JPS6244713B2 - - Google Patents

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JPS6244713B2
JPS6244713B2 JP53136573A JP13657378A JPS6244713B2 JP S6244713 B2 JPS6244713 B2 JP S6244713B2 JP 53136573 A JP53136573 A JP 53136573A JP 13657378 A JP13657378 A JP 13657378A JP S6244713 B2 JPS6244713 B2 JP S6244713B2
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JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
region
heterostructure
face
type
Prior art date
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Expired
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JP53136573A
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English (en)
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JPS5563887A (en
Inventor
Hiroo Yonezu
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発光ダイオードに関し、とくに光フア
イバー通信用の端面発光型発光ダイオードに関す
る。
光フアイバー通信用の高輝度発光ダイオードに
は面発光型と端面発光型がある。長距離、高速用
の光フアイバーに入る光出力は両者とも殆んど同
じであるが、端面発光型では、両方向から、光が
出るから光出力をモニターしやすい利点がある面
長期通電により反射面が変質し、光出力が低下す
る。
又、広い活性層面積に対して、通電領域を局所
化する構造をとるため、周辺部にバイアスの不充
分な領域が存在し、立上り時間の遅れを生ずる。
更に、低電流下では広い領域にわたつて発光が生
じ、電流を増すと電極近傍に発光が局所化するた
め、電流−光出力特性の直線性が悪い。特に電流
によつて発光面積が変る事は光フアイバーへの結
合状態が変る事になり、光フアイバーに入つた光
出力と電流との関係を見ると、低電流での直線性
が極めて悪い。このためアナログ変調に支障をき
たしている。
本発明の目的は、劣化が殆んどなく、電流−光
出力特性の低電流領域での直線性が良く、且つ、
応答特性の速い端面発光型発光ダイオードを提供
することにある。
本発光によれば、ダブルヘテロまたはシングル
ヘテロ構造に於て、不純物濃度制御によつて発光
領域が形成され、この発光領域を形成するストラ
イプ状同一導電型領域側面は全てpn接合で囲ま
れ、且つ、発光放射端面とは、直接接する事な
く、発光領域の実効バンドギヤツプが端面近傍領
域の実効バンドギヤツプより小さい事を特徴とす
る端面発光型発光ダイオードが得られる。
本発明の原理は次の三つの効果を同時に満たす
構造を採用する事にある。第1は、発光ストライ
プ領域をpn接合に囲まれた領域にする事によつ
て電流が変化しても発光領域が不変の構造にす
る。これによつて、低電流領域での発光効率の低
下及び光フアイバーへの結合効率の低下を防ぐ。
第2は、発光領域の導電型をP形又はn型いずれ
かの内注入キヤリヤーの寿命時間が、短い方の導
電型に限定する。GaAs、(AlGa)As、(InGa)
(As・P)等の場合はP形となる。第3は、発光
領域を光が放射される端面から離して端面劣化を
防止する。端面劣化は、注入電流及び発光が端面
で生ずる事によつて端面の酸化が促進されて非発
光再結合が増加する事が原因である事が、本発明
者等によつて近年明らかにされた。従つて、発光
領域を端面から隔離する事によつて端面劣化は著
しく減少する。
二元、三元、四元の―族半導体では、不純
物の種類と濃度による実効バンドギヤツプの相違
が知られている。GaAs、(Al・Ga)As、(In・
Ga)(As・P)等ではn形濃度が高い程実効バン
ドギヤツプが大きく、p形濃度が高い程実効バン
ドギヤツプは小さい。又、p−n補償したP形で
は、実効バンドギヤツプの縮少は著しくP+−n+
補償したP+形の時、特に著しい。従つて、不純
物の種類と濃度の組合せによつて発光領域を実効
バンドギヤツプの小さい状態にし、端面に隣接す
る領域(非励起領域)を実効バンドギヤツプの広
い状態にすることができる。
この様にすれば、端面より内側で発光した光
は、非励起領域で、殆んど吸収されずに端面から
放射される。GaAs、(Al・Ga)As、(InGa)
(AsP)等では、発光領域がP形、又はp−n不
純物補償型のP形で、非励起領域が、n形に対応
する。尚、発光によつて端面は若干酸化されるの
で、これを防ぐ目的と端面での反射率を下げて、
より多くの光を結晶外部に取り出す目的とを併せ
てλ/2厚(λ:発光波長)にならない(λ/4
厚が最も望ましい)厚さのSiO2、Al2O3、
Si3N4、C等の誘電体薄膜を端面に附着させる事
は、より望ましい。この場合主に光を取り出す側
の端面にのみ薄膜を附着させてもその効果は大き
い。また反対側の端面には反射率の高い薄膜をつ
けてもよい。
次に、本発明について、図面を参照しながら説
明する。第1図は(Al・Ga)Asダブルヘテロ構
造の例である。n−GaAs基板1の上に第1層n
−Al0.3Ga0.7As層2(3μm厚キヤリヤー濃度2
×1017cm-3)、第2層n−GaAs活性層3(0.5μm
厚、キヤリヤー濃度2.5×1018cm-3)、第3層n−
Al0.3Ga0.7As層4(2μm厚、キヤリヤー濃度2
×1017cm-3)が連続液相成長法で形成されてい
る。
第3層4の上に設けられたSi3N4膜5に巾10μ
m長さ150μmの窓が開けられ、そこからZnが選
択拡散されている(Zn選択拡散領域10)。この
選択拡散領域10の端は第1図a,cにみるよう
に劈開によつて作られた端面6から約50μmそれ
ぞれ離れている(非励起領域7)。Zn拡散領域1
0の先端は、第1層2と活性層3との境界か活性
層3内に位置している。Zn拡散した活性層1
0′の平均ホール濃度は約5×1018cm-3である。
Au/CrのP形オーミツク電極及びAu/Au−Ge
−Niのn形オーミツク電極9が通常の方法で設
けられている。
順方向に電流を流すと第1層2及び第2層3の
n形層からZn拡散された活性層10′に電子が注
入され発光領域となる。p+−n+補償型のp形Zn
拡散活性層10′のバンドギヤツプはn+活性層3
のバンドギヤツプより約40meV狭い。従つて発
光した光は非励起領域で殆んど吸収される事なく
劈開面である端面6から放出される。従つて端面
劣化は殆んど生じない。自然放出光の高エネルギ
ー側の光によつて酸化が若干生じても、発光領域
10′が端面6から離れているため何ら注入電流
に影響を及ぼす事はない。
Zn拡散領域10の先端が活性層3内に位置し
ている場合にもZn拡散された活性層領域10′の
バンドギヤツプが小さいために殆んど電子注入に
よるZn拡散活性領域10′での発光しか生じな
い。この場合、活性層3のn形濃度が低い場合に
は、ホール注入が生ずるが第1層2と活性層3と
のヘテロ接合でおしとどめられると同時に隣接す
るZn拡散活性領域10′のバンドギヤツプが小さ
いため注入ホール濃度が上つて、そこでの発光が
支配的になる事はない。従つてZn拡散活性領域
10′での注入効率の高い効率的な発光が得られ
る。
又、p+領域での発光であるため50MHzを越す
遮断周波数が容易に得られる。尚、Zn拡散に関
しては、活性層3に於ける拡散速度は第3層4の
それの1/2〜1/3に減少する。従つてZn拡
散深さを制御することは容易である。
又、発光領域の巾が注入キヤリヤーの2倍以下
の厚さ、例えば5μm以下程度であればZn拡散
領域の先端は第1層2に位置しても、側方のn+
活性層からの電子注入によつて、Zn拡散発光領
域10′は一様に注入励起されるから問題ない。
活性層3の厚さは薄い程小電流で注入キヤリヤー
密度を上げる事ができ、発光効率の改善、即ち低
電流領域での発光強度の低下を改善する事ができ
る。
第2図は(Al・Ga)Asシングルヘテロ構造の
例であるn形GaAs基板20(キヤリヤー濃度2.5
×1018cm-3)上にn−Al0.3Ga0.7As層21(層厚2
μm、キヤリヤー濃度2×1017cm-3)が液相成長
法で設けられている。第1図と同様にしてSi3N4
膜5を介してZn拡散領域22が形成され、その
先端はヘテロ接合23から約0.6μm n−GaAs
基板20側にあつてpn接合を形成している。順
方向電流下では、電子注入がn−GaAs基板につ
き出たZn拡散領域22′に生じ、ここが発光す
る。ホール注入を全くなくす事が困難であるた
め、第1図の実施例より、若干性能はおちる。勿
論、Zn拡散領域22は端面6から離れており、
第1図と同様の結果が得られる。発光領域22′
の厚さはキヤリヤーの拡散以下であるため、光出
力の立下の時間も速い。この構造に於いて重要な
点はn−GaAs基板20のn形濃度が高く、Zn拡
散発光領域22′への電子注入が支配的になる
事、更に発光領域22′の厚さが注入電子の拡散
長より薄い事である。
第1図、第2図に於て、各層の層厚、Al組
成、キヤリヤ濃度、発光領域の形状については、
上記の例に限らない。両非励起領域の長さは異な
つていてもよい。但し第2図に於ては発光領域の
Zn濃度とGaAs基板のn形濃度とは電子注入が支
配する範囲の組み合せでなければならない。
以上Zn拡散を例にしたがイオン打込みでも又
第1図の例では発光領域の外側にn形不純物拡散
をしても同様の構造を実現できる。更に端面6は
劈開の代りに化学エツチング等で形成してもよ
い。第2図に於ては、n−GaAs基板1の代りに
n−GaAs基板上に設けたn−GaAsエピ層を用い
る方が結晶の質の点から望ましい。第1図に於て
n−GaAs活性層を用いたがn−AlyGal−yAs層
を用いても良い。更に(InGa)(AsP)/Inp、
(Al・Ga)(As・Sb)/GaSb等の四元系に適用
する事ができる事も明白である。又、発光の放出
される端面に誘電体薄膜を設ければ、端面の劣化
保護と反射率の制御を同時に行う事ができ、特性
向上の点でより望ましい。
【図面の簡単な説明】
第1図はダブルヘテロ構造を用いた本発明実施
例で、第1図aは上面図、第1図bはA―A′に
沿つて切断した断面図、第1図cはB―B′に沿つ
て切断した断面図である。第2図はシングルヘテ
ロ構造を用いた本発明の実施例で、第2図aは上
面図、第2図b,cは断面図でありその関係は第
1図のそれらと同じである。 1……n−GaAs基板、2……第1層n−
Al0.3Ga0.7As層、3……第2層n−GaAs活性
層、4……第3層n−Al0.3Ga0.7As層、5……
Si3N4膜、6……端面(劈開面)、7……非励起領
域、8……Au/Cr p形オーミツク電極、9……
Au/Au−Ge−Ni n形オーミツク電極、10…
…Zn拡散領域、10′……Zn拡散活性(発光)領
域、20……n−GaAs基板、21…n−
Al0.3Ga0.7As層、22……Zn拡散領域、22′…
…Zn拡散活性(発光)領域、23……ヘテロ接
合。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ヘテロ構造を有する発光ダイオードにおい
    て、不純物濃度制御によつて発光領域が形成さ
    れ、該発光領域を形成するストライプ状同一導電
    型領域側面は全てpn接合で囲まれ、かつ発光放
    射端面とは直接接することなく、該発光領域のバ
    ンドギヤツプが前記端面の近傍領域のバンドギヤ
    ツプより小さくなるように不純物が選択されてい
    ることを特徴とする端面発光型発光ダイオード。 2 前記ヘテロ構造がダブルヘテロ構造であり、
    かつ前記発光領域の先端が活性層内に位置してい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    端面発光型発光ダイオード。 3 前記ヘテロ構造がダブルヘテロ構造であり、
    不純物濃度制御された領域の先端が活性層を突き
    貫けて、該活性層下のクラツド層内に位置しかつ
    該発光領域巾が注入キヤリヤーの拡散長の2倍以
    下である事を特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の端面発光型発光ダイオード。 4 前記ヘテロ構造がシングルヘテロ構造であつ
    て、不純物濃度制御された発光領域の先端がヘテ
    ロ接合から注入キヤリヤーの拡散長以下の位置の
    狭いバンドキヤツプの領域中に位置し、且つ該発
    光領域へのキヤリヤー注入が支配的となる様な濃
    度に該発光領域周辺の濃度が制御されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の端面発
    光型発光ダイオード。 5 前記光放射端面に誘電体薄膜を附着させたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1、第2、第3
    または第4項記載の端面発光型発光ダイオード。
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Families Citing this family (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61183977A (ja) * 1985-02-08 1986-08-16 Toshiba Corp 発光素子及びその製造方法
JPS6395260U (ja) * 1986-12-11 1988-06-20
JPS63226977A (ja) * 1987-03-16 1988-09-21 Nec Corp 端面発光ダイオ−ド
JP4023893B2 (ja) * 1997-06-06 2007-12-19 沖電気工業株式会社 発光素子アレイ及び発光素子

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