JPS63249391A - 半導体発光装置 - Google Patents

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】 皮五公Ｉ 本発明は半導体発光装置に関する。

従ｍ出 従来１例えばレーザダイオードとして最も基本的なもの
である酸化膜ストライプＬＤの場合、第１導電型の半導
体基板の上に第１導電型クラッド層が積層され、第１導
電型クラッド層の上に活性層が積層され、活性層の上に
第２導電型クラッド層が積層され、第２導電型クラッド
層の上に第２導電型電極層が積層され、さらに第２導電
型電極層の上に５１０２膜が積層され、Ｓ　ｒ　０２膜
の中心にストライプ状のすき間が形成されている。第１
の電極金属層がＳ　＋　０２膜の上に形成され、第２の
電極金属層が基板の下側の面に形成されている。また、
装置の両端にストライプ状のすき間に対して垂直な面を
形成して共振器を構成することにより、発光した光を閉
じ込め利得を得ている。電極間に電流を流すことにより
両端面から光出力を基板に対して平行な方向に取り出し
ている。

この装量における構造では、装置の端面の形成にへき開
を使用するため集積化が困難であり、高密度のアレイ状
にすることできなかった。また、コスト面においても、
この構造による装置は高コストになるという問題があっ
た。へき開については、装置端面をエツチングにより形
成するものが提案されているが満足のゆく性能を得るこ
とができなかった。

目　　　的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、へき開を
必要とせず、集積化が可能な半導体発光装置を提供する
ことを目的とする。

１−基 本発明は上記の目的を達成させるため、発光を生じる第
１導電型の発光層と、　　ｐ−ｎ接合と′、発光層に電
流を注入する電極とを有する半導体発光装置は、発光層
の一方の主表面に対して実質的に平行に形成された第２
導電型の半導体電流阻止層を有し、発光層には発光層の
主表面に対して垂直な方向に発光層を貫通して穴が形成
され、　ｐ−ｎ接合は、穴の側面と発光層の主表面に対
して実質的に平行に形成されていることを特徴としたも
のである。以下、本発明の実施例に基づいて具体的に説
明する。

本発明は、第１導電型の発光層の一方の主表面に第２導
電型の半導体電流阻止層が積層され、さらに半導体電流
阻止層に第１導電型の電極層が積層されている。また、
本装置には上記積層された各層を発光層の主表面に対し
て垂直な方向に貫通するほぼ円筒状の穴、つまり装置を
上下に貫通する穴が形成されている。穴の周囲および第
１導電型の電極層の表面から第２導電型を形成する不純
物が熱拡散され、前述した装置を上下に貫通するほぼ円
筒状の穴の側面、および電極層の発光層の主表面に対し
て平行な方向にｐ−ｎ接合が形成されている。

また、第２導電型の電極金属層が第１導電型の電極層の
表面と穴の内部側面、または電極層の表面のみに形成さ
れ、第１導電型の電極金属層が第１導電型の発光層の主
表面とは反対側の面、つまり各層の積層側と反対の表面
上のほぼ円状の穴と、穴の内部側面に形成された第２導
電型の電極金属層と、穴の周囲に形成されたｐ−ｎ接合
を除いた部分に形成されている。

積層された上下の面は、平行に、しかも鏡面になるよう
に形成されており、この上下の面によって共振器が構成
されている。

以上の構造を有することにより、両電極金属層間に電流
を通した場合に、発光層の主表面に対して垂直な方向に
貫通するほぼ円筒状の穴にそって形成されているｐ−ｎ
接合の近傍において発光し、発光した光は積層された上
下の平行な面によって構成された共振器で利得を生じ、
発光層の主表面とは反対側の面、つまり各層の積層側と
反対側の開口部から発光層に対してほぼ垂直の方向にレ
ーザ出力として取り出すことができる。

第１図には本発明による半導体発光装置の一実施例の断
面斜視図が示されている。

ｎ型ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）発光層１０３の一方（
以下、実施例においては下方とする）の主表面にｐ型Ｇ
ａＡｓ層からなる半導体電流阻止層１３Ｇが積層され、
半導体電流阻止層１３０の下にｎ型ＧａＡｓ電極層１４
０が積層されている０本装置には上記積層された各層を
発光層１０３の主表面に対して垂直な方向に貫通するほ
ぼ円筒状の穴３００、つまり装置を上下に貫通する穴３
００が形成されている。

不純物の亜鉛（Ｚｎ）がｎ型ＧａＡｓ電極層１４０の表
面および穴３００の周囲から熱拡散されることにより、
ｐ型領域１０４およびｐ＋型領領域１０５形成される。

不純物の拡散によってｐ−ｎ接合１０８は、装置を上下
に貫通するほぼ円筒状の六〇〇〇の側面と、ｎ型ＧａＡ
ｓ電極層１４０内に形成される。ｎ型ＧａＡｓ電極層１
４０内のｐ−ｎ接合１０８は１発光層１０３の主表面に
対して平行な方向に形成されており、したがって電極層
１４Ｇは、ｐ−ｎ接合１０８によってｐ型領域１０４お
よびｐ＋型領領域１０５、ｎ型領域とに実質的に部分さ
れている。

また、ｐ側電極金属層１０Ｂがｎ型ＧａＡｓ電極層１４
０の表面と穴３００の内部側面に形成され、ｎ側電極金
属層１０７が発光層１０３の主表面とは反対側の面、つ
まり各層の積層側と反対側である装置表面上のほぼ円形
状の開口部３０１と、開口部３０１の内部側面に形成さ
れたｐ側電極金属層１０Ｂと、開口部３０１の周囲に形
成されたｐ−ｎ接合１０８を除いた部分に形成されてい
る。

ｐ側電極金属層１０６とｎ側電極金属層１０７との両電
極に電流を通すことにより、その電流は発光層１０３の
主表面に対して垂直な方向に貫通するほぼ円筒状の穴３
００にそって形成されているｐ−ｎ接合１０８の近傍に
おいて発光を生じ、生じた光は積層された上下の平行な
鏡面によって構成された共振器で利得を生じ、発光層１
０３の主表面とは反対側の面、つまり装置上面に形成さ
れている開口部３０１から発光層に対してほぼ垂直上方
にレーザ出力１２０として取り出すことができる。

本実施例の装置のｎ側電極金属層１０７は例えｔｉ　Ａ
ｕ−Ｇｅ−Ｎ　ｉ合金等を使用することができ、ｐ側電
極金属層１０Ｂは例えばＡｕ−Ｚｎ合金等を使用するこ
とができる。

また、装置に形成されている穴３００は、例えば塩素系
ガスを使用したドライエツチング法等によって形成させ
ることができる０本実施例の装置では穴３００の直径が
約１０〜２０ル■１発光層１０３の層厚が約６〜１ＯＪ
Ｌ１１に形成されているが、六３００の直径および発光
層１０３の層厚は使用の目的に応じ、例えば穴３００の
直径を約２〜４Ｑ＃Ｌｍ、発光層１０３の層厚を約２〜
２００　ｇｔａに形成させることができる。

第２図には、本発明を適用した他の実施例の断面端面が
示されている。

本実施例は、第１図に示されている装置、におけるｐ側
電極金属層１０Ｂがｎ型ＧａＡｓ電極層１４０の表面だ
けに形成されている場合の例である。第１図に示されて
いる装置の場合には、ｐ側電極金属層１０Ｇがｎ型Ｇａ
Ａｓ電極層１４０の表面だけでなく穴３００の内部側面
にも形成されているため、電流を流した場合にキャリア
に強い順バイアスがかかり、キャリアの拡散を阻止する
ことができない。

しかし、本実施例の構造によれば、穴３００の周囲に形
成されたｐ−ｎ接合１０８にはｐ型不純物の濃度差によ
ってｐ要領域１０４およびｐ”型領域１０５内に深さ方
向の逆バイアスに相当する電界が生じるため、注入キャ
リアの拡散を阻止し、電流を閉じ込める効果が生じる。

したがって、電流の閉じ込めを効率よく行なうことがで
き１発光効率を向上させることができる。

第３図には、本発明を適用した他の実施例が示されてい
る。

本実施例の装置は、図に示されているように第２図に示
した装置の光出力側、つまり開口部３０１側のＰ−３１
接合１０８の上部に上部反射層１１１が形成されている
。上部反射層１１１は、発光領域で生じ上下に進行する
光に対する反射鏡としての役割を果たし、また装置下部
に形成されているｐ側電極金属層１０６も反射鏡として
の役割を果たすため、上部反射層１１１とｐ側電極金属
層１０Ｂとにより共振器を構成することができる。

上部反射層１１１は、誘電体の単層膜、あるいは屈折率
の異なる２種類の誘電体を交互に積層した多層膜からな
り、その各膜厚は発光出力として取り出す光の媒質内波
長の約１／４とすることができる。単層膜の場合はその
厚みを変えることにより、また多層膜の場合には積層数
を変えることにより反射率を変化させることができ、反
射率の最適化をはかることができる。

また、本実施例における半導体電流阻止層１３０は、Ｇ
ａＡｓ層よりも禁制帯幅の広いｎ型ＡｌＧａＡｓ層１３
１とｐ型ＡＩＧａＡｓＦ１３２との二重構造から形成さ
れている。この構造では、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１３１と
ｐ型ＡｌＧａＡｓ層１３２との接合により生じる拡散電
位が、例えばｎ型ＧａＡｓ層とｐ型ＧａＡｓ層との接合
により生じる拡散電位に比べて大きくなるため、ｐ−ｎ
接合１０８を横切ることなく両電極金属層の間を流れる
リーク電流を小さくすることができ、注入された電流の
ほとんどが発光層１０３の主表面に対して垂直に形成さ
れたｐ−ｎ接合１０８に流れる。したがって１発光域で
あるｐ−ｎ接合１０８への電流注入効率が向上し、しき
い値電流の低下が可能となり、発光効率を向上させるこ
とができる。

なお、本実施例の構造は、他の実施例にも適用すること
ができる。

第４図には、第３図に示された装置に下部反射層１１２
が形成された場合の例が示されている。

下部反射層１１２は、光出力側である開口部３０１と反
対側の装置の下部表面のｐ−ｎ接合１０８部に、上部反
射層１１１と相対応する位置に形成されている。またｐ
側電極金属層１０８は、ｎ型ＧａＡｓ電極層１４　Ｇと
下部反射層１１２の表面に形成されている。

下部反射層１１２は、屈折率の異なる２種類の誘電体を
交互に積層した多層膜からなり、その各膜厚は発光出力
として取り出す光の媒質内波長の約１／４に実質的に等
しくなるように形成する。この構造では、多層膜の積層
数を変えることにより反射率を変化させることができる
ため、反射率の最適化をはかることができ、発光出力を
向上させることができる。

なお、誘電体は、例えばＴ　ｉｏ　２、酸化シリコン、
窒化シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン、
酸化亜鉛、酸化アルミニウム、または硫化亜鉛等を使用
することができる。

第５図には、本発明を適用した他の実施例が示されてい
る。

この実施例では、上部反射層１１１がｎ型ＧａＡｇ発光
層１０３とｎ側電極金属層１０７との間に形成され、下
部反射層１１２が発光層１０３と半導体電流阻止層１３
０との間に形成されている。したがって、ｎ型ＧａＡｓ
発光層１０３は上下の反射層に挟まれるように形成され
ている。

上部反射層１１１および下部反射層１１２は、　ＧａＡ
ｓ層とＡｌＧａＡｓ層、または禁制帯幅の異なる２種類
のＡｌＧａＡｇ層を交互に積層した構造からなり、それ
ぞれの層厚は出力光の媒質内波長の約１／４に実質的に
等しい、なお、各半導体層は、発光のエネルギーよりも
大きいエネルギーの禁制帯幅を有している。

本実施例の構造によれば、上部反射層１１１および下部
反射層１１２がｎ型ＧａＡｓ発光層１０３と同種類の材
料から形成されているため、同一の製造工程において積
層することができる。また、上下の反射層が多層膜構造
によって形成されていることから、多層膜の積層数を変
えることにより反射率を変化させることができるため、
反射率の最適化をはかることができ１発光出力を向上さ
せることができる。

なお、一本実施例の装置は、第１図〜第４図に示されて
いる実施例に適用することができる。

以上の実施例におけるｎ型Ｇ’ａ　Ａ　ｓ発光層１０３
は、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層、または禁制帯幅の異
なる２種類のＡｌＧａＡｓ層を交互に積層した構造とす
ることができる。この場合、それぞれの層厚は、出力光
の媒質内波長の約１／４に実質的に等しく形成される。

第６図には、この実施例の構造における　ｐ’−ｎ接合
１０８近傍の状態が示されており、ｎ型ＧａＡｓ層２０
２．ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０１、ｐ型ＧａＡｓ２０４　
、およびｐ型ＡｌＧａＡｓ２０３から構成されている。

　ｎｙｌｊＧａＡｓ層２０２およびｐ型ＧａＡｓ２０４
は、ＧａＡｓよりも禁制帯幅の狭いＡｌＧａＡｓを使用
し、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０１およびｐ型ＡｌＧａＡｓ
２０３はＡｌＧａＡｓよりも禁制帯幅の広いＡｌ（ｉａ
Ａｓを使用することができる。

また、ｎ型ＧａＡｓ層２０２およびｐ型ＧａＡｓ２０４
　、あるいはｎ型ＡｌＧａＡｓ層２０１およびｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ２０３は、量子効果を得ることのできる約２Ｏ
ｎ＋ｓ以下の層厚からなるＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｇ層
、または禁制帯幅の異なる２種類のＡ　ｌＧａＡｓ層を
交互に積層した構造とすることができる。この構造によ
れば、発光効率が向上し、しかも発光した光の短波長化
が可能となる。

以上の各実施例の装置に形成されている六３００は、そ
の断面の形状がほぼ円形に形成されているが、円形に限
らず方形、多角形、その他の形状とすることも可能であ
る。

発光層１０３は、　ＧａＡｓ以外にＡｌＧａＡｓ、ガリ
ウム・砒素・リン（ＧａＡｓＰ）　、　インジウム・ガ
リウム・砒素番リン（ＩｎＧａＡｓＰ）　、インジウム
・ガリウム拳アルミニウム・リン（ＩｎＧａＡＩＰ）　
、窒化ガリウム（Ｇａｐ）　、ガリウム・リン（ＧａＰ
）　、またはインジウム・リン（ＩｎＰ）等を使用する
ことができる。

電流阻止層１３０は、発光層１０３に使用した半導体材
料と同様の材料、または禁制帯幅が発光層１０３に使用
した半導体材料の禁制帯幅よりも広い半導体材料を使用
することができる。

参考のため、レーザダイオードとして最も基本的なもの
である酸化膜ストライプＬＤの例が第７図に示されてい
る。

第７図に示されているように、第１導電型の基板ｌの上
に第１導電型クラッド層２が積層され、クラッド層２の
上に活性層３が積層され、活性層３の上に第２導電型ク
ラッド層４が積層され、クラッド層４の上に第２導電型
電極層５が積層され、さらに電極層５の上にＳ　ｉ　０
２膜６が積層され、Ｓ　＋　０２膜６の中心にストライ
プ状のすき間９が形成されている。電極金属層７はＳ　
＋　０２１！莫６の上に形成され、電極金属層８は基板
ｌの下側の面に形成されている。また、装置の両端にス
トライプ状のすき間９に対して垂直な面を形成して共振
器を構成することにより１発光した光を閉じ込め利得を
得ている。電極間に電流を流すことにより両端面ｌＯか
ら光出力を基板１に対して平行な方向に取り出している
。

この装置における構造では、装置の端面の形成にへき開
を使用するため集積化が困難であり、高密度の７レイ状
にすることできないという問題がある。へき開について
は、装置端面をエツチングにより形成するものが提案さ
れているが満足のゆく性能を得ることができていない、
また、コスト面においても、この構造による装置では高
コストになるという問題が生じる。

しかし、実施例に示された本発明の装置は１面発光型の
半導体発光装置であり、発光層の主表面に対して垂直な
方向に貫通するほぼ円筒状の穴にそって形成されている
ｐ−ｎ接合１０８の近傍において発光を生じ、生じた光
は積層された上下の平行な面によって構成された共振器
で利得を生じ、発光層の主表面とは反対側の面、つまり
各層の積層側と反対側の開口部３０１から発光層に対し
てほぼ垂直の方向にレーザ出力として取り出すことがで
きる。しかも、装置には電流阻止層１３０が形成されて
いるため、発光域であるｐ−ｎ接合１０８への電流注入
効率が向上し、しきい値電流の低下が可能となり、発光
効率を向上させることができる。また、この構造によれ
ば共振器を構成するためのへき開を必要としないため、
集積化が容易に行なうことができ、アレイ化が可能とな
る。

墓−１ 本発明によれば、半導体発光装置に発光層の一方の主表
面に対して実質的に平行に半導体電流阻止層が形成され
、また発光層の主表面に対して垂直な方向には装置を貫
通するような穴が形成され、ｐ−ｎ接合が穴の側面と発
光層の主表面に対して実質的に平行に形成されているた
め、二つの電極間に電流を流した場合に、発光領域への
電流注入効率がよく、しかも発光領域において生じた光
出力を発光層に対し垂直方向に取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による半導体発光装置の一実施例の断
面を斜視的に示す断面斜視図、第２図〜第５図は１本発
明による半導体発光装置の他の実施例を示す断面端面図
、 第６図は、ｎ型ＧａＡｓ発光層を多層構造にした場合の
ｐ−ｎ接合部近傍の状態の一例を示す拡大断面図、 第７図は、従来技術による半導体発光装置の例を示す断
面斜視図である。 主要部分の符号の説明 １０３　、　、　、活性層 １０４、、、ｐ型りラッド層 １０５．、、ｐ＋領領 域０Ｂ、、、ｐ側電極金属層 １０７、、、ｎ側電極金属層 １０８　　、　　、　　、　　ｐ−ｎ接合１３０　、　
、　、電流阻止層 ３０Ｇ　、　、　、穴 特許出願人　　新技術開発事業団 稲　　場　　文　　男 伊　　藤　　弘　　昌 株式会社リコー リコ一応用電子研究所株式会社 三菱電線工業株式会社 代　理　人　　書取　孝雄 先山　隆夫 第１図 第２図 ＣＸＪ 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光を生じる第１導電型の発光層と、 ｐ−ｎ接合と、 前記発光層に電流を注入する電極とを有する半導体発光
   装置において、 該装置は、前記発光層の一方の主表面に対して実質的に
   平行に形成された第２導電型の半導体電流阻止層を有し
   、 前記発光層には、該発光層の主表面に対して垂直な方向
   に該発光層を貫通して穴が形成され、前記ｐ−ｎ接合は
   、該穴の側面と前記発光層の主表面に対して実質的に平
   行に形成されていることを特徴とする半導体発光装置。