JPH0217683A - 電流狭窄型発光ダイオード - 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 本発明はダブルヘテロ構造を有する面発光型の発光ダイ
オードに係り、特に、動作電流の通電領域を絞って発光
部を小さくした電流狭窄型発光ダイオードに関するもの
である。

従来の技術 基板上に第１クラッド層、活性層、および第２クラッド
層が順次積層され、その第２クラッド層の上に設けられ
た上部電極と前記基板との間に動作電流が通電されるこ
とにより、活性層内で発生した光をその活性層と平行な
光取出し面から取り出す面発光型ダブルヘテロ構造の発
光ダイオードが広く知られている。そして、このような
発光ダイオードの一種に、動作電流の通電領域を絞って
発光部を小さくしたバラス（Ｂ　ｕ　ｒ　ｒ　ｕ　ｓ）
型の発光ダイオードがある。

第２図に示されている発光ダイオード５０はその一例で
、ｎ−ＧａＡｓ基板５２上（図では下側）にはｎ　　Ａ
　ｌ　ｏ、　ｘｓＧ　ａ　ｏ、　ｂｓＡ　Ｓから成る第
１クラッド層５４．ｐ−ＧａＡｓから成る活性層５６゜
Ｐ　　Ａ　ｆ　Ｏ，：ＩＳＧ　ａ　ｏ、　６ＳＡ　Ｓか
ら成る第２クラッド層５８．およびｐ−ＧａＡｓから成
るコンタクト層６０が、各々５μｍ、０．５μｍ、２μ
ｍ、０．１μｍの膜厚で設けられている。また、基板５
２の中央部がエツチング等によって取り除かれることに
より、活性層５６内で発生した光を取り出すための光取
出し而６２が設けられるとともに、その基板５２にはＡ
ｕ−Ｇｅのｎ型オーミック電極６４が取り付けられる一
方、コンタクト層６０上には５ｉＯｚ絶縁膜６６が形成
されるとともに、その絶縁膜６６の中央には開口６８が
形成されてＡｕ−Ｚｎのｐ型オーミック電極（上部電極
）７０が取り付けられている。

そして、このような発光ダイオード５０においては、上
記一対の電極６４．７０間に順方向、すなわち電極７０
から電極６４に向って動作電流が通電されることにより
、活性層５６内において光が発生させられ、その光が光
取出し面６２から取り出されるが、絶縁膜６６の存在に
よって動作電流の通電領域は開口６８内に限定されるた
め、活性層５６内における発光部が小さくなるとともに
、光取出し面６２から外れる光が少なくなって高い光取
出し効率が得られる。このため、例えば光ファイバとの
接続時における光フアイバ入力が大幅に向上させられ、
光フアイバ用の光源として好適に用いられる。なお、上
記開口６８の大きさは、接続される光ファイバのコア径
等に基づいて定められる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、かかるバラス型の発光ダイオードは、基
板側から光を取り出すアップサイド−ダウン構造である
ため、ステムにボンディングする際に周縁部にはみ出し
た導電性ペーストにより絶縁膜の外側から動作電流がリ
ークし、その絶縁膜９による電流狭窄作用が得られなく
なる恐れがあった。また、基板の中央部を大きく取り除
く必要があるため、加工が面倒であるとともに、中央部
の板厚が極めて薄くなるため、発光部に応力が加えられ
ることによって光出力が低下するという問題があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その
目的とするところは、ボンディングの際の導電性ペース
トによるリークの恐れがないとともに、応力による光出
力の低下が少なく、しかも加工が容易な電流狭窄型の発
光ダイオードを提供することにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するために、本発明は、基板上に第１
クラッド層、活性層、および第２クラッド層が順次積層
され、その第２クラッド層の上に設けられた上部電極と
前記基板との間に動作電流が通電されることにより、そ
の活性層内で発生した光をその第２クラッド層側に設け
られた光取出し面から取り出す面発光型ダブルヘテロ構
造の発光ダイオードにおいて、前記第２クラッド層と前
記活性層との間および／またはその第２クラッド層と前
記上部電極との間に、予め定められた通電領域を除いて
前記動作電流の流れを阻害する電流狭窄層を設けたこと
を特徴とする。

なお、上記電流狭窄層は、例えば電気抵抗の高い絶縁体
、或いは前記第２クラッド層と導電形が反対の半導体を
形成するとともに、前記通電領域に対応する部分に開口
を設けることによって好適に構成される。但し、活性層
と第２クラッド層の導電形が異なる場合にそれ等の間に
電流狭窄層を設ける場合には、第２クラッド層と導電形
が反対の半導体を形成しても電流狭窄作用は得られない
ため、電気抵抗の高い絶縁体等を設けることとなる。

作用および発明の効果 このような電流狭窄型の発光ダイオードにおいては、第
２クラッド層と活性層との間、或いは第２クラッド層と
上部電極との間、若しくはそれ等の双方に設けられる電
流狭窄層により、予め定められた通電領域のみを動作電
流が流されるため、その通’ｔ４Ｔ１１域に対応して活
性層の発光部が小さくされるとともに光取出し効率が向
上する。しかも、基板と反対側に光取出し面が設けられ
たアップサイド−アップ構造であるため、ステムにボン
ディングする際に導電性ペーストが周縁部にはみ出して
も、基板の板厚が厚いためその導電性ペーストが上記電
流狭窄層まで達する恐れはなく、導電性ペーストによる
動作電流のリークが防止されて常に良好な電流狭窄作用
が得られるのである。また、電流狭窄層を設けるだけで
良いため、基板を取り除くための面倒な加工が不要にな
るとともに、高い機械的強度が得られて応力による光出
力の低下が軽減される。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例である電流狭窄型発光ダイオ
ード１０の構造図で、ｎ−ＧａＡｓ１板１２上には、ｎ
　　Ａｌｏ、ａ　Ｇａｏ、ｂ　Ａｓから成る第１クラッ
ド層１４．ｐ−ＧａＡｓから成る活性層１６．ｐ−Ａｌ
ｏ、、Ｇａｏ、、、Ａｓから成る第２クラッドＮ１８．
およびｐ−ＧａＡｓから成るコンタクト層２０が、各々
２μｍ、０．５μｍ、５μｍ、０．１μｍの膜厚で順次
積層されている。コンタクト層２０上には更に、中央部
に直径５０μｍの開口２２が形成された５ｉｎ２絶縁膜
２４が０゜１μｍの膜厚で設けられているとともに、そ
の絶縁膜２４上には、内周縁部がコンタクト層２０に接
触させられる状態でＡｕ−Ｚｎのｐ型オーミック電極２
６が取り付けられており、この電極２６の内側に活性層
１６と平行な光取出し而２８が形成されている。また、
基板１２にはＡ　ｕ　−Ｇ　ｅのｎ型オーミック電極３
０が取り付けられている。

なお、」二記第１クラッド層１４．活性層１６．第２ク
ラッド層１８．およびコンタクト層２０のキャリア濃度
は、それぞれｌＸｌ０■ｃ＋ｎ−３２Ｘ１０”ｃｍ−３
，Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ｃｍ−３，５Ｘ　１０１１１ｃｍ−
”である。また、第１クラッド層１４．活性層１６．お
よび第２クラッド層１８によってダブルヘテロ構造が構
成されている。

このような発光ダイオード１０は、例えば以下のように
して製造される。

すなわち、先ず、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ；
Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で、第１クラッド層
１４をＳｅドープにより、また、活性層１６．第２クラ
ッド層１８およびコンタクト層２０をＺｎドープにより
、それぞれ成長温度８００°Ｃで順次成長させる。次に
、化学気相成長（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏ
ｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で、絶縁膜２４をコンタ
クト層２０の全面にコーティングした後、フォトリソグ
ラフ技術によりエツチング液（ＨＦ水溶液）で開口２２
を形成する。最後に、電極２６．３０をそれぞれ蒸着し
た後、４００°ＣＸ５分のアニール（熱処理）を施すこ
とにより、目的とする発光ダイオード１０が製造される
。

そして、このような発光ダイオード１０は、上記一対の
電極２６．３０間に順方向、すなわち電極２６から電極
３０に向って動作電流が流されることにより、活性層１
６内において光が発生させられ、その光が光取出し面２
８から取り出される。

この時、電極２６は開口２２が設けられた絶縁膜２４上
に設けられ、開口２２内の周縁部においてコンタクト層
２０に接触させられているため、動作電流はその間口２
２の直径５０μｍの範囲内において電極２６からコンタ
クト層２０へ流される。

その後、動作電流の通電領域は僅かに拡大しつつ第２ク
ラッド層１８．活性層１６．第１クラッド層１４．およ
び基板１２を通って電極３０まで通電されるが、コンタ
クトＮ２０．第２クラッド層１８、および活性層１６の
厚さは基板１２に比較して極めて薄いため、活性層１６
内における通電領域すなわち発光部の領域は、上記開口
２２と略同じ直径が約５０μｍの範囲内に限定される。

本実施例では、上記絶縁膜２４が電流狭窄層に相当し、
開口２２の内側部分が通電領域に相当する。

また、絶縁膜２４上に設けられた電極２６は上部電極で
ある。

二のように、本実施例の発光ダイオード１０においては
、活性層１６内における発光部が小さいため、光取出し
面２８から外れる光が少なくなって高い光取出し効率が
得られるとともに、光ファイバとの接続時における光フ
アイバ入力が大幅に向上させられ、光フアイバ用の光源
として好適に用いられるのである。

因に、かかる発光ダイオード１０（本発明品）と、前記
絶縁膜２４が設けられていない全面発光型の従来品とを
用いて、それ等をそれぞれＴθ１８ステムにマウントす
るとともに、コア径５０μｍ、ＮＡ（開口数＝受光角θ
、、、）０．２．端面フラットのＧ１−５０型マルチモ
ードフアイバに直接結合法にて結合し、ファイバへの人
力（μＷ）を測定したところ、第１表の結果が得られた
。かかる結果から、本発明品は従来品に比較してファイ
バ入ツノが大幅に向上していることが判る。なお、動作
電流１．（ｍＡ）、光出力（外部発光出力）Ｐｏ　（ｍ
Ｗ）は表の通りである。

第　　１　　表 一方、本実施例の発光ダイオード１０は、基板１２と反
対側に光取出し面２８が設けられ、基板１２側において
ステムにマウントされるアップサイド−アップ構造であ
るため、ステムにボンディングする際に導電性ペースト
が周縁部にはみ出しても、基板１２の板厚が厚い（通常
は数百μｍ）ためその導電性ペーストが絶縁Ｄ！ｉ！２
４に達することはなく、導電性ペーストによる動作電流
のリークが防止されて、絶縁膜２４による電流狭窄作用
が常に良好に得られるのである。

また、コンタクト層２０上に絶縁膜２４を形成して開口
２２を設けるだけで良いため、バラス型の発光ダイオー
ドのように基板１２を取り除くための面倒な加工が必要
ないとともに、高い機械的強度が得られて応力による光
出力の低下が軽減される。特に、本実施例ではコンタク
ト層２０上に絶縁膜２４が設けられているため、第１ク
ラッド層１４．活性層１６．第２クラッドＭ１８．およ
びコンタクト層２０を前記有機金属化学気相成長法等に
よって連続的に成長させることができ、その製造が一層
容易となるのである。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実
施例において前記第１実施例と共通する部分には同一の
符号を付して詳しい説明を省略する。

第２図の電流狭窄型発光ダイオード４０は、前記絶縁膜
２４をコンタクト層２０上に設ける替わりに、前記活性
層１６と第２クラッド層１８との間に、直径５０μｍの
開口４２が形成された２μｍ程度の厚さのｒ、−ＧａＡ
ｓ半導体４４を設けたものである。この場合には、半導
体４４と活性層１６との間で動作電流の向きが逆バイア
スとなるため、動作電流はその半導体４４を通って活性
層１６へ流れることはなく、半導体４４の開口４２内の
みにおいて第１クラッド層１８から直接活性層１６へ流
され、これにより、活性１１６内における発光部の領域
が直径的５０μｍの範囲内に限定される。この実施例で
は、上記半導体４４が電流狭窄層に相当し、開口４２の
内側部分が通電領域に相当する。なお、かかる発光ダイ
オード４０は、例えば前記有機金属化学気相成長法等に
より、第１クラッド層１４および活性層１６を基板１２
上に成長させた後、引き続いてその活性層１６上にＳｅ
ドープにより上記半導体４４を成長させるとともに、フ
ォトリソグラフ技術によりエツチング液（ＮＨａＯＨ＋
ＨｔＯｔ＋ＨｚＯ）で開口４２を形成し、その後、再び
有機金属化学成長法等により第２クラッド層１８および
コンタクト層２０を成長させれば良い。また、コンタク
ト層２０上には、上記開口４２の真上に略同じ大きさの
開口４６を有する電極（上部電極）４８が設けられ、そ
の開口４６内が光取出し面２８とされる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明した
が、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記第１実施例ではコンタクト層２０上に電流
狭窄層としてＳｉＯ□絶縁膜２４が設けられているが、
５ｉｚＮ４等の他の電気抵抗の高い絶縁体を設けたり、
第２実施例のようにｎ型の半導体を設けたり、或いは単
結晶半導体を成長させるとともに電気抵抗を高くする不
純物、例えばＦｅ等をドーピングしたものなど、種々の
電流狭窄層を採用できる。第２図の実施例においても、
同様に、半導体４４の替わりに他の構成から成る電流狭
窄層を設けることができる。

また、コンタクト層２０上に電流狭窄層を設ける替わり
に、第２クラッド層１８とコンタクト層２０との間に電
流狭窄層を設けることもできる。

また、前記第２実施例ではｎ型半導体４４に開口４２を
形成するようになっているが、Ｚｎなどのアクセプタを
局部的にドーピングすることにより、開口４２を形成す
ることなく通電領域を設けることも可能である。逆にｐ
型半導体を形成して、通電領域以外の部分にＳｅなどの
ドナー、或いは電気抵抗を高くする不純物をドーピング
して電流狭窄層を設けることもできる。

また、前記実施例では有機金属化学気相成長法を利用し
た製造法について説明したが、分子線エピタキシー法、
気相エピタキシー法、液相エピタキシー法を利用したも
のなど、他の種々の製造法を採用できる。

また、前記実施例ではＧ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ａ　Ｑ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓダブルヘテロ構造の発光ダイオード１０．
４０について説明したが、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡ
ｓＰなどから成るダブルヘテロ構造の発光ダイオードに
も本発明は同様に適用され得る。

また、発光ダイオード１０．４０の各層の膜厚や組成比
率、開口２２，４２．４６の大きさ等についても適宜変
更できる。

また、前記実施例では第２クラッド層１８がｐ型半導体
！ｑて構成されているが、第２クラッド層１８がｎ型半
導体の発光ダイオードにも本発明は同様に適用され得る
。

その他−々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基
づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電流狭窄型発光ダイオ
ードの構造図である。第２図は本発明の他の実施例の構
造図である。第３図は従来のバラス型発光ダイオードの
構造図である。 第１図 １０．４０：電流狭窄型発光ダイオード１２：基板　　
　　　　１４：第１クラッド層１６：活性層　　　　　
１８：第２クラッド層２２．４２７開口 ２４：絶縁膜（電流狭窄層） ２６．４８：電極（上部電極） ２８：先取出し面 ４４：半導体（電流狭窄層）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に第１クラッド層、活性層、および第２ク
   ラッド層が順次積層され、該第２クラッド層の上に設け
   られた上部電極と前記基板との間に動作電流が通電され
   ることにより、該活性層内で発生した光を該第２クラッ
   ド層側に設けられた光取出し面から取り出す面発光型ダ
   ブルヘテロ構造の発光ダイオードにおいて、 前記第２クラッド層と前記活性層との間および／または
   該第２クラッド層と前記上部電極との間に、予め定めら
   れた通電領域を除いて前記動作電流の流れを阻害する電
   流狭窄層を設けたことを特徴とする電流狭窄型発光ダイ
   オード。
2. （２）前記電流狭窄層は、電気抵抗の高い絶縁体であっ
   て前記通電領域に対応する部分に開口が設けられたもの
   である請求項１に記載の電流狭窄型発光ダイオード。
3. （３）前記電流狭窄層は、前記第２クラッド層と導電形
   が反対の半導体であって前記通電領域に対応する部分に
   開口が設けられたものである請求項１に記載の電流狭窄
   型発光ダイオード。