JPH08139366A - 発光素子およびアレイ状光源並びにその製造方法および光信号送信装置 - Google Patents

発光素子およびアレイ状光源並びにその製造方法および光信号送信装置

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JPH08139366A
JPH08139366A JP30316194A JP30316194A JPH08139366A JP H08139366 A JPH08139366 A JP H08139366A JP 30316194 A JP30316194 A JP 30316194A JP 30316194 A JP30316194 A JP 30316194A JP H08139366 A JPH08139366 A JP H08139366A
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light emitting
light
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Tetsuo Saito
哲郎 齋藤
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバとの結合効率を向上させることが
可能であって、かつ、この場合でも発光効率が低下する
のを有効に防止することの可能な発光素子を提供する。 【構成】 半導体基板２０の一主面上に形成された発光
層を含む複数の半導体層２からなり、発光層を含む複数
の半導体層２の端面の少なくとも一部が光出射端面とな
っている発光素子１であって、光出射端面が複数形成さ
れ、複数の光出射端面のうち、少なくとも２つの光出射
端面から出射される光が互いに合成されるように、各光
出射端面の互いに隣接する端面とのなす角度が設定され
ている。これにより、複数の光出射端面からの光を合成
して出射することができる。この結果、素子前方への出
射光の光量，光出力を大きくすることができ、この素子
の合成光を光ファイバに効率よく入射できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、照明装置用の光源、光
プリンタ等の光書き込み用光源、あるいは、光のファイ
バを用いた通信装置などに利用される発光素子およびア
レイ状光源並びにその製造方法および光信号送信装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の光通信技術の進歩により、データ
の伝送方式として、一本の光ファイバで大量の情報を高
速に伝送するシステムでなく、多数本の光ファイバを用
いてデータを並列に伝送するという並列伝送システムが
着目されている。
【０００３】このような並列伝送システムはデータを並
列に分割して伝送できるので、一本の光ファイバでデー
タを伝送する場合に比べ、同じ情報伝送速度で情報を伝
送するのに、各光ファイバ当たりのデータ伝送速度を遅
くすることができる。また、一本の光ファイバでデータ
を伝送する場合には、通常、データに対してパラレル−
シリアル変換、データの符号化などの処理を行なった後
にデータの伝送を行ない、また、受信したデータについ
ては、これに復号化、シリアル−パラレル交換の処理を
行なう必要があるが、並列伝送用システムでは、パラレ
ルデータをそのまま伝送することができ、また、受信後
もそのままデータを利用することができるためにシステ
ムを簡素化することが可能となる。
【０００４】このような並列伝送システムでは、光源と
しての発光素子をアレー状に集積化することが、光ファ
イバとの結合を簡素化し、また、装置の小型化等を図る
上で有効となる。また、発光素子の種類として、このよ
うな並列伝送の特徴を生かし、情報伝送速度が基幹系回
線などに比べて遅くても良い小規模なＬＡＮや装置内デ
ータ伝送，家庭内ＨＡなどの分野では、レーザーダイオ
ードに比べて扱いが容易で、安全性も高い発光ダイオー
ド(ＬＥＤ)の利用が考えられる。
【０００５】なお、発光ダイオードとしては、面発光型
ＬＥＤに比べて一般的に発光効率が高く、またヘテロ構
造などの採用により基板に垂直方向の光の指向性を強く
することができる端面発光型ＬＥＤが、光ファイバとの
結合において面発光型ＬＥＤよりも有利であり、並列伝
送用発光素子としての今後の利用拡大が期待される。
【０００６】その一方で、発光ダイオードはレーザーダ
イオードに比べ発光パワーが小さいために、光ファイバ
とのより高い結合効率が必要とされる。
【０００７】発光素子に発光ダイオードを用いる際、光
ファイバとの結合効率を高めるために、従来では、例え
ば特公平５−５８２７２に示されているように、発光素
子２０１の光取り出し部上に球形レンズ２０２を設けた
面発光型発光ダイオード（図１９参照）が提案されてい
る。
【０００８】また、特開昭６３−１３２４８７号、特開
昭６３−２７１９８１号には、端面発光型発光ダイオー
ドの光出射端面を所定の曲率のものに加工してシリンド
リカルレンズまたは球面レンズの効果を持たせ、これに
より光ファイバとの結合効率を向上させる技術が提案さ
れている。
【０００９】図２０は特開昭６３−１３２４８７号に示
されている発光ダイオードの一例を示す図である。この
発光ダイオードでは、発光端面２０６をフォトリソグラ
フ工程とエッチングによって半円形状に形成し、これに
よって、発光端面２０６にシリンドリカルレンズの効果
を持たせ、その発光端面２０６より出射する光２０７を
光ファイバ端に収束させることにより、光ファイバとの
結合効率を上げることを意図している。
【００１０】また、図２１(ａ)，(ｂ)は特開昭６３−２
７１９８１号に示されている発光素子の一例を示す図で
ある。図２１(ａ)の発光ダイオードでは、光出射端面を
フォトリソグラフ工程とドライエッチングで形成し、凸
部２０８を所定の曲率を持った形成にすることにより、
シリンドリカルレンズの効果を持たせている。また、図
２１(b)の発光ダイオードでは、光出射端面に球面形状
の凸部２０９を形成することにより、球面レンズの効果
を持たせている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−５８２７２号に示されているような発光ダイオード
では、発光素子２０１とは別の部品としてレンズ２０２
を設けなければならないので、部品点数が増加し、ま
た、組み込み工程が必要となるなど、製造コストが上昇
したり、工程が煩雑化するなどの問題があった。
【００１２】また、特開昭６３−１３２４８７号，特開
昭６３−２７１９８１号に示されている例のように、光
出射端面を曲面状または球面状に加工してレンズ効果を
持たせようとする場合には、レンズ効果を持たせようと
する曲面状の光出射端面付近での発光を抑制しなければ
ならない。すなわち、図２２(ａ)のように、レンズ効果
を持たせようとする曲面状の光出射端面付近２０８まで
が発光領域になっているときには、曲面状の光出射端面
付近での自然放出光２０９による完全拡散光に近い光成
分の発光が曲面状の光出射端面全域より出射され、レン
ズ効果が大幅に減殺されてしまう。従って、レンズ効果
を有効に発揮させるためには、図２２(ｂ)のように、レ
ンズ効果を持たせようとする曲面状の光出射端面付近２
１０を発光領域のものとせず、これにより、曲面状の光
出射端面付近２１０での発光を抑制して、限定された発
光領域２１１のみで発光させる必要がある。
【００１３】図２２(ｂ)のようにすることで、限定され
た発光領域２１１で発光した光は、発光を抑制された曲
面状の光出射端面付近２１０に導かれ、そこでレンズ効
果を受けるので、所望の出射光形状を得ることが可能と
なる。しかしながら、この場合、発光を抑制された曲面
状の光出射端面付近２１０が、発光領域２１１で発光し
た光に対する吸収層になるため、この発光素子からの出
射光量(発光効率)が低下してしまうという問題が生ず
る。すなわち、図２２(ｂ)のようにする場合には、光フ
ァイバとの結合効率を向上させることができる反面、発
光効率が低下してしまうので、発光効率を維持するため
には発光素子への注入電流を増加させなければならず、
これにより、伝送ユニットの消費電力が増大したり、素
子が劣化し易くなるという問題があった。
【００１４】本発明は、光ファイバとの結合効率を向上
させることが可能であって、かつ、この場合でも発光効
率が低下するのを有効に防止することの可能な発光素子
およびアレイ状光源並びにその製造方法および光信号送
信装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項１記載の発光素子は、半導体基板
の一主面上に形成された発光層を含む複数の半導体層か
らなり、発光層を含む複数の半導体層の端面の少なくと
も一部が光出射端面となっている発光素子において、光
出射端面が複数形成され、複数の光出射端面のうち、少
なくとも２つの光出射端面から出射される光が互いに合
成されるように、各光出射端面の互いに隣接する端面と
のなす角度が設定されている。これにより、複数の光出
射端面からの光を合成して出射することができる。この
結果、素子前方への出射光の光量，光出力を大きくする
ことができ、この素子の合成光を光ファイバに効率よく
入射できて、光ファイバとの結合効率を高めることがで
きる。
【００１６】また、請求項２記載の発光素子では、半導
体層が、５つの端面を有し、５つの端面のうち、少なく
とも２つの端面が光出射端面となっている。これによ
り、素子自体の面積(体積)が小さい場合であっても、光
出射端面から離して電極形成部を形成することができ
る。従って、小型化するのに適した構造であり、また、
小型化に適した構造であるにもかかわらず、光ファイバ
との結合効率を高めることができる。
【００１７】また、請求項３記載の発光素子では、半導
体層が、３つの端面を有し、３つの端面のうち、少なく
とも２つの端面が光出射端面となっている。これによ
り、光出射端面の面積を素子の体積に対して大きくとる
ことができて、発光効率が高くかつ小型化に適してい
る。
【００１８】また、請求項４記載の発光素子では、半導
体基板の一主面上に形成された発光層を含む複数の半導
体層が、発光層のバンドギャップエネルギーをＥｇ１、
発光層を挾むその両側の層のバンドギャップエネルギー
を各々Ｅｇ２，Ｅｇ３とするとき、Ｅｇ２＞Ｅｇ１かつ
Ｅｇ３＞Ｅｇ１であり、かつ両側の層が各々第一導電型
および第二導電型であるダブルヘテロ層構造を持ってい
る。これにより、垂直方向では光の閉じこめにより放射
角分布が狭く、また、水平方向では光の閉じこめがなく
広い放射角分布が得られ、水平方向での光の合成によっ
て光ファイバとの結合効率を上げることができる。
【００１９】また、請求項５記載の発光素子では、複数
の光出射端面のうちの少なくとも２つの光出射端面から
出射される光の合成光が半導体層の前方を指向する場合
に、半導層の側方には、光出射端面から出射される光が
迷光となるのを防止するための遮光用構造物が設けられ
ている。これにより、複数の光出射端面からの光の合成
光のうちの素子側方成分を遮光平面により遮光すること
ができて、光ファイバとの結合効率を高めることがで
き、かつ光のクロストークを低減することができる。
【００２０】また、請求項６記載の発明では、遮光用構
造物の一部の平面が、これに光出射端面からの光が入射
するときに、該光を前方に向けて反射するような角度に
設定され、遮光用構造物は、光反射用平面を持つ反射用
構造物としての機能を有している。これにより、複数の
光出射端面からの光の合成光のうちの素子側方成分を光
反射平面により素子前方に偏向できて、光ファイバとの
結合効率をより高めることができ、かつ光のクロストー
クを低減することができる。
【００２１】また、請求項７記載の発明では、光ファイ
バとの結合効率の高い発光素子が精度よく整列したアレ
イ状光源を得ることができる。
【００２２】また、請求項８記載の発明は、半導体基板
の一主面上に形成された発光層を含む複数の半導体層か
らなり、発光層を含む複数の半導体層の端面の少なくと
も一部が光出射端面となっており、該光出射端面が複数
形成され、複数の光出射端面のうち、少なくとも２つの
光出射端面から出射される光が互いに合成されるよう
に、各光出射端面の互いに隣接する端面とのなす角度が
設定されている発光素子を複数個整列させたアレイ状光
源の製造方法であって、半導体基板の一主表面上に少な
くともダブルヘテロ層構造を含む結晶成長層をエピタキ
シャル結晶成長させ、次いで、層を適宜アレイ状に整列
させた形状のエッチングマスクを用いて結晶成長層をフ
ォトリソグラフィにてエッチングして半導層を形成す
る。これにより、半導体層の複数の光出射端面を同時に
精度よくかつ容易に形成することができて、光ファイバ
との結合効率が高いアレイ状光源を容易に作成できる。
【００２３】また、請求項９記載の発明では、エッチン
グマスクには、半導体層の形状の他にさらに反射用構造
物または遮光用構造物の形状が適宜アレイ状に整列され
ており、エッチングマスクを用いて、反射用構造物また
は遮光用構造物が設けられた発光素子がアレイ状に整列
されたアレイ状光源を作製する。これにより、半導体層
の複数の光出射端面と遮光用構造物または反射用構造物
を同時に精度よくかつ容易に形成できて、光ファイバと
の結合効率が高くかつ光のクロストークの少ないアレイ
状光源を容易に作成できる。
【００２４】また、請求項１０記載の発明では、所定の
基板上に光ファイバ整列用の溝が形成され、該溝内に
は、光ファイバとともに発光素子が嵌合され、該溝内に
おいて発光素子の光出射面と光ファイバの光受光面とが
整列して配置されている。これにより、高性能の光信号
送信装置を簡単な工程で精度良く組み立てることができ
る。
【００２５】
【実施例】図１，図２は本発明に係る発光素子の第１の
実施例の概略斜視図，概略平面図である。
【００２６】図１，図２を参照すると、第１の実施例の
発光素子１は、半導体基板２０の一主面２１上に半導体
層(複数の半導体層)２が形成されたものとなっている。
ここで、複数の半導体層２の少なくとも一部は、発光体
層として機能するようになっている。図３には、半導体
層２の一例が示されている。図３の例では、半導体層２
は、発光体層７と、発光体層７を挾む２つの半導体層
８，９とにより構成されており、発光体層７のバンドギ
ャップエネルギーをＥｇ１、発光体層７を挾む半導体層
８，９の層のバンドギャップエネルギーを各々Ｅｇ２，
Ｅｇ３とすると、Ｅｇ２＞Ｅｇ１かつＥｇ３＞Ｅｇ１で
あって、半導体層８，９が各々第一導電型および第二導
電型である所謂ダブルヘテロ層構造となっている。
【００２７】この第１の実施例では、光ファイバ１１の
光入射側端面１２との結合効率を向上させ、かつ、この
場合でも発光素子１の発光効率が低下するのを防止する
ため、半導体層２には、６つの端面２−１，２−２，２
−３，２−４，２−５，２−６が半導体基板２０の一主
面２１に対して垂直(すなわち、半導体層２の表面２−
７と垂直)の平面として形成されており、これらの端面
２−１乃至２−６のうちの５つの端面２−１乃至２−５
が光出射端面として機能するようになっている。すなわ
ち、第１の実施例の発光素子は、５つの光出射端面をも
つ端面発光型発光ダイオードとして機能するようになっ
ている。
【００２８】また、各端面２−１乃至２−６で囲まれた
発光体層の平面形状は、対称軸ＡＸに対して線対称をな
し、かつ全ての隣接する端面のなす角度が１８０°未満
となっている。具体的に、図１，図２の例では、光出射
端面２−２と光出射端面２−３とのなす角度および光出
射端面２−３と光出射端面２−４とのなす角度は、各々
３５°に形成されている。
【００２９】半導体層２は、全面が透明絶縁膜(図示せ
ず)で被覆されているが、その一部に開けられたコンタ
クトホール部３において、金属材料からなるオーミック
電極４が半導体層２に接して形成されている。また、半
導体層２の後方に配置されているボンディングパッド
(図示せず)とオーミック電極４とを電気的に接続するた
めに金属配線５が形成されている。
【００３０】このような構成では、発光素子１の光出射
端面２−１，２−２，２−３，２−４，２−５から出射
される光のうち光出射端面２−２，２−３，２−４より
出射される光を合成し、光の合成成分を、発光素子１の
前面に設置された光ファイバ１１の光入射側端部１２に
入射させることができる。
【００３１】第１の実施例の発光素子(端面発光型発光
ダイオード)１の特性を調べるため、比較用に、図４に
示すような従来型の端面発光型発光ダイオード２００１
を用意した。なお、図４の端面発光型発光ダイオード２
００１は半導体層構造および素子体積を第１の実施例の
発行素子(発光ダイオード)１と同じにし、素子形状(半
導体層形状)を正方形にしたものである。すなわち、図
４の発光ダイオード２００１は、半導体層２００２が４
つの端面２００２−１乃至２００２−３，２００２−６
を有し、このうち３つの端面２００２−１乃至２００２
−３が光出射端面として機能するようになっている。
【００３２】第１の実施例の発光ダイオード１を用いて
光ファイバ１１への光の入射を行なったところ、光ファ
イバ１１の光入射側端部１２とは反対側の光ファイバ端
部(光出射側端部)における光量は、第１の実施例の発光
ダイオード１と同一の注入電流で図４の発光ダイオード
を発光させた場合に比べて、約１．２倍程度高くなっ
た。
【００３３】また、この第１の実施例の発光ダイオード
１と図４の発光ダイオードとを同一駆動電流で発光させ
た場合、両者ともに、その電流注入密度はほぼ同じであ
り、ほぼ同程度の寿命特性となった。
【００３４】このように、第１の実施例の発光素子(発
光ダイオード)１を用いることにより、素子の特性等を
劣化させることなく、光ファイバとの結合効率を高め、
かつ素子の発光効率の低下を防止することができた。
【００３５】図５は本発明に係る発光素子の第２の実施
例の平面図である。図５を参照すると、第２の実施例の
発光素子１では、光ファイバ１１の光入射側端面１２と
の結合効率を向上させ、かつ、この場合でも発光素子１
の発光効率が低下するのを防止するため、半導体層２に
は、５つの端面２−１，２−２，２−３，２−４，２−
６が半導体基板２０の一主面２１に対して垂直(すなわ
ち、半導体層２の表面２−７と垂直)の平面として形成
されており、これらの端面のうちの４つの端面２−１乃
至２−４が光出射端面として機能するようになってい
る。すなわち、第２の実施例の発光素子は、４つの光出
射端面をもつ端面発光型発光ダイオードとして機能する
ようになっている。
【００３６】また、各端面２−１乃至２−４，２−６で
囲まれた発光体層の平面形状は、対称軸ＡＸに対して線
対称をなし、かつ全ての隣接する端面のなす角度が１８
０°未満となっている。具体的に、図５の例では、端面
２−６と端面２−１とのなす角度、また、端面２−６と
端面２−４とのなす角度が各々９０°であり、また、端
面２−２と端面２−３とのなす角度が８０°乃至１００
°の間の角度となっている。より具体的には、光出射端
面２−２と光出射端面２−３とのなす角度が９０°とな
っている。また、端面２−６と端面２−１と端面２−４
との幅がそれぞれ同じ長さであり、端面２−２と端面２
−３との幅がそれぞれ同じ長さとなっている。
【００３７】半導体層２は全面が透明絶縁膜(図示せず)
で被覆されているが、その一部に開けられたコンタクト
ホール部３において、金属材料からなるオーミック電極
４が半導体層２に接して形成されている。また、半導体
層２の後方に配置されているボンディングパッド(図示
せず)とオーミック電極４とを接続するために金属配線
５が形成されている。
【００３８】このような構成では、発光素子１の光出射
端面２−１，２−２，２−３，２−４から出射される光
のうち、光出射端面２−２，２−３より出射される光を
合成し、光の合成成分を、発光素子１の前面に設置され
た光ファイバ１１の光入射側端面１２に入射させること
ができる。この場合、光出射端面２−２，２−３より出
射される光が互いに合成されることにより、光のスポッ
ト形状を小さくできる。
【００３９】さらに、この第２の実施例の発光素子で
は、その構造が小型のものであっても電極形成部分を光
出射端面２−２，２−３付近から離れた部分に比較的に
広い面積でとることができるので(素子の電極形成に十
分な面積を確保することができるので)、安定したオー
ミック特性を確保することができる。
【００４０】また、２つの光出射端面２−２，２−３の
なす角度が８０゜から１００゜の間となっているので、
光ファイバとの結合効率を向上させることができる。特
に、発光素子からのビームスポットの最大径と光ファイ
バの受光面の直径とが同程度であるときに、発光素子の
ビームスポットの最大径を大きくせずに光ファイバとの
結合効率を高めようとする場合には、光出射端面２−
２，２−３のなす角度は９０゜であるのが望ましい。
【００４１】この第２の実施例の発光素子(端面発光型
発光ダイオード)１の特性を調べるため、比較用に、図
４に示したと同様の形状の従来型の端面発光型発光ダイ
オードを用意した。すなわち、比較のために用いる従来
型の端面発光型発光ダイオードは、半導体層構造および
素子体積を第２の実施例の発光ダイオードと同じにし、
素子形状(半導体層形状)を正方形にしたものである。
【００４２】図６には、第２の実施例の発光ダイオード
１，従来型の発光ダイオードから出射された光の放射分
布を測定した結果が示されている。なお、第２の実施例
の発光ダイオード１，従来型の発光ダイオードのいずれ
にも、同じ注入電流を流している。
【００４３】図６から、第２の実施例による発光ダイオ
ードは、従来型の発光ダイオードに比べて、測定角度全
域で光量が高くなっていることがわかる。また、図６に
おいて、光ファイバの受光に必要な角度は±２０°以内
の部分であり、この部分での光量の増加分が光ファイバ
の結合効率の増加に寄与するので、図６において角度が
±２０°以内の部分に着目すると、第２の実施例の発光
ダイオードは従来型の発光ダイオードと比較して光ファ
イバとの結合効率が約１．２倍になっていることがわか
る。このように、第２の実施例の発光素子は、小型の構
造で、光ファイバとの高い結合効率を得ることができ、
かつ、素子の発光効率の低下を防止することができる。
【００４４】図７は本発明に係る発光素子の第３の実施
例の平面図である。図７を参照すると、第３の実施例の
発光素子では、光ファイバ１１の光入射側端面１２との
結合効率を向上させ、かつ、この場合でも発光素子１の
発光効率が低下するのを防止するため、半導体層２に
は、３つの端面２−１，２−２，２−６が半導体基板２
０の一主面２１に対して垂直(すなわち、半導体層２の
表面２−７と垂直)の平面として形成されており、これ
らの端面のうちの２つの端面２−１，２−２が光出射端
面となっている。すなわち、第３の実施例の発光素子
は、２つの光出射端面をもつ端面発光型発光ダイオード
として機能するようになっている。
【００４５】また、各端面２−１，２−２，２−６で囲
まれた発光体層の平面形状は、対称軸ＡＸに対して線対
称をなし、かつ全ての隣接する端面のなす角度が１８０
°未満となっている。具体的に、図７の例では、端面２
−１と端面２−２とのなす角度が８０°乃至１００°の
間の角度となっている。より具体的には、光出射端面２
−１と光出射端面２−２とのなす角度が９０度となって
いる。また、端面２−１と端面２−２の幅がそれぞれ同
じ長さとなっている。
【００４６】半導体層２は全面が透明絶縁膜(図示せず)
で被覆されているが、その一部に開けられたコンタクト
ホール部３において、金属材料からなるオーミック電極
４が半導体層２に接して形成されている。また、半導体
層２の後方に設置されているボンディングパッド(図示
せず)とオーミック電極４とを接続するために金属配線
５が形成されている。
【００４７】このような構成では、発光素子１の光出射
端面２−１，２−２より出射される光の合成成分を、発
光ダイオード１の前面に設置された光ファイバ１１の光
入射側端面１２に入射させることができる。この場合、
２つの光出射端面面２−１，２−２のなす角度が８０゜
から１００゜の間となっているので、光ファイバとの結
合効率を向上させることができる。特に、発光素子から
のビームスポットの最大径と光ファイバの受光面の直径
とが同程度であるときに、発光素子のビームスポットの
最大径を大きくせずに光ファイバとの結合効率を高めよ
うとする場合には、光出射端面２−２，２−３のなす角
度は９０゜であることが望ましい。
【００４８】さらに、この第３の実施例の発光素子で
は、素子体積に対して光出射端面２−１，２−２の面積
を広くとることが可能となるので(すなわち、光出射端
面２−１，２−２の面積に対して、素子体積を相対的に
小さくできるので)、注入電流に対する光出力を高める
ことができ、より高い発光効率を得ることができる。
【００４９】実際、この第３の実施例の発光素子(端面
発光型発光ダイオード)１を用いて光ファイバ１１への
光の入射を行なったところ、光ファイバ１１の光入射側
端部１２とは反対側の光ファイバ端部(光出射側端部)に
おける光量は、第３の実施例の発光ダイオード１と同一
発光層構造で、同一体積の正方形の端面発光型発光ダイ
オード(図４に示したと同様の構造，形状の従来型の端
面発光型発光ダイオード)を用い同一電流で発光させた
場合に比べて、２倍程度高くなった。
【００５０】また、この第３の実施例の発光ダイオード
１と上記正方形状の従来型の端面発光型発光ダイオード
とを同一駆動電流で発光させた場合、両者ともに、その
電流注入密度はほぼ同じであり、ほぼ同程度の寿命特性
となった。
【００５１】このように、第３の実施例の発光素子１を
用いることにより、素子の特性等を劣化させることな
く、光ファイバとの結合効率を高めることができ、さら
には、より高い発光効率を得ることができる。
【００５２】以上のように、第１乃至第３の実施例の発
光素子では、半導体基板の一主面上に形成された発光層
を含む複数の半導体層からなり、前記発光層を含む複数
の半導体層の端面の少なくとも一部が光出射端面となっ
ている発光素子において、上記光出射端面が複数形成さ
れ、複数の光出射端面のうち、少なくとも２つの光出射
端面から出射される光が互いに合成されるように、各光
出射端面の互いに隣接する端面とのなす角度が設定され
ているので、発光素子から出射した光(すなわち、光の
合成成分)は、素子正面付近、すなわち光ファイバの受
光面１２近傍で、大きな強度分布を形成する。従って、
素子正面付近での光出力が高くなり、光ファイバと結合
する光量が多くなって、光ファイバとの結合効率を高め
ることができる。また、外付けのレンズ等が不要とな
り、外付けのレンズ等を用いずとも上記のような効果が
得られるので、よりコンパクトな構造となり、光ファイ
バと結合させる端面発光型発光ダイオードとして作製コ
スト等をより低減することができる。
【００５３】次に、第１乃至第３の実施例の発光素子に
おいて、半導体層２として、図３に示したようなダブル
ヘテロ層構造の半導体層を用いる場合について説明す
る。
【００５４】なお、このような半導体層２を結晶成長さ
せるのに、ＭＯ−ＶＰＥによるエピタキシャル成長を用
いた。すなわち、半導体基板２０としてｎ−ＧａＡｓウ
ェハーを用い、その上に、バッファ層としてｎ−ＧａＡ
ｓ(キャリア濃度：３×１０18、厚さ：４０００Å)、ク
ラッド層(半導体層８に対応)としてｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6
Ａｓ(２×１０17、１１５００Å)、活性層(発光体層７
に対応)としてｎｏｎｄｏｐｅ−ＧａＡｓ(５００Å)、
クラッド層(半導体層９に対応)としてｐ−Ａｌ0.4Ｇａ
0.6Ａｓ(５×１０17、１１５００Å)、キャップ層とし
てｐ−ＧａＡｓ(１×１０20、２０００Å)を順次に成長
させて、半導体層２を作成した。
【００５５】図８(ａ)，(ｂ)には、このようにして作成
された半導体層２を用いた発光素子(発光ダイオード)１
の光出力分布特性が示されている。なお、図８(ａ)は素
子１の垂直分布特性ＤVを示し、図８(ｂ)は素子１の水
平分布特性ＤHを示している。図８(ａ)から、ダブルヘ
テロ構造による光の閉じ込めの効果により、垂直方向に
狭い出力分布を得ることができることがわかる。なお、
分布角度は半値全角で約１０°である。また、図８(ｂ)
から、ダブルヘテロ構造の素子では、水平方向には光の
閉じ込め効果が無く、各光出射端面(例えば、図７の例
では、２−１，２−２)から出射される光の分布特性ＤX
はほぼ完全拡散分布となる。従って、各光出射端面から
出射される光の合成光による光の分布特性ＤHは図示の
ように各光出射端面の接線付近に強いピーク強度を持っ
ている。
【００５６】このように、図３に示したようなダブルヘ
テロ層構造の結晶成長層を本発明における発光素子１の
半導体層２として用いることは、各光出射端面から出射
される光の合成によって光ファイバへの結合効率を上昇
させる上で、効果があることが確認された。
【００５７】すなわち、発光素子１より出射する光の垂
直方向の分布を、ダブルヘテロ構造による光の閉じ込め
効果によって狭くすることができる反面、水平方向の分
布をほぼ完全拡散分布に近いものにすることができるの
で、このダブルヘテロ構造は、複数の光出射端面から出
射した光の合成によって光量を増大させるという本発明
の目的に適しており、従って、半導体層２をダブルヘテ
ロ構造とすることにより、光ファイバとの高い結合効率
を得ることができる。
【００５８】また、上述の例では、半導体基板２０とし
てｎ−ＧａＡｓウェハーを用いたが、ｐ−ＧａＡｓウェ
ハーを用いても良く、ｐ−ＧａＡｓウェハーを用いる場
合にも、上述したと同様の効果を得ることができる。す
なわち、例えば、半導体基板２０としてｐ−ＧａＡｓウ
ェハーを用い、その上に、バッファ層としてｐ−ＧａＡ
ｓ(キャリア濃度：５×１０18、厚さ：４０００Å)、ク
ラッド層(半導体層８に対応)としてｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6
Ａｓ(５×１０17、１１５００Å)、活性層(発光体層７
に対応)として、不純物のドープされていないＧａＡｓ
(５００Å)、クラッド層(半導体層９に対応)としてｎ−
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ(２×１０17、１１５００Å)、キャ
ップ層としてｎ−ＧａＡｓ(３×１０18、２０００Å)を
成長させたものを用いる場合にも、同様の効果を得るこ
とができる。
【００５９】また、上述の例では、ＧａＡｓ−ＡｌＧａ
Ａｓ系のダブルヘテロ構造を用いているが、ＩｎＰ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ系等の他の多元系化合物半導体を用いたダ
ブルヘテロ構造を用いても良く、この場合にも、上述し
たと同様の効果を得ることができる。
【００６０】図９は本発明に係る発光素子の第４の実施
例の構成図である。なお、図９の例では、半導体層２と
して、図１，図２に示したような形状のものを用いてい
る。
【００６１】図９を参照すると、第４の実施例の発光素
子では、半導体層２の両側に遮光用構造物１３−１，１
３−２が設けられている。この遮光用構造物１３−１，
１３−２は、例えば半導体基板２０の一主面２１上に形
成されており、この遮光用構造物１３−１，１３−２の
半導体層２と対向した面１４−１，１４−２が遮光用平
面として機能するようになっている。この遮光用構造物
１３−１，１３−２の面１４−１，１４−２、すなわち
遮光用平面は、半導体層２の表面２−７に対して、ほぼ
垂直で、高さが半導体層２の光出射端面の高さと同じか
それよりも高く、かつ、幅が少なくとも半導体層２の線
対称軸ＡＸに沿った長さと同じかそれよりも長く、半導
体層２の対称軸ＡＸに平行にかつ半導体層２と接しない
位置に、さらには対称軸ＡＸに対して線対称な位置に位
置決めされている。
【００６２】図９のような構成の発光素子では、半導体
層２の光出射端面２−１，２−２，２−３，２−４，２
−５から出射された光のうち、素子前面方向に出射され
た光Ｌ1は遮光用平面１４−１，１４−２に遮られずに
前方に放出されるが、素子側面方向に出射された光Ｌ2
は、その大半が遮光用平面１４−１，１４−２によって
遮られる。これにより、第４の実施例の発光素子では、
素子側面方向に出射する光を抑制することができ、光フ
ァイバ１１に本来入射する光以外の迷光を低減すること
ができる。
【００６３】すなわち、光出射端面２−１，２−２，２
−３，２−４，２−５から出射される光のうち、迷光等
のノイズの原因となる素子側方に出射する光Ｌ2は、遮
光用構造物１３−１，１３−２の遮光用平面１４−１，
１４−２により遮光され、素子前方方向に出射する光Ｌ
1のみを選択的に発光素子１から出射させることができ
るので、この発光素子を用いることで、信頼性の高い光
信号伝送が可能となる。
【００６４】実際、この第４の実施例の発光素子を２個
用いて、２本の光ファイバを用いた並列伝送を行なっ
た。その結果、迷光によるノイズが低減し、２本の光フ
ァイバ間の光のクロストークを、遮光用構造物がない場
合に比べて、１／５程度まで下げることができた。
【００６５】図１０は図９に示した発光素子の変形例を
示す図である。図９の発光素子では、遮光用構造物１３
−１，１３−２の半導体層に対向した遮光用平面１４−
１，１４−２全面が対称軸ＡＸと平行に形成されていた
が、図１０の発光素子では、遮光用平面１４−１，１４
−２の一部の面１５−１，１５−２が線対称軸ＡＸと２
０°乃至４５°の間の角度θで形成されている。
【００６６】図１０のような構成の発光素子では、半導
体層２の光出射端面２−１，２−２，２−３，２−４，
２−５から出射された光のうち、素子前面方向に出射さ
れた光Ｌ1は遮光用平面１４−１，１４−２に遮られず
に前方に放出される。また、素子側面方向に出射される
光Ｌ2は、その大半が遮光用平面１４−１，１４−２に
よって遮光されるが、遮光用平面１４−１，１４−２の
一部の平面(光反射用平面)１５−１，１５−２は、対称
軸ＡＸと平行ではなく、対称軸ＡＸと２０°乃至４５°
の角度θをなしているので、一部の光Ｌ2は、この平面
１５−１，１５−２に遮ぎられずに前方に放出される
か、あるいは、この平面１５−１，１５−２により前方
に反射される。
【００６７】このように、図１０の発光素子では、素子
側面方向に出射する光の一部を素子前方方向に偏向する
ことができる。この結果、本来、光ファイバ入射に関与
しない素子側方向へ出射する光の一部を素子前方方向に
偏向し光ファイバへ入射させることができて、光ファイ
バとの結合効率をより一層向上させることができる。
【００６８】すなわち、光出射端面から出射される光の
うち、素子側方に出射される光は反射用構造物の光反射
用平面により反射されて素子前方に出射する光となり、
光出射端面から素子前方に直接出射される光とともに、
発光素子から出射することができるので、素子から出射
される光をより有効に素子前方に出射することができ、
光ファイバとのより高い結合効率が得られる。また、発
光素子１の対称軸ＡＸと光反射用平面とのなす角度は、
素子側方に出る光を素子正面方向に有効に偏向させるた
めには２０゜から４５゜の間であることが望ましい。特
に、素子側面の光出射端面２−１，２−５により出射さ
れる光を有効に利用するためには、発光素子１の対称軸
ＡＸと光反射用平面とのなす角度は２２．５゜であるこ
とが望ましい。
【００６９】実際、図１０の発光素子を伝送装置に用い
た場合に、遮光用(反射用)構造物がない場合の発光素子
と比べて、光ファイバとの結合効率を約１．４倍程度高
めることができた。
【００７０】なお、図９，図１０の例では、半導体層２
として、図１，図２に示した形状のものを用いたが、図
５，図７に示した形状のものを用いることもできる。
【００７１】図１１は本発明に係るアレイ状光源の一実
施例の概略構成図である。図１１のアレイ状光源１０１
は、上述したような発光素子(発光ダイオード)１を複数
個、アレイ状に整列させて構成されている。すなわち、
このアレイ状光源１０１は、上述したような発光素子１
を、各発光素子１の光出射方向を同一方向に向けて、同
一半導体基板上に複数個少なくとも一列に整列させて形
成されている。
【００７２】なお、図１１の例では、各発光ダイオード
１には、図５に示した第２の実施例の形状の発光ダイオ
ードが用いられており、また、各発光ダイオード１は、
１００μｍのピッチで例えば１０個整列している。
【００７３】このように、複数個の発光ダイオード１を
アレイ状に整列させたアレイ状光源１０１では、複数個
の発光ダイオード１を複数本の光ファイバ１１と結合さ
せて用いることができる。この場合、例えば１０本の光
ファイバ１１を予め１００μｍのピッチで整列させた光
ファイバアレイ１０２を用意しておき、しかる後、アレ
イ状光源１０１の両端の発光ダイオードとそれに対応す
る光ファイバとの光軸調整等を行なうことにより、図１
１に示すように、１０本全ての光ファイバとそれに対応
する発光ダイオードとを極めて容易に結合させることが
できる。すなわち、光軸調整(光ファイバと発光素子と
の位置合わせ工程)を両端の２つの素子についてだけ行
なえば良いので、１０個の素子の光ファイバとの結合に
要する時間を従来の１／５程度に短縮することが可能と
なる。すなわち、位置合わせ工程を簡素化できる。ま
た、図１１のアレイ状光源は、上述したような発光素子
１が用いられていることからも、光ファイバとの高い結
合効率をもっている。従って、光ファイバと極めて高い
結合効率をもたせることができる。
【００７４】図１２は発光素子１に図９または図１０の
発光素子を用いたアレイ状光源の構成例を示す図であ
り、この構成例では、各発光ダイオード１を２５０μｍ
のピッチで例えば５個整列させている。
【００７５】このアレイ状光源１１１においても、複数
個の発光ダイオード１を、図１１に示したアレイ状光源
の場合と同様にして、複数本の光ファイバ１１と結合さ
せることができる。すなわち、この場合、例えば５本の
光ファイバ１１を予め２５０μｍのピッチで整列させた
光ファイバアレイ１１２を用意しておき、しかる後、ア
レイ状光源の両端の発光ダイオードとそれに対応する光
ファイバとの光軸調整等を行なうことにより、図１２に
示すように、５本全ての光ファイバとそれに対応する発
光ダイオードとを極めて容易に結合させることができ
る。すなわち、光軸調整(光ファイバと発光素子との位
置合わせ工程)を両端の２つの素子についてだけ行なえ
ば良いので、５個の素子の光ファイバとの結合に要する
時間を従来の１／２程度に短縮することができる。すな
わち、位置合わせ工程を簡素化できる。また、図１２の
アレイ状光源は、発光素子１に図９または図１０の発光
素子を用いているので、素子側方向へ出射する光を抑制
して、迷光による光のクロストークを従来の１／５以下
に低減することが可能となった。すなわち、このような
遮光用構造をもつことにより、ノイズの原因となる迷光
が少なくなり、光ファイバとの高い結合効率をもつこと
が可能になるとともに、並列伝送時の光のクロストーク
による誤動作の発生を低減することができる。
【００７６】図１３，１４は図５の発光素子，図１１の
アレイ状光源の製造工程を示す概略図である。
【００７７】この製造工程例では、まず、半導体ウェハ
ー３０上に、前述のように、ＭＯ−ＶＰＥによって、少
なくともダブルヘテロ構造を含む半導体層となるべき結
晶成長層３１を形成する(図１３（ａ）)。しかる後、フ
ォトリソグラフィによって半導体層２の形状のエッチン
グマスク３２を作成する(図１３（ｂ）)。次いで、塩素
を用いたドライエッチングにより、結晶成長層３１をエ
ッチングマスク３２の形状に加工して半導体層２として
形成する(図１３（ｃ）)。なお、半導体層２の形成後に
マスク３２は除去される。
【００７８】しかる後、ＰＥ−ＣＶＤにより素子全体に
ＳｉＯ2の絶縁膜３３を２０００Åの厚さに堆積する(図
１４（ａ）)。次いで、フォトリソグラフィとウェット
エッチングにより半導体層２上の所定部分にコンタクト
ホール３４を開ける(図１４（ｂ）)。しかる後、アルミ
配線(厚さ：１μｍ)３５を形成する。この際、コンタク
トホール３４のところにオーミック電極３５が形成さ
れ、また、素子後部のところにボンディングパッド３６
が形成される(図１４（ｃ）)。その後、素子裏面電極を
形成して素子が完成する。このような工程で図５の発光
素子を簡易に作製することができる。
【００７９】すなわち、エピタキシャル成長，ドライエ
ッチングによる半導体層の形成、電極形成という簡易な
工程で、発光素子を作成することができて、歩留まりを
向上させることができる。
【００８０】また、図１１のアレイ状光源は、上記エッ
チングマスク３２として、発光素子１の半導体層２の形
状を適宜アレー状に整列させたものを用いることによっ
て、作製することができる。なお、上記作製例では、結
晶成長層３１を半導体ウェハー３０に至るまでドライエ
ッチングしたが、半導体ウェハー３０に至るまで除去せ
ずとも良い。但し、少なくとも発光層を除去するまでエ
ッチングする必要はある。
【００８１】図１５，図１６は図１０の発光素子、図１
２のアレイ状光源の製造工程を示す概略図である。
【００８２】この製造工程例では、まず、半導体ウェハ
ー３０上に、前述のようにＭＯ−ＶＰＥによって、少な
くダブルヘテロ層構造を含む半導体層となるべき結晶成
長層３１を形成する(図１５(ａ)）。しかる後、フォト
リソグラフィによって半導体層２の形状のエッチングマ
スク３２と遮光用構造物または反射用構造物の形状のエ
ッチングマスク３７とを同時に作成する(図１５
(ｂ)）。次いで、塩素を用いたドライエッチングによ
り、結晶成長層３１をエッチングマスク３２の形状に加
工して半導体層２として形成する。また、このとき同時
に遮光用構造物または反射用構造物１３が形成される
(図１５(ｃ)）。なお、これらの形成後にマスク３２，
３７は除去される。
【００８３】しかる後、ＰＥ−ＣＶＤにより素子全体に
ＳｉＯ2の絶縁膜３３を２０００Åの厚さに堆積する(図
１６(ａ)）。しかる後、フォトリソグラフィとウェット
エッチングにより半導体層２上の所定部分にコンタクト
ホール３４を開ける(図１６(ｂ)）。しかる後、アルミ
配線(厚さ：１μｍ)３５を形成する。この際、コンタク
トホール３４のところにオーミック電極３５が形成さ
れ、また、素子後部のところにボンディングパッド３６
が形成される(図１６(ｃ)）。その後、素子裏面電極を
形成して、図１０の発光素子が完成する。このような工
程で図１０の発光素子を簡単に作製できる。すなわち、
反射用構造物または遮光用構造物を作成する工程を付加
すること無く、反射用構造物または遮光用構造物を作成
することができるので、非常に簡易に高性能の発光素子
を作成することができる。換言すれば、遮光用構造物ま
たは反射用構造物の形成を、ドライエッチングによる半
導体層の形成と同時に行なうことができ、遮光用構造物
または反射用構造物の形成のための工程を増やさなくて
済むので、工程の簡素化による歩留まりの向上を図るこ
とができる。
【００８４】また、図１２のアレイ状光源は、上記エッ
チングマスク３２，３７として、半導体層の形状および
反射用構造物または遮光用構造物の形状を適宜アレー状
に整列させたものを用いることによって、作製すること
ができる。なお、上記作製例では、結晶成長層３１を半
導体ウェハー３０に至るまでドライエッチングしたが、
半導体ウェハー３０に至るまで除去せずとも良い。但
し、少なくとも発光層を除去するまでエッチングする必
要はある。
【００８５】図１７は本発明に係る光信号送信装置の構
成例を示す図であり、この光信号送信装置は、例えば図
１２に示したようなアレイ状光源１１１と光ファイバア
レイ１１２とを結合させて構成されている。また、図１
８は図１７の光信号送信装置の断面図である。図１７，
図１８を参照すると、この光信号送信装置では、複数の
光ファイバ１１の配列ピッチを規定して、これらの各光
ファイバ１１がファイバ整列用基板４１の光ファイバ整
列用の溝４２内に嵌合されており、また、このファイバ
整列用基板４１の光ファイバ整列用の溝４２内には、こ
れらの各光ファイバ１１の他に図１２のアレイ状光源１
１１の発光素子１が対応する光ファイバ１１と整合させ
て設置されている。より詳細には、発光素子１の半導体
層２(発光層)と光ファイバ１１とが整合するように、発
光素子１と光ファイバ１１とが溝４２内に設置されてい
る。
【００８６】具体的には、ファイバ整列用基板４１上に
形成されている光ファイバ整列用の溝４２は、２５０μ
ｍのピッチで配列されており、従って、複数の光ファイ
バ１１および各光ファイバに対応する各発光素子１は、
２５０μｍのピッチで整列している。また、発光素子１
は、より具体的には、その反射用構造物１３−１，１３
−２が光ファイバ整列用の溝４２の側壁と係合するよう
に、溝４２内に配置(嵌合)されている。このような光信
号送信装置は、例えばファイバ整列用基板４１上に形成
されている溝４２内に光ファイバ１１を配置し、しかる
後、発光素子１の光出射面が光ファイバの受光面と対向
する向きとなるように、発光素子１の反射用構造物を光
ファイバ整列用の溝４２に嵌合させ、次いで、光ファイ
バ１１と発光素子１とがなるべく接近するように、溝４
２内での発光素子１の位置を調整し固定することによ
り、光ファイバと発光ダイオードの光軸調整を行なうこ
とができる。この際、光ファイバ整列用の溝４２に係合
するのは、発光素子１の反射用構造物１３−１，１３−
２であり、発光素子１の半導体層２は光ファイバ整列用
の溝４２から十分離れた位置にあるので、上記のような
位置合わせを行なっても半導体層２が溝４２との接触に
よりダメージを受けることは無く、光ファイバとの結合
後もこれに安定した動作を行なわせることができる。
【００８７】このように、本発明の光信号送信装置で
は、光ファイバ１１とそれに対応する発光素子１とを１
つの溝４２内に嵌合させた上で、発光素子１の位置調整
を行なうだけで良く、従って、その組立時に、光ファイ
バとアレイ状光源との光軸調整(位置合わせ)が極めて容
易となる。また、このような構造を持った光信号送信装
置は、光ファイバとの高い結合効率を持ち、高効率の伝
送を行なわせることができる。
【００８８】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発光素子によれば、半導体基板の一主面上に形成された
発光層を含む複数の半導体層からなり、発光層を含む複
数の半導体層の端面の少なくとも一部が光出射端面とな
っている発光素子において、光出射端面が複数形成さ
れ、複数の光出射端面のうち、少なくとも２つの光出射
端面から出射される光が互いに合成されるように、各光
出射端面の互いに隣接する端面とのなす角度が設定され
ているので、複数の光出射端面からの光を合成して出射
することができる。これにより、素子前方への出射光の
光量，光出力を大きくすることができ、この素子の合成
光を光ファイバに効率よく入射できて、光ファイバとの
結合効率を高めることができる。
【００８９】また、請求項２記載の発光素子では、半導
体層は、５つの端面を有し、５つの端面のうち、少なく
とも２つの端面が光出射端面であるので、素子自体の面
積(体積)が小さい場合であっても、光出射端面から離し
て電極形成部を形成することができる。従って、小型化
するのに適した構造であり、また、小型化に適した構造
であるにもかかわらず、光ファイバとの結合効率を高め
ることができる。
【００９０】また、請求項３記載の発光素子によれば、
半導体層は、３つの端面を有し、３つの端面のうち、少
なくとも２つの端面が光出射端面であるので、光出射端
面の面積を素子の体積に対して大きくとることができ
て、発光効率が高くかつ小型化に適している。
【００９１】また、請求項４記載の発光素子によれば、
半導体基板の一主面上に形成された発光層を含む複数の
半導体層は、発光層のバンドギャップエネルギーをＥｇ
１、発光層を挾むその両側の層のバンドギャップエネル
ギーを各々Ｅｇ２，Ｅｇ３とするとき、Ｅｇ２＞Ｅｇ１
かつＥｇ３＞Ｅｇ１であり、かつ両側の層が各々第一導
電型および第二導電型であるダブルヘテロ層構造を持っ
ているので、垂直方向では光の閉じこめにより放射角分
布が狭く、また、水平方向では光の閉じこめがなく広い
放射角分布が得られる。これにより、水平方向での光の
合成によって光ファイバとの結合効率を上げることがで
きる。
【００９２】また、請求項５記載の発光素子によれば、
複数の光出射端面のうちの少なくとも２つの光出射端面
から出射される光の合成光が半導体層の前方を指向する
場合に、半導層の側方には、光出射端面から出射される
光が迷光となるのを防止するための遮光用構造物が設け
られているので、複数の光出射端面からの光の合成光の
うちの素子側方成分を遮光平面により遮光することがで
きる。これにより、光ファイバとの結合効率を高めるこ
とができ、かつ光のクロストークを低減することができ
る。
【００９３】また、請求項６記載の発明によれば、遮光
用構造物の一部の平面は、これに光出射端面からの光が
入射するときに、該光を前方に向けて反射するような角
度に設定され、遮光用構造物は、光反射用平面を持つ反
射用構造物としての機能を有しているので、複数の光出
射端面からの光の合成光のうちの素子側方成分を光反射
平面により素子前方に偏向できる。これにより、光ファ
イバとの結合効率をより高めることができ、かつ光のク
ロストークを低減することができる。
【００９４】また、請求項７記載の発明によれば、光フ
ァイバとの結合効率の高い発光素子が精度よく整列した
アレイ状光源を得ることができる。
【００９５】また、請求項８記載の発明によれば、半導
体基板の一主面上に形成された発光層を含む複数の半導
体層からなり、発光層を含む複数の半導体層の端面の少
なくとも一部が光出射端面となっており、該光出射端面
が複数形成され、複数の光出射端面のうち、少なくとも
２つの光出射端面から出射される光が互いに合成される
ように、各光出射端面の互いに隣接する端面とのなす角
度が設定されている発光素子を複数個整列させたアレイ
状光源の製造方法であって、半導体基板の一主表面上に
少なくともダブルヘテロ層構造を含む結晶成長層をエピ
タキシャル結晶成長させ、次いで、層を適宜アレイ状に
整列させた形状のエッチングマスクを用いて結晶成長層
をフォトリソグラフィにてエッチングして半導層を形成
するので、半導体層の複数の光出射端面を同時に精度よ
くかつ容易に形成することができて、光ファイバとの結
合効率が高いアレイ状光源を容易に作成できる。
【００９６】また、請求項９記載の発明によれば、エッ
チングマスクには、半導体層の形状の他にさらに反射用
構造物または遮光用構造物の形状が適宜アレイ状に整列
されており、エッチングマスクを用いて、反射用構造物
または遮光用構造物が設けられた発光素子がアレイ状に
整列されたアレイ状光源を作製するので、半導体層の複
数の光出射端面と遮光用構造物または反射用構造物を同
時に精度よくかつ容易に形成できて、光ファイバとの結
合効率が高くかつ光のクロストークの少ないアレイ状光
源を容易に作成できる。
【００９７】また、請求項１０記載の発明によれば、所
定の基板上に光ファイバ整列用の溝が形成され、該溝内
には、光ファイバとともに発光素子が嵌合され、該溝内
において発光素子の光出射面と光ファイバの光受光面と
が整列して配置されているので、高性能の光信号送信装
置を簡単な工程で精度良く組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光素子の第１の実施例の概略斜
視図である。
【図２】本発明に係る発光素子の第１の実施例の概略平
面図である。
【図３】半導体層の一例を示す図である。
【図４】従来型の発光素子の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る発光素子の第２の実施例の概略平
面図である。
【図６】第２の実施例の発光素子から出射された光の放
射分布を測定した結果を示す図である。
【図７】本発明に係る発光素子の第３の実施例の概略平
面図である。
【図８】ダブルヘテロ構造をもつ発光素子の光出力分布
特性を示す図である。
【図９】本発明に係る発光素子の第４の実施例の概略平
面図である。
【図１０】図９に示した発光素子の変形例を示す図であ
る。
【図１１】本発明に係るアレイ状光源の一実施例の概略
構成図である。
【図１２】本発明に係るアレイ状光源の一実施例の概略
構成図である。
【図１３】図５の発光素子，図１１のアレイ状光源の製
造工程例を示す図である。
【図１４】図５の発光素子，図１１のアレイ状光源の製
造工程例を示す図である。
【図１５】図１０の発光素子，図１２のアレイ状光源の
製造工程例を示す図である。
【図１６】図１０の発光素子，図１２のアレイ状光源の
製造工程例を示す図である。
【図１７】本発明に係る光信号送信装置の構成例を示す
図である。
【図１８】図１７の光信号送信装置の断面図である。
【図１９】従来の発光素子を示す図である。
【図２０】従来の発光素子を示す図である。
【図２１】従来の発光素子を示す図である。
【図２２】従来の発光素子を示す図である。
【符号の説明】
１ 発光素子 ２ 半導体層 ２−１乃至２−６ 端面 ３ コンタクトホール部 ４ オーミック電極 ７ 発光体層 ８，９ 半導体層 １１ 光ファイバ １２ 光ファイバの光入射端部 １３−１，１３−２ 遮光用構造物 １４−１，１４−２ 遮光用平面 １５−１，１５−２ 光反射用平面 １０１ アレイ状光源 １０２ 光ファイバアレイ ４１ ファイバ整列用基板 ４２ 溝

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板の一主面上に形成された発光
    層を含む複数の半導体層からなり、前記発光層を含む複
    数の半導体層の端面の少なくとも一部が光出射端面とな
    っている発光素子において、前記光出射端面が複数形成
    され、複数の光出射端面のうち、少なくとも２つの光出
    射端面から出射される光が互いに合成されるように、各
    光出射端面の互いに隣接する端面とのなす角度が設定さ
    れていることを特徴とする発光素子。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の発光素子において、前記
    半導体層は、５つの端面を有し、５つの端面のうち、少
    なくとも２つの端面が光出射端面であることを特徴とす
    る発光素子。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の発光素子において、前記
    半導体層は、３つの端面を有し、３つの端面のうち、少
    なくとも２つの端面が光出射端面であることを特徴とす
    る発光素子。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の発光素子において、前記
    半導体基板の一主面上に形成された発光層を含む複数の
    半導体層は、発光層のバンドギャップエネルギーをＥｇ
    １、発光層を挾むその両側の層のバンドギャップエネル
    ギーを各々Ｅｇ２，Ｅｇ３とするとき、Ｅｇ２＞Ｅｇ１
    かつＥｇ３＞Ｅｇ１であり、かつ前記両側の層が各々第
    一導電型および第二導電型であるダブルヘテロ層構造を
    持っていることを特徴とする発光素子。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の発光素子において、前記
    複数の光出射端面のうちの少なくとも２つの光出射端面
    から出射される光の合成光が半導体層の前方を指向する
    場合に、前記半導層の側方には、前記光出射端面から出
    射される光が迷光となるのを防止するための遮光用構造
    物が設けられていることを特徴とする発光素子。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の発光素子において、前記
    遮光用構造物の一部の平面は、これに前記光出射端面か
    らの光が入射するときに、該光を前方に向けて反射する
    ような角度に設定され、前記遮光用構造物は、光反射用
    平面を持つ反射用構造物としての機能を有していること
    を特徴とする発光素子。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の発光素子が同一半導体基
    板上に複数個整列されて形成されていることを特徴とす
    るアレイ状光源。
  8. 【請求項８】 半導体基板の一主面上に形成された発光
    層を含む複数の半導体層からなり、前記発光層を含む複
    数の半導体層の端面の少なくとも一部が光出射端面とな
    っており、該光出射端面が複数形成され、複数の光出射
    端面のうち、少なくとも２つの光出射端面から出射され
    る光が互いに合成されるように、各光出射端面の互いに
    隣接する端面とのなす角度が設定されている発光素子を
    複数個整列させたアレイ状光源の製造方法であって、半
    導体基板の一主表面上に少なくともダブルヘテロ層構造
    を含む結晶成長層をエピタキシャル結晶成長させ、次い
    で、前記層を適宜アレイ状に整列させた形状のエッチン
    グマスクを用いて前記結晶成長層をフォトリソグラフィ
    にてエッチングして半導層を形成することを特徴とする
    アレイ状光源の製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項８記載のアレイ状光源の製造方法
    において、前記エッチングマスクには、前記半導体層の
    形状の他にさらに反射用構造物または遮光用構造物の形
    状が適宜アレイ状に整列されており、前記エッチングマ
    スクを用いて、反射用構造物または遮光用構造物が設け
    られた発光素子がアレイ状に整列されたアレイ状光源を
    作製することを特徴とするアレイ状光源の製造方法。
  10. 【請求項１０】 所定の基板上に光ファイバ整列用の溝
    が形成され、該溝内には、光ファイバとともに発光素子
    が嵌合され、該溝内において発光素子の光出射面と光フ
    ァイバの光受光面とが整列して配置されていることを特
    徴とする光信号送信装置。
JP30316194A 1994-11-11 1994-11-11 発光素子およびアレイ状光源並びにその製造方法および光信号送信装置 Pending JPH08139366A (ja)

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