JPS62177984A

JPS62177984A - 発光半導体装置

Info

Publication number: JPS62177984A
Application number: JP61017794A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nagao; 長尾　茂; Susumu Furuike; 進古池
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1987-08-04
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2649510B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、耐静電破壊性の優れた通信用のダブルヘテロ
接合発光ダイオードに関するものである。

（従来の技術）従来、光通信用Ｔ、　Ｅ　Ｄに要求される特性は、ファ
イバとの結合性が良く、遮断周波数が高いことの２点で
ある。これらの要求を満たすために、種々のデバイス構
造が提案され、実現されている。

第２図に代表的なＬ　Ｅ　Ｄ構造を示す。第２図（ａ）
は、バラス型構造と言われ、ｎ型ＧａＡｓ基板１−１−
に、ｎｆ！１！ＧａＡｌＡｓクラッド層２、ｐ型ＧａＡ
ｓ活性層３、Ｐ型Ｃ（ＺＩ　Ａ　：１．　Ａ　ｓクララ
ド層４、ｎ型（ｉ＋１ＡＩＡｓｌ：：、１ンタク１〜ｐ
Ｈｌ　５の４層を順次エピタキシャル成長させている。

ｒ〕型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｊ、ｌ：板［が活性層の発光に
対して透明でないため、発光領域の真上のＴＩ型６ａＡ
ｓ基板ｌを部分的に除去し、光を取り出す構造となって
いる。

ｒ１型［ｉａＡ］Ａｓコンタク１〜層５の中心の直径：
ｌＯｐｍφ程度の円形部を選］Ｒ的にＰ＋拡散すること
によりｐ＋拡散層６を形成し、■）型に変換し、この部
分以外のｎ型ｒｉａＡＩＡｓ：Ｔｌンタク１一層５−１
−には５ｊ０２膜゛／を形成し、さらにその上にｐ型オ
ーミック電極８を形成し、電流を耐拡散層６に集中させ
る構造である。

第２図（ｂ）は、厚膜型と汀われ、Ｔ１型ＧａＡｓ基板
ＩＩ−に、一定の厚さのｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２
とｐ型ＧａＡｓ活性層；３と■）型ＧａＡｌＡｓクラッ
ド層４を順次成長させ、第２図（ａ）と同様にダブルヘ
テロ（Ｄ。

ＩＴ、）構造を形成している。こののち、Ｔｌ型ＧａＡ
ｓ」、（板１を完全に除去し、発光した光の吸収を防い
でいる。ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４上の中央部に３
０ないし４０　ｐ　ｒｎφの円形の開孔窓９を有する５
ｉｎ２膜７を形成し、発光した光の吸収を防いでいる。

さらにその上にｐ型オーミック電極８を形成し、開孔窓
９の部分だ目を通じて電流が注入される構造どなってい
る。

いずれの構造も、順電流Ｔ　、　＝　１００ｍＡで、［
１１５０／１２５の光ファイバを使用して出カニ３０な
いし６０μりが得られ、遮断周波数３０ないし５０ＭＩ
Ｉｚを実現することができる。

（発明が解決しようとする問題点）従来の構造の光通信用■、Ｅ■）には、以上のような欠
点を有している。すなオ）も上記のバラス型では選択的
なｐ１拡散をしているため、電流狭窄がほぼ完全でｊ２
＋す、大電流まで発光パターンが変化ゼす、静電破壊電
圧もかなり高い。しかしｎ型ＧａＡｓ基板を部分的に除
去するため、残されたエピタキシャル部の厚さが２０μ
ｍ程度で極めて薄く、組立時の取扱が内稜となる。また
、内部応力がｎ型ＧａＡｓ基板のエツチング部の穴径に
よっては、活性層に集中する場合があり、出力劣化が生
じる場合もある。

一方、第２図（ｂ）に示す厚膜型では、内部応力の活性
層への集中は生じないが、電流狭窄が不完全であり、大
電流発光時に発光パターンが変化し、かつｐ　Ａ！！Ｇ
ａＡｌＡｓクラッド層の不純物濃度が比較的小さいため
、順電圧が高い欠点を有している。さらに、この構造の
場合には、静電破壊レベルが低く、素子信頼性の面から
も好ましくない欠点があった。

本発明の目的は、従来の欠点を解消し、高光フアイバ出
力と高遮断周波数を保ったまま、電流狭窄が完全で、順
電圧が低く、かつ静電破壊電圧が高い、信頼性に秀れた
発光半導体装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明の発光半導体装置は、ｍ−ｖ族化合物半導体結晶
薄膜の多層構造よりなるダブルヘテロ接合発光ダイオー
ドの多層構造が一導伝型の活性層と、この活性層の一方
の側の活性層と反対導伝型で、かつ、この活性層よりも
、広エネルギーバンドギャップの所定の厚さを有する第
１のクラッド層と、前記活性層の他方の側の活性層と同
導伝型で、かつこの活性層よりも広エネルギーバンドギ
ャップの第２のクラッド層と、このクララ１（層上の活
性層と反対導伝型のコンタク１へ層とよりなり、さらに
、このコンタク１〜層上に形成された絶縁膜の中央部に
開孔窓を有し、この開孔窓を通じて、前記第２のクラッ
ド層に達する活性層と同導伝型の拡散層を有し、開孔窓
を含む絶縁膜１−に、活性層と同導伝型のオーミック電
極を有し、第１のクラッド層」−の−・部に活性層と反
対導伝型のオーミック電極を有するものである。

また、第１のクラッド層において、エネルギーバンドギ
ャップが一定の第１の薄膜と、この第１−の薄膜−１−
のエネルギーバンドギャップが膜厚方向に漸次変化する
所定の厚さを有する第２の薄膜とよりなるものである。

（作　用）従来のＬ　Ｅ　Ｄ構造では、サージ電流が直接に電流狭
窄した発光領域だけに加わり、他の領域に分流しないた
め、静電破壊電圧のレベルが低くなる。

しかし本発明による構造のＬ　Ｅ　Ｉ）にサージ電流の
ような瞬間的な大電流が流れると耐拡散を行なったｐ″
′拡散層を通じて電流が流れるが、これ以１−に［？拡
散層とｎ型ＧａＡ］Ａｓコンタク１へ層とによって形成
さ才しる接合に逆バイアスが印加され、ブレークダウン
をＡでし、この部分のサイリスタ領域がＯＮとなるため
、この部分にも電流が瞬時に流Ａして放電する。すなわ
ち、サージ電流が流れた場合には、等価的に発光領域が
大きくなるため、静電破壊レベルが高くなり、高性能で
、しかも高信頼性を有するデバイス構造を実現すること
ができる。

（実施例）本発明の一実施例を第１図Ｊ３よび第３図に基づいて説
明する。

第１−図は本発明の通信用１、Ｅ　Ｉ）の断面図である
。

同図において、第２図に示した従来例と同一部分につい
ては同一・符号を付し、その説明を省略する。

本発明の丁、　Ｅ　Ｉ）は、ＧａＡｓを活性層どし、Ｇ
ａＡｌ、Ａｓクラッド層としたダブルヘテロ（ＴＴ）、
Ｈ，）構造の発光波長０．８８７＋ｍの発光半導体装置
である。

第１図において、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ基板上に、
通常の液相成長法により、１・記の１）。ＴＩ　、構造
を形成し、成長開始温度９００℃から８２０℃の温度範
囲に１１゛ってｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２の第２簿
１１す２ｂを成長させる。Ａ１．Ａ８混晶比Ｘは、この
温度範囲で、Ｘ＝０．３６かｌＦ＋０．１０まで変化シ
、コノ層の厚さは、５０μｍである。続いて、８２０℃
から８００℃までの温度範囲に亘ってｎ型（ｉａＡＩＡ
ｓクラッド層２の第１薄膜２ａを成長さぜ、Ａ　’ｌ　
Ａ　ｓ混晶比Ｘは、０．２０であり、厚さは１．５ｐｍ
である。次に８００℃でｐ型ＧＬｉＡｓ活性層３を成長
させる。この層の膜厚はＬｐｍで、キャリア濃度は１〜
３　Ｘ　ｌ　Ｏ”　’　ｃｍ−”である。次にｐ型Ｇａ
ＡｌＡｓグラッド層４を２μｍの膜厚に形成し、この層
のＡｌＡｓ混晶比Ｘは、Ｘ、＝０．３５である。最後に
、ｎ型（ｉａＡＩＡｓコンタクＩ一層５を０．８μｍの
膜Ｈに成長さセ、Ａ　′１．．Ａ　ｓ混晶比は、Ｘ、＝
Ｏ，＋７である。ｎ型ＧａＡＬＡｓ：ｌンタク１一層５
Ｆ−にＳｉｎ、、膜７を形成し、５ｉｎ２膜７の中心部
に３０ないし４０７＋ｍφの窓あけを行ない、次にこの
窓を通して、選択的なｐ＋拡散を行ないｐ型ＧａＡ１．
Ａｓクラッド層４の中央の深さまで拡散が届くようにす
る。耐拡散は、石英封管法を用＝７＝い、拡散源には、Ｚｎ３Ａｓ、を用いる。

続いて、ｐ型オーミック電極８を形成し、熱処理を行な
ったのち、Ａｕのビートシンクを約３ｐｍ蒸着する。ｎ
型ＧａＡｓ基板を完全に除去し、ｎ型オーミック電極］
０と光取出し窓を形成する。Ｌ　Ｅ　Ｄチップの厚さは
、約７０μｍである。このＬＥＤチップをＳｉサブマウ
ントに熱圧着し、ワイヤーボンドを行ない、エポキシ樹
脂を用いて、直径が５００μｍの微小球レンズを発光窓
の上部に固定する。次に溶着により、フラットレンズを
ＴＯ−１８ステムにキャッピングし完成品どする。

この素子の発光径は、約４０μｍφであり、順電流１　
’ｐ　＝　１００ｍＡで、光出力Ｐ、＝５ｍｗ、順電圧
Ｖ、、＝１．６Ｖが得られた。Ｇ　Ｉ　５０／１２５光
フアイバを用いて、順電流Ｉ　、　＝　１００ｍＡで、
約５０μすのファイバへの入力が得られた。光の出力が
、１／２に低下する遮断周波数は、４０Ｍｔ（ｚである
。素子寿命は、加速通電の結果から、温室で１００万時
間以上と推定され、高い信頼性を有している。

本発明のＬ　Ｅ　Ｄ構造と従来構造のＬＥＤについて、
静電破壊電圧Ｖｓを調べた結果を第３図に示す。

発光出力が、初期発光出力の９０％以下に低下した場合
、故障と判定し、このときの充電電圧を静電破壊電圧Ｖ
ｓと定義すると、本発明構造のＬ　ＥＤの場合には、充
電容量Ｃ＝］０ＯｐＦで、約１．８ＫＶのＶｓが得られ
た。

一方、従来の厚膜型の３層構造ＬＥ＋）の場合には、静
電破壊電圧Ｖｓは、約８００　Ｖと低い。したがって、
本発明の構造を有する丁、Ｅ　ｌ）は２倍以１−の静電
破ＪＪ１！電圧詮有していることがわかる。静電破壊電
圧Ｖｓの値が大きいほど、サージ電流に対する破壊レベ
ルが高いことをあられしている。

本発明は、１−記の５層構造のＧａＡｌＡｓ通信用Ｌ　
Ｅ　Ｄに限らず、ＩｎＰ基板を使用し、ｎ型丁ｎＰクラ
ット層、Ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ活性層、ｐ型ＴｎＰクラッ
ド層、ｎ型ＩｎＧａＡｓｒ”コンタク１〜層を生長させ
た長波長用ＩｎＧａＡｓＰ　ＬＥ　ｒ−１にも広く適用
することができる。

（発明の効果）本発明によれば、高ファイバ出力、高遮断周波数を帷持
したまま、サージ電流に対する破壊レベルの高いデバイ
ス構造を実現することができ、その実用」−の効果は大
なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による通信用Ｌ　Ｅ　Ｄの断
面図、第２図は従来型の通信用■、Ｅ　Ｉ）の断面図、
第３図は本発明のＬ　Ｅ　Ｌ’）と従来型のＬ　Ｅ　Ｄ
の静電破壊電圧の発光出力劣化シーケンスを表わす図で
ある。］　　−ｎ型ＧａＡｓ基板、２　−　　ｎ　ｆｆ！ＧａＡｌＡｓクラッド層、２ａ−
ｎ型ＧａＡｌＡｓ第１薄膜、２ｂ−ｎ型ＧａＡｌＡｓ第２薄膜、３　・・・　ｐ型ＧａＡｓ活性層、４　・・・　ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、５　・・・
　ｎ型ＧａＡｌＡｓコンタクト層、６・・・　ｐ＋拡散
層、７・・・　５ｉｎ２膜、８・・・　Ｐ型オーミック電極、９・・・　開孔窓、１０・・・　ｎ型オーミック電極。特許出願人　松下電器産業株式会社第１図１゜２−ｎｔＧａＡＺＡｓククッド漕２ｏ−ｎｔＧａＡ＃Ａｓｑ＃ｌ痺櫃２ｂ−ｒｌ！ＧａＡｊ！ＡｓＪ２１’ｌ１３・ｐ慇Ｇａ
Ａｓ滞樫廖４・・・　ρ翌ＧａＡＬＡｓ　７ラッド着５−　ｎ　’
！ＧａＡｌＡｓ　づンｙ７ト４６・・ρ＋九東層７・・５ＬＯｚ職８　・　ｐ嘔オペツク（眉！１０・　ｎ璧声ペアク（潰と第２図１−ｎ型ＧａＡｓＪ’Ｆｉ９・閑乳忘

Claims

【特許請求の範囲】

（１）III−Ｖ族化合物半導体結晶の多層構造よりなる
ダブルヘテロ接合発光ダイオードにおいて、前記多層構
造が一導伝型の活性層と、該活性層の一方の側の活性層
と反対導伝型でかつ、前記活性層よりも広エネルギーバ
ンドギャップの所定の厚さを有する第１のクラッド層と
、前記活性層の他方の側の活性層と同導伝型でかつ、前
記活性層よりも広エネルギーバンドギャップの第２のク
ラッド層と、該第の２クラッド層上の、前記活性層と反
対導伝型のコンタクト層よりなり、さらに、該コンタク
ト層上に形成された絶縁膜の中央部に開孔窓を有し、該
開孔窓を通じて、前記第２のクラッド層に達する、前記
活性層と同導伝型の拡散層を有し、前記開孔窓を含む絶
縁膜上に、前記活性層と同導伝型のオーミック電極を有
し、前記第１のクラッド層上の一部に、前記活性層と反
対導伝型のオーミック電極を有することを特徴とする発
光半導体装置。
（２）第１のクラッド層において、エネルギーバンドギ
ャップが一定の第１の薄膜と、該第１の薄膜上のエネル
ギーバンドギャップが、膜厚方向に漸次変化する所定の
厚さを有する第２の薄膜とよりなることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の発光半導体装置。