JPH01110781A - 発光ダイオード - 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〕 本発明は発光ダイオード（以下ＬＥＤと記す）の構造に
関する。

〔従来の技術〕

通信用ＬＥＤは構造上、表面発光型（以下５ＬＥＤと記
す）と端面発光型（以下ＥＬＥＤと記す）の２種類に大
別できる。どちらも、光ファイバとの結合効率、および
発光効率を上げるため、ダブルへテロ接合や、選択拡散
などにより、注入電流の狭窄および光の閉し込めを行い
、輝度の高い小さな発光領域とする工夫がなされている
。

ＥＬＥＤは活性層厚とストライプ状電流狭窄、幅で規定
される発光領域縦断面の大きさまで出射光パターンを小
さくできるなめ、シングルモードファイバー（以下ＳＭ
Ｆと記す）であっても高い結合効率を得ることができる
。この時の出射光はキャビティ中を導波されるのでスペ
クトル幅が侠いという長所を持つ反面、誘導放出成分を
含むため温度特性が悪いという欠点を持つ。また、発光
スポットが小さいため光ファイバとの結合の余裕度が小
さく、安定した結合を得るのが難しい。

一方、５ＬＥＤでは、発光スポットサイズが電流狭窄領
域の横断面の大きさより小さくできないためにファイバ
への結合効率は低い。また、自然放出光が直接放出され
るため、スペクトル幅は広くなってしまうが、温度特性
は非常に良好である。広い放射パターンは結合の容易さ
につながリ、余裕度も大きい。

結合効率を改善した５ＬＥＤにメサ構造のものがある。

この構造例の概略断面図を第４図（Ａ）に示す。これは
メサ状の発光領域１をドナツ状の渦８で形成し、構造的
に電流狭窄するもので電流注入効率が上がり、また浮遊
容量もカットされ、発光結合出力、応答特性共に改善さ
れるというものである。

このメサ構造の５ＬＥＤをＳＭＦに結合すると、通常の
５ＬＥＤよりも２〜３ｄＢ高い結合効率が実現出来る。

これは単に電流注入効率の向上のみによるものではなく
、メサ斜面からの反射光をも出射面から垂直に取り出す
ことが出来ることに依っている。その理由はこの反射光
は発光領域を横方向に伝搬する光が重なり合うので直接
垂直に放射される光よりも輝度が高くなるなめである。

また、横方向に伝搬する光はＬＥＬＤの放出光と同じく
せまいスペクトル幅を持つ利点がありなから、メサ構造
では横方向のキャビティ長が短いため、温度１−ν性は
Ｓ　Ｌ　Ｅ　Ｄ並に良好である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述した従来のメサ構造の５ＬＥＤでは、メ
サ斜面即ち反射面が発光領域周辺部にある。そのため放
射パタンの近視野像としては第４図（Ｂ）に示すように
通常の円型パターンの輪郭が強く光っているように見え
る。ＳＭＦとの結合には実効的にこの輪郭のリングの幅
しか寄与していないことになる。

言いかえるとＥＬＥＤと同様の導波光を得てはいるもの
の結合の容易さはＥＬＥＤ並に悪く、むしろ、発光パタ
ーン中央を避けて輪郭部分にきわぜるだけ、困難さが増
し、また、斜面が不均一であれば位置の特定、即ち、特
性の保証という点でも問題を有することになる。

本発明は、上述した従来の、メサ５ＬＥＤに対し、その
利点である温度特性のよい導波光を反射によって垂直に
放出するという４ｆｉｌを生かしながら、且つ結合の困
難さ、位置不確定という問題点を克服できるＬＥＤを提
供することを目的とじている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のＬＥＤは、発光領域を含む多層構造を有し、積
層面に垂直な方向に光を取り出す表面発光型半導体発光
ダイオードの発光領域中央部分に７字状の断面形状にな
る凹部を設けた構成となっている。

〔実施例〕

実施例１ 次に本発明について、図面を参照しながら実施例を説明
する。第１図は本発明の第１の実施例の縦断面図である
。材料はＩｎＰ基板上に作製された波長１．３μｍの長
波長ＬＥＤであり、発光領域１はダブルへテロ接合、お
よび、従来例と同様のメサ構造により、垂直・水平方向
のキャリア閉し込めを実現して限定される。サイズも従
来例同様発光領域厚み中心での直径が２５μｍである。

本発明の特徴である凹部２はこの実施例では円錐状の穴
で、メサ中央（発光領域中央部）に形成される。溝８お
よび凹部２は絶縁膜４でおおわれ、メサ頂部に開けられ
た絶縁膜のコンタクト窓より電流が発光領域に注入され
る。この時、メサ頂部への絶縁膜の出つばりが大きいと
凹部２周辺での注入キャリア密度が下がり導波光の吸収
の度合が増すため、絶縁膜端と反射面間の距離はキャリ
アの拡散長以下とした。山斜面はＩｎＰ基板５．側に施
け、電′＋ｆ！、６に窓７を開けている。

第２図（Ａ）に本実施例の四部２と発光領域１の全体図
を示し符号ａを付した。凹部２ａは円錐状の穴であり、
円形のフォトレジストパターンを形成したあと臭化水素
酸、酢酸１重クロム酸カリの混合エツチング液によりウ
ェットエッチで掘り込んだ。発光領域となる活性層厚は
２μｍのアンドープ層であり、その上に１μｍ厚のクラ
ッド層と１μｍ厚のキャップ層がエビ成長されているた
め、穴の深さは約３．５μｍとした。サイドエッチ量も
深さと同程度に生じ、側面の傾斜角は約４５°である。

本実施例の発光パターン近視野１象は第２図（Ｂ）のよ
うになり、その強度プロファイルは第２図（Ｃ）のよう
になる。即ち、発光領域ｌａ中の円錐状の穴２ａの側面
が反射面となるため、中央にｈｒ度の高い円形スポット
が現出する。これは丁度周辺の反射面を使った従来例の
倍の直径を持つスポットであり、また、発光領域中央に
あることから光軸調整が容易で位置の不確定さも克服し
つつ、全角度の反射面を集めている分ＳＭＦ出力を非常
に大きくとることができる。本実施例においては従来例
のメサ溝側面からの反射光に比し、２ｄＢのＳＭＦ出力
改善を実現することができた。

実施例２ 次に本発明の第２の実施例を説明する。本実施例は材料
および断面図は第１の実施例と同じであるが、凹部２と
発光領域の形状が異なる。すなわち第３図（Ａ）に示す
ように発光領域１は角形にし、凹部は断面が７字状のｍ
　２　ｂとした。溝２ｂはＶ字状溝であり、ＩｎＰ結晶
の＜１１０＞方向に沿ったスリット状のフォトレジスト
パターンを形成した後、臭素、メタノール、ｆＩ酸の混
合エツチング液によりウェットエッチで掘り込んだ。湧
２ｂの深さは第１の実施例同様厚さ２μｍの発光領域中
に２．５μｍ喰い込むように狙った。斜面は（１１１）
面となり傾斜角５５°の良好な平面が得られた。

本実施例の発光パターン近視野像は第３図（Ｆ３　）の
様になり、強度プロファイルは第３図（Ｃ）の様になる
。即ち本実施例では角形スポットが現出する。こちらも
第１の実施例と同様の長所を持−）とともに、さらに、
発光領域１ｂを幅１０μｍのストラ・イブ状に限定する
ことにより、同じ２ｄＢのＳＭＦ出力改善を駆動電流を
半分にしてら実現することが出来た。

〔発明の効果〕　　　　　□ 以上説明したように、本発明は発光領域中央に、Ｖ字部
面の凹部３施けることにより、５ＬＥＤでありながら、
その長所である温度特性の良さ、結合の容易さ、余裕度
を損うことなく導波光を反射して輝度の高いスボッ下か
ら高いＳ　Ｍ　Ｆ光入力を得ることが出来るという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１．第２の実施例の縦断面図である
。第２図（Ａ＞は第１の実施例の凹部と発光領域の全体
図、（Ｂ）はその発光パターン近視野像、（Ｃ）はその
強度プロファイル、第３図（Ａ）は第２の実施例の凹部
と発光領域の全体図、（Ｂ）はその発光ノ５ターン近視
野像、（Ｃ）はその強度プロファイルを示している。第
４図は従来のメサ構造の５ＬＥＤの縦断面図である。 １・・・発光領域、２・・・凹部、４・・・絶縁膜、５
・・・丁ｒｌＰ基板、６・・・電極、７・・・出射窓、
１ａ・・・第１の実施例における発光領域、１ｂ・・・
第２の実施例における発光領域、２ａ・・・第１の実施
例における発光領域中の四部（円錐形の穴）、２ｂ・・
・第２の実施例における発光領域中の凹部（Ｖ字部面の
溝）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　発光領域となる活性層を含んだ多層構造を備え、積層
   面に垂直な方向に光を取り出す表面発光型発光ダイオー
   ドにおいて、発光領域中央部分、出射面の反対側に、断
   面がＶ字状の凹部を備えていることを特徴とする発光ダ
   イオード。