JPS63271981A - Edge emission type light emitting diode - Google Patents
Edge emission type light emitting diodeInfo
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- JPS63271981A JPS63271981A JP62107393A JP10739387A JPS63271981A JP S63271981 A JPS63271981 A JP S63271981A JP 62107393 A JP62107393 A JP 62107393A JP 10739387 A JP10739387 A JP 10739387A JP S63271981 A JPS63271981 A JP S63271981A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、端面発光型発光ダイオードに関し、特に光フ
ァイバとの結合効率を高くした改良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an edge-emitting type light emitting diode, and particularly to an improvement in which the coupling efficiency with an optical fiber is increased.
従来、端面発光型ダイオードは、電流注入領域をストラ
イプ状に制限するストライプ構造となし、このストライ
プに直交する端面は弁開面を利用した平面であった。Conventionally, edge-emitting diodes have a striped structure in which the current injection region is restricted in a striped shape, and the end face perpendicular to the stripe is a flat surface using a valve opening surface.
端面発光型発光ダイオードは、発光パワーレベルが低い
ので光ファイバとの高い結合効率が要求されている。発
光ダイオードを用いた光通信システムは、レーザダイオ
ードによる光通信システムと異なシ、小規模な加入者系
、データリンクに用いられるので、発光装置における発
光ダイオードと光ファイバとの結合方式は生産が容易で
、生産効率が良いことが必要である。Since edge-emitting type light emitting diodes have a low light emitting power level, high coupling efficiency with optical fibers is required. Optical communication systems using light-emitting diodes are different from optical communication systems using laser diodes, and are used for small-scale subscriber systems and data links, so the coupling method of light-emitting diodes and optical fibers in light-emitting devices is easy to produce. Therefore, it is necessary to have good production efficiency.
この結合方式としては、従来、第４図（＆）に示す直接
結合方式と第４図Φ）に示すレンズ結合方式とがある。Conventionally, this coupling method includes a direct coupling method shown in FIG. 4(&) and a lens coupling method shown in FIG. 4(Φ).
第４図（ａ）の直接結合方式は、端面発光型発光ダイオ
ード（以下では発光ダイオードと略称する） ３１のス
トライプ状の発光領域諺に対向した位置に光ファイバ３
３を配置するものである。出射した光あけ光ファイバお
に到達するまでに拡がるので、コア部あに入射する光部
分の割合は小さい。シングルモードファイバではコア部
調の直径は１０μｍ程度であるので、結合効率が低くた
かだか一１３ｄＢ程度である。The direct coupling method shown in FIG. 4(a) uses an edge-emitting type light emitting diode (hereinafter referred to as a light emitting diode).
3 is placed. Since the emitted light spreads out before reaching the open optical fiber, the proportion of the light that enters the core portion is small. In a single mode fiber, the diameter of the core portion is about 10 μm, so the coupling efficiency is low, about -13 dB at most.
一方第４図（ｂｌのレンズ結合方式では、レンズ３７ｆ
、発光ダイオード３１と光ファイバおとの間に配置し、
発光領域諺から出射した光３６ヲレンズ算で集光し、光
７アイパあのコア部具に入射させる。したがってレンズ
３７ｔ−最適位置におけば、−１０ｄＢ程度の高い結合
効率が得られる。しかし、この方式は、発光ダイオード
３１．光ファイバ３３゜レンズｒの最適位置の調整が難
しく、生産性にかける。On the other hand, in the lens combination method shown in Fig. 4 (bl), the lens 37f
, arranged between the light emitting diode 31 and the optical fiber,
The light emitted from the light emitting area is collected by 36 lenses, and the light is made to enter the core component of the 7 eyeper. Therefore, if the lens 37t is placed at the optimum position, a high coupling efficiency of about -10 dB can be obtained. However, this method uses light emitting diodes 31. It is difficult to adjust the optimum position of the optical fiber 33° lens r, which reduces productivity.
本発明の目的は、上記の欠点を除去し、発光装置として
光ファイバとの結合効率および生産性の両方が達成でき
るように、その構造を考慮した発光ダイオードを提供す
ることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light emitting diode whose structure is designed to eliminate the above-mentioned drawbacks and to achieve both coupling efficiency with an optical fiber and productivity as a light emitting device.
本発明の発光ダイオードは、積層された第１クラッド層
・活性層・第２クラッド層、および第２クラッド層に到
達するストライプ状の電流注入領域を設け、前記活性層
の側端面から光出射がなされる端面発光型を対象とし、
光出射端面の電流注入領域に対応する部分が光出射方向
の少なくとも一方向に対して凸レンズ形状を有するよう
に形成したものである。The light emitting diode of the present invention includes a stacked first cladding layer, an active layer, a second cladding layer, and a striped current injection region reaching the second cladding layer, so that light is emitted from the side end surface of the active layer. Targeting edge-emitting type,
The portion of the light emitting end face corresponding to the current injection region is formed to have a convex lens shape with respect to at least one direction of light emitting.
第４図（ｅ）に示すように、発光ダイオード４１のスト
ライプ状の発光領域Ｃから出射された光は、端面に設け
た凸レンズ効果を示す部分、凸部４３によシ集光されて
、光ファイバあのコア部あに入射する。したがって結合
効率は一１０ｄＢ程度になしうる。As shown in FIG. 4(e), the light emitted from the striped light emitting area C of the light emitting diode 41 is condensed by the convex portion 43, which is a portion exhibiting a convex lens effect provided on the end face, and the light is It enters the core of the fiber. Therefore, the coupling efficiency can be about -10 dB.
以下、図面を参照して、本発明の実施例につき説明する
。発光ダイオードの端面から発光した光ビームの放射角
は、水子〇垂直両方向に拡がシ角を有する。本発明の端
面に設けた凸部は、少なくともその一方向に有効に凸レ
ンズ効果を与えるように形成する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The radiation angle of the light beam emitted from the end face of the light emitting diode has an angle of divergence in both vertical directions. The convex portion provided on the end face of the present invention is formed so as to effectively provide a convex lens effect in at least one direction thereof.
第１実施例では、水平方向の拡がシを減少させるために
、第１図の斜視図に示すように端面の電流注入領域に対
応する部分を半円柱状にして凸部を形成する。以下、Ｉ
ｎＰの場合を例にとシ、製作につき説明する。Ｎ形Ｉｎ
Ｐからなる半導体基板ｌ上に、順次、Ｎ形ＩｎＰの第１
クラッド層２、禁制帯幅の小さいＮ形またはＰ形のＩｎ
ＧａＡｓＰの活性層３、第１クラッド層２と同一禁制帯
幅を有するＰ形ＩｎＰの第２クラッド層４、Ｎ彫工ｎＱ
ａＡｓ Ｐのキャップ層５′ｔ−積層して形成する。次
に、第２クラッド層４の一部に到達する深さのストライ
プ状の電流注入領域６を、ｚｎを拡散したｐ＋拡散層で
形成した後、半導体基板ｌの裏面、キャップ層５の上に
、各々電極７゜８を形成する。In the first embodiment, in order to reduce horizontal expansion, the portion of the end face corresponding to the current injection region is formed into a semi-cylindrical shape to form a convex portion, as shown in the perspective view of FIG. Below, I
The production will be explained using the case of nP as an example. N type In
A first layer of N-type InP is sequentially deposited on a semiconductor substrate l made of P.
Cladding layer 2, N-type or P-type In with a small forbidden band width
An active layer 3 of GaAsP, a second cladding layer 4 of P-type InP having the same forbidden band width as the first cladding layer 2, and an N engraving nQ.
A cap layer 5' of aAsP is laminated and formed. Next, a stripe-shaped current injection region 6 with a depth reaching a part of the second cladding layer 4 is formed using a p+ diffusion layer in which Zn is diffused, and then a current injection region 6 is formed on the back surface of the semiconductor substrate l on the cap layer 5. , respectively forming electrodes 7.8.
と〜までは、通常の発光ダイオードの製作であるが、本
実施例では、さらに、ホトレジスト技術によ＃）ＣＸを
エツチング剤としてドライエツチングすることによ勺、
端面を、電流注入領域６に対応した縦部分を半円柱状と
する。このようにして形成した凸部９は、出射光の水平
方向成分に対して凸レンズ作用をなし、その拡がシを集
束できる。この実施例では、凸部９の電流注入領域６に
対する位置、その曲率を極めて精度よく、また再現性よ
く形成できる。Up to this point, the fabrication of a normal light emitting diode is carried out, but in this example, the photoresist technology is used to dry-etch using CX as an etching agent.
The end face has a vertical portion corresponding to the current injection region 6 in a semi-cylindrical shape. The convex portion 9 formed in this manner acts as a convex lens for the horizontal component of the emitted light, and can focus its expansion. In this embodiment, the position of the convex portion 9 relative to the current injection region 6 and its curvature can be formed with extremely high precision and high reproducibility.
第２実施例は、出射光の垂直方向・水平方向の両方向の
拡がシを集束するため、端面に、半球面状の凸部を設は
九ものである。第２図が、斜視図である。この発光ダイ
オードの層構造・電極は第１図と同様とする。端面には
、凸部１０が半球面状に、電流注入領域６に対応して、
活性層３の端部を中心として形成しである。In the second embodiment, nine hemispherical convex portions are provided on the end face in order to focus the spread of the emitted light in both the vertical and horizontal directions. FIG. 2 is a perspective view. The layer structure and electrodes of this light emitting diode are the same as those shown in FIG. On the end surface, a convex portion 10 is formed in a hemispherical shape corresponding to the current injection region 6.
It is formed centering on the end of the active layer 3.
第２図の構造を有する発光ダイオードの端面の製造方法
につき簡単に、第３図を参照して説明する。電極７，８
が形成される前の積層構造の半導体結晶加において、第
３図（ａ）に示すようにレジストマスク２１を、半導体
結晶美の上面に、端面よシ少し内側に先端が凸状に形成
しておき、ドライエツチングのイオン流乙によって半導
体結晶加をエツチングする。このとき、ドライエツチン
グの異方性を利用し、オーバハング状にエッチする。次
に、レジストマスク囚として、さらに端面よシ遠ざかシ
、先端が凸状に形成しておき、イオン流スによってドラ
イエツチングする。イオン流スの向きはイオン流ｎと異
ならしめ、先にオーバハング状になった部分の上部を切
りおとす。これによって半球面状の凸部１０が形成でき
る。なお半導体結晶頷の端部は点線に示すように適宜切
シおとす。A method for manufacturing the end face of a light emitting diode having the structure shown in FIG. 2 will be briefly described with reference to FIG. 3. Electrodes 7, 8
Before the formation of a semiconductor crystal in a laminated structure, as shown in FIG. Then, the semiconductor crystal layer is etched using a dry etching ion stream. At this time, the anisotropy of dry etching is utilized to etch in an overhanging manner. Next, as a resist mask, a convex tip is formed further away from the end face, and dry etching is performed using an ion stream. The direction of the ion flow is made to be different from the ion flow n, and the upper part of the overhanging portion is first cut off. As a result, a hemispherical convex portion 10 can be formed. Note that the ends of the semiconductor crystal nozzles are appropriately cut off as shown by dotted lines.
なお端面に、端面にあられれた活性層を中心として横方
向に半円柱状に凸部を形成すれば、出射光の垂直方向の
拡が夛を減少することができる。If a semi-cylindrical convex portion is formed on the end face in the lateral direction around the active layer formed on the end face, the vertical spread of the emitted light can be reduced.
先きに述べたように、第４図（Ｃ）に示すように、発光
ダイオードの発光領域よル出射した光は、その部分の端
面の形状が凸部に形成されてあって、凸レンズとして作
用するので、この部分で集束した光として出射する。凸
部の位置・曲率を含めた形状は、発光ダイオードの製作
工程中に、精確に形成される。したがって、光７アイパ
の発光ダイオードに対する位置設定が容易であシ、発光
装置としての生産効率が高く、シかもその結合効率が従
来のレンズ結合方式と同等に高くすることができる。As mentioned earlier, as shown in Fig. 4 (C), the light emitted from the light emitting region of the light emitting diode is reflected by the fact that the end face of that portion is formed into a convex shape and acts as a convex lens. Therefore, it is emitted as a focused light at this part. The shape, including the position and curvature of the convex portion, is precisely formed during the manufacturing process of the light emitting diode. Therefore, it is easy to set the position of the optical 7-eye with respect to the light emitting diode, the production efficiency as a light emitting device is high, and the coupling efficiency can be made as high as that of the conventional lens coupling method.
第１図、第２図は本発明の実施例の斜視図、第３図は、
第２図の半球面状の凸部を形成する製造工程の概略説明
図、第４図は従来例・実施例の光ファイバとの結合方式
を説明する図である。
１・・・半導体基板、 ２，４・・・クラッド層、
３・・・活性層、 ５・・・キャップ層、６・
・・電流注入領域、 ７．８・・・電極、９・・・凸
部（半円柱状）、
１０・・・凸部（半球面状）、
ｍ・・・半導体結晶、２１．２３・・・レジストマスク
、ｎ、２４・・・イオン流、
３１ 、４１・・・発光ダイオード°、！、４２・・・
発光領域、 お・・・光ファイバ、Ｕ・・・コア部、
ご・・・レンズ、４６・・・凸部。
第３Ｎ
■
２５−侶
第４因1 and 2 are perspective views of an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of a manufacturing process for forming a hemispherical convex portion, and FIG. 4 is a diagram illustrating a coupling method with an optical fiber in a conventional example/embodiment. 1... Semiconductor substrate, 2, 4... Clad layer,
3... Active layer, 5... Cap layer, 6...
...Current injection region, 7.8... Electrode, 9... Convex part (semi-cylindrical shape), 10... Convex part (hemispherical shape), m... Semiconductor crystal, 21.23...・Resist mask, n, 24...Ion flow, 31, 41...Light emitting diode °,! ,42...
Light emitting area, O...optical fiber, U...core part,
...Lens, 46...Convex part. 3rd N ■ 25-Fourth cause
Claims (1)
、および第２クラッド層に到達するストライプ状の電流
注入領域を設け、前記活性層の側端面から光出射がなさ
れる端面発光型発光ダイオードにおいて、 前記光出射端面の電流注入領域に対応する部分が光出射
方向の少なくとも一方向に対して凸レンズ形状を有する
ように形成されていることを特徴とする端面発光型発光
ダイオード。[Claims] A first cladding layer, an active layer, a second cladding layer, and a striped current injection region reaching the second cladding layer are provided, and light is emitted from a side end face of the active layer. An edge-emitting light-emitting diode, characterized in that a portion of the light-emitting end face corresponding to the current injection region is formed to have a convex lens shape with respect to at least one light-emitting direction. diode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107393A JPS63271981A (en) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | Edge emission type light emitting diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107393A JPS63271981A (en) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | Edge emission type light emitting diode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63271981A true JPS63271981A (en) | 1988-11-09 |
Family
ID=14457997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62107393A Pending JPS63271981A (en) | 1987-04-28 | 1987-04-28 | Edge emission type light emitting diode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63271981A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5631474A (en) * | 1994-11-11 | 1997-05-20 | Ricoh Company, Ltd. | Light emitting element and array of light emitting elements for light source |
-
1987
- 1987-04-28 JP JP62107393A patent/JPS63271981A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5631474A (en) * | 1994-11-11 | 1997-05-20 | Ricoh Company, Ltd. | Light emitting element and array of light emitting elements for light source |
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