JPS6044835B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

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。

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、発光層と垂直方向から光を取り出す構造を有するた
め高出力が簡単に得られ、ファイバとの結合も容易であ
る。したがつて光通信の発光源として半導体レーザと並
び広く用いられている。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る。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、以
下この型の構造について簡単に説明する。例えばｎ型Ｇ
ａＡＳ基板１’の上に液相エピタキシャル法によつてｎ
型Ｇａ。、、Ａ１。、。Ａｓ層２’、Ｐ型ＧａＡＳ発光
層３’、Ｐ型Ｇａｏ、、Ａｌｏ、。Ａｓ４’、Ｐ型Ｇａ
ＡＳ層５’を順次成長させる。Ｐ型ＧａＡＳ発光層３’
からの光はＧａｏ、、Ａｌｏ、。Ｍ結晶を容易に通過す
るが、ＧａＡＳ結晶はほとんど吸収され不透明となる。
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ＧａＡＳ層を取り去る必要がある。ｎ
型ＧａＡＳ基板１’の裏側から選択エッチングで、ｎ型
Ｇａｏ、、Ａｌｏ、３Ａｓ層２’が露出するようなドー
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７’はＰ型ＧａＡＳ層５’の表面に付けた
窓９’を有するＳｉＯ２膜６’の上か蒸着法で形成する
。同時にｎ型ＧａＡＳ基板１’に取り付ける。Ｐ型電極
７’は光出力面１１′の真下のみが発光するような位置
ＳｉＯ。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、、Ａｌｏ、３Ａｓ層を通
過して光出力面から外にフ出る。電流を増してゆくと、
電流に比例して出力は増大する。しカルその際、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するが大電流にな
ると、Ｐとｎ型の電極構造の相対的な相違に起因５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辺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、その周辺が中
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、光フアイバと結合す
ると、その結合損失が大きくなり光フアイバ通信システ
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わ光ハイバとの結合の
際、フアイバ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１００〜２００
μｍφであるから、当然ドーム状の穴の大きさも１００
〜２００ＰＴｒＬ．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、上記したごとぎ欠点を誘因し、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
しい技術を必要とし、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、エツチング面の
表面状態、等が大きく異なる。その条件の確立が非常に
難かしい。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。本発明の目的は従来の面発光型素子の
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
るものである。

本発明によれば、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
方行の基板結晶側の一部が露出してなる面を光出力面こ
とし、この光出力面部分のみ上記結晶層の厚さをその周
辺部分よりも大なるように成長し、上記光出力面と同位
置にあたる上記発光層結晶にその光出力面の面積とほぼ
同面積だけ発光するような注入電流を与えるための電極
をそれぞれ設けたことク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詳細に説
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
（１００）面のｎ型ＧａＡＳ基板１に直径５０ｐφ、深
さ１０〜１５μの穴１２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２０μＭＯｎ型ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａｓ層２、厚さ
１μｍのＰ型ＧａＡＳ発光層３、厚さ１μｍのＰ型Ｇａ
Ｏ．７ＡｌＯ．３Ａｓ層４と最後に０．８μＭＯ）Ｐ型
ＧａＡＳ層５を順次形成する。次にｎ型ＧａＡＳ基板１
の裏面から選択エツチングで、基板結晶に設けたエツチ
ングの穴１２に成長したｎ型ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａｓ
層の裏）面の一部分１１が露出するようなドーム状の穴
１０を形成する。更にＰ型電極１はＰ型ＧａＡＳ層５の
表面に付けた窓を有するＳｌＯ２膜６の上から蒸着法で
同時にｎ型電極８をｎ型ＧａＡＳ基板１に取り付ける。
Ｐ型電極７は光出力面１１の真下のみが発光するような
位置にすることで本発明を実施した半導体発光素子が出
来上る。本実施例によれば、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
穴の深さ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。
またその層上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。このようにして得られた結晶
に光出力面を有するドーム状の穴を形成するには従来法
よりずつと簡単になされる。なせなら従来の面発光型素
子の光出力面の大きさがそのドーム径により決まるのに
対して、本実施例では、光出力面は始めに基板結晶に設
けたエツチング穴の寸法、すなわちその部分に成長され
るｎ型ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａｓ層の大きさにより定ま
るので、ドーム径を充分に大きく形成しても光出力面の
大きさは変らない。これはドーム形成のエツチング技術
が高度の寸法的精度を必要としない利点があり、またド
ーム部分に基板結晶が残つた構造を有するため従来の素
子と比較して素子全体の結晶を厚くでき、機械的な強度
に強く、組立て、取り扱いが容易である等の利点もある
。更にｎ型ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａｓ層の光出力面の周
囲にｎ型ＧａＡＳ基板結晶が隣接しているがため、リン
グ状発光が起り難い。なぜなら、従来の構造のごとく光
出力面の周囲が同一結晶ＧａＯ．７ＡｌＯ．３Ａｓ層で
構成されるのに比較してＧａＡＳ層がＧａＯ．７ＡｌＯ
．３Ａｓ層の側面にある場合、リング状発光の起因とな
るｎ型領域での電圧降下が小さい。それは、ＧａＡｌＡ
Ｓ．！：．ＧａＡＳとの易動度の差異により電気伝導度
が異なるためで、ＧａＡＳ易動度は同濃度のＧａＡｌＡ
Ｓょり大きく、それだけ電気伝導度を大きくなる。光学
的には、ＧａＯ．７ＡｌＯ，３Ａｓの光出力面の周囲に
ＧａＡＳ結晶が隣接することで、発光層の周囲領域での
光のほとんどがＧａＡＳ結晶に吸収されて外部に出てこ
なくなる。従つて発光パターンはステツプ状に近い形状
となる。したがつて大電流で大出力を得た際、フアイバ
との結合による損なうことなく低損失伝送が達成される
大きな特徴を有する。第３図に示した実施例は、出力面
１１を形成する際、基板結晶１の裏面を平担にエツチン
グし、ＣａＯ．７ＡｌＯ．３ＡＳ層を露出するようにし
た構造であり、これによつて得られる機能、効果はなん
ら劣ることない。

なお本発明の実施の一例はＧａＡＳ一ＧａＡＩＡＳ二重
ヘテロ構造の場合について説明したが、たとえばＩｎＰ
−１ｎＧａＡＳＰ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。以上詳述したように、本発明によれ
ば、エツチング穴を設けた基板結晶にＧａＡＳ−ＧａＡ
ｌＡＳ二重ヘテロ構造を液相エピタキシヤル法で成長し
た結晶を用いて、面発光型の発光素子を形成するので、
均一な発光分布のフアイバとの結晶が容易で、その結合
損失の低い、しかも製作が簡単で、信頼性の高い半導体
発光素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１は従来の面発光型素子の概略断面図、第２図および
第３図はそれぞれ本発明の簡素な実施例を示す概略断面
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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挟み込むように接合
   してなる二重ヘテロ構造を基板結晶上に備えている半導
   体発光素子であつて、上記基板結晶は上記発光層を挟み
   込んである結晶層よりも電気伝導度が高くかつ、発光層
   よりの光を吸収する禁止帯幅を有し、該基板結晶に近く
   配された方の結晶層においては、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
   の光出力面部分のみ上記結晶層の厚さをその周辺部分よ
   りも大なるように形成し、上記光出力面と同位置にある
   ように形成し、上記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。