JPS5931077A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPS5931077A JPS5931077A JP57141401A JP14140182A JPS5931077A JP S5931077 A JPS5931077 A JP S5931077A JP 57141401 A JP57141401 A JP 57141401A JP 14140182 A JP14140182 A JP 14140182A JP S5931077 A JPS5931077 A JP S5931077A
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- light emitting
- emitting region
- light
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
-
- G—PHYSICS
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- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
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】
この発明は、半導体発光装置の構造に関するものである
。
。
光通信などに用いられる半導体発光装置、すなわち半導
体レーザや発光ダイオード(LED)の光出力は非常に
細い光フアイバ内に効率よく導かれなくてはならない。
体レーザや発光ダイオード(LED)の光出力は非常に
細い光フアイバ内に効率よく導かれなくてはならない。
ところが、一般の半導体発光装置は、空間的にきわめて
広がった出力を出すため、効率の高い結合を得ることは
なかなか困難で、種々の方法が試みられているが、それ
ぞれ一長一短がある。
広がった出力を出すため、効率の高い結合を得ることは
なかなか困難で、種々の方法が試みられているが、それ
ぞれ一長一短がある。
第1図は従来のレンズ付き面発光型発光ダイオードの一
例の要部の断面図である。第1図において、(1)はn
型GaAs基板、+21 、 (:llおよび(4)は
n型GaAs基板+11上に順次形成されたn型oaA
Aas層、p型またはn型のGaAs層からなる活性層
およびp型GaAAAs層、(5)はn型GaAs基板
+1]上に接着したn側電極、(6)はp型GaAtA
s層(4)上に接着したp側電極である。出力は図示の
上方の内窓を通して取り出されるが、このままでは非常
に広がった光となり、例えば50μm幅のコアを有する
ファイバにはほとんど入射しない。そのため、広がった
光ビームを集光するために発光部上部に球レンズ(7)
が設置されている。球レンズ(7)と発光部との相対位
置を合わせるため、あらかじめ、p型GaAtAθ層(
4)にエツチング穴(41)が設けられており、接着材
(8)をつけた球レンズ(7)をp型GaAlAs層(
4)上に置くと、球レンズ(7)が自動的にエツチング
穴(41)にはまるため、球レンズ(7)の位置を正確
に決定できる。このような構造によって、出方は集光さ
れ、非常に径の小さなファイバにもがなりの効率で結合
することができる。
例の要部の断面図である。第1図において、(1)はn
型GaAs基板、+21 、 (:llおよび(4)は
n型GaAs基板+11上に順次形成されたn型oaA
Aas層、p型またはn型のGaAs層からなる活性層
およびp型GaAAAs層、(5)はn型GaAs基板
+1]上に接着したn側電極、(6)はp型GaAtA
s層(4)上に接着したp側電極である。出力は図示の
上方の内窓を通して取り出されるが、このままでは非常
に広がった光となり、例えば50μm幅のコアを有する
ファイバにはほとんど入射しない。そのため、広がった
光ビームを集光するために発光部上部に球レンズ(7)
が設置されている。球レンズ(7)と発光部との相対位
置を合わせるため、あらかじめ、p型GaAtAθ層(
4)にエツチング穴(41)が設けられており、接着材
(8)をつけた球レンズ(7)をp型GaAlAs層(
4)上に置くと、球レンズ(7)が自動的にエツチング
穴(41)にはまるため、球レンズ(7)の位置を正確
に決定できる。このような構造によって、出方は集光さ
れ、非常に径の小さなファイバにもがなりの効率で結合
することができる。
しかしながら、このような面発光型の発光ダイオードは
そもそも発光の輝度が低いので、小さな面積に光を集光
するには不利な構造である。すなわち、出力を大きくす
るためには発光面積を犬きくする必要があるが、発光面
積が大きくなると、球レンズ(7)による集光効率が低
下するためである。
そもそも発光の輝度が低いので、小さな面積に光を集光
するには不利な構造である。すなわち、出力を大きくす
るためには発光面積を犬きくする必要があるが、発光面
積が大きくなると、球レンズ(7)による集光効率が低
下するためである。
輝度の高い発光ダイオードとしては、いわゆる線発光型
が知られている。第2図は従来のレンズ付き緑発光型発
光ダイオードの一例の要部を示し、第2図(a)は平面
図、第2図(b)は第2図(a)の1lB−11B線に
おける断面図である。第2図において、第1図と同一符
号は第1図にて示したものと同様のものを表わしている
。第2図に示す線発光型は面発光型と異なり、活性層(
3)に平行な方向から出力を取り出すものである。輝度
を高めるために、一部のみにp側電極(6a)を接触さ
せ、いわゆるストライプ構造となっている。この構造は
、半導体レーザのストライプ構造と同一または類似して
いる。このような構造の発光ダイオードの端面に、第2
図に示すように、接着材(8)で球レンズ(7)を固定
した構造が従来知られている。
が知られている。第2図は従来のレンズ付き緑発光型発
光ダイオードの一例の要部を示し、第2図(a)は平面
図、第2図(b)は第2図(a)の1lB−11B線に
おける断面図である。第2図において、第1図と同一符
号は第1図にて示したものと同様のものを表わしている
。第2図に示す線発光型は面発光型と異なり、活性層(
3)に平行な方向から出力を取り出すものである。輝度
を高めるために、一部のみにp側電極(6a)を接触さ
せ、いわゆるストライプ構造となっている。この構造は
、半導体レーザのストライプ構造と同一または類似して
いる。このような構造の発光ダイオードの端面に、第2
図に示すように、接着材(8)で球レンズ(7)を固定
した構造が従来知られている。
しかしながら、この構造においては、球レンズ(7)を
接着させる結晶面が側面であるため、位置決めのための
エツチング穴などを設けることが通常のウェハプロセス
では困難である。このため出力を測定しながら球レンズ
(71の接着を行う必要があり、きわめて困難な作業を
必要とする。
接着させる結晶面が側面であるため、位置決めのための
エツチング穴などを設けることが通常のウェハプロセス
では困難である。このため出力を測定しながら球レンズ
(71の接着を行う必要があり、きわめて困難な作業を
必要とする。
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、帯
状または棒状の発光領域を有する半導体結晶の発光領域
の軸方向の端部に、側面の少なくとも一部が発光領域に
その軸方向にほぼ垂直な角度で接すると共に発光領域と
反対側の側面に開口部を有するエツチング穴を設けてこ
のエツチング穴にレンズを設置し、レンズの光軸と発光
領域の軸とを一致させることによって、光ファイバへの
結合効率が高く、容易かつ精度高く製作することができ
る半導体発光装置を提供することを目的としたものであ
る。
状または棒状の発光領域を有する半導体結晶の発光領域
の軸方向の端部に、側面の少なくとも一部が発光領域に
その軸方向にほぼ垂直な角度で接すると共に発光領域と
反対側の側面に開口部を有するエツチング穴を設けてこ
のエツチング穴にレンズを設置し、レンズの光軸と発光
領域の軸とを一致させることによって、光ファイバへの
結合効率が高く、容易かつ精度高く製作することができ
る半導体発光装置を提供することを目的としたものであ
る。
以下、実施例に基づいてこの発明を説明する。
第3図はこの発明によるレンズ付き線発光型発光ダイ副
−ドの一実施例の要部を示し、第3図(a)は平面図、
第3図(b) 、 (0)はそれぞれ第3図(a)の[
1B−1[B線および++1(! −n1cJ #にお
ける断面図である。
−ドの一実施例の要部を示し、第3図(a)は平面図、
第3図(b) 、 (0)はそれぞれ第3図(a)の[
1B−1[B線および++1(! −n1cJ #にお
ける断面図である。
第3図において、第1図および第2図と同一符号は第1
図および第2図にて示したものと同様のものを表わして
いる。(9)は半導体チップのストライプ状のpHll
電極(6a)の方向の一方の端部に設けられたエツチン
グ穴である。エツチング穴(9)はその底から活性層(
3)の中央塘での距離が球レンズ(7)の半径に等しく
発光領域と反対側には球レンズ(7)の一部を露出させ
る開口部を有するように設定されている。エツチング穴
(9)の側壁のうち、少なくとも発光領域〔活性#(3
)中の電流が流れて発光する部分〕に接する近傍は、出
射ビームが大きく曲らないよう、発光領域の軸にほぼ垂
直な面となっている。このようにすると、線発光型の発
光素子において、きわめて容易に、がっ精度よく球レン
ズ(7)を取り付けることができ、その結果、大きな出
力をファイバに入れることができる半導体発光装置が得
られる。
図および第2図にて示したものと同様のものを表わして
いる。(9)は半導体チップのストライプ状のpHll
電極(6a)の方向の一方の端部に設けられたエツチン
グ穴である。エツチング穴(9)はその底から活性層(
3)の中央塘での距離が球レンズ(7)の半径に等しく
発光領域と反対側には球レンズ(7)の一部を露出させ
る開口部を有するように設定されている。エツチング穴
(9)の側壁のうち、少なくとも発光領域〔活性#(3
)中の電流が流れて発光する部分〕に接する近傍は、出
射ビームが大きく曲らないよう、発光領域の軸にほぼ垂
直な面となっている。このようにすると、線発光型の発
光素子において、きわめて容易に、がっ精度よく球レン
ズ(7)を取り付けることができ、その結果、大きな出
力をファイバに入れることができる半導体発光装置が得
られる。
上記の半導体発光装置の製作方法の概俊を次に説明する
。
。
まず、通常の半導体発光装置と同様に、n型GaAs基
板fil、n 温GaAtAsJwI(2)、p mま
たはn型のGaAsからなる活性層(3)およびp呈G
aAtA3 Fi(41からなる多結晶層、n側電極(
5)、p側電極(6a)などを形成する。この段階では
、一つのチップとして扱うのではなく、通常の半導体装
置と同様に多数のチップが並んでいるウェハ状態で取り
扱う。次に、写真製版技術により球レンズ(7)が入る
べきエツチング穴(9)を形成する。このエツチングも
通常の半導体装置製作技術であり、数μmのオーダのき
わめて高い精度を容易に確保することができる。エッチ
ップに反応性イオンエツチングなどの手法を用いれは、
容易に垂直な側壁をもったエツチング穴(9)を形成で
きる。また、結晶方位を選定すれば、B (a%)−メ
タノール液などを用いて化学エツチングすることも可能
である。エツチング穴(9)の深さも、エツチング条件
を選定することによって容易に1μm以下の1差で任意
の深さを得ることができる。次に、ウェハから一つ一つ
のチップを切り出し、適当なステムにチップをハンダ付
けした後、エボ操シ樹脂などの+&着材(8)をつけた
球レンズ(7)をエツチング穴(9)に入れる。球レン
ズ(71が内接するより若干エツチング穴(9)を大き
くしておけば、球レンズ(71は接着材(8i (7)
%面張力によって自動的にエツチング穴(9)の中央
におさまる。
板fil、n 温GaAtAsJwI(2)、p mま
たはn型のGaAsからなる活性層(3)およびp呈G
aAtA3 Fi(41からなる多結晶層、n側電極(
5)、p側電極(6a)などを形成する。この段階では
、一つのチップとして扱うのではなく、通常の半導体装
置と同様に多数のチップが並んでいるウェハ状態で取り
扱う。次に、写真製版技術により球レンズ(7)が入る
べきエツチング穴(9)を形成する。このエツチングも
通常の半導体装置製作技術であり、数μmのオーダのき
わめて高い精度を容易に確保することができる。エッチ
ップに反応性イオンエツチングなどの手法を用いれは、
容易に垂直な側壁をもったエツチング穴(9)を形成で
きる。また、結晶方位を選定すれば、B (a%)−メ
タノール液などを用いて化学エツチングすることも可能
である。エツチング穴(9)の深さも、エツチング条件
を選定することによって容易に1μm以下の1差で任意
の深さを得ることができる。次に、ウェハから一つ一つ
のチップを切り出し、適当なステムにチップをハンダ付
けした後、エボ操シ樹脂などの+&着材(8)をつけた
球レンズ(7)をエツチング穴(9)に入れる。球レン
ズ(71が内接するより若干エツチング穴(9)を大き
くしておけば、球レンズ(71は接着材(8i (7)
%面張力によって自動的にエツチング穴(9)の中央
におさまる。
各部の大きさなどは、用途−庖望%性などによって異な
るが、例えは、開口数(NA=sinψ富ψは受光角)
= 0.2のファイバに直結する場合を考えると、ま
ず、球レンズ(7)として屈折率n = 2の高屈折率
ガラスを用いると、焦点はほぼ球の表面にくるから、発
光領域の球レンズ(7)fllIの端面の各発光点から
の光は、球レンズ(7)によって、はぼ平行t(ヒーム
に変換される。従って、球レンズ(7)の径をD−50
μmとすると、発光領域の端面の一辺の犬外さをd≦1
0μmにすれば、球レンズ(7)を通った光の角度は最
大d/D = 0.2ラジアンとなり、はとんどの光が
ファイバに入ることになる。通常、図示のようなGaA
s層をGaAtAs層で挾んだいわゆるダブルへテロ接
合構造においては、発光領域の端面の接合に垂直な方向
の幅は数μm以下になる場合が多い。接合に平行な方向
の端面の幅はストライブの幅で決足できlOμm程度は
比較的容易にできる。球レンズ(7)の直径が50μm
であれば、エツチング穴(9)の深さは太きくでも30
/7 m以下であって、チップの厚さが通常、100
μm程度であるから、これも容易に形成することがで春
、エツチング穴(9)付近でチップが割れてしまうよう
なことも起こらない。
るが、例えは、開口数(NA=sinψ富ψは受光角)
= 0.2のファイバに直結する場合を考えると、ま
ず、球レンズ(7)として屈折率n = 2の高屈折率
ガラスを用いると、焦点はほぼ球の表面にくるから、発
光領域の球レンズ(7)fllIの端面の各発光点から
の光は、球レンズ(7)によって、はぼ平行t(ヒーム
に変換される。従って、球レンズ(7)の径をD−50
μmとすると、発光領域の端面の一辺の犬外さをd≦1
0μmにすれば、球レンズ(7)を通った光の角度は最
大d/D = 0.2ラジアンとなり、はとんどの光が
ファイバに入ることになる。通常、図示のようなGaA
s層をGaAtAs層で挾んだいわゆるダブルへテロ接
合構造においては、発光領域の端面の接合に垂直な方向
の幅は数μm以下になる場合が多い。接合に平行な方向
の端面の幅はストライブの幅で決足できlOμm程度は
比較的容易にできる。球レンズ(7)の直径が50μm
であれば、エツチング穴(9)の深さは太きくでも30
/7 m以下であって、チップの厚さが通常、100
μm程度であるから、これも容易に形成することがで春
、エツチング穴(9)付近でチップが割れてしまうよう
なことも起こらない。
以上のように、きわめて容易な製造工程によって、ファ
イバへの結合出力か大きい半導体発光装置を得ることが
できる。
イバへの結合出力か大きい半導体発光装置を得ることが
できる。
以上の説明では、便宜上、発光ダイオードを例に取って
説明したが、それに限られるわけではなく、半導体レー
ザについても同様に適用できることは、その構造から明
らかである。また、発光領域を帯状に制限するストライ
プ構造には、種々のものが知られており、以上の説明に
用いた電極ストライブ型以外のストライプ構造にもこの
発明を適用することができる。また、帯状でなくとも棒
状の発光領域を有するものにも、この発明を適用するこ
とができる。
説明したが、それに限られるわけではなく、半導体レー
ザについても同様に適用できることは、その構造から明
らかである。また、発光領域を帯状に制限するストライ
プ構造には、種々のものが知られており、以上の説明に
用いた電極ストライブ型以外のストライプ構造にもこの
発明を適用することができる。また、帯状でなくとも棒
状の発光領域を有するものにも、この発明を適用するこ
とができる。
さらに、上記の説明では、ダブルへテロ構造のものを例
に取って説明したが、同種の材料からなるpn接合を有
する、いわゆるホモ接合や、一つのへテロ接合を有する
シングルへテロ接合構造などにも適用できることは、説
明から明らかである。
に取って説明したが、同種の材料からなるpn接合を有
する、いわゆるホモ接合や、一つのへテロ接合を有する
シングルへテロ接合構造などにも適用できることは、説
明から明らかである。
また、材料も、GaAθやGaAlAsのみでなく、例
えば、工nPや工nGaAsPなどの■−v族結晶およ
びその混晶、Zn8θなどの■−■族結晶およびその混
晶などを用いても同様の効果が得られることも明らかで
ある。
えば、工nPや工nGaAsPなどの■−v族結晶およ
びその混晶、Zn8θなどの■−■族結晶およびその混
晶などを用いても同様の効果が得られることも明らかで
ある。
さらに、集光用の球レンズも必ずしも真球であることを
要せず、類似の形状、例えば回転だ臼体などを用いても
よい。この場合、エツチング穴は、レンズに合った形に
することはもちろんである。
要せず、類似の形状、例えば回転だ臼体などを用いても
よい。この場合、エツチング穴は、レンズに合った形に
することはもちろんである。
レンズの材質もガラスに限ることはなく、たとえば、石
英、サファイヤなどを用いることができるのはいう壕で
もない。
英、サファイヤなどを用いることができるのはいう壕で
もない。
以上詳述したように、この発明による半導体発光装置番
中≠兵は、帯状または棒状の発光領域を有する半導体結
晶の発光領域の軸方向の端部に、側面の少なくとも一部
が発光領域にその軸方向に垂直な角度で接すると共に、
発光領域と反対側の集面に開口部を有するエツチング穴
を設けてこのエツチング穴に集光レンズを設置し、集光
レンズの光軸と発光領域の軸とを一致させたので、光フ
ィバへの結合効率が高く、しかも、容易かつ精度高く製
作することができる。
中≠兵は、帯状または棒状の発光領域を有する半導体結
晶の発光領域の軸方向の端部に、側面の少なくとも一部
が発光領域にその軸方向に垂直な角度で接すると共に、
発光領域と反対側の集面に開口部を有するエツチング穴
を設けてこのエツチング穴に集光レンズを設置し、集光
レンズの光軸と発光領域の軸とを一致させたので、光フ
ィバへの結合効率が高く、しかも、容易かつ精度高く製
作することができる。
第1図の従来のレンズ付き面発光型発光ダイオードの一
例の断面図、第2図は従来のレンズ付き純発光屋発光ダ
イオードの一例を示し、同図(a、)は平面図、同図(
b)は断面図である、第3図はこの発明は一実施例を示
し同図(a)は平面図、同図(b) 、 (Q)は断面
図である。 図において、f+)はnmGaA3基板(半導体結晶の
構成要素)、(2)はn型GaAtAs層(半導体結晶
の構成要素) 、(31はp型オたはn型のGaA s
からなる活性層(半導体結晶の構成要素)、(4)はp
型GaAtAs層(半導体結晶の構成要素)、(6a)
はストライプ状のp (11111T、極、(7)は球
レンズ(W光レンズ) 、f9)はエツチング穴である
。 なお、図中、同一ね号はそれぞれ同一またけ相当音lt
分を示す。 代理人 掬・ 野 信 −(外1名)第1図 、f) 第2図 第3図 手続補正書(自発) 58223 昭和 年 月 日 1、事件の表示 特願昭57−141401号2
、発明の名称 半導体発光装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 代表者片山仁へ部 4、代理人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号
5、 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の梱 6、補正の内容 明細書をつぎのとおり訂正する。
例の断面図、第2図は従来のレンズ付き純発光屋発光ダ
イオードの一例を示し、同図(a、)は平面図、同図(
b)は断面図である、第3図はこの発明は一実施例を示
し同図(a)は平面図、同図(b) 、 (Q)は断面
図である。 図において、f+)はnmGaA3基板(半導体結晶の
構成要素)、(2)はn型GaAtAs層(半導体結晶
の構成要素) 、(31はp型オたはn型のGaA s
からなる活性層(半導体結晶の構成要素)、(4)はp
型GaAtAs層(半導体結晶の構成要素)、(6a)
はストライプ状のp (11111T、極、(7)は球
レンズ(W光レンズ) 、f9)はエツチング穴である
。 なお、図中、同一ね号はそれぞれ同一またけ相当音lt
分を示す。 代理人 掬・ 野 信 −(外1名)第1図 、f) 第2図 第3図 手続補正書(自発) 58223 昭和 年 月 日 1、事件の表示 特願昭57−141401号2
、発明の名称 半導体発光装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 代表者片山仁へ部 4、代理人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号
5、 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の梱 6、補正の内容 明細書をつぎのとおり訂正する。
Claims (1)
- +1+ 半導体結晶中に形成された帯状または棒状の
発光領域およびこの発光領域の軸方向に垂直な端面に接
する集光レンズを有するものにおいて、上記発光領域の
軸方向の上記半導体結晶の端部に少なくとも側面の一部
が上記発光領域にその軸方向にほぼ垂直な角度で接する
と共に上記発光領域と反対側の側面に上記集光レンズの
一部を露出させる開口部を有するエツチング穴を設け、
このエツチング大中に上記集光レンズを設置し、上記集
光レンズの光軸と上記発光領域の軸とを一致させたこと
を特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57141401A JPS5931077A (ja) | 1982-08-13 | 1982-08-13 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57141401A JPS5931077A (ja) | 1982-08-13 | 1982-08-13 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5931077A true JPS5931077A (ja) | 1984-02-18 |
Family
ID=15291141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57141401A Pending JPS5931077A (ja) | 1982-08-13 | 1982-08-13 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5931077A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63140589A (ja) * | 1986-12-02 | 1988-06-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 発光素子モジユ−ル及びその製法 |
US5036543A (en) * | 1989-06-30 | 1991-07-30 | Pioneer Electronic Corporation | Noise suppression apparatus for FM receiver |
DE4111709A1 (de) * | 1990-07-05 | 1992-01-16 | Pioneer Electronic Corp | Fm-tuner |
JPWO2006095393A1 (ja) * | 2005-03-04 | 2008-08-14 | 富士通株式会社 | 光半導体装置とその製造方法 |
-
1982
- 1982-08-13 JP JP57141401A patent/JPS5931077A/ja active Pending
Cited By (5)
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