WO2007116729A1 - 垂直共振器型発光ダイオード - Google Patents

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WO2007116729A1
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light emitting
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logarithm
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Inventor
Masatoshi Iwata
Ryo Sakamoto
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Dowa Electronics Materials Co., Ltd.
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H01L33/105—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector with a resonant cavity structure

Definitions

  • the present invention relates to a vertical resonator type light emitting diode used for a light source for a plastic optical fiber.
  • a light-emitting diode As a light source for a plastic optical fiber (POF), a light-emitting diode that is less expensive than a laser diode has attracted attention.
  • conventional light emitting diodes are insufficient, and a vertical resonator type light emitting diode having a resonator that resonates light is required.
  • a vertical resonator type light emitting diode is sandwiched between reflective layers for resonating light from an active layer from above and below a double hetero structure including an active layer, and light emitted from the active layer is active layer.
  • This reflective layer increases the reflectivity by laminating many pairs of Bragg reflective layers in which high refractive index films and low refractive index films are alternately laminated.
  • the reflectance of the reflective layer the light emitted from the active layer can be selectively emitted from the reflective layer by making the reflectance on the light emission side lower than the other reflectance.
  • the vertical resonator type light emitting diode is considered to be used in a high temperature region of 100 ° C, and a diode whose light emission output changes little with temperature is required.
  • Patent Document 1 discloses that in a vertical cavity type light emitting diode, the reflection layer on the light emitting side, that is, the diode surface side has a plurality of reflection band characteristics to prevent a decrease in light emission output in a high temperature region. Has been.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-332615
  • Patent Document 1 in order to have a plurality of reflection band characteristics in the reflection layer on the light emission side, the design of the reflection layer becomes complicated.
  • the reflective layer is a Bragg reflective layer and its logarithm is, for example, 18 pairs or more. Therefore, there is a problem that the crystal growth time for this is long.
  • the present invention provides a novel vertical resonator type light emitting diode in which the structure of the reflective layer on the light exit side is simplified and the light emission output does not easily decrease even at high temperatures.
  • the inventors of the present invention have determined that the logarithm of the reflection layer on the light exit side is the logarithm of the reflection layer on the light reflection layer side in the resonator structure of the vertical cavity light emitting diode.
  • the present invention was completed by obtaining the knowledge that the temperature dependence of the light emission output is improved by setting it to 1 Zio or more and 1 Z3 or less.
  • a vertical cavity light emitting diode includes an active layer serving as a light emitting layer, a first reflective layer on a light reflecting side formed between the active layers, and a light emission.
  • the first reflective layer and the second reflective layer have a structure in which a plurality of pairs of semiconductor alternating layers having different refractive indexes are stacked, and the first reflective layer and the second reflective layer are stacked. 2
  • the logarithm of the reflection layer is 1Z10 or more and 1Z3 or less of the logarithm of the first reflection layer.
  • the logarithm of the second reflection layer on the light emission side is 1Z10 or more and 1Z3 or less of the logarithm of the first reflection layer on the light reflection side, so that the light emission output at room temperature does not decrease, and It is possible to realize a vertical cavity light emitting diode in which the temperature dependence of the light emission output is improved.
  • the logarithm of the first reflective layer is preferably 11 pairs or more and 41 pairs or less. According to this configuration, the reflectivity of the first reflective layer is increased, and a vertical resonator type light emitting diode having a high light emission output can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a vertical cavity light emitting diode according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of FIG.
  • FIG. 3 shows the light emission output of the vertical cavity light emitting diodes in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. It is a figure which shows ambient temperature dependence.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a vertical cavity light emitting diode according to the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of FIG. That is, FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
  • the vertical cavity light emitting diode 1 of the present invention includes an n-type substrate 2 and an n-type first reflective layer 3 (hereinafter referred to as a first reflective layer as appropriate) on the light reflection side.
  • the second reflective layer 9 has a current confinement layer on the p-type cladding layer
  • the second reflection layer 9 is layered on the opening portion of the current confinement layer 8 and above the current confinement layer 8 having the opening portion. Is formed.
  • the opening portion of the current confinement layer 8 becomes a current path and a light extraction region of the vertical cavity light emitting diode 1.
  • the electrode layer 10 is formed to face the current confinement layer 8 with the second reflective layer 9 interposed therebetween. Electrodes 12 and 13 are formed on the substrate 2 and the electrode layer 10, respectively.
  • the current confinement layer 8 is an n-type layer or a so-called non-dope layer to which impurities are not intentionally added.
  • the non-doped layer may be a semi-insulating layer such as i (intrinsic semiconductor) or n or a high resistance layer.
  • the substrate has been described as an n-type substrate, it may be a p-type substrate of the opposite conductivity type. In that case, the conductivity type of each layer may be changed according to the substrate.
  • the active layer 5 in the double heterojunction 7 serving as the light emitting portion may be an active layer 22 having a quantum well structure.
  • the active layer 22 having the quantum well structure force can be a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which thin semiconductor layers having different forbidden bandwidths can be alternately stacked. By optimizing this quantum well structure, it is possible to realize a vertical cavity light emitting diode 1 capable of higher output and faster response than the single-layer active layer 5 shown in FIG. .
  • a first reflective layer 3 and a second reflective layer 9 that are Bragg reflective layers are formed with the active layer 5 interposed therebetween.
  • the distance between the first reflective layer 3 and the second reflective layer 9 in the y direction in FIG. 1, that is, the thickness force of the double heterojunction 7 corresponds to the vertical resonator length L.
  • the resonator length L is given by the following equation (1).
  • n is an arbitrary integer
  • ⁇ is the emission wavelength of the vertical cavity light emitting diode
  • m is the emission wavelength of the vertical cavity light emitting diode
  • the first reflective layer 3 and the second reflective layer 9 are different in refractive index, that is, a layer having a relatively high refractive index (hereinafter referred to as a high refractive index film) and a relatively low refractive index.
  • a layer having a refractive index hereinafter referred to as a low refractive index film.
  • the film thickness of this high refractive index film is X / (4-m), where m is the refractive index, and similarly, the film thickness when the refractive index of the low refractive index film is m.
  • the first reflective layer 3 and the second reflective layer 9 are made of a high refractive index film and a low refractive index. This is formed by stacking multiple pairs of alternating layers of refractive films with different refractive indexes.
  • the light emitted from the active layer 5 is increased by making the reflectance of the first reflective layer 3 on the light reflecting side below the reflectance of the second reflective layer 9 on the light emitting side above. Can be efficiently emitted from the second reflective layer 9 side.
  • the feature of the present invention is that the logarithm P of the second reflective layer 9 is the logarithm P of the first reflective layer 3.
  • 2 1 is 1Z3 or less and 1Z10 or more. In other words, 1 / 10 ⁇ P ZP ⁇ 1Z3
  • the logarithm P of the second reflective layer 9 is 1Z3 or more with respect to the logarithm P of the first reflective layer 3.
  • the logarithm is preferably 11 pairs or more and 41 pairs or less. If this logarithm is less than or equal to 10.5, amplification due to light resonance cannot occur sufficiently in the resonator, and high light output and sufficient directivity cannot be obtained. Conversely, if it is 41.5 pairs or more, the crystal growth time will be longer, and the heat generated by the light emission of the active layer 5 will be insufficiently dissipated, causing the light output to decrease. confirmed.
  • 10.5 pairs means that the first reflective layer 3 is composed of 10 pairs of high refractive index films and low refractive index films, and one layer of high refractive index film or low refractive index film. It is composed of a membrane and a cover.
  • a high refractive index layer is made of Al Ga As (where r is an A1 composition, ⁇ r ⁇ 1) and low flexion r 1-r Alternating layers with AlAs as the ratio layer can be used.
  • the first and second reflective layers 3 and 9 that are alternately laminated are indicated as AlGaAsZAlAs.
  • the layer may be Al Ga As.
  • the A1 composition s of the low refractive index layer is set to 0.4 ⁇ s ⁇ 1, and the high refractive index r 1-r
  • the Al composition r of the layer is 0 ⁇ r ⁇ 0.6, and the relationship between the A1 composition s of the low refractive index layer and the A1 composition r of the high refractive index layer is s ⁇ r + 0.4 Thus, a film having a high reflectance can be formed.
  • a buffer layer (not shown) may be inserted between the n-type substrate 2 and the first reflective layer 3. By inserting this buffer layer, the first reflective layer 3 having high crystallinity can be formed.
  • the surface of the vertical cavity light emitting diode 1 may be covered with an insulator 13 serving as a protective film.
  • the protective film 13 can be formed by depositing a Si-based oxide film or a nitride film by a plasma CVD method.
  • the thickness of this film is (n / 4) x (/ m) (where n is an odd number, m is acid
  • the vertical resonator type light emitting diode 1 of Example 1 has a structure including a current confinement layer shown in FIG.
  • the MOCVD method is used to form an n-type buffer layer, a first reflective layer 3, an n-type Al In P (not shown) as a first epitaxial growth layer on an n-type GaAs substrate 2.
  • active layer 22 consisting of quantum well layer containing InGaP, p-Al I
  • a second cladding layer 6 made of 10.5 nP and an n-type Al In P current confinement layer 8 were grown in this order. Life
  • the thickness of the cladding layers 4 and 6 was designed so that the emission wavelength of the active layer 7 was 650 nm and the resonator length was 652 nm. At this stage, the epitaxial wafer was taken out.
  • a patterning step for forming the exit window portion was performed to partially remove the current confinement layer 8 in the region to be the exit window portion, and a re-cleaning step was performed.
  • This second growth like the first growth, uses the MOCVD method, A second reflective layer 9 and a p-type GaAs electrode layer 10 having a thickness of lOOnm were grown in this order.
  • each of the first and second reflective layers 3 and 9 has a pair of alternating layers, a high refractive index film of AlGaAs (45 nm), and a low refractive index film.
  • AlAs (52.5 nm)
  • the logarithm (P) of the first reflective layer 3 is set to 20.5 pairs.
  • the logarithm (P) of the second reflective layer 9 was 2.5 pairs. In this case, the logarithm of the second reflection layer 9 and the first reflection
  • the logarithmic ratio of layer 3, ie P / P is 1Z10.
  • the size of the chip is about 320 m ⁇ 320 m, and the diameter of the light exit window 14 is 80 m.
  • Example 2 was performed in the same manner as Example 1 except that the logarithm (P) of the second reflective layer 9 was 5.5.
  • a vertical cavity light emitting diode was manufactured.
  • the ratio (P / P) of the logarithm (P) of one reflective layer 3 is 5.5 / 20.5, which is 1/4.
  • Comparative Example 1 was performed in the same manner as in Example 1 except that the logarithm (P) of the second reflective layer 9 was changed to 10.5.
  • a vertical cavity light emitting diode was manufactured.
  • the ratio (P / P) of the logarithm (P) of the reflective layer 3 is 10.5 / 20.5 and is 1/2.
  • Table 1 shows the logarithm (P) of the first reflective layer, the logarithm (P) of the second reflective layer 9 and the logarithm of the first reflective layer in the vertical cavity light emitting diodes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.
  • Example 1 20. 5 2. 5 1 / ⁇ 0 -0. 1 4
  • Example 2 5. 5 1/4 -0.21 Comparative Example 1 2 o0. 5 1 0. 5 1 ⁇ 2 -0. 64
  • FIG. 3 is a graph showing the ambient temperature dependence of the light emission output of the vertical cavity light emitting diodes in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1.
  • the horizontal axis shows the ambient temperature (° C)
  • the vertical axis shows the standard light emission output standardized with a light emission output of 25 ° C.
  • the energized current is 10 mA.
  • the light emission output was measured by mounting the vertical cavity light emitting diodes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 on the TO-18 stem.
  • the light output is measured by measuring the light transmitted by receiving light from a vertical cavity type light emitting diode in close contact with a plastic fiber of length lm (Eska Mega, manufactured by Mitsubishi Rayon).
  • the light output at each temperature of 40 ° C, 30 ° C, 0 ° C, 25 ° C, 50 ° C, 80 ° C, 100 ° C, and 105 ° C is set to each measurement temperature for 1 hour.
  • a current was passed through the vertical resonator type light emitting diode to emit light.
  • the total emission wavelength intensity at this time was measured using a power meter. Note that the wavelength at which the light emission intensity of the vertical cavity light emitting diodes in Examples and Comparative Examples at 25 ° C. was maximum was 652 nm.
  • the temperature dependence of the organic light-emitting diode 1 is 0.21% Z ° C, and in any case, the decrease in the light emission output accompanying the temperature rise is small.
  • the logarithm (P) of the first reflective layer 3 was set to 10.5 pairs, and the logarithm (P) of the second reflective layer 9 was
  • a vertical resonator type light emitting diode of Example 3 was manufactured in the same manner as Example 1 except that 1 2 was changed to 40.5 pairs.
  • the logarithm (P) of the second reflective layer 9 and the logarithm (P) of the first reflective layer 3 are
  • the logarithm (P) of the first reflective layer 3 is 10.5, and the logarithm (P) of the second reflective layer 9 is 2.5.
  • a vertical resonator type light emitting diode of Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as Example 1 except for the above.
  • the ratio (P ZP) of the logarithm (P) of the second reflective layer 9 and the logarithm (P) of the first reflective layer 3 is 1
  • Each of the vertical cavity light emitting diodes of Examples 2 and 3 and Comparative Example 2 has a ratio (P ZP) of the logarithm (P) of the second reflective layer 9 and the logarithm (P) of the first reflective layer 3. 1Z4 and the first reflective layer 3
  • Example 3 1 0. 5 1.63 -0.24 o ⁇
  • the light output was increased by setting the number of the first reflective layer 3 to 11 pairs or more. It was also possible to improve the temperature dependence of the output.
  • the logarithmic force of the first reflective layer 3 is 0.5 pairs or more, as described above, the crystal growth time becomes longer, and the heat generated by the light emission of the active layer 5 is dissipated. The light output decreased because it became insufficient and caused a decrease in light output.
  • the present invention is not limited to the vertical resonator type light emitting diodes described in the above embodiments, and can be variously modified or changed within the scope of the invention described in the claims.
  • the log ratio of the first reflective layer 3 and the second reflective layer 9 depends on the oscillation wavelength and the light output. Needless to say, changes can be made as appropriate within the scope of the claims.

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Abstract

　光出射側の反射層の構造をより簡単にし、高温側でも発光出力の低下し難い、新規な垂直共振器型発光ダイオードであって、発光層となる活性層５と、活性層５を挟んで形成された光反射側の第１反射層３及び光出射側の第２反射層９とを有する垂直共振器型発光ダイオード１であって、第１及び第２反射層３，９は、互いに屈折率が異なる半導体交互層を１対として、この対を複数積層した構造を有し、第２反射層９の対数が、第１反射層３の対数の１／１０以上、かつ、１／３以下とする。第１反射層の対数を、１１対以上、かつ、４１対以下とすれば、より発光出力を高めることができる。

Description

明 細 書
垂直共振器型発光ダイオード
技術分野
[0001] 本発明は、プラスチック光ファイバ一用の光源などに使用される垂直共振器型発光 ダイオードに関する。
背景技術
[0002] プラスチック光ファイバ一（POF)用の光源として、レーザーダイオードより安価であ る発光ダイオードが注目されている。しかし、より高出力、高速応答性を実現するため には、従来の発光ダイオードでは不十分であり、光を共振させる共振器を有する垂直 共振器型発光ダイオードが必要となる。
[0003] 垂直共振器型発光ダイオードは、活性層を含むダブルへテロ構造の上下から、活 性層からの光を共振させるための反射層で挟み込み、活性層から発光された光を活 性層に対して垂直方向に共振させる垂直共振器を有している。この反射層は、高屈 折率膜と低屈折率膜が交互に積層したブラッグ反射層を多対積層することで反射率 を高めている。この反射層の反射率は、光出射側の反射率を他方の反射率よりも低 くすることで、活性層で発光した光を反射層から選択的に出射することができる。
[0004] この垂直共振器型発光ダイオードは、 100°Cの高温度領域での使用が考えられて おり、温度による発光出力の変化が小さいダイオードが求められている。特許文献 1 には、垂直共振器型発光ダイオードにおいて、光出射側、つまり、ダイオード表面側 の反射層に複数の反射帯域特性をもたせることで、高温領域における発光出力の低 下を防ぐことが開示されている。
[0005] 特許文献 1 :特開 2003— 332615号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、特許文献 1で開示されているように、光出射側の反射層に複数の反 射帯域特性をもたせるためには、反射層の設計が複雑となる。また、反射層をブラッ グ反射層としその対数を例えば 18対以上としているので、光出射側の反射層を形成 するための結晶成長時間が長くなるという課題がある。
[0007] 本発明は、上記課題に鑑み、垂直共振器の構造において、光出射側の反射層の 構造をより簡単にし、高温側でも発光出力の低下し難い、新規な垂直共振器型発光 ダイオードを提供することを目的として ヽる。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、垂直共振器型発光ダイオードの共振器構 造において、光出射側の反射層の対数を、光反射層側の反射層の対数に対して、 1 Zio以上、かつ、 1Z3以下とすることで、発光出力の温度依存性が改善されるとい う知見を得て、本発明を完成するに至った。
[0009] 上記目的を達成するため、本発明の垂直共振器型発光ダイオードは、発光層とな る活性層と、この活性層を挟んで形成された光反射側の第 1反射層及び光出射側の 第 2反射層とを有しており、第 1反射層及び第 2反射層は、互いに屈折率が異なる半 導体交互層を 1対として、この対を複数積層した構造を有し、第 2反射層の対数が、 第 1反射層の対数の 1Z10以上、かつ、 1Z3以下であることを特徴とする。
上記構成によれば、光出射側の第 2反射層の対数を、光反射側の第 1反射層の対 数の 1Z10以上で 1Z3以下とすることにより、室温における発光出力が低下せず、 かつ発光出力の温度依存性が改善される垂直共振器型発光ダイオードを実現する ことができる。
[0010] 上記構成において、第 1反射層の対数は、好ましくは、 11対以上、かつ、 41対以 下である。この構成によれば、第 1反射層の反射率が高くなり、高発光出力の垂直共 振器型発光ダイオードとすることができる。
発明の効果
[0011] 本発明によれば、光出射側の反射層の構造が単純で、かつ、発光出力の温度によ る変化の少ない高出力の垂直共振器型発光ダイオードを提供することができる。 図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの断面構造を示す図である。
[図 2]図 1の平面図である。
[図 3]実施例 1及び 2と比較例 1における垂直共振器型発光ダイオードの発光出力の 囲温度依存性を示す図である。
符号の説明
1: ：垂直共振器型発光ダイオード
2: ： n型基板
3: :n型の第 1反射層
4: ： n型の第 1クラッド層
5: ：活性層
6: ： p型の第 2クラッド層
7: ：ダブルへテロ接合 (発光部）
8: ：電流狭窄層
9: ： P型の第 2反射層
10: ：電極層
11: ：保護膜
12, 13:電極層
14: ：光の出射窓部
15: ：ダイシング領域
18: ：ノッファ層
22: ：量子井戸構造からなる活性層
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。各図において同一又は 対応する部材には同一符号を用いる。
図 1は、本発明に係る垂直共振器型発光ダイオードの断面構造を示す図であり、図 2は図 1の平面図である。即ち、図 2の X— X線に沿った断面図が図 1である。図 1に 示すように、本発明の垂直共振器型発光ダイオード 1は、 n型基板 2と、光反射側で ある n型の第 1反射層 3 (以下、適宜第 1反射層と呼ぶ）と、 n型クラッド層 4と活性層 5 と p型クラッド層 6とを含むダブルへテロ接合 7と、一部に開孔部を有する電流狭窄層 8と、光出射側である p型の第 2反射層 9 (以下、適宜第 2反射層と呼ぶ)と、その上部 に設けられる P型電極層 10と、電極層 10を含む発光ダイオード表面を覆う保護膜 13 と、を含み形成されている。第 2反射層 9は、 p型クラッド層上に電流狭窄層を有する 場合、電流狭窄層 8の開孔部と開孔部の上方及び開孔部を有する電流狭窄層 8上と に、層状に形成されている。この電流狭窄層 8の開孔部は、垂直共振器型発光ダイ オード 1の電流通路及び光の取り出し領域となる。電極層 10は、第 2反射層 9を挟ん で電流狭窄層 8と対向して形成されている。そして、基板 2及び電極層 10には、それ ぞれ、電極 12, 13が形成されている。
ここで、電流狭窄層 8は、 n型層又は故意には不純物を添加しない所謂、ノンドーブ 層である。ノンドープ層は、 i (真性半導体)又は nのような半絶縁層や高抵抗層とし てもよい。なお、基板を n型として説明したが、その反対導電型の p型基板であっても よぐその場合には、上記各層の伝導型を基板に応じて変更すればよい。
[0015] 発光部となるダブルへテロ接合 7中の活性層 5は、量子井戸構造からなる活性層 2 2としてもよい。量子井戸構造力もなる活性層 22は、禁制帯幅の異なる薄い半導体 層を交互に積層して形成できる、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすること ができる。この量子井戸構造を最適化すれば、図 1に示した単一層からなる活性層 5 に対して、より高出力で、高速応答ができる垂直共振器型発光ダイオード 1を実現す ることがでさる。
[0016] 上記活性層 5を挟んで、ブラッグ反射層である第 1反射層 3と第 2反射層 9が形成さ れている。この場合、図 1の y方向における、第 1反射層 3と第 2反射層 9との間隔、す なわち、上記ダブルへテロ接合 7の厚さ力 垂直共振器長 L に相当する。この垂直 res
共振器長 L は、下記（1)式で与えられる。
res
L = (η· λ ) / (2 · πι ) ( 1)
res 0
ここで、 nは任意の整数、 λは垂直共振器型発光ダイオードの発光波長、 mはダ
0 ブルへテロ接合層の平均屈折率である。
[0017] 第 1反射層 3及び第 2反射層 9は、互いに相違する屈折率、すなわち、相対的に高 い屈折率を有する層（以下、高屈折率膜と呼ぶ)と相対的に低い屈折率を有する層（ 以下、低屈折率膜と呼ぶ)を有している。この高屈折率膜の膜厚は、その屈折率を m とすると、 X / (4 - m )とし、同様に、低屈折率膜の屈折率を mとすると、その膜厚
1 1 2
を λ Ζ(4 · πι )とすればよい。第 1反射層 3及び第 2反射層 9は、高屈折率膜と低屈 折率膜で成る互いに屈折率が異なる半導体交互層を 1対として、この対を多対積層 することで形成されている。
[0018] この場合、下部にある光反射側の第 1反射層 3の反射率を上部にある光出射側の 第 2反射層 9の反射率よりも高めることで、活性層 5で発光した光を第 2反射層 9側か ら効率良く出射することができる。このためには、光反射側の第 1反射層 3の対数 (P
1
)を光出射側の第 2反射層 9の対数 (P )よりも多くすることで、活性層 5で発光した光
2
を第 2反射層 9側から出射することができる。
[0019] 本発明の特徴は、光出射側、即ち第 2反射層 9の対数 Pを、第 1反射層 3の対数 P
2 1 に対して 1Z3以下、 1Z10以上としたことである。つまり、 1/10≤P ZP≤1Z3と
2 1 することで、周囲温度による発光出力の変化が小さい垂直共振型発光ダイオードと することができる。
ここで、第 2反射層 9の対数 Pを、第 1反射層 3の対数 P に対して 1Z3以上とする
2 1
と、周囲温度の上昇に伴い発光出力の低下が顕著になるので好ましくない。逆に、 第 2反射層 9の対数 Pを、第 1反射層 3の対数 P に対して 1Z10以下とすると、共振
2 1
器内で光の共振による増幅が十分に起こらないため、高い発光出力が得られないこ とが分力つた。
[0020] 第 1反射層 3の反射率を向上させるためには、その対数を 11対以上、かつ、 41対 以下にすることが好ましい。この対数を 10. 5対以下とすると、共振器内で光の共振 による増幅を十分に生起できないために、高い発光出力と十分な指向性が得られな い。逆に、 41. 5対以上とすると、結晶成長の時間も長くなる上に、活性層 5の発光に より生じた熱の放熱が不十分となり、逆に発光出力の低下を引き起こしてしまうことを 確認した。
ここで、上記の対数で、整数ではない 10. 5対などの表記は、高屈折率膜、低屈折 率膜のどちらか一方が対となって 、な 、状態で積層されて 、ることを示して 、る。例 えば 10. 5対とは、第 1反射層 3が、高屈折率膜及び低屈折率膜からなる対が 10対と 、さらに、高屈折率膜又は低屈折率膜が 1層積層された膜と、カゝら構成されている。
[0021] 第 1及び第 2反射層 3, 9において、高屈折率及び低屈折率の層の組合せとしては 、高屈折率の層を Al Ga As (ここで、 rは A1組成であり、 0<r< 1である）とし、低屈 r 1-r 折率の層を AlAsとした交互層が使用できる。このような交互に積層する第 1及び第 2 反射層 3, 9を、 Al Ga AsZAlAsとして示す。
r 1-r
[0022] 高屈折率及び低屈折率の層の組み合わせとしては、低屈折率層の AlAsの代わり に、 Al Ga As (ここで、 sは Al組成であり、 0< s< lであり、 s >r)とし、高屈折率の s 1— s
層を Al Ga Asとしてもよい。低屈折率層の A1組成 sを、 0. 4< s< 1とし、高屈折率 r 1-r
層の Al組成 rを、 0<r< 0. 6とし、かつ、低屈折率層の A1組成 sと高屈折率層の A1組 成 rとの関係を、 s≥r+0. 4とすることで、高い反射率の膜を形成することができる。
[0023] さらに、 n型基板 2と第 1反射層 3との間には、図示しないバッファ層を挿入してもよ い。このバッファ層を挿入することにより、結晶性の高い第 1反射層 3を形成すること ができる。
[0024] 垂直共振器型発光ダイオード 1の表面を保護膜となる絶縁物 13で被覆してもよい。
保護膜 13は、プラズマ CVD法で、 Si系の酸ィ匕膜又は窒化膜などを堆積して形成す ることができる。この膜の厚さは、 (n /4) x ( /m ) (ここで、 n ：奇数、 m ：酸ィ匕
1 3 1 3 膜又は窒化膜の屈折率)とし、光に対して透過率の高い膜とすればよい。
実施例 1
[0025] 以下、本発明の垂直共振器型発光ダイオード 1の実施例について説明する。
実施例 1の垂直共振器型発光ダイオード 1は、図 1に示す電流狭窄層を備えた構 造を有している。
先ず、第 1工程として、 MOCVD法を用いて n型 GaAs基板 2上に第 1回目のェピタ キシャル成長層として、図示していない n型バッファ層、第 1反射層 3、 n型 Al In P
0.5 0.5 力も成る第 1クラッド層 4、 In Ga Pを含む量子井戸層からなる活性層 22、 p—Al I
1 0.5 n Pから成る第 2クラッド層 6、 n型 Al In P電流狭窄層 8を、順に成長させた。活
0.5 0.5 0.5
性層 7の発光波長は 650nmとし、共振器長は 652nmとなるようクラッド層 4, 6の厚み を設計した。この段階で、ェピタキシャルウェハを取り出した。
[0026] 第 2の工程として、出射窓部を形成するパター-ング工程を行い、出射窓部となる 領域の電流狭窄層 8を部分的に除去し、再洗浄工程を行った。
続いて、上記部分的に出射窓部が形成された電流狭窄層 8上に埋込ェピタキシャ ル成長を行った。この 2回目の成長は、 1回目の成長と同様、 MOCVD法を用いて、 第 2反射層 9と、厚さが lOOnmの p型 GaAs電極層 10と、を順に成長させた。
その後、ェピタキシャル成長面の表面への AuZAuSbZnの 2層力 成る電極 13及 び基板裏面への AuGeNi合金から成る電極 12を形成する工程と、保護膜の形成ェ 程、ダイシング工程などを経て、垂直共振器型発光ダイオード 1を製造した。
[0027] 実施例 1においては、第 1及び第 2反射層 3, 9は、何れも 1対となる交互層を、高屈 折率膜を Al Ga As (45nm)とし、低屈折率膜を AlAs (52. 5nm)とし、この交互
0.45 0.55
層を多対積層した構造とした。具体的には、第 1反射層 3の対数 (P )を 20. 5対とし
1
、第 2反射層 9の対数 (P )を 2. 5対とした。この場合、第 2反射層 9の対数と第 1反射
2
層 3の対数の比、つまり、 P /P は、 1Z10である。
2 1
ここで、チップの大きさは、 320 m X 320 m程度であり、光の出射窓部 14の直 径を 80 mとした。
実施例 2
[0028] 第 2反射層 9の対数 (P )を 5. 5対とした以外は、実施例 1と同様にして、実施例 2
2
の垂直共振器型発光ダイオードを製造した。この場合、第 2反射層 9の対数 (P )と第
2
1反射層 3の対数 (P )の比（P /P )は、 5. 5/20. 5であり、 1/4である。
1 2 1
[0029] (比較例 1)
次に、比較例 1について説明する。
第 2反射層 9の対数 (P )を 10. 5対とした以外は、実施例 1と同様にして、比較例 1
2
の垂直共振器型発光ダイオードを製造した。この場合、第 2反射層 9の対数 (P )と第
2
1反射層 3の対数 (P )の比（P /P )は、 10. 5/20. 5であり、 1/2である。
1 2 1
ここで表 1は、実施例 1及び 2と比較例 1の垂直共振器型発光ダイオードにおける第 1反射層の対数 (P )、第 2反射層 9の対数 (P )、その第 1反射層に対する比 (P ZP
1 2 2
)及び後述する発光出力の温度依存性 (%/°C)を示す表である。
1
[表 1] 25°C~ 1 05°Cの発光
第 1反射層 第 2反射層 対数比
の対数 出力の温度依存性
の対数（P2)
(% 。 C)
実施例 1 20. 5 2. 5 1 /Ί 0 -0. 1 4
実施例 2 5. 5 1 /4 -0. 21 比較例 1 2 o0. 5 1 0. 5 1 Ζ2 -0. 64
[0030] 次に、実施例 1及び 2と比較例 1の垂直共振器型発光ダイオードの発光特性につ いて説明する。
図 3は、実施例 1及び 2と比較例 1における垂直共振器型発光ダイオードの発光出 力の周囲温度依存性を示す図である。図 3において、横軸は周囲温度 (°C)を示し、 縦軸は 25°Cの発光出力で規格ィ匕した規格ィ匕発光出力である。通電した電流は 10m Aである。発光出力は、実施例 1及び 2と比較例 1の各垂直共振器型発光ダイオード を TO— 18ステムにマウントして測定した。その発光出力は、垂直共振器型発光ダイ オードに長さ lmのプラスチックファイバー（三菱レーヨン製、 EskaMega)に最近接さ せて光を伝送し、受光して測定した値である。 40°C、— 30°C、 0°C、 25°C、 50°C、 80°C、 100°C、 105°Cの各温度での発光出力は、各測定温度に設定し、 1時間等温 保持した後、垂直共振器型発光ダイオードに電流を通電して発光させた。このときの 全発光波長強度を、パワーメーターを用いて測定した。なお、 25°Cにおける実施例 及び比較例における垂直共振器型発光ダイオードの発光強度が最大となる波長は、 何れも 652nmであつた。
[0031] 図 3から明らかなように、実施例 1の P /P を 1Z10とした垂直共振器型発光ダイ
2 1
オード 1の周囲温度を 25°Cから 105°Cまで変化させたときに発光出力は減少し、そ の減少割合は— 0. 14%Z°Cであった。実施例 2の P /Pを 1Z4とした垂直共振
2 1
器型発光ダイオード 1の上記温度依存性は 0. 21%Z°Cであり、何れの場合も、温 度上昇に伴う発光出力の低下が小さいことが分力つた。
[0032] 一方、比較例 1の P /Pを 1Z2とした垂直共振器型発光ダイオードの周囲温度を
2 1
25°Cから 105°Cまで変化させたときに発光出力は減少し、その減少割合は— 0. 64 %Z°Cと大きぐ温度上昇に伴う発光出力の低下が著しいことが分力つた。 [0033] 上記実施例 1及び 2及び比較例 1によれば、実施例 1及び 2の垂直共振器型発光 ダイオードにおいては、第 2反射層 9の対数を第 1反射層 3の対数に対して、 1Z4以 下とすることにより、発光出力の温度依存性が改善されることが分かり、周囲温度が 上昇しても発光出力が低減し難い垂直共振器型発光ダイオード 1が得られることが 判明した。
実施例 3
[0034] 次に、実施例 3について説明する。
実施例 3として、第 1反射層 3の対数 (P )を 10. 5対とし、第 2反射層 9の対数 (P )
1 2 を 40. 5対とした以外は、実施例 1と同様にして、実施例 3の垂直共振器型発光ダイ オードを製造した。この場合、第 2反射層 9の対数 (P )と第 1反射層 3の対数 (P )の
2 1 比（P /P )は、 1Z4であり、実施例 2の場合と同じ比率であるが、実施例 1及び 2に
2 1
対して、第 1反射層 3の対数 (P )を大きくした。
1
[0035] (比較例 2)
次に、比較例 2について説明する。
第 1反射層 3の対数 (P )を 10. 5対とし、第 2反射層 9の対数 (P )を 2. 5対とした
1 2
以外は、実施例 1と同様にして、比較例 2の垂直共振器型発光ダイオードを製造した 。この場合、第 2反射層 9の対数 (P )と第 1反射層 3の対数 (P )の比 (P ZP )は、 1
2 1 2 1
Z4であり、実施例 2及び 3の場合と同じ比率である力 実施例 2及び 3に対して、第 1 反射層 3の対数 (P )を小さくした。
1
[0036] 実施例 2及び 3と比較例 2の垂直共振器型発光ダイオードは、何れも第 2反射層 9 の対数 (P )と第 1反射層 3の対数 (P )の比 (P ZP )を、 1Z4とし、第 1反射層 3の
2 1 2 1
対数を変化させた場合である。上記の実施例 1と同じ測定方法で、順方向電流を 20 mA流したときの発光出力及び順方向電流が 10mAの場合における発光出力の温 度依存性を測定した。表 2は、実施例 2及び 3と比較例 2の発光出力及び発光出力の 温度依存性を示す表であり、第 1及び第 2反射層の対数と、その対数比 (P ZP )も
2 1 併せて示している。この対数比（P /P )は、実施例 2, 3及び比較例 2において、何
2 1
れも 1Z4と同じ値である。
[表 2] 発光出力の 第 1反射層 第 2反射層 対数比 発光出力
(@20mA) 温度依存性 の対数（P^ の対数 (P2) ( P P，） ( @ 1 0mA)
(mW)
(%Z。C) 実施例 2 5. 5 1 , 78 -0. 21
1 /4
実施例 3 1 0. 5 1 . 63 -0. 24 o ο
比較例 2 1 0. 5 2. 5 1 Z4 1 . 29 -0. 31
[0037] 表 2から明らかなように、実施例 2及び 3の第 1反射層 3の対数を 20. 5対、 40. 5対 とした場合の発光出力は、それぞれ、 1. 78mW、 1. 63mWであった。
一方、比較例 2の第 1反射層 3の対数を 10. 5対とした場合の発光出力は、 1. 29m
Wであり、実施例 2及び 3に比較して、著しく発光出力が低下することが判明した。
[0038] 発光出力の周囲温度を 25°Cから 105°Cまで変化させたときの発光強度の温度依 存性は、実施例 2及び実施例 3において、それぞれ、 -0. 21%/°C, -0. 24%/
°Cであった。
一方、比較例 2の発光出力の周囲温度を 25°Cから 105°Cまで変化させたときの発 光強度の温度依存性は 0. 31%Z°Cであり、実施例 2及び 3に比較して、高温の 周囲温度において発光出力が低下することが分力つた。
これから、対数比（P /P )を同じ 1Z4とした場合においても、実施例 2及び 3は比
2 1
較例 2と比べると、発光出力の温度依存性が小さくなり、高温の周囲温度における発 光出力の低下が改善されることが判明した。
[0039] 実施例 2及び 3と比較例 2の垂直共振器型発光ダイオードを比較したところ、第 1反 射層 3の対数を 11対以上とすることで、発光出力が大きくなり、さらに、発光出力の温 度依存性も改善されることが分力つた。表には示していないが、第 1反射層 3の対数 力 0. 5対以上では、上述したように、結晶成長の時間も長くなる上に、活性層 5の 発光により生じた熱の放熱が不十分となり、逆に発光出力の低下を引き起こしてしま うので発光出力が低下した。
[0040] 本発明は、上記実施例に記載の垂直共振器型発光ダイオードに限定されることな く請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に変形又は変更することができる。例 えば、第 1反射層 3及び第 2反射層 9の対数の比率は、発振波長や発光出力に応じ て、請求の範囲に記載した範囲で適宜変更できることは言うまでもな 、。

Claims

請求の範囲
[1] 発光層となる活性層と、該活性層を挟んで形成された光反射側の第 1反射層及び 光出射側の第 2反射層と、を有する垂直共振器型発光ダイオードであって、 上記第 1及び第 2反射層は、互いに屈折率が異なる半導体交互層を 1対として、こ の対を複数積層した構造を有し、
上記第 2反射層の対数が、上記第 1反射層の対数の 1Z10以上、かつ、 1Z3以下 であることを特徴とする、垂直共振器型発光ダイオード。
[2] 前記第 1反射層の対数が、 11対以上、かつ、 41対以下であることを特徴とする、請 求の範囲 1に記載の垂直共振器型発光ダイオード。
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