JPS62123785A - 半導体発光装置 - 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〕 本発明は基板上に、これと交叉する方向に発光する複数
の発光素子を集積配置した半導体発光装置に関するもの
である。

〔従来技術〕

光ファイバを用いて複数個所と同時的、或いは個別的に
光通信、光情報伝達処理を行うシステム等においては、
多数の光ファイバ夫々について光源としての、例えば発
光素子を用意する必要がある。

このため従来にあっては、発光素子を組み込んだコネク
タを光フアイバ端部に装着することにより各光ファイバ
と発光素子との光学的結合を行っているが、光フアイバ
本数が増大するとコネクタが嵩張り全体が極めて大嵩と
なる。これを改善する方法として、近時にあっては１個
の基台上に別途形成した発光素子、例えば第５図に示す
如き面発光形の発光素子（発光ダイオード等）を配列固
定し、光ファイバをコネクタ等を用いて一括して各対応
する発光素子に対向保持せしめる構成が採られている。

第５図は従来の面発光形の半導体発光素子を示す模式図
であり、基本的には、面発光型発光ダイオードの活性領
域を挟んでその上、下面に夫々クラッド層及び電極を順
次に設けて構成されている。

即ち、図示の構成においては、中間層５１を、大きいエ
ネルギー・ギャップを有するクラッド層５２と５３とに
より上、下から挟んでサンドイッチ構造にしてあり、サ
ンドインチ構造の上、下両面に、例えば図示のように、
環状電極５８及び円形電極５６を設け、通例真性とする
中間層５１の中央部に活性領域５１ａを形成し、この活
性領域５１ａのみに上、下よりキャリヤを注入し、白抜
矢符で示す如くに光を取出すようにしである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然しながら、従来の面発光素子は、活性領域５１ａを構
成するｐ−ｎ接合部が基板に対して平行に存在し、活性
領域５１ａの厚さは通常２〜３μｍにしかすぎない。そ
の結果、この種の発光素子から基板に対して直交する方
向に充分な強さの発振をおこさせるに必要な利得を得る
ためには、極めて大きい注入電流密度が必要となり、実
用的な発光素子に不可欠の条件である室温における連続
発振の実現が困難という致命的な欠点を本質的に有して
いる。

また上述の如き多数の発光素子を基台上に正確に配列固
定する作業自体も容易でなく、作業能率が低く作業も極
めて煩わしいという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは多数の発光素子を基板上に一体的に
集積形成すると共に、各発光素子は基板と交わる向きに
延在するｐ−ｎ接合部を備える柱状突起にて構成し、ま
た各発光素子は電気的に独立して個別に駆動制御が出来
ると共に室温下での連続発光が可能であり、同時的に複
数個所との通信、データ処理を行うのに適し、しかも極
めてコンパクトに構成し得る半導体発光装置を提供する
にある。

本発明に一係る半導体発光装置は、基板と平行に延在す
るｐ−ｎ接合部を備えた平板部と、内部に前記基板と交
叉する向きに延在するｐ−ｎ接合部を備え、前記平板部
上に並列形成された複数個の柱状突起と、前記平板部の
裏面側に形成された裏面電極、並びに平板部の表面側及
び柱状突起の側周面にわたして形成された表面電極と、
前記各柱状突起を相互に電気的に遮断すべく柱状突起間
の平板部に形成された溝とを具備することを特徴とする
。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明に係る半導体発光装着（以下本
発明装置という）の模式図、第２図は第１図の■−■線
による拡大断面図、第３図は柱状突起の部分拡大断面図
であり、図中１は平板部、７は柱状突起を示している。

柱状突起７は平板部１の片側面にこれと直交（非直角で
もよい）する向きで相互の間に所要の間隔を隔てて多数
一体的に集積して並列形成され、この平板部１及び柱状
突起の周面にはＣｒｙ、Ａｕ等を素材とする表面電極Ｅ
１が、また平板部１の下面にはＡｕ−Ｇｅ合金。

Ａｕ等を素材とする裏面電極Ｅ２が夫々設けられている
。

平板部１は例えばｎ型のＧａＡｓを材料とする基板２０
表面にｎ型のＡ　１　ｘＧａｌＸＡＳを材料とするバリ
ア［３，ｎ型のＧａＡｓを材料とする上部層４を積層形
成して構成しである。バリア層３は上部層４の構成材料
が有するエネルギーギャップよりも広いエネルギーギャ
ップを有する材料にて構成され、また上部層４は柱状突
起７と同し材料にて構成されている。

平板部１及び柱状突起７内には外表面に沿うよう不純物
を拡散により高濃度にドープされたｐ＋型（又はｎ＋型
）領域５が形成され、またこの領域５の内側に１８って
低濃度にドープされたｐ型（又はｎ型）領域６がバリア
層３中に位置させて形成されている。これら領＠５．６
以外のドープされていない領域はいずれも伝導型がｎ型
（又はｐ型）の材料にて形成されている。

従って、平板部１内においてはバリア層３内に不純物が
拡散していない領域と領域５との界面にｐ−ｎ接合部Ｐ
Ｎ、が、また同様に柱状突起７内には不純物が拡散して
いない領域と領域５との界面に同軸円筒状をなすｐ−ｎ
型接合部ＰＮ２が形成されている。

８．９は溝であり、各柱状突起７間の略中央部を通って
平板部１に基盤目状に形成されており、平板部１におけ
る表面電極Ｅｌ、ｐ＋型（又はｎ＋型）領域５及びｐ型
（又はｎ型）領域６を分断し、バリア層３内であって基
板２の近傍に達する略一様な深さに形成され、少なくと
も表面電極Ｅ１及び平板部１内のｐ−ｎ接合部ＰＮ、を
柱状突起７周囲において分断するようにしである。この
溝８゜９の深さについては特に限定するものではなく、
表面電極Ｅ１及びｐ−ｎ接合部ＰＮ、を分断し得る深さ
であればよい。

ただｔＩＢ、９の深さがバリア層３の中間部に留まって
いる以上この溝底から裏面電極Ｅ２の表面までの間のバ
リア層３を通して若干ではあるが、電流が相隣する他の
柱状突起７側に漏洩することは免れないから溝の深さは
基板２面に達するよう可及的に深くするのが望ましい。

平板部１、柱状突起７における各ｐ＋型（又はｎ＋型）
領域５、ｐ型（又はｎ型）領域６の形成方法については
特に限定するものではなく、例えば不純物の拡散法、或
いはｐ＋型（又はｎ＋型）半導体層、ｐ型（又はｎ型）
半導体層夫々を順次的にエピタキシャル成長させる方法
を採ってもよい。ｐ＋、ｐ型頭域５．６を例えば不純物
の拡散によって形成する場合、柱状突起７は反応性イオ
ンエツチング法等によって予め平板部１上にｎ型材料に
よる円柱を形成した後、これにｐ＋型（又はｎ＋型＞、
ｐ型（又はｎ型）形成のための不純物の拡散を施せばよ
い。

柱状突起７の高さはｐ−ｎ接合部ＰＮ２の長さ。

換言すれば発光強度を考慮して設定すればよいが、通常
は２〜数百μｍ程度であり、またその形状は必ずしも円
柱状とする必要はなく、上端側に向かうに従って直径を
縮小した円錐台形、或いは逆円１１ｉ台形、その他種円
形、矩形、方形、三角形等であってもよい。

なお柱状突起７の軸心線、換言すればｐ−ｎ接合部ＰＮ
２は必ずしも平板部１、具体的には基Ｆｉ２と直交させ
る必要はな（、基板２と所要の角度で交叉させる向きに
形成し、基板２と非直角の方向に光を発する構成として
もよい。

本発明装置に用いる発光材料としては、ｎ−ｖ−族化合
物半導体であるＧａＡｓ、八ｊ２　ＧａＡｓ、　ＴｎＰ
、　ＴｎＧａＡｓＰ。

ＩｎＧａＰ、　　ＩｎＡｊ！Ｐ、　　ＧａＡｓＰ、　　
ＧａＮ、　　ＩｎＡｓＰ、　　［ｎＡｓＳｂ等、ｎ−ｖ
ｉ族化合物半導体であるＺｎ５ｅ、　ＺｎＳ、　ＺｎＯ
。

ＣｄＳｅ、　ＣｄＴｅ等、あるいはＩＶ−ＶＩ族化合物
半導体であるＰｂＴｅ、　Ｐｂ５ｎＴｅ、　Ｐｂ５ｎＳ
ｅ等があり、それぞれの材料の長所を活かして適用する
ことが可能である。

而して上述した如き本発明装置にあっては裏面電極Ｅ２
と選択した柱状突起７のいずれかの表面電極Ｅ１との間
に所定の電圧を印加することによって他の柱状電極７と
は無関係に各柱状突起７の上端面から個別的に発光を行
わせ得ることとなる。

第４図は本発明の他の実施例を示す拡大断面図であり、
平板部１１における基板１２には半絶縁性材料にて構成
すると共に、各柱状突起１７の中央部と対応する位置に
は基板１２を貫通する孔１２ａを形成する一方、基板１
２の裏面には各柱状突起１７と対応する位置に個々に分
断された裏面電極Ｅ２を設け、孔１２ａと対向する部分
では各裏面電極Ｅ２が孔１２ａを通して基板１２の表面
に位置するバリア層１３と接触するようにしである。

また相隣する柱状突起１７間においてこれらを相互に電
気的に遮断すべく平板部１１に基盤目状に形成した溝１
８（これと直交する溝は図面には現れていない）はその
溝底が表面電極Ｅ１．上部層１４゜バリア層１３を分断
し基板１２の表面に達するように形成されている。

他の構成は前記実施例と実質的に同じであり説明を省略
する。

而して上述した如き本発明装置にあっては溝１８が表面
電極Ｅ＋、Ｉ）＋型（又はｎ＋型）領域１５、ｐ型（又
はｎ型）領域１６．バリア層１３のいずれもが分断され
、また裏面電極Ｅ２も各柱状突起１７毎に分断されてい
るから各柱状突起１７は半絶縁性の基板２のみを残して
相互に連結された状態となり相互の電気的な遮断効果が
一層確実となり、誤動作が少なく、そのうえ裏面電極Ｅ
２は柱状突起１７と対応する位置では基板１２を貫通し
て柱状突起１７側に接近位冒せしめであるから柱状突起
１７に対する通電効果も向上する。

なお上述の実施例にあっては平板部１．１１、柱状突起
７．１７内の構造はいずれも単純なｐ−ｎ接合構造とな
っている場合を示したが、このような内部構造について
は特に上記した構造にのみ限定するものではなく、例え
ば平板部内に分布型ブラッグ反射鏡を設け、或いは可飽
和光吸収層を具備させ、また柱状突起内を分布帰還構造
成いは多重量子井戸構造とし、更にこの柱状突起内のｐ
−ｎ接合部の長手方向の両側に反射手段を設ける構成と
してもよいことは言うまでもない。

〔効果〕

以上の如く本発明装置にあっては、基板に、その表面に
対し垂直な方向に延在するｐ−ｎ接合部を内在させた柱
状突起を多数一体的に集積化すると共に、各柱状突起を
相隣する他の柱状突起から電気的に遮断せしめたから多
数の発光素子を容易に個々独立して制御することが出来
、しかも全体が極めてコンパクトに構成し得るなど本発
明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の模式的断面図、第２図は第１図の
ｎ−ｎ線による拡大断面図、第３図は柱状突起の部分切
欠拡大斜視図、第４図は本発明の他の実施例を示す拡大
断面図、第５図は従来装置において使用されている面発
光形発光素子の断面構造図である。 １・・・平板部　２・・・基板　３・・・バリア層　４
・・・上部層　５・・・ｐ＋型領領域６・・・ｐ型領域
　７・・・柱状突起　１１・・・平板部　１２・・・基
板　１３・・・バリア層　１４・・・上部層　１５・・
・ｐ＋型領領域１６・・・ｐ型領域　１７・・・柱状突
起　Ｅｌ・・・表面電極　Ｅｌ・・・裏面電極ＰＪ　、
　ＰＮ２−　ｐ　−ｎ接合部 特　許　出願人　　稲　　場　　文　　男外２名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と平行に延在するｐ−ｎ接合部を備えた平板部
   と、内部に前記基板と交叉する向きに延在するｐ−ｎ接
   合部を備え、前記平板部上に並列形成された複数個の柱
   状突起と、前記平板部の裏面側に形成された裏面電極、
   並びに平板部の表面側及び柱状突起の側周面にわたって
   形成された表面電極と、前記各柱状突起を相互に電気的
   に遮断すべく柱状突起間の平板部に形成された溝とを具
   備することを特徴とする半導体発光装置。 ２、基板と平行に延在するｐ−ｎ接合部を有する平板部
   と、内部に前記基板と交叉する向きに延在するｐ−ｎ接
   合部を備え、前記平板部上に並列形成された複数個の柱
   状突起と、前記平板部の裏面側に形成され、前記柱状突
   起と対応する位置で基板を貫通して柱状突起下に臨ませ
   た裏面電極、並びに平板部の表面及び柱状突起の側周面
   にわたって形成された表面電極と、前記各柱状突起を相
   互に電気的に遮断すべく柱状突起間の平板部にその表面
   から基板面に達するよう形成された溝とを具備すること
   を特徴とする半導体発光装置。