JPS6370580A - 発光ダイオ−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〕 本発明は発光ダイオードに関し、特に光通信等に適用す
る発光ダイオードに関する。

〔従来の技術〕

情報伝送の高度化に仲ない、光通信等を目的とする発光
ダイオードでは、高速応答の重要性が急激に増大してい
る。

従来、この種の発光ダイオードは、ｐ型の活性層と、こ
の活性層を上下から挟むｎ型及びｐ型のクラッド層とを
有するダブルヘテロ積層構造を備え、高速応答を実現す
るために、活性層にｐ型不純物、例えばＺｎの高濃度の
ドーピングを行ない、キャリアライフタイムを短縮する
構成となっていた。この詳細はジャーナル　オブ　ライ
トウェーブ　テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌ
ｉｇｂｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈ。

ｏｌｏｇｙ）第ＬＴ−３巻、１９８５年、１２１７〜１
２２２頁に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の発光ダイオードは、活性層にＺｎ等のｐ
型不純物を高濃度にドーピングしてパルス立上り及び立
下り時間を短縮し、応答速度を高速化する構成となって
いるので、ｐ型不純物濃度を増す程応答時間が短くなる
ものの、同時に光出力も著しく低下するという問題点が
あった。

又、高濃度ドーピングすると、結晶表面の荒れが生じ易
く、歩留りも低下するといった結晶成長上の問題点もあ
った。

このため、発光ダイオードの駆動回路により、パルスの
立上り、立下りにピーキングをかけたり、ＤＣバイアス
電流を印加し、高速化を図ったりすることが不可決であ
った。

このように、活性層へのｐ型不純物の高濃度化による高
速応答化には限界があった。

本発明の目的は、光出力や歩留りを損なうことなく、ま
た駆動回路に頼らなくても高速化をはかることのできる
発光ダイオードを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の発光ダイオードは、半導体基板上にｐ型の活性
層と、この活性層を上下から挟むｎ型及びｐ型のクラッ
ド層とを有するダブルヘテロ積層補遺ｔ！−備えた発光
ダイオードにおいて、前記活性層の層厚方向のｐ型不純
物濃度分布を、前記ｎ型のクラッド層とのｐｎ接合に近
い領域で高濃度をもつようにして構成される。

〔作用〕

本発明者の研究結果によると、発光ダイオードの応答速
度を制限している要因は立下り時間にある。

即ち、発光ダイオードに印加される駆動パルスがオフに
なり、発光ダイオードの印加電圧がＯＶになる過程で活
性層に注入されていたキャリアは再結合により失なわれ
る。活性層はｐ型にドーピングされているため、活性層
内の電子の消滅が光の立下りを主に決めてる。この時、
電子はｐｎ接合の空間電荷により活性層内でｐｎ接合側
、即ちｎ型のクラッド層の側に集まる。

ここで、本発明の発光ダイオードにおいては、活性層の
層厚方向のｐ型不純物濃度分布をｐｎ接合に近い領域で
高くしである。即ち、電子の集まる領域でｐ型不純物濃
度が高くなっている。電子の再結合による消滅速度は、
再結合の相手である正孔の濃度が高い程大きい。

従って、本発明においては、この領域での電子の再結合
速度を大きくすることができ、その結果、光の立下り時
間を著しく短縮することができる。

さらにパルスのピーク時、即ち高電流注入時の光出力に
関しても、改善が得られる。高電流注入時には、キャリ
アは活性層全体に分布する。発光効率はｐ型不純物濃度
が大きい程低下するが、本発明においては、活性層のｐ
濃度を部分的に高くしているため、活性層全体としての
ｐ型不純物濃度はそれ程高くならず、従って高い光出力
が得られる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の断面図である。

ｎ型１ｎＰの半導体基板１１上に、ＩｎＰのｎ厚さＯ，
１μｍのｐ型１ｎＧａＡｓＰのｐ型高濃４ｕｍのｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰのｐ型紙濃度領域１４、ＩｎＰのｐ型クラ
ッド１１５、ｐ型Ｉ　ｎＧａＡｓＰのコンタクト層１６
を順次形成する。ここで、ｐ壁高濃度領域１３及びｐ型
紙濃度領域１４により活性層３０を形成している。

次に、コタクト層１６の表面に５ｉ０２膜１７を形成し
た後、ホトレジスタによりＳｉ○２膜１７全１７エツチ
ングして直径２０μｍの電流注入口１８を形成し、その
上にＴｉＰｔ膜を形成してｐ型電極１９とする。

次に、半導体基板１１を厚さ約１００１ｔ、　ｍに研磨
した後、表面に光取出し窓２０を有するＡ　ｕ　Ｇｅ膜
を形成してｎ型電極２１とし、本発明の第１の実施例の
発光ダイオードが形成される。

この第１の実施例では、活性層３０内にｐ壁高濃度領域
１３がｐｎ接合に接して形成されており、このｐ壁高濃
度領域１３での電子再結合速度を大きくしている。

従って、駆動パルスをオフにすると、活性層３０内の電
子がこのｐ壁高濃度領域１３で急速に再結合し消滅する
。その結果、光出力の立下りのすそ引きは著しく短縮さ
れる。

これを、ｐ型窩濃度領域１３のない従来の発光ダイオー
ドに比べると、光出力はほぼ同等でかつ光出力の立下り
時間は４０膜程度、又はこれを上まわる程に短縮するこ
とができた。

また、ｐ型窩濃度領域１３の表面は、高濃度ドーピング
のため荒れやすくなるが、引き続きｐ型紙濃度領域１４
が形成されており、これらは共に活性層３０を構成して
いるので、これら領域の境界面の荒れは特に問題とはな
らず歩留りを低下させることはない。

第２図は本発明の第２の実施例を示す断面図である。

この第２の実施例では、活性層３０のｐ型不純物濃度分
布は第１の実施例と同一であるが、活性層３０を貫く円
形状の溝２２を形成し、この満２２により電流狭窄を行
なっている。

この第２の実施例では、満２２により寄生容量が大幅に
低減し、その結果、応答時間が著しく短縮される。

さらに、電流の横方向閉じ込めが屈著なため、発光強度
分布の［だれ」がなくなり光ファイバへの結合効率が大
幅に改善される。

この第２の実施例の発光ダイオードを第１の実施例の発
光ダイオードと比べると、立下り時間が約１／２に短縮
でき、光出力も６０膜程度増大することができた。

なお、第１及び第２の実施例においては、活性層３０の
ｐ型不純物濃度分布が、層厚方向にスデップ状に変化し
ている例を示したが、濃度が徐々に変化するようにして
も同様の効果が得られる。

また、このような濃度分布は、気相エピタキシャル成長
法を用いれば極めて容易に実現することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、活性層のｐ型不純物濃度
分布を、ｐｎ接合に近い領域で高濃度をもつようにする
ことにより、光出力や歩留まりを損うことなく、応答速
度を高速化することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の第１及び第２の実
施例の断面図である。 １１・・・半導体基板、１２・・・ｎ型クラッド層、１
３・・・ｐ型高濃度領域、１４・・・ｐ型低濃度領域、
１５・・・ｎ型クラッド層、１６・・・コンタクト層、
１７゜１７　ａ−・−８ｉ　０２膜、１８．１８ａ−・
−電流注入口、１９．１９ａ・・・ｎ型電極、２０・・
・光取出し窓、２１・・・ｎ型電極、２２・・・溝、３
０・・・活性層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上にｐ型の活性層と、この活性層を上下か
   ら挟むｎ型及びｐ型のクラッド層とを有するダブルヘテ
   ロ積層構造を備えた発光ダイオードにおいて、前記活性
   層の層厚方向のｐ型不純物濃度分布を、前記ｎ型のクラ
   ッド層とのｐｎ接合に近い領域で高濃度をもつようにし
   たことを特徴とする発光ダイオード。