JPS5943836B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JPS5943836B2 JPS5943836B2 JP52075307A JP7530777A JPS5943836B2 JP S5943836 B2 JPS5943836 B2 JP S5943836B2 JP 52075307 A JP52075307 A JP 52075307A JP 7530777 A JP7530777 A JP 7530777A JP S5943836 B2 JPS5943836 B2 JP S5943836B2
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- Japan
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- light
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は面発光型半導体発光素子の改良に関するもので
ある。
ある。
面発光型の素子は、発光層と平行な面に光出力面を設け
て、発光層と垂直な方向から光を取り出す構造を有する
ので、高出力が簡単に限られ、ファイバと結合が容易で
あり、殊に光通信の発光源として半導体レーザと並びに
広く利用されている。
て、発光層と垂直な方向から光を取り出す構造を有する
ので、高出力が簡単に限られ、ファイバと結合が容易で
あり、殊に光通信の発光源として半導体レーザと並びに
広く利用されている。
一般的な面発光型素子は、いわゆるバラス型と称する発
光素子で代表され、第１図はそのバラス型発光素子の一
例を示す概略断面図である。以下この型の構造について
簡単に説明する。例えばｎ型ＧａＡｓ基板Ｖ上に液相エ
ピタキシャル法によつて、ｎ型Ｇａｏ、７Ａｌｏ、３Ａ
ｓ層２’、ｐ型ＧａＡｓ発光層３’、ｐ型Ｇａ０７Ａｌ
０．３Ａｓ層４′、ｐ型ＧａＡｓ層５’を順次成長させ
る。
光素子で代表され、第１図はそのバラス型発光素子の一
例を示す概略断面図である。以下この型の構造について
簡単に説明する。例えばｎ型ＧａＡｓ基板Ｖ上に液相エ
ピタキシャル法によつて、ｎ型Ｇａｏ、７Ａｌｏ、３Ａ
ｓ層２’、ｐ型ＧａＡｓ発光層３’、ｐ型Ｇａ０７Ａｌ
０．３Ａｓ層４′、ｐ型ＧａＡｓ層５’を順次成長させ
る。
ｐ型ＧａＡｓ発光層３’からの光はＧａｏ７Ａｌ０．３
ＡＳ結晶を容易に通過するが、ＧａＡｓ結晶に対しては
、吸収が大きく、不透明となる。そのため、発光層と垂
直な方向に光を取り出すために光出力面上にあるＧａＡ
ｓ層を取り去る必要がある。ｎ型ＧａＡｓ基１’の裏側
から選択エッチングでｎ型Ｇａｏ、７Ａｌｏ、３Ａｓ層
２’が露出するようなドーーム状の穴１０′を設けて、
光出力面１１’を形成する。更にｐ型電極Ｔ’はｐ型Ｇ
ａＡｓ層５’の裏面に付けた窓９’を有するＳｉＯ２膜
６’の上から蒸着法で形成する。
ＡＳ結晶を容易に通過するが、ＧａＡｓ結晶に対しては
、吸収が大きく、不透明となる。そのため、発光層と垂
直な方向に光を取り出すために光出力面上にあるＧａＡ
ｓ層を取り去る必要がある。ｎ型ＧａＡｓ基１’の裏側
から選択エッチングでｎ型Ｇａｏ、７Ａｌｏ、３Ａｓ層
２’が露出するようなドーーム状の穴１０′を設けて、
光出力面１１’を形成する。更にｐ型電極Ｔ’はｐ型Ｇ
ａＡｓ層５’の裏面に付けた窓９’を有するＳｉＯ２膜
６’の上から蒸着法で形成する。
同時にｎ型電極８’はｎ型ＧａＡｓ基板１’に取り付け
る。ｐ型電極Ｔ’は光出力面１１’（））真下のみが発
光するような位置にＳｉＯ２膜６’の窓９’を配されて
いる。この発光素子に順方向電圧を印加すると、ｐ型電
極の真下の発光層が発光し、その光はｎ型Ｇａｏ、７Ａ
ｌｏ、３Ａｓ層を通過して光出力面から外に出る。
る。ｐ型電極Ｔ’は光出力面１１’（））真下のみが発
光するような位置にＳｉＯ２膜６’の窓９’を配されて
いる。この発光素子に順方向電圧を印加すると、ｐ型電
極の真下の発光層が発光し、その光はｎ型Ｇａｏ、７Ａ
ｌｏ、３Ａｓ層を通過して光出力面から外に出る。
電流を増してゆくと電流に比例して出力は増大する。し
かし、その際、光出力面内の発光分布は電流のレベルに
よつて顕著に変る。小電流レベルでは、光出力面が均一
に発光し、大電流になるとｐ型とｎ型の電極構造の相対
的な相違に起因するｎ型領域の電圧降下現象が顕著に起
り、発光層内を流れる電流は中心よりその周囲部に集中
しようとする傾向になる。したがつて光出力面の発光分
布もその周囲が中心より強い発光、すなわちリング状の
発光パターンを呈する。このような発光分布状態で、光
ファイバと結合すると、その結合損失が大きくなり、光
ファイバ通信システムにおいて好ましいことではない。
このリング状発光を少なくするには、出力面のドーム状
の穴を小さくすることで発光部に均一な電流を与えるこ
とが可能となる。
かし、その際、光出力面内の発光分布は電流のレベルに
よつて顕著に変る。小電流レベルでは、光出力面が均一
に発光し、大電流になるとｐ型とｎ型の電極構造の相対
的な相違に起因するｎ型領域の電圧降下現象が顕著に起
り、発光層内を流れる電流は中心よりその周囲部に集中
しようとする傾向になる。したがつて光出力面の発光分
布もその周囲が中心より強い発光、すなわちリング状の
発光パターンを呈する。このような発光分布状態で、光
ファイバと結合すると、その結合損失が大きくなり、光
ファイバ通信システムにおいて好ましいことではない。
このリング状発光を少なくするには、出力面のドーム状
の穴を小さくすることで発光部に均一な電流を与えるこ
とが可能となる。
しかし、このドーム状の穴の大きさは光フアイバとの結
合の際、フアイバの先端が発光面になるべく接近できる
ような寸法が必要である。普通のフアイバ径は１００〜
２００Ｉｔｍφであるから当然ドーム状の穴の大きさも
１００〜２０００μｍφ以上になり、これ以下にすると
一層結合損失を大きくすることとなる。したがつて均一
な発光分布を得ようとしてドーム状の径を小さくするこ
とは、上記したごとき欠点を誘因し、更に大出力が得ら
れ難くなる。また素子の製作が非常に複雑であり、かつ
新しい技術を必要とする。特にドーム形成の加工法とし
て、化学エツチング技術を採用せねばならない。これは
高い再現性、信頼性や高歩留りをもたらす製造工程を得
るのに大きな障害となる。一般的に化学エツチングはエ
ツチング液の種類、混合比、温度、液の攪拌の有無、結
晶表面の清潔さ等により、そのエツチング速度、制御性
、エツチングの表面状態等が大きく異なり、その条件の
確立が非常に難かしく、エツチング穴の大きさが小さく
なれば一層困難度は高まる。その他、ｎ型領域の電気伝
導度を高めることが考えられる。
合の際、フアイバの先端が発光面になるべく接近できる
ような寸法が必要である。普通のフアイバ径は１００〜
２００Ｉｔｍφであるから当然ドーム状の穴の大きさも
１００〜２０００μｍφ以上になり、これ以下にすると
一層結合損失を大きくすることとなる。したがつて均一
な発光分布を得ようとしてドーム状の径を小さくするこ
とは、上記したごとき欠点を誘因し、更に大出力が得ら
れ難くなる。また素子の製作が非常に複雑であり、かつ
新しい技術を必要とする。特にドーム形成の加工法とし
て、化学エツチング技術を採用せねばならない。これは
高い再現性、信頼性や高歩留りをもたらす製造工程を得
るのに大きな障害となる。一般的に化学エツチングはエ
ツチング液の種類、混合比、温度、液の攪拌の有無、結
晶表面の清潔さ等により、そのエツチング速度、制御性
、エツチングの表面状態等が大きく異なり、その条件の
確立が非常に難かしく、エツチング穴の大きさが小さく
なれば一層困難度は高まる。その他、ｎ型領域の電気伝
導度を高めることが考えられる。
すなわち、ｎ型領域の成長時に多量の不純物をドープす
ることで、ある程度の電気伝導度は得られる。しかし、
その結果その結晶性は著しく悪くなり、劣化の源となる
格子欠陥が多数導入され、高信頼性を大いに損なう。液
相エピタキシヤル法では、不純物のドーピング限界量が
１０１８／Ｃｒｉｌ程度であり、これ以上の不純物量を
ドープした結晶を通常の方法で得ることは非常に難かし
い。
ることで、ある程度の電気伝導度は得られる。しかし、
その結果その結晶性は著しく悪くなり、劣化の源となる
格子欠陥が多数導入され、高信頼性を大いに損なう。液
相エピタキシヤル法では、不純物のドーピング限界量が
１０１８／Ｃｒｉｌ程度であり、これ以上の不純物量を
ドープした結晶を通常の方法で得ることは非常に難かし
い。
本発明の目的は、従来の面発光素子の有している欠点を
除去し、高性能、高信頼、高歩留りで、容易に製作でき
る面発光型の半導体発光素子を提供することにある。
除去し、高性能、高信頼、高歩留りで、容易に製作でき
る面発光型の半導体発光素子を提供することにある。
本発明によれば、発光層結晶を、その発光層結晶より禁
止帯幅が広く互いに伝導形の異なる二つの結晶層で挟み
込むように接合してなる二重へゼロ構造の半導体発光素
子であつて、基板結晶に近く配された方の結晶層におい
て接合部に平行な方向の基板結晶側の一部が露出してな
る面を光出力面とし、この光出力面部のみ上記結晶層の
厚さをその周辺よりも大なるようにし、更に上記結晶層
の伝導形を上記基板結晶と異なるように成長してなり、
上記光出力側の全面に、基板結晶とは異なる上記結晶層
と同伝導形の不純物を基板結晶内に留まる深さにドープ
し、この光出力面と同位置にあたる上記発光層結晶に注
入電流を与えるための電極をそれぞれ設けたことを特徴
とする半導体発光素子が得られる。
止帯幅が広く互いに伝導形の異なる二つの結晶層で挟み
込むように接合してなる二重へゼロ構造の半導体発光素
子であつて、基板結晶に近く配された方の結晶層におい
て接合部に平行な方向の基板結晶側の一部が露出してな
る面を光出力面とし、この光出力面部のみ上記結晶層の
厚さをその周辺よりも大なるようにし、更に上記結晶層
の伝導形を上記基板結晶と異なるように成長してなり、
上記光出力側の全面に、基板結晶とは異なる上記結晶層
と同伝導形の不純物を基板結晶内に留まる深さにドープ
し、この光出力面と同位置にあたる上記発光層結晶に注
入電流を与えるための電極をそれぞれ設けたことを特徴
とする半導体発光素子が得られる。
以下本発明について図面を参照して説明する。
第２図はＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ二重ヘテロ接合による
本発明の実施例を示す概略図である。たとえば、（１０
０）面のｎ型ＧａＡｓ基板１に直径５０μφ、深さ５０
μの穴１６を選択エツチングで形成する。
本発明の実施例を示す概略図である。たとえば、（１０
０）面のｎ型ＧａＡｓ基板１に直径５０μφ、深さ５０
μの穴１６を選択エツチングで形成する。
この基板結晶１の上に液相エピタキシヤル法を用いて厚
さ３０μＭＯ）ｐ型ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａｓ層４、厚
さ１μＭＯ）ｐ型ＧａＡｓ発光層３、厚さ１μＭＯ）ｎ
型ＧａＯ．７Ａ２Ｏ．３Ａｓ層２と最後に０．８μｍの
ｎ型ＧａＡｓ層１２を順次成長する。次にｎ型ＧａＡｓ
基板１の裏面を化学エツチングし、基板結晶に設けたエ
ツチング穴１６に成長したｐ型ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａ
ｓ層４の裏面の一部分１１が露出するまで基板結晶を除
去し、出力面１１を形成する。更にエツチングした出力
面１１の全面にＺｎを拡散する。拡散層１５の濃度を１
０２０／Ｃｄ以上、その厚さ１５μｍになる条件下でこ
の操作を行ない、電極付工程に入る。ｎ型電極８はｎ型
ＧａＡｓ層１２の表面に付けた窓９を有するＳｉＯ２膜
６の上から蒸着法で付け、最後にｐ型電極７をＺｎ拡散
層１５上に取り付ける。ｎ型電極８は光出力面１１の真
下のみが発光するような位置にすることて本発明を実施
した半導体発光素子が出来上がる。本実施例によれは、
エツチング穴を有する基板結晶を用いて液相エピタキシ
ヤルを行なうと、エツチング穴の半径以上に厚い成長層
を積もらせることによりその穴部は完全に埋まり、その
表面も平担な成長層となる。
さ３０μＭＯ）ｐ型ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａｓ層４、厚
さ１μＭＯ）ｐ型ＧａＡｓ発光層３、厚さ１μＭＯ）ｎ
型ＧａＯ．７Ａ２Ｏ．３Ａｓ層２と最後に０．８μｍの
ｎ型ＧａＡｓ層１２を順次成長する。次にｎ型ＧａＡｓ
基板１の裏面を化学エツチングし、基板結晶に設けたエ
ツチング穴１６に成長したｐ型ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａ
ｓ層４の裏面の一部分１１が露出するまで基板結晶を除
去し、出力面１１を形成する。更にエツチングした出力
面１１の全面にＺｎを拡散する。拡散層１５の濃度を１
０２０／Ｃｄ以上、その厚さ１５μｍになる条件下でこ
の操作を行ない、電極付工程に入る。ｎ型電極８はｎ型
ＧａＡｓ層１２の表面に付けた窓９を有するＳｉＯ２膜
６の上から蒸着法で付け、最後にｐ型電極７をＺｎ拡散
層１５上に取り付ける。ｎ型電極８は光出力面１１の真
下のみが発光するような位置にすることて本発明を実施
した半導体発光素子が出来上がる。本実施例によれは、
エツチング穴を有する基板結晶を用いて液相エピタキシ
ヤルを行なうと、エツチング穴の半径以上に厚い成長層
を積もらせることによりその穴部は完全に埋まり、その
表面も平担な成長層となる。
またその層土に次々と成長を行なつてもやはり平担性を
保つた成長層が得られる。すなわち、ｐ型ＧａＯ．７Ａ
ｊＯ．３Ａｓ層４が基板結晶の穴部の所だけその周囲よ
り厚くなり、かつその表面は平担な構造をなしている。
その結果、光出力面１１を形成しても素子全体の結晶層
がかなり厚いため、従来の素子のようなドーム状の光出
力面は設ける必要がなく、その光出力面を平担とした構
造のものが容易に作れる。第３図に示した実施例は従来
と同様のドーム状光出力面１０を採用した場合で、この
際、ドーム径は光出力面１１の径以上あれば、本発明の
効果は得られる。この機能は光出力面を形成するエツチ
ング技術に高度の寸法的精度や高い制御性を必要とせず
、普通に使用されている方法で歩留りよく製作できる利
点をもたらす。
保つた成長層が得られる。すなわち、ｐ型ＧａＯ．７Ａ
ｊＯ．３Ａｓ層４が基板結晶の穴部の所だけその周囲よ
り厚くなり、かつその表面は平担な構造をなしている。
その結果、光出力面１１を形成しても素子全体の結晶層
がかなり厚いため、従来の素子のようなドーム状の光出
力面は設ける必要がなく、その光出力面を平担とした構
造のものが容易に作れる。第３図に示した実施例は従来
と同様のドーム状光出力面１０を採用した場合で、この
際、ドーム径は光出力面１１の径以上あれば、本発明の
効果は得られる。この機能は光出力面を形成するエツチ
ング技術に高度の寸法的精度や高い制御性を必要とせず
、普通に使用されている方法で歩留りよく製作できる利
点をもたらす。
更に、素子の結晶層が厚いため、取り扱い、組立て等の
機械的強度に強いという利点もある。更に電圧を印加し
、発光動作させると、従来の素子のごとく電流レベルで
その発光強度分布が変るというような現象は起らずに、
常に均一な発光分布が得られる。
機械的強度に強いという利点もある。更に電圧を印加し
、発光動作させると、従来の素子のごとく電流レベルで
その発光強度分布が変るというような現象は起らずに、
常に均一な発光分布が得られる。
なぜなら、本実施例はｐ型領域に電流狭搾構造が形成さ
れているためである。光出力側の全面からＺｎを１０２
０／Ｃｄ以上ドープした拡散層１５を、基板結晶を中途
に設けると、ｐ型ＧａＯ７ＡｊＯ３Ａｓ層４と、Ｚｎ拡
散層のｐ型ＧａＡｓ結晶１５の界面に沿つてｎ型ＧａＡ
ｓ結晶１が存在するような層構造となり、このｎ型Ｇａ
Ａｓ結晶領域１が電位障壁１３，１４として働く。した
がつて大電流、大出力動作の際、均一な発光分布となる
ため、フアイバとの結合が容易で、低損失伝送が可能と
なる大きな特徴を有する。本実施例のｎ型ＧａＡｓ基板
とは逆のｐ型ＧａＡｓ基板を用いて実施しても得られる
機能、効果は、なんら劣ることはない。
れているためである。光出力側の全面からＺｎを１０２
０／Ｃｄ以上ドープした拡散層１５を、基板結晶を中途
に設けると、ｐ型ＧａＯ７ＡｊＯ３Ａｓ層４と、Ｚｎ拡
散層のｐ型ＧａＡｓ結晶１５の界面に沿つてｎ型ＧａＡ
ｓ結晶１が存在するような層構造となり、このｎ型Ｇａ
Ａｓ結晶領域１が電位障壁１３，１４として働く。した
がつて大電流、大出力動作の際、均一な発光分布となる
ため、フアイバとの結合が容易で、低損失伝送が可能と
なる大きな特徴を有する。本実施例のｎ型ＧａＡｓ基板
とは逆のｐ型ＧａＡｓ基板を用いて実施しても得られる
機能、効果は、なんら劣ることはない。
なお、上記実施例ではＧａＡｓ−ＧａＡ２Ａｓ二重ヘテ
ロ構造の場合について説明したが、たとえばＮｐ−ＮＧ
ａＡｓＰ二重ヘテロ構造に応用しても全く同様な効果が
得られる。
ロ構造の場合について説明したが、たとえばＮｐ−ＮＧ
ａＡｓＰ二重ヘテロ構造に応用しても全く同様な効果が
得られる。
第１図は従来の面発光型素子の一例゛を示す概略断面図
、第２図および第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す
概略断面図である。 図において、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＧａＯ．
７ＡｌＯ．３Ａｓ層、３はｐ型ＧａＡｓ発光層、４はｐ
型ＧａＯ．７Ａ２Ｏ．３Ａｓ層、５はｐ型ＧａＡｓ層、
６はＳｌＯ２膜、７はｐ型電極、８はｎ型電極、９は注
入電流域，１０はドーム状の穴、１１は光出力面、１２
はｎ型ＧａＡｓ層、１３，１４は電位障壁、１５は拡散
層、１６は基板に設けたエツチング穴である。
、第２図および第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す
概略断面図である。 図において、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型ＧａＯ．
７ＡｌＯ．３Ａｓ層、３はｐ型ＧａＡｓ発光層、４はｐ
型ＧａＯ．７Ａ２Ｏ．３Ａｓ層、５はｐ型ＧａＡｓ層、
６はＳｌＯ２膜、７はｐ型電極、８はｎ型電極、９は注
入電流域，１０はドーム状の穴、１１は光出力面、１２
はｎ型ＧａＡｓ層、１３，１４は電位障壁、１５は拡散
層、１６は基板に設けたエツチング穴である。
Claims (1)
- １ 発光層結晶をその発光層結晶より禁止帯幅が広く互
いに伝導形の異なる二つの結晶層で挾み込むように接合
してなる二重ヘテロ構造の半導体発光素子であつて、基
板結晶に近く配された方の結晶層において接合部に平行
な方向の基板結晶側の一部が露出してなる面を光出力面
とし、この光出力面部のみ上記結晶層の厚さをその周辺
よりも大なるようにし、更に上記結晶層の伝導形を基板
結晶と異なるように成長してなり、上記光出力側の全面
に基板結晶と異なる上記結晶層と同伝導形の不純物を基
板結晶内に留まる深さにドープし、この光出力面と同位
置にあたる上記発光層結晶に注入電流を与えるための電
極をそれぞれ設けたことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52075307A JPS5943836B2 (ja) | 1977-06-23 | 1977-06-23 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52075307A JPS5943836B2 (ja) | 1977-06-23 | 1977-06-23 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS549592A JPS549592A (en) | 1979-01-24 |
| JPS5943836B2 true JPS5943836B2 (ja) | 1984-10-24 |
Family
ID=13572455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52075307A Expired JPS5943836B2 (ja) | 1977-06-23 | 1977-06-23 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5943836B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61101350U (ja) * | 1984-12-07 | 1986-06-28 | ||
| JPS62149727U (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-22 | ||
| JPH0539388Y2 (ja) * | 1986-06-05 | 1993-10-06 | ||
| JPH0539387Y2 (ja) * | 1986-03-14 | 1993-10-06 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58167602A (ja) * | 1982-03-29 | 1983-10-03 | Futaba Corp | 有機物薄膜の形成方法 |
| JPS5956780A (ja) * | 1983-08-31 | 1984-04-02 | Hitachi Ltd | 発光ダイオ−ド |
| JPS6294917A (ja) * | 1985-10-22 | 1987-05-01 | Mitsubishi Electric Corp | 薄膜形成装置 |
| JPS6411965A (en) * | 1987-07-03 | 1989-01-17 | Mitsubishi Electric Corp | Thin film forming device |
| GB2251631B (en) * | 1990-12-19 | 1994-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | Thin-film forming apparatus |
| JP2915170B2 (ja) * | 1991-06-05 | 1999-07-05 | 三菱電機株式会社 | 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 |
| JP3768547B2 (ja) * | 1993-12-17 | 2006-04-19 | キヤノン株式会社 | 両面成膜方法 |
-
1977
- 1977-06-23 JP JP52075307A patent/JPS5943836B2/ja not_active Expired
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61101350U (ja) * | 1984-12-07 | 1986-06-28 | ||
| JPS62149727U (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-22 | ||
| JPH0539387Y2 (ja) * | 1986-03-14 | 1993-10-06 | ||
| JPH0539388Y2 (ja) * | 1986-06-05 | 1993-10-06 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS549592A (en) | 1979-01-24 |
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