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JPS63301573A - Light emitting diode - Google Patents

Light emitting diode

Info

Publication number
JPS63301573A
JPS63301573A JP62137861A JP13786187A JPS63301573A JP S63301573 A JPS63301573 A JP S63301573A JP 62137861 A JP62137861 A JP 62137861A JP 13786187 A JP13786187 A JP 13786187A JP S63301573 A JPS63301573 A JP S63301573A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
active layer
light
light emitting
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62137861A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinobu Omae
大前 義信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP62137861A priority Critical patent/JPS63301573A/en
Publication of JPS63301573A publication Critical patent/JPS63301573A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a high light emission output by providing an active layer composed of a p-n junction on one surface of a low impurity concentration semiconductor substrate. CONSTITUTION:An active layer 12 composed of a p-n junction is provided on one surface of a low impurity concentration semiconductor substrate 10. For instance, on the circumference side part where an insulating layer 15 is not formed, a p-type electrode 16 is provided so as to be brought into contact with a p-type InP layer 11 exposed at the bottom of a recessed part 21 and, on the center part where the insulating layer 15 is not formed, an n-type electrode 17 which is brought into contact with an n-type InGaAsP layer 14 is provided. Moreover, the opposite side of the nondoped InP substrate 10 is shaped into a convex lens form. As light is absorbed only a little by the low impurity concentration semiconductor substrate, the light emitted by the active layer is hardly absorbed and emitted with a high output power.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は、高出力で且つ光ファイバに効率良く光を入
射させることのできる、光通信に好適な発光ダイオード
に関する。
The present invention relates to a light emitting diode suitable for optical communication, which has high output and can efficiently input light into an optical fiber.

【従来の技術】[Conventional technology]

従来より第3図に示すようなモノリシックレンズ付発光
ダイオードが知られている。この発光ダイオードは、光
通信システムの長距離化や伝送マージンの向上のため、
高出力化とともに、凸レンズ状に形成されたn−1nP
基板30により光を集束して光ファイバに効率良く光を
入射させることができる構造としたものである。 すなわち、この発光ダイオードは、n−InP基板30
の裏面上にnlnP層(バッファ層)31、p−InG
aAsP層(活性層)32、p−1nP層(バッファ層
) 33 、n−InGaAsP層(電流制限層)34
を順次エピタキシャル成長させた構造を有している。 裏面中央には、裏面側がら活性層32までZnを拡散し
た領域42が設けられている。このZn拡散領域42は
、後述のように電流制限のためと、不純!i!I濃度を
高くしてp−電極37とのオーミック性接触を得るため
である。さらに、裏面側からエツチングすることにより
活性層32を貫通してバッファ層31に到達するような
ドーナツ状凹部41が形成されている。このドーナツ状
凹部41の内面の中央側及び中央凸部の頂面周辺部に5
i02層(絶縁層)35が設けられている。つまり中央
部と周辺部とが5i02層35の形成されていない部分
となっている。この5i02層35のない周辺側の部分
には、凹部41内のバッファ層31に接触するようn−
電極36が設けられ、5i02層35のない中央の部分
にはp−電極37が設けられている。これらの電極37
.36間に電流を流すことによって、p−電極37から
電流制限層34、バッファ層33、活性層32、バッフ
ァ層31を通りn−電極36へと電流が流れて活性層3
2において発光が生じるが、p−電極37から注入され
た電流はZnが拡散されてp型となったZn拡散領域4
2にのみながれるので電流制限される。活性層32にお
いて発光した光が凸レンズ状に形成されたn−1nP基
板30によって集束されるので、小さな入射開口の光フ
ァイバに効率よく光を入射することができる。
A light emitting diode with a monolithic lens as shown in FIG. 3 has been known. This light emitting diode is used to extend the distance of optical communication systems and improve transmission margins.
Along with high output, n-1nP formed in a convex lens shape
The structure is such that light can be focused by the substrate 30 and efficiently input into the optical fiber. That is, this light emitting diode has an n-InP substrate 30.
On the back surface of the nlnP layer (buffer layer) 31, p-InG
aAsP layer (active layer) 32, p-1nP layer (buffer layer) 33, n-InGaAsP layer (current limiting layer) 34
It has a structure in which these are sequentially epitaxially grown. A region 42 in which Zn is diffused from the back surface side to the active layer 32 is provided at the center of the back surface. This Zn diffusion region 42 is used for current limitation and impurity as described later. i! This is to increase the I concentration and obtain ohmic contact with the p-electrode 37. Further, by etching from the back side, a donut-shaped recess 41 is formed that penetrates the active layer 32 and reaches the buffer layer 31. 5 on the center side of the inner surface of this donut-shaped recess 41 and on the periphery of the top surface of the central protrusion.
An i02 layer (insulating layer) 35 is provided. In other words, the central part and the peripheral part are the parts where the 5i02 layer 35 is not formed. On the peripheral side where the 5i02 layer 35 is not present, an n-
An electrode 36 is provided, and a p-electrode 37 is provided in the central portion where the 5i02 layer 35 is not present. These electrodes 37
.. 36, a current flows from the p-electrode 37 through the current limiting layer 34, buffer layer 33, active layer 32, and buffer layer 31 to the n-electrode 36, and the active layer 3
2, light emission occurs in the Zn diffusion region 4 where the current injected from the p-electrode 37 becomes p-type due to the diffusion of Zn.
2, the current is limited. Since the light emitted from the active layer 32 is focused by the n-1nP substrate 30 formed in the shape of a convex lens, the light can be efficiently input into the optical fiber having a small entrance aperture.

【発明が解決しようとする問題点】[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、従来では上記のように基板としてn−I
nP基板を使用しており、このn−1nP基板は光の吸
収が大きいため、この基板で光が吸収され、光出力が低
下することが避けられないという問題がある。 この発明は、高い発光出力が得られる発光ダイオードを
提供することを目的とする。
However, conventionally, as mentioned above, n-I
An nP substrate is used, and since this n-1nP substrate has a large absorption of light, there is a problem that light is absorbed by this substrate and the optical output inevitably decreases. An object of the present invention is to provide a light emitting diode that can provide high light emission output.

【問題点を解決するための手段】[Means to solve the problem]

この発明による発光ダイオードは、不純物濃度が低い半
導体基板の一表面上にpn接合による活性層が設けられ
ていることを特徴とする。
The light emitting diode according to the present invention is characterized in that an active layer formed by a pn junction is provided on one surface of a semiconductor substrate with a low impurity concentration.

【作  用】[For production]

不純物濃度が低い半導体基板では、光の吸収が少ない。 そのため、活性層において発光した光が吸収を受けるこ
となく、高い出力で出射することになる。
A semiconductor substrate with a low impurity concentration absorbs little light. Therefore, the light emitted in the active layer is not absorbed and is emitted with high output.

【実 施 例】【Example】

第1図において、ノンドープInP基板10の裏面上に
p−I nP層(バッファ層)11、InGaAsP層
(活性層)12、n−1nP層(バッファ層)13、n
−rnGaAsP層14が順次エピタキシャル成長させ
られている。次に裏面側からエツチングを行なって、直
径約30μmの発光領域の周囲に、たとえば幅20μm
のドーナツ状凹部21を形成する。 この凹部21は活性層12を貫通してその底面がp−I
nP層11に到達するほど深く形成されている。 その後、5i02層(絶縁層)15が裏面全面に形成さ
れ、ドーナツ状凹部21の内面の中央側及び中央凸部の
頂面周辺部にのみこの絶縁層15が残るよう他の部分が
除去されて、中央部と周辺部とが5i02層15の形成
されていない部分とされる。 この絶縁層15のない周辺側の部分には、凹部21の底
面において露出しているp−In P層11に接触する
ようp−電極16が設けられ、絶縁層15のない中央の
部分にはn−InGaAsP層14に接触するn−電極
17が設けられる。また、ノンドープInP基板10の
反対側は凸レンズ状に形成されている。 ここで、InP基板におけるキャリア濃度と光透過率と
の関係を測定してみると、第2図のようなデータが得ら
れる。この第2図から、上記のノンドープInP基板1
0の場合、波長1,3μmで殆ど光を吸収しないことが
分かる。そのため、基板10での光吸収がなく、大きな
光出力を得ることができる。 また、活性層12がドーナツ状凹部21によって削り取
られ、その残った部分の活性層12にのみ電流が流れて
発光領域として機能するので、発光領域が小さな領域に
制限されることになり、出射光の広がりを防ぐことがで
きる。そのため、光ファイバとの結合効率が高くなり、
光ファイバI\の入射光パワーを大きくできて、光通信
用光源として好適である。 さらに、ドーナツ状四部21によりエツチングされずに
残った中央凸部の頂部にn−電極17を設けており、こ
のn−電極17の場合はp−電極の場合に比べて半導体
表面の不純物濃度が比較的低くても良好なオーミック性
接触が得られるので、Znなどの不純物を拡散する必要
がない(第3図の従来の場合、不純物濃度を高くしてp
−電極37とのオーミック性接触を得る必要性から、Z
nの拡散工程が不可欠であり、コストアップの要因とな
っている)。また、p−電極16は比較的大きな半径の
リング状の部分でp−InP層11に接触しており、そ
の接触面積が大きなものであるため、Zn拡散工程なし
に良好なオーミック性接触が得られる。このようにZn
拡散工程が不要となることにより、プロセスが簡略化さ
れ、価格の低下に寄与できる。 なお、第2図から、ノンドープInP基板10の代わり
に、不純物濃度がI X 10”cm−3程度以下のn
−InP基板や5I−1nP基板、p−1nP基板など
を使用しても同様の効果を得ることができることが分か
るので、これらを使用することもできる。
In FIG. 1, p-I nP layer (buffer layer) 11, InGaAsP layer (active layer) 12, n-1nP layer (buffer layer) 13, n
-rnGaAsP layers 14 are epitaxially grown in sequence. Next, etching is performed from the back side to form a pattern with a width of, for example, 20 μm around the light emitting region of about 30 μm in diameter.
A donut-shaped recess 21 is formed. This recess 21 penetrates the active layer 12 and its bottom surface is p-I.
It is formed so deep that it reaches the nP layer 11. After that, a 5i02 layer (insulating layer) 15 is formed on the entire back surface, and other parts are removed so that this insulating layer 15 remains only on the center side of the inner surface of the donut-shaped recess 21 and around the top surface of the central convex part. , the central part and the peripheral part are the parts where the 5i02 layer 15 is not formed. A p-electrode 16 is provided in the peripheral portion where the insulating layer 15 is not present, so as to contact the p-In P layer 11 exposed at the bottom of the recess 21, and a p-electrode 16 is provided in the central portion where the insulating layer 15 is not present. An n-electrode 17 is provided in contact with the n-InGaAsP layer 14. Further, the opposite side of the non-doped InP substrate 10 is formed into a convex lens shape. When the relationship between carrier concentration and light transmittance in the InP substrate is measured, data as shown in FIG. 2 is obtained. From this FIG. 2, the above non-doped InP substrate 1
It can be seen that in the case of 0, almost no light is absorbed at a wavelength of 1.3 μm. Therefore, there is no light absorption by the substrate 10, and a large light output can be obtained. In addition, the active layer 12 is scraped away by the donut-shaped recess 21, and current flows only through the remaining active layer 12, which functions as a light emitting region. Therefore, the light emitting region is limited to a small area, and the emitted light is can prevent the spread of. Therefore, the coupling efficiency with optical fiber increases,
The power of the incident light on the optical fiber I\ can be increased, making it suitable as a light source for optical communications. Furthermore, an n-electrode 17 is provided on the top of the central convex portion that remains unetched by the donut-shaped four portions 21, and the impurity concentration on the semiconductor surface of the n-electrode 17 is lower than that of the p-electrode. Good ohmic contact can be obtained even at a relatively low concentration, so there is no need to diffuse impurities such as Zn (in the conventional case shown in Figure 3, the impurity concentration is increased to
- Due to the need to obtain ohmic contact with the electrode 37, Z
n diffusion process is essential, which is a factor in increasing costs). In addition, the p-electrode 16 is in contact with the p-InP layer 11 through a ring-shaped portion with a relatively large radius, and since the contact area is large, good ohmic contact can be achieved without a Zn diffusion process. It will be done. In this way, Zn
Eliminating the need for a diffusion step simplifies the process and contributes to lower prices. Note that from FIG. 2, instead of the non-doped InP substrate 10, an n
It can be seen that similar effects can be obtained by using -InP substrates, 5I-1nP substrates, p-1nP substrates, etc., so these can also be used.

【発明の効果】【Effect of the invention】

この発明による発光ダイオードでは、活性層において発
生した光が吸収を受けることなく基板から外部に出射さ
れるので、高い光出力を得ることができる。
In the light emitting diode according to the present invention, the light generated in the active layer is emitted from the substrate to the outside without being absorbed, so that high light output can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例の断面図、第2図はInP
基板の光透過率とキャリア濃度との関係を示すグラフ、
第3図は従来例の断面図である。 10・・・ノンドープInP基板、11.33−p−I
n P層、12.32−・・活性層、13.31−・−
n−1nP層、14.34−n−1nGaAsP層、1
5.35・・・5i02層、16.37−p−電極、1
7.36・・・n−電極、21.41・・・ドーナツ状
凹部、30・・・n−1nP基板、42・・・Zn拡散
領域。
FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an InP
A graph showing the relationship between substrate light transmittance and carrier concentration,
FIG. 3 is a sectional view of a conventional example. 10... Non-doped InP substrate, 11.33-p-I
n P layer, 12.32--active layer, 13.31--
n-1nP layer, 14.34-n-1nGaAsP layer, 1
5.35...5i02 layer, 16.37-p-electrode, 1
7.36...n-electrode, 21.41...doughnut-shaped recess, 30...n-1nP substrate, 42...Zn diffusion region.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)不純物濃度が低い半導体基板の一表面上にpn接
合による活性層が設けられていることを特徴とする発光
ダイオード。
(1) A light emitting diode characterized in that an active layer formed by a pn junction is provided on one surface of a semiconductor substrate with a low impurity concentration.
(2)上記半導体基板は他の表面側が凸レンズ状に形成
されてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の発光ダイオード。
(2) The light emitting diode according to claim 1, wherein the other surface of the semiconductor substrate is formed into a convex lens shape.
(3)上記半導体基板の一表面には活性層を貫通するよ
うなドーナツ状の凹部が形成され、該ドーナツ状凹部に
囲まれ残った部分の頂部に接触する電極と上記凹部の底
面に接触する電極とが設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の発光ダイオード。
(3) A donut-shaped recess that penetrates the active layer is formed on one surface of the semiconductor substrate, and an electrode that contacts the top of the remaining portion surrounded by the donut-shaped recess contacts the bottom of the recess. 2. The light emitting diode according to claim 1, further comprising an electrode.
JP62137861A 1987-05-31 1987-05-31 Light emitting diode Pending JPS63301573A (en)

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JP62137861A JPS63301573A (en) 1987-05-31 1987-05-31 Light emitting diode

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JP62137861A JPS63301573A (en) 1987-05-31 1987-05-31 Light emitting diode

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JP (1) JPS63301573A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019212834A (en) * 2018-06-07 2019-12-12 信越半導体株式会社 Light-emitting element and method of manufacturing the same
JP2020167373A (en) * 2019-03-28 2020-10-08 ウシオオプトセミコンダクター株式会社 Infrared LED element

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