JPH0277174A - 端面放射型発光ダイオード - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、光導波路の端面から自然放出光を光出力とし
て取出す端面放射型発光ダイオードに係り、特に一方の
端面の反則率を低下させてファブリペロ−発振を十分に
抑制しｌご端面放射型発光ダイオードに関する。

（従来の技術） 端面ｔｌｉ射型弁型発光ダイオードし〜ザダイオー゛ド
に比べると、反射戻り光が光出力に変動を及ぼすことも
なく、信頼性に優れ、かつ安価である。

また、表面放射型発光ダイオードに比べるとシングルモ
ードファイバーへの結合に優れており、大容量通信の光
源、ファイバージャイロの光源として採用されている。

ストライプ状の光導波路を備えた半導体素子では、この
光導波路の終端部端面で光反射を生じる。

この端面における光反射を有効に利用しているのがファ
ブリペロ−型レーザダイオードである。これに対して、
端面放射型発光ダイオードでは、その本来の特徴である
自然放出光の利点を発揮するために逆にこの端面反射を
嫌う。即ら、温度下降により誘導放出光が増大して、自
然放出光に対して誘導放出光の占める割合いが増え、信
頼性の著しい低下をもたらす。

従来、この端面における反ｑ１を抑制するために種々の
構造が提案されている。

（１）端面に無反射膜を設ける。

（２）端面を斜めに形成する。

（３）端面近傍に窓構造を設ける。

（４）端面近傍の活性層即ち光導波路層に対向して絶縁
層を設け、光導波路層に電流が注入されない、いわゆる
非励起吸収領域を形成ず°る。

（５）端面近傍に、非励起吸収領域および窓構造を設け
る。

（発明が解決しＪ：つとする課題） 上述（１）では、無反射膜の厚さを１００オングストロ
ームのオーダーで制御する必要があり、Ｃ■Ｄ装置や電
子ビーム蒸着装置では再現性良く形成できず量産に不向
きである。

（２）は、端面での反射光が光導波路から飛出すことに
より共撮を抑えることが本質であるが、光導波路内に残
る光も多く、低温ではファブリペロ−発掘を起こす。

（３）では、窓領域の長さを２００ａｍ程度にすると実
効的な反射率は１％まで低下するが、それ以上にしても
素子の窓領域自体が光導波路となり、実効的な反射率は
変わらず低温においてファブリベロー発振を起こす。

（４）は、端面での反ＱＪに寄与する光量を低めて誘導
放出を抑制するものであるが、活性層と同じ組成の非励
起吸収領域を設（プだのでは、発掘を抑制するには７０
０〜１ｏｏｏμｍの長さの非励起吸収領域を必要とする
。低温でも発振を起こさないようにするには、更に長い
非励起吸収領域を必要とし、−枚のウェハーから切出さ
れる素子数が少なくなり、又素子のマウント時にも困難
となる。

（５）の場合でも、低温でし発振を起こさないようにす
るには、窓領Ｍおよσ非励起吸収領域に長い領域を必要
とし、（４）と同様に一枚のウェハーから切出される素
子数が少なくなり、又素子のマウント時にも困難となる
。

以上のように、従来の技術では低温で発掘を起こさず安
定に動作し、かつ量産性に優れた端面放射型発光ダイオ
ードが得られなかった。

この発明は、低温で発振を起こさず安定に動作し、かつ
量産性に優れた端面放射型発光ダイオードを提供するも
のである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 請求項１記載の発明は、光を発生する活性層がストライ
プ状の光導波路を形成し、その自然放出光を端面から取
出す端面放射型発光ダイオードにおいて、光導波路の端
面近傍に活性層よりもエネルギーバンドギャップが小ざ
い化合物半導体からなる非励起吸収領域を設けたことを
特徴とする端面放１ｌｌＦｌ型発光ダイオードである。

請求項２記載の発明は、光を発生するストライプ状の活
性層の端面から自然放出光を取出す端面放射型発光ダイ
オードにおいて、端面近傍に散乱面を有する非励起吸収
領域を設けたことを特徴とする端面放射型発光ダイオー
ドである。

（作　用） 請求項１記載の端面放削型発光ダイオードでは、非励起
吸収領域の組成が活性層の組成よりエネルギーバンドギ
ャップが小さいので、活性層（光導波路層）で発生した
光が吸収される割合いが高く、素子端面まで達する光の
吊が大幅に減少し、発振を抑制することができる。しか
も、活性層で発生した光が吸収される割合いが高く非励
起吸収領域を長く形成する必要はないので、従来技術に
比べて小形にでき、−枚のウェハーから取出される素子
も多く量産に適している。

請求項２記載の端面放ＩＪＪ型発光ダイオードでは、非
励起吸収領域に散乱面を有するので、先々波路を伝搬し
てきた光の多くは散乱され、ファブリペロ−発掘が起こ
り難くなり、非励起吸収領域を長く形成する必要はない
ので、従来技術に比べて小形にでき、−枚のウェハーか
ら取出される素子も多く量産に適している。

（実施例１） 以下、第１図乃至第４図を参照して本発明の第１の実施
例の端面成用型発光ダイオードを詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る端面成用型発光ダイオ
ードの縦断面図、第２図は横断面図、第３図は一部切り
欠き斜視図、第４図は特性を示す図である。

この実施例の端面放射型発光ダイオードは、■−Ｖ族元
素からなる化合物の単結晶基板１ｎＰ１上にｎ−１ｎ　
ｐバラフッ層２、エネルギーバンド：％”ｌ　ｓｐ　ツ
ブ０．９４ｅＶのｌ　ｎＧａＡＳＰ光導波路層（活性層
）３、ｐ−１ｎＰクラッド層４、ｐ−ＩｎＧａΔＳｐコ
ンタクト層５からなるストライプ状の積層体が設けられ
、その両側にｐ−１ｎＰ層６、ｎ−１ｎＰ層７およびｎ
−ＩｎＧａＡｓＰ層８からなる電流阻止層が設りられ、
ストライプ状の積層体が電流阻止層により埋め込まれて
いる。

そして、片方の端面近傍にはｐ−ＩｎＦ３、エネルギー
バンドギャップ０．７５６ＶのノンドープＩ　ｎＧａＡ
Ｓ光吸収層１０．ｎ−Ｉ　ｎＧａＡＳＰアンヂメルトパ
ック層１１、ｎ−ＩｎｐＨ２からなる非励起吸収領域が
設けられている。この光吸収層１０は、エネルギーバン
ドギャップが光導波路層３のエネルギーバンドギャップ
よりも小さい。また光吸収層１０は厚さが光導波路層３
の厚さよりも十分に厚く、また幅は光導波路層１０の幅
より・し十分に広く形成されている。なお、実施例では
、活性層（光導波路層）３は幅２．５μｍ、厚さ０．３
μｒＴ１、長さ２５０μｍ、また光吸収層１０は幅４０
０μｍ、厚さ２μｍ、長さ４００μｍとした。

そして、ｎ−１ｎｌ）基板１の地表面とＣ１−ＩｎＧａ
ＡＳＰコンタクト層５表面には層重表面３．１４が設け
られている。

次に、この端面放則型発光ダイＡ−ドの製造方法を説明
する。

まず、ｍ−ｖ族元素からなる化合物の単結晶基板１ｎＰ
１上にｎ−１ｎＰバッファ層２、エネルギーバンドギャ
ップ０．９４ｅＶのＩｎＧａＡＳＰ光導波路層（活性層
）３、Ｅ）−ＩｎＰクラッド層４、ｐ−Ｉ　ｎＧａＡＳ
Ｐｊンタクト層５をこの順に液相エピタキシャル成長（
ＬＰＥ）法で形成する。

次に、この積層体表面に、ストライプ状の二酸化珪素（
図示せず）を被覆してから、これをマスクとしてＢｒ−
ＣＨ３０Ｈ溶液とト（Ｃ＋−１−（３ＰＯ４溶液による
異方性エツチングにより、ＩｎＰ基板１が露出するまで
エツチングする。これにより、ｎ−１ｎＰバッファ層２
、ＩｎＧａＡＳＰ光導波路層（活ｔり層）３、Ｉ）−１
ｎＰクラッド層４、ｐ−Ｉ　ｎＧａＡｓＰ：］ンタクト
層５をストライプ状に形成する。

この後、ストライプ状積層体を埋め込むように、ｐ−Ｉ
ｎＰ層６、ｎ−Ｉｎｐ層７おＪ：びｎ−ＩｎＧａＡｓＰ
層８を順次ＬＰＥ法により形成して、電流阻止層を設け
る。

次に、ストライプ状の二酸化珪素を除去し、再度全面に
二酸化珪素を被覆する。この後、非励起吸収領域となる
部分の二酸化珪素を除去し、残った二酸化珪素をマスク
として塩酸系、硫酸系エッヂヤントにより、ＩｎＰ基板
１が露出するまでエツチングする。この後、再度１）−
ＩｎＦ３、エネルギーバンドギャップ０．７５ｅＶのノ
ンドープ■ｎＧａＡｓ光吸収層１０．ｎ−Ｉ　ｎＧａＡ
ＳＰアンチメルトバック層１１、ｎ−Ｉｎｐ層１２をこ
の順にＬＰＥ法にて成長被覆して、非励起吸収領域を形
成する。

次に、二酸化珪素を除去し、ｎ−１ｎＰ基板１の地表面
とｐ−１ｎＧａＡＳＰコンタク１〜層５表面に、導電金
属層を被覆して電極１３．１４を形成する。この後、上
述の活性層長、光吸収層長となるように男開してして端
面放射型発光ダイオードを（ｑる。

上述の本発明の端面成用型発光ダイオードは、非励起吸
収領域はその組成が活性層の組成よりエネルギーバンド
ギャップが小さいので、活性層（光導波路層）で発生し
た光が吸収される割合いが高く、素子端面まで達する光
の間が大幅に減少し、発掘を抑制することができる。

この実施例の端面放射型発光ダイオードの一４０℃から
６０’Ｃの温度範囲におけるスペクトル半値幅の変化を
第４図ａに示す。実施例の喘而放！７−１型発光ダイオ
ードでは活性層のエネルギーバンドギャップの温度端面
放射型発光ダイオード変化にだけ依存する直線の変化が
みられ、−４０℃の低温でも安定に動作することが分か
る。

比佼のために窓＃４造のみを有する素子と活性層と同組
成の非励起吸収領域だけを設（）た素子により１ｑられ
るスペクトル半値幅の温度変化を、それぞれ第４図す、
ｃに示す。第４図す、ｃから明らかなように、比較例の
端面放射型発光ダイオードでは、−４０’Ｃの低温でそ
れまでの直線状変化から急激なスペクトル半値幅の減少
がみられ、発掘状態を示している。

なお、上述の実施例では、非励起吸収領域の吸収層の厚
さを光導波路層の厚さよりも十分に厚く、また光導波路
層の幅よりも十分に広く形成した、即ら非励起吸収領域
の断面積を光導波路の断面積より広くしたので、この非
励起吸収領域は窓領域の効果をも有する。つまり、光導
波路より非励起吸収領域に入射した光は放射状に広がり
、この結果素子端面からの反射光が再び光導波路に結合
する効率が低下し、実効的な反射率はざらに低減し発振
を抑制づる効果を持つ。これにより、素子のより小形化
が可能となる。

また、上述の実施例では、非励起吸収領域に電流が注入
されないようにするために、ｐｎ逆接合を形成したが、
これに限らず、例えば光吸収層を設【ノた領域に対向す
る部分の電極１４の下部に二酸化珪素等の絶縁層を設け
て非励起吸収領域とすることもできる。

（実施例２） 第５図は本発明の他の実施例に係る端面放射型発光ダイ
オードの横断面図、第６図は一部切り欠き斜視図、第７
図は特性を示す図である。

この実施例の切面放射型発光ダイオードは１．３μｍに
発光中心を持つものであり、第５図及び第６図に示すよ
うに、端面近傍の非励起吸収領域なる領域３０に、Ｉｎ
Ｐ基板２０の表面に艮ざ５００μｉｎに周期６０００オ
ングストロームの回折格子２１を有し、その上にｎ−１
ｎＧａＡｓＰガイド層２２、ＩｎＧａＡＳＰ活性層及び
吸収層２４、Ｄ−１ｎＰクラッド層２６、ｐ−Ｉ　ｎＧ
ａＡｓＰ−１ンタクト層２８が順次積層されている。そ
して、この積層体はストライプ状にエツチング形成され
、その両側に電流阻止層となるｐ−１ｎＰ層３２、ｎ−
１ｎｐ層３４及びｎ−１ｒｌＧａＡｓＰ層３６が形成さ
れて、ストライプ状積層体か埋め込まれている。

そして、非励起吸収領域なる領域３０では、ｐ−１ｎＧ
ａＡＳＰｌンタクト層２８及びｎ−１ｎＱａＡｓＰ層３
６上に二酸化硅素層３８が設けられ、更に素子の°表面
及び表面には導電性金属層が被覆され電極４０．４１が
設（プられている。

この実施例では、散乱面として、発光波長に対する位相
整合条件より離れた回折格子を用いており、回折格子で
帰還、反射する光は殆どなく、多くの光は散乱光となる
。なお、散乱面は回折格子に限るものではない。

この実施例の端面放射型発光ダイオードの一４０℃から
６０℃の温度範囲におけるスペクトル半値幅の変化を第
７図に示す。実施例の端面放射型発光ダイオードでは活
性層のエネルギーバンドギャップの温度喘Ｉ放射型発光
ダイＡ−ド変化にだ一プ依存する直線の変化がみられ、
−４０’Ｃの低温でも安定に動作することが分かる。

［発明の効果］ 本発明の端面成用型発光ダイオードは、低温Ｃ安定した
動作をし信頼性が高く、また制御が容易であり、再現性
が向−卜するの・で、非常に高い歩留りが得られる。し
かも小形で一枚のウェハーから得られる素子数も多く、
安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の端面放射型発光ダイオード
の縦断面図、第２図はその横断面図、第３図は一部切り
欠き斜視図、第４図は特性を示す図、第５図は他の実施
例の端面放射型発光ダイオードの横断面図、第６図は一
部切り欠き斜視図、第７図は特性を示す図である。 ３・・・・・・活性層、光導波路層 １０・・・・・・光吸収層 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 スペクトル峯場十番〔ガη０ ミ浴絽叡叡ルな

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を発生する活性層がストライプ状の光導波路を
   形成し、その自然放出光を端面から取出す端面放射型発
   光ダイオードにおいて、 前記光導波路の端面近傍に前記活性層よりもエネルギー
   バンドギャップが小さい化合物半導体からなる非励起吸
   収領域を設けたことを特徴とする端面放射型発光ダイオ
   ード。
2. （２）光を発生するストライプ状の活性層の端面から自
   然放出光を取出す端面放射型発光ダイオードにおいて、 前記端面近傍に散乱面を有する非励起吸収領域を設けた
   ことを特徴とする端面放射型発光ダイオード。