ精度高く製
作することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図の従来のレンズ付き面発光型発光ダイオードの一
例の断面図、第2図は従来のレンズ付き純発光屋発光ダ
イオードの一例を示し、同図(a、)は平面図、同図(
b)は断面図である、第3図はこの発明は一実施例を示
し同図(a)は平面図、同図(b) 、 (Q)は断面
図である。 図において、f+)はnmGaA3基板(半導体結晶の
構成要素)、(2)はn型GaAtAs層(半導体結晶
の構成要素) 、(31はp型オたはn型のGaA s
からなる活性層(半導体結晶の構成要素)、(4)はp
型GaAtAs層(半導体結晶の構成要素)、(6a)
はストライプ状のp (11111T、極、(7)は球
レンズ(W光レンズ) 、f9)はエツチング穴である
。 なお、図中、同一ね号はそれぞれ同一またけ相当音lt
分を示す。 代理人  掬・ 野 信 −(外1名)第1図 、f) 第2図 第3図 手続補正書(自発) 58223 昭和  年  月  日 1、事件の表示    特願昭57−141401号2
、発明の名称   半導体発光装置 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 代表者片山仁へ部 4、代理人 住 所     東京都千代田区丸の内二丁目2番3号
5、 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の梱 6、補正の内容 明細書をつぎのとおり訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. +1+  半導体結晶中に形成された帯状または棒状の
    発光領域およびこの発光領域の軸方向に垂直な端面に接
    する集光レンズを有するものにおいて、上記発光領域の
    軸方向の上記半導体結晶の端部に少なくとも側面の一部
    が上記発光領域にその軸方向にほぼ垂直な角度で接する
    と共に上記発光領域と反対側の側面に上記集光レンズの
    一部を露出させる開口部を有するエツチング穴を設け、
    このエツチング大中に上記集光レンズを設置し、上記集
    光レンズの光軸と上記発光領域の軸とを一致させたこと
    を特徴とする半導体発光装置。
JP57141401A 1982-08-13 1982-08-13 半導体発光装置 Pending JPS5931077A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63140589A (ja) * 1986-12-02 1988-06-13 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 発光素子モジユ−ル及びその製法
US5036543A (en) * 1989-06-30 1991-07-30 Pioneer Electronic Corporation Noise suppression apparatus for FM receiver
DE4111709A1 (de) * 1990-07-05 1992-01-16 Pioneer Electronic Corp Fm-tuner
JPWO2006095393A1 (ja) * 2005-03-04 2008-08-14 富士通株式会社 光半導体装置とその製造方法

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