JPH0797662B2

JPH0797662B2 - 端面発光型発光ダイオード

Info

Publication number: JPH0797662B2
Application number: JP5169388A
Authority: JP
Inventors: 孝志坪田; 保昌鹿島; 正男小林
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1988-03-07
Filing date: 1988-03-07
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH01226180A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、光通信、特にLAN（local area network）
などの近・中距離システムの光源として用いられる端面
発光型発光ダイオードに関するものである。

（従来の技術）従来のこの種の端面発光型発光ダイオードを第３図に示
す。この図において、１はＰ−InP基板であり、その上
に液相成長法によりＰ−InPクラッド層2,P−InGaAsP活
性層3,N−InPクラッド層４が順次成長され、これらは、
SiO₂膜をエッチングマスク、塩酸,K₃Fe（CN）₆,KOHなど
の液をエッチャントとするウェットエッチングにより
（011）方向に逆メサストライプ状に形成される。そし
て、その逆メサストライプ部を埋込むように、２回目の
液相成長によりＮ−InPブロック層5,P−InGaAsPブロッ
ク層6,P−InPブロック層７が順次成長され、さらに全面
に同２回目の液相成長によりＮ−InGaAsPコンタクト層
８が形成される。そして、Ｎ−InGaAsPコンタクト層８
上にはAuGeNi電極９が、他方Ｐ−InP基板１の裏面にはA
uZn電極10が形成される。

このような構造の素子において、Ｐ−InGaAsPブロック
層６のバンドギャップエネルギーは、Ｐ−InGaAsP活性
層３のバンドギャップエネルギーよりも小さくなるよう
にしておく。例えば、Ｐ−InGaAsPブロック層６のバン
ドギャップエネルギー0.8eV、Ｐ−InGaAsPブロック層６
のバンドギャップエネルギー0.95eVなどである。このよ
うな条件下で通電し、発光させた場合、Ｐ−InGaAsP活
性層３で発光した光は、バンドギャップエネルギーの小
さいＰ−InGaAsPブロック層６内で吸収される。したが
って、この素子においては、レーザ発振させるための条
件に達することができず、LEDGモードでの発光素子（発
光ダイオード）となる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記のような従来の端面発光型発光ダイ
オードでは、活性層３において発光した光がＰ−InGaAs
Pブロック層６に入射し吸収されるが、それによりビー
ムスポット径、つまり光が外部に放射される部分の径が
大きくなってしまう。そのため、光ファイバーへの光の
結合効力が悪くなってしまうという問題点があった。

この発明は、以上述べたビームスポット径が大きいとい
う問題点を除去し、光ファイバーへの結合効率の良好な
端面発光型発光ダイオードを提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段）この発明は、半導体基板上に形成される発光部となる活
性層と、この活性層に隣接させ形成した光吸収層と、こ
の光吸収層に隣接させ形成した前記活性層より屈折率の
小さい層とを有することを特徴とする。

（作用）上記の構造によれば、活性層内の光が光吸収層に入射し
て吸収される状態になっても、屈折率の関係で、光は更
に外側の屈折層の小さい層へは入射することはできな
い。したがって、ビームスポットは、大き目に見積って
も、光吸収層の狭い幅を越えることはなく、そのためビ
ームスポット径は小さくなり、光ファイバーへの結合効
率は高くなる。

（実施例）以下この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例の端面発光型発光ダイオー
ドを製造する工程断面図である。

まず、第１図（ａ）に示すように、（100）Ｐ−InP基板
21（ｐ〜４×10¹⁸cm^-3）上に液相成長法により約600℃
でＰ−InPバッファ層22（１μｍ厚,p〜１×10¹⁸cm^-3）,
N−InGaAsPブロック層23（１μｍ厚,n〜７×10¹⁷cm^-3,
λｇ＝1.35μｍ）,P−InPブロック層24（1.5μｍ厚,p〜
７×10¹⁷cm^-3）を順次成長させる。そして、この成長層
を同図に示すように、SiO₂膜25をマスクとしてＰ−InP
バッファ層22に到達するまでエッチングすることによ
り、（011）方向に幅約10μｍのストライプ状の島26と
する。この時、エッチングには（Ar＋Cl）系ガスによる
ドライエッチングを用いる。

次に、上記島26の両側の部分に、液相成長法により約60
0℃において第１図（ｂ）に示すようにＰ−InPバッファ
層22′,N−InPブロック層27（0.5μｍ厚,n〜７×10¹⁷cm
^-3）,P−InPブロック層28（２μｍ厚,p〜７×10¹⁷c
m^-3）を順次成長させる。

その後、SiO₂膜25を除去し、新たに図示しないSiO₂膜を
膜付けした後、このSiO₂膜をエッチングマスクとして、
（Ar＋Cl）系のガスによるドライエッチングにより、同
第１図（ｂ）に示すように、ストライプ状の島26の中央
部分に（011）方向に溝29を形成し、その後エッチング
マスクとしてSiO₂膜を除去する。

次に、約600℃で再度液相成長を行うことにより、第１
図（ｃ）に示すように、溝29部分とＰ−InPブロック層2
4,28上の全面にＰ−InPクラッド層30（１μｍ厚）,P−I
nGaAsP活性層31（0.2μｍ厚，λｇ＝1.31μｍ）,N−InP
クラッド層32（1.5μｍ厚）,N−InGaAsPコンタクト層33
（１μｍ厚）を順次成長させる。その後、同図に示すよ
うに、コンタクト層33上にAuGeNi電極34、基板21の裏面
にAuZn電極35を蒸着形成することにより、この発明の一
実施例の端面発光型発光ダイオードが完成する。

このようにして製造されたこの発明の一実施例の端面発
光型発光ダイオードにおいては、溝29内の発光域となる
活性層31の両面に、該活性層31と隣接する部分に限って
幅を狭くして光の吸収層となるＮ−InGaAsPブロック層2
3が設けられ、さらにその両側に屈折層の小さいInP層
（Ｎ−InPブロック層27,P−InPブロック層28,P−InPバ
ッファ層22′）が配置されることになる。したがって、
活性層31内の光がＮ−InGaAsPブロック層23に入射して
吸収される状態になっても、屈折率の関係で、光は更に
外側のInP層へ入射することはできない。したがって、
ビームスポットは大き目に見積っても、Ｎ−InGaAsPブ
ロック層23の狭い幅を越えることはない。そのため、ビ
ームスポット径は小さくなり、上記第１図の製造方法で
製造された場合は大きく見積っても島26のストライプ幅
約10μｍ以下となり、光ファイバーへの結合効率が高く
なる。

第２図は上記のような構造の端面発光型発光ダイオード
を製造する第２の例を示す製造工程断面図であり、この
方法によれば、第１図の製造方法の問題点を解決でき
る。すなわち、第１図の第１の例では、１度目のドライ
エッチングでエッチングする部分、つまりＰ−InPブロ
ック層24,N−InGaAsPブロック層23,P−InPバッファ層22
の第１図（ａ）でエッチングする部分の面積が大きいた
めに、エッチング時のチャージ効果によりエッチングレ
コードが低下し、エッチング時間が長くなるという問題
点があった。

そこで、この第２の例では、最初に、屈折率の小さい層
を全面に形成する。その後、エッチングにより、前記屈
折率の小さい層に、光吸収層を埋め込むための溝を形成
し、その溝の中に光吸収層を形成する。さらに、その
後、エッチングにより、光吸収層部分に活性層を埋め込
むための溝を形成し、その溝の中に活性層を形成する。
このような方法によれば、ドライエッチングによりエッ
チングする部分は溝状の部分であり少なくできるため、
トライエッチングのチャージ効果によるエッチングレー
トの低下を防ぐことができる。したがって、プロセス時
間が短くなり、コスト低減が図れる。

以下第２の例を詳細に説明する。まず、第２図（ａ）に
示すように、Ｐ−InP基板21（ｐ〜４×10¹⁸cm^-3）上に
液相成長法により約600℃においてＰ−InPバッファ層22
（１μｍ厚,p〜１×10¹⁸cm^-3）,N−InPブロック層27
（0.5μｍ厚,n〜７×10¹⁷cm^-3）,P−InPブロック層28
（1.5μｍ厚,p〜７×10¹⁷cm^-3）を順次成長させる。次
に、同図のように、Ｐ−InPブロック層28上にCVD法によ
りSiO₂膜41（厚さ1500Å）を膜付ける。さらに、その上
にホトレジストパターン42を通常の方法で形成し、その
ホトレジストパターン42をマスクとしてSiO₂膜41をHF溶
液によりエッチングすることにより、該SiO₂膜41にスト
ライプ状の開口部43を形成する。

その後、ホトレジストパターン42を除去した上で、SiO₂
膜41をマスクとして、開口部43を通して（Ar＋Cl）系の
ガスにより液相成長層をエッチングすることにより、第
２図（ｂ）に示すように、Ｐ−InPブロック層28および
Ｎ−InPブロック層27に、Ｐ−InPバッファ層22に到達す
るように吸収層埋込み用の溝44を形成する。この時、溝
44の幅はシングルモードファイバーのコア径の９μｍよ
り小さい例えば７μｍとする。

その後、液相成長法により溝44にのみ第２図（ｃ）に示
すようにＰ−InPバッファ層22″，吸収層となるＮ−InG
aAsPブロック層23（λｇ＝1.35μm,1μｍ厚,n〜７×10
¹⁷cm^-3）,P−InPブロック層24（１μｍ厚,n〜７×10¹⁷c
m^-3）を順次形成する。そして、Ｐ−InPブロック層28上
のSiO₂膜41をHF溶液で除去した上で、同図に示すように
新たにCVD法でＰ−InPブロック層24,28上にSiO₂膜45
（厚さ1500Å）を膜付けし、このSiO₂膜45には、その上
に形成する図示しないレジストパターンをマスクとして
ストライプ状の開口部46をHF溶液により形成する。ここ
で、ストライプ状の開口部46は、２度目の液相成長によ
り設けられたＰ−InPブロック層24上の中央部に位置す
る。

その後、レジストパターンを除去した上で、SiO₂膜45を
マスクとして開口部46を通して（Ar＋Cl）系のガスによ
りドライエッチングを行う。このエッチングにより、前
記第２図（ｃ）に示すようにＰ−InPブロック層24およ
びＮ−InGaAsPブロック層23に、活性層などを形成する
ための溝47がバッファ層に到達して形成される。

次いで、SiO₂膜45をHF溶液で除去した上で、約600℃で
３度目の液相成長を行うことにより、第２図（ｄ）に示
すように、溝47の部分とＰ−InPブロック層24,28上の全
面にＰ−InPクラッド層30（１μｍ厚）,P−InGaAsP活性
層31（0.2μｍ厚，λｇ＝1.31μｍ）,N−InPクラッド層
32（1.5μｍ厚）,N−InGaAsPコンタクト層33（１μｍ
厚）を順次成長させる。その後、同図に示すように、コ
ンタクト層33上にAuGeNi電極34、基板21の裏面にAuZn電
極35をそれぞれ2000Å厚程度に蒸着形成する。

このような方法においても、第１図の場合と同様な構造
の端面発光型発光ダイオードが得られ、前述したような
効果が得られることは勿論である。

（発明の効果）以上詳述したようにこの発明の端面発光型発光ダイオー
ドによれば、光吸収層を発光部との隣接部のみに幅を狭
めて設け、その外側に屈折率の小さい層を設けたので、
活性層内の光が光吸収層に入射して吸収される状態にな
っても、ビームスポット径は小さく、光ファイバーとの
結合効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の端面発光型発光ダイオードの第一実
施例を製造するための工程断面図、第２図はこの発明の
発光ダイオードの一実施例の第２の製造工程断面図、第
３図は従来の端面発光型発光ダイオードを示す断面図で
ある。 23……Ｎ−InGaAsPブロック層、27……Ｎ−InPブロック
層、28……Ｐ−InPブロック層、31……Ｐ−InGaAsP活性
層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成される発光部となる活
性層と、前記活性層に隣接させ形成した光吸収層と、前記光吸収層に隣接させ形成した前記活性層より屈折率
の小さい層とを有することを特徴とする端面発光型発光
ダイオード。