JPH0438880A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0438880A JPH0438880A JP2144304A JP14430490A JPH0438880A JP H0438880 A JPH0438880 A JP H0438880A JP 2144304 A JP2144304 A JP 2144304A JP 14430490 A JP14430490 A JP 14430490A JP H0438880 A JPH0438880 A JP H0438880A
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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。
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、ドーム形高出力半導体発光素子に関する。
従来例のドーム形発光素子として、アイ・イー・イー・
イー、トランザクションズ オン エレクトロン デバ
イシズ、イー デイ−２８、３７４（１９８１） （
ＩＥＥＥ、 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ、 Ｖｏｌ ＥＤ−２８，３
７４（１９８１）に記載のような構造を挙げることがで
きる。
イー、トランザクションズ オン エレクトロン デバ
イシズ、イー デイ−２８、３７４（１９８１） （
ＩＥＥＥ、 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ、 Ｖｏｌ ＥＤ−２８，３
７４（１９８１）に記載のような構造を挙げることがで
きる。
上記従来例の素子は、ｎ電極側とＰ電極側がアイソレー
ション溝により電気的に分離された構造となっていた。
ション溝により電気的に分離された構造となっていた。
このアイソレーション溝の形成により発光領域への電流
注入をより効果的に行なうことができる。しかしながら
、この従来技術においては電流注入により生しる発光領
域の熱は、発光領域の電極部を通してのみサブマウント
側へ放熱される。したがって、光出力を増すために高電
流注入を行なうと、光出力−電流特性において光出力の
飽和が起こるという問題があった。
注入をより効果的に行なうことができる。しかしながら
、この従来技術においては電流注入により生しる発光領
域の熱は、発光領域の電極部を通してのみサブマウント
側へ放熱される。したがって、光出力を増すために高電
流注入を行なうと、光出力−電流特性において光出力の
飽和が起こるという問題があった。
本発明の目的は、発光領域の熱放散を良くし、高電流注
入領域における光出力の飽和を低減することにあり、更
に高出力の発光素子を提供することにある。
入領域における光出力の飽和を低減することにあり、更
に高出力の発光素子を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明においては、従来のア
イソレーション溝領域を高抵抗半導体層により形成した
。
イソレーション溝領域を高抵抗半導体層により形成した
。
従来の発光素子では、ｎ側領域とｎ側領域がアイソレー
ション溝により分離されているため発光領域の熱の放散
が悪く高電流側で光出力の飽和があった。本発明では、
上記アイソレーション溝部が高抵抗半導体層で形成され
ているため、電流注入はアイソレーション溝の場合と同
様発光領域のみに制限される。更に発光領域で発生した
熱は上記高抵抗半導体層を通して横方向へも放熱される
ため熱放散が良くなり、高電流注入時の光出力の飽和が
生じにくく、高出力動作が可能である。
ション溝により分離されているため発光領域の熱の放散
が悪く高電流側で光出力の飽和があった。本発明では、
上記アイソレーション溝部が高抵抗半導体層で形成され
ているため、電流注入はアイソレーション溝の場合と同
様発光領域のみに制限される。更に発光領域で発生した
熱は上記高抵抗半導体層を通して横方向へも放熱される
ため熱放散が良くなり、高電流注入時の光出力の飽和が
生じにくく、高出力動作が可能である。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第１図〜第５図により説明する
。
。
〔実施例１〕
第１図は、本発明を長波長発光ダイオードに適用した場
合の素子構造を示す。
合の素子構造を示す。
ｎ−ＩｎＰ基板１ （キャリア濃度１−５ Ｘ１０”ａ
ｍ−３）上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により
ｎ−ＩｎＰバッファ層２ （３±１μｍ、キャリア濃度
Ｉ Ｘ １０１８Ｃ１−勺、 ｐ−１ｎＧａＡｓＰ活
性層３（１ｇ 〜１．３ ｐ ｍ Ｔ Ｏ−５±０．３
μｍ、キャリア濃度５Ｘ１０１７ｃｎ−３） 、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層４（１±０．５μｍ、キャリア濃度１
ｘ１０”ａ＋＋−３） −ｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層５ （１±０．５μｍ、キャリア濃度１〜４×１０’
７３）を順次積層する。次に、ｎ−ＩｎＰバッファ層２
に達する深さのアイソレーション溝１４の形成により２
ｏ〜５０μｍφの発光領域を形成する。
ｍ−３）上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により
ｎ−ＩｎＰバッファ層２ （３±１μｍ、キャリア濃度
Ｉ Ｘ １０１８Ｃ１−勺、 ｐ−１ｎＧａＡｓＰ活
性層３（１ｇ 〜１．３ ｐ ｍ Ｔ Ｏ−５±０．３
μｍ、キャリア濃度５Ｘ１０１７ｃｎ−３） 、ｐ−Ｉ
ｎＰクラッド層４（１±０．５μｍ、キャリア濃度１
ｘ１０”ａ＋＋−３） −ｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層５ （１±０．５μｍ、キャリア濃度１〜４×１０’
７３）を順次積層する。次に、ｎ−ＩｎＰバッファ層２
に達する深さのアイソレーション溝１４の形成により２
ｏ〜５０μｍφの発光領域を形成する。
次に上記アイソレーション溝１４をＭＯＣＶＤ法により
ＴｉドープＩｎＰ高抵抗層６ （０，５μｍ）、および
ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層７（１〜３μｍ）で平坦に埋
込む。ＴｉおよびＦｅを同時ドーピングしたＩｎＰ層１
層のみでもよい。その後、発光領域の中央部へｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層４に達するＺｎ拡散８を施こし、ｎ電極９
．ｎ電極１０を蒸着により形成する。更に、チップ化し
た後光出射面の一部あるいは全面を図のようにドーム状
に加工する。
ＴｉドープＩｎＰ高抵抗層６ （０，５μｍ）、および
ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層７（１〜３μｍ）で平坦に埋
込む。ＴｉおよびＦｅを同時ドーピングしたＩｎＰ層１
層のみでもよい。その後、発光領域の中央部へｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層４に達するＺｎ拡散８を施こし、ｎ電極９
．ｎ電極１０を蒸着により形成する。更に、チップ化し
た後光出射面の一部あるいは全面を図のようにドーム状
に加工する。
第２図に以上の様にして作製した発光素子の光出力−電
流特性を示す。
流特性を示す。
従来の発光素子のようにｎおよびｐ電極間がアイソレー
ション溝によって電気的に分離されている場合は、熱放
散が悪いため高電流領域において光出力の飽和が生し易
く、高出力動作時に不利である。ところが、本発明のよ
うにアイソレーション溝内部が高抵抗半導体層によって
埋込まれている場合、発光領域において発生した熱の横
方向への放散が良いため高電流領域における光出力の飽
和が起こりにくく高出力動作が可能である。
ション溝によって電気的に分離されている場合は、熱放
散が悪いため高電流領域において光出力の飽和が生し易
く、高出力動作時に不利である。ところが、本発明のよ
うにアイソレーション溝内部が高抵抗半導体層によって
埋込まれている場合、発光領域において発生した熱の横
方向への放散が良いため高電流領域における光出力の飽
和が起こりにくく高出力動作が可能である。
更に本実施例のようにまず正孔をトラップする深い不純
物準位を形成する遷移元素（Ｔｉ）をドブした層で埋込
み１次に電子をトラップする深い不純物準位を形成する
遷移元素（Ｆｅ）をトープした層で埋込み、Ｆｅトープ
層がｐ導電形層と接触しない構造とするとリーク電流が
少なく発光効率の良い素子が得られる。また、Ｆｅの替
わりに同様に電子をトラップする不純物準位をつくるＭ
ｎやＣｏなど他の遷移元素を用いても良く、更にＴ１ド
ープ層の替わりにｎ導電形層（０，１〜０．５μｍ）を
用いても同様の効果が得られる。また、１種類の遷移元
素のみをドープした高抵抗層１層で平坦に埋込んでも良
い。
物準位を形成する遷移元素（Ｔｉ）をドブした層で埋込
み１次に電子をトラップする深い不純物準位を形成する
遷移元素（Ｆｅ）をトープした層で埋込み、Ｆｅトープ
層がｐ導電形層と接触しない構造とするとリーク電流が
少なく発光効率の良い素子が得られる。また、Ｆｅの替
わりに同様に電子をトラップする不純物準位をつくるＭ
ｎやＣｏなど他の遷移元素を用いても良く、更にＴ１ド
ープ層の替わりにｎ導電形層（０，１〜０．５μｍ）を
用いても同様の効果が得られる。また、１種類の遷移元
素のみをドープした高抵抗層１層で平坦に埋込んでも良
い。
〔実施例２〕
第３図に５本発明の他の実施例の素子構造を示した。実
施例１と同様にＭＯＣＶＤ法により作製した。まず、ｎ
−ＩｎＰ基板上にＰ−ＩｎＰバッファ層２’ （１０
〜３０μｍ、キャリア濃度１〜２ Ｘ １０”ａｎ−’
）を成長し、その後ｐ −ＩｎＧａＡｓＰ活性層３（λ
ｇ＝１．３μｍ、０．５±０．３μｍ。
施例１と同様にＭＯＣＶＤ法により作製した。まず、ｎ
−ＩｎＰ基板上にＰ−ＩｎＰバッファ層２’ （１０
〜３０μｍ、キャリア濃度１〜２ Ｘ １０”ａｎ−’
）を成長し、その後ｐ −ＩｎＧａＡｓＰ活性層３（λ
ｇ＝１．３μｍ、０．５±０．３μｍ。
キャリア濃度５Ｘ１０１７ａ＋＋−３）、ｎ−Ｉ ｎＰ
クラッド層４′ （１±０．５μｍ 、キャリア濃度１
×１０”ａ＋＋−３） 、 ｎ −ＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層５ （λ１＝１．５μｍ、１±０．５μｍ、
キャリア濃度１〜４ Ｘ Ｉ Ｑ”ａｓ−”）を順次積
層する。次に発光領域を２０〜５０μｍφにｐ−ＩｎＰ
バッファ層に達する深さにメサエッチして形成し、発光
領域の側部をＦｅおよびＴ１ドープ高抵抗層７′で平坦
に。
クラッド層４′ （１±０．５μｍ 、キャリア濃度１
×１０”ａ＋＋−３） 、 ｎ −ＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層５ （λ１＝１．５μｍ、１±０．５μｍ、
キャリア濃度１〜４ Ｘ Ｉ Ｑ”ａｓ−”）を順次積
層する。次に発光領域を２０〜５０μｍφにｐ−ＩｎＰ
バッファ層に達する深さにメサエッチして形成し、発光
領域の側部をＦｅおよびＴ１ドープ高抵抗層７′で平坦
に。
かつ選択的に埋込む。この埋込み層は実施例］−と同様
に多層埋込み構造としても良い。次に高抵抗埋込み層の
一部にｐ−ＩｎＰバッファ層に達する深さのＺｎ拡散８
を施こし、ｎ電極９＋Ｐ電極１０を形成する。更に実施
例１と同様にチップ化し光出射面をドーム状に加工する
。
に多層埋込み構造としても良い。次に高抵抗埋込み層の
一部にｐ−ＩｎＰバッファ層に達する深さのＺｎ拡散８
を施こし、ｎ電極９＋Ｐ電極１０を形成する。更に実施
例１と同様にチップ化し光出射面をドーム状に加工する
。
本実施例においても、実施例１と同様高電流領域におい
て光出力飽和の少ない高出力発光ダイオードが得られた
。
て光出力飽和の少ない高出力発光ダイオードが得られた
。
〔実施例３〕
第４図は、実施例２の発光ダイオードに半導体多層反射
膜を適用し、更に高出力化を図った素子の断面構造であ
る。素子製作については、実施例２とほぼ同様でありｎ
−ＩｎＰクラット層４′とｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層５の間に半導体多層反射膜１１をエピタキシャル成長
するのみであるので、詳細は省略する。
膜を適用し、更に高出力化を図った素子の断面構造であ
る。素子製作については、実施例２とほぼ同様でありｎ
−ＩｎＰクラット層４′とｎ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ
層５の間に半導体多層反射膜１１をエピタキシャル成長
するのみであるので、詳細は省略する。
半導体多層反射膜１１の構造は、高屈折率層としてｎ
−ＩｎＧｓＡｓＰ （λｇ”１．１５μｍ、９７１．３
Ａキャリア濃度Ｉ Ｘ １０１５ｃｍ’−３） 、低屈
折率層としてｎ−ＩｎＰ （１０１２，６人 、キャリ
ア濃度ＩＸ １０１８ａａ−３）を用い１６ペアとした
。反射膜のトータル膜厚は３．１７μｍである。
−ＩｎＧｓＡｓＰ （λｇ”１．１５μｍ、９７１．３
Ａキャリア濃度Ｉ Ｘ １０１５ｃｍ’−３） 、低屈
折率層としてｎ−ＩｎＰ （１０１２，６人 、キャリ
ア濃度ＩＸ １０１８ａａ−３）を用い１６ペアとした
。反射膜のトータル膜厚は３．１７μｍである。
本実施例では、多層反射膜１１を採用したため、実施例
１，２の発光ダイオードに比へ、更に高出力の素子が得
られ、第２図に示した高抵抗埋込の場合に比へて３０％
程度光出力が向上した。また。
１，２の発光ダイオードに比へ、更に高出力の素子が得
られ、第２図に示した高抵抗埋込の場合に比へて３０％
程度光出力が向上した。また。
この素子においても、ＦｅおよびＴｉドープＩｎＰ層埋
込みの効果により高電流領域における光出力の飽和は第
２図の高抵抗埋込の場合とほぼ同程度に低減された。
込みの効果により高電流領域における光出力の飽和は第
２図の高抵抗埋込の場合とほぼ同程度に低減された。
〔実施例４〕
第５図は、本発明を面発光型レーザに適用した場合の実
施例である。ｎ −丁ｎ Ｐ基板１上にＭＯＣＶＤ法に
よりｐ−ＩｎＰバッファ層２’ （１０〜３０μｍ）
を成長し、次にｐ −ＩｎＧａＡｓＰ （λ８＝１．
１５μｍ、９７１．３人、キャリア濃度０．５−ＩＸＬ
Ｏ”ａｏ−一とｐ−ＩｎＰ（１０１２，６人、匁ヤｌア
濃度０．５〜ｌ Ｘ １０１９ａｎ−’）を交互に１６
ヘア積層した多層反射膜１２を成長する。更に、ｐ −
Ｉ ｎ Ｐクララト層１３（−５μｍ、キャリア濃度ｌ
Ｘ１０１９ｃｎ−’） 、 ｐ−４ｎＧａＡｓＰ活性層
３（λｇ”１．３μｍ、２〜５μｍ、キャリア濃度０．
５＝ＩＸｌ○１″Ｑｌｌ−’）、ｎ−ＩｎＰクラット層
４′ （〜５μｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０”■−３
）を順次積層し、つづいて上記反射膜と同構造の多層反
射膜１１およびｎ−ＩｎＰキャップ層５（λｇ” ］、
、 １５ ｐ ｍ、１±０．５ μｍ、キャリア濃度
１〜４Ｘ１０”８】〜１）を積層する。その後、発光領
域が１０〜２０μｍφになるよう反射膜１２またＬ：！
ｐ−ＩｎＰバッファ層に達する深さのアイツレジョン溝
１４を形成する。次にそのアイソレーション溝をＦｅト
ープＩｎＰ７ （または、Ｆｅおよび１゛］トープＩｎ
Ｐ７’）で平坦に埋込み、図に示すようなＺｎ拡散８を
施こす。更に、ｎ電極９ 、 ｎ電極１０を形成し、光
出射面をドーム状に加工して素子は完了する。
施例である。ｎ −丁ｎ Ｐ基板１上にＭＯＣＶＤ法に
よりｐ−ＩｎＰバッファ層２’ （１０〜３０μｍ）
を成長し、次にｐ −ＩｎＧａＡｓＰ （λ８＝１．
１５μｍ、９７１．３人、キャリア濃度０．５−ＩＸＬ
Ｏ”ａｏ−一とｐ−ＩｎＰ（１０１２，６人、匁ヤｌア
濃度０．５〜ｌ Ｘ １０１９ａｎ−’）を交互に１６
ヘア積層した多層反射膜１２を成長する。更に、ｐ −
Ｉ ｎ Ｐクララト層１３（−５μｍ、キャリア濃度ｌ
Ｘ１０１９ｃｎ−’） 、 ｐ−４ｎＧａＡｓＰ活性層
３（λｇ”１．３μｍ、２〜５μｍ、キャリア濃度０．
５＝ＩＸｌ○１″Ｑｌｌ−’）、ｎ−ＩｎＰクラット層
４′ （〜５μｍ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０”■−３
）を順次積層し、つづいて上記反射膜と同構造の多層反
射膜１１およびｎ−ＩｎＰキャップ層５（λｇ” ］、
、 １５ ｐ ｍ、１±０．５ μｍ、キャリア濃度
１〜４Ｘ１０”８】〜１）を積層する。その後、発光領
域が１０〜２０μｍφになるよう反射膜１２またＬ：！
ｐ−ＩｎＰバッファ層に達する深さのアイツレジョン溝
１４を形成する。次にそのアイソレーション溝をＦｅト
ープＩｎＰ７ （または、Ｆｅおよび１゛］トープＩｎ
Ｐ７’）で平坦に埋込み、図に示すようなＺｎ拡散８を
施こす。更に、ｎ電極９ 、 ｎ電極１０を形成し、光
出射面をドーム状に加工して素子は完了する。
この面発光レーザにおいては、発振波長１．３μｍしき
い値電流２０〜３０ｍＡの素子が得られ、熱放散が改善
されたため光出力−電流特性の直線性良い素子が得られ
た。
い値電流２０〜３０ｍＡの素子が得られ、熱放散が改善
されたため光出力−電流特性の直線性良い素子が得られ
た。
以上の実施例ではＩｎＰ基扱としてｎ導電形のウェハを
用いたが、ｐ形１ｎＰ基板を用いても良く、その場合実
施例２，３．４においてはｐ −ＩｎＰバッファ層２′
が薄くても良い（〜５μｍ）という利点がある。
用いたが、ｐ形１ｎＰ基板を用いても良く、その場合実
施例２，３．４においてはｐ −ＩｎＰバッファ層２′
が薄くても良い（〜５μｍ）という利点がある。
また１本発明はＧ ａ Ａ ｓ系の発光素子についても
適用可能であり、その場合高抵抗層のドーパントとして
はＣｒ、Ｖ、Ｏなどが良く用いられる。
適用可能であり、その場合高抵抗層のドーパントとして
はＣｒ、Ｖ、Ｏなどが良く用いられる。
本発明によれば、ｎ電極とｎ電極を高抵抗層により電気
的にアイソレーションしているため、発光領域において
発生した熱の横方向への放散が良くなるため、高電流領
域における光出力の飽和が低減され、高出力動作が可能
になる。
的にアイソレーションしているため、発光領域において
発生した熱の横方向への放散が良くなるため、高電流領
域における光出力の飽和が低減され、高出力動作が可能
になる。
第１図は本発明の一実施例のアイソレーション溝のみを
高抵抗層で埋込んだ発光素子の断面図、第２図は第１図
の発光素子の光出力−電流特性図、第３図は発光領域以
外を全て高抵抗層で埋込んだ実施例になる発光素子の断
面図、第４図は多層反射膜を具備した実施例になる発光
素子の断面図、第５図は本発明を面発光レーザに適用し
た実施例の素子断面図である。 １・・ＩｎＰ基板、２，２′・・バッファ層、３・・活
性層、４・・・ｐクラッド層、Ｓ・・・キャップ層、６
・・高抵抗層、７，７′・・・高抵抗層、８・・・Ｚｎ
拡散、９・ｎ電極、１０・・Ｐ電極、１１・・・多層反
射膜。 １２・・多層反射膜、１３・・・ｎクラッド層、１４・
・アイソレーション溝。
高抵抗層で埋込んだ発光素子の断面図、第２図は第１図
の発光素子の光出力−電流特性図、第３図は発光領域以
外を全て高抵抗層で埋込んだ実施例になる発光素子の断
面図、第４図は多層反射膜を具備した実施例になる発光
素子の断面図、第５図は本発明を面発光レーザに適用し
た実施例の素子断面図である。 １・・ＩｎＰ基板、２，２′・・バッファ層、３・・活
性層、４・・・ｐクラッド層、Ｓ・・・キャップ層、６
・・高抵抗層、７，７′・・・高抵抗層、８・・・Ｚｎ
拡散、９・ｎ電極、１０・・Ｐ電極、１１・・・多層反
射膜。 １２・・多層反射膜、１３・・・ｎクラッド層、１４・
・アイソレーション溝。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に、少なくとも活性層、クラッド層を
含む多層構造を有し、かつｎ電極とｐ電極が光出射面に
対して反対側に有り、光出射面の少なくとも一部がドー
ム状になっている発光素子において、該電極間が高抵抗
半導体層により電気的にアイソレーションされているこ
とを特徴とする半導体発光素子。 ２、高抵抗半導体層が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ
、Ｖ、Ｏのうち少なくとも１つを添加した少なくとも１
つの半導体層で形成されていることを特徴とする請求項
１記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2144304A JPH0438880A (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2144304A JPH0438880A (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0438880A true JPH0438880A (ja) | 1992-02-10 |
Family
ID=15358962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2144304A Pending JPH0438880A (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0438880A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995002910A1 (en) * | 1993-07-12 | 1995-01-26 | British Telecommunications Public Limited Company | Electrical barrier structure for semiconductor device |
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1990
- 1990-06-04 JP JP2144304A patent/JPH0438880A/ja active Pending
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