JPS6386580A - 発光ダイオ−ド - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、高出力で且つ光ファイバに効率良く光を入
射させることのできる、光通信に好適な発光ダイオード
に関する。

【従来の技術】

光通信システムの長距離化や伝送マージンの向上を図る
ため、発光ダイオードの高出力化とともに、光ファイバ
に効率良く光を入射させることができる構造を有する発
光ダイオードが研究されている。 発光ダイオードは基本的に、たとえば第２図に示すよう
な構造となっている。すなわち、　ｎ−１ｎＰ基板１０
（７）裏面上にｎ−ＩｎＰ層（バー／　７７層）　１１
．　ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層（活性層）１２、ｐ−ＩｎＰ
層（電流閉じ込め層）１３、ｐ（ＢＱａＡｓＰ層１４を
順次エピタキシャル成長させ、さらにその上に５ｉ０２
層（絶縁層）１５を設け、この５ｉＯｚ層１５に窓を形
成してｐ−電極１６を付けることによって窓部分でのみ
コンタクトを形成する。そして表面上にｎ−電極１７を
設けて、これらの電極間に電流を流すことによって、ｐ
ｎ接合に順方向電流を流して活性層１２から光を発生さ
せる。 この場合、ｐ−電極１６が５ｉ０２層１５の窓部でのみ
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層１４に接触するようにしたのはな
るべく狭い範囲で電流を流すことにより発光領域を限定
するためであるが、それでも第１図の構造の場合は電流
の拡がりに応じて発光領域が大きくなってしまうことが
避けられない。そのため、たとえばコアの直径が５０１
Ｌｍの光ファイバに光を入射させる場合、入射パワーが
それほど大きくならない欠点がある。 そこで、第３図や第４図の構造が考えられた。 第３図は基本的には第２図と同じ構造の発光ダイオード
であるが、表面側に凹部３０を設けてその中にエポキシ
樹脂３１でガラス球レンズ３２を固定してこのガラス球
レンズ３２により光を集めるというものである。なお、
２１はＡｕめっき層である。 また第４図では、ｎ−ＩｎＰ基板１０の裏面側にｎ−Ｉ
ｎＰ層１１、活性層１２、ｐ−１ｎＰ層１３、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層１４を成長させた後、この裏面側からエツ
チングして発光領域とすべき部分（直径約２０Ｂｍの部
分）を残して他を除去し、こうして残ったメサ部４０の
頂上において５ｉＯｚ層１５に窓を設けてｐ−電極１６
を接触させるという構造になっている。そのため直径２
０ｐｍの発光領域とすべき部分にだけ活性層１２が残っ
ているので、発光領域の限定ができ、光ファイバとの結
合効率も良くなる。なお、この第４図では表面側には反
射防１１−コート１８が設けられ、裏面側にはＡｕめっ
き層２１を介してＳ１ヒートシンク２２が固定されてい
る。 さらに、第５図のようにドーナツ状の凹部５０を設ける
ことによりメサ部４０を形成したものもある。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、上記の第３図のようなガラス球レンズ３
２を用いる場合は、信頼性・量産性の面で問題がある。 また、第４図のようにメサ部４０を設ける場合は、直径
約２０ｇｍのメサ部４０が裏面から突出するので、機械
的に弱く、信頼性の点で問題がある。 さらに、第５図ではドーナツ状凹部５０によってメサ部
４０を形成しているため、このような機械的強度の問題
を免れているが、ドーナツ状凹部５０を形成するための
エツチングによって活性層１２が一度露出されるため長
期信頼性に問題がある。これは、同じくエツチングを用
いる第４図の場合も同様である。 また、上記第２〜第５図のように、通常、ｎ型基板１０
を用いるためｐ型電極１ＢにＡｕＺｎを用いることにな
るが、Ａｕが拡散して活性層を劣化させ、光らない部分
を生じさせて発光効率を低下させるという問題もある。 この発明は、発光出力が高くて且つ光ファイバに効率良
く光を入射することができ、しかも信頼性・量産性とも
優れた発光ダイオードを提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明による発光ダイオードは、半導体基板としてＰ
型を用い、活性層の上にエツチングストップ層を設けて
おき、裏面側からこのエツチングストップ層まで、発光
領域とすべき部分の周囲にドーナツ状の凹部を形成し、
このドーナツ状凹部の中央に残った部分および基板の表
面側に高融点金属の電極を設けるという構造を有してい

【作　　　用】

ドーナツ状凹部の中央に残った部分に電極を設けられて
いるため、このドーナツ状凹部の中央に残った部分の活
性層のみに電流が流れ、電流の拡がりがないので発光効
率が向上し、しかも発光領域がこのドーナツ状凹部の中
央に残った部分に限定されるため、光ファイバへの入射
効率が向上する。 また、エッチングストップ層によりエツチングが阻止さ
れるので活性層が外部にさらされることがなくなり長期
信頼性が向−トする。エツチングストップ層によりエツ
チングの制御性も向上する。 さらに、ｐ側およびｎ側の電極をＡｕＰｔＴｉ系等の高
融点金属で形成したのでＡｕが拡散して活性層を劣化さ
せる問題を解決できる。

【実　施　例】

第１図において、ｐ−１ｎＰ基板ｌの裏面上にｐ−Ｉｎ
１層（バー７フア層）２、ＩｎＧａＡｓＰ層（活性層）
３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層（エツチングストップ層）４
、ｎ−１ｎＰ層（電流閉じ込め層）５を順次エピタキシ
ャル成長させる。次に裏面側からエツチングを行なって
、直径約２０舊ｍの発光領域の周囲に、たとえば幅２０
μｍのドーナツ状凹部５０を形成し、メサ部４０を作る
。このとき、エツチングストップ層４までがエツチング
され、それ以上のエツチングはエツチングストップ層４
によって阻［卜されるので、ｎ−１ｎＰ層５のみが除去
され、活性層３が露出することがない。このようなエツ
チングはＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓＰ層との選択エツチン
グによって簡単に制御でき、制御性が向上するとともに
歩留りが向上する。 その後、ＳｉＯ２層（絶縁層）６を全面に形成する。そ
してドーナツ状凹部５０の中央において残っているメサ
部４０の頂上の位置に、５ｉＯｚ層６に窓を形成し、ｎ
−電極７を句ける。さらにｐ−１ｎＰ基板１０の表面側
にｐ−電極８と反射防止コート１８を設ける。また、裏
面側にＡｕめっき層２１を設けてＳｉヒートシンク２２
上に配置する。ｎ側およびｐ側の電極７．８はいずれも
ＡｕＰｔＴｉ系高融点金属を用いる。 ここで基板１としてｐ型ＩｎＰ基板を用いているため、
基板１側のｐ型電極８の面積を大きくとることができ、
一般にオーミック電極が比較的難しいＰ型電極形成が容
易になる。このため、従来ではｐ型電極作製下程の前に
必要であった不純物拡散工程（従来では第２〜第５図の
ようにＳｉＯ、層１５に設けられた小さな面積の窓部に
コンタクトを形成する必要があるため不純物拡散を行な
っている）が不要となる利点がある。 このように、ドーナツ状凹部５０の中央の残っているメ
サ部４０の電流閉じ込め層５にのみ電流が流れるような
構造としたので、発光領域が直径約２０ｇｍとなる。ま
た、ドーナツ状凹部５０の中央に残っているメサ部４０
の電流閉じ込め層５にのみ電流が流れ、電流の拡がりが
ないため、発光効率が高く、また発光領域が小さいため
光ファイバとの結合効率も高くなる。したがって、光フ
ァイバへの入射光パワーを大きくでき、光通信用光源と
して好適である。 また、ドーナツ状凹部５０の周囲はその中央と同しかそ
れよりも高くなっているため、その中央部のみが突出す
るということがないので、機械的強度が高く、大量生産
時の歩留りの向上、信頼性の向上が図れる。 なお、上の説明の実施例はＩｎＰ系の材料を使用した長
波長用発光ダイオードであるが、ＧａＡｓ系の材料を使
用した短波長用発光ダイオードについても同じ構造とす
ることができる。この場合、ＧａＡｓ基板はＩｎＰ基板
と異なり発光した光を吸収するため基板を円状に取り除
く構造や表面側をポンディングする構造とする必要があ
る。

【発明の効果】

この発明による発光ダイオードは、光ファイバと結合効
率が高く、高出力であるため、光フアイバ通信に好適で
ある。また、エッチングストップ層を用いているため、
エツチングの制御性が向上するとともに活性層が露出す
る事態を防ぐことができ、長期信頼性に優れる。ｐ側お
よびｎ側の電極をいずれもＡｕＰｔＴｉ系高融点金属と
しているので、熱処理工程（アニール工程）が簡略化さ
れ、しかも活性層が劣化するおそれもないので、この点
でも信頼性が高い。ｐ側電極作製時の不純物拡散構成を
省略でき、製造工程を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図、第３図
、第４図および第５図は従来例の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｐ型半導体基板の１表面上に活性層とｎ型半導体
   層とを順次成長させてなる発光ダイオードにおいて、上
   記活性層とｎ型半導体層との間にエッチングストップ層
   を設け、上記の表面側からエッチングストップ層までｎ
   型半導体層を除去するよう、発光領域とすべき部分の周
   囲にドーナツ状の凹部を形成し、該ドーナツ状凹部の中
   央に残った部分と上記基板の他の表面上とに高融点金属
   の電極を設けたことを特徴とする発光ダイオード。