JP2597975B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、例えば発光ダイオード(LED)あるいは
半導体レーザ(LD)等に使用される、特に面発光型の半
導体発光素子及びその製造方法に関する。
[発明の技術的背景] 一般に、光通信用として使用される面発光型の発光ダ
イオードは、次のように構成されている。第3図は例え
ばBurrus型LEDの典型的な基本構造を示すもので、図中1
1はn型半導体基板(GaAs)、12はn型クラッド層(Alx
Ga1−xAs)、13はp型活性層(Aly Ga1−yAs:y<
x)、14はp型クラッド層(AlxGa1−xAs)、15はp型
キャップ層(GaAs)、16は電流狭さく層(SiO2)、17は
P側オーミック電極(Au−Cr)、18はヒートシンク、19
は光ファイバクラッド層、20は光ファイバコア層、21は
発光領域であり、また22は発光ビーム方向を示す矢印、
そして25はn側オーミック電極(Au−Zn)である。すな
わち、活性化された発光領域21の内部にて発光した光
は、透明なn型クラッド層12を介して上記矢印22で示す
ようにして外部に放たれ、近接配置された光ファイバの
コア層20内に進入し伝達される。
通常、発光ダイオードやレーザダイオードの一定電流
に対する光出力は、温度上昇による閾電流の変化や外部
量子効率の変化、あるいは長期動作時の劣化に伴う閾電
流の上昇や外部量子効率の低下等によって変動する。こ
のため、最近では、上記のような光出力の変動を抑制す
るために、発光素子に流す電流を必要に応じて可変する
ことのできる自動光出力制御回路(Automatic Power
Control:APC)が用いられている。
この場合、端面発光型の発光ダイオードやレーザダイ
オードの場合には、ビーム光が放射される2つの端面の
うち、光ファイバと結合される面とは反対側の端面にフ
ォトダイオード(PD)を配設し、このフォトダイオード
によりビーム光の光出力をモニタすると共に、その出力
変動に応じて発光素子に流す電流を可変できるようにな
っている。したがって、一般に、端面発光型の発光ダイ
オードやレーザダイオードにおいては、そのパッケージ
内にモニタ用のフォトダイオードが内蔵される。
[背景技術の問題点] しかしながら、上記第3図において示されるような面
発光型の発光ダイオードやレーザダイオードの場合に
は、その放射光が一方向に絞られているため、例えば上
述した端面発光型のように、モニタ用のフォトダイオー
ドをパッケージ内に配設することは困難である。したが
って、光出力の変動をモニタするためには、パッケージ
外部の光学系に何等かの工夫を施す以外に方法はない。
[発明の目的] この発明は上記のような問題点に鑑みなされたもの
で、例えば面発光型の発光ダイオードにおいても、パッ
ケージ外部に光学的工夫を施す必要なく、発光素子によ
り放射される光出力をモニタすることができるようにな
る半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目
的とする。
[発明の概要] すなわちこの発明に係わる半導体発光素子は、発光素
子の発光ビーム方向に沿って形成した半導体基板内のビ
ーム取出し穴に、例えば発光波長よりも低いバンドギャ
ップを有するp−n接合からなる受光部を形成し、これ
により同一の基板内にて発光素子とそのモニタ用の受光
素子とを集積し、その受光信号を外部に取出せるように
したものである。
[発明の実施例] 以下図面によりこの発明の一実施例を説明する。
第1図(A)乃至(K)は、本発明を例えばBurrus型
の発光ダイオードに適用した場合をその製造工程に沿っ
て示すもので、まず同図(A)に示すように、n型半導
体基板11の一表面上には、液相成長(LPE)法あるいは
気相成長(VPE)法によってn型クラッド層12,p型活性
層13,p型クラッド層14およびp型キャップ層15を順次エ
ピタキシャル成長させる。次に、第1図(B)に示すよ
うに、n型基板11の他表面側にレジスト膜23を被着形成
し、同図(C)に示すように、円形に基板11表面を露出
させたマスクを形成する。この後、第1図(D)に示す
ように、上記露出部分に対応するn型基板面にZnを拡散
し、その基板11表面の一部にp型領域24を形成する。そ
して、第1図(E)に示すように、上記p型キャップ層
15の表面にSiO2膜による電流狭さく領域16を設け、その
表面にAu−Crを蒸着してp側のオーミック電極17を形成
する。一方、上記基板11他表面側のn型領域には、第1
図(F)に示すように、Au−Geを蒸着してn側のオーミ
ック電極25を形成する。そして、第1図(G)に示すよ
うに、基板11他表面側にレジスト膜26を被着形成し、こ
のレジスト膜26を上記p型領域24の円内にてリング状に
除去しp層24表面を露出させる。この上に、第1図
(H)に示すように、Au−Crを蒸着して基板他表面側の
p型領域に対するリング状のオーミック電極27を形成す
る。
さらに、第1図(I)に示すように、再び基板11他表
面側にレジスト膜28を被着形成し、このレジスト膜28を
上記p型領域24のリング電極27内側を円形にして除去
し、そのp型領域24の表面を大きく露出させる。そし
て、第1図(J)に示すように、NH3−H202系等の選択
エッチャントを用いて、上記露出したp領域部分に対応
する基板11をエッチングし、上記n型クラッド層12を基
板他表面方向に露出させる。これにより、発光領域21を
含むp型活性層13に対するドーム状の光取出し穴29を形
成する。この後、第1図(K)に示すように、上記基板
表面に残ったレジスト膜28を剥離して、p領域24および
n領域11にて上記穴29の表面にモニタ用のフォトダイオ
ードを内蔵形成し、Burrus型発光ダイオードのペレット
部分を構成する。
このようにして得られたペレットの一表面側、つまり
各エピタキシャル成長層12,13,14,15側を、第3図に示
すように、Cu等のヒートシンク18に融着し、このヒート
シンク18から発光側の(+)極を取る。また、基板11他
表面側のn型領域に配設した電極25を発光側の(−)極
とする。一方、この電極25は上記基板11内に形成された
フォトダイオードの(+)極をも同時に兼ね、p型領域
24に配設されたリング状電極27は、そのフォトダイオー
ドにおける(−)極となる。そして、これらの3つの電
極17,25,27を、パッケージ外部に構成したAPC付きの駆
動電源に接続し、発光領域21からの放射光をモニタする
と共に、そのモニタ信号に基づいて発光駆動電流を可変
調整し、一定の光出力を得るようにする。
すなわち、このように構成される本実施例素子におい
て、まず電極17,25間に所定の発光駆動電流を供給する
と、発光領域21からの放射光は、矢印22で示すように半
導体基板11に貫通形成した光取出し穴29内を通過進行
し、光ファイバのコア層20を介して伝送される。一方、
上記発光領域21から放たれた放射光の一部は、上記穴29
の一部表面に形成されたp領域24とn領域11との接合か
らなるフォトダイオードによって受光され、その受光信
号は電極27,25間からパッケージ外部に取出されモニタ
される。この場合、上記フォトダイオードによって出力
される受光信号は、上記発光領域21から放射される光出
力に対応するもので、この受光信号を作動アンプAに供
給して基準電圧Voと比較し、その比較出力を電流制御回
路APCに供給する。ここで、電流制御回路APCは、例えば
上記差動アンプAより供給される比較出力がH(ハイ)
レベルである場合には、上記発光側電極17,25間に供給
する発光駆動電流をより小さな値に可変し、またL(ロ
ー)レベルである場合には、その発光駆動電流をより大
きな値に可変調整する。これにより、発光領域21から放
射される光の出力は、上記差動アンプAにて設定される
基準電圧Voに基づき、常に一定の出力に調整制御される
ようになる。
したがって、面発光型の発光ダイオードにおいても、
発光部と同一基板内に複雑な製造工程を経ることなく形
成したフォトダイオードにより、その光出力を常にモニ
タすることが可能となり、発光出力制御を行なうのにパ
ッケージ外部にて新たな光学的工夫を施す必要はない。
尚、上記実施例では、フォトダイオードとなるp領域
24を基板11の他表面側に対して円形となるように拡散形
成したが、このp領域は例えば基板11面全体に亙って形
成してもよい。この場合、電極25は基板11の側面から導
出すればよい。
また、上記実施例では、発光部と同一基板上のフォト
ダイオードとなる受光部をp−n接合にて形成している
が、この接合部におけるp領域は、例えば金属(MS構
造)あるいは絶縁物−金属(MIS構造)として、そのシ
ョットキ障壁を利用するものであってもよい。
さらに、上記実施例における半導体基板11には、GaAs
系のものを用いているが、それ以外の半導体材料を用い
た面発光型の発光素子にも適用できることは言うまでも
ない。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、発光素子の発光ビー
ム方向に沿って形成した半導体基板内のビーム取出し穴
に、例えばp−n接合からなる受光部を形成し、これに
より同一の基板内にて発光素子とその放射光を受光する
受光素子とを集積したので、例えば面発光型の発光ダイ
オードにおいても、パッケージ外部に光学的工夫を施す
必要なく、発光素子により放射される光出力を確実にモ
ニタすることが可能となる半導体発光素子を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)乃至(K)はそれぞれこの発明の一実施例
に係わる半導体発光素子をその製造工程に沿って示す断
面構成図、第2図は上記第1図における半導体発光素子
に自動光出力制御回路を接続した状態を示す図、第3図
は光通信用の発光ダイオードの基本構造を示す断面構成
図である。 11……n型半導体基板、17……発光部p側オーミック電
極、21……発光領域、22……発光ビーム方向、24……受
光部p型領域、25……発光部受光部共通n側オーミック
電極、27……受光部p側オーミック電極、29……放射光
取出し穴。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−129466(JP,A) 特開 昭51−105781(JP,A) 特開 昭53−80988(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の一表面に形成される発光層
    と、 上記半導体基板の他表面からこの半導体基板の内部に向
    けて形成される該基板と逆導電型の受光用領域と、 上記発光層により放たれる光を上記半導体基板の他表面
    側から取出すためにこの半導体基板の他表面側から上記
    受光用領域の一部を通り上記発光層に向けて貫通形成さ
    れ、その貫通側面に上記受光用領域の一部断面を露出さ
    せた光取出し用の穴とを具備し、 上記光取出し用の穴を通過する上記発光層からの光を該
    穴の表面に露出した受光用領域の一部断面にて受光しそ
    の受光電流を外部に取出すことを特徴とする半導体発光
    素子。
  2. 【請求項2】半導体基板の一表面に形成される発光層
    と、 上記半導体基板の他表面からこの半導体基板の内部に向
    けて形成される該基板と逆導電型の受光用領域と、 上記発光層により放たれる光を上記半導体基板の他表面
    側から取出すためにこの半導体基板の他表面側から上記
    受光用領域の一部を通り上記発光層に向けて貫通形成さ
    れ、その貫通側面に上記受光用領域の一部断面を露出さ
    せた光取出し用の穴と、 上記発光層の表面に形成されたこの発光層の第1電極と
    なる発光用第1電極層と、 上記半導体基板の他表面に形成され上記発光層に対して
    は第2電極となり上記受光用領域に対しては第1電極と
    なる共通電極層と、 この共通電極層が形成された半導体基板の他表面と同一
    平面上に一部露出した上記受光用領域の表面に形成さ
    れ、上記光取出し用の穴を通過する上記発光層からの光
    を該穴の表面に露出した上記受光用領域の一部断面にて
    受光することによる該受光用領域からの受光電流を外部
    に取出すための第2電極となる受光用第2電極層と を具備したことを特徴とする半導体発光素子。
  3. 【請求項3】半導体基板の一表面に発光層を形成する工
    程と、 上記半導体基板の他表面からこの半導体基板の内部に該
    基板と逆導電型の受光領域を形成する工程と、 上記発光層の表面にこの発光層の第1電極となる発光用
    第1電極を形成する工程と、 上記半導体基板の他表面に上記発光層に対しては第2電
    極となり上記受光領域に対しては第1電極となる共通電
    極を形成すると共に、該半導体基板の他表面に露出して
    いる上記受光領域の表面にこの受光領域の第2電極とな
    る受光用第2電極を形成する工程と、 上記発光層により放たれる光を上記半導体基板の他表面
    側から取出すための光取出し用の穴をこの半導体基板の
    他表面側から上記受光領域の一部を通り上記発光層に向
    けて貫通形成し、この穴の表面に上記受光領域の一部断
    面を露出させる工程と からなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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